(57)【要約】     【課題】既存蛍光灯のスタータ方式がインバータ以外の方式に対応可能で、ノイズの発生が少なく、寿命が長く、ＬＥＤ素子光源から発生した熱を系外に高効率で拡散、放熱させることができる放熱促進膜が塗布されたヒートシンクを有するＬＥＤ照明管及びこの照明管を用いたＬＥＤ照明装置を提供する。    【解決手段】スタータ方式がグロー１灯式またはラピッド１灯式並びにラピッド２灯式の既存の蛍光灯照明管６０のソケット６２にそのまま装着可能な、上部にヒートシンク８を有する蛍光灯型ＬＥＤ照明管５０である。ＬＥＤ制御回路２０は、既存蛍光灯６０の安定器６３の出力電圧をしきい値として、蛍光灯照明管６０に内蔵されているリレー２１〜２４がスタータ方式に対応して自動的に切替える。また、ヒートシンク８には、放熱促進膜１０３が塗布されており、光源から発生した熱を系外に高効率で放熱させる。【選択図】  図２
2010212043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存の蛍光灯照明管のソケットにそのまま装着可能な蛍光灯型ＬＥＤ照明管であって、
基板と、前記基板の照明方向側に実装された複数のＬＥＤ素子と、該複数のＬＥＤ素子の点灯制御をするＬＥＤ制御回路と、前記基板及び前記ＬＥＤ制御回路を包囲するとともに、前記複数のＬＥＤ素子の発光を外部に拡散させる筒体と、前記筒体の両端部を閉塞するとともに、前記ＬＥＤ制御回路を既存の蛍光灯照明管のソケットに接続可能なＪＩＳ規格の口金と、該口金と前記基板とを接続する接続具とを備え、
前記ＬＥＤ制御回路は、スタータ方式がグロー１灯式またはラピッド１灯式並びにラピッド２灯式の既存蛍光灯に内蔵されている安定器の出力電圧をしきい値として、前記ＬＥＤ素子を前記いずれかのスタータ方式に対応すべく直列又は並列に切り替えるリレーを備えることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記ＬＥＤ制御回路は、該ＬＥＤ制御回路のスタータ方式が、グロー１灯式またはラピッド１灯式に内蔵されている安定器の出力が交流２００Ｖの電圧の商用電源が入力されている場合はリレーによって複数のＬＥＤ素子が直列接続され、
一方、スタータ方式が、ラピッド２灯式に内蔵されている安定器の出力が交流２９０Ｖの電圧の商用電源が印加された場合は、前記リレーを切り替え、一列当り１４５Ｖの電圧で前記直列接続されたＬＥＤの一部を並列回路に切り替えて動作するように構成したことを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記筒体及び接続具は、該接続具側に係止部を、前記口金側に被係止部を設けることにより、接続具の両端部が口金に内挿された状態で管軸周りに所定角度(θ)の範囲内で回動可能であることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管と、
スタータ方式が、既存のグロースタート式蛍光灯器具本体又は既存のラピッドスタート式蛍光灯器具本体と、から成ることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
既存の蛍光灯照明管のソケットにそのまま装着可能な蛍光灯型ＬＥＤ照明管であって、
基板と、前記基板の照明方向側に実装された複数のＬＥＤ素子と、該複数のＬＥＤ素子の点灯制御をするＬＥＤ制御回路と、前記基板及び前記ＬＥＤ制御回路を包囲するとともに、前記複数のＬＥＤ素子の発光を外部に拡散させる筒体と、前記筒体の両端部を閉塞するとともに、前記ＬＥＤ制御回路を既存の蛍光灯照明管のソケットに接続可能なＪＩＳ規格の口金と、該口金と前記基板とを接続する接続具とを備え、
前記基板に、前記ＬＥＤ制御回路からの発熱を系外に放熱させるためのヒートシンクを、その放熱部の少なくとも一部が前記筒体外に位置するように設けるとともに、
更に、該ヒートシンクの前記放熱部に放熱を促進させるための放熱促進膜を形成させることにより、前記ＬＥＤ制御回路から発生した熱を系外に放熱させることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項６】
請求項５に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記放熱促進膜は、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーと、遠赤外線放射性物質の顔料と、溶媒とを備えた無機塗料を塗布・乾燥することにより形成された塗布膜であって、
前記アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワーク及び残存するシラノール基により構成される被膜により前記熱伝導性と前記放熱性と前記絶縁性とを発揮せしめたものであり、
前記ヒートシンクの放熱部の放熱面積は、少なくとも１５ｃｍ２/Wを有することを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項７】
請求項５または６に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合で配合することにより、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行う素材を塗布したヒートシンクを備えることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項８】
請求項５〜７のうちのいずれか１項に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランとジアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から１.８対７.２対１の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行う素材を塗布したヒートシンクを備えることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項９】
請求項５〜８のうちのいずれか１項に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料を備えたことを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項１０】
請求項５〜９のうちのいずれか１項に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記顔料が、前記第１の顔料に加え、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含む第２の顔料、または、前記第１および第２の顔料に、第３の顔料であるカーボン（Ｃ）を備えたことを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項１１】
請求項５〜１０のうちのいずれか１項に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記溶媒が、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、
前記熱伝導・放熱性塗布膜形成の際に前記溶媒を揮発させることによりポーラス構造を形成せしめることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項１２】
請求項５〜１１のうちのうちのいずれか１項に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記基板は、アルミニューム若しくは銅又はこれらを含む合金からなることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項１３】
請求項５〜１２のうちのいずれか１項に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、
