JP5686198B2 - 電球形ｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電球用の口金を有した電球形ＬＥＤランプに関する。

発光効率が向上したことに伴い、照明器具に発光ダイオード（ＬＥＤ）が採用されるようになった。フィラメントを光源とする白熱電球に代わって、ＬＥＤを光源とする電球形ＬＥＤランプが普及してきている。ＬＥＤランプは、光源となるＬＥＤが実装された基板を内蔵している。光源となるＬＥＤが平坦な基板の片面に実装されているので、このままでは、配光角度は１８０度以上に拡がらない。また、ＬＥＤが放射する光は、白熱電球のフィラメントが放射する光よりも指向性が強い。そのため、ＬＥＤランプによって照らされた照射野の中心は明るく周囲は薄暗く感じる。

配光特性を改善するために、側方へ傾けた基板を加えることで周囲に広がる配光量を増やしたＬＥＤランプや、光学素子または反射板を内蔵するＬＥＤランプが開発されている。

特開２０１０−７３３３７号公報 特開２００９−９８７０号公報 特開２０１０−６２００５号公報

側方に傾けた基板を追加する場合、基板を立体的に組み合わせる必要が生じる。また、ＬＥＤが発生する熱を除去するために、それぞれの基板を冷却しなければならない。点灯と消灯を繰り返すことによって生じる繰り返し応力によって基板が外れないようにしっかりと固定する必要がある。基板の取り付け方向が多様であると、組立作業が複雑になり、製造コストが上がる。

また、光学素子や反射板を取り付けて配光角度を１８０度以上、すなわちＬＥＤが実装された出射面の反対側にまで光が放射されるようにするためには、基板の外周縁を回りこんで出射面側から背面側に向けて光を出射する必要がある。しかし、このような構造を採用しようとすると、背面側に向けた導光体の先端の外径は、基板を保持する基体に固定されるグローブの口径よりも大きくなってしまう。

しかし、グローブは、放射する光の輝度を一様にするために硬質の樹脂で一体成形されるため、グローブの取付部の口径よりも大きい光学素子や反射板をグローブ内に入れることはできない。そして、光学素子や反射板を取り付けたことによってＬＥＤランプとしての輝度が低下しないように、ＬＥＤが発生する光を効率よく伝達拡散させるだけでなく、これらが影を作らないように配慮しなければならない。

さらに、電球形ＬＥＤランプは、白熱電球に置き換わるためのものであるから、寸法形状が白熱電球とほぼ同じでなければならない。つまり、配光特性を改善するために外径寸法が白熱電球の寸法を超えてしまうと、既存の照明器具に使えない可能性が生じる。

そこで、本発明においては、グローブの取付部の口径よりも大きい外径を有した導光体を採用することで配光角度が大きいＬＥＤランプを提供する。

一実施形態に係るＬＥＤランプは、ＬＥＤモジュールと基体と第１のグローブと第２のグローブと導光体とを備える。ＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤが環状に並べて基板に実装されている。基体は、ＬＥＤモジュールを保持する。第１のグローブは、基板の外周を囲って配置され、ＬＥＤの出射側へ延びた第１の接合端の口径が基体に固定される取付部の口径よりも大きい。第２のグローブは、第１の接合端に取り付けられる第２の接合端を有し、ＬＥＤの出射側を覆う。導光体は、ＬＥＤが配置された側に固定された基端、および、第１のグローブの取付部の口径よりも大径である先端部、とを有する。

図１は、一実施形態のＬＥＤランプの一部を切り欠いた斜視図である。 図２は、図１に示したＬＥＤランプの分解斜視図である。 図３は、図１に示したＬＥＤランプの断面図である。 図４は、図３に示したグローブと筐体との接合部を拡大した断面図である。

一実施形態のＬＥＤランプ１について、図１から図４を参照して説明する。図１に示すＬＥＤランプ１は、いわゆる電球形の外観を有したＬＥＤランプである。この明細書において、「ＬＥＤ」とは、発光ダイオード（Light-Emitting Diode）以外に発光素子（Light-emitting device）も含む。このＬＥＤランプ１は、図２に示すＬＥＤモジュール１１と基体１２とグローブ１３と導光体１４とを備える。また、グローブ１３は、外径が最も大きくなる部分でＬＥＤモジュール１１の基板１１１に平行な面で第１のグローブ１３１と第２のグローブ１３２とに分割されて作られている。

