JP5967483B2 - 照明用光源 - Google Patents

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Description

本発明は、照明用光源に関し、特に、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を用いた電球形LEDランプに関する。
LEDは、高効率で省スペースな光源(LED光源)として様々な製品に用いられている。中でも、電球形LEDランプ(LED電球)は、従来から知られる電球形蛍光灯や白熱電球に代替する照明用光源として積極的に研究開発が進められている。
LEDは温度上昇によって光出力が低下することから、電球形LEDランプでは、所望の明るさを確保するとともに発光効率を向上させるために、種々の放熱構造が検討されている。
一般的には、LEDモジュールを金属製の支持台の配置し、当該支持台をヒートシンク(外郭筐体)と熱的に接続させることで、点灯中に発生するLEDモジュールの熱をヒートシンクへと伝導させる構造が採用されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2012−129155号公報
支持台とヒートシンクとを熱的に接続する方法として、例えば、支持台をヒートシンクに嵌め込む方法がある。しかしながら、支持台及びヒートシンクは切削加工やプレス加工により形成されることから寸法公差を有するので、支持台及びヒートシンクを実際に作製して嵌め込んだ場合、支持台とヒートシンクとの接触状態が不十分となる場合がある。この場合、支持台とヒートシンクとの熱的な結合が不十分となり、LEDモジュールで発生する熱の放熱性が低下するという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、発光モジュールで発生する熱を効率良く放熱することができる照明用光源を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る照明用光源の一態様は、発光モジュールと、前記発光モジュールを支持する支持台と、前記発光モジュールを点灯させるための点灯回路を囲むヒートシンクとを備え、前記支持台及び前記ヒートシンクは、嵌め合わされて接続されており、前記支持台及び前記ヒートシンクの各々は、嵌め合わされる部分に所定のテーパ角を有するテーパ部を有し、前記ヒートシンクの前記テーパ角をa[°]とし、前記支持台の前記テーパ角をb[°]とした場合、a>bなる関係式を満たすことを特徴とする。
また、本発明に係る照明用光源の一態様において、さらに、a−b≧1なる関係式を満たす、としてもよい。
また、本発明に係る照明用光源の一態様において、前記ヒートシンクは、第1開口と当該第1開口よりも小さい開口である第2開口とを有する筒体であり、さらに、前記支持台と接触するように前記ヒートシンクの一部をかしめることによって形成されたカシメ部を有し、前記カシメ部は、前記支持台の前記テーパ部と前記ヒートシンクの前記テーパ部との接触部分よりも前記第1開口側に位置する、としてもよい。
本発明によれば、発光モジュールで発生する熱を効率良く放熱することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの外観斜視図である。 図2は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。 図3は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの断面図である。 図4は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける支持台とヒートシンクとの接続関係を示す断面図である。 図5は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける支持台とヒートシンクとの接続方法を説明するための断面図である。 図6は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける支持台とヒートシンクとの嵌合部分の拡大断面図である。 図7は、本発明の実施の形態に係る照明装置の断面図である。
以下、本発明の実施の形態に係る照明用光源及び照明装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
以下の実施の形態では、照明用光源の一例として、電球形LEDランプについて説明する。
(電球形ランプ)
まず、本実施の形態に係る電球形ランプ1の全体構成について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの外観斜視図である。また、図2は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。なお、図2では、リード線43a〜43dは省略している。
図1及び図2に示すように、本実施の形態に係る電球形ランプ1は、電球形蛍光灯又は白熱電球の代替品となる電球形LEDランプであって、グローブ10と、光源であるLEDモジュール20と、LEDモジュール20を支持する支持台30と、LEDモジュール20を点灯するための点灯回路40と、点灯回路40を囲む回路ケース50と、回路ケース50を囲むヒートシンク60と、ヒートシンク60を囲む絶縁カバー70と、外部から電力を受電する口金80とを備える。
電球形ランプ1は、グローブ10と絶縁カバー70と口金80とによって外囲器が構成されている。すなわち、グローブ10と絶縁カバー70と口金80とはランプ外部に露出しており、それぞれの外面は外気(大気)に曝されている。
以下、本実施の形態に係る電球形ランプ1の各構成要素について、図2を参照しながら、図3を用いて詳細に説明する。図3は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの断面図である。
なお、図3において、紙面上下方向に沿って描かれた一点鎖線は電球形ランプのランプ軸J(中心軸)を示しており、本実施の形態において、ランプ軸Jは、グローブ軸と一致している。また、ランプ軸Jとは、電球形ランプ1を照明装置(不図示)のソケットに取り付ける際の回転中心となる軸であり、口金80の回転軸と一致している。また、図3において、点灯回路40は断面図ではなく側面図で示されている。
