JP6173790B2 - 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、発光体である光源モジュールと発生する熱を放出するための外部に露出した放熱板、及び放熱部を有し、光源モジュールで発生した熱を放熱板、及び放熱部を介して外部に放出している。

ところで、特許文献１に記載の技術では、放熱板は円板状の形状をなしており、円筒状の形状を有する放熱部とは、放熱部に設けられた取付座によって接続される。また、放熱板と放熱部の間には、熱伝導シート又は熱良導性のグリスを介装することも記載されている。

特開２０１１-２２８１２５号公報

光源モジュールで発生する熱を放熱体へ伝えるために、放熱性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、
前記発光体が取り付けられる発光体取付部と、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、前記発光体取付部は、前記発光体が取り付けられる載置部と、載置部の外縁から本体部側に延伸し本体部の内面に接触する複数の延伸部を備え、前記複数の延伸部と前記放熱体は、その間の隙間に、空気より熱伝導性が良好で、前記発光体取付部および前記放熱体よりも小さい弾性率を有する材料で形成される伝熱部Ａを介して接続され、前記複数の延伸部における前記伝熱部Ａを介した前記放熱体との接続部の総面積が、前記発光体の前記載置部に対向する側の端面の面積よりも大きいことを特徴とする電球型照明装置である。

本発明によれば、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。 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。 （ａ）は発光体取付部の拡大斜視図であり、（ｂ）は発光体取付部の展開図である。 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。

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。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電球型照明装置の外観正面図である。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、第１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（図２参照）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。

更に、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、例えば概円形形状の基板１３を有しており、当該基板１３の一方の面である実装面に、複数のＬＥＤ１１（モジュール）が例えば円周状に配列されて実装されている。

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。発光体１２のＬＥＤ１１からの光は、指向性の強いものである。カバー部材１５に光拡散部材を含有させることで、発光体１２のＬＥＤ１１からの光がカバー部材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）。

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、熱伝導率が本体部２３と同等以上か、より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。

これらにより、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および複数の放熱フィン８６から外部の空気に放出されることになる。また、本体部２３や放熱フィン８６の外面に、アルマイト等の放熱性を高めるための表面処理や、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３６ａに接触する延伸部２５とを備えている。延伸部２５の外面２５aは、伝熱部Ａ７０を介して本体部２３の内面３６ａと接続されるが、所定の弾性力で伝熱部Ａ７０及び本体部２３の内面３６ａ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。 図５（ａ）は発光体取付部の拡大斜視図であり、図５（ｂ）は発光体取付部の展開図である。図５に示すように、発光体取付部２２の載置部２４は、略正八角形の平板から形成されている。一方、発光体取付部２２の延伸部２５は、平板である載置部２４の外縁から放射状に外方に延出する４つの帯板２６を折曲線２７に沿って本体部２３側に折り曲げることにより形成されている。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。なお、放射状に外方に延出する帯板２６の数は、４つに限定されるものではなく、例えば２つ、３つ、６つ、８つ等であってもよい。

延伸部２５の延伸方向の長さＬ（図５（ａ）参照）や形状は均一である必要は無く、適宜設定可能である。長さＬを大きくすれば、延伸部２５における伝熱部Ａ７０を介した本体部２３との接触面の総面積が大きくなり、例えば、本体部２３への接続が延伸部２５によるものではなく、載置部２４によるようなものに比べて熱伝導性の向上を望める。また、本体２３の口金５０方向への熱伝導が可能となり、放熱体への均一な熱配分の実現と有効な伝導熱量の増大を見込めるため、発光体１２から放熱体２０へ効率よく熱伝導されることにより、放熱性を高めることが可能である。

ここでは、延伸部２５における伝熱部Ａ７０を介した本体部２３との接続面の総面積が、好ましくは発光体１２の載置部２４に対向する側の端面の面積、より好ましくは載置部２４の発光体１２に対向する側の端面の面積よりも大きくなるように、延伸部２５の延伸方向の長さＬが設定される。このように構成すれば、延伸部２５から本体部２３へのより効率的な熱伝導が可能となる。

延伸部２５の外面２５ａと本体部２３の内面２３ａが直接接触する場合、弾性率が高い物質同士の接触は、完全に面接触することは難しく、ミクロに見れば点接触の複合である。よって、伝熱部Ａ７０は、空気より高い熱伝導性を有することに加えて、発光体取付部２２及び本体部２３より小さい弾性率をもつ材料で形成されることが望ましい。伝熱部Ａ７０に発光体取付部２２の延伸部２５a及び本体部２３の内面３６ａから接触圧が付与された場合において、発光体取付部２２及び本体部２３より小さい弾性率であれば、伝熱部Ａ７０は変形し、発光体取付部２２及び本体部２３に密着することが可能で、発光体取付部２２と本体部２３との間の接触熱抵抗を低減することが可能であり、発光体取付部２２と本体部２３が直接接触するより熱伝導性の向上を期待できる。

