JP5287547B2 - 発光素子ランプ及び照明器具 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を光源として適用した発光素子ランプ及びこの発光素子ランプを用いた照明器具に関する。
ＬＥＤ等の発光素子は、その温度が上昇するに従い、光出力の低下とともに寿命にも影響を与える。このため、ＬＥＤやＥＬ素子等の固体発光素子を光源とするランプでは、寿命、効率の諸特性を改善するために発光素子の温度上昇を抑制する必要がある。従来、この種、ＬＥＤランプにおいて、効率よく放熱するため、ＬＥＤを配置した基板と口金との間に円柱形状の放熱部を備え、この円柱形状の放熱部の周縁に基板を取付けるものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００５−２８６２６７号公報
しかしながら、特許文献１に示されたものは、放熱対策として特別に放熱部を設けたものであり、しかも、放熱部の周縁にのみ基板が接する形態であり、換言すれば、放熱部と基板とが線状的に接触しているに他ならず、十分な放熱効果が得にくいものとなっている。
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、発光素子が実装された基板の温度上昇を熱伝導性のケース及びカバーを利用して効果的に抑制できる発光素子ランプ及び照明器具を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発光素子ランプは、照射開口部を有し、この照射開口部に向けて拡開するように形成されるとともに、外周面が外方に露出し、内周面に基板取付部を一体に備えた熱伝導性のケースと；発光素子が実装された基板を有し、この基板が前記基板取付部に熱的に結合されて取付けられてなる光源部と；前記ケースの外周面に面接触状態で熱的に結合されて接続された熱伝導性のカバーと；この熱伝導性のカバーに一端側が収容されるとともに、他端側に口金が接続された絶縁性のカバーと；この絶縁性のカバーに収納された発光素子を点灯制御する点灯回路と：を具備することを特徴とする。
発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等の固体発光素子である。発光素子の実装は、チップ・オン・ボード方式や表面実装方式によって実装されたものが好ましいが、本発明の性質上、実装方式は特に限定されず、例えば、砲弾型のＬＥＤを用いて基板に実装してもよい。また、発光素子の配設個数には特段制限はない。ケースの照射開口部に向けての拡開は、連続的に拡開する形態であっても、段階的に拡開、換言すれば、不連続的な形状をもって拡開する形態であってもよい。
請求項２に記載の発光素子ランプは、請求項１に記載の発光素子ランプにおいて、前記熱伝導性のケースと熱伝導性のカバーとは、Ｏリングを介在させて相互に接続されており、このＯリングの内側で点灯回路から光源部への給電が行われることを特徴とする。
請求項３に記載の発光素子ランプは、請求項１又は請求項２に記載の発光素子ランプにおいて、前記基板には、複数の発光素子が実装され、この基板と対向して反射体が設けられており、反射体は、前記複数の発光素子に対応する複数の入射開口と、この入射開口を区画して前記入射開口から照射方向に拡開する反射面を有していることを特徴とする。
請求項４に記載の発光素子ランプは、熱伝導性を有し、裏面側が平坦面に形成されるとともにねじ貫通孔が形成された基板取付部と；発光素子が実装された基板を有し、この基板が前記基板取付部に熱的に結合されて取付けられてなる光源部と；前記基板取付部の裏面側と熱的に結合する環状の接続部を有する略筒状の熱伝導性のカバーと；この熱伝導性のカバーに一端側が収容されるとともに、他端側に口金が接続された絶縁性のカバーと；前記カバーの内側に収納された発光素子を点灯制御する点灯回路と：前記基板取付部を前記カバーの環状の接続部側へ前記ねじ貫通孔を介して押圧固定する固定手段としてのねじと；を具備することを特徴とする。
請求項５に記載の発光素子ランプは、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の発光素子ランプにおいて、前記基板取付部は、外周面が外方に露出していることを特徴とする。
