JP5257627B2 - 電球形ランプおよび照明器具 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、光源に半導体発光素子を用いた電球形ランプおよび照明器具に関する。

従来、例えばミニクリプトン電球に代替可能で、光源にＬＥＤ素子を用いた電球形ランプがある。この電球形ランプでは、基体の一端面にＬＥＤ素子を実装した基板を配置し、また、基体の内側に絶縁性を有する円筒状のカバーを取り付け、このカバー内に点灯回路を収納するとともに、カバーの他端に口金を取り付けている。

基体の一端面に配置した基板は複数のねじで基体にねじ止めすることにより、基板を基体に密着させ、ＬＥＤ素子の点灯時に発生する熱を基板から基体に効率よく熱伝導して放熱させ、ＬＥＤ素子の温度上昇を抑制するようにしている。

特開２０１０−３３９５９号公報

しかしながら、従来の電球形ランプでは、電球形ランプをソケットに対して着脱する際に、回転操作する基体に対して口金を設けたカバーに回転方向の負荷が加わるため、基体とカバーとの間に特別な回り止め構造が必要となっている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、特別な回り止め手段を用いることなく基体とカバーとを確実に回り止めできる電球形ランプ、およびこの電球形ランプを用いた照明器具を提供することを目的とする。

実施形態の電球形ランプは、円筒状の基体部、および基体部の内面から突出して設けられたボス部を有する基体を備える。半導体発光素子を有する光源ユニットを、基体の一端側に配置してボス部にねじ止めする。基体の内面に沿って配置する円筒状のカバー本体、およびカバー本体の外面にボス部が嵌合する窪み部を設けたカバーを、基体内に配置する。カバー内に点灯回路を配置する。カバーの他端側に口金を設ける。

本発明によれば、基体の内面から突出していて光源ユニットをねじ止めするためのボス部とカバーの外面の窪み部とが嵌合し、特別な回り止め手段を用いることなく基体とカバーとを確実に回り止めできることが期待できる。

一実施形態を示す電球形ランプの分解状態の斜視図である。 同上電球形ランプの断面図である。 同上電球形ランプのグローブを外した状態の平面図である。 同上電球形ランプの基体、カバーおよび点灯回路の平面図である。 同上電球形ランプを用いた照明装置の断面図である。

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

図２および図３において、11は照明装置としての電球形ランプで、この電球形ランプ11は、円筒状の基体12、この基体12の一端側（電球形ランプ11のグローブと口金とを結ぶランプ軸の一端側）に取り付けられた光源ユニット13、光源ユニット13に取り付けられたレンズ14、光源ユニット13およびレンズ14を覆って基体12の一端側に取り付けられたグローブ15、基体12内に配置されたカバー16、基体12の他端側であってカバー16の他端に取り付けられた口金17、およびカバー16内に配置された点灯回路18を備えている。そして、この電球形ランプ11は、ランプ軸方向の長さおよびグローブ15の最大径部分の外径がミニクリプトン電球と同等の寸法で、そのミニクリプトン電球の形状に近似した形状に形成されている。

そして、図１ないし図４に示すように、基体12は、熱伝導性および放熱性に優れた例えばアルミニウムなど金属やセラミックスにて、他端側から一端側に向けて拡径する円筒状に形成された基体部20を有している。

基体12の一端側の内周部には、光源ユニット13を取り付ける環状の取付面21が基体12の一端側に臨んで形成されている。この取付面21には、基体12の中心に対して対称位置に位置する一対のレンズ取付用の窪み部22、カバー取付用の窪み部23、および配線用の窪み部24がそれぞれ形成されている。

基体12の一端側の内周部には、取付面21の一部を構成する複数のボス部25が基体12の内面から突出して形成されている。これらボス部25には光源ユニット13を取り付けるためのねじ26が螺着する取付孔27が形成されている。本実施形態では、３つのボス部25を備えているが、これらボス部25は基体12の周方向に等間隔には配置されておらず、隣り合うボス部25のなす周方向の３箇所の間隔のうち、１箇所の間隔L1のみが他の２箇所の間隔L2より広くなるように配置されている。すなわち、隣り合うボス部25のなす３箇所の角度のうち、１箇所の角度a1が他の角度a2より広くなるように配置されている。なお、他の２箇所の間隔L2および角度a2は同じである。

基体12の一端側の内周部には、グローブ15を取り付ける爪状のグローブ取付部28が突出形成されている。このグローブ取付部28のうち各窪み部22，24に対応する箇所は切欠形成されている。

