JP4725231B2 - 電球型ランプ - Google Patents

Description

本発明は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を光源として用いた電球型ランプに関する。

ＬＥＤは、その温度が上昇するに従い、光出力の低下とともに寿命も短くなることが知られている。このため、ＬＥＤを光源とするランプでは、ＬＥＤの温度上昇を抑制することが求められている。

従来、こうした要請に配慮して、ＬＥＤから伝わる熱を外部に放出するための放熱部を備え、この放熱部を外部に露出させたＬＥＤ電球が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１のＬＥＤ電球は、略球体の内部に設けた金属基板の外面にＬＥＤを実装している。略球体は、一端に口金が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状をなす金属製放熱部と、前記開口部に取付けられた透光性カバーとにより形成されている。金属基板は、絶縁性を有する高熱伝導部材を介して前記開口部に固着されている。

これにより、ＬＥＤ電球の点灯中にＬＥＤが発生した熱は、金属基板から高熱伝導部材を介してラッパ状の金属製放熱部に伝えられ、この放熱部の外周面から外部に放出されるので、ＬＥＤの温度上昇を抑制できる。
特開2001−243809号公報(段落0005、0011−0013、図１)

一般的に、ＬＥＤからの光を効率よくランプ外に放射させることが求められている。しかし、透光性カバーの内面と対向する金属基板の平坦な表面にＬＥＤを実装した特許文献１のＬＥＤ電球では、カバー外への光の放射が十分ではなく、改善の余地がある。

本発明の目的は、外部への光放射性能とともに放熱性を向上できるコンパクトな電球型ランプを提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、外周面が放熱面として機能する周部、この周部の軸方向一端に前記周部と一体に形成された光源取付け部、この光源取付け部を囲んで環状に設けられた溝、及び前記周部の内側に形成されて前記周部の軸方向他端に開口された凹部を有する金属製の外郭部材と；この外郭部材の開口縁部側に配設された口金と；前記光源取付け部に熱伝導するようにこの光源取付け部に装着されて点灯時に発熱する半導体発光素子と；取付け用の開口縁部を有し、この開口縁部が前記外郭部材で覆われるように前記開口縁部を前記溝に嵌めて前記外郭部材に取付けられて前記半導体発光素子を覆った透光性カバーと；前記凹部に収容された点灯回路と；を具備し、前記光源取付け部を前記カバーの内面に向けて近付くように隆起させ、この光源取付け部の外面に前記半導体発光素子を装着している。

この発明で、外郭部材をなす材料には、鉄及びその合金、これらよりも熱伝導性が良い金属例えば銅及びその合金、更に、鉄及びその合金などより軽い軽金属例えばアルミニウム及びその合金等を使用できる。

この発明で、点状光源には、電気エネルギーを光に変換する発光素子、例えば半導体発光素子とも称される発光ダイオード（ＬＥＤ）を好適に用いることができるが、エレクトリックルミネッセンス素子（ＥＬ素子）を用いることも可能であり、また、使用する点状光源の数は1以上であればよい。この発明で、点状光源は、光源取付け部の外面に直接熱伝導するように直に実装することもでき、或いは、点状光源を光源基板に実装して、この基板を介して光源取付け部の外面に熱伝導するように装着することもできる。

この発明で、透光性カバーは、主に充電部をなす点状光源に対して他のものが接触することを妨げるため等に設けられるものであって、グローブ形状をなしていても、フラット状をなしていてもよい。このカバーがグローブである場合、その内面の一部に反射膜を設けることは妨げないとともに、カバーの形状は点状光源が発した光を例えば拡散または集光させるために任意形状とすることができる。更に、透光性カバーとして、点状光源が発した光を集光または拡散させるためのレンズを用いることも可能である。

この発明で、光源取付け部の先端面をカバーの内面に近付ける手段として、例えばカバーの内面方向に隆起する段を光源取付け部に設けることができ、或いは光源取付け部をカバーの内面方向に隆起させてテーパ状に形成することもできる。隆起する段を設けるばあいに、その段は１段以上設けることができ、各段をなす隆起部は光軸を中心として同心的又は非同心的に設けることが可能である。

