JP2015162395A - 電球型照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性の高い構造を有した電球型照明装置を提供する。【解決手段】発光体を覆うカバー部材に漏斗状の通気口を有し、ヒートシンクは発光体の中心部を貫通する円筒部を有しカバー部材の漏斗状の通気口に連通する空気流路を有し、円筒部の他端はヒートシンクと収容ケースとの間に設けられた空気流路に接続し、円筒内の流路に直交し放射状の流路を形成し、放射状の流路の端部において、収納ケースの側面との放熱体の内壁面との間に設けられ放射状の流路と直交する空気流路を接続し、他端を口金近傍に設けた通気口となるように空気流路を連通させる。【選択図】図２

Description

本発明は、電球型照明装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体素子を有する発光体を備えた電球型照明装置は、白熱電球と比較して長寿命化・省エネルギー化を図ることができるため、近年注目が集まっている。ＬＥＤを用いた電球型照明装置では、高輝度化及び高信頼性のために、放熱性の高い構造が望まれている。

例えば特許文献１、あるいは、特許文献２には、筐体と、電源部と、発光部と、透光性カバーを備え、筐体に設けられた通気孔と透光性カバーに設けられた通気孔を連通する空間を有する電球型照明装置が記載されている。

また特許文献３、あるいは、特許文献４には、筐体と、電源部と、発光部と、透光性カバーを備え、筐体を貫通する空間を有し、発光部の気密性を有する電球型照明装置が記載されている。

特表２０１３−５０１３４３号公報 特開２０１２−１９５１２７号公報 特開２００４−２９６２４５号公報 ＷＯ２００９−０４４７１６号公報

より一層、放熱性の高い構造が望まれている。本発明は、放熱性の高い構造を有した電球型照明装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、一つ又は複数の半導体素子を有する発光体と、前記発光体を覆うカバー部材と、前記発光体で発生する熱を放出する放熱体と、前記半導体素子を発光させる電源回路基板と、一端面から他端面まで連通する筒状であり、かつ前記電源回路基板を前記一端面から収納する収納ケースと、前記収納ケースの一端側に取り付けられる口金と、前記発光体と前記放熱体の間に配置し前記発光体で発生する熱を放熱体に伝えるヒートシンクを備え、前記カバー部材に漏斗状の通気口を有し、前記ヒートシンクは前記発光体の中心部を貫通する円筒部を有し前記カバー部材の漏斗状の通気口に連通する空気流路を有し、前記円筒部の他端は前記ヒートシンクと前記収容ケースとの間に設けられた空気流路に接続し、円筒内の流路に直交し放射状の流路を形成し、前記放射状の流路の端部において、前記収納ケースの側面と前記の放熱体の内壁面との間に設けられ前記放射状の流路と直交する空気流路を接続し、他端を口金近傍に設けた通気口となるように空気流路を連通させることを特徴とする。

本発明により、放熱性の高い構造を有した電球型照明装置を提供することができる。

電球型照明装置の外観正面図である。 図１に示される電球型照明装置の縦断面図である。 図２に示される電球型照明装置の分解縦断面図である。 図３に示される電源回路基板と収容ケースの分解縦断面図である。 図１に示される電球型照明装置の別の部分における縦断面図である。 図５に示される電球型照明装置の別の部分における分解縦断面図である。 図１に示される電球型照明装置のネジ固定部における縦断面図である。 図１に示される電球型照明装置の熱放射の経路を示す縦断面図である。 図１に示される電球型照明装置の発光部における光線の経路を示す縦断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また、本実施形態では図１に示すような電球型照明装置１００の向きを上下方向とする。

