JP5524799B2 - ランプ - Google Patents
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Description
<第1の実施形態>
[概略構成]
図1は、第1の実施形態に係るランプの構造を示す断面図であり、図2は、図1におけるA−A線に沿った断面矢視図である。
(1)LEDモジュール
LEDモジュール10は、実装基板11と、実装基板11の表面に実装された光源としての複数のLED12と、それらLED12を被覆するように実装基板11上に設けられた封止体13とを有する。封止体13は、主として透光性材料からなるが、LED12から発せられた光の波長を所定の波長へと変換する必要がある場合には、前記透光性材料に光の波長を変換する波長変換材料が混入される。透光性材料としては、例えばシリコーン樹脂を利用することができ、波長変換材料としては、例えば蛍光体粒子を利用することができる。
台座20は、一端側が開口し他端側が閉塞した有底筒状であって、円筒状の筒体21と、当該筒体21に延設されており筒体21の回路ユニット40側の開口を塞ぐ円板状の蓋体22とを有する。台座20の回路ユニット40側の端部の外周縁には、外管30の開口側端部31が嵌め込まれる円環状の凹入部23が設けられており、当該凹入部23に外管30の開口側端部31を嵌め込んで接着剤3で固定することによって、台座20と外管30とが接合されている。また、台座20の回路ユニット40とは反対側の端部には口金60が外嵌されており、これによって筒体21の回路ユニット40とは反対側の開口が塞がれている。
外管30は、一端側が開口し他端側が閉塞した有底筒状であって、円筒状の筒部32と、当該筒部32に延設された半球状の頂部33とを有する。外管30の形状(タイプ)は特に限定されるものではないが、本実施の形態では直管形のHIDランプの外管を模したストレートタイプの外管30が利用されている。なお、外管30は、一端側が開口し他端側が閉塞した有底筒状に限定されず、両端が開口した筒状であっても良い。
回路ユニット40は、内部回路基板41と、回路基板41に実装された各種の電子部品42,43とを有し、光拡散部材50の内部空間に格納されている。回路基板41は、主面がランプ軸Zと直交する姿勢で接着剤4により回路ユニット40に固定されており、電子部品42は、回路基板41に対して口金60側に配置され、電子部品43は、回路基板41に対して口金60とは反対側(外管30側)に配置されている。なお、図面では一部の電子部品にのみ符号を付しており、符号を付していない電子部品も存在する。
光拡散部材50は、内部空間に回路ユニット40が格納された中空の殻体である。光拡散部材50の外観形状は球であり、その球の中心Oは外管30の中心に位置する。なお、光拡散部材50の外観形状は、外表面から放射状に光を出射可能な形状であれば良い。本実施の形態では球であるが、球以外の楕円体であっても良い。また、楕円体に限定されず、正多面体、半正多面体、準正多面体、星型正多面体および一様多面体等のような多面体であっても良く、円錐および角錐等のような錐体であっても良く、双円錐、双角錐およびねじれ双角錐等のような双錐体であっても良く、円錐台および角錐台等のような錐台であっても良く、円柱、角柱および反角柱等のような柱体であっても良い。
口金60は、ランプ1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から電力を受けるためのものである。口金60の種類は、特に限定されるものではないが、ここではエジソンタイプであるE26口金が使用されている。口金60は、筒状であって周面が雄ネジとなっているシェル部61と、シェル部61に絶縁材料62を介して装着されたアイレット部63とを有する。
各支持具70は、例えば、ガラス製、金属製または樹脂製の円筒状であって、それぞれの一端部が光拡散部材50の第1部材51に設けられた貫通孔57,58に差し込まれた状態で接着により光拡散部材50に固定され、それぞれの他端部が台座20の蓋体22に設けられた貫通孔26,27に差し込まれた状態で、蓋体22に接着されている。
支持具70を用いる代わりに、電気配線44〜47の線径を太くすることによって、それら電気配線44〜47で回路ユニット40および光拡散部材50を支持しても良い。その場合は、電気配線44〜47に回路ユニット40および光拡散部材50が固定される。このように、電気配線44〜47を支持具として利用することもできる。
次に、LED12から出射される光の光路について説明する。LED12から回路ユニット40に向けて出射された光は、光拡散部材50内に入射し、光拡散部材50の内面と外表面との間で反射を繰り返しながら外管30の頂部33側に導かれつつ、徐々に外表面から光拡散部材50の外側に放出される。したがって、光拡散部材50の外表面の全体(第1部材51の外表面53の全体および第2部材52の外表面54の全体)から満遍なく、四方八方に向けて放射状に出射される。そして、光は、あたかも光拡散部材50から出射されたかのごとく光拡散部材50を中心として放射状に放たれるため、HIDランプに近似した配光特性を得ることができる。放出された光は、外管30を透過して外部へ取り出される。