[グローブ]
図3に示すように、グローブ10は、LEDモジュール20から放出される光をランプ外部に取り出すための略半球状の透光性カバーである。本実施の形態におけるグローブ10は、可視光に対して透明なシリカガラス製のガラスバルブ(クリアバルブ)である。したがって、グローブ10内に収納されたLEDモジュール20は、グローブ10の外側から視認することができる。
LEDモジュール20は、グローブ10によって覆われている。これにより、グローブ10の内面に入射したLEDモジュール20の光は、グローブ10を透過してグローブ10の外部へと取り出される。本実施の形態において、グローブ10は、LEDモジュール20を収納するように構成されている。
グローブ10の形状は、一端が球状に閉塞され、他端に開口部11を有する形状である。具体的に、グローブ10の形状は、中空の球の一部が、球の中心部から遠ざかる方向に伸びながら狭まったような形状であり、球の中心部から遠ざかった位置に開口部11が形成されている。このような形状のグローブ10としては、一般的な電球形蛍光灯や白熱電球と同様の形状のガラスバルブを用いることができる。例えば、グローブ10として、A形、G形又はE形等のガラスバルブを用いることができる。
グローブ10の開口部11は、支持台30とヒートシンク60のグローブ側の開口端部との間に位置する。
なお、グローブ10は、必ずしも可視光に対して透明である必要はなく、グローブ10に光拡散機能を持たせてもよい。例えば、シリカや炭酸カルシウム等の光拡散材を含有する樹脂や白色顔料等をグローブ10の内面又は外面の全面に塗布することによって乳白色の光拡散膜を形成することができる。このように、グローブ10に光拡散機能を持たせることにより、LEDモジュール20からグローブ10に入射する光を拡散させることができるので、ランプ配光角を拡大することができる。
また、グローブ10の形状としては、A形等に限らず、回転楕円体又は偏球体であってもよい。グローブ10の材質としては、ガラス材に限らず、アクリル(PMMA)やポリカーボネート(PC)等の樹脂等を用いてもよい。
[LEDモジュール]
LEDモジュール20は、発光素子を有する発光モジュールであって、所定の光を放出する。図3に示すように、LEDモジュール20は、グローブ10の内方に配置されている。LEDモジュール20は、グローブ10によって形成される球形状の中心位置(例えば、グローブ10の内径が大きい径大部分の内部)に配置されることが好ましい。このように、グローブ10の中心位置にLEDモジュール20が配置されることにより、広配光角の配光特性を得ることができる。
また、LEDモジュール20は、支持台30によってグローブ10内に中空状態で保持されており、リード線43a及び43bを介して供給される電力によって発光する。
本実施の形態におけるLEDモジュール20は、LEDチップが実装基板に直接実装されたCOB(Chip On Board)型の発光モジュールであり、実装基板21と、実装基板21に実装されたLED22と、実装基板21上に形成された封止部材23とを備える。
実装基板21は、LED22を実装するための基台である。本実施の形態における実装基板21は、可視光に対して透光性を有する部材で構成されている。透光性を有する実装基板21を用いることにより、LED22の光は、実装基板21の内部を透過し、LED22が実装されていない面(裏面)からも出射する。したがって、LED22が実装基板21の一方の面(表面)だけに実装された場合であっても、他方の面(裏面)からも光が出射され、広配光角の配光特性を容易に得ることが可能となる。
この場合、実装基板21は、全透過率が高い材料によって構成することが好ましい。例えば、実装基板21として、可視光に対する全透過率が80%以上である焼結アルミナ(Al)からなる多結晶セラミックス基板を用いることができる。なお、透光性を有する実装基板21としては、AlNもしくはMgOからなるセラミックス基板、透明なガラス基板、又は、透明樹脂基板を用いることもできる。
なお、実装基板21としては、非透光性の基板を用いてもよく、全透過率の低いアルミナからなるセラミックス基板、非透光性の樹脂基板又はメタルベース基板を用いることができる。
また、本実施の形態における実装基板21の形状としては、平面視(グローブ10の頂部から見たとき)が長方形の矩形形状のものを用いているが、正方形又は円形等の他の形状のものを用いることもできる。
なお、実装基板21には、支持台30の頂部に設けられた凸部と嵌合する貫通孔が設けられている。さらに、2本のリード線43a及び43bとの電気的接続を行うために、実装基板21の長手方向の両端部に2つの貫通孔が設けられている。リード線43a及び43bは、2つの貫通孔に挿通されて実装基板21に形成された電極端子と半田接続されている。
LED22は、発光素子の一例であって、単色の可視光を発するベアチップである。本実施の形態では、通電されれば青色光を発する青色発光LEDチップを用いている。また、LED22は、実装基板21の一方の面(表面)のみに実装されており、複数個のLED22を一列とする素子列が直線状に4列配置されている。
なお、本実施の形態では、複数のLED22を実装したが、LED22の実装数は、電球形ランプの用途に応じて適宜変更すればよい。例えば、豆電球等に代替する低出力タイプのLEDランプでは、LED22は1個としてもよい。一方、高出力タイプのLEDランプでは、1つの素子列内のLED22の実装数をさらに増やしてもよい。また、LED22の素子列は、4列に限らず、1列としてもよい。
封止部材23は、複数のLED22の一列分を一括封止するように直線状に形成されている。本実施の形態では、LED22の素子列が4列実装されているので、4本の封止部材23が形成されている。
封止部材23は、主として透光性材料からなるが、LED22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、光の波長を変換するための波長変換材料が透光性材料に混入される。
本実施の形態における封止部材23は、光波長変換材である蛍光体を含み、LED22からの光を波長変換する。このような封止部材23としては、シリコーン樹脂に所定の蛍光体粒子(不図示)と光拡散材(不図示)とを分散させた蛍光体含有樹脂を用いることができる。
