JP2009093926A - Led電球 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の白熱電球、クリプトン電球、ハロゲン電球などのサイズを意識して小型化を図るとともに、LED光源部からの発熱を放熱するための放熱部材が電源回路部にできるだけ悪影響を与えないようにしたLED電球を提供する。
【解決手段】光源光源部10と、電源回路部20と、放熱部材30と、電源収容ケース40と、口金50などを有する。放熱部材は、LED光源部および電源回路部の外周部を囲むように配設され、下端部が開口された円筒部31を有し、LED光源部の発熱が伝導されるようにLED光源部を保持している。電源収容ケースは、少なくとも上端部が放熱部材の下端開口部から内部に挿入されて配設され、LED光源部の下方側で電源回路部を内部に収容して保持している。電源収容ケースの下端側には、外部から電源を入力するための口金が取り付けられている。電源収容ケースが放熱部材の内部に挿入されている部分の外形は、放熱部材の内部空間の形状とは異なる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、LED(発光ダイオード)電球に係り、特に複数のLED素子を光源とし、給電用の口金を有するLED電球の構造に関する。
一般的な白熱電球などは、投入された電力が熱に変わって発光部が高熱にさらされても、問題はない。一方、従来の白熱電球などの照明電球の代用として、消費電力を低く抑えることが可能なLED電球が利用され始めている。ここで、LED素子は、半導体素子であり、ジャンクション温度を超えると破壊するので、LED電球による発熱を放熱する対策を施す必要がある。LED電球の一例として、特許文献1には、LEDモジュール、LED駆動用の回路基板、ケース、口金、放熱フィン付きの反射鏡などから構成され、放熱フィンの光源側端部とケースの開口端部とが対向状態で係合する構造が開示されている。
特開2007−48638号公報(図2)
従来の白熱電球、クリプトン電球、ハロゲン電球などのサイズを意識して同程度以下に小型化したLED電球を設計しようとする際、放熱部材を電源回路部の近傍に配設することになる。この場合、電源回路部は、AC電源入力を所望のLED駆動電源に変換する動作により発熱するが、放熱部材から与えられる熱の方が大きと、電源回路部は放熱部材からの放熱により温度上昇をまねき、使用部品に悪影響を受ける。換言すれば、LED素子の長寿命化のために放熱部材を付加したにも関わらず、電源回路部の使用部品の寿命が短くなり、LED素子の寿命性能を十分引き出せないことになる。
本発明は前記した問題点を解決すべくなされたもので、従来の白熱電球、クリプトン電球、ハロゲン電球などのサイズを意識して小型化を図るとともに、LED光源部からの発熱を放熱するための放熱部材が電源回路部にできるだけ悪影響を与えないようにした電源部の構造を有するLED電球を提供することを目的とする。
本発明のLED電球は、複数のLED素子が電子部品用実装基板上に実装され、前記電子部品用実装基板の上方側に照射可能なLED光源部と、前記LED光源部の電子部品用実装基板の下方側に配設され、電源入力を前記LED光源部で必要とする駆動電源に変換する回路が回路基板に搭載されてなる電源回路部と、少なくとも前記LED光源部および前記電源回路部の外周部を囲むように配設され、下端部が開口された筒状部を有し、前記LED光源部の発熱が伝導されるように前記LED光源部を保持した放熱部材と、少なくとも上端部が前記放熱部材の下端開口部から内部に挿入されて配設され、前記LED光源部の下方側で前記電源回路部を内部に収容して保持した電源収容ケースと、前記電源収容ケースの下端側に配設され、前記電源収容ケースにより保持され、外部から電源を入力するための口金と、前記口金から前記電源を前記電源回路部へ供給する第1の接続配線部と、前記電源回路部から前記駆動電源を前記LED光源部へ供給する第2の接続配線部と、を具備し、前記電源収容ケースが前記放熱部材の内部に挿入されている部分の外形は、前記放熱部材の内部空間の形状とは異なることを特徴とする。
上記LED電球において、放熱部材は、円柱状の外形を呈し、少なくとも一部に円筒部を有することが好ましい。これにより、最大外形が円形である一般的な電球との互換性を持たせることができ、放熱部材の表面積を大きく、重量を軽くすることが可能になる。
また、電源収容ケースは、ケース外面の一部が放熱部材の円筒部の内面に接した状態で放熱部材により保持されていることが好ましい。これにより、電源収容ケースを安定に保持することができる。
