JP4962253B2

JP4962253B2 - Ｌｅｄ電球

Info

Publication number: JP4962253B2
Application number: JP2007263738A
Authority: JP
Inventors: 修二六車; 博之板花
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-10-09
Also published as: JP2009093926A

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）電球に係り、特に複数のＬＥＤ素子を光源とし、給電用の口金を有するＬＥＤ電球の構造に関する。

一般的な白熱電球などは、投入された電力が熱に変わって発光部が高熱にさらされても、問題はない。一方、従来の白熱電球などの照明電球の代用として、消費電力を低く抑えることが可能なＬＥＤ電球が利用され始めている。ここで、ＬＥＤ素子は、半導体素子であり、ジャンクション温度を超えると破壊するので、ＬＥＤ電球による発熱を放熱する対策を施す必要がある。ＬＥＤ電球の一例として、特許文献１には、ＬＥＤモジュール、ＬＥＤ駆動用の回路基板、ケース、口金、放熱フィン付きの反射鏡などから構成され、放熱フィンの光源側端部とケースの開口端部とが対向状態で係合する構造が開示されている。
特開２００７−４８６３８号公報（図２）

従来の白熱電球、クリプトン電球、ハロゲン電球などのサイズを意識して同程度以下に小型化したＬＥＤ電球を設計しようとする際、放熱部材を電源回路部の近傍に配設することになる。この場合、電源回路部は、ＡＣ電源入力を所望のＬＥＤ駆動電源に変換する動作により発熱するが、放熱部材から与えられる熱の方が大きと、電源回路部は放熱部材からの放熱により温度上昇をまねき、使用部品に悪影響を受ける。換言すれば、ＬＥＤ素子の長寿命化のために放熱部材を付加したにも関わらず、電源回路部の使用部品の寿命が短くなり、ＬＥＤ素子の寿命性能を十分引き出せないことになる。

本発明は前記した問題点を解決すべくなされたもので、従来の白熱電球、クリプトン電球、ハロゲン電球などのサイズを意識して小型化を図るとともに、ＬＥＤ光源部からの発熱を放熱するための放熱部材が電源回路部にできるだけ悪影響を与えないようにした電源部の構造を有するＬＥＤ電球を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ電球は、複数のＬＥＤ素子が電子部品用実装基板上に実装され、前記電子部品用実装基板の上方側に照射可能なＬＥＤ光源部と、前記ＬＥＤ光源部の電子部品用実装基板の下方側に配設され、電源入力を前記ＬＥＤ光源部で必要とする駆動電源に変換する回路が回路基板に搭載されてなる電源回路部と、少なくとも前記ＬＥＤ光源部および前記電源回路部の外周部を囲むように配設され、下端部が開口された筒状部を有し、前記ＬＥＤ光源部の発熱が伝導されるように前記ＬＥＤ光源部を保持した放熱部材と、少なくとも上端部が前記放熱部材の下端開口部から内部に挿入されて配設され、前記ＬＥＤ光源部の下方側で前記電源回路部を内部に収容して保持した電源収容ケースと、前記電源収容ケースの下端側に配設され、前記電源収容ケースにより保持され、外部から電源を入力するための口金と、前記口金から前記電源を前記電源回路部へ供給する第１の接続配線部と、前記電源回路部から前記駆動電源を前記ＬＥＤ光源部へ供給する第２の接続配線部と、を具備し、前記電源収容ケースが前記放熱部材の内部に挿入されている部分の外形は、前記放熱部材の内部空間の形状とは異なることを特徴とする。

上記ＬＥＤ電球において、放熱部材は、円柱状の外形を呈し、少なくとも一部に円筒部を有することが好ましい。これにより、最大外形が円形である一般的な電球との互換性を持たせることができ、放熱部材の表面積を大きく、重量を軽くすることが可能になる。

また、電源収容ケースは、ケース外面の一部が放熱部材の円筒部の内面に接した状態で放熱部材により保持されていることが好ましい。これにより、電源収容ケースを安定に保持することができる。

