(57)【要約】【課題】小型、薄型形状としても、ＬＥＤの発熱に対して十分な放熱効率が得られ、長期に渡って優れた発光特性を維持することを可能とした照明ユニット、およびそれをランプソケットに装填した照明装置を提供すること。【解決手段】基板の一方の面に実装された発光素子と発光素子に外部から電力を供給するための口金部であって、基板の他方の面側に配置され、基板の外形サイズよりも小さい大きさで、点灯回路を収容して覆う突出部と、突出部の両脇に配置される、点灯回路に外部からの電源を供給するための電極ピンとを有する照明ユニットであって、突出部の天板を、基板の他方の面の基板中央で、柱状放熱軸にて熱的に接合する構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に実装された発光素子と
前記発光素子に外部から電力を供給するための口金部であって、基板の他方の面側に配置され、前記基板の外形サイズよりも小さい大きさの突出部と、前記突出部の両脇に配置されて、外部から電力を受ける電極ピンと、を有する照明ユニットにおいて、
前記突出部の天板は、前記基板の他方の面の基板中央で、柱状放熱軸にて熱的に接合される
ことを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】
前記発光素子は、前記基板の一方の面の中央部に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項３】
前記柱状放熱軸の先端部にはネジが切られており、前記基板の他方の面と当該ネジで固定される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明ユニット。
【請求項４】
前記突出部の天板は、少なくとも２つの切欠きを有する
ことを特徴とする請求項３に記載の照明ユニット。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の照明ユニットをランプソケットに装填したときに、前記突出部の天板と前記ランプソケット側に配した前記熱伝導部材とが、熱的に結合される
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子を備えた照明ユニットと、それをランプソケットに装填した照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明ユニットに高輝度で半永久的な寿命を有するＬＥＤ（Light emitting diode）が用いられるようになってきた。しかし、高輝度が求められる照明ユニットは、発光源のＬＥＤの輝度を高輝度にすればするほど、ＬＥＤの発熱が増大し、ＬＥＤ自体の発光効率や寿命に悪影響を及ぼすだけでなく、その発熱が照明ユニットの構成部品も劣化させるため、発光特性、耐久性に問題があった。
【０００３】
そこで、ＩＥＣ（国際電気標準会議）で規格されたＧＸ５３の口金とランプソケットを用いて、照明ユニットに実装されたＬＥＤの発熱を、ランプソケットを有する照明器具本体に伝熱するための放熱構造を備えた照明ユニットが提案された（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この照明ユニットは、着脱が容易なツイスト＆ロック方式で照明器具本体に装填した照明装置は、照明ユニットの外周部と口金の突出部の上面が、照明器具本体のケース内側の側面と上面に接触する構成にして、ＬＥＤの発熱を照明器具本体のケースに伝熱し、ケースが放熱フィンと同等に作用し、優れた放熱効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２９４８８号公報（第４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＬＥＤの点光源特性を得るべく、ＬＥＤを金属基板の中央部に実装し、そのＬＥＤで発生する熱を効率よくケース側に伝熱しようとした場合、以下の問題が発生する。特許文献１に示した従来技術は、複数のＬＥＤから発生する熱を、ＬＥＤを実装した金属基板の外周部と、口金側金属部品の外周部との結合だけで伝熱し、口金にその熱を伝える構造であるから、金属基板の中央部に実装されたＬＥＤの熱を、効率よく口金部に伝えることができない。つまり、金属基板の中央部にされたＬＥＤは、ＬＥＤから口金の突出部までの熱抵抗を十分下げることができず、放熱の効果があまり期待できない。この問題は、小型、薄型であっても高い放熱性能が有り、長期に渡って優れた発光特性を維持できる照明ユニットとした場合に、特に顕著となる。
