JP2013239253A

JP2013239253A - 電球形ランプおよび照明器具

Info

Publication number: JP2013239253A
Application number: JP2012109649A
Authority: JP
Inventors: Ryotaro Matsuda; 良太郎松田; Naoto Mori; 直人森; Atsushi Sasaki; 淳佐々木; Hiroyuki Matsunaga; 啓之松永; Hideki Okawa; 秀樹大川; Takeo Yasuda; 丈夫安田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-28
Also published as: EP2662620A1; US20130301280A1; CN103388755A

Abstract

【課題】短時間での設計が可能で、かつ、放熱性が良好な電球形ランプおよびこれを備えた照明器具を提供する。
【解決手段】電球形ランプ10は、光源部25、複数の基板12、基板保持体13、およびグローブ11を備える。各基板12は、周囲に光源部25をそれぞれ保持する。基板保持体13は、熱伝導性および絶縁性を有し、各基板12を保持する。グローブ11は、基板保持体13と熱的に接続する。口金14は、グローブ11の一端側に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、グローブを有する電球形ランプおよびこれを備えた照明器具に関する。

従来、白熱電球に代替可能で、光源に蛍光ランプを用いた電球形ランプがある。さらに、近年、光源にＬＥＤを用いた電球形ランプがある。このような電球形ランプは、ＬＥＤ素子を実装して光源を形成した基板を備え、この基板を覆ってグローブが取り付けられている。

特開２００７−２９４１３０号公報

ＬＥＤは、発光効率の改善が進歩してきており、この効率改善に伴って製品仕様を短期間で要求される。しかしながら、ＬＥＤの発光効率改善、および、ＬＥＤの多品種化に対応して電球形ランプの種類毎に回路や熱設計を個別に行うと、設計が煩雑で時間を要する。

本発明が解決しようとする課題は、短時間での設計が可能で、かつ、放熱性が良好な電球形ランプおよびこれを備えた照明器具を提供することである。

実施形態の電球形ランプは、光源部、複数の基板、基板保持体、グローブおよび口金を備える。各基板は、光源部をそれぞれ保持する。基板保持体は、熱伝導性を有し、周囲に各基板を保持する。グローブは、基板保持体と熱的に接続されている。口金は、グローブの一端側に位置する。

本発明によれば、光源部を周囲に保持した基板を基板保持体に保持することで、保持する基板の枚数を調整するだけで目的とする光量を容易に得ることができ、短時間での設計が可能になるとともに、基板保持体によって基板の熱をグローブへと伝えて熱をグローブ表面から放熱させることで良好な放熱性を得ることができる。

第１の実施形態の電球形ランプの一部を展開して示す斜視図である。同上電球形ランプの一部を展開して示す平面図である。同上電球形ランプの斜視図である。同上電球形ランプを備えた照明器具を示す説明図である。同上電球形ランプの熱分布の一例を模式的に示す説明断面図である。同上電球形ランプの熱分布の一例を模式的に示す説明斜視図であり、（ａ）は電球形ランプの外部の熱分布を示し、（ｂ）は電球形ランプのグローブ内部の熱分布を示す。第２の実施形態の電球形ランプを示す説明断面図である。同上電球形ランプの一部を展開して示す斜視図である。同上電球形ランプの熱分布の一例を模式的に示す説明断面図である。同上電球形ランプの熱分布の一例を模式的に示す説明斜視図であり、（ａ）は電球形ランプの外部の熱分布を示し、（ｂ）は電球形ランプのグローブ内部の熱分布を示す。

以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。

図１ないし図６において、10は電球形ランプで、この電球形ランプ10は、グローブ11と、このグローブ11に収容される複数の基板12および基板保持体13と、グローブ11の一端部に取り付けられる口金14とを備えている。

