JP2011124209A - Ｌｅｄ光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度上昇が少なく、演色性にすぐれ、ねじ込み式ソケット等常用の電源接続器具に適合するＬＥＤ光源装置。
【解決手段】 ＬＥＤ光源部１と電源制御部４を、折り曲げ可能な連結部材５で連結する。連結部材５とそれを囲み外部に対し開放された空間とを介して、光源部１と電源制御部４が互いに隔てられる。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は温度上昇が小さく、演色性にすぐれ、ねじ込み式ソケット等常用の電源接続器具に適合する実用上利便性の高いＬＥＤ光源装置に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）は家庭用等の一般的な照明にも近年利用されるようになり、直管、環状等の蛍光灯に対応する形態ばかりでなく、白熱電球に類似の、グローブ部とねじ込み接続部（受電部）から成る丸型の光源装置が製造されるようになった。

図４および図５は従来の丸型ＬＥＤ電球を示し、図５は、図４中の線分Ｙ−Ｙに沿った部分断面図である。電球９０は、グローブ９１、口金９２、ＬＥＤ基板９３、このＬＥＤ基板に電力を供給するための電源制御部９４および配線９５から成る。グローブ９１は蓮の実状の形状を有し、口金９２は一般的な白熱電球と同じく、雌ねじを形成するソケットに適合する雄ねじの形状を有し、電源制御部９４を介して外部電源からＬＥＤ基板９３に電力を供給するための電気的接続手段である。ＬＥＤ基板９３はグローブ９１の頂部に、口金９２はグローブ９１の底部に、電源制御部９４はグローブ９１の内部に、それぞれ設けられている。グローブ９１の外側には、ＬＥＤ基板９３から発する熱の放散のためのフィン９１ｂが設けられている。

図５に示すように、ＬＥＤ基板９３は基板９３ｂと、その一面に固定されたＬＥＤ発光素子９３ａとから成る。基板９３ｂの他の面には回路部品９４ｂが取り付けられている。電源制御部９４はこの回路部品９４ｂと、グローブ９１の内部に設けられた回路部品９４ａから成り、それらの間は配線９５で接続されている。電源制御部９４は、外部電源から口金９２を経て供給された電力を、必要な形態に変換してＬＥＤ発光素子９３ａに供給する。

このようなＬＥＤ光源装置は、直管または環状の放電管から成る蛍光灯と異なり、小型で、ねじ込み式ソケット等の常用の接続器具に適合し、装着や交換に便利であるため、近年普及しつつある。この種のＬＥＤランプは、例えば特開２００９−１２３６４１号、同−１３５０２６号、同−１６３９５５号、同−１７０１１４号、同−１７６９２５号に開示されている。

またランプ型のＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤ素子の発光と、必要に応じ蛍光体の発光を併せて利用するため、蛍光体の発光に大部分依存する蛍光灯に比して、良好な演色性を得やすい。

ＬＥＤ光源装置は、白熱灯に比し消費電力が小さい利点をもつが、それでもＬＥＤ素子からの熱によって温度が上昇するから、放熱のために外側にフィンなどを設けて温度上昇を極力防いでいる。

特開２００９−１２３６４１号 特開２００９−１３５０２６号 特開２００９−１６３９５５号 特開２００９−１７０１１４号 特開２００９−１７６９２５号

発明が解決しようとする課題

しかし従来のランプ型ＬＥＤ光源装置では、外側にフィンを設けていても、ＬＥＤ素子から発する熱の放散が十分に行われず、点燈を続けると電球全体、特にグローブ内部に収められた電源制御部の温度が上昇する。これにより、ＬＥＤ素子ばかりでなく、電源制御部が温度の影響を受け、電球の寿命が短縮する。

また、従来のＬＥＤ光源装置では、ＬＥＤ基板すなわち発光部と、口金すなわち受電部材と、電源制御部とが、一体に形成されているため、ソケット等の電源接続器具に装着したとき、光の方向を変えることができない。光の方向を変えるには、電源接続器具の方向を変える必要があり、それが可能な構造を有する器具を用いなければならない。

