JP5448011B2

JP5448011B2 - 発光素子ランプ及び照明器具

Info

Publication number: JP5448011B2
Application number: JP2012146482A
Authority: JP
Inventors: 敏也田中; 仁志河野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP2012182157A

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を光源として適用した発光素子ランプ及びこの発光素子ランプを用いた照明器具に関する。

ＬＥＤ等の発光素子は、その温度が上昇するに従い、光出力の低下とともに寿命にも影響を与える。このため、ＬＥＤやＥＬ素子等の固体発光素子を光源とするランプでは、寿命、効率の諸特性を改善するために発光素子の温度上昇を抑制する必要がある。また、発光素子が設けられた基板の温度上昇を抑制する一方、発光素子を点灯する点灯回路から生じる熱が発光素子に影響しないように対策を講ずる必要がある。従来、この種、ＬＥＤランプにおいて、効率よく放熱するため、ＬＥＤを配置した基板と口金との間に円柱形状の放熱部を備え、この円柱形状の放熱部の周縁に基板を取付けるものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−２８６２６７号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものは、放熱対策として特別に放熱部を設けたものであり、また、点灯回路から生じる熱がＬＥＤに影響しないように積極的に対策を講じたものではない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、発光素子により発生する熱を熱伝導性のケースを利用して放熱するとともに、点灯回路の配置および口金の装着が容易であり、口金とケースとの間の電気絶縁を簡単に得られる発光素子ランプ及び照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発光素子ランプは、根元部から開口部にわたって拡開する筒状に形成された熱伝導性のケースと；ケースの根元部の他端側に形成されている開口より大径な大径部およびこの大径部に連続し外周に雄ねじの機能をなす凸条が形成され、ケースの根元部の他端側に形成されている開口より小径な小径部を有し、小径部をケースの根元部からケース外に突出してケース内に収納された樹脂製の筒状部材と；一端側が発光素子を実装した基板と熱的に結合される基板取付部を有し、ケースの開口部を覆って、少なくとも一部がケースと面接触するように配設されてケースと熱的に結合した熱伝導性の放熱要素と；筒状部材内に配設された発光素子を点灯する点灯回路と；筒状部材の小径部の雄ねじの機能をなす凸条に自己の内面側の雌ねじの機能をなす螺旋状の凹条がねじ込まれる口金と；口金およびケースの間に介在するように、筒状部材の外面に設けられた樹脂製でリング状のカラーと；を具備することを特徴とする。

発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等の固体発光素子である。発光素子の配設は、チップ・オン・ボード方式や表面実装方式によって配設されたものが好ましいが、本発明の性質上、配設は特に限定されず、例えば、砲弾型のＬＥＤを用いて基板に配設してもよい。また、発光素子の配設個数には特段制限はない。反射体の光の照射方向の拡開は、連続的に拡開する形態であっても、段階的に拡開、換言すれば、不連続的な形状をもって拡開する形態であってもよい。筒状部材の断熱性は、ケースと口金との間の熱伝導が行われ難い性質を意味する。

請求項２に記載の発光素子ランプは、筒状部材には、大径部の上面開口を覆う蓋体が設けられていることを特徴とする。
請求項３に記載の照明器具は、ソケットを有する器具本体と；この器具本体のソケットに装着される請求項１または請求項２に記載の発光素子ランプと；を具備することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発光素子の点灯によって発生した熱をケースを利用して放熱することができるので、発光素子ランプの温度上昇を効果的に抑制することができる。また、筒状部材の大径部を利用して点灯回路を収納できるとともに小径部を用いて口金を取付けることができ、樹脂製でリング状のカラーによりケースと口金とを電気絶縁することができる。

請求項３の発明によれば、前記発光素子ランプの奏する効果に加え、口金からの熱をソケットに伝導して効果的に放熱できる照明器具を提供できる。

図１は本発明の発光素子ランプの第１の実施形態の一部を断面して示す正面図である。図２は同筒状部材を示す正面図である。図３は本発明の発光素子ランプの第２の実施形態の一部を断面して示す正面図である。図４は本発明の発光素子ランプを照明器具に用いた実施形態を示す側面図である。

