JP2011014306A - 電球形ランプおよび照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板に複数のＬＥＤチップを実装した発光モジュールからの熱をホルダに効率よく熱伝導でき、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制できる電球形ランプを提供する。
【解決手段】ホルダ12は、ホルダ12の一端側の面から見て、基体部23で熱を吸熱可能とする熱容量が放熱フィン22の部分の熱容量より大きい関係を有している。熱容量の大きい基体部23の一端側の領域に複数のＬＥＤチップ43を有する発光部46が位置するように、発光モジュール13をホルダ12に取り付ける。発光モジュール13の複数のＬＥＤチップ43からの熱を、熱容量の大きい基体部23で吸熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子を用いた電球形ランプ、およびこの電球形ランプを用いた照明器具に関する。
従来、半導体発光素子としてＬＥＤを用いた電球形ランプでは、金属製のホルダの一端側にＬＥＤチップを用いた発光部が取り付けられているとともにこの発光部を覆うグローブが取り付けられ、ホルダの他端側に絶縁部材を介して口金が取り付けられ、絶縁部材の内側に点灯回路が収納されている。
発光部には、ＬＥＤチップが搭載された接続端子付きの発光体を実装するＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージや、基板上に多数のＬＥＤチップを実装したＣＯＢ（Chip On Board）モジュールなどが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００９−３７９９５号公報（第５−１０頁、図１−５）
ＳＭＤパッケージの場合、ホルダの一端側の面に分散して配置可能で、発熱部が分散されるため、ＬＥＤの熱をホルダに効率よく熱伝導して外部へ放熱し、ＬＥＤの温度上昇を抑制しやすいが、ＣＯＢモジュールの場合には、基板に多数のＬＥＤが実装されていて発熱部が集中しているため、集中する多数のＬＥＤの熱をホルダに効率よく熱伝導させることができなければ、ＬＥＤの温度上昇を抑制することが難しい。
従来のＣＯＢモジュールを用いた電球形ランプでは、集中する多数のＬＥＤの熱をホルダに効率よく熱伝導することについて十分な配慮がなされていなかった。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、基板に複数の半導体発光素子を実装した発光モジュールからの熱をホルダに効率よく熱伝導でき、半導体発光素子の温度上昇を抑制できる電球形ランプおよび照明器具を提供することを目的とする。
請求項１記載の電球形ランプは、基板の一面側の面に複数の半導体発光素子が実装された発光部を有する発光モジュールと；基体部およびこの基体部の周囲に設けられた放熱フィンを有し、基体部の熱容量が放熱フィン部分より大きく、基体部の一端側の領域内に発光モジュールの発光部が位置するように基体部の一端側の面に基板の他面側の面が熱伝導可能に接触されたホルダと；ホルダの他端に設けられた口金と；ホルダと口金との間に収容された点灯回路と；を具備しているものである。
半導体発光素子は、例えば、ＬＥＤやＥＬなどが含まれる
発光モジュールは、例えば、基板上に複数のＬＥＤチップを実装し、蛍光体を混合した透明樹脂を塗布して封止樹脂層を形成したＣＯＢ（Chip On Board）モジュールなどが含まれる。発光部は、例えば、複数のＬＥＤチップおよび封止樹脂層などで構成される。また、発光モジュールの発光部は、基体部の一端側の領域内に位置していることが好ましいが、一部が領域外に位置していてもよい。
ホルダは、例えば、金属製で、基体部が少なくとも一端側に形成されていればよく、基体部の他端側には点灯回路を収納する空間部としてもよい。放熱フィンは、例えば、基体部の周囲から放射状に突出されているものが含まれる。
口金は、例えば、Ｅ１７形やＥ２６形などの一般照明電球用のソケットに接続可能なものが含まれる。
点灯回路は、例えば、定電流の直流電流を出力する電源回路を有し、配線などによって半導体発光素子に電力を供給する。
なお、ホルダの一端側に発光モジュールを覆う透光性を有するグローブなどを具備してもよいが、本発明の必須の構成ではない。
