JP2013254663A - 半導体発光素子を用いたｌｅｄ直管形ランプ及びそれを備えた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで既存の蛍光管からの交換作業の容易なＬＥＤ直管形ランプを提供する。
【解決手段】複数の半導体発光素子１２ａ、１２ｂが長手方向に実装された実装基板１１a、１１ｂと、断面形状が略同一の略半円筒状の部材で、半円の弦に相当する部分１４に実装基板を装着する金属製で長手方向に延びる筐体２と、筐体と実装基板との間に介装するシ−ト状の樹脂部材１０ａ、１０ｂと、筐体に接して略円形状を成し半導体発光素子からの光束を透過する樹脂製またはガラス製で長手方向に延びる透光部材と、筐体と透光部材のそれぞれの両端を覆うように配設され、灯具に接続可能なキャップ部材１a、１ｂと、キャップ部材に設けられた端子４ａ〜４ｄを介して給電される電源基板を、筐体内に収納したＬＥＤ直管形ランプにおいて、電源基板と実装基板とが長手方向で少なくとも重なる部分と重ならない部分とでシ−ト状の樹脂部材の材質を異ならせた。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源に半導体発光素子を用いたＬＥＤ直管形ランプ及びそれを備えた照明装置に関し、特に、半導体発光素子を実装した実装基板と電源基板の放熱に関する。

近年省エネ対策として、光源を白熱電球より蛍光灯あるいは、より省エネを図るためにＬＥＤなどの半導体光学素子を使った直管形ランプやそれを備えた照明装置を使用する動きが高まっている。光源に半導体光学素子を用いると、蛍光灯より長寿命で、経時での点滅やちらつきがない等のメリットがある。

特許文献１では、半円筒部と平板部とからなる放熱性を有する長尺の半円筒形筐体と、筐体の平板部側に取り付けられ、筐体の半円筒部の外径とほぼ同じ外径を有する半円形状の透光性カバーと、筐体の平板部外側に密着して取り付けられ、複数の半導体光学素子（ＬＥＤ）を長手方向に沿って所定間隔で搭載した長尺のＬＥＤの実装基板とからなり、筐体の空洞部内に、実装基板に実装されたＬＥＤに電流を供給する電源基板および電源用電線を収納したＬＥＤ照明装置が開示されている。

特許文献２では、透明或いは半透明の筒状の管体と、その管体の周面の一部に設けられた開口部に装着されるヒートシンクと、その管体内に実装される複数の半導体光学素子（ＬＥＤ）とを備え、ＬＥＤに直接または間接的に接続されたヒートシンクを中空構造としたＬＥＤ照明装置が開示されている。

特許文献３では，アルミニウム製の灯具本体部と、灯具本体部に対して着脱可能な照明部とを備え、照明部は、アルミニウム板をベースとし複数の半導体光学素子（ＬＥＤ）が配設された長尺状のＬＥＤ基板と、ＬＥＤ基板が下面に取着されたアルミニウム製の長尺状のベース部と、ベース部の少なくとも上面が露出するようにベース部に装着されてＬＥＤ基板を覆う長尺状のカバーを備え、灯具本体部は、外部の電源と接続されて半導体光学素子（ＬＥＤ）を発光させる電源回路部を備え、照明部が灯具本体部に装着された状態で、ベース部の上面が灯具本体部の下面に接触するように構成するとともに、ＬＥＤ基板が、熱伝導性を有する接着剤でベース部に接着されたＬＥＤ照明装置が開示されている。

特許文献１では、筐体の平板部外側に密着して取り付けられたＬＥＤの実装基板と、筐体の空洞部内に、ＬＥＤの実装基板に実装されたＬＥＤに電流を供給する電源基板および電源用電線を収納した構成になっているので、密閉された筐体内の温度は高温になってしまう。特に、電源基板に実装されたコンデンサやコイルなどの部品は１２０℃を越えることもあり、電源基板の有無で筐体の長尺方向（長手方向）に温度差を生じてしまう。筐体を挟んで電源基板の逆側にはＬＥＤの実装基板が筐体に密着して取り付けられているが、ＬＥＤ自体の温度も９０℃を超えるような高温になるが、電源基板の方が高熱のため、実装基板に熱が伝わることが考えられる。そのため、電源基板に近い方の実装基板の方が、電源基板に近くない方に比べて高温になることが懸念される。すなわち、電源基板からの発熱による熱の影響を受けたＬＥＤの実装基板の部分と、熱による影響を受けにくいＬＥＤの実装基板の部分との間で、ＬＥＤの温度に偏差を生じることが考えられる。経時では、１本の直管形ランプ内で、熱の影響を受けたＬＥＤが不点灯になり、その他のＬＥＤは点灯しているという現象が生じることが懸念される。