本実施の形態では、回路ユニット40が光拡散部材50を挟んでLEDモジュール10とは反対側に配置されているため、例えば、LED12の数量を増やしたりLED12への投入電流を高めたりすることができる。LED12の数量を増やしたりLED12への投入電流を高めたりすると、LEDモジュール10の発熱量が増加するが、LEDモジュール10と口金60との間に回路ユニット40が存在していなければ、LEDモジュール10と口金60との距離を短くすることができ、それによってLEDモジュール10から口金60へ熱が効率良く伝わるからである。
本実施の形態では、外管30内に回路ユニット40が格納されているため、台座20と口金60との間に回路ユニット40を格納するスペースが不要であり、台座20を小型化することが可能であるため、ランプ1をHIDランプに近似した形状および大きさにすることができる。これにより、従来の照明器具への装着適合率を向上させることができる。さらに、台座20が小型化すれば、ランプ1を大型化を伴わずに外管30を大型化させることができるため、外管30内における回路ユニット40を格納するスペースを十分に確保することができる。
第2の実施の形態に係るランプは、LEDモジュールと光拡散部材との間に、前記LEDモジュールから出射された光を前記光拡散部材に集光させるレンズが配置されている点において、第1の実施形態に係るランプ1と相違する。その他の構成については基本的に第1の実施形態に係るランプ1と同様である。したがって、上記相違点についてのみ説明し、その他の構成についての説明は省略する。なお、第1の実施形態と同じ部材については、そのまま第1の実施形態と同じ符号を用いる。
第3の実施の形態に係るランプは、LEDモジュールと口金との間に、光拡散部材と対向する凹形状の反射面によって前記LEDモジュールから出射された光を前記光拡散部材に集光させる凹面反射鏡が配置されている点において、第1の実施形態に係るランプ1と相違する。その他の構成については基本的に第1の実施形態に係るランプ1と同様である。したがって、上記相違点についてのみ説明し、その他の構成についての説明は省略する。なお、第1の実施形態と同じ部材については、そのまま第1の実施形態と同じ符号を用いる。
第4の実施の形態に係るランプは、ランプが両口金形タイプである点、および、光拡散部材が回路ユニットを挟んで2つ配置されている点において、第1の実施形態に係るランプ1と大きく相違する。以下では、第1の実施形態に係るランプ1と大きく相異する点についてのみ詳細に説明し、共通する点については説明を省略するか若しくは簡単に説明する。
図6は、第4の実施形態に係るランプの構造を示す断面図である。図6に示すように、第4の実施形態に係るランプ300は、両口金形のHIDランプの代替品となるLEDランプであって、光源としての一対のLEDモジュール310と、それらLEDモジュール310が搭載された一対の台座320と、それら台座320が両端に設けられた外管330と、それらLEDモジュール310を発光させるための回路ユニット340と、回路ユニット340を内蔵した光拡散部材350と、回路ユニット340と電気的に接続された一対の口金360とを備える。
(1)LEDモジュール
各LEDモジュール310の構成は、第1の実施形態に係るLEDモジュール10と略同じであって、実装基板311と、実装基板311の表面に実装された光源としての複数のLED312(一組のLED)と、それらLED312を被覆するように実装基板311上に設けられた封止体313とを有する。本実施の形態でも、第1の実施形態と同様に、青色光を出射するLED312と、波長変換材料が混入されていない透光性材料で形成された封止体313とが利用されており、LEDモジュール310からは青色光が出射される。
各台座320は、一端が開口し他端が閉塞した有低筒状であって、両側が開口した円筒状の筒体321と、当該筒体321に延設されており回路ユニット340側の開口を塞ぐ円板状の蓋体322とを有する。各台座320の回路ユニット340側の端部の外周縁には、外管330の端部331を嵌め込むための円環状の凹入部323が設けられており、凹入部323に端部331を嵌め込み接着剤で固定することによって、外管330の両方の端部331に一対の台座320が取り付けられている。
外管330は、両端側が開口した筒状である。外管330の形状(タイプ)は特に限定されるものではないが、本実施の形態では直管形のHIDランプの外管を模したストレートタイプの外管330が利用されている。また、本実施の形態では、外管330は無色透明であって、外管330の内面332に入射した光は、拡散されることなく外管330を透過し外部へ取り出される。本実施の形態では、ランプ軸Zと外管330の管軸(不図示)とが一致している。なお、外管330は無色透明である必要はなく有色透明であっても良い。また、外管330の内面332に例えばシリカや白色顔料等による拡散処理を施して、LEDモジュール310から発せられた光が拡散される構成としても良い。
回路ユニット340は、円板状の回路基板341と、当該回路基板341に実装された各種の電子部品342,343とを有し、各電子部品342,343は、回路基板341の両主面側に分散して配置されている。なお、図面では電子部品の一部にのみ符号を付しているが、符号を付したもの以外にも電子部品は存在する。
