JP6028784B2 - ランプ - Google Patents
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Description
また、この種のLEDランプでは、平円板及び胴体部を熱伝導性材で形成するとともに、当該胴体部に放熱フィンを設け、LEDの発熱を平円板及び胴体部に伝導させて放熱フィンから放熱する放熱構造が一般的に採用されている。
なお、以下の実施形態では、発光素子を光源に備えるランプとして、LEDを光源に備えたLEDランプを例示するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば有機EL等の他の発光素子を光源に備えるランプにも適用可能である。
これらの図に示すように、LEDランプ1は、既存の電球と形状及び光学特性が略同じになるように構成されており、既存の電球の代替として使用可能となっている。
このとき、胴体部2にアルミニウム等の金属材料を用いることで高い放熱性能が得られるものの当該胴体部2を含む筐体35(図4)が重くなることから、既設のソケット58では強度が不足することがあり、また胴体部2が金属材であるのに対し絶縁筒部10が非金属材となることから、胴体部2と絶縁筒部10の接合が弱くなる、という問題がある。
そこで本実施形態では、胴体部2の材料に熱伝導性樹脂を用いるとともに、絶縁筒部10の材料に絶縁性樹脂を用い、胴体部2及び絶縁筒部10をインサート成形することで、これらを二色成型により形成している。
この係合凸部2Bが係合凹部10Bに係合するとともに当接部10Cが胴体部2に当接することで、胴体部2と絶縁筒部10との接合部が、いわゆるラビリンス状に構成され、また、この接合部の面積が大きくなって接合強度が高められている。このラビリンス状の構成により、胴体部2と絶縁筒部10との接合部に経年劣化によるひび割れ等によりインサート成形面に隙間が生じた場合でも防水性が維持され、LED15の寿命に見合った耐久性が得られる。
なお、胴体部2の終端2Aと絶縁筒部10の開口端(挿入端)との接合面の形状は、上記ラビリンス状に限らず、防水性と接合強度の向上が得られる形状であれば例えば楔状等の任意の形状とできる。
特に、胴体部2の終端2Aが絶縁筒部10に入り込むことで、これら胴体部2と絶縁筒部10の外部に露出する接合箇所57が上記ソケットパッキン59に覆われることから、この接合箇所57にひび割れ等が生じた場合でも、ソケットパッキン59により水の浸入が防止される。
上記胴体部2の終端2A側には、ソケットパッキン159のランプ挿入開口端159Aの径に合わせて絶縁筒部10が縮径することで段部11が形成され、当該ランプ挿入開口端159Aが隙間無く胴体部2に隙間無く密着する。
胴体部2と絶縁筒部10の上記接合箇所57は、ソケットパッキン159のランプ挿入開口端159Aが接触して覆われる位置に設けられており、これにより、接合箇所57にひび割れ等が生じた場合でも水の浸入が防止される。
リード線9A、9Bは、電気回路基板8における口金3側の端に接続され、配線孔31A、31Bを通ってシェル5、及びアイレット7にそれぞれ接続される。
絶縁筒部10の側面には、図3に示すように、口金3のかしめの下穴56が設けられており、この下穴56の箇所で口金3のシェル5をかしめることで、下穴56に入り込むようにシェル5が変形することから、シェル5の変形量が大きくなり強度を高めることができる。
絶縁筒部10の終端10Aの外周面には、シェル5の内周面が係合するねじ部33が形成されている。また、終端10Aの外周面には、絶縁筒部10の軸方向に延びる配線溝34が形成されており、この配線溝34はねじ部33の一部に彫り込まれるようにして設けられている。絶縁筒部10の内部から屈曲して外側に延びるリード線9Aは、配線溝34内に埋め込まれて胴体部2側に延びる。すなわち、絶縁筒部10にシェル5が取り付けられた状態では、リード線9Aはシェル5より内側の配線溝34を通り、シェル5の開口端の近傍でシェル5の外周面に接合される。
また、リード線9Aが通る配線溝34は、絶縁筒部10の内部に繋がっており、絶縁筒部10の内部は配線孔31A、31Bを介して、アイレット7と胴体部2とが連通している。このため、配線溝34及び配線孔31A、31Bを介して胴体部2内に空気が出入りでき、これにより胴体部2内の結露が防止される。
