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、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
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(LED電球)について説明する。
(電球形ランプの全体構成)
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を駆動する駆動回路40と、駆動回路40を保持する回路ホルダ50と、回路ホルダ50を囲むように構成されたヒートシンク60と、ヒートシンク60を囲むように構成された外郭筐体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と外郭筐体70と口金80とによって外囲器が構成されている。また、本実施の形態における電球形ランプ1では、60W形相当の明るさとなるようにLEDモジュール20が構成されている。
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。
図3において、駆動回路40は断面図ではなく側面図で示されている。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。
(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を覆う透光性カバーであって、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ように構成されている。したがって、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。
グローブ10は、開口部11を有する中空の回転体であり、本実施の形態では、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。グローブ10の軸は、ランプ軸Jと一致している。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、JISのC7710に規定された、A形、G形又はE形等を用いることができる。
図3に示すように、グローブ10は、シリコーン樹脂等の接着剤90によって支持台30に固着されて支持台30に支持されている。また、グローブ10は、開口部11の支持台側の端縁が支持台30と離間するように配置されており、開口部11と支持台30との間の隙間には、緩衝部材となる接着剤90が存在する。なお、本実施の形態において、グローブ10と支持台30と外郭筐体70とが接着剤90によって互いに固着されている。
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。
なお、グローブ10の材料としては、ガラス材に限らず、アクリル(PMMA)やポリカーボネート(PC)等の樹脂材等を用いてもよい。また、グローブ10は、必ずしも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してもよい。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させることができる。
(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、白色等の所定の色(波長)の光を放出する。図3に示すように、LEDモジュール20は、支持台30によってグローブ10内に中空に保持されており、リード線43a及び43bを介して駆動回路40から供給される電力によって発光する。
LEDモジュール20は、グローブ10の球形状の中心位置(例えば、グローブ10の内径が大きい径大部分の内部)に配置されていることが好ましい。また、本実施の形態におけるLEDモジュール20は、長尺状であり、その長手方向が支柱31の軸(ランプ軸J)と直交するように配置されている。具体的には、長尺状の基板21が、その長手方向が支柱31の軸方向と直交するようにして支柱31に支持されている。
ここで、LEDモジュール20の各構成要素について、図4を用いて説明する。図4(a)は、本実施の形態におけるLEDモジュールの平面図であり、図4(b)は、図4(a)のA−A’線における同LEDモジュールの断面図であり、図4(c)は、図4(a)のB−B’線における同LEDモジュールの断面図である。
図4の(a)〜(c)に示すように、LEDモジュール20は、基板21と、LED22と、封止部材23と、金属配線24と、ワイヤー25と、端子26a及び26bとを有する。本実施の形態におけるLEDモジュール20は、ベアチップが基板21上に直接実装されたCOB(Chip On Board)構造である。以下、LEDモジュール20の各構成要素について詳述する。
まず、基板21について説明する。基板21は、LED22を実装するための実装基板であり、LED22が実装される面である第1主面(表側面)と、当該第1主面に対向する第2主面(裏側面)とを有する。図4(a)に示すように、基板21は、例えば、平面視(グローブ10の頂部から見たとき)が長方形の矩形板状基板である。なお、基板21の形状としては、長方形以外に正方形や円形とすることもできるし、六角形や八角形等、四角形以外の多角形とすることもできる。
基板21としては、LED22から発せられる光に対して光透過率が低い基板、例えば全透過率が10%以下の白色アルミナ基板等の白色基板又は樹脂被膜された金属基板(メタルベース基板)等を用いることができる。このように、光透過率が低い基板を用いることにより、基板21を透過して第2主面ら光が出射することを抑制することができ、色ムラを抑制することができる。また、安価な白色基板を用いることができるので、低コスト化を実現することができる。