【０００７】
本発明の目的は、小型、薄型形状としても、ＬＥＤの発熱に対して十分な放熱効率が得られ、長期に渡って優れた発光特性を維持することを可能とした照明ユニット、およびそれをランプソケットに装填した照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の照明ユニットは、上記目的を達成するために、下記記載の構成を採用するものである。
【０００９】
本発明の照明ユニットは、基板の一方の面に実装された発光素子と、発光素子に外部から電力を供給するための口金部であって、基板の他方の面側に配置され、基板の外形サイ
ズよりも小さい大きさの突出部の両脇に配置されて、外部から電力を受ける電極ピンとを有する照明ユニットにおいて、突出部の天板を、基板の他方の面の基板中央で、柱状放熱軸にて熱的に接合したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の照明装置は、上述した照明ユニットをランプソケットに装填したときに、突出部の天板とランプソケット側に配した熱伝導部材とが、熱的に結合されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、小型、薄型形状とし、ＬＥＤの点光源特性を生かすべく、ＬＥＤを金属基板の中央に配置したとしても、ＬＥＤの発熱に対して十分な放熱特性が得られ、長期に渡って優れた発光特性を維持できる照明ユニット、およびそれをランプソケットに備えた照明装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の照明ユニットの一実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の照明ユニットの図１に示すＡ−Ｏ―Ａ断面図である。
【図３】本発明の照明ユニットのＧＸ５３ランプソケットへの装填を説明するための斜視図である。
【図４】本発明の照明ユニットをＧＸ５３ランプソケットに装填した図の断面図である。
【図５】本発明の照明ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。なお、以下に説明する実施例では、照明ユニットの口金は、ＩＥＣ（国際電気標準会議）で規格化されたＧＸ５３の口金で構成されている例で説明する。
[照明ユニットの全体構成：図１]
まず、図１を用いて、本実施例の照明ユニットの全体構成を説明する。図１は、この照明ユニットの外観を、ＧＸ５３の口金側から示す斜視図であり、照明用の白色光が下方に向かって出射される図である。なお、各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１に示す照明ユニット１は、小型・薄型化を狙った器具であり、図示しないランプソケットに装填して、外部から電力を供給するためのＧＸ５３規格の口金２と、ＬＥＤを含む発光源で発生する熱を外部に放出するための放熱上ブロック３と放熱下ブロック４と、発光源からの照射光を透過させるカバー８とで構成される。なお、口金２の内部には、ここでは図示しない点灯回路、及び発光源が実装された回路基板を内蔵している。
【００１５】
上記口金２は、ＧＸ５３の規格に基づいて、口金本体２１に間隔５３ｍｍで配置された２本の電極ピン２３と、その２本の電極ピン２３の間であって、両端に切欠き９３を有し、金属製の天板９を備えた突出部２４とで構成される。
【００１６】
