JP5622465B2 - Ｌｅｄ電球およびｌｅｄ電球の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ電球およびＬＥＤ電球の製造方法に関する。

いわゆる白熱電球の代替製品として、ＬＥＤチップが搭載されたＬＥＤ電球が普及し始めている。ＬＥＤ電球は、白熱電球に対して、省電力および長寿命といった長所がある。

図１４は、従来のＬＥＤ電球の一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示されたＬＥＤ電球Ｘは、ＬＥＤモジュール９１、カバー９２、放熱部材９３、および口金９５を備えている。ＬＥＤモジュール９１は、ＬＥＤ電球Ｘの発光手段であり、ＬＥＤチップ（図示略）が内蔵されている。カバー９２は、ＬＥＤモジュール９１からの光を透過するものであり、略球形状とされている。放熱部材９３は、ＬＥＤモジュール９１からの熱を放散させるためのものであり、たとえばアルミからなる。放熱部材９３には、放熱効果を高めるための複数のフィン９４が形成されている。口金９５は、ＬＥＤ電球Ｘを、白熱電球用の照明器具に取り付けるための部位である。

しかしながら、複数のフィン９４が設けられた放熱部材９３は、全体の形状が複雑になりやすい。しかも、放熱部材９３の内部には、ＬＥＤモジュール９１に電力供給するための電線や電子部品を収容する空間を設けることが求められる。このような放熱部材９３を一体成形するには、たとえばアルミを材料として金型鋳造することが必要である。これは、ＬＥＤ電球Ｘのコスト上昇の一因となっていた。

特開２０１０−５６０５９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、放熱効果を十分に発揮しつつ、製造コストを低減することが可能なＬＥＤ電球およびその製造方法を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供されるＬＥＤ電球は、ＬＥＤチップと、上記ＬＥＤチップから伝わった熱を放散させる放熱部材と、を備えるＬＥＤ電球であって、上記放熱部材は、軸方向と直角である面における断面形状が一様である筒状部、および、それぞれが上記筒状部から外方に延びているとともに上記軸方向に延びており、かつ上記軸方向視における位置が同一である部分の板厚が一定である複数のフィンを有することを特徴としている。

このような構成によれば、上記放熱部材は、上記軸方向において上記軸方向視形状が部分的に大きく突出するといった部位がない。そのため、たとえば押し出し成形を用いて形成した長尺部材から複数の上記放熱部材を容易に製造することができる。押し出し成形を用いた製造は、たとえば金型鋳造による手法と比較して製造コストを低減可能である。したがって、十分な放熱効果を確保しつつ、上記ＬＥＤ電球の製造コストを低減することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ＬＥＤチップが搭載された基板をさらに備えており、上記基板は、上記放熱部材の上記軸方向一端に取り付けられている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記筒状部は、円筒形状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数のフィンは、上記筒状部の中心軸を中心として放射状に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記各フィンの上記軸方向に対する径方向における寸法が、上記ＬＥＤチップに近いほど大である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ＬＥＤチップに電力を供給するための電源部をさらに備えており、上記電源部は、上記筒状部に収容されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記放熱部材は、アルミからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記放熱部材に対して上記ＬＥＤチップとは反対側に取り付けられた口金をさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ＬＥＤチップを囲んでおり、かつ上記ＬＥＤチップからの光を透過させるカバーをさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記カバーの内面には、粗面処理が施されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記カバーの外面には、粗面処理が施されている。