図１は、電球型照明装置の外観斜視図である。図２は、電球型照明装置の縦断面図である。図３は、電球型照明装置の分解縦断面図である。
＜電球型照明装置１００＞
電球型照明装置１００は、半導体発光素子としてのＬＥＤ９を有する発光体８と、発光体８を覆うカバー部材１と、発光体８で発生する熱を放出する放熱筐体２と、発光体８と放熱筐体２の間に配置され発光体８の熱を受け、その一部を放熱筐体２に伝えるヒートシンク７と、口金３と、を備えている。カバー部材１は下部にカバー通気口１１を有している。放熱筐体２と収納ケース５との間に通気口２３を有している。後述するが、カバー通気口１１と通気口２３は連通している。
＜放熱筐体２＞
放熱筐体２は、上方に向けて縮径する外形を有する中空かつ筒状の部材であり、下面に溝部２１を備えている。溝部２１については後記する。

なお、放熱筐体２は、筒状の胴部と、胴部と一体成形され、軸線を中心として放射状に配置された複数のフィンと、を備えていてもよい。それぞれのフィンが胴部の外周面から径方向外向きに突出し、かつ、軸線方向に延在するように配置することによって、放熱筺体２の放熱性能を向上させることができる。
＜カバー部材１＞
カバー部材１は、ドーム形状の外形を有する部材である。カバー部材１における下部にはカバー通気口１１が設けられており、カバー通気口１１から上方に向けて縮径する漏斗状の傾斜面１２も設けられている。カバー部材１における上部は開口しており、その開口を形成するように略円形の開口端部１４が形成されている。

カバー部材１は、ドーム部１９の一端である上方向の開口端部１４と、開口端部１４から下方向に行くにつれなだらかに径が広がった後に径が小さくなるドーム部１９と、ドーム部１９の他端である下方向のカバー通気口１１と、カバー通気口１１からカバー部材１の内部でかつ上方向に向かって縮径し漏斗状となる傾斜面１２と、傾斜面１２の端部で略円形の管接続部１３と、を備えている。本実施形態において、管接続部１３はカバー部材１の内部に位置しており、開口端部１４からは突出しない構造である。これは、後述するヒートシンク７の管状接続部７１との接続を容易とするためである。なお、図中の上下を反転させると、カバー部材１はドーム形状をしており、その場合、カバー通気口１１はカバー部材１の天頂部に設けられているといえる。カバー部材１は、ＰＣ（ポリカーボネート）などの樹脂製又はガラス製であり、発光体８に向けて開口している。ちなみに、カバー部材１には、発光体８からの光を拡散させる光拡散材が含有されていてもよい。カバー部材１と放熱筺体２とは、カバー部材１の開口端部１４を放熱筐体２の溝部２１に差し込み接着材などにより固定される。カバー通気口１１から管接続部１３までの空間をカバー空気流路とする。冷たい外気を直接ヒートシンク７に導くことができるので放熱効果が高い。

図２に示すように、カバー部材１と放熱筐体２との間には、発光体８、ヒートシンク７などが位置している。発光体８は、ＬＥＤ９（半導体素子）と、基板８０と、を備えている。発光体８は中心部に穴が設けられた略円形である。基板８０の中心部に貫通穴８１が設けられている。
＜ヒートシンク７＞
ヒートシンク７は、中央に開口７ａ１を有する略円板状の平面部７ａと、平面部７ａの開口７ａ１の縁から平面部７ａに対して略垂直に立ち上がる中空の略管形状の管状接続部７１と、からなる部品である。管状接続部７１内の空間を管内空気流路７２とする。発光体８からの熱が管状接続部７１まで伝搬し、管内空気流路７２内の空気に熱伝達する。加熱された空気は膨張し外気よりも密度が小さくなることにより浮力を生じ、管内空気流路７２内の空気の流れの駆動力となっている。
＜光源８＞
光源８は、中央に貫通穴８１を有する略円板状の基板８０と、基板８０に設けられるＬＥＤ９と、から構成されている。