蛍光体粒子としては、LED22が青色光を発光する青色発光LEDである場合、白色光を得るために、例えばYAG系の黄色蛍光体粒子を用いることができる。これにより、LED22が発した青色光の一部は、封止部材23に含まれる黄色蛍光体粒子によって黄色光に波長変換される。そして、黄色蛍光体粒子に吸収されなかった青色光と、黄色蛍光体粒子によって波長変換された黄色光とは、封止部材23内で拡散及び混合されることにより、白色光となって封止部材23から出射される。また、光拡散材としては、シリカなどの粒子が用いられる。
なお、本実施の形態では、透光性を有する実装基板21を用いているので、封止部材23から出射された白色光は、実装基板21の内部を透過し、実装基板21の裏面からも出射される。
また、封止部材23は、必ずしもシリコーン樹脂によって形成する必要はなく、フッ素系樹脂などの有機材のほか、低融点ガラスやゾルゲルガラス等の無機材によって形成してもよい。また、実装基板21の裏面側に向かう光を波長変換するために、LED22と実装基板21との間又は実装基板21の裏面に、第2波長変換材として、蛍光体粒子とガラス等の無機結合材(バインダー)とからなる焼結体膜(蛍光体膜)をさらに形成しても構わない。このように蛍光体膜(第2波長変換材)をさらに形成することにより実装基板21の両面から白色光を放出することができる。
実装基板21には、LED22を発光させるための電流が流れる金属配線が所定形状で形成されている。金属配線は、LED22が実装された面にパターン形成されたAgやCu等の金属からなる配線であり、リード線43a及び43bからLEDモジュール20に給電された電力を各LED22に供給する。各LED22は、金ワイヤーを介して金属配線と電気的に接続されている。
また、実装基板21には、リード線43a及び43bが接続される電極端子(外部接続電極)が形成されている。電極端子は、金属配線と電気的に接続されている。なお、電極端子は、金属配線の一部でもよい。
このように構成されるLEDモジュール20(LED22)は、一対のリード線43a及び43bから直流電力が供給されることによって発光する。
[支持台]
支持台30は、LEDモジュール20を支持する支持部材であり、支持台30には、LEDモジュール20が取り付けられる。支持台30は、ヒートシンク60と嵌め合わされるように構成されており、支持台30の当該嵌め合わされる部分には所定のテーパ角を有するテーパ部が設けられている。支持台30とヒートシンク60とは、嵌め合わされることで互いに接続される。
また、支持台30は、LEDモジュール20(LED22)で発生する熱を放熱させるための放熱部材(ヒートシンク)としても機能する。したがって、支持台30は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)又は鉄(Fe)等を主成分とする熱伝導率の高い金属材料によって構成することが好ましい。これにより、支持台30を介してLEDモジュール20で発生した熱を効率良くヒートシンク60に伝導させることができる。
支持台30は、主にグローブ10の内部に位置する支柱31と、主にヒートシンク60に囲まれる台座32とによって構成されている。本実施の形態において、支柱31及び台座32は、いずれもアルミニウムを用いて切削加工等の金属加工が施されて成形されている。
支柱31は、支柱31は、LEDモジュール20を保持する保持部材として機能し、支柱31の一端はLEDモジュール20に接続され、支柱31の他端は台座32に接続されている。
支柱31の頂部には、LEDモジュール20の実装基板21と固定される固定面が形成されており、当該固定面は、実装基板21の裏面と接触する接触面である。LEDモジュール20は、例えば、固定面に載置されて接着剤等で固定面に接着される。本実施の形態では、支柱31の頂部には、固定面から突出する凸部が設けられている。凸部は、LEDモジュール20の実装基板21に設けられた貫通孔と嵌合するように構成されている。凸部は、LEDモジュール20の位置を規制する位置規制部として機能し、平面視形状が長方形となるように構成されている。
台座32は、支柱31を支持する部材であり、グローブ10の開口部11を塞ぐように構成されている。台座32は、段差部を有する円盤状部材であって、直径が小さい径小部32aと直径が大きい径大部32bとによって構成されている。径小部32aと径大部32bとの直径の差によって台座32の段差部が構成され、当該段差部(径大部32bの上面)にはグローブ10の開口部11が当接している。これにより、グローブ10の開口部11が塞がれる。
また、台座32の段差部において、支持台30とヒートシンク60のグローブ側の開口端部との間にグローブ10の開口部11が挟まれた状態で、これらの周辺にシリコーン樹脂等の接着剤(不図示)を塗布することによって、支持台30とヒートシンク60とグローブ10の開口部11とを固着することができる。
径小部32aは、台座32における円板状に構成された部分であり、支柱31は径小部32aの中央部に配置されている。径小部32aには、リード線43a及び43bを挿通するための2つの貫通孔が設けられている。
径大部(フィン)32bは、支持台30(台座32)のテーパ部を構成する部分であり、径大部32bの外周面は所定のテーパ角を有する。また、径大部32bは、ヒートシンク60と嵌め合わされる部分であり、支持台30は径大部32bの外周面がヒートシンク60の内周面に接することでヒートシンク60に接続されている。
径大部32bは、径小部32aから口金側に向かって延設された構造となっており、例えば、外径が漸次変化する略円筒構造である。径大部32bは、例えば外面が円錐台の表面となるように構成することができる。したがって、径大部32bの外周面は、ランプ軸Jに対して傾斜するように構成されたテーパ面(傾斜面)となっている。本実施の形態における径大部32bは、口金80側に向かって漸次外径が小さくなるように構成されている。
また、径大部32bの上部(LEDモジュール側端部)には、ヒートシンク60の一部をかしめる時のガイド穴として4つの凹部32b1が形成されている。凹部32b1は、径大部32bの上端部の一部を切り欠くようにして形成されている。この凹部32b1には、ヒートシンク60のカシメ部60aが接触している。
