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JP5427294B2 - Ledランプ - Google Patents

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JP5427294B2
JP5427294B2 JP2012519368A JP2012519368A JP5427294B2 JP 5427294 B2 JP5427294 B2 JP 5427294B2 JP 2012519368 A JP2012519368 A JP 2012519368A JP 2012519368 A JP2012519368 A JP 2012519368A JP 5427294 B2 JP5427294 B2 JP 5427294B2
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Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode)を光源に使用したLEDランプに関する。
近年、環境意識の高まりから、省電力化に優れたLEDを光源に使用したLED電球が盛んに用いられるようになってきた。特に最近は、明るいLED電球が求められるようになってきており、そのため使用されるLEDも出力の大きなものが使用されるようになってきた。これに伴ってLEDの発熱が問題になってきており、熱に比較的弱いLEDに対して、いかに効率的に放熱するかが重要なポイントとなってきた。そのため、外側のケースに放熱性に優れた冷却フィン付きのヒ−トシンクを形成し、この放熱対策を施したLED電球が提案されるようになってきた。この種のLED電球として、特開2010−40221号公報に示されるような電球形ランプがあった。
特開2010−40221号公報に記載されている電球形ランプは、一端側の面に発光素子が設けられた基板と、一端に基板の他端側の面が取付けられ、基板の発光素子から伝達される熱を放熱する複数の放熱フィンが設けられた放熱体と、基板を覆って放熱体の一端に取付けられたグローブと、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、発光素子を点灯させる点灯回路と、放熱体の他端側に回転可能に設けられ、少なくとも放熱フィンを通気路の一部として放熱体の内部を通気させるファンと、を具備していることを特徴とするものである。
しかしながら、特開2010−40221号公報に記載されている電球形ランプでは、冷却用のファンを装備しなければならず、構造が複雑になると共にコストの高いものとなっていた。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、冷却用のファンを用いることなく放熱性を高めたLEDランプを提供することができる。
(1)本発明に係るLEDランプは、
第1面及び前記第1面の裏面となる第2面を有する基板と、
前記基板の前記第1面に設けられたLEDと、
前記基板の前記第2面と接するように設けられた放熱部と、
前記基板、前記LED及び前記放熱部を収容する筐体と、
前記筐体において前記基板の前記第1面から前記第2面に向かう方向の端部に設けられた口金と、
を含み、
前記放熱部は、
前記基板の前記第2面と接する第1接触面と、
前記第1接触面よりも前記口金に近づく方向に延出され、前記筐体と接するように設けられた第1延出部と、
を有する。
本発明において、「接する」とは、部材同士が直接接触する場合のみならず、部材同士が接着剤等によって接着されている場合も含む。
本発明によれば、LEDで発生した熱を、第1延出部を介して筐体に拡散できるので、筐体を介して外部に放熱できる。特に、口金側が上となるような使用形態においては、熱が移動しやすい方向に第1延出部が延びているので、放熱性の高いLEDランプを実現できる。
(2)このLEDランプにおいて、
前記放熱部は、
前記第1接触面の裏面側であって、前記口金側から見て前記第1延出部よりも前記放熱部の中心から遠い位置で前記筐体と接する第2接触面を有していてもよい。
本発明によれば、第2接触面を有することによって、放熱部と筐体との接触面積が大きくなるので、より効果的に放熱できる。また、第1延出部よりも放熱部の中心から遠い位置で放熱部と筐体とが接することによって、電球形ランプの形状により適した構造となる。
