JP2012119090A - 電球型ランプ及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れ、なお且つ安価に製造できる電球型ランプを提供する。
【解決手段】照明器具のソケット部２０に着脱自在に装着されて、ソケット部２０からの電力供給によって照明光を放出する電球型ランプ１であって、照明光を発する発光素子２が設けられた光源部３と、光源部３を一面に接触させた状態で保持する台座部４と、光源部３を先端側に向けた状態で台座部４を保持する胴体部５と、胴体部５の先端側に取り付けられたグローブ部６と、胴体部５の基端側に取り付けられた口金部８とを備え、胴体部５の内側には、台座部４の光源部３が接触する面とは反対側を放熱面４ａとしたときの当該放熱面４ａから放出される輻射熱を伝搬する放熱空間Ｓが形成されており、なお且つ、胴体部５の内面には、放熱空間Ｓ内を伝搬する輻射熱の熱吸収性を高める熱吸収層１５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を光源に用いた電球型ランプ、並びにそのような電球型ランプを用いた照明器具に関する。

近年、光源にＬＥＤを用いた電球型ランプ（いわゆるＬＥＤ電球）が開発され、普及し始めている。このＬＥＤ電球は、従来のフィラメントを用いた白熱電球に比べて消費電力が低く且つ長寿命であることから、環境に優しい商品として更に普及していくものと予想される。

ところで、ＬＥＤは熱に弱い素子であり、ＬＥＤの温度が上昇すると、輝度が下がり寿命も短くなる。したがって、長寿命且つ信頼性の高いＬＥＤ電球を実現するためには、ＬＥＤの放熱対策を適切に行う必要がある。

例えば、従来のＬＥＤ電球では、ＬＥＤが実装された基板を熱伝導率の高いアルミダイキャスト製の胴体部（放熱部）に連結し、ＬＥＤで発生した熱を熱伝導により胴体部に伝えながら、この胴体部の外面から輻射により外部へと放熱することが行われている（例えば、特許文献１，２を参照。）。また、ＬＥＤ電球では、外部への放熱性を高めるため、胴体部の外面にフィンを設けたり、内部の熱伝導性を高めるため、胴体部の内側を熱伝導性の樹脂で覆ったりすることが行われている。

特開２０１０−５６０５９号公報 特開２００９−４１３０号公報

しかしながら、このような放熱対策が施されたＬＥＤ電球は、放熱対策が不要な従来の白熱電球に比べて、製造コストが割高となってしまう。したがって、ＬＥＤ電球の放熱性を高めつつ、ＬＥＤ電球の部品コストを低く抑えて、ＬＥＤ電球をより安価に製造することが望まれる。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、放熱性に優れ、なお且つ安価に製造できる電球型ランプ、並びにそのような電球型ランプを備えた照明器具を提供することを目的とする。