基体12のボス部25の箇所を除く基体部20の肉厚は、ねじ26を止める取付孔27を形成するのに必要とする肉厚よりも薄く、すなわち取付孔27を構成するボス部25の直径寸法よりも薄く形成されている。これにより、基体12の外形をミニクリプトン電球サイズに小形化しながら、基体12の内側に点灯回路18などを収容するのに必要な空間が確保されている。

なお、基体12の表面には放熱性の向上のためにアルマイト処理や放熱フィンを設けてもよい。

また、光源ユニット13は、発光モジュール31と放熱板32とで構成されている。

発光モジュール31は、熱伝導性に優れた例えばアルミニウムなどの金属あるいはセラミックスで形成された円板状の基板（モジュール基板）33、この基板33の一面の中央域に形成された光源としての面光源34、および基板33の一面の周辺域に実装されたコネクタ35を有している。

面光源34には、φ２ｍｍ以上の面状の発光面を有するもので、例えばＬＥＤ素子やＥＬ素子などの半導体発光素子が用いられている。本実施形態では、半導体発光素子としてＬＥＤ素子が用いられ、基板33上に複数のＬＥＤ素子を実装するＣＯＢ（Chip On Board）方式が採用されている。すなわち、基板33上に複数のＬＥＤ素子が実装され、これら複数のＬＥＤ素子がワイヤボンディングによって直列に電気接続され、蛍光体を混入した例えばシリコーン樹脂などの透明樹脂で構成される蛍光体層で複数のＬＥＤ素子が一体に覆われて封止されている。ＬＥＤ素子には例えば青色光を発するＬＥＤ素子が用いられ、蛍光体層にはＬＥＤ素子からの青色光の一部により励起されて黄色光を放射する蛍光体が混入されている。したがって、ＬＥＤ素子および蛍光体層などによって面光源34が構成され、この面光源34の表面である蛍光体層の表面が発光面となり、この発光面から白色系の照明光が放射される。本実施形態では、面光源34の発光面は長方形に形成されているが、これに限らず、正方形や丸形、あるいはその他の形状でもよい。

基板33の一面には、図示しない配線パターンが形成され、この配線パターンに、複数のＬＥＤ素子、およびコネクタ35が接続されている。基板33の周辺部には、基体12の各ボス部25の位置に対応して各ボス部25に螺着するねじ26が挿通される複数の挿通孔36が形成されているとともに、基体12の配線用の窪み部24に対応して切欠部37が形成されている。挿通孔36は、基板33の外径方向に開口する挿通溝にて形成されている。

放熱板32は、熱伝導性に優れた例えばアルミニウムなどの金属あるいはセラミックスで形成され、この放熱板32の一面に発光モジュール31の基板33の他面が熱伝導可能に接触される。

放熱板32の周辺部には、基体12の各ボス部25の位置に対応して各ボス部25に螺着するねじ26が挿通される複数の挿通孔38、基体12のレンズ取付用の窪み部22の位置に対応してレンズ14を取り付けるための窪み状の一対のレンズ取付部39、および基体12の配線用の窪み部24に対応して切欠部40がそれぞれ形成されている。挿通孔38は、放熱板32の外径方向に開口する挿通溝にて形成されている。

放熱板32と発光モジュール31の基板33とを組み合わせた際、放熱板32の各レンズ取付部39の位置に対応して基板33の外形が小さく、各レンズ取付部39が基板33より外径方向に突出して配置されるように構成されている。放熱板32および発光モジュール31の基板33の外側部の一部には、これらが基体12に対して正しく組み立てられた状態で一致する平坦状の位置決め面32a，33aがそれぞれ形成されている。

また、レンズ14は、屈折率１．４５〜１．６のポリカーボネートなどの透明樹脂にて一体に形成され、面光源34に対向して面光源34からの光を制御するレンズ本体43、およびこのレンズ本体43を光源ユニット13に取り付ける一対の取付脚44を有している。

レンズ本体43は、面光源34からの光が入射する光軸方向の一方すなわちランプ軸方向の他端側に向けて開口する第１の凹部45を有する半球殻状の第１のレンズ部46と、光軸方向の他方側すなわちランプ軸方向の一端側に向けて開口する第２の凹部47を有する半球殻状の第２のレンズ部48とを有し、これら第１のレンズ部46のランプ軸方向の一端側と第２のレンズ部48のランプ軸方向の他端側とを向かい合わせて一体化した形状に形成されている。

各レンズ部46，48の各凹部45，47は真円および楕円が含まれる回転楕円面で構成され、各レンズ部46，48の外面は各凹部45，47に相似形となる回転楕円面で構成されている。第１のレンズ部46の他端側の端部には、一対の取付脚44の箇所を除いて、面光源34から離反する溝状の逃げ部49が形成されている。

