JP5246404B2 - 電球形ランプ - Google Patents

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本発明は、一般照明用電球に代替使用可能な電球形ランプに関する。
従来、電球に代替使用可能で、発光素子としてLEDを用いるランプ装置では、LEDを設けた基板を金属製の放熱体に取り付け、この放熱体にカバーを介して口金が取付けられるとともに、カバー内にLEDを点灯させる点灯装置が収容されていた。
このようなランプ装置では、LEDから発生する熱でLEDが温度上昇し、LEDの光出力の低下とともに寿命も短くなるため、LEDの温度上昇を抑制することが求められている。そのため、放熱体の周囲などに複数の放熱フィンを設けている。
しかし、さらに高出力に発光するようなLEDランプにおいては、この放熱フィンのみでは放熱が十分ではなく、ランプ寿命を確保することが困難であるため、回転自在のファンを設けるLEDランプが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2007−265892号公報
しかしながら、このような回転自在のファンを設けていても、LEDを用いる電球形ランプでは、口金に取付けられる樹脂製のカバーを設け、その中でLEDを点灯させるとともにフィンを回転させるモータを内蔵させる必要から、LEDランプを小形化するためには、放熱フィン自体を小さくする必要があり、回転自在ファンの小形化も必要である。しかし、回転自在ファンの効率は、その羽の表面積に依存するため、放熱フィンを小形化すると効率よく空冷することができなかった。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、多数の発光素子を使用したとしても発光素子の発熱による短寿命等の不具合を抑制することができる電球形ランプを提供することを目的とする。
請求項1記載の電球形ランプは、発光素子が実装された基板を有する発光体と;この発光体がランプ軸方向の一端に取り付けられる熱伝導部が設けられるとともに、熱伝導部の内側には収容空間が形成されており、この熱伝導部の周囲に複数の放熱フィンが設けられた放熱体と;前記収容空間内に配設されて放熱体の内部および外部間を強制的に通気させるよう動作する送風ファンと;発光体を覆って放熱体の熱伝導部の一端に取り付けられた透光性のグローブと;放熱体の他端に設けられた口金と;全部または一部が、発光素子が実装された基板上に実装されて放熱体の一端側の外部に配設され、送風ファンを駆動させるための駆動装置と;を具備しているものである。
発光体素子、光を発光するものであればよく、例えば、LEDや有機ELなどの固体発光素子を用いてもよい。
基板は、例えば、熱伝導性の良好なアルミニウムを含む金属材料などで形成され、複数のLEDを設けた一体形の基板でもよいし、LED毎に複数に分割した基板でもよい。
放熱体は、例えば、金属材料や樹脂材料のいずれを用いてもよい。放熱体の他端側には、送風ファンが配置される空間が形成されている。放熱体の複数の放熱フィンは例えば、放熱体の周辺部に放射状に形成されたり、格子状に分離されて形成される。放熱体の複数の放熱フィンが放熱体の周辺部に放射状に形成される場合には、周方向の隙間の間隔は5mm以下、より好ましくは約1mmとすることが望ましい。この間隔を5mm以下とすれば、放熱フィンの数を多くし、送風ファンによる強制送風と協働して放熱効果を向上させることができ、一方、5mmより大きいと、放熱フィンの数が少なく、放熱効率を十分に向上させることができない。
熱伝導部の内側に形成された収容空間は、発光体を取り付ける一端から口金側他端まで貫通するような空間であっても、口金側他端側は閉塞されているような有底状の収容空間であっても構わない。またその収容空間形状としては、筒状、円錐、多角形錐など、送風ファンが配設可能であれば全て許容する。さらに、収容空間から送風手段により内側から外部へ強制的に通気させるため、通気可能な孔を適宜設けていても構わない。
収容空間内に配設される送風ファンとして、例えば複数枚の羽部を回転軸を中心にして回転させるものであり、例えば、シロッコファンや遠心ファンや軸流ファンなどが用いられる。シロッコファンであれば、中心部に空間を形成し、この空間にLEDと点灯装置とを接続する配線を通してもよい。ファンは、駆動装置で制御されるこのファンのファンモータの駆動により回転し、口金に通電されている間は、ファンモータにより連続して駆動してもよいし、また、温度センサを設け、この温度センサが検知する温度が所定温度以上となったときのみファンモータにより駆動してもよい。また、ファンは、LEDから放熱体に伝達された熱に限らず、点灯回路の熱も放熱可能とする。