また、電源収容ケースは、少なくとも一部に、三角形の各コーナー部分を丸めた形状の横断面を有するほぼ三角形の筒状部を備え、この筒状部の各コーナー部分が放熱部材の円筒部に内接していることが好ましい。これにより、放熱部材の内面との間に外部に連通する空間を容易に所要量確保することができ、しかも、電源収容ケースと放熱部材との距離が遠くなり、電源回路部は放熱部材からの熱の影響を受け難くなる。
また、放熱部材は、円筒部の長さ方向に複数のスリットが形成されていることが好ましい。これにより、放熱部材と電源収容ケースの間の空間の空気対流を可能とし、電源回路部が放熱部材から熱を受ける影響をさらに低下させることができる。
また、電源回路部は、回路基板の裏面側が電源収容ケースのほぼ三角形の筒状部の1つの側壁内面に沿って対向する状態で配設されていることが好ましい。これにより、電源回路部の回路基板の表面側に実装されている部品と電源収容ケースとの距離が遠くなり、回路基板表面側の空間を大きく確保し、放熱効果を上げることができる。
また、電源回路部は、回路基板の表面側に搭載されている部品の最大高さ部分が、電源収容ケースのほぼ三角形の筒状部の1つのコーナー部分もしくはその近傍に対向する状態で配設されていることが好ましい。これにより、電源回路部の回路基板の表面側に搭載されている部品の最大高さに対する制約が緩和される。
本発明のLED電球によれば、LED光源部と電源回路部と口金とを縦方向に配置し、電源回路部の外周部に電源収容ケースを配置し、LED光源部の発熱を放熱可能な放熱部材を最外側に配置したので、従来のクリプトン電球、あるいは白熱電球やハロゲン電球などのサイズと同程度に小型化を図ることができる。
また、電源収容ケースは、放熱部材の内部空間の形状とは異なる外形を呈するように形成したので、放熱部材の内面との間に外部に連通する空間を所要量確保でき、かつ、電源収容ケースの存在によって電源回路部が放熱部材からの熱を受け難くし、電源回路部を保護することができる。
因みに、LED光源部への投入電力が4W程度、電源回路部の消費電力が1W程度、合計で5W程度のLED電球を試作した。その結果、電源収容ケースをほぼ三角形の筒状に形成して放熱部材に内接させた場合には、電源収容ケースを円筒状に形成して放熱部材に内接させた場合と比較して、電源回路部の温度が10℃程度低下することを確認した。
このことから、電源回路部の使用部品の温度を10℃程度下げることが可能になり、電源回路部の使用部品の寿命を延ばすことができた。結果として、LEDの寿命性能(例えば、輝度70%で4万時間)と電源回路部の寿命性能が同等となり、LED電球全体の性能を引き上げることが可能になった。また、LED電球の寿命を延ばす代わりに、LED電球の使用限界周囲温度を10℃引き上げることが可能になった。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。
<第1の実施形態>
図1は、本発明のLED電球の第1の実施形態を概略的に示す斜視図である。図2は、図1のLED電球の縦断面を概略的に示す斜視図である。図3は、図2に対応してLED電球の構成部品を、組み立て状態から分解して概略的に示す斜視図である。図4は、図1のLED電球の底面側を示す平面図である。図5は、図1のLED電球の底面から見て示す斜視図である。
このLED電球は、主な構成要素として、LED光源部10、電源回路部20、放熱部材30、電源収容ケース40、口金50、第1の接続配線部、第2の接続配線部61,62、前面カバー70などを有し、これらが組み立てられている。そして、LED光源部10、電源回路部20、口金50を縦方向(図中、上下方向)に配置し、電源収容ケース40を電源回路部20の外周部に配置し、LED光源部10の発熱を放熱可能な放熱部材30を最外側に配置している。
LED光源部10は、複数のLED素子が電子部品用実装基板11上に実装され、この基板の上方側に発光出力を照射可能である。電源回路部20は、LED光源部10の電子部品用実装基板11の下方側に配設され、電源入力をLED光源部10で必要とする駆動電源に変換する回路が回路基板21に搭載されてなる。
放熱部材30は、少なくともLED光源部10と電源回路部20の外周部を囲むように配設され、下端部が開口されており、LED光源部10の発熱が伝導されるようにLED光源部10を保持している。本例では、放熱部材30は、円柱状の外形を呈し、少なくとも一部に円筒部31を有する。