特許文献２では、光源の半導体光学素子（ＬＥＤ）はヒートシンクに直接または間接的に接続されているので、ＬＥＤからの発熱をヒ−トシンクに逃がすことができ、ＬＥＤ基板が高熱にならず、ＬＥＤに対する熱負荷を低減できるが、ＬＥＤを点灯させるための直流電源部を持たないため、灯具側に商業電源からの交流電流をＬＥＤに供給する直流電流に変換する回路を持たせなければならず、工事が必要となりコストがかかってしまう。また、既存の照明装置で使用している直管形ランプ、所謂、蛍光灯（蛍光管）をすぐにＬＥＤを用いた直管形ランプに置き換えることができず、誤ってそのまま商業電源に接続すると、交流電流が流れてしまい、火事や感電などが懸念される。

特許文献３では，熱伝導性の接着剤でＬＥＤ基板をヒ−トシンクであるベース部に接着する方法が開示されている。しかしながら、電源部を持ってはいるが灯具と一体化されているので、蛍光灯からＬＥＤを用いた直管形ランプへの交換の際は工事が必要となり、コストがかかる。また、ＬＥＤ基板を交換する際は灯具を分解する必要があり、メンテナンスに時間がかかってしまう。電源部は、電源回路収容体と呼ばれる部分に収められているため、ＬＥＤを用いた直管形ランプの管径に比べて十分大きく、空気の流れによる冷却効果が期待されるが、蛍光灯からの置き換えはできない。

本発明は、電源基板や半導体光学素子が実装された実装基板の冷却ムラを抑えて半導体光学素子の耐久性を向上しながら、低コストで既存の蛍光管からの交換作業の容易なＬＥＤ直管形ランプ及び照明装置を提供することを、その目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、複数の半導体発光素子が長手方向に実装された実装基板と、断面形状が略同一の略半円筒状の部材で、半円の弦に相当する部分に前記実装基板を装着する金属製で長手方向に延びる筐体と、筐体と実装基板との間に介装するシ−ト状の樹脂部材と、筐体に接して略円形状を成し、半導体発光素子からの光束を透過する樹脂製またはガラス製で長手方向に延びる透光部材と、筐体と透光部材のそれぞれの両端に位置し、それぞれの両端を覆うように配設され、灯具に接続可能なキャップ部材と、キャップ部材を透過する樹脂製またはガラス製で、筐体２の長手方向に延びる長尺状の透光部材３と、筐体２と透光部材３設けられた端子を介して給電される交流電流を半導体発光素子に供給する直流電源に変換する電子部品を搭載した電源基板を、筐体内に収納したＬＥＤ直管形ランプにおいて、電源基板と実装基板とが長手方向で少なくとも重なる部分と重ならない部分とでシ−ト状の樹脂部材の材質を異ならせたことを特徴としている。

本発明によれば、電源基板と実装基板とが長手方向で少なくとも重なる部分と重ならない部分とでシ−ト状の樹脂部材の材質を異ならせたので、電源基板の熱が半導体発光素子を実装した実装基板に伝わりにくくなり、半導体発光素子に与える影響が全ての半導体発光素子で略均一になり、経時で熱源に近い側に位置する半導体発光素子の寿命が短くなることによる不点灯という不具合がなくなるとともに、部分的に筐体が熱くならないので火傷などの心配がなくなる。また実装基板への電源基板の熱の影響を小さくすることが可能である。

キャップ部材に設けられた端子を介して給電される商業電源からの交流電流を、半導体発光素子用の直流電源に変換する電子部品を搭載した電源基板を筐体内に収納したので、従来のように、蛍光灯が用いられている灯具に対して、ＬＥＤ光源を備えたＬＥＤ直管形ランプを蛍光灯から容易に交換を行えるとともに、灯具交換などのコストや工事の時間の必要がなくなる。

