(57)【要約】【課題】  この発明の目的は、低コストで放熱性がよく、しかも、人が直接触れても火傷などしない照明器具を提供することである。【解決手段】  熱伝導率の高い金属製の熱伝導板上３にＬＥＤ基板ユニット１を装着し、この熱伝導板３の両面であって、上記ＬＥＤ基板ユニット１の取り付け部分を除いた全露出面に、熱放射率が高く、熱伝導率が低い樹脂製の熱放射板４，５を密着させて、上記熱伝導板とその両面に設けた熱放射板とで三層構造とし、上記ＬＥＤ基板ユニット１から放出される熱を、上記熱伝導板３内で拡散させて上記樹脂製の熱放射板４，５に伝達し、伝達された熱を上記樹脂製の熱放射板４，５から外気へ放出する構成にした。【選択図】  図１
2009150711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率の高い金属製の熱伝導板上にＬＥＤ基板ユニットを装着し、この熱伝導板の両面であって、上記ＬＥＤ基板ユニットの取り付け部分を除いた全露出面に、熱放射率が高く、熱伝導率が低い樹脂製の熱放射板を密着させて、上記熱伝導板とその両面に設けた熱放射板とで三層構造とし、上記ＬＥＤ基板ユニットから放出される熱を、上記熱伝導板内で拡散させて上記樹脂製の熱放射板に伝達し、伝達された熱を上記樹脂製の熱放射板から外気へ放出する構成にした照明器具。
【請求項２】
上記熱伝導板を、アルミ製にした請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光源としてＬＥＤを利用した照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、他の光源に比べて消費電力が少ない省エネルギー照明として、ＬＥＤ基板ユニットを用いることが知られている。
また、ＬＥＤ基板ユニットは、白熱電球や蛍光灯などの他の光源に比べて、小さいため、デザイン性に優れた薄型照明器具としての期待も高い。
しかし、上記ＬＥＤ基板ユニットが光を発するときには、かなりの高熱を発生する。この熱によってＬＥＤが高温になると、電気エネルギーの光への変換効率が悪くなってしまって、ＬＥＤの低消費電力であるという特徴を活かせないうえ、ＬＥＤの寿命も短くなってしまう。【０００３】
このような問題を解決するものとして、特許文献１に記載した照明器具が従来から知られている。この従来の照明器具は、一対のアルミ製の筐体にＬＥＤ実装基板を直接組み込むようにしている。これは、高熱伝導性のアルミの特性を生かして、放熱性をよくするようにしたものである。また、上記筐体やＬＥＤ実装基板に通気孔や切り欠きを形成して、これら通気孔及び切り欠きを介して放熱効果をさらに高める工夫がされている。
【特許文献１】特開２００６−１７９４４３号公報
【特許文献２】特許第３９６５９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにした従来の照明器具では、アルミの放熱効果に限界があるので、照明器具として効果的な放熱ができないという問題があった。
また、筐体を構成するアルミは熱伝導率が高いので、高温になったアルミに手などをじかに触れると、手が触れて熱が奪われた部分に、どんどん高熱が供給され続けることになる。そのために、使用者がそれをじかに触ったときに、熱伝導率が低いものに触れたときよりも、より熱く感じる。その熱さのために、使用者が不快感を覚えたりするという問題があった。【０００５】
なお、特許文献１には、上記筐体を樹脂で構成してもよいということが開示されている。確かに、上記筐体を樹脂で構成すれば、アルミダイキャストの筐体のように、じかに触れてもそれほど熱く感じることはない。
しかし、樹脂は熱放射性はよいが、熱伝導性が悪いので、ＬＥＤが発光するときの熱が、筐体全表面に伝わり難くなり、その分、放熱性も悪くなるという問題が発生する。【０００６】
一方、筐体を樹脂で構成しながら、上記筐体の内面全体に接触する面積を有するアルミ製のＬＥＤ実装基板を用いることも考えられる。このように、ＬＥＤ実装基板をアルミ板で構成すれば、アルミは熱伝導率が高いので、ＬＥＤが発光するときの熱を、筐体全表面に速やかに拡散させることができ、樹脂製の筐体を介して熱を効率的に放出できることになる。
