JP2011253698A - Lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子を用いたランプに関する。 The present invention relates to a lamp using a semiconductor light emitting element.
近年、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子は、白熱電球及びハロゲン電球に比べて高エネルギー効率及び長寿命であることから、省エネルギー化による地球温暖化の防止に貢献できるランプの新しい光源として期待されており、LEDを光源とするLEDランプの研究開発が進められている。 In recent years, semiconductor light emitting devices such as LED (Light Emitting Diode) have higher energy efficiency and longer life than incandescent bulbs and halogen bulbs. Therefore, as a new light source for lamps that can contribute to prevention of global warming through energy saving. Research and development of LED lamps using LED as a light source are underway.
LEDは、その温度が上昇するに従って光出力が低下するとともに、寿命が短くなることが知られている。このため、LEDランプでは、LEDの温度上昇を抑制するために、効率的な放熱構造をもつことが求められる。そこで、従来、効率的な放熱構造をもつLEDランプが各種提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。 It is known that the light output of an LED decreases as its temperature rises and its life is shortened. For this reason, the LED lamp is required to have an efficient heat dissipation structure in order to suppress the temperature rise of the LED. Thus, various LED lamps having an efficient heat dissipation structure have been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
図5および図6は、特許文献1および特許文献2に開示された従来のLEDランプの断面図である。図5に示す特許文献1に記載された従来のLEDランプ13は、両端部が開口したラッパ状の金属放熱部14を有し一端の開口部にLED素子15が実装された金属基板16が高熱伝導部材17を介して固着されたものが知られている。また、図6に示す特許文献2に記載された従来のLEDランプ18は、金属製ホルダ19aと放熱面として機能する外周面部19bとが一体成形品として形成された外郭部材19を外部に露出して有し、金属製ホルダ19aの光源取り付け部にはLED基板20が配置され、外周面部19bの内側には凹部21が形成され、この凹部21内には、内部に点灯回路22が収納された絶縁部材23が凹部21内面に接触させて設けたものが知られている。
5 and 6 are sectional views of conventional LED lamps disclosed in Patent Document 1 and
図5に示すものにおいては、LED素子15が実装された金属基板16が高熱伝導部材17を介してラッパ状の金属放熱部14に固着されているものであるが、金属放熱部14内に金属基板16が設けられるため、その放熱構造が十分ではなかった。また、金属放熱部14と金属基板16との間に高熱伝導部材17を設けるなど部品数が増加するという問題がある。また、図6に示すものにおいては、金属製ホルダ19aと放熱面として機能する外周面部19bとが一体成形品として形成された外郭部材19を外部に露出して有しているものの、放熱構造のために、金属製の外郭部材19が肉厚で重く、また外郭部材19の外周面部19bの内側には凹部21が形成された有底状の形状で、かつ、凹部21内部に、点灯回路22が収納された絶縁部材23がこの凹部21内面に接触させて設けたものであるため、密着性を高めるためその挿入が窮屈で行いにくく組立作業性が好ましくないという問題がある。
In the example shown in FIG. 5, the
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、放熱構造を向上し、かつランプの軽量化を図りさらには組立作業性を向上することのできるランプを提供するものである。 The present invention has been made to solve such problems, and provides a lamp capable of improving the heat dissipation structure, reducing the weight of the lamp, and further improving the assembly workability. .
本発明に係るランプは、半導体発光素子からなる光源と、前記光源を配置する金属製のホルダと、前記光源を点灯させる点灯回路と、前記点灯回路を収納する内部ケースと、前記内部ケースを収納する外部ケースとを備え、前記外部ケース内面と前記内部ケース外面との間に間隔を有しているとともに、前記外部ケースの一端開口部には、前記外部ケースの一端開口部を外側から覆って前記ホルダが設けられ、前記ホルダと前記外部ケースとの重なり箇所で前記ホルダと前記外部ケースとが固着された構成を有する。 A lamp according to the present invention includes a light source made of a semiconductor light emitting element, a metal holder for arranging the light source, a lighting circuit for lighting the light source, an inner case for housing the lighting circuit, and the inner case. An outer case that has a space between the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case, and the one end opening of the outer case covers the one end opening of the outer case from the outside. The holder is provided, and the holder and the outer case are fixed at an overlapping portion between the holder and the outer case.