放熱上ブロック３と放熱下ブロック４は、ほぼ同形状で、中央から外側に向けて放射状に配置された多数個の放熱フィン３２、４２を有し、ＬＥＤを含む発光源で発生する熱を効率よく対流と熱放射によって外部に放熱する。この発光源から放熱フィン３２、４２への放熱経路を第１の熱伝導経路とする。また、照明ユニット１は、ＬＥＤが実装された回路基板から天板９を熱的に結合し、口金２によって天板９と放熱上ブロック３とを熱絶縁させることで、発光源で発生した熱を口金側に導いて天板９からも同様に放熱できる構成となっている。この発光源７から天板９への放熱ルートを、第２の熱伝導経路とする。
［照明ユニットの構成と熱伝導の経路説明：図２］
次に、本発明の特徴部分である熱的結合形態とそれによる放熱ルートについて説明する。図２は、図１に示すＡ−Ｏ―Ａ線の断面図で、照明ユニットの構成と熱伝導作用を説明するための図である。
【００１７】
図２に示すように、回路基板６の中央位置に配置した、発光源７を点灯した際に発生する熱は、メタルベース基板である回路基板６から、主に上記第１と第２の熱伝導経路を経由して、外部に放出される。
【００１８】
第１の熱伝導経路は、従来の熱伝導経路とほぼ同じであり、回路基板６の中央部に配置された発光源７で発生した熱が、回路基板６の基板外延部に導かれ、回路基板６を挟持する放熱上ブロック３と放熱下ブロック４、放熱フィン３２、４２に熱伝導させて、主に放熱フィン３２、４２から対流と熱放射によって放熱される経路（図中に点線矢印）である。
【００１９】
第２の熱伝導経路が本発明の特徴的部分であり、発光源７が実装された回路基板６の裏面に接触している放熱軸支持板９２、その放熱軸支持板９２に直立して設けられた柱状放熱軸９１、柱状放熱軸９１に固定された天板９へと熱伝導される経路（図中に実線矢印）である。この実線矢印で示した第２の熱伝導経路は、照明ユニット１の薄型化が求められ、放熱フィン３２、４２の表面積を十分に確保できず、対流による放熱が期待できない場合や、回路基板６をより薄くする必要が生じ、基板外延部からの放熱ルート（第１の熱伝導経路）の放熱量があまり期待できない場合に、特に有効に作用する。なおこのとき、放熱軸支持板９２は、熱伝導シート或いは熱伝導グリースなどで回路基板６との接合面の接触熱抵抗を下げて、熱伝導性を良好にすることが望ましい。また、本発明では上記第２の熱伝導経路は必須としているが、第１の熱伝導経路を省略した構成としても良い。
【００２０】
柱状放熱軸９１は、発光源７で発生する熱を、回路基板６から天板９まで導くためと、筐体内部に部品を内装し、部品組み立ての最終段階で、照明ユニット１の構成部品を組み込むために利用され、その一端が放熱軸支持板９２にネジ結合され直立しており、点灯回路基板５１の中央部の点灯回路基板孔５３と、口金２の中央部を貫通して、口金の上面開口２６近傍の位置まで延伸する構成となっている。そして、その他端に天板９がネジ止めされ切欠き９３を用いて締め込まれている。この天板９の切欠き９３は、溝或いは長穴で形成されており、柱状放熱軸９１に天板９をネジ結合する際の締め込み作業性を向上させるために一対設けられているが、２対以上設けて、更に締め込み作業をやり易くしても良い。
【００２１】
また、上記口金２に設けた切欠き９３は、上述した様に、天板９を部品組立の最終段階で、照明ユニット１の構成部品を組み込むためだけでなく、放熱上ブロック３または放熱下ブロック４のいずれか、または両方に設けた、図示しない吸気孔と切欠き９３で照明ユニット１内の大気の流れを作ってもよい。
【００２２】
このように、照明ユニット１は、回路基板６の中央部に配置した発光源７で発生した熱を、回路基板６の外延部を経由して放熱フィン３２、４２に導かれる第１の熱伝導経路と、回路基板６と、放熱軸支持板９２と、柱状放熱軸９１から天板９に伝導し、天板９から放熱される第２の熱伝道経路の２つのルートで放熱される。したがって、発光源７を回路基板６の中央に配置し、照明ユニット１を小型薄型にしたとしても、回路基板６や口金２内部に熱がこもることがなくなり、十分な放熱性能を得ることができる。これにより、照明ユニット１は、長期に渡って優れた発光特性を維持できるようになる。
