JP6394806B2 - 遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のｌｅｄ蛍光灯 - Google Patents

遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のｌｅｄ蛍光灯 Download PDF

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Description

本発明は、ＬＥＤ蛍光灯に関し、特に、合成樹脂材質のベース部の両面に銅層が形成された非メタルＰＣＢを部分的に除去して、ＬＥＤを連結する回路を形成することにおいて、ＬＥＤが装着される表面の銅層の面積を最大限に広げることで、別の放熱板がなくても、赤外線放射により熱放出が行われ、発熱量を低減させる遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯に関する。
ＬＥＤ照明器具は、光源としてＬＥＤ素子を用い、寿命が長く、電力消耗が少なく、高輝度であるということで、広く普及されている。
ＬＥＤ照明器具は、従来の各種の照明器具を代替しており、代替される照明器具の１つが、棒状蛍光灯である。
棒状蛍光灯は、蛍光灯の最も一般の形態であって、電力消耗が少なく、ランプの費用が安いということで、長期使用されており、その規格が統一されている。
また、棒状蛍光灯を設置するためのランプシェードも、産業界に広く拡散されている状態である。
近年になって、従来の棒状蛍光灯のランプシェードをそのまま使用可能な蛍光灯型ＬＥＤが提案されている。
この蛍光灯型ＬＥＤランプの外形は、断面が円形のチューブ内にＬＥＤ素子が搭載される基板が設けられ、基板の背面には、放熱のためのアルミニウムなどの放熱部材が設けられる。
放熱部材は、放熱効果のために、多様で複雑な断面形状を有する。
このように、一般の蛍光灯と互換されるＬＥＤ蛍光灯に放熱部材が設けられることは、ＬＥＤ自体が、従来の蛍光灯と比較して、使用時間が長く、寿命が長いことに対し、熱に弱く、熱により、寿命が短縮され、故障が生じるので、このような問題を解決するためのことである。
しかし、ＬＥＤ蛍光灯を構成することに当たり、複雑な構造の放熱部材、特に、放熱効果に優れたアルミニウムなどの材質が使われることにつれ、ＬＥＤ蛍光灯のコストが上がる要因となる。
このような問題点を解決するために、様々な技術が公開されている。
一例として、“銅箔型パターン回路板が固着した蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置用放熱部材の製造方法”(韓国登録特許公報第１０−１２２８４３６号、特許文献１)には、ＬＥＤが装着される銅箔基板を、放熱ピンが形成された放熱部材の底面に直接固着して形成することで、一般の印刷回路基板を排除して製造する技術が開示されている。
前記特許文献１は、別の銅箔基板を製造して、放熱部材に直接固着することにより、作業性が向上し、製造コストを節減する効果がある。
しかし、コストの節減は、通常の印刷回路基板の部分に対応することであるが、印刷回路基板が金属からなる場合は、コストの節減効果が期待できるが、プラスチック基盤の基板からなる場合、製造コストの節減効果はわずかであり、放熱のための放熱部材が使われるということでは、従来の技術と同様である。
また、従来の製造設備を排除したまま、全く新方式の製造設備を備えなければならないので、製造施設の構築にも、多大な費用がかかるという問題点がある。
他の技術として、日本特許公報第５５７３４６８号(特許文献２)には、前後面に金属層を設けた両面基板に貫通孔を形成し、貫通孔を換気路として活用することで、熱放熱を図る事例が開示されている。
前記特許文献２は、基板の一側の表面には、ＬＥＤのような発光素子を配置し、基板の反対側の表面には、発光素子を発光させるコンデンサなどの点灯回路部品が設けられ、スルーホールを発光素子に隣接形成することで、発光素子で発生した熱の伝達が、コンデンサなどの点灯回路部品と離れた地点で基板背面に伝達されるようにすることで、発光素子及び点灯回路部品が熱から保護され、以て、基板を高密度化することができる。
特許文献２では、電気伝導と熱伝達を兼ねるスルーホールと、電気伝導だけを担当するスルーホールとが形成される。
合わせて、熱伝達のためのスルーホールは、それぞれのＬＥＤ毎に近接して形成しなければならず、結果として、基板の表面に多数の穿孔が行われる。
しかし、このような特許文献２の構成には、以下のような問題点がある。
一例として、基板をメタルＰＣＢで構成する場合、基板の表面に多数の穿孔作業を行うため、穿孔工程が長くなり、穿孔に際して、パンチング機の挿入方向の反対側の表面周囲が滑らかに形成されず、該当部分を仕上げるための作業が必要となり、結果として、基板の加工工程に多大な手間を要するという問題点がある。
また、アルミニウムのようなメタルは、その自体で熱伝導率が高いので、実質的にスルーホールによる熱の伝達効果が十分でない。
また、基板を樹脂基盤の非メタルＰＣＢで構成する場合、非メタルＰＣＢは、熱や重みにより容易に変形するため、底部に支持台を設けなければならず、ＬＥＤが形成された表面の反対側に多数の点灯回路部品を設ける構造によって、底部の支持台設置が実質的に難しくなる。
通常、基板は、チューブ内に摺動方式で押圧して組み立てるが、基板を押圧する過程で、支持台の上端が点灯回路部品と引っ掛けて、組立てが不可能となるか、点灯回路部品を破損するという問題点を引き起こす。