発光部12は、上述の通り、胴体部2における口金3と逆側の先端2Cに設けられている。発光部12は、板状のベース板13を有し、このベース板13の上面に、複数のLED15が設けられている。ベース板13は、胴体部2よりも大きな径の上面視略円板状の部材であり、裏面には上記胴体部2の先端2Cが連接されている。ベース板13、及び胴体部2は同一の材料、すなわち熱伝導性樹脂材から一体に成型されており、これらベース板13、胴体部2、及び絶縁筒部10により、LEDランプ1の筐体35が構成されている。
同図に示すように、ベース板13の面内には、当該胴体部2の連接箇所に対応して、電気回路基板8を胴体部2に挿入するための上面視略円形(胴体部2と略同径)の挿入開口14が形成されている。電気回路基板8は、図4に示すように、胴体部2の先端2Cから絶縁筒部10の補強板部30にかけて延びる長さで、この胴体部2の中空形状に係合する正面視形状を有して形成されている。
電気回路基板8を挿入開口14から挿入すると、電気回路基板8の下端の角部8Bが固定用溝部51Aに挟み込まれるとともに、この角部8Bと対向する側の1辺が突き当て片51Bの側面に突き当てられることで、この電気回路基板8が胴体部2内に固定される。
また、この電気回路基板8は、図3に示すように、上端部8Cが固定ブッシュ27を介して後述するLED基板16によって押圧されて強固に固定される。なお、図4では固定ブッシュ27の図示を省略している。また、胴体部2の中には電気回路基板8を取り囲むように巻かれた絶縁シート28が設けられており、当該絶縁シート28により、胴体部2と電気回路基板8との間が電気的に絶縁されている。
特に、電気回路基板8の下端の角部8Bを固定用溝部51Aで挟み込みつつ、この角部8Bと対向する側の1辺を突き当て片51Bの側面に突き当てて固定することで、この電気回路基板8が胴体部2内にしっかりと固定されることから、胴体部2と電気回路基板8との間の絶縁距離を確実に確保することができる。
なお、各LED15から側壁19に向かって遮光される光線成分Saをカバー22から取り出して照明に利用可能にすべく、反射体21の反射面21Aは、高い反射率が得られるように高反射グレード素材を使用しているが、アルミニウム蒸着等仕様でも良い。また、反射面21Aを限定させても配光が変わらないようにするためカバーには拡散材を添加しているが、ショットを上記カバーに施してもよい。
すなわち、本実施形態では、LED基板16を載置するベース板13を、当該LED基板16を載置可能な大きさの円板状に構成することで、例えばLED基板16の縁部のみを支持するような構成に比べてベース板13との接触面積を大きくしている。これにより、上記挿入開口14の分を差し引いても、接触面積を例えばLED基板16の50%以上とすることができ、LED基板16からベース板13への十分な伝熱量が確保される。
すなわち、ベース板13及び上記胴体部2は共に高熱伝導性を有する材料から一体に形成されていることから、ベース板13と胴体部2の間の熱抵抗は小さく、ベース板13に導かれた熱が胴体部2にロスを少なくして伝えられる。
胴体部2の外周面には、先端2Cから終端2Aに延びる板状の放熱フィン25が胴体部2の軸線を中心にして放射状に多数立設されており、胴体部2に導かれた熱が各放熱フィン25から放熱される。各放熱フィン25は、フィン端部25Aがベース板13の裏面13Aに連接されるとともに、これら放熱フィン25、胴体部2及びベース板13が一体に形成されている。これにより、胴体部2に伝わった熱がロスなく放熱フィン25から放熱されるとともに、ベース板13からも直接放熱フィン25に熱が伝えられることから、放熱フィン25への伝熱量が増加して高い放熱性能が得られる。
また電気回路基板8にあっては、絶縁筒部10の補強板部30から胴体部2の先端2Cにかけて延びる長さに形成されているため、胴体部2に装着した状態では、図4に示すように、電気回路基板8の下端部8Aが口金3の近傍に位置する。
したがって、例えば、この状態において、胴体部2及び絶縁筒部10のフィン無し区間45に対応する箇所に電気回路基板8の電気回路のうち、熱的な影響を受け易い(熱から保護すべき)電気回路部品を配置する構成として、電気回路部品を放熱フィン25の熱から保護するという使い方もできる。
本実施形態では、胴体部2及びベース板13から放熱フィン25への熱伝導率が高くなるように熱伝導繊維を配向させることで、胴体部2の放熱能力を高めることとしている。かかる熱伝導繊維の配向は、樹脂成形時に樹脂の流す向きによって制御される。
同図に示すように、絶縁シート28は可撓性及び絶縁性を有する1枚のシートを帯状に形成したものであって、胴体部2への装着時には、胴体部2の内側面の突き当て片51Bに係合する凹部28Cを折り曲げによって形成した後、両端28A、28B同士が重なるように環状に巻いた状態でベース板13の挿入開口14から挿入される。
