(57)【要約】【課題】本発明は、ＬＥＤ電球用ソケットにおいて、ＬＥＤ電球の発光により発生した熱を効率的に放散するソケットを提供することを目的とする。【解決手段】ランプ用ソケット１００は、口金５を有するＬＥＤ電球１１の口金５を受ける受金１と、受金１の周囲を覆う絶縁外郭２と、ＬＥＤ電球１１の発光により受金１に発生した熱を絶縁外郭２に伝導する固体状の絶縁性樹脂１０ａとを備えた。【選択図】図２
2007157603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
口金を有するランプの前記口金を受ける受金と、
前記受金の周囲を覆う外郭部と、
前記ランプの発光により前記受金に発生した熱を前記外郭部に伝導する固体状の熱伝導部と
を備えたことを特徴とするランプ用ソケット。
【請求項２】
前記熱伝導部は、
弾性を有する弾性体であるとともに、少なくとも一部が前記受金と前記外郭部とにより圧縮された状態で装着されることを特徴とする請求項１記載のランプ用ソケット。
【請求項３】
前記熱伝導部は、
電気の絶縁性を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のランプ用ソケット。
【請求項４】
前記熱伝導部は、
シリコーンと、所定の樹脂に金属粉が充填された金属粉充填樹脂と、所定の樹脂に熱伝導性を有するフィラーが添加さられたフィラー添加樹脂との少なくともいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のランプ用ソケット。
【請求項５】
前記ランプは、
発光体として１以上の発光ダイオードを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のランプ用ソケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、口金を有するランプの前記口金を受ける受金を備えたソケットに関するものであり、ランプの発光により受金に発生した熱を放散するソケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−１８０７３０号公報（特許文献１）では、ソケット本体の周壁に、ソケット内の熱を外部に放散するために複数のスリット状の放熱孔を、同本体における受金が取付けられた部分に、本体周壁を貫通して受金を外部に臨ませる状態で設けた照明器具用ソケットを開示している。
【０００３】
ここで、照明器具用ソケットにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）電球を取り付ける場合を考える。ＬＥＤ電球は光源となるＬＥＤ素子部の温度が高温になると、ＬＥＤ素子の劣化及びＬＥＤ素子周辺に配置した蛍光体の劣化、さらにＬＥＤ素子を封止している透明樹脂の劣化を引き起こす。そして、その結果としてＬＥＤ電球からの光出力が減少し短寿命となる。従来の技術（特許文献１）は、ソケットを構成する部品である受金とこの受金を覆う絶縁外郭との間に空気層が存在するため、強制的に空気を送り強制冷却する場合を除き、一般に電球からの熱を絶縁外郭まで効率的に伝えることが困難であった。これは空気の熱伝導率が例えば０℃のときで２．４×１０−２（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）であり、１００℃でも３．２×１０−２（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）と非常に悪いためである。従来例のように絶縁外郭にスリットを設けても空気の流れがない場合は放熱の効果は期待できない。
【特許文献１】特開平８−１８０７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、受金を有するランプ用ソケットにおいて、ランプの発光により発生した熱を効率的に放散するランプ用ソケットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明のランプ用ソケットは、
口金を有するランプの前記口金を受ける受金と、
前記受金の周囲を覆う外郭部と、