前記放熱促進膜の熱伝導率は、０．５Ｗ〜３Ｗ／ｍ・ｋの範囲内のものであることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【請求項１４】
既存の蛍光灯照明管のソケットにそのまま装着可能な蛍光灯型ＬＥＤ照明管であって、
基板と、前記基板の照明方向側に実装された複数のＬＥＤと、該複数のＬＥＤの点灯制御をするＬＥＤ制御回路と、前記基板及び前記ＬＥＤ制御回路を包囲するとともに、前記複数のＬＥＤ素子の発光を外部に拡散させる筒体と、前記筒体の両端部を閉塞するとともに、前記ＬＥＤ制御回路を既存の蛍光灯照明管のソケットに接続可能なＪＩＳ規格の口金と、該口金と前記基板とを連結する接続具とを備え、
前記ＬＥＤ制御回路は、スタータ方式がグロー１灯式またはラピッド１灯式並びにラピッド２灯式の既存蛍光灯に内蔵されている安定器の出力電圧をしきい値として、前記ＬＥＤ素子を前記いずれかのスタータ方式に対応すべく直列又は並列に切り替えるリレーを備え、
更に、前記基板に、前記ＬＥＤ制御回路からの発熱を系外に放熱させるためのヒートシンクを、その放熱部の少なくとも一部が前記筒体外に位置するように設け、前記ヒートシンクの外周面に、請求項５〜１３のうちのいずれか１項に記載の放熱促進膜を形成させることにより、前記ＬＥＤ制御回路から発生した熱を系外に放熱させることを特徴とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既存の蛍光灯のソケットに着脱可能な、ＬＥＤ素子を光源とする蛍光灯型ＬＥＤ照明管と、この照明管を装着した蛍光灯型ＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用又は産業用の蛍光灯の管球（灯具）として、両端部に既存の蛍光灯本体のソケットに着脱可能な端子を有し、従来の蛍光灯と同一長さの直管の内部に光源として複数の発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ素子」と略称する。）とその点灯回路を内蔵させた、いわゆる蛍光灯型ＬＥＤ照明管（以下、「ＬＥＤ照明管」と略称する。）が普及しつつある（例えば特許文献１〜３）。
【０００３】
その普及理由は、初期購入費は既存の蛍光灯よりは高くつくが、電気代が安いこと、寿命が格段に長いこと等々の、デメリットを上回る多くのメリットがあるからである。
【０００４】
また、電気消費量が少なく、長寿命であるというＬＥＤ素子の利点は、省エネルギーに直結し、最近では環境にやさしい商品として一段と重要性が増している。
【０００５】
しかし、ＬＥＤ照明管が既存蛍光灯の本体に支障なく装着され、ＬＥＤ素子が光源としての本来の寿命を全うするまで点灯し続けるには、次の２つの問題がある。
【０００６】
まず、第１の問題点は、市販されている既存の蛍光灯には、スタータ方式がグロー式と、ラピッド式と、インバータ式の３方式が混在していることである。
【０００７】
したがって、既存の蛍光灯本体に着脱するＬＥＤ照明管としては、全てのスタータ方式に対応できる形式のものが望ましく、このような先行技術も存在する（例えば特許文献２）。
【０００８】
しかし、インバータ方式は、他の２方式に比べるとまだ歴史が浅いため普及度が低く、また、製造メーカ各社の規格がまちまちであると同時にインバータ回路は高周波回路で構成されていることから、最適にＬＥＤ点灯回路を適合させるためには、より多くの部品を要する可能性が高く、仮に装着可能にしたとしても、コストアップとなるために現実的とはいえない。事実、インバータ回路が通常の蛍光灯を点灯させるために、ヒーター電流、温度、電圧の推移などさまざまな電気的な変動をマイコンなどの回路手段によって測定している場合が多い。また、インバータ方式は、構成部品が多く、仮に既存の蛍光灯本体に装着可能にさせたとしてもコストアップとなるため現実的ではない。
【０００９】
これに対し、歴史が古く圧倒的に市場に数多く出回っているタイプは、グロー式とその後に登場したラピッド式の２方式である。したがって、市場での普及度と、ＬＥＤ照明管１本当たりの製造コストとを考えた場合、スタータ方式がグロー式とラピッド式のいずれの方式にも対応できるＬＥＤ照明管が存在すれば、現実的には実用的、かつ経済的であるといえる。
【００１０】
次に、第２の問題点は、ＬＥＤ照明管の光源から発生する熱の放熱対策である。
【００１１】
すなわち、ＬＥＤ素子は、蛍光灯の定格にもよるが１本当り数百個を筒体内に内蔵させるのであるが、これらから電気（照明）エネルギーとして活用できる割合は変換効率が悪く、約３０％に対し、あとの７０％は全て熱となって放熱し、筒体内部に蓄熱される。したがって、一般にＬＥＤ照明管１本が放出する放熱量は、既存タイプのものよりもＬＥＤ照明管の方が多くなる。この場合、何らの放熱対策も講じずに放置しておくと、筒体内部の温度が上昇し、遂には内部の半導体やその制御回路の破壊を招く。特に半導体素子は熱に弱く、かつ誤動作も生じやすいために積極的な放熱対策が必要となる。
【００１２】
このようなことから、ＬＥＤ照明管内のＬＥＤ素子や半導体回路等から発生する熱を速やかに筒体外に積極的に拡散させ、放熱させる技術が必要であり、従来技術には基板の背面にヒートシンクやヒートパイプ等を設けたものがあった（例えば特許文献３）。
【００１３】
しかし、かかる従来技術のものは、そのヒートシンク素材の持つ熱容量だけで十分な放熱効果を得るためにはより大きな伝熱面積を必要とするが、これではいずれの従来技術のタイプのものもＬＥＤ照明管全体の占有体積が増加し、また、照明管の重量も重くなるため、既存蛍光灯への着脱が困難、かつコストアップになるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−３５１４０２号公報（請求項１、図６）
【特許文献２】特開２００８−２７７１８８号公報（請求項１、図５）
【特許文献３】特開２００７−２８０７３９号公報（請求項１、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、本発明の第１の目的は、既存蛍光灯のスタータ方式がグロー１灯式、ラピッド一灯式及びラピッド２灯式のいずれのタイプのものであっても、従来どおりの装着が可能で、かつノイズの発生が少なく、寿命が長く、簡易な構造で低コストの地球環境に易しいＬＥＤ照明管及びこの照明管を用いた蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（以下、「ＬＥＤ照明装置」と略称する。）を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第２の目的は、外形形状が既存蛍光灯本体の筐体にヒートシンクの大きさを大きくすることなく適用可能で、ＬＥＤ素子回路で発生した熱を高効率で拡散、放熱させることができる高効率放熱ヒートシンクを備えたＬＥＤ照明管及びこの照明管を用いたＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、既存の蛍光灯照明管のソケットにそのまま装着可能な蛍光灯型ＬＥＤ照明管であって、基板と、前記基板の照明方向側に実装された複数のＬＥＤ素子と、該複数のＬＥＤ素子の点灯制御をするＬＥＤ制御回路と、前記基板及び前記ＬＥＤ制御回路を包囲するとともに、前記複数のＬＥＤ素子の発光を外部に拡散させる筒体と、前記筒体の両端部を閉塞するとともに、前記ＬＥＤ制御回路を既存の蛍光灯照明管のソケットに接続可能なＪＩＳ規格の口金と、該口金と前記基板とを接続する接続具とを備え、前記ＬＥＤ制御回路は、スタータ方式がグロー１灯式またはラピッド１灯式並びにラピッド２灯式の既存蛍光灯に内蔵されている安定器の出力電圧をしきい値として、前記ＬＥＤ素子を前記いずれかのスタータ方式に対応すべく直列又は並列に切り替えるリレーを備えることを特徴とする。
【００１８】