【００２３】
［照明ユニットの照明器具本体への装填と熱伝導の説明：図３、図４］
次に、上述した第１と第２の熱伝導経路を有する照明ユニット１を照明器具本体と組み合わせたときに、優れた放熱特性を有する照明装置となることを、図３、４を用いて説明する。図３は、照明ユニットの照明器具本体への装着を説明するための図であって、ケースの一部を切欠いて示す斜視図である。図４は、照明ユニット１をランプソケット１１に装填した図であって、一対の電極ピンを通る断面図で示す。なお、各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して、重複する説明は省略する。
【００２４】
図３に示すように、ケース１６とＧＸ５３のランプソケット１１で構成されるダウンライト方式の照明器具本体１０に、前述した照明ユニット１が装填されて、照明装置を構成する。この照明器具本体１０におけるケース１６は、金属製でカップ状をなし、内側に反射面を有し、下に向かって拡径した形状となっている。
【００２５】
ランプソケット１１は、円環形状で絶縁性を有する樹脂からなり、貫通した嵌合孔１２がＧＸ５３の規格に基づいた寸法で形成されている。また、この嵌合孔１２の内面には、その中心軸に向かって突出した一対の突起部１３が形成されており、照明ユニット１のガイド溝２７と係合して、照明ユニット１の固定に使用される。
【００２６】
また、カップ状のケース底であって、嵌合穴１２から露出する位置には、熱伝導部材１９が貼り付けてある。この熱伝導部材１９は、熱伝導シート、熱伝導性スポンジ、金属板バネ等の熱伝導性に優れたものが望ましく、片面を粘着面にして、その粘着面をケース１６の内側に貼り付けた部材からなる。また、ケース１６における熱伝導部材１９が貼り付いた部分は、熱伝導が良い金属製からなり、その貼り付け部分から広い面積に熱を伝え、対流と熱放射によって放熱する。
【００２７】
また、ランプソケット１１の下面には、ランプソケット１１の中心軸に対して回転対称に位置する一対の円弧状の電極ピン挿入長穴１４と、この円弧状の電極ピン挿入長穴１４の一端にそれぞれ拡径部１５を有し、電極ピン挿入穴１４内部の接続端子と、照明ユニット１の電極ピン２３とが電気的に接合したときに、ケース１６の外部から照明ユニット１に給電ができるようになっている。
【００２８】
次に、照明器具本体１０のランプソケット１１への照明ユニット１の装填手順について説明する。
【００２９】
照明ユニット１をランプソケット１１に装填する際には、嵌合孔１２の内面に突出した一対の突起部１３と、照明ユニット１の突出部２４側面のガイド溝２７の垂直ガイド溝部２７１の位置を合わせ、そして、照明ユニット１の電極ピン２３の先端径大部と、ランプソケット１１の電極ピン挿入長穴１４の拡径部１５の位置を合わせて、矢印Ｄ方向に照明ユニット１をランプソケット１１に近づけて挿入する。
【００３０】
次に、照明ユニット１を右方向に回転させて、ランプソケット１１の突起部１３が照明ユニット１のガイド溝２７の水平ガイド溝部２７２に案内されると同時に、電極ピン挿入長穴１４の縁部に電極ピン２３の先端径大部が引っ掛かり、安定した位置で、照明ユニット１のランプソケット１１への装填が完了する。この状態で、上述した照明ユニット１の天板９と熱伝導部材１９とが面接触する。
【００３１】
このときの、照明器具本体１０と照明ユニット１との位置関係を示したのが、図４である。
【００３２】
図４に示すように、照明器具本体１０のカップ状のケース１６は、平板部１７と拡径部１８を有し、熱伝導部材１９は、ランプソケット１１の嵌合孔１２の内側で、ケース１６
の平板部１７の内側の露出する位置に貼り付けられている。これにより、照明ユニット１をランプソケット１１に装填したときに、熱伝導部材１９が天板９と面接触し、天板９とケース１６の熱的接合を可能とする。
【００３３】
