JP5718199B2 - 電球形照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、電球形照明装置に関し、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形照明装置に関する。

ＬＥＤ等の半導体発光素子を備えた発光体を有する電球形照明装置は、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け部、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け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、光源取付け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。

また、外郭部材において周部と光源取付け部とが同一の材料から一体に形成されているため、放熱性のほか耐食性や加工性等の各種条件に基づいて決定された周部の材料によって、光源取付け部の材料も決定されることになる。このため、ＬＥＤの熱を周部に伝導する光源取付け部の伝熱機能の観点から見れば改善の余地があり、放熱体全体としての放熱性能のさらなる向上が望まれる。

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と共に、発光体で発生する熱を効果的に放出することができる電球形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、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おり、前記発光体取付部の一部は、前記発光体に電力を供給するための電源回路基板の側部において前記本体部と接続され、前記発光体取付部は、前記発光体が載置される載置部と、前記載置部の外縁から前記本体部側に延伸し前記本体部の内面に接触する延伸部とを備え、前記発光体取付部は、門形状に折り曲げられて中央部と当該中央部の両側に形成される脚部とを備えた一対の門状板部材を前記中央部において交差させて固定することにより構成されており、前記門状板部材の中央部は前記載置部を構成し、前記脚部は前記延伸部を構成することを特徴とする電球形照明装置である。

本発明によれば、発光体への配線作業が容易になると共に、発光体で発生する熱を効果的に放出することができる電球形照明装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電球形照明装置の外観正面図である。 図１に示される電球形照明装置の分解斜視図である。 図２のIII−III線に沿う電球形照明装置の縦断面図である。 図２のIV−IV線に沿う電球形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。 （ａ）は発光体取付部の他の変形例の拡大斜視図であり、（ｂ）は発光体取付部の他の変形例の展開図である。 （ａ）は発光体取付部の他の変形例の拡大斜視図であり、（ｂ）は発光体取付部の他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。
図１は、本発明の一実施形態に係る電球形照明装置１０の外観正面図である。図２は、図１に示される電球形照明装置１０の分解斜視図である。図３は、図２のIII−III線に沿う電球形照明装置１０の縦断面図である。図４は、図２のIV−IV線に沿う電球形照明装置１０の縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電球形照明装置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（図２参照）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はフィン４２を備えている。主にこのフィン４２の外表面から、発光体の熱が外部へ放出されるようになっている。放熱についての詳細は後記する。

また、電球形照明装置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、例えば概円形形状の基板１３を有しており、当該基板１３の一方の面である実装面の中央近傍に、複数のＬＥＤ１１（チップあるいはモジュール）が例えばマトリクス状や円周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、接着剤等によって固定されている。また、カバー部材１５の開口端部１６側は窄んで形成され、窄み部１７が設けられている。カバー部材１５は球状部と窄み部１７と開口端部１６とからなり、球状部から窄み部１７、窄み部１７から開口端部１６へは滑らかになるよう形成されている。本実施例においては、カバー部材１５は一体成型されている。

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）。なお、本体部２３の外周面には、カバー部材１５に向かって延在するように放射状のフィン４２が形成されている。そして、本体部２３は、側面視して開口端部１６の側に向かうほど、径が大きくなる外観をしている。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よりも熱伝導率が同等以上か、より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および複数の放熱フィン４２から外部の空気に放出されることになる。また、本体部２３や放熱フィン４２の外面に、アルマイト等の放熱性を高めるための表面処理や、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。

戴置部２４の発光体１２が戴置される面と逆側（裏面）には、断熱板８５が設けられている。即ち、発光体取付部２２と後記する電源回路基板３５との間には、断熱板８５が設けられている。これにより、発光体１２により発せられる熱が電源回路基板３５に過度に伝導し、電源回路基板３５に悪影響を及ぼすことを防止することができるようになっている。

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２つ、３つ、６つ、８つ等（後述）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）や形状は均一である必要は無く、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１０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。

また、図７（ａ）は発光体取付部の他の変形例の拡大斜視図であり、図７（ｂ）は発光体取付部の他の変形例の展開図である。図７に示すように、発光体取付部２２ｂの載置部２４ｂは、略正八角形の平板から形成されており、発光体取付部２２ｂの延伸部２５ｂは、平板である載置部２４ｂの外縁から放射状に外方に延出する８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。発光体取付部２２ｂの載置部２４ｂの形状は図５と同様であるが、延伸部２５ｂの数を図５に示したものの倍の８つとしたことにより、図５と同程度の表面積を得るとしても延伸方向の長さＬを図５に示したものの半分とすることができる。このような発光体取付部２２ｂの構成によれば、延伸部２５ｂにおける本体部２３との接触面の総面積を確保しつつ、Ｌをおよそ半分に小さくすることができるため、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、コスト低減を実現できる。

