JP3145838U - Ｌｅｄ電球 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化でき、低コストで組立も容易であり、放熱性も優れており、点灯寿命も長いなどの利点を有する、白熱電球と互換可能なＬＥＤ電球を提供する。
【解決手段】電球口金１１の中心軸線上の所定の位置の周囲に、複数個のＬＥＤ素子Ｄ１，Ｄ２またはＬＥＤ素子集合体を、ほぼ等間隔にかつ前記中心軸線に対して前方に傾斜させて配置したＬＥＤ電球。
【選択図】図１Ｃ

Description

本考案は、自動車のストップランプ、ウインカーランプなどに使われている白熱電球と互換可能なＬＥＤ電球に関するものである。

従来、自動車のストップランプやウインカーランプなどには例えば２１ワットクラスの白熱電球が使われてきた。かかる白熱電球は図１３または図１４に示すように、ソケットタイプやウエッジタイプの電球口金１を有するガラス球２の内部に白熱フィラメント３を配置した構造となっている。前記白熱フィラメント３は電球口金の中心軸線上の所定の位置、すなわち光中心を形成する位置に配置されている。

しかしながら、最近は前記のような白熱電球と互換性を持たせたＬＥＤ電球が使われるようになってきた。かかるＬＥＤ電球は、一般的には白熱電球用に設計された灯具に収めて使用するため、次のような条件を充足するものであることが必要とされる。
（１）灯具に入れた際に、白熱電球と類似の配光特性が得られること。
（２）灯具に入れた際に、保安基準に適する明るさ（光度）が得られること。
（３）灯具に入れる際に、灯具固有の構造を改変せずに取り付けられること、すなわち、全体の寸法が白熱電球と同等またはそれ以下であること。

かかる白熱電球と互換可能なＬＥＤ電球として、従来は次のような構造のものが提案されている。まず、図１５ に示すように、電球口金１の上に数個から２０数個のＬＥＤ素子２をガラス球の形状に並べて配置し、灯具内のリフレクターや灯具前面の拡散レンズに光を放射するように構成したものである。

しかし図１５に示すような構造のものは、多数のＬＥＤ素子を口金の中心軸線Ａ−Ａ′上の周囲にほぼ円筒状に配置したうえ、前記中心軸線Ａ−Ａ′の前方に向けても適数のＬＥＤ素子を配置する構成であるために、組立作業に手数を要するばかりでなく、点灯時におけるＬＥＤ素子の放熱性が悪く電球全体の温度が高くなることで、輝度が低下し十分な性能が保てなくなる欠点がある。また、多数のＬＥＤ素子を使用するためコスト高になるという欠点もある。

また、図１５に示すＬＥＤ電球において、中心軸線Ａ−Ａ′上の前方に十分な輝度を確保するために前方に向けたＬＥＤ素子の数を増やすと電球全体の外径寸法が大きくなり、電球周囲を遮光板や反射板で囲ったタイプの灯具への取り付けができなくなって白熱電球との互換性がとれなくなる。このため、前方に向けたＬＥＤ素子の数を増やさずに、反射鏡を利用して前方への光束を集光させて輝度を高めた場合、灯具本来の配光デザインとは違ったものとなり灯具全体の照射性能が低下するという問題がある。

また、従来のＬＥＤ電球として、図１６に示すように、電球口金１を具えた白熱電球のガラス球と同寸法のガラス球２の内部に、中心軸線Ａ−Ａ′上の前方及び周囲方向に向けて数個のLED素子３を配置したものも知られている。

しかし、図１６のようなＬＥＤ電球は、決められた寸法のガラス球の内部に数個のＬＥＤ素子しか収納できないため、全体的光量が不足するのみならず、ＬＥＤ素子の放熱性が極めて悪く点灯寿命が短いという欠点がある。
実開平３−４８２５２号 特開２００４−３４３０２５ 実用新案登録第３０８９３１６号

前記従来例の記載から明らかなように、自動車のストップランプやウインカーランプに使用される白熱電球と互換可能なＬＥＤ電球を得る場合、多数のＬＥＤ素子を白熱電球のガラス球と同様の形状に並べて配置する構造は、組み立てに手数を要し、電球全体の温度が高くなり易く、しかもコスト高になるという欠点があり、白熱電球と同様なガラス球の内部にＬＥＤ素子を配置する構造は、全体的光量が不足するのみならず、点灯寿命が短いという欠点があり、これらの欠点を解決したＬＥＤ電球の実現が要望されていた。

