JP6005789B2 - 直管形ランプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ＬＥＤを光源とする直管形ランプに関する。

ＬＥＤを光源として用いた直管形ランプは、複数のＬＥＤが取付けられている棒状の放熱部材と、放熱部材を収納する透明樹脂やガラスでできている円管で構成されている。放熱部材と円管とは材質が異なるため、ＬＥＤによる発熱時に起こる熱膨張率の違いによって、放熱部材の全長と円管の全長とに差が発生する。特に、樹脂部材の円管が大きく熱膨張するために、ランプ全長が長くなり、規格値を超えてしまう恐れがある。例えば、周囲温度差５０℃におけるランプ全長の変化は２ｍｍ以下であることという規格がある。また、熱収縮により直管形ランプにたわみが発生する恐れがある。

特開２０１０−１７７４４１号公報 特開２０１０−０４０５０２号公報 特開２００６−０１２８６０号公報

従来の直管形ＬＥＤランプでは、熱膨張により全長が規格値（周囲温度差５０℃におけるランプ全長の変化は２ｍｍ以下であること）を超えてしまう恐れがあるという課題がある。

また、従来技術では、材料の違いによる熱膨張率の差異による直管形ＬＥＤランプのたわみを吸収するために、円管にスリットを入れるなどの技術がある（特許文献１参照）。円管にスリットを入れるなどの技術では、スリットからごみや虫などが入り込むという課題がある。

本発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱膨張による全長の変化を規格値以内に抑えることができるとともに、たわみも抑えることができ、構造が簡単で製造コストが安価な直管形ＬＥＤランプを提供することができる。

本発明に係る直管形ランプは、長形のＬＥＤモジュールが取り付けられ、棒状で長手方向の両側に端面を備える放熱部材と、前記放熱部材の少なくとも一部が内部に収納され、円筒形状で長手方向の両側にケース端部を備える円筒ケースと、第１の円板部と前記第１の円板部の周縁に設けられる第１の側壁部とを備える茶筒蓋形状の第１の口金部であって、前記第１の円板部の内側の面に前記円筒ケースの一方のケース端部を固定するケース固定部を備えるとともに、前記第１の円板部の内側の面が前記放熱部材の一端面に固定される第１の口金部と、第２の円板部と前記第２の円板部の周縁に設けられた第２の側壁部とを備える茶筒蓋形状の第２の口金部であって、前記第２の側壁部は前記第２の円板部と対向する環状の端面と前記環状の端面から前記第２の円板部に向かって形成され前記円筒ケースの他方のケース端部が挿入される溝部とを備える第２の口金部とを備え、前記円筒ケースの前記一方のケース端部が前記ケース固定部に固定された状態で、前記円筒ケースの前記他方のケース端部が前記溝部の内側で固定されずに伸縮する。

本発明に係る直管形ランプは、棒状で長手方向の両側に端面を備える放熱部材と、放熱部材の少なくとも一部が内部に収納され、円筒形状で長手方向の両側にケース端部を備える円筒ケースと、第１の円板部の内側の面に円筒ケースの一方のケース端部を固定するケース固定部を備えるとともに、第１の円板部の内側の面が放熱部材の一端面に固定される第１の口金部と、第２の側壁部は前記第２の円板部と対向する環状の端面と環状の端面から第２の円板部に向かって形成され円筒ケースの他方のケース端部が挿入される溝部とを備える第２の口金部とを備え、円筒ケースの一方のケース端部がケース固定部に固定された状態で、円筒ケースの他方のケース端部が溝部の内側で固定されずに伸縮するので、熱膨張による全長の変化による円筒ケースのたわみを抑えることができ、構造が簡単で製造コストも低減することができる。

実施の形態１を示すＬＥＤランプ２００の全体斜視図である。 実施の形態１を示すＬＥＤランプ２００のＡ−Ａ断面図である。 実施の形態１に係るＬＥＤランプ２００のＢ−Ｂ断面図である。 実施の形態２に係るＬＥＤランプ２０１の断面図である。 実施の形態２に係るＬＥＤランプ２０１の分解斜視図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態を示すＬＥＤランプ２００の全体斜視図である。図２は、本実施の形態を示すＬＥＤランプ２００のＡ−Ａ断面図である。図３は、本実施の形態に係るＬＥＤランプ２００のＢ−Ｂ断面図である。