（２）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（１）の発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記ＬＥＤ制御回路は、該ＬＥＤ制御回路のスタータ方式が、グロー１灯式またはラピッド１灯式に内蔵されている安定器の出力が交流２００Ｖの電圧の商用電源が入力されている場合は、リレーによって複数のＬＥＤ素子が直列接続され、一方、スタータ方式が、ラピッド２灯式に内蔵されている安定器の出力が交流２９０Ｖの電圧の商用電源が印加された場合は、前記リレーを切り替え、１列当り１４５Ｖの電圧で前記直列接続されたＬＥＤの一部を並列回路に切り替えて動作するように構成したことを特徴とする。
【００１９】
（３）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（１）又は（２）に記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記筒体及び接続具は、該接続具側に複数の係止部を、前記口金側に被係止部を設けることにより、接続具の両端部が口金に内挿された状態で管軸周りに所定角度(θ)の範囲内で回動可能であることを特徴とする。
【００２０】
（４）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明装置は、上記（１）〜（３）のうちのいずれかに記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管と、スタータ方式がグロー１灯式若しくはラピッド１灯式又はラピッド２灯式の既存蛍光灯本体と、から成ることを特徴とする。
【００２１】
（５）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、既存の蛍光灯照明管のソケットにそのまま装着可能な蛍光灯型ＬＥＤ照明管であって、基板と、前記基板の照明方向側に実装された複数のＬＥＤ素子と、該複数のＬＥＤ素子の点灯制御をするＬＥＤ制御回路と、前記基板及び前記ＬＥＤ制御回路を包囲するとともに、前記複数のＬＥＤ素子の発光を外部に拡散させる筒体と、前記筒体の両端部を閉塞するとともに、前記ＬＥＤ制御回路を既存の蛍光灯照明管のソケットに接続可能なＪＩＳ規格の口金と、該口金と前記基板とを接続する接続具とを備え、前記基板に、前記ＬＥＤ制御回路からの発熱を系外に放熱させるためのヒートシンクを、その放熱部の少なくとも一部が前記筒体外に位置するように設けるとともに、更に、該ヒートシンクの前記放熱部に放熱を促進させるための放熱促進膜を形成させることにより、前記ＬＥＤ制御回路から発生する熱を系外に放熱させることを特徴とする。
【００２２】
（６）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（５）の発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記放熱促進膜は、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーと、遠赤外線放射性物質の顔料と、溶媒とを備えた無機塗料を塗布・乾燥することにより形成された塗布膜であって、前記アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワーク及び残存するシラノール基により構成される被膜により前記熱伝導性と前記放熱性と前記絶縁性とを発揮せしめたものであり、前記ヒートシンクの放熱部の放熱面積は、少なくとも１５ｃｍ２/Wを有することを特徴とする。
【００２３】
（７）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（５）又は（６）の発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合で配合することにより、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行う素材を塗布したヒートシンクを備えることを特徴とする。
【００２４】
（８）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（５）〜（７）のうちのいずれかに記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランとジアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から１.８対７.２対１の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行う素材を塗布したヒートシンクを備えることを特徴とする。
【００２５】
（９）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（５）〜（８）のうちのいずれかに記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料を備えることを特徴とする。
【００２６】
（１０）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（５）〜（９）のうちのいずれかに記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記顔料が、前記第１の顔料に加え、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含む第２の顔料、または、前記第１および第２の顔料に、第３の顔料であるカーボン（Ｃ）を備えることを特徴とする。
【００２７】
（１１）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（５）〜（１０）のうちのいずれかに記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記溶媒が、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、前記熱伝導・放熱性塗布膜形成の際に前記溶媒を揮発させることによりポーラス構造を形成せしめることを特徴とする。
【００２８】
（１２）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（５）〜（１１）のうちのいずれかに記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記基板は、アルミニューム若しくは銅又はこれらを含む合金からなることを特徴とする。
【００２９】
（１３）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、上記（５）〜（１２）のうちのいずれかに記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管において、前記放熱促進膜の熱伝導率は、０．５Ｗ〜３Ｗ／ｍ・ｋの範囲内のものであることを特徴とする。
【００３０】
（１４）本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明管は、既存の蛍光灯照明管のソケットにそのまま装着可能な蛍光灯型ＬＥＤ照明管であって、基板と、前記基板の照明方向側に実装された複数のＬＥＤと、該複数のＬＥＤの点灯制御をするＬＥＤ制御回路と、前記基板及び前記ＬＥＤ制御回路を包囲するとともに、前記複数のＬＥＤ素子の発光を外部に拡散させる筒体と、前記筒体の両端部を閉塞するとともに、前記ＬＥＤ制御回路を既存の蛍光灯照明管のソケットに接続可能なＪＩＳ規格の口金と、該口金と前記基板とを連結する接続具とを備え、前記ＬＥＤ制御回路は、スタータ方式がグロー１灯式またはラピッド１灯式並びにラピッド２灯式の既存蛍光灯に内蔵されている安定器の出力電圧をしきい値として、前記ＬＥＤ素子を前記いずれかのスタータ方式に対応すべく直列又は並列に切り替えるリレーを備え、
更に、前記基板に、前記ＬＥＤ制御回路からの発熱を系外に放熱させるためのヒートシンクを、その放熱部の少なくとも一部が前記筒体外に位置するように設け、