上述のように、径大部32bは、ヒートシンク60の内面と接触している。本実施の形態では、径大部32bの外周面の口金側端縁32b2とヒートシンク60の内周面とが円環状に接触している。これにより、支持台30(台座32)の熱をヒートシンク60に効率良く伝導させることができる。
なお、本実施の形態における支持台30では径小部32aを設けたが、径小部32aは設けなくてもよい。つまり、台座32全体がテーパ部(つまり径大部32bのみ)となるように支持台30を構成してもよい。
また、本実施の形態における支持台30では支柱31を設けたが、支柱31は設けなくてもよい。つまり、台座32のみで支持台30を構成してもよい。この場合、台座32の上面にLEDモジュール20を載置すればよい。
[点灯回路]
点灯回路(回路ユニット)40は、LEDモジュール20(LED22)を点灯(発光)させるための駆動回路(電源回路)であって、LEDモジュール20に所定の電力を供給する。点灯回路40は、例えば、一対のリード線43c及び43dを介して口金80から供給される交流電力を直流電力に変換し、一対のリード線43a及び43bを介して当該直流電力をLEDモジュール20に供給する。
点灯回路40、回路基板41と、回路基板41に実装された複数の回路素子(電子部品)42とによって構成されている。
回路基板41は、金属配線がパターン形成されたプリント基板であり、当該回路基板41に実装された複数の回路素子42同士を電気的に接続するとともに、複数の回路素子42とリード線43a〜43dとを電気的に接続する。なお、本実施の形態において、回路基板41は、主面がランプ軸と直交する姿勢で配置されているが、主面がランプ軸と平行する姿勢で配置してもよい。
回路素子42は、例えば、各種コンデンサ等の容量素子、抵抗素子、整流回路素子、コイル素子、チョークコイル(チョークトランス)、ノイズフィルタ、ダイオード又は集積回路素子等の半導体素子等である。回路素子42の多くは、回路基板41の一方の主面に実装されている。
このように構成される点灯回路40は、回路ケース50内に収納されており、例えば、ねじ止め、接着又は係合などにより回路ケース50に固定されている。具体的には、回路基板41が回路ケース50に固定されている。このように、点灯回路40は回路ケース50によって覆われているので、点灯回路40とヒートシンク60とは非接触状態となっている。これにより、点灯回路40の絶縁性を確保することができる。なお、点灯回路40には、調光回路や昇圧回路などを適宜選択して組み合わせてもよい。
点灯回路40とLEDモジュール20とは、一対のリード線43a及び43bによって電気的に接続されている。また、点灯回路40と口金80とは、一対のリード線43c及び43dによって電気的に接続されている。これら4本のリード線43a〜43dは、例えば合金銅リード線であり、合金銅からなる芯線と当該芯線を被覆する絶縁性の樹脂被膜とからなる。
本実施の形態において、リード線43aは、点灯回路40からLEDモジュール20に正電圧を供給するための導線(プラス側出力端子線)であり、リード線43bは、点灯回路40からLEDモジュール20に負電圧を供給するための導線(マイナス側出力端子線)である。リード線43a及び43bは、支持台30に設けられた貫通孔に挿通されてLEDモジュール側(グローブ10内)に引き出されている。
なお、リード線43a及び43bの各々の一端(芯線)は、LEDモジュール20の実装基板21の貫通孔を挿通して金属配線(電極端子)と半田接続されている。一方、リード線43a及び43bの各々の他端(芯線)は、回路基板41の金属配線と半田接続されている。
一方、リード線43c及び43dは、LEDモジュール20を点灯させるための電力(例えば商用100Vの交流電力)を、口金80から点灯回路40に供給するための電線である。リード線43c及び43dの各々の一端(芯線)は、口金80(シェル部81又はアイレット部83)と電気的に接続されるとともに、各々の他端(芯線)は、回路基板41の電力入力部(金属配線)と半田等によって電気的に接続されている。
[回路ケース]
回路ケース50は、点灯回路を収納するための絶縁ケースであって、ヒートシンク60及び口金80内に収納される。回路ケース50は、ケース部51とキャップ部52とによって構成されている。
ケース部51は、両側が開口を有する絶縁性のケース(筐体)であり、ヒートシンク60と略同形の大径円筒状の第1ケース部51aと、第1ケース部51aに連結され、口金80と略同形の小径円筒状の第2ケース部51bとで構成されている。
グローブ側に位置する第1ケース部51aはヒートシンク60内に収納されている。点灯回路40の大部分は、この第1ケース部51aによって覆われている。第1ケース部51aには、キャップ部52の爪部が係止される孔部が設けられている。
一方、口金側に位置する第2ケース部51bは口金80内に収納されており、第2ケース部51bには口金80が外嵌されている。これにより、回路ケース50(ケース部51)の口金側の開口が塞がれる。本実施の形態では、第2ケース部51bの外周面には口金80と螺合するための螺合部が形成されており、口金80は第2ケース部51bにねじ込まれることによって回路ケース50(ケース部51)に固定されている。ケース部51は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の絶縁性樹脂材料等を用いて構成することができる。
キャップ部52は、キャップ状に構成された絶縁性の略有底円筒部材である。キャップ部52も、ケース部51と同様に、例えばPBT等の絶縁性樹脂材料等を用いて構成することができる。キャップ部52には、ケース部51(第1ケース部51a)に孔に係止する爪部が設けられている。キャップ部52の爪部とケース部51の孔部とが係止することによって、キャップ部52はケース部51に固定される。これにより、回路ケース50(ケース部51)のグローブ側の開口が塞がれる。
なお、本実施の形態において、回路ケース50にはキャップ部52を設けたが、キャップ部52を設けずに、ケース部51のみによって回路ケース50を構成しても構わない。
このように構成される回路ケース50は、第1ケース部51aとヒートシンク60との間に所定の間隔を空けるようにして配置されている。すなわち、第1ケース部51aの外面とヒートシンク60の内面とは非接触状態となっている。これにより、回路ケース50とヒートシンク60との熱膨張係数の差によって回路ケース50にクラック等が発生することを抑制することができるので、回路ケース50の絶縁性が低下することを抑制することができる。
