JP2010231913A - 電球型ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】全体が小型化されても、発光素子の発熱が効果的に行えて発光素子の温度上昇が抑制される電球型ランプを提供する。
【解決手段】電球型ランプ１は、基板８の一面側８ａに実装された複数の発光素子９を有する発光体２と、基板８の他面側８ｂが一端側３ａに密着して取り付けられた放熱体３と、放熱体３の他端側に取り付けられた口金４と、口金４または放熱体３の少なくとも一方の内側に収容され、発光素子９を点灯制御する点灯装置５と、発光体２を覆うように放熱体３の一端側３ａに取り付けられた透光性のグローブ６と、口金４と電気的に絶縁され、放熱体３およびグローブ６のそれぞれの外表面に密着して設けられた熱伝導体層７とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を光源とする電球型ランプに関する。

近年、地球温暖化や環境保全等に対する対策として、消費電力が小さく、長寿命であるＬＥＤ電球が一般白熱電球に替えて使用されつつある。しかし、ＬＥＤ電球は、所定の光出力を得るために高出力型の発光ダイオードや多数の発光ダイオードが搭載され、発光ダイオードから発生する熱の放熱を向上させることが課題となっている。すなわち、発光ダイオードは、その発熱量の増加により温度上昇し、その温度上昇が大きいと、発光効率が低下し、寿命が短くなり、色調が変化するなどの問題がある。

発光ダイオードの発熱を効率よく放熱させるものとして、白熱電球の形状に似せたヒートシンク兼用の筐体が設けられた電球形照明用ＬＥＤランプが提案されている（特許文献１参照。）。その筐体は、アルミニウム（Ａｌ）製であり、光源としてのＬＥＤモジュールを配設し、内部に発光ダイオードを点灯させる定電流電源回路を設けていて、外面に多数の翼状の凹凸（放熱フィン）が形成されている。

特開２００８−１８６７５８号（第３頁、第１図）

特許文献１の電球形照明用ＬＥＤランプは、筐体に熱伝導性の良好なアルミニウムを用いるとともに、筐体の外表面に設けた放熱フィンにより放熱面積が大きくなっているので、発光ダイオードの発熱が筐体の外表面から放熱されやすいという効果を有する。

しかしながら、近年、電球は、少なくとも一般白熱電球と同程度の小型化、更なる小型化が求められている。この場合、筐体も小形化され、放熱フィンの放熱面積が小さくなり、発光ダイオードの発熱が十分に放熱されなくなるという問題がある。ここで、隣り合う放熱フィンの間隔（距離）を小さくして、放熱フィンの数量を多くして放熱面積を大きくしても、放熱フィン間に熱がこもりやすくなり、やはり放熱が不十分になるものである。

本発明は、全体が小型化されても、発光素子の発熱が効果的に行えて発光素子の温度上昇が抑制される電球型ランプを提供することを目的とする。

請求項１に記載の電球型ランプの発明は、基板およびこの基板の一面側に実装された複数の発光素子を有する発光体と；前記基板の他面側が一端側に密着して取り付けられた放熱体と；この放熱体の他端側に取り付けられた口金と；前記口金または前記放熱体の少なくとも一方の内側に収容され、前記発光素子を点灯制御する点灯装置と；前記発光体を覆うように前記放熱体の一端側に取り付けられた透光性のグローブと；前記口金と電気的に絶縁され、前記放熱体および前記グローブのそれぞれの外表面に密着して設けられた熱伝導体層と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

基板は、ガラスエポキシ材や紙フェノール材などの樹脂で形成されてもよく、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属で形成されてもよい。金属の場合、基板の一面に伝熱性を有する絶縁層が形成されて、発光素子が実装される。また、基板は、そのものが絶縁性を有するセラミック板などで形成することができる。

「基板の他面」とは、基板の一面に対する反対側の面（背面）である。

発光素子は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機ＥＬなどの固体発光素子である。

放熱体は、例えば放熱性の良好なアルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成することができるが、熱伝導性の良好な樹脂又はセラミックなどで形成されてもよい。