図１に示すように、ＬＥＤランプ２００は、円筒ケース５０（中空状の円管ともいう）と、給電側の口金部６０ａと、接地側の口金部６０ｂとを備える。口金部６０ａは、円筒ケース５０内部のＬＥＤモジュール１００に電力を供給するためのＬ字端子７０を備える。口金部６０ｂは、接地のための端子であるＴ字ピン８０を備える。

図２に示すように、ＬＥＤランプ２００は、円筒ケース５０の内部に、放熱部材２０と、この放熱部材２０に取付けられたＬＥＤモジュール１００とを収納する。また、ＬＥＤランプ２００は、放熱部材２０の端部に取り付けられ、円筒ケース５０の両端を塞ぐように設けられる口金部６０ａおよび口金部６０ｂと、口金部６０ａに設けられるＬ字端子７０と、口金部６０ｂに設けられるＴ字ピン８０と、口金部６０ａ，６０ｂと円筒ケース５０との隙間を塞ぐパッキン９０ａ，９０ｂとを備える。

ＬＥＤランプ２００は、長形のＬＥＤモジュール１００（ＬＥＤ基板）を取り付ける棒状の放熱部材２０であって、長手方向の両側に部材端面２２（２２ａ，２２ｂ）を備える放熱部材２０と、放熱部材２０の少なくとも一部を内部に収納する円筒形状の円筒ケース５０であって、長手方向の両側にケース端部５１（５１ａ，５１ｂ）を備える円筒ケース５０とを備える。

放熱部材２０は、ＬＥＤ光源３０からの発熱を放熱するためにアルミニウム等の熱伝導率の高い材料で形成されている。図３に示すように、放熱部材２０は、断面が略半円状の棒状であり、半円状の円弧形状側に放熱フィン２４を備え、平面部分である基板取付面２３にはＬＥＤモジュール１００が取り付けられる。

図２に示すように、放熱部材２０の部材端面２２ａには、口金部６０ａがネジ止めあるいは接着剤により固定されている。また、放熱部材２０の部材端面２２ｂには、口金部６０ｂがネジ止めあるいは接着剤により固定されている。

ＬＥＤモジュール１００は、ＬＥＤ光源３０と、このＬＥＤ光源３０が実装されるＬＥＤ光源基板４０とを備える。

ＬＥＤ光源３０は、昼白色、昼光色、電球色などの白色光（照明光）を発する発光ダイオードである。ＬＥＤ光源基板４０は、細長い長方形形状をなし、複数のＬＥＤ光源３０が直線状に並べられて実装される。

円筒ケース５０は、透明又は半透明の樹脂あるいはガラスにより形成されている。

口金部６０ａは、円板部６３ａと円板部６３ａの周縁に設けられた側壁部６１ａとを備える茶筒蓋形状である。口金部６０ｂは、円板部６３ｂと円板部６３ｂの周縁に設けられた側壁部６１ｂとを備える茶筒蓋形状である。口金部６０ａと口金部６０ｂとの形状は、円板部６３ａ，６３ｂの表面に設けられた端子の形状が異なっているが、その他の部分は略同一形状である。口金部６０ａと口金部６０ｂとの形状は、断面が「コ」字状、円板部６３（底面）が円形状のキャップ形状をなしている。

本実施の形態の説明において、円板部６３、側壁部６１、円筒ケース５０、ケース端部５１等に添え字ａ，ｂを付与して説明する場合は、ａを付与した構成は口金部６０ａ側の部位であるものとし、ｂを付与した構成は口金部６０ｂ側の部位であるものとする。

口金部６０ｂ（第１の口金部）は、円筒ケース５０の一方のケース端部５１ｂを覆うように一方のケース端部５１ｂに固定されるとともに、円板部６３ｂ（第１の円板部）の内側の面が放熱部材２０の部材端面２２ｂに固定される。

口金部６０ａ（第２の口金部）は、円板部６３ａ（第２の円板部）の内側の面が放熱部材２０の部材端面２２ａに固定されるとともに、円筒ケース５０の他方のケース端部５１ａと円板部６３ａの内側の面との間に所定の長さＬ１の隙間部２１０が形成される。