請求項２記載の電球形ランプは、請求項１記載の電球形ランプにおいて、ホルダには、基体部の一端側と他端側とを連通して発光モジュールと点灯回路との配線接続を可能とする配線孔が形成され、発光モジュールの基板には、基板が基体部に接触した状態で配線孔を開口させる逃げ部が形成されているものである。
配線孔は、基体部の中心に形成されていても中心から外れた位置に形成されていてもよいが、電球形ランプとしての配光的には発光モジュールの半導体発光素子が基体部の中心に対応する位置に配置している方がよいので、基体部の中心から外れた位置に形成されているのが好ましい。
基板の逃げ部は、切欠部、孔部および溝部のいずれの形態でも構わない。基板には、逃げ部に近傍にコネクタ受を配置し、点灯回路から配線孔を通じて配線される接続線のコネクタを接続できるように構成してもよい。
請求項３記載の電球形ランプは、請求項１記載の電球形ランプにおいて、ホルダには、基体部の一端側と他端側とを連通する孔部が形成されているとともに、ホルダの一端側の面に孔部の一端側からホルダの周辺域へ向けて溝部が形成され、これら孔部および溝部によって発光モジュールと点灯回路との配線接続を可能とする配線孔が形成されているものである。
配線孔の孔部は、基体部のいずれの位置に形成されてもよいが、電球形ランプとしての配光を考慮して発光モジュールの半導体発光素子を基体部の中心に対応する位置に配置する場合には、半導体発光素子からの熱が基体部の中心に効率よく熱伝導されるように、基体部の中心から外れた位置に形成されているのが好ましい。また、溝部は、発光モジュールの基板がホルダの基体部に接触した状態で、基板の縁部より外側に開口し、配線を通すことが可能とする。基板の縁部にはホルダの溝部の開口位置に対応してコネクタ受を配置し、点灯回路から溝部を通じて配線される接続線のコネクタを接続できるように構成してもよい。
請求項４記載の照明器具は、ソケットを有する器具本体と；器具本体のソケットに装着される請求項１ないし３いずれか一記載の電球形ランプと；を具備しているものである。
請求項１記載の電球形ランプによれば、ホルダの基体部の一端側の領域に発光モジュールの発光部が位置しているので、複数の半導体発光素子からの熱を、基体部で吸熱して効率よく熱伝導できるとともに放熱フィンによって外部に効率よく放熱でき、半導体発光素子の温度上昇を抑制できる。
請求項２記載の電球形ランプによれば、請求項１記載の電球形ランプの効果に加えて、発光モジュールの基板に形成された逃げ部により、ホルダの基体部に形成された配線孔を開口させるため、発光モジュールからホルダへの熱伝導性を維持しながら、点灯回路と発光モジュールとの配線接続を容易にできる。
請求項３記載の電球形ランプによれば、請求項１記載の電球形ランプの効果に加えて、基体部の一端側と他端側とを連通する孔部、およびホルダの一端側の面に孔部の一端側からホルダの周辺域へ向けて形成された溝部によって配線孔を形成するため、発光モジュールからホルダへの熱伝導性を維持しながら、点灯回路と発光モジュールとの配線接続を容易にできる。
請求項４記載の照明器具によれば、電球形蛍光ランプの放熱性がよく、寿命を長くできる。
本発明の第１の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。 同上電球形ランプのホルダおよび発光モジュールを一端側から見た正面図である。 同上電球形ランプのホルダを一端側から見た正面図である。 同上電球形ランプの側面図である。 同上電球形ランプを用いた照明器具の断面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す電球形ランプのホルダおよび発光モジュールを一端側から見た正面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す電球形ランプのホルダおよび発光モジュールを一端側から見た正面図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１ないし図５に第１の実施の形態を示す。
図１ないし図４において、11は電球形ランプで、この電球形ランプ11は、金属製のホルダ12、このホルダ12の一端側（電球形ランプ11のランプ軸の一端側）に取り付けられた発光モジュール13、ホルダ12の他端側に取り付けられた絶縁性を有するカバー14、このカバー14の他端側に取り付けられた口金15、発光モジュール13を覆ってホルダ12の一端側に取り付けられた透光性を有するグローブ16、およびホルダ12と口金15との間でカバー14の内側に収納された点灯回路17を備えている。