一方、基板21として、光透過率が高い透光性基板を用いることもできる。透光性基板を用いることにより、LED22の光は、基板21の内部を透過し、LED22が実装されていない面(裏側面)からも出射される。したがって、LED22が基板21の第1主面(表側面)だけに実装された場合であっても、第2主面(裏側面)からも光が出射されるので、白熱電球と近似した配光特性を容易に得ることができる。また、LEDモジュール20から全方位に光を放出させることができるので、全配光特性を実現することも可能となる。
透光性基板としては、例えば、可視光に対する全透過率が80%以上の基板、又は、可視光に対して透明な透明基板(すなわち透過率が極めて高く向こう側が透けて見える状態の基板)を用いることができる。このような透光性基板としては、多結晶のアルミナや窒化アルミニウムからなる透光性セラミックス基板、ガラスからなる透明ガラス基板、水晶からなる水晶基板、サファイアからなるサファイア基板又は透明樹脂材料からなる透明樹脂基板等を用いることができる。なお、基板21としては、樹脂基板又はフレキシブル基板を用いることもできる。
基板21は、第2主面が支持台30(支柱31)の固定面と面接触するようにして支持台30に接続される。また、基板21には、図3に示す2本のリード線43a及び43bとの電気的接続を行うために、2つの貫通孔27a及び27bが設けられている。リード線43a(43b)は、先端部が貫通孔27a(27b)に挿通されて基板21に形成された端子26a(26b)と半田接続される。
次に、LED22について説明する。LED22は、発光素子の一例であって、所定の電力により発光する半導体発光素子である。各LED22は、いずれも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LEDチップを用いている。青色LEDチップとしては、例えばInGaN系の材料によって構成された、中心波長が440nm〜470nmの窒化ガリウム系の半導体発光素子を用いることができる。
また、LED22は、基板21の第1主面(表側面)のみに実装されており、基板21の長辺方向に沿って複数の列をなすようにして複数個実装されている。本実施の形態では、複数個のLED22を一列とする素子列が並行するように4列で配置されている。なお、LED22の素子列は、4列に限らず、1〜3列としてもよいし、5列以上としてもよい。
次に、封止部材23について説明する。封止部材23は、例えば樹脂からなり、LED22を覆うように構成されている。封止部材23は、複数のLED22の一列分を一括封止するように形成されている。本実施の形態では、LED22の素子列が4列で実装されているので、4本の封止部材23が形成される。4本の封止部材23の各々は、複数のLED22の並び方向(列方向)に沿って基板21の第1主面上に直線状に設けられている。
封止部材23は、主として透光性材料からなるが、LED22の光の波長を所定の波長に変換する必要がある場合には、波長変換材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、波長変換材として蛍光体を含み、LED22が発する光の波長(色)を変換する波長変換部材である。このような封止部材23としては、例えば、蛍光体粒子を含有する絶縁性の樹脂材料(蛍光体含有樹脂)によって構成することができる。蛍光体粒子は、LED22が発する光によって励起されて所望の色(波長)の光を放出する。
封止部材23を構成する樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。また、封止部材23には、光拡散材を分散させてもよい。なお、封止部材23は、必ずしも樹脂材料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。
封止部材23に含有させる蛍光体粒子としては、例えば、LED22が青色光を発光する青色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が混ざって封止部材23から白色光となって出射される。なお、光拡散材としては、シリカなどの粒子が用いられる。
本実施の形態における封止部材23は、シリコーン樹脂に所定の蛍光体粒子を分散させた蛍光体含有樹脂としており、ディスペンサーによって基板21の第1主面に塗布して硬化させることで形成することができる。この場合、封止部材23は蒲鉾形であり、封止部材23の長手方向に垂直な断面における形状は、略半円形となる。
なお、基板21の表面側から裏面側に向かう光(漏れ光)を波長変換するために、LED22と基板21との間あるいは基板21の第2主面(裏側面)に、第2波長変換部材として、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等の蛍光体膜(蛍光体層)又は基板21の表面と同じ蛍光体含有樹脂をさらに形成しても構わない。このように、基板21の第2主面に第2波長変換部材をさらに形成することにより基板21の両面から白色光を放出することができる。
次に、金属配線24について説明する。金属配線24は、LED22を発光させるための電流が流れる導電性配線であって、基板21の表面上に、所定形状にパターン形成される。図4(a)に示すように、金属配線24は、基板21の第1主面に形成される。金属配線24によって、リード線43a及び43bからLEDモジュール20に給電された電力が各LED22に供給される。
金属配線24は、各LED素子列における複数のLED同士を直列接続するために形成されている。例えば、金属配線24は、隣り合うLEDの間に島状に形成されている。また、金属配線24は、各素子列同士を並列接続するために形成されている。各LED22は、ワイヤー25を介して金属配線24と電気的に接続されている。なお、LED22の間の島状の金属配線24は設けなくても構わない。この場合、隣り合うLED22同士は、chip−to−chipによってワイヤーボンディングされる。