前記ランプの発光により前記受金に発生した熱を前記外郭部に伝導する固体状の熱伝導部と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、受金を有するランプ用ソケットにおいて、ランプの発光により発生した熱を効率的に放散することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
実施の形態として、以下に３つの実施例を示す。実施例１、実施例２はランプ用ソケットの構成に関する。実施例３は、実施例１、あるいは実施例２を採用した場合の熱放散の計算例を示す。なお、以下の実施例１で説明する絶縁性樹脂１０ａ，及び実施例２で説明する絶縁性樹脂１０ｂは、ＬＥＤ電球１１の発光により受金１に発生した熱を絶縁外郭２に伝導する熱伝導部の一例である。
【０００８】
（実施例１）
図１〜図４を用いて実施例１を説明する。実施例１は、口金を有するランプの前記口金を受ける受金を備えたソケットに関するものであり、ランプの発光により受金に発生する熱を放散する構成のソケットに関するものである。
【０００９】
以下の実施例で説明するランプ用ソケットは、口金を有するランプを装着するためのものである。また、以下の実施例では、ランプとしてＬＥＤ電球を例に説明する。
【００１０】
図１は、ＬＥＤ電球の構造を示す。図のように、ＬＥＤ電球１１は、口金５と、１以上のＬＥＤ素子２２が配置される基板２１と、発光体である１以上のＬＥＤ素子２２と、ＬＥＤ素子２２の発光を透過する透光性カバー２０とを備えている。背景技術でも述べたように、ＬＥＤ電球１１は光源となるＬＥＤ素子２２の温度が高温になると、ＬＥＤ素子２２自体が劣化し、また、ＬＥＤ素子２２周辺に配置した蛍光体が劣化し、さらにＬＥＤ素子２２を封止している透光性カバー２０が劣化する。そして、これら劣化の結果として、ＬＥＤ電球１１からの光出力が減少するとともに短寿命になる。
【００１１】
図２は、本実施例１のランプ用ソケット１００の基本構成を示す。図に示すように、ＬＥＤ電球１１が螺旋形状の口金５により受金１に取り付けられる。受金１の形状は、口金５の形状に合わせた螺旋形状である。受金１は略円筒形状の絶縁性樹脂１０ａの円筒内部に収納され、さらに絶縁性樹脂１０ｂは略円筒状形の絶縁外郭２の円筒内部に収容される。絶縁性樹脂１０ａの外観は中空円筒形状であるが、その中空円筒の内面側は、螺旋形状である受金１の形状に合わせて同様に螺旋形状である（後述の図３の断面参照）。なお、図２は受金１、絶縁性樹脂１０ａ、絶縁外郭２の互いの収容関係を説明するための便宜的な図であり、組み立て工程を示すものではない。
【００１２】
図２を参照して、ＬＥＤ電球１１に発生する熱の放散経路について説明する。熱的平衡状態を考えると、ＬＥＤ電球１１の透光性バルブ（透光性カバー２０）内に配置されたＬＥＤ素子２２（図２には示していない）から発生する熱と、外部に放散する熱が等しくなったときＬＥＤ電球１１の各部の温度が定常になる。
（１）熱の放散する「第一の経路」は、図２のように、熱源であるＬＥＤ素子２２から透光性バルブ（透光性カバー２０）内部の封入気体を経由して透光性カバー（透光性カバー２０）に達し外部に放散する経路である。
（２）「第二の経路」は、図２のように、ＬＥＤ素子２２の熱が電路であるＬＥＤ電球１１の口金５を経由し受金１に熱伝導したのち、受金１と絶縁外郭２の間に充填した弾性を有する絶縁性樹脂１０ａに熱伝導し、さらに絶縁性樹脂１０ａから絶縁外郭２に熱伝導し外部に放散する経路である。本実施例１のランプ用ソケット１００は、絶縁性樹脂１０ａを介した「第二の経路」によりＬＥＤ電球１１に発生した熱を放散する。
【００１３】
図３は、ＬＥＤ電球１１がランプ用ソケット１００に取り付けられた状態を示す断面図である。なお、ＬＥＤ電球１１は断面にしていない。図のように、絶縁性樹脂１０ａを中空円筒と見た場合の内面側は、受金１の螺旋形状に対応する螺旋形状である。なお、ＬＥＤ電球１１の口金５とランプ用ソケット１００の受金１との間には隙間があるが、この隙間は、図を見やすくするための便宜的なものである。また、図４は、ＬＥＤ電球１１を除いた場合の図３の断面Ａ−ＡのＸ方向矢視を示す図である。
【００１４】
図２、図３において、受金１は、例えば白熱電球に使われているＥ２６、Ｅ１７、Ｅ１２，Ｅ１１などの受金である。受金１は、ＬＥＤ電球１１の口金５と接触することにより電気的に接続する。
