JP5690692B2 - 電球型照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、電球型照明装置に関し、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子を備えた発光体を有する電球型照明装置に関する。

ＬＥＤ等の半導体発光素子を備えた発光体を有する電球型照明装置は、白熱電球と比較して長寿命化、省エネルギ化を図ることができるため、近年注目が集まっている。一方、ＬＥＤは、温度上昇に伴って発光効率が低下すると共に、寿命が短くなることが知られており、ＬＥＤで発生する熱を外部に放出する必要がある。

例えば、特許文献１には、外部に露出する周部、この周部に一体に形成された光源取付部、及び前記周部の内側に形成された凹部を有する金属製の外郭部材を備えた電球型ランプが開示されている。この技術では、金属製の外郭部材の光源取付部に伝導された点状光源の熱が、外郭部材の周部に伝導して、この周部から外部に放出される。

特許第４４６５６４０号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、放熱体としての金属製の外郭部材は、有底円筒形状（カップ状）を呈しており、光源取付部に相当する底部外面に点状光源をなすＬＥＤが装着されている。

したがって、外郭部材の底部外面に装着されるＬＥＤへの配線作業は、外郭部材の凹部内に電源回路基板を装着すると共に、ＬＥＤと電源回路基板とを接続するリード線を通す孔が形成されたカップ状の外郭部材を間に挟んで行わなければならない。このため、配線作業がしづらいという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発光体への配線作業が容易になる電球型照明装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、半導体発光素子を備えた発光体と、前記発光体を覆うカバー部材と、前記カバー部材の開口端部が取り付けられると共に前記発光体で発生する熱を放出する放熱体と、前記発光体に所定の電力を供給するための電源回路基板と、前記電源回路基板を収納する収納ケースと、前記電源回路基板に商用電源を供給するための口金と、を有し、前記放熱体は、前記発光体が取り付けられる発光体取付部と、当該発光体取付部とは別体で構成され当該発光体取付部が接続される筒状の本体部とを備え、前記収納ケースには、前記発光体取付部の一部を挿入するための貫通孔を有し、前記収納ケースは、前記カバー部材を固定するための係合部を有することを特徴とする電球型照明装置である。

本発明によれば、発光体への配線作業が容易になることができる電球型照明装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る電球型照明装置の外観正面図である。 図１に示される電球型照明装置の分解斜視図である。 図２のIII−III線に沿う電球型照明装置の縦断面図である。 図２のIV−IV線に沿う電球型照明装置の縦断面図である。 （ａ）は発光体取付部の拡大斜視図であり、（ｂ）は発光体取付部の展開図である。 （ａ）は発光体取付部の変形例の拡大斜視図であり、（ｂ）は発光体取付部の変形例の展開図である。 発光体取付部の他の変形例の拡大斜視図である。 発光体取付部のさらに他の変形例の拡大斜視図である。 発光体が載置された発光体取付部を本体部に取り付ける様子を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電球型照明装置の外観正面図である。図２は、図１に示される電球型照明装置の分解斜視図である。図３は、図２のIII−III線に沿う電球型照明装置の縦断面図である。図４は、図２のIV−IV線に沿う電球型照明装置の縦断面図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る電球型照明装置１０は、半導体発光素子としてのＬＥＤ１１を備えた発光体１２（図２参照）と、発光体１２を覆うカバー部材１５と、カバー部材１５の開口端部１６が取り付けられると共に発光体１２で発生する熱を放出する放熱体２０とを有している。

また、電球型照明装置１０は、室内の天井等の外部に設置された一般照明電球用のソケット（図示せず）にねじ込むことにより商用電源に電気的に接続するための口金５０と、この口金５０と放熱体２０との間に配設された電気絶縁性を有する絶縁リング５１とを有している。

図２〜図４に示すように、発光体１２は、例えば略円形状の基板１３を有しており、当該基板１３の一方の面である実装面に、複数のＬＥＤ１１（チップ）が例えば放射状に配列されて実装されている。

ＬＥＤ１１としては、例えば青色光を発するものが使用される。複数のＬＥＤ１１は、例えばシリコーン樹脂等の透明の封止樹脂により被覆されている。この封止樹脂内には、ＬＥＤ１１から出射される光を色変換する蛍光体が混入されている。蛍光体としては、例えば黄色発光のものが用いられ、当該蛍光体によってＬＥＤ１１からの青色光が色変換されて、白色光となる。