上述したように、放熱部材２０の部材端面２２は、円板部６３の内側の面に接着剤またはネジにより固定される。ＬＥＤランプ２００は、円板部６３（６３ａ，６３ｂ）の内側の面と放熱部材２０の部材端面２２（２２ａ，２２ｂ）とを固定する固定部２２０（２２０ａ，２２０ｂ）を備える。

図３に示すように、放熱部材２０は、断面半円状の棒状であり、部材端面２２は略半円形状をなす。図３に示すように、円筒ケース５０の内部において、放熱部材２０の円弧形状部分（放熱フィン２４部分）が円筒ケース５０の内面に沿うように、放熱部材２０を配置する。つまり、部材端面２２は、円板部６３の中心よりも周枠部寄りに配置され固定される。

図２に示すように、円筒ケース５０は、口金部６０ｂ側のケース端部５１ｂが円板部６３ｂの内側の面に接着剤等により固定される。口金部６０ｂの円板部６３ｂの内側の面には、ケース端部５１ｂを固定するケース固定部２３０を備える。つまり、口金部６０ｂ側では、円板部６３ｂに、円筒ケース５０と放熱部材２０とが固定されている。

また、口金部６０ｂの側壁部６１ｂの端部である環状の口金端面６４ｂ近傍の円筒ケース５０の外周には、側壁部６１ｂと円筒ケース５０の外周との間を塞ぐパッキン９０ｂが設けられる。

図２に示すように、口金部６１ａ側のケース端部５１ａは、口金部６１ａに固定されていない。円筒ケース５０の他方のケース端部５１ａと円板部６３ａの内側の面との間に所定の長さＬ１の隙間部２１０が形成される。ケース端部５１ａは、側壁部６１ａと放熱部材２０の外周面との間に形成される空間部２４０ａに収納される。

上述したように、口金部６０ａは、放熱部材２０に接着材またはネジにより固定され、円筒ケース５０のケース端部５１ａとの間に、寸法Ｌ１の隙間を開けた状態となっている。また、口金部６０ａの側壁部６１ａの高さを寸法Ｌ２とする。

図２に示すように、円筒ケース５０は、ケース端部５１ｂは口金部６０ｂに固定されているが、ケース端部５１ａは、口金部６０ａに固定されていない。

このように、口金部６０ｂは放熱部材２０に固定されているとともに円筒ケース５０の片端（ケース端部５１ｂ）に固定されているが、口金部６０ａは円筒ケース５０のもう片端（ケース端部５１ａ）に寸法Ｌ１の隙間が開いた状態で固定されずに、放熱部材２０のみに取り付けられているので、放熱部材２０の収縮（伸縮）に影響されずに、円筒ケース５０が収縮（伸縮）可能となる。

例えば、円筒ケース５０が温度の上昇により膨張した場合、固定されていないケース端部５１ａが隙間部２１０をＰ１方向に伸びていくことができる。したがって、円筒ケース５０が撓んでしまうことがない。

また、円筒ケース５０が温度の低下により収縮した場合、側壁部６１ａと円筒ケース５０のケース端部５１ａ近傍とが重なっている部分（重なり部２５０）をケース端部５１ａがＰ２側に縮んでいくことができる。したがって、円筒ケース５０が反ってしまうことがない。

例えば、円筒ケース５０がポリカーボネートにより形成されているものとする。ポリカーボネートの線膨張係数は、７．０×１０^−５ｃｍ／℃（すなわち、０．００７ｍｍ／℃）である。通常時のＬＥＤランプ２００の温度を２５℃とし、２５℃においてＬＥＤランプ２００のランプ長が１１９８ｍｍであるものとする。

ＬＥＤランプ２００の温度が通常時（２５℃）からＬＥＤ光源３０の発熱等によって８５℃まで上昇すると、８５℃−２５℃＝６０℃上昇することになる。この場合、ポリカーボネートの円筒ケース５０は、０．００７ｍｍ／℃×６０℃＝０．４２ｍｍ伸びることになる。