上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１） 照明器具のソケット部に着脱自在に装着されて、前記ソケット部からの電力供給によって照明光を放出する電球型ランプであって、
前記照明光を発する発光素子が設けられた光源部と、
前記光源部を一面に接触させた状態で保持する台座部と、
前記光源部を先端側に向けた状態で前記台座部を保持する胴体部と、
前記胴体部の先端側に取り付けられたグローブ部と、
前記胴体部の基端側に取り付けられた口金部とを備え、
前記胴体部の内側には、前記台座部の前記光源部が接触する面とは反対側を放熱面としたときの当該放熱面から放出される輻射熱を伝搬する放熱空間が形成されており、なお且つ、前記胴体部の内面には、前記放熱空間内を伝搬する輻射熱の熱吸収性を高める熱吸収層が設けられていることを特徴とする電球型ランプ。
（２） 前記熱吸収層の８０〜２００℃の温度範囲で測定した波長６００〜３０００ｃｍ^−１の領域における全熱吸収率が０．６５以上であることを特徴とする前記（１）に記載の電球型ランプ。
（３） 前記熱吸収層は、前記胴体部の内面を被覆する熱吸収性被膜であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の電球型ランプ。
（４） 前記熱吸収層は、黒系色であることを特徴とする前記（１）〜（３）の何れか一項に記載の電球型ランプ。
（５） 前記台座部の放熱面には、前記放熱空間への放熱性を高める放熱層が設けられていることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか一項に記載の電球型ランプ。
（６） 前記胴体部の外面には、外部への放熱性を高める放熱層が設けられていることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか一項に記載の電球型ランプ。
（７） 前記胴体部は、鋼材からなることを特徴とする前記（１）〜（６）の何れか一項に記載の電球型ランプ。
（８） 前記胴体部は、凹凸形状を有することを特徴とする前記（１）〜（７）の何れか一項に記載の電球型ランプ。
（９） 前記光源部の点灯を制御する回路部を備え、
前記回路部は、前記胴体部の内側に支持部材を介して取り付けられていることを特徴とする前記（１）〜（８）の何れか一項に記載の電球型ランプ。
（１０） 前記発光素子がＬＥＤ（Light Emitting Diode）であることを特徴とする前記（１）〜（９）の何れか一項に記載の電球型ランプ。
（１１） 電球型ランプがソケット部に着脱自在に装着されて、前記ソケット部からの電力供給によって前記電球型ランプが照明光を放出する照明器具であって、
前記ソケット部に、前記（１）〜（１０）の何れか一項に記載の電球型ランプが装着されていることを特徴とする照明器具。

以上のように、本発明によれば、放熱性を高めつつ、部品コストを低く抑えることができるため、長寿命且つ信頼性の高い電球型ランプ、並びにそのような電球型ランプを備えた照明器具を安価に提供することが可能となる。

図１は、本発明を適用したＬＥＤ電球の構造を示す切欠縦断面図である。 図２は、図１に示すＬＥＤ電球の線分Ｘ_１−Ｘ_１’による横断面図である。 図３は、図１に示すＬＥＤ電球の線分Ｘ_２−Ｘ_２’による横断面図である。

以下、本発明を適用した電球型ランプ及び照明器具について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明を適用した電球型ランプは、例えば図１に示す光源にＬＥＤを用いたＬＥＤ電球１であり、このＬＥＤ電球１は、照明器具のソケット部２０に着脱自在に装着されて、ソケット部２０からの電力供給によって照明光を放出するものである。照明器具としては、従来の白熱電球と同じ規格のソケット部２０を備えたものを一般に用いることができるが、独自に規格されたソケット部２０を備えたものであってもよい。

ＬＥＤ電球１は、図１に示すように、照明光を発するＬＥＤ（発光素子）２が設けられた光源部３と、光源部３を一面に接触させた状態で保持する台座部４と、光源部３を先端側に向けた状態で台座部４を保持する胴体部５と、胴体部５の先端側に取り付けられたグローブ部６と、胴体部５の内側に配置されて光源部３の点灯を制御する回路部７と、胴体部５の基端側に取り付けられた口金部８とを概略備えている。

光源部３は、チップ状のＬＥＤ２が実装基板９の一面（実装面）に面実装されてなるＬＥＤモジュールである。このうち、ＬＥＤ２には、例えば青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組み合わせによって白色光を得る白色ＬＥＤが用いられ、このような白色ＬＥＤが実装基板９の実装面に複数並んで配置されている。一方、実装基板９には、例えば放熱性に優れたアルミニウム等の金属又はセラミック製基板が用いられ、ＬＥＤ２の作動に伴って発生する熱を、この実装基板９を介して台座部４側に効率良く伝熱できるようになっている。なお、この光源部３の構成は、ほんの一例であり、ＬＥＤ２の種類や数、配置、実装基板９の構成等については、このような構成に限らず、適宜変更して実施することが可能である。