送風ファンを駆動させる駆動装置は、放熱体の一端側の外部に配設されていればよく、配設位置は発光体を覆うグローブ内であっても構わない。要するに放熱体の表面積を小さくすることで放熱効果が低下するため、この面積を小さくすることなく、効率よく放熱をさせるには、放熱体の外部に駆動装置を収容する必要がある。ただし、グローブ内に収容する場合、発光体からの照射方向の妨げにならないよう、例えば駆動装置を台材とし、駆動装置上に複数の発光体を取付けるなどすることが考えられる
電球形ランプの送風手段がランプ点灯時に動作するとは、口金に電力が投入されているときに動作することを意味する。
口金は、例えば、E17型やE26型などの一般照明電球用のソケットに接続可能なものが用いられる。
グローブは、発光体から照射される光を透光するものであれば材質や形状は限定されない。例えば、光拡散性を有するガラスや樹脂などの材料で、略球形に一体形成してもよいし、複数に分割形成して略半球形に組み合わせたものでよい
請求項1記載の電球形ランプによれば、送風ファンが設けられた熱伝導部の内側の収容空間に配設されているとともに、全部または一部を発光素子が実装された基板上に実装して放熱体の一端側の外部に駆動装置を配設することで、限られたスペースを有効に使用することができ、電球形ランプの小形化を可能にするとともに、放熱体の形状を小さくすることなく、送風フィンを大きくすることができ、送風ファンによる空冷により効率よく放熱することができる。したがって、電球形ランプの温度上昇が抑制され、熱による短寿命などの不具合を抑制することができる
図1および図2に一関連技術を示し、図1は電球形ランプの断面図、図2は電球形ランプの側面図である。
図1および図2において、11は電球形ランプで、この電球形ランプ11は、LEDモジュールである基板12が放熱体13の一端側に取り付けられ、この放熱体13の一端側に、基板12を覆ってグローブ14が取り付けられ、放熱体13の他端側に、ファン15が回転可能に配置されているとともに、点灯回路およびファン15用の駆動装置としての駆動回路48を含む回路部Aを収容したケース16が取り付けられ、このケース16に口金17が取り付けられて構成されている。そして、この電球形ランプ11は、いわゆるミニクリプトン電球と同等の全長を有している。
基板12は、平面視円形状の基板本体21と、この基板本体21の一端側である一主面21a側に実装された複数、例えば8つの発光素子であるLED22とを有している。
基板本体21は、例えば熱伝導性が良好なアルミニウムなどの金属材料、あるいは絶縁材料などにより形成され、中心位置には一主面21aと他端側である他主面21bとに貫通する丸孔状の基板連通孔23が形成されている。この基板本体21は、他主面21bが、放熱体13の一端面に面接触するように密着固定されている。放熱体13に対する基板本体21の固定には、ねじや、熱伝達性に優れたシリコーン系の接着剤が用いられる。
LED22は、例えば青色の光を発する図示しないベアチップと、このベアチップを覆うシリコーン樹脂などにより形成された図示しない樹脂部とを備え、この樹脂部内に、ベアチップが発する青色光の一部により励起されて青色の補色である黄色の光を主として放射する蛍光体が混入されており、各LED22が白色系の照明光を得るように構成され、例えば0.5W程度の消費電力を有している。
また、放熱体13は、熱伝導性が良好なアルミニウムなどの金属材料などにより一体に形成されており、放熱体本体部31と、この放熱体本体部31の外周面に設けられた複数の放熱フィン32とを有している。放熱体本体部31の他端側で複数の放熱フィン32の内側には、ファン15が配置されるファン収容空間部33が形成されている。
放熱体本体部31は、他端側から一端側へ向けて扁平な球体状に拡径して形成されており、一端面には基板12の基板本体21の他主面21bが密着状態に取り付けられる平坦状の基板取付面34が形成されている。放熱体本体部31の中心位置であって、基板12の基板連通孔23に同軸で連通する位置に、一端側の基板取付面34と他端側とに貫通する放熱体連通孔35が形成されている。放熱体本体部31の一端側の外縁部には、グローブ14の他端側の端部が嵌着係止されるグローブ取付部36が周方向に沿って環状に形成されている。このグローブ取付部36の位置には、周方向に等間隔毎に複数の通気孔37が形成され、これら通気孔37の内側には通気性を有するとともに塵埃や虫などの侵入を防止する通気フィルタ38が配置される。
放熱フィン32は、放熱体13の他端側から一端側へと径方向への突出量が徐々に大きくなるように傾斜して形成されている。また、これら放熱フィン32は放熱体13の周方向に互いに略等間隔で放射状に形成され、これら放熱フィン32の間にスリット状の放熱孔が形成されている。
また、グローブ14は、光拡散性を有するガラスあるいは合成樹脂などにより扁平な球面状に形成されており、放熱体13のグローブ取付部36と略連続する形状となっている。グローブ14の端部には、放熱体13の通気孔37に連通する複数の通気孔41が形成されている。これら通気孔41と放熱体13の通気孔37との間に図示しないフィルタが介在されている。
