(57)【要約】【課題】ＬＥＤの放熱効率を格段に向上させてその高寿命化を達成することができるＬＥＤ電球を提供する。【解決手段】ＬＥＤモジュール６の各ＬＥＤパッケージ８が点灯して発熱すると、その発熱は、各ＬＥＤパッケージ８の電極層に面接触するヒートパイプユニット７の受熱板部７Ａに伝熱され、一群のヒートパイプ７Ｂの吸熱端部から放熱端部へと瞬時に移動する。そして、各ヒートパイプ７Ｂの放熱端部に嵌合するヒートシンク４により、口金１とグローブ２との間に臨むヒートシンク４の外周部から効率よく放熱される。その結果、各ＬＥＤパッケージ８の高温化が抑制されて各ＬＥＤパッケージ８の高寿命化が達成される。また、球面板状のモジュール基板５Ａの凸曲面上に配列された複数のＬＥＤパッケージ８の点灯光は、球状に形成されたグローブ２を通して広範囲に照射されるため、その照射領域が拡大する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
口金に接続された電源ユニットを介して給電されることで点灯する複数のＬＥＤを有するＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールを覆って各ＬＥＤの点灯光を透過させるグローブとを備えるＬＥＤ電球であって、
前記ＬＥＤモジュールに吸熱端部が接合することで吸熱する複数のヒートパイプを有するヒートパイプユニットと、このヒートパイプユニットの各ヒートパイプの放熱端部に嵌合することで受熱し、前記口金とグローブとの間に臨む外周部から放熱するヒートシンクとを備えていることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項２】
前記ヒートパイプユニットは、前記ＬＥＤモジュールに接合する受熱板部と、この受熱板部に連続する複数本のヒートパイプとを有し、
前記受熱板部および各ヒートパイプは、溶解可能な合成樹脂材料で成型された芯材の表面にメッキ層を無電解メッキ処理により形成して前記芯材を溶解させることで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球。
【請求項３】
前記ＬＥＤモジュールは、前記グローブ側に膨出する曲面板状に形成されたモジュール基板を有し、このモジュール基板の凸曲面上に前記各ＬＥＤが配列されていることを特徴とする請求項１または２の何れか１項に記載のＬＥＤ電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を発光源とするＬＥＤ電球に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策の一環として省エネルギー化が進められており、照明機器の分野では、白熱電球に比べて消費電力が大幅に小さい電球型蛍光灯が普及しつつある。さらに、この電球型蛍光灯に比べても消費電力が格段に小さく、しかも寿命が圧倒的に長いＬＥＤ電球も商品化されている。
【０００３】
このＬＥＤ電球は、発光源となる複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を有するＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールの各ＬＥＤを点灯させるための電源ユニットと、電源ユニットに給電するように既存の電球ソケットにねじ込まれる口金と、ＬＥＤモジュールを覆って各ＬＥＤの点灯光を透過させるグローブ（またはカバー）とを少なくとも備えたものである。
【０００４】