基板８０の表面には、ＬＥＤ９に接続される所定のパターンが形成されている。

ＬＥＤ９に用いられる発光素子としては、例えば青色光を発するものが使用される。それぞれのＬＥＤ９は、例えばシリコーン樹脂などの透明の封止樹脂により被覆されている。この封止樹脂内には、ＬＥＤ９から放出される光を色変換する蛍光体が混入されている。蛍光体としては、例えば黄色発光のものが用いられ、当該蛍光体によってＬＥＤ９からの青色光が色変換されて、白色光となる。なお、ＬＥＤ９は、光の取り出し効率を向上させるために、半球状のレンズで覆われていてもよい。なお、ＬＥＤ９の代わりに発光素子をパッケージに搭載し蛍光体が混入された封止樹脂で表面実装タイプの白色発光のＬＥＤ部品に置き換えて基板８０にはんだ実装してもよい。
＜接続＞
ヒートシンク７と光源８とは、ヒートシンク７の管状接続部７１が光源８の貫通穴８１を貫き、ヒートシンク７の平面部７ａの一方の面に光源８の基板８０がネジ止め等されることにより取り付けられる。

ヒートシンク７の管状接続部７１は、カバー部材１の漏斗状の傾斜面１２の管接続部１３とつながって、カバー部材１のカバー通気口１１とヒートシンク７の管内空気流路７２を連通する。
＜電源回路基板４＞
電源回路基板４は、複数の電子部品（図示せず）が基板に実装されたものである。電源回路基板４は、近傍にコンデンサ（図示せず）が設置されている。また、電源回路基板４は、商用電源からの交流電力を直流電力に整流する回路、整流後の直流電力の電圧を調整する回路などを備えている。
＜収納ケース５＞
図４は電源回路基板と収容ケース５の分解縦断面図である。図５は図２とは異なる電球型照明装置１００の縦断面図である。図６は図５の分解縦断面図である。収納ケース５は、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）などの樹脂製である。収納ケース５は一端面（下方向側の面）から他端面（上方向側の面）まで連通する筒状である。電源回路基板４は収納ケース５の一端面側（下方向側）から収納される。収納ケース５は、横断面が略楕円形状である（図示せず）。収納ケース５の内壁には、電源回路基板４をそれぞれ保持する保持部（図示せず）が形成される。保持部は、収納ケース５の内周における向かい合う箇所に設けられている。保持部は収納ケース５に設けられており、電源回路基板４を保持できる形状、構造であれば、溝状の構造でも突起状の構造でもよい。保持部は収納ケース５における下方から上方に亘って設けられていても良いし、一部のみに設けられていても良い。収納ケースにおける下方に保持部が設けられている場合は、電源回路基板４を保持するという効果に加え、収納ケース５に収納する際に入れ易くなるという効果を奏する。収納ケースにおける下方から上方に亘って保持部が設けられている場合は、一部のみに保持部が設けられている場合に比べて、より強く保持することが可能となる。これと、電源回路基板４の形状と、により電源回路基板４を収納ケース５に下方向から入れた際に収納ケース５の上方向から抜け出してしまうことがないという効果を奏する。細身部分の断面積は縮径部分の最小断面積と略同じとするまた、収納ケース５の細身部分の上方の外周面には、口金３の内周面に対応するねじ山が形成されている。

収納ケース５は、外側面に複数の保持部５１が設けられている。また、収納ケース５は放熱筐体２に取り付けられるが、その際に、保持部５１により放熱筐体２の内側面と収納ケース５の外側面との間に間隔を有するように取り付けられる。保持部５１による放熱筺体２と収納ケース５との間の空間を筺体空気流路２２とする。筐体空気流路２２においても管内空気流路７２と同様に発光体８からの熱が放熱筐体２の内側面まで伝搬し、筐体空気流路２２内の空気に熱伝達する。加熱された空気は膨張し外気よりも密度が小さくなることにより浮力を生じ、筐体空気流路２２内の空気の流れの駆動力となる。