【００１５】
絶縁外郭２は、受金１の周囲を覆う一端が開放した中空円筒形状である。
【００１６】
絶縁性樹脂１０ａは、受金１と絶縁外郭２との間に充填され、弾性を有し、電気的に絶縁性を有し、熱伝導性を有する中空円筒形状の絶縁部材である。絶縁性樹脂１０ａの内面は受金１の外面に接触し、外面は絶縁外郭２に接触している。
【００１７】
図３は、絶縁性樹脂１０ａがランプ用ソケット１００に装着された状態を示しているが、弾性体である絶縁性樹脂１０ａは、受金１と絶縁外郭２とにより圧縮された状態でランプ用ソケット１００に装着されている。絶縁性樹脂１０ａは、受金１と絶縁外郭２との間に圧縮された状態で装着されることにより受金１、絶縁外郭２に密着し、ＬＥＤ電球１１の発光により受金１に発生した熱を絶縁外郭２に伝導する。絶縁外郭２は、絶縁性樹脂１０ａから伝導された熱を大気中に放散する。この場合、絶縁性樹脂１０ａは、ＬＥＤ電球１１の点灯、消灯の繰り返しにより、過熱、冷却の熱サイクルにさらされる。この熱サイクルにより絶縁性樹脂１０ａを形成している樹脂が劣化し、受金１、絶縁外郭２との密着性が低下する場合が予想される。そのため、弾性体である絶縁性樹脂１０ａを圧縮した状態でランプ用ソケット１００に装着することにより、樹脂の劣化が生じた場合にも、絶縁性樹脂１０ａと受金１、絶縁外郭２との密着性を確保し、受金１に発生した熱を絶縁外郭２に伝導することが可能となる。弾性体である絶縁性樹脂１０ａは、少なくとも一部が受金１と絶縁外郭２とにより圧縮された状態でランプ用ソケット１００装着される。
【００１８】
絶縁性樹脂１０ａの材質について説明する。ランプ用ソケット１００の絶縁性樹脂１０ａとしては、例えばシリコーンを使用することができる。前述したように空気の熱伝導率は非常に悪い（０℃で２．４×１０−２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、１００℃で３．２×１０−２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）。これに対し、例えばシリコーンなどの弾性を有する樹脂の熱伝導率は、常温で１．２〜１．３（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）である。これは空気に対して５０倍程度も熱伝導率がよいことになる。なお、本実施の形態の冒頭で述べたように、絶縁性樹脂は熱伝導部の一例である。この熱伝導部として、次の（１）〜（３）の例がある。
（１）シリコーンの他、樹脂に熱伝導性金属粉を充填させた高熱伝導樹脂（金属粉充填樹脂）を用いても構わない。熱伝導性金属粉を充填させた高熱伝導樹脂の場合、熱伝導率は２〜５（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）程度を得ることができる（熱伝導性金属粉充填材による高熱伝導化）。
（２）熱伝導部材として、高熱伝導性フィラーを低融点金属でつなぎ樹脂に混ぜたフィラー添加樹脂でもよい。この場合、熱伝導率は２５（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）程度で非常に高いと考えられる。
（３）上記（１）の「熱伝導性金属粉充填材」と（２）の「フィラー添加樹脂」とをシリコーンでサンドイッチする構造も可能である。
【００１９】
（実施例２）
図５〜図７を用いて実施例２のランプ用ソケット２００を説明する。図５は、ランプ用ソケット２００の断面図を示す。実施例２のランプ用ソケット２００は、実施例１の絶縁性樹脂１０ａに対して、中空円筒形状の内面側を凹凸のない平滑な形状にした絶縁性樹脂１０ｂを用いている。絶縁性樹脂１０ｂは、いわゆるパイプ（管）形状である。実施例２は、この絶縁性樹脂１０ｂを受金１と絶縁外郭２との間で挟持する実施例である。絶縁性樹脂１０ｂをパイプ形状とすることにより、成型が容易となりコスト低減を図ることができる。このことは実施例１の絶縁性樹脂１０ａも同様である。
【００２０】
図６は、絶縁性樹脂１０ｂと受金１との装着関係を説明する図である。絶縁性樹脂１０ｂは一体成型の中空円筒形状でもよいが、図６に示すように中空円筒を、例えば、部分３１〜部分３４の４分割して受金１に装着するようにしても構わない。また、部分３１〜部分３４の４つを装着することなく、部分３１と部分３３とを装着するようにしても良い。