本発明にかかる半導体発光素子を用いたＬＥＤ直管形ランプの一実施形態と、直管形ランプを装着する灯具とを備えた照明装置の外観斜視図。 （ａ）は図１に示した直管形ランプの一方の端部側の内部構成を示す組立斜視図、図２（ｂ）は、図１に示した直管形ランプの他方の端部側の内部構成を示す組立斜視図。 （ａ）は図１に示した直管形ランプの一方の端部側の内部構成を半導体発光素子側から見た組立斜視図、（ｂ）は図１に示した直管形ランプの他方の端部側の内部構成を半導体発光素子側から見た組立斜視図。 各基板、シ−ト部材、離間部材（断熱部材）の寸法関係を説明する簡易図。 図１に示した直管形ランプの一方の端部側のカバー部材を外した図。 図１に示した直管形ランプの他方の端部側のカバー部材を外した図。

以下添付図面を参照して，本発明にかかる実施の形態について説明する。
図１は，本発明にかかる照明装置２００の外観斜視図を示す。照明装置２００は、ＬＥＤ直管形ランプ１００と、ＬＥＤ直管形ランプ１００を装着する灯具１５０とを備えている。ＬＥＤ直管形ランプ１００は，断面形状が略同一の略半円筒状の部材で、板金を折り曲げたり、アルミニウム合金やマグネシウム合金の押出成形で作られた長手方向に延びる金属製で長尺状の筐体２と、図３（ａ）に示す複数の半導体発光素子１２ａ・・１２ｂから発せられた光束が接することで略円形状を成し、筐体２、透光部材３のそれぞれの両端に位置し、それぞれ両端に配設された灯具１５０のソケット１５１ａ、１５１ｂに接続可能なキャップ部材１ａ，１ｂを備えている。

有底円筒形のキャップ部材１ａ，１ｂは、複数のねじ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄによって筐体２に締付固定されることで、筐体２と嵌合された透光部材３とが一体になるように包み込んでいる。つまりキャップ部材１ａ，１ｂは、筐体２、透光部材３のそれぞれの両端を覆うように配設されている。

キャップ部材１ａ，１ｂは、ねじ止めではなく、筐体２にカシメて製作してもよい。キャップ部材１ａ，１ｂの形状は、既存の蛍光灯の両端に位置するキャップ部材と略同一の形状とされている。ＬＥＤ直管形ランプ１００の形体は、直管形の蛍光灯と類似であり、灯具１５０に取り付けられる既存の蛍光灯と容易に交換可能である。

図２〜図４に示すように，一方のキャップ部材１ａには端子４ａ，４ｂが、他方のキャップ部材１ｂには端子４ｃ，４ｄがそれぞれキャップ部材から長手方向に突出するように設置されている。各キャップ部材に対する端子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの設置方法としてはインサ−ト成形、カシメ、ねじ締結などの固定方法があり、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示す各キャップ部材内に配置されたコネクタ１６などを介して商用電源からの交流電気をＬＥＤ直管形ランプ１００に取り込み、リ−ド線６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを通じて、図２に示す電源基板７に給電している。

電源基板７には、複数の半導体発光素子１２ａ・・、１２ｂ・・が長手方向に実装された、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４に示す実装基板１１ａ，１１ｂにそれぞれ直流電流を供給するための直流電源変換用の電子部品９が搭載されている。電子部品９の中には、コイルやコンデンサのように直流電源変換時に発熱するものもあり、１２０℃を超えるような高温になる部品もある。本形態では、電源基板７は、略半円筒状の筐体２内部に収納されていて、図示しないねじやリベットなどを図２に示す穴部８に通して筐体２に動かないよう固定されている。

電子部品９によって直流に整流された電流は、図３（ａ）に示すリ−ド線１３ａ、１３ｂを通して実装基板１１ａ，１１ｂに供給される。ここで半導体発光素子１２ａ・・，１２・・ｂとは，ＥＬ効果を利用したＬＥＤなどである。

図４に示すように、長手方向に並列配置された実装基板１１ａ，１１ｂの間は、図示しないリ−ド線やジャンパ−線などで電気的に接続されている。本形態では半導体発光素子を実装する実装基板を、実装基板１１ａ，１１ｂの２枚で構成しているが、実装基板は２枚より多くても本発明の効果を得ることができるので、２枚に限定されるものではない。