ここで、特許文献１には、ＬＥＤモジュール（１１Ａ）の各ＬＥＤの発熱を放熱させるための放熱部（１２）を口金（１６）とグローブ（１４）との間に設けた構造が開示されている。同様に、特許文献２には、複数のＬＥＤを取り付ける筒状基体（２）を口金（１０）とカバー部（１３）との間に設け、この筒状基体（２）の外周面には、各ＬＥＤの発熱を放熱させるための放熱部（６）を設けた構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７０１１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−４４３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＬＥＤ電球では、点灯時に各ＬＥＤ（発光ダイオード）が発熱するのであり、その放熱対策が不十分であると、各ＬＥＤ（発光ダイオード）が例えば８０℃以上の高温となってその寿命が大幅に低下する。この点、特許文献１に記載のＬＥＤ電球では、ＬＥＤモジュール（１１Ａ）の各ＬＥＤの発熱を放熱部（１２）の放熱板（１３）から放熱フィン（１７）へと伝熱して自然放熱するようにしているため、各発光ダイオードの放熱効率が十分であるとは言い難い。
【０００７】
同様に、特許文献２に記載のＬＥＤ電球では、各ＬＥＤの発熱を筒状基体（２）の外周面に設けた放熱部（６）から自然放熱するようにしているため、各ＬＥＤの放熱効率が十分であるとは言い難い。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に対応してなされたものであり、ＬＥＤの放熱効率を格段に向上させてその高寿命化を達成することができるＬＥＤ電球を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するため、本発明に係るＬＥＤ電球は、口金に接続された電源ユニットを介して給電されることで点灯する複数のＬＥＤを有するＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールを覆って各ＬＥＤの点灯光を透過させるグローブとを備えるＬＥＤ電球であって、ＬＥＤモジュールに吸熱端部が接合することで吸熱する複数のヒートパイプを有するヒートパイプユニットと、このヒートパイプユニットの各ヒートパイプの放熱端部に嵌合することで受熱し、口金とグローブとの間に臨む外周部から放熱するヒートシンクとを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るＬＥＤ電球では、電球ソケットに口金がねじ込まれた装着状態において、その点灯スイッチがオンされると、口金から電源ユニットを介して給電されることで、ＬＥＤモジュールの各ＬＥＤが点灯し、その点灯光がグローブを通して照射される。
【００１１】
ここで、ＬＥＤモジュールの各ＬＥＤが点灯して発熱すると、その発熱は、ＬＥＤモジュールに吸熱端部が接合するヒートパイプユニットの各ヒートパイプにより、その吸熱端部から放熱端部へと瞬時に移動する。そして、この発熱は、各ヒートパイプの放熱端部に嵌合するヒートシンクにより、口金とグローブとの間に臨むヒートシンクの外周部から効率よく放熱される。その結果、各ＬＥＤの高温化が抑制されて各ＬＥＤの寿命が延びる。
【００１２】
本発明に係るＬＥＤ電球において、ヒートパイプユニットは、ＬＥＤモジュールに接合する受熱板部と、この受熱板部に連続する複数本のヒートパイプとを有するものとし、この受熱板部および各ヒートパイプは、後処理で溶解可能な合成樹脂材料で成型された芯材の表面にメッキ層を無電解メッキ処理により形成して芯材を溶解させることで形成することができる。
【００１３】
本発明に係るＬＥＤ電球において、ＬＥＤモジュールは、グローブ側に膨出する曲面板状に形成されたモジュール基板を有し、このモジュール基板の凸曲面上に各ＬＥＤが配列されていると、グローブを通して照射される各ＬＥＤの点灯光の照射領域が拡大するので好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るＬＥＤ電球では、ＬＥＤモジュールの各ＬＥＤが点灯して発熱すると、その発熱は、ＬＥＤモジュールに吸熱端部が接合するヒートパイプユニットの各ヒートパイプにより、その吸熱端部から放熱端部へと瞬時に移動する。そして、この発熱は、各ヒートパイプの放熱端部に嵌合するヒートシンクにより、口金とグローブとの間に臨むヒートシンクの外周部から効率よく放熱される。その結果、各ＬＥＤの高温化が抑制されて各ＬＥＤの寿命が延びる。すなわち、本発明によれば、各ＬＥＤの放熱効率を格段に向上させることができ、その高寿命化を達成することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、ＬＥＤモジュールのモジュール基板をグローブ側に膨出する曲面板状に形成し、その凸曲面上に各ＬＥＤを配列することで、各ＬＥＤの点灯光の照射領域を一層拡大することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電球の外観を示す正面図である。