請求項６に記載の照明器具は、ソケットを有する器具本体と；この器具本体のソケットに装着される請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の発光素子ランプと；を具備することを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、発光素子が実装された基板の温度上昇を熱伝導性のケース及びカバーを利用して効果的に抑制できる。さらに、ケースは、照射開口部に向けて拡開しているので、放熱作用を奏する外周面の面積が大きく、放熱効果に有効である。しかも、熱伝導性のケースと熱伝導性のカバーとは、面接触状態となっているので熱伝導が良好となる。
また、基板取付部は、熱伝導性のケースと一体に形成されているため、基板取付部からの熱は、拡開して形成された熱伝導性のケースに良好に伝導され、効果的に放熱される。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、簡単な構成により防水機能を維持しつつ、光源部への給電経路を確保することができる。
請求項３に記載の発明によれば、前記各請求項の発明の効果に加え、発光素子ごとに反射体の反射面によって配光制御でき、他の制光手段を付加することなく、所望の光学処理を行うことができる。
請求項４に記載の発明によれば、発光素子が実装された基板の温度上昇を熱伝導性の基板取付部及びカバーを利用して放熱することにより効果的に抑制できる。さらに、基板取付部がねじによってカバーの環状の接続部側へ押圧固定されているので、放熱効果を高めることができる。
しかも、基板取付部の裏面側が平坦面に形成され、前記ねじによって基板取付部がカバーの環状の接続部側へ押圧固定されるので、簡単な構成によって効果的に放熱性を向上することができる。
請求項５に記載の発明によれば、前記各請求項の発明の効果に加え、一層放熱効果を高めることが可能となる。
請求項６に記載の発明によれば、前記発光素子ランプの奏する効果に加え、口金からの熱をソケットに伝導して効果的に放熱できる照明器具を提供できる。
本発明の実施形態に係る発光素子ランプを示す断面図である。 同ケースを取外して示す平面図である。 同反射体を示す斜視図である。 同反射体を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る照明器具を示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態に係る発光素子ランプについて図１乃至図４を参照して説明する。図１は、発光素子ランプを示す断面図、図２は、同ケースを取外して示す平面図、図３は、反射体を示す斜視図、図４は、同断面図である。本実施形態の発光素子ランプは、いわゆるビームランプと指称される既存の反射形白熱電球に置き換えて取り付けることが可能であり、かつその外観寸法もビームランプと略同等となる構成を有している。ビームランプは、店舗のスポットライト、ビルや看板等の投光照明、工事現場等の照明に適するランプである。
図１において、発光素子ランプ１は、既存のビームランプと同様な外観形態をなしており、屋外での使用に適するように防水機能を有し、熱伝導性のケース２、光源部３、反射体３ａ、発光素子４、熱伝導性のカバー５、絶縁性のカバー６、口金７及び透光性カバーとしての前面レンズ８とを備えている。ケース２は、例えば、アルミニウムの一体成形品からなり、白色のアクリル焼付け塗装がなされており、根元部２ａから照射開口部２ｂにわたって拡開し、外周面が外方に露出するように有底椀状に形成されている。内周面の底壁は、平坦面をなし、基板取付部２ｃが一体に形成されている。一方、基板取付部２ｃの裏面側も平坦面に形成され、外周面の底壁周縁は、後述する熱伝導性のカバー５と接続する環状の接続部２ｄをなしている。また、底壁には、ねじ貫通孔が約１２０度の間隔を空けて３箇所に形成されている。
さらに、基板取付部２ｃの外周面は、外方に露出するようになっている。つまり、ケース２の根元部２ａの近傍における外周面は、外方に露出されて外気と接触するようになっている。
なお、基板取付部２ｃは、ケース２と別体に形成し、この別体に形成したものをケース２に熱的に結合するように取付けてもよい。また、ケース２の材料は、アルミニウムに限らず、熱伝導性の良好な金属材料又は樹脂材料等を用いることができる。さらに、ケース２の内周面は、アルマイト処理することが好ましい。アルマイト処理することにより、ケース２の放熱効果を高めることが可能となる。アルマイト処理すると、このケース２の内周面は、反射効果が低下するが、別途後述する反射体３ａを設けているので、この反射効果の低下は、性能上支障がない。一方、ケース２の内周面を反射面として利用する場合には、鏡面加工等によって反射面を形成すればよい。