さらに従来の電球型ＬＥＤ光源装置では、一体に形成された発光部と電源制御部の外郭（グローブ・筐体）が、放熱をよくする目的で熱伝導のよい金属で構成されているため、光源装置の重量が大きく、高所での装着や交換の際に作業の負担となる。特に、多数の光源装置の装着の際には、それらをまとめて運ぶため、全体では相当の重量となり、作業者の負担が大きい。また、熱伝導のよい金属で構成されていることにより、長時間使用後に交換または取り外しのためグローブに触れると、高温のため熱傷を生じるおそれがある。

本発明の目的は、十分な照度が得られ、寿命の長いコンパクトなＬＥＤ光源装置を実現することにある。

本発明の他の目的は、ソケット等の電源接続器具に装着したとき、電源接続器具を固定したままでも照明光の方向を自在に変えることができる、ＬＥＤ光源装置を実現することにある。

また本発明の目的は、軽量化された電球型ＬＥＤ光源装置を実現することにある。

さらに本発明の目的は、長時間使用後に触れても熱傷のおそれが少ない電球型ＬＥＤ光源装置を実現することにある。

課題を解決するための手段

上記目的の一を達成するため本発明の光源装置は、１面に少なくとも１のＬＥＤ発光素子を配置した基板から成る光源部と、ＬＥＤ発光素子に電力を供給するための電源制御部と、電源制御部に外部電源から電力を供給するための受電部材とから成るＬＥＤ光源装置において、受電部材が電源制御部と一体に形成され、光源部と電源制御部を連結する連結部材を具え、連結部材を囲みかつ外部に対し開放された空間および連結部材を介して、電源制御部が光源部と隔てられていることを特徴とする。

上記目的を達成するため本発明の光源装置は、１面に少なくとも１のＬＥＤ発光素子を配置した基板から成る光源部、ＬＥＤ発光素子に電力を供給するための電源制御部、この電源制御部と一体に形成され、それに外部電源から電力を供給するための受電部材、および光源部と電源制御部を連結する連結部材を具え、連結部材を囲みかつ外部に対し開放された空間及び連結部材を介して、電源制御部が光源部と隔てられ、連結部材が可撓性かつ形状自己保持性であることを特徴とする。

また、上記目的を実現するため、本発明の光源装置は、電源制御部もしくは光源部または両者の外郭が、可塑性または後硬化性の合成樹脂から成ることを特徴とする。

光源部は、例えば円柱または多角柱の形状とし、その頂部を光放出面として、内部に基板を収めることができる。光源部と電源制御部を連結する連結部材は、光源部の底面、特にその中央付近に、固定するのが有利である。光源部の側面と底面の少なくとも一方を可塑性または後硬化性の合成樹脂で構成してもよい。合成樹脂は、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂類、エポキシ樹脂、尿素樹脂から、選ぶことができる（合成樹脂は共重合体も含む）。光源部の側面と底面の少なくとも一方と電源制御部の外郭の、両者を合成樹脂で構成してもよい。それらが異なる合成樹脂であってもよい。

光源部は、その側面と底面の少なくとも一方に、内部に通ずる換気のための開口部を設けてもよい。特に、光源部の側面および底面が合成樹脂で形成されているときには、少なくとも底面に換気のための開口部を設けることが好ましい。

本発明の光源装置において、光源部と電源制御部とを連結する連結部材は、ＬＥＤ発光素子から発する熱を効率よく排出するために、特に外面を、熱伝導のすぐれた材料で構成するのが好ましい。また、その外面に表面積を大きくするために、ひれ（フィン）や、突起、くぼみ等を設けてもよい。連結部材は単一の部材で構成するのが好ましいが、複数の部材で構成してもよい。連結部材に対して電源制御部と光源部のいずれか又は両方が回転可能な構造としてもよい。連結部材を中空にすれば、内部に電源制御部と光源部を接続する電気配線を通すことができる。連結部材と電源制御部または光源部との間が電気的接続とともに取り外しおよび再連結を可能にしておけば、いずれかが故障したとき交換が容易にできる。