ホルダ12は、熱伝導性が優れた例えばアルミニウムなど金属材料によって一体形成されており、中央域に胴体部21が形成され、この胴体部21の周囲にランプ軸方向に沿った複数の放熱フィン22が放射状に突出形成されている。
胴体部21の一端側には円柱状で中実の基体部23が形成され、他端側には他端側へ向けて開口する円筒部24が形成されている。
放熱フィン22は、ホルダ12の他端側から一端側へと径方向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22はホルダ12の周方向に互いに略等間隔で放射状に形成され、これら放熱フィン22間に間隙25が形成されている。これら間隙25は、ホルダ12の他端側および周囲へ向けて開口され、ホルダの一端側には閉塞されている。放熱フィン22および隙間25の一端側には、基体部23の周囲にその基体部23に連続する環状の縁部26が形成されている。
ホルダ12の一端側の面には、中央域である基体部23の一端側の面に発光モジュール13が面接触して取り付けられる発光モジュール取付面27が形成されているとともにこの発光モジュール取付面27に発光モジュールをねじ止めする複数の取付孔28が形成され、周辺域である縁部26の一端側の面にグローブ16を取り付ける環状のグローブ取付部29が突出形成されている。このグローブ取付部29の外周には一端側であるグローブ16側が小径となる傾斜部30が形成されている。
ホルダ12の基体部23には、ランプ軸の中心から外れた位置にホルダ12の一端側の面と他端側である円筒部24の内面とを連通する孔部31がランプ軸方向に沿って形成され、ホルダ12の一端側の面に孔部31の一端側からホルダ12の周辺域へ向けて溝部32が形成され、これら孔部31および溝部32によって点灯回路17と発光モジュール13とを配線接続するための配線孔33が形成されている。
そして、ホルダ12は、ホルダ12の一端側の面から見て、基体部23の容積が放熱フィンの部分の容積より大きく、つまり、基体部23で熱を吸熱可能とする熱容量が放熱フィン22の部分の熱容量より大きい関係を有している。
また、発光モジュール13は、例えば、アルミニウムなどの金属材料、あるいはセラミックスやエポキシ樹脂などの絶縁材料で形成された四角形状の基板41を有し、この基板41の一端側の面である実装面に配線パターン42が形成されていとともに、実装面の中央域に複数の半導体発光素子としてのＬＥＤチップ43がマトリクス状に配列されて実装されている。
複数のＬＥＤチップ43の両側域に配置された配線パターン42の一対の電極パッド44間の方向に沿って複数のＬＥＤチップ43がワイヤボンディングによって直列に接続されている。基板41の縁部であって、発光モジュール13がホルダ12に取り付けられた状態でホルダ12の溝部32に対向する基板41の縁部には、配線パターン42に電気的に接続されるコネクタ受45が配設されている。
ＬＥＤチップ43には、例えば、青色光を発するＬＥＤチップが用いられる。基板41に実装された複数のＬＥＤチップ43上には、例えばシリコーン樹脂など透明樹脂である封止樹脂が塗布形成されている。この封止樹脂には、ＬＥＤチップ43からの青色光の一部により励起されて黄色光を放射する蛍光体が混入されている。したがって、ＬＥＤチップ43および封止樹脂によって発光部46が構成され、この発光部46の表面である封止樹脂の表面が発光面47となり、この発光面47から白色系の照明光が放射される。
基板41の四隅近傍には図示しない複数の挿通孔が形成され、これら挿通孔に挿通するねじ48をホルダ12の取付孔28に螺着することより、基板41の他端側の面がホルダ12の基体部23の一端側の面である発光モジュール取付面27に面接触した状態に取り付けられている。このとき、基板41の他端側の面とホルダ12の発光モジュール取付面27との間には、熱伝導性に優れたシートやグリスなどの熱伝導材が介在されている。そして、基板41をホルダ12の発光モジュール取付面27に取り付けた状態では、発光面47の中心がランプ軸の中心に対応して位置するとともに、ホルダ12の一端側に描かれる基体部23の投影領域（図２および図３に点線で示す領域）内に発光モジュール13の発光部46が位置し、言い換えれば放熱フイン22が形成されていない領域に発光モジュール13の発光部46が位置し、また、基板41の縁部から配線孔33の溝部32の端部が露出して開口されている。なお、この領域内に発光部46の９０％以上、好ましくは９５％以上が存在するように基板41が発光モジュール取付面27に面接触されていれば熱伝導は良好であり、所定の放熱効果も得られることを確認している。