請求項１の発明では、外郭部材の光源取付け部をカバーの内面に向けて近付くように隆起させ、この光源取付け部の外面に半導体発光素子を装着したので、半導体発光素子から出射される光を効率良くカバー外に放射できる。これとともに、隆起によって光源取付け部の表面積（放熱面積）が増えて、外郭部材からの放熱量が増大されるので、点灯時の光源取付け部の温度、ひいては半導体発光素子の温度上昇を抑制できる。更に、外郭部材に設けた凹部に点灯回路を収容したので、ランプの軸方向長さが短くなり、コンパクトなランプとすることができる。更に、請求項１の発明では、光源取付け部を囲んで環状の溝を設けたので、溝がない構成に比較して外郭部材の放熱面積が増えて、光源取付け部の温度上昇を抑制できるとともに、この溝でカバーの取付け溝を兼ねることができる。

請求項２の発明は、前記外郭部材に設けた前記溝に入れられた接着剤により前記透光性カバーを固定し、前記光源取付け部の先端面を前記溝より隆起して配置させている。

この請求項２の発明では、光源取付け部の先端面に装着された点状光源から放射された光が、光源取付け部の溝内に射し込むことを、光源取付け部の隆起で抑制できる。このため、光源取付け部にカバーを固定する接着剤の劣化を抑制できる。

請求項１の発明によれば、半導体発光素子から出射される光を効率良くカバー外に放射できるとともに、カバーの取付け用の開口縁部が嵌る溝及び隆起によって外殻部材の表面積（放熱面積）が増えるので、点灯時の半導体発光素子の温度上昇を抑制でき、更に、外郭部材に設けた凹部に点灯回路を収容したので、コンパクトな電球型ランプを提供できる。

請求項２の発明によれば、光源取付け部にカバーを固定する接着剤の劣化を抑制できる電球型ランプを提供できる。

図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

図１及び図２中符号１は電球型ランプ（以下ランプと略称する。）を示している。このランプ１は、金属製の外郭部材２と、点状光源１１と、透光性のカバー１８と、点灯回路２１と、絶縁部材２６と、口金３１とを具備している。

外郭部材２は例えばアルミニウムの一体成形品からなる。なお、外郭部材２の放熱面積を増やすための構成として、外郭部材２の周部３に、ローレット加工を施してその外周面３ａを粗面とすることは可能であり、これに代えて放熱フィンを形成することも可能である。更に、外郭部材２の周部３の外周面３ａを防錆のための保護膜でコーテングしてもよく、この場合、黒色の保護膜をコーテングすれば、外郭部材２から外部への熱輻射を更に向上できる点で好ましい。

図２及び図３に示すように外郭部材２は、周部３と、これと一体の光源取付け部４とからなり、光源取付け部４の裏側に位置して周部３の内側に凹部５が形成されている。光源取付け部４は周部３の軸方向一端を閉じた奥壁で形成されており、凹部５は周部３の軸方向他端に開口されている。

周部３の外周面３ａ（図２参照）は、放熱面として機能するものであって、光源取付け部４から凹部５の開口縁部２ａに向けて次第に径が小さくなる円錐状のテーパ面で形成されている。開口縁部２ａの内周面に環状をなす係止溝２ｂが設けられている。周部３と光源取付け部４とが一体に連続する部位に溝２ｃが形成されている。

溝２ｃは、例えば光源取付け部４を囲んで環状に設けられていて、光源取付け部４の周部外面に開放されている。溝２ｃを設けたことによって、この溝２ｃがない構成に比較して外郭部材２の表面積（放熱面積）が増やされている。ランプ１に要求される外形的形状から放熱容積が限定されている外郭部材２において、その放熱面積を溝２ｃによって増やしたことにより、外郭部材２からの放熱量が増大される。したがって、光源取付け部４の温度、ひいては点状光源１１の温度上昇を抑制する上で好ましい。この環状の溝２ｃは好ましい例としてカバー取付け溝を兼ねている。