ＬＥＤモジュール１１は、図２に示すように円いディスク状に形成された基板１１１と、この基板上に実装される少なくとも１つのＬＥＤ１１２と、ＬＥＤに電力を供給するために基板１１１の中央部に配置されたコネクタ１１３と、このコネクタに接続されるプラグ１１４を通過させるための開口部１１５とを含む。本実施形態において、ＬＥＤ１１２は、図２に示すように基板１１１の中心に対して同一円上に２４個が等間隔で配置されている。なお、本明細書において、これらのＬＥＤ１１２が構成する円の中心を通るＬＥＤランプ１の中心軸を、単に「中心」または「中心軸」と呼ぶことがある。

コネクタ１１３は、環状に配置されたＬＥＤ１１２よりも内側で基板１１１の中心から偏心した位置に取り付けられている。開口部１１５は、コネクタ１１３が取り付けられた位置の近傍に設けられている。プラグ１１４は、基体１２の内部に配置される制御基板に接続されている。制御基板には、電源回路や点灯回路が設けられている。

基体１２は、図３に示すようにＬＥＤモジュール１１を保持し、図２に示すように放熱体１２１と絶縁材１２２と口金１２３とを有している。放熱体１２１は、熱伝導性に優れた部材、本実施形態の場合はアルミニウム合金のダイカスト製であり、ＬＥＤモジュール１１と熱的に接続される接触面１２１ａを有している。接触面１２１ａは、ＬＥＤ１１２が実装された範囲の基板１１１に接する領域を少なくとも有している。

放熱体１２１は、ＬＥＤ１１２が発生する熱を放出させるためのフィン１２１ｂを外側面に有している。各フィン１２１ｂは、基板１１１に対して垂直に配置され、このＬＥＤランプ１の中心軸に対して周方向に等間隔で複数設けられている。また、フィン１２１ｂの傾斜部１２１ｋを基板１１１側の端部に有している。傾斜部１２１ｋは、基板１１１に近づくにしたがってフィン１２１ｂの高さが小さくなるように形成されており、すなわち、基板１１１と平行な面に対して口金１２３側に向かって広がる円錐面に沿うように各フィン１２１ｂの端部が傾いて形成されている。フィン１２１ｂの端部は、傾斜部１２１ｋのように直線状である以外に、端部の角が丸くなるように円弧に形成されていてもよい。フィン１２１ｂの端部に傾斜部１２１ｋが形成されていることによって、図３および図４に示すように、フィン１２１ｂの端部と第１のグローブ１３１との間に、Ｖ字型の隙間ができる。

絶縁材１２２は、合成樹脂など非導電性の部材で作られ、放熱体１２１の内部に挿着され、放熱体１２１とネジで固定される。ＬＥＤ１１２の点灯および消灯を制御する制御基板は、この絶縁材１２２の内部に保持される。口金１２３は、白熱電球用のネジ式のソケットに適合するように形成され、絶縁材１２２によって放熱体１２１に対して絶縁されている。この口金１２３は、制御基板に接続されている。

グローブ１３は、各図１−４に示すように、第１のグローブ１３１と第２のグローブ１３２とに分割して作られている。第１のグローブ１３１は、ＬＥＤモジュール１１の基板１１１の外周を囲うように配置され、放熱体１２１のフィン１２１ｂの頂部を通る円錐面に沿った外周壁１３１ａと、接触面１２１ａと平行に内側に延びて放熱体１２１に固定されるフランジ１３１ｂと、外周壁１３１ａがＬＥＤ１１２の出射側へ延びた第１の接合端１３１ｃとを有している。取付部となるフランジ１３１ｂは、さらに内側に延びた嵌合タブ１３４を有している。