カバー部材１５は、透光性を有する例えば乳白色の、ガラス製又はＰＣ（ポリカーボネイト）等の樹脂製であり、発光体１２を覆うように、ここでは略球面状に形成されている。カバー部材１５は放熱体２０に向けて開口しており、この開口端部１６が、放熱体２０のカバー部材取付部２１に当接され、後述のように嵌合や接着剤等によって固定されている。

カバー部材１５には、発光体１２からの光を拡散させる光拡散部材が含有されていてもよい。このように構成すれば、発光体１２のＬＥＤ１１からの光は、指向性の強いものであるが、カバー部材１５を透過する際に拡散されるため、配光特性が広くなる。

放熱体２０は、発光体１２が取り付けられる発光体取付部２２と、当該発光体取付部２２が接続される筒状の本体部２３とを備えており、本体部２３と発光体取付部２２とは別体で構成されている（図２参照）。ここで、発光体取付部２２と本体部２３とは、面接触することにより熱伝導可能に接続される。

本体部２３は、熱伝導率の高い材料から形成されている。本体部２３の材料としては、例えばアルミニウム（合金を含む）等の金属材料が挙げられる。アルミニウムは、軽量で熱伝導率が高く、しかも耐食性、加工性に優れ、強固でコストも低く外観も美麗であるため好ましい。また、発光体取付部２２は、本体部２３よりも熱伝導率の高い材料から形成されている。発光体取付部２２の材料としては、例えば銅や銀（合金を含む）等の金属材料が挙げられる。

これにより、発光体１２で発生する熱は、発光体取付部２２を介して本体部２３に効率的に伝導され、本体部２３の外周面３７から外部の空気に放出されることになる。なお、本体部２３の外周面３７に形成された、複数の放熱フィン８６が放射状に外方に突出しているが、なくてもよい。また、本体部２３の外面に、放熱性を高めるための放熱塗料が塗布されていてもよい。

発光体取付部２２は、発光体１２が載置される載置部２４と、載置部２４の外縁から本体部２３側に延伸し本体部２３の内面３６に接触する延伸部２５とを備えている。延伸部２５は、本体部２３の内面３６と接触する際に、所定の弾性力で本体部２３の内面３６に付勢して接触圧を付与すべく、弾性を有することが好ましい。この意味において、発光体取付部２２は、例えばばね性を有するばね用ベリリウム銅から形成されてもよい。

図５（ａ）は発光体取付部の拡大斜視図であり、図５（ｂ）は発光体取付部の展開図である。図５に示すように、発光体取付部２２の載置部２４は、略正八角形の平板から形成されている。一方、発光体取付部２２の延伸部２５は、平板である載置部２４の外縁から放射状に外方に延出する４つの帯板２６を折曲線２７に沿って本体部２３側に折り曲げることにより形成されている。このような発光体取付部２２の構成によれば、製造が容易で、かつ低コストを実現できる。なお、放射状に外方に延出する帯板２６の数は、４つに限定されるものではなく、例えば６つであってもよい。

延伸部２５の延伸方向の長さＬ（図５（ａ）参照）は適宜設定可能である。Ｌを大きくすれば、延伸部２５における本体部２３との接触面の総面積が大きくなって熱伝導性が良好となる一方で、Ｌを小さくすれば、図５（ｂ）に示す発光体取付部２２の展開形状を小さくでき、低コストとなる（後記する図６〜図８でも同様）。

ここでは、延伸部２５における本体部２３との接触面の総面積が、好ましくは発光体１２の載置部２４に対向する側の端面の面積、より好ましくは載置部２４の発光体１２に対向する側の端面の面積よりも大きくなるように、延伸部２５の延伸方向の長さＬが設定される。このように構成すれば、延伸部２５から本体部２３へのより効率的な熱伝導が可能となる。

なお、発光体取付部２２の形状は、図５に示したものに限定されるものではない。図６（ａ）は発光体取付部の変形例の拡大斜視図であり、図６（ｂ）は発光体取付部の変形例の展開図である。図６に示すように、変形例に係る発光体取付部２２ａは、折曲線３１（図６（ｂ）参照）に沿って門形状に折り曲げられて中央部２８と当該中央部２８の両側に形成される脚部２９とを備えた一対の門状板部材３０（図６（ａ）参照）を中央部２８において交差させて、かしめや溶接等で固定することにより構成されている。ここで、門状板部材３０の中央部２８は載置部２４ａを構成し、脚部２９は延伸部２５ａを構成している。このような発光体取付部２２ａの構成によれば、製造が容易であると共に、図６（ｂ）に示す板材をプレスで打抜き加工する際に取り数が多くなるため、さらなるコスト低減を図ることができる。