金属配線24は、例えば、金属材料からなる金属膜をパターニングしたり、印刷したりすることによって形成することができる。金属配線24の金属材料としては、例えば、銀(Ag)、タングステン(W)又は銅(Cu)等を用いることができる。
また、封止部材23から露出する金属配線24については、端子26a及び26bを除いて、ガラス材によるガラス膜(ガラスコート膜)又は樹脂材による樹脂膜(樹脂コート膜)によって被覆することが好ましい。これにより、LEDモジュール20における絶縁性を向上させたり、基板21の表面の反射率を向上させたりすることができる。
次に、ワイヤー25について説明する。ワイヤー25は、例えば金ワイヤー等の電線である。図4(b)に示すように、ワイヤー25は、LED22と金属配線24とを接続する。なお、ワイヤー25は、封止部材23から露出しないように、全体が封止部材23の中に埋め込まれている。
次に、端子26a及び26bについて説明する。端子26a及び26bは、LED22を発光させるための直流電力をLEDモジュール20の外部から受電するための外部接続端子である。本実施の形態において、端子26a及び26bは、リード線43a及び43bと半田接続される。
また、端子26a及び26bは、LEDモジュール20の給電端子であって、リード線43a及び43bから受電した直流電力を、金属配線24とワイヤー25とを介して各LED22に供給する。
端子26a及び26bは、貫通孔27a及び27bを囲むように基板21の第1主面に所定形状で形成される。端子26a及び26bは、金属配線24と連続して形成されており、また、金属配線24と電気的に接続されている。なお、端子26a及び26bは、金属配線24と同じ金属材料を用いて、金属配線24と同時にパターン形成される。
(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。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。
支持台30は、金属又は樹脂によって構成することができる。LEDモジュール20で発生した熱を効率良く支持台30に放熱させるために、支持台30は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)又は鉄(Fe)等を主成分とする金属材料又は熱伝導率の高い樹脂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。なお、支持台30を樹脂によって構成する場合、白色等の有色の樹脂材料によって構成したり、透光性を有する樹脂材料によって構成したりすることができる。
支持台30は、支柱31と台座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によって構成されている。
図3に示すように、支柱31は、グローブ10の開口部11の近傍からグローブ10の内方に向かって延設された長尺状部材である。本実施の形態において、支柱31は、当該支柱31の軸がランプ軸Jに沿って延設されている。つまり、支柱31の軸とランプ軸Jとは同軸である。
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の一端にはLEDモジュール20が接続され、支柱31の他端には台座32が接続されている。
具体的に、支柱31の頂部には、LEDモジュール20の基板21を固定するための固定面が形成されている。LEDモジュール20は、例えば、固定面に載置されて接着剤等によって固定面に接着される。
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。また、台座32は、ヒートシンク60に接続されている。本実施の形態において、台座32は、台座32の外周がヒートシンク60の内面に接触するように、ヒートシンク60の第1開口部60aに嵌め込まれている。
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とで段差部が構成されている。例えば、径小部32aは、厚さが3mmで直径が18mm程度であり、径大部32bは、厚さが3mmで直径が42mm程度である。なお、段差部の高さは、例えば4mm程度である。径小部32a及び径大部32bは、例えば、肉厚3mmのアルミ板をプレス加工することによって同時に形成することができる。
径小部32aは、支柱31との接続部を構成する。径小部32a(台座32)と支柱31とは、例えば、接着剤やねじ等の固定部材を用いて固定したり、支柱31を径小部32aに圧入したりすることで固定できる。なお、径小部32aには、リード線43a及び43bを挿通するための2つの挿通孔が設けられている。
径大部32bは、ヒートシンク60との接続部を構成し、ヒートシンク60と嵌め合わされる。台座32は、径大部32bの外周面がヒートシンク60の内周面に接触するようにしてヒートシンク60の第1開口部60aに嵌め込まれている。これにより、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。
また、径大部32bの上面にはグローブ10の開口部11が当接し、グローブ10の開口部11が塞がれる。さらに、径大部32b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つの凹部が形成されている。なお、台座32とヒートシンク60とは、カシメによって固定するのではなく、シリコーン樹脂等の接着剤を用いて固定することもできる。
本実施の形態において、支柱31と台座32とは別体で構成したが、支柱31と台座32とを一体的に形成することによって支持台30を構成してもよい。
(駆動回路)
駆動回路(回路ユニット)40は、LEDモジュール20(LED22)を発光(点灯)させるための点灯回路(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。図3に示すように、駆動回路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。