そして、照明ユニット１の発光源７で発生した熱は、上述した第１の熱伝導経路だけでなく、回路基板６の直ぐ裏側にある放熱軸支持板９２と柱状放熱軸９１を伝導して天板９に伝熱させる第２の熱伝導経路を経由して、効率よく放熱される。
【００３４】
この様に、発光源７を回路基板６の中央部に配置した本実施例の照明ユニット１を、小型で薄型としても、十分な放熱性能が得られ、優れた発光性を有する構成となる。この効果は、ＧＸ５３の口金とした場合に特に顕著となる。
［照明ユニットの内部構成と具体例：図５］
次に、本実施例の照明ユニットの具体的な内部構成例について説明する。図５は、照明ユニット１の分解斜視図であり、ネジ類は煩雑となるので省略している。
【００３５】
図５に示すように、口金２は、例えばＰＢＰからなる絶縁性の樹脂からなり、ほぼ円筒形の口金本体２１から中心軸方向に突出した突出部２４と、その側面に形成された一対のガイド溝２７（垂直方向の垂直ガイド溝部２７１と、水平方向の水平ガイド溝部２７２）と、その上面２５に開孔２６を有し、その開孔２６に天板９が嵌め込まれて構成される。
【００３６】
この口金本体２１には、径方向に突出した一対の電極ピン支持部２２と、その電極ピン支持部２２のそれぞれから突出して電極ピン２３が形成されている。なお、これら突出部２４、一対の電極ピン２３、一対のガイド溝２７は、ＧＸ５３の規格に基づく寸法形状となっている。
【００３７】
放熱上ブロック３は、例えばアルミ材質の引き抜き材、押出し材、或いはダイキャストからなり、筒状の内壁面３３は、口金本体２１が嵌まり込むサイズで形成されている。
【００３８】
また、放熱上ブロック３の外壁面３１には、多数の放熱フィン３２が、電極ピン支持部係合部３５の出っ張り量に相当する長さで、中心から外側に向けて放射状に形成され、放熱上ブロック３の規定している。
【００３９】
この様に構成した照明ユニット１は、規格で定められたＧＸ５３の口金の外形寸法に限りなく近く小型化しながらにして、放熱フィン３２の長さを延伸した形態となる。これにより、放熱特性が向上し、発光特性の優れた小型の照明ユニットとなる。なお、内壁面３３には、放熱下ブロック４と回路基板６と放熱上ブロック３と口金２をネジで共締めするための内壁突出部３４が３箇所等間隔で設けられ、回路基板６と密着結合できるようになっている。
【００４０】
放熱下ブロック４は、放熱上ブロック３と同じ材質、同じ外形形状であって、外壁面４１には、放熱フィン４２と電極ピン支持部係合部４５を有し、その筒状の内壁面４３には、３箇所等間隔で内壁突出部４４、放熱下ブロック４の上面と下面それぞれに、回路基板６とカバー８を嵌め込むための沈み部分を有する。なお、この放熱下ブロック４は、発光源７の微小チップであるＬＥＤ７１の実装の厚さに応じて、放熱上ブロック３より薄く形成される。
【００４１】
点灯回路５は、ガラスエポキシ基板からなる点灯回路基板５１の片面に、複数の点灯回路部品５２を実装して、放熱軸支持板９２の上に、絶縁性の良好な材料として、合成樹脂やセラミックス等からなるスペーサ５４を介して配置される。これにより点灯回路５は、回路基板６と、この回路基板６の外径より小さいサイズの口金２の突出部２４により形成
される内部空間に収納される。
【００４２】
回路基板６は、実装された発光源７の発生する熱を伝導しやすい材質である金属基板が良く、アルミ板の上に配線回路を形成したメタルベース基板からなる。この回路基板６の表側は、ベース材が露出した金属面６４となっており、その外周部が放熱上ブロック３と密着結合し、その中央部が放熱軸支持板９２と密着結合する。
【００４３】
放熱軸支持板９２の中央には、両端にネジが形成された柱状放熱軸９１が一端でネジ結合して直立し、点灯回路５の点灯回路基板孔５３を貫通して、その他端で天板９とネジで結合する構成となっている。天板９には、ネジ締めし易いように、一対の切欠き９３が形成されている。
【００４４】
ここで、回路基板６の裏側に配置された発光源７を、矢印Ｂで示した図Ｂの分解斜視図を用いて説明する。
【００４５】