このような問題点を解消するための技術として、“効率的な放熱のための印刷回路基板、その製造方法、及びＬＥＤ発光装置”(韓国登録特許公報第１０−１２１３０７６号、特許文献３)が開示されている。
特許文献３では、図１に示しているように、ＬＥＤ１が設けられる面の反対面に放熱層４を形成し、ＰＣＢ中間の絶縁層を貫通して、ＬＥＤが設けられた面で発生する熱を、放熱層に伝達する伝達部２で構成された技術が開示されている。
特許文献３は、特許文献２とは異なり、表面の金属回路と背面の放熱層は、互いに電気的な連結状態とならないようにし、スルーホールではなく、金属の熱伝達部により、背面の放熱層への熱伝達が行われるようにしている。
特許文献３の場合は、特許文献２と異なり、基板の背面に実装部品が位置しない構造が開示されているが、この場合、実装部品は、ＬＥＤが位置した表面に位置することになる。
しかし、このように回路実装部品がＬＥＤのような表面上に位置する場合、ＬＥＤで発生する熱だけでなく、回路実装部品で発生する発熱によって、ＬＥＤが損傷する問題点を解消することができなくなる。
前記特許文献１〜３をみると、放熱のための層として主に活用されるアルミニウムのような金属は、熱伝導率は高いものの、熱放射率は低く、放熱は、主に基板背面の空間を介して、空気との接触により行われる構造であるが、密閉した蛍光灯のチューブ内には、外部空気の循環がないところ、実質的な放熱効果も低減し、これによって、ＬＥＤの劣化が進行して、寿命が極めて短縮する結果をもたらす。
このように、従来の蛍光灯の筐体に互換可能なＬＥＤ蛍光灯の開発において、製造コストを低減し、且つ、発熱問題を解消する技術の開発が必要な実情である。
大韓民国特許公報１０−１２２８４３６(2013.01.25) 日本特許公報５５７３４６８公報(2014.08.20) 大韓民国特許公報１０−１２１３０７６(2012.12.11)
本発明の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯は、前記のような従来技術で発生する問題点を解消するためになされたものであって、別の金属放熱板やメタルＰＣＢを使用することなく、従来の両面非メタルＰＣＢの銅板部分を放熱板として活用することで、軽く、安価であり、放熱効果に優れるだけでなく、両面共に発光されるＬＥＤランプを提供することである。
具体的に、両面ＰＣＢに用いられる銅板は、熱伝導率が高いだけでなく、赤外線放射率も高くて、輻射による放熱効果が高くなるので、密閉したチューブ内でも、赤外線放射による放熱が行われることである。
また、赤外線放射率を最大化するために、従来の両面ＰＣＢの場合、回路に用いられる銅板の残存面積が小さいことに対して、銅板の残存面積を最大化し、銅板の赤外線放射を最大に活用して、放熱効果を増大することである。
合わせて、ＬＥＤを連結する直列型の回路は、その面積を最大化して、赤外線輻射の形態でＬＥＤが実装された基板表面で放出され、その他の回路は、基板の背面に、基板の長手方向に配置することで、放熱効果を一層増大することである。
更に、従来の蛍光灯の安定器をそのまま使用可能とし、回路の構成において、回路が複雑で、寿命が短く、発熱が激しいＳＭＰＳ方式ではなく、磁気式安定器及び電子式安定器を使用する蛍光灯で共に使用可能であり、電流の調節が磁気式安定器に対しては、キャパシタを活用し、電子式安定器に対しては、インダクタを活用するように回路が構成されて、回路部品で発生する発熱を最小化し、ＥＭＩ発生を低減させ、両面ＰＣＢの銅板を活用した赤外線放射の構成と複合的に作用して、別の放熱板がなくても、発熱を最小化し、寿命の長い互換型のＬＥＤ蛍光灯を提供することである。
また、ＰＣＢの背面側には、基板の垂れを防止するための垂れ防止部材を設け、垂れ防止部材は、チューブの両端部から内側に離隔して設けると共に、垂れ防止部材が挿入される溝周囲の突起を活用し、簡便にボルトを用いてソケットが結合されることで、垂れ防止部材が両側の外部回路部に実装した回路部品とぶつかって損傷することを防止しながら、垂れ防止部材が挿入された状態で、左右に動くことを防止することである。
本発明の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯は、前記のような技術的課題を解決するために、長手方向に沿って、両側の内周面にガイド溝１１が形成され、下部に嵌合溝１２が形成され、前記嵌合溝１２の反対側の外周面は、透明又は半透明な透光部１３が形成されているチューブ１０と; 両側面が前記ガイド溝１１に挿入することで、前記チューブ１０内に設けられる合成樹脂材質のベース部２１と、前記透光部１３に向けて形成された前記ベース部２１の一側表面２１ａに、ベース部２１の長手方向に互いに離隔して設けられている複数のＬＥＤ２２と、前記ベース部２１の長手方向に互いに隣接したＬＥＤ２２の端子に両側が連結されて、直列回路の一部が形成されるように、前記ベース部２１の一側表面２１aに銅被膜が形成された状態で、各ＬＥＤ２２の中間部分に対応する部分の銅被膜が剥離されることで、銅被膜が剥離された余白部２３ａ、及び隣接した余白部２３ａの間に形成されており、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向の長さ(ｂ)よりも、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向に直交した方向の長さ(ｃ)が大きくなっている長方形状を取る銅板部２３ｂで構成されている上部銅板回路層２３と、前記ベース部２１の両側の外郭に形成されており、外部電源を供給されて電流を調節し、上部銅板回路層２３に連結されて、前記ＬＥＤ２２に電流を供給するように行われた外部回路部２４と、前記ベース部２１の一側表面２１aの反対側の他側表面２１ｂに銅被膜が形成された状態で、両端部が前記外部回路部２４に連結され、スルーホール２５ａを介して、前記上部銅板回路層２３と電気的に連結されるように、部分的に銅被膜が剥離して形成された下部銅板回路層２５とを備えるＰＣＢ２０と；前記チューブ１０の両側端部と嵌合し、一側は、外部電源と電気的に連結され、他側は、前記外部回路部２４と電気的に連結される接触ピン３１が、端部に形成されているソケット３０と；一側端部は、前記チューブ１０の嵌合溝１２に嵌合し、他側は、前記ＰＣＢ２０を支持して、ＰＣＢ２０の垂れを防止する垂れ防止部材４０と；を含むことを特徴とする。
