(57)【要約】【課題】実施形態は、放熱性および光特性の両方を向上させた照明装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る照明装置は、発光素子と、前記発光素子が搭載された筐体と、前記筐体の前記発光素子が搭載された部分を覆う熱伝導体を備える。前記熱伝導体は、前記発光素子が放射した光が通過する複数の開口と、前記発光素子が放射した光を反射する内面と、を有する。そして、前記熱伝導体は、前記筐体に熱的に接続され、前記筐体の熱を放散する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子が搭載された筐体と、
前記筐体の前記発光素子が搭載された部分を覆い、前記発光素子が放射した光が通過する複数の開口と、前記発光素子が放射した光を反射する内面と、を有する熱伝導体と、
を備え、
前記熱伝導体は、前記筐体に熱的に接続され、前記筐体の熱を放散する照明装置。
【請求項２】
前記複数の開口を塞ぐ透明樹脂層をさらに備えた請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記熱伝導体は、その面積占有率が大きい第１の領域と、前記第１の領域よりも面積占有率が小さい第２の領域と、を有する請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記熱伝導体の前記内面に、前記発光素子が放射する光を反射する部材がコーティングされた請求項１〜３のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項５】
前記熱伝導体は球状の外形を有し、前記熱伝導体と前記筐体との接合部の直径は、前記熱伝導体の直径よりも小さい請求項１〜４のいずれか１つに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を用いると、フィラメント型光源を用いたものよりも低消費電力、長寿命である。しかしながら、ＬＥＤなどの発光素子は、動作温度が上昇するに従い発光効率が低下する。このため、発光素子を搭載する照明装置では、放熱が不十分になると光出力が制限される。また、放熱機構により配光などの光学特性が制限される場合もある。そこで、放熱性および光特性の両方を向上させることが可能な照明装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、放熱性および光特性の両方を向上させた照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る照明装置は、発光素子と、前記発光素子が搭載された筐体と、前記筐体の前記発光素子が搭載された部分を覆う熱伝導体を備える。前記熱伝導体は、前記発光素子が放射した光が通過する複数の開口と、前記発光素子が放射した光を反射する内面と、を有する。そして、前記熱伝導体は、前記筐体に熱的に接続され、前記筐体の熱を放散する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る照明装置を表す模式図である。
【図２】実施形態に係る照明装置の配光特性を表す模式図である。
【図３】実施形態に係る照明装置を表す模式断面図である。
【図４】実施形態に係る熱伝導体を表す模式図である。
【図５】実施形態に係る熱伝導体の製造過程を表す模式図である。
【図６】実施形態の変形例に係る照明装置の熱伝導体を表す模式図である。
【図７】実施形態の別の変形例に係る照明装置の熱伝導体を表す模式図である。
【図８】実施形態に係る照明装置を模式的に表す部分断面図である。
【図９】実施形態に係る熱伝導体の接合構造を模式的に表す部分断面図である。
【図１０】実施形態に係る熱伝導体の別の接合構造を模式的に表す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。
【０００８】
図１は、実施形態に係る照明装置１００を例示する模式図である。照明装置１００は、所謂グローブライトであり、発光素子１０と、筐体２０と、熱伝導体３０と、を備える。図１（ａ）は、照明装置１００の断面図であり、図１（ｂ）は、熱伝導体３０の斜視図である。
【０００９】
発光素子１０は、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）であり、図１（ａ）に示すように、筐体２０の上面２０ａに搭載される。例えば、少なくとも１つの白色ＬＥＤが基板２１の上にマウントされる。そして、基板２１は、筐体２０の上面２０ａに接着剤を用いて固着される。また、基板２１を筐体２０にネジ止めしても良い。
【００１０】