本発明の第２の側面によって提供されるＬＥＤ電球の製造方法は、軸方向と直角である面における断面形状が一様である筒状部、および、それぞれが上記筒状部から外方に延びているとともに上記軸方向に延びており、かつ上記軸方向視における位置が同一である部分の板厚が一定である複数のフィンを有する長尺材料を押し出し加工によって形成する工程と、上記長尺材料を上記軸方向と直角である面において切断することにより複数の放熱部材を形成する工程と、上記放熱部材に対してＬＥＤチップを固定する工程と、を有することを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記筒状部は、円筒形状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数のフィンは、上記筒状部の中心軸を中心として放射状に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記放熱部材に対してＬＥＤチップを固定する工程においては、上記ＬＥＤチップが搭載された基板を、上記放熱部材の上記軸方向一端に取り付ける。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記放熱部材の上記複数のフィンを上記軸方向における上記一端側の寸法が他端側の寸法よりも大となるように切断する工程をさらに有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記放熱部材の上記筒状部に、上記ＬＥＤチップに電力を供給するための電源部を収容する工程をさらに有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記長尺材料を形成するための押し出し加工には、アルミを用いる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記放熱部材に対して上記ＬＥＤチップとは反対側に口金を取り付ける工程をさらに有する。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係るＬＥＤ電球の一例を示す正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例に用いられるＬＥＤモジュールの一例を示す断面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例に用いられる放熱部材の一例を示す平面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例に用いられる放熱部材の一例を示す正面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例に用いられる放熱部材の一例を示す底面図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例に用いられる電源部の基板および電子部品を示す正面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例に用いられる電源部の基板および電子部品を示す背面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例の製造方法の一例において、長尺部材を切断する工程を示す斜視図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例の製造方法の一例において、短尺部材を切断する工程を示す正面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の一例の製造方法の一例における組立工程を示す正面図である。 従来のＬＥＤ電球の一例を示す正面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図３は、本発明に係るＬＥＤ電球の一例を示している。本実施形態のＬＥＤ電球Ａは、基板１、複数のＬＥＤモジュール２、カバー３、ブラケット４、放熱部材５、電源部６、および口金７を備えている。ＬＥＤ電球Ａは、白熱電球の代替製品として白熱電球用の照明器具に取り付けられて用いられる。

基板１は、複数のＬＥＤモジュール２を支持するためのものであり、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる本体に配線パターンが形成された構成とされている。基板１の構成としては、このほかに、たとえばアルミからなる本体、この本体に形成された絶縁層、この絶縁層に積層された配線パターンを有するものであってもよい。図３に示すように、本実施形態においては、基板１は略正方形状とされている。図２および図３に示すように、基板１には、複数の取付け孔１１が形成されている。複数の取付け孔１１は、電源部６と基板１とを取り付けるために用いられる。

複数のＬＥＤモジュール２は、たとえば白色光を発する発光手段である。本実施形態においては、図３に示すように、４つのＬＥＤモジュール２が基板１の四隅に搭載されている。図４に示すようにＬＥＤモジュール２は、ＬＥＤチップ２１、基板２２、ワイヤ２３、および封止樹脂２４を備えている。なお、複数のＬＥＤモジュール２は、赤色光を発するもの、緑色光を発するもの、青色光を発するものを含んでもよい。

ＬＥＤチップ２１は、ＬＥＤモジュール２の光源であり、たとえばＧａＮ系半導体からなるｎ型半導体層、ｐ型半導体層、およびこれらに挟まれた活性層からなる。ＬＥＤチップ２１からは、たとえば青色光が発せられる。基板２２は、ＬＥＤチップ２１を支持するためのものであり、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる本体に配線パターンが形成されている。この配線パターンは、ＬＥＤチップ２１が搭載される部位、およびＬＥＤモジュール２を面実装するための実装電極として用いられる部位、などを有する。

ワイヤ２３は、たとえば金からなり、ＬＥＤチップ２１の上面と上記配線パターンとを導通させている。封止樹脂２４は、ＬＥＤチップ２１およびワイヤ２３を覆っており、たとえば透明なエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に蛍光体材料が混入された材質からなる。この蛍光体材料は、たとえばＬＥＤチップ２１から発せられた青色光によって励起されることにより黄色光を発する。この黄色光とＬＥＤチップ２１からの青色光とが混色することにより、白色光が得られる。なお、封止樹脂２４の材質としては、透明なエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に、青色光によって励起されることにより赤色光を発する蛍光体材料と緑色光を発する蛍光体材料とが混入されたものを用いてもよい。

カバー３は、複数のＬＥＤモジュール２を保護するためのものであり、たとえば透明または半透明の樹脂からなる。本実施形態においては、カバー３は、その外形が軸方向Ｎａを長軸方向とする半楕円体とされている。図３に示すように、カバー３の外面３２は、ごく平滑な面とされている。これに対し、カバー３の内面３１には、粗面処理が施されている。この粗面処理は、たとえばカバー３を形成するための金型のうち内面３１を形成するための部位にショットブラスト処理を施すことによってなされる。なお、内面３１に加えて、外面３２に対しても同様の粗面処理を施してもよい。

ブラケット４は、カバー３と放熱部材５との取り付けを容易化するためのものである。本実施形態においては、ブラケット４は、たとえば樹脂からなり、リング形状とされている。