このように、キャップ部材１ａ、１ｂに設けられた端子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを介して給電される商業電源からの交流電流を、半導体発光素子用の直流電源に変換する電子部品９を搭載した電源基板７を筐体２内に収納したので、従来のように、蛍光灯が用いられている灯具に対して、ＬＥＤ光源を備えたＬＥＤ直管形ランプ１００を蛍光灯から容易に交換を行えるとともに、灯具交換などのコストや工事の時間の必要がなくなる。このため、ＬＥＤ直管形ランプ１００の普及と、省電力化の促進につながる。

図４に示すように、本形態では、実装基板１１ａの図の下方側に電源基板７を配置し、実装基板１１ｂ側は何も配置していない。言い換えれば，実装基板１１ｂ側は筐体２内が空洞になるように平面的に構成されている。また筐体２の半円の弦に相当する部分となる平面部１４には、実装基板１１ａ，１１ｂが装着される。この平面部１４と実装基板１１ａ，１１ｂの間には、それぞれシ−ト状の樹脂部材１０ａ，１０ｂを平面部１４と実装基板１１ａ，１１ｂとでそれぞれ挟むようにして介装して配設している。

本形態では、図４に示すように、長手方向における、電源基板７の長さをＡ、実装基板１１ａの長さをＢ、シ−ト状の樹脂部材１０ａの長さをＣとしたとき、Ａ≦Ｃとなる関係が成立するように、電源基板７とシ−ト状の樹脂部材１０ａの長さが設定している。シ−ト状の樹脂部材１０ａの長さＣは、実装基板１１ａの長さＢと略同一になるようにしている。

シ−ト状の樹脂部材１０ａには、熱伝導率が低く、断熱材の効果を有するような材質が用いられていて、電源基板７からの熱が伝わり難くなるように構成している。シ−ト状の樹脂部材１０ｂには、実装基板１１ａ，１１ｂ上の半導体発光素子１２ａ・・，１２ｂ・・が似通った飽和温度になるような熱伝導率を持つ材質として、例えば、放熱シリコ−ンゴムで熱伝導率が３．０Ｗ／ｍ・K以上のものや、一般的な熱伝導性のない断熱材のようなPCシ−トなどを用いる。

図４ではシ−ト状の樹脂部材１０ａの長さＣを実装基板１１ａの長さＢに略同一になるように記載したが、（「電源基板７の長さＡ）−「シ−ト状の樹脂部材１０ａ」の長さＣ）の長さを、シ−ト状の樹脂部材１０ｂに付与した長さにしてもよい。こうすることで実装基板１１ａと実装基板１１ｂの温度上昇が同じような傾向になり、一部の実装基板１１ａ上の半導体発光素子１２ａの温度だけが高くなることがなくなる。シ−ト状の樹脂部材１０ａ，１０ｂには電気的絶縁性を有するものを用いてもよい。

図５、図６に示すように，筐体２と、筐体２内に配設された電源基板７の間には、離間部材１５を配設している。離間部材１５の長手方向への長さは、電源基板７の長さＡより長めに設定している。離間部材１５の材質としては、熱伝導率の低い樹脂やセラミックを用いている。電源基板７の熱は、輻射や筐体２内の空気の熱伝導によって筐体２に熱が伝わるように構成されている。

したがって、電源基板７からの熱が直接筐体２に伝わらなくなるので、部分的に温度が高くなることで、作業時に作業者が筐体２に接触することによる火傷などの怪我を心配しなくてよくなり、作業性が向上する。また、筐体２の部分的温度偏差が小さくなるので、実装基板１１ａと実装基板１１ｂの温度上昇が類似して、発熱原となる電源基板７や電子部品９が装着された側に位置する一部の半導体発光素子１２ａ・・の温度だけが高くなることを抑制することができる。

本形態では、筐体２と電源基板７の間に離間部材１５を設置し、かつシ−ト状の樹脂部材１０ａ，１０ｂの材質を適宜選択したので、電源基板７の熱が半導体発光素子１２ａ・・を実装した実装基板１１ａに伝わりにくくなり、半導体発光素子１２ａ・・、１２ｂ・・に与える影響が全ての半導体発光素子で略均一になり、経時で熱源に近い側に位置する半導体発光素子の寿命が短くなることによる不点灯という不具合がなくなるとともに、部分的に筐体２が熱くならないので火傷などの心配がなくなる。また、実装基板１１ａへの電源基板７の熱の影響を小さくすることが可能である。

