JP5687588B2 - 電球型照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電球型照明装置に関する。
LED(Light Emitting Diode)等の発光素子を備えた発光体を有する電球型照明装置は、白熱電球と比較して長寿命化、省エネルギー化を図ることができるため、近年注目が集まっている。一方、LEDは、温度上昇に伴って発光効率が低下すると共に、寿命が短くなることが知られており、LEDから発生する熱を外部に放出する必要がある。
そこで、このような技術に関連して、例えば特許文献1には、発光体と、この発光体がランプ軸方向の一端に取り付けられる熱伝導部が設けられるとともに、熱伝導部の周囲にランプ軸方向に沿った複数の放熱フィンが放射状に設けられた放熱体、基板を覆って放熱体の熱伝導部の一端に取り付けられ、複数の放熱フィンおよび放熱フィン間に対向する放熱フィン対向部を有するグローブと、放熱体の他端に設けられた口金と、放熱体と口金との間に収容され、発光体を点灯させる点灯回路と、を具備している電球形ランプが記載されている。
特開2010−73337号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術においては、発光体の放熱効率が依然として不十分である。即ち、特許文献1に記載の技術においては、電球型照明装置外部への放熱効率が依然として良好ではない。本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来よりも放熱効果が良好な電球型照明装置を提供することにある。
一方、キッチンやダイニングなどで使用されている白熱電球との置き換え用途においては、オイルミストの付着に対する考慮が必要である。レンジフード内で使用されている白熱電球の表面温度は点灯時は高いために換気扇により誘起される対流から逸脱したオイルミストが電球のガラスグローブ面上で凝集付着することが少ないが、消灯直後は温度が急落し凝集付着しやすい。白熱電球の場合は寿命が短いために短期間で交換されること、口金以外は絶縁材料で構成されているため、オイルミストの凝集付着物が煤などを巻き込んでも微小量であるため導電性を帯びる心配はない。電球型照明装置では、放熱体に熱容量の大きな金属体を採用し表面を絶縁性の塗装を実施することで、点灯時のオイルミスト付着や消灯直後のオイルミスト付着を抑制している。口金部については点灯時においても比較的に温度が低くいため使用している器具の構造によっては微量ではあるが、オイルミストが侵入し凝集付着する可能性がある。長寿命であるがゆえに定期的な清掃の機会が得られずに付着物が堆積してしまう可能性がある。口金と放熱体の間には絶縁リングが介在し放熱体の絶縁性を保証している。特許文献1に記載の技術においてはケースが口金と放熱体との間を絶縁しているが、滑らかな形状でありオイルミストが口金から放熱体に到達する恐れがある。オイルミストが拡散する可能性の高いキッチンやダイニングにおいて口金を天、カバー側を地とする、いわゆるダウンライトの状態での使用においては、口金で凝集付着したオイルミストが垂れて絶縁リングに乗り上げて放熱体に到達してしまう可能性が懸念されている。
上記課題を解決するため、本発明では、発光素子を備える発光体と、前記発光体を覆うカバー部材と、前記カバー部材の開口端部が取り付けられると共に前記発光体が発する熱を外部へ放出する放熱体と、口金と、前記口金と前記放熱体との間に、電気絶縁性を有する絶縁リングが配設されている電球型照明装置において、前記絶縁リングに段差形状が設けられており、前記段差形状は、らせん状にした形状で設けられていることを特徴とする。
本発明に拠れば、発光素子を備える発光体と、前記発光体を覆うカバー部材と、前記カバー部材の開口端部が取り付けられると共に前記発光体が発する熱を外部へ放出する放熱体と、口金と、前記口金と前記放熱体との間に、電気絶縁性を有する絶縁リングが配設されている電球型照明装置において、前記絶縁リングに段差形状が設けられていることにより、従来よりも前記口金表面上でオイルミストが凝集付着し移動性付着物として前記放熱体側へ移動してきた際に前記絶縁リングの段差形状の凹み部分に表面張力によって捕捉し、さらに段差形状で延べの移動距離が増えることによって前記放熱体側への侵入を長期間抑制可能な電球型照明装置を提供することができる。