考案者は前記のような課題を解決するために種々検討をした結果、電球口金の中心軸線上の所定の位置の周囲に、少なくとも３個のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体を、ほぼ等間隔にかつ前記中心軸線に対して前方に傾斜させて配置する構造を採用することにより、従来のＬＥＤ電球の欠点を除去した、白熱電球と互換可能なＬＥＤ電球を得ることができた。

本考案に係るＬＥＤ電球は、ソケットタイプやウエッジタイプの電球口金の中心軸線上の所定の位置、例えば白熱電球であれば白熱フィラメントが設置されることにより光中心が形成される位置、の周囲に複数個のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体を、ほぼ等間隔にかつ前記中心軸線に対して前方に傾斜させて配置したことを特徴とする。電球口金の中心軸線の周囲に複数個のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体をほぼ等間隔に配置したので、中心軸線の円周方向の光度に大きな差異はなくなる。また、前記ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体を前記中心軸線に対して前方に傾斜させて配置したので、その傾斜角度に応じて前記中心軸線の前方向に向かう光と直角方向に向かう光とが適当な割合で配分される。

また、本考案に係るＬＥＤ電球は、複数個のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体を前記中心軸線に対して前方に傾斜させて配置するため、電球口金の方向に照射される光が比較的少なくなる。したがってＬＥＤ電球を灯具の反射鏡に装着したときに反射鏡に暗い環状部（ダークリング）が発生する。これを除去するために、ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体を配置する位置が、本来光中心が形成される位置より後方にオフセットされていることを特徴とする。

さらに、本考案に係るＬＥＤ電球は、電球口金の中心軸線に対するＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体の傾斜角度が５°〜２０°であることを特徴とする。前記傾斜角度が５°未満であると前記中心軸線の前方向に向かう光が極端に少なくなる反面、前記中心軸線と直角方向に向かう光が多くなり過ぎて全体的な配光バランスが悪くなる。また、前記傾斜角度が２０°を超えると前記中心軸線の前方に向かう光が著しく増える反面、前記中心軸線と直角方向に向かう光が少なくなって反射鏡による適正な光制御に支障を来たすことが実験的に確認されている。

さらに、本考案に係るＬＥＤ電球は、電球口金の中心軸線に対する各ＬＥＤ素子または各ＬＥＤ素子集合体の傾斜角度が同じであることを特徴とする。これによって、電球口金の中心軸線の前方向および直角方向（円周方向）への光の配分を白熱電球に近づけることができる。しかし、ＬＥＤ電球を灯具反射鏡に装着した場合に、特定方向への光の配分が変わるようにするためには各ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体のうちの少なくとも１個の傾斜角度が他のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体の傾斜角度と異なっていることを特徴とする。

さらに、本考案に係るＬＥＤ電球のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体は、電球口金の中心軸線に沿って前方に延びている支持体に支持されていることを特徴としており、前記支持体は楔形又は三角錐以上の多角錐の形状をなしており、該支持体の表面の傾斜角度を前記ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体の傾斜角度に一致させてあることを特徴とする。

さらに、前記支持体は、熱伝導性のよい材料で形成された放熱盤を介して電球口金に固定されていることを特徴とする。また、前記支持体はその先端部に更に中心軸線に沿って前方に延びる棒状体を有し、該棒状体には前方から見た場合に前記ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体と重なり合わない位置に矢羽状の放熱フィンが設けてあることを特徴とする。

本考案のＬＥＤ電球は、電球口金の中心軸線上の所定の位置の周囲に、少なくとも２個のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体を、ほぼ等間隔にかつ前記中心軸に対して前方に傾斜させて配置した簡単な構造であるから、従来のＬＥＤ電球のように多数のＬＥＤ素子を白熱電球のガラス球と同様の形状に並べて配置する構造や、白熱電球と同様なガラス球の内部にＬＥＤ素子を配置する構造を採らないため、小型化でき、低コストで組立も容易であり、放熱性も優れており、点灯寿命も長いなどの利点がある。

