JP5015357B1 - 光源装置 - Google Patents

Abstract

光源装置であるＬＥＤランプ（１０）は、発光モジュール（１４）と、発光モジュール（１４）が取り付けられた第１の放熱部材であるボディ（１２）と、発光モジュール（１４）を点灯させるための回路ユニット（２２）と、回路ユニット（２２）を収納する第２の放熱部材であるケース（２４）とを有し、ボディ（２２）とケース（２４）との間に断熱部材（２０）が介挿されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置に関し、特に、ＬＥＤ等の発光素子を有し、当該発光素子を点灯させるための回路ユニットを内蔵する光源装置に関する。

ＬＥＤ等の固体発光素子は、発光中の温度が高くなるほど、発光効率が低下し、また寿命も短くなる。また、これを点灯するための回路ユニットを構成する電子部品の中には、熱の影響を受けて壊れたり、寿命が低下したりするものがある。
このため、ＬＥＤや回路ユニットで発生する熱を効率よく放熱する必要がある。特許文献１には、アルミニウム等の良熱伝導性材料で形成された筒体の中空部を、これと同じ材料からなる板材で仕切った構成の筐体を有する光源装置が開示されている。板材の縁部は、一定の幅で折り返され、当該折返し部の外周面を前記筒体の内周面と密着する状態で、当該板材が筒体に固定されている。

板材の一方の面には、プリント基板とこれに実装されたＬＥＤとからなる発光モジュールであるＬＥＤモジュールが搭載され、板材の他方の面側の前記中空部には、回路ユニットが収納されている。
特許文献１に記載された上記構成の光源装置によれば、点灯中にＬＥＤモジュールで発生する熱は、前記板材および前記筒体を介して放熱される。一方、回路ユニットで発生する熱も、放射や前記中空部における対流などにより筒体に伝達され当該筒体の外表面から放熱される。

特開２００９−１１７３４２号公報 特開２００２−７５０１１号公報

しかしながら、上記光源装置では、放熱部材として機能する筒体を、ＬＥＤモジュールと回路ユニットで共用しているため以下の問題が生じ得る。
たとえば、点灯中における回路ユニットの発熱温度がＬＥＤモジュールの発熱温度よりも高い場合、回路ユニットから筒体へ伝わった熱は、前記板材の固定位置を超えてその多くが伝達され、これが原因で、ＬＥＤモジュールからの熱の、筒体における放熱性が低下する。

本発明は、上記した課題に鑑み、発光モジュールと回路ユニットの相互間の熱的影響を可能な限り排して、発光モジュールおよび回路ユニットの放熱性を確保することができる光源装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、発光モジュールと、前記発光モジュールが取り付けられた第１の放熱部材と、前記発光モジュールを点灯させるための回路ユニットと、前記回路ユニットを収納する第２の放熱部材と、を有し、前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材との間に断熱部材が介挿されていることを特徴とする。
また、前記第１の放熱部材は、底部が平坦な碗状をしており、前記第２の放熱部材は、筒状部を有し、前記断熱部材は、板状をしていて、前記発光モジュールは、前記第１の放熱部材の内底部に取り付けられており、前記回路ユニットは前記第２の放熱部材の前記筒状部に収納されていて、前記第１の放熱部材の外底部と前記第２の放熱部材の前記筒状部の一端部との間に前記断熱部材が介挿されていることを特徴とする。

この場合に、前記筒状部を、円筒状とし、前記断熱部材を、円板状とすることができる。
さらに、前記第２の放熱部材は、前記筒状部の他端部から延長され、当該筒状部よりも径の小さい小円筒状部を有し、前記小円筒状部に、前記回路ユニットと電気的に接続された口金が取り付けられていることを特徴とする。

また、前記断熱部材は、その厚み方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔を有し、前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材とが、前記貫通孔に挿入された締結部材によって、締結されていることを特徴とする。