隣接したＬＥＤ２２の中間地点を連結する距離は、５〜１０ｍｍであり、前記銅板部２３ｂは、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向の長さ(ｂ)が、４〜８ｍｍであり、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向に直交した方向の長さ(ｃ)が、８〜１６ｍｍである。
前記チューブ１０は、下部の内周面に平行に２つの嵌合突起１２ａが形成され、２つの嵌合突起１２ａの間に嵌合溝１２が形成され、前記ソケット３０は、外側端部に前記チューブ１０の嵌合溝１２と一直線をなすボルトガイド溝３２が形成され、ボルトガイド溝３２の先端部に、前記嵌合溝１２と一直線をなすボルト締結孔３３が形成され、前記ボルト締結孔３３の内側には、前記嵌合突起１２ａが内側に挿入するように、突起収容部材３４が形成され、前記垂れ防止部材４０の両側端部は、前記外部回路部２４と離隔して、ベース部２１の長さよりも短くなっており、ボルト３５が前記ボルト締結孔３３を介して、垂れ防止部材４０の端部と嵌合突起１２ａの端部の間の嵌合溝１２内に挿入して締め付けられる。
前記外部回路部２４は、外部電源が供給される電源入力回路と、供給された電流を制限又は調節する電流調節回路とを設け、磁気式安定器と連結可能なキャパシタ、及び電子式安定器と連結可能なインダクタが設けられる。
前記外部回路部２４は、２つのソケットのうち、一側のソケット３０の接触ピン３１に連結される２つの第１の端子１０１と、２つのソケット３０のうち、他側のソケット３０の接触ピン３１に連結される２つの第２の端子１０２とを含み、前記上部銅板回路層２３と、ＬＥＤ２２と、外部回路部２４と、下部銅板回路層２５とを備える回路１００は、前記２つの第１の端子１０１のそれぞれに、第１のキャパシタ１０３と第１の抵抗１０４が並列に連結された第１の電流制限回路１０５が連結され、前記第１の電流制限回路１０５の出力端は、第１のダイオード〜第６のダイオードからなる整流用ダイオードブリッジ１０６と連結され、前記２つの第２端子のそれぞれに、負性抵抗特性サーミスタ１０７が連結され、リレー１０８、第３のキャパシタ１０９、インダクタ１１０が並列に連結された第２の電流制限回路１１１が、２つの負性抵抗特性サーミスタ１０７の出力端に連結され、前記第２の電流制限回路１１１の出力端は、前記整流用ダイオードブリッジ１０６の第５ダイオード１０６ｅと第６のダイオード１０６ｆの間の接点１１２に連結され、多数の前記ＬＥＤ２２が直列に連結されたＬＥＤ回路１１３が、前記整流用ダイオードブリッジ１０６の入力端と出力端に連結され、前記第２の電流制限回路１１２と前記整流用ダイオードブリッジ１０６の間に直列に連結された一対のフォトトライアック１１４と第３の抵抗１１５にトライアック１１６が並列に連結された第１の電極絶縁回路１１７が連結され、前記ＬＥＤ回路１１３の入力端と出力端の間に並列連結された一対のフォトトライアック１１８と第７のダイオード１１９に第４の抵抗１２０が直列に連結された第２の電極絶縁回路１２１が連結され、前記ＬＥＤ回路１１３の入力端と出力端の間に、第４のキャパシタ１２２と第５の抵抗１２３が直列に連結されたサージアブゾーバ回路１２４が連結される。
本発明によると、別の金属放熱板やメタルＰＣＢを使用することなく、従来の両面非メタルＰＣＢの銅板部分を放熱板として活用することで、軽く、安価であり、放熱効果に優れるだけでなく、両面共に発光されるＬＥＤランプが提供することができる。
具体的に、両面ＰＣＢに用いられる銅板は、熱伝導率が高いだけでなく、赤外線放射率も高くて、輻射による放熱効果が高くなるので、密閉したチューブ内でも、赤外線放射による放熱が行われる。
また、赤外線放射率を最大化するために、従来の両面ＰＣＢの場合、回路に用いられる銅板の残存面積が小さいことに対し、銅板の残存面積を最大化し、銅板の赤外線放射を最大に活用して、放熱効果を増大することができる。
合わせて、ＬＥＤを連結する直列型の回路は、その面積を最大化して、赤外線輻射の形態で、ＬＥＤが実装された基板表面で放出され、その他の回路は、基板の背面に、基板の長手方向に配置することで、放熱効果を一層増大することができる。
更に、従来の蛍光灯の安定器をそのまま使用可能とし、回路の構成において、回路が複雑で、寿命が短く、発熱が激しいＳＭＰＳ方式ではなく、磁気式安定器及び電子式安定器を使用する蛍光灯で使用可能であり、電流の調節が磁気式安定器に対しては、キャパシタを活用し、電子式安定器に対しては、インダクタを活用するように回路が構成されて、回路部品で発生する発熱を最小化し、ＥＭＩ発生を低減させ、両面ＰＣＢの銅板を活用した赤外線放射の構成と複合的に作用して、別の放熱板がなくても、発熱を最小化し、寿命の長い互換型のＬＥＤ蛍光灯を提供することができる。