また、カバー14は、例えばＰＢＴ樹脂などの絶縁材料により、他端側へ向けて開口する円筒状に形成されている。カバー14の他端側の外周部には、ホルダ12と口金15との間に介在して互いの間を絶縁する環状の鍔部51が形成されている。カバー14の一端側の面には、ホルダ12の配線孔33に同軸に連通する配線孔52が形成されている。
また、口金15は、例えば、Ｅ１７形やＥ２６形などの一般照明電球用のソケットに接続可能なもので、カバー14に嵌合されてかしめられて固定されるシェル55、このシェル55の他端側に設けられる絶縁部56、およびこの絶縁部56の頂部に設けられるアイレット57を有している。
また、グローブ16は、光拡散性を有するガラスあるいは合成樹脂などで、発光モジュール13を覆うように球面状に形成されている。グローブ16の他端側は開口され、この開口縁部にホルダ12のグローブ取付部29の内周側に嵌合されるとともに接着剤などで固定される嵌合部60が形成されている。
また、点灯回路17は、例えば、発光モジュール13のＬＥＤチップ43に対して定電流を供給する回路であり、回路を構成する複数の回路素子が実装された回路基板を有し、この回路基板がカバー14内に収納されて固定されている。点灯回路17の入力側には、口金15のシェル55およびアイレット57が接続線で電気的に接続されている。点灯回路17の出力側には先端にコネクタ63を有する接続線64が接続され、このコネクタ63および接続線64がカバー14の配線孔52およびホルダ12の配線孔33を通じてホルダ12の一端側に引き出され、コネクタ63が基板41のコネクタ受45に接続されている。なお、この発光モジュール13との接続作業は、発光モジュール13をホルダ12にねじ止めする前に行われる。
また、図５には、電球形ランプ11を使用するダウンライトである照明器具70を示し、この照明器具70は、器具本体71を有し、この器具本体71内にソケット72および反射体73が配設されている。
そうして、電球形ランプ11を照明器具70のソケット72に装着して通電すると、点灯回路17が動作し、発光モジュール13の複数のＬＥＤチップ43に電力が供給され、複数のＬＥＤチップ43が発光し、この光がグローブ16を通じて拡散放射される。
発光モジュール13の複数のＬＥＤチップ43の点灯時に発生する熱は、基板41に熱伝導されるとともにこの基板41からホルダ12の基体部23に熱伝導され、この基体部23から複数の放熱フィン22に熱伝導され、複数の放熱フィン22から空気中に効率よく放熱される。
このとき、ホルダ12は、ホルダ12の一端側の面から見て、基体部23の容積が放熱フィン22の部分の容積より大きく、つまり、基体部23で熱を吸熱可能とする熱容量が放熱フィン22の部分の熱容量より大きい関係を有している。そのため、基体部23の一端側の領域、好ましくは領域内に発光モジュール13の発光部46が位置していることにより、複数のＬＥＤチップ43からの熱を、熱容量の大きい基体部23で効率よく継続的に吸熱できるため、ホルダ12の基体部23に効率よく熱伝導できるとともに基体部23から放熱フィン22への熱伝導も良好となるため放熱フィン22によって外部に効率よく放熱でき、ＬＥＤチップ43の温度上昇を効果的に抑制できる。
また、ホルダ12の基体部23の一端側と他端側とを連通する孔部31、およびホルダ12の一端側の面に孔部31の一端側からホルダ12の周辺域へ向けて形成された溝部32によって配線孔33を形成するため、発光モジュール13からホルダ12への熱伝導性を維持しながら、点灯回路17と発光モジュール13との配線接続を容易にできる。
特に、配線孔33の孔部31が基体部23の中心から外れた位置に形成されているため、電球形ランプ11としての配光を考慮して発光モジュール13のＬＥＤチップ43を基体部23の中心に対応する位置に配置していても、ＬＥＤチップ43からの熱が基体部23の中心に効率よく熱伝導できる。
