JP5250655B2

JP5250655B2 - バルブ型ｌｅｄ光源

Info

Publication number: JP5250655B2
Application number: JP2011075992A
Authority: JP
Inventors: 克之福田
Original assignee: 克之福田
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012209520A

Description

本発明は、バルブ型のＬＥＤ光源に関する。

化合物半導体を用いた発光ダイオード（以下ＬＥＤと称する。）は、電力の光変換効率が高く白熱電球に比べて発熱量が少なく、長寿命であるなどの特長を備えており、近年、照明用光源として広く使用されている。ＬＥＤは１個だけでは光量が少ないため、一般照明用光源として使用する場合には複数個のＬＥＤを集合させて用いられており、バルブ型のＬＥＤ光源も各種提案されている。
しかし、このようなバルブ型ＬＥＤ光源では、高輝度、高出力の光源を得ようとすると発熱量が大きくなり、それに伴ってＬＥＤの温度が上昇し高温となって、発光効率が低下するという問題が生じる。

特許文献１には、放熱性の改善されたバルブ型のＬＥＤ光源が提案されている。
このＬＥＤ光源は、熱伝導性の高い金属から成る略台形の断面を有する長尺の基台であって、この基台の側面同士を隣接させた場合に隣接する各々の側面の少なくとも一部に互いに密着する面を有する基台の上面に複数の発光ダイオード素子が実装されている。
このＬＥＤ光源は、基台の下部にスカート部を設けて、このスカート部からアノード端子とカソード端子を平行に引き出した構造とされている。
しかし、このような構造のＬＥＤ光源では、構造が複雑である上に、スカート部と両端子をたとえばＢＡ−１５のような小型の口金で置き換えた場合には、放熱性が悪くなってしまう。
このため従来のＢＡ−１５のような小型の口金を持つ光源をＬＥＤ光源で置き換えることは困難であった。

特開２００６-３１９２９０号公報

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、小型で十分な放熱特性を有するバルブ型ＬＥＤ光源を提供することを目的とする。

本発明のバルブ型ＬＥＤ光源は、一端側に側面を基板取付け面とした多角柱状の基板取付台を有し、前記基板取付台の先端から他端側に貫通する貫通孔を有するアルミ合金からなる円筒状の口金と、前記口金の貫通孔の他端側を封止する絶縁材料と、前記絶縁材料を貫通して該絶縁材料に固着された中心電極と、前記基板取付台の各基板取付け面に固着された複数のＬＥＤ実装基板と、前記各ＬＥＤ実装基板の各ＬＥＤのカソード極をリード線を介して前記口金に接続し、前記各ＬＥＤ実装基板の各ＬＥＤのアノード極を前記貫通孔に挿通されたリード線を介して前記中心電極に接続する給電配線と、を有することを特徴とする。

本発明に使用される多角柱状の基板取付台を有する円筒状の口金は、円筒状部の外径と長さが、例えばＢＡ−１５と同寸法（直径１５ｍｍ，長さ４０ｍｍ）とされ、その一端側に正六面体上の基板取付台が形成されている。貫通孔は、この基板取付台と口金の円筒状部の中心を貫通して形成され、その内径は１〜６ｍｍφ（円筒状部の肉厚は４．５〜７ｍｍ）とされている。
この口金は、アルミ合金の鋳造により容易に製造することができる。なお、外形寸法の精度を上げるため、外径と長さを目標値より少し大きめに鋳造しておき、鋳造品の表面を機械加工により研削して所定の寸法に仕上げるようにしてもよい。

基板取付台は、四角柱状、すなわち、側面に４面の基板取付け面を有するものが適しているが、必要に応じて、三角柱状、五角柱状、六角柱状として、基板取付け面を３面、５面あるいは６面とすることもできる。
ＬＥＤの色は、例えば赤色、緑色、白色等任意の色とすることができる。
本発明のバルブ型ＬＥＤ光源は、口金の軸を中心に複数のＬＥＤ実装基板が多面の基板取付台に配設されるので、特に、非常灯、警戒灯あるいは標識灯に適している。

本発明によれば、小型で十分な放熱特性を有するバルブ型ＬＥＤ光源を提供できる。

本発明の第１実施形態にかかるバルブ型ＬＥＤ光源１の斜視図。図１のバルブ型ＬＥＤ光源１の一部断面図。本発明のその他の実施形態にかかるバルブ型ＬＥＤ光源２の一部断面図。