ケース２の底壁には、光源部３が設けられている。光源部３は、基板９とこの基板９に実装された発光素子４とを備えている。ここで発光素子４は、ＬＥＤチップであり、このＬＥＤチップは、チップ・オン・ボード方式で基板９に実装されている。すなわち、ＬＥＤチップを基板９の表面上に、複数個マトリクス状に配設し、その表面にコーティング材を塗布した構造をなしている。基板９は、金属製、例えば、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料で形成され略円形の平板からなる。基板９を絶縁材とする場合には、放熱特性が比較的良好で、耐久性に優れたセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。合成樹脂材料を用いる場合には、例えば、ガラスエポキシ樹脂等で形成できる。
そして、基板９は、ケース２の底壁に形成された基板取付部２ｃに面接触して密着するように取付けられている。この取付に際しては、接着剤を用いてもよく、接着剤を用いる場合には、シリコーン樹脂系の接着剤に金属酸化物等を混合した熱伝導性が良好な材料を用いるのが好ましい。なお、この基板９と基板取付部２ｃとの面接触は、全面的な接触ではなく、部分的な接触であってもよい。
基板９の表面側には、白色のポリカーボネートやＡＳＡ樹脂等によって形成された反射体３ａが配設されている。反射体３ａは、ＬＥＤチップから放射される光を配光制御し、効率的に照射する機能をなしている。反射体３ａは、円板状をなし、稜線部によって区画されて複数の入射開口３ｂが形成されている。この反射体３ａの入射開口３ｂは、基板９の各ＬＥＤチップと対向配置されるようになっており、したがって、反射体３ａには、入射開口３ｂごとに、入射開口３ｂから照射方向、すなわち、稜線部に向かって拡開した略椀状の反射面３ｃが形成されている。また、反射体３ａの外周部には、ねじが挿通係止する切欠き３ｄが約１２０度の間隔を空けて３箇所に形成されている。
次に、熱伝導性のカバー５は、アルミダイカスト製であり、白色のアクリル焼付け塗装がなされており、前記ケース２の外周面と連続して先細りの略筒状に形成されている。なお、このカバー５の長さ寸法や厚さ寸法は、放熱効果等を考慮し適宜決定すればよい。カバー５の前記ケース２との接続部５ａは、所定の幅を有して環状をなしている（図２参照）。したがって、前記ケース２の接続部２ｄは、当該接続部５ａと対向して形成されており、面接触状態で熱的に結合されて接続される。接続部５ａには、環状の溝が形成されており、この溝には、合成ゴム等からなるＯリング１０が嵌入されており、このＯリング１０の内側には、３つのねじ穴１１が約１２０度の間隔を空けて形成されている。
熱伝導性のカバー５の内側には、この熱伝導性のカバー５の形状に沿って、ＰＢＴ樹脂によって成形された絶縁性のカバー６が設けられている。したがって、この絶縁性のカバー６は、一端側を熱伝導性のカバー５に収容するとともに、他端側を熱伝導性のカバー５から突出させており、この突出部分６ａには、口金７が固着されている。口金７は、口金規格Ｅ２６の口金であり、発光素子ランプ１を照明器具に装着する際に、照明器具のランプソケットにねじ込まれる部分である。なお、突出部分６ａには、空気孔６ｂが形成されている。空気孔６ｂは、絶縁性のカバー６内の内圧が高まった場合に、減圧する作用をなす小孔である。
次に、絶縁性のカバー６内には点灯回路１２が収納されている。点灯回路１２は、ＬＥＤチップを点灯制御するものであり、コンデンサやスイッチング素子としてのトランジスタ等の部品から構成されている。点灯回路１２は、回路基板に実装されており、この回路基板は、略Ｔ字状をなして、絶縁性のカバー６内に縦方向に収納されている。これにより、狭隘な空間を有効的に利用して回路基板を配設することが可能となる。また、この点灯回路１２からは、リード線１２ａが導出されており、このリード線１２ａは、基板取付部２ｃに形成されたリード線挿通孔１２ｂを介して光源部３の基板９と電気的に接続されている。さらに、点灯回路１２は、口金７と電気的に接続されている（図示を省略）。なお、点灯回路１２は、絶縁性のカバー６に全てが収納されてもよいし、一部が収納され、残部が口金７内に収納されるような形態でもよい。