駆動回路40は、回路基板41と、LEDモジュールを点灯させるための電力を生成する複数の回路素子(電子部品)42とによって構成されている。各回路素子42は、回路基板41に実装される。
回路基板41は、一方の面(半田面)に銅箔等の金属配線がパターニングされたプリント基板である。回路基板41に実装された複数の回路素子は、金属配線によって互いに電気的に接続されている。また、回路基板41には、回路素子のリード線(脚)が挿入される貫通孔(不図示)が複数形成されている。本実施の形態において、回路基板41は、当該回路基板41の主面がランプ軸Jと略直交する姿勢(横置き)で回路ホルダ50に保持されている。なお、回路基板41は、当該回路基板41の主面の法線がランプ軸Jと略直交する姿勢(縦置き)で配置されていてもよい。
回路素子42は、例えば、電解コンデンサやセラミックコンデンサ等の容量素子、抵抗器等の抵抗素子、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の上記一方の面の主面(図3では下面)に実装されている。つまり、回路基板41は、当該回路基板41の他方の面の主面(図3では上面)がグローブ10の開口部11の開口面と対面するように、すなわちキャップ52の蓋部と対面するように配置されている。
このように構成される駆動回路40は、回路ホルダ50に収納されることでランプ外部との絶縁性が確保されている。なお、駆動回路40には、調光回路や昇圧回路などが組み合わされていてもよい。
駆動回路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、駆動回路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は高圧側出力端子線であり、リード線43bは低圧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、図4(a)に示されるLEDモジュール20の基板21の貫通孔27a及び27bに挿通されて端子26a及び26b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。
また、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を、口金80から駆動回路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。
(回路ホルダ)
回路ホルダ50は、駆動回路40を保持するための保持部材であり、グローブ10と口金80との間に位置する。本実施の形態における回路ホルダ50は、図3に示すように、回路ケース51とキャップ52とによって構成されている。
回路ケース51は、回路素子42を囲むように構成された絶縁ケースであり、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。
本実施の形態における回路ケース51は、両側に開放された開口部を有する絶縁性の筒体(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。駆動回路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のキャップ52側の開口部には回路基板41が配置されている。回路基板41は、例えば、第1ケース部51aの内面に形成された複数の凸部に載置される。第1ケース部51aは、口金80側に向かって内径及び外径が漸次小さくなるように構成されている。
一方、口金側に位置する第2ケース部51bは口金80内に収納されている。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、回路ホルダ50(回路ケース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ホルダ50(回路ケース)に固定される。
回路ケース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。また、回路ケース51(第1ケース部51a)とヒートシンク60との間には所定の間隔が設けられている。
キャップ52は、キャップ状に構成された絶縁性の略有底筒体である。キャップ52も、回路ケース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52の上面形状は支持台30の表面形状に沿うように構成されており、キャップ52の上面には、支柱31に対応するように構成された凹部が形成されている。当該凹部は、台座32の裏面から駆動回路40側に向かって突出するように形成されている。
なお、駆動回路40は、回路ケース51に保持されるように構成したが、キャップ52に保持されるように構成してもよい。また、本実施の形態において、回路ホルダ50の一部としてキャップ52を設けたが、キャップ52を設けずに、回路ケース51のみによって回路ホルダ50を構成しても構わない。
(ヒートシンク)
ヒートシンク60は、駆動回路40を囲むように構成された筒体(筐体)である。すなわち、ヒートシンク60の内方には駆動回路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、回路ホルダ50を介して駆動回路40を囲っている。
また、ヒートシンク60は、放熱部として機能し、支持台30に接触した状態で支持台30に接続されている。これにより、LEDモジュール20で発生した熱は、支持台30を介してヒートシンク60に伝導するので、LEDモジュール20の熱を放熱させることができる。