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１、図２に示すように、この実施形態のバルブ型ＬＥＤ光源１は、口金１０、ＬＥＤ３０の実装されたＬＥＤ実装基板２０、電子素子４０を備えている。バルブ型ＬＥＤ光源１は、図示はしないソケットに装着され、外部から電力を供給されて発光する。
口金１０は、正六面体状の基板取付台１１０、円筒状の本体部１２０そしてこれらを貫通して設けられる貫通孔１３０とから構成される。口金１０は、例えばアルミ合金の鋳造により形成されるが、外形寸法の精度を上げるため、鋳造品の表面を機械加工により研削して最終寸法とするようにしてもよい。
口金１０は、外部からの電力をＬＥＤ３０へ供給するとともに、ソケットに対してバルブ型ＬＥＤ光源１を固定する従来の口金として機能し、さらにＬＥＤ３０で発生する熱を速やかに放散させる放熱器として機能する。

基板取付台１１０は、四角柱状となるように、正六面体の一つの面を円筒状の本体部１２０の端面の中央部に固接され、本体部１２０と一体的に形成されている。このとき、正六面体の代わりに直方体を用いて四角柱状としてもよい。また、基板取付台１１０は、四角柱状以外にも例えば三角柱状、五角柱状、六角柱状とすることができる。
基板取付台１１０の側面は基板取付面として機能する。基板取付台１１０の各側面にはＬＥＤ実装基板２０が固設される。
基板取付台１１０は放熱器の一部として機能し、ＬＥＤ実装基板２０側で発生した熱は基板取付台１１０の全体に速やかに伝導する。
本体部１２０は放熱器の主部として機能し、ＬＥＤ実装基板２０側から基板取付台１１０に伝導した熱は、さらに本体部１２０の全体に速やかに伝導する。本体部１２０を厚肉に形成した場合には、熱伝導性が一層向上する。
本体部１２０は、外部からの電力供給の際のカソード側の電極としても機能する。

貫通孔１３０は、上記したように、基板取付台１１０、円筒状の本体部１２０を貫通するものであり、一端側が基板取付台１１０の頂面に開口し、他端側が本体部１２０の底面に開口するように設けられる。貫通孔１３０の本体部１２０側の開口は、絶縁部材１２１によって封止されている。
絶縁部材１２１の中心部には、外部からの電力供給の際のアノード極として機能する中心電極１２３が設けられる
ＬＥＤ実装基板２０はＬＥＤ実装面２０aを有し、このＬＥＤ実装面２０aにＬＥＤ３０が固着される。ＬＥＤ実装面２０aにＬＥＤ３０を固着する際には、熱の伝導性を考慮してエポキシ樹脂などを含む接着剤を用いることが望ましい。同様にＬＥＤ実装基板２０を基板取付台１１０の側面に固着する際にもエポキシ樹脂などを含む接着剤を用いることが望ましい。
ＬＥＤ実装基板２０は、一対の電極部２１０a, ２１０ｂを備える。電極部２１０a, ２１０ｂは、ＬＥＤ３０に電力を供給するための給電配線として機能する。

電極部２１０aは、一端部がＬＥＤ実装基板２０の側面から基板取付台１１０の頂面近傍に突出するようにＬＥＤ実装基板２０に設けられる。電極部２１０aの他端部は、ＬＥＤ実装基板２０内でＬＥＤ３０のアノード極と接続される。
電極部２１０ｂは、一端部がＬＥＤ実装基板２０の側面から露出し、この露出した一端部が、基板取付台１１０の基部であり、かつ本体部１２０の端面である部位に接続されるようにＬＥＤ実装基板２０に設けられる。電極部２１０ｂの他端部は、ＬＥＤ実装基板２０内でＬＥＤ３０のカソード極と接続される。
ＬＥＤ実装基板２０に実装されるＬＥＤ３０は、砲弾型または表面実装型の高輝度ＬＥＤである。ＬＥＤ３０は、先端部が本体部１２０の縁部よりわずかに外側に突出した状態となるようにＬＥＤ実装基板２０に固着される。ＬＥＤ３０は、それぞれを直列的または並列的に接続できるが、ＬＥＤ３０が故障した場合の応急処置のしやすさなどを考慮して並列的に接続されることが望ましい。ＬＥＤ３０の色は、例えば赤色、緑色、白色等任意の色とすることができる。