第1実施形態に係る電球型照明装置の外観正面図である。 第1実施形態に係る電球型照明装置の分解斜視図である。 発光体12の拡大図である。 図2におけるIII−III線断面図である。 図2におけるIV−IV線断面図である。 図2におけるIV−IV線断面図である。 第1実施形態に係る電球型照明装置のカバー部材を取り外した状態の斜視図である。 第2実施形態に係る電球型照明装置の断面図である。
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態(本実施形態)を説明する。
[1.第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る電球型照明装置10の外観正面図である。図2は、図1に示される電球型照明装置10の分解斜視図である。図3は、図2に記載の発光体12の拡大図である。図4は、図2のIII−III線に沿う電球型照明装置10の縦断面図である。図5は、図2のIV−IV線に沿う電球型照明装置10の縦断面図である。
図1に示すように、電球型照明装置10は、発光体(図1では図示しない)を覆うカバー部材15と、カバー部材15の開口端部16が取り付けられると共に発光体で発生する熱を放出する放熱体20と、を有している。そして、放熱体20はフィン42を備えている。本実施例においてフィン42はフィンB112とフィンA111の2種類のフィンから構成されている。フィンB112はフィンA111よりも短い部材である。フィンB112とフィンA111は交互に設けられている。主にこのフィン42の外表面から、発光体の熱が外部へ放出されるようになっている。放熱についての詳細は後記する。
また、電球型照明装置10は、室内の天井等の外部に設置された一般照明電球用のソケット(図示せず)にねじ込むことにより商用電源に電気的に接続するための口金50を有している。さらに、口金50と放熱体20との間には、電気絶縁性を有する絶縁リング51とが配設されている。
図2に示すように、カバー部材15と放熱体20との間には、発光体12等が配設されている。発光体12は略円形状の基板13を有し、基板13の一方の面である実装面の中央近傍に、複数のLED11(チップ)が配列されている。LED11の配列に関しては後記する。
LED11としては、例えば青色光を発するものが使用される。複数のLED11は、例えばシリコーン樹脂等の透明の封止樹脂により被覆されている。この封止樹脂内には、LED11から発せられる光を色変換する蛍光体が混合されている。蛍光体としては、例えば黄色発光のものが用いられる。そのため、このような蛍光体によってLED11からの青色光が色変換され、外部へは白色光を発することができるようになっている。
カバー部材(グローブ)15は、透光性を有する例えば乳白色の、ガラス製又はPC(ポリカーボネート)等の樹脂製であり、発光体12を覆うように設けられている。そして、カバー部材15は放熱体20に向けて開口しており開口端部16を形成している。開口端部16は、放熱体20のカバー部材取付部21に当接され、接着剤等によって放熱体20に固定されている。また、カバー部材15の開口端部16側は窄んで形成され、窄み部17が設けられている。カバー部材15は球状部と窄み部17と開口端部16とからなり、球状部から窄み部17、窄み部17から開口端部16へは滑らかになるよう形成されている。本実施例においては、カバー部材15は一体成型されている。
なお、カバー部材15には、発光体12からの光を拡散させる光拡散材料が含有されていてもよい。発光体12のLEDからの光は指向性の強いものである。しかし、このように構成すれば、発光体12のLED11からの光は、カバー部材15を透過する際に拡散されるため、配光特性が広くなる。
放熱体20は、発光体12が取り付けられる発光体取付部22と、当該発光体取付部22が接続される筒状の胴部23とを備えている。なお、胴部23の外周面には、カバー部材15に向かって延在するように放射状のフィン42が形成されている。そして、胴部23は、側面視して開口端部16の側に向かうほど、径が大きくなる外観をしている。なお、発光体取付部22と胴部23とは別体で構成されている。ここで、発光体取付部22と胴部23とは、面接触(密着)することにより効率的な熱伝導が可能なように接続される。