これにより、光源を配置したホルダは外気に直接触れるため放熱性が向上する。また外部ケースの肉厚を薄型にできるため軽量化を図ることができ、また、内部ケースと外部ケースとを密着する必要がないため内部ケースを、余裕をもって外部ケースに収納できるため組立作業性も向上することができる。また、光源の熱が回路に伝わることを防止し、点灯回路の温度上昇を抑制し、回路寿命の低下を防止することができる。また、光源からの熱はホルダから放出でき、点灯回路の熱は内部ケースを通じて口金から放出できるので熱の回り込みを防止し点灯回路の温度上昇を防止できる。また、外部ケース内面と内部ケース外面との間に間隔を有しているため、外部ケースの内面と内部ケースの外面とで囲まれた空間によって密閉化されることが回避され、その空間における空気の対流を確保することにより、局所的な高温化が防止される。また、外部ケース内面と内部ケース外面との間に間隔を有しているので、組立作業性も向上される。 Thereby, since the holder which has arrange | positioned the light source touches external air directly, heat dissipation improves. In addition, the thickness of the outer case can be reduced to reduce the weight, and the inner case can be stored in the outer case with a margin because the inner case and the outer case do not need to be closely attached. Can be improved. Further, the heat of the light source can be prevented from being transmitted to the circuit, the temperature rise of the lighting circuit can be suppressed, and the circuit life can be prevented from decreasing. Further, the heat from the light source can be released from the holder, and the heat of the lighting circuit can be released from the base through the inner case, thereby preventing the heat from flowing around and preventing the temperature of the lighting circuit from rising. Further, since there is a gap between the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case, it is avoided that the outer case is sealed by a space surrounded by the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case. By ensuring the convection, local high temperature is prevented. In addition, since there is a gap between the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case, the assembly workability is also improved.
また、前記固着が、かしめ固着されていてもよい。これによって容易に外部ケースと金属ホルダとを固着することができる。この場合のかしめ固定は、針状の器具を押しつけかしめても良いし、リング状の治具によってかしめても良い。 Further, the fixing may be caulking. Thus, the outer case and the metal holder can be easily fixed. In this case, the caulking may be performed by pressing a needle-like instrument or caulking with a ring-shaped jig.
また、前記ホルダと前記外部ケースとの重なり箇所に非熱伝導性部材が介在していても良い。これにより、光源の熱が回路に伝わることを一層防止し、点灯回路の温度上昇を抑制し、回路寿命の低下を防止することができる。 Further, a non-thermally conductive member may be interposed at the overlapping portion between the holder and the outer case. Thereby, the heat of the light source can be further prevented from being transmitted to the circuit, the temperature rise of the lighting circuit can be suppressed, and the circuit life can be prevented from decreasing.
また、前記ホルダと前記外部ケースとの重なり箇所に前記外部ケース内部と前記外部ケース外部とを連通する通風口を有していてもよい。これにより、通風口として働く隙間12を介してランプ内部のホルダ3、外部ケース5、内部ケース7等の熱が放出され、点灯回路の温度上昇を抑制し、回路寿命の低下を防止することができる。
Moreover, you may have the ventilation port which connects the said external case inside and the said external case exterior in the overlap location of the said holder and the said external case. As a result, heat is released from the
これにより、光源を配置したホルダは外気に直接触れるため放熱性が向上する。また外部ケースの肉厚を薄型にできるため軽量化を図ることができ、また、内部ケースと外部ケースとを密着する必要がないため内部ケースを、余裕をもって外部ケースに収納できるため組立作業性も向上することができる。また、光源の熱が回路に伝わることを防止し、点灯回路の温度上昇を抑制し、回路寿命の低下を防止することができる。また、光源からの熱はホルダから放出でき、点灯回路の熱は内部ケースを通じて口金から放出できるので熱の回り込みを防止し点灯回路の温度上昇を防止できる。また、外部ケース内面と内部ケース外面との間に間隔を有しているため、外部ケースの内面と内部ケースの外面とで囲まれた空間によって密閉化されることが回避され、その空間における空気の対流を確保することにより、局所的な高温化が防止される。また、外部ケース内面と内部ケース外面との間に間隔を有しているので、組立作業性も向上される。 Thereby, since the holder which has arrange | positioned the light source touches external air directly, heat dissipation improves. In addition, the thickness of the outer case can be reduced to reduce the weight, and the inner case can be stored in the outer case with a margin because the inner case and the outer case do not need to be closely attached. Can be improved. Further, the heat of the light source can be prevented from being transmitted to the circuit, the temperature rise of the lighting circuit can be suppressed, and the circuit life can be prevented from decreasing. Further, the heat from the light source can be released from the holder, and the heat of the lighting circuit can be released from the base through the inner case, thereby preventing the heat from flowing around and preventing the temperature of the lighting circuit from rising. Further, since there is a gap between the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case, it is avoided that the outer case is sealed by a space surrounded by the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case. By ensuring the convection, local high temperature is prevented. In addition, since there is a gap between the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case, the assembly workability is also improved.