第１のレンズ部46の外面と第２のレンズ部48の外面との接続箇所には、これら第１のレンズ部46の外面と第２のレンズ部48の外面とを連続させる連続部50が形成されている。この連続部50は、第１のレンズ部46の外面と第２のレンズ部48の外面との交点が鋭角とならないように平面、曲面、あるいは平面と曲面とを組み合わせて滑らかに連続するように構成されている。

なお、各レンズ部46，48の各凹部45，47および外面の回転楕円面の曲率、各レンズ部46，48のランプ軸方向の位置、連続部50などの形状や寸法は、必要とする配光に応じて適宜設定される。

各取付脚44は、第１のレンズ部46の軸方向の他端側でレンズ14の中心に対して対称位置からランプ軸方向に対して交差する側方へ突出され、発光モジュール31の基板33の一面に接触して取り付けられる。各取付脚44の先端にはランプ軸方向の他端方向へ向けて突出して放熱板32のレンズ取付部39の外側面に嵌り込む略Ｌ字形の係止部51が突設され、この係止部51の先端に放熱板32の他面に引っ掛かる爪部52が形成されている。なお、光源ユニット13に取り付けられる各取付脚44の係止部51は基体12のレンズ取付用の窪み部22に収容される。また、一方の取付脚44は幅が広く２つの係止部51が設けられるが、他方の取付脚44は幅が狭く１つの係止部51が設けられている。この他方の取付脚44は、発光モジュール31のコネクタ35の側部に配置されるために、そのコネクタ35との干渉を防止するために幅が狭く形成されている。

なお、レンズ14のレンズ本体43はガラス材料で形成してもよい。この場合、取付脚44は、別体にて形成し、レンズ本体43を保持する構造を備えればよい。

また、グローブ15は、例えば、透光性および光拡散性を有する合成樹脂あるいはガラスなどの材料で、ランプ軸方向の他端側に向けて開口されたドーム形状に形成されている。グローブ15の他端側の開口縁部には、基体12のグローブ取付部28の内側に嵌合される嵌合部55が突出形成されているとともに、嵌合部55をグローブ取付部28の内側に嵌合した状態でグローブ取付部28に係止される複数の係止爪56が形成されている。さらに、嵌合部55には、レンズ14の各取付脚44の係止部51に係合して基体12に対するグローブ15の回転止めをする一対の位置決め溝57が形成されているとともに、この位置決め溝57の部分にレンズ14の各取付脚44の係止部51に当接して各取付脚44を光源ユニット13に押え込む押え部58が形成されている。また、グローブ15の開口部側である他端側の外径寸法は、基体12の外径寸法より大きく形成されている。

また、カバー16は、例えばＰＢＴ樹脂などの絶縁材料により、ランプ軸方向の一端側へ向けて開口するとともに他端側が閉塞された円筒状に形成されている。カバー16には、基体12の内側に配置されるカバー本体61、および基体12の他端側から突出する口金取付部62が形成されている。

カバー本体61は、基体12の内面に沿って配置されるように、基体12の内面形状に相似形となるランプ軸方向の一端側に向けて拡開する形状に形成されており、カバー本体61の外面に基体12の各ボス部25が嵌合する複数の窪み部63が形成されている。カバー本体61の他端側には、基体12のカバー取付用の窪み部23に嵌合するとともに光源ユニット13の基板33および放熱板32の位置決め面33a，32aに接触してこれらを位置決めする位置決め部64が突出形成されているとともに、配線ガイド65が突出形成されている。カバー本体61の他端の一部は基体12から突出され、この突出部分の外周面に基体12の他端に係止する環状の係止部66が形成されている。

カバー本体61から口金取付部62の内面に亘って、互いに対向する一対の基板取付溝67がランプ軸方向に沿って形成されている。これら一対の基板取付溝67は、基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域に対して交差する位置で、かつその基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域から離反するようにカバー16の中心からオフセットした位置に形成されている。カバー本体61の内面には、基板取付溝67を形成する一対の基板保持部68が形成されている。

口金取付部62の端面には口金17と点灯回路18とをリード線で接続するための一対の配線孔69が形成されている。

また、口金17は、Ｅ１７形の一般照明電球用のソケットに接続可能なもので、カバー16の口金取付部62の周面に螺合されて固定されるシェル72、このシェル72の他端側に設けられる絶縁部73、およびこの絶縁部73の頂部に設けられるアイレット74を有している。

また、点灯回路18は、発光モジュール31のＬＥＤ素子に対して定電流を供給する回路であり、点灯回路基板77、およびこの点灯回路基板77に実装された複数の点灯回路部品78を有している。