胴部23は、熱伝導率の高い材料から形成されている。胴部23の材料としては、例えばアルミニウム(合金を含む)等の金属材料が挙げられる。アルミニウムは、軽量で熱伝導率が高く、しかも耐食性、加工性に優れ、強固でコストも低く外観も美麗であるため好ましい。また、発光体取付部22は、胴部23よりも熱伝導率の高い材料から形成されている。発光体取付部22の材料としては、例えば銅や銀(合金を含む)等の金属材料が挙げられる。
これにより、発光体12で発生する熱は、発光体取付部22を介して胴部23に効率的に伝導され、フィン42から外部の空気に放出されることになる。なお、胴部23の外面に、放熱性を高めるための放熱塗料が塗布されていてもよい。
前記したように、カバー部材15の開口端部16側は窄んで形成され、窄み部17を形成している。そして、この窄み部17が形成されたことにより生まれた空間にフィン42の一部が配設(収容)されるようになっている。このようにカバー部材15を構成することにより、フィン42を発光体12の光軸方向に延在させることができる。その結果、フィン42の表面積を大きくすることができ、フィン42による放熱効果をより高めることができる。
発光体取付部22は、発光体12が載置される載置部24と、載置部24の外縁から胴部23側に延伸し胴部23の内面36に接触する延伸部25とを備えている。延伸部25は、胴部23の内面36と接触する際に、所定の弾性力で胴部23の内面36に付勢して接触圧を付与すべく、弾性を有することが好ましい。
この意味において、発光体取付部22は、例えばばね性を有するばね用ベリリウム銅から形成されてもよい。このような発光体取付部22の構成によれば、製造が容易で、かつ低コストを実現できる。さらには熱伝導率も良好なものとすることができる。なお、発光体取付部22と収納ケース39と胴部23との接続関係は、後記する組立方法において詳細に説明する。
戴置部24の発光体12が戴置される面と逆側(裏面)には、断熱板27が設けられている。即ち、発光体取付部22と後記する電源回路基板35との間には、断熱板27が設けられている。これにより、発光体12により発せられる熱が電源回路基板35に過度に伝導し、電源回路基板35に悪影響を及ぼすことを防止することができるようになっている。
放熱体20の内部には、リード線14(図2では一部図示省略)を介して発光体12のLED11に所定の電力を供給するための電源回路基板35と、電源回路基板35を収納する樹脂製の収納ケース39とが配設される。なお、電源回路基板35と口金50とは、商用電源を電源回路基板35に供給するためのリード線(図示せず)で接続される。
電源回路基板35は、複数の電子部品(図示せず)が基板に実装されたものである。電源回路基板35は、例えば、商用電源からの交流電力を直流電力に整流する回路、整流後の直流電力の電圧を調整する回路等を備えている。
収納ケース39は胴部23の内部に設置される。収納ケース39は例えばPBT(ポリブチレンテレフタレート)やPC(ポリカーボネート)等の樹脂製である。そして、収納ケース39のカバー部材15側には溝部46が形成され、後記するガイド部65が収容される。また、収納ケース39の発光体12と反対側の端部41には、口金50が嵌合されて接着剤等によって固定される。なお、前記したように、放熱体20と口金50とは、絶縁リング51によって絶縁されている。絶縁リング51には図1に示すように段差形状113が形成されている。図1の天地をひっくり返したような放熱体20で加熱された空気が上昇して口金50側に流れる自然対流が発生する状態において、キッチンやダイニングなどオイルミストが拡散してくる環境下ではこの自然対流によってオイルミストが口金50側に運ばれ、外部電源系統との接点をもっているために口金50の温度が比較的低温となっていてオイルミストが凝集付着し、長期間堆積が継続した場合に重力作用により移動性付着物となって放熱体20側に移動してくる。段差形状113の凹んでいる部分にこの移動性付着物が捕捉され、また段差形状113により移動距離の総延長が大きくなるため移動性付着物の放熱体20側への到達を抑制することができる。図1では段差形状113を階段状としているか、凹みを有する溝で構成してもよい。段差は複数形成するとより効果的である。また、同心円状でなくて螺旋状など凹み部を有し、総移動距離が増える形状とすればよい。また、凸部で構成してもよいし、不連続的な形状としてもよい。また、意匠性を向上させることができる。