また、ＬＥＤランプ２００の温度が通常時（２５℃）から環境の変化等により−２０℃まで低下すると、２５℃−（−２０℃）＝４５℃低下することになる。この場合、ポリカーボネートの円筒ケース５０は、０．００７ｍｍ／℃×４５℃＝０．３１５ｍｍ縮むことになる。

ここで、円筒ケース５０が伸長する最大の幅をＬＭ１とし、円筒ケース５０が収縮する代々の幅をＬＭ２とする。上記のように、円筒ケース５０は、最大０．４２ｍｍ伸びると仮定し（ＬＭ１＝０．４２ｍｍ）、最大０．３１５ｍｍ縮むと仮定する（ＬＭ２＝０．３１５ｍｍ）。本実施の形態に係るＬＥＤランプ２００では、円筒ケース５０が最大０．４２ｍｍ伸びた場合でもケース端部５１ａが口金部６０ａの円板部６３ａの内側の面に衝突せず、かつ、円筒ケース５０が最大０．３１５ｍｍ縮んだ場合でもケース端部５１ａが口金部６０ａの口金端面６４ａ部分から外れないように形成する必要がある。

具体的には、図２のＬＥＤランプ２００の状態を、温度が２５℃の状態であるものとする。このとき、隙間部２１０の幅Ｌ１は、Ｌ１＞ＬＭ１（＝０．４２ｍｍ）となるようにし、かつ、重なり部２５０の幅Ｌ３は、Ｌ３＞ＬＭ２（０．３１５ｍｍ）となるようにする。そうすると、側壁部６１ａの高さＬ２は、ＬＭ１とＬＭ２とを足した長さよりも大きくなる。すなわち、Ｌ２＞ＬＭ１（０．４２ｍｍ）＋ＬＭ２（０．３１５ｍｍ）である。

このようにＬＥＤランプ２００を形成することにより、円筒ケース５０が熱膨張により伸長した場合でも口金部６０ａに衝突してたわむことがなく、熱収縮で最も短くなった状態でも口金部６０ａから外れてしまうことはない。

以上のように、円筒ケース５０の長さ、側壁部６１の高さ、隙間部２１０の寸法、重なり部２５０の寸法、放熱部材２０の熱膨張係数等を考慮して、ＬＥＤランプ２００を設計する。

Ｌ字端子７０は、口金部６０ａに圧入または接着により固定されており、ＬＥＤ光源基板４０とリード線７１により結線されることによりＬＥＤ光源３０を点灯することができる。

Ｔ字ピン８０は、口金部６０ｂに圧入または接着により固定されており、放熱部材２０などに接続されてＬＥＤランプ２００をアース接地する端子である。

パッキン９０ａ，９０ｂは、口金部６０ａ，６０ｂの側壁部６１ａ，６１ｂと円筒ケース５０の外周面との間に挟まれ、虫やごみなどがＬＥＤランプ２００の内部に侵入することを防いでいる。

以上のように、本実施の形態に係るＬＥＤランプ２００は、少なくとも口金部６０ａまたは口金部６０ｂの一方を、ＬＥＤモジュール１００を覆う円筒ケース５０に直接固定せず、円筒ケース５０との距離（隙間部２１０）を保つように放熱部材２０に取り付けた。したがって、円筒ケース５０が伸縮（特に膨張）したときに、長手方向への伸長が可能となっており、円筒ケース５０の環形が変形したり、長手方向に撓み変形したりするのを防止することができる。

また、放熱部材２０は、アルミニウムであるとすると周囲温度差５０℃における全長の変化は２ｍｍ以下であり、規格値（周囲温度差５０℃におけるランプ全長の変化は２ｍｍ以下であること）を越えてしまうことはない。また、上述したように、円筒ケース５０は放熱部材２０の全長の変化とは関係なく、撓みや反りを発生することなく伸縮自在に構成されている。したがって、本実施の形態に係るＬＥＤランプ２００は、円筒ケース５０の熱膨張、熱収縮に左右されることなくランプ全長が規格値（周囲温度差５０℃におけるランプ全長の変化は２ｍｍ以下であること）以上に変わることがない。

また、本実施の形態では、複数のＬＥＤ光源３０が、ＬＥＤ光源基板４０に直線状に並べて実装されている場合を説明したが、ＬＥＤ光源３０の配置位置及びＬＥＤ光源３０の数量は、ＬＥＤランプ２００の配光特性や、光出力特性などに応じて、適宜決定することができる。