発光源７は、ＬＥＤ７１、サブプレート７２、ＦＰＣ７３で構成される。青色を発光するＬＥＤ７１は、熱伝導性のセラミクスからなるサブプレート７２に実装され、そして、ＹＡＧ系の黄色蛍光体が分散混合された透光性のシリコーン樹脂で封止して形成される。ＬＥＤ７１が実装されたサブプレート７２と、実装面の配線パターンとの電気的接続は、ＦＰＣ７３により行われ、電極ピン２３から電力が供給されると、点灯回路等によって制御され、ＬＥＤ７１の青色光と、黄色蛍光体の波長変換光とが混ざり合って、発光源７から白色光が出射される。
【００４６】
なお、回路基板６の裏面中央にある発光源貼り付け面６２には、発光源７が矢印Ｃの方向に、熱伝導シート或いは熱伝導グリースなどで直接密着される。これにより、発光源７が実装された回路基板６は、そのベース材の露出した部分で第１の熱伝導経路を構成し、回路基板６に熱的に結合された柱状放熱軸９１により、第２の熱伝導経路を構成する。
【００４７】
反射板８１は、回路基板６の中央部に配した、点光源のＬＥＤ７１に対し優れた配光特性を与える。またカバー８は、透光性を有する透明或いは光拡散性を有する樹脂、或いは、ガラスからなり、回路基板６に実装された発光源７を保護するように、放熱下ブロック４に嵌め込まれる。
【００４８】
この様にして、上記ＧＸ５３の口金２を有する照明ユニット１は、小型で薄型としても、十分な放熱性能が得られ、優れた発光特性を有した形態となる。
【００４９】
以上説明した通り、本発明によれば、回路基板６の中央に配置した発光源７の位置に対応する基板裏面側に柱状放熱軸９１を有し、この柱状放熱軸９１と天板９とを熱的に接合して第２の熱伝導経路を構成したからこそ、発光源７から天板９を介して、ケース１６の平面板１７までの熱抵抗を下げた構成となり、ケース１６から対流と熱放射による良好な放熱特性を得て、長期に渡って優れた発光特性を維持することができる照明ユニットとなる。
【００５０】
また、本発明においては、発光源７のＬＥＤ７１は、青色の発光を波長変換して白色光を出射する形態を例示したが、これに代えて紫色の発光を波長変換してもよく、また、青色、赤色、緑色のＬＥＤを用いて発光源としても良い。
【００５１】
また、上述した柱状放熱軸９１は、回路基板６の中央位置で、天板９と熱的に接合して放熱する形態としてあれば良く、必ずしもＬＥＤ７１がこの柱状放熱軸９１に対応する位置になくても、本発明の効果を得ることができる。
【００５２】
さらに、上述した照明ユニットの実施例に限定されることはなく、それらの全てを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々に変更や省略をすることが出来ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１：照明ユニット
２：口金
３：放熱上ブロック
４：放熱下ブロック
５：点灯回路
６：回路基板
７：発光源
８：カバー
９：天板
１０：照明器具本体
１１：ランプソケット
１２：嵌合孔
１３：突起部
１４：電極ピン挿入長穴
１５：拡径部
１６：ケース
１７：平板部
１８：拡径部
１９：熱伝導部材
２１：口金本体
２２：電極ピン支持部
２３：電極ピン
２４：突出部
２５：上面
２６：上面開口
２７：ガイド溝
３１、４1：外壁面
３２、４２：放熱フィン
３３、４３：内壁面
３４、４４：内壁突出部
３５、４５：電極ピン支持部係合部
５１：点灯回路基板
５２：点灯回路部品
５３：点灯回路基板孔
５４：スペーサ
６１：実装面
６２：発光源貼り付け面
６３：外縁部
６４：金属面
７１：ＬＥＤ
７２：サブプレート
７３：ＦＰＣ
８１：反射板
９１：柱状放熱軸
９２：放熱軸支持板
９３：切欠き
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012069396.tif 000005
【図４】
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【図５】
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