(3)このLEDランプにおいて、
前記放熱部は、
前記第2接触面よりも前記口金から遠ざかる方向に延出された第2延出部を有していてもよい。
本発明によれば、第2延出部を有することによって、放熱部の熱容量を大きくすることができるので、LEDで発生した熱を第2延出部で蓄熱することができる。したがって、LEDの温度が上昇することを抑制できる。また、第2延出部を口金から遠ざかる方向に延出された構造とすることによって、電球形ランプの形状により適した構造となる。
(4)このLEDランプにおいて、
前記放熱部は、
第1板状部と、前記第1板状部の外周の少なくとも一部に設けられた前記第1延出部と、を有する第1放熱部と、
前記第1接触面及び前記第2接触面を有し、前記第1板状部と接するように設けられた第2板状部と、前記第2板状部の外周の少なくとも一部に設けられた前記第2延出部と、を有する第2放熱部と、
を含んでいてもよい。
本発明によれば、放熱部をプレス加工によって容易に形成できる。
(5)このLEDランプにおいて、さらに、
前記筐体に収容され、前記LEDに電力を供給する電源部を含み、
前記筐体は、樹脂材料で形成されていてもよい。
本発明によれば、樹脂材料で形成された筐体は熱伝導率が低いので、LEDで発生した熱が電源部に伝わることを抑制できる。したがって、電源部の温度が上昇することを抑制できる。
(6)このLEDランプにおいて、
前記放熱部は、前記筐体の肉厚が最小となる部分と接していてもよい。
本発明によれば、放熱部の熱を、筐体を介して外部に放熱しやすくなるので、放熱性をさらに高めることができる。
(7)このLEDランプにおいて、
前記放熱部は、金属材料で形成されていてもよい。
本発明によれば、金属材料で形成された放熱部は熱伝導率が高いので、LEDから発生した熱を速やかに放熱できる。
(8)このLEDランプにおいて、
前記筐体は、外側面に複数のフィンが形成されていてもよい。
本発明によれば、複数のフィンが形成されることによって筐体の外側面の表面積が大きくなるので、放熱性をさらに高めることができる。
図1は、本実施形態に係るLEDランプ100の構成を説明するための断面図である。 図2は、本実施形態に係るLEDランプ100の構成を説明するための他の断面図である。 図3は、本実施形態に係るLEDランプ100の構成を説明するための分解斜視図である。 図4は、本実施形態に係るLEDランプ100の筐体10の構成を説明するための斜視図である。 図5は、実施例及び比較例におけるLEDの温度の時間変化を示すグラフである。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.本実施形態に係るLEDランプの構成
図1は、本実施形態に係るLEDランプ100の構成を説明するための断面図である。図2は、本実施形態に係るLEDランプ100の構成を説明するための他の断面図である。図3は、本実施形態に係るLEDランプ100の構成を説明するための分解斜視図である。図4は、本実施形態に係るLEDランプ100の筐体10の構成を説明するための斜視図である。本実施形態においては、LEDランプ100が電球形ランプである場合を例にとり説明する。
本実施形態に係るLEDランプ100は、第1面21及び第1面21の裏面となる第2面22を有する基板2と、基板2の第1面21に設けられたLED1と、基板2の第2面22と接するように設けられた放熱部3と、基板2、LED1及び放熱部3を収容する筐体10と、筐体10において基板2の第1面21から第2面22に向かう方向の端部16に設けられた口金8と、を含み、放熱部3は、基板2の第2面22と接する第1接触面32aと、第1接触面32aよりも口金8に近づく方向に延出され、筐体10と接するように設けられた第1延出部310と、を有する。
基板2は、第1面21及び第1面21の裏面となる第2面22を有する。放熱性を高める観点からは、基板2は、熱伝導率の高い材料(例えば、金属材料や酸化金属材料など)で形成されていることが好ましい。本実施形態においては、基板2は、アルミニウムで形成されている。基板2には、表面に絶縁材料が塗布されていてもよい。これによって、基板2が導電性材料で形成されていても、LED1への配線などとの絶縁をとることができる。