グローブ11は、例えば８０〜９５％の透過率を有する（光透過性の）合成樹脂あるいはガラスなどの耐熱性の材料により、一端側に開口部21を有し、他端側が球状に形成されて、開口部21の中央部および他端側の頂部22を通る直線を中心軸とする回転体形状となっている。そして、このグローブ11は、中心軸であるランプ軸方向の長さおよびランプ軸方向に交差する方向の最大径部分の外径が一般照明用の白熱電球と同等の寸法で、全体として白熱電球の形状に近似した形状に形成されている。さらに、このグローブ11は、頂部22およびランプ軸を含む平面によって分割体11a，11aに縦割り２分割され、これら分割体11a，11aを隙間なく組み合わせることで構成されている。

また、各基板12は、細長い四角形状、すなわち短冊状に形成されており、この基板12の一主面には、一端側に面光源をなす光源部25が構成されているとともに、他端側に複数の回路素子26が実装されて光源部25に給電する電源回路部27が構成されている。すなわち、これら基板12は、光源部25とそれに対応する電源回路部27とが一体的に実装された、ＬＥＤ光源回路モジュールとなっている。そして、これら基板12は、他主面である背面側が、例えば伝熱部材である放熱シリコーンなどを介して基板保持体13に熱的に接続されて保持されている。なお、この放熱シリコーンに絶縁性を持たせることで、各基板12と基板保持体13とを絶縁してもよい。

光源部25は、例えばＬＥＤ素子やＥＬ素子などの半導体発光素子により基板12の長手方向に沿って長手状の面光源として構成されている。本実施形態では、半導体発光素子としてＬＥＤ素子が用いられ、基板12上に複数のＬＥＤ素子を実装するＣＯＢ（Chip On Board）方式が採用されている。すなわち、基板12上に複数のＬＥＤ素子が実装され、これら複数のＬＥＤ素子がワイヤボンディングによって直列に電気接続され、蛍光体を混入した例えばシリコーン樹脂などの透明樹脂で構成される蛍光体層で複数のＬＥＤ素子が一体に覆われている。ＬＥＤ素子には例えば青色光を発するＬＥＤ素子が用いられ、蛍光体層にはＬＥＤ素子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、光源部25は、ＬＥＤ素子および蛍光体層などによって面光源となっており、表面である蛍光体層の表面が発光面となり、この発光面から白色系の照明光が放射される。なお、１枚の基板12当たりの光源部25の光量は、例えばそれぞれ同一の一定値に設定されており、用いる基板12の枚数を変えることで、電球形ランプ10の光量が設定されるようになっている。換言すれば、本実施形態の電球形ランプ10に用いる基板12の枚数は、目的とする光量に対応して３枚以上の複数に設定されている。

また、回路素子26は、各種のコンデンサ、スイッチング素子、ダイオード、抵抗器などであり、電源回路部27が光源部25に対して定電流を出力する定電流回路をなすように構成されている。

また、基板保持体13は、例えば５〜３０Ｗ／ｍ・Ｋの所定の熱伝導性、および、５〜２０ｋＶの所定の絶縁性を有する耐熱性の部材により一体形成されており、基板12を保持する保持体本体31と、この保持体本体31から突出する複数のフィン32とを備えている。なお、この基板保持体13の表面は、光源部25からの光を反射・拡散するように処理されていることが好ましい。

保持体本体31は、長手状に形成され、例えば平面視（軸方向視）で正六角形状であり、ランプ軸に沿って配置されている。すなわち、この保持体本体31は、ランプ軸の周囲に、このランプ軸に対して平行で互いに略面積が等しい複数の（６つの）面部34を有しているとともに、これら面部34，34間がそれぞれ角部35となっている。これら面部34は、ランプ軸に対して周方向に互いに略等間隔（略等角度）に離間されており、それぞれに基板12が熱的に接続された状態で保持されている。したがって、各基板12は、それぞれランプ軸方向に沿って縦形に配置されており、基板保持体13の周囲に、いわば巻き付けるように取り付けられて、一の基板12の面方向と、この一の基板12に対して隣接する他の基板12の面方向とが、所定の角度（保持体本体31の面部34，34同士の角度）をなしている。さらに、この保持体本体31の一端側である基端側は、口金14の内部に挿入されて固定され、この口金14に熱的に接続され、他端側である先端側は、グローブ11の頂部22を含む他端側の内面に密着されて熱的に接続されている。なお、各基板12は、それぞれ保持体本体31の先端部に対して基端側に偏った位置に保持されている。換言すれば、各基板12は、グローブ11の頂部22近傍の内面に対して離間された位置となっている。そして、各基板12の光源部25は、ランプ軸方向において、グローブ11の最大径部分を含む位置に配置され、電源回路部27は、口金14近傍に配置されている。換言すれば、各基板12の光源部25は、ランプ軸方向のグローブ11の最大径部分に対して一端側および他端側に延びて配置されている。