以下、本発明の実施の形態に係るランプについて、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a lamp according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1、図2、図3および図4に示す本発明の一実施の形態に係るランプ1は、電球型のLEDランプであって、グローブ2と、円盤状の金属製のホルダ3と、ホルダ3と口金4との間に配置される外部ケース5とによってランプ外囲器が構成されている。
A lamp 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 is a light bulb type LED lamp, and includes a
グローブ2は、半導体発光素子からなる光源であるLEDモジュール6から放出される光をランプ外部に放射するための半球状の透光性カバーである。LEDモジュール6は、このグローブ2によって覆われている。また、グローブ2は、LEDモジュール6から放出される光を拡散させるために、すりガラス処理等の光拡散処理が施されている。このグローブ2の開口側は絞った形状となっており、グローブ2の開口端部はホルダ3の上面に当接して配置される。具体的にはホルダ3に設けられた円周状の溝3aにグローブ2の開口端部が挿入され、耐熱性を有するシリコン系接着剤によってホルダ3に固着される。なお、グローブ2の形状は半球状のものに限らず、回転楕円体や偏球体であっても構わない。また、本実施の形態において、グローブ2の材質はガラス材としたが、グローブ2の材質はガラス材に限らず、合成樹脂等でグローブ2を成型しても構わない。
The
口金4は、二接点によって交流電力を受電するための受電部である。口金4で受電した電力はリード線(不図示)を介して後述の樹脂製の内部ケース7内に収納されている点灯回路8の回路基板8aの電力入力部に入力される。また、口金4は、金属性の有底筒体であって、E型であり、その外表面には照明装置のソケット(不図示)に螺合させるための螺合部4bが形成されている。また、口金4の内周面には、内部ケース7の口金取り付け部7bの突部7cと螺合させるための螺合部4cが形成されている。
The base 4 is a power receiving unit for receiving AC power through two contact points. The power received by the base 4 is input to the power input portion of the circuit board 8a of the
外部ケース5は、上下方向に2つの開口部を有する厚み0.3〜0.4mmの薄型の金属製の筒型放熱体の筐体であって、グローブ2側の開口を構成する第1開口部5aと、口金4側の開口を構成する第2開口部5bとを有する。第1開口部5aの口径は第2開口部5bの口径よりも大きく、外部ケース5は全体として逆円錐台形状の円筒体である。本実施の形態では、外部ケース5はアルミニウム合金材料で構成されている。また、外部ケース5の表面はアルマイト処理が施されており、熱放射率を向上させている。なお、外部ケース5として金属製のものを使用したが、PETやPBT等の樹脂製の外部ケースを用いても良い。
The
LEDモジュール6は、半導体発光素子からなる光源の一例であって、所定の光を放出する発光モジュール(発光ユニット)である。LEDモジュール6は、矩形状のセラミックス基板6aと、当該セラミックス基板6aの片面に実装された複数のLEDチップ6bと、LEDチップ6bを封止するための封止樹脂(不図示)とによって構成されている。封止樹脂には、所定の蛍光体粒子が分散されており、蛍光体粒子によってLEDチップ6bからの発光が所望の色に変換される。 The LED module 6 is an example of a light source composed of a semiconductor light emitting element, and is a light emitting module (light emitting unit) that emits predetermined light. The LED module 6 includes a rectangular ceramic substrate 6a, a plurality of LED chips 6b mounted on one surface of the ceramic substrate 6a, and a sealing resin (not shown) for sealing the LED chip 6b. ing. Predetermined phosphor particles are dispersed in the sealing resin, and light emitted from the LED chip 6b is converted into a desired color by the phosphor particles.