図２に示すように外郭部材２の光源取付け部４にこれより一回り小さな隆起部４ｄが一体に形成されている。隆起部４ｄは、光の出射方向に隆起し、言い換えれば、カバー１８の内面に近付くようにこのカバー１８の内部により深く突出されている。したがって、光源取付け部４は、その中央部側ほど凹部５に対して遠ざかるように光の出射方向に隆起し例えば階段状をなして外部に突出されている。隆起部４ｄをなす段は少なくとも１段設けることができる。隆起部４ｄの先端面（光源取付け部４の先端面）４ｃは、平坦面となっており、この先端面４ｃはカバー１８を取付けるための溝２ｃよりもカバー１８中央部内面に寄って位置されている。

光源取付け部４の中央部にねじ孔４ａが開けられている。図４に示すように光源取付け部４には、ねじ孔４ａを間に置いて一対の通孔４ｂが開けられている。これらねじ孔４ａ及び通孔４ｂの一端は、隆起部４ｄの先端面４ｃに開口され、この先端面４ｃと平行な光源取付け部４の内面にねじ孔４ａ及び通孔４ｂの他端が開口されている。

点状光源１１をなすチップ状の発光素子にはＬＥＤが用いられている。この点状光源１１は、平板状の光源基板１２に複数例えば４個（２個のみ図示する。）実装されていて、光源基板１２を光源取付け部４の先端面４ｃに固定することによって、光源取付け部４に熱伝導するように装着されている。

詳しくは、図４に示すように光源基板１２は、絶縁板１２ａの一面に、銅等の金属箔からなるパターン層１２ｂとともに、このパターン層１２ｂを覆った絶縁レジスト層１２ｃを設けるとともに、絶縁板１２ａの他面に、銅等の金属箔からなる熱拡散層１２ｄとこれを覆った絶縁レジスト層１２ｅを設けて形成されている。熱拡散層１２ｄは、パターン層１２ｂよりも厚く、各点状光源毎に対応して夫々形成されている。この光源基板１２のパターン層１２ｂに点状光源１１が接続して面実装されている。光源基板１２には、熱伝導性に優れる金属基板の両面に既述の各層を設けてなるものを用いることもできるが、コストの面からガラス粉末が混入されたエポキシ樹脂などの樹脂基板の両面に既述の各層を設けてなるものを用いることが好ましい。

光源基板１２は、その熱拡散層１２ｄを裏側にして、言い換えれば熱拡散層１２ｄが光源取付け部４の先端面４ｃに向くようにしてこの先端面４ｃに重ねられている。この状態で、光源基板１２の中心部を貫通してねじ孔４ａにねじ１３を光源取付け部４にねじ込むことにより、光源取付け部４の先端面４ｃに光源基板１２が密接して固定されている。これにより、点状光源１１が発する熱を、絶縁板１２ａを介して良熱伝導性の熱拡散層１２ｄに伝えて、この熱拡散層１２ｄで拡散させてから絶縁レジスト層１２ｅを介して光源取付け部４に直接的に伝導させることができる。

こうした光源基板１２から光源取付け部４への熱伝導経路での熱抵抗をより小さくするために、光源基板１２と光源取付け部４との間に、シリコンやグリースなどの伝熱要素を充填するなどして良熱伝導性の伝熱層を設けてもよい。

透光性のカバー１８は、合成樹脂製などにより例えば半球状に形成されたグロープからなる。カバー１８はその取付け用の開口縁部１８ａを外郭部材２の溝２ｃに嵌めることによって外郭部材２に取付けられている。したがって、カバー１８は、光源取付け部４を覆い隠しており、点状光源１１はカバー１８の内面に対向している。しかも、外郭部材２にカバー１８を固定するために、外郭部材２の溝２ｃに例えばシリコーン系の接着剤１９が充填されている。

点状光源１１を点灯させるための点灯回路２１は、図２に示すように回路基板２２に各種の回路部品２３を取付けて、ユニット化されている。回路基板２２は円形状をなしており、回路部品２３はコンデンサ（図示しない）を含んでいる。回路部品２３の多くは、そのリード端子を回路基板２２に貫通させて回路基板２２の一面側に実装されていて、前記リード端子は回路基板２２の他面に設けられている図示しない回路パターンに半田付けされている。