また、ファン15は、例えば、シロッコファン45と、このシロッコファン45を回転駆動する図示しないファンモータを有している。このファン15は、ケース16に対して、シロッコファン45が中心軸46によって回転可能に支持されているとともに、ファンモータが取り付けられている。中心軸46は、筒状で、内部には、回路部Aと基板12とを接続するリード線47が通されている。
シロッコファン45は、このシロッコファン45の中心域が開口され、周辺部に複数の羽根が配置されたもので、回転時に、中心側から電球形ランプ11内の空気を吸い込み、外径方向へ吐出して、放熱体13の複数の放熱フィン32間の放熱孔39から外部に排気する。このとき、放熱フィン32を通気路の一部として放熱体13の内部を通気させる。
また、ケース16は、例えばPBT樹脂などの絶縁性を有する材料により略円筒状に形成されている。また、このケース16の一端側には隔壁部51が形成され、この隔壁部51には一端の放熱体13側と他端の口金17側とを連通するケース連通孔52が開口形成されている。ケース16の一端側と他端側との中間には、口金17が取り付けられる口金取付部53が形成されている。ケース16の他端側の外部には、口金17の内側に配置され、口金17と回路部Aおよびファン15を駆動させる駆動回路48との間を絶縁する円筒状の絶縁部54が形成されている。なお、ケース16の内部には、回路部Aを埋没させるように放熱性および絶縁性を有する充填材であるシリコーン系の樹脂などを充填してもよい。
また、回路部Aの点灯回路は、例えばLED22に対して定電流を供給する回路などであり、点灯回路基板と、この点灯回路基板に実装され点灯回路を構成する複数の回路素子とを有している。この点灯回路には点灯回路側からLED22へと給電するリード線47が接続され、このリード線47は、ケース連通孔52、シロッコファン45の中心軸46の内側空間、放熱体連通孔35および基板連通孔23を通じて基板12に電気的に接続されている。
また、回路部Aおよび駆動回路48は、ファン15のファンモータの駆動を制御するもので、口金17に通電されている間はファンモータを連続して駆動する。
また、口金17は、例えばE17型であり、回路部A側と図示しない配線により電気的に接続されており、図示しない照明器具のランプソケットにねじ込まれるねじ山を備えた筒状のシェル61と、このシェル61の一端側の頂部に絶縁部62を介して設けられたアイレット63とを備えている。
シェル61は、図示しない電源側と電気的に接続されるもので、このシェル61の内部には、ケース16との間に、回路部Aへと給電するための図示しない電源線が挟み込まれてシェル61に対して導通されている。
アイレット63は、図示しないグランド電位と電気的に接続されるもので、このアイレット63には、回路部Aのグランド電位と電気的に接続されたアース線が半田付けなどにより電気的に接続されている。
次に、一関連技術の動作を説明する。
電球形ランプ11の組み立ての際には、放熱体13の基板取付面34上に、LED22などを実装した基板12の基板本体21の他主面21b側を載置して固定し、基板12と放熱体13とを熱的に結合する。
回路部Aを収容するとともにファン15を取り付けたケース16を、放熱体13に組み合わせて係止固定する。このとき、回路部Aからのリード線を、ケース連通孔52、シロッコファン45の中心軸46の内側空間、放熱体連通孔35および基板連通孔23に通して、基板12に電気的に接続する。
回路部Aとアース線を介してアイレット63を接続した口金17を、回路部Aに電気的に接続した電源線をシェル61の外側に導出した状態で、ケース16の他端側から挿入し、ケース16とシェル61との間で電源線を挟み込む。このとき、ケース16と口金17とを、図示しない凹凸構造などにより係止固定する。
そして、基板12を覆ってグローブ14の開口端部を放熱体13のグローブ取付部36に嵌め込み、シリコーン系の接着剤などにより固定し、電球形ランプ11を完成する。
このように完成した電球形ランプ11は、口金17を所定のソケットに装着して通電すると、点灯回路が動作して、配線を介して基板12側に電力が供給され、各LED22が発光し、これら発光がグローブ14を介して拡散照射される。
また、駆動回路48が動作して、ファン15のファンモータに電力が供給され、ファン15のシロッコファン45が回転する。このシロッコファン45の回転により、中心側から電球形ランプ11内の空気を吸い込み、外径方向へ吐出して、放熱体13の複数の放熱フィン32間の放熱孔39から外部に排気する。
そのため、基板12にて各LED22から発生する熱は、主に、基板取付面34を介して放熱体13に伝達され、この放熱体13の各放熱フィン32から、シロッコファン45による強制送風によって放熱される。