また、各フィン32は、保持体本体31の角部35のそれぞれからランプ軸方向に交差（直交）する径方向に沿って突出している。すなわち、これらフィン32は、平面視（軸方向視）で放射状となっており、ランプ軸の周方向に互いに略等間隔（略等角度）に離間され、各基板12の両長辺に沿って位置している。さらに、これらフィン32は、保持体本体31の先端側から基端側へと長手方向に沿って連続しており、グローブ11の最大径部分を含む内面に外縁全体が面状に密着されて、グローブ11に対して熱的に接続されている。したがって、これらフィン32は、グローブ11の湾曲した内面に沿って外縁が湾曲した形状となっている。さらに、これらフィン32は、保持体本体31の各面部34に保持された各基板12の光源部25ないし電源回路部27に亘る位置に連続している。

なお、保持体本体31の平面視（軸方向視）での形状は、電球形ランプ10に用いる基板12の枚数に対応して形状を適宜設定すればよい。すなわち、例えば用いる基板12の枚数が４枚である場合には、保持体本体31は平面視（軸方向視）で四角形状（正方形状）とすればよい。したがって、フィン32も、基板12の枚数に対応して（基板12の枚数と同一枚数に）設定される。

また、口金14は、一般照明電球用のソケットに接続されて外部電源からの給電を可能とするもので、グローブ11の開口部21に端部側が挿入されてこの開口部21を閉塞している。この口金14は、導電性の金属などの部材により有底円筒状に形成されたシェル部41、このシェル部41の他端側に設けられる絶縁部42、およびこの絶縁部42の頂部に設けられるアイレット43を有している。そして、この口金14は、シェル部41とアイレット43とのそれぞれが、各基板12の電源回路部27に対して、図示しないリード線などにより電気的に接続されている。

そして、電球形ランプ10を設計するには、まず、目的とする光量を１枚の基板12当たりの光源部25の光量で除することで基板12の枚数を決定する。次いで、これら決定した基板12の枚数に対応して、基板保持体13の保持体本体31の面部34の数およびフィン32の枚数を決定する。さらに、基板保持体13は、基板12の大きさおよびグローブ11の大きさに対応して保持体本体31およびフィン32の長さや外形などを決定する。

また、電球形ランプ10を組み立てるには、まず、設計に応じて予め成形した基板保持体13の各面部34に、光源部25および電源回路部27を予め実装した基板12の他主面をそれぞれ熱的に接続するように保持する。次いで、これら基板12を保持した基板保持体13の保持体本体31の一端側を、予め構成した口金14に挿入して固定する。さらに、口金14のシェル部41およびアイレット43のそれぞれをリード線により各基板12の電源回路部27と電気的に接続する。そして、分割体11a，11aを基板保持体13および口金14の両側から組み合わせて互いに固定することで、電球形ランプ10が完成する。この状態で、グローブ11の内面が基板保持体13の保持体本体31の先端部およびフィン32に対して密着して熱的に接続される。

また、図４には、電球形ランプ10を使用するダウンライトである照明器具45を示し、この照明器具45は、器具本体46を有し、この器具本体46内に、電球形ランプ10を装着するソケット47、および電球形ランプ10から放射される光を下方へ反射させる反射体48が配設されている。