点灯回路２１は凹部５に収容されている。この点灯回路２１は点状光源１１に電気的に接続するための２本の絶縁被覆電線２４（図４参照）と、後述する口金３１に接続するための絶縁被覆電線（図示しない）とを有している。絶縁被覆電線２４は通孔４ｂを通って光源基板１２のパターン層１２ｂに半田付けにより接続されている。したがって、これらの絶縁被覆電線２４によって点灯回路２１は図２に示したランプ１の向きでは吊られた状態で凹部５内に支持されている。

絶縁部材２６は合成樹脂例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又はＰＰ（ポリプロピレン）の成形体である。この絶縁部材２６は、後述する口金３１に向けて開口するとともにこの開口側ほど大径となる円筒状部２６ｂ、及びこの円筒状部２６ｂの一端に連続して前記開口に対向する閉鎖壁部２６ａを有してカップ状をなしている。図２に示すように絶縁部材２６の軸方向の長さＡは、光源取付け部４の内面（凹部５の奥壁面）から係止溝２ｂに至る外郭部材２の軸方向に沿った長さＢより短い。

絶縁部材２６は、その外周面を凹部５の内周面に接触させるとともに、閉鎖壁部２６ａの外面を光源取付け部４の内面に接触させて設けられている。この絶縁部材２６の内側に点灯回路２１が収容されている。この場合、点灯回路２１は、回路基板２２の前記リード端子が突出された面を閉鎖壁部２６ａに対向させるとともに、回路部品２３が実装された面を絶縁部材２６の開口に向けた横置き姿勢で絶縁部材２６に収容されている。したがって、絶縁部材２６は凹部５の内面と点灯回路２１とを仕切ってこれらの間に設けられている。なお、絶縁部材２６の閉鎖壁部２６ａには、図４に示すように絶縁被覆電線２４を通すための一対の電線通孔２６ｃが開けられている。

点灯回路２１に電源を供給するために外郭部材２の開口縁部２ａ側に配設された口金３１は、口金要素３２と、この口金要素３２に固定され連結部材３３とを有している。図示しないランプソケットに着脱自在に取付けられる口金要素３２は、その周部に例えば螺旋溝を有していて、図示しないランプソケットに着脱自在にねじ込まれる部分をなしている。連結部材３３は、合成樹脂例えばポリブチレンテレフタレートなどの絶縁材製であり、凹部５の開口縁部２ａに接続されている。

この接続のために、連結部材３３の先端部外周に環状の係止凸部３３ａ（図３参照）が形成されている。この係止凸部３３ａを開口縁部２ａの係止溝２ｂに嵌入させ係止させることによって、図１、図２に示すように口金３１と外郭部材２とが連結されている。この連結を担った連結部材３３は、口金要素３２の金属部と金属製の外郭部材２との間に介在して、これら両者間を電気的に絶縁するとともに、熱的にも絶縁している。

この連結状態で周部３の外周面３ａと連結部材３３の外周面とは面一に連続される。また、凹部５への連結部材３３の先端部の挿入深さは、連結部材３３の段部３３ｂが周部３の端面に当たることにより規制されている。寸法のばらつきによる係止溝２ｂへの係止凸部３３ａの係合不良を生じないようにするために、前記規制により係止凸部３３ａが絶縁部材２６の開口縁に当たらないようになっている（図２参照）。

前記構成のランプ１は、外郭部材２に設けた凹部５に点灯回路２１を収容したので、点灯回路２１を配置するためのスペースを外郭部材２に対してその軸方向に並べて確保する必要がない。これにより、ランプ１の軸方向長さが短くなり、コンパクトなランプ１とすることができる。

こうしたランプ１のコンパクト化において、外郭部材２と点灯回路２１との間に絶縁部材２６を介在させたので、後述のように放熱を担う外郭部材２が金属製であるにも拘わらず、その凹部５に内蔵された点灯回路２１を、外郭部材２に対して電気的に絶縁できる。

前記構成のランプ１は、その光源取付け部４の表面を階段状に隆起させたので、点状光源１１から出射される光の一部が、カバー１８内で構造材に遮蔽されることを抑制できる。このため、効率よく光をカバー１８外に放射できる点で好ましい。

