JP5802497B2 - 電球型照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、電球型照明装置に関し、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子を備えた発光体を有する電球型照明装置に関する。

ＬＥＤ等の半導体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で発生する熱を外部に放出する必要がある。

例えば、特許文献１には、外部に露出する周部、この周部に一体に形成された光源取付部、及び前記周部の内側に形成された凹部を有する金属製の外郭部材を備えた電球型ランプが開示されている。この技術では、金属製の外郭部材の光源取付部に伝導された点状光源の熱が、外郭部材の周部に伝導して、この周部から外部に放出される。

特許第４４６５６４０号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、ＬＥＤからの熱は放熱体としての金属製の外郭部材のみに伝わることになる。このため、ＬＥＤの熱の熱容量（伝熱機能）の観点から見れば改善の余地があり、放熱体全体としての放熱性能のさらなる向上が望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発光体で発生する熱を効果的に放出することができる電球型照明装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、半導体発光素子を備えた発光体と、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で発生する熱を放出する放熱体と、を有し、前記放熱体からカバー部材内に延在する輻射放熱部材を備えており、前記輻射放熱部材は、前記カバー部材内に配置されており、前記輻射放熱部材の表面に光散乱塗装材料あるいは放熱塗装材料が塗布された塗膜層を形成しており、前記光散乱塗装材料あるいは放熱塗装材料の中に酸化チタン粒子ないしアクリル系樹脂ないしシリコーン系樹脂のいずれか又は複数が含まれており、前記輻射放熱部材の表面に形成される前記塗膜層のベース樹脂に導光作用を有する樹脂を用い、前記輻射放熱部材の端部が前記塗膜層の光出射部を構成することを特徴とする。

あるいは、前記目的を達成するために、本発明は、半導体発光素子を備えた発光体と、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で発生する熱を放出する放熱体と、前記カバー部材内に設けられると共に一端が前記放熱体に接続されている放熱部材と、を有し、前記放熱部材は、前記カバー部材から離れて配置されており、前記放熱部材の表面に導光作用を有する樹脂で形成される塗膜層を設け、前記放熱部材の端部が前記塗膜層の光出射部を構成することを特徴とする。

本発明によれば、半導体発光素子を備えた発光体と、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で発生する熱を放出する放熱体と、を有し、前記放熱体からカバー部材内に延在する当該放熱部材を備えていることにより発光体で発生する熱を効果的に放出することができる電球型照明装置を提供できる。

または、半導体発光素子を備えた発光体と、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で発生する熱を放出する放熱体と、前記カバー部材内に設けられると共に一端が前記放熱体に接続されている放熱部材と、を有することにより発光体で発生する熱を効果的に放出することができる電球型照明装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る電球型照明装置の外観正面図である。 図１に示される電球型照明装置の分解斜視図である。 図２のIII−III線に沿う電球型照明装置の縦断面図である。 図２のIV−IV線に沿う電球型照明装置の縦断面図である。 発光体が載置された発光体取付部を本体部に取り付ける様子を示す斜視図である。 電球型照明装置の配光特性を説明するための模式図である。 実施形態に係る放熱体周辺の斜視図である。 図７に示される放熱部材を示す分解斜視図である。 実施形態の変形例に係る放熱体の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る電球型照明装置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の分解斜視図である。図３は、図２のIII−III線に沿う電球型照明装置の縦断面図である。図４は、図２のIV−IV線に沿う電球型照明装置の縦断面図である。

図１に示すように、実施形態に係る電球型照明装置１０は、半導体発光素子としてのＬＥＤ１１を備えた発光体１２（図２参照）と、発光体１２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１２で発生する熱を放出する放熱体２０とを有している。

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と、この口金５０と放熱体２０との間に配設された電気絶縁性を有する絶縁リング５１とを有している。

図２〜図４に示すように、発光体１２は、例えば矩形形状の基板１３を有しており、当該基板１３の一方の面である実装面の中央に、複数のＬＥＤ１１（チップ）が例えばマトリクス状に配列されて実装されている。