また、電源収容ケースは、少なくとも一部に、三角形の各コーナー部分を丸めた形状の横断面を有するほぼ三角形の筒状部を備え、この筒状部の各コーナー部分が放熱部材の円筒部に内接していることが好ましい。これにより、放熱部材の内面との間に外部に連通する空間を容易に所要量確保することができ、しかも、電源収容ケースと放熱部材との距離が遠くなり、電源回路部は放熱部材からの熱の影響を受け難くなる。

また、放熱部材は、円筒部の長さ方向に複数のスリットが形成されていることが好ましい。これにより、放熱部材と電源収容ケースの間の空間の空気対流を可能とし、電源回路部が放熱部材から熱を受ける影響をさらに低下させることができる。

また、電源回路部は、回路基板の裏面側が電源収容ケースのほぼ三角形の筒状部の１つの側壁内面に沿って対向する状態で配設されていることが好ましい。これにより、電源回路部の回路基板の表面側に実装されている部品と電源収容ケースとの距離が遠くなり、回路基板表面側の空間を大きく確保し、放熱効果を上げることができる。

また、電源回路部は、回路基板の表面側に搭載されている部品の最大高さ部分が、電源収容ケースのほぼ三角形の筒状部の１つのコーナー部分もしくはその近傍に対向する状態で配設されていることが好ましい。これにより、電源回路部の回路基板の表面側に搭載されている部品の最大高さに対する制約が緩和される。

本発明のＬＥＤ電球によれば、ＬＥＤ光源部と電源回路部と口金とを縦方向に配置し、電源回路部の外周部に電源収容ケースを配置し、ＬＥＤ光源部の発熱を放熱可能な放熱部材を最外側に配置したので、従来のクリプトン電球、あるいは白熱電球やハロゲン電球などのサイズと同程度に小型化を図ることができる。

また、電源収容ケースは、放熱部材の内部空間の形状とは異なる外形を呈するように形成したので、放熱部材の内面との間に外部に連通する空間を所要量確保でき、かつ、電源収容ケースの存在によって電源回路部が放熱部材からの熱を受け難くし、電源回路部を保護することができる。

因みに、ＬＥＤ光源部への投入電力が４Ｗ程度、電源回路部の消費電力が１Ｗ程度、合計で５Ｗ程度のＬＥＤ電球を試作した。その結果、電源収容ケースをほぼ三角形の筒状に形成して放熱部材に内接させた場合には、電源収容ケースを円筒状に形成して放熱部材に内接させた場合と比較して、電源回路部の温度が１０℃程度低下することを確認した。

このことから、電源回路部の使用部品の温度を１０℃程度下げることが可能になり、電源回路部の使用部品の寿命を延ばすことができた。結果として、ＬＥＤの寿命性能（例えば、輝度７０％で４万時間）と電源回路部の寿命性能が同等となり、ＬＥＤ電球全体の性能を引き上げることが可能になった。また、ＬＥＤ電球の寿命を延ばす代わりに、ＬＥＤ電球の使用限界周囲温度を１０℃引き上げることが可能になった。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明のＬＥＤ電球の第１の実施形態を概略的に示す斜視図である。図２は、図１のＬＥＤ電球の縦断面を概略的に示す斜視図である。図３は、図２に対応してＬＥＤ電球の構成部品を、組み立て状態から分解して概略的に示す斜視図である。図４は、図１のＬＥＤ電球の底面側を示す平面図である。図５は、図１のＬＥＤ電球の底面から見て示す斜視図である。

このＬＥＤ電球は、主な構成要素として、ＬＥＤ光源部１０、電源回路部２０、放熱部材３０、電源収容ケース４０、口金５０、第１の接続配線部、第２の接続配線部６１，６２、前面カバー７０などを有し、これらが組み立てられている。そして、ＬＥＤ光源部１０、電源回路部２０、口金５０を縦方向（図中、上下方向）に配置し、電源収容ケース４０を電源回路部２０の外周部に配置し、ＬＥＤ光源部１０の発熱を放熱可能な放熱部材３０を最外側に配置している。