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とよく、本実施の形態では、回路ケース51よりも熱伝導率が大きい材料によって構成されている。ヒートシンク60は、例えば金属製とすることができ、本実施の形態では、アルミニウムによって構成されている。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、グローブ側の開口部である第1開口部60aと口金側の開口部である第2開口部60bとを有し、第1開口部60aが第2開口部60bよりも大きくなるように構成されている。ヒートシンク60は、口金80側に向かって内径及び外径が漸次小さ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。
このように構成されるヒートシンク60は、回路ケース51(第1ケース部51a)及び外郭筐体70との間に所定の隙間をあけるようにして、回路ケース51と外郭筐体70との間に配置されている。つまり、ヒートシンク60の内周面と回路ケース51(第1ケース部51a)の外周面との間、及び、ヒートシンク60の外周面と外郭筐体70の内周面との間には、空気層が存在する。これにより、回路ケース51、ヒートシンク60及び外郭筐体70が互いに線膨張係数が異なっていても、各部材の熱収縮差又は熱膨張差を隙間によって吸収することができるので、樹脂製部材にクラックが発生することを抑制できる。
(外郭筐体)
外郭筐体70は、ヒートシンク60と隙間をあけてヒートシンク60の周囲を囲むように構成された筒体(筐体)である。本実施の形態における外郭筐体70は、絶縁性カバーであり、例えばPBT等の絶縁性樹脂材料によって構成することができる。絶縁性を有する外郭筐体70によって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。
外郭筐体70の外面は、ランプ外部(大気中)に露出している。一方、外郭筐体70の内周面は、ヒートシンク60の外周面と対面している。本実施の形態において、外郭筐体70の外周面とヒートシンク60の内周面との間には隙間が設けられている。
外郭筐体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。本実施の形態において、外郭筐体70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。
(口金)
口金80は、LEDモジュール20(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る。これにより、口金80は、電球形ランプ1を点灯させる際に、照明器具のソケットから電力を受けることができる。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43dを介して駆動回路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51の第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、E17形又はE16形等が挙げられる。
以下、本実施の形態における電球形ランプ1の特徴的な構成とその作用効果について、本発明に至った経緯を含めて、図5を用いて詳細に説明する。図5は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの要部拡大断面図であり、図3の破線で囲まれる領域Rの拡大図である。
一般的に、電球形LEDランプは、ランプ点灯時に、LEDモジュール20及び駆動回路40から熱が発生して、温度上昇する。グローブ10及び支持台30は、この温度上昇によって熱膨張(体積膨張)する。この場合、ランプ消灯時に、グローブ10の開口部11の端面が支持台30の台座32の表面に接触していると、点灯時におけるグローブ10及び支持台30の熱膨張によってグローブ10及び支持台30に過剰な応力がかかる。この結果、グローブ10及び支持台30に歪みが生じて、強度的に弱い方にクラックや欠け等が発生する。
また、グローブ10の開口部11の端面と支持台30の台座32の表面とが接触しておらず、開口部11と台座32との間には接着のためだけの僅かな接着剤90(接着層)が存在していているような場合もある。しかしながら、この場合でも、グローブ10及び支持台30は、熱膨張によって互いに過剰な応力がかかってしまい、グローブ10及び支持台30に歪みが生じる場合がある。特に、グローブ10と支持台30との材質が異なっていると、線膨張係数が異なるために熱膨張差が生じることとなる。この結果、グローブ10及び支持台30が熱膨張すると、この熱膨張差によってグローブ10及び支持台30が応力を受けやすくなってしまい、グローブ10及び支持台30に歪みが生じる。
つまり、グローブ10と支持台30との材質が異なっている場合には、グローブ10と支持台30との間に僅かな隙間があってもグローブ10及び支持台30に歪みが生じてしまう。特に、グローブ10がガラス製で、支持台30が金属製である場合、支持台30の方がグローブ10よりも線膨張係数が数倍も高いことから、グローブ10と支持台30との熱膨張差が大きくなり、支持台30よりも強度的に弱いグローブ10にクラックが発生する。また、グローブ10が樹脂製で、支持台30が金属製である場合は、グローブ10の方が支持台30よりも線膨張係数が数倍も高く、この場合にもグローブ10と支持台30との熱膨張差が大きくなり、強度的に弱いグローブ10の方にクラックが発生する。
さらに、電球形ランプ1は点灯と消灯とが繰り返されるので、グローブ10及び支持台30は、熱膨張と熱収縮とを繰り返すことになるので、過剰な応力を繰り返して受けることになる。このため、グローブ10と支持台30とが接触していたり近接していたりすると、グローブ10及び支持台30に歪みが蓄積され、グローブ10及び支持台30の経時的な劣化を早めることになる。
また、近年、電球形LEDランプの高ワット化(60W等)が要望されており、電球形LEDランプが一層高温となる傾向にある。このため、消灯時から点灯時への熱膨張(体積膨張)の割合が大きくなり、膨張する体積量が大きくなっている。したがって、60W以上の高ワットの電球形LEDランプでは、熱膨張によってより大きな歪みがグローブ10及び支持台30に生じ、クラックが発生しやすい。