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から出射される光を色変換する蛍光体が混入されている。蛍光体としては、例えば黄色発光のものが用いられ、当該蛍光体によってＬＥＤ１１からの青色光が色変換されて、白色光となる。

カバー部材１５は、透光性を有する例えば乳白色の、ガラス製又はＰＣ（ポリカーボネイト）等の樹脂製であり、発光体１２を覆うように、ここでは略球面状に形成されている。カバー部材１５は放熱体２０に向けて開口しており、この開口端部１６が、放熱体２０のカバー部材取付部２１に当接され、接着剤等によって固定されている。

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部材が含有されていてもよい。このように構成すれば、発光体１２のＬＥＤ１１からの光は、指向性の強いものであるが、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本体部２３とを備えており、本体部２３と発光体取付部２２とは別体で構成されている（図２参照）。ここで、発光体取付部２２と本体部２３とは、面接触することにより熱伝導可能に接続される。

本体部２３は、熱伝導率の高い材料から形成されている。本体部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、本体部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を介して本体部２３に効率的に伝導され、本体部２３の外周面３７から外部の空気に放出されることになる。なお、本体部２３の外周面３７に、複数の放熱フィン（図示せず）が放射状に外方に突出して形成されていてもよい。また、本体部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。

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の外縁から本体部２３側に延伸し本体部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、本体部２３の内面３６と接触する際に、所定の弾性力で本体部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。

放熱体２０の筒状を呈する本体部２３の内部には、リード線６６（図３参照、但し図４では図示省略）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の発光体１２側の開口端近傍には、係合片４０が形成されている。係合片４０が本体部２３に形成された切欠き部４６の底面に相当する係合面４７に当接された状態で、収納ケース３９が本体部２３の内部に設置される。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。

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）が充填され、電源回路基板３５で発生した熱を放熱体２０の本体部２３や口金５０に効率良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、本体部２３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。

放熱体２０の本体部２３は、カバー部材１５の開口端部１６が取り付けられるカバー部材取付部２１を備える基部４２と、当該基部４２に連設されカバー部材取付部２１よりも発光体１２側に延出する台座部４３とを備えている。基部４２と台座部４３とは一体に構成されており、例えばダイカスト法により形成される。

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、略矩形枠形状のホルダ６１が配置される。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（ポリカーボネイト）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の対向する二辺には、ＬＥＤ１１と電源回路基板３５とを接続するリード線６６（図３参照）をガイドする一対のガイド部６５が形成されている。また、ホルダ６１の対向する他方の二辺には、ホルダ６１を本体部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。

発光体１２の発光体取付部２２と反対側には、発光体１２からの光を口金５０に近付ける方向を含む角度範囲に配光するレンズ部材７０が配置されている。レンズ部材７０は係合部７１を備えており、係合部７１がホルダ６１に係合されることにより、レンズ部材７０がホルダ６１に保持される。

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を本体部２３の内部に台座部４３側から嵌め込み、収納ケース３９の係合片４０が放熱体２０の係合面４７に当接した状態で収納ケース３９を本体部２３内に取り付ける。

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６６（図３参照）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を本体部２３に取り付ける。

図５は、発光体が載置された発光体取付部を本体部に取り付ける様子を示す斜視図である。なお、図５では、収納ケース３９、電源回路基板３５等の部品は、説明の都合上、図示省略している。

図５に示すように、発光体１２が載置された発光体取付部２２は、発光体取付部２２の延伸部２５が本体部２３の内面３６に接触して本体部２３の軸方向に摺動するようにして、本体部２３の内部に挿入される。ここで、発光体取付部２２の延伸部２５の先端は、内面３６の口金５０側の終端４５（図４参照）に当接して移動が規制される。この状態において、発光体１２は、台座部４３の端面４８（図２参照）と略同一面上あるいは当該端面４８よりも台座部４３の延出方向に離間した位置に配置される。