伝熱部Ａ７０の材料としては、例えば、シリコーン樹脂、もしくは、シリコーン樹脂を基材として熱伝導フィラーを含有した熱伝導性が良好な伝熱シートが考えられる。シリコーン樹脂、もしくは、シリコーン樹脂基材の伝熱シートは、小さい弾性率をもち、加工性が良好であるため、伝熱部Ａ７０の材料として適している。

伝熱部Ａ７０の形状は、発光体取付部２２の延伸部２５と同様に形状は均一である必要は無く、適宜設定可能である。また、伝熱部Ａ７０の表面積は、発光体取付部２２の延伸部２５の外面延伸部２５ａの面積、又は、本体部２３の内面３６ａの面積のどちらか大きい方の面積以上であることが、熱伝導的な観点からいえば望ましい。また、伝熱部Ａ７０の厚みは、伝熱部Ａ７０と延伸部２５の外面２５ａ、及び、伝熱部Ａ７０と内面３６ａの間の隙間を完全に埋めることが可能な最小の厚みが最も望ましい。このように構成すれば、延伸部２５によって発光体取付部２２と本体部２３の接触面積を大きくした効果をより有効に活用できるため、一層効率的な熱伝導が可能となる。ただし、表面積や厚みはこれに限るものではなく、例えば、組立て性が悪くなる場合や熱伝導性が過剰である場合においては、表面積や厚みを変化させることで、適宜調整を行ってもよい。

また、伝熱部Ａ７０の材料はこれに限るものではなく、熱伝導グリス、水銀やガリンスタンといった常温で液体である金属、鉛等の小さい弾性率を有する金属を用いてもよい。また、発光体１２から発する熱により伝熱部Ａ７０も、例えば１００℃といった高い温度になるため、ガリウムやセシウムやルビジウムやカリウムやウッドメタルといった比較的融点が低い金属を用いて形成してもよい。

図２〜図４に戻り、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部３５と、電源回路部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、電源回路部３５と口金５０とは、商用電源を電源回路部３５に供給するためのリード線（図示せず）で接続される。

電源回路部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。電源回路部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部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、電源回路部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。

また、収納ケース３９の外面３９ａと発光体取付部２２の延伸部内面２５ｂ及び本体部２３の内面３６ｂとは、伝熱部Ｂ９０を介して接続されるが、伝熱部Ｂ９０は、空気より高い熱伝導性を有し、収納ケース３９や本体部２３より低い弾性率を有する材料で形成されることが望ましい。これにより、収納ケース３９や本体部２３より接触圧が付与された場合において、伝熱部Ｂ９０は変形し、収納ケース３９及び本体部２３に密着することで、収納ケース３９と本体部２３との間の熱抵抗を低減することが可能であり発光体取付部２２と本体部２３が直接接触するより熱伝導性の向上を期待できる。これにより、収納ケース３９に収納された電源回路部３５で発生した熱を効果的に外部に放出することが可能で、装置としての信頼性を向上させることができる。また、本体部２３に代わって口金５０との間に伝熱部９０ｂが設けられても良いが、安全上の観点から伝熱部９０ｂが電気的絶縁性を有さない場合、電気的絶縁性を保つために、本体部２３と口金５０が伝熱部９０ｂで接続されてはならない。

伝熱部Ｂ９０の材料として、例えば、シリコーン樹脂、もしくは、シリコーン樹脂を基材として熱伝導フィラーを含有した熱伝導性が良好な伝熱シートが考えられる。シリコーン樹脂、もしくは、シリコーン樹脂基材の伝熱シートは、小さい弾性率をもち、加工性が良好であるため、伝熱部Ｂ９０の材料として適している。

伝熱部Ｂ９０の総面積は、収納ケース３９の外面３９ａと光体取付部２２の延伸部内面２５ｂ及び本体部２３の内面３６ｂの総面積と同等であることが、熱伝導的な観点からいえば最も望ましい。また、伝熱部Ｂ９０の厚みは、収納ケース３９の外面３９ａと光体取付部２２の延伸部内面２５ｂ及び本体部２３の内面３６ｂの間の隙間を完全に埋めることが可能な最小の厚みが最も望ましい。ただし、表面積や厚みはこれに限るものではなく、例えば、組立て性が悪くなる場合や熱伝導性が過剰である場合、材料の使用量を少なくさせることによりコストの低減を期待する場合においては、表面積や厚みを変化させることで、適宜調整を行ってもよい。