本実施の形態では、LEDチップ6bとして青色の光を発光する青色LEDを用い、蛍光体粒子として黄色蛍光体粒子が用いられている。これにより、黄色蛍光体粒子からは、青色LEDからの青色光によって励起されて黄色光が放出され、その黄色光と青色LEDからの青色光との合成によって、白色光がLEDモジュール6から放出される。 In the present embodiment, a blue LED that emits blue light is used as the LED chip 6b, and yellow phosphor particles are used as the phosphor particles. Thus, yellow light is emitted from the yellow phosphor particles by being excited by blue light from the blue LED, and white light is emitted from the LED module 6 by the combination of the yellow light and the blue light from the blue LED. The
なお、本実施の形態において、約100個のLEDチップ6bがマトリクス状にセラミックス基板6a上に実装されている。LEDモジュール6には、回路基板8aに形成された電力出力部から延出されるリード線に接続される2つの電極が設けられている。これら2つの電極からLEDモジュール6に直流電力が供給されることにより、LEDチップ6bが発光する。 In the present embodiment, about 100 LED chips 6b are mounted on the ceramic substrate 6a in a matrix. The LED module 6 is provided with two electrodes connected to lead wires extending from the power output portion formed on the circuit board 8a. When the DC power is supplied to the LED module 6 from these two electrodes, the LED chip 6b emits light.
ホルダ3は、LEDモジュール6を配置するための厚さ3〜6mmの金属基板からなる光源取り付け部材(モジュールプレート)であり、アルミダイキャストによって円盤状に成型されている。また、ホルダ3の外周面の周縁には口金4側に向かって4〜7mmの高さで延出する厚み0.3〜0.4mmの筒部3bが設けられている。このホルダ3は、LEDモジュール6から発生する熱をランプ外部へ直接放熱し、かつ外部ケース5に伝達させる放熱体である。ホルダ3は、外部ケース5の第1開口部5a側の開口端部を外方から覆うように、いわば被せるように設けられている。ホルダ3と外部ケース5との重なり箇所、つまりホルダ3の筒部3bと外部ケース5の第1開口部5aとの重なり箇所で、外部からランプ軸に向かって針状の治具によってかしめてかしめ部9を形成し、このかしめ部9によりホルダ3と外部ケース5とが固着されている。本実施形態においてはこの重なり箇所の高さを3mmとしている。かしめ部9はホルダ3の筒部3bの外周面、つまりホルダ3と外部ケース5との重なり箇所において等間隔に4箇所でかしめられて形成されている。かしめ部9は4箇所としたが外観的には4〜8箇所が好ましく、さらに増えればホルダ3と外部ケース5とをより強固に固着できる。また、ホルダ3の外周面には外部ケース5と同様にアルマイト処理が施されており、熱放射率を向上させている。
The
図3は本実施形態のランプを10度ほどランプ軸を中心に回転させた状態を示しており、その切欠部分の図面から明らかなようにかしめ部によってかしめられていない箇所は、外部ケース5とホルダ3の筒部3bとの間に例えば0.01〜0.1mmの隙間12を有しており、図4の矢印Aに示すように隙間12、すなわち通風口として働く隙間12を介してランプ内部のホルダ3、外部ケース5、内部ケース7等の熱が放出される。
FIG. 3 shows a state in which the lamp of the present embodiment is rotated about the lamp axis by about 10 degrees. As is apparent from the drawing of the notch, the portion not caulked by the caulking portion is the
また、ホルダ3には、LEDモジュール6を配置するための凹部3cが形成されている。本実施の形態において、凹部3cは、LEDモジュール6のセラミックス基板6aと同形状の矩形状に形成されている。凹部3cに配置されたLEDモジュール6は、止め金具6cによって挟持される。
In addition, the
内部ケース7は、回路素子群8bを有する点灯回路8を収納する樹脂製の筒体であって、外部ケース5と略同形の逆円錐台形の円筒体である回路収容部7aと、口金4と略同形の円筒体である口金取り付け部7bとからなる。この内部ケース7は、回路素子群8bが金属製の外部ケース5と接触することを防止する絶縁ケースとして機能する。内部ケース7の回路収容部7aは外部ケース5に収納され、内部ケース7の口金取り付け部7bは外部ケース5の第2開口部5bから突出して設けられている。外部ケース5と内部ケース7との隙間は広いところで1mm〜3mmの隙間を有している。
The
