JP6176895B2 - Ｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明は、主に屋外での使用を目的としたＬＥＤランプに関する。

近年、環境意識の高まりから、省電力化に優れたＬＥＤ素子を光源に使用した、電源回路が内蔵された電球形のＬＥＤランプが盛んに用いられるようになってきた。特に最近は、高輝度なＬＥＤランプが求められるようになってきており、そのために使用されるＬＥＤ素子も出力の大きなものが使用され、供給する電力も大きくなってきている。これに伴ってＬＥＤ素子の発熱と、電源基板に実装される電気部品の発熱が問題になってきており、両者間での熱的な影響を減らし、それぞれの放熱を効率的に行うためのＬＥＤランプが検討されている。

例えば特許文献１に記載されているＬＥＤランプでは、ＬＥＤ素子が実装された裏面と放熱部が接し、この放熱部と口金との間に、熱伝導性の小さな樹脂製の電源回路収納部が配置されており、放熱部から口金側への熱的影響が小さい構造となっている。
また特許文献２に記載されている発光素子ランプでは、発光素子と、口金と螺合する断熱性の筒状部材の一部とが、熱伝導性のケースに収納され、この筒状部材の内部空間に電源回路が収納されている。筒状部材は断熱性であるため、ケースと口金の間で熱伝導が行われ難くなっており、電源回路で発生した熱も発光素子に伝わりにくくなっている。

特開２００５−２８６２６７ 特開２０１０−２８２９８６

しかしながら、特許文献１に記載されているＬＥＤランプでは、口金と、ＬＥＤ素子が実装された基板との間に、放熱部と回路収納部とが、口金軸線方向に直列に配置されているので、小型化しずらい構造となっている。また、小型化に伴い回路収納部の内部空間が小さくなると、ＬＥＤ素子の熱が伝わりやすくなり、電源基板の電気部品の温度が上昇する可能性がある。
また特許文献２に記載されている発光素子ランプでは、断熱性の筒状部材の一部が熱伝導性のケース内に位置しているため、断熱性の筒状部材といえども、ＬＥＤ素子と電源基板に実装された電気部品との間で熱のやり取りが起きる可能性がある。

本発明は、以上のような課題を解決するため鋭意検討した結果なされたものであり、ＬＥＤ素子の熱を、電源基板に実装された電気部品に伝導させないで効率的に放熱させることで、高輝度で長寿命なＬＥＤランプを提供するものである。