熱伝導体３０は、発光素子１０が搭載された部分を覆って筐体２０に取り付けられる。そして、図１（ｂ）に示すように、熱伝導体３０は、複数の開口３５を有する。開口３５は、発光素子１０の光を外部に放出するために、熱伝導体３０の内面３０ｂから外面３０ａへ連通する。また、内面３０ｂは、発光素子１０が放射した光を反射する。例えば、熱伝導体３０を構成する部材が発光素子１０の光に対し高反射率であっても良いし、高反射材を内面にコーティングしても良い。さらに、熱伝導体３０は、筐体２０に熱的に接続され、筐体２０の熱を外部に放散する。
【００１１】
熱伝導体３０に用いられる部材の熱伝導率は、例えば、１０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。例えば、アルミナを含む高反射塗料をコーティングしたステンレスまたは銅を用いることができる。また、鏡面処理を施したアルミニウムでも良い。
【００１２】
高反射塗料は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の白色顔料を少なくとも１種以上含む、ポリエステル樹脂系の白色塗料、アクリル樹脂系の白色塗料、エポキシ樹脂系の白色塗料、シリコーン樹脂系の白色塗料、ウレタン樹脂系の白色塗料、を例示することができる。また、これらから選択される２種以上の白色塗料を組合せても良い。
【００１３】
熱伝導体３０の表面仕上げは、上記の例に限定されるわけではなく、例えば、反射率の高い銀やアルミニウムなどの金属を、めっき法、蒸着法、スパッタリング法、等によりコーティングしても良い。また、基材と高反射部材をクラッド化することも可能である。
【００１４】
上記の処理によって、少なくとも４６０ｎｍから５７０ｎｍの光波長に対する反射率が９０％以上となるようにすることが好ましく、反射率が９５％以上となるようにすることがより好ましい。
【００１５】
さらに、照明装置１００は、複数の開口３５を塞ぐ透明樹脂層３３を有する。透明樹脂層３３は、例えば、熱伝導体３０の外面３０ａおよび内面３０ｂの両方を覆うように設けることができる。また、外面３０ａおよび内面３０ｂのいずれか一方を覆う態様でも良い。これにより、筐体２０の上部を覆う熱伝導体３０の内側が密封される。また、熱伝導体３０の内面を保護し、その反射率の低下を抑制することができる。
【００１６】
透明樹脂層３３は、熱伝導体３０の形状を維持する剛性、発光素子１０の光を外部に放出する透光性に加え、難燃性および熱による光学特性の劣化を抑制する耐熱性を有する。例えば、透明樹脂層３３には、ポリカーボネート、アクリルまたはシリコーンを用いることができる。また、ガラスでも良い。これらの熱伝導率は、熱伝導体３０よりも低く０．１〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。このため、熱伝導体３０からの放熱を妨げないように、透明樹脂層３３は薄く設けられる。
【００１７】
図２は、実施形態に係る照明装置１００の配光特性を表す模式図である。図２（ａ）は、照明装置１００の配光特性を示し、図２（ｂ）は、比較例に係る照明装置２００の配光特性を示す。
【００１８】
図２（ｂ）に示す照明装置２００では、発光部９５、所謂グローブに対する筐体９０のサイズが相対的に大きい。筐体９０は、例えば、アルミニウムのダイカストにより形成され、サイズが大きいほど放熱性が向上する。このため、照明装置２００は、放熱性が良く、投入電力を増やして光出力を向上させることができる。一方、その配光特性には、課題を残している。すなわち、図２（ｂ）に示すように、発光部９５から放射される光は、上方Ｌ１および横方向Ｌ３に伝播するが、下方へは伝播しない。
【００１９】
これに対し、図２（ａ）に示す照明装置１００では、発光部である熱伝導体３０に対する筐体２０のサイズが小さい。このため、熱伝導体３０の上部で反射された光が、筐体２０に遮られることなく下方Ｌ２へ伝播し外部へ放出される。すなわち、照明装置１００では、上方および横方向に加えて、下方への光の放出が可能であり、配光角を広げることができる。
【００２０】
一方、照明装置１００では、筐体２０のサイズが小さいため、筐体２０を介した放熱が制限される。そこで、熱伝導体３０を介した放熱経路を設けることにより放熱性を向上させ、照明装置２００と同等、または、それ以上の光出力を実現する。
【００２１】
言い換えれば、照明装置１００では、発光部である熱伝導体３０を設けることにより、放熱性を低下させることなく筐体２０のサイズを縮小できる。例えば、図２（ａ）に示すように、熱伝導体３０と筐体２０との接合部２５の直径Ｒ２を、球状の外形を有する熱伝導体３０の直径Ｒ１よりも小さくすることができる。これにより、投入電力を増やして光出力を向上させ、且つ、配光を広角化させることが可能となる。
【００２２】
図３は、実施形態に係る照明装置１００を表す模式断面図である。同図に示すように、筐体２０の内部には、電源基板４３と、それを収容する電源ケース４０が設けられる。また、筐体２０の下部には、口金４７が装着される。
【００２３】