また、放熱部材30は、放熱特性を良好に保つためにLED電球の最外側に配設されている。この場合、一般的な電球の最大外形が円形であることに対応して、LED電球の最大外形も円形に構成すると、LED電球の口金50がどの方向にねじられていても指向性の問題が出難いという利点が得られる。したがって、LED電球の最外側に配設される放熱部材30は、円柱状の外形を呈することが好ましい。また、放熱部材30は、表面積が大きくなるほうが有利であり、重量を軽くし、低コストで製造することが好ましいので、少なくとも一部は中身がくり抜かれた筒状部(本例では円筒部)31にされ、下端部は開口されている。
電源収容ケース40は、少なくとも上端部が放熱部材30の下端開口部から内部に挿入されて配設され、LED光源部10の下方側で電源回路部20を内部に収容して保持している。この場合、電源収容ケース40が放熱部材30の内部に挿入されている部分の外形は、放熱部材20の円筒部31の内部空間の形状とは異なり、ケース外面の一部が放熱部材30の円筒部31の内面に接した状態で放熱部材30により保持されていることが好ましい。
電源収容ケース40の外形の一具体例として、三角形の各コーナー部分を丸めた形状の横断面を有するほぼ三角形の筒状部を少なくとも一部に備え、ケース外面の一部(三角形の筒状部の各コーナー部分)を放熱部材30の円筒部31に内接させた状態で放熱部材30により保持させることが好ましい。
外部から電源を入力するための口金50は、電源収容ケース40の下端側に配設され、電源収容ケース40により保持されている。第1の接続配線部は、口金50から電源回路部20へ電源を供給し、第2の接続配線部は、電源回路部20からLED光源部10へ駆動電源を供給する。
以下、各構成要素について説明する。
(LED光源部10) LED光源部10は、複数のLED素子1が電子部品用実装基板11上に搭載され、例えば直並列接続されている。そして、駆動電源により発光駆動され、電子部品用実装基板11の上方側(LED電球の前面側)に出力光を照射可能なように実装されている。電子部品用実装基板11は、ガラスエポキシ基板、アルミコア基板などが使用される。
(電源回路部20) 電源回路部は、LED光源部10の電子部品用実装基板11の裏面側(図中、下方側)に配設されており、口金50側から供給される電源をLED光源部10で必要とする所望の駆動電源に変換する回路が回路基板21に搭載されている。回路基板21は、ガラスエポキシ基板などが使用される。
(放熱部材30) 放熱部材は、少なくとも一部は筒状部(本例では円筒部)31であり、この円筒部31がLED光源部10、電源回路部20の外周部を囲むように配設され、LED光源部10の発熱が伝導されるようにLED光源部10を保持している。放熱部材30は、アルミなどの熱伝導率がよい金属が使用される。
放熱部材30の上端部近傍の内側には、LED光源部10を水平状態に載置するための水平隔壁部32が筒状部31に一体的に形成されている。ここで、LED光源部10の電子部品用実装基板11として、低価格で放熱性が若干低い材料を用いる場合には、電子部品用実装基板11と水平隔壁部32との熱伝導を良くすることが好ましい。そのためには、電子部品用実装基板11と水平隔壁部32とを熱伝導性が良好な両面接着テープ(図示せず)で固着すればよい。これに伴い、LED光源部10の取り付け作業に際して、ドライバーなどの工具を使用しなくて済み、LED光源部10に工具が接触することによる損傷を防止でき、作業の容易化、作業の効率化を図ることが可能になる。
また、放熱部材30は、円筒部31の長さ方向に複数スリット33を形成することが好ましい。これにより、放熱部材30と電源収容ケース40の間に存在する空間35で外部空間との空気対流が可能になり、電源回路部20が放熱部材30から熱を受ける影響をさらに低下させることができる。
なお、放熱部材30の円筒部の外表面にリブ状のフインを形成することにより、放熱効果を向上させることが可能になる。
(電源収容ケース40) 電源収容ケースは、少なくともその上端部が放熱部材30の下端開口部から内部に挿入された状態で配設されており、放熱部材30へ機械的に容易に結合できる構造を有する。そして、電源収容ケース40は、LED光源部10の下方側で電源回路部20を収容して保持する構造を有しており、LED電球の使用者が電源回路部20に不用意に触れることによる感電事故を防止する構造となっている。
本実施形態では、電源収容ケース40は、放熱部材30の内部空間の形状とは異なる外形を呈するように形成している。これにより、電源収容ケース40が放熱部材30の内側に挿入されている部分では、両者間に外部に連通する空間35を所要量確保しており、かつ、電源収容ケース40の存在によって電源回路部20を放熱部材30からの熱より保護するようにしている。
また、電源収容ケース40は、電源回路部20を垂直状態で収容して保持する内部構造を有している。そして、上記したように垂直状態で保持されている電源回路部20の回路基板21の表面側に搭載されている部品22の最大高さ部分は、電源収容ケース40のほぼ三角形の筒状部の1つのコーナー部分もしくはその近傍に対向していることが好ましい。これにより、上記部品22の最大高さに対する制約が緩和される。