本発明の光源装置では、光源部と電源制御部を連結する連結部材が、光源部と電源制御部の間に介在する、外部に開放された空間によって囲まれるように構成される。受電部材としては外形が円柱状のものが一般的に用いられるが、連結部材は、そのような受電部材より小さい直径の円柱状の空間に収まることが、連結部材表面からの放熱の上で有利である。

連結部材を軸に垂直の方向に関し可撓性かつ形状自己保持性にすることにより、電源接続器具を固定したままでも、連結部材を折り曲げて照明の軸の方向を自在に変えることができる。連結部材を適当な形状（例えば、らせん状）の金属で構成すると、可撓性にするのに好都合である。

本発明の光源装置において電源制御部は受電部材と一体に形成される。電源制御部の外郭を可塑性または後硬化性の合成樹脂で構成してもよい。合成樹脂は、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂類、エポキシ樹脂、尿素樹脂から、選ぶことができる（合成樹脂は共重合体も含む）。

本発明の光源装置の光源部は、基板の一面に少なくとも１の第一のＬＥＤ発光素子と、少なくとも１の第二のＬＥＤ発光素子を配列し、第一のＬＥＤ発光素子を白色光を発するＬＥＤ発光素子とし、第二のＬＥＤ発光素子は有色の光または第一の群からの白色光と異なる色温度の白色光を発するＬＥＤ発光素子としてもよい。これにより、多様な照明対象に対する演色性を改善することができる。

第二のＬＥＤ発光素子が発する有色の光は、光源装置の用途により、第一のＬＥＤ発光素子が発する白色光の色温度より低い色温度または長波長成分に富む組成を与えるものであっても、あるいはより高い色温度または短波長成分に富む組成を与えるものであってもよい。例えば、赤色光や黄色光を発する発光素子を用いることもでき、緑色光や青色光を発する発光素子を用いることもできる。第一の発光素子より低い色温度の光源装置は陳列棚の肉類の照明に、第一の発光素子より高い色温度の光源装置は宝石類や緑色の野菜類の照明に、それぞれ有用である。

光源部の外郭（例えば側面と底面またはその一方）および電源制御部のいずれかまたは両方に、放熱を促進するためにひれ（フィン）を設けてもよい。光源部の光放出面に集光のためのレンズを設けてもよく、発光素子を囲うように適宜の形状の反射鏡を設けてもよい。

発明の効果

本発明によると、十分な照度が得られ、しかも使用を続けたときの温度上昇が抑えられるため寿命の長い、コンパクトなＬＥＤ光源装置を実現することができる。本発明の光源装置は、光源部と電源制御部とを連結する連結部材を具え、この連結部材と、それを囲みかつ外部に開放された空間とを介して、光源部と電源制御部とが互いに隔てられるため、ＬＥＤ発光素子から発する熱の放散が連結部材の表面からも容易に行われ、光源部から発した熱の大部分が、電源制御部に達することなく外部に放散される。これにより、長時間点燈しても温度上昇、特に電源制御部のそれが抑えられるから、電源制御部の回路部品の高温による劣化が避けられ、寿命が伸びる。光源部と電源制御部が直結（一体に形成）されている場合に比し、光源部からの放熱が連結部材の存在により促進され、光源部の温度上昇も抑えられる。

本発明によると、光源部と電源制御部が可撓性かつ形状自己保持性の連結部材で連結されていることにより、連結部材を折り曲げて電源制御部に対して光源部の方向を、必要に応じて変更することができる。すなわち、電源制御部と一体に固定された受電部材に対し、光源部の軸の方向を自在に変更できる。それ故、受電部材をソケット等の電源接続器具に装着したとき、電源接続器具が固定されたままでも、光源装置の光の主な方向を、許容範囲で自在に変えることができる。

光源部の側面と底面（いずれか一方でもよい）の外郭および電源制御部の外郭を合成樹脂で構成すると、それらを金属で形成する場合に比べて軽量化することができ、光源装置全体の重量を格段に軽くすることができる。