[ヒートシンク]
ヒートシンク60は、点灯回路40を囲む筐体である。すなわち、ヒートシンク60の内方には点灯回路40が配置されている。本実施の形態において、ヒートシンク60は、回路ケース50を介して点灯回路40を囲っている。
ヒートシンク60は、支持台30及び回路ケース50の周囲を囲むように構成された放熱体である。ヒートシンク60は、支持台30と接触させて支持台30に接続されている。ヒートシンク60を設けることによって、支持台30に伝導したLEDモジュール20で発生した熱と、回路ケース50に伝導した点灯回路40で発生した熱とを、放熱することができる。
したがって、ヒートシンク60は、熱伝導率が高い材料によって構成することが好ましく、例えば、金属製の金属部材とすることができる。本実施の形態におけるヒートシンク60は、アルミニウムの板材等を用いて切削加工やプレス加工等の金属加工が施されて成形されている。なお、ヒートシンク60は、金属ではなく、樹脂等の非金属材料を用いて形成されていてもよい。この場合、ヒートシンク60は、熱伝導率の高い非金属材料を用いることが好ましい。
ヒートシンク60は、支持台30と嵌め合わされるように構成されており、ヒートシンク60の当該嵌め合わされる部分は、所定のテーパ角を有するテーパ部となっている。ヒートシンク60は、グローブ側の開口(第1開口)と口金側の開口(第2開口)とを有する筒体であり、グローブ側の開口は口金側の開口よりも大きくなるように構成されている。具体的に、ヒートシンク60は、肉厚が一定で、内径及び外径が漸次変化する略円筒部材であり、例えば内面及び外面が円錐台の表面となるようにスカート状に構成されている。本実施の形態におけるヒートシンク60は、肉厚が0.8mmで、口金80側に向かって漸次内径及び外径が小さくなるように構成されている。したがって、ヒートシンク60のテーパ部(支持台30との嵌合部分)の内周面は、ランプ軸Jに対して傾斜するように構成されたテーパ面(傾斜面)となっている。
また、ヒートシンク60は、支持台30の径大部32bの凹部32b1に対応するように設けられたカシメ部60aを有する。カシメ部60aは、支持台30のテーパ部(径大部32b)の口金側端縁32b2とヒートシンク60とが接触する部分よりもヒートシンク60のグローブ側の開口(第1開口)側の位置において、支持台30の凹部32b1と接触している。本実施の形態において、カシメ部60aは、凹部32b1と同様に、4つ形成されている。
本実施の形態において、ヒートシンク60のテーパ部に上部には、内径が一定である非テーパ部が設けられている。非テーパ部の内周面はランプ軸Jと平行である。なお、非テーパ部は無くてもよく、ヒートシンク60のグローブ側の開口端縁までテーパ面となっていてもよい。
このように構成されるヒートシンク60は、回路ケース50の第1ケース部51a及び絶縁カバー70との間に所定の隙間を空けるようにして、回路ケース50と絶縁カバー70との間に配置されている。つまり、ヒートシンク60の内面と第1ケース部51aの外面との間、及び、ヒートシンク60の外面と絶縁カバー70の内面との間には、空気層が存在する。
[絶縁カバー]
絶縁カバー70は、ヒートシンク60の周囲を囲むように構成された絶縁性のカバー(筐体)である。絶縁カバー70で金属製のヒートシンク60を覆うことによって、電球形ランプ1の絶縁性を向上させることができる。
絶縁カバー70の外面は、ランプ外部の大気中に露出している。一方、絶縁カバー70の内面は、ヒートシンク60の外面と対面している。本実施の形態において、絶縁カバー70は、当該絶縁カバー70とヒートシンク60との間に僅かな隙間をあけるようにして配置されている。すなわち、絶縁カバー70の内面とヒートシンク60の外面とは非接触状態である。これにより、ヒートシンク60に伝導した熱を絶縁カバー70を介してランプ外部に放熱することができるとともに、絶縁カバー70とヒートシンク60との熱膨張係数の差によって絶縁カバー70にクラック等が発生することを防止することができる。
絶縁カバー70は、肉厚一定で、内径及び外径が漸次変化する略円筒部材であり、例えば内面及び外面が円錐台の表面となるようにスカート状に構成することができる。本実施の形態では、口金80側に向かって漸次内径及び外径が小さくなるように構成されている。絶縁カバー70は、例えば、PBT等の絶縁性樹脂材料によって形成することができる。
なお、絶縁カバー70のグローブ側の開口端部とグローブ10とは、シリコーン樹脂等の接着剤(不図示)によって固着されていてもよい。
[口金]
口金80は、LEDモジュール20のLED22を発光させるための電力をランプ外部から受電する受電部である。口金80は、例えば、照明器具のソケットに取り付けられ、電球形ランプ1を点灯させる際、口金80は、照明器具のソケットから電力を受ける。口金80には、例えばAC100Vの商用電源から交流電力が供給される。本実施の形態における口金80は二接点によって交流電力を受電し、口金80で受電した電力は、一対のリード線43c及び43bを介して点灯回路40の電力入力部に入力される。
口金80は、金属製の有底筒体形状であって、外周面が雄ネジとなっているシェル部81と、シェル部81に絶縁部82を介して装着されたアイレット部83とを備える。口金80の外周面には、照明器具のソケットに螺合させるための螺合部が形成されている。また、口金80の内周面には、回路ケース50のケース部51(第2ケース部51b)の螺合部に螺合させるための螺合部が形成されている。
口金80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、ねじ込み型のエジソンタイプ(E型)の口金を用いている。例えば、口金80として、E26形又はE17形、あるいはE16形等が挙げられる。本実施の形態では、E17形の口金を用いている。
[支持台とヒートシンクとの接続]
次に、支持台30とヒートシンク60との接続関係について、図4を用いて、さらに詳細に説明する。図4は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける支持台とヒートシンクとの接続関係を示す断面図である。なお、図4では、ヒートシンク60のカシメ部60a以外の部分(カシメを行っていない部分)の断面図を示している。