そこで、本願発明者らは、鋭意検討した結果、グローブ10の開口部と支持台30との間に隙間が存在するようにしてグローブ10及び支持台30を配置して、その隙間に緩衝部材を挿入させることで、上記課題を解決できると考えた。
本実施の形態では、図5に示すように、グローブ10の開口部11の端縁(端面)と支持台30の台座32の表面との間の隙間に、緩衝部材として接着剤90を設けている。つまり、接着剤90を、グローブ10と支持台30とを接合する接合部材として機能させるだけではなく、グローブ10及び支持台30が熱膨張(体積膨張)によって干渉しあうことを抑制する緩衝部材として機能させている。このように、グローブ10の開口部の端縁と支持台30との間に介在する緩衝部材は、温度上昇時の熱膨張によってグローブ10と支持台30とが衝突することを抑制する。
以上、本実施の形態における電球形ランプ1によれば、点灯時の温度上昇によってグローブ10及び支持台30が熱膨張した場合でも、グローブ10の開口部11の端縁と支持台30との間の隙間に緩衝部材としても機能する接着剤90を設けることによって、グローブ10及び支持台30の熱膨張による応力を緩和(吸収)することができる。
このように、グローブ10及び支持台30が熱膨張したことによる応力を接着剤90で緩和(吸収)させることができるので、熱膨張によるグローブ10と支持台30の衝突を抑制できる。つまり、熱膨張によってグローブ10の開口部11と支持台30とが接触して、グローブ10及び支持台30に過剰な押圧力が付与されてしまうことを抑制できる。これにより、グローブ10及び支持台30に歪みが生じることを抑制することができる。
特に、グローブ10がガラス製又は樹脂製で、支持台30が金属製である場合、グローブ10と支持台30とが衝突し合うと、強度的に弱いグローブ10の方にクラックが発生するが、本実施の形態のように構成することで、グローブ10と支持台30との衝突を抑制でき、グローブ10にクラックが発生することを抑制できる。
また、グローブ10と支持台30との衝突をより回避するためには、接着剤90は所定の厚さ以上とすることが好ましい。この場合、グローブ10の線膨張係数をα1[m/K]とし、支持台30の線膨張係数をα2[m/K]とし、接着剤90(緩衝部材)の弾性率をβ[Pa]とし、グローブ10の開口部11における支持台30側の端面の面積をS[m2]とすると、図5における接着剤90の厚さd[m]は、以下の(式1)の関係式を満たすように構成すればよい。
d≧5×(α2−α1)×β×S×10−3・・・(式1)
例えば、グローブ10がガラス製、支持台30がアルミニウム製、接着剤90がシリコーン樹脂であるとすると、一例として、α1=0.9×10−5[m/K]、α2=2.4×10−5[m/K]、β=1×106[Pa]である。また、グローブ10の開口部11の厚み(t)が1[mm]であり、開口部11の開口径(直径)が20[mm]であるとすると、開口部11における支持台30側の端面(ドーナツ状面)の面積S[m2]はS=21π×10−6[m2]である。なお、グローブ10の開口部11の支持台30側の端部形状は、断面視において曲面となっているが、面積Sは、厚み(t)の開口部11における支持台30への投影面積として計算している。
この場合、接着剤90の厚さdは、(式1)より、約5×10−6[m]以上とすればよい。より好ましくは、d≧10×10−6[m]とするとよい。
また、接着剤90を所定の厚さ以上にするには、例えば、従来よりも接着剤90を多めに形成すればよい。具体的には、接着剤90がシリコーン樹脂である場合、まず、支持台30の台座32とグローブ10の開口部11との間にシリコーン樹脂を塗布し、その後、シリコーン樹脂を硬化させる。このとき、シリコーン樹脂を従来よりも多めに塗布することで、緩衝部材としても機能するシリコーン樹脂を形成することができる。なお、接着剤90としては、シリコーン樹脂に限らず、その他の熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂以外の接着剤等を用いることもできる。
このように、緩衝部材(接着剤90)を所定の厚さ以上とすることによって、グローブ10と支持台30とが熱膨張した場合でも、上昇温度によらず、グローブ10と支持台30とが衝突することを回避できる。
(変形例1)
次に、本発明の変形例1に係る電球形ランプ1Aについて、図6を用いて説明する。図6は、本発明の変形例1に係る電球形ランプの要部拡大断面図である。
本変形例における電球形ランプ1Aと上記実施の形態における電球形ランプ1とは、緩衝部材の構成が異なる。図6に示すように、本変形例に係る電球形ランプ1Aでは、グローブ10の開口部11の端縁と支持台30の台座32との間に、緩衝部材としてスペーサ100が設けられている。つまり、スペーサ100は、グローブ10と支持台30とに挟持されている。
スペーサ100は、グローブ10と支持台30との間に隙間を確保するために設けられており、例えば支持台30から開口部11に向かって突出するように突起状に構成される。本変形例におけるスペーサ100は、図6に示すように、断面視形状が矩形状となるように構成されており、グローブ10との接触面及び支持台30との接触面はいずれも平面である。
スペーサ100は、グローブ10の開口部11の全周に接触する1つの環状部材でもよいし、グローブ10の開口部11の周方向に沿って断続的に設けられた複数の個片でもよい。なお、スペーサ100を複数の個片で構成する場合、各個片の大きさや形状は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
スペーサ100の材質としては、アルミニウム等の金属、PBT等の樹脂、アルミナ等のセラミックス、又は、ガラス等を用いることができる。
また、本変形例では、図6に示すように、グローブ10と支持台30とスペーサ100とを固定するために、シリコーン樹脂等の接着剤90も形成されている。なお、接着剤90は、ヒートシンク60及び外郭筐体70にもわたって形成されている。