胴体部2の中では絶縁シート28が巻き戻りによって拡がり、このときの巻き戻る力によって胴体部2の内側面を覆うように装着される。
このように、絶縁シート28を帯状に形成し、巻いた状態でベース板13の挿入開口14に挿入し、絶縁シート28の巻き戻りによって胴体部2の中に装着する構成としたため、胴体部2の内側面の全面を覆うように絶縁シート28を簡単に装着することができる。
上述の通り、電気回路基板8の胴体部2への組み付け時には、上端部8Cが固定ブッシュ27を介してLED基板16によって押圧される。この固定ブッシュ27は、ゴム等の樹脂材から形成されている。この樹脂材は熱伝導率が高いものがより好ましい。さらに、固定ブッシュ27には、電気回路基板8の回路部品のうち、冷却を要する回路部品を覆うように密着する冷却用片27Aが一体に形成されている。本実施形態では、電気回路基板8に搭載されている上記電源回路と、この電源回路に同じ高さで並設された発熱部品82とを冷却することとし、それぞれを覆う冷却用片27Aが固定ブッシュ27に一体に設けられている。各冷却用片27Aは冷却対象の回路部品の形状に応じた形状とされる。本実施形態では、電源回路に金属製の断面コ字状の冷却用片保持部材81を密着状態で取り付け、この冷却用片保持部材81の凹部分に角柱状の冷却用片27Aを差し込むことで、冷却用片27Aの側面全体に電源回路の熱を伝えるようにしている。
このように、絶縁シート28が高熱伝導性を有し、電気回路基板8の回路部品と絶縁シート28との間に、これらを熱的に繋ぐ熱伝導性部材たる冷却用片27Aを設けることで、電気回路基板8の絶縁性と放熱性との両方を高めることができる。
また固定ブッシュ27に冷却用片27Aを一体に形成しているため、電気回路基板8の固定と冷却とを簡単に行うことができる。
これに加え、電源回路や発熱部品82等の発熱が放熱フィン25に直接的に伝えられるため、上記フィン無し区間45に配置された回路部品への熱的影響も抑制される。
LED15の放熱構造においては、LED基板16を熱伝導性の高い例えばアルミニウム材等の金属材で構成することで、LED15の発熱を効率良くベース板13に伝えて放熱フィン25から放熱することができる。しかしながら、LED基板16を金属基板とすると電気的な絶縁性能が低下してしまう、という問題がある。
そこで本実施形態では、LED基板16に電気的絶縁性の高い樹脂基板を用い、その厚みを、いわゆる2重絶縁構造と同じ絶縁性能が得られる程度の厚みとし、高い絶縁性能を実現している。
そこで本実施形態においては、LED基板16の表裏面のそれぞれを放熱層としての銅箔で覆うことでLED基板16の放熱性を高めることとしている。以下、かかる構成について詳述する。
LED基板16は、略円板状に形成され、表裏面のそれぞれに、導電性及び熱伝導性を有する放熱層として略円形の銅箔83が表面を覆って設けられている。各銅箔83は、LED基板16を囲む上記ベース板13の側壁19との間で電気的な絶縁が図れる程度の隙間、及び、LED基板16をネジ止めする際のネジとの間の絶縁を図るための切り欠き83Aだけを除き、極力、LED基板16の全面を大きさに形成されている。
すなわち、LED実装面では、図11(A)に示すように、銅箔83に放射状に複数のスリット84が形成されており、各スリット84によって銅箔83が複数の略扇形の導電エリア85に分割(区画)される。各スリット84は、導電エリア85の間の電気的な絶縁を得るに十分な幅を有し、各スリット84には、LED15の裏面に設けられた正極端子及び負極端子(不図示)をそれぞれ隣り合う導電エリア85に接続するようにスリット84を跨いでLED15が設けられている。また、これらの導電エリア85のうち、少なくとも、隣接する2つの導電エリア85は、それぞれ電気回路基板8の電源回路に電気的に接続されており、これにより、各LED15が、各導電エリア85によって直列に接続された直列回路が形成される。
特に、銅箔83にスリット84を放射状に設けたため、各導電エリア85が略扇形に形成されることとなり、各導電エリア85では径方向外側に向かうほど熱抵抗が小さくなることから、LED15の発熱を効率良く外側に伝達して拡散させることができる。
これにより、挿入開口14に挿入された電気回路基板8に対向する箇所が露出部16Aとなるため、電気回路基板8との間の電気的な絶縁性が損なわれることがない。
