(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の実施形態では、発光素子を光源に備えるランプとして、LEDを光源に備えたランプを例示するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば有機EL等の他の発光素子を光源に備えるランプにも適用可能である。
【0010】
図1は本実施形態に係るランプ1を上方から示す斜視図であり、
図2はランプ1を下方から示す斜視図である。また、
図3はランプ1を示す図であり、
図3(A)は平面図、
図3(B)は正面図、
図3(C)は底面図である。
図4はランプ1を示す分解斜視図である。
図5はランプ1を示す図であり、
図5(A)は
図3のV−V断面図であり、
図5(B)は
図5(A)のA部分の拡大図である。
ランプ1は、既存のハロゲン電球や白熱電球と形状及び光学特性が略同じになるように構成されており、既存の電球の代替として使用可能となっている。
【0011】
すなわち、ランプ1は、
図1から
図3に示すように、略円筒状の基体(電源収容部)2を有し、この基体2の一端部である先端部2A(
図4)に発光部4を設け、他端部である終端部2Bに口金6が設けられている。基体2は、セラミックスや樹脂等の絶縁性を有する材料から形成されている。口金6は、ソケット(図示せず)に螺合するネジ山が切られた筒状のシェル6Aと、このシェル6Aの端部に絶縁部6Bを介して設けられたアイレット6Cとを備え、これらシェル6A及びアイレット6Cは、既存のソケットに装着可能な形状寸法に構成されている。これにより、当該ランプ1は、天井や壁面に既設のソケットに装着でき、既存のハロゲン電球や白熱電球の代替として使用可能になる。本実施形態では、口金6はE11規格であるが、口金6の種類はこれに限定されるものではない。
【0012】
発光部4は、LED(発光素子)10を光源に備え、
図4に示すように、LED10の点灯回路12が基体2の内部に収められている。点灯回路12は、点灯に要するドライバ回路や電源回路等の複数の回路部品を実装した点灯回路基板12Aを備えている。点灯回路12の回路部品と、口金6のシェル6A、及びアイレット6Cとは、それぞれ電気的に接続されており、口金6をソケットに装着することで、口金6のシェル6A、及びアイレット6Cを通じてソケットから点灯回路12の回路部品に供給される。
【0013】
また発光部4の構成について詳述すると、発光部4は、LED10と、ベース部材(筒状部)16と、レンズ保持部材18と、レンズ20とを備えている。
LED10には、白色光を放射する表面実装型のLEDパッケージが用いられている。すなわち、LED10は、図示を省略するが、基板に多数のLED素子を密集配置して平面視略円形(四角形も有り得る)の面状の発光面10Aを形成したチップオンボード(COB)構造のLEDチップである。LED10の光軸Kは、発光面10Aに垂直となっており、基体2の中心軸Cと略同軸に位置している。
【0014】
このLED10は、LEDチップと、LEDチップを収納する収納凹所が形成された平面視略矩形の薄型のパッケージとを備え、パッケージの収納凹所にLEDチップがシリコーン樹脂などの透明樹脂で封止されている。この透明樹脂の中には、LEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光体(蛍光顔料、蛍光染料など)が分散されており、LEDチップの光と蛍光体の光との混合により白色が得られる。
【0015】
図6は、ベース部材16を下方から示す斜視図である。
図7は
図3のVII−VII断面図であり、
図7(A)は全体図、
図7(B)は
図7(A)のB部分の拡大図である。
ベース部材16は、
図5及び
図6に示すように、LED10を載置する台座、LED10のヒートシンク、及びヒートマスとして機能する部材である。このベース部材16は、上面視略円形の板状の平板部30と、平板部30の外周面に亘って設けられた複数の放熱フィン34とを備えて有底円筒状に形成され、高熱伝導性を有する例えばアルミニウム材等の金属材により一体成形されている。
【0016】
平板部30には、
図5に示すように、表側の主表面(一面、上面)側にLED10、及びレンズ保持部材18が設けられ、裏側の主表面(他面、底面)には略垂直に基体2が設けられる。平板部30は、基体2の先端部2Aを閉塞し、その縁部が基体2の先端部2Aの外まで径方向に突出する径を有し、その突出した縁部に全周に亘って、基体2の外周面に沿って上下に延びる後述の放熱フィン34が一体に設けられている。
【0017】