図4に示すように、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ角をa[°]とし、支持台30のテーパ部(径大部32b)のテーパ角をb[°]とした場合、本実施の形態における電球形ランプ1では、a>bなる関係式を満たすように構成されている。
ヒートシンク60のテーパ部のテーパ角としては、例えば、a=35.3°±1.0°とすることができる。また、支持台30のテーパ部(径大部32b)のテーパ角としては、例えば、b=34.0°±0.3°とすることができる。
なお、支持台30の径大部32bの高さhは、例えばh=4.2mmとすることができる。また、カシメの位置における支持台30(径大部32b)とヒートシンク60との間の距離dは、例えばd=0.5mmとすることができる。
このように、a>bなる関係式を満たすことにより、支持台30をヒートシンク60内に挿入して嵌め込む際、支持台30のテーパ部の外周面の口金側端縁32b2を、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ面(内周面)に当接させることができる。
次に、支持台30とヒートシンク60とを接続させるときの方法について、図5及び図6を用いて説明する。図5は、本実施の形態に係る電球形ランプにおける支持台とヒートシンクとの接続方法(組み立て方法)を説明するための断面図である。図6は、本実施の形態に係る電球形ランプにおける支持台とヒートシンクとの嵌合部分(接続部分)の拡大断面図である。なお、図5では、支持台30とヒートシンク60のみを示しているが、LEDモジュール20等が取り付けられていても構わない。
まず、図5(a)に示すように、支持台30とヒートシンク60とを用意し、支持台30及びヒートシンク60の各々の中心軸がランプ軸Jと一致するようにして、支持台30をヒートシンク60内に挿入する。
このとき、本実施の形態では、支持台30及びヒートシンク60がa>bの関係式を満たすように作製されているので、支持台30をヒートシンク60内に挿入したときに、図5(b)に示すように、支持台30のテーパ部(台座32の径大部32b)の外周面の口金側端縁32b2(挿入方向の先端)が、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ面(内周面)に当接して、支持台30とヒートシンク60とが嵌合する。
その後、図5(c)に示すように、支持台30とヒートシンク60とが嵌め合わされた状態において、支持台30とヒートシンク60との上記当接箇所(接触箇所)よりもグローブ側の位置において、カシメ治具100を用いてヒートシンク60の一部をかしめる。
これにより、図6に示すように、ヒートシンク60において、支持台30とヒートシンク60との当接箇所(接触箇所)よりもグローブ側の位置に、カシメ部60aを形成することができる。カシメ部60aは、ヒートシンク60の外面の一部が窪んだ構造(内面の一部が突出した構造)である。また、カシメ部60aは、支持台30の径大部32bの凹部32b1に対応する部分に形成される。つまり、径大部32bの凹部32b1に対応する位置において、ヒートシンク60の一部がかしめられる。ヒートシンク60の一部をかしめることによって形成されたカシメ部60aは、支持台30の凹部32b1の表面と接触する。
なお、本実施の形態において、支持台30には、4箇所の凹部32b1が設けられているので、ヒートシンク60のカシメ部60aも4つ形成される。また、カシメ部60aは、ヒートシンク60の非テーパ部に形成したが、テーパ部に形成しても構わない。また、凹部32b1及びカシメ部60aは、4箇所に限らず、4箇所以外の複数箇所(例えば、2箇所、8箇所)としても構わない。あるいは、支持台30の台座32の全周及びヒートシンク60の全周に(すなわち環状に)凹部32b1及びカシメ部60aを設けても構わない。
以上、本実施の形態に係る電球形ランプ1における支持台30及びヒートシンク60の構成によれば、以下の作用効果が得られる。
一般的に、支持台30とヒートシンク60は、嵌合部分の接触面積が大きいほど放熱性が良好であることから、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ角aと支持台30のテーパ部のテーパ角bとは同じであることが好ましいとも考えられる。
しかしながら、支持台30及びヒートシンク60は、例えば金属部材を切削加工やプレス加工等することにより形成されるので、支持台30及びヒートシンク60には寸法公差が存在する。このため、実際に作製した支持台30及びヒートシンク60には、寸法公差の範囲内で寸法ばらつきがある。
したがって、支持台30及びヒートシンク60を実際に作製して支持台30をヒートシンク60に嵌め込んだときに、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ角aと支持台30のテーパ部のテーパ角bとの関係がa<bになっていることもある。
a<bになっていると、支持台30をヒートシンク60に嵌め込んだときに、支持台30のテーパ部(径大部32b)がヒートシンク60の内周面に当接する前に、支持台30のテーパ部の口金側端縁が回路ケース50に接触してしまって、支持台30とヒートシンク60とが接触しない場合がある。この場合、LEDモジュール20で発生する熱を効率良く放熱させることができない。
また、支持台30のテーパ部(径大部32b)がヒートシンク60の内周面に当接する場合であっても、a<bになっていると、支持台30をヒートシンク60に嵌め込んだときに、支持台30のテーパ部(径大部32b)の口金側端縁32b2ではなく、LEDモジュール側端縁(ランプ軸J方向における口金側端縁32b2とは反対側の端縁)の方が、ヒートシンク60の内周面に当接することになる。
このように、支持台30のテーパ部のLEDモジュール側端縁がヒートシンク60の内周面に当接してしまうと、ヒートシンク60をかしめるときのガイド穴として機能する支持台30の凹部32b1が本実施の形態のように支持台30のテーパ部(径大部32b)のLEDモジュール側端部に設けられている構成の場合には、ヒートシンク60を正常にかしめることができなかったり、テーパ部において支持台30とヒートシンク60とを2箇所で接触させることができなかったり等の不具合が生じる。