放熱部材５は、ＬＥＤモジュール２からの熱を放散させるためのものであり、筒状部５１、複数のフィン５２、および台座部５３が形成されている。本実施形態の放熱部材５は、たとえばアルミからなり、後述するように押し出し加工を利用して形成されている。

筒状部５１は、軸方向Ｎａに延びる中心軸を有する筒状であり、本実施形態においては円筒形状とされている。筒状部５１は、放熱部材５の軸方向Ｎａにおける全域にわたる長さとされている。筒状部５１は、軸方向Ｎａと直角である平面の断面形状が軸方向Ｎａのいずれの箇所においても同一である。

複数のフィン５２は、筒状部５１の中心軸を中心として、筒状部５１から径方向Ｎｄに沿って放射状に形成されている。図５、図７、および図８によく表れているように、各フィン５２は、軸方向Ｎａ視における位置が同一である部分の板厚は、軸方向Ｎａのいずれの箇所においても同一である。また、隣り合うフィン５２どうしの間の隙間は、軸方向Ｎａにおいて複数のフィン５２の両端にわたって存在しており、たとえばこれらの隙間を封じる部位は、放熱部材５には形成されていない。図２および図６によく表れているように、各フィン５２の径方向Ｎｄにおける寸法は、軸方向Ｎａにおいて、ＬＥＤモジュール２（ＬＥＤチップ２１）に近いほど大とされている。

台座部５３は、放熱部材５の軸方向Ｎａ一端に設けられており、軸方向Ｎａにおいて複数のフィン５２から若干突出している。図５〜図７に示すように、台座部５３は、筒状部５１と、複数のフィン５２のうち径方向Ｎｄにおける中心軸寄りの部分と、が軸方向Ｎａに延出するようにして形成されている。台座部５３は、基板１を保持する部分である。

電源部６は、ＬＥＤモジュール２（ＬＥＤチップ２１）に電源供給するためのものであり、基板６１、複数の電子部品６２、およびケース６３を備えている。基板６１は、たとえばガラスエポキシ樹脂からなり、本実施形態においては、軸方向Ｎａを長手方向とする長矩形状とされている。複数の電子部品６２は、ＬＥＤモジュール２（ＬＥＤチップ２１）への電源供給機能を果たすためのものであり、図９および図１０に示すように基板６１の両面に実装されている。複数の電子部品６２は、たとえば制御用ＩＣ、コンデンサ、コイル、チップ抵抗器、ダイオードなどを含む。

ケース６３は、たとえば半透明な樹脂からなり、筒状部６３ａ、ねじ部６３ｂおよび複数の突起６３ｃを有している。筒状部６３ａは、その軸方向が軸方向Ｎａに沿う有底円筒形状とされており、基板６１および複数の電子部品６２を収容している。ねじ部６３ｂは、筒状部６３ａに対して軸方向Ｎａ下方に形成されており、口金７と螺合する雄ねじ形状とされている。

ケース６３の筒状部６３ａの外径は、放熱部材５の筒状部５１の内径よりも若干小とされている。これにより、電源部６のうちケース６３の筒状部６３ａおよびこれに収容された部分は、放熱部材５の筒状部５１に収容されている。

複数の突起６３ｃは、基板１を固定するためのものである。各突起６３ｃは、基板１の各取付け孔１１に挿入されている。突起６３ｃのうち取付け孔１１から突出した部分に対しては、固定を確実化するためのたとえば熱かしめ処理が施されている。

口金７は、たとえばＪＩＳ規格に準拠した一般的な電球用の照明器具に取り付けるための部分である。口金７は、ＪＩＳ規格に定められたＥ１７、Ｅ２６などの仕様を満たす構成とされている。口金７は、電源部６のケース６３のねじ部６３ｂに対して螺合することにより取り付けられている。

次に、ＬＥＤ電球Ａの製造方法の一例について、以下に説明する。

まず、図１０に示す長尺部材５Ａを形成する。長尺部材５Ａは、筒状部５１Ａおよび複数のフィン５２Ａを有しており、軸方向Ｎａと直角である平面の断面形状が軸方向Ｎａについて一様である。筒状部５１Ａは、軸方向Ｎａに延びる中心軸を有する円筒形状であり、複数のフィン５２Ａは、筒状部５１Ａの中心軸を中心として放射状に配置されている。長尺部材５Ａの形成には、押し出し加工を利用する。長尺部材５Ａの上記断面形状が形成されたダイスにたとえばアルミからなるビレットを高圧で押し付けることにより、一様な断面形状を有する長尺部材５Ａが連続的に形成される。