電源基板７と実装基板１２との長手方向における少なくとも重なる部分と重ならない部分とで、シ−ト状の樹脂部材１０ａ、１０ｂの材質が異なるので、電源基板７の熱が半導体発光素子１２ａを実装した実装基板１１ａに伝わりにくくなり、半導体発光素子１２ａ・・、１２ｂ・・に与える影響が全ての半導体発光素子で略均一になり、経時で熱源に近い側に位置する半導体発光素子の寿命が短くなることによる不点灯という不具合がなくなるとともに、部分的に筐体２が熱くならないので火傷などの心配がなくなる。実装基板１１ａへの電源基板７の熱の影響を小さくすることが可能である。

つまり、本形態に係るＬＥＤ直管形ランプ１００を備えた照明装置２００の構成によると、電源基板７や半導体光学素子１２ａ、１２ｂが実装された実装基板１１ａ、１１ｂの冷却ムラを抑えて半導体光学素子１２ａ、１２ｂの耐久性を向上しながら、半導体発光素子用の直流電源に変換する電子部品９を搭載した電源基板７を筐体２内に収納したので、低コストで交換作業の容易な照明装置を提供することができる。

１ａ，１ｂ キャップ部材
２ 筐体
３ 透光部材
４ａ〜４ｄ 端子
７ 電源基板
８ 穴部
９ 電子部品
１０ａ，１０ｂ シ−ト状の樹脂部材
１１ａ，１１ｂ 実装基板
１２ａ・・，１２ｂ・・ 複数の半導体発光素子
１３ａ，１３ｂ リ−ド線
１４ 半円の弦に相当する部分
１５ 離間部材
１００ ＬＥＤ直管形ランプ
１５０ 灯具
２００ 照明装置

特開２０１１−２８９４６号公報 特開２０１１−１１３８７６号公報 特開２０１１−２１０６６９号公報

Claims (4)

1. 複数の半導体発光素子が長手方向に実装された実装基板と、
   断面形状が略同一の略半円筒状の部材で、前記半円の弦に相当する部分に前記実装基板を装着する金属製で長手方向に延びる筐体と、
   前記筐体と前記実装基板との間に介装するシ−ト状の樹脂部材と、
   前記筐体に接して略円形状を成し、前記半導体発光素子からの光束を透過する樹脂製またはガラス製で長手方向に延びる透光部材と、
   前記筐体と前記透光部材のそれぞれの両端に位置し、それぞれの両端を覆うように配設され、灯具に接続可能なキャップ部材と、
   前記キャップ部材に設けられた端子を介して給電される交流電流を前記半導体発光素子に供給する直流電源に変換する電子部品を搭載した電源基板を、前記筐体内に収納したＬＥＤ直管形ランプにおいて、
   前記電源基板と前記実装基板とが長手方向で少なくとも重なる部分と重ならない部分とで前記シ−ト状の樹脂部材の材質が異なることを特徴とするＬＥＤ直管形ランプ
2. 複数の半導体発光素子が長手方向に実装された実装基板と、
   断面形状が略同一の略半円筒状の部材で、前記半円の弦に相当する部分に前記実装基板を装着する金属製で長手方向に延びる筐体と、
   前記筐体に接して略円形状を成し、前記半導体発光素子からの光束を透過する樹脂製またはガラス製で長手方向に延びる透光部材と、
   前記筐体と前記透光部材のそれぞれの両端に位置し、それぞれの両端を覆うように配設され、灯具に接続可能なキャップ部材と、
   前記キャップ部材に設けられた端子を介して給電される交流電流を前記半導体発光素子に供給する直流電源に変換する電子部品を搭載した電源基板を、前記筐体内に収納したＬＥＤ直管形ランプにおいて、
   前記電源基板と前記筐体部が直接接することがないように熱伝導率の低い離間部材を配設したことを特徴とするＬＥＤ直管形ランプ。
3. 前記電源基板と前記筐体部が直接接することがないように、熱伝導率の低い離間部材を配設したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ直管形ランプ。
4. 請求項１，２又は３記載のＬＥＤ直管形ランプと、前記ＬＥＤ直管形ランプを装着する灯具とを備えたことを特徴とする照明装置。

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