また、ＰＣＢの背面側には、基板の垂れを防止するための垂れ防止部材を設け、垂れ防止部材は、チューブの両端部から内側に離隔して設けると共に、垂れ防止部材が挿入される溝周囲の突起を活用し、簡便にボルトを用いてソケットが結合されることで、垂れ防止部材が両側の外部回路部に実装した回路部品とぶつかって損傷することを防止しながら、垂れ防止部材が挿入された状態で、左右に動くことを防止することができる。
図１は、従来のＬＥＤランプ用基板の一例を示す斜視図である。 図２は、本発明の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯を示す部分切断分解斜視図である。 図３は、本発明の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯の組立状態を示す部分切断分解斜視図である。 図４は、本発明において、ＰＣＢ表面に形成された回路層を示す図であって、(ａ)は平面図、(ｂ)は背面図、(ｃ)は側断面図である。 図５は、本発明の放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯の回路図である。 図６は、本発明で伝導防止溝、及び酸化銅層が更に形成された例を示す図である。 図７は、本発明のＰＣＢ試片の遠赤外線放射率の測定結果を示す試験成績書である。
以下、添付の図面により、本発明の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯について、詳述する。
本発明の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯は、図２に示しているように、チューブ１０と、ＰＣＢ２０と、ソケット３０と、垂れ防止部材４０とを含む。
本発明の構成要素であるチューブ１０は、ＰＣＢ２０が摺動挿入して位置するように、長手方向に沿って、両側の内周面にガイド溝１１が形成されている。
また、下部には、嵌合溝１２が形成されている。
嵌合溝１２が形成される好適な例は、図３に示しているように、チューブ１０の下部の内周面に、平行に２つの嵌合突起１２ａが内側に向けて突設され、２つの嵌合突起１２ａの間に嵌合溝１２が挟まれるようにするのが望ましい。
合わせて、チューブ１０は、全体が透明又は半透明の色を取ることができ、嵌合溝１２の反対側の外周面には、透明又は半透明な透光部１３を形成し、透光部１３の反対側には、不透明又は半透明な不透明部１４を形成して、実装部品などが外部に露出しないようにするのが望ましい。
本発明の構成要素であるＰＣＢ２０は、ベース部２１と、ＬＥＤ２２と、上部銅板回路層２３と、外部回路部２４と、下部銅板回路層２５とを含む。
ＰＣＢ２０の構成要素であるベース部２１は、エポキシのように、絶縁性の合成樹脂材質からなり、図２、図３に示しているように、両側面が前記ガイド溝１１に挿入されることで、前記チューブ１０内に設置される。
ＰＣＢ２０の構成要素であるＬＥＤ２２は、前記ベース部２１の一側表面２１ａ、具体的に、前記透光部１３に向けて形成された表面に、ベース部２１の長手方向に多数個が離隔して直列に設けられている。
ＰＣＢ２０の構成要素である上部銅板回路層２３は、図２〜４に示しているように、多数の余白部２３ａと、余白部２３ａの間の銅板部２３ｂとを含む。
具体的に、余白部２３ａは、表面に銅箔が形成された状態で提供される非メタルの両面ＰＣＢ基板に、ベース部２１の長手方向に互いに隣接したＬＥＤ２２の端子に両側が連結されて直列回路の一部が形成されるように、前記ベース部２１の一側表面２１ａに銅被膜が形成された状態で、各ＬＥＤ２２の中間部分に対応する部分の銅被膜が剥離されることで形成される。
また、銅板部２３ｂは、相対的に被膜が剥離しない部分に該当するもので、隣接した余白部２３ａの間に形成されている。
ここで、前述した課題を解決するために、銅板部２３ｂは、図４に示しているように、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向の長さ(ｂ)よりも、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向に直交した方向の長さ(ｃ)が大きくなっている長方形状を取る。
好適な例としては、隣接したＬＥＤ２２の中間地点を連結する距離(ａ)は、５〜１０ｍｍであり、前記銅板部２３ｂの隣接したＬＥＤ２２を連結する方向の長さ(ｂ)は、４〜８ｍｍであり、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向に直交した方向の長さ(ｃ)は、８〜１６ｍｍであるのが望ましい。
具体的に、長さ(ｂ)が４ｍｍの場合、(ｃ)は８ｍｍ、(ｂ)が８ｍｍの場合、(ｃ)は１６ｍｍの方式で、長さ(ｃ)が常時長さ(ｂ)よりも大きくなっており、その割合は、１:２であるのが望ましい。
ここで、長さ(ａ)と長さ(ｂ)の差は、(ｂ)の大きさを(ａ)よりも小さくして、電気的な連結を防止し、且つ、最大限の範囲に大きくして、全体として銅板部２３ｂの面積を最大限の範囲とすることができる。
ＰＣＢ２０の構成要素である外部回路部２４は、図２、図３に示しているように、前記ベース部２１の両側外郭に形成されており、外部電源を供給されて電流を調節し、上部銅板回路層２３に連結されて、前記ＬＥＤ２２に電流を供給する。
このために、外部回路部２４には、ベース部２１の一側表面２１ａ及び他側表面２１ｂに、キャパシタ、インダクタ、ダイオードなどを含む多数の回路部品が実装される。