上記の構成からなる本発明に係る光源装置によれば、点灯中に発光モジュールで発生する熱は、これが取り付けられた第１の放熱部材に伝導され、当該第１の放熱部材内を伝わり当該第１の放熱部材の表面から放熱されることとなる。一方、回路ユニットで発生する熱は、放射あるいは収納空間内の対流などにより第２の放熱部材へ伝導され、当該第２の放熱部材内を伝わり当該第２放熱部材の外周面から周囲空間へと放熱される。この場合に、第１の放熱部材と第２の放熱部材との間には、断熱部材が介挿されているため、発光モジュールからの熱が第２の放熱部材へ伝導されたり、回路ユニットからの熱が第１の放熱部材へ伝導されたりすることが可能な限り抑制されるため、発光モジュールと回路ユニットの相互間の熱的影響が可能な限り排され、発光モジュールと回路ユニットのそれぞれに対応して設けられた第１および第２の放熱部材による放熱性の確保が図られる。

実施の形態に係るＬＥＤランプの斜視図である。 上記ＬＥＤランプの分解斜視図である。 上記ＬＥＤランプの縦断面図である。 変形例に係るＬＥＤランプを構成するケースの断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、光源装置の一例として示すＬＥＤランプ１０の斜視図であり、図２は同分解斜視図であり、図３は同縦断面図である。なお、図１〜図３および後掲する図４の全てにおいて各部材間の縮尺は統一していない。また、図３の一部の部材については、切断せずに表している。さらに、各図において一点鎖線はランプ軸Ｊを示し、当該ランプ軸Ｊと平行である矢印Ｘで指す方向は、光源装置の前方であって照明方向でもある。

（概略構成）
ＬＥＤランプ１０は、反射鏡付きハロゲン電球の代替光源となるものである。すなわち、図１に示すように、外観を反射鏡付きハロゲン電球に近似させており、また、口金２６を有し、回路ユニット２２を内蔵していて（図２、図３）、反射鏡付きハロゲン電球用の照明器具に装着して使用できるものである。

図２に示すように、ＬＥＤランプ１０は、ボディ１２、発光モジュール１４、光学部材１６、前面カバー１８、断熱部材２０、回路ユニット２２、ケース２４、および、口金２６を備える。
（ボディ）
ボディ１２は、後方から前方に向かって漸次拡径した筒部２８と、筒部２８の後方を閉塞する円板状（平板状）の底部３０とを有する椀状をしている。換言すると、ボディ１２は、底部３０が平坦な碗状をしている。筒部２８をランプ軸Ｊと直交する平面で切断した形状は円形をしており、筒部２８の軸心（ボディ１２の軸心でもある）は、ランプ軸Ｊと一致している。

なお、底部３０の形状は、円板状に限らない。例えば、楕円板状、方形板状、多角形板状としても構わない。
ボディ１２の内底部３０ａには、発光モジュール１４が取り付けられている。ボディ１２は、良熱伝導性を有する金属、例えばアルミニウムで形成されており、専ら発光モジュール１４で生じる熱の放熱部材（第１の放熱部材）としての役割を果たしている。なお、ボディ１２は熱伝導性の良い樹脂やセラミックからなるものを用いても良い。また、ボディ１２内には、光学部材１６が収容されている。ボディ１２に光透過性のものを用いればボディ１２自身を光らすことや後方への照射が可能となり使用時の外観性能を向上することができる。

筒部２８の開口側端部からは、ランプ軸Ｊと直交する方向に延設されてなり、円環状をしたフランジ部３２が設けられている。
前面カバー１８は、爪部３４をフランジ部３２に係止させることによってボディ１２に取り付けられている。さらに、フランジ部３２の後面には、複数の突起３６がフランジ部周方向に沿って間隔を空けて設けられている。突起３６によって、前面カバー１８のボディ１２に対する空回りが抑制される。すなわち、ランプ軸Ｊを中心に前面カバー１８を回転させると、爪部３４が突起３６に当接し、前面カバー１８がそれ以上ボディ１２に対して空回りしなくなるのである。なお、突起３６の数は任意である。

