JP5370608B2

JP5370608B2 - ランプ

Info

Publication number: JP5370608B2
Application number: JP2013090529A
Authority: JP
Inventors: 惣彦別田; 巧諏訪; 仁志河野; 明子斉藤; 誠別所; 雄右柴原; 浩貴玉井
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: JP2013152954A

Description

本発明は、一般照明電球に代替使用可能なランプに関する。

従来、発光素子としてＬＥＤを用いる電球形ランプでは、ＬＥＤを実装した基板が放熱体の一端に取り付けられ、この基板を覆って放熱体の一端にグローブが取り付けられ、また、放熱体の他端にはＬＥＤを点灯させる点灯回路を収容するケースが取り付けられ、このケースの他端に口金が取り付けられている。

このような電球形ランプでは、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、放熱体を放熱性に優れた金属材料で形成するなどしている。

また、グローブを備えた電球形ランプではないが、放熱体の周辺に放熱フィンを設けるとともに放熱体の内側にファンを配置し、ＬＥＤから放熱体に伝達された熱を強制的に放熱するようにしたＬＥＤランプがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２６５８９２号公報（第３−５頁、図２−３）

しかしながら、グローブを備えた電球形ランプでは、ＬＥＤがグローブで覆われているために、ＬＥＤの放熱効率が悪く、金属製の放熱体を用いてもＬＥＤの温度上昇を十分に抑制することができない問題がある。

また、仮に、グローブを備えた電球形ランプに、グローブを備えないＬＥＤランプのように、放熱体に放熱フィンを設けるとともに、この放熱体の内側にファンを配置し、ＬＥＤから放熱体に伝達された熱を強制的に放熱するようにしても、ＬＥＤがグローブで覆われているために、ＬＥＤの温度上昇を十分に抑制することができない。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、放熱効率を向上でき、発光素子の温度上昇を抑制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記載のランプは、一端側に基板取付面を備えるとともに、前記基板取付面の中心位置において一端側と他端側とに貫通する放熱体連通孔を備える放熱体と；中心位置に一端側と他端側とに貫通する基板連通孔を備え、前記基板連通孔と前記放熱体連通孔とが連通するように、その他端側が前記放熱体の前記基板取付面に配置される基板本体と；前記基板本体の一端側の面に設けられた発光素子と；前記基板本体および前記発光素子を覆うように、前記放熱体の一端に取り付けられたカバーと；前記放熱体の他端側に設けられた、絶縁性を有するケースと；前記放熱体と前記ケースとで画定される空間に回転可能に設けられ、少なくとも前記基板連通孔および前記放熱体連通孔を含む通気路にランプ外部の空気を流通させる流れを形成することで、前記発光素子で発生し、前記基板本体を介して前記放熱体に伝達された熱を放熱するファンと；前記ファンを前記放熱体の前記基板取付面との間に位置するように前記ケースに収容される、前記発光素子に電力を供給する点灯回路を含む回路部と；を具備するランプであって、前記通気路は、一端は前記放熱体の一部と前記カバーの一部との接続部分に構成されている第１の通気孔、他端は前記ランプの中心を通り、かつ一端側と他端側とを結ぶ軸に対して外方に離れた前記放熱体の位置に設けられた第２の通気孔と繋がっており、前記空気は、前記第１の通気孔から吸い込まれ、前記基板連通孔および前記放熱体連通孔を通り、前記基板取付面の他端側の前記空間において前記基板取付面に沿って流れたのちに、前記第２の通気孔から外部に排気されるように、前記ランプ内部を循環するものである。

請求項２記載のランプは、請求項１記載のランプにおいて、前記放熱体の他端側と前記ファンの間には、放熱フィンが形成されているものである。

発光素子は、例えば、ＬＥＤや有機ＥＬなどの固体発光素子が用いられる。

基板は、例えば、放熱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る。基板の基板連通孔は、例えば、基板の中心位置などに設けられ、ＬＥＤと点灯装置とを接続する配線を通してもよい。

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、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（ギャップ）は５ｍｍ以下とすることが好ましい。このギャップを５ｍｍ以下とすれば、放熱フィンの数を多くし、ファンによる強制送風と協働して放熱効率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。放熱体の放熱体連通孔は、例えば、放熱体の中心位置などに設けられ、ＬＥＤと点灯装置とを接続する配線を通してもよい。
グローブは、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形成されている。
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。
点灯回路は、例えば、定電流の直流電源をＬＥＤに供給する。

ファンは、例えば、シロッコファンや遠心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、駆動回路で制御される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に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。

通気孔は、例えば、１つでも複数でもよく、また、放熱体のみに設けても、グローブのみに設けても、放熱体およびグローブの両方に設けてもよい。通気孔には、塵埃や虫などがグローブ内に侵入するのを防止するために通気フィルタを配置することが好ましい。
放熱体は、樹脂材料としても、十分な放熱性が得られるように、複数の放熱フィンなどの放熱構造を備えることが好ましい。

請求項１記載のランプによれば、第１の通気孔から吸い込み、基板連通孔および放熱体連通孔を通し、基板取付面の他端側の空間において基板取付面に沿って流したのちに、第２の通気孔から外部に排気するように、空気をランプ内部で循環させることにより、放熱体の放熱効率を向上でき、発光素子の温度上昇を抑制できる。

本発明の第１の実施の形態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。本発明の第２の実施の形態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。本発明の第３の実施の形態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。本発明の第４の実施の形態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放熱体の底面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２に第１の実施の形態を示し、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はランプの一例としての電球形ランプで、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用の駆動回路を含む回路部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、例えば放熱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39が形成されている。これら放熱フィン32の周方向の隙間の間隔（ギャップ）は、５ｍｍ以下が好ましい。このギャップを５ｍｍ以下とすれば、放熱フィン32の数を多くし、ファン15による強制送風と協働して放熱効率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32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。