前記ヒートシンクの外周面に、上記（５）〜（１３）のうちのいずれかに記載の放熱促進膜を形成させることにより、前記ＬＥＤ制御回路から発生した熱を系外に拡散、放熱させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
上記（１）及び（２）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上述した第１の問題点を解決できる。
【００３２】
すなわち、既存蛍光灯のスタータ方式がグロー１灯式、ラピッド一灯式及びラピッド２灯式のいずれのタイプのものであっても、従来どおりの装着が可能で、ノイズの発生が少なく、寿命が長い、簡易構造で低コストの地球環境に易しいＬＥＤ照明管を得ることができる。特に上記既存蛍光灯のスタータ方式に対応するために、既存蛍光灯の安定器の出力電圧をしきい値としてＬＥＤ素子の制御回路を自動的に並列又は直列に切替えるリレーを用いたので、切り替え動作が確実で、ノイズが少なく、長寿命且つ低コストのＬＥＤ照明管が得られる。
【００３３】
上記（３）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上記（１）又は（２）に記載のＬＥＤ照明管の効果に加え、ＬＥＤ照明管の光源部を、接続具の両端部が口金に内挿された状態で管軸周りに所定角度(θ)の範囲内で回動できるので、ユーザは所望場所の照度を容易に上げることができ、利便性の高いＬＥＤ照明管が得られる。
【００３４】
上記（４）に記載のＬＥＤ照明装置によれば、上記（１）〜（３）のうちのいずれかのＬＥＤ照明管の効果に加え、上記（１）〜（３）のうちのいずれかに記載の蛍光灯型ＬＥＤ照明管と、スタータ方式がグロー１灯式若しくはラピッド１灯式又はラピッド２灯式の既存蛍光灯本体とを用いるので、上記ＬＥＤ照明管の効果をそのまま備えたＬＥＤ照明装置が得られる。
【００３５】
すなわち、既存の蛍光灯のスタータ方式がグロー１灯式、ラピッド１灯式及びラピッド２灯式のいずれの形式から成るものであっても、本発明のＬＥＤ照明管に内蔵されているリレーが既存蛍光灯の変圧器の出力電圧をしきい値として自動的に切り替って対応するので、ユーザはノイズの少ない、低コストで利便性の非常に高いＬＥＤ照明装置を得ることができる。
【００３６】
上記（５）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上述した第２の問題点を解決できる。
【００３７】
すなわち、ヒートシンクの放熱部に放熱を促進させるための放熱促進膜を形成させたので、本発明の第２の目的である外形形状が既存蛍光灯本体の筐体にヒートシンクの大きさを大きくすることなく適用可能で、ＬＥＤ素子回路で発生した熱を系外に高効率で拡散、放熱可能な高効率放熱ヒートシンクを備えたＬＥＤ照明管を得ることができる。
【００３８】
上記（６）〜（８）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上記（５）記載のＬＥＤ照明管の効果に加え、高効率熱伝導・放熱性塗布膜にはＳｉ−Ｏネットワークが全体を全通しているので、Ｓｉ−Ｏネットワークを伝わることにより熱が効率よく運搬され、高い熱伝導率が得られる。
【００３９】
また、無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているのでＬＥＤ素子の点灯中において熱伝導率が落ちることはない。
【００４０】
また、アルコシキシドバインダーの組成を工夫することにより、塗料中に存在する強靭なＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成とシラノール基の残存量を制御することができ、放熱性、耐熱性、基材への強い付着性、靭性を同時に得ることができる。また、Ｓｉ−Ｏネットワーク素材をある程度まで形成しておくことにより膜が形成される過程における収縮率が小さくなり残留応力が小さくなり基材への付着力が向上する。
【００４１】
さらに、ヒートシンクの放熱部の放熱面積は、少なくとも１５ｃｍ２/Wを有するので、ＬＥＤ素子及びその制御回路を焼損させることなく、発生した熱を系外に高効率で確実に拡散、放熱させることができる。
【００４２】
上記（９）〜（１０）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上記（６）〜（９）のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明管の効果に加え、顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料、またはこの第１の顔料に加え、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含む第２の顔料、または、前記第１および第２の顔料に、第３の顔料であるカーボン（Ｃ）を加えるようにしたので、これら顔料を含む無機放熱膜用塗料により、遠赤外線放射波長領域において高温領域から低温領域まで効率の高い変換を得ることができる。
【００４３】
上記（１１）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上記（５）〜（１０）のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明管の効果を有するうえ、さらに、溶媒が、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、前記熱伝導・放熱性塗布膜形成の際に前記溶媒を揮発させることにより、ピンホールの少ない膜全体としてさらに優れた熱伝導性を得ることができる。
【００４４】
上記（１２）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上記（５）〜（１１）のうちのうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明管の効果に加え、基板材質が少なくともアルミニュームと銅とを含む金属からなるので、ヒートシンクへの熱伝導性が向上し、速やかなる系外への拡散、放熱効果を達成することができる。
【００４５】
上記（１３）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上記（５）〜（１２）のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明管の効果に加え、ヒートシンクの放熱促進膜の熱伝導率が、０．５Ｗ〜３Ｗ／ｍ・ｋの範囲内のものであるので、ＬＥＤ素子及びその制御回路からの発熱を確実に系外に放熱させることができる。
【００４６】
上記（１４）に記載のＬＥＤ照明管によれば、上述した（１）〜（３）のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明管の効果と、上述した（５）〜（１３）のうちのうちのいずれかに記載したＬＥＤ照明管と、の効果を同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るＬＥＤ照明管を、既存の蛍光灯本体に装着して本発明に係るＬＥＤ照明装置とした例の全体斜視図である。
【図２】図１中に記載されているＬＥＤ照明管の全体斜視図である。
【図３】図２のＬＥＤ照明管の分解斜視図である。
【図４】図２のＬＥＤ照明管を平面Ｓ位置で切断した横断面図である。
【図５】図１中に記載されているＬＥＤ素子及びその制御回路の全体模式図である。
【図６】図１のＬＥＤ素子及びその制御回路をリレーにより切り替えた後のＬＥＤ素子及びその制御回路の全体模式図である。
【図７】第１の高効率放熱ヒートシンク１００の構成例を示す図である。
【図８】第２の高効率放熱ヒートシンク２００の構成例を示す図である。
【図９】放熱促進膜１０３を用いた放射線測定結果を示す図である。