点灯回路基板77は、一面を主な点灯回路部品78が実装される実装面とし、他面を点灯回路部品78が電気的に接続される配線パターンが形成された配線パターン面としている。

点灯回路基板77は、カバー16の一端側から差し込まれ、点灯回路基板77の両側が基板取付溝67に嵌め込まれて保持されている。したがって、点灯回路基板77は、カバー16内にランプ軸方向に沿って縦形に配置され、実装面が基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域に対向され、配線パターン面が基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域に対して反対側に向けられ、かつ、実装面とカバー16の内面との距離が配線パターン面とカバー16の内面との距離より広くなるように基体12およびカバー16の中心からオフセット位置に配置されている。

点灯回路基板77の実装面には、リード線を有するディスクリート部品である複数の点灯回路部品78が実装されている。これら点灯回路部品78は、リード線が点灯回路基板77を貫通して配線パターン面の配線パターンにはんだ付け接続されている。この点灯回路基板77の実装面に実装される点灯回路部品78には、交流電圧を整流・平滑する整流平滑回路の電解コンデンサ、整流平滑された電圧を所定の電圧に変換するチョッパ回路のインダクタ、その他の回路に用いられる抵抗器などの大形や、その他のチョッパ回路のスイッチング素子、コンデンサ、ダイオードなどの小形の部品なども含まれる。点灯回路基板77の実装面に実装される点灯回路部品78のうち、大形の部品ほどカバー16の内径が大きくなる一端側に配置され、小形の部品ほどカバー16の内径が小さくなる他端側に配置されている。そして、点灯回路基板77の実装面に実装される点灯回路部品78は、基体12の隣り合うボス部25間の間隔の広い領域に配置される。

点灯回路基板77の配線パターン面には、点灯回路部品78のうちの面実装部品が面実装されている。この面実装部品としては、チップ抵抗器、チップコンデンサなどが含まれる。

点灯回路18の入力側には、カバー16の配線孔69を通じて口金17のシェル72およびアイレット74とそれぞれ電気的に図示しない入力用のリード線が接続されている。また、点灯回路18の出力側には発光モジュール31のコネクタ35に接続される図示しないコネクタを有する出力用のリード線が接続されている。

そして、電球形ランプ11を組み立てるには、点灯回路18をカバー16の一端側からカバー16内に挿入し、カバー16の配線孔69に挿通させた入力用のリード線を口金17に接続し、口金17をカバー16の口金取付部62に取り付ける。

点灯回路18および口金17を組み込んだカバー16を基体12の一端側から挿入し、口金17を含むカバー16の他端側を基体12の他端側から突出させ、カバー16の係止部66を基体12の他端に係止させ、抜け止めする。このとき、カバー16の各窪み部63を基体12の各ボス部25の位置に合わせて嵌合するとともに、カバー16の位置決め部64および配線ガイド65を基体12の窪み部23および窪み部24に合わせて嵌合する。これにより、基体12に対して、カバー16を位置決め嵌合できるとともに、嵌合後のカバー16の回転止めとなる。

カバー16などを組み込んだ基体12の一端側から、光源ユニット13を構成する放熱板32および発光モジュール31の基板33を順に組み込んで、取付面21上に配置する。このとき、基体12の組み込んだカバー16の位置決め部64が取付面21より突出しているため、この位置決め部64に放熱板32の位置決め面32aおよび基板33の位置決め面33aをそれぞれ合わせることにより、基体12に対して放熱板32および基板33を位置決めして組み込むことができる。これにより、放熱板32の各挿通孔38および基板33の各挿通孔36が基体12の各ボス部25の取付孔27と同軸に配置される。そして、各ねじ26を基板33の各挿通孔36および放熱板32の各挿通孔38を通じて各ボス部25の取付孔27に螺着し、基体12の取付面21と放熱板32と基板33とが互いに熱伝導可能に密着させ、光源ユニット13を基体12に固定する。

この光源ユニット13の基体12に組み込む際、点灯回路18の出力用のリード線を、放熱板32の切欠部40および基板33の切欠部37、さらにカバー16の配線ガイド65を通じて発光モジュール31の一面側に引き出しておき、光源ユニット13の基体12に組み込んだ後、そのリード線の先端のコネクタを発光モジュール31のコネクタ35に接続する。