台座部４は、光源部３で発生した熱を熱伝導により胴体部５に伝えると共に、輻射により胴体部５の内側へと放熱させる放熱部としての機能を有している。この台座部４には、例えばアルミニウム、鉄、銅又はそれらの合金などからなる金属板やセラミック基板などの放熱性に優れた高熱伝導性部材を用いることができる。また、台座部４には、後述する胴体部５と同じ材質のものを用いることができる。

台座部４のグローブ部６と対向する側の面には、上記実装基板９（光源部３）が接触した状態で取り付けられている。一方、台座部４は、この実装基板９が接触する面とは反対側を放熱面４ａとして、光源部３から伝わる熱を輻射熱として放出させる。そして、この台座部４は、胴体部５の内形に対応した形状を有して、胴体部５の先端側開口部を閉塞するように、胴体部５の内面に高熱伝導性を有する絶縁性接着材１０を介して取り付けられている。

胴体部５は、台座部４から熱伝導により伝わる熱と、台座部４の放熱面４ａから放出される輻射熱を外部の空気へと放熱させる放熱部としての機能を有している。この胴体部５には、例えばアルミニウム、鉄、銅又はそれらの合金等からなる金属やセラミックなどの放熱性に優れた高熱伝導性部材を中空筒状に成形したものを用いることができる。

本発明では、その中でも部品コストを低く抑えることが可能な鋼材を好適に用いることができる。鋼材としては、例えば、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板、アルミめっき鋼板、アルミ−亜鉛合金化めっき鋼板、ステンレス鋼板などの一般に知られている鋼板及びめっき鋼板を挙げることができる。

胴体部５は、基端側から先端側に向かって漸次径が拡大する形状を有している。そして、この胴体部５の内側には、図１に示すように、上記台座部４の放熱面４ａから放出される輻射熱を伝搬する放熱空間Ｓが形成されている。また、胴体部５は、図２に示すように、軸線方向に延在する凸条部５ａと凹条部５ｂとが周方向に交互に並ぶ凹凸形状を有している。これにより、胴体部５の表面積を拡大して、外部への放熱性を高めることが可能となっている。特に、本発明では、胴体部５の内面における表面積を７０ｃｍ^２以上とすることが放熱性を高める上で好ましい。

グローブ部６は、光源部３から放出された照明光を透過させるものであり、例えば球面状を為すガラス又はプラスチック製の透光性カバーからなる。そして、このグローブ部６は、胴体部５の先端側開口部を覆うように取り付けられている。

回路部７は、図１及び図３に示すように、上記光源部３の点灯を制御するための回路部品が実装された回路基板７ａを有し、この回路基板７ａは、胴体部５の内側に支持部材１１を介して取り付けられている。支持部材１１は、回路基板７ａを収容する凹部１１ａが設けられた絶縁ケースであり、胴体部５の内側に固定支持されている。また、回路基板７ａは、リード配線１２を介して上記実装基板９と電気的に接続されると共に、台座部４には、このリード配線１２を貫通させる孔部４ｂが形成されている。さらに、回路基板７ａは、リード配線１３ａ，１３ｂを介して口金部８と電気的に接続されている。

口金部８は、ソケット部２０に螺合等により着脱自在に装着される部分であり、絶縁部材１４を介して胴体部５の基端側開口部を閉塞するように取り付けられている。また、口金部８は、装着時にソケット部２０の内側に設けられた接点と電気的に接続されて、回路部７に電力を供給する。

本発明を適用したＬＥＤ電球１では、胴体部５の内面に、放熱空間Ｓ内を伝搬する輻射熱の熱吸収性を高める熱吸収層が設けられている。具体的に、このＬＥＤ電球１では、熱吸収層として、胴体部５の内面を被覆する熱吸収性被膜１５が設けられている。