口金は、例えばミニクリプトン電球用のＥ１７型のものや一般白熱電球用のＥ２４型のものなどが用いられる。

点灯装置は、例えば定電流の直流電源などを有する点灯回路を備えている。そして、点灯装置は、口金内の他、放熱体の内部に設けられた空間にも収容されてもよい。

熱伝導体層は、塗料などの材料による被膜であってもよく、シート状のものであってもよい。

本発明によれば、発光素子の点灯に伴って発生した熱は、主として発光体から放熱体に伝熱され、放熱体から放熱体の外表面に密着している熱伝導体層に伝熱されて外部空間に放熱されるとともに、放熱体からグローブの外表面に密着されている熱伝熱体層にも伝熱され、当該熱伝導体層からグローブに伝熱され、かつ外部空間に放熱される。放熱体およびグローブのそれぞれの外表面に設けられた熱伝導体層が放熱面となるので、放熱面積が多くなり、これにより、発光素子の温度上昇が抑制される。

請求項２に記載の電球型ランプの発明は、請求項１記載の電球型ランプの発明において、前記熱伝導体層は、前記放熱体には絶縁材料が設けられ、前記グローブには透光性材料が設けられていることを特徴とする。

透光性材料は、例えば透明のＩＴＯ材料を用いることができる。

本発明によれば、透光性材料は、透明であって可視光の透過率が高く、安価に入手できるものがあるので、グローブ側における出射効率の低下が軽減されるとともに、熱伝導体層の形成によるコスト上昇が抑制される。

請求項１の発明によれば、熱伝導体層を設けることにより、放熱体およびグローブのそれぞれの外表面側が放熱面となり、電球型ランプが小型化されても比較的大きい放熱面積が形成されるので、発光素子が高出力化され、発光素子の数量が増加されても、発光素子に発熱した熱を迅速に前記放熱面から外部空間に放熱させることができ、これにより、発光素子の温度上昇を抑制することができて、発光素子の発光効率の低下、短寿命化や色調の変化などを防止することができる。

請求項２の発明によれば、グローブ側に可視光の透過率が高く、安価な透明の透光性材料からなる熱伝導体層を設けることにより、発光素子の放射光の出射効率の低下が軽減されるとともに、コスト上昇が抑制される電球型ランプを提供することができる。

本発明の実施例１を示す電球型ランプの概略縦断面図。 同じく、電球型ランプの概略側面図。 本発明の実施例２を示す電球型ランプの概略縦断面図。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明は、放熱体およびグローブのそれぞれの外表面に熱伝導体層を密着して設けることにより、放熱体およびグローブのそれぞれの外表面側を放熱面に形成するものである。

図１および図２は、本発明の実施例１を示し、図１は電球型ランプの概略縦断面図、図２は電球型ランプの概略側面図である。

図１において、電球型ランプ１は、発光体２、放熱体３、口金４、点灯装置５、グローブ６および熱伝導体層７を有して構成されている。

発光体２は、ＬＥＤモジュールとも呼ばれるものであり、基板８および発光素子９を有して構成されている。基板８は、例えば、厚さ１ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板からなり、その一面８ａに例えば厚さ８０μｍの図示しない絶縁層が形成されている。その絶縁層は、例えばエポキシ材および無機フィラー材からなり、高熱伝導性を有している。そして、絶縁層の表面に、発光素子としての発光ダイオード９が実装されている。発光ダイオード９は、基板８の一面８ａ側に等間隔に複数個が実装されている。発光ダイオード９は、可視光例えば白色光を放射するように形成されている。

放熱体３は、略円柱状の放熱体本体１０と、この放熱体本体１０の一端１０ａ側に拡径状に連続する拡径部１１と、これら放熱体本体１０と拡径部１１との外周面に亘って連続する複数の放熱フィン１２とを有し、これら放熱体本体１０、拡径部１１および各放熱フィン１２が、例えば熱伝導性が良好なアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料、あるいは樹脂材料などにより一体に成形されている。

そして、放熱体本体１０と拡径部１１とを貫通して挿通孔１３が形成されている。また、放熱体本体１０は、他端１０ｂ側に、嵌合凹部１４が中心軸に沿って設けられている。この嵌合凹部１４は、挿通孔１３と連通している。

拡径部１１は、放熱体本体１０側から皿状に拡径して形成されており、底面１１ａに基板８の他面８ｂを載置して貼り付けている。放熱フィン１２は、放熱体本体１０から拡径部１１側へと径方向への突出量が徐々に大きくなるように傾斜して形成されている。また、これら放熱フィン１２は、図２に示すように、放熱体３の周方向に互いに略等間隔で形成されている。こうして、基板８の他面８ｂ側が放熱体３の一端側３ａに密着して取り付けられている。