次に、この長尺部材５Ａを図示された複数の切断面Ｃｐに沿って切断する。複数の切断面Ｃｐは、軸方向Ｎａに対して直角であり、等間隔に配置されている。これにより、長尺部材５Ａは、図１２に示す複数の短尺部材５Ｂに分割される。

次いで、図１２に示す切断線Ｃｌに沿って、短尺部材５Ｂの筒状部５１Ｂおよび複数のフィン５２Ｂを切断する。この切断は、たとえばワイヤを用いて行う。図示された切断線Ｃｌに沿った切断を、短尺部材５Ｂの周方向全方位について行う。これにより、図５〜図８に示す放熱部材５が得られる。

この後は、図１３に示すように、放熱部材５に電源部６を挿入する。電源部６の複数の突起６３ｃと基板１とを固定することにより、基板１が放熱部材５の台座部５３に取り付けられる。また、放熱部材５にブラケット４を介してカバー３を取り付ける。一方、電源部６のねじ部６３ｂに口金７を取り付ける。以上の工程を経ることにより、図１〜図３に示すＬＥＤ電球Ａが得られる。

次に、ＬＥＤ電球Ａの作用について説明する。

本実施形態によれば、放熱部材５は、軸方向Ｎａにおいて軸方向Ｎａ視形状が部分的に大きく突出するといった部位がない。そのため、押し出し成形を用いて形成した長尺部材５Ａから複数の放熱部材５を容易に製造することができる。押し出し成形を用いた製造は、たとえば金型鋳造による手法と比較して製造コストを低減可能である。したがって、ＬＥＤ電球Ａの製造コストを低減することができる。

金型鋳造を用いる場合、鋳造材料を隅々に行き渡らせる必要があるため、複数のフィン５２の枚数が制限される。これに対し、本実施形態においては、押し出し成形を用いるため、材料の行き渡り不足といった懸念がほとんどない。このため、複数のフィン５２の枚数をより多く設定することが可能であり、放熱部材５の放熱効果を高めるのに適している。また、押し出し加工を用いた場合、金型鋳造を用いた場合よりも放熱部材５の密度を高めることが可能である。これは、放熱部材５の熱伝導率向上に寄与し、放熱部材５の放熱効果を高めるのに有利である。

フィン５２の径方向Ｎｄにおける寸法が軸方向ＮａにおいてＬＥＤモジュール２に近いほど大とされていることにより、ＬＥＤモジュール２からの熱によってより高温となる部位ほど放熱のための表面積を大きくすることができる。これにより、放熱部材５の放熱効果を合理的に高めることができる。

台座部５３に基板１を取り付けることにより、ＬＥＤモジュール２からの熱を放熱部材５へと伝えやすくすることができる。

筒状部５１に電源部６を収容することにより、たとえば軸方向Ｎａにおいて電源部６を配置するためだけの専用の部分は設けられていない。これは、ＬＥＤ電球Ａの小型化、特に軸方向Ｎａ寸法の縮小化に好ましい。

カバー３の内面３１が粗面とされていることにより、ＬＥＤモジュール２からの光を拡散させつつ、外面３２から出射することができる。これにより、個々のＬＥＤモジュール２（ＬＥＤチップ２１）は、ＬＥＤ電球Ａ外からいわゆる点光源として視認されにくくなる。したがって、ＬＥＤ電球Ａを一般的な白熱電球と同様に、あるいはそれ以上にカバー３全体が光り輝くものとして視認されうるものとすることができる。内面３１に加えて外面３２に対しても粗面処理を施せば、より強い拡散効果が期待できる。

アルミの押し出し加工によって形成した長尺部材５Ａから短尺部材５Ｂおよび放熱部材５を形成することにより、軸方向Ｎａ寸法が異なる放熱部材５や、フィン５２の径方向Ｎｄ視形状が異なる放熱部材５を製造する場合であっても、切断面Ｃｐや切断線Ｃｌの設定を変更することにより容易に対応可能である。

本発明に係るＬＥＤ電球は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るＬＥＤ電球の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ ＬＥＤ電球
Ｃｐ 切断面
Ｃｌ 切断線
Ｎａ 軸方向
Ｎｄ 径方向
１ 基板
１１ 取付け孔
２ ＬＥＤモジュール
２１ ＬＥＤチップ
３ カバー
３１ 内面
３２ 外面
４ ブラケット
５ 放熱部材
５１ 筒状部
５２ フィン
５３ 台座部
５Ａ 長尺部材
５１Ａ 筒状部
５２Ａ フィン
５Ｂ 短尺部材
５１Ｂ 筒状部
５２Ｂ フィン
６ 電源部
６１ 基板
６２ 電子部品
６３ ケース
６３ａ 筒状部
６３ｂ ねじ部
６３ｃ 突起
７ 口金