本変形例におけるスペーサ100は、予め所定形状に成形された成形品である。したがって、グローブ10と支持台30との間にスペーサ100を配置してから接着剤90を形成する。
以上、本変形例における電球形ランプ1Aによれば、グローブ10の開口部11と支持台30との間の隙間には、グローブ10及び支持台30が熱膨張(体積膨張)によって干渉しあうことを抑制するための緩衝部材として、接着剤90とは別に、スペーサ100が設けられている。これにより、ランプ点灯時の温度上昇によってグローブ10及び支持台30が熱膨張しても、グローブ10及び支持台30の熱膨張による応力をスペーサ100で緩和(吸収)することができる。
また、スペーサ100の厚さdは、所定の値以上にすることが好ましい。この場合、グローブ10の線膨張係数をα1[m/K]とし、支持台30の線膨張係数をα2[m/K]とし、スペーサ100(緩衝部材)の弾性率をβ[Pa]とし、開口部11における支持台30側の端面の面積をS[m2]とすると、図6におけるスペーサ100の厚さd[m]は、上記実施の形態と同様に、上記(式1)の関係式を満たすように構成すればよい。
以上、本変形例における電球形ランプ1Aによれば、点灯時の温度上昇によってグローブ10と支持台30とが熱膨張したとしても、スペーサ100によってグローブ10及び支持台30の熱膨張による応力を緩和(吸収)することができる。これにより、上記実施の形態と同様に、グローブ10の開口部11と支持台30との衝突によってグローブ10及び支持台30に歪みが生じることを抑制することができる。
(変形例2)
次に、本発明の変形例2に係る電球形ランプ1Bについて、図7を用いて説明する。図7は、本発明の変形例2に係る電球形ランプの要部拡大断面図である。
本変形例における電球形ランプ1Bと上記変形例1における電球形ランプ1Aとは、スペーサ200(緩衝部材)の形状が異なる。すなわち、本変形例におけるスペーサ200は、図7に示すように、断面視において、スペーサ200におけるグローブ10との接触面が傾斜面となっている。また、本変形例において、スペーサ200の傾斜面は、ランプ外方に傾斜している。
スペーサ200は、変形例1と同様に、グローブ10の開口部11と支持台30の台座32との間に設けられており、グローブ10と支持台30とに挟持されている。また、本変形例でも、スペーサ200は、グローブ10と支持台30との間に隙間を確保するために設けられており、支持台30から開口部11に向かって突出するように突起状に構成されている。
また、変形例1と同様に、スペーサ200は、グローブ10の開口部11の全周に接触するように構成された1つの環状部材でもよいし、グローブ10の開口部11の周方向に沿って断続的に設けられた複数の個片でもよい。
また、変形例1と同様に、スペーサ100の材質としては、アルミニウム等の金属、PBT等の樹脂、アルミナ等のセラミックス、又は、ガラス等を用いることができる。
また、変形例1と同様に、スペーサ200とは別に、グローブ10と支持台30とスペーサ200とを固定するために、シリコーン樹脂等の接着剤90も形成されている。
以上、本変形例における電球形ランプ1Bによれば、変形例1と同様に、グローブ10の開口部11と支持台30との間の隙間には、グローブ10及び支持台30が熱膨張(体積膨張)によって干渉しあうことを抑制するための緩衝部材として、接着剤90とは別に、スペーサ200が設けられている。これにより、ランプ点灯時の温度上昇によってグローブ10及び支持台30が熱膨張したとしても、スペーサ200によってグローブ10及び支持台30の熱膨張による応力を緩和(吸収)することができる。これにより、グローブ10と支持台30との衝突によってグローブ10及び支持台30に歪みが生じることを抑制することができる。
また、スペーサ200の厚さは、所定の値以上にすることが好ましく、変形例1と同様に、上記(式1)の関係式を満たすように構成すればよい。
なお、本変形例では、スペーサ200のグローブ側との接触面が傾斜面となっている。これにより、グローブ10が熱膨張したときに、グローブ10は、傾斜面に沿って支持台30の表面に対して傾いて膨張することになる。したがって、本変形例のスペーサ200の厚さが変形例1のスペーサ100の厚さよりも薄い場合であっても、グローブ10と支持台30との衝突を回避することが可能となる。
(変形例3)
次に、本発明の変形例3に係る電球形ランプ1Cについて、図8を用いて説明する。図8は、本発明の変形例3に係る電球形ランプの要部拡大断面図である。
本変形例における電球形ランプ1Cと上記変形例1における電球形ランプ1Aとは、スペーサ300(緩衝部材)の構成が異なる。すなわち、本変形例におけるスペーサ300は、図8に示すように、スプリング状に構成されており、付勢力を有する。
スペーサ300は、変形例1と同様に、グローブ10の開口部11と支持台30の台座32との間に設けられており、グローブ10と支持台30とに挟持されている。また、本変形例でも、スペーサ300は、グローブ10と支持台30との間に隙間を確保するために設けられている。スペーサ300は、例えば、アルミニウム等の金属材又は樹脂材を用いて構成することができる。
また、変形例1と同様に、スペーサ300とは別に、グローブ10と支持台30とスペーサ300とを固定するために、シリコーン樹脂等の接着剤90も形成されている。
以上、本変形例における電球形ランプ1Cによれば、グローブ10の開口部11と支持台30との間の隙間には、グローブ10及び支持台30が熱膨張(体積膨張)によって干渉しあうことを抑制するための緩衝部材として、接着剤90とは別に、スプリング状のスペーサ300が設けられている。これにより、ランプ点灯時の温度上昇によってグローブ10及び支持台30が熱膨張したとしても、グローブ10及び支持台30の熱膨張による応力を、スペーサ300の付勢力によって緩和(吸収)することができる。これにより、グローブ10と支持台30との衝突によってグローブ10及び支持台30に歪みが生じることを抑制することができる。