以下図面を参照して本考案の実施例を詳細に説明する。

図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃはそれぞれ本考案に係るＬＥＤ電球の平面図、側面図および正面図、図２は同ＬＥＤ電球におけるＬＥＤ素子の取り付け部の拡大図、図７は同ＬＥＤ電球を反射鏡に装着した状態を示す説明図、図９は図１Ａないし図１Ｃに示すＬＥＤ電球において、ＬＥＤ素子の支持体が放熱盤を介して電球口金に固定されている場合の斜視図である。

図１Ａないし図１Ｃにおいて、１１はウエッジタイプの電球口金、Ａ−Ａ′は前記電球口金１１の中心軸線を示す。この中心軸線上の所定の位置、例えば白熱電球であれば白熱フィラメントが配置されることによって光中心が形成されるべき位置P１の周囲には、３個のＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が、ほぼ等間隔にかつ前記中心軸線Ａ−Ａ′に対して前方に傾斜させて配置してある。１２は前記中心軸線Ａ−Ａ′に沿って前方に延びる三角錐状の支持体である。

かかる構成のＬＥＤ電球において、前記ＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は図２に示すように前記中心軸線Ａ−Ａ′に対して前方に５°〜２０°の範囲で傾斜させてある。前記傾斜角度が５°未満であると前記中心軸線の前方向に向かう光が極端に少なくなる反面、前記中心軸線と直角方向に向かう光が多くなり過ぎて全体的な配光バランスが悪くなる。また、前記傾斜角度が２０°を超えると前記中心軸線の前方に向かう光が著しく増える反面、前記中心軸線と直角方向に向かう光が少なくなって反射鏡による適正な光制御に支障を来たすことは前述のとおりである。

また、前記のように前記ＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を中心軸線A-A′に対して前方に５°〜２０°の範囲で傾斜させて配置すると、図２のようにＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３がパッケージ１３のやや奥まった個所にあっても中心軸線Ａ−Ａ′の前方に対して十分な輝度が得られる。

図７は図１Ａないし図１Ｃに示すＬＥＤ電球Ｌを、ソケット１４を具えた反射鏡１５の内部に装着した図である。図７において、Ｚ１はＬＥＤ電球Ｌからの照射ゾーンを示しており、この実施例では反射鏡５の底部に直径Ф１の暗部ができるという問題がある。図６は白熱電球Ｌを、ソケット４を具えた反射鏡１５の内部に装着した図である。同図から明らかなように白熱電球の照射ゾーンＺ３は極めて広いため反射鏡１５の底部には殆んど暗部ができない。したがって、白熱電球と完全に互換可能なＬＥＤ電球とするためには、前記反射鏡底部に形成される暗部をいかに最小化するかが課題となる。

しかし、前記のようなＬＥＤ電球は、反射鏡の開口部に配置されたカバーまたはレンズが不透明で拡散性のものである場合には致命的な欠点とはならない。

図９は図１Ａないし図１Ｃに示すＬＥＤ電球において、ＬＥＤ素子の支持体１２が放熱性の良い材料で形成された円盤形の放熱盤１６を介して電球口金１１に固定された例を示す。かかる構造によってＬＥＤ素子の放熱性は更に高まる。この構造において、支持体１２と放熱盤１６とを同じ材料で同時に成形してもよいことはもちろんである。

図４は図１Ａないし図１Ｃに示すようなＬＥＤ電球において、ＬＥＤ素子を配置する位置を電球口金の方向にオフセットさせた実施例の説明図、図５はＬＥＤ素子を配置する位置の違いによる反射光の違いを示す説明図、図３は白熱電球において白熱フィラメントが設置される位置、すなわち光中心が形成される位置を示す説明図、図８は図４に示すＬＥＤ電球を反射鏡に装着した状態を示す説明図である。

図４の実施例では、ＬＥＤ素子を配置する位置が、電球口金１１の中心軸線Ａ−Ａ′上において本来光中心が形成されるべき位置Ｐ１よりも電球口金１１の方向に任意の距離ｄだけオフセットさせた位置Ｐ２としてある。この位置Ｐ２の周囲にＬＥＤ素子が等間隔にかつ中心軸線Ａ−Ａ′に対して前方に傾斜させて配置してある。図３に示す白熱電球では電球口金の基準点（図示せず）から中心軸線Ａ−Ａ′に沿って所定の距離（光中心距離）を置いた位置Ｐ１に白熱フィラメントが設置され、この位置が光中心となる。図１Ａないし図１Ｃに示す実施例では前記のような光中心が形成されるべき位置Ｐ１の周囲にＬＥＤ素子が配置されているが、図４の実施例では前記の位置Ｐ１よりも電球口金１の方向に距離ｄだけオフセットさせた位置Ｐ２の周囲にＬＥＤ素子を配置したことが特徴となっている。