そして、放熱体本体１０の他端１０ｂ側に設けられた嵌合凹部１４には、図１に示すように、収容ケース１５が図示しない接着材により固着されている。収容ケース１５は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂などの絶縁性を有する材料により、嵌合凹部１４内の形状に沿って略円筒状に形成されている。収容ケース１５には、挿通孔１３と連通する連通孔１６が形成されている。また、収容ケース１５の外周面には、放熱体３の放熱体本体１０の他端１０ｂと口金４との間を絶縁するための絶縁部であるフランジ部１７が径方向に突出して周方向全体に連続形成されている。

口金４は、カシメなどにより、収納ケース１５に固定されている。すなわち、口金４は、収納ケース１５を介して放熱体３の他端側３ｂに取り付けられ、フランジ部１７を介して金属製の放熱体３と電気的に絶縁されている。

そして、口金４は、例えばＥ１７型やＥ２４型のものであり、照明器具の電球用ソケットにねじ込まれるねじ山を備えた筒状のシェル４ａと、このシェル４ａの頂部に絶縁部１８を介して設けられたアイレット４ｂとを備えているものであり、点灯装置５側と図示しない配線により電気的に接続されている。

点灯装置５は、収容ケース１５に収納されており、図示しない回路基板およびこの回路基板に実装された点灯回路を構成する回路部品などを有して構成されている。点灯装置５は、収容ケース１５に収容されていることにより、口金４内および放熱体３の嵌合凹部１４内に収容されている。そして、点灯装置５は、図示しない出力線が収容ケース１５の連通孔１６および放熱体３の挿通孔１３を挿通して発光体２に接続されている。

点灯装置５は、その点灯回路が発光ダイオード９に対して定電流を供給するように形成されており、発光ダイオード９に定電流を供給または停止することにより、発光ダイオード９を点灯制御する。なお、収容ケース１５の内部には、点灯装置５を埋没させるように放熱性および絶縁性を有する充填材であるシリコーン系の樹脂などを充填してもよい。

透光性のグローブ６は、光拡散性を有するガラスあるいは合成樹脂などにより扁平な球面状に形成されており、その一端側６ａの端部が放熱体３の拡径部１１の開放端側内面に嵌合されて係止され、拡径部１１の開放端側と連続する形状となっている。すなわち、グローブ６は、発光体２を覆うように放熱体３の一端側３ａに取り付けられている。また、グローブ６は、一端側６ａから徐々に拡開するように形成され、最大径位置６ｃから他端側６ｂへと徐々に縮径されるように形成されている。

熱伝導体層７は、放熱体３の外表面に設けられた絶縁材料からなる例えばグラファイトシート１９およびグローブ６の外表面に設けられた透光性材料からなる例えばＩＴＯ膜２０からなっている。グラファイトシート１９は、放熱体３の外表面に貼り付けられた後、例えば熱風による加熱により密着されている。ＩＴＯ膜２０は、グローブ６の外表面に塗布された後、加熱により密着されている。グラファ
イトシート１９およびＩＴＯ膜２０は、それぞれ高熱伝導性を有している。

なお、グラファイトシート１９に替えて、放熱体３の外表面に塗装膜を設けてもよい。その塗装膜としては、絶縁材料であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのフィラーが含有されたものとすることができる。

次に、本発明の実施例１の作用について述べる。

照明器具に配設された電球用ソケットが給電されると、口金４を介して点灯装置５に交流電源が供給される。点灯装置５は、交流電源を直流電源に変換して発光体１の発光ダイオード９に定電流を供給する。これにより、発光ダイオード９が点灯し、発光ダイオード９から可視光例えば白色光が放射される。

白色光は、透光性のグローブ６を透過し、グローブ６の外表面に設けられた熱伝導体層としての透明のＩＴＯ膜２０を透過して外部空間に出射される。ここで、ＩＴＯ膜２０は光透過率が８０％以上と大きいので、ＩＴＯ膜２０が設けられることによる光量の減少が軽減される。

そして、発光ダイオード９の点灯に伴って発生した熱は、グローブ６に輻射されるが、主として発光体２から熱伝導性が良好なアルミニウム（Ａｌ）からなる放熱体３の放熱体本体１０に伝熱され、放熱体本体１０から拡径部１１および放熱フィン１２にそれぞれ伝熱される。