また、本実施の形態では、口金部６０ｂを円筒ケース５０に固定し、口金部６０ａを円筒ケース５０に固定しない（口金部６０ａは放熱部材２０のみに固定する）場合を説明したが、口金部６０ａを円筒ケース５０に固定し、口金部６０ｂを円筒ケース５０に固定しない（口金部６０ｂは放熱部材２０のみに固定する）ようにしてもよい。あるいは、口金部６０ａ，６０ｂをともに円筒ケース５０には固定せず、放熱部材２０に固定する構成としてもよい。

本実施の形態に係るＬＥＤランプ２００によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ光源３０）を光源とする直管形ＬＥＤランプにおいて、放熱部材２０と両端の口金部６０ａ，６０ｂとは固定されているが、放熱部材２０を収納する円筒ケース５０（円管）と口金部６０ａ，６０ｂの間に積極的に隙間部２１０を設けている。これにより、円筒ケース５０がＬＥＤ光源３０の発熱により熱膨張しても、円筒ケース５０と口金部６０とに設けられた隙間によって、ＬＥＤランプ２００の全長が規程以上に変わることがなく、また、放熱部材２０と円筒ケース５０との熱膨張率の差によるＬＥＤランプ２００のたわみを抑制することができる。

実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１の口金部６０の形状を変更したものである。図４は、本実施の形態に係るＬＥＤランプ２０１の断面図である。図５は、本実施の形態に係るＬＥＤランプ２０１の分解斜視図であり、円筒ケース５０と口金部６０ａ，６０ｂとを示す図である。図５では、円筒ケース５０の内部の構成は省略している。

図４は、実施の形態１で説明した図２に対応する図であり、実施の形態１と同様の構成については同符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１と異なる構成、特に、口金部６０の構成、形状について説明する。

ＬＥＤランプ２０１は、放熱部材２０と、この放熱部材２０に取付けられたＬＥＤモジュール１００と、放熱部材２０とＬＥＤモジュール１００を収納する円筒ケース５０とを備える。また、放熱部材２０の部材端面２２（２２ａ，２２ｂ）に取り付けられ、円筒ケース５０の両端（ケース端部５１ａ，５１ｂ）を塞ぐように設けられる口金部６０１ａ，６０１ｂを備える。

口金部６０１ａは、円板部６３ａと円板部６３ａの周縁に設けられた側壁部６１ａとを備える茶筒蓋形状である。口金部６００ｂは、円板部６３ｂと円板部６３ｂの周縁に設けられた側壁部６１ｂとを備える茶筒蓋形状である。口金部６０１ａと口金部６０１ｂとの形状は、円板部６３ａ，６３ｂの表面に設けられた端子の形状が異なっているが、その他の部分は略同一形状である。口金部６０１ａと口金部６０１ｂとの形状は、断面が「コ」字状、円板部６３（底面）が円形状のキャップ形状をなしている。

図５に示すように、口金部６０１は、側壁部６１の上端面である口金端面６４から円板部６３方向に向かって切り欠かれた溝部６７を備える。溝部６７は、側壁部６１の環状の口金端面６４に沿って形成された環状の開口部６８を備え、開口部６８から円板部６３に向かって側壁部６１の内部に空間部２８０を備える。この空間部２８０に円筒ケース５０のケース端部５１を挿入する。

図４に示すように、口金部６０１ｂは、円板部６３ｂの内側の面に放熱部材２０の部材端面２２ｂが接着剤またはネジにより固定されるとともに、溝部６７ｂにケース端部５１ｂが挿入され接着剤等で固定される。

口金部６０１ａは、円板部６３ａの内側の面に放熱部材２０の部材端面２２ａが接着剤またはネジにより固定されるとともに、溝部６７ａにケース端部５１ａが挿入される。ただし、溝部６７ａに挿入されたケース端部５１ａは固定されず、ケース端部５１ａは溝部６７ａ内の空間部２８０ａを移動（スライド）可能である。また、円板部６３ａの内側の面とケース端部５１ａとの間には、寸法Ｌ１の隙間部２１０が形成される。