LED1は、基板2の第1面21に設けられている。LED1は、発光素子として機能する。LED1としては、種々の公知のLEDを用いることができる。例えば、LED1として、白色光を発光するLEDを用いてもよい。本実施形態においては、LED1は、照明用の白色光を発光する高輝度タイプのLEDを用いている。
LEDランプ100は、複数のLED1を有していてもよい。図3に示される例では、3つのLED1が基板2の第1面21に設けられている。
筐体10は、基板2、LED1及び放熱部3を収容する。本実施形態においては、筐体10は、筒状に構成され、筐体10の内部の収容部11に基板2、LED1及び放熱部3が配置されるように構成されている。また、本実施形態においては、LEDランプ100が電球形ランプであるため、筐体10の基板2に平行な方向における断面は、基板2の第1面21から第2面に向かう方向に向かって直径が小さくなる略円形の外形を有している。また、収容部11は、略円柱状に構成されている。
また、筐体10において基板2の第1面21から第2面に向かう方向の端部16には、口金8が設けられている。本実施形態においては、図4に示されるように、筐体10の端部16側にネジ山15が設けられており、口金8はネジ山15と螺合されて設けられている。
図1〜図3に示される例では、放熱部3は、互いに接するように設けられた第1放熱部31と第2放熱部32とを含んで構成されている。なお、放熱部3は、一体構成であってもよい。放熱部3を一体構成とすることによって熱伝導が容易になるため、より速やかに放熱できる。
放熱部3は、基板2の第2面22と接するように設けられている。また、放熱部3は、基板2の第2面22と接する第1接触面32aを有している。本実施形態においては、基板2の第2面22と放熱部3の第1接触面32aとが密着するように構成されている。また、本実施形態においては、基板2の第2面22と放熱部3の第1接触面32aとは、シリコーン系接着材によって接着されている。基板2の第2面22と放熱部3の第1接触面32aとを密着させることによって、基板2と放熱部3との間の接触熱抵抗を下げることができる。
放熱部3は、第1接触面32aよりも口金8に近づく方向に延出され、筐体10と接するように設けられた第1延出部310を有している。図1〜図3に示される例では、第1延出部310は、第1接触面32aに対して略垂直な方向に延出されている。なお、第1延出部310と第1接触面32aとの角度は垂直には限られず、適宜設定可能である。また、本実施形態においては、第1延出部310と筐体10とが密着するように構成されている。図1に示される例では、第1延出部310と筐体10に設けられた溝部10aとが嵌合するように構成されている。また、本実施形態においては、第1延出部310と筐体10とは、シリコーン系接着材によって接着されている。第1延出部310と筐体10とを密着させることによって、放熱部3と筐体10との間の接触熱抵抗を下げることができる。
本実施形態に係るLEDランプ100によれば、LED1で発生した熱を、第1延出部310を介して筐体10に拡散できるので、筐体10を介して外部に放熱できる。特に、LEDランプ100を照明として用いる場合における通常の使用形態である、口金8側が上となるような使用形態においては、熱が移動しやすい方向に第1延出部310が延びているので、放熱性の高いLEDランプを実現できる。
放熱部3は、第1接触面32aの裏面側であって、口金8側から見て第1延出部31よりも放熱部3の中心から遠い位置で筐体10と接する第2接触面32bを有していてもよい。本実施形態においては、第2接触面32bは、筐体10の内部に設けられた段部14と接するように構成されている。第2接触面32bを有することによって、放熱部3と筐体10との接触面積が大きくなるので、より効果的に放熱できる。また、第1延出部310よりも放熱部3の中心から遠い位置で放熱部3と筐体10とが接することによって、電球形ランプの形状により適した構造となる。