ＬＥＤ光源部１０は、複数のＬＥＤ素子が電子部品用実装基板１１上に実装され、この基板の上方側に発光出力を照射可能である。電源回路部２０は、ＬＥＤ光源部１０の電子部品用実装基板１１の下方側に配設され、電源入力をＬＥＤ光源部１０で必要とする駆動電源に変換する回路が回路基板２１に搭載されてなる。

放熱部材３０は、少なくともＬＥＤ光源部１０と電源回路部２０の外周部を囲むように配設され、下端部が開口されており、ＬＥＤ光源部１０の発熱が伝導されるようにＬＥＤ光源部１０を保持している。本例では、放熱部材３０は、円柱状の外形を呈し、少なくとも一部に円筒部３１を有する。

また、放熱部材３０は、放熱特性を良好に保つためにＬＥＤ電球の最外側に配設されている。この場合、一般的な電球の最大外形が円形であることに対応して、ＬＥＤ電球の最大外形も円形に構成すると、ＬＥＤ電球の口金５０がどの方向にねじられていても指向性の問題が出難いという利点が得られる。したがって、ＬＥＤ電球の最外側に配設される放熱部材３０は、円柱状の外形を呈することが好ましい。また、放熱部材３０は、表面積が大きくなるほうが有利であり、重量を軽くし、低コストで製造することが好ましいので、少なくとも一部は中身がくり抜かれた筒状部（本例では円筒部）３１にされ、下端部は開口されている。

電源収容ケース４０は、少なくとも上端部が放熱部材３０の下端開口部から内部に挿入されて配設され、ＬＥＤ光源部１０の下方側で電源回路部２０を内部に収容して保持している。この場合、電源収容ケース４０が放熱部材３０の内部に挿入されている部分の外形は、放熱部材２０の円筒部３１の内部空間の形状とは異なり、ケース外面の一部が放熱部材３０の円筒部３１の内面に接した状態で放熱部材３０により保持されていることが好ましい。

電源収容ケース４０の外形の一具体例として、三角形の各コーナー部分を丸めた形状の横断面を有するほぼ三角形の筒状部を少なくとも一部に備え、ケース外面の一部（三角形の筒状部の各コーナー部分）を放熱部材３０の円筒部３１に内接させた状態で放熱部材３０により保持させることが好ましい。

外部から電源を入力するための口金５０は、電源収容ケース４０の下端側に配設され、電源収容ケース４０により保持されている。第１の接続配線部は、口金５０から電源回路部２０へ電源を供給し、第２の接続配線部は、電源回路部２０からＬＥＤ光源部１０へ駆動電源を供給する。

以下、各構成要素について説明する。

（ＬＥＤ光源部１０）ＬＥＤ光源部１０は、複数のＬＥＤ素子１が電子部品用実装基板１１上に搭載され、例えば直並列接続されている。そして、駆動電源により発光駆動され、電子部品用実装基板１１の上方側（ＬＥＤ電球の前面側）に出力光を照射可能なように実装されている。電子部品用実装基板１１は、ガラスエポキシ基板、アルミコア基板などが使用される。

（電源回路部２０）電源回路部は、ＬＥＤ光源部１０の電子部品用実装基板１１の裏面側（図中、下方側）に配設されており、口金５０側から供給される電源をＬＥＤ光源部１０で必要とする所望の駆動電源に変換する回路が回路基板２１に搭載されている。回路基板２１は、ガラスエポキシ基板などが使用される。

（放熱部材３０）放熱部材は、少なくとも一部は筒状部（本例では円筒部）３１であり、この円筒部３１がＬＥＤ光源部１０、電源回路部２０の外周部を囲むように配設され、ＬＥＤ光源部１０の発熱が伝導されるようにＬＥＤ光源部１０を保持している。放熱部材３０は、アルミなどの熱伝導率がよい金属が使用される。