本実施の形態では、内部ケース7を構成する回路収容部7aと口金取り付け部7bとは、一体的に射出成型される。この内部ケース7は、例えば、粒径が1〜10μmのアルミナを15〜40%含有してなるポリブチレンテレフタレート(PBT)によって成型される。なお、内部ケース7の材料としては、このPBTの他に、粒径が1〜10μmの酸化亜鉛(ZnO)を10〜40%含有してなるポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)を用いても構わない。要するに、内部ケース7の材料としては、高熱伝導性樹脂を用いることが好ましい。
In the present embodiment, the circuit housing portion 7a and the
回路収容部7aのホルダ3側の開口部には、樹脂キャップ10が取り付けられている。
A resin cap 10 is attached to the opening on the
樹脂キャップ10は、略円板形状であり、内面側の外周端部には、内部ケース7軸方向に突出する環状の突出部10aが形成されている。突出部10aの内周面には、回路基板を係止するための複数個の係止爪(不図示)が形成されている。突出部10aの外周面は、内部ケース7の回路収容部7aのホルダ3側の開口部に嵌め込むことができるように構成されている。この樹脂キャップ10は、内部ケース7と同じ材料を用いて成型することができる。また、樹脂キャップ10の材料も高熱伝導性樹脂を用いることが好ましい。なお、樹脂キャップ10には、LEDモジュール6に給電するリード線を通すための貫通孔(不図示)が形成されている。
The resin cap 10 has a substantially disk shape, and an annular protruding portion 10a protruding in the axial direction of the
点灯回路8は、LEDモジュール6のLEDチップ6bを発光させるための回路(電源回路)を構成する回路素子群8bと、回路素子群8bの各回路素子が実装される回路基板8aとを有する。
The
回路素子群8bは、口金4で受電された電力から、光源(LEDモジュール6)を発光させるための電力を生成するための複数の回路素子で構成されており、口金4で受電された交流電力を直流電力に変換し、LEDモジュール6のLEDチップ6bに直流電力を供給する。この回路素子群8bには、電解コンデンサ(縦型コンデンサ)である第1容量素子8cと、セラミックコンデンサ(横型コンデンサ)である第2容量素子8dと、抵抗素子8eと、コイルからなる電圧変換素子8fと、IPD(インテリジェントパワーデバイス)の集積回路である半導体素子8gとが含まれる。回路素子群8bを構成する回路素子のうち、放熱対策が特に必要な回路素子は、発熱量が大きい部品、つまり、コンデンサである容量素子(特に第1容量素子8c)と半導体素子8gである。
The
回路基板8aは、円盤状のプリント基板であり、一方の面に回路素子群8bが実装されている。この回路基板8aは、上述のとおり、樹脂キャップ10の係止爪によって樹脂キャップ10に保持される。なお、回路基板8aには、切欠部が設けられている。この切欠部は、LEDモジュール6に直流電力を供給するためのリード配線を、回路素子群8bが実装された面側から反対側の面に渡すための通路を構成する。
The circuit board 8a is a disk-shaped printed board, and a
絶縁リング11は、口金4と外部ケース5との絶縁を確保するものであり、口金4と外部ケース5との間に配置される。この絶縁リング11の内周面は内部ケース7の口金取り付け部7bの外周面に当接されている。この絶縁リング11は、内部ケース7の口金取り付け部7bと口金4とが螺着されることにより、口金4の開口端部と外部ケース5の開口端部とによって挟持される。なお、絶縁リング11は、高熱伝導性樹脂によって形成することが好ましい。
The insulating ring 11 ensures insulation between the base 4 and the
本実施形態においては、上記構成によって、光源を配置したホルダは外気に直接触れるため放熱性が向上する。このため外部ケースの肉厚を薄型にでき軽量化を図ることができる。また、内部ケースと外部ケースとを密着する必要がないため内部ケースを、余裕をもって外部ケースに収納できるため組立作業性も向上することができる。また、光源の熱が回路に伝わることを防止し、点灯回路の温度上昇を抑制し、回路寿命の低下を防止することができる。また、光源からの熱はホルダから放出でき、点灯回路の熱は内部ケースを通じて口金から放出できるので熱の回り込みを防止し点灯回路の温度上昇を防止できる。また、外部ケース内面と内部ケース外面との間に間隔を有しているため、外部ケースの内面と内部ケースの外面とで囲まれた空間によって密閉化されることが回避され、その空間における空気の対流を確保することにより、局所的な高温化が防止され、重なり箇所において通風口を形成した場合はランプ内の熱を放熱でき放熱性も向上する。 