このため、支持台30の凹部32b1を、径大部(テーパ部)32bの口金側端部(径の小さい方の端部)に設けておくことも考えられるが、このように構成すると、ヒートシンク60のかしめを行ったときの応力によって、支持台30がヒートシンク60のテーパ面(内周面)に沿って移動し、支持台30がヒートシンク60内から飛び出してしまうおそれがある。したがって、カシメの位置に対応する支持台30の凹部32b1は、径大部(テーパ部)32bのLEDモジュール端部(径の大きい方の端部)に設けておくことが好ましい。
さらに、支持台30のテーパ部のLEDモジュール側端縁がヒートシンク60の内周面に当接してしまうと、支持台30がヒートシンク60の内部に予定よりも大きく入り込んでしまう。これにより、支持台30のテーパ部の口金側端縁が回路ケース50に接触する等の不具合が生じる場合もある。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、ヒートシンク60と支持台30とを、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ角aと支持台30のテーパ部のテーパ角bとがa>bなる関係式を満たすように構成している。
これにより、支持台30をヒートシンク60内に嵌め込んだときに、支持台30の径大部32b(テーパ部)の外周面の口金側端縁32b2をヒートシンク60のテーパ部のテーパ面(内周面)に当接させることができる。これにより、支持台30とヒートシンク60とを確実に接触させることができるので、LEDモジュール20で発生する熱を効率良く放熱させることができる。
また、a>bなる関係式を満たすことで、支持台30の径大部32b(テーパ部)の外周面の口金側端縁32b2がヒートシンク60のテーパ部のテーパ面(内周面)に当接したときに、支持台30の径大部32b(テーパ部)の外周面のLEDモジュール側端縁とヒートシンク60のテーパ部のテーパ面(内周面)との間に一定の隙間を確保することができる。これにより、この状態で、支持台30の径大部(テーパ部)32bのLEDモジュール側端部(径の大きい方の端部)に設けられた凹部32b1に向かってヒートシンク60の一部をかしめてカシメ部60aを形成することによって、支持台30の凹部32b1とヒートシンク60のカシメ部60aとを接触させることができる。
このように、本実施の形態の構成によれば、ヒートシンク60の一部をかしめることにより、支持台30とヒートシンク60とは、支持台30におけるテーパ部(台座32の径大部32b)の口金側端縁32b2とヒートシンク60のテーパ部のテーパ面(内周面)とで接触するとともに、支持台30における台座32(径大部32b)の凹部32b1とヒートシンク60のカシメ部60aとにおいても接触することになる。つまり、図6に示すように、カシメ部分を通る断面において、支持台30のテーパ部(台座32の径大部32b)とヒートシンク60とは、2箇所で接触することになる。
これにより、支持台30とヒートシンク60との物理的な接続を、支持台30の凹部32b1と口金側端縁32b2(カシメ部60a)との2箇所で確実に行うことができるので、電球形ランプ1の点灯中に発生したLEDモジュール20の熱を、支持台30を介してヒートシンク60に確実に伝導させることができる。したがって、LEDモジュール20で発生する熱を効率良く放熱することができる。
なお、本実施の形態では、支持台30の凹部32b1が径大部(テーパ部)32bのLEDモジュール側端部(径の大きい方の端部)に設けられているので、ヒートシンク60のかしめを行ったときの応力が支持台30に付与されても、支持台30がヒートシンク60のテーパ面(内周面)に沿って移動することがない。すなわち、支持台30の口金側端縁32b2がヒートシンク60の内周面に当接しているので、これ以上、支持台30がヒートシンク60に押し込まれることがない。
また、支持台30及びヒートシンク60を金属加工で成形したときの寸法公差(例えば±0.5mm)を考慮すると、角度aと角度bとの角度差a−b[°]は1[°]以上、すなわち、a−b≧1[°]なる関係式を満たすことが好ましい。これにより、設計寸法をa>bとして支持台30及びヒートシンク60を作製した場合、支持台30及びヒートシンク60に寸法公差があったとしても、寸法公差の影響を受けることなく、支持台30の径大部32b(テーパ部)の外周面の口金側端縁32b2を、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ面(内周面)に確実に当接させることができる。したがって、LEDモジュール20の所望の放熱効果を確実に得ることができる。
(実施例)
次に、電球形ランプ1の実施例について説明する。本実施例では、電球形ランプ1において、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ角(a[°])と支持台30のテーパ部のテーパ角(b[°])とに関して、実験を行った。以下、その実験結果について説明する。
本実験では、図4において、支持台30の径大部32bの高さhをh=4.2mmとし、カシメの位置における支持台30(径大部32b)とヒートシンク60との間の距離dをd=0.5mmとして、アルミニウムを用いて支持台30及びヒートシンク60を作製した。また、ヒートシンク60については、肉厚を0.8mmとし、また、当該ヒートシンク60のテーパ部のテーパ角aをa=35°に固定して作製した。支持台30については、当該支持台30のテーパ部(径大部32b)のテーパ角bを35°から1°ずつ減少するように変化させたものをそれぞれ複数個作製した。
この場合、a=b=35°(すなわち、設計上の角度差a−bが0°)として支持台30及びヒートシンク60を作製した場合、支持台30及びヒートシンク60の寸法公差の影響により、支持台30とヒートシンク60とを嵌合することができない場合があった。
一方、b=20°、19°(すなわち、設計上の角度差a−bが15°、16°)として支持台30及びヒートシンク60を作製した場合、カシメ位置における支持台30とヒートシンク60との隙間が広すぎるためにカシメ不足が発生した。つまり、角度差a−bが15°以上になると、カシメ不足となって、支持台30(径大部32b)の凹部32b1とヒートシンク60のカシメ部60aとを接触させることができなくなることが分かった。