光源部の側面と底面の少なくとも一方に換気のための開口部を設けることにより、光源部内に収められたＬＥＤ基板からの熱を気流により外部へ効率よく放出することができ、温度上昇を抑えることができる。特に、光源部の側面および底面が、金属に比べて熱伝導率の低い合成樹脂で形成されているときには、効果が大きい。

光源部の側面を合成樹脂で構成すると、熱伝導のよい金属で構成した場合と異なり、長時間点燈した直後に交換のため手で触れても、ひどく熱く感じたり、火傷をしたりすることがない利点がある。

（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態による光源装置の説明図である。ランプ１０は、光源部１、口金２、電源制御部４、連結管５から成る。光源部１の内部にはＬＥＤ基板３が配置されている。光源部１、口金２、電源制御部４、および連結管５の、外郭の基本的形状はいずれも円筒形である。口金２と電源制御部４は一体に形成され、これらと光源部１は連結管５で連結されている。口金２は、一般的な白熱電球（例えば図４の口金９２）と同じく、雌ねじを形成するソケットに適合する雄ねじの形状を有する。光源部１の外周には、ＬＥＤ基板から発する熱の放散のためのフィン１ｂが多数設けられている。電源制御部４の外郭はポリカーボネート樹脂で構成されている。口金２は、金属でそれぞれ構成された雄ねじ部２ａと頭部２ｂ、及びそれらの間に介在する絶縁体２ｃから成る。連結管５は、折り曲げが容易な不銹鋼で構成され、軸を含む平面内に約８０度まで曲げることができる。

図２は図１中の線分Ｘ−Ｘに沿った部分断面図である。光源部１の内部に配置されたＬＥＤ基板３は、樹脂基板３ｂの口金２から遠い面（表）にＬＥＤ発光素子３ａが固定されている。ＬＥＤ基板３の裏側と外周は光源部の外套１ａで囲まれている。外套１ａは円い盆状で、その底面１ｃには換気孔１ｄが設けられ、側面の外側には、前述のようにフィン１ｂが設けられている。外套１ａはフィン１ｂを含めポリカーボネート樹脂で構成されている。ＬＥＤ発光素子３ａと電源制御部４を接続する配線３ｃが、ＬＥＤ基板３の中央部から円筒形の連結管５の内部に通されている。

（装置の動作）
口金２を、図示しない荷電されたソケットに装着すると、ＬＥＤ発光素子３ａの作動に必要な電力が、口金２に接続された電源制御部４に供給され、さらに配線３ｃを介してＬＥＤ発光素子３ａに供給される。ＬＥＤ発光素子３ａからの光は光源部１の前面（ＬＥＤ基板３の表側）へ放出され、照明に利用される。照明の軸方向を変える必要が生じたときには、連結管５を適当な角度に曲げて、光源部１を所望の方向に向ければよい。

ＬＥＤ基板３で発生する熱は、一部が光源部１の前面および外套１ａを介して外部へ放出され、一部は連結管５に伝達される。連結管５に伝達された熱の一部はその表面から外部に放出され、その残りの熱だけが電源制御部４に達する。電源制御部４に達する熱は、ＬＥＤ発光素子３ａで発生する熱の僅かな部分にすぎないので、電源制御部４の温度上昇は極めて小さい。

（第二の実施形態）
図３は、本発明の第二の実施形態による光源装置の部分断面を示す。ランプ２０は、光源部の底面１ｃに換気孔１ｄを具えること以外、第一の実施形態と基本的に同一の構造を有する。換気孔１ｄ以外についての構成、熱の移動以外に関する動作および効果は第一の実施形態と同じであり、説明を省略する。

ＬＥＤ基板３で発生する熱は、一部が光源部１の前面および外套１ａを介して外部へ放出され、一部はＬＥＤ基板３の裏面から換気孔１ｄを通して気流により放出される。それ以外の熱は光源部１から連結管５に伝達される。一部はその表面から外部に放出され、その残りの熱だけが電源制御部４に達する。電源制御部４に達する熱は、ＬＥＤ発光素子３ａで発生する熱の僅かな部分にすぎないので、電源制御部の温度上昇は極めて小さい。