しかし、上記のように、ＬＥＤ実装基板に熱の拡散機能を兼ねさせると、ＬＥＤ実装基板の面積を樹脂製の筐体と同じような大きさにしなければならない。なぜなら、ＬＥＤ発光時の熱を、樹脂製の筐体全面に効率よく伝達するためには、上記アルミ製のＬＥＤ実装基板を筐体全面に密着させなければならないからである。このように筐体全面にＬＥＤ実装基板を密着させるためには、筐体の大きさや形状が変わるごとに、アルミ板の大きさや形状も変えなければならない。【０００７】
しかも、大きな板からなるアルミ板をＬＥＤ実装基板として用いる場合には、それに絶縁処理するほか、基板上にＬＥＤを配置するための、電気回路として特別な処理が必要になる。しかし、現状の市販品のＬＥＤ実装基板にはそれほど大きなものがないうえ、筐体に応じて上記のように大きなアルミ板に電気処理を施そうとすると、特注品となり、製造コストがかさんでしまうという問題が発生する。【０００８】
この発明の目的は、低コストでありながら、効率よく放熱ができ、しかも、人が直接触れても火傷などしない照明器具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、熱伝導率の高い金属製の熱伝導板上にＬＥＤ基板ユニットを装着し、この熱伝導板の両面であって、上記ＬＥＤ基板ユニットの取り付け部分を除いた全露出面に、熱放射率が高く、熱伝導率が低い樹脂製の熱放射板を密着させて、上記熱伝導板とその両面に設けた熱放射板とで三層構造とし、上記ＬＥＤ基板ユニットから放出される熱を、上記熱伝導板内で拡散させて上記樹脂製の熱放射板に伝達し、伝達された熱を上記樹脂製の熱放射板から外気へ放出する構成にした点に特徴を有する。【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、熱伝導板が、アルミ板である点に特徴を有する。
なお、上記ＬＥＤ基板ユニットとは、ＬＥＤチップを基板に実装してユニット化した部品のことである。
【発明の効果】
【００１１】
第１、第２の発明によれば、ＬＥＤ基板ユニットを装着する金属製の熱伝導板の両面を樹脂製の熱放射板で覆ったので、ＬＥＤを発光させる際に発生する熱を、上記熱伝導板で素早く拡散させるとともに、その拡散させた熱を、上記熱放射板を介して放出させることができる。そして、熱放射板は熱放射率が高い樹脂で構成されているので、その分、十分な放熱効果を達成することができる。このように放熱効果が高いので、その分、ＬＥＤの耐久性を上げることができる。
しかも、上記のように熱伝導板の両面を熱伝導率の低い樹脂製の熱放射板で覆っているので、人が直接触れたとしても、熱さによる不快感を覚えることがなくなる。【００１２】
また、熱伝導板にＬＥＤ基板ユニットを装着するようにしたので、特注のアルミ製実装基板を用いなくても、熱伝導板上の任意の位置にＬＥＤを配置して、照明器具としての特性を維持できる。筐体の形状やＬＥＤの配置に応じて、アルミ板上に電気回路を設計する従来のように、コストがかさむようなこともなくなる。
さらに、熱伝導板及び熱放射板は板材からなり、しかもそれらを三層構造にしているので、全体的な厚さを厚くしたり薄くしたりできる。このように全体の厚さを自由に決められるので、そのデザインの自由度も高まる。特に、それぞれの板は、熱の伝導あるいは放射の機能だけ備えていればよいので、それらを薄くしようとすれば、極限まで薄くできる。例えば、この照明器具を電気スタンドに応用したときには、従来にないまったく新しい、超薄型の斬新なデザインを実現できる。【００１３】
一方、当該照明器具を極限まで薄くすれば、軽量化も可能になる。軽量化したこの発明の照明器具を電気スタンドに応用した場合には、ベース部分を小さくしても、その安定性を保つことができる。このように軽量化が可能でしかもベース部分を小さくできるので、梱包効率や輸送効率が高くなる。
さらに、当該照明器具を上からつるす構造にしたときには、軽量化が安全性につながることになる。【００１４】