そして、ねじ部材６４をホルダ６１の貫通孔６３（図２参照）に挿通させて本体部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が本体部２３に組み付けられる。このとき、ホルダ６１のガイド部６５は、本体部２３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６６（図３参照）をホルダ６１のガイド部６５に沿わせて這い回し、リード線６６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変更が可能である。

次に、電球型照明装置１０の配光特性について説明する。

図６は、電球型照明装置の配光特性を説明するための模式図である。図６に示すように、電球型照明装置１０の放熱体２０の本体部２３は、基部４２と、当該基部４２に連設されカバー部材取付部２１よりも発光体１２側に延出する台座部４３とを備えている。また、発光体１２のＬＥＤ１１の実装面側には、レンズ部材７０が配置されている。

このような構成によれば、発光体１２は、台座部４３の端面４８と略同一面上に配置されるため、カバー部材１５の内部に所定距離だけ入り込んだ位置に設置される。ここで、仮に発光体１２がカバー部材取付部２１と略同一面上の平面部に取り付けられるような場合には、発光体１２からの光が前記平面部の外周縁部によって遮られて口金５０側へ配光されないという課題がある。これに対して、第１実施形態では、カバー部材取付部２１よりもカバー部材１５の内方に設置された発光体１２からの光は、放熱体２０に遮られることが抑制され、口金５０に近付く方向Ａを含む例えば約３００度の角度範囲αに配光され得る。

また、放熱体２０の本体部２３は、カバー部材１５の内部に位置する台座部４３を備えるようにしたので、製品（電球型照明装置１０）の全長に影響を与えることなく、台座部４３の分だけ熱容量を大きくすることができる。したがって、放熱性能が向上し、ＬＥＤの発光効率を高めることが可能となる。

なお、レンズ部材７０は省略することも可能である。この場合、発光体１２からの光は、カバー部材１５の内面で反射したり、カバー部材１５を通過する際に拡散したりすることによって、口金５０に近付く方向にもある程度配光され得る。また、台座部４３を省略して、その高さ分だけ発光体取付部２２の延伸部２５の延伸方向の長さＬを延長するように構成することも可能である。

図７は、実施形態に係る放熱体周辺の斜視図である。図８は、図７に示される放熱部材８０を示す分解斜視図である。

図７に示すように、実施形態に係る放熱体２０ａは、発光体取付部２２（図２参照）と、筒状の本体部２３ａと、本体部２３ａの台座部４３ａに接続される放熱部材８０とを備えている。ここで、放熱部材８０は、台座部４３ａの延伸方向（図７における上下方向）に沿って延在しており、カバー部材１５（図３等参照）の内部に配置される。

図８に示すように、放熱部材８０は、一対の逆Ｕ字形状の板部材８１，８２から構成されている。一方の板部材８１には、中間部８５の内側縁部から外方に向けてスリット８３が形成されており、他方の板部材８２には、中間部８６の外側縁部から内方に向けてスリット８４が形成されている。スリット８３とスリット８４とを同一直線上に位置させて板部材８１，８２を互いに接近させることにより、板部材８１，８２がスリット８４，８３にそれぞれ嵌入されて放熱部材８０が形成される。そして、板部材８１，８２の側方支持部８７，８８が、台座部４３ａの外周面に円周上等間隔に放射状に形成された取付溝４９内に圧入等によって固定される。なお、放熱部材８０が発光体１２からの配光に影響を与えてしまうことが考えられるため、放熱部材８０には光拡散部材が塗布されることが好ましい。また前記光拡散部材にたとえば酸化チタンなどの熱エネルギーを赤外線以降の長波長側の電磁波に変換して輻射熱として放出しやすいフィラを採用した塗料を利用されることが好ましい。また発光体１２からも蛍光材料から輻射熱が放出されており、放熱部材８０が発光体１２に接近しすぎると輻射熱が入射され、放熱効果が少なくなるため、図には示していないが、図７においてレンズ７０がない場合においても相応のスペースを確保することが好ましい。さらにこの間隙は２ミリメートル以上あることが好ましい。また、放熱部材８０が発光体１２からの配光への影響を軽減するために放熱部材８０の表面上の塗装のベース樹脂にはたとえばアクリル樹脂やシリコーン樹脂などの光透過率の高い材料を採用し樹脂層内を導光しやすくし、放熱部材８０の端部より出射しやすくすることが好ましい。