【図１０】放熱促進膜１０３が発する放射スペクトルを示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は、放熱促進膜を用いて形成した放熱促進膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図である。図１１（ｂ）は、放熱促進膜１０３を用いて形成した放熱促進膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図である。
【図１２】放熱促進膜１０３を用いた放射線測定結果を示す図である。
【図１３】放熱促進膜１０３が発する放射スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明を実施するための形態を、その一実施例の図面を参照しながら具体的に説明する。
【実施例１】
【００４９】
本実施例は、上述した第１の問題点を解決した本発明に係るＬＥＤ照明管及びこの照明管を用いたＬＥＤ照明装置の一例である。
＜ＬＥＤ照明管及びＬＥＤ照明装置の基本構成＞
図１は、本発明に係るＬＥＤ照明装置７０の全体斜視図である。図２は、図１中のＬＥＤ照明管５０の全体斜視図、図３は、図２中のＬＥＤ照明管５０の分解斜視図、図４は図２のＬＥＤ照明管５０を平面Ｓ位置で切断した横断面図である。
【００５０】
図１において、本発明に係るＬＥＤ照明装置７０は、既存のＬＥＤ蛍光灯本体６０と、本発明に係るＬＥＤ照明管５０（図では２本）とで構成されている。
【００５１】
既存のＬＥＤ蛍光灯本体６０は、例えばスタータ方式がグロー１灯式若しくはラピッド一灯式又はラピッド２灯式のタイプのもので、ＬＥＤ照明管５０の長手方向に長い直方体状の筐体６１と、筐体６１の両端部の下面において、図示しない端子孔を互いに対向させて設けた左右二対のソケット６２とで構成されている。
【００５２】
筐体６１の内外部には、市販の蛍光灯具をそれぞれのスタータ方式で点灯させるに必要な安定器６３(図５参照)や、図示しないグロー球（点灯管）等の点灯回路部品が設置されている。これらの電気部品はいずれも公知のものであるので、ここでの詳細な説明は省略する。  
【００５３】
次に、図２及び図３において、本発明のＬＥＤ照明管５０は、基板３と、この基板３上に設けられた複数のＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃ(図５参照)と、これらＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２ＣのＬＥＤ制御回路２０と、上部にスリット５ａを有する直管状の筒体５と、その両端部に位置する口金６と、筒体５と口金６間に位置し、両部材を接続する接続具７と、基板３の上部に位置するヒートシンク８とで構成されている。
【００５４】
次に、各構成部材について説明する。
【００５５】
図４に示すように、基板３は、その裏面の全面に複数のＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃと、そのＬＥＤ制御回路２０とを実装するための薄い板状体であり、図３に示すようにヒートシンク８の裏面にビスや接着剤等の適当な固定手段９で固定されている。
【００５６】
基板３の材質としては、種々の公知材質のものを用いることができるが、本実施例では後述するヒートシンク８への熱伝導を高めるために、アルミニューム若しくは銅又はこれらを含む合金を用いる。すなわち、アルミニュームは、熱伝導率が約２４０Ｗ／Ｍ・Ｋと他の材料に比べると高いので、基板３下面に実装されるＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃや、そのＬＥＤ制御回路２０から発生する熱の抵抗体になりにくい利点があるからである。
【００５７】
ＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃは、光源であり、シングルチップ方式の白色又は有色ＬＥＤの他、２色以上のＬＥＤによる混合色を利用するマルチチップ方式の白色又は有色ＬＥＤであっても良い。本実施例では、詳細は後述するがＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃは、白色ＬＥＤを基板３の裏面の長手に沿って２列（図４参照）で複数個を配列している。
【００５８】
筒体５は、従来の蛍光灯の直管部分に代る円筒体である。図４の横断面図に示すように、その内径は、基板３とヒートシンク８のベース部１０１とを包囲するに足る寸法とされ、全長は基板３よりもやや長い寸法にされている。また、図３に示すように、上部には基板３を固定した状態のヒートシンク８をその両側から挟持し得る内幅寸法のスリット５ａが長手方向に形成され、スリット５ａの内縁にはヒートシンク８の固定用突起部５ｂ（図４参照）が設けられている。
【００５９】
筒体５の材質としては、特に限定されないが、例えばガラス、透明合成樹脂等を用いることができ、白色のポリカーボネート製のものが好ましい。
【００６０】
ヒートシンク８は、ＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃ及びＬＥＤ制御回路２０から発生した熱を基板３を経由して、また、筒体５内の高温雰囲気を熱伝達により筒体５外の系外に導き出して拡散、放熱させるためのものである。図４に示すように、横断面の形状は、底部のベース部１０１(実施例２では「熱伝導体１０１」と称する。)と、その上部に隣接間隔が密接して立設された複数枚のフィン１０２とからなる。
【００６１】
また、その両側部は、筒体５で挟持され、長手方向の両端部は後述する接続具７により支持されている。
【００６２】
ベース部１０１は、その底部に、前述した基板３が嵌め込み可能な基板装着溝８ａが、また、その両側部には、前述した筒体５のスリット５ａの突起部５ｂと係合する係合溝８ｂが、いずれも長手方向に貫通して形成されている。
【００６３】
フィン１０２は、厚さがｔの薄板状のもので、その高さＨは、筒体５外部から放熱面積を考慮した高さとされ、先端は筒体５の中心Ｏを同心円とする半径により切り揃えられている。図のフィン１０２は、板状体であるが、その他設置すべき本体の状況に応じて、更に厚さが薄いシート状やピン状のものとすることもできる。
【００６４】
ヒートシンク８の材質としては、熱伝導率の高いものが好ましく、例えばアルミニューム、銀、銅、錫またはこれらの合金などを用いることができる。
【００６５】
口金６は、一端側が閉塞面で他端側が開口している薄い金属製のキャップ体で、閉塞側面には、既存の蛍光灯本体６０のソケット６２に着脱可能なＪＩＳ規格に合致した一対のピン状端子６ａが規定間隔で固定されている。また、口金６の内周面の底部には、筒体５の照明角度調整用の凸部６ｂが口金軸方向に沿って突出して形成されている。
【００６６】
接続具７は、筒体５の両端部において口金６を装着するための連結具の役目をするとともに、ヒートシンク８の裏面にビス９で固定された基板３を支持するためのもので、例えば合成樹脂、ゴム等の絶縁体で形成されている。
【００６７】
図３に示すように、接続具７の具体的形状は、横断面形状が上部に肉厚部７ｃを有する蒲鉾型状の円筒体であり、外径は筒体５及び口金６が締り嵌められる程度の公差に加工されている。
【００６８】
また、肉厚部７ｃの筒体側には、図４に示した基板３装着状態のベース部１０１とフィン１０２の基端部に差し込み可能な櫛状体７ｂ（図では５本）が、この接続具７の長手方向のほぼ中間部から筒体５側に向かって突出するように形成されている。
【００６９】
さらに、外周面の底部には、口金６の凸部６ｂと係合する平面７ａが所定の中心角（θ）で複数、長手方向に形成されている。
＜ＬＥＤ制御回路＞
次に、図５、図６を参照して、上記基板３の裏面に形成されているＬＥＤ制御回路２０について説明する。
【００７０】
図５は、基板３の下面（照明側）に塗布された図示しない絶縁膜上に、光源として実装されている複数個のＬＥＤ素子１Ａ〜２Ｃを制御するためのＬＥＤ制御回路図である。
【００７１】
図６は、図５のＬＥＤ制御回路２０が図中のリレーによって切り替えられた後のＬＥＤ素子１Ａの接続状態を示す模式図で、このうち図６（ａ）はＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃが並列接続されたときのＬＥＤ素子１Ａ〜２Ｃの模式図、図６（ｂ）は直列接続されたときのＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃの模式図である。
【００７２】
図５において、二点鎖線枠内からＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃを除いた回路がＬＥＤ制御回路２０であり、この回路全体が図３で説明した基板３の長手方向に沿って実装されている。そして、この二点鎖線枠上部の両側に位置する符号６ａ及び６２は、それぞれ、図３で説明した本体側のピン状端子６ａと、筐体６１内部に設けられている安定器である。
【００７３】
符合１Ａ〜２Ｃは、光源であるＬＥＤ素子ユニットで、基板３の長手方向に実装されている。なお、図示は省略したがそれぞれのユニットの内部には、複数個のＬＥＤ素子が実装されており、本実施例では、それぞれのＬＥＤ素子ユニットの内部に、２０個ずつＬＥＤ素子が実装されている。
【００７４】
ＬＥＤ素子ユニットは、図のように３ユニットが隣接間隔Ｌ（図４参照）で２列、平行に長手方向に配列され、合計６ユニットのＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃが基板上に実装されている。
【００７５】
したがって、ＬＥＤ照明管１本当たりのＬＥＤ素子の総実装数は、２０個×３ユニット×２列×＝１２０個である。勿論、使用するＬＥＤ素子の１個当たりワット数と、その総数は、装着先の蛍光灯本体の定格等により適宜決めるものである。
【００７６】
図５のＬＥＤ制御回路２０は、２列のＬＥＤ素子ユニットのうちの一方の列のＬＥＤ素子ユニット１Ａ、１Ｂは直列に接続されており、ＬＥＤ素子ユニット１Ｃは、ＬＥＤ素子ユニット１Ｂを跨いで設けたバイパス回路２５に設けられている。また、このＬＥＤ素子ユニット１Ｃの両側には、ＬＥＤ素子ユニット１ＣをＬＥＤ素子ユニット１Ｂに対して、直列または並列回路に切り替えるためのリレー２１、２２が介設されている。
【００７７】
他方の列のＬＥＤ素子ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ列についても上記と同様の回路構成とし、回路の配列の向きを上記ＬＥＤ素子ユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃ列に対して逆転させた配置としている。なお、符号１３は、上記一方の列中のリレー２１、２２の励起コイル、符号１２は、上記他方の列中のリレー２３、２４の励起コイルである。
【００７８】
ＬＥＤ制御回路２０に用いるリレー２１〜２４としては、種々のタイプを用いることができる。リレー構造は、基本的にメカニカルなものであり、スイッチ動作はオンオフのいずれかの定まった状態推移しかないので、半導体のようにオンからオフ、またはオフからオンに推移する中間領域での電力損失は全く生じない。したがって、リレーのオンオフに伴う熱の発生は皆無である。
【００７９】
また、本実施例ではＬＥＤ素子を全波整流して直流で点灯動作させるうえ、リレー動作もオンオフの定常動作であるので、例えばインバーター方式で生じるレベルの高周波ノイズも発生しない。
【００８０】
ところで、昨今のリレーのオンオフ動作に伴う構造体の寿命は、５０００回〜１億回と長寿命化されており、ＬＥＤ素子の長寿命の特徴と相俟って、本発明のＬＥＤ照明管５０の長寿命化をより確実なものにしている。
【００８１】
また、本実施例に用いているリレー２１〜２４は、ダイオード等の電圧検出手段も不要であるので、スタータ方式がインバータ方式のものに比べて低コストの回路設計が実現できる。
【００８２】
そして、これらＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜１Ｃ列及び２Ａ〜２Ｃ列の左側には、定電流回路が直列に接続され、更に、定電流回路１１の左側とＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜１Ｃ、２Ａ〜２Ｃ列の右側には、全波整流回路１０が直列に接続されており、全てのＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜１Ｃ列及び２Ａ〜２Ｃと、励起コイル１２、１３とにＬＥＤ本体の安定器６３から供給された交流電源を全波整流した直流電流を供給している。
＜ＬＥＤ照明管の作用及び効果＞
次に、本発明のＬＥＤ照明管５０の作用を説明する。
【００８３】
まず、既存の蛍光灯器具本体のスタータ方式がラピッド２灯式のものである場合において、交流商用電源Ｐが印加され、既存の蛍光灯本体６０に内蔵されている安定器６３の出力が昇圧されて交流２９０Ｖであると仮定する。
【００８４】
この蛍光灯器具本体のソケットに、ユーザが図２の本発明に係るＬＥＤ照明管５０を装着した場合のＬＥＤ制御回路２０の状態を示したのが前述の図５の状態である。
【００８５】
この状態は、ピン状端子６ａから流れてきた交流の電流が整流回路１０で直流に全波整流され、定電流回路１１をバイパスしている２個のリレー用コイル１２、１３が１４５Ｖの電圧で励起する。
【００８６】
その結果、ＬＥＤ素子ユニット１Ｃの一方のリレー２１は、端子ａから端子ｂに接続し、他方のリレー２２も端子ａから端子ｂに接続するので、ＬＥＤ素子ユニット１Ｃは、ＬＥＤ素子ユニット１Ｂに対して並列接続される。
【００８７】
他方の列のＬＥＤ素子ユニット２ＡとＬＥＤ素子ユニット２Ｂとについても同様であり、ＬＥＤ素子ユニット２Ａは、ＬＥＤ素子ユニット２Ｂに対して並列接続される。
【００８８】
結局、全てのＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃの接続状態は、次の図６（ａ）の接続状態となり、全てのＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃが点灯し、本発明のＬＥＤ蛍光灯具は自動的にスタータ方式がラピッド２灯式の既存蛍光灯に対応できたことになる。
【００８９】
一方、図５の既存の蛍光灯器具本体６０のスタータ方式がグロー１灯式またはラピッド１灯式のものであって、これに交流の商用電源Ｐが印加され、蛍光灯器具本体６０に内蔵されている安定器６３の出力が交流２００Ｖであったと仮定する。
【００９０】
この場合は図５において、安定器６３の出力電圧によってコイル１２、１３が励磁され、一方のリレー２１、２２のそれぞれの端子ｂを端子ａに切り替え、他方のリレー２３、２４もそれぞれ端子ｂから端子ａに切り替える。
【００９１】
その結果、一方の列のＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜１Ｃ及び他方の列のＬＥＤ素子ユニット２Ａ〜２Ｃは、それぞれ直列接続され、結局、図６（ｂ）の接続状態となり、全てのＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃが点灯し、本発明のＬＥＤ蛍光灯具は自動的にスタータ方式がグロー１灯式またはラピッド１灯式の既存蛍光灯に対応できたことになる。
【００９２】
このように本発明のＬＥＤ照明管５０は、基板３のＬＥＤ制御回路２０において、リレー１２、１３を複数個直列接続することにより、リレーの内部コイルの起動電圧をしきい値として上記の自動切り替え作用が実現できるので、既存の蛍光灯本体６０のスタータ方式がグロー１灯式若しくはラピッド１灯式又はラピッド２灯式のいずれであっても、既存の蛍光灯器具本体６０の安定器６３の出力電圧に応じて自動的に切り替わるのである。
【００９３】
このように本発明のＬＥＤ照明管５０は、長寿命かつ低消費電力というＬＥＤ照明管５０本来の効果を十分発揮するうえ、ＬＥＤ制御回路の切り替え用に動作が実質的にメカニカルなリレーを用いているので、動作が確実で、繰り返し使用が可能であり、その寿命は半永久的であること、スタータ方式がインバータ方式の如く半導体を用いないから発熱や高周波ノイズの問題もないこと、回路構成を低コストに設計できること等々の多くの利点を有する。
【００９４】
更に、ＬＥＤ制御回路２０中に全波整流回路１０を設けているので、ＬＥＤ素子のチラツキを減少させ、交流から直流への変換効率を高める効果をも有する。
【００９５】
このように本発明のＬＥＤ照明管５０の適用対象から普及度がまだ低く、対応コストのかかるインバータスタータ方式のものを除いたことは、コスト面において非常に現実的、且つ実用的であり、本発明は非常に有用性の高いものである。
【００９６】
なお、本発明のＬＥＤ照明管５０の既存蛍光灯本体６０への装着後、その照明方向を調整したい場合は、図２において、筒体５に対して口金６を管軸周りに回動させることで、鉛直方向に対して角度θだけ光源全体を正逆方向に回動させることができるため、所望場所の照度を上げることが出来、本発明のＬＥＤ灯具の利便性が向上する。
【００９７】
＜ＬＥＤ照明管の変形・応用例＞
本実施例で説明した上記ＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃ及びそのＬＥＤ制御回路２０は一例であり、その他種々の変形例とすることもできる。
【００９８】
例えば、本実施例では、ＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃとして白色発光ダイオードを用いているが、赤、緑、青色の発光ダイオードを用い、適当な回路設計により点灯したＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃ群に各種表示、案内及び警報機能を持たせても良い。
【００９９】
また、本実施例では、基板３及びヒートシンク８を、筒体５と接続具７の両方が支持している支持構造としたが、筒体５と接続具７のいずれか一方でのみ支持してもよく、このような支持構造も勿論本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１００】
更に、本実施例のＬＥＤ照明管５０は、既存蛍光灯本体６０の安定器６３を介して接続しているが、商用電源に直接接続することも可能である。この場合、整流後の電圧は交流電圧の約１．４１倍の整流電圧がＬＥＤ素子に印加されるので、ＬＥＤ素子の直列数を最適化することと、回路定数の変更で使用することが可能である。
【実施例２】
【０１０１】
ところで、前述した如何なるＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃ及びＬＥＤ制御回路を用いても、特徴的なことは、前述したように既存の蛍光灯具に比べて発熱量が非常に高い光源であるＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃ及びそのＬＥＤ制御回路２０を筒体５で包囲し、さらにその両端部を口金６で閉塞するから、その環境は密閉空間となり、より一層発熱が蓄積されることである。
【０１０２】
したがって、積極的にその発熱を系外に拡散、放熱させる技術が必要になる。すなわち、前述した第２の問題点である。
【０１０３】
この場合において、特許文献１の如く、基板３にヒートシンク８を接続し、系外に放熱させる技術も存在するが、昨今の半導体素子回路は益々高容量、且つ高密度化しているため、基板３に単にヒートシンク８を接続するだけでは不十分であり、もっと積極的、かつ効果的な拡散、放熱技術の採用が必須である。しかも、その拡散、放熱技術は、ＬＥＤ照明管５０の設置環境上、場所をとらず、しかも低コストであることが条件となる。
【０１０４】
そこで、本発明の発明者らは、鋭意研究した結果、ヒートシンク８の形状などは従来のままとし、放熱フィン２０２表面の放熱効率を一気に向上させるとともに、系外に放熱することのできる高い熱伝導性と、高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ高効率熱放射材料をベースとした熱伝導・放熱性塗布膜である放熱促進膜１０３を塗布して放熱フィン２０２の放熱効率を向上させるという画期的な技術に到達した。
【０１０５】
本実施例は、前述した実施例１に係るＬＥＤ照明管５０のヒートシンク８の放熱面に上記放熱促進膜１０３を塗布して第１の高効率放熱ヒートシンク１００とした例である。
【０１０６】
したがって、放熱促進膜以外の構成は、実施例１のＬＥＤ照明管と同じであり、以下、図７〜図１３を用いて詳細に説明する。
【０１０７】
＜ヒートシンクの構成＞
図７（ａ）は、第１の高効率放熱ヒートシンク１００の正面を模式的に表した正面図、図７（ｂ）は、側面図、図７（ｃ）は、図７（ａ）に示されている放熱フィン２０２の部分拡大図、図７（ｄ）は、放熱メカニズムの模式図である。
【０１０８】
これらの図において、第１の高効率放熱ヒートシンク１００は、ベース部１０１である熱伝導体１０１と、その上部に所定の隣接間隔で立設され、熱伝導体１０１と一体に形成された複数枚の放熱フィン１０２と、さらにこの放熱フィン１０２の表面に設けられた放熱促進膜１０３とを備えている。なお、熱伝導体１０１下部の熱源３００は、実施例１で前述した複数のＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃと、その制御回路２０とを,熱源３００として模式的に表したものである。
【０１０９】
熱伝導体１０１は、熱伝導率の高い金属材料、例えばアルミニュームからなり、一端において熱源３００に対接する受熱面１０５を備え、熱源３００からの熱を上記複数の放熱フィン１０２に向けて伝導する熱伝導路１０６を形成する。
【０１１０】
前述したように、放熱フィン１０２は、熱伝導率の高い金属材料、例えばアルミニュームからなり、熱伝導体１０１の上端において多数立設されている。なお、放熱フィン１０２の形状は、特に限定されないが、前述したとおり、例えば、板状やシート状のものやピン状のものとすることができる。
【０１１１】
放熱フィン１０２の表面には、高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ高効率熱放射材料をベースとした放熱促進膜１０３が塗布されているが、この放熱促進膜１０３の組成などについては後述する。
【０１１２】
本実施例の第１の高効率放熱ヒートシンク２００は、熱源３００で集中的に発生した熱を熱伝導体１０１の熱伝導路１０６を介して放熱フィン１０２の表面から外界に向けて熱を放射する仕組みとなっている。
【０１１３】
上記構成の第１の高効率放熱ヒートシンク１００では、熱源３００で発生した熱は以下のように放熱される。
【０１１４】
熱源３００で発生した熱は、熱伝導体１０１の受熱面１０５から熱伝導体１０１に入り、熱伝導路１０６を介して拡散し、放熱フィン１０２に入る。次に、放熱フィン１０２の表面に塗布されている放熱促進膜１０３に対して熱が伝導される。放熱促進膜１０３の熱は素早く系外に拡散してゆく。
【０１１５】
放熱促進膜１０３は後述するように高い放熱性を備えているので、放熱促進膜１０３の表面全体から系外に放出される。
【０１１６】
図７（ｄ）は、熱源３００からの熱伝導及び放熱促進膜１０３からの放熱の様子を模式的に示している。
【０１１７】
このように、本発明の第１の高効率放熱ヒートシンク１００は熱を効率よく系外に放出できる仕組みとなっている。
【０１１８】
ヒートシンク１００の横断面形状は、種々の形状のものとすることができ、例えば次の図８のような形状のものにすることもできる。
【実施例３】
【０１１９】
［第２の高効率放熱ヒートシンク］
図８は、第２の高効率放熱ヒートシンク２００の構成例を模式的に示す図である。なお、放熱促進膜以外の構成は、実施例１のＬＥＤ照明管と同じであり、以下の説明は実施例２と異なっている部分のみ説明する。
【０１２０】
図８（ａ）は第２の高効率放熱ヒートシンク２００の構成例を模式的に示す正面図、側面図である。図中、上方に向かうほど厚さが細くなっている。
【０１２１】
図８（ｂ）は放熱フィン２０２の先端付近の拡大図である。
【０１２２】
放熱フィン２０２の表面には、実施例２と同様、高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ高効率熱放射材料をベースとした放熱促進膜１０３が塗布されている。この構成例では、放熱フィン２０２の表面全体に放熱促進膜１０３が形成されている。
【０１２３】
この放熱促進膜１０３の組成などについては実施例２と同様で良い。
【０１２４】
第２の高効率放熱ヒートシンク２００は、熱源３００で集中的に発生した熱を熱伝導体２０１の熱伝導路２０４を介して放熱フィン２０２に伝え、放熱フィン２０２の先端付近から外界に向けて熱を放射する仕組みとなっている。
【０１２５】
上記構成の高効率放熱ヒートシンク２００では、熱源３００で発生した熱は以下のように放熱される。
【０１２６】
熱源３００で発生した熱は熱伝導体２０１の受熱面２０５から熱伝導体２０１に入り、熱伝導路２０４を介して拡散し、放熱フィン２０２に入る。放熱フィン２０２の表面に塗布されている放熱促進膜１０３に対して熱が伝導される。放熱促進膜１０３の熱は素早く系外に熱が拡散してゆく。その中で、一部の熱は隣接し合う放熱フィン２０２の表面の間をキャッチボールのように受け渡されつつ先端まで移動し、放熱フィン２０２の先端付近から外界に向けて熱を放射する仕組みとなっている。
【０１２７】
図８（ｃ）は、熱源から伝わった熱が放熱フィン間をキャッチボールされながら先端付近から系外に放熱される様子を模式的に示している。
【０１２８】
このように、本発明の高効率放熱ヒートシンク２００は熱を効率よく系外に放出できる仕組みとなっている。
＜放熱促進膜＞
次に、第１の高効率放熱ヒートシンク１００及び第２の高効率放熱ヒートシンク２００が備える放熱促進膜１０３について、詳しく説明する。
【０１２９】
放熱促進膜１０３は、下記の絶縁放熱塗料Ａをフィン１０２、２０２上に塗布・乾燥して形成した被膜である。なお、ここで「塗布」とは、本発明においは塗布のみに止まらず、吹き付け、浸漬、焼付け等による放熱促進膜の形成手段を含む広い概念のものである。      
【０１３０】
［絶縁放熱膜塗料Ａ］  
絶縁放熱膜塗料Ａは、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーを用いる。バインダーはまずアルコキシド化合物の加水分解によりシラノール基が生成され、その後シラノール脱水縮合反応が進んでＳｉ−Ｏネットワークが形成されて行く。このシラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワーク及び残存するシラノール基により構成される被膜により熱伝導性と放熱性と絶縁性とが発揮される。また、顔料が高効率熱放射性物質を含んでおり顔料による放熱性も発揮される。
【０１３１】
アルコキシドの加水分解は速やかに促進された方が良いが、その後にシラノールの脱水縮合が進みすぎるおそれに注意する必要がある。塗料の状態でシラノールの脱水縮合が進みすぎると塗布前にＳｉ−Ｏネットワークが多数形成され、塗布後に乾燥して形成された塗布膜が脆くなったりクラックが入りやすくなったりして基材への付着力が小さくなってしまうという問題が発生するからである。
【０１３２】
一方、シラノールの脱水縮合反応が十分ではない場合、つまり、塗料状態においてシラノールリッチの状態では、塗布後に膜が形成されてゆく過程で多くの脱水縮合が進んで行くこととなり、脱水縮合が進むと膜が収縮して行くこととなり収縮率が大きくなってしまい、塗布した膜が剥がれ落ちるという不具合が起こる。
【０１３３】
以上から、図７及び図８の放熱促進膜１０３を形成する絶縁放熱膜塗料Ａは、アルコキシドの加水分解は完全に終了せしめ、シラノール脱水縮合反応は適切量進めた後に脱水縮合反応を抑止することにより、脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行ったものとすることが好ましい。これにより塗布前に適切量のＳｉ−Ｏネットワーク素材を形成しておき、塗布後に新たに脱水縮合により形成されるＳｉ−Ｏネットワーク量を少なくして収縮率が大きくなることを抑え、残存するＳｉ−ＯＨ基により基材との付着力を確保せしめる。
【０１３４】
＜バインダー＞
次に、バインダーの組成の例について述べる。
【０１３５】
［熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ａ］
熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ａ（第１の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ａ）のバインダー組成は、アルコキシド化合物からなるバインダーとして、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランを所定割合で混合したものとなっている。
【０１３６】
その混合割合は、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合が好ましい。
【０１３７】
一方、熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｂ（第２の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｂ）のバインダー組成は、アルコキシド化合物からなるバインダーとして、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランとジアルコキシシランを所定割合で混合したものとなっている。
【０１３８】
その混合割合は、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から１.８対７.２対１の割合が好ましい。
【０１３９】
Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ備えたテトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。
【０１４０】
Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ備えたトリアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、トリメチルプロポキシシラン、トリエチルプロポキシシランなどが挙げられる。
【０１４１】
Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ備えたジアルコキシシランとしては、ジチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシランなどが挙げられる。
【０１４２】
アルコキシド化合物としてこれらを組み合わせて用いる。組み合わせで好ましいのはジメチルメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン及びテトラメトキシシランの組み合わせ、またはジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン及びテトラエトキシシランの組み合わせである。
【０１４３】
本発明では、アルコキシド化合物の加水分解後の脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行い、放熱促進膜１０３の絶縁性と熱伝導性と放熱性を確保する。
【０１４４】
＜放熱促進膜の特性＞  
次に、放熱促進膜１０３が、絶縁性と熱伝導性と放熱性を兼ね備えたものとなっていることを説明する。
【０１４５】
Ｓｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御の原理は以下の通りである。
【０１４６】
アルコキシド化合物同士は加水分解によりシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ官能基）が生成され、Ｓｉ−ＯＨ官能基の脱水縮合によりＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行してゆく