また、熱伝導板の両面を樹脂製の熱放射板で覆ったので、これら熱伝導板と熱放射板とからなる三層構造体が熱の作用で反り返ったりしない。例えば、金属製の熱伝導板の片面だけに樹脂製の熱放射板を設けると、それら両者の膨張率の違いから、当該構造体が反り返ってしまうことがある。しかし、上記のように熱伝導板の両面を樹脂製の熱放射板で覆って三層構造にして、熱伝導板の両側を同じ膨張率の熱放射板で挟んでいるので、熱が作用したとしても、それらが反り返ったりしない。
一方、上記のように当該照明器具を薄くすると、その板状の器具を指で挟み持つことが多くなる。しかし、上記のように熱伝導板の両面を樹脂製の熱放射板で覆っているので、それを指で摘んだとしても、熱さによる不快感を覚えたりしない。
第２の発明によれば、照明器具全体を軽量化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、この発明の実施形態における照明器具の断面図である。
この実施形態では、ＬＥＤ基板ユニット１をこのアルミ製の熱伝導板３に装着し、この熱伝導板３の両面であって、ＬＥＤ基板ユニット１の取り付け部分を除いた全面に、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）製の熱放射板４，５を密着させて、これら熱放射板４，５と熱伝導板３とによって三層構造を構成している。但し、上記熱伝導板３の表面であって、ＬＥＤ基板ユニット１を装着している側の面に設けた熱放射板５には、ＬＥＤ基板ユニット１の装着部分に対応する開口６を形成している。
なお、上記ＬＥＤ基板ユニット１は、基板にＬＥＤチップ２を実装して、ユニット化した市販品である。【００１６】
また、上記熱伝導板３を構成するアルミは、伝導率が２３０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］の、高伝導性金属であり、熱放射率は０．０５である。これに対し、熱放射板４，５を構成する上記ＡＢＳ樹脂は、熱伝導率が０．１〜０．１８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、熱放射率が０．６〜０．９であり、特に、アルミと比べると、熱伝導率が低く、熱放射率が非常に高いことが分かる。
つまり、熱伝導率の高い熱伝導板３の露出部分に、熱伝導率が低く、熱放射率が高い樹脂製の熱放射板４，５を密着させている。【００１７】
この実施形態の照明器具は、熱伝導率の高いアルミ製の熱伝導板３に上記ＬＥＤ基板ユニット１を密着させているので、ＬＥＤ２を発光させたとき発熱するが、その熱は、ＬＥＤ基板ユニット１からアルミ製の熱伝導板３内に拡散して速やかに熱放射板４，５まで伝達される。
上記熱伝導板３内を高速で伝わった熱は、熱伝導板３と熱放射板４，５との接着面まで到達してから、熱放射板４，５内を伝わってその表面から外気に放射される。【００１８】
つまり、熱伝導板３の両面を熱放射板４，５で覆ったため、熱伝導板３で速やかに拡散した熱が、その表面から熱放射板４，５に効率よく伝達されるものと考えられる。このように、熱放射版４，５へ速やかに熱が伝達されることにより、熱放射板４，５の高い熱放射率がより活かされ、効率的な放熱ができることになる。
その結果、熱伝導率の高い熱伝導板３を熱放射率の高い熱放射板４，５で覆った全体の放熱性がきわめてよくなり、ＬＥＤ基板ユニット１を所期の低温に保つことができた。
この実施形態によればＬＥＤ基板ユニット１の温度を従来のものよりも低く保てるので、ＬＥＤの光交換効率を高く保つことができるとともに、ＬＥＤの寿命も長くすることができる。【００１９】
また、上記のように熱放射板４、５は、熱伝導率が低いので、熱放射板４、５で覆われた表面に手などが触れても火傷などしないことはもちろん、不快な熱さを感じることもない。なぜなら、手などが触れた箇所では熱が手などに奪われて接触箇所の温度が瞬間的に下がるが、従来装置の金属製の筐体に触れたときのように、上記接触箇所に熱が直ちに伝達されることがないからである。