【図２】図１に示したＬＥＤ電球の内部構造を示す縦断面図である。
【図３】図２に示したＬＥＤ電球の構成部品を拡大して示す分解正面図である。
【図４】図３に示したＬＥＤモジュールの構造を示す底面図である。
【図５】図４に示したＬＥＤパッケージの構造を拡大して示す縦断面図である。
【図６】図３に示したヒートパイプユニットの構造を示す平面図である。
【図７】図３に示したヒートシンクの構造を示す底面図である。
【図８】一実施形態に係るＬＥＤ電球の照射領域を示す図１に対応した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して本発明に係るＬＥＤ電球の実施の形態を説明する。図１に示すように、一実施形態のＬＥＤ電球は、図示しない既存の電球ソケットにねじ込まれる口金１と、点灯光が透過するグローブ２との間に、筒状ホルダ３およびヒートシンク４が配設された構造を有する。そして、図２に示すように、筒状ホルダ３内には電源ユニット５が配置され、グローブ２の内側にはＬＥＤモジュール６およびヒートパイプユニット７が配設されている。
【００１８】
口金１は、シェル部１Ａおよびアイレット部１Ｂを有するエジソンタイプのものであり、そのシェル部１Ａおよびアイレット部１Ｂには電源ユニット５の交流入力側の２本のリード線（図示省略）が半田付け接続されている。そして、この口金１の開口端部の内周には、筒状ホルダ３の一端部がシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤により接着固定されている。
【００１９】
グローブ２は、ＬＥＤモジュール６の点灯光を透過させるカバー部材であり、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル樹脂などの透明樹脂に適宜の光拡散剤を混入して成形されており、いわゆるすりガラス状の外観を呈する。このグローブ２の開口端部には、ヒートシンク４の外周部に装着するための嵌合段部２Ａが形成されており、この嵌合段部２Ａがシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤によりヒートシンク４の外周部に接着固定されている。
【００２０】
筒状ホルダ３は、耐熱性を有する例えばＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂により、短いテーパ筒状に一体成型されている。この筒状ホルダ３の一端部には、口金１の開口端部の内周に嵌合して接着固定される小径の嵌合筒部３Ａが形成されている。また、筒状ホルダ３の他端部には、ヒートシンク４の一端部にインロー嵌合してシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤により接着固定される大径の嵌合縁部３Ｂが形成されている。
【００２１】
ヒートシンク４は、例えばアルミニウム合金などの熱伝導性の良好な材料により、短円柱状に形成されている。このヒートシンク４の一端部には、筒状ホルダ３の大径の嵌合縁部３Ｂにインロー嵌合して接着固定される嵌合縁部４Ａが形成されている。また、ヒートシンク４の中間部の外周には、グローブ２の開口端部に形成された嵌合段部２Ａを挟み込んで接着固定する嵌合溝４Ｂが形成されている。
【００２２】