電子素子４０は、ＬＥＤ３０に流れる電流を一定にするためのものであり、例えば抵抗器や定電流ダイオードである。電子素子４０は、貫通孔１３０の内部に収容され、配線５０の一部によって一端部が中心電極１２３と接続される。電子素子４０の他端部は、基板取付台１１０側の貫通孔１３０の開口から貫通孔１３０の内部へ挿入される配線５０の他部によって電極部２１０aの一端部に接続される。
電子素子４０が発生させる熱を本体部１２０に移動させるために、電子素子４０は、貫通孔１３０の内側壁面に接するように設けられることが望ましい。
なお、説明を分かりやすくするために図１、２ではバルブ型ＬＥＤ光源１が、一つの電子素子４０を備える場合を示しているが、バルブ型ＬＥＤ光源１は電子素子４０を複数備える場合もある。例えばＬＥＤ３０がそれぞれ並列的に接続される場合であり、この場合には、それぞれのＬＥＤ３０に個別に電子素子４０が接続される。複数の電子素子４０をＬＥＤ３０にそれぞれ個別に接続することで、電子素子４０の故障などで流れる過電流によるＬＥＤ３０の損壊を最小限に留めることができる。

（バルブ型ＬＥＤ光源１の寸法についての説明）
次に、図２を用いてバルブ型ＬＥＤ光源１の寸法を説明する。口金１０は、口金の規格の１つであるＢＡ-１５口金に対応する寸法で形成されることが望ましい。したがって口金１０の外形は、ＢＡ−１５口金と同寸法（直径ｗ１は１５ｍｍ，長さｈ１は４０ｍｍ）である。長さｈ１は、ＢＡ−１５タイプの既存の電球の代わりにバルブ型ＬＥＤ光源１が使用されたときに、既存の電球におけるフィラメントとほぼ同じ位置にＬＥＤ３０が配置される寸法である。したがって、長さｈ１は４０ｍｍに限定されず、例えば３５〜４５ｍｍの範囲で任意の長さで形成してよい。

貫通孔１３０の内径ｔ１は１〜６ｍｍφである。本体部１２０の肉厚ｗ２は４．５〜７ｍｍである。本体部１２０の肉厚ｗ２は厚ければ厚いほど好ましい。肉厚ｗ２が厚くなるほど、ＬＥＤ３０が発する熱が本体部１２０に移動しやすくなる。さらに、肉厚ｗ２が厚くなるほど口金１０の強度が上がる。
内径ｔ１は、電子素子４０が挿入可能な長さである。内径ｔ１が短くなるほど肉厚ｗ２を厚く形成できるため貫通孔１３０の内径ｔ１は、短ければ短いほど好ましい。
基板取付台１１０の幅ｗ３は１０[ｍｍ]程度である。基板取付台１１０の基部から頂部までの高さｈ２は、１０[ｍｍ]程度である。以上がバルブ型ＬＥＤ光源１の寸法の説明である。

以上説明したバルブ型ＬＥＤ光源１では、中心電極１２３、電子素子４０、電極部２１０a、ＬＥＤ３０、電極部２１０ｂそして本体部１２０の順に電気が流れることでＬＥＤ３０が発光する。
ＬＥＤ３０の発光により生じる熱は、基板取付台１１０の全体に速やかに伝導し、さらに基板取付台１１０の全体に伝導した熱が本体部１２０の全体に速やかに伝導するので、基板取付台１１０側が高温状態になることが防止される。結果としてＬＥＤ実装基板２０やＬＥＤ３０が高温状態になることが防止される。このことによりＬＥＤ実装基板２０やＬＥＤ３０に使用されている樹脂の劣化やＬＥＤ３０の発光効率の低下が抑制される。