従って、この実施形態の照明器具は、人が触れる可能性がある所にも、安心して設けることができる。
このように、上記樹脂製の熱放射板４，５の表面は、初期状態で同じ温度でも金属製の部材と比べて、火傷の危険性や、不快感を与えることがないので、熱対策を考慮したとしても、ＬＥＤ基板ユニット１の温度を高めに設定できる。言い換えれば、ＬＥＤへの供給電流を多くして照明の明るさを増すこともできる。【００２０】
また、上記実施形態では、効率的な放熱を熱伝導板３及びその表面を覆う樹脂製の熱放射板４，５のみによって実現している。つまり、この実施形態の照明器具では、放熱フィンや放熱ファンなどを設けたり、手を触れないように大きなカバーを設けたりする必要がないので、安全な照明器具の小型化が可能になり、その使い勝手もよくなる。
さらに、図１に示す照明器具が小型化できれば、これを利用した装置全体としてのデザインの自由度も高くなり、デザイン性に優れたものを形成することもできる。【００２１】
そして、この実施形態の照明器具では、熱伝導板３の両面を樹脂製の熱放射板４，５で挟んでいるので、熱伝導板３を構成するアルミと、熱放射板４，５を構成するＡＢＳ樹脂との熱膨張率に差があっても、熱によって板部材が湾曲してしまうようなことがない。例えば、アルミ製の熱伝導板３の片面だけにＡＢＳ樹脂製の熱放射板を設けると、それら両者の膨張率の違いから、当該構造体が反り返ってしまうことがある。しかし、上記のように熱伝導板３の両面を樹脂製の熱放射板４，５で覆って三層構造にして、熱伝導板の両側を同じ膨張率の熱放射板で挟んでいるので、熱が作用したとしても、それらが反り返ったりしない。そのため、各板部材を薄くして、超薄型の照明器具とすることもできる。【００２２】
例えば、この実施形態の照明器具において、上記熱伝導板３、熱放射板４，５のそれぞれの板厚を２［ｍｍ］とし、三層で６［ｍｍ］の厚さとし、１０［Ｗ］のＬＥＤ基板ユニット１を実装した上記ＬＥＤ基板ユニット１を用いた場合には、光源からの照射距離４０［ｃｍ］における照度が２０００［ｌｘ］であり、十分な放熱性も維持できることを確認している。そして、上記照度は、精細作業用の照明としても十分な明るさである。
なお、この照度を実現するために、上記伝熱板３には、複数のＬＥＤ基板ユニット１を設けて必要な光量を得るようにしてもよいし、複数のＬＥＤ２を実装したＬＥＤ基板ユニット１を用いてもよい。【００２３】
このように、この実施形態の照明器具は、上記のような薄さでも、十分な明るさを実現しながら、ＬＥＤの発光に基づいて発生する熱を、スムーズに放熱することができるものである。
特に、上記したような超薄型のスタンドタイプの照明器具の場合、照明器具の両面を指で摘んで光源の位置を調整することがあるが、その際にも、不快な熱さを感じたり、火傷をしたりすることがない。【００２４】
また、この実施形態の照明器具では、ＬＥＤ２の熱を熱放射板４，５に速やかに伝達するための熱伝達板３を、ＬＥＤ基板ユニット１とは別部材にしている。そのため、熱伝導板３は、電気的な特性を考慮する必要がなく、上にＬＥＤユニット１を設けることによって、ＬＥＤ２の配置を自由に設定することができる。
特にＬＥＤは光の直進性が高いので、その配置によって照射面の明るさや、影のでき方などが変化する。そのため、照明器具にとっては複数のＬＥＤ２の配置は重要であるが、この実施形態の照明器具では、ＬＥＤ２の配置の変更も容易である。【００２５】
なお、熱伝導板３において、ＬＥＤ基板ユニット１を取り付けた側の面に設ける熱放射板５には、開口６を形成しているため、反対側面に設ける熱放射板４よりも、上記熱伝導板３との接触面積が小さい。つまり、熱伝導板３を挟む両面に接触する熱放射板４，５の面積差ができることになるが、その差が小さければ、熱膨張に差ができて三層構造体が反り返ってしまうようなことはない。但し、ＬＥＤ基板ユニット１を多数設けるなど、熱放射板５に形成する開口面積が大きくなる場合には、熱放射板４よりも厚みを厚くして、反対面に設けた熱放射板４とのバランスをとる必要がある。【００２６】