請求項１に記載の発明にあたっては、ＬＥＤ素子が実装されたＬＥＤ基板と、一端が開口した、内部が中空な筒状体の開口面側に前記ＬＥＤ基板が配置され、他端側に口金が接合された筐体と、前記ＬＥＤ基板と、前記筐体との間に、少なくともその一部が配置された放熱部材とからなり、前記放熱部材の少なくとも一部が外気に露出し、前記放熱部材の熱伝導性よりも小さい熱伝導性を有する前記筐体の内部に、電源基板が収容されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明にあたっては、前記筐体の開口面側に、前記放熱部材よりも熱伝導性の小さな電気絶縁性部材が接合され、前記開口面を塞いでいることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明にあたっては、前記放熱部材は、一端面が開口し、他端面が閉口した、内部が中空な有底筒状体であって、前記有底筒状体の開口縁部に、透光性カバーが接合され、前記開口面を覆い、前記有底筒状体の内部の底面に、前記ＬＥＤ基板が載置され、前記有底筒状体の外側の底面に、前記筐体の開口縁部及び前記電気絶縁性部材のうち少なくとも1つが接合され、前記有底筒状体の全外周面が外気に露出していることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明にあたっては、前記放熱部材と前記透光性カバーとの接合部及び、
前記放熱部材と前記筐体との接合部とに、それぞれ弾性体の環状パッキンを取り付けた前記ＬＥＤランプにおいて、前記有底筒状体の全外周面が、外気に露出していることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明にあたっては、前記透光性カバーの開口縁部の外周面に形成された周溝に、弾性体の環状パッキンＡが嵌めこまれ、前記有底筒状体の開口面の内部に、前記カバーの開口縁部が挿入され、前記有底筒状体の内周面と、前記カバーの開口縁部の外周面及び前記環状パッキンＡとが接触し、前記筐体の開口縁部の端面に形成された環状溝に、弾性体の環状パッキンＢが嵌め込まれ、前記有底筒状体の外側の底面と、前記筐体の開口縁部の端面及び前記環状パッキンＢとが接触していることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明にあたっては、前記筐体の中心線に平行に、電源基板が収容され、
口金から供給された電流が、前記中心線に平行に、口金側端部と、ＬＥＤ基板側端部との間で、複数回向きを変えて流れる前記電源基板を収容したＬＥＤランプであって、相対的に最大定格温度の低い電子部品及び発熱量の大きな電子部品を、前記電源基板上の口金側または電源基板から口金側に離間した位置に配置したことを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明にあたっては、前記相対的に最大定格温度の低い電子部品及び発熱量の大きな電子部品が、放熱性樹脂で埋設され、前記筐体と熱的に接合していることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、一部が外気に露出した放熱部材が、ＬＥＤ基板と筐体の間に位置しているので、ＬＥＤ素子で発生した熱が、放熱部材の外気露出部分で放熱され、放熱部材よりも熱伝導性の小さな筐体には熱伝導しないようになる。そのため、前記筐体の内部に配置された電源基板上の電子部品への熱伝導も抑制され、また、電子部品で発生した熱もＬＥＤ素子に熱伝導されにくく、ＬＥＤ素子と電子部品相互間の熱的な影響を抑制した高輝度で長寿命なＬＥＤランプを提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、電気絶縁性部材は、放熱性部材よりも熱伝導性が小さく、前記電気絶縁性部材で前記筐体の開口部を覆うことでＬＥＤ素子と電子部品相互間の熱的な影響を更に抑制した高輝度で長寿命なＬＥＤランプを提供できる。

請求項３の発明によれば、放熱部材の外周面は、前記筐体とは接触せずに、透光性カバー側に延出され、なおかつ外気に露出している。それによって、ＬＥＤ素子で発生した熱は、前記筐体とは逆側の透光性カバー側に向かって流れやすくなっている。そのため電源基板上の電子部品へのＬＥＤ素子からの熱的な影響を効果的に抑制でき、高輝度で長寿命なＬＥＤランプを提供できる。

請求項４または５の発明によれば、前記有底筒状体の全外周面を外気に露出するように弾性体の環状パッキンを配置することで、ＬＥＤランプを屋外で使用したときに、上記ＬＥＤランプ内部への水の浸入を防止でき、更にＬＥＤ素子で発生した熱を効果的に放熱する高輝度で長寿命なＬＥＤランプを提供できる。

請求項６の発明によれば、電源基板上の電子部品を、その相対的な発熱量や、最大定格温度の違いによって、電源基板上の任意の位置に配置することができ、熱的に弱い電子部品や発熱量の大きな電子部品を、ＬＥＤ素子から離して配置することで、ＬＥＤ素子との熱的な影響を更に抑制した高輝度で長寿命なＬＥＤランプを提供できる。

請求項７の発明によれば、前記筐体に口金を接合し、電源基板を取り付けた後に、前記筐体の開口から、放熱樹脂を注入することで、熱的に耐久性の劣る電子部品の使用寿命を延ばすことができ、なおかつ前記放熱樹脂の注入量を軽減した、より軽量で高輝度、長寿命なＬＥＤランプを提供できる。

本実施形態に係わるＬＥＤランプの外観図 本実施形態に係わる電球形ＬＥＤランプの断面図 本実施形態に係わる電球形ＬＥＤランプの分解斜視図 本実施形態に係わる筐体の開口面側から見た外観図 本実施形態に係わる透光性カバーの側面図 本実施形態に係わる電源基板上の電子部品の配置

