(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
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。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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)。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
次に、電球型照明装置10の組立方法について説明する。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。