【００２１】
図７は、図６のように絶縁性樹脂１０ｂを４分割した場合の図５の断面Ｂ−ＢのＹ方向矢視である。
【００２２】
（実施例３）
図８用いて実施例３を説明する。図８は、実施例３におけるランプ用ソケット３００の放熱にかかわる要部断面を示す。なおランプ用ソケット３００については、実施例１の絶縁性樹脂１０ａあるいは実施例２の絶縁性樹脂１０ｂの代わりに、熱伝導部１０と呼んでいる。
【００２３】
図８ランプ用ソケット３００にはＬＥＤ電球１１が装着される。ＬＥＤ電球１１は、ＬＥＤ１５を備える。また、電源部１４がＬＥＤ電球１１の口金５の内部に配置されおり、ＬＥＤ１５は、この電源部１４の下側に固定されている。ＬＥＤ電球１１は口金５を有し、また充填材１６が電源部１４と口金５との間に充填されている。
【００２４】
ランプ用ソケット３００は、ランプ用ソケット３００内部に配置された受金１と、ソケットの外郭を構成する絶縁外郭２と、絶縁外郭２と受金１との間に充填された充填材である熱伝導部１０とを備えている。
【００２５】
ＬＥＤ電球１１の性能として重要なのはＬＥＤ１５の内部にあるＬＥＤチップの温度である。このＬＥＤチップの温度を充填材である熱伝導部１０の有り無しの場合に分け計算により求めて示す。
【００２６】
熱源はＬＥＤ１５と電源部１４であるが、ここでは電源部１４（ｒ１で示す円筒部分の外表面）からＬＥＤ１５と電源部１４で発生した熱が円筒状の充填材１６に熱伝導するものとする。
計算条件として以下を設定する。
【００２７】
（１）電源部１４は円筒状で半径ｒ１とする。
（２）充填材１６はドーナツ状円筒形で内側の半径ｒ１であり外側半径ｒ２とする。
（３）口金５は本来螺旋状の形であるが計算の都合上中空の円筒形としており内側半径ｒ２であり、外側半径ｒ３とする。
（４）受金１も本来は螺旋状の形であるが口金５と同様中空の円筒形としており内側半径ｒ３、外側半径ｒ４とする。
（５）充填材である熱伝導部１０は内側半径ｒ４、外側半径ｒ５とする。
（６）絶縁外郭２は内側半径ｒ５、外側半径ｒ６とする。
【００２８】
なお、電源部１４、充填材１６、口金５、受金１、充填材である熱伝導部１０、絶縁外郭２の高さはいずれもＬである。なお、電源の消費電力は０（ゼロ）とした。
【００２９】
ＬＥＤチップとＬＥＤ外郭の間の熱抵抗を６Ｋ／Ｗとしたとき、ＬＥＤチップから絶縁外郭２までの熱抵抗ＲＣは次の（式１）で表すことができる。
ＲＣ＝６＋（ｌｎ（ｒ２／ｒ１）／（２π×Ｌ×１０−３×ｋ１））＋（ｌｎ（ｒ３／ｒ２）／（２π×Ｌ×１０−３×ｋ２））＋（ｌｎ（ｒ４／ｒ３）／（２π×Ｌ×１０−３×ｋ２））＋（ｌｎ（ｒ５／ｒ４）／（２π×Ｌ×１０−３×ｋ３））＋（ｌｎ（ｒ６／ｒ５）／（２π×Ｌ×１０−３×ｋ４））        （式１）
【００３０】
ＬＥＤチップで消費される電力をＱワットとし、ＬＥＤチップと絶縁外郭２の温度差をΔＴとすると
Ｑ＝ΔＴ／ＲＣ      （式２）
となる。
なお、Ｋ１は充填材１６の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、
Ｋ２は口金５の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、
Ｋ３は受金１の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、
Ｋ４は充填材である熱伝導部１０の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、
Ｋ５は絶縁外郭２の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
である。
（式１）に
ｒ１＝５，
ｒ２＝１１．５，
ｒ３＝１２，
ｒ４＝１２．５，
ｒ５＝１３．５，
ｒ６＝３７，
ｋ１＝０．２５，
ｋ２＝４００，
ｋ３＝１．２，
ｋ４＝１．５
を代入してＲＣを求めるとＲＣ＝１７．４（Ｋ／Ｗ）となる。
なお、
ｋ１＝０．２５
はエポキシ樹脂、
ｋ２，ｋ３＝４００
は銅合金，
ｋ４＝１．２
はシリコーン、
ｋ５＝１．５
は磁器の熱伝導率を使用した。
【００３１】
Ｑ＝３とすると（式２）より