図７は、発光体取付部の他の変形例の拡大斜視図である。図７に示すように、他の変形例に係る発光体取付部２２ｂの延伸部２５ｂは、円筒の一部を構成する円弧面形状を呈している点で、図５に示した発光体取付部２２と相違しており、その他は同様である。なお、延伸部２５ｂと接触する本体部２３の内面３６は、延伸部２５ｂの外面に対応する円弧面形状に形成する必要がある。このような発光体取付部２２ｂの構成によれば、延伸部２５ｂの剛性が増し、本体部２３の内面３６との接触圧を高くすることができる。

図８は、発光体取付部のさらに他の変形例の拡大斜視図である。図８に示すように、さらに他の変形例に係る発光体取付部２２ｃは、底部３２と円筒部３３とを備え、有底円筒形状を呈している。発光体取付部２２ｃは、例えば板材を絞り加工することにより形成される。ここで、底部３２は載置部２４ｃを構成し、円筒部３３は延伸部２５ｃを構成している。図８中の符号３４は、発光体１２のＬＥＤ１１と電源回路基板３５（図２参照）とを接続するリード線６６（図３参照）を通す孔を示す。なお、延伸部２５ｃと接触する本体部２３の内面３６は、延伸部２５ｃの外面に対応する円筒面に形成する必要がある。このような発光体取付部２２ｃの構成によれば、延伸部２５ｃの剛性がより増し、延伸部２５ｂを本体部２３の内面３６に圧入することにより接触圧をより高くすることができる。

図２〜図４に戻り、放熱体２０の筒状を呈する本体部２３の内部には、リード線６６（図３参照、但し図４では図示省略）を介して発光体１２のＬＥＤ１１に所定の電力を供給するための電源回路基板３５と、電源回路基板３５を収納する樹脂製の収納ケース３９とが配設される。なお、電源回路基板３５と口金５０とは、商用電源を電源回路基板３５に供給するためのリード線（図示せず）で接続される。

電源回路基板３５は、複数の電子部品（一部図示せず）が基板に実装されたものである。電源回路基板３５は、例えば、商用電源からの交流電力を直流電力に整流する回路、整流後の直流電力の電圧を調整する回路等を備えている。

収納ケース３９の発光体１２側の開口端近傍には、フランジ状係合片４０が形成されている。フランジ状係合片４０は本体部２３に形成されたねじ部材固定用ボス４４に係合するように設けられた切欠き部８０を有し、ねじ部材固定用ボス４４の設置面に相当する係合面４７に当接された状態で、収納ケース３９が本体部２３の内部に設置される。収納ケース３９の発光体１２と反対側の端部４１には、口金５０が嵌合されて接着剤等によって固定される。

収納ケース３９に収納された電源回路基板３５の周囲には、熱伝導性が良好で電気絶縁性が高い樹脂（図示せず）が充填され、電源回路基板３５で発生した熱を放熱体２０の本体部２３や口金５０に効率良く伝導できるようになっている。なお、電源回路基板３５の周囲への樹脂の充填は、本体部２３内及び口金５０側における配線が終了して口金５０が取り付けられた状態で行われる。

ところで、樹脂は粘度を有した液体状で、収納ケース３９のフランジ状係合片４０側から充填し、常温硬化や加熱硬化により固形状に変化する。このため樹脂は、液体状から固体状に変化する前に、収納ケース３９と口金５０の嵌合部の隙間を通り、口金５０と絶縁リング５１の接触面の隙間から外部に漏洩する恐れがある。この樹脂の硬化前の製品外部への漏洩を防止するために、収納ケース３９には口金５０との係合部の一部にビード８１を設け、収納ケース３９と口金５０との隙間を少なくしている。

収納ケース３９のフランジ状係合片４０には、カバー部材１５の開口端部１６に設けられた貫通孔８２または溝に係合するツメ部８３が設けられており、カバー部材１５はフランジ状係合片４０と係合され、さらに放熱体２０のカバー部材取付部２１に挟まれて固定される。カバー部材１５はフランジ状係合片４０に固定されるが、ツメ部係合による固定が不十分な場合は、カバー部材取付部２１と開口端部１６とフランジ状係合片４０との間に接着剤を充填してもよい。