平板部30の上面には、LED10を嵌め込む嵌込穴32Aが設けられている。LED10が嵌込穴32Aに嵌め込まれることで、LED10の底面及び側面の両方からLED10の発熱が台座部32に移動し、放熱効率の向上が図られている。LED10は、嵌込穴32Aに嵌め込まれて接着材(不図示)で平板部30に固定されている。また台座部32には、上下に貫通する貫通穴32B(
図6)が2箇所に設けられており、基体2の点灯回路12から延びる正電位及び負電位の各リード線(不図示)が各貫通穴32Bを通ってLED10に接続される。
【0018】
放熱フィン34は、平板部30の縁部で基体2の中心軸Cに沿って上下に延在して、高さ幅Wを有し、LED10の発熱を吸収するための十分なヒートマス(熱容量)として機能する。
ここで、放熱フィン34のヒートマスは、容積に比例して大きくなることから、高さ幅W、或いは厚みTを大きくすることでヒートマス性能を高められる。このとき、厚みTを基体2の径方向(中心軸Cに直交する方向)に平面視で後述のレンズ保持部材18よりも突出するほど大きくしてしまうと、ランプ1のサイズの大型化を招く。したがって、厚みTは、平面視で放熱フィン34がレンズ保持部材18の最大径の範囲内に収まる厚みを限度とすることが望ましい。
【0019】
放熱フィン34の上端部34Aは、平板部30の上面から上方に所定の突出量Pだけ突出している。この放熱フィン34の突出量P及び放熱フィン34間の間隔S(
図3)は、JIS C 0920に規定される試験指が平板部30の外周面に触れるのを防止可能な量に設定されている。なお、本実施例においては、突出量Pは8mm、間隔Sは5mmに設定されている。放熱フィン34は、LED10が固定される平板部30よりも温度が低いため、当該放熱フィン34がガードとなり、平板部30の上面及び外周面に指等が接触するのを防止できる。
【0020】
平板部30の底面には、
図6に示すように、基体2の先端部2Aを受ける挿入開口39が形成されている。このように、当該挿入開口39に基体2の先端部2Aが挿入されて固定される構成であるため、ランプ1の全長を短くできる。
挿入開口39は、円筒状のベース部材16の内周面を構成し、この内周面には、軸方向に延びる突出部39Aが少なくとも1つ(本実施形態では、1つ)設けられている。基体2の外周面には、
図7に示すように、突出部39Aに対応する位置に設けられ、突出部39Aが挿入される溝部2Cが設けられている。挿入開口39に基体2の先端部2Aが挿入される際には、突出部39Aが溝部2Cに嵌合される。突出部39Aと溝部2Cとの嵌合により、ベース部材16を基体2に対して容易に位置決めでき、基体2に対するベース部材16の回転を防止できる。ベース部材16と基体2との間は接着材(不図示)で固定されている。本実施形態では、ベース部材16に突出部39Aを設け、基体2に溝部2Cを設けていたが、ベース部材16に溝部を設け、基体2に突出部を設けてもよい。
【0021】
基体2の内部には、
図4及び
図5に示すように、点灯回路12が埋まるように樹脂14が充填され、この樹脂14によって点灯回路12は基体2に固定されている。樹脂14には、熱伝導性の比較的低い材料(例えば、ウレタン、シリコン、アクリル等)が用いられ、その中でも耐熱性の高い材料(例えば、ウレタン、シリコン等)が望ましい。樹脂14は、ベース部材16と基体2とが熱的に接続しない程度の量で充填され、具体的には、点灯回路12の回路部品のうち、LED10の熱に対する耐熱性の比較的低い回路部品まで充填される。本実施形態では、樹脂14は、点灯回路12の回路部品の全てが埋まるように充填されている。
【0022】
樹脂14は、口金6の貫通孔6Dを閉塞して点灯回路12を基体2の内部に配置した状態で基体2内に充填される。この樹脂14を設けることで、点灯回路12の熱を平均化して、基体2の外周面から効率良く放熱でき、LED10の熱が回路部品に伝熱することを抑制できる。また、点灯回路12の回路部品の全てが埋まるように樹脂14を充填することで、LED10の熱が回路部品に伝熱することをより確実に抑制できる。また、点灯回路12を基体2の内部に充填された樹脂14により固定しているため、ネジ止め等の固定構造を必要とせず、また容易に点灯回路12を基体2内に固定することができる。さらに、基体2に樹脂14を充填させているため、点灯回路12の回路部品が振動の影響を受けず、またランプ1の重心をより口金6側に位置させることができる。
【0023】
また、樹脂14は、平板部30の底面との間に隙間δを空けて充填されている。平板部30と樹脂14の上面に隙間δを設けることで、各部品自体の公差や組立公差、及び、樹脂14の充填量や充填位置の公差を吸収でき、樹脂14が基体2の先端部2Aから膨出することを抑制できる。また、隙間δに、点灯回路12からLED10に延びるリード線の余長、及び、絶縁シート38を配置できる。この絶縁シート38は、薄円板状に形成され、平板部30と点灯回路12との間の絶縁が確実に図られるようになっている。