更に、隆起部４ｄによって、その環状の周面４ｅに相当して外郭部材２の光源取付け部４の表面積（放熱面積）が増える。ランプ１に要求される外形的形状から放熱容積が限定されている外郭部材２において、その放熱面積を増やしたことにより、外郭部材２からの放熱量が増大されるので、点灯時の光源取付け部４の温度、ひいては点状光源１１の温度上昇を抑制する上で好ましい。

その上、既述のように光源取付け部４をカバー１８の中央部内面に向けて突出させる隆起部４ｄを設けたので、この隆起部４ｄの高さに応じて溝２ｃ内の接着剤１９を点状光源１１に対して光軸が延びる方向に大きく隔てて、点状光源１１が放射する光が接着剤１９に射し込むことを抑制できる。したがって、長寿命な点状光源１１を備えたランプ１の長期にわたる使用において紫外線等による接着剤１９の劣化を抑制できるので、カバー１８が不用意に落下する恐れがないようにできる。

また、ランプ１の点灯時、点状光源１１は熱を発生する。この熱は、カバー１８内での対流による冷却などに加えて、以下のように冷却される。

すなわち、点状光源１１の熱は、金属製の外郭部材２の光源取付け部４に直接的に伝導されて、ここから外郭部材２の周部３に伝導して、この周部３の外周面３ａからランプ１の外部に放出される。

このランプ１が備えた外郭部材２の周部３と光源取付け部４とは一体に成形されていて接合部がないので、放熱経路をなす外郭部材２での熱抵抗が小さい。このため、点状光源１１の熱を受ける光源取付け部４から周部３に至る熱伝導が良好で、以上の放熱による点状光源１１に対する冷却性能が優れている。したがって、点状光源１１の温度が異常に上昇することが抑制されて、点状光源１１の発光効率の低下と寿命の低下とを抑制できる。

しかも、点状光源１１の熱は、これが実装された光源基板１２の熱拡散層１２ｄを通ることによって、広範囲な面積で直接的に光源取付け部４に授受されるので、点状光源１１から外郭部材２への熱伝導が良好である。この点においても点状光源１１に対する冷却性能を向上できる。

また、放熱経路をなす外郭部材２に対して点灯回路２１を電気的に絶縁したカップ状の絶縁部材２６は、外郭部材２よりも低い熱伝導性の絶縁材料で作られているので、この絶縁部材２６によって、外郭部材２に内蔵された点灯回路２１に、外郭部材２の熱が伝わることを抑制できる。こうして凹部５内の点灯回路２１を熱的に保護できるので、点灯回路２１の動作信頼性及び寿命の低下を抑制できる。

また、点灯回路２１は、一端が光源取付け部４で閉じられた外郭部材２と、この外郭部材２の他端を閉じるように開口縁部２ａに接続された口金３１とで仕切られた空間に収容されていて、この空間にはランプ１の外部空気が流通することがない。このため、トラッキング現象の原因となる空気中の埃が点灯回路２１に付着することもない。

図５及び図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は基本的には第１実施形態と同じであるので、同じ部分には第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。

第２実施形態では、凹部５の奥部に環状段部などからなるストッパ部５ａを設けて、凹部５の奥部の内径を狭めている。この狭まった内径は、カップ状の絶縁部材２６の最小外径をなす閉鎖壁部２６ａの直径よりも小さい。ストッパ部５ａは環状ではなく、複数の凸部で形成することもできる。

ストッパ部５ａを設けたことにより、凹部５の最も奥まで絶縁部材２６が収容された場合にも、図６に示すように凹部５の奥壁を兼ねた光源取付け部４と絶縁部材２６の閉鎖壁部２６ａとは互いに離されて、これらの間に空隙Ｇが設けられるようになっている。また、光源取付け部４の内面は、表面の隆起形状に対応させて例えば段付き形状に形成されている。それにより、空隙Ｇの光軸方向に沿う長さ大きくできる。言い換えれば、隆起部４ｄの先端面４ｃに対する回路基板２２までの離間距離が大きくなる。したがって、光源取付け部４から回路基板２２への熱的影響を更に低減する上で好ましい。