(変形例4)
次に、本発明の変形例4に係る電球形ランプ1Dについて、図9を用いて説明する。図9は、本発明の変形例4に係る電球形ランプの要部拡大断面図である。
本変形例における電球形ランプ1Dと上記実施の形態における電球形ランプ1とは、緩衝部材の構成が異なる。本変形例に係る電球形ランプ1Dでは、グローブ10の開口部11と支持台30の台座32との間に介在する緩衝部材が、支持台30の一部を加工して構成されている。つまり、上記実施の形態及び変形例1〜3では、緩衝部材は支持台30とは別個に設けられていたが、本変形例では、緩衝部材は支持台30と一体的に構成されている。
本変形例では、図9に示すように、緩衝部材として突出部30Aが設けられている。具体的に、突出部30Aは、台座32の一部を切り起こすことによって形成された板バネ状の切り起こし部である。このため、本変形例では、上記実施の形態における支持台30よりも厚みの薄いものを用いることが好ましい。肉厚の薄い金属板等を用いることによって、金属板の一部を容易に切り起こすことができる。
突出部30A(緩衝部材)は、突出部30A以外の部分において、グローブ10の開口部11と支持台30との間に隙間を確保するために設けられており、例えば、グローブ10の開口部11の周方向に沿って複数個所に断続的に形成することができる。また、本変形例でも、グローブ10と支持台30(突出部30A)とを固定するために、シリコーン樹脂等の接着剤90が形成されている。
以上、本変形例における電球形ランプ1Dによれば、接着剤90とは別に、グローブ10及び支持台30が熱膨張(体積膨張)によって干渉しあうことを抑制するための緩衝部材として、支持台30の一部を加工して突出部30Aを設けている。これにより、ランプ点灯時の温度上昇によってグローブ10及び支持台30が熱膨張したとしても、突出部30Aによってグローブ10及び支持台30の熱膨張による応力を突出部30Aによって緩和(吸収)することができる。これにより、グローブ10と支持台30との衝突によってグローブ10及び支持台30に歪みが生じることを抑制することができる。
特に、本変形例において、突出部30Aは、支持台30の一部を切り起こして形成されているので、付勢力を有する。これにより、グローブ10が熱膨張したときに、グローブ10及び支持台30の熱膨張による応力を、突出部30Aの付勢力によって吸収することができる。これにより、グローブ10と支持台30との衝突によってグローブ10及び支持台30に歪みが生じることを抑制することができる。
なお、本変形例において、緩衝部材(突出部30A)は、支持台30と一体的に形成したが、緩衝部材(突出部)は、支持台30ではなくグローブ10と一体的に形成してもよい。この場合、例えば、グローブ10の開口部11の支持台側の端部に、緩衝部材として爪状の突出部を形成することができる。なお、グローブ10に緩衝部材を形成する場合、グローブ10は樹脂材で構成するとよい。グローブ10を樹脂材で構成することにより、ガラス材よりも加工が容易となるので、所望の形状の突出部を形成することができる。
(照明装置)
また、本発明は、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10を用いて説明する。図10は、本発明の実施の形態に係る照明装置の概略断面図である。
図10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。
なお、照明器具としては、図10に示す構成のものに限らず、ダウンライトやスポットライトのように天井に埋込配設された天井埋込型の照明器具等を用いることもできる。
また、本実施の形態における照明装置では、上記実施の形態における電球形ランプ1を用いたが、変形例1〜4における電球形ランプ1A〜1Dを用いてもよい。
(その他)
以上、本発明に係る照明用光源及び照明装置について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態及び変形例において、ヒートシンク60を囲むように外郭筐体70を設けたが、外郭筐体70は設けなくても構わない。この場合、ヒートシンク60が電球形ランプ1の外郭筐体を構成する。
また、上記の実施の形態及び変形例において、支持台30は支柱31を有するように構成したが、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。また、グローブ10としては、球状のものではなく、半球状のものを用いてもよい。
また、上記の実施の形態及び変形例において、LEDモジュール20は基板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び変形例において、LEDモジュール20の基板21としては、1枚の白色基板を用いたが、表面にLED22及び封止部材23を形成した2枚の白色基板の裏側の面同士を貼り合わせることで、1つのLEDモジュール20を構成しても構わない。つまり、両面発光のLEDモジュールを用いてもよい。
また、上記の実施の形態及び変形例において、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、上記の実施の形態及び変形例において、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、上記の実施の形態及び変形例において、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、又は、有機EL(Electro Luminescence)や無機EL等のEL素子等、その他の固体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、又は、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。