In the present embodiment, with the above configuration, the heat dissipating property is improved because the holder in which the light source is disposed directly touches the outside air. For this reason, the thickness of the outer case can be reduced and the weight can be reduced. Further, since the inner case and the outer case do not need to be in close contact with each other, the inner case can be accommodated in the outer case with a margin, so that the assembling workability can be improved. Further, the heat of the light source can be prevented from being transmitted to the circuit, the temperature rise of the lighting circuit can be suppressed, and the circuit life can be prevented from decreasing. Further, the heat from the light source can be released from the holder, and the heat of the lighting circuit can be released from the base through the inner case, thereby preventing the heat from flowing around and preventing the temperature of the lighting circuit from rising. Further, since there is a gap between the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case, it is avoided that the outer case is sealed by a space surrounded by the inner surface of the outer case and the outer surface of the inner case. By securing the convection, local high temperature is prevented, and when the vent hole is formed at the overlapping portion, the heat in the lamp can be dissipated and the heat dissipation is improved.
また、上記実施形態においては、かしめ固着されているため、容易に外部ケースと金属ホルダとを固着することができる。なお、かしめ以外の方法、例えば接着剤やねじ等を用いた固着でもよい。また、かしめ固定は、針状の器具を用いたが、リング状のかしめ治具によって全周あるいは間隔を開けてかしめても良い。間隔を開けたリングかしめによればかしめられていない箇所に通風口としての隙間12が形成されることになるため放熱性は向上する。
In the above embodiment, since the caulking is fixed, the outer case and the metal holder can be easily fixed. A method other than caulking, for example, fixing using an adhesive or a screw may be used. For the caulking, a needle-like instrument is used. However, the caulking may be caulked with a ring-like caulking jig over the entire circumference or at intervals. According to the ring caulking at intervals, a
また、ホルダ3と外部ケース5との重なり箇所に非熱伝導性部材、例えばシリコーン樹脂や、エポキシ等を介在させても良い。これにより、光源の熱がホルダ3から外部ケース5を通じて点灯回路に伝わることを一層防止し、点灯回路の温度上昇を抑制し、回路寿命の低下を防止することができる。
Further, a non-thermally conductive member, for example, a silicone resin, an epoxy, or the like may be interposed at the overlapping portion between the
本発明は、LED等の半導体発光素子を光源とするLEDランプとして、特に、サイズ及び構造上で放熱設計が難しくなる小型の電球型LEDランプとして、有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as an LED lamp using a semiconductor light emitting element such as an LED as a light source, and particularly as a small light bulb type LED lamp whose heat dissipation design is difficult due to its size and structure.
1 ランプ
2 グローブ
3 ホルダ
4 口金
5 外部ケース
6 LEDモジュール
7 内部ケース
8 点灯回路
9 かしめ部
10 樹脂キャップ
11 絶縁リング
12 隙間
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