回路ユニット340は、2本の支持具370によって、光拡散部材50を介して、ランプ軸Z方向両側から支持されている。なお、回路ユニット340を支持する支持具370の本数は2本に限定されず、1本または3本以上であっても良い。また、回路ユニット340は、光拡散部材50を介さずに、直接、支持具370によって支持されていても良い。その場合は、回路ユニット340の回路基板341を支持具370に接着剤、ネジ、係合構造を利用して固定することが考えられる。
光拡散部材350は、貫通孔357に関して構成が異なる以外は、第1の実施形態に係る光拡散部材50と略同様の構成を有する。すなわち、波長変換材料が混入された透光性材料で形成された半球ドーム状の第1部材351および第2部材352で構成される中空の殻体であって、内部空間には回路ユニット340が格納されており、外観形状は球である。
口金360は、ランプ300が照明器具に取り付けられて点灯された際に、照明器具のソケットから電力を受けるためのものである。口金360の種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態ではピンタイプであるFC2口金が使用されている。口金360は、端子板361に金属端子棒362を取り付けたものであって、端子板361の回路ユニット340側には回路ユニット340の入力端子と電気的に接続される接続端子363が設けられている。
各支持具370は、例えば、ガラス製、金属製または樹脂製のストレート管であって、回路ユニット340に接着されている一端部とは反対側の他端部が、台座320の蓋体322に設けられた貫通孔326に差し込まれた状態で蓋体322に接着されている。それら支持具370は、ランプ軸Zと平行であって、かつ、2本の支持具370が1本の仮想軸上を通るような姿勢で配置されている。
本実施の形態では、各LEDモジュール310から回路ユニット340に向けて出射された光は、光拡散部材350で波長変換された後に外表面の全体から満遍なく放射状に、あたかも各光拡散部材350から出射されたかのごとく、各光拡散部材350を中心として放射状に放たれるため、HIDランプに近似した配光特性を得ることができる。特に、2つの光拡散部材350に対してランプ軸Z方向両側からLEDモジュール310の光が照射されるため、それら光拡散部材350からランプ軸Z方向両側に向けて十分量かつ均等に光が出射される。
本実施の形態では、LEDモジュール310と口金360との間に回路ユニット340が存在しないため、第1の実施の形態に係るランプ1と同様に、回路ユニット340に作用する熱負荷は小さい。したがって、LED312の数量を増やしたりLED312への投入電流を高めたりすることができる。また、ヒートシンク等の放熱手段を設ける必要がなくランプ300が大型化しない。さらに、台座320を小型化することができる。
第5の実施の形態に係るランプは、各LEDモジュールと光拡散部材との間に、前記LEDモジュールから出射された光を前記光拡散部材に集光させるレンズがそれぞれ配置されている点において、第4の実施形態に係るランプ300と相違する。その他の構成については基本的に第4の実施形態に係るランプ300と同様である。したがって、上記相違点についてのみ説明し、その他の構成についての説明は省略する。なお、第4の実施形態と同じ部材については、そのまま第4の実施形態と同じ符号を用いる。
以上、本発明に係るランプを第1〜第5の実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明のランプは、第1〜第5の実施の形態に係るランプに限定されない。例えば、第1〜第5の実施形態に係るランプの部分的な構成を適宜組み合わせてなるランプであっても良い。また、上記実施の形態に記載した材料、数値等は好ましいものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。さらに、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、ランプの構成に適宜変更を加えることは可能である。
[LEDモジュール]
(1)実装基板
実装基板は、樹脂基板、セラミック基板、樹脂板と金属板とから成る金属ベース基板等、既存の実装基板を利用することができる。
上記実施の形態では、青色光を出射するLEDを利用したが、他の色の光を出射するLEDを利用しても良い。また、上記実施の形態実では、1種類のLEDを利用したが、発光色の異なる複数種類のLEDを利用しても良い。
上記実施の形態では、実装基板上に実装されたすべてのLEDが1つの封止体によって被覆されていたが、例えば、LEDごと別々の封止体で被覆されていても良いし、複数のLEDを幾つかの組に分けて、各組ごと封止体で被覆されていても良い。
上記実施の形態では、ストレートタイプの外管を利用したが、他のタイプ、例えば、管軸方向中央領域に膨出部が設けられたタイプの外管を利用しても良い。また、HIDランプの外管とは全く異なる形状の外管を利用しても良い。
上記実施の形態では、複数の電子部品が1つの回路基板に実装された回路ユニットを利用しており、回路ユニット全体が光拡散部材に内蔵された構成であったが、回路ユニットの一部が光拡散部材に内蔵されていない、すなわち回路ユニットの一部が光拡散部材の外部に配置されている構成であっても良い。例えば、2つの回路基板に複数の電子部品が分けて実装された回路ユニットを利用して、一方の回路基板とその回路基板に実装された電子部品とは光拡散部材に内蔵されており、他方の回路基板とその回路基板に実装された電子部品とは光拡散部材の外部に配置されている構成としても良い。