（発光モジュール）
発光モジュール１４は、モジュール基板３８とモジュール基板３８の略中央に実装されたＬＥＤユニット４０とを有しており、ボディ１２の内底部３０ａの略中央位置に搭載されている。ＬＥＤユニット４０は、例えば、ユニット基板４２と、ユニット基板４２に実装されたＬＥＤチップ４４と、ＬＥＤチップ４４上に設置された蛍光体と、ＬＥＤチップ４４を封止する半球状をした封止材４６とを有する。ＬＥＤチップ４４は、例えば、ＩｎＧａＮ系の青色発光するものが用いられ、蛍光体には、黄緑色蛍光体が用いられる。これにより、ＬＥＤチップ４４からの青色光の一部が蛍光体によって黄緑色光に変換され、変換された黄緑色光と変換されなかった青色光とが混色されて、白色光が出射される。

（光学部材）
光学部材１６は、例えば、透明アクリル樹脂などの透光性材料からなり、略円錐台形状のレンズ部４８と、レンズ部４８の周面に延設された略円環板状の外縁部５０とを有し、レンズ部４８と外縁部５０とが一体に成形されている。
レンズ部４８は、ボディ１２内部の略中央であって発光モジュール１４の前方に位置する。レンズ部４８は、後方側端部に略円柱形状の凹部５２を有し、凹部５２内にＬＥＤユニット４０の封止材４６を嵌め込むことによって、ＬＥＤユニット４０に対し光学部材１６が位置決めされている。

発光モジュール１４からの出射光は、主に、凹部５２からレンズ部４８内に入射し、レンズ部４８を透過して、レンズ部４８の前面からボディ１２の外部へ取り出される。発光モジュール１４からの出射光はレンズ部４８を透過する際にその行路が変更される。具体的には、出射光がレンズ部４８で集束されて反射鏡付きハロゲン電球に似た配光特性のスポット光となる。なお、レンズ部４８の前面には、例えば、出射光を拡散させるための複数の凹凸が設けられた光拡散加工が施されている。

外縁部５０は、ボディ１２の開口を塞ぐように前面カバー１８の後方側に位置しており、外縁部５０の前面と前面カバー１８の後面とは、面接触した状態で対向している。外縁部５０と前面カバー１８とが面接触しているため、光学部材１６の熱が前面カバー１８へ伝導し易い。そのため、ＬＥＤユニット４０で発生した熱を、光学部材１６を介して前面カバー１８から外部へ効率良く逃がすことができる。前面カバー１８が透光性の場合は、光学部材１６からわずかに漏れ出た光を透過させることができ、ランプ前面全体が光る効果がある。

（前面カバー）
前面カバー１８は、例えば、略円形状の光出射窓５４を有する平板円環状の本体部５６と、本体部５６の外周縁から後方に向けて延出する短筒状の周壁部５８とを備える。なお、前面カバー１８の形状は上記に限定されず、ボディ１２の開口１１の形状に合わせてどのような形状であっても良い。

前面カバー１８は、白色のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）など非透光性樹脂で形成されている。ＰＢＴは耐熱性が高く適度な弾力があり、耐候性に優れるため前面カバー１８の材料として好適である。なお、前面カバー１８を構成する樹脂はＰＢＴに限定されず、アクリル、ＰＣ（ポリカーボネート）等であっても良い。また、前面カバー１８の色は、白色に限定されず任意である。透明、半透明でもよい。

周壁部５８には、その周方向に沿い、間隔を空けて複数の爪部３４が設けられている。例えば、爪部３４は、周壁部５８の内周面における後方側端縁付近に、周壁部５８の周方向に沿って等間隔で複数配置されており、それぞれの爪部３４はランプ軸Ｊ側に向かって突出している。なお、爪部３４の数は任意である。
本体部５６には、爪部３４と対応する位置に孔部６２が設けられている。このような孔部６２が設けられているため、複雑な形状の前面カバー１８を、構成部品数の少ないシンプルな金型による樹脂成形が可能となる。