そして、電球形ランプ10を照明器具45のソケット47に装着して通電すると、各基板12の電源回路部27が動作し、光源部25の複数のＬＥＤチップに電力が供給され、複数のＬＥＤチップが点灯して光源部25から光が放射され、この光源部25から放射される光が基板保持体13によって反射・拡散されつつ、グローブ11を透過して外部に放射される。

各基板12の複数のＬＥＤチップの点灯時に発生する熱、および、電源回路部27の動作により回路素子26から発生する熱は、主に、基板12に熱伝導されるとともにこの基板12から基板保持体13に熱伝導され、さらに、この基板保持体13の保持体本体31および各フィン32からグローブ11および口金14に熱伝導され、このグローブ11の表面の保持体本体31の端部に対応する位置31a、各フィン32に対応する位置32aおよび口金14から空気中に放熱される（図５、図６（ａ）および図６（ｂ））。すなわち、光源部25および電源回路部27に対応する最も発熱が大きい中央部の発熱領域Ｈから、基板保持体13の保持体本体31の先端部を介して熱がグローブ11表面の位置31aから外気へと放熱される（領域A1）とともに、各フィン32の基端側である保持体本体31側から先端側であるグローブ11側へと熱が徐々に冷却されつつ伝導され（領域A2，A3）、グローブ11表面の位置32aから外気へと放熱される。また、発熱領域Ｈから口金14へと熱が伝わり、この口金14から外気へと放熱される（領域A4）。

このように、電球形ランプ10は、所定の光量に設定された光源部25を周囲に保持する基板12を基板保持体13に保持することで、この基板保持体13に保持する基板12の枚数を調整するだけで目的とする光量を容易に得ることができ、光源部25の発光効率の改善などに対応して回路を個別に設計する場合などと比較して、短時間での設計が可能になる。また、基板保持体13によって各基板12の熱をグローブ11へと伝えて熱をグローブ11表面から放熱させることで、良好な放熱性を得ることができる。

さらに、基板保持体13には、保持している基板12の枚数に対応して突出するフィン32を設けることで、必要放熱量の調整をフィン32の枚数によって調整でき、これらフィン32をグローブ11に接触させて熱的に接続することで、各フィン32からグローブ11へと確実に熱を伝えることができ、グローブ11表面から放熱可能となり、容易に熱設計できる。

しかも、電球形ランプ10の特性に拘らず、グローブ11および基板12の共通化を図ることができ、コストをより低減できる。

また、例えば共通の電源回路部によりそれぞれの基板の光源部に給電する場合には、基板の枚数の調整に対応して電源回路部の出力などの調整が必要となるのに対して、電源回路部27を各基板12にそれぞれ実装することで、光量の調整のために基板12の枚数を調整しても、電源回路部27側の出力の調整などが不要であり、より短時間での設計が可能になる。

さらに、基板保持体13の保持体本体31の各面部34に基板12をそれぞれ保持することで、各基板12の光源部25がグローブ11の全周方向に配置されることとなり、広い配光角を得ることができる。

そして、このような電球形ランプ10を備えることで、設計が容易で、良好な放熱性および配光特性を得られ、かつ低コストの照明器具45を提供できる。

次に、図７ないし図１０に第２の実施形態を示す。なお、前記実施形態と同じ構成および作用については同じ符号を用いてその説明を省略する。

基板保持体13は、保持体本体31の中央部に、貫通穴（中心穴）である穴部51を備えている。すなわち、保持体本体31は、筒状となっている。この穴部51は、例えば８〜１６ｍｍの開口径を有しており、グローブ11の頂部22に開口された連通開口部52と接続されて、グローブ11の外部と連通している。また、基板保持体13の保持体本体31の各面部34の基端部には、グローブ11の開口部21と口金14との間の位置に、穴部51とそれぞれ連通する開口54がそれぞれ開口されている。これら開口54は、グローブ11の一端側と口金14との間で外部に露出している。したがって、電球形ランプ10には、連通開口部52から穴部51を解して各開口54に連通する通気風路56が形成されている。