以下、本発明の発光素子ランプの第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、発光素子ランプの一部を断面して示す正面図、図２は、断熱性を有する筒状部材を示す正面図である。まず、本実施形態の発光素子ランプは、いわゆるビームランプと指称される既存の反射形白熱電球に置き換えて取り付けることが可能であり、かつその外観寸法もビームランプと略同等となる構成を有していることを前提としている。ビームランプは、店舗のスポットライト、ビルや看板等の投光照明、工事現場等の照明に適するランプである。

図１において、発光素子ランプ１は、既存のビームランプと同様な外観形態をなしており、ケース、すなわち、外ケース２、放熱要素としての反射体３、発光素子４、筒状部材５、口金６及び透光性カバーとしての前面レンズ７とを備えている。外ケース２は、例えば、アルミニウムの一体成形品からなり、円筒状の根元部２ａから開口部２ｂにわたって拡開し、外周面が外方に露出するように椀状に形成されている。

放熱要素としての反射体３は、外ケース２内に収納され、外ケース２と同様に、例えば、アルミニウムの一体成形品からなり、内面側に反射面３ａが設けられ、根元部３ｂから照射開口部３ｃにわたって拡開している。そして、外ケース２の開口部２ｂの端部には、リング状で、かつ平坦な反射体載置部２ｃが形成されており、この載置部２ｃに反射体３の照射開口部３ｃの縁部、具体的には鍔部３ｄが載置されるようになっている。すなわち、外ケース２の開口部２ｂを放熱要素としての反射体３で覆っている。したがって、反射体３は、この部分で外ケース２と熱的に結合している。なお、外ケース２及び反射体３の材料は、アルミニウムに限らず、熱伝導性の良好な金属材料又は樹脂材料等を用いることができる。反射体３内の根元部３ｂには、光源となる発光素子４が設けられている。ここで発光素子４は、ＬＥＤチップであり、このＬＥＤチップは、チップ・オン・ボード方式でプリント基板８に実装されている。すなわち、ＬＥＤチップをプリント基板８の表面上に、縦１０個×横１０個＝１００個マトリクス状に配設し、その表面にコーティング材を塗布した構造をなしている。プリント基板８は、金属又は絶縁材のほぼ正方形の平板からなる。

基板８を金属製とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。また、絶縁材とする場合には、放熱特性が比較的良好で、耐久性に優れたセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。合成樹脂材料を用いる場合には、例えば、ガラスエポキシ樹脂等で形成できる。

そして、基板８は、反射体３の内底面部に形成された基板取付部３ｅに接着剤により取付けられている。この接着剤には、シリコーン樹脂系の接着剤に金属酸化物等を混合した熱伝導性が良好な材料を用いるのが好ましい。基板取付部３ｅは、反射体３と一体に形成されており、平坦面をなしている。基板８の基板取付部３ｅへの取付けにあたっては、まず、基板取付部３ｅに接着剤を塗布し、その上から基板８の裏面を配置し、基板取付部３ｅと面接触するように取付ける。なお、基板取付部３ｅは、反射体３と別体に形成し、この別体に形成したものを反射板３に熱的に結合するように取付けてもよい。

筒状部材５は、電気絶縁性の保護筒であり、図２にも示すように、大径部５ａと小径部５ｂとから構成された２段の筒状をなし、ＰＢＴ樹脂によって成形されている。また、その上面開口は、リード線（図示を省略）の挿通口９ａ、９ｂが形成されたカップ状の蓋体９によって覆われている。この筒状部材５は、所定の断熱性を有し、また、電気絶縁性を備えている。そして、大径部５ａ側は、外ケース２の根元部２ａに固着され、小径部５ｂ側には、口金６が固着されている。口金６は、口金規格Ｅ２６の口金であり、発光素子ランプ１を照明器具に装着する際に、照明器具のランプソケットにねじ込まれる部分である。

具体的な固着状態について説明する。外ケース２の根元部２ａは、筒状部材５の大径部５ａ外形に沿って覆うように形成されており、その下端部２ｄを内方に折曲している。そして、この外ケース２と筒状部材５とがリング状のカラー１０によって固着される。すなわち、カラー１０は、ＰＢＴ樹脂で成形されており、複数の楔状の係合爪１０ａを有し、この係合爪１０ａが外ケース２の下端部２ｄと大径部５ａの下端部５ｃにそれぞれ形成された貫通口を貫通し、弾性係合することによって、筒状部材５の大径部５ａは外ケース２の根元部２ａに固着される。一方、筒状部材５の小径部５ｂの外周には雄ねじの機能をなす凸条５ｄが形成されており、この凸条５ｄに口金４の内面側の雌ねじの機能をなす螺旋状の凹条４ａがねじ込まれて、筒状部材５に口金６が固着される。この場合、口金６の上端部４ｂはカラー１０の下端面に当接するので、カラー１０の係合を確実にし、外ケース２と筒状部材５との固着を強固にすることができる。