この熱吸収性被膜１５は、樹脂成分のみ、又は各種バインダーと熱吸収性顔料から構成されるものである。バインダーには、樹脂が好適に用いられ、具体的に、樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、塩化ビニル樹脂などを用いることができ、熱可塑タイプ又は熱硬化タイプの何れのタイプであってもよく、又これらの樹脂は必要に応じて数種のものを併用することができる。樹脂以外のバインダーとしては、ゾルゲル法によって形成される無機物や無機有機複合物など一般に知られているものを使用することができる。熱吸収性顔料としては、カーボンブラックや、炭、黒鉛、フェロシリコンなどを使用することができる。また、熱吸収性被膜１５としては、ＷＯ２００３／０８７４３２号公報に記載の熱吸収性被膜や、特開２０１０−０６２５２１号公報に記載の放熱性塗膜などを用いることもできる。

また、胴体部５の内面の熱吸収性を高めるためには、熱吸収層が黒色であることが好ましい。この胴体部５の内面を黒色化する手法については、一般に黒色処理として知られている黒色合金めっき処理やアルカリ黒色処理、陽極酸化処理などを挙げることができる。また、上記熱吸収性被膜１５が黒色であってもよい。すなわち、上記熱吸収性顔料として、上述したカーボンブラックや炭、黒鉛などの黒色の顔料を用いることで、黒色の熱吸収性被膜１５を得ることができる。更に、これらの黒色処理と上記熱吸収性被膜１５とを併用してもよい。なお、本発明において「黒色」とは、赤外線に対して黒色であることを指し、一般的な黒色のみならず、その類似色を含んだ黒系色全般を指すものとする。また、熱吸収層は、赤外線に対して熱吸収性の高い色であればよく、黒系色以外の色とすることも可能である。

本発明では、上述した熱吸収性を高める処理が施された面（熱吸収層）の８０〜２００℃の温度範囲で測定した波長６００〜３０００ｃｍ^−１の領域における全熱吸収率が０．６５以上であることが好ましい。これにより、胴体部５では、台座部４の放熱面４ａから放出されて放熱空間Ｓ内を伝搬する輻射熱を吸収しながら、外部の空気へと効率良く放熱させることができる。

ここで、金属板や非金属材料などの表面に入射した熱放射線の吸収率を調べる方法としては、赤外線分光光度計による反射法がよく知られているが、このような方法で測定する場合、金属板又は非金属材料の表面の粗度が粗いと、入射した熱放射線が乱反射するので、精度の高い吸収率の測定が困難である。

熱は、物体から発散する電磁波の一部であり、熱放射線が物体に入射すると、一部は反射し、一部は透過し、残りの部分は吸収されることが知られており、熱放射に関するキルヒホッフの法則によると、一定温度においては、物体の吸収率と放射率は同じとなる（例えば西川、藤田共著の「機械工学基礎講座 電熱工学」、ｐ．２８９、発行：理工学社（１９８３））。また、金属板、若しくは表面処理を施した金属板、又は非金属材料に熱放射線が入射した場合、熱放射線が透過することは殆ど無いため、実質的には熱放射線は反射するか吸収するかの何れかとなる。

このような知見に基づいて、本発明では、日本分光社製のフーリエ変換赤外分光光度計「ＶＡＬＯＲ−III」を用いて、上述した熱吸収性を高める処理が施された面の８０〜２００℃の温度範囲で測定したときの波長６００〜３０００ｃｍ^−１の領域における赤外発光スペクトルを測定し、これを標準黒体の発光スペクトルと比較することで、この熱吸収性を高める処理が施された面における熱吸収率（熱放射率）を求めた。なお、標準黒体には、鉄板にタコスジャパン社販売（オキツモ社製）の「ＴＨ１−１Ｂ黒体スプレー」を３０±２μｍの膜厚でスプレーしたものを用いた。