ランプホルダー60は、既存の電球、及びLEDランプ1のいずれも装着可能なランプホルダーである。すなわち、図13及び図14に示すように、ランプホルダー60は、筒状のホルダ筐体62と、このホルダ筐体62の終端部62Aに図示せぬ支持アームが回動自在に取り付けられるアーム取付部64とを備えて概略構成されている。ランプホルダー60は、既存の電球を装着するために設置されていたものであり、既存の電球を装着できるように、一端側が大きく開口しており、この開口の開口縁部66は、筒状のホルダ筐体62の径と略同一径となっている。開口縁部66の下方の外周面には、LEDランプ1を覆って保護する網状のガード部材(図示せず)を固定するための突起68が複数設けられている。
また、ホルダ筐体62の中には、LEDランプ1の終端に設けられた口金3或いは既存の電球ランプ90(図15)の口金92が螺合されるソケット65が終端部62A側に配設されている。このソケット65には、アーム取付部64から引き込まれた電力供給線が接続されており、ソケット65を通じて口金3からLEDランプ1に、或いは、既存の電球ランプ90に電力が供給される。
電球ランプ90は、ガラス製の電球部91と、終端に口金92を備える筒部93とを備えている。電球ランプ90は、口金92がソケット65に係合されることでランプホルダー60に装着され、この状態では、筒部93の近傍の電球ランプ90の基部90Aとホルダ筐体62の開口縁部66との間に、円環状の電球用パッキン94が介装されている。このように、電球ランプ90は、基部90Aが開口縁部66に当接する大きさを有しランプホルダー60の開口を塞ぐため、開口縁部66に沿う円環状の電球用パッキン94を介装することで、電球ランプ90とランプホルダー60との間を防水することができる。
これに対してLEDランプ1にあっては、板状の放熱フィン25が胴体部2の外周面に放射状に立設されているため、各放熱フィン25の間に隙間があり、開口縁部66に沿って電球用パッキン94を設けるだけではホルダ筐体62の内部に水が入り込んでしまう。そこで本実施形態では、図13に示すように、LEDランプ1の放熱フィン25のフィン端部25B側に、ランプホルダー60の開口を塞ぐ環状防水パッキン70を設けている。
環状防水パッキン70は、ホルダ筐体62の開口縁部66を全体に亘って覆う大きさの円板状に形成され、フィン端部25Bとホルダ筐体62の開口縁部66との間に介装されるパッキン本体71と、環状防水パッキン70の中央に設けられ、胴体部2が挿通される円錐孔72(内周部)とを有している。環状防水パッキン70はゴム製であり、ここではシリコンゴムが用いられている。
パッキン本体71は、その外周部78に、開口縁部66の端面に当接するフランジ部71Aと、フランジ部71Aに連続し、開口縁部66の内周面に当接する外周面71Bとを有している。また、パッキン本体71は、フィン端部25Bに面する上面71Cを有している。
外周面71Bには、径方向に突出した環状の外周側リップ部75が複数設けられており、シール性が向上されている。
このように、胴体部2の終端2Aに向けて先細る円錐部40と環状防水パッキン70の円錐孔72とが嵌合するため、円錐部40のテーパー状の斜面によって環状防水パッキン70をランプホルダー60の開口縁部66側に押さえ付けることができ、環状防水パッキン70がランプホルダー60から外れることを防止でき、LEDランプ1とランプホルダー60との間の防水性を向上できる。
また、環状防水パッキン70の円錐孔72を円錐部40に嵌合させることで、LEDランプ1をランプホルダー60の径方向に位置決めでき、専用の位置決め部材を用いない簡単な構成で、LEDランプ1を位置決めすることができる。
さらに、LEDランプ1は、口金3がソケット65に完全に螺合された状態では、パッキン本体71が、口金3とソケット65との締結力によってフィン端部25Bと開口縁部66との間で押圧されるように設定されている。このため、放熱フィン25と開口縁部66との間でパッキン本体71を潰すようにして密着させることができ、環状防水パッキン70とランプホルダー60との間の防水性を向上できる。
すなわち、本実施形態のLEDランプ1によれば、胴体部2の内側面を絶縁シート28で覆う構成としたため、電気回路基板8と胴体部2とを電気的に十分に絶縁することができ、また胴体部2を電気回路基板8に電気的な絶縁が得られる程度まで近づけることができるため、LEDランプ1の小型化、及び軽量化が可能になる。なお、絶縁シート28と、胴体部2と電気回路基板8の間の距離とによって、胴体部2と電気回路基板8との二重絶縁が得られる。