バルブ型ＬＥＤ光源１では、既存のＢＡ−１５口金を備える既存の電球のフィラメントとほぼ同じ位置にＬＥＤ３０が配置されるので、既存の電球をバルブ型ＬＥＤ光源１に換えても違和感を覚えることなくバルブ型ＬＥＤ光源１を使用できる。バルブ型ＬＥＤ光源１を使用することで、既存の電球を使用する場合にくらべて消費電力を約９割削減できる。またＬＥＤ３０は長寿命であるので球切れの心配がない。
バルブ型ＬＥＤ光源１は、例えば自動車のヘッドランプ部やテールランプ、非常灯、警察車両などで使用される赤色の警戒灯、標識灯などに配設されたＢＡ-１５型ソケットに装着することができる。バルブ型ＬＥＤ光源１は、口金１０の軸を中心に複数のＬＥＤ３０が配設されるので、特に、非常灯、警戒灯あるいは標識灯に適している。
バルブ型ＬＥＤ光源１は、口金１０がアルミ合金から形成されるため、加工が容易に行える。
以上をまとめると、バルブ型ＬＥＤ光源１は、ＬＥＤ３０の熱を基板取付台１１０と本体部１２０に移動させることがき、小型でも十分な放熱特性を有する。さらに、アルミ合金を用いることで加工が容易であり、従来のＢＡ−１５のような小型の口金を持つ電球などの光源をバルブ型ＬＥＤ光源１に置き換えることが容易になる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の第１実施形態であるバルブ型ＬＥＤ光源１について説明したが、本発明は以上の実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、バルブ型ＬＥＤ光源１では、基板取付台１１０のすべての側面にＬＥＤ実装基板２０を設けたが、基板取付台１１０の側面のうちの少なくとも一面にＬＥＤ実装基板２０を設けるようにしてもよい。
また、例えば、図３に示すバルブ型ＬＥＤ光源２のように、ＬＥＤ実装基板２０を基板取付台１１０の頂部に設けるようにしてもよい。なお、基板取付台１１０の頂部にＬＥＤ実装基板２０を設ける場合には、この頂部に設けられたＬＥＤ実装基板２０により、貫通孔１３０の基板取付台１１０側の開口が封止される。したがって、ＬＥＤ３０のアノード極と電子素子４０の一端部とを口金１０内部で接続する必要がある。バルブ型ＬＥＤ光源２では、ＬＥＤ３０のアノード極と電子素子４０の一端部とを接続するための配線挿入孔１３０aが口金１０に設けられている。
以上説明したように、基板取付台１１０の一部の面や基板取付台１１０の頂部にＬＥＤ実装基板２０を設けることで、輝度や配光を容易に変更することができる。

１，２…バルブ型ＬＥＤ光源、１０…口金、１１０…基板取付台、１２０…本体部、１２１…絶縁部材、１２３…中心電極、１３０…貫通孔、１３０a…配線挿入孔、２０…ＬＥＤ実装基板、２０a…ＬＥＤ実装面、２１０a，２１０ｂ…電極部、３０…ＬＥＤ、４０…電子素子、５０…配線。

Claims

一端側に側面を基板取付け面とした多角柱状の基板取付台を有し、前記基板取付台の先端から他端側に貫通する貫通孔を有するアルミ合金からなる円筒状の口金と、
前記口金の貫通孔の他端側を封止する絶縁材料と、
前記絶縁材料を貫通して該絶縁材料に固着された中心電極と、
前記基板取付台の各基板取付け面に固着された複数のＬＥＤ実装基板と、
前記各ＬＥＤ実装基板の各ＬＥＤのカソード極をリード線を介して前記口金に接続し、前記各ＬＥＤ実装基板の各ＬＥＤのアノード極を前記貫通孔に挿通されたリード線を介して前記中心電極に接続する給電配線と、
を有することを特徴とするバルブ型ＬＥＤ光源
前記口金は、直径１５ｍｍ，長さ３５〜４５ｍｍで外形が形成され、かつ４．５〜７ｍｍで前記貫通孔の縁部から前記口金の外周部までの肉厚が形成され、前記貫通孔は、内径１〜６ｍｍφで形成されることを特徴とする請求項１記載のバルブ型ＬＥＤ。
前記基板取付台の頂面に前記ＬＥＤ実装基板が、さらに固着されること
を特徴とする請求項１または２に記載のバルブ型ＬＥＤ光源。
前記基板取付台が四角柱状に形成されていること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバルブ型ＬＥＤ光源。
前記ＬＥＤが高輝度タイプのものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のバルブ型ＬＥＤ光源。