また、b=34°〜21°(すなわち、設計上の角度差a−bが1°〜14°)として支持台30及びヒートシンク60を作製した場合、いずれの組み合わせの場合も、支持台30とヒートシンク60とを全て嵌合することができ、また、全てカシメを正常に行うことができた。
この実験結果によれば、ヒートシンク60のテーパ部のテーパ角aと支持台30のテーパ部のテーパ角bとは、1[°]≦a−b≦14[°]の関係式を満たすことが好ましい。この関係式を満たすことによって、支持台30のテーパ部(径大部32b)とヒートシンク60のテーパ部とを接触させることができるとともに、これに加えて、支持台30の凹部32b1とカシメ部60aとを接触させることができる。
(照明装置)
また、本発明は、このような電球形ランプとして実現することができるだけでなく、電球形ランプを備える照明装置としても実現することができる。以下、本発明の実施の形態に係る照明装置について、図7を用いて説明する。図7は、本発明の実施の形態に係る照明装置の断面図である。
図7に示すように、本発明の実施の形態に係る照明装置2は、例えば、室内の天井に装着されて使用され、上記の実施の形態に係る電球形ランプ1と、点灯器具3とを備える。
点灯器具3は、電球形ランプ1を消灯及び点灯させるものであり、天井に取り付けられる器具本体4と、電球形ランプ1を覆う透光性のランプカバー5とを備える。
器具本体4は、ソケット4aを有する。ソケット4aには、電球形ランプ1の口金80がねじ込まれる。このソケット4aを介して電球形ランプ1に電力が供給される。
(変形例等)
以上、本発明に係る照明用光源及び照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態において、LEDモジュール20は実装基板21上にLEDチップを直接実装したCOB型の構成としたが、これに限らない。例えば、樹脂製の容器の凹部(キャビティ)の中にLEDチップ(発光素子)を実装して当該凹部内に封止部材(蛍光体含有樹脂)を封入したパッケージ型のLED素子(SMD型LED素子)を用いて、このLED素子を金属配線が形成された実装基板21上に複数個実装することで構成されたSMD型のLEDモジュールを用いても構わない。
また、上記の実施の形態及において、LEDモジュール20は、青色LEDチップと黄色蛍光体とによって白色光を放出するように構成したが、これに限らない。例えば、演色性を高めるために、黄色蛍光体に加えて、さらに赤色蛍光体や緑色蛍光体を混ぜても構わない。また、黄色蛍光体を用いずに、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂を用いて、これと青色LEDチップとを組み合わせることによりに白色光を放出するように構成することもできる。
また、上記の実施の形態において、LEDチップは、青色以外の色を発光するLEDチップを用いても構わない。例えば、紫外線発光のLEDチップを用いる場合、蛍光体粒子としては、三原色(赤色、緑色、青色)に発光する各色蛍光体粒子を組み合わせたものを用いることができる。さらに、蛍光体粒子以外の波長変換材を用いてもよく、例えば、波長変換材として、半導体、金属錯体、有機染料、顔料など、ある波長の光を吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含んでいる材料を用いてもよい。
また、上記の実施の形態において、発光素子としてLEDを例示したが、半導体レーザ等の半導体発光素子、有機EL(Electro Luminescence)又は無機EL等の発光素子を用いてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したもの、又は、実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、従来の白熱電球等の代替品となる電球形ランプとして有用であり、照明装置等において広く利用することができる。
1 電球形ランプ
2 照明装置
3 点灯器具
4 器具本体
4a ソケット
5 ランプカバー
10 グローブ
11 開口部
20 LEDモジュール
21 実装基板
22 LED
23 封止部材
30 支持台
31 支柱
32 台座
32a 径小部
32b 径大部
32b1 凹部
32b2 口金側端縁
40 点灯回路
41 回路基板
42 回路素子
43a、43b、43c、43d リード線
50 回路ケース
51 ケース部
51a 第1ケース部
51b 第2ケース部
52 キャップ部
60 ヒートシンク
60a カシメ部
70 絶縁カバー
80 口金
81 シェル部
82 絶縁部
83 アイレット部
100 カシメ治具

Claims (3)

  1. 発光モジュールと、
    前記発光モジュールを支持する支持台と、
    前記発光モジュールを点灯させるための点灯回路を囲むヒートシンクとを備え、
    前記支持台及び前記ヒートシンクは、嵌め合わされて接続されており、
    前記支持台及び前記ヒートシンクの各々は、嵌め合わされる部分に所定のテーパ角を有するテーパ部を有し、
    前記ヒートシンクの前記テーパ角をa[°]とし、前記支持台の前記テーパ角をb[°]とした場合、a>bなる関係式を満たし、
    前記支持台の前記テーパ部の外周面における前記発光モジュール側とは反対側の端部が、前記ヒートシンクの前記テーパ部の内周面に接触しており、
    前記支持台の前記テーパ部の外周面における前記発光モジュール側の端部と前記ヒートシンクの前記テーパ部の内周面との間には隙間が確保されており、
    前記ヒートシンクは、第1開口と当該第1開口よりも小さい開口である第2開口とを有する筒体であり、さらに、前記支持台と接触するように前記ヒートシンクの一部をかしめることによって形成されたカシメ部を有し、
    前記カシメ部は、前記支持台の前記テーパ部の外周面における前記発光モジュール側とは反対側の前記端部と前記ヒートシンクの前記テーパ部の内周面との接触部分よりも前記第1開口側に位置する
    照明用光源。
  2. さらに、a−b≧1なる関係式を満たす
    請求項1に記載の照明用光源。
  3. 前記接触部分から前記第2開口までの前記ヒートシンクの断面形状は、円錐台である
    請求項1又は2に記載の照明用光源。
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