これにより、胴体部2の内側面の全面を覆うように絶縁シート28を簡単に装着することができる。
この構成により、LED基板16に高い絶縁性能を持たせつつも放熱性を高めることができる。
この構成により、各導電エリア85が略扇形に形成されることとなり、各導電エリア85では径方向外側に向かうほど熱抵抗が小さくなることから、LED15の発熱を効率良く外側に伝達して拡散させることができる。
この構成により、露出部16Aの熱は、固定ブッシュ27の冷却用片27Aを通じて胴体部2に伝熱され、露出部16Aの過度な温度上昇を防止できる。
また、環状防水パッキン70の円錐孔72に、径方向内側に突出する円環状のリップ部76を形成したため、円錐孔72と円錐部40との間のシール性を向上でき、防水性を向上できる。
さらに、環状防水パッキン70に流れた液体を環状溝部73及び排水溝74を介して環状防水パッキン70の外周面側に排水でき、環状防水パッキン70の防水性を良好な状態に保つことができる。
2 胴体部
3 口金
8 電気回路基板
10 絶縁筒部
12 発光部
13 ベース板(平板)
14 挿入開口
15 LED
16 LED基板
16A 露出部
20 LED基板用放熱シート
25 放熱フィン
27 固定ブッシュ
27A 冷却用片(熱伝導材)
28 絶縁シート
35 筐体
58、65 ソケット
60 ランプホルダー
70 環状防水パッキン
80 回路パターン
81 冷却用片保持部材
82 発熱部品
83 銅箔
84、84A スリット
85 導電エリア
89 ワイヤ孔
90 電球ランプ
100 LEDランプ装置
Claims (4)
- 基板に実装された発光素子の発熱を筐体に伝熱して放熱するランプにおいて、
前記基板の実装面の発光素子を覆うカバーを備え、
前記基板は、電気的絶縁性を有し、前記発光素子の実装面と前記筐体に伝熱する裏面とのそれぞれに、導電性を有する材料から成る放熱層が設けられ、
前記基板の略中央には、リード線引出開口が形成され、リード線が前記リード線引出開口を通って前記筐体の前記基板の裏側に内蔵された電気回路基板と前記実装面に実装された発光素子とに繋がれており、
前記発光素子の実装面の前記放熱層は、スリットが形成されて複数の導電エリアに分割されており、
前記スリットを跨いで前記発光素子が配置され、当該発光素子が前記スリットの両側の導電エリアに電気的に接続されており、
前記筐体は、
周縁に沿って側壁を有し、前記基板がネジ止め固定されるベース板と、
前記ベース板の裏面側に連接され、前記電気回路基板が収められている筒状の胴体部と、
を備え、
前記実装面側の放熱層は、前記スリットが放射状に形成され、各スリットに前記発光素子が設けられており、
前記基板の両面の放熱層のそれぞれは、前記ベース板の側壁との間に電気的な絶縁を図る隙間、及び、前記基板を止める前記ネジとの間の絶縁を図る切り欠きを除き、前記基板の全面に近い大きさに形成されており、
前記ベース板の面内には、前記電気回路基板が前記胴体部に挿入される挿入開口が形成されており、
前記基板の裏面側の放熱層は、前記挿入開口に対応する箇所に、電気的絶縁性の前記基板を露出させる露出部が設けられている
ことを特徴とするランプ。 - 前記電気回路基板と前記基板の裏面との間には、前記基板の露出部に押された状態で前記電気回路基板に当接しており、前記基板の熱を前記胴体部に伝熱するブッシュが設けられており、
前記ブッシュは、前記電気回路基板の回路部品を覆う冷却用片を備え、
前記冷却用片は、
前記電気回路基板と前記胴体部の内側面との間で押し潰された状態で保持され、前記電気回路基板の回路部品と前記胴体部の内側面に密着している
ことを特徴とする請求項1に記載のランプ。 - 隣接する前記発光素子同士の前記基板の中心からの距離が異なるように、前記発光素子のそれぞれが互い違いに配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のランプ。
- 前記実装面側における放熱層に同心円状に形成されたスリットにより当該放熱層が内周側と外周側とに区画されており、
これら内周側と外周側の放熱層のそれぞれでは、前記導電エリアに分割する前記スリットに前記発光素子が配置され、当該スリットを跨いだ両側の導電エリアが電気的に接続された直列回路が形成されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のランプ。
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