収納ケース39に収納された電源回路基板35の周囲には、熱伝導性が良好で電気絶縁性が高い樹脂(図示せず)が密に充填され、電源回路基板35で発生した熱を放熱体20の胴部23やフィン42、口金50に効率よく伝導できるようになっている。なお、電源回路基板35の周囲への樹脂の充填は、胴部23及びフィン42内及び口金50側における配線が終了して口金50が取り付けられた状態で行われる。収容ケース39に適用される樹脂の線膨張係数が胴部23に適用される金属材料の線膨張係数よりも大きいものを選択すると、発光体12および電源回路基板で発生した熱による温度上昇により収容ケース39が相対的に熱膨張する。そのため延伸部25が、胴部23の内面36と接触する際に収容ケース39が延伸部25を加圧し熱伝導性を良好にすることができる。
発光体12は、伝熱シート60を介して発光体取付部22の載置部24上に載置されている。伝熱シート60は、シリコーンゴム等の熱伝導性が良好で電気絶縁性が高いシート状の材料から形成されている。但し、伝熱シート60に代えて、熱伝導性が良好で電気絶縁性が高いグリスが使用されてもよい。
載置部24上に載置された発光体12の上面端縁に当接して覆うように、略円形枠形状のホルダ61が配設される。ホルダ61の中央部には開口62が形成されており、LED11が外部に露呈するようになっている。ホルダ61は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)やPC(ポリカーボネート)等の耐熱性及び電気絶縁性を有する樹脂材料から形成されている。
ホルダ61の縁部には、LED11と電源回路基板35とを接続するリード線14をガイドするガイド部65が形成されている。また、ホルダ61の周方向3箇所には、略等間隔でホルダ61を胴部23に固定する際にねじ部材64が挿通される貫通孔63が形成されている。そして、電球型照明装置10の組立時には、ねじ部材64が貫通孔63を介してねじ穴44(胴部23に設けられている)にねじ込まれるようになっている。
次に、図4〜図7を参照しながら、電球型照明装置10をさらに説明する。図4(a)及び図5に照明型電球装置10の断面を、図4(b)にA部拡大図を示す。図4(a)及び図5に示すように、カバー部材15の開口端部16側は内側に窄んでおり、窄み部17が形成されている。そして、フィン42の一部は、窄み部17が形成されたことにより生まれた空間に窄み部17を囲んで放射状に設けられている。この時、フィン42の先端部42bは、カバー部材15に対向して設けられている。また、フィン42の一部の外側面とカバー部材15の外側面が略平坦になるように、フィン42の大きさ(肉厚)が設定されている。
フィン42の形状は、図示のように、フィン42の先端部42bに向かう方向に、その肉厚が徐々に薄くなって形成されている。ただし、その先端部42bは肉厚を有している。即ち、先端部42bは、尖った形状ではなく、上部が平坦な形状を有している。先端部42bをこのように形成することで、電球型照明装置10を使用者が取り扱う際に、フィン42の先端部42bが作業者に引っかかる等の恐れを防止することができる。その結果、電球型照明装置10を使用する際の作業性や安全性を向上させることができる。また、電球型照明装置10の過度の大型化を避けつつもフィン42の表面積を増加させることができ、放熱効果をより向上させることができる。
なお、フィン42の高さ(長さ)は、高ければ高いほど煙突効果による放熱効果が高まるため好ましい。ただ、単にフィン42の高さを高くした場合、電球型照明装置10の大きさが過度に大きくなることがある。そこで、電球型照明装置10においては、カバー部材15に窄み部17を設け、窄み部17が形成されたことにより生まれた空間にフィン42の一部が収容されるようにしている。そして、このようにして、電球型照明装置の過度の大型化並びに外部への光放射の過度の遮蔽を防止しつつも、発光体12からの放熱効果の向上を図っている。
図4(b)に示すように、窄み部17の内壁17aとフィン42の内壁42aとの間には、空間18が設けられている。このような空間18が設けられることにより、前縁効果を利用して、高い放熱効果を得ることができる。即ち、カバー部材15は発光体12からの熱を放射する際の障害物(放熱に寄与しない部材)であるため、カバー部材15に密着する部材が存在すると発光体12からの放熱が阻害される可能性がある。そこで、空間18を設け、空気の流れを起こして多くの空気をフィン42に接触させることにより、フィン42からの放熱を効率よく行うことができる。