以下に本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお本実施の形態は一例であり、これに限定されるものではない。図１は、本実施形態に係わるＬＥＤランプ１０の外観図である。図２は本実施形態に係わるＬＥＤランプ１０の断面図である。図３は本実施形態に係わるＬＥＤランプ１０の分解斜視図である。図４は本実施形態に係わる筐体４の開口面側から見た外観図である。図５は本実施形態に係わる電源基板上の電子部品の配置図である。

本実施形態に係わるＬＥＤランプ１０は、屋外の看板等を照射するためのもので、複数のＬＥＤ素子１と、ＬＥＤ基板２と、放熱部材３と、筐体４と、電源基板５と、放熱樹脂６と、電気絶縁性部材７と、透光性カバー８と、口金９とを具備し、更に防水機能を有している。

ＬＥＤ素子１としては公知の種々のＬＥＤを用いることができる。本実施形態では、照明用の白色光を発光する高輝度タイプのＬＥＤ素子を用いている。またチップオンボード型のＬＥＤモジュールを使用してもよい。

ＬＥＤ基板２は、略円形の平板で公知のガラスエポキシ基板、金属基板、セラミックス基板等のプリント基板を用いることができる。本実施形態では、電気絶縁樹脂で被覆された金属基板からなるプリント基板が用いられ、片面にＬＥＤ素子１が実装されている。

放熱部材３は、熱伝導率の高い材料（例えば、アルミニウム、銅などの金属材料や酸化金属材料など）で形成されていることが好ましい。本実施形態では、アルミニウムを用いて、円柱形状の有底筒体に形成され、表面がアルマイト処理されたものを使用している。この放熱部材３の内側底面３ａに、ＬＥＤ基板２が接合されている。この放熱部材３の外周面３ｂが、ＬＥＤランプ１０の外殻の一部を形成しており外気に露出し、外側底面３ｃが筐体４に接合している。
なお、前記内側底面３ａに放熱グリースの塗布あるいは熱伝導性ゴム等を挟み込み、隙間を無くすことが好ましい。これによって、ＬＥＤ素子１で発生した熱が、放熱部材３に伝導しやすくなり、外周面３ｂから効率的に外気に放熱されるようになる。

筐体４は、放熱部材３よりも熱伝導性の小さな樹脂を用いて形成されている。本実施形態では、ガラス繊維強化ナイロンを使用したが、これに限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアミド、フェノール樹脂、アクリル樹脂等公知の樹脂材料や、これらにガラス繊維等を含有した強化樹脂が使用できる。
この筐体４は、一端部に径の大きな開口面が形成され、その開口面の周端面に、パッキンＢが挿入される環状凹溝４ａが形成されている。他端部に電球口金が螺合するネジ山が設けられた口金螺合部４ｂが形成され、前記開口面から、前記口金螺合部４ｂに向けて外径が小さくなる、内部が中空な円筒形状に形成されている。
前記筐体４の中空部分は９分割に成形されており、中央の中空部４ｃに電源基板５と、放熱樹脂６とが収容されている。

電源基板５は、中空部４ｃの断面形状に合わせた平板状のプリント基板であり、前記中空部４ｃに、口金９の回転軸線と、この電源基板５の長手方向とが平行になるように収納されている。また筐体４を、口金螺合部４ｂを下にして、その回転軸線が垂直となるように置いたときに、電源基板５の下端側に交流電源入力部５ａが、上端側に直流出力部５ｂが設けられている。交流電源入力部５ａから、電流が上向きに電源基板５の上端近傍まで流れ、そこで１８０度反転して、下向きに下端近傍まで流れ、更に１８０度反転して、再度上向きに直流出力部５ｂまで流れるように、配線パターンが配設されている。