放熱部3は、第2接触面32bよりも口金8から遠ざかる方向に延出された第2延出部320を有していてもよい。図1〜図3に示される例では、第2延出部320は、第2接触面32bに対して略垂直な方向に延出されている。なお、第2延出部320と第2接触面32bとの角度は垂直には限られず、適宜設定可能である。第2延出部320を有することによって、放熱部3の熱容量を大きくすることができるので、LED1で発生した熱を第2延出部320で蓄熱することができる。したがって、LED1の温度が上昇することを抑制できる。また、第2延出部320を口金8から遠ざかる方向に延出された構造とすることによって、電球形ランプの形状により適した構造となる。
放熱部3の第2延出部320は、筐体10と密着するように構成されていてもよい。例えば、放熱部3の第2延出部320と筐体10の内周部14aとが嵌合するように構成されていてもよい。また例えば、放熱部3の第2延出部320と筐体10の内周部14aとがシリコーン系接着材によって接着されていてもよい。第2延出部320と筐体10とを密着させることによって、放熱部3と筐体10との間の接触熱抵抗を下げることができる。したがって、放熱部3の熱をより速やかに放熱することができる。
図1〜図3に示される例では、放熱部3は、第1板状部312と、第1板状部312の外周の少なくとも一部に設けられた第1延出部30と、を有する第1放熱部31と、第1接触面32a及び第2接触面32bを有し、第1板状部312と接するように設けられた第2板状部322と、第2板状部322の外周の少なくとも一部に設けられた第2延出部320と、を有する第2放熱部32と、を含んで構成されている。このような構成によれば、第1放熱部31及び第2放熱部32をプレス加工によって容易に形成できるので、放熱部3をプレス加工によって容易に形成できる。
図1〜図3に示される例では、第1放熱部31と第2放熱部32とは、密着するように構成されている。また、図1〜図3に示される例では、第1放熱部31と第2放熱部32とは、シリコーン系接着材によって接着されている。第1放熱部31と第2放熱部32とを密着させることによって、第1放熱部31と第2放熱部32との間の接触熱抵抗を下げることができる。
図3に示される例では、口金8側から見た放熱部3の形状は、略円形に構成されている。これによって、電球形ランプの形状に適した構造となる。また、図3に示される例では、口金8側から見た第1放熱部31及び第2放熱部32の形状は、略円形に構成されている。これによって、電球形ランプの形状に適した構造となる。
放熱部3は、金属材料で形成されていてもよい。本実施形態においては、放熱部3は、アルミニウムで形成されている。金属材料で形成された放熱部3は熱伝導率が高いので、LED1から発生した熱を速やかに放熱できる。
本実施形態に係るLEDランプ100は、筐体10に収容され、LED1に電力を供給する電源部6をさらに含んでいてもよい。また、筐体10は、樹脂材料で形成されていてもよい。耐熱性の観点からは、樹脂材料としては、例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂を用いることができる。また、放熱性の観点からは、樹脂材料としては、例えば、金属フィラーや酸化金属フィラーを混ぜて放熱性を高めた放熱性樹脂を用いることができる。
本実施形態においては、電源部6は、トランス、整流器、電解コンデンサー、ノイズフィルター等の電源回路を構成する電子部品が基板に半田付けされて構成されている。電源部6は、不図示の配線を介してLED1と電気的に接続されている。また、本実施形態においては、電源部6は、筐体10の収容部11のうち放熱部3よりも口金8に近い側に収容されている。また、本実施形態においては、筐体10の端部16に近い側の収容部11の端部は、電源部6の幅よりも径小に構成されている。これによって、電源部6が抜け落ちることを防止できる。
本実施形態によれば、樹脂材料で形成された筐体10は熱伝導率が低いので、LED1で発生した熱が電源部6に伝わることを抑制できる。したがって、電源部6の温度が上昇することを抑制できる。
また、樹脂材料で形成された筐体10は導電性が低いので、筐体10と口金8との間の耐電圧を高めることができる。例えば、アルミニウムで形成された筐体10と口金8との間に4mm程度の絶縁板を装入した場合に、筐体10と口金8との間に流れる電流の電流値が0.5mA以下となる範囲で、筐体10と口金8との間に印加できる最大電圧は2000V程度であった。しかしながら、本実施形態において、ポリブチレンテレフタレート樹脂で形成された筐体10と口金8との間に5000Vの電圧を印加しても、筐体10と口金8との間に流れる電流の電流値は0.5mAを大きく下回った。