さらに、前記したように、フィン42は、その先端部材42bに向かう方向に細くなって形成されている。従って、前縁効果を利用して放熱を行うと共に、煙突効果による放熱効果を得ることができる。このようにして、従来よりも放熱効果の向上を図ることができる。
また、フィン42が設けられることにより、隣接するフィン42の間からカバー部材15を外部に露出することができる。その結果、カバー部材の開口端部側が放熱体で覆われるものに比べ、外部へ照射される発光体12からの光の照射量を増加させることができる。また、フィン42には、光散乱性の表面処理若しくは塗装が施されている。具体的には、本実施形態においては酸化チタンがフィン42に表面に塗装されている。
これにより、光の乱反射を促進し、指向性の高い光であっても、フィン42による影の投影を防止することができる。その結果、発光体12からの光の配光特性を広くすることができ、電球型照明装置10を適用可能な用途に制限が無いという利点がある。具体的には例えば、ペンダント等の収容空間の狭い器具内部においても好適に使用可能となる。
さらには、酸化チタンにより発光体12から伝搬してきた熱エネルギーを遠赤外線に変換し外部へ放出し易くすることができる。
なお、フィン42の表面に酸化チタンを塗装する際、酸化チタンをフィン42の表面に吹き付ける所謂表面処理を行ってもよいし、揮発性の溶剤に酸化チタンを懸濁し、懸濁後の溶液をフィン42に塗布して溶剤を揮発させて除去するようにしてもよい。
図7(a)に、電球型照明装置10からカバー部材15を取り外した様子を示す。図7(a)に示すように、フィン42は発光体12を取り囲むように放射状に設けられている。図7(b)に、フィン42近傍を拡大した図を示す。図7(b)に示すように、フィン42においては、先端部42bの形状が三角形状となっている。
即ち、フィン42は、カバー部材15の開口端部16付近の外側面と対面する角を一つの頂点とする三角形状を有している。フィン42の先端部42bがこのような形状を有することにより、先端部42bに引っかかることが無く、より安全性の高い電球型照明装置10とすることができる。
また、先端部42bが三角形状であることにより、発光体12から伝導した熱を帯びたフィン42に接触した空気が外部へ流れ易くなっている。また、フィン42の全体に満遍なく空気を接触させることができる。そのため、フィン42から空気への熱伝導を効率よく行うことができる。即ち、先端部42bがこのような形状を有することにより、放熱効果をより高いものとすることができる。また、意匠性を向上させることができる。
次に、電球型照明装置10の組立方法について説明する。
図2に示すように、収納ケース39を胴部23の内部に嵌め込む。続いて、電源回路基板35を、長手方向を縦にして収納ケース39内に挿入し、収納ケース39内の係合部(図示せず)に係合させて収納する。電源回路基板35に予め接続されているリード線(図示せず)の先端は、このとき収納ケース39内から外に引き出された状態とされる。
一方、電源回路基板35に予め接続されている入力用のリード線(図示せず)を口金50の所定箇所に接続する。そして、放熱体20と口金50との間に絶縁リング51を介在させるようにして、口金50を収納ケース39の端部41に嵌合して取り付ける。
続いて、発光体12が載置された発光体取付部22を、断熱材27とともに胴部23に取り付ける。この際、発光体取付部22の延伸部25は、既に胴部23に嵌め込まれた収納ケース39の発光体12側に等間隔で設けられた、支持孔47に挿入される。このようにして、延伸部25と胴部23の内面36とが面接触される。
そして、ねじ部材64をホルダ61の貫通孔63に挿通させて胴部23の台座部43の端面48に形成されたねじ孔44にねじ込むことにより、発光体12及び発光体取付部22が胴部23に組み付けられる。このとき、ホルダ61のガイド部65は、収納ケース39に形成された切欠き部46内に収容される。
続いて、収納ケース39内から外に引き出されているリード線14を収納ケース39のガイド部46に沿わせて這い回し、リード線14の先端を発光体12のLED11に半田付けやコネクタ等によって接続する。
最後に、カバー部材15が、発光体12を覆うようにして、放熱体20のカバー部材取付部21に取り付けられて、電球型照明装置10の組立が完了する。但し、電球型照明装置10の組立方法は、前記した方法に限定されるものではなく適宜変更が可能である。