前面カバー１８は、光学部材１６を後方に付勢しており、これによって、前面カバー１８と外縁部５０とが面接触し、レンズ部４８が発光モジュール１４に当接している。これにより、光学部材１６の前後方向への移動が規制され、光学部材１６の位置ずれやがたつきが防止されている。
（断熱部材）
断熱部材２０は、ボディ１２の底部３０と略同じ大きさの円板状をしており、文字通り、断熱性を有するものである。ここで、熱伝導率が１０［Ｗ/ｍＫ］未満であれば断熱性を有する材料であるとし、熱伝導率が１０［Ｗ/ｍＫ］以上であれば熱伝導性を有する材料であるとする。よって、断熱部材２０は、熱伝導率が１０［Ｗ/ｍＫ］未満の材料で形成されており、第１の放熱部材であるボディ部１２と後で詳述する第２の放熱部材であるケース２４とは、いずれも、熱伝導率が１０［Ｗ/ｍＫ］以上の材料で形成されている。

断熱部材２０は、例えば、ＰＢＴ，ＰＥＴ，ＰＣ，ＰＰＳその他の合成樹脂で形成されている。
断熱部材２０は、第１の放熱部材であるボディ１２と、後で詳述する第２の放熱部材であるケース２４とを断熱するために、ボディ部１２とケース２４との間に介挿されている。

また、断熱部材２０は、回路ユニット２２とボディ１２との電気的な絶縁を図る機能も果たしている。
なお、上記の例では、図３に示すように、断熱部材２０はボディ１２の底部３０と略同じ大きさとした。すなわち、断熱部材２０の径を底部３０の径と略同じ大きさとしたが、これに限らず、断熱部材２０の径を底部３０の径よりも大きくして、断熱部材２０の周縁を底部３０から突出させても構わない。あるいは、この逆に断熱部材２０の径を底部３０の径よりも小さくして、断熱部材２０の周縁が完全に底部３０の周縁の内側に入るようにしても構わない。

また、ボディ１２の底部３０を上記したように円板状以外の形状とした場合には、断熱部材２０の形状は、これに合わせて、楕円板状、方形板状、多角形板状としても構わない。
（回路ユニット）
回路ユニット２２は、例えば、商用電源から供給された交流電力を直流電力に整流する整流回路、整流回路により整流された直流電力の電圧値を調整する電圧調整回路などからなる点灯回路を含む。回路ユニット２２は、口金２６およびＬＥＤユニット４０と電気的に接続されており、口金２６を介して照明器具（不図示）から受電し、ＬＥＤユニット４０のＬＥＤチップ４４を発光させる。

回路ユニット２２は、回路基板６４と回路基板６４に実装された複数の電子部品６６とからなり、ケース２４に収納されている。
（ケース）
ケース２４は、電気絶縁性および熱伝導性を有する材料からなる。ケース２４は、例えば、熱伝導フィラーが添加された樹脂や熱伝導率の高いセラミックからなり、ケース２４に収納される回路ユニット２２の放熱部材（第２の放熱部材）として機能する。

ケース２４は、大円筒部６８、大円筒部６８よりも径の小さい小円筒部７０、および大円筒部６８と小円筒部７０とを連結するテーパ筒部７２を有する。大円筒部６８は、開口端部部分が径方向に延出された鍔部６８ａを有する。
ケース２４は、その軸心方向、内壁に沿って半円柱状に張り出した膨出部７４が３箇所設けられており、膨出部７４から鍔部６８ａにかけての肉厚となっている３箇所には、ねじの下穴７６（図２）が開設されている。

図３に示すように、回路ユニット２２のほとんどの部分は、大円筒部６８に収納されている。
なお、大円筒部６８は、円筒状に限らずこれ以外の筒状としても良い。ボディ部１２の底部３０および断熱部材２０の形状を上記したように円板状以外の形状とした場合には、大円筒部６８は、これに合わせて、楕円筒状、方形筒状、多角筒状としても構わない。