図５は図４のようにＬＥＤ素子の位置を電球口金方向にオフセットさせた場合に、ＬＥＤ素子から放射された光が灯具反射鏡との関係でどのように変化するかを示したものである。本来光中心が形成されるべき位置Ｐ１から放射された光は反射鏡１５で反射してＦ１、Ｆ２で示す方向に進むが、電球口金１１方向にオフセットさせた位置Ｐ２から放射された光は前記反射鏡１５で反射してＦ３、Ｆ４で示す方向に進む。すなわち、後者の反射光は反射鏡による本来の反射光よりも僅かに拡散する傾向にあるが、電球口金１１方向への輝度を十分に取ることでＪＩＳや保安基準に適合させることができる。

図８は図４のＬＥＤ電球Ｌを、ソケット１４を具えた反射鏡１５の内部に装着した図である。図８において、Ｚ２はＬＥＤ電球Lからの照射ゾーンを示しており、この実施例では反射鏡１５の底部に直径Ф２の暗部ができる。しかし、この暗部は図７の場合に比較してかなり小さくすることができるため、反射鏡の開口部に配置されたカバーまたはレンズが透明である場合でも実用上殆んど差し支えない。

図１０、図１１はＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体の支持体の先端部に放熱体を設けた実施例を示す。図１０に示す構造のものは、ほぼ三角錐形の支持体１２の先端部に更に中心軸線に沿って前方に延びる棒状体１７を有し、該棒状体１７には前方から見た場合に前記ＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３（Ｄ３は背面側にあるので図示していない）と重なり合わない位置に矢羽状の放熱フィンＲ１、Ｒ２およびＲ３が設けてある。かかる構造とすることによりＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の放熱性は更によくなり、各ＬＥＤ素子として例えば Ｗ程度の高出力型のものを使用することが可能となる。図１１は単品のＬＥＤ素子に替えてＬＥＤ素子集合体ＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ３（ＤＢ３は背面側にあるため図示していない）を用いた実施例である。

本考案に係るＬＥＤ電球の実施例１〜３では、以上に述べたように、電球口金の中心軸線上の所定の位置の周囲に、３個のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体を、ほぼ等間隔にかつ前記中心軸線に対して前方に傾斜させて配置した極めて簡単な構成ながら、光束を電球口金の中心軸線の前方および周囲方向に適宜配分して照射できるだけでなく、全体的寸法もコンパクトに構成できるため、従来の白熱電球と十分に互換性を持たせることができるものである。すなわち前記の段落番号０００３に記載したような諸条件を十分に満足することができるものである。

図１２は、本考案のＬＥＤ素子の数を２個とした場合であり、上記実施例１〜３に示す様に３個以上多数個を配置した場合より輝度ムラが発生し易いが、広角配光のＬＥＤモジュールを用いることで、実用上問題無い状態まで改善される。

本考案に係るＬＥＤ電球は自動車のストップランプに適用することができるが、その適用例について説明する。

一般的にストップランプの灯具には以下の３つの構造がある。
（１）灯具レンズに赤色拡散レンズを用いたもので、内部の反射鏡による反射光と直接光は前面の赤色拡散レンズで拡散されるように構成されており、灯具内部は外部から全く見えないもの。
（２）灯具レンズに赤色透明レンズを用いたもので、内部の反射鏡のデザインによって反射光が直接後方に照射されるもの。この構造のものは透明レンズを用いているので、光源色として赤色のものを用いる場合がある。
（３）前記の（１）の構造と前記（２）の構造とを組み合わせたもので、前面に拡散させるレンズカットがあるが、反射鏡からの反射光が外部から見える構造のもの。