電源ユニット５には、口金１のシェル部１Ａおよびアイレット部１Ｂから図示しないリード線を介して供給される交流を直流に変換するダイオードブリッジ回路などの整流回路、整流された直流の電圧を所定電圧に制御する電圧制御回路、過電流を遮断するヒューズやサージ電流を遮断するサーミスタなどを有する保護回路などが組み込まれている。そして、この電源ユニット５の直流出力側の２本のリード線（図示省略）が後述するＬＥＤモジュール６の回路パターン６Ｅの半田付け接続されている。
【００２３】
図３および図４に示すように、ＬＥＤモジュール６は、発光源となる複数のＬＥＤを実装するためのモジュール基板６Ａを有する。このモジュール基板６Ａは、耐熱性があって熱伝導性の高いポリカーボネート（ＰＣ）などの合成樹脂により、外面がグローブ２側に３次元的に膨出する曲面板状に一体成型されている。すなわち、モジュール基板６Ａは、断面が円弧状の球面板状に形成されたＬＥＤ実装部６Ｂの外周にツバ部６Ｃが連続した形状に形成されている。そして、このＬＥＤ実装部６Ｂには、ＬＥＤを実装するための複数の装着穴６Ｄが所定のパターンに配列して形成されている。
【００２４】
モジュール基板６Ａのツバ部６Ｃは、ヒートシンク４の他端部に接着やねじ止めなどの適宜の手段で固定されている。そして、モジュール基板６ＡのＬＥＤ実装部６Ｂの各装着穴６Ｄには、それぞれＬＥＤパッケージ８がその投光方向をグローブ２側に向けた半突出状態で嵌め込まれている（図５参照）。そして、各ＬＥＤパッケージ８に給電するための回路パターン６Ｅがツバ部６ＣとＬＥＤ実装部６Ｂとに跨って形成されている。この回路パターン６Ｅは、例えば、銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），銀（Ａｇ）のメッキ層を順次積層した３層構造の導電メッキ層で構成されている。
【００２５】
ＬＥＤパッケージ８は、図５に示すように、ポリカーボネート（ＰＣ）やセラミックスからなる薄型ボックス状のキャビティ基体８Ａに形成されたリフレクタ凹部８Ｂの底部にＬＥＤチップ８Ｃが配置され、このＬＥＤチップ８Ｃがリフレクタ凹部８Ｂに充填された封入樹脂８Ｄにより封入された構造を有する。
【００２６】
ＬＥＤパッケージ８のリフレクタ凹部８Ｂの底部には、モジュール基板６ＡのＬＥＤ実装部６Ｂに形成された回路パターン６ＥにＬＥＤチップ８Ｃを接続するための電極層８Ｅが露出状態で形成されている。なお、図示省略したが、リフレクタ凹部８Ｂの周壁面には、ＬＥＤチップ８Ｃの点灯光を反射するリフレクタ用のメッキ層が形成されている。
【００２７】
ヒートパイプユニット７は、ＬＥＤモジュール６のモジュール基板６Ａに実装された各ＬＥＤパッケージ８の発熱をヒートシンク４側に瞬時に移動させるためのものである。このヒートパイプユニット７は、図３および図６に示すように、モジュール基板６ＡのＬＥＤ実装部６Ｂの内面の凹球面に接合する曲面板状に形成された受熱板部７Ａと、この受熱板部７Ａの内面にそれぞれ基端部が連続して放射状に植設された複数本のヒートパイプ７Ｂとを有する。各ヒートパイプ７Ｂは、相互に平行に受熱板部７Ａの内面から突出し、その先端部が平面状に揃えられている。
【００２８】
ヒートパイプユニット７の受熱板部７Ａは、熱伝導性の高い銅やニッケルなどで形成されており、ＬＥＤモジュール６を構成するモジュール基板６ＡのＬＥＤ実装部６Ｂの内面に接合されている。この受熱板部７Ａには、各ＬＥＤパッケージ８の電極層８Ｅが面接触状態で接着されている。
【００２９】
ヒートパイプユニット７の受熱板部７Ａおよび複数本のヒートパイプ７Ｂは、後処理で溶解可能な合成樹脂材料で成型された芯材の表面に銅やニッケルなどの導電性金属のメッキ層を無電解メッキ処理により形成し、その後、芯材を溶解させることで形成される。すなわち、受熱板部７Ａは、中子材の曲面板状部分の内面に形成された導電性金属のメッキ層自体で構成され、複数本のヒートパイプ７Ｂは、中子材の複数本の棒状部分の外周面に形成された導電性金属のメッキ層からなる複数本のパイプ内に、それぞれウィックおよび作動液（冷媒液）を充填し、内部を真空化して基端部の開口を封止することで形成される。
【００３０】