更に、収納ケース５は、下部にガイド部５２が設けられている。ガイド部５２は、筒状の本体部の下端部から突出して設けられた部分であり、筒状の本体部の下端部から筒状の本体部の軸と垂直となるよう突出して設けられたガイド部平坦部５２ａと、ガイド部平坦部５２ａから略垂直となるように設けられたガイド部直交部５２ｂと、からなる。
＜隔壁板６＞
隔壁板６は、略板状の部材である。隔壁板６は収納ケース５の下方の開口部に取り付けられ、収納ケース５の下方から電源回路基板４の飛び出しを抑制している。
＜接続＞
収納ケース５は、収納ケース５のガイド部５２のガイド部平坦部５２ａをヒートシンク７と放熱筐体２との間に挟みこみ、ヒートシンク７と放熱筐体２とを接続することで保持される。

隔壁板６の下面とヒートシンク７の上面（平面部７ａにおける光源が取り付けられる面とは反対の面）との間の空間を放射状空気流路７３とする。管内空気流路７２と放射状空気流路７３はほぼ直交し、放射状空気流路７３と空気流路２２もほぼ直交し、放熱筐体２の上部の通気口２３に連通している。

電源回路基板４から発光体８への複数本の出力リード線４３は隔壁板６に設けた貫通孔（図示せず）を通り、収納ケース５に設けたガイド部５２を経由して発光体８の基板８０の所定のパターンに接続し給電する。

ガイド部５２はヒートシンク７および基板８０の切り欠き部（図示せず）を設けて出力リード線４３を通している。

図７は電球型照明装置１００のネジ固定部における縦断面図である。放熱筐体２は、その内側面のうち複数箇所（図７では、２箇所）が内側に突出し、かつ、軸線方向に延在し、それぞれねじ穴２４が設けられている。基板８０およびヒートシンク７にそれぞれ貫通孔を形成し、ねじ穴２４に合わせてねじ２５によって放熱筐体２に固定している。

なお、放熱筐体２およびヒートシンク７は、それぞれ、例えばアルミニウム（合金を含む）など、熱伝導率の高い材料から形成されているほうが望ましい。熱伝導率の高い材料から形成されていると、発光体８で発生する熱は、ヒートシンク７を介して放熱筐体２に効率的に伝導され、管内空気流路７２の壁面や放射状空気流路７３の壁面や空気流路２２の壁面や放熱筐体２の外周面から外部の空気に放出されるようになっている。管内空気流路７２、放射状空気流路７３、空気流路２２を連通した流路では煙突効果が大きくなり、流れが屈曲する部分において空気分子の慣性による壁面への衝突作用で温度境界層が薄くなり局所的に熱伝達特性が向上するので、発光体８０が効率よく放熱される。また、電源回路基板への熱の侵入を抑制し信頼性寿命に大きく影響を受ける電源回路の温度上昇を抑える効果がある。隔壁板６の出力リード線４３の貫通孔は樹脂などで封孔してもよい。隔壁板６のかわりに電源回路基板４を収納ケース５内に樹脂埋めしてもよい。なお、放熱筺体２は樹脂であれば安価、軽量であるという効果を奏する。

電球型照明装置１００の向きを上下反転させた姿勢においても同様の放熱改善効果が得られる。電球型照明装置１００の向きを横向きにした姿勢においても放射状空気流路７３内において空気の流れの駆動力を発揮するので同様の放熱改善効果が得られる。

口金３は、収納ケース５の上端側に取り付けられ、外部に設置された一般照明電球用のソケット（図示せず）にねじ込むことにより商用電源に電気的に接続するためのものである。
電源回路基板４と口金３の間を入力リード線４１、４２で電気的に接続している。

図８は電球型照明装置１００の熱放射の経路を示す縦断面図である。放熱筐体２の表面に放熱塗料（たとえば、アクリル樹脂やシリコン樹脂にシリカやチタニアなどを混合した塗料）を塗装することで熱放射性を向上できる。ヒートシンク７についても同様の放熱塗装により熱放射性を向上できる。発光体８０からの直接的な熱放射９１とともに放熱筐体２からの熱放射２６、ヒートシンク７からの熱放射７４が期待でき、全体の放熱性能を向上することが可能となる。