（口金）
口金２６は、ＬＥＤランプ１０が照明器具に取り付けられ点灯された際に、照明器具のソケット（不図示）から電力を受けるための部材である。口金２６の種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態ではエジソンタイプであるＥ１１口金が使用されている。口金２６は、略円筒形状であって外周面が雄ネジとなったシェル部７８とアイレット部８０とを有し、ケース２４の小円筒部７０に外嵌状態で取り付けられている。

（光源装置の組み立て）
回路ユニット２２が収納されたケース２４、断熱部材２０、ボディ１２、および発光モジュール１４は、複数本（本例では３本）のねじ８２で締結されて組み立てられる。ねじ８２は、タッピングねじである。なお、ねじ８２の本数は、１本でも構わない。なお、ねじ８２の本数に合わせて、後述する切欠き３８ａ、挿通孔３０ｃ、挿通孔２０ａ、下穴７６の個数も調整される。

図２に示すように、ボディ１２の底部３０には、ねじ止めのための複数の挿通孔３０ｃと、配線のための配線孔（不図示）が設けられている。また、断熱部材２０にも、複数の挿通孔２０ａと配線孔２０ｂとが設けられている。さらに、発光モジュール１４のモジュール基板３８にもＵ字状をした複数の切欠き３８ａが開設されている。ねじ８２が、モジュール基板３８の切欠き３８ａ、ボディ１２の挿通孔３０ｃ、および、断熱部材２０の挿通孔２０ａに、その順で差し込まれ、さらにケース２４の下穴７６にねじ込まれることによって、下孔７６に雌ねじが形成されて、ボディ１２、発光モジュール１４、断熱部材２０およびケース２４が一体に組み立てられている。

また、発光モジュール１４の配線（不図示）はボディ１２の底部３０に開設された配線孔（不図示）および断熱部材２０の配線孔２０ｂを介してケース２４の内部へと導出され、回路ユニット２２と電気的に接続されている。ケース２４の鍔部６８ａの内周面には、配線孔２０ｂと連通する凹所６８ｃが形成されており、凹所６８ｃはケース２４の内部空間とも連通している。配線が凹所６８ｃを通ることによって、ケース２４内における所定の位置に位置決めされている。

なお、ねじ８２は、タッピングねじに限らず、一般的な小ねじを用いても良く、小ねじを用いた場合は、下穴７６に代えて、当該小ねじと螺合する雌ねじを形成しておく。
また、ねじに限らず他の締結部材、例えば、リベット等を用いても構わない。
以上の構成からなるＬＥＤランプ１０によれば、点灯中に発光モジュール１４で発生する熱は、これが取り付けられた第１の放熱部材であるボディ１２に伝導されボディ１２の表面から放熱されることとなる。一方、回路ユニット２２で発生する熱は、放射あるいはケース２４内の対流などにより第２の放熱部材であるケース２４へ伝導され、ケース２４外周面から周囲空間へ、または口金２６を介してＬＥＤランプ１０が装着された照明器具へと放熱される。

この場合に、ボディ１２とケース２４との間には、断熱部材２０が介挿されているため、発光モジュール１４からの熱がケース２４へと伝導されたり、回路ユニット２２からの熱がボディ１２へと伝導されたりすることが可能な限り抑制されるため、発光モジュール１４と回路ユニット２２の相互間の熱的影響が可能な限り排され、発光モジュール１４と回路ユニット２２の放熱性の確保が図られる。
［変形例］
図４は、変形例に係るＬＥＤランプの構成部材の一つであるケース９０の断面図である。変形例に係るＬＥＤランプは、ケースの構造が異なる以外は、ＬＥＤランプ１０と同様の構成である。よって、ケース以外の説明については省略する。