本考案に係るＬＥＤ電球は前記の３つの構造のもの全てにおいて白熱電球と同様に適用することができるという特長がある。

適用例１
前記（１）の構造では、一般的に光源と前面レンズとの距離が近いため、従来のＬＥＤ電球のように電球口金の中心軸線と直角方向（周囲方向）に出る光や後方（電球口金方向）に出る光が多いと拡散レンズの中心部に暗い輝度むら（ダークスポット）が発生するが、本考案に係るＬＥＤ電球では、ＬＥＤ素子を中心軸線の前方に対して傾斜させて設置してあるので、前記のような輝度むらが生じることはない。
適用例２
本考案に係るＬＥＤ電球では前記のようにＬＥＤ素子を中心軸線の前方に対して傾斜させて設置してあるので、前記（２）や（３）の構造においては、灯具を外部から見たばあいに反射鏡の中心部（底部）に暗部が生じるが、かかる用途には実施例２のように、ＬＥＤ素子やＬＥＤ素子集合体の設置位置を光中心が形成されるべき位置より電球口金の方向にオフセットされることによって、前記暗部を最小の範囲に留めることができる。

自動車用のストップランプやウインカーランプ以外にも懐中電灯その他の携帯用照明器具の光源などに適用することができる。

本考案実施例（実施例１）の平面図である。 本考案実施例（実施例１）の側面図である。 本考案実施例（実施例１）の正面図である。 実施例におけるＬＥＤ素子設置部の拡大図である。 従来の白熱電球の光中心位置と光の放射状態の説明図である。 本考案の実施例２のＬＥＤ素子設置位置と光の放射状態の説明図である。 本考案の実施例２の反射鏡に対する光の反射状態の説明図である。 白熱電球を反射鏡に装着したときの電球からの放射光の状態を示す説明図である。 本考案の実施例１のＬＥＤ電球を反射鏡に装着したときの電球からの放射光の状態の説明図である。 本考案の実施例２のＬＥＤ電球を反射鏡に装着したときの電球からの放射光の状態の説明図である。 本考案の実施例１のＬＥＤ電球の斜視図である。 本考案の実施例３のＬＥＤ電球の斜視図である。 図１０に示すＬＥＤ電球の変形例の斜視図である。 本考案の実施例４のＬＥＤ電球の斜視図である。 ソケット型口金を具えた従来の白熱電球の説明図である。 ウエッジ型口金を具えた従来の白熱電球の説明図である。 ソケット型口金を具えた従来のＬＥＤ電球の説明図である。 ウエッジ型口金を具えた従来のＬＥＤ電球の説明図である。

符号の説明

１ 電球口金
２ ガラス球
３ 白熱フィラメント
１１ 電球口金
１２ 支持体
１３ ＬＥＤ素子パッケージ
１４ ソケット
１５ 反射鏡
１６ 放熱体
１７ 棒状体
１８ ＬＥＤ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ ＬＥＤ素子
DB、DB ＬＥＤ素子集合体
Ｐ１、Ｐ２ ＬＥＤ素子設置位置
Ｌ 光源
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３ 光源による光照射範囲
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 放熱フィン

Claims (10)

1. 電球口金の中心軸線上の所定の位置の周囲に、複数個のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体を、ほぼ等間隔にかつ前記中心軸線に対して前方に傾斜させて配置したことを特徴とするＬＥＤ電球。
2. 電球口金の中心軸線上の所定の位置が、光中心が形成されるべき位置であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球。
3. 電球口金の中心軸線上の所定の位置が、光中心が形成されるべき位置よりも後方にオフセットされていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球。
4. 電球口金の中心軸線に対するＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体の傾斜角度が５°〜２０°であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＬＥＤ電球。
5. 電球口金の中心軸線に対する各ＬＥＤ素子または各ＬＥＤ素子集合体の傾斜角度が同じであることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ電球。
6. 電球口金の中心軸線に対する少なくとも１個のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体の傾斜角度が他のＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体の傾斜角度と異なっていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ電球。
7. ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体が、電球口金に固定されていて前記中心軸線に沿って前方に延びている支持体に支持されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
8. 電球口金の中心軸線に沿って前方に延びている支持体は、楔形または、少なくとも三角錐を含む多角錐の形状をなしており、該支持体の表面の傾斜角度を前記ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体の傾斜角度に一致させてあることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ電球。
9. 前記支持体が熱伝導性のよい材料で形成された放熱盤を介して電球口金に固定されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のＬＥＤ電球。
10. 支持体はその先端部に更に中心軸線に沿って前方に延びる棒状体を有し、該棒状体には前方から見た場合に前記ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子集合体と重なり合わない位置に矢羽状の放熱フィンが設けてあることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載のＬＥＤ電球。

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