図８（ａ）は発光体取付部の他の変形例の拡大斜視図であり、図８（ｂ）は発光体取付部の他の変形例の展開図である。図８に示すように、発光体取付部２２の載置部２４ｃは、略正六角形の平板から形成されており、発光体取付部２２ｃの延伸部２５ｃは、平板である載置部２４ｃの外縁から放射状に外方に延出する６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２２ｃの構成によれば、延伸部２５ｃの載置部２４ｃとの接触辺の長さを図５や図７に示したものに比べて長くすることが出来るため、延伸部２５ｃにおける本体部２３との接触面の総面積を確保しつつ、さらにＬを小さくすることができるため、図７の場合と同様にコスト低減を実現できる。

図９は、発光体取付部の他の変形例の拡大斜視図である。図９に示すように、他の変形例に係る発光体取付部２２ｄの延伸部２５ｄ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２５ｄと接触する本体部２３の内面３６は、延伸部２５ｄ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２２ｄの構成によれば、延伸部２５ｄ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１０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１０に示すように、さらに他の変形例に係る発光体取付部２２ｅ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２２ｅ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２４ｅを構成し、円筒部３３は延伸部２５ｅを構成している。図１０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２５ｅと接触する本体部２３の内面３６は、延伸部２５ｅ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２２ｅの構成によれば、延伸部２５ｅの剛性がより増し、延伸部２５ｅ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１０に示したものの変形例としては、円筒状ではなく角筒状などとしてもよい。

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、係合フランジ４０が形成されている。係合フランジ４０が本体部２３に形成された係合面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。収容ケース３９に適用される樹脂の線膨張係数が本体部２３に適用される金属材料の線膨張係数よりも大きいものを選択すると、発光体１２および電源回路基板３５で発生した熱による温度上昇により収容ケース３９が相対的に熱膨張する。そのため延伸部２５が、本体部２３の内面３６と接触する際に収容ケース３９が延伸部２５を加圧し熱伝導性を良好にすることができる。

放熱体２０の本体部２３は、一体に成形されて構成されており、例えばダイカスト法により形成される。

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が形成されている。また、ホルダ６１には、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、電球形照明装置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の内部に係合面４７側からはめ込み、収納ケース３９の係合フランジ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、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１１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１１では、収納ケース３９、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１１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）に向けて移動して止まる。この状態において、発光体１２は、本体部２３の係合面４７（図２参照）と略同一面上あるいは当該係合面４７よりもカバー部材１５の頂部側に離間した位置に配置される。

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の係合面４７に突設されたボス部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の係合フランジ４０に形成された凹溝部４６内に収容される。また、ねじ孔４４が形成されたボス部は、係合フランジ４０に形成された切欠き部８０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、放熱体２０のカバー部材取付部２１に取り付けられて、電球形照明装置１０の組立が完了する。但し、電球形照明装置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、本実施形態の電球形照明装置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。

このような本実施形態によれば、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、本実施形態では、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形照明装置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、前記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がマトリクス状や円周状に配置されているが、放射状等の他の形状に配置されていてもよい。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 電球形照明装置
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 放熱体
２２，２２ａ〜２２ｅ 発光体取付部
２３ 本体部
２４，２４ａ，２４ｅ 載置部
２５，２５ａ〜２５ｅ 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 (2)

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、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おり、
   前記発光体取付部の一部は、前記発光体に電力を供給するための電源回路基板の側部において前記本体部と接続され、
   前記発光体取付部は、前記発光体が載置される載置部と、前記載置部の外縁から前記本体部側に延伸し前記本体部の内面に接触する延伸部とを備え、
   前記発光体取付部は、門形状に折り曲げられて中央部と当該中央部の両側に形成される脚部とを備えた一対の門状板部材を前記中央部において交差させて固定することにより構成されており、前記門状板部材の中央部は前記載置部を構成し、前記脚部は前記延伸部を構成することを特徴とする電球形照明装置。
2. 前記延伸部における前記本体部との接触面の総面積は、前記発光体の載置部に対向する側の端面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電球形照明装置。

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