放熱体３の放熱体本体１０、拡径部１１および放熱フィン１２に伝熱された熱は、これらの外表面に密着して設けられているグラファイトシート１９に伝熱され、グラファイトシート１９から外部空間に放出される。

また、放熱体３の拡径部１１に伝熱された熱は、グローブ６に密着して設けられているＩＴＯ膜２０に伝熱され、ＩＴＯ膜２０から外部空間に放出される。

このように、放熱体３およびグローブ６のそれぞれの外表面側は、熱伝導体層７により発光体２に発生した熱を放出させる放熱面となっており、その放熱面積は大きいものである。そして、放熱体３は、高熱伝導性を有するアルミニウム（Ａｌ）からなるので、発光体２から伝熱された熱を迅速に熱伝導体層としてのグラファイトシート１９およびＩＴＯ膜２０に伝熱する。また、グラファイトシート１９およびＩＴＯ膜２０は、高熱伝導性を有するので、伝熱された熱を迅速に外部空間に放出する。したがって、発光体２に発生した熱は、迅速にかつ大きい放熱面で外部空間に放出されるので、単位時間当たりの放熱量が多くなるものである。これにより、発光ダイオード９の温度上昇が抑制される。

上述したように、放熱体３およびグローブ６のそれぞれの外表面に熱伝導体層としてのグラフファイトシート１９およびＩＴＯ膜２０をそれぞれ設けることにより、放熱体３およびグローブ６のそれぞれの外表面側が放熱面となるものであり、電球型ランプ１が小型化されても比較的大きい放熱面積が形成される。したがって、発光ダイオード９が高出力化され、基板８に実装される発光ダイオード９の数量が増加されて、発光体１に発生する発熱量が大きくなっても、単位時間当たりの放熱量を多くして電球型ランプ１の外部空間に放出することができる。これにより、発光ダイオード９の温度上昇を抑制することができて、発光ダイオード９の発光効率の低下、短寿命化や色調の変化などを防止することができる。

そして、グローブ６の外表面に設けた熱伝導体層としての透明のＩＴＯ膜２０は、可視光の透過率が比較的高く、比較的安価に入手可能であるので、電球型ランプ１は、熱伝導体層１９，２０を設けていることに対して、発光ダイオード９から放射された可視光の出射効率の低下を軽減することができるとともに、コスト上昇を抑制することができる。

図３は、本発明の実施例２を示す電球型ランプの概略縦断面図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図３に示す電球型ランプ２１は、図１に示す電球型ランプ１において、口金４と絶縁距離Ｌ１を設けて、熱伝導体層としての透明の透光性材料例えばＩＴＯ膜２０を放熱体３およびグローブ６のそれぞれの外表面に設けたものである。導電性材料でもあるＩＴＯ膜２０は、絶縁距離Ｌ１により口金４と絶縁されている。

電球型ランプ２１は、熱伝導体層としてのＩＴＯ膜２０が透明であるので、放熱体３およびグローブ６の外表面の当初の外観色などを維持することができる。

本発明の電球型ランプは、電球用ソケットを備えたスポットライト、ダウンライトやスタンドなどの電球型器具に利用することができる。

１，２１…電球型ランプ、 ２…発光体、 ３…放熱体、 ４…口金、 ５…点灯装置、 ６…グローブ、 ７…熱伝導体層、 １９…熱伝導体層としてのグラファイトシート、 ２０…熱伝導体層としてのＩＴＯ膜

Claims (2)

1. 基板およびこの基板の一面側に実装された複数の発光素子を有する発光体と； 前記基板の他面側が一端側に密着して取り付けられた放熱体と； この放熱体の他端側に取り付けられた口金と； 前記口金または前記放熱体の少なくとも一方の内側に収容され、前記発光素子を点灯制御する点灯装置と； 前記発光体を覆うように前記放熱体の一端側に取り付けられた透光性のグローブと； 前記口金と電気的に絶縁され、前記放熱体および前記グローブのそれぞれの外表面に密着して設けられた熱伝導体層と；を具備していることを特徴とする電球型ランプ。
2. 前記熱伝導体層は、前記放熱体には絶縁材料が設けられ、前記グローブには透光性材料が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電球型ランプ。

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