また、ケース９０は、ケース２４（図３）に後述する金属筒９４を追加した以外は、ケース２４と同様の構成である。よって、図４に示すケース９０において、ケース２４と実質的に同じ構成部分については、同じ符号を付して、その説明については省略する。
ケース９０は、合成樹脂で形成された本体部９２と金属筒９４とを有する。
回路ユニットを収納するケースを合成樹脂で形成した場合、何らかの不具合により回路ユニットが異常発熱すると、この影響でケースの一部が溶融して穴が開いてしまうことが生じ得る。この状態は、外観上視認されるため、ユーザに不安を与えてしまう。

そこで、回路ユニットが異常発熱したような場合でも、外観上、変化を来たさないような（変形が視認されないような）ＬＥＤランプが求められる。
そのために、合成樹脂からなるケースの外周（穴が開くおそれのある部分）を金属の筒で覆うことが考えられる。しかし、単に覆っただけでは、当該金属筒と樹脂ケースとの間の間隙分、ＬＥＤランプの大型化を招く。これに対し、樹脂ケースを小型化することが考えられるが、回路ユニットの収納スペースが十分確保されないなどの問題が生じる。

そこで、変形例にかかるＬＥＤランプのケース９０では、本体部９２を射出成形によって成形する際、金属筒９４の一部が本体部９２に埋め込まれる形態となるインサート成形
によって両者を合体させることとしている。
すなわち、回路ユニット２２を収納するケース９０を、合成樹脂からなり筒状部を有する本体部９２と、インサート成形によりその一部が本体部９２に埋め込まれ、前記筒状部の外周面を密着して覆う円筒部を有する金属筒９４とで構成することとしている。

本体部９２をインサート成形により一体化された金属筒９４で覆うことにより、金属筒９４と本体部９２の外周とが密着し間隙が無くなることから、金属筒を設けることによるケースの大型化を可能な限り抑制することができる。
また、金属筒９４の一部（前記円筒部の一端部部分および他端部から内側へ折り曲げられた部分）が本体部９２に埋め込まれているため、金属筒９４の本体部９２からの脱落が防止できる。また、本体部９２の射出成形の際に金属筒９４は本体部９２と一体化されるため、例えば、金属筒を本体部に接着剤などで接合する場合と比較して、手間が省ける。

金属筒９４は、放熱性確保の点から、金属の中でも熱伝導性に優れたものが好ましく、例えば、アルミニウムなどで形成される。

本発明に係る光源装置は、例えば、反射鏡付きハロゲンランプの代替光源として好適に利用可能である。

１０ ＬＥＤランプ
１２ ボディ
１４ 発光モジュール
２０ 断熱部材
２２ 回路ユニット
２４ ケース

Claims (5)

1. 発光モジュールと、
   底部が平坦な碗状をしており、その内底部に前記発光モジュールが取り付けられた、金属製の第１の放熱部材と、
   前記発光モジュールを点灯させるための回路ユニットと、
   前記回路ユニットと電気的に接続された口金と、
   一端部に前記口金が取り付けられ、他端部に開口部を有する筒状部を有し、当該筒状部に前記回路ユニットが収納された、電気絶縁性材料からなる第２の放熱部材と、
   前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材との間に介挿された断熱部材と、
   を有し、
   前記断熱部材は、板状をしていて、前記第２の放熱部材の前記筒状部の前記開口部を、蓋をするように設けられていることを特徴とする光源装置。
2. 前記筒状部の前記開口部は、円形をしており、
   前記断熱部材は、円板状をしていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２の放熱部材の前記筒状部は、前記回路ユニットが収納された大円筒部と前記大円筒部に連接された小円筒部を有し、
   前記小円筒部に、前記口金が取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記断熱部材は、その厚み方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔を有し、
   前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材とが、前記貫通孔に挿入された締結部材によって、締結されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 前記筒状部は合成樹脂からなり、
   インサート成形により一部が前記筒状部に埋め込まれ、前記筒状部の外周面を密着して覆う金属筒を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

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