嵌合タブ１３４は、少なくとも１つ、本実施形態では４つ設けられている。嵌合タブ１３４が設けられた位置に対応する部位の放熱体１２１には嵌合部１２４が形成されており、基板１１１の外周縁よりも内側まで入り込んでいる。嵌合タブ１３４は、嵌合部１２４に装着されることによって、基板１１１の外周縁と放熱体１２１との間に挟まれた状態となる。したがって、フランジ１３１ｂの厚みよりもやや大きい寸法の段差が接触面１２１ａとフランジ１３１ｂを固定する部分との間に設けられる。すなわち、第１のグローブ１３１のフランジ１３１ｂは、ＬＥＤ１１２が光が出射する方向に対して基板１１１よりも後退した位置で基体１２の放熱体１２１に固定されている。

嵌合タブ１３４のいくつかには基板１１１との相対位置を決めるピン１３５が形成されており、基板１１１の外周縁に形成されたノッチ１１１ｂと嵌合する。また、放熱体１２１は、基板１１１をビスでねじ止めするための孔１２１ｃを嵌合タブ１３４が配置された以外の場所に有している。

第１のグローブ１３１の取付部であるフランジ１３１ｂの内周端の口径Ｄ１は、図３および図４に示すように、基板１１１の外周径よりもやや大きい。したがって、第１のグローブ１３１のフランジ１３１ｂに引っ掛かることなく、放熱体１２１の接触面１２１ａに基板１１１が外周縁までまんべんなく接触する。フランジ１３１ｂが中心に向かって形成されているとともに、外周壁１３１ａがフランジ１３１ｂから第１の接合端１３１ｃまで円錐面に沿って拡がっているので当然ではあるが、第１のグローブ１３１の第１の接合端１３１ｃの口径Ｄ２は、フランジ１３１ｂの口径Ｄ１よりも大きい。

第２のグローブ１３２は、第１の接合端１３１ｃに接続される第２の接合端１３２ｃを有しており、ＬＥＤ１１２の出射側を覆うドーム形に形成されている。図３に示すように、第２のグローブ１３２は、曲率がほぼ一定の球面に沿って形成されており、本実施形態の場合、半球よりも少し満たない球面である。第２のグローブ１３２は、射出成型によって合成樹脂で作られるので、材質と製造過程によって、大円を超える位置まで一体に成形された半球以上であってもよい。

第１のグローブ１３１の第１の接合端１３１ｃと第２のグローブ１３２の第２の接合端１３２ｃは、溶融接合の一例である超音波接合によって、融着される。超音波接合に代えて、レーザ接合によって溶着されていてもよい。いずれの場合も、第１の接合端１３１ｃと第２の接合端１３２ｃが融け合って接合されるため、この部分を透過する光が屈折したり反射したりすることなく、輝度に斑が生じにくい。

図４に示すように、第１の接合端１３１ｃは、ＬＥＤ１１２から出射された光が透過する厚み方向に中央の位置に凹部１３１ｄを有し、第２の接合端１３２ｃは、凹部１３１ｄに対応する凸部１３２ｄを備えている。凸部１３２ｄは、凹部１３１ｄの深さよりも大きく突出しており、凹部１３１ｄの容積と同じ体積となる大きさを有している。接合するために開先を合わせた状態では、凸部１３２ｄが凹部１３１ｄの底に突き当たって隙間が生じた状態であるが、凹部１３１ｄの容積と凸部１３２ｄがほぼ同じであるため、溶融されることによって隙間無く接合される。

導光体１４は、図１および図３に示すように、ベース部１４１と光案内部１４２とフック１４３とを備える。ベース部１４１は、図１および図３に示すように、環状に配置されたＬＥＤ１１２の内側の範囲のコネクタ１１３および開口部１１５の範囲を除く部分で、ＬＥＤ１１２が配置された基板１１１のおもて面１１１ｆに当接している。光案内部１４２は、基端１４２ａと先端部１４２ｂとを有している。基端１４２ａは、ベース部１４１の外周の角部と一体につながっており、ＬＥＤ１１２の出射側の少なくとも一部、本実施形態ではほぼ全面を覆うように入射部１４２ｃが形成されている。