Claims (19)

1. ＬＥＤチップと、
   上記ＬＥＤチップから伝わった熱を放散させる放熱部材と、
   を備えるＬＥＤ電球であって、
   上記放熱部材は、軸方向と直角である面における断面形状が一様である筒状部、および、それぞれが上記筒状部から外方に延びているとともに上記軸方向に延びており、かつ上記軸方向視における位置が同一である部分の板厚が一定である複数のフィンと、上記ＬＥＤチップを支持する基板を保持する台座部とを有しており、
   上記台座部は、上記筒状部と、上記複数のフィンのうち径方向における中心軸寄りの部分と、が上記軸方向に延出するようにして形成されていることを特徴とする、ＬＥＤ電球。
2. 上記ＬＥＤチップが搭載された基板をさらに備えており、
   上記基板は、上記放熱部材の上記軸方向一端に取り付けられている、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
3. 上記筒状部は、円筒形状である、請求項１または２に記載のＬＥＤ電球。
4. 上記複数のフィンは、上記筒状部の中心軸を中心として放射状に配置されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
5. 上記各フィンの上記軸方向に対する径方向における寸法が、上記ＬＥＤチップに近いほど大である、請求項４に記載のＬＥＤ電球。
6. 上記ＬＥＤチップに電力を供給するための電源部をさらに備えており、
   上記電源部は、上記筒状部に収容されている、請求項１ないし５のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
7. 上記放熱部材は、アルミからなる、請求項１ないし６のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
8. 上記放熱部材に対して上記ＬＥＤチップとは反対側に取り付けられた口金をさらに備えている、請求項１ないし７のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
9. 上記ＬＥＤチップを囲んでおり、かつ上記ＬＥＤチップからの光を透過させるカバーをさらに備えている、請求項１ないし８のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
10. 上記カバーの内面には、粗面処理が施されている、請求項９に記載のＬＥＤ電球。
11. 上記カバーの外面には、粗面処理が施されている、請求項１０に記載のＬＥＤ電球。
12. 軸方向と直角である面における断面形状が一様である筒状部、および、それぞれが上記筒状部から外方に延びているとともに上記軸方向に延びており、かつ上記軸方向視における位置が同一である部分の板厚が一定である複数のフィンを有する長尺材料を押し出し加工によって形成する工程と、
    上記長尺材料を上記軸方向と直角である面において切断するとともに、上記筒状部と、上記複数のフィンのうち径方向における中心軸寄りの部分と、が上記軸方向に延出して構成された台座部を形成することにより複数の放熱部材を形成する工程と、
    上記放熱部材に対してＬＥＤチップを保持した基板を固定する工程と、
    を有することを特徴とする、ＬＥＤ電球の製造方法。
13. 上記筒状部は、円筒形状である、請求項１２に記載のＬＥＤ電球の製造方法。
14. 上記複数のフィンは、上記筒状部の中心軸を中心として放射状に配置されている、請求項１２または１３に記載のＬＥＤ電球の製造方法。
15. 上記放熱部材に対してＬＥＤチップを固定する工程においては、上記ＬＥＤチップが搭載された基板を、上記放熱部材の上記軸方向一端に取り付ける、請求項１２ないし１４のいずれかに記載のＬＥＤ電球の製造方法。
16. 上記放熱部材の上記複数のフィンを上記軸方向における上記一端側の寸法が他端側の寸法よりも大となるように切断する工程をさらに有する、請求項１４に記載のＬＥＤ電球の製造方法。
17. 上記放熱部材の上記筒状部に、上記ＬＥＤチップに電力を供給するための電源部を収容する工程をさらに有する、請求項１２ないし１６のいずれかに記載のＬＥＤ電球の製造方法。
18. 上記長尺材料を形成するための押し出し加工には、アルミを用いる、請求項１２ないし１７のいずれかに記載のＬＥＤ電球の製造方法。
19. 上記放熱部材に対して上記ＬＥＤチップとは反対側に口金を取り付ける工程をさらに有する、請求項１２ないし１８のいずれかに記載のＬＥＤ電球の製造方法。

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