ΔＴ＝Ｑ×ＲＣ＝３×１７．４＝５２．２
となる。
すなわち、ＬＥＤチップの温度とソケット外郭の温度差は５２．２℃である。
【００３２】
充填材である熱伝導部１０を使わない場合は、（式１）で
Ｋ４に空気の熱伝導率Ｋ４＝０．０２４
を代入することにより
ＲＣ＝４２．４（Ｋ／Ｗ）
を得る。
Ｑ＝３
のとき、
ΔＴ＝１２７．２
となりＬＥＤチップの温度とソケット外郭の温度差は１２７．２℃となる。
【００３３】
一方、絶縁外郭２の外部側壁から外部に放散される熱は
外部への熱伝達量（Ｗ）＝Ｑ１＝ｈ×２×π×ｒ６×Ｌ×１０−６×ΔＴ
Ｑ１＝０．０１４×ΔＴ、
外部への熱放射（Ｗ）＝Ｑ２＝５．６７×１０−８×ε×  ２×π×ｒ６×Ｌ×１０−６××４×（２７３＋Ｔａ）３×ΔＴ、
Ｑ２＝０．０２３×ΔＴ
となる。εは放射率で、
ε＝０．８
とした。
Ｑ１＋Ｑ２はＬＥＤチップの消費電力と同一であるため３である。
Ｑ１＋Ｑ２＝（０．０１４＋０．０２３）×ΔＴ＝３
ΔＴ＝８１
すなわち、周囲温度を３０℃としたときソケット外郭の温度は
８１＋３０＝１１１℃
となる。また、前述したＬＥＤチップとソケット外郭の温度差が５２．２℃であるため、ＬＥＤチップの温度は
１１１＋５２．２＝１６３．２℃
となる。
充填材である熱伝導部１０を使用しない場合は
１１１＋１２７．２＝２３８．２℃
となる。
この計算例では充填材である熱伝導部１０を用いてもＬＥＤチップの温度が１６３．２℃と高いのでソケットの外表面積を大きくするなどの工夫が必要であるが、充填材である熱伝導部１０を用いない場合に比べ、明らかに温度が低く効果のあることが明白である。
【００３４】
本実施の形態のランプ用ソケットは、ＬＥＤ電球の発光により受金に発生した熱を絶縁外郭に伝導する固体状の熱伝導部を備えたので、ＬＥＤ電球が発生した熱を効率的に放散するので、ＬＥＤ電球の性能を維持することができる。
【００３５】
本実施の形態のランプ用ソケットは、ＬＥＤ電球の発光により受金に発生した熱を絶縁外郭に伝導する固体状の熱伝導部が、弾性体であり、かつ、その少なくとも一部が受金と絶縁外郭とにより圧縮された状態で装着されるので、熱サイクルによる劣化が発生した場合でも受金、絶縁外郭との密着性を確保し、熱を放散することができる。
【００３６】
本実施の形態のランプ用ソケットは、絶縁部が、シリコーンと、所定の樹脂に金属粉が充填された金属粉充填樹脂と、所定の樹脂に熱伝導性を有するフィラーが添加さられたフィラー添加樹脂との少なくともいずれかにより形成されているので、空気よりも効率的に熱を放散することができる。
【００３７】
以上の実施の形態では、受金と外郭部材からなるソケットにおいて、前記受金と前記外郭部材との間に弾性を有する絶縁部材を配置したソケットを説明した。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１におけるＬＥＤ電球１１。
【図２】実施例１におけるランプ用ソケット１００の基本構成。
【図３】実施例１におけるランプ用ソケット１００の断面図。
【図４】実施例１におけるランプ用ソケット１００のＡ−Ａ断面図。
【図５】実施例２におけるランプ用ソケット２００の断面図。
【図６】実施例２における伝導部の装着を説明する図。
【図７】実施例２におけるランプ用ソケット２００のＢ−Ｂ断面図。
【図８】実施例３における計算例を説明する図。
【符号の説明】
【００３９】
１  受金、２  絶縁外郭、３  端子ねじＡ、４  端子ねじＢ、５  口金、６  はんだ電極、７  中心接触電極、８  ねじＡ、９  ねじＢ、１０  熱伝導部、１０ａ，１０ｂ  絶縁性樹脂、１１  ＬＥＤ電球、１２  端子板Ａ、１３  端子板Ｂ、２０  透光性カバー、２１  基板、２２  ＬＥＤ素子、１００，２００，３００  ランプ用ソケット。
【図１】
2007157603.tif 000003
【図２】
2007157603.tif 000004
【図３】
2007157603.tif 000005
【図４】
2007157603.tif 000006
【図５】
2007157603.tif 000007
【図６】
2007157603.tif 000008
【図７】
2007157603.tif 000009
【図８】
2007157603.tif 000010