導光体１４の光案内部１４２は、図１、図３および図４に示すように、基端１４２ａから先端部１４２ｂにかけて、基板１１１の外周側へ反り返っている。光案内部１４２は、基端１４２ａから出射方向へ延び、第１の接合端１３１ｃを越えた辺りで緩やかに折り返されており、先端部１４２ｂは、第１の接合端１３１ｃよりも基板１１１側に位置している。

導光体１４の最外径部分となる先端部１４２ｂは、第１のグローブ１３１の取付部であるフランジ１３１ｂの口径Ｄ１よりも大きい外径を有し、したがって、基板１１１に外接する円よりも大きい外径であり、基板１１１を保持する放熱体１２１の接触面１２１ａよりも大きい外径である。本実施形態では、図３および図４に示すように、導光体１４の先端部１４２ｂの外径Ｄ３は、基体１２の放熱体１２１の外径、フィン１２１ｂの頂部に外接する円よりも大きく形成されている。なお、グローブ１３は、導光体１４を覆うので、第１のグローブ１３１の第１の接合端１３１ｃおよび第２のグローブ１３２の第２の接合端１３２ｃは、導光体１４の先端部１４２ｂの外径Ｄ３よりも大きい。

フック１４３は、図３および図４に示すように基板１１１の開口部１１５の縁に対応する位置のベース部１４１に一続きに形成されている。フック１４３は、基板１１１のおもて面１１１ｆから背面１１１ｒ側へ開口部１１５を通って延びており、導光体１４を基板１１１に対して保持する。なお、フック１４３を設ける代わりに、ベース部１４１を基板１１１のおもて面１１１ｆに接着固定してもよいし、ビスやリベットなどで締結してもよい。

以上のように構成されたＬＥＤランプ１は、基体１２として放熱体１２１、絶縁材１２２、制御基板、口金１２３が組み合わされた後、口金１２３に遠い側の放熱体１２１の端部に、第１のグローブ１３１が取り付けられる。第１のグローブ１３１の嵌合タブ１３４を挟むようにＬＥＤモジュール１１がビスなどで固定され、コネクタ１１３にプラグ１１４が接続される。導光体１４が基板１１１の開口部１１５を利用して取り付けられたのち、最後に第２のグローブ１３２を第１のグローブに対して超音波接合で取り付ける。

基端１４２ａにおいて内周側となる第１の側面１４２ｄは、トーラスの外面に相当し、基端１４２ａにおいて外周側となる第２の側面１４２ｅは、トーラスの内面に相当する。ＬＥＤ１１２から出射された光は、入射部１４２ｃから光案内部１４２に入り、先端部１４２ｂまでの間の第１の側面１４２ｄおよび第２の側面１４２ｅからその一部が放射される。また、光案内部１４２の先端部１４２ｂまで案内された残りの光は、基板１１１の外周部１１１ａ越しにおもて面１１１ｆ側から背面１１１ｒ側へ向けて先端部１４２ｂから出射される。第１の側面１４２ｄおよび第２の側面１４２ｅは、光を効率よく放射するための加工、凹凸加工などが施されていてもよい。

導光体１４の先端部１４２ｂは、フィン１２１ｂを除く基体１２の外径よりも大きく、本実施形態では、図３および図４に示すように、フィン１２１ｂの頂部よりも外周側に位置している。したがって、導光体１４の先端部１４２ｂから放射される光は、基体１２に遮られることなく、基板１１１の背面側に広く出射される。また、フィン１２１ｂの端部に傾斜部１２１ｋを設けているので、導光体１４の先端部１４２ｂから出射された光によってフィン１２１ｂの影を作ることもない。

また、導光体１４の先端部１４２ｂは、第１の接合端１３１ｃおよび第２の接合端１３２ｃが融着された位置よりも基板１１１側に位置しており、先端部１４２ｂから基板の背面側へ出射される光は、第１のグローブ１３１の外周壁１３１ａを透過する。外周壁１３１ａは、フィン１２１ｂの頂部を通る円錐面に沿って形成されているので、先端部１４２ｂから出射される光に対して一様であるため、グローブ１３を透過した光の輝度に斑が生じない。