本実施形態において、放熱部3は、筐体10の肉厚が最小となる部分と接していてもよい。図2に示される例では、筐体10の溝部10aから筐体10の外側面までの肉厚Aが、筐体10において最も薄い肉厚となるように構成されている。また、本実施形態においては、筐体10の最小の肉厚Aは1mmとなっている。これによって、放熱部3の熱を、筐体10の外周壁14bを介して外部に放熱しやすくなるので、放熱性をさらに高めることができる。実験によれば、筐体10の最小の肉厚を2.5mm以下とすることによって、特に放熱性を高めることができた。また、筐体10を肉薄にすることによって、筐体10を軽量化できる。
本実施形態において、図4に示されるように、筐体10は、外側面に複数のフィン12が形成されていてもよい。筐体10に複数のフィン12が形成されることによって筐体10の外側面の表面積が大きくなるので、放熱性をさらに高めることができる。
本実施形態に係るLEDランプ100は、絶縁性の材料で形成されたキャップ5をさらに含んでいてもよい。本実施形態において、キャップ5は、放熱部3と電源部6との間に設けられている。キャップ5を設けることにより、放熱部3と電源部6との絶縁をとることができる。
本実施形態に係るLEDランプ100は、カバー7をさらに含んでいてもよい。カバー7は、筐体10の口金8とは反対側の端部(筐体10の端部16とは反対側の端部)を覆うように設けられている。また、カバー7は、LED1が発する光に対して透過性の高い材料で形成されていることが好ましい。カバー7を設けることによって、LED1等の電子部品を保護することができる。本実施形態においては、筐体10の段部14よりも筐体10の口金8とは反対側の端部(筐体10の端部16とは反対側の端部)に近い側に設けられた段部13とカバー7とが嵌合するように構成されている。
2.本実施形態に係るLEDランプの製造方法
図1〜図4を参照して、本実施形態に係るLEDランプ100の製造方法の一例について説明する。
まず、電源部6を筐体10の収容部11に挿入する。本実施形態においては、図1に示されるように、筐体10の収容部11の内部に、テーパー状に形成されたガイド部17が設けられており、電源部6とガイド部17とを嵌合させることによって、電源部6を筐体10の収容部11の中に係止させる。また、電源部6には、不図示の配線を介してLED1が予め接続されていてもよい。
次に、電源部6の上にキャップ5を被せる。本実施形態においては、キャップ5と筐体10の収容部11の内壁面とを嵌合させることによって、キャップ5を筐体10の収容部11の中に係止させる。
次に、キャップ5の上に第1放熱部31を被せる。本実施形態においては、筐体10に設けられた溝部10aに、シリコーン系接着材とともに第1放熱部31の第1延出部310を挿入させる、第1放熱部31の第1延出部310と筐体10とを密着させる。
次に、第1放熱部31の上に第2放熱部32を密着させる。本実施形態においては、第1放熱部31の上面31aにシリコーン系接着材を塗布して、第1放熱部31と第2放熱部32とを接着させる。
次に、第2放熱部32の上に基板2を載置する。本実施形態においては、基板2を第2放熱部32及び筐体10にビス9でネジ止めすることによって、基板2を固定する。
次に、第2放熱部32の第2延出部320と筐体10との間にシリコーン系接着材を塗布して、第2放熱部32と筐体10とを密着させるとともに、カバー7を筐体10に固着させる。
次に、筐体10のネジ山15に口金8を螺合させることによって口金8を筐体10に固定させる。
これらの手順により、本実施形態に係るLEDランプ100を容易に組み立てることができる。
3.実験例
次に、本実施形態に係るLEDランプ100の効果の1つを示す実験例について説明する。
まず、実施例として、本実施形態に係るLEDランプ100を用意した。実験に用いたLEDランプ100においては、筐体10はポリブチレンテレフタレート樹脂で形成されており、放熱部3はアルミニウムで形成されている。他の構成は、図1〜図4を用いて説明した構成と同様である。