絶縁性のカバー６内は、点灯回路１２を含めて覆うように充填材１３が充填されている。充填材１３は、シリコーン樹脂製であり、弾性、絶縁性及び熱伝導性を有している。充填材１３の充填にあたっては、まず、液状の充填材１３を絶縁性のカバー６の上方から注入する。充填材１３を絶縁性のカバー６の上端部レベルまで注入し、以後、高温雰囲気内で充填材１３を硬化、安定させる。
前面レンズ８は、ケース２の照射開口部２ｂを気密に覆うようにシリコーン樹脂のパッキンを介して取付けられている。なお、前面レンズ８には、集光形や散光形があるが、用途に応じて適宜選択できる。
次に、熱伝導性のケース２と熱伝導性のカバー５との接続状態について説明する。熱伝導性のカバー５の接続部５ａに、ケース２の接続部２ｄを対向配置する。そして、ケース２の基板取付部２ｃに基板９を配置し、その上に反射体３ａを重ね合わせる。続いて、固定手段としてのねじ１４を反射体３ａの切欠き３ｄ、ケース２のねじ貫通孔を介して、熱伝導性のカバー５のねじ穴１１にねじ込む。これにより、熱伝導性のケース２は、熱伝導性のカバー５に固定されるとともに、反射体３ａの下端が基板９の表面側を押圧し、反射体３ａ及び基板９が共にケース２の底壁に固定される。このような状態では、Ｏリング１０は、接続部５ａと接続部２ｄとの間で弾性変形し、これらの間を気密状態とし、すなわち、Ｏリング１０の内側が気密状態に保持される。したがって、点灯回路１２とＬＥＤチップが実装された基板９とのリード線１２ａによる電気的接続等の配線処理は、Ｏリング１０の内側でなされるようになっている。
図４において、ＬＥＤチップが実装された基板９の外周縁には、コネクタ１５が設けられている。コネクタ１５は、基板９の配線パターンと接続された受電端子１５ａと、点灯回路１２の配線パターンからリード線１２ａを介して接続された給電端子１５ｂとから構成され、ソケット形式をなしている。この場合、配線処理は、Ｏリング１０の内側でなされており、電気的接続部分の密閉性が保たれるようになっている。また、コネクタ１５は、横方向に配置し、横方向から接続するようになっているので、反射体３ａより高さ寸法が低くなり、コネクタ１５が反射体３ａから照射される光の障害となるようなことがない。
以上のように構成された発光素子ランプ１の作用について説明する。口金７を照明器具のソケットに装着して通電が行われると、点灯回路１２が動作して基板９に電力が供給され、ＬＥＤチップが発光する。ＬＥＤチップから出射された光は、主としてＬＥＤチップごとに反射体３ａの反射面３ｃによって配光制御され前面レンズ８を通過して前方に照射される。これに伴いＬＥＤチップから発生する熱は、基板９裏面の略全面から基板取付部２ｃへ伝わり、さらに、放熱面積の大きいケース２へと伝導される。さらにまた、ケース２の接続部２ｄから熱伝導性のカバー５の接続部５ａへ熱伝導され、熱伝導性のカバー５全体へ伝導される。このように各部材は、熱的に結合されており、前記熱伝導経路と放熱で基板９の温度上昇を抑制することができる。一方、点灯回路１２から発生する熱は、充填材１３を介してケース２へ伝わり、放熱され、また、口金７へ伝わり、口金７から照明器具のランプソケット等に伝導され放熱される。
さらに、本実施形態の発光素子ランプ１においては、前面レンズ８は、ケース２の照射開口部２ｂにパッキンを介して取付けられており、ケース２の接続部２ｄと熱伝導性のカバー５の接続部５ａとの間には、Ｏリング１０が設けられており、加えて、点灯回路１２は充填材１３によって覆われているので、電気絶縁性が保たれ、耐候性、防雨性の機能を有し、屋外での使用に適する構成となっている。また、このため、密閉構造を採っているが、点灯回路部品に異常を来たし、仮に、コンデンサが破損、破裂し、絶縁性のカバー６の内圧が上昇すると、二次的な破損を誘引する可能性があるが、空気孔６ｂによって絶縁性のカバー６の内の上昇した圧力を排気することができる。
以上のように本実施態によれば、ＬＥＤチップごとに反射体３ａの反射面３ｃによって配光制御でき、他の制光手段を用いることなく、所望の光学的処理を行うことができる。また、発光素子４が実装された基板９の温度上昇を熱伝導性のケース２及びカバー５を利用して効果的に抑制できる。さらに、ケース２は、照射開口部２ｂに向けて拡開しているので、放熱作用を奏する外周面の面積が大きく、放熱効果に有効である。しかも、熱伝導性のケース２と熱伝導性のカバー５とは、面接触状態となっているので熱伝導が良好となる。また、ケース２の接続部２ｄと熱伝導性のカバー５の接続部５ａとの間にＯリング１０を設けて密閉性を保つようにしたので、簡単な構成により防水機能を維持しつつ、光源部３への給電経路を確保することができる。加えて、既存のいわゆるビームランプの構成部材を用いることができるので、部品を共通化でき、安価な発光素子ランプを提供することが可能となる。