このような実施形態によれば、カバー部材１５（図３等参照）の内部において放熱体２０ａに放熱部材８０を接続することにより、製品の全長に影響を与えることなく、製品全体の熱容量を大きくすることができる。ここで、発光体１２から本体部２３ａの台座部４３ａに伝導された熱の一部は、放熱部材８０からもカバー部材１５を介して外部の空気に放出され得る。したがって、放熱性能がさらに向上し、ＬＥＤの発光効率をより高めることが可能となる。

但し、放熱部材８０の形状は、図７及び図８に示したものに限定されるものではない。図９は、実施形態の変形例に係る放熱体の斜視図である。図９に示す放熱体２０ｂにおいて、実施形態の変形例に係る放熱部材８０ａは、本体部２３ｂの台座部４３ｂの外側面から半径方向外方に突出する複数の板状部８９から構成されている。板状部８９は略矩形形状を呈しており、台座部４３ｂの外周面に円周上等間隔に放射状に形成された取付溝４９ａ内に圧入等によって固定される。

なお、複数の板状部８９における図９中の上側、下側、又は半径方向外側の各端縁が一つのリング状部材に固定されていてもよい。このようにすれば、板状部８９の取付溝４９ａ内への設置作業を迅速に行うことができる。あるいは、複数の板状部８９は、放熱体２０ｂの製造時において、放熱体２０ｂに一体的に形成されてもよい。

この変形例では、放熱部材８０ａは、本体部２３ｂの軸方向において、台座部４３ｂの端面４８と、基部４２のカバー部材取付部２１との間に配置されている。このように構成すれば、放熱部材８０ａが発光体１２（図７参照）からの配光に影響を与えることを抑制することができる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、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）等の他の半導体発光素子が備えられていてもよい。

１０ 電球型照明装置
１１ ＬＥＤ（半導体発光素子）
１２ 発光体
１５ カバー部材
１６ 開口端部
２０，２０ａ，２０ｂ 放熱体
２２，２２ａ〜２２ｃ 発光体取付部
２３，２３ａ，２３ｂ 本体部
２４，２４ａ，２４ｃ 載置部
２５，２５ａ〜２５ｃ 延伸部
２６ 帯板
２８ 中央部
２９ 脚部
３０ 門状板部材
３２ 底部
３３ 円筒部
３６ 内面

Claims (2)

1. 半導体発光素子を備えた発光体と、
   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で発生する熱を放出する放熱体と、を有し、
   前記放熱体からカバー部材内に延在する輻射放熱部材を備えており、
   前記輻射放熱部材は、前記カバー部材内に配置されており、
   前記輻射放熱部材の表面に光散乱塗装材料あるいは放熱塗装材料が塗布された塗膜層を形成しており、
   前記光散乱塗装材料あるいは放熱塗装材料の中に酸化チタン粒子ないしアクリル系樹脂ないしシリコーン系樹脂のいずれか又は複数が含まれており、
   前記輻射放熱部材の表面に形成される前記塗膜層のベース樹脂に導光作用を有する樹脂を用い、前記輻射放熱部材の端部が前記塗膜層の光出射部を構成することを特徴とする電球型照明装置。
2. 一対の逆U字形状の板部材から構成される前記輻射放熱部材と前記発光体との間に間隙があることを特徴とする請求項１に記載の電球型照明装置。