上記実施の形態では、光拡散部材は青色光を黄色光に波長変換したが、紫外光を白色光などの可視光に変換するものであっても良いし、青色光以外の色の可視光を他の色の可視光に変換するものであっても良い。また、半導体発光素子から出射された光の一部を異なる波長の光に変換するものに限定されず、出射された光の全部を異なる波長の光に変換するものであっても良い。
上記実施の形態では、エジソンタイプおよびピンタイプの口金を利用したが、他のタイプを利用しても良い。また、上記実施の形態では、口金や台座の内部が中空であったが、例えばそこに伝導率が空気よりも高い絶縁性の材料を充填しても良い。この場合、その材料を介して、LEDモジュールの熱がより効率良く口金に伝わるため、ランプの放熱特性を向上させることができる。なお、上記材料としては、例えばシリコーン樹脂等が挙げられる。
上記実施形態において、回路ユニットと口金との間に、前記回路ユニットの熱を前記口金に伝えるためのヒートパイプを設けても良い。例えば、熱伝導性の良い材料で形成された柱状のヒートパイプを、その一端が回路ユニットと熱的に接続され、他端が口金と熱的に接続された状態で、前記回路ユニットと前記口金との間に配置しても良い。その場合、回路ユニットと口金とがヒートパイプを介して通電しないように、絶縁性を確保することが好ましい。なお、回路ユニットの回路基板を外管に接触させることで、ヒートパイプを設ける代わりに、外管を介して回路ユニットの熱を口金に伝えることも考えられる。
2,301 外囲器
12,312 半導体発光素子
20,320 台座
30,330 外管
40,340 回路ユニット
44〜47,344〜347 電気配線
50,350 光拡散部材
53,353 第1部材の外表面(光拡散部材の外表面)
54,354 第2部材の外表面(光拡散部材の外表面)
60,360 口金
70,370 支持具
101,401 レンズ
201 凹面反射鏡
202 反射面
Claims (8)
- 光源としての半導体発光素子と、当該半導体発光素子を発光させるための回路ユニットとが、筒状の外管と口金とを含む外囲器内に格納されたランプであって、
前記外管内の管軸方向中央領域には前記回路ユニットの少なくとも一部を内蔵した中空のブロック状であって、波長変換材料を含む材料からなり、入射した光を波長変換した後に放射状に出射する光拡散部材が配置され、
当該光拡散部材よりも口金寄りに主出射方向を前記光拡散部材に向けた状態で前記半導体発光素子が配置されていると共に、
前記光拡散部材が支持具によって支持されていることを特徴とするランプ。 - 前記光拡散部材の外観形状が球であることを特徴とする請求項1記載のランプ。
- 前記半導体発光素子と前記光拡散部材との間には、前記半導体発光素子から出射された光を前記光拡散部材に集光させるレンズが配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のランプ。
- 前記半導体発光素子と前記口金との間には、前記光拡散部材と対向する凹形状の反射面によって前記半導体発光素子から出射された光を前記光拡散部材に集光させる凹面反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のランプ。
- 前記半導体発光素子は前記口金の開口側に設けられた台座に搭載されており、前記支持具は一端部が前記台座に固定された筒状部材であって、前記半導体発光素子と前記回路ユニットの前記一部とを接続する電気配線、および、前記口金と前記回路ユニットの前記一部とを接続する電気配線が、それぞれ前記支持具の内部を通して配線されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のランプ。
- 前記回路ユニットは、前記一部が前記光拡散部材に内蔵されており、残りの部分が前記口金と前記半導体発光素子との間に配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のランプ。
- 光源としての2組の半導体発光素子と、それら半導体発光素子を発光させるための回路ユニットとが、両端が開口した筒状の外管と当該外管の両端に取り付けられた一対の口金とを含む外囲器内に格納されたランプであって、
前記外管内の管軸方向中央領域には前記回路ユニットの少なくとも一部を内蔵した中空のブロック状であって、波長変換材料を含む材料からなり、入射した光を波長変換した後に放射状に出射する光拡散部材が配置され、
当該光拡散部材を挟んで管軸方向両側には主出射方向を前記光拡散部材に向けた状態で前記半導体発光素子が1組ずつ配置されていると共に、
前記光拡散部材が支持具によって支持されていることを特徴とするランプ。 - 前記回路ユニットは、前記一部が前記光拡散部材に内蔵されており、残りの部分が前記一対の口金の一方とその口金に最寄の前記半導体発光素子との間に配置されていることを特徴とする請求項7記載のランプ。
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