この空隙Ｇにより点状光源１１が装着された光源取付け部４に対して絶縁部材２６が非接触となるので、ランプ１の点灯中に点状光源１１から光源取付け部４に直接的に伝わった熱が、光源取付け部４から絶縁部材２６に直接的に伝導することを空隙Ｇによって防止できる。このため、点状光源１１の放熱経路をなす外郭部材２内に配置された点灯回路２１に対する熱的保護性能をより向上できる。それに伴い、点灯回路２１の動作信頼性を確保できるとともに、この点灯回路２１の寿命低下も抑制できる。

また、第２実施形態のランプ１では、外郭部材２の周部３の外径を、口金３１側の端部を除いて外径に変化がないストレート形状としていて、外郭部材２に円筒状の視覚的形態を与えている。更に、ランプ１の透光性のカバー１８をなすグローブは、その開口縁部１８ａから次第に大径となるテーパ状のレフレクター部１８ｂと、このレフレクター部１８ｂに一体に連続して半球状の投光部１８ｃとから形成されていて、レフレクター部１８ｂはその内面には反射膜１８ｄを有している。このようなカバー１８を用いたことにより、反射膜１８ｄで拡散させた光を投光部１８ｃに通して集光させながら投光できる。

以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。従って、この第２実施形態でも、第１実施形態と同様な作用を得て、外部への光放射性能を向上できる。その上、光軸方向の小形化を図りつつ、点状光源１１の温度上昇を効果的に抑制できるランプ１を提供できる。これとともに、点灯回路２１の動作信頼性及び寿命の低下を抑制できる。

本発明は前記各実施形態には制約されない。たとえば、ランプ１の外径の大きさに制約がない場合には、点灯回路２１を、それが凹部５の内側と口金３１の絶縁性の連結部材３３の内側とにわたって収まるように配置できる。これにより、カップ状の絶縁部材２６の軸方向長さを短くできることに応じて、外郭部材２の周部３の軸方向長さが短くなるので、ランプ１の軸方向長さをより短くできる。しかし、この場合には、周部３の軸方向長さが短くなることに応じて、その外周面（放熱面）３ａの表面積が減るので、それを補うために周部３の外径を大きくすればよい。

本発明の第１実施形態に係る電球型ランプを示す斜視図。 図１の電球型ランプを示す断面図。 図１の電球型ランプを分解して示す断面図。 図２中Ｆ４−Ｆ４線に沿って示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る電球型ランプを示す斜視図。 図５の電球型ランプを示す断面図。

符号の説明

１…電球型ランプ、２…外郭部材、２ａ…外郭部材の開口縁部、２ｂ…係止溝、２ｃ…溝、３…外郭部材の周部、３ａ…周部の外周面、４…外郭部材の光源取付け部、４ａ…ねじ孔、４ｃ…光源取付け部の先端面、４ｄ…隆起部、５…外郭部材の凹部、１１…点状光源（半導体発光素子）、１３…ねじ、１８…透光性カバー、１９…接着剤、２１…点灯回路、３１…口金

Claims (2)

1. 外周面が放熱面として機能する周部、この周部の軸方向一端に前記周部と一体に形成された光源取付け部、この光源取付け部を囲んで環状に設けられた溝、及び前記周部の内側に形成されて前記周部の軸方向他端に開口された凹部を有する金属製の外郭部材と；
   この外郭部材の開口縁部側に配設された口金と；
   前記光源取付け部に熱伝導するようにこの光源取付け部に装着されて点灯時に発熱する半導体発光素子と；
   取付け用の開口縁部を有し、この開口縁部が前記外郭部材で覆われるように前記開口縁部を前記溝に嵌めて前記外郭部材に取付けられて前記半導体発光素子を覆った透光性カバーと；
   前記凹部に収容された点灯回路と；
   を具備し、
   前記光源取付け部を前記カバーの内面に向けて近付くように隆起させ、この光源取付け部の外面に前記半導体発光素子を装着したことを特徴とする電球型ランプ。
2. 前記外郭部材に設けた前記溝に入れられた接着剤により前記透光性カバーを固定し、前記光源取付け部の先端面を前記溝より隆起して配置させたことを特徴とする請求項１記載の電球型ランプ。

Images