口金６０１ａは、放熱部材２０に接着剤またはネジにより固定され、円筒ケース５０との間に寸法Ｌ１の隙間を開けた状態となっている。ここで、口金部６０１ａの側壁部６１ａ（周枠部）に形成された溝部６７ａ（凹部）の溝の深さを寸法Ｌ２とする。ケース端部５１ａ近傍の、溝部６７ａに挿入されている部分（重なり部２５０）の寸法をＬ３とする。

実施の形態１と同様に、円筒ケース５０の熱膨張係数及び長さ、溝部６７ａの溝の深さＬ２（側壁部６１の高さに対応）、隙間部２１０の寸法Ｌ１、重なり部２５０の寸法Ｌ３、放熱部材２０の熱膨張係数等を考慮して、ＬＥＤランプ２０１を設計する。以上のようにＬＥＤランプ２０１を設計することにより、円筒ケース５０がＬＥＤ光源３０の発熱により熱膨張しても全長が規格値（周囲温度差５０℃におけるランプ全長の変化は２ｍｍ以下であること）以上に変わることがなく、かつ、たわむことのないＬＥＤランプ２００を提供することができる。

このように、本実施の形態に係るＬＥＤランプ２０１によれば、口金部６０１ｂは円筒ケース５０の片端（ケース端部５１ｂ）に固定されているとともに放熱部材２０（部材端面２２ｂ）に固定されており、口金部６０１ａは円筒ケース５０のもう片端（ケース端部５１ａ）に寸法Ｌ１の隙間が開いた状態で固定されずに、放熱部材２０（部材端面２２ａ）に取り付けられている。したがって、実施の形態１と同様に、放熱部材２０の伸縮に影響されずに、円筒ケース５０が伸縮可能となる。

また、本実施の形態に係るＬＥＤランプ２０１によれば、ケース端部５１ａは溝部６７ａ内に挿入されているので、パッキン９０等を使用する必要がない。これにより、ケース端部５１ａは、よりスムーズに溝部６７ａ内で伸縮することができる。

以上、実施の形態１〜２について説明したが、これらの２つの実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの２つの実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。

２０ 放熱部材、２２ 部材端面、２３ 基板取付面、２４ 放熱フィン、３０ ＬＥＤ光源、４０ ＬＥＤ光源基板、５０ 円筒ケース、５１ ケース端部、６０ 口金部、６１ 側壁部、６３ 円板部、６４ 口金端面、６７ 溝部、６８ 開口部、７０ Ｌ字端子、７１ リード線、８０ Ｔ字ピン、９０ パッキン、１００ ＬＥＤモジュール、２００，２０１ ＬＥＤランプ、２１０ 隙間部、２２０ 固定部、２３０ ケース固定部、２４０ 空間部、２５０ 重なり部、２８０ 空間部、６０１ 口金部。

Claims (2)

1. 長形のＬＥＤモジュールが取り付けられ、棒状で長手方向の両側に端面を備える放熱部材と、
   前記放熱部材の少なくとも一部が内部に収納され、円筒形状で長手方向の両側にケース端部を備える円筒ケースと、
   第１の円板部と前記第１の円板部の周縁に設けられる第１の側壁部とを備える茶筒蓋形状の第１の口金部であって、前記第１の円板部の内側の面に前記円筒ケースの一方のケース端部を固定するケース固定部を備えるとともに、前記第１の円板部の内側の面が前記放熱部材の一端面に固定される第１の口金部と、
   第２の円板部と前記第２の円板部の周縁に設けられた第２の側壁部とを備える茶筒蓋形状の第２の口金部であって、前記第２の側壁部の環状の端面から前記第２の円板部に向かって前記第２の側壁部に形成された環状の溝部を備える第２の口金部と
   を備え、
   前記溝部には、前記円筒ケースの他方のケース端部が挿入されており、
   前記円筒ケースの前記一方のケース端部が前記ケース固定部に固定された状態で、前記円筒ケースの前記他方のケース端部が前記溝部の内側で固定されずに伸縮する直管形ランプ。
2. 前記第２の円板部は、前記第２の円板部の内側の面が前記放熱部材の他端面に固定される請求項１に記載の直管形ランプ。

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