【0024】
レンズ保持部材18は、全体が光透過性を有して構成され、その光軸が基体2の中心軸Cと略同軸に設けられている。
具体的には、レンズ保持部材18は、拡散材入りの乳白色の樹脂材で形成され、配光制御のための反射面は形成されていない。このレンズ保持部材18は、筒状に形成され、上部に先端開口18Aを、底部に底部開口18Bを有する。レンズ保持部材18は、先端開口18Aが底部開口18Bよりも大きく形成され、全体として椀状に形成されている。また底部開口18Bには後端側に延びる円筒状のネック部42が一体に設けられている。ネック部42の上下方向の長さLは、放熱フィン34の突出量Pと略同等に設定され、これにより、レンズ保持部材18と放熱フィン34の隙間から平板部30に試験指が触れるのを防止できる。
【0025】
レンズ保持部材18は、ベース部材16の平板部30に接続されている。より詳細には、レンズ保持部材18の外周面には突起部44が形成されており、隣り合う放熱フィン34の少なくとも1箇所(本実施形態では、2箇所)が連結されて連結部36が設けられ、連結部36には孔36Aが形成されている。レンズ保持部材18は、突起部44が孔36Aに嵌合されてベース部材16に固定される。このとき、ネック部42は、複数の放熱フィン34の内面に沿って配置され、平板部30上に載置されることとなる。ネック部42は、放熱フィン34との間の隙間に充填された透明な接着剤52により接着される。突起部44及び孔36Aの嵌め合いにより、レンズ保持部材18をベース部材16に容易に固定できるとともに、接着剤52が劣化したとしても、レンズ保持部材18がベース部材16から外れることを防止できる。
【0026】
レンズ保持部材18は、LED10の光に対して透明樹脂等の透明材料で成形されている。すなわち、
図4に示すように、LED10から放射された直接光M1及びレンズ20の透過光M2(
図10)は、レンズ保持部材18を透過して透過光M3として周方に放射される。これにより、レンズ保持部材18の略全面から透過光M3が径方向に放射されるため、ハロゲン電球や白熱電球に近い配光を実現できる。
【0027】
また、LED10からネック部42に入射した光M4は、ネック部42を透過して放熱フィン34との間の隙間を光らせることとなり、これにより、レンズ保持部材18の下端(底部開口18B)部分での径方向への光強度が補われる。さらに、ネック部42に入射した光M4の一部は、レンズ保持部材18の基材60の内部を伝播する伝播光M5となって基材60全体を発光させ、径方向への放射光量の増加に寄与することとなる。
【0028】
このように、レンズ保持部材18は、透光性材料からなり、配光制御のための反射面が形成されていないため、レンズ保持部材18の全体に光を透過させることができるので、より自然に径方向の全方位から光を放射できる。これにより、ランプ1であっても、ハロゲン電球の配光に近い配光が実現される。また、レンズ保持部材18は、拡散材入りの乳白色であり、透過光を散乱させる光散乱機能を有するため、径方向に放射する光の照度むらを抑制できる。
【0029】
また、レンズ保持部材18を、従来のように金属やガラスではなく、樹脂材で形成したため、ランプ先端側が軽くなりランプ1の重心を口金6側に位置させることができる。ランプ1の重心を口金6側に位置させることで、ランプ1の耐振動性を向上でき、例えば、口金6がE11等の比較的小さい口金であっても、ランプ1を強固に保持できる。ランプ1の耐振動性を向上することで、ランプ1が、例えば、ダウンライトとして単体で使用される場合であっても、ランプ1の落下を防止できる。
このレンズ保持部材18には、レンズ20が保持されている。
【0030】
図8は、レンズ20を示す図であり、
図8(A)は平面図、
図8(B)は正面図、
図8(C)は底面図、
図8(D)は側面図である。
図9は、
図8のIX−IX断面図である。
図10は、レンズ20の光線図である。
レンズ20は、
図5及び
図8に示すように、LED10の光を配光制御する配光制御部材である。このレンズ20は、樹脂製の円板状部材であり、椀状のレンズ保持部材18の内面に略沿った略円錐台状の形状を成し、レンズ20全体がレンズ保持部材18に挿入されて固定される。具体的には、レンズ20の本体部20Aの上部には、径方向の外側に突出する縁部(外周部)20Bが一体に形成されている。レンズ20は、縁部20Bがレンズ保持部材18の先端開口18Aに形成された段部19に載置されてレンズ保持部材18に保持される。