また、伝熱部Ｂ９０の材料はこれに限るものではなく、熱伝導グリス、水銀やガリンスタンといった常温で液体である金属、鉛等の小さい弾性率を有する金属を用いてもよい。また、発光体１２から発する熱により伝熱部Ｂ９０も、例えば１００℃といった高い温度になるため、ガリウムやセシウムやルビジウムやカリウムやウッドメタルといった比較的融点が低い金属を用いて形成してもよい。

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、絶縁部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。絶縁部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、シート状の材料に代えて、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。また、いずれの場合においても絶縁部６０は、接触熱抵抗を低減し、熱伝導性を高めるために発光体１２及び発光体取付部２３より低い弾性率を有する材料により形成されることが望ましい。

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。

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の外面３９ａに貼付、もしくは塗布により伝熱部Ｂ９０を形成し、本体部２３の内部に台座部４３側からはめ込み、収納ケース３９の係合片４０が伝熱体を介して放熱体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、電源回路部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。電源回路部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、電源回路部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、発光体取付部２２に貼付、もしくは、塗布することにより絶縁部６０を形成し、発光体１２を発光体取付部に載置する。

次に発光体取付部２２の延伸部２５ａに貼付、もしくは、塗布により伝熱部Ａ７０を形成し、発光体取付部２２を本体部２３に取り付ける。ただし、組立て性が悪い場合は本体部２３の内面３６ａに貼付、もしくは、塗布により伝熱部Ａ７０を形成してもよい。

図６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６では、収納ケース３９、電源回路部３５等の部品は、説明の都合上、図示省略している。

図６に示すように、発光体１２が載置され発光体取付部２２は、伝熱部Ａ７０が形成された延伸部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。

前記したように、第１実施形態の電球型照明装置１０は、ＬＥＤ１１を備えた発光体１２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。そして、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とは別体で構成され当該発光体取付部２２が接続される筒状の本体部２３とを備えており、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、発光体取付部２２と放熱部２０との間には、熱伝導性が良好な材料で形成される伝熱部Ａ７０を有している。また、発光体１２と発光体取付部２２の間には、絶縁性が高く熱伝導性が良好な材料で形成される絶縁部６０が形成される。そして、前記本体部２３の内部には、制御部である電源回路部３５と電源回路部３５を収納する収納ケース３９を備え、収納ケース３９と前記放熱部２０の間には、熱伝導性が良好な材料で形成される伝熱部Ｂ９０を有している。

このように、発光体取付部２２と本体部２３の間の熱抵抗を伝熱部Ａ７０により低減させることにより、発光体１２で発生した熱を効率良く本体部２３に伝導し、放熱体２０より外部の空気に放熱することができる。つまり、放熱性能が向上し、ＬＥＤ１１の発光効率を高めることが可能となる。

すなわち、発光体１２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１０を提供することができる。

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が概円周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。

その他、前記実施形態では、発光体取付部２２がカバー部材１５と本体部２３の内部に収納されているが、特許文献１のように外部に露出されていてもよい。

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
３６ａ 内面
３６ｂ 外面
６０ 絶縁部
７０ 伝熱部Ａ
９０ 伝熱部Ｂ

Claims (3)

1. 半導体発光素子を備えた発光体と、
   前記発光体が取り付けられる発光体取付部と、
   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、
   前記発光体取付部は、前記発光体が取り付けられる載置部と、載置部の外縁から本体部側に延伸し本体部の内面に接触する複数の延伸部を備え、
   前記複数の延伸部と前記放熱体は、その間の隙間に、空気より熱伝導性が良好で、前記発光体取付部および前記放熱体よりも小さい弾性率を有する材料で形成される伝熱部Ａを介して接続され、
   前記複数の延伸部における前記伝熱部Ａを介した前記放熱体との接続部の総面積が、前記発光体の前記載置部に対向する側の端面の面積よりも大きいことを特徴とする電球型照明装置。
   
2. 前記発光体取付部が接続される前記放熱体の内部には、制御部である電源回路部と前記電源回路部を収納する収納ケースを備え、
   前記収納ケースの外面と、前記複数の延伸部内面及び前記放熱体の内面との間には、空気より熱伝導性が良好で、前記収納ケース及び前記放熱体よりも小さい弾性率を有する材料で形成される伝熱部Ｂを有することを特徴とする請求項１に記載の電球型照明装置。
   
3. 前記発光体と前記発光体取付部の間には、電気絶縁性が高く空気より熱伝導性が良好な材料で形成される絶縁部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電球型照明装置。