また、図１に示す実施形態では、熱伝導板３の両面に設けた樹脂製の熱放射板４、５は、上記熱伝導板３と外周を一致させているが、熱伝導板３の露出面に熱放射板４，５を密着させて覆いさえすれば、例えば、図２に示すように熱伝導板３よりも、熱放射板４，５を大きくして、熱伝導板３の外周より熱放射板４，５の外周が外側へはみ出すようにしてもよい。なお、上記熱伝導板３の外周よりはみ出すはみ出し量は、上記熱放射板４，５で同じ必要はないし、一方の熱放射板４または５のみがはみ出すようにしてもよい。また、上記熱伝導板３の端面を、熱放射板４または５で覆うようにしてもよい。
さらに、上記実施形態の照明器具は、スタンドタイプの装置に応用可能な形状であるが、この発明の照明器具は、上から吊るすペンダントタイプの装置にも応用できる。その場合にも、超薄型の優れたデザイン性を活かしながら、小型、軽量であって、放熱効率が高く、明るく、寿命も長い照明器具を実現できる。しかも、手でふれたときの熱さによる不快感もないので、手で触れる可能性がある低い位置まで下げて用いることもできる。特に、ペンダントタイプの場合には、軽量化によって安全性が高くなるというメリットもある。【００２７】
なお、上記実施形態では、この発明の熱伝導板としてアルミ板を用いているが、熱伝導板の材質はアルミに限らない。通常の金属ならば、どのようなものでも熱伝導板としての機能を満足する。例えば、銅の熱伝導率は４２０［Ｗ／ｍ・Ｋ］であってアルミよりも高いし、他の金属でも、通常の樹脂などと比べて熱伝導率が高い。ただし、熱伝導板としてアルミを用いれば、より軽量化が可能である。そして、小型軽量化が可能になれば、よりデザイン性の優れた照明器具の実現も可能となる。
また、上記熱放射板４，５を構成する材質も、上記実施形態のＡＢＳ樹脂に限らず、アクリル、ポリプロピレン、ポリスチレンや、アクリロニトリル・スチレン共重合体など、熱伝導率が低く、熱放射率の高い一般的な樹脂を用いることができる。
なお、上記熱放射板４，５は、熱膨張率が近い材質であれば、必ずしも同一のものを用いなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態の断面図である。
【図２】他の実施形態の部分断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      ＬＥＤ基板ユニット
２      ＬＥＤ
３      （金属製の）熱伝導板
４、５  （樹脂製の）熱放射板
【図１】
2009150711.tif 000003
【図２】
2009150711.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月16日(2010.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
熱伝導率の高い金属製の熱伝導板上にＬＥＤ基板ユニットを装着し、この熱伝導板の両面であって、上記ＬＥＤ基板ユニットの取り付け部分を除いた露出面に、熱放射率が高く、熱伝導率が低い樹脂製の熱放射板を密着させて、上記熱伝導板とその両面に設けた熱放射板とで三層構造とし、上記ＬＥＤ基板ユニットから放出される熱を、上記熱伝導板内で拡散させて上記樹脂製の熱放射板に伝達し、伝達された熱を上記樹脂製の熱放射板から外気へ放出する構成にした照明器具。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第１の発明は、熱伝導率の高い金属製の熱伝導板上にＬＥＤ基板ユニットを装着し、この熱伝導板の両面であって、上記ＬＥＤ基板ユニットの取り付け部分を除いた露出面に、熱放射率が高く、熱伝導率が低い樹脂製の熱放射板を密着させて、上記熱伝導板とその両面に設けた熱放射板とで三層構造とし、上記ＬＥＤ基板ユニットから放出される熱を、上記熱伝導板内で拡散させて上記樹脂製の熱放射板に伝達し、伝達された熱を上記樹脂製の熱放射板から外気へ放出する構成にした点に特徴を有する。
【国際調査報告】
2009150711.tif 000005
2009150711.tif 000006