このように、LED10は金属製の平板部30に載置され、平板部30に椀状のレンズ保持部材18を接続し、レンズ保持部材18にレンズ20の縁部20Bが載置されているため、ランプ1をコンパクトに構成できるとともに、レンズ20を容易に保持できる。
【0031】
また、縁部20Bには少なくとも1つ(本実施形態では、1つ)の突起部20B1が設けられ、レンズ保持部材18に形成された凹状の係合部46に突起部20B1が係合した状態で、レンズ20は載置される。これにより、ベース部材16に対するレンズ20の回転を防止できる。本実施形態では、レンズ20に突起部20B1を設け、レンズ保持部材18に係合部46を設けていたが、レンズ20に係合部を設け、レンズ保持部材18に突出部を設けてもよい。
【0032】
さらに、縁部20Bには、突起部20B1と対向する位置に切り欠き部48が形成されている。切り欠き部48を設けることで、レンズ20とレンズ保持部材18との間に、例えばレンズ20をレンズ保持部材18から取り外す際等に使用される隙間εが形成される。
レンズ20は、縁部20Bを段部19に接着剤(不図示)で接着することで、レンズ保持部材18に固定される。
【0033】
レンズ20は、
図9に示すように、本体部20Aの上面に入射面部22を備え、本体部20Aの底面に出射面部26を備えている。入射面部22は、第1入射面23及び第2入射面24を有する。
第1入射面23は、LED10(
図4)の光軸K上に形成され、LED10の発光面10Aより若干大きく設定されている。第1入射面23は、LED10側に凸となる複数(本実施形態では、9つ)の凸部23Aを有している。本実施形態では、1つの凸部23Aが光軸K上に配置され、他の凸部23Aが光軸Kと同心円上に配置されている。また、複数の凸部23Aは、全体としてLED10側に凸となるように配置されている。
【0034】
第2入射面24は、第1入射面23の周囲に形成され、少なくとも1つ(本実施形態では、3つ)の側方入射部25を有する。側方入射部25は、光軸Kを中心とした円に沿って延びる断面三角形状の段部であり、本実施形態では、複数(3つ)の側方入射部25が同心円状に配置されている。各側方入射部25は、三角形を構成する内側の面に屈折面25Aを有し、三角形を構成する外側の面に反射面25Bを有する。各側方入射部25は、屈折面25Aに入射した光が反射面25Bで全反射されてランプ前方に集光するように形成されている。
【0035】
出射面部26は、第1出射面27及び第2出射面28を有する。第1出射面27は、LED10の光軸K上に形成され、ランプ前方に向けて凸形状に形成されている。第1出射面27は、第1入射面23と略同一の大きさに形成されている。第2出射面28は、第1出射面27の周囲になだらかに接続されるように形成されている。
レンズ20は、光を集光させる面(凸部23A及び第1出射面27)と、反射面25Bを備えた反射集光レンズである。これらレンズ20及びレンズ保持部材18は、本実施形態の光学部材を構成している。
【0036】
このように構成されたレンズ20においては、
図10に示すように、LED10から放射されて各凸部23Aに入射する光M6は、凸部23Aと凸形状の第1出射面27によって集光されて、光M7として第1出射面27からレンズ20の外部に放射される。この光M7は、ランプ前方で交差して径方向に広がるので、照度むらを緩和できる。また、第1入射面23の凸部23Aと凸形状の第1出射面27によって焦点Fの距離を短くできるので、焦点Fで光を交差させて広げることができ、照度むらを抑制できる。複数の凸部23Aを有する第1入射面23を備えることで、LED10が面状の発光面10Aを有して比較的照度むらが生じやすいCOBタイプの発光ダイオードであっても、LED10の照度むらを抑制できる。なお、本実施の形態のレンズ20は、比較的少ない(9つ)の凸部23Aを有するとともに、曲率が比較的大きい第1出射面27を有して広角レンズとして構成されている。
【0037】
複数の凸部23Aを有する凹凸状の面を第1入射面23として備えたため、凹凸状の面を出射面部26に備える場合に比べて、シミュレーションによる光学設計が容易となる。また、凹凸状の面を第1入射面23として備えることで、凹凸状の面を出射面部26に備える場合に比べて、凸形状の第1出射面27を容易に形成できる。
ここで、複数の凸部23Aを有する凹凸状の面を出射面部26に備える場合には、外部に露出する出射面に凹凸が位置するため、出射面に埃やゴミが溜まりやすく、光束の低下や温度上昇を招き、これらを防止するためにはメンテナンスが煩雑になるおそれがある。本実施形態では、凹凸状の面を第1入射面23として備えたため、凹凸状の面を出射面部26に備える場合に比べて、メンテナンスが容易になる。
【0038】