（測定例１）
光源部１と電源制御部４の外郭をポリカーボネート樹脂で、連結管５を不銹鋼で、それぞれ構成し、第一の実施形態のＬＥＤランプ１０を製作した。ＬＥＤ発光素子３ａとして消費電力１．２ワットの白色発光ＬＥＤ素子６個を具えるＬＥＤ基板３を用い、連続点燈３０分及び６０分後の電源制御部表面の温度を、それぞれ測定したところ、３０°Ｃと３２°Ｃであった。なお、このとき光源部の温度はそれぞれ４８℃と５２℃であった。

比較のため、図４に示した従来の構造の、すなわちグローブ内に発光部と電源制御部を隣接して設けたＬＥＤ電球を、上記と同じＬＥＤ発光素子６個を用いて製作した。これについて連続点燈３０分後と６０分後の電源制御部表面の温度をそれぞれ測定したところ、３８°Ｃと４２℃であった。このとき光源部の温度はそれぞれ５０℃と５７℃であった。

以上の温度測定結果を表１にまとめて示す。

本発明のＬＥＤ光源装置の側面図 本発明のＬＥＤ光源装置の部分断面図 本発明のＬＥＤ光源装置の部分断面図 従来のＬＥＤ光源装置の側面図 従来のＬＥＤ光源装置の部分断面図

１ 光源部
１ａ 外套
１ｂ フィン
１ｃ 底面
１ｄ 換気孔
２ 口金
２ａ 雄ねじ部
２ｂ 頭部
２ｃ 絶縁体
３ ＬＥＤ基板
３ａ ＬＥＤ発光素子
３ｂ 基板
３ｃ 配線
４ 電源制御部
５ 連結管
１０、２０ ランプ
９０ 電球
９１ グローブ
９１ｂ フィン
９２ 口金
９３ ＬＥＤ基板
９３ａ ＬＥＤ発光素子
９３ｂ 基板
９４ 電源制御部
９４ａ、９４ｂ 回路部品
９５ 配線

Claims (8)

1. １面に少なくとも１のＬＥＤ発光素子を配置した基板から成る光源部と、前記ＬＥＤ発光素子に電力を供給するための電源制御部と、この電源制御部に外部電源から電力を供給するための受電部材とから成るＬＥＤ光源装置において、
   前記受電部材が前記電源制御部と一体に形成され、
   前記光源部と前記電源制御部を連結する連結部材を具え、
   前記連結部材を囲みかつ外部に対し開放された空間および前記連結部材を介して、前記電源制御部が前記光源部と隔てられていることを特徴とする、ＬＥＤ光源装置。
2. 前記受電部材が全体として円柱形であり、前記連結部材が前記受電部材の直径より小さい直径の円柱状の前記空間に収まる、請求項１のＬＥＤ光源装置。
3. １面に少なくとも１のＬＥＤ発光素子を配置した基板から成る光源部、前記ＬＥＤ発光素子に電力を供給するための電源制御部、この電源制御部と一体に形成され、それに外部電源から電力を供給するための受電部材、および前記光源部と前記電源制御部を連結する連結部材を具え、
   前記連結部材を囲みかつ外部に対し開放された空間および前記連結部材を介して、前記電源制御部が前記光源部と隔てられ、
   前記連結部材が可撓性かつ形状自己保持性であることを特徴とする、ＬＥＤ光源装置。
4. 前記電源制御部が、可塑性または後硬化性の合成樹脂から成る外郭を有する、請求項１または３のＬＥＤ光源装置。
5. 前記光源部が円柱または多角柱の形状を有し、少なくとも側面が可塑性または後硬化性の合成樹脂で形成され、頂部を光放出面とし、内部に前記基板を収めた、請求項１または３のＬＥＤ光源装置。
6. 前記光源部の側面と底面が前記合成樹脂で形成された、請求項５のＬＥＤ光源装置。
7. 前記光源部の前記側面と底面の少なくとも一方に、前記内部に通ずる換気のための開口部を有する、請求項５または６のＬＥＤ光源装置。
8. 前記電源制御部の外郭が可塑性または後硬化性の合成樹脂から成る、請求項５または６のＬＥＤ光源装置。

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