そして、各基板12の複数のＬＥＤチップの点灯時に発生する熱、および、電源回路部27の動作により回路素子26から発生する熱は、主に、基板12に熱伝導されるとともにこの基板12から基板保持体13に熱伝導され、さらに、この基板保持体13の保持体本体31および各フィン32からグローブ11および口金14に熱伝導され、このグローブ11の表面の保持体本体31の端部（穴部51の周縁部）に対応する位置31a、各フィン32に対応する位置32aおよび口金14から空気中に放熱される（図９、図１０（ａ）および図１０（ｂ））。また、図７の矢印に示すように、グローブ11の連通開口部52から通気風路56へと冷却流体（外気）が流入し、この冷却流体が穴部51を介して基板保持体13の保持体本体31の内部を通過し、各開口54から排気されることで、前記の熱を冷却流体に逃がす。すなわち、光源部25および電源回路部27に対応する最も発熱が大きい中央部の発熱領域Ｈから、基板保持体13の保持体本体31の先端部を介して熱がグローブ11表面の位置31aから外気へと放熱される（領域A1）とともに、各フィン32の基端側である保持体本体31側から先端側であるグローブ11側へと熱が徐々に冷却されつつ伝導され（領域A2，A3）、グローブ11表面の位置32aから外気へと放熱される。また、発熱領域Ｈから口金14へと熱が伝わり、この口金14から外気へと放熱される（領域A4）。さらに、発熱領域Ｈの内部に穴部51から外気（冷却流体）が入り込んで冷却領域A5を形成し、発熱領域Ｈの熱を逃がす。

このように、グローブ11の外部と連通し外気を内部に取り込む穴部51を基板保持体13に設けることで、この穴部51から取り込んだ外気に熱を逃がし、より効果的に放熱できる。

特に、穴部51を保持体本体31の中央部に沿って設けることで、外気（冷却流体）を保持体本体31の全体に亘って流すことができ、より効果的に放熱できる。

しかも、基板保持体13には、開口54を基端側に設けて穴部51と連通する通気風路56を構成するので、外気（冷却流体）を穴部51内に滞留させることなく確実に通気風路56内を通過させることができ、放熱効果をより向上できる。

なお、上記各実施形態において、基板保持体13の周囲に対して所定の絶縁材を介して各基板12を保持するように構成すれば、絶縁性を有しない材料で基板保持体13を形成してもよい。したがって、基板保持体13は、例えば放熱性に優れた金属により形成してもよいし、成形性に優れた合成樹脂やセラミックなどにより形成してもよい。

また、電源回路部27は、回路全体を各基板12にそれぞれ実装してもよいし、それぞれの回路の共通部分（例えば整流回路）など一部については、別途の基板に実装してもよい。すなわち、電源回路部27は、少なくとも一部を各基板12に実装すればよい。

さらに、基板保持体13のフィン32は、外縁をグローブ11の内面に密着させる構成だけでなく、グローブ11に開口部を形成し、フィン32の外縁側がこの開口部に挿入嵌合されてグローブ11の外部に露出するようにしてもよい。

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。

10 電球形ランプ
11 グローブ
12 基板
13 基板保持体
14 口金
25 光源部
27 電源回路部
32 フィン
45 照明器具
46 器具本体
47 ソケット
51 穴部

Claims

光源部と；
この光源部をそれぞれ保持した複数の基板と；
熱伝導性を有し、周囲に各基板を保持する基板保持体と；
この基板保持体と熱的に接続されたグローブと；
グローブの一端側に位置する口金と；
を具備していることを特徴とする電球形ランプ。
基板保持体は、保持している基板の枚数に対応して突出しグローブに対して接触するフィンを備えている
ことを特徴とする請求項１記載の電球形ランプ。
各基板に保持され、光源部に給電する電源回路部を具備している
ことを特徴とする請求項１または２記載の電球形ランプ。
基板保持体は、グローブの外部と連通し外気を内部に取り込む穴部を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の電球形ランプ。
ソケットを有する器具本体と；
ソケットに装着される請求項１ないし４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。