また、収納ケース３９のフランジ状係合片４０には、発光体取付部２２の延伸部２５が挿入するための貫通孔８４が設けられている。このため、収納ケース３９と放熱体２０との係合面積を確保したうえで、延伸部２５を本体部２３の内面３６に圧入することができる。収納ケース３９は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネイト）等の耐熱性及び電気絶縁性を有する樹脂材料から形成されている。収納ケース３９に貫通孔８４を設け、延伸部２５が貫通孔８４を通り本体部２３の内面と接し、ねじ部材６４により発光体取付部２２と本体部２３とを留めるだけで収納ケース３９も本体部２３に取り付けることができ、組み立てが容易になるという効果を奏する。

また、収納ケース３９のフランジ状係合片４０と、発光体取付部２２の載置部２４との間には電源回路基板３５と発光体取付部２２との沿面距離を確保するための絶縁板８５を介在させている。絶縁板８５は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネイト）等の耐熱性及び電気絶縁性を有する樹脂材料から形成されている。

発光体１２は、伝熱シート６０を介して発光体取付部２２の載置部２４上に載置されている。伝熱シート６０は、シリコーンゴム等の熱伝導性が良好で電気絶縁性が高いシート状の材料から形成されている。但し、伝熱シート６０に代えて、熱伝導性が良好で電気絶縁性が高いグリスが使用されてもよい。

載置部２４上に載置された発光体１２の上面端縁に当接して覆うように、略円板枠形状のホルダ６１が配置される。ホルダ６１の中央部には開口６２が形成されており、ＬＥＤ１１が外部に露呈するようになっている。ホルダ６１は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネイト）等の耐熱性及び電気絶縁性を有する樹脂材料から形成されている。

ホルダ６１には、ＬＥＤ１１と電源回路基板３５とを接続するリード線６６（図３参照）をガイドするガイド部６５が形成されており、さらにホルダ６１を本体部２３に固定する際にねじ部材６４が挿通される貫通孔６３が形成されている。

次に、電球型照明装置１０の組立方法について説明する。
図２に示すように、収納ケース３９を本体部２３の内部にカバー部材取付部２１側から嵌め込み、収納ケース３９のフランジ状係合片４０が放熱体２０の係合面４７に当接した状態で収納ケース３９を本体部２３内に取り付ける。

続いて、電源回路基板３５を、長手方向を縦にして収納ケース３９内に挿入し、収納ケース３９内の係合部８６に係合させて収納する。電源回路基板３５に予め接続されているリード線６６（図３参照）の先端は、このとき収納ケース３９内から外に引き出された状態とされる。

一方、電源回路基板３５に予め接続されている入力用のリード線（図示せず）を口金５０の所定箇所に接続する。そして、放熱体２０と口金５０との間に絶縁リング５１を介在させるようにして、口金５０を収納ケース３９の端部４１に嵌合して取り付ける。

続いて、収納ケース３９に収納された電源回路基板３５の周囲に、熱伝導性が良好で電気絶縁性が高い樹脂（図示せず）を充填する。

続いて、収納ケース３９のフランジ状係合片４０側に絶縁板８５を取り付ける。
続いて、発光体１２が載置された発光体取付部２２を本体部２３に取り付ける。
図９は、発光体が載置された発光体取付部を本体部に取り付ける様子を示す斜視図である。なお、図９では、絶縁板８５、電源回路基板３５等の部品は、説明の都合上、図示省略している。

図９に示すように、発光体１２が載置された発光体取付部２２は、発光体取付部２２の延伸部２５が収納ケース３９のフランジ状係合片４０の貫通孔８４を貫通して、本体部２３の内面３６に接触して本体部２３の軸方向に摺動するようにして、本体部２３の内部に挿入される。ここで、発光体取付部２２の延伸部２５の先端は、内面３６の口金５０側の終端４５（図４参照）に当接して移動が規制される。

そして、ねじ部材６４をホルダ６１の貫通孔６３（図２参照）に挿通させて本体部２３に形成されたねじ孔４４にねじ込むことにより、発光体１２及び発光体取付部２２が本体部２３に組み付けられる。このとき、ホルダ６１のガイド部６５は、収納ケース３９に形成された切欠き部４６内に収容される。