次に、発光素子ランプ１を光源とした照明器具の実施形態について図５の斜視図を参照して説明する。この照明器具２０は、屋外用のスポットライトを示している。照明器具２０は、器具本体２１とこの器具本体２１が取付けられるベース２２とを備えている。器具本体２１内にはソケット２３が設けられており、このソケット２３に発光素子ランプ１の口金７がねじ込まれて装着されている。なお、照明器具２０の設置は、ベース２２を地面等に固定して行われ、また、器具本体２１は、ベース２２に対して向きが変更可能であり、光の照射方向を任意に変えることができる。このような照明器具２０によれば、基板の温度上昇を熱伝導性のケース２及びカバー５を利用して効果的に抑制でき、また、点灯回路から発生する熱は、主として、口金に伝わり、口金から照明器具のソケット等に伝導され放熱され、基板の温度上昇を一層効果的に抑制できる照明器具２０を提供することが可能となる。
なお、本発明は、既存のビームランプの構成部材を用いることは必須ではない。
１・・・発光素子ランプ、２・・・熱伝導性のケース、２ｃ・・・基板取付部、
２ｂ・・・照射開口部、２ｄ・・・熱伝導性のケースの接続部、３・・・光源部、
３ａ・・・反射体、３ｂ・・・入射開口、３ｃ・・・反射面、
４・・・発光素子（ＬＥＤチップ）、５・・・熱伝導性のカバー、
５ａ・・・熱伝導性のカバーの接続部、６・・・絶縁性のカバー、
７・・・口金、９・・・基板、１０・・・Ｏリング、１２・・・点灯回路、
１４・・・ねじ、２０・・・照明器具、２１・・・器具本体、２３・・・ソケット

Claims (6)

  1. 照射開口部を有し、この照射開口部に向けて拡開するように形成されるとともに、外周面が外方に露出し、内周面に基板取付部を一体に備えた熱伝導性のケースと；
    発光素子が実装された基板を有し、この基板が前記基板取付部に熱的に結合されて取付けられてなる光源部と；
    前記ケースの外周面に面接触状態で熱的に結合されて接続された熱伝導性のカバーと；
    この熱伝導性のカバーに一端側が収容されるとともに、他端側に口金が接続された絶縁性のカバーと；
    この絶縁性のカバーに収納された発光素子を点灯制御する点灯回路と：
    を具備することを特徴とする発光素子ランプ。
  2. 前記熱伝導性のケースと熱伝導性のカバーとは、Ｏリングを介在させて相互に接続されており、このＯリングの内側で点灯回路から光源部への給電が行われることを特徴とする請求項１に記載の発光素子ランプ。
  3. 前記基板には、複数の発光素子が実装され、この基板と対向して反射体が設けられており、反射体は、前記複数の発光素子に対応する複数の入射開口と、この入射開口を区画して前記入射開口から照射方向に拡開する反射面を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子ランプ。
  4. 熱伝導性を有し、裏面側が平坦面に形成されるとともにねじ貫通孔が形成された基板取付部と；
    発光素子が実装された基板を有し、この基板が前記基板取付部に熱的に結合されて取付けられてなる光源部と；
    前記基板取付部の裏面側と熱的に結合する環状の接続部を有する略筒状の熱伝導性のカバーと；
    この熱伝導性のカバーに一端側が収容されるとともに、他端側に口金が接続された絶縁性のカバーと；
    前記カバーの内側に収納された発光素子を点灯制御する点灯回路と：
    前記基板取付部を前記カバーの環状の接続部側へ前記ねじ貫通孔を介して押圧固定する固定手段としてのねじと；
    を具備することを特徴とする発光素子ランプ。
  5. 前記基板取付部は、外周面が外方に露出していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の発光素子ランプ。
  6. ソケットを有する器具本体と；
    この器具本体のソケットに装着される請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の発光素子ランプと；
    を具備することを特徴とする照明器具。
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