以上のように、ＬＥＤランプ１は、グローブ１３を第１のグローブ１３１と第２のグローブ１３２との分割構造にしているので、グローブ１３を基体１２に対して固定する取付部の口径Ｄ１よりも大きい外径Ｄ３の導光体１４を採用し、グローブ１３に内蔵することができる。その結果、ＬＥＤモジュール１１の基板１１１の背面側にもＬＥＤ１１２から放射された光を配光することができる。

１…ＬＥＤランプ、１１…ＬＥＤモジュール、１１１…基板、１１２…ＬＥＤ、１２…基体、１３１…第１のグローブ、１３１ａ…外周壁、１３１ｂ…フランジ（取付部）、１３１ｃ…第１の接合端、１３１ｄ…凹部、１３２…第２のグローブ、１３２ｃ…第２の接合端、１３２ｄ…凸部、１４…導光体、１４２ａ…基端、１４２ｂ…先端部、１４２ｃ…入射部、Ｄ１…（グローブの取付部の）口径、Ｄ２…（第１の接合端の）口径、Ｄ３…（導光体の先端部の）外径。

Claims (10)

1. 複数のＬＥＤが環状に並べて基板に実装されたＬＥＤモジュールと、
   前記ＬＥＤモジュールを保持する基体と、
   前記基板の外周を囲って配置され、前記ＬＥＤの出射側へ延びた第１の接合端の口径が前記基体に固定される取付部の口径よりも大きい第１のグローブと、
   前記第１の接合端に取り付けられる第２の接合端を有し、前記ＬＥＤの出射側を覆う第２のグローブと、
   前記ＬＥＤが配置された側に固定された基端、および、前記第１のグローブの前記取付部の口径よりも大径でかつ前記第１の接合端よりも前記基板側に配置された先端部、とを有する導光体であって、前記基端から前記先端部にかけて前記基板の外周側へ反り返っている導光体と
   を備えることを特徴とするＬＥＤランプ。
2. 前記導光体は、前記基端から出射方向に延び、前記第１の接合端を超えた位置で折り返されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記導光体は、前記ＬＥＤの出射側の少なくとも一部に覆いかぶさる入射部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記第１のグローブは、前記取付部から前記第１の接合端まで円錐面に沿って拡がっている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のＬＥＤランプ。
5. 前記導光体の前記先端部は、前記基板を保持する前記基体の座部の外径よりも大きい外径を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
6. 前記第１のグローブの前記取付部は、前記ＬＥＤが光を出射する方向に対して前記基板よりも後退した位置で前記基体に固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
7. 前記第１のグローブの前記第１の接合端および前記第２のグローブの前記第２の接合端は、前記導光体の前記先端部の外径よりも大きい外径を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
8. 前記第１の接合端は、前記ＬＥＤから出射された光が透過する厚み方向に中央の位置に凹部を有し、
   前記第２の接合端は、前記凹部に対応する凸部を有し、
   前記凹部と前記凸部は嵌合している
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
9. 複数のＬＥＤが環状に並べて基板に実装されたＬＥＤモジュールと、
   前記ＬＥＤモジュールを保持するとともに熱的に接続された基体と、
   前記基板の外周を囲って配置され前記ＬＥＤの出射側へ延びた第１の接合端の口径が前記基体に固定される取付部の口径よりも大きい第１のグローブと、
   前記第１の接合端に取り付けられる第２の接合端を有し、前記ＬＥＤの出射側を覆う第２のグローブと、
   前記ＬＥＤが配置された側に固定された基端、および、前記第１のグローブの前記取付部の口径よりも大径でかつ前記第１の接合端よりも前記基板側に配置された先端部、とを有する導光体であって、前記基端から前記先端部にかけて前記基板の外周側へ反り返っている導光体と、
   前記基体の外周に前記基板に対して垂直に配置され前記基板に近付くにしたがって高さが小さくなる傾斜部を前記基板側の端部に有し前記ＬＥＤが発生する熱を放射させるフィンと
   を備えることを特徴とするＬＥＤランプ。
10. 前記第１のグローブは、前記フィンの頂部を通る曲面に沿った外周壁を含む
    ことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤランプ。

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