レンズ14の各取付脚44の係止部51を基体12のレンズ取付用の各窪み部22を通じて光源ユニット13の放熱板32の各レンズ取付部39に差し込み、係止部51の爪部52を放熱板32の他面に引っ掛ける。これにより、レンズ14の各取付脚44の係止部51が放熱板32の各レンズ取付部39に嵌合し、基板33および放熱板32の面に平行な方向に対するレンズ14の位置を位置決めできるとともに、取付脚44と爪部52との間で基板33および放熱板32を挟み込み、基板33および放熱板32の面に垂直な方向に対するレンズ14の位置を位置決めでき、レンズ14を光源ユニット13に正確に位置決め保持できる。基体12のレンズ取付用の各窪み部22に例えばシリコーン樹脂やセメントなどの接着剤を塗布あるいは充填することにより、レンズ14の各取付脚44を光源ユニット13や基体12に接着固定してもよく、この接着剤はグローブ15を基体12に取り付けるのに用いる接着剤を用いてもよい。

基体12のグローブ取付部28の内周にシリコーン樹脂やセメントなどの接着剤を塗布し、グローブ15の各位置決め溝57をレンズ14の各取付脚44の係止部51に位置決めしてグローブ15を基体12に被着することにより、グローブ15の各係止爪56がグローブ取付部28に係止され、グローブ15が基体12に嵌合固定される。このようにグローブ15の基体12に対する固定は、嵌合係止構造を採用しているため、接着剤を併用する場合には従来に比べて接着剤の使用量を削減でき、あるいは接着剤も併用しなくてもグローブ15を基体12に確実に固定することができる。また、グローブ15を基体12に取り付けることにより、グローブ15の押え部58がレンズ14の各取付脚44の係止部51に当接し、各取付脚44を光源ユニット13に押え込む。

なお、電球形ランプ11の組立手順はこれに限定されるものではなく、別の取付順序でもよい。

また、図５には、電球形ランプ11を使用するダウンライトである照明器具81を示し、この照明器具81は、器具本体82を有し、この器具本体82内に、電球形ランプ11をランプ軸が斜め横向きとなる状態で装着するソケット83、および電球形ランプ11から放射される光を下方へ反射させる反射体84が配設されている。なお、図５中、85は端子台である。

そして、電球形ランプ11を照明器具81のソケット83に装着して通電すると、点灯回路18が動作し、発光モジュール31の複数のＬＥＤチップに電力が供給され、複数のＬＥＤチップが点灯して面光源34から光が放射され、面光源34から放射される光がレンズ14に入射し、このレンズ14の配光を制御された光がグローブ15を通じて外部に放射される。

発光モジュール31の複数のＬＥＤチップの点灯時に発生する熱は、主に、基板33に熱伝導されるとともにこの基板33から放熱板32に熱伝導され、さらに、この放熱板32から基体12に熱伝導され、基体12の表面から空気中に放熱される。

そして、本実施形態の電球形ランプ11によれば、基体12の内面から突出していて光源ユニット13をねじ止めするためのボス部25とカバー16の外面の窪み部63とが嵌合し、特別な回り止め手段を用いることなく基体12とカバー16とを確実に回り止めできることが期待できる。

また、基体12の基体部20の肉厚は、光源ユニット13のねじ止めに必要な肉厚よりも薄く、すなわち取付孔27を構成するボス部25の直径寸法よりも薄く形成しているため、基体12を小径化しても、基体12内に点灯回路18を配置するスペース（容積）を確保できる。

これにより、電球形ランプ11は、ミニクリプトン電球の形状に近似した形状に形成でき、照明器具81への適合率を向上できる。

なお、光源ユニット13としては、基板33のみを備えていれば、放熱板32を備えなくてもよい。

また、基体12のボス部25は、３つに限らず、２つでも、４つ以上でもよく、いずれの場合にも、隣り合うボス部25の間隔のうち１箇所の間隔を他の箇所の間隔より広く設ければよい。

また、本実施形態は、Ｅ２６形の口金を使用する電球形ランプにも適用できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 電球形ランプ
12 基体
13 光源ユニット
16 カバー
17 口金
18 点灯回路
20 基体部
25 ボス部
61 カバー本体
63 窪み部
81 照明器具
82 器具本体
83 ソケット

Claims (3)

1. 円筒状の基体部、および基体部の内面から突出して設けられたボス部を有する基体と；
   半導体発光素子を有し、基体の一端側に配置されてボス部にねじ止めされた光源ユニットと；
   基体の内面に沿って配置される円筒状のカバー本体、およびカバー本体の外面にボス部が嵌合する窪み部が設けられたカバーと；
   カバーの他端側に設けられた口金と；
   カバー内に配置された点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする電球形ランプ。
2. 基体の基体部の肉厚は、光源ユニットのねじ止めに必要な肉厚よりも薄く形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の電球形ランプ。
3. ソケットを有する器具本体と；
   ソケットに装着される請求項１または２記載の電球形ランプと；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

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