さらに、シロッコファン45の回転により、電球形ランプ11の外部の空気が通気孔37,41からグローブ14の内側空間に吸い込まれ、基板連通孔23および放熱体連通孔35を通じてシロッコファン45に吸い込まれて外部に排気される流れが形成される。そのため、基板12にて各LED22からグローブ14の内側空間に放熱される熱が排気される。
しかも、通気孔37,41、グローブ14の内側空間、基板連通孔23および放熱体連通孔35、ファン15、放熱孔39の順に空気の流れが発生することにより、グローブ14の内側空間への外気の循環が可能となるとともに、ファン15による送風量が増加し、放熱効率を向上できる。
また、シロッコファン45の回転により、LED22から放熱体13に伝達された熱に限らず、回路部A側で発生する熱も放熱できる。
このように、複数の放熱フィン32が設けられた放熱体13の内側にファン15を設けるとともに、放熱フィン32の一部を通気路とすることにより、放熱体13の放熱効率を向上でき、LED22の温度上昇を抑制できる。そのため、LED22の明るさを落とさず、LED22の寿命を長くできる。
なお、駆動回路48の性能寿命も温度に依存するため熱源であるLED22から離間した口金17内に収容することが望ましい。また、吸気した外気をファンモータとファン15の間を通過させることで、駆動中に発熱するファンモータも空冷し、排気できる。
また、通気孔37,41には通気フィルタ38を配置しているため、塵埃や虫などがグローブ14内に侵入するのを防止できる。
また、放熱体13と口金17との間に配置された絶縁するケース16に回路部Aを収容することにより、回路部Aを放熱体13に対して容易に絶縁できるとともに、回路部Aの配置を容易にできる。
また、ファン15に、シロッコファン45を用いることにより、シロッコファン45の中心軸46の内側空間に回路部Aと基板12とを接続するリード線47を通すことができ、このリード線47による送風抵抗も少なくできる。
次に、図3に実施の形態を示し、図3は電球形ランプ11の断面図である。
本実施の形態は、駆動回路48の位置および取り付け方法が異なるものであり、他の構成については、一関連技術と同一のものは、同一の符号を付してその説明は省略する。
基板12の基板本体21の一端側である一主面21a側に実装された複数、例えば8つの発光素子であるLED22に囲まれるよう基板本体の略中央には、シロッコファン45を回転駆動する駆動回路48が実装されている。駆動回路48から伸びる駆動軸が基板中心の基板連通孔23を介して下方へ延在しており、シロッコファン45の中軸46に接続されている。
基板本体21の中央領域に実装された駆動回路48は、ファン15のファンモータの駆動を制御するもので、基板に通電されている間はファンモータを連続して駆動する。
実施の形態の電球形ランプ11は、一関連技術の電球形ランプ11の効果に加え、点灯中の主な熱源であるLED22およびファンモータの駆動回路48を基体本体21に実装しグローブ14内にまとめて収容しているので、基板取付面34を介して放熱体13に伝達され、この放熱体13の各放熱フィン32から、シロッコファン45による強制送風によって効率よく放熱される。また、E17口金のように口金17内空間が狭いものにおいても放熱体を小さくすることなく、放熱効果を保ちながら電球形ランプ11全体を小形化させることができる。
本発明の一関連技術を示す電球形ランプの断面図である。 同上電球形ランプの側面図である。 本発明の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。
11・・・電球形ランプ、12・・・基板、13・・・放熱体、14・・・グローブ、15・・・ファン、17・・・口金、22・・・発光素子としてのLED、23・・・基板連通孔、32・・・放熱フィン、35・・・放熱体連通孔、37,41・・・通気孔、48・・・駆動装置としての駆動回路

Claims (1)

  1. 発光素子が実装された基板を有する発光体と;
    この発光体がランプ軸方向の一端に取り付けられる熱伝導部が設けられるとともに、熱伝導部の内側には収容空間が形成されており、この熱伝導部の周囲に複数の放熱フィンが設けられた放熱体と;
    前記収容空間内に配設されて放熱体の内部および外部間を強制的に通気させるよう動作する送風ファンと;
    発光体を覆って放熱体の熱伝導部の一端に取り付けられた透光性のグローブと;
    放熱体の他端に設けられた口金と;
    全部または一部が、発光素子が実装された基板上に実装されて放熱体の一端側の外部に配設され、送風ファンを駆動させるための駆動装置と;
    を具備していることを特徴とする電球形ランプ
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