次に、図６に第２の実施の形態を示し、図６は電球形ランプのホルダおよび発光モジュールを一端側から見た正面図である。
ホルダ12には、基体部23の位置でかつランプ軸の中心から外れた位置に、ホルダ12の一端側と他端側とを連通する配線孔33が形成されている。
発光モジュール13の基板41は、略四角形で、そのうちの１つの角部が切り欠かれて逃げ部81が形成されている。
発光モジュール13をホルダ12に取り付ける際に、基板41の逃げ部81を配線孔33の位置に合わせ、配線孔33を開口するようにする。
これにより、基板41の全面がホルダ12の基体部23に接触し、発光モジュール13からホルダ12への高い熱伝導性を維持しながら、配線孔33を通じての点灯回路17と発光モジュール13との配線接続を容易にできる。
しかも、基板41に逃げ部81を形成することにより、発光モジュール13の発光面47の中心をランプ軸の中心に近付けることができ、均一な配光特性を得ることができる。
次に、図７に第３の実施の形態を示し、図７は電球形ランプのホルダおよび発光モジュールを一端側から見た正面図である。
ホルダ12には、基体部23の位置でかつランプ軸の中心から外れた位置に、ホルダ12の一端側と他端側とを連通する配線孔33が形成されている。
発光モジュール13の基板41は、略四角形で、中央域に長孔状の逃げ部81が形成されている。
発光モジュール13をホルダ12に取り付ける際に、基板41の長孔状の逃げ部81を配線孔33の位置に合わせ、配線孔33を開口するようにする。
これにより、基板41の全面がホルダ12の基体部23に接触し、発光モジュール13からホルダ12への高い熱伝導性を維持しながら、配線孔33を通じての点灯回路17と発光モジュール13との配線接続を容易にできる。
また、基板41には長孔状の逃げ部81の両側にＬＥＤチップ43が分割して配置されていることにより、基板41の中央に長孔状の逃げ部81がありながら、均一な配光特性を得ることができる。
なお、逃げ部81を長孔状としたが、略Ｕ字形の溝状に形成してもよい。
また、ＬＥＤチップ43を分割して配置する場合には、基板41自体も分割してもよい。例えば、基板41を略Ｌ字形に形成し、一対の基板41を四角形枠状に組み合わせてホルダ12に固定し、一対の基板41間をワイヤボンディングやはんだ付け接続などによって電気的に接続するようにしてもよい。
11 電球形ランプ
12 ホルダ
13 発光モジュール
15 口金
17 点灯回路
22 放熱フィン
23 基体部
31 孔部
32 溝部
33 配線孔
41 基板
43 半導体発光素子としてのＬＥＤチップ
46 発光部
70 照明器具
71 器具本体
72 ソケット
81 逃げ部

Claims (4)

  1. 基板の一面側の面に複数の半導体発光素子が実装された発光部を有する発光モジュールと；
    基体部およびこの基体部の周囲に設けられた放熱フィンを有し、基体部の熱容量が放熱フィン部分より大きく、基体部の一端側の領域内に発光モジュールの発光部が位置するように基体部の一端側の面に基板の他面側の面が熱伝導可能に接触されたホルダと；
    ホルダの他端に設けられた口金と；
    ホルダと口金との間に収容された点灯回路と；
    を具備していることを特徴とする電球形ランプ。
  2. ホルダには、基体部の一端側と他端側とを連通して発光モジュールと点灯回路との配線接続を可能とする配線孔が形成され、
    発光モジュールの基板には、基板が基体部に接触した状態で配線孔を開口させる逃げ部が形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の電球形ランプ。
  3. ホルダには、基体部の一端側と他端側とを連通する孔部が形成されているとともに、ホルダの一端側の面に孔部の一端側からホルダの周辺域へ向けて溝部が形成され、これら孔部および溝部によって発光モジュールと点灯回路との配線接続を可能とする配線孔が形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の電球形ランプ。
  4. ソケットを有する器具本体と；
    器具本体のソケットに装着される請求項１ないし３いずれか一記載の電球形ランプと；
    を具備していることを特徴とする照明器具。
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