放熱部材３０の上端部近傍の内側には、ＬＥＤ光源部１０を水平状態に載置するための水平隔壁部３２が筒状部３１に一体的に形成されている。ここで、ＬＥＤ光源部１０の電子部品用実装基板１１として、低価格で放熱性が若干低い材料を用いる場合には、電子部品用実装基板１１と水平隔壁部３２との熱伝導を良くすることが好ましい。そのためには、電子部品用実装基板１１と水平隔壁部３２とを熱伝導性が良好な両面接着テープ（図示せず）で固着すればよい。これに伴い、ＬＥＤ光源部１０の取り付け作業に際して、ドライバーなどの工具を使用しなくて済み、ＬＥＤ光源部１０に工具が接触することによる損傷を防止でき、作業の容易化、作業の効率化を図ることが可能になる。

また、放熱部材３０は、円筒部３１の長さ方向に複数スリット３３を形成することが好ましい。これにより、放熱部材３０と電源収容ケース４０の間に存在する空間３５で外部空間との空気対流が可能になり、電源回路部２０が放熱部材３０から熱を受ける影響をさらに低下させることができる。

なお、放熱部材３０の円筒部の外表面にリブ状のフインを形成することにより、放熱効果を向上させることが可能になる。

（電源収容ケース４０）電源収容ケースは、少なくともその上端部が放熱部材３０の下端開口部から内部に挿入された状態で配設されており、放熱部材３０へ機械的に容易に結合できる構造を有する。そして、電源収容ケース４０は、ＬＥＤ光源部１０の下方側で電源回路部２０を収容して保持する構造を有しており、ＬＥＤ電球の使用者が電源回路部２０に不用意に触れることによる感電事故を防止する構造となっている。

本実施形態では、電源収容ケース４０は、放熱部材３０の内部空間の形状とは異なる外形を呈するように形成している。これにより、電源収容ケース４０が放熱部材３０の内側に挿入されている部分では、両者間に外部に連通する空間３５を所要量確保しており、かつ、電源収容ケース４０の存在によって電源回路部２０を放熱部材３０からの熱より保護するようにしている。

また、電源収容ケース４０は、電源回路部２０を垂直状態で収容して保持する内部構造を有している。そして、上記したように垂直状態で保持されている電源回路部２０の回路基板２１の表面側に搭載されている部品２２の最大高さ部分は、電源収容ケース４０のほぼ三角形の筒状部の１つのコーナー部分もしくはその近傍に対向していることが好ましい。これにより、上記部品２２の最大高さに対する制約が緩和される。

（口金５０）口金は、ＬＥＤ電球の外部から内部に電源（通常は商用のＡＣ電源）を入力するためのものであり、電源収容ケース４０の一端側（図中、下端側）に配設され、電源収容ケース４０により保持されている。この場合、JIS 規格のE17,E26 等で規定されている口金が使用される。

（第１の接続配線部）第１の接続配線部は、口金５０からＬＥＤ光源部１０へ電源を供給するものであり、例えば絶縁被覆配線が用いられる。

（第２の接続配線部）第２の接続配線部は、電源回路部２０からＬＥＤ光源部１０へ所望の電源を供給するものであり、例えば放熱部材３０の水平隔壁部３２を貫通して配設されたリードピン６１と、このリードピン６１をＬＥＤ光源部１０に電気的に接続するためにコネクタ部６２などからなる。

（前面カバー７０、リング状取り付け部材７１）前面カバー７０は、透光性を有する部材が使用され、ＬＥＤ光源部１０の照射方向側に対向するように配設されている。この前面カバー７０は、放熱部材３０の先端開口を閉塞するようにリング状取り付け部材７１を介して放熱部材３０に取り付けられている。前面カバー７０はレンズ効果を有する形状に加工してもよく、リング状取り付け部材７１は、内面がリフレクタとして機能するように表面加工を施しておくことが好ましい。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態において、電源収容ケース４０の外形は、様々な変形実施が可能である。前記電源収容ケース４０の３つの側壁のうち、少なくとも１つを内側へ緩やかに湾曲させるようにしたり、少なくとも１つを外側へ緩やかに湾曲させるように変形してもよい。