次に、筒状部材５内には点灯回路１１が収納されている。点灯回路１１は、ＬＥＤチップを点灯させるものであり、コンデンサやスイッチング素子としてのトランジスタ等の部品から構成されている。点灯回路１１は、回路基板１２に実装されており、この回路基板１２は、ほぼＴ字状をなして、筒状部材５内に縦方向に収納されている。つまり、回路基板１２の幅の広い部分１２ａを筒状部材５の大径部５ａ内に位置させ、回路基板１２の幅の狭い部分１２ｂを筒状部材５の小径部５ｂ内に位置させて収納している。これにより、狭隘な空間を有効的に利用して回路基板１２を配設することが可能となる。また、この点灯回路１１からは、リード線が導出されており、プリント基板８及び口金６と電気的に接続されている（図示を省略）。なお、点灯回路１１は、筒状部材５に全てが収納されてもよいし、一部が収納され、残部が口金６内に収納されるような形態でもよい。

また、前面レンズ７は、外ケース２の開口部２ｂ及び反射体３の照射開口部３ｃを気密に覆うようにパッキンを介して取付けられている。なお、前面レンズ７には、集光形や散光形があるが、用途に応じて適宜選択できる。

以上のように構成された発光素子ランプ１の作用について説明する。口金６を照明器具のソケットに装着して通電が行われると、点灯回路１１が動作して基板８に電力が供給され、ＬＥＤチップが発光する。ＬＥＤチップから出射された光の多くは直接前面レンズ７を通過して前方に照射され、一部の光は反射体３の反射面３ａに反射されて前面レンズ７を通過して前方に照射される。これに伴いＬＥＤチップから発生する熱は、主として、基板８裏面のほぼ全面から接着剤を介して基板取付部３ｅへ伝わり、さらに、放熱面積の大きい反射体３へと伝導される。さらにまた、反射体３の鍔部３ｄから外ケース２の平坦な反射体載置部２ｃへ熱伝導され、放熱面積の大なる外ケース２へ伝導される。このように各部材は、熱的に結合されており、前記熱伝導経路と放熱で基板８の温度上昇を抑制することができる。

一方、点灯回路１１から発生する熱は、この点灯回路１１を覆うように口金６が位置しているため、すなわち、点灯回路１１の近傍に口金６が位置しているため、主として、口金６に伝わり、口金６から照明器具のランプソケット等に伝導され放熱される。ここで、外ケース２と口金６との間には、断熱性を有する筒状部材５が介在しているので、外ケース２と口金６との間には熱的伝導は生じ難い。したがって、ＬＥＤチップから発生する熱と、点灯回路１１から発生する熱との放熱経路は分離され、点灯回路１１から発生した熱とＬＥＤチップから発生した熱とがお互いに影響し合うことが抑制できる。さらに、点灯回路１１の上方側は、蓋体９で覆われているとともに、点灯回路１１と基板８とは所定の間隔を空けて、すなわち、空気層ａを介在させて配置されているので、この点においても点灯回路１１の熱が基板８に作用し難い構成となっている。なお、以上説明してきたように、筒状部材５は、点灯回路１１を収納して電気的絶縁性を確保する機能、外ケース２と口金６との間に介在してこれらを断熱的に維持する機能、口金６を固着する機能を併せ持つものである。