また、LED10から側方に向かい第2入射面24の屈折面25Aに入射した光M8は、反射面25Bでランプ前方に集光反射されて反射光M9として第2出射面28からレンズ20の外部に放射されるので、中央部に光を集めることができる。屈折面25Aを調整することで配向制御しているので、シミュレーションによる光学設計が容易となる。
さらに、入射面部22の全体を凹凸状の面に形成するのではなく、凹凸状の第1入射面23を中央に形成し、反射面25Bを有する第2入射面24を第1入射面23の周囲に形成する構成としている。これにより、レンズ保持部材18に反射面を形成せず、レンズ保持部材18の全体を光透過性に構成しても、光量の低下を抑制できる。
【0039】
ここで、入射面部22から出射面部26に向かう光の一部が出射面部26の表面で反射されて、透過光M2として側方のレンズ保持部材18に向かう。レンズ保持部材18を筒状に形成すると、出射面部26の表面で反射した光の強度の差でレンズ保持部材18からの放射光に縞状の濃淡が生じてしまう。本実施形態では、レンズ保持部材18を椀状に形成したため、レンズ保持部材18からの放射光のむらを抑制できる。なお、
図10では、LED10から第2入射面24に向かう光の右半分を省略している。
【0040】
以上説明したように、本実施形態によれば、ランプ1は、一面にLED10が載置された平板部30と、一面に接続され、光透過性の樹脂材からなるレンズ保持部材18と、レンズ保持部材18に載置されたレンズ20と、平板部30の他面に接続され、LED10の点灯回路12を内部に備えた基体2と、を備え、点灯回路12は、点灯回路基板12Aに複数の回路部品が実装されて構成され、複数の回路部品の少なくとも一部が埋まるように樹脂14が充填された状態で基体2に保持されている構成とした。このように、レンズ保持部材18が樹脂材から形成されるため、ランプ1の重心を基端側に位置させることができる。また、点灯回路12は、複数の回路部品の少なくとも一部が埋まるように樹脂14が充填された状態で基体2に保持されているため、ランプ1の重心をより基端側に位置させることができる。
【0041】
また、本実施形態によれば、樹脂14は、平板部30と基体2とが熱的に接続しない程度の量で充填されているため、LED10の熱が回路部品に伝熱することを抑制できる。
【0042】
また、本実施形態によれば、樹脂14は、平板部30の他面との間に隙間δを空けて充填されているため、各部品自体の公差や組立公差、及び、樹脂14の充填量や充填位置の公差を吸収でき、樹脂14が基体2の先端部2Aから膨出することを抑制できる。
【0043】
また、本実施形態によれば、樹脂14は、回路部品の全てが埋まるように充填されているため、LED10の熱が回路部品に伝熱することをより確実に抑制できる。
【0044】
但し、上述の実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上述の実施形態では、レンズ20を広角レンズとしたが、
図11から
図13に示すように、レンズ120を中角レンズとしてもよい。
図11は変形例に係るレンズ120を示す図であり、
図11(A)は平面図、
図11(B)は正面図、
図11(C)は底面図、
図11(D)は側面図である。
図12は、
図11のXII−XII断面図である。
図13は、変形例に係るレンズ120の光線図である。
レンズ120は、
図11及び
図12に示すように、入射面部22の第1入射面23が備える凸部23Aの数がレンズ20と異なり、凸部23Aが21個設けられている。具体的には、1つの凸部23Aが光軸K上に配置され、8つの凸部23Aが光軸Kと同心円上に配置され、この同心円の周囲に、他の12個の凸部23Aが光軸Kと同心円状上に配置されている。レンズ120は、比較的多い(21個)の凸部23Aを有し、曲率が比較的小さい第1出射面27を有して中角レンズとして構成されている。また、レンズ120は、突起部20B1の数がレンズ20と異なり、突起部20B1が2つ設けられている。この突起部20B1の数をレンズ20と異ならせることで、レンズ20との区別が容易に付くようになる。レンズ120の突起部20B1の数はレンズ20と同一にしてもよい。
このレンズ120を用いても、レンズ20を用いた場合と同様の効果を奏する。なお、
図11から
図13では、レンズ20と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。また、
図13では、LED10から第2入射面24に向かう光の右半分を省略している。
【0045】
また、上述の実施形態では、レンズ保持部材18を乳白色にしたが、レンズ保持部材18は、全体が光透過性を有して構成されていればよく、例えば、透明であってもよい。