ＰＣＢ２０の構成要素である下部銅板回路層２５は、上部銅板回路層２２と同様に、表面に銅箔が形成された状態で提供される非メタルの両面ＰＣＢ基板の一側表面の銅箔が除去して形成されるものであって、より具体的に、ベース部２１の一側表面２１ａの反対側の他側表面２１ｂに銅被膜が形成された状態で、両端部が前記外部回路部２４に連結され、スルーホール２５ａを介して、前記上部銅板回路層２３と電気的に連結されるように、部分的に銅被膜が剥離して形成されている。
このようなＰＣＢ２０の構成において、上部銅板回路層２２と、下部銅板回路層２５と、外部回路部２４との回路部分は、市販の安価な非メタルの両面ＰＣＢの両面銅箔を、エッチング、腐食、剥離などの方式で除去することで形成され、銅箔の剥離による回路形成の後、ＬＥＤ２３及び回路部品が実装されることで製造可能であり、ＬＥＤ２３及び回路部品の実装前に、絶縁ペイントコーティングが行われてもよい。
本発明の構成要素であるソケット３０は、前記チューブ１０の両側端部と嵌合し、一側が外部電源と電気的に連結され、他側が前記外部回路部２４と電気的に連結される接触ピン３１が、端部に形成されている。
このようなソケット３０の好適な実施例として、図３に示しているように、ソケット３０は、外側端部に、前記チューブ１０の嵌合溝１２と一直線をなすボルトガイド溝３２が形成され、ボルトガイド溝３２の内側の先端部に、前記嵌合溝１２と一直線をなすボルト締結孔３３が形成される。
ここで、前記ボルト締結孔３３の内側には、前記嵌合突起１２ａが内側に嵌合するように、突起収容部材３４が形成される。
この際、垂れ防止部材４０の両側端部は、前記外部回路部２４と離隔して、ベース部２１の長さよりも短くするのが望ましい。
前記ような構成で示しているように、ボルト３５が、前記ボルト締結孔３３を介して、垂れ防止部材４０の端部と嵌合突起１２ａの端部の間の嵌合溝１２内に挿入して締め付けられる。
このような構成は、前述した外部回路部２４が、ベース部２１の両側の端部側の一側表面２１ａ及び他側表面２１ｂに形成されるところ、設置過程において、垂れ防止部材４０が外部回路部２４の構成品に損傷を加えないようにするため、垂れ防止部材４０は、ベース部２１の長さよりも短くすると共に、相対的に余裕空間が発生する嵌合溝１２を活用して、チューブ１０とソケット３０の結合に活用できるようにしたことである。
ここで、突起収容部材３４は、ボルト３５の締結前に、チューブ１０とソケット３０の結合をガイドする役目を果たし、組立時にボルト３５が正しく嵌合溝１２に挿入できるようにする。
合わせて、ボルト３５の長さは、できる限り、設置済みの状態で、垂れ防止部材４０の端部に当接させて、垂れ防止部材４０が嵌合溝１２に挿入された状態で左右に流動して、実装された回路部品に損傷を加えないようにすることもできる。
本発明の構成要素である垂れ防止部材４０は、一側端部が、前記チューブ１０の嵌合溝１２に嵌合し、他側が、前記ＰＣＢ２０を支持して、ＰＣＢ２０の垂れを防止するようになっており、アルミニウムのような金属又はエポキシ、ベークライトなどのような硬質のプラスチックで構成することができる。
前記のような構成において、上部銅板回路層２３の銅板部２３ｂは、中間領域に、両側のＬＥＤ２２で発生した熱が互いに伝達されるところ、他の領域に比べて、熱の集中が発生することがある。
外郭に熱が継続的に伝達されるが、この部分は、他の領域に比べて、ＬＥＤ２２との距離が相対的に近接しているので、他の部分に比べて、初期の高い温度の熱が伝導され、集中される場合、ＬＥＤ２２に過熱が発生することを念頭におかなければならない。
このような現象を防止するために、ＬＥＤ２２で発生した熱の伝導方向を最大限に銅板部２３ｂの外郭層に誘導するために、図６に示しているように、前記銅板部２３ｂは、隣接したＬＥＤ２２の間の中間地点にそれぞれ、ベース部２１にブロックした伝導防止溝２７が形成されるようにすることができる。
合わせて、図６に示しているように、前記銅板部２３ｂはそれぞれ、縦方向の両側端部が酸化した酸化銅層２６が形成されるようにする。
酸化銅は、銅に比べて、赤外線放射率が、少なくとも５〜１０倍高いことと知られている。
そこで、酸化銅層２６を用いて、赤外線放射が活発に行われることになる。
特に、酸化銅層２６は、別に銅板部２３ｂにコーティング又はめっきを施すことなく、銅板部２３ｂの外郭を、熱処理や化合物などを用いて酸化するか、空気中に露出して形成することができるので、この部分も、別の困難な加工なしに、放熱効果を高めることができる。
酸化銅層２６が形成された以降には、前述のように、絶縁ペイントなどで、ベース部２１の一側表面２１ａ及び他側表面２１ｂの全体を塗膜処理する。
もしくは、絶縁被膜を形成する過程で、銅板部２３ｂの端部側をわざわざ露出させて、大気による酸化が行われるようにした後、全体を再度被膜させる方法で形成することもできる。
前記のような構成は、前記図１の従来のＬＥＤ用ＰＣＢの銅箔回路層の構成と大きく異なる。
従来の銅箔回路層は、図４において、符号ｃに対応する部分の長さよりも、符号ａに対応する部分の長さが短くなっているが、これは、各ＬＥＤを電気的に連結するための最小限の面積だけを残すためである。
また、図１の従来技術と異なり、ベース部２１の一側表面２１ａの中間領域には、ＬＥＤ２２と、これらを直列連結するための銅板部２３ｂとが形成され、その他の回路を形成するための銅箔は、ベース部２１の他側表面２１ｂ及びベース部２１の外郭領域にのみ形成されることで、銅板部２３ｂの面積を最大化することができ、従来に比べて、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向の長さ(ｂ)よりも、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向に直交した方向の長さ(ｃ)が大きくなる。
このような構造を取ることで、ＬＥＤで発生する熱は、従来に比べて画期的に広くなった銅板部２３ｂの表面に伝導され、この状態で、赤外線放射の形態に放射しながら、放熱が行われる。
すなわち、ＬＥＤ２２が位置した基板の表面で、赤外線放射の形態で放熱が行われる。
このように、赤外線放射の形態で放熱が行われるため、外部空気の流入がなくても、スムーズな放熱効果を得られ、高価のメタルＰＣＢやアルミニウムのような放熱板が不要となるか、所要の物量を最小化することができるので、製造コストを減らし、寿命が長く、重みも軽いＬＥＤ蛍光灯を提供することができる。
特に、放熱のための構成は、銅箔回路層を形成するためのエッチングのような銅箔の除去工程で行われ、これは、両面非メタルＰＣＢの必須工程であるであり、放熱のための工程を画期的に排除又は最小化することができ、除去される銅箔の量を最小化することで、除去された銅箔の再処理に必要な工程も画期的に減らすことができので、その効果が非常に大きいと言える。
一方、ＬＥＤ蛍光灯を構成することに当たり、一般のＬＥＤランプ用電源部の場合、発生する熱が多いため、上述したように、銅板部２３ｂの表面積の最大化による赤外線放射方式の放熱効果を最大化するためには、電源部での発熱を最小化することも緊要である。
このための好適な回路の構成が、図５に示されている。
まず、上述した外部回路部２４は、２つのソケット３０のうち、一側のソケットの接触ピン３１に連結される２つの第１の端子１０１と、２つのソケット３０のうち、他側のソケットの接触ピン３１に連結される２つの第２の端子１０２とを含み、全体の回路１００は、上部銅板回路層２３と、ＬＥＤ２２と、外部回路部２４と、下部銅板回路層２５とを含む。
合わせて、前記２つの第１の端子１０１のそれぞれに、第１のキャパシタ１０３と第１の抵抗１０４が並列に連結された第１の電流制限回路１０５が連結され、前記第１の電流制限回路１０５の出力端は、第１のダイオード〜第６のダイオードからなる整流用ダイオードブリッジ１０６と連結され、前記２つの第２端子のそれぞれに、負性抵抗特性サーミスタ１０７が連結され、リレー１０８、第３のキャパシタ１０９、インダクタ１１０が並列に連結された第２の電流制限回路１１１が、２つの負性抵抗特性サーミスタ１０７の出力端に連結され、前記第２の電流制限回路１１１の出力端は、前記整流用ダイオードブリッジ１０６の第５のダイオード１０６ｅと第６のダイオード１０６ｆの間の接点１１２に連結され、多数の前記ＬＥＤ２２が直列に連結されたＬＥＤ回路１１３が、前記整流用ダイオードブリッジ１０６の入力端と出力端に連結され、前記第２の電流制限回路１１２と前記整流用ダイオードブリッジ１０６の間に直列に連結された一対のフォトトライアック１１４と第３の抵抗１１５にトライアック１１６が並列に連結された第１の電極絶縁回路１１７が連結され、前記ＬＥＤ回路１１３の入力端と出力端の間に並列連結された一対のフォトトライアック１１８と第７のダイオード１１９に第４の抵抗１２０が直列に連結された第２の電極絶縁回路１２１が連結され、前記ＬＥＤ回路１１３の入力端と出力端の間に、第４のキャパシタ１２２と第５の抵抗１２３が直列に連結されたサージアブゾーバ回路１２４が連結される。
その他に、前記２つの第１の電流制限回路１０５と第１の端子１０１の間に、並列に第５のキャパシタ１２５と第６の抵抗１２６が連結され、前記ＬＥＤ回路１１３の入力端と出力端の間に、第７の抵抗１２７が連結され、前記ＬＥＤ回路１１３の出力端とサージアブゾーバ回路１２４の間には、多数の第８の抵抗１２８が直列に連結され、第９の抵抗１２９と第６のキャパシタ１３０が直列に連結されたまま、前記ＬＥＤ回路１１３の出力端に、前記第８の抵抗１２８と並列に連結され、第１０の抵抗とＳＣＲ１３２が直列に連結されたまま、前記ＬＥＤ回路１１３の出力端に、前記第８の抵抗１２８と並列に連結され、前記ＳＣＲ１３２は、第９の抵抗１２９と第６のキャパシタ１３０の間の接点に連結され、第１のリレー１３３が、前記第１０の抵抗１３１の出力端と前記第８の抵抗１２８の出力端の間に並列に連結されている。
符号１３４は、ＬＥＤ回路１１３の出力端と第１０の抵抗１３１の入力端の間に直列に設けられた第７のキャパシタを示している。
このような回路構成は、従来の蛍光灯の安定器をそのまま使いながら、ランプのみをＬＥＤに交替する方式であり、市販中の磁気式安定器(スタートランプがある方式)及び電子式安定器を用いる蛍光灯で、いずれも交換して使用可能とした構成である。
一般に、ＬＥＤ蛍光灯では、ＳＭＰＳを使う方式を採択しているが、この方式は、回路が複雑で、寿命が短く、多くの発熱とＥＭＩを伴うので、本発明のＬＥＤ蛍光灯にＳＭＰＳ方式が適用される場合、銅板部２３ｂによる赤外線放射を活用した放熱効果が低減される。
一方、前述した構成の回路１００は、発熱の少ないキャパシタとインダクタで構成された回路ならなっており、回路が単純で、発熱が少なく、寿命が長く、ＥＭＩを発生しないというメリットを有する。
前記回路１００の作用について説明すると、第１の端子１０１、第２の端子１０２に選択的に、従来の蛍光灯安定器から電源が投入される。