以上のように本実施形態によれば、（１）発光素子４が配設された基板８の温度上昇を反射体３及び外ケース２を利用して効果的に抑制できる。基板８は、反射体３の基板取付部３ｅに面接触状態となっているので熱伝導が良好である。さらに、反射体３及び外ケース２は、光の照射方向に拡開しているので、放熱作用を奏する外周面の面積が大きく、また、他の発熱源であり、熱的保護を必要とする点灯回路１１から離反する側に設けられているので、この反射体３及び外ケース２を放熱要素として活用することは基板８の温度上昇の抑制に有効となる。（２）反射体３の照射開口部３ｃの鍔部３ｄが外ケース２の開口部２ｂの反射体載置部２ｃと接触し、熱的に結合されており、この部分は反射体３と外ケース２とが最も拡開した縁部であるため、双方の接触面積を広くとることが可能となる。（３）外ケース２と口金６との間には、断熱性を有する筒状部材５が介在しているので、発光素子４から発生する熱と、点灯回路１１から発生する熱との放熱経路を分離でき、点灯回路１１から発生した熱が発光素子４に影響を与えることを抑制できる。（４）点灯回路１１と基板８との間には空気層ａが介在しているので、点灯回路１１の熱が基板８に作用するのを抑制できる。（５）筒状部材５は、点灯回路１１の電気的絶縁性を確保し、外ケース２と口金６とを断熱的に維持し、かつ口金６を固着する機能を併せ持つものであり、多機能化されているので、構成の簡素化が可能となる。（６）加えて、既存のいわゆるビームランプの構成部材を用いることができるので、部品を共通化でき、安価な発光素子ランプを提供することが可能となる。

次に、本発明の発光素子ランプの第２の実施形態について図３を参照して説明する。図４は、発光素子ランプの一部を断面して示す正面図である。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。本実施形態では、断熱性を有する筒状部材５-1と、点灯回路１１を収納する電気絶縁性の保護筒５-2とを別部品の構成としたものである。筒状部材５-1及び保護筒５-2は、ＰＢＴ樹脂により成形されている。筒状部材５-1の一端側は、外ケース２の根元部２ａに固着され、他端側には、口金６が固着されている。また、保護筒５-2内には、回路基板１２が縦方向に配置され収納されている。

本実施形態によっても、発光素子４から発生する熱と、点灯回路１１から発生する熱との放熱経路を分離でき、点灯回路１１から発生した熱と発光素子４から発生した熱とが互いに影響し合うことが抑制でき、上述の第1の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。

次に、発光素子ランプを光源とした照明器具の実施形態について図４の側面図を参照して説明する。この照明器具２０は、屋外用のスポットライトを示している。照明器具２０は、器具本体２１とこの器具本体２１が取付けられるベース２２とを備えている。器具本体２１内にはソケット２３が設けられており、このソケット２３に発光素子ランプ１の口金４がねじ込まれて装着されている。なお、照明器具２０の設置は、ベース２２を地面等に固定して行われ、また、器具本体２１は、ベース２２に対して向きが変更可能であり、光の照射方向を任意に変えることができる。このような照明器具２０によれば、基板の温度上昇を外ケース及び反射体を利用して効果的に抑制でき、また、点灯回路から発生する熱は、主として、口金に伝わり、口金から照明器具のソケット等に伝導され放熱され、基板の温度上昇を一層効果的に抑制できる照明器具を提供することが可能となる。

以上の各実施形態においては、既存のビームランプの構成部材を適用して構成することを前提として説明したが、本発明は、既存のランプの構成部材を用いることは必須ではない。

１・・・発光素子ランプ、２・・・ケース（外ケース）、３・・・放熱要素としての反射体、３ｃ・・・照射開口部、４・・・発光素子（ＬＥＤチップ）、５・・・筒状部材、６・・・口金、８・・・基板、１０・・・カラー、１１・・・点灯回路、２０・・・照明器具

Claims

根元部から開口部にわたって拡開する筒状に形成された熱伝導性のケースと；
ケースの根元部の他端側に形成されている開口より大径な大径部およびこの大径部に連続し外周に雄ねじの機能をなす凸条が形成され、ケースの根元部の他端側に形成されている開口より小径な小径部を有し、小径部をケースの根元部からケース外に突出してケース内に収納された樹脂製の筒状部材と；
一端側が発光素子を実装した基板と熱的に結合される基板取付部を有し、ケースの開口部を覆って、少なくとも一部がケースと面接触するように配設されてケースと熱的に結合した熱伝導性の放熱要素と；
筒状部材内に配設された発光素子を点灯する点灯回路と；
筒状部材の小径部の雄ねじの機能をなす凸条に自己の内面側の雌ねじの機能をなす螺旋状の凹条がねじ込まれる口金と；
口金およびケースの間に介在するように、筒状部材の外面に設けられた樹脂製でリング状のカラーと；
を具備することを特徴とする発光素子ランプ。
筒状部材には、大径部の上面開口を覆う蓋体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子ランプ。
ソケットを有する器具本体と；
この器具本体のソケットに装着される請求項１または請求項２に記載の発光素子ランプと；
を具備することを特徴とする照明器具。