また、例えば電源回路部２０を小型化できる場合には、電源収容ケース４０の断面をより小さな三角形を基本とした形状とし、有放熱部材３０の円筒部３１に内接させないようにしてもよい。これにより、電源回路部２０が放熱部材３０から受ける熱の影響をさらに小さくすることが可能である。

上記とは逆に、電源回路部２０が大型である場合には、電源収容ケース４０の外形を、三角柱ではなく、四角柱、五角柱などに多角形にすることが可能である。しかし、このような多角化に伴って電源収容ケース４０の外形が円柱材に近づいていくので、電源回路部２０と放熱部材３０との距離が短くなり、電源回路部２０は放熱部材３０から熱の影響を受け易くなっていく。

図１乃至図５を参照して前述したＬＥＤ電球において、ＬＥＤ光源部１０は、ガラスエポキシ基板１１上に実装された４０個のＬＥＤ素子１が用いられ、１０個直列接続されたものが４組並列接続されている。電源回路部２０は、口金５０側から供給される商用ＡＣ電源からＬＥＤ光源部１０をパルス状に駆動する駆動電源を生成する電源回路がガラスエポキシ基板２１上に搭載されている。

放熱部材３０は、アルミなどの熱伝導率がよい金属からなり、ＬＥＤ光源部１０、電源回路部２０の外周部を囲むようにＬＥＤ電球の最外側に配設された円筒部３１を有する。放熱部材３０の上端部近傍の内側には、ＬＥＤ光源部１０を水平状態に載置するための水平隔壁部３２が筒状部３１に一体的に形成されている。そして、ＬＥＤ光源部１０の電子部品用実装基板１１と水平隔壁部３２との熱伝導を良くするために、電子部品用実装基板１１と水平隔壁部３２とを両面接着テープ（図示せず）で固着している。また、放熱部材３０は、円筒部３１の長さ方向に複数スリット３３が形成されている。

電源収容ケース４０は、三角形の各コーナー部分を丸めた形状の横断面を有するほぼ三角形の筒状部４１を備え、ケース外面の一部（三角形の筒状部の各コーナー部分）およびケース外面に設けられた突起４２を放熱部材３０の円筒部３１に内接させた状態で放熱部材３０により保持させている。電源収容ケース４０は、ケース内部にガイド溝４３が設けられており、このガイド溝４３に電源回路部２０の回路基板２１の外縁部を嵌合させた状態で電源回路部２０を収容して保持している。電源収容ケース４０は、絶縁体で構成されており、上端部が放熱部材３０の下端開口部から内部に挿入された状態で配設されており、ＬＥＤ光源部１０の下方側で電源回路部２０を収容して保持している。この場合、筒状部４１の上端部近傍には係止爪４４が設けられており、この係止爪４４を係合可能なホルダー４５が放熱部材３０の内側に配設されており、係止爪４４とホルダー４５との係合により電源収容ケース４０が保持されている。

ＬＥＤ電球の外部から商用ＡＣ電源を入力するための口金５０は、JIS 規格のＥ２６で規定されている口金が使用され、電源収容ケース４０の下端側に取り付けられている。

口金５０からＬＥＤ光源部１０へ電源を供給するための第１の接続配線部は、絶縁被覆配線（図示せず）が用いられている。電源回路部２０からＬＥＤ光源部１０へ所望の電源を供給するための第２の接続配線部は、放熱部材３０の水平隔壁部３２を貫通してＬＥＤ光源部１０に電気的に接続するように配設されたリードピン６１と、このリードピン６１を保持するために電源回路部２０に配設されたコネクタ部６２などからなる。