(口金50) 口金は、LED電球の外部から内部に電源(通常は商用のAC電源)を入力するためのものであり、電源収容ケース40の一端側(図中、下端側)に配設され、電源収容ケース40により保持されている。この場合、JIS 規格のE17,E26 等で規定されている口金が使用される。
(第1の接続配線部) 第1の接続配線部は、口金50からLED光源部10へ電源を供給するものであり、例えば絶縁被覆配線が用いられる。
(第2の接続配線部) 第2の接続配線部は、電源回路部20からLED光源部10へ所望の電源を供給するものであり、例えば放熱部材30の水平隔壁部32を貫通して配設されたリードピン61と、このリードピン61をLED光源部10に電気的に接続するためにコネクタ部62などからなる。
(前面カバー70、リング状取り付け部材71) 前面カバー70は、透光性を有する部材が使用され、LED光源部10の照射方向側に対向するように配設されている。この前面カバー70は、放熱部材30の先端開口を閉塞するようにリング状取り付け部材71を介して放熱部材30に取り付けられている。前面カバー70はレンズ効果を有する形状に加工してもよく、リング状取り付け部材71は、内面がリフレクタとして機能するように表面加工を施しておくことが好ましい。
<第2の実施形態>
第1の実施形態において、電源収容ケース40の外形は、様々な変形実施が可能である。前記電源収容ケース40の3つの側壁のうち、少なくとも1つを内側へ緩やかに湾曲させるようにしたり、少なくとも1つを外側へ緩やかに湾曲させるように変形してもよい。
また、例えば電源回路部20を小型化できる場合には、電源収容ケース40の断面をより小さな三角形を基本とした形状とし、有放熱部材30の円筒部31に内接させないようにしてもよい。これにより、電源回路部20が放熱部材30から受ける熱の影響をさらに小さくすることが可能である。
上記とは逆に、電源回路部20が大型である場合には、電源収容ケース40の外形を、三角柱ではなく、四角柱、五角柱などに多角形にすることが可能である。しかし、このような多角化に伴って電源収容ケース40の外形が円柱材に近づいていくので、電源回路部20と放熱部材30との距離が短くなり、電源回路部20は放熱部材30から熱の影響を受け易くなっていく。
図1乃至図5を参照して前述したLED電球において、LED光源部10は、ガラスエポキシ基板11上に実装された40個のLED素子1が用いられ、10個直列接続されたものが4組並列接続されている。電源回路部20は、口金50側から供給される商用AC電源からLED光源部10をパルス状に駆動する駆動電源を生成する電源回路がガラスエポキシ基板21上に搭載されている。
放熱部材30は、アルミなどの熱伝導率がよい金属からなり、LED光源部10、電源回路部20の外周部を囲むようにLED電球の最外側に配設された円筒部31を有する。放熱部材30の上端部近傍の内側には、LED光源部10を水平状態に載置するための水平隔壁部32が筒状部31に一体的に形成されている。そして、LED光源部10の電子部品用実装基板11と水平隔壁部32との熱伝導を良くするために、電子部品用実装基板11と水平隔壁部32とを両面接着テープ(図示せず)で固着している。また、放熱部材30は、円筒部31の長さ方向に複数スリット33が形成されている。
電源収容ケース40は、三角形の各コーナー部分を丸めた形状の横断面を有するほぼ三角形の筒状部41を備え、ケース外面の一部(三角形の筒状部の各コーナー部分)およびケース外面に設けられた突起42を放熱部材30の円筒部31に内接させた状態で放熱部材30により保持させている。電源収容ケース40は、ケース内部にガイド溝43が設けられており、このガイド溝43に電源回路部20の回路基板21の外縁部を嵌合させた状態で電源回路部20を収容して保持している。電源収容ケース40は、絶縁体で構成されており、上端部が放熱部材30の下端開口部から内部に挿入された状態で配設されており、LED光源部10の下方側で電源回路部20を収容して保持している。この場合、筒状部41の上端部近傍には係止爪44が設けられており、この係止爪44を係合可能なホルダー45が放熱部材30の内側に配設されており、係止爪44とホルダー45との係合により電源収容ケース40が保持されている。
LED電球の外部から商用AC電源を入力するための口金50は、JIS 規格のE26で規定されている口金が使用され、電源収容ケース40の下端側に取り付けられている。