続いて、収納ケース３９内から外に引き出されているリード線６６（図３参照）をホルダ６１のガイド部６５に沿わせて這い回し、リード線６６の先端を発光体１２のＬＥＤ１１に半田付けやコネクタ等によって接続する。

最後に、カバー部材１５が、発光体１２を覆うようにして、収納ケース３９のフランジ状係合片４０と放熱体２０のカバー部材取付部２１に取り付けられて、電球型照明装置１０の組み立てが完了する。但し、電球型照明装置１０の組立方法は、前記した方法に限定されるものではなく変更が可能である。

前記したように、第１実施形態の電球型照明装置１０は、ＬＥＤ１１を備えた発光体１２と、発光体１２を覆うカバー部材１５と、カバー部材１５の開口端部１６が取り付けられると共に発光体１２で発生する熱を放出する放熱体２０と、を有している。そして、放熱体２０は、発光体１２が取り付けられる発光体取付部２２と、当該発光体取付部２２とは別体で構成され当該発光体取付部２２が接続される筒状の本体部２３とを備えており、発光体取付部２２は本体部２３よりも熱伝導率の高い材料から形成されている。

このような第１実施形態によれば、放熱体２０を発光体取付部２２と、これが接続される筒状の本体部２３とで別体に構成したため、例えばカップ状に一体形成された放熱体を使用する場合のように、放熱体の凹部内に電源回路基板３５を装着すると共に、カップ状の放熱体を間に挟んでＬＥＤ１１と電源回路基板３５とを接続するといった困難な作業を行わなくて済む。つまり、この第１実施形態では、発光体１２への配線作業の自由度が増す結果、作業性が向上する。

また、発光体取付部２２は本体部２３よりも熱伝導率が高いため、発光体１２で発生する熱を、熱伝導率の高い発光体取付部２２を介して効率良く本体部２３に伝導することができ、本体部２３から外部の空気に放出することができる。これにより、放熱性能が向上し、ＬＥＤ１１の発光効率を高めることが可能となる。

すなわち、発光体１２への配線作業が容易になると共に、発光体１２で発生する熱を効果的に放出することができる電球型照明装置１０を提供することができる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、前記実施形態では、複数のＬＥＤ１１が放射状に配置されているが、マトリクス状等の他の形状に配置されているもよい。また、発光体１２からの光は、白色に限定されるものではなく、発光色の異なるＬＥＤや蛍光体を用いて所望の色に設定可能である。さらに、ＬＥＤ１１の実装方式は、前記実施形態に限定されるものではなく、発光体１２は１個以上のＬＥＤ１１を備えるものであればよい。

また、前記実施形態では、発光体１２にＬＥＤ１１が備えられているが、例えばＥＬ（Electro-Luminescence）等の他の半導体発光素子が備えられていてもよい。

１０ 電球型照明装置
１１ ＬＥＤ（半導体発光素子）
１２ 発光体
１５ カバー部材
１６ 開口端部
２０，２０ａ，２０ｂ 放熱体
２２，２２ａ〜２２ｃ 発光体取付部
２３，２３ａ，２３ｂ 本体部
２４，２４ａ，２４ｃ 載置部
２５，２５ａ〜２５ｃ 延伸部
２６ 帯板
２８ 中央部
２９ 脚部
３０ 門状板部材
３２ 底部
３３ 円筒部
３６ 内面

Claims (4)

1. 半導体発光素子を備えた発光体と、
   前記発光体を覆うカバー部材と、
   前記カバー部材の開口端部が取り付けられると共に前記発光体で発生する熱を放出する放熱体と、
   前記発光体に所定の電力を供給するための電源回路基板と、
   前記電源回路基板を収納する収納ケースと、
   前記電源回路基板に商用電源を供給するための口金と、を有し、
   前記放熱体は、前記発光体が取り付けられる発光体取付部と、当該発光体取付部とは別体で構成され当該発光体取付部が接続される筒状の本体部とを備え、前記収納ケースには、前記発光体取付部の一部を挿入するための貫通孔を有し、
   前記収納ケースは、前記カバー部材を固定するための係合部を有することを特徴とする電球型照明装置。
2. 前記発光体取付部と前記収納ケースとの間に絶縁体が介在することを特徴とする請求項１に記載の電球型照明装置。
3. 前記収納ケースは、前記口金との係合部の隙間を埋めるためのビードを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電球型照明装置。
4. 前記発光体取付部は前記本体部よりも熱伝導率の高い材料から形成されているものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電球型照明装置。