この配線パターンの１回目の反転部付近に、ノイズフィルター５ｃが実装され、２回目の反転部付近に、最大定格温度の低い電解コンデンサー５ｄと、（図５の基板裏面側に実装されており図示していない）発熱量の大きなＦＥＴ、ＩＣが実装され、直流出力部５ｂ付近に、最大定格温度の高いインダクタ５ｅ、フィルムコンデンサー５ｆとが実装されている。
このように複数回反転する配線パターンを配設することによって、各電子部品を、その熱的な特性に応じて、所望の位置に配置することができる。

放熱樹脂６は、電気不導体で熱伝導性の高いシリカ、アルミナ等の顔料が含有された樹脂であり、加熱前は流動性が有り、樹脂製筐体４の中空部に隙間なく充填され、時間経過によって硬化し流動性が無くなるものである。本実施形態では熱硬化性のシリカ含有シリコン樹脂を用いた。
筐体４を、その口金螺合部４ｃに口金９を螺合した後に、口金９側を下にして、口金回転軸が垂直となるように置いた状態で、前記放熱樹脂６が、開口面４ａから中空部４ｄに注入され、電解コンデンサー５ｄ、ＦＥＴ、ＩＣが埋設される位置まで充填され、所望の温度で硬化される。
これら、分割された中空部と、配線パターンと、電子部品の実装位置と、放熱樹脂の充填とによって、電子部品毎に効果的に温度上昇を抑制でき、なおかつ放熱樹脂の充填量を減らし、より軽量化したＬＥＤランプ１０を作製することができる。

電気絶縁性部材７は、ポリブチレンテレフタレート樹脂を用いて円板形状に形成されており、樹脂製筐体４の開口部４ａを塞ぐように、配置されている。これによって、放熱部材３の熱が、電源基板５に伝わりにくくなっている。
なお、樹脂製筐体４に、放熱樹脂６が注入された後に、この電気絶縁性部材７が、取り付けられる。

透光性カバー８は、ポリカーボネート樹脂を用いてドーム形状に形成されている。この透光性カバー８の開口端部に、放熱部材３の内径と略同じ寸法となるように一体に形成されたカバー嵌合部８ａの外周面に、環状のパッキンＡを挿入するための周溝８ｂが形成されている。
この周溝８ｂにパッキンＡを挿入し、パッキンＡを潰しながらカバー嵌合部８ａを放熱部材３の内側に嵌め込むことによって、透光性カバー８が固定されている。これによって、放熱部材３の全外周面３ｂが外気に露出し、ＬＥＤ素子１で発生した熱を効果的に放熱でき、また同時に透光性カバー８の内側への水分侵入を防止できる。

シリコンゴム製の環状パッキンＢが嵌め込まれた環状凹溝４ｂを備えた開口縁部の端面に、前記透光性カバー８が取り付けられた放熱部材３の底面３ｃが接合され、ＬＥＤランプ１０が作製される。
図１から図３に示されているように、放熱部材３の外周面３ｂは透光性カバー側に延出しており、電源回路基板５が収容されている樹脂製の筐体４は熱伝導性が小さいので、ＬＥＤ素子１で発生した熱は、電源基板に伝導することがなく、外周面３ｂから放熱される。また電源基板上の電子部品で発生した熱も、ＬＥＤ素子１に伝導することなく、放熱樹脂を通して、熱伝導性の大きな口金側に伝導する。このようにして、ＬＥＤ素子１と電源基板５とは、相互に熱的な影響を受けることがなく、それぞれで発生した熱は独立した伝熱経路で放熱される。

１：ＬＥＤ素子
２：ＬＥＤ基板
３：放熱部材、３ａ：内側底面、３ｂ：外周面、３ｃ：外側底面
４：筐体、４ａ：環状凹溝、４ｂ：口金螺合部、４ｃ：中空部
５：電源基板、５ａ：交流電源入力部、５ｂ：直流出力部、５ｃ：ノイズフィルター
５ｄ：電解コンデンサー、５ｅ：インダクタ、５ｆ：フィルムコンデンサー
６：放熱樹脂
７：電気絶縁性部材
８：透光性カバー、８ａ：カバー嵌合部、８ｂ：周溝
９：口金
１０：ＬＥＤランプ