次に、比較例として、特開2010−40221号公報に示されている電球形ランプから冷却用のファンを省いた構成の電球形ランプを用意した。実験に用いた電球形ランプにおいては、放熱体(本実施形態における筐体10に相当する構成)はポリブチレンテレフタレート樹脂で形成されている。また、LEDとしては実施例に係るLEDランプ100と同一の仕様の素子を用いた。すなわち、比較例における電球形ランプは、本実施形態におけるLEDランプ100から放熱部3を省いた構成に相当する。
本実験においては、実施例に係るLEDランプと、比較例に係る電球形ランプとをそれぞれ点灯させた状態で、LEDの温度の時間変化を測定した。
図5は、実施例及び比較例におけるLEDの温度の時間変化を示すグラフである。横軸は点灯開始からの時間、縦軸は温度を表す。
実施例においては、点灯開始から60分経過後においても、LEDの寿命が4万時間以上となることが保証されている温度(使用限界温度)を下回った。一方、比較例においては、点灯開始から30分程度経過すると使用限界温度を上回った。
本実験によって、本実施形態に係るLEDランプ100は、比較例に対して高い放熱性を示していることが確認できた。
このように、本実施形態に係るLEDランプ100は、冷却用のファンを設けることなく、熱伝導率の低い樹脂材料で筐体10を形成しても高い放熱性を有している。したがって、安価に構成できるLEDランプを実現できる。
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1 LED、2 基板、3 放熱部、4b 第1延出部、5 キャップ、6 電源部、7 カバー、8 口金、9 ビス、10 筐体、10a 溝部、11 収容部、12 フィン、13 段部、14 段部、14a 内周部、14b 外周壁、15 ネジ山、16 端部、21 第1面、22 第2面、31 第1放熱部、31a 上面、32 第2放熱部、32a 第1接触面、32b 第2接触面、100 LEDランプ、310 第1延出部、312 第1板状部、320 第2延出部、322 第2板状部

Claims (7)

  1. 第1面及び前記第1面の裏面となる第2面を有する基板と、
    前記基板の前記第1面に設けられたLEDと、
    前記基板の前記第2面と接するように設けられた放熱部と、
    前記基板、前記LED及び前記放熱部を収容する筐体と、
    前記筐体において前記基板の前記第1面から前記第2面に向かう方向の端部に設けられた口金と、
    を含み、
    前記放熱部は、
    前記基板の前記第2面と接する第1接触面と、
    前記第1接触面よりも前記口金に近づく方向に延出され、前記筐体と密着するように設けられた第1延出部と、
    前記第1接触面の裏面側であって、前記口金側から見て前記第1延出部よりも前記放熱部の中心から遠い位置で前記筐体と接する第2接触面と、
    を有する、LEDランプ。
  2. 請求項に記載のLEDランプにおいて、
    前記放熱部は、
    前記第2接触面よりも前記口金から遠ざかる方向に延出された第2延出部を有する、LEDランプ。
  3. 請求項に記載のLEDランプにおいて、
    前記放熱部は、
    第1板状部と、前記第1板状部の外周の少なくとも一部に設けられた前記第1延出部と、を有する第1放熱部と、
    前記第1接触面及び前記第2接触面を有し、前記第1板状部と接するように設けられた第2板状部と、前記第2板状部の外周の少なくとも一部に設けられた前記第2延出部と、を有する第2放熱部と、
    を含む、LEDランプ。
  4. 請求項1ないしのいずれか1項に記載のLEDランプにおいて、さらに、
    前記筐体に収容され、前記LEDに電力を供給する電源部を含み、
    前記筐体は、樹脂材料で形成されている、LEDランプ。
  5. 請求項1ないしのいずれか1項に記載のLEDランプにおいて、
    前記放熱部は、前記筐体の肉厚が最小となる部分と接する、LEDランプ。
  6. 請求項1ないしのいずれか1項に記載のLEDランプにおいて、
    前記放熱部は、金属材料で形成されている、LEDランプ。
  7. 請求項1ないしのいずれか1項に記載のLEDランプにおいて、
    前記筐体は、外側面に複数のフィンが形成されている、LEDランプ。
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