また、本発明を適用したＬＥＤ電球１では、台座部４の放熱面４ａに放熱空間Ｓへの放熱性を高める放熱層を設けることも可能である。この場合、上記胴体部５の内面に施された熱吸収性を高める処理と同様の処理を行えばよく、放熱層には上記熱吸収層と同じものを用いることが可能である。すなわち、本実施形態では、台座部４の放熱面４ａが上記熱吸収性被膜（熱吸収層）１５と同様の熱吸収性被膜（放熱層）１６により被覆されており、これによって、光源部３で発生した熱を輻射により台座部４の放熱面４ａから胴体部５の内側へと効率良く放熱させることが可能となっている。

また、本発明を適用したＬＥＤ電球１では、胴体部５の外面に外部への放熱性を高める放熱層を設けることも可能である。この放熱層には、上記熱吸収層と同じものを用いることが可能であり、本実施形態では、胴体部５の外面を被覆する熱吸収性被膜（放熱層）１７が設けられている。また、この熱吸収性被膜１７には、上記熱吸収性被膜１５に着色顔料を添加したものを用いることによって、胴体部５から外部への放熱性を高めつつ、意匠性を高めることが可能である。なお、着色顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウムなどの一般的に知られている無機顔料や有機顔料を用いることができる。

以上のように、本発明を適用したＬＥＤ電球１では、光源部３で発生した熱を熱伝導により台座部４を介して胴体部５に伝えながら、この胴体部５の外面から輻射により外部へと放熱するのとは別に、台座部４の放射面４ａから放出されて放熱空間Ｓ内を伝搬する輻射熱（赤外線）を胴体部５の内面で吸収させながら、この胴体部５の外面から輻射により外部の空気へと効率良く放熱させることができる。

すなわち、本発明を適用したＬＥＤ電球１では、光源部３で発生した熱を伝熱と輻射の両方を利用して効率良く外部に放熱させることができる。また、このＬＥＤ電球１では、胴体部５の内面に熱吸収性を高める処理を施すことによって、この胴体部５に部品コストを低く抑えることが可能な鋼材等を用いることができる。さらに、このＬＥＤ電球１では、台座部４の放出面４ａや胴体部５の外面に放熱性を高める処理を施すことによって、光源部３で発生した熱を輻射を利用して更に効率良く外部に放熱させることができる。

以上のように、本発明によれば、放熱性を高めつつ、部品コストを低く抑えることができるため、長寿命且つ信頼性の高いＬＥＤ電球１、並びにそのようなＬＥＤ電球１を備えた照明器具を安価に提供することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
具体的に、上記ＬＥＤ電球１では、ＬＥＤ２が実装された実装基板９が台座部４に取り付けられた構成となっているが、本発明は、このような構成に限らず、実装基板９となる台座部４にＬＥＤ２が直接実装された構成であってもよい。また、放熱部として、上記台座部４と上記胴体部５とを一体に形成することも可能である。

また、本発明では、上記台座部４と上記胴体部５との取付構造についても、上述した台座部４を絶縁性接着材１０を介して胴体部５に取り付けた構造に限らず、例えば、内嵌又は外嵌により取り付ける構造としたり、かしめ等により取り付ける構造としたりすることが可能であり、その取付構造について特に限定されるものではない。また、台座部４と胴体部５との接触面積は、台座部４から胴体部５への伝熱を考慮した場合、３ｃｍ^２以上とすることが好ましい。

また、上記胴体部５の形状については、特に制限はなく、必要な表面積を確保できる形状であれば、上述した凹凸形状に必ずしも限定されないものの、表面積を効率良く確保するためには、何らかの凹凸形状を有することが好ましい。したがって、上述した図１〜図３に示す凹凸形状に限らず、例えば、胴体部５の周方向に延在する凸条部と凹条部とが軸線方向に交互に並ぶ凹凸形状としたり、胴体部５にエンボスを設けたり、胴体部５の外面にフィンを一体又は別体に設けたり、胴体部５の表面にブラスト処理を施したりするなど、胴体部５の表面積を拡大するための加工を施すことが可能である。また、上記グローブ部６の形状についても適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明では、台座部４の放熱面４ａから放出された輻射熱を放熱空間Ｓ内で効率良く伝搬させるため、例えば、上記胴体部５の放熱空間Ｓを密閉構造とし、この放熱空間Ｓを減圧した空間（真空雰囲気）としたり、この放熱空間Ｓに窒素等の赤外不活性なガスを充填したりすることも可能である。