口金50からLED光源部10へ電源を供給するための第1の接続配線部は、絶縁被覆配線(図示せず)が用いられている。電源回路部20からLED光源部10へ所望の電源を供給するための第2の接続配線部は、放熱部材30の水平隔壁部32を貫通してLED光源部10に電気的に接続するように配設されたリードピン61と、このリードピン61を保持するために電源回路部20に配設されたコネクタ部62などからなる。
LED光源部10の照射方向側に対向するように配設されている前面カバー70は、透光性を有するポリカーボネイトが使用されており、放熱部材30の上端開口部に嵌合されたリング状取り付け部材71に嵌合されることによって放熱部材30の先端開口を閉塞している。この場合、前面カバー70の外周縁の一部に舌片80aが形成され、リング状取り付け部材71の外周縁の一部に舌片舌片80aに係合する切り欠き部81aが形成されていることによって、前面カバー70の回り止めが可能になっている。前面カバー70はレンズ効果を有する形状に加工されており、リング状取り付け部材71は、内面がリフレクタとして機能するように表面加工が施されている。
本発明は前述した各実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
本発明は、白熱電球、クリプトン電球、ハロゲン電球などの照明電球の代用として使用可能である。
本発明のLED電球の第1の実施形態を概略的に示す斜視図。 図1のLED電球の縦断面を概略的に示す斜視図。 図2に対応してLED電球の構成部品を、組み立て状態から分解して概略的に示す斜視図。 図1のLED電球の底面側を示す平面図。 図1のLED電球の底面から見て示す斜視図。
符号の説明
10…LED光源部、11…電子部品用実装基板、20…電源回路部、21…回路基板、22…回路部品、30…放熱部材、31…円筒部、32…水平隔壁部、33…スリット、35…空間、40…電源収容ケース、41…筒状部、42…突起、43…ガイド溝、50…口金、61…接続リードピン、62…コネクタ部、70…前面カバー、71…リング状取り付け部材。

Claims (6)

  1. 複数のLED素子が電子部品用実装基板上に実装され、前記電子部品用実装基板の上方側に照射可能なLED光源部と、
    前記LED光源部の電子部品用実装基板の下方側に配設され、電源入力を前記LED光源部で必要とする駆動電源に変換する回路が回路基板に搭載されてなる電源回路部と、
    少なくとも前記LED光源部および前記電源回路部の外周部を囲むように配設され、下端部が開口された筒状部を有し、前記LED光源部の発熱が伝導されるように前記LED光源部を保持した放熱部材と、
    少なくとも上端部が前記放熱部材の下端開口部から内部に挿入されて配設され、前記LED光源部の下方側で前記電源回路部を内部に収容して保持した電源収容ケースと、
    前記電源収容ケースの下端側に配設され、前記電源収容ケースにより保持され、外部から電源を入力するための口金と、
    前記口金から前記電源を前記電源回路部へ供給する第1の接続配線部と、
    前記電源回路部から前記駆動電源を前記LED光源部へ供給する第2の接続配線部と、
    を具備し、前記電源収容ケースが前記放熱部材の内部に挿入されている部分の外形は、前記放熱部材の内部空間の形状とは異なることを特徴とするLED電球。
  2. 前記放熱部材は、円柱状の外形を呈し、少なくとも一部に円筒部を有し、前記電源収容ケースは、ケース外面の一部が前記放熱部材の円筒部の内面に接した状態で前記放熱部材により保持されていることを特徴とする請求項1記載のLED電球。
  3. 前記電源収容ケースは、少なくとも一部に、三角形の各コーナー部分を丸めた形状の横断面を有するほぼ三角形の筒状部を備え、前記筒状部の各コーナー部分が前記放熱部材の円筒部に内接していることを特徴とする請求項2記載のLED電球。
  4. 前記放熱部材は、前記円筒部の長さ方向に複数のスリットが形成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のLED電球。
  5. 前記電源回路部は、前記回路基板の裏面側が前記電源収容ケースのほぼ三角形の筒状部の1つの側壁内面に沿って対向する垂直状態で配設されていることを特徴とする請求項3または4に記載のLED電球。
  6. 前記電源回路部は、前記回路基板の表面側に搭載されている部品の最大高さ部分が、前記電源収容ケースのほぼ三角形の筒状部の1つのコーナー部分もしくはその近傍に対向する状態で配設されていることを特徴とする請求項5記載のLED電球。
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