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との間に通気フィルタ38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とを有している。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の他端側には、口金17の内側に配置され、口金17と回路部Ａ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の駆動回路は、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、第１の実施の形態の動作を説明する。

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47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。
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の回転軸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および図４に第２の実施の形態を示し、図３は電球形ランプの断面図、図４
は電球形ランプの側面図である。

放熱体13は、複数の放熱フィン32が、放熱体13の他端側から見て格子状に分離された例えばラジエーターのような構造に形成されている。この放熱体13の他端側にファンケース71に収納されたファン15が配置されている。ファンケース71は、ケース16に一体に形成され、外周面には複数の放熱孔72が形成されている。

また、基板12の基板連通孔23、放熱体13の放熱体連通孔35、放熱体13およびグローブ14の通気孔37，41は設けられず、放熱体13とグローブ14との間の空間は密閉空間とされている。

そして、ファン15であるシロッコファン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、ファンケース71の複数の放熱孔72から外部に排気する。これにより、電球形ランプ11の外部の空気が、放熱体13の放熱フィン32の間の隙間を通じて、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、シロッコファン45による強制送風によって、各ＬＥＤ22から放熱体13に伝達された熱が、この放熱体13の各放熱フィン32から放熱される。

また、放熱体13とグローブ14との間の空間は密閉空間としているため、吸気に含まれる塵埃がグローブ14内に侵入し、ＬＥＤ22に付着して汚れるのを防止できる。
次に、図５および図６に第３の実施の形態を示し、図５は電球形ランプの断面図、図６
は電球形ランプの側面図である。
放熱体13は、絶縁性および熱伝導性が良好な樹脂材料で一体に形成されている。

放熱体13に対して点灯回路や駆動回路を絶縁するケース16は用いられず、放熱体13にファン15、点灯回路および駆動回路を支持する支持構造を一体に形成できる。
また、放熱体13とグローブ14との間の空間は密閉空間としている。

そのため、放熱体13に対して点灯回路や駆動回路を絶縁したりファン15、点灯回路および駆動回路を支持するケース16が不要となり、部品点数を削減し、小形化できる。

また、放熱体13は、樹脂材料であるため複雑な形状に形成することも可能となり、例えば、複数の放熱フィン32の中間位置を互いに連結する複数の連結部32aを形成することができ、これにより複数の放熱フィン32の強度を向上させることができる。
次に、図７および図８に第４の実施の形態を示し、図７は電球形ランプの断面図、図８は電球形ランプの放熱体の底面図である。

放熱体13の外周面に吸入孔81と排気孔82とが１ヶ所ずつ円周方向の反対位置に形成され、これに吸入孔81と排気孔82との間に複数の放熱フィン32によって蛇行した通気路83が形成されている。

この放熱体13の他端側に、吸入孔81から排気孔82へ向けて通気路83内を空気が流れるように強制送風するファン15が配置されている。ファン15には、遠心ファンが用いられている。
また、放熱体13とグローブ14との間の空間は密閉空間としている。

そして、ファン15の回転により、電球形ランプ11の外部の空気が、吸入孔81から通気路83内に吸い込まれ、通気路83内およびファン15を通じて、排気孔82から排気される。そのため、ファン15による強制送風によって、各ＬＥＤ22から放熱体13に伝達された熱が、この放熱体13の各放熱フィン32から放熱される。
なお、電球形ランプ11内に温度センサを設け、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にのみファンモータを駆動するようにしてもよい。

11 電球形ランプ
12 基板
13 放熱体
14 グローブ
15 ファン
16 ケース
17 口金
21 基板本体
22 発光素子としてのＬＥＤ
23 基板連通孔
32 放熱フィン
34 基板取付面
35 放熱体連通孔
37，41 通気孔

Claims

一端側に基板取付面を備えるとともに、前記基板取付面の中心位置において一端側と他端側とに貫通する放熱体連通孔を備える放熱体と；
中心位置に一端側と他端側とに貫通する基板連通孔を備え、前記基板連通孔と前記放熱体連通孔とが連通するように、その他端側が前記放熱体の前記基板取付面に配置される基板本体と；
前記基板本体の一端側の面に設けられた発光素子と；
前記基板本体および前記発光素子を覆うように、前記放熱体の一端に取り付けられたカバーと；
前記放熱体の他端側に設けられた、絶縁性を有するケースと；
前記放熱体と前記ケースとで画定される空間に回転可能に設けられ、少なくとも前記基板連通孔および前記放熱体連通孔を含む通気路にランプ外部の空気を流通させる流れを形成することで、前記発光素子で発生し、前記基板本体を介して前記放熱体に伝達された熱を放熱するファンと；
前記ファンを前記放熱体の前記基板取付面との間に位置するように前記ケースに収容される、前記発光素子に電力を供給する点灯回路を含む回路部と；
を具備するランプであって、
前記通気路は、一端は前記放熱体の一部と前記カバーの一部との接続部分に構成されている第１の通気孔、他端は前記ランプの中心を通り、かつ一端側と他端側とを結ぶ軸に対して外方に離れた前記放熱体の位置に設けられた第２の通気孔と繋がっており、
前記空気は、前記第１の通気孔から吸い込まれ、前記基板連通孔および前記放熱体連通孔を通り、前記基板取付面の他端側の前記空間において前記基板取付面に沿って流れたのちに、前記第２の通気孔から外部に排気されるように、前記ランプ内部を循環することを特徴とするランプ。
前記放熱体の他端側と前記ファンの間には、放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項１記載のランプ。