ＬＥＤ光源部１０の照射方向側に対向するように配設されている前面カバー７０は、透光性を有するポリカーボネイトが使用されており、放熱部材３０の上端開口部に嵌合されたリング状取り付け部材７１に嵌合されることによって放熱部材３０の先端開口を閉塞している。この場合、前面カバー７０の外周縁の一部に舌片８０ａが形成され、リング状取り付け部材７１の外周縁の一部に舌片舌片８０ａに係合する切り欠き部８１ａが形成されていることによって、前面カバー７０の回り止めが可能になっている。前面カバー７０はレンズ効果を有する形状に加工されており、リング状取り付け部材７１は、内面がリフレクタとして機能するように表面加工が施されている。

本発明は前述した各実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

本発明は、白熱電球、クリプトン電球、ハロゲン電球などの照明電球の代用として使用可能である。

本発明のＬＥＤ電球の第１の実施形態を概略的に示す斜視図。図１のＬＥＤ電球の縦断面を概略的に示す斜視図。図２に対応してＬＥＤ電球の構成部品を、組み立て状態から分解して概略的に示す斜視図。図１のＬＥＤ電球の底面側を示す平面図。図１のＬＥＤ電球の底面から見て示す斜視図。

符号の説明

１０…ＬＥＤ光源部、１１…電子部品用実装基板、２０…電源回路部、２１…回路基板、２２…回路部品、３０…放熱部材、３１…円筒部、３２…水平隔壁部、３３…スリット、３５…空間、４０…電源収容ケース、４１…筒状部、４２…突起、４３…ガイド溝、５０…口金、６１…接続リードピン、６２…コネクタ部、７０…前面カバー、７１…リング状取り付け部材。

Claims

複数のＬＥＤ素子が電子部品用実装基板上に実装され、前記電子部品用実装基板の上方側に照射可能なＬＥＤ光源部と、
前記ＬＥＤ光源部の電子部品用実装基板の下方側に配設され、電源入力を前記ＬＥＤ光源部で必要とする駆動電源に変換する回路が回路基板に搭載されてなる電源回路部と、
少なくとも前記ＬＥＤ光源部および前記電源回路部の外周部を囲むように配設され、下端部が開口された筒状部を有し、前記ＬＥＤ光源部の発熱が伝導されるように前記ＬＥＤ光源部を保持した放熱部材と、
少なくとも上端部が前記放熱部材の下端開口部から内部に挿入されて配設され、前記ＬＥＤ光源部の下方側で前記電源回路部を内部に収容して保持した電源収容ケースと、
前記電源収容ケースの下端側に配設され、前記電源収容ケースにより保持され、外部から電源を入力するための口金と、
前記口金から前記電源を前記電源回路部へ供給する第１の接続配線部と、
前記電源回路部から前記駆動電源を前記ＬＥＤ光源部へ供給する第２の接続配線部と、
を具備し、前記電源収容ケースが前記放熱部材の内部に挿入されている部分の外形は、前記放熱部材の内部空間の形状とは異なることを特徴とするＬＥＤ電球。
前記放熱部材は、円柱状の外形を呈し、少なくとも一部に円筒部を有し、前記電源収容ケースは、ケース外面の一部が前記放熱部材の円筒部の内面に接した状態で前記放熱部材により保持されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ電球。
前記電源収容ケースは、少なくとも一部に、三角形の各コーナー部分を丸めた形状の横断面を有するほぼ三角形の筒状部を備え、前記筒状部の各コーナー部分が前記放熱部材の円筒部に内接していることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ電球。
前記放熱部材は、前記円筒部の長さ方向に複数のスリットが形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のＬＥＤ電球。
前記電源回路部は、前記回路基板の裏面側が前記電源収容ケースのほぼ三角形の筒状部の１つの側壁内面に沿って対向する垂直状態で配設されていることを特徴とする請求項３または４に記載のＬＥＤ電球。
前記電源回路部は、前記回路基板の表面側に搭載されている部品の最大高さ部分が、前記電源収容ケースのほぼ三角形の筒状部の１つのコーナー部分もしくはその近傍に対向する状態で配設されていることを特徴とする請求項５記載のＬＥＤ電球。