また、本発明では、上記ＬＥＤ２を用いた構成以外にも、発光素子としてＥＬ(Electro Luminescence)素子等を用いることが可能である。さらに、上記ＬＥＤ電球１では、回路部７に調光機能を持たせたりすることも可能である。

本発明を適用した照明器具としては、全般(全体)照明や部分照明など従来より使用されているものとして、例えば、シーリングライト、ペンダントライト、シャンデリア、シーリングファン、ダウンライト、ブラケットライト、スタンドライト（フロアスタンド、テーブルスタンド等）、フットライト、スポットライト、ガーデンライト、ポーチライト、吹き抜け灯、門灯などを挙げることができる。

１…ＬＥＤ電球（電球型ランプ） ２…ＬＥＤ（発光素子） ３…光源部 ４…台座部 ４ａ…放熱面 ４ｂ…孔部 ５…胴体部 ６…グローブ部 ７…回路部 ７ａ…回路基板 ８…口金部 ９…実装基板 １０…絶縁性接着材 １１…支持部材 １２，１３ａ，１３ｂ…リード配線 １４…絶縁部材 １５…熱吸収性被膜（熱吸収層） １６…熱吸収性被膜（放熱層） １７…熱吸収性被膜（放熱層） ２０…ソケット部

Claims (11)

1. 照明器具のソケット部に着脱自在に装着されて、前記ソケット部からの電力供給によって照明光を放出する電球型ランプであって、
   前記照明光を発する発光素子が設けられた光源部と、
   前記光源部を一面に接触させた状態で保持する台座部と、
   前記光源部を先端側に向けた状態で前記台座部を保持する胴体部と、
   前記胴体部の先端側に取り付けられたグローブ部と、
   前記胴体部の基端側に取り付けられた口金部とを備え、
   前記胴体部の内側には、前記台座部の前記光源部が接触する面とは反対側を放熱面としたときの当該放熱面から放出される輻射熱を伝搬する放熱空間が形成されており、なお且つ、前記胴体部の内面には、前記放熱空間内を伝搬する輻射熱の熱吸収性を高める熱吸収層が設けられていることを特徴とする電球型ランプ。
2. 前記熱吸収層の８０〜２００℃の温度範囲で測定した波長６００〜３０００ｃｍ^−１の領域における全熱吸収率が０．６５以上であることを特徴とする請求項１に記載の電球型ランプ。
3. 前記熱吸収層は、前記胴体部の内面を被複する熱吸収性被膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電球型ランプ。
4. 前記熱吸収層は、黒系色であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電球型ランプ。
5. 前記台座部の放熱面には、前記放熱空間への放熱性を高める放熱層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電球型ランプ。
6. 前記胴体部の外面には、外部への放熱性を高める放熱層が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電球型ランプ。
7. 前記胴体部は、鋼材からなることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電球型ランプ。
8. 前記胴体部は、凹凸形状を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電球型ランプ。
9. 前記光源部の点灯を制御する回路部を備え、
   前記回路部は、前記胴体部の内側に支持部材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電球型ランプ。
10. 前記発光素子がＬＥＤ（Light Emitting Diode）であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の電球型ランプ。
11. 電球型ランプがソケット部に着脱自在に装着されて、前記ソケット部からの電力供給によって前記電球型ランプが照明光を放出する照明器具であって、
    前記ソケット部に、請求項１〜１０の何れか一項に記載の電球型ランプが装着されていることを特徴とする照明器具。

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