図９は電球型照明装置１００の発光部における光線の経路を示す縦断面図である。ヒートシンク７の表面を反射塗装することにより表面反射率を改善し、カバー部材１の漏斗状の傾斜面１２における散乱効果により、水平方向の出射光１８１や上方向の出射光１８２の配光割合が増え、電球型照明装置１００の配光角が上側（口金３側）まで広がる。

また、カバー通気口１１近傍において散乱光１５、１６に以来する出射光１５１により、カバー通気口１１近傍の暗部が目立たなくなる。

以上、本発明に係る電球型照明装置について実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。

また、発光体８からの光は白色に限定されるものではなく、発光色の異なるＬＥＤや蛍光体を用いて所望の色に設定可能である。

また、本実施形態では、発光体８がＬＥＤを備える場合について説明したが、発光体８としてＥＬ（Electro-Luminescence）など他の半導体発光素子を用いてもよい。

１００ 電球型照明装置
１ カバー部材
１１ 通気口
１２ 漏斗状傾斜面
１３ 管接続部
１４ 開口端部
１５ 散乱光
１５１ 出射光
１６ 散乱光
１７ 散乱光
１７１ 出射光
１８ 散乱光
１８１ 出射光
１８２ 出射光
２ 放熱筐体
２１ 溝部
２２ 空気流路
２３ 通気口
２４ ねじ固定部
２５ ねじ
２６ 熱放射
３ 口金
４ 電源回路基板
４１ 入力リード線
４２ 入力リード線
４３ 出力リード線
５ 収納ケース
５１ 保持部
５２ ガイド部
６ 隔壁板
７ ヒートシンク
７１ 管状接続部
７２ 管内空気流路
７３ 放射状空気流路
７４ 熱放射
７５ 散乱光
８ 発光体
８０ 基板
８１ 貫通穴
９ ＬＥＤ（半導体素子）
９１ 熱放射

Claims (2)

1. 一つ又は複数の半導体素子を有する発光体と、前記発光体を覆うカバー部材と、前記発光体で発生する熱を放出する放熱体と、前記半導体素子を発光させる電源回路基板と、一端面から他端面まで連通する筒状であり、かつ前記電源回路基板を前記一端面から収納する収納ケースと、前記収納ケースの一端側に取り付けられる口金と、前記発光体と前記放熱体の間に配置し前記発光体で発生する熱を放熱体に伝えるヒートシンクを備え、前記カバー部材に漏斗状の通気口を有し、前記ヒートシンクは前記発光体の中心部を貫通する円筒部を有し前記カバー部材の漏斗状の通気口に連通する空気流路を有し、前記円筒部の他端は前記ヒートシンクと前記収容ケースとの間に設けられた空気流路に接続し、円筒内の流路に直交し放射状の流路を形成し、前記放射状の流路の端部において、前記収納ケースの側面と前記の放熱体の内壁面との間に設けられ前記放射状の流路と直交する空気流路を接続し、他端を口金近傍に設けた通気口となるように空気流路を連通させることを特徴とする電球型照明装置。
   
2. 発光体と、前記発光体を覆うカバー部材と、該カバー部材が取り付けられる放熱筺体と、前記発光体を発光させる電源回路基板と、該電源回路基板を覆い前記放熱筺体内に保持される収納ケースと、前記発光体と前記放熱筺体との間に位置するヒートシンクと、を備え、
   前記カバー部材は、カバー通気口と、該カバー通気口と連通し当該カバー部材内に位置する管接続部と、を有し、
   前記ヒートシンクは、前記発光体が取り付けられ、かつ前記放熱筺体と固定される平面部と、該平面部から立ち上がり前記管接続部と接続する筒状の管状接続部と、を有し、
   前記カバー通気口から前記管接続部までの空間と、前記管状接続部内の空間と、前記平面部と前記収納ケースとの間の空間と、前記放熱筺体と前記収納ケースとの間の空間とが連通していることを特徴とする電球型照明装置。