電源基板４３は、配線４９を介して口金４７に接続され、配線４５を介して発光素子１０がマウントされた基板２１に接続される。そして、口金４７を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、発光素子１０に供給して発光させる。
【００２４】
照明装置１００では、発光素子１０が主たる熱源であり、発光素子１０の熱は、基板２１を介して筐体２０に伝わり外部に放散される。さらに、筐体２０の熱は、接合部２５を介して熱伝導体３０に伝わり、その外面３０ａから外部に放散される。筐体２０と、熱伝導体３０と、の間の熱的な接続は、筐体２０に熱伝導体３０が直接接触する態様でも良いし、接着剤を介して接触する態様でも良い。また、発光素子１０からの輻射および対流により熱伝導体３０に熱を伝え外部に放散させることもできる。
【００２５】
図４は、実施形態に係る熱伝導体３０を表す模式図である。図４（ａ）は、熱伝導体３０の材料である金属細線３７をメッシュ状に組み合わせた状態を示す平面図である。図４（ｂ）は、金属細線３７を熱伝導体３０の形状に成形した状態を示す斜視図である。
【００２６】
図４（ａ）に示す金属細線３７で形成されたメッシュ状の板材は、例えば、プレス加工により、図４（ｂ）に示すドーム状または球状の熱伝導体３０に成形される。
【００２７】
熱伝導体３０の開口３５に対する面積占有率は、次式で表される。
面積占有率  ＝  （Ａ領域の面積−開口面積）／Ａ領域の面積
ここで、Ａ領域とは、熱伝導体の外面３０ａにおける任意の領域である。
【００２８】
熱伝導体３０の面積占有率は、配光特性を考慮して、例えば、１０％以上、３０％以下とする。その下限は、熱伝導体３０の内面における反射率に依存し、上限は、光取り出し効率を考慮して設定する。例えば、図４（ａ）に示すメッシュの間隔を変えることにより、面積占有率を調整することができる。
【００２９】
図５は、実施形態に係る熱伝導体３０の製造過程を表す模式図である。図５（ａ）は、熱伝導体３０を覆う透明樹脂層３３を形成するインジェクションモールドの過程を示す断面図である。図５（ｂ）は、完成した熱伝導体３０を示す斜視図である。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、例えば、ドーム型に成形した熱伝導体３０を、雄型６０ｂにセットし、雄型６０ｂと雌型６０ａを型締めする。続いて、金型６０の内部に設けられたキャビティ６１に、ゲート６３を介して溶融した樹脂３３ａを充填し、硬化させる。
【００３１】
これにより、図５（ｂ）に示すように、開口３５を透明樹脂層３３で覆った熱伝導体３０を完成させることができる。
【００３２】
図６は、実施形態の変形例に係る熱伝導体５０を表す模式図である。図６（ａ）は、熱伝導体５０の材料である金属プレート５３を表す平面図である。図６（ｂ）は、熱伝導体５０を示す斜視図である。
【００３３】
熱伝導体５０の製造過程では、図６（ａ）に示すように、金属プレート５３の裏面から表面に貫通する複数の開口５５を形成する。金属プレート５３は、例えば、ステンレスまたはアルミニウムであり、打ち抜き加工により開口５５が形成される。金属プレート５３の表面および裏面には、発光素子１０の光を反射する塗料をコーティングする。
【００３４】
次に、複数の開口５５が設けられた金属プレート５３をプレス加工し、図６（ｂ）に示すドーム状の熱伝導体５０を形成する。続いて、熱伝導体５０の開口５５を覆う透明樹脂層を形成する。
【００３５】
熱伝導体５０では、開口５５の直径、および、その間隔の少なくとも一方を調整することにより、面積占有率を好ましい値に設定することができる。
【００３６】
図７は、実施形態の別の変形例に係る熱伝導体７０を表す模式図である。図７（ａ）は、熱伝導体７０の材料である金属プレート７３を表す平面図である。図７（ｂ）は、熱伝導体７０を示す斜視図である。
【００３７】
図７（ａ）に示すように、金属プレート７３には、直径の異なる２種類の開口７５ａおよび７５ｂが設けられる。
【００３８】
図７（ｂ）に示すプレス加工後の熱伝導体７０では、例えば、ドーム形状の上部（第１の領域）に、直径の小さい開口７５ｂが配置され、側面部（第２の領域）に直径の大きな開口７５ａが配置されている。これにより、熱伝導体７０の上部における面積占有率は、側面部における面積占有率よりも大きい。このため、上方に伝播する光のうちの熱伝導体７０の内面で反射される割合が増え、側方および下方（図２参照）から放出される光が増える。これにより、照明装置１００の配光角を広げることができる。
【００３９】
このように、熱伝導体７０の外面の領域ごとに面積占有率を変化させることが可能であり、配光角を制御することができる。本実施形態では、開口の面積が他よりも広い部分を有する例を示したが、開口のサイズを同じとして、その間隔を変化させることにより面積占有率を変化させても良い。また、面積占有率を局所的に変え、その部分から放射される光の強度を変化させた配光特性を実現することもできる。