なお、前述した中子材を成型する合成樹脂材料としては、例えば２５〜９５℃に保たれた水中に２〜３５時間ほど浸漬されることで溶解するポリビニールアルコール（ＰＶＡ）や、２５〜７０℃に保たれたアルカリ溶液（水酸化ナトリウム溶液や水酸化カリウム溶液）または酸性溶液中に１〜１２０分ほど浸漬されることで溶解するポリ乳酸樹脂が使用可能であり、さらに、Nメチル２ピロリドンの溶液で溶解するＡＢＳ樹脂も使用可能である。
【００３１】
ここで、図３および図７に示すように、ヒートシンク４の他端面には、ヒートパイプユニット７の複数本のヒートパイプ７Ｂが嵌合する複数の嵌合孔４Ｃが開口されている。そして、各嵌合孔４Ｃには、各ヒートパイプ７Ｂが密着状態で嵌合されている。
【００３２】
以上のように構成された一実施形態に係るＬＥＤ電球では、図示しない電球ソケットに口金１がねじ込まれた装着状態において、その点灯スイッチがオンされると、電源ユニット５の直流出力側から所定電圧に制御された直流電流がＬＥＤモジュール６の回路パターン６Ｅに供給されることにより、モジュール基板６ＡのＬＥＤ実装部６Ｂに実装された複数のＬＥＤパッケージ８の各ＬＥＤチップ８Ｃが点灯し、その点灯光がグローブ２を通して照射される。
【００３３】
ここで、各ＬＥＤパッケージ８のＬＥＤチップ８Ｃが点灯して発熱すると、その発熱は、各ＬＥＤパッケージ８のリフレクタ凹部８Ｂの底部に露出する電極層８Ｅに面接触するヒートパイプユニット７の受熱板部７Ａに伝熱され、一群のヒートパイプ７Ｂの基端部側の吸熱端部から先端部側の放熱端部へと瞬時に移動する。
【００３４】
そして、一群のヒートパイプ７Ｂの放熱端部に移動した熱は、各ヒートパイプ７Ｂの放熱端部に密着状態で嵌合する各嵌合孔４Ｃからヒートシンク４に良好に伝熱され、口金１とグローブ２との間に臨むヒートシンク４の外周部から効率よく放熱される。その結果、各ＬＥＤチップ８Ｃの高温化が抑制されて各ＬＥＤチップ８Ｃの寿命が大幅に延びる。
【００３５】
また、一実施形態のＬＥＤ電球では、ＬＥＤモジュール６を構成するモジュール基板６ＡのＬＥＤ実装部６Ｂがグローブ２側に３次元的に膨出する球面板状（曲面板状）に形成されており、その球面板状のＬＥＤ実装部６Ｂの各装着穴６Ｄに各ＬＥＤパッケージ８が半突出状態に嵌め込まれて装着されているため、各ＬＥＤパッケージ８の点灯光は、グローブ２を通して広範囲に照射されるようになり、その照射領域は図８に示す角度範囲θまで拡大する。
【００３６】
すなわち、一実施形態のＬＥＤ電球によれば、複数のＬＥＤパッケージ８の各ＬＥＤチップ８Ｃの放熱効率を格段に向上させることができ、その高寿命化を達成することができる。また、各ＬＥＤパッケージ８の点灯光の照射領域を一層拡大することができる。
【００３７】
本発明のＬＥＤ電球は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、ヒートシンク４の外周面には、複数の放熱フィンを形成することができる。また、グローブ２は、光拡散剤が混入されていない透明な外観や、乳白色などの半透明の外観を呈する合成樹脂製であってもよいし、すりガラスや乳白色または透明のガラス製であってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  ：口金
１Ａ：シェル部
１Ｂ：アイレット部
２  ：グローブ
２Ａ：嵌合段部
３  ：筒状ホルダ
３Ａ：嵌合筒部
３Ｂ：嵌合縁部
４  ：ヒートシンク
４Ａ：嵌合縁部
４Ｂ：嵌合溝
４Ｃ：嵌合孔
５  ：電源ユニット
６  ：ＬＥＤモジュール
６Ａ：モジュール基板
６Ｂ：ＬＥＤ実装部
６Ｃ：ツバ部
６Ｄ：装着穴
６Ｅ：回路パターン
７  ：ヒートパイプユニット
７Ａ：受熱板部
７Ｂ：ヒートパイプ
７Ｃ：ヒートパイプ
８  ：ＬＥＤパッケージ
８Ａ：キャビティ基体
８Ｂ：リフレクタ凹部
８Ｃ：ＬＥＤチップ
８Ｄ：封入樹脂
８Ｅ：電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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