[2.第2実施形態]
次に、図8を参照しながら第2実施形態に係る電球型照明装置20について説明する。
なお、図8において、図2〜図7に示す電球型照明装置10と同じ部材については同じ符号を付すものとし、その詳細な説明を省略する。
図8に示す電球型照明装置20は、電球型照明装置10とは異なり、発光体12がカバー部材15の内部に入り込むようになっている。即ち、発光体取付部22の延伸部25や収納ケース39等が、電球型照明装置10の場合と比べ、発光体12の光軸方向に長くなっている。このように電球型照明装置を構成することにより、発光体12からの光を全方向に到達させることができる。その結果、電球型照明装置20の周辺に満遍なく発光体12からの光を照射することができる。
[3.変更例]
本実施形態に係る電球型照明装置は、前記した各実施形態の他にも、要旨を損なわない範囲で適宜変更して実施可能である。
例えば、フィン42の表面には前記のように光散乱剤が塗布されているが、例えばアルミニウム粉末等の金属材料やシリカ粉末等の金属酸化物材料を更に塗布してもよい。例えばアルミニウム粉末を添加することにより、電球型照明装置の外観が金属の風合いをいっそう呈したものとすることができる。また、アルミニウム粉末が塗布されることにより、アルミニウムによって光を反射させることができる。その結果、光の乱反射をいっそう促進させることができ、光の配向特性を広くすることができる。
また、図4(b)を参照しながら説明した外壁17aと内壁42aとは、必ずしも、図4(b)に示すように面同士が平行ではない形態とする必要はない。即ち、外壁17aと内壁42aとの面同士が平行になっていても、空間18が設けられるようにフィン42及びカバー部材15の窄み部17を構成すれば本発明と同様の効果が得られる。
さらに、図4(b)においては、外壁17a及び内壁42aの2つの面は、発光体12の光軸方法に対して傾斜して形成されているが、光軸方向に対して平行な方向(即ち紙面上下方向)になるように形成されていてもよい。
また、通常、空間18が大きくなればなるほど、発光体12の放熱効果も大きくなる。
ただし、空間18が大きくなれば電球型照明装置の大きさ自体も大きくなりうるので、それらを勘案して内壁17aと内壁42aとの位置関係、及び空間18の大きさを決定すればよい。
さらに、先端部42bの形状も空気の流れを阻害しない形状であれば、三角形状に限定されない。例えば、その一角がカバー部材15に対面する矩形状等とすることができる。
また、設けられるフィン42の本数及び高さについても、前記した実施形態及び図示の事項に何ら限定されない。従って、許容される電球型照明装置10の大きさを考慮し、フィン42の本数及び高さを設定すればよい。
さらに、前記実施形態では、複数のLED11がマトリクス状に配置されているが、放射状等の他の形状に配置されていてもよい。また、発光体12からの光は、白色に限定されるものではなく、発光色の異なるLEDや蛍光体を用いて所望の色に設定可能である。
さらに、LED11の実装方式は、前記実施形態に限定されるものではなく、発光体12は1個以上のLED11を備えるものであればよい。
また、前記実施形態では、発光体12にLED11が備えられているが、例えばEL(Electro-Luminescence)等の他の発光素子(半導体発光素子を含む)が備えられていてもよい。
10 電球型照明装置
11 LED(発光素子)
12 発光体
15 カバー部材
16 開口端部
20 放熱体
22 発光体取付部
23 本体部
24 載置部
25 延伸部

Claims (1)

  1. 発光素子を備える発光体と、前記発光体を覆うカバー部材と、前記カバー部材の開口端部が取り付けられると共に前記発光体が発する熱を外部へ放出する放熱体と、口金と、前記口金と前記放熱体との間に、電気絶縁性を有する絶縁リングが配設されている電球型照明装置において、
    前記絶縁リングに段差形状が設けられており、
    前記段差形状は、らせん状にした形状で設けられていることを特徴とする電球型照明装置。
JP2011204070A 2011-09-20 2011-09-20 電球型照明装置 Expired - Fee Related JP5687588B2 (ja)

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