Claims (6)

1. ＬＥＤ素子が実装されたＬＥＤ基板と、
   一端が開口した、内部が中空な筒状体の開口面側に前記ＬＥＤ基板が配置され、他端側に口金が配設された筐体と、
   前記ＬＥＤ基板と前記筐体との間に少なくともその一部が配置された、一端面が開口し他端面が閉口した内部が中空な有底筒状体であり、内部の底面に前記ＬＥＤ基板が載置される放熱部材と、
   前記筐体の一端面側の開口を塞ぐ状態で配設される、前記放熱部材よりも熱伝導性の小さな電気絶縁性部材と、
   前記筐体の内部に収容された電源基板と、
   前記放熱部材の開口縁部側に配設されて開口を覆う透光性カバーと、を備え、
   前記電気絶縁性部材は前記放熱部材の熱伝導性よりも小さい熱伝導性を有しており、
   前記放熱部材の外側の底面に、前記筐体の開口縁部及び前記電気絶縁性部材のうち少なくとも１つが接合され、
   前記放熱部材の外周面が外気に露出し、
   前記口金、前記筐体、前記放熱部材、前記透光性カバーが他端側から一端側に向かって
   同順で位置しており、
   前記筐体は、前記開口面側から前記口金側に向かって径が小さくなる、内部に中空部分を有する形状となっており、
   前記筐体の中空部分は中央の中空部が形成されるように前記ＬＥＤ素子の照射方向に沿って延びる仕切り部が設けられ、
   前記中央の中空部の断面形状は、前記ＬＥＤ素子の照射方向に沿った平面での断面視において、ＬＥＤ素子の照射方向に向かうに従って拡径した部位と、前記拡径した部分の径より小さい径を有し前記拡径した部位より前記口金方向に位置する部位とを含み、前記拡径した部位と前記口金方向に位置する部位とにより、前記拡径した部位よりも前記口金方向に位置する部位の幅が小さくなっており、
   前記電源基板は、前記中央の中空部の断面形状に合わせた形状となっており、前記筐体の開口側に位置する部位よりも前記口金側に位置する部位の幅が小さい
   ことを特徴としたＬＥＤランプ。
2. 前記筐体内において、前記電源基板の電子部品の一部が埋設される位置まで充填された熱伝導性樹脂をさらに備え、
   前記電源基板の電子部品の一部は前記筐体と熱的に接合している、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記電源基板は、前記筐体の中心線に平行に収容され、
   口金から供給された電流が、前記中心線に平行に、口金側端部と、ＬＥＤ基板側端部との間で、複数回向きを変えて流れる前記電源基板を収容したＬＥＤランプであって、
   相対的に最大定格温度の低い電子部品及び発熱量の大きな電子部品を、前記電源基板上の口金側または電源基板から口金側に離間した位置に配置したことを特徴とした請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記電源基板の電子部品のうち、相対的に最大定格温度の低い電子部品及び発熱量の大きな電子部品が放熱性樹脂によって埋設される、請求項２に記載のＬＥＤランプ。
5. 前記放熱部材と前記透光性カバーとの接合部及び、
   前記放熱部材と前記筐体との接合部とに、
   それぞれ弾性体の環状パッキンを取り付けたことを特徴とした請求項１から４のいずれかに記載のＬＥＤランプ。
6. 前記透光性カバーの開口縁部の外周面に形成された周溝に、弾性体の環状パッキンＡが嵌めこまれ、
   前記有底筒状体の開口面の内部に、前記透光性カバーの開口縁部が挿入され、
   前記有底筒状体の内周面と、
   前記透光性カバーの開口縁部の外周面及び前記環状パッキンＡとが接触し、
   前記筐体の開口縁部の端面に形成された環状溝に、弾性体の環状パッキンＢが嵌め込まれ、
   前記有底筒状体の外側の底面と、
   前記筐体の開口縁部の端面及び前記環状パッキンＢとが接触していることを特徴とした請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤランプ。