JP2010192337A

JP2010192337A - ランプ装置および照明器具

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Publication number: JP2010192337A
Application number: JP2009037192A
Authority: JP
Inventors: Takumi Suwa; 巧諏訪; Keiichi Shimizu; 恵一清水; Toshiya Tanaka; 敏也田中; Makoto Sakai; 誠酒井; Shigeru Osawa; 滋大澤; Takeshi Hisayasu; 武志久安; Kozo Ogawa; 光三小川; Hitoshi Kono; 仁志河野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: JP5320554B2

Abstract

【課題】放熱性を向上できるランプ装置12を提供する。
【解決手段】金属製カバー32の一面側に、チップ状のＬＥＤ56が実装された基板33を熱的に接触して配置するとともに、基板33を覆う樹脂製の透光性カバー35を取り付ける。金属製カバー32の一面側の周辺部に沿って、金属製カバー側熱伝導部47aを設ける。透光性カバー35には、金属製カバー側熱伝導部47aに沿って熱的に接触するように嵌合する透光性カバー側熱伝導部65aを設ける。ＬＥＤ56が発生する熱を金属製カバー32から大気中に放熱するとともに、金属製カバー32から透光性カバー35にも効率よく熱伝導し、透光性カバー35からも大気中に放熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源としてＬＥＤを用いるランプ装置および照明器具に関する。

従来、例えばＧＸ５３形の口金を用いたランプ装置がある。このランプ装置は、一般的に、扁平状で、その上面側にＧＸ５３形の口金が設けられ、下面側には光源として平面形の蛍光ランプが配置される金属製カバーが配置されているとともにこの蛍光ランプを覆って透光性カバーが配置されている。口金部の上面には一対のランプピンが突出され、口金の内部にはランプピンから電源の供給を受けて蛍光ランプを点灯させる点灯装置が収容されている。そして、蛍光ランプの点灯で生じる熱を金属製カバーから外部に放熱し、点灯装置などへの熱的影響を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１４０６０６号公報（第５−９頁、図１−３）

ランプ装置の点灯時には光源が発熱するため、放熱が必要である。特に、光源として、放電ランプより発熱量が大きいＬＥＤを用いた場合、十分な放熱が行われないと、ＬＥＤ自体の温度が高くなることで、ＬＥＤが熱劣化して短寿命の原因となってしまう。

ＧＸ５３形の口金を用いたランプ装置では、光源として蛍光ランプが用いられていたが、単純に蛍光ランプに代えてＬＥＤを用いただけでは十分な放熱性が確保できず、ＬＥＤの高出力化に対応できない問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、放熱性を向上できるランプ装置および照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載のランプ装置は、一面側にＬＥＤが実装された基板と；前記基板の他面側が熱的に接触して配設されているとともに前記基板の配設領域の周辺部に沿って金属製カバー側熱伝導部が設けられた金属製カバーと；金属製カバー側熱伝導部に沿って熱的に接触するように嵌合する透光性カバー側熱伝導部を有し、金属製カバーに配設された前記基板を覆って配設される樹脂製の透光性カバーと；を具備しているものである。

基板は、例えば、平板状で、ＬＥＤが搭載される一面側と、金属製カバーに熱的に接触可能な他面側とを有していればよい。基板はＬＥＤチップが直接実装してワイヤボンディング処理が行われる。ＣＯＢ（Chip On Board）タイプのものやＬＥＤチップが実装された接続端子付きのＬＥＤ素子が実装されたＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプのいずれでもよい。

金属製カバーは、例えば、アルミニウムなどの熱伝導に優れた金属製で、円筒状や円盤状に形成され、基板の他面側が面接触して熱的に接触するようにしてもよい。金属製カバーの外周面部には、放熱性の向上のために複数のフィンが設けられていたり、その内側と連通可能な連通孔が形成されていても構わない。金属製カバー側熱伝導部は、例えば、溝部、突部、あるいはねじ構造など、透光性カバー側熱伝導部を嵌合可能な構造であればいずれでもよい。

透光性カバーは、例えば、アクリルなどの透光性を有する樹脂材料によって形成されている。透光性カバー側熱伝導部は、例えば、突部、溝部あるいはねじ構造など、金属製カバー側熱伝導部に沿って熱的に接触するように嵌合可能な構造であればいずれでもよい。

透光性カバーには、放熱性を向上させるための熱伝導性フィラーを混入してもよい。このフィラーとしては光拡散性が高いものを用いれば透光性カバーの光拡散性能を向上させることができる。

請求項２に記載のランプ装置は、請求項１に記載のランプ装置において、金属製カバー側熱伝導部と透光性カバー側熱伝導部とを熱伝導可能に接続する熱伝導接続手段を備えているものである。

熱伝導接続手段は、金属製カバー側熱伝導部と透光性カバー側熱伝導部との間に介在させるシリコーン樹脂やグリスなどの熱伝導部材、金属製カバー側熱伝導部と透光性カバー側熱伝導部とが熱伝導可能に密着するようにする螺合構造やねじ止めなど、いずれでも構わない。

請求項３に記載の照明器具は、請求項１または２に記載のランプ装置を具備しているものである。

照明器具は、器具本体、ランプ装置を装着するソケット装置などを備えていても構わない。

請求項１に記載のランプ装置によれば、一面側の内側部に基板を熱的に接触して配置した金属製カバーの周辺部に沿って、金属製カバー側熱伝導部を設けるとともに、金属製カバーの一面側に基板を覆って配置される樹脂製の透光性カバーに、金属製カバー側熱伝導部に沿って熱的に接触するように嵌合する透光性カバー側熱伝導部を設けたため、ＬＥＤが発生する熱を基板から金属製カバーに熱伝導して大気中に放熱できるとともに、金属製カバー側熱伝導部および透光性カバー側熱伝導部を通じて外方に露出する表面積が大きい透光性カバーに効率よく熱伝導することにより、透光性カバーからも大気中に放熱でき、放熱性を向上でき、ＬＥＤの高出力化にも対応できる。

請求項２に記載のランプ装置によれば、請求項１に記載のランプ装置の効果に加えて、金属製カバー側熱伝導部と透光性カバー側熱伝導部とを熱伝導接続手段により熱伝導可能に接続するため、金属製カバー側熱伝導部から透光性カバー側熱伝導部への熱伝導性を向上でき、より放熱性を向上できる。

請求項３に記載の照明器具によれば、ランプ装置が長寿命な照明器具を提供できる。

本発明の第１の実施の形態を示すランプ装置の断面図である。同上ランプ装置の分解状態の斜視図である。同上ランプ装置およびソケット装置の斜視図である。第２の実施の形態を示すランプ装置の金属製カバーおよび透光性カバーの一部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１ないし図３に第１の実施の形態を示し、図１はランプ装置の断面図、図２はランプ装置の分解状態の斜視図、図３はランプ装置およびソケット装置の斜視図である。

図３に示すように、照明器具は、例えばダウンライトなどの図示しない器具本体、この器具本体に取り付けられるソケット装置11、このソケット装置11に装着される扁平状のランプ装置12を備えている。なお、以下、これらの上下方向などの方向関係は、ランプ装置12を水平に取り付ける状態を基準として、ランプ装置12の一面側である口金側を上側、他面側である光源側を下側として説明する。

ソケット装置11は、ＧＸ５３形口金に対応しているもので、絶縁性を有する合成樹脂製で円筒状のソケット装置本体21を有し、このソケット装置本体21の中央には挿通孔22が上下方向に貫通形成されている。

ソケット装置本体21の下面には、ソケット装置本体21の中心に対して対称位置に、一対のソケット部24が形成されている。これらソケット部24には、接続孔25が形成されているとともに、この接続孔25の内側に電源供給する図示しない受金が配置されている。接続孔25は、ソケット装置本体21の中心に対して同心円となる円弧状の長孔であり、この長孔の一端には拡径部26が形成されている。

また、図１ないし図３に示すように、ランプ装置12は、上面側に配置される口金31、この口金31を上面側に取り付ける金属製カバー32、この金属製カバー32の下面側に熱的に接触して取り付けられるＬＥＤモジュール基板である基板33、基板33を介在して金属製カバー32に取り付けられる反射体34、金属製カバー32の下面を覆って取り付けられるグローブである透光性カバー35、および口金31内に配置される点灯装置36を備え、これら各部品は高さ方向の寸法が小さい薄形に形成されている。

口金31は、例えば、ＧＸ５３形の口金構造が採用されており、絶縁性を有する合成樹脂製の口金ケース38、この口金ケース38の上面から突出する一対のランプピン39を備えている。この口金31の外径は７０〜７５ｍｍ程度である。

口金ケース38は、平盤状であって円盤状（環状）の基板部40、この基板部40の上面中央から上方へ突出する円筒状の突出部41、基板部40の周辺部から下方へ突出する環状の嵌合部42とが一体に形成されている。基板部40には、一対のランプピン39を取り付ける一対の取付ボス43、および複数の挿通孔44が形成されている。そして、嵌合部42が金属製カバー32に嵌合され、図示しない複数のねじが基板部40の外側から各挿通孔44を通じて金属製カバー32に螺着されることにより、口金ケース38が金属製カバー32に固定されている。

一対のランプピン39は、ランプ装置12の中心に対して対称位置で、口金ケース38の基板部40の上面から突出されている。ランプピン39の先端部には径大部45が形成されている。そして、各ランプピン39の径大部45をソケット装置11の各接続孔25の拡径部26から挿入し、ランプ装置12を所定角度であって例えば１０°程度回動させることにより、ランプピン39が拡径部26から接続孔25に移動し、ランプピン39が接続孔25の内側に配置される受金に電気的に接続されるとともに、径大部45が接続孔25の縁部に引っ掛かり、ランプ装置12がソケット装置11に保持される。

また、金属製カバー32は、例えば、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料にて扁平な略円筒状に一体形成されており、略円筒形をなす外周部47が形成され、この外周部47には口金側である上部側略半分の領域に複数の放熱フィン48が形成されている。

外周部47の内側には上下方向の中間に円板状の基板取付部49が形成され、この基板取付部49により仕切られて、金属製カバー32の上面側に口金ケース38の嵌合部42が嵌合される口金側空間部50が形成され、下面側に基板33および反射体34などが配置される光源側空間部51が形成されている。基板取付部49の中心部には、反射体34をねじ止めするための取付孔49aが形成されている。この取付孔49aには基板取付部49の口金ケース38側から取付ねじ52が挿通され、この取付ねじ52が反射体34の中心部に螺着されて反射体34を固定する。反射体34の内側形状との嵌合によって位置決めされた基板33は、反射体34によって挟み込むようにして固定され、基板取付部49に当接されている。また、基板取付部49には基板33と点灯装置36とをリード線で接続するための配線孔49bが形成されている。

金属製カバー32の周辺部に沿って、透光性カバー35が熱的に接触するように嵌合する金属製カバー側熱伝導部47aが形成されている。この金属製カバー側熱伝導部47aは、外周部47の光源側空間部51内に臨む環状の内面部分によって形成されている。

金属製カバー32および透光性カバー35の外周部47の最外径Ｄは、８０〜１５０ｍｍで、好ましくは８５〜１００ｍｍであり、具体的な一例としては９０ｍｍ程度である。また、金属製カバー32の外周部47の高さｈは、５〜２５ｍｍで、好ましくは１０〜２０ｍｍであり、具体的な一例としては１７ｍｍ程度である。さらに、ランプ装置12への総入力電力Ｗあたりの外周部47の外周面の面積である２π（Ｄ／２）ｈ／Ｗは２００〜８００ｍｍ²／Ｗの範囲である。

また、基板33は、例えば、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料にて平盤状であって円盤状に形成された基板本体55を有し、この基板本体55の下面に絶縁層を介して配線パターンが形成され、この配線パターン上に複数の面実装部品としてのＬＥＤ素子であるＬＥＤ56が電気的および機械的に接続配置されている。基板本体55は、金属製カバー32とこの金属製カバー32に対してねじ止めされる反射体34との間に挟み込まれることにより、金属製カバー32の基板取付部49の下面に面接触状態に密着して熱伝導可能に取り付けられている。

また、反射体34は、例えば、合成樹脂材料にて形成され、表面が白色ある鏡面などの反射効率の高い反射面に形成されている。反射体34の周辺部には円筒状の枠部58が形成され、この枠部58の内側に各ＬＥＤ56毎に仕切る仕切部59が放射状に形成されている。これら枠部58と仕切部59とで各ＬＥＤ56毎に仕切られた内側には、ＬＥＤ56が挿通する開口部60、およびＬＥＤ56に対向してＬＥＤ56からの光を配光に応じた所望の方向へ反射させる反射面61が形成されている。

反射体34は、基板33を介在して金属製カバー32の下面に配置され、取付ねじ52が金属製カバー32の上面側から取付孔49aを通じて反射体34の中心部に螺着されることにより、金属製カバー32に締め付け固定されている。この反射体34を金属製カバー32に締め付け固定することにより、反射体34と金属製カバー32との間に基板33を挟み込んで、基板33を金属製カバー32の基板取付部49に密着させている。

また、透光性カバー35は、透光性を有し、透明あるいは光拡散性を有する例えばアクリルなどの合成樹脂材料にて一体に形成されている。透光性カバー35は、円板状の前面部63と、この前面部63の周辺部に設けられた円筒状の側面部64を有し、側面部64には金属製カバー32の外周部47の内側に嵌合そして固定される嵌合部65が形成されている。

嵌合部65は、金属製カバー側熱伝導部47aに沿って熱的に接触するように嵌合する透光性カバー側熱伝導部65aとして構成されている。透光性カバー側熱伝導部65aは、金属製カバー32の外周部47の光源側空間部51内に臨む内面部分に嵌合する嵌合部65の環状の外面部分によって形成されている。

金属製カバー側熱伝導部47aと透光性カバー側熱伝導部65aとは、熱伝導接続手段68によって、これらが熱伝導可能に接続されている。熱伝導接続手段68は、金属製カバー側熱伝導部47aと透光性カバー側熱伝導部65aとの間に介在される例えばシリコーン樹脂やグリスなどの熱伝導材69で構成されている。

また、点灯装置36は、図示しないが回路基板およびこの回路基板に実装された複数の点灯回路部品を有し、口金ケース38の突出部41の内側に配置されている。点灯装置36の電源入力部と一対のランプピン39とが図示しないリード線で電気的に接続され、金属製カバー32の配線孔49bを通じて点灯装置36の出力部と基板33とが図示しないリード線で電気的に接続されている。

そうして、このように構成されたランプ装置12をソケット装置11に装着するには、ランプ装置12の各ランプピン39をソケット装置11の各接続孔25の拡径部26に下方から挿入した後、ランプ装置12を装着方向へ回動させて、各ランプピン39を各拡径部26から各接続孔25に移動させることにより、各ランプピン39がソケット装置11の受金に電気的に接触されるとともに、各ランプピン39の径大部45が各接続孔25の縁部に引っ掛かり、ランプ装置12をソケット装置11に装着できる。

ランプ装置12をソケット装置11に装着した状態では、ランプ装置12の突出部41がソケット装置11の挿通孔22に挿入される。このとき、突出部41の端面や金属製カバー32が図示しない器具本体に熱伝導可能に密着するようにすれば、ランプ装置12の熱を器具本体へ逃すことができる。

また、ランプ装置12のＬＥＤ56の点灯時においては、ＬＥＤ56の発生する熱が基板33から金属製カバー32の基板取付部49に、さらにこの基板取付部49から外周部47に熱伝導される。この金属製カバー32の外周部47に熱伝導された熱は、外周部47の外周面から大気中へ効率よく放熱される。特に、外周部47に放熱フィン48を設けているため、外周部47の表面積が平面に比べて増加し、放熱効率を向上できる。なお、放熱性能が満足するものであれば、外周部47には放熱フィン48を設けず、平坦な側面としてもよい。

さらに、金属製カバー32の金属製カバー側熱伝導部47aに沿って、透光性カバー35の透光性カバー側熱伝導部65aが熱的に接触するように嵌合しているため、これら金属製カバー側熱伝導部47aおよび透光性カバー側熱伝導部65aを通じて金属製カバー32から透光性カバー35に効率よく熱伝導され、透光性カバー35に熱伝導された熱が透光性カバー35の側面部64および前面部63から大気中に放熱できる。

したがって、ランプ装置12では、ＬＥＤ56が発生する熱を基板33から金属製カバー32に熱伝導して大気中に放熱できるとともに、金属製カバー側熱伝導部47aおよび透光性カバー側熱伝導部65aを通じて金属製カバー32から透光性カバー35に効率よく熱伝導できる。透光性カバー35は最外径Ｄの寸法が８０〜１５０ｍｍの範囲で扁平状に形成されており、その周面および前面が外方に露出していて比較的表面積が大きいので、この透光性カバー35を介してＬＥＤ56の熱を大気中に放熱でき、ランプ装置12全体の放熱性を向上し、ＬＥＤ56の高出力化にも対応できる。

ランプ装置12全体の放熱性を向上するため、金属製カバー32の表面温度は８０℃以下、透光性カバー35の表面温度は７０℃以下に維持することができる。

また、透光性カバー35は、樹脂製であるため、従来のガラス製に比べて、放熱性がよく、透光性カバー側熱伝導部65aを金属製カバー側熱伝導部47aに沿った形状に容易に形成できるなどの優れた利点がある。

さらに、透光性カバー35がガラスであると、金属製カバー32との熱膨張の差が大きいために、ガラスの割れなどの破損を考慮して、金属製カバー32との嵌合部分のクリアランスを大きくとる必要があり、その結果、金属製カバー32から透光性カバー35への熱伝達効率が低くなるが、透光性カバー35が樹脂製であると、ガラスに比べて、金属製カバー32との熱膨張の差が小さく、変形にも柔軟に対応できるため、金属製カバー32との嵌合部分のクリアランスは小さくてよく、また、樹脂は成形性に優れているので、両熱伝導部同士の接触面積が大きくなるような接合ないし嵌合構造にするのが容易である。その結果、金属製カバー32から透光性カバー35への熱伝達効率を高くすることができる。

なお、本実施の形態における両熱伝導部47a，65aの間の実質的な接触面積は６００〜２０００ｍｍ²であり、総入力電力あたりの当該接触面積は１５〜１５０ｍｍ²／Ｗとすることが好ましい。

また、金属製カバー側熱伝導部47aと透光性カバー側熱伝導部65aとを熱伝導接続手段68により熱伝導可能に接続するため、金属製カバー側熱伝導部47aから透光性カバー側熱伝導部65aへの熱伝導性を向上でき、より放熱性を向上できる。

特に、熱伝導接続手段68として、金属製カバー側熱伝導部47aと透光性カバー側熱伝導部65aとの間に介在される例えばシリコーン樹脂やグリスなどの熱伝導材69を用いることにより、金属製カバー側熱伝導部47aと透光性カバー側熱伝導部65aとの間の密着性を高め、熱伝導効率を高めることができる。

なお、ＬＥＤ56と透光性カバー35の内面との最小間隔ａは、樹脂の耐熱性やランプ装置12の薄形化を考慮し、３〜１５ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍの範囲としている。

図４に第２の実施の形態を示し、図４はランプ装置の金属製カバーおよび透光性カバーの一部の断面図である。

金属製カバー32の金属製カバー側熱伝導部47aとしては、外周部47の下面側に開口する環状の溝部71とし、また、透光性カバー35の透光性カバー側熱伝導部65aとしては、側面部64の上端面から垂直に突出して溝部71に嵌合する環状の突部72とする。

これら溝部71と突部72とが嵌合することにより、金属製カバー32と透光性カバー35とが熱伝導可能に接触する。この構造の場合には、溝部71と突部72との接触面積を大きくとることができるため、熱伝導効効率を高めることができる。さらに、溝部71と突部72との間に熱伝導材69を介在させることにより、金属製カバー側熱伝導部47aと透光性カバー側熱伝導部65aとの間の密着性を高め、熱伝導効率をより高めることができる。

なお、熱伝導接続手段68は、熱伝導材69を金属製カバー側熱伝導部47aと透光性カバー側熱伝導部65aとの間に介在させる構成に限らず、金属製カバー側熱伝導部47aと透光性カバー側熱伝導部65aとが互いに螺合する螺合構造を用いてもよく、あるいはねじで金属製カバー側熱伝導部65aと透光性カバー側熱伝導部65aとが互いに密着するように締め付けてもよい。

12 ランプ装置
32 金属製カバー
33 基板
35 透光性カバー
47a 金属製カバー側熱伝導部
56 ＬＥＤ
65a 透光性カバー側熱伝導部
68 熱伝導接続手段

Claims

一面側にＬＥＤが実装された基板と；
前記基板の他面側が熱的に接触して配設されているとともに前記基板の配設領域の周辺部に沿って金属製カバー側熱伝導部が設けられた金属製カバーと；
金属製カバー側熱伝導部に沿って熱的に接触するように嵌合する透光性カバー側熱伝導部を有し、金属製カバーに配設された前記基板を覆って配設される樹脂製の透光性カバーと；
を具備していることを特徴とするランプ装置。
金属製カバー側熱伝導部と透光性カバー側熱伝導部とを熱伝導可能に接続する熱伝導接続手段を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のランプ装置。
請求項１または２に記載のランプ装置を具備している
ことを特徴とする照明器具。