【００４０】
図８は、実施形態に係る照明装置１００を模式的に表す部分断面図である。  
図８（ａ）に示すように、熱伝導体３０は、筐体２０に接続しても良いし、図８（ｂ）に示すように、基板２３に接続しても良い。
【００４１】
例えば、基板２１の熱伝導率が、筐体２０の熱伝導率よりも小さい場合には、図８（ａ）に示すように、基板２１から筐体２０に熱を逃がし、筐体２０から熱伝導体３０に熱を移動させる経路の方が効率的である。
【００４２】
一方、基板２３の熱伝導率が、筐体２０と同等、もしくは、筐体２０よりも大きい場合には、図８（ｂ）に示すように、基板２３から熱伝導体３０に直接放熱した方が、効率的である。
【００４３】
図９は、実施形態に係る熱伝導体３０の接合構造を模式的に表す部分断面図である。図９（ａ）は、熱伝導体３０を筐体２０に接合した接合部２５の断面図である。図９（ｂ）は、筐体２０の部分断面であり、図９（ｃ）は、筐体２０の上面２０ａを示す平面図である。
【００４４】
図９（ａ）に示すように、熱伝導体３０は、筐体２０に接合する端部において、透明樹脂層３３に覆われず、その先端部３０ｆが露出する。そして、先端部３０ｆは、筐体２０に設けられた嵌合穴８３に挿入され、熱伝導体３０と筐体２０とを熱的に接続する。
【００４５】
さらに、熱伝導体３０の内面側において、透明樹脂層３３が接着剤８１により筐体２０に固定される。接着剤８１には、例えば、熱伝導率の高いセラミックスフィラーや金属フィラーなどが添加された高伝熱性接着剤を用いる。
【００４６】
図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、嵌合穴８３は、筐体２０の上面２０ａの端に設けられる。例えば、上面２０ａの外縁に沿って、複数の嵌合穴８３が配置される。そして、複数の先端部３０ｆを嵌合穴８３に挿入し、熱伝導体３０を筐体２０に接続する。この接続は、先端部３０ｆと嵌合穴８３との間の嵌合によるものでも良いし、接着剤を用いて固着させても良い。また、その両方でも良い。これにより、筐体２０と熱伝導体３０との間の熱的な接合と、機械的な強度と、を共に向上させることができる。例えば、照明装置１００の本体を回転させてソケットに取り付け、また、取り外すときに、熱伝導体３０に加えられるトルクに対する強度を向上させることができる。
【００４７】
図１０は、実施形態に係る熱伝導体３０の別の接合構造を模式的に表す部分断面図である。図１０（ａ）は、熱伝導体３０を筐体２０に接合した接合部２５の断面図である。図１０（ｂ）は、筐体２０の部分断面であり、図１０（ｃ）は、筐体２０の上面を示す平面図である。
【００４８】
図１０（ａ）に示すように、本実施例では、熱伝導体３０の先端部３０ｆが折り曲げられる。そして、先端部３０ｆは、筐体２０に設けられた溝８５に挿入され、熱伝導体３０と筐体２０とを熱的に接続する。さらに、熱伝導体３０の内面側において、透明樹脂層３３および先端部３０ｆが接着剤８１により筐体２０に固定される。
図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように、複数の溝８５が、筐体２０の上面２０ａの外縁に沿って設けられる。そして、複数の先端部３０ｆを溝８５に挿入することにより、筐体２０と熱伝導体３０との間の熱的な接合と、機械的な強度と、を向上させる。
【００４９】
図１０に示す接合構造は、例えば、筐体２０に深い嵌合穴８３を形成できない場合に有効である。
【００５０】
また、図９および図１０に示した接合構造は、基板２３の接合部２７に熱伝導体３０を接合する場合にも適用できる。また、熱伝導体５０および７０においても、その周辺に先端部３０ｆに代わる複数の突起を設けることにより実施可能である。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１０・・・発光素子、  ２０、９０・・・筐体、  ２０ａ・・・上面、  ２１、２３・・・基板、  ２５、２７・・・接合部、  ３０、５０、７０・・・熱伝導体、  ３０ａ・・・外面、  ３０ｂ・・・内面、  ３０ｆ・・・先端部、  ３３・・・透明樹脂層、  ３３ａ・・・樹脂、  ３５、５５、７５ａ、７５ｂ・・・開口、  ３７・・・金属細線、  ４０・・・電源ケース、  ４３・・・電源基板、  ４５、４９・・・配線、  ４７・・・口金、  ５３、７３・・・金属プレート、  ６０・・・金型、  ６０ａ・・・雌型、  ６０ｂ・・・雄型、  ６１・・・キャビティ、  ６３・・・ゲート、  ８１・・・接着剤、  ８３・・・嵌合穴、  ８５・・・溝、  ９５・・・発光部、  １００、２００・・・照明装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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