第１の端子１０１、第２の端子１０２のうち、蛍光灯の内部結線により、どの端子に電源が投入されるかは分からないので、同一の回路が二重に構成されており、一端の両側端子に供給された電流は、第１のダイオード〜第６のダイオードからなる整流用ダイオードブリッジ１０６を通過して直流に変換され、ＬＥＤ２２に供給される。
ここで、電圧は、ＬＥＤ２２の本数により、自動決定される。
電流制限回路は、第１の電流制限回路１０５及び第２の電流制限回路１１２を含み、印加された電流を制限又は調節する。
ここで、商用電源の交流６０Ｈｚが投入される磁気式安定器が外部に連結された場合は、第１の電流制限回路１０５の第１のキャパシタ１０３が電流制限機能を行い、交流２０KHz〜４５KHz を用いる電子式安定器に連結された場合は、第２の電流制限回路１１２のインダクタ１１０が電流制限機能を行うことになる。
もし、電流が規定値を超えない場合、すなわち、ＬＥＤ回路１１３の出力端とサージアブゾーバ回路１２４の間に直列に連結された多数の第８の抵抗１２８の電圧が低い場合は、ＳＣＲ１３２がオンとならないので、第１のリレー１３３が作動し、第１のリレー１３３の接点を介してすぐ電源が投入され、反対の場合、すなわち、電流が規定値を超える場合は、ＳＣＲ１３２がオンとなって、第１のリレー１３３は作動が中断され、電流はインダクタ１１０を通過して、制限されることになる。
一方、電極絶縁回路は、互換型のＬＥＤランプの特性上、電球の一端部がソケットに挿入されると、反対側の電極に電流が流れることがあり、感電の虞があるので、電球が完全に両方のソケットに挿入されるまでは、左右の両電極を絶縁しなければならない。
本回路１００では、第１の端子１０１又は第２の端子１０２のみをソケットに挿入しても、第１のダイオード〜第６のダイオードからなる整流用ダイオードブリッジ１０６の裏面の整流端に電流が流れないので、フォトトライアック１１４、１１８はオンとならず、そこで、トライアック１１６は不通状態となり、絶縁が維持される。
ここで、相手の端子がソケットに挿入されると、整流端に電流が流れ始め、トライアック１１６は導通状態を維持し、全ての回路が正常作動することになる。
ラピッドスタート型の蛍光灯安定器には、電源投入初期の数秒内に、フィラメント加熱用の電流が供給されるので、もし、第２の端子１０２がすぐ連結されると、ショート状態となるので、負性抵抗特性サーミスタ１０７を設置して、初期には、抵抗が大きくて電流が制限され、一旦、電流が流れ始めると、数秒内に温度が上昇して抵抗が減少し、以後、回路全体に及ぼす影響はなくなる。
以上のような回路１００の構成は、従来のＳＭＰＳが排除された状態で、キャパシタ及びインダクタを用いて、発熱量を最小化し、且つ、磁気式安定器や電子式安定器が設置された従来の蛍光灯ソケットに汎用的に適用することができる。
一方、本出願の発明者は、長さ１.２m、蛍光灯の代替ランプとして、ＰＣＢ２０、幅２１ｍｍ、長さ１、１８７ｍｍで、ＬＥＤ２２を９６個装着した後、幅２１ｍｍ、長さ３０ｍｍに切断して、試片を用意した。
用意された試片において、銅板部２３ｂの面積は、全体面積の９５％となるようにした。
ついで、用意された試片を、韓国遠赤外線応用評価研究院に、遠赤外線放射率試験を依頼した。
試験は、KFIA-FI-1005方式で行われ、試験結果、図７に示しているように、放射エネルギー5.03×102Ｗ／ｍ２μｍ、６５℃(放射率0.881、５〜２０μｍ)で測定された。
このような試験結果は、ＬＥＤ蛍光灯の通常の作動温度である６５℃で、放熱面積２１ｍｍ×１、１００ｍｍを基準とする時、約１１.６Ｗで、入力電力２０〜３０Ｗで駆動されるＬＥＤ蛍光灯で発生する熱を十分放出することができる放熱能力があることと確認された。
すなわち、本発明のＬＥＤ蛍光灯は、別の金属放熱板がなくても、十分な放熱効果を得ることができ、合わせて、遠赤外線の形態で熱エネルギーを放出するので、有害な紫外線が放出される従来の蛍光灯に比べて、皮膚健康に有益であるだけでなく、空気との接触により熱を伝導する従来の放熱板付きのＬＥＤ蛍光灯に比べて、冷房負荷を減らすことができると判断される。
本発明のＬＥＤ蛍光灯は、住宅、ビル、工場などのような様々な建築物の照明器具として使用可能であり、合わせて、従来の安定器付きの蛍光灯と互換して使用することができる。
１０:チューブ
１１:ガイド溝
１２:嵌合溝
１２a:嵌合突起
１３:透明部
１４:不透明部
２０:ＰＣＢ
２１:ベース部
２１ａ:一側表面
２１ｂ:他側表面
２２:ＬＥＤ
２３:上部銅板回路層
２３ａ:余白部
２３ｂ:銅板部
２４:外部回路部
２５:下部銅板回路層
２６:酸化銅層
２７:伝導防止溝
３０:ソケット
３１:接触ピン
３２:ボルトガイド溝
３３:ボルト締結孔
３４:突起収容部材
３５:ボルト
４０:垂れ防止部材
１００:回路
１０１:第１の端子
１０２:第２の端子
１０３:第１のキャパシタ
１０４:第１の抵抗

Claims (5)

  1. ＬＥＤ蛍光灯であって、
    長手方向に沿って、両側の内周面にガイド溝１１が形成され、下部に嵌合溝１２が形成され、前記嵌合溝１２の反対側の外周面は、透明又は半透明な透光部１３が形成されているチューブ１０と、
    両側面が前記ガイド溝１１に挿入することで、前記チューブ１０内に設けられる合成樹脂材質のベース部２１と、前記透光部１３に向けて形成された前記ベース部２１の一側表面２１ａに、ベース部２１の長手方向に互いに離隔して設けられている複数のＬＥＤ２２と、前記ベース部２１の長手方向に互いに隣接したＬＥＤ２２の端子に両側が連結されて、直列回路の一部が形成されるように、前記ベース部２１の一側表面２１aに銅被膜が形成された状態で、各ＬＥＤ２２の中間部分に対応する部分の銅被膜が剥離されることで、銅被膜が剥離された余白部２３ａ、及び隣接した余白部２３ａの間に形成されており、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向の長さ(ｂ)よりも、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向に直交した方向の長さ(ｃ)が大きくなっている長方形状を取る銅板部２３ｂで構成されている上部銅板回路層２３と、前記ベース部２１の両側の外郭に形成されており、外部電源を供給されて電流を調節し、上部銅板回路層２３に連結されて、前記ＬＥＤ２２に電流を供給するように行われた外部回路部２４と、前記ベース部２１の一側表面２１aの反対側の他側表面２１ｂに銅被膜が形成された状態で、両端部が前記外部回路部２４に連結され、スルーホール２５ａを介して、前記上部銅板回路層２３と電気的に連結されるように、部分的に銅被膜が剥離して形成された下部銅板回路層２５とを備えるＰＣＢ２０と、
    前記チューブ１０の両側端部と嵌合し、一側は、外部電源と電気的に連結され、他側は、前記外部回路部２４と電気的に連結される接触ピン３１が、端部に形成されているソケット３０と、
    一側端部は、前記チューブ１０の嵌合溝１２に嵌合し、他側は、前記ＰＣＢ２０を支持して、ＰＣＢ２０の垂れを防止する垂れ防止部材４０とを含むことを特徴とする遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯。
  2. 隣接したＬＥＤ２２の中間地点を連結する距離は、５〜１０ｍｍであり、
    前記銅板部２３ｂは、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向の長さ(ｂ)が、４〜８ｍｍであり、隣接したＬＥＤ２２を連結する方向に直交した方向の長さ(ｃ)が、８〜１６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯。
  3. 前記チューブ１０は、下部の内周面に平行に２つの嵌合突起１２ａが形成され、２つの嵌合突起１２ａの間に嵌合溝１２が形成され、
    前記ソケット３０は、外側端部に前記チューブ１０の嵌合溝１２と一直線をなすボルトガイド溝３２が形成され、ボルトガイド溝３２の先端部に、前記嵌合溝１２と一直線をなすボルト締結孔３３が形成され、
    前記ボルト締結孔３３の内側には、前記嵌合突起１２ａが内側に挿入するように、突起収容部材３４が形成され、
    前記垂れ防止部材４０の両側端部は、前記外部回路部２４と離隔して、ベース部２１の長さよりも短くなっており、
    ボルト３５が前記ボルト締結孔３３を介して、垂れ防止部材４０の端部と嵌合突起１２ａの端部の間の嵌合溝１２内に挿入して締め付けられることを特徴とする請求項２に記載の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯。
  4. 前記外部回路部２４は、外部電源が供給される電源入力回路と、供給された電流を制限又は調節する電流調節回路とを設け、磁気式安定器と連結可能なキャパシタ、及び電子式安定器と連結可能なインダクタが設けられることを特徴とする請求項２に記載の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯。
  5. 前記外部回路部２４は、２つのソケットのうち、一側のソケット３０の接触ピン３１に連結される２つの第１の端子１０１と、２つのソケット３０のうち、他側のソケット３０の接触ピン３１に連結される２つの第２の端子１０２とを含み、
    前記上部銅板回路層２３と、ＬＥＤ２２と、外部回路部２４と、下部銅板回路層２５とを備える回路１００は、
    前記２つの第１の端子１０１のそれぞれに、第１のキャパシタ１０３と第１の抵抗１０４が並列に連結された第１の電流制限回路１０５が連結され、
    前記第１の電流制限回路１０５の出力端は、第１のダイオード〜第６のダイオードからなる整流用ダイオードブリッジ１０６と連結され、
    前記２つの第２端子のそれぞれに、負性抵抗特性サーミスタ１０７が連結され、リレー１０８、第３のキャパシタ１０９、インダクタ１１０が並列に連結された第２の電流制限回路１１１が、２つの負性抵抗特性サーミスタ１０７の出力端に連結され、
    前記第２の電流制限回路１１１の出力端は、前記整流用ダイオードブリッジ１０６の第５ダイオード１０６ｅと第６のダイオード１０６ｆの間の接点１１２に連結され、
    多数の前記ＬＥＤ２２が直列に連結されたＬＥＤ回路１１３が、前記整流用ダイオードブリッジ１０６の入力端と出力端に連結され、
    前記第２の電流制限回路１１１と前記整流用ダイオードブリッジ１０６の間に直列に連結された一対のフォトトライアック１１４と第３の抵抗１１５にトライアック１１６が並列に連結された第１の電極絶縁回路１１７が連結され、
    前記ＬＥＤ回路１１３の入力端と出力端の間に並列連結された一対のフォトトライアック１１８と第７のダイオード１１９に第４の抵抗１２０が直列に連結された第２の電極絶縁回路１２１が連結され、
    前記ＬＥＤ回路１１３の入力端と出力端の間に、第４のキャパシタ１２２と第５の抵抗１２３が直列に連結されたサージアブゾーバ回路１２４が連結されることを特徴とする請求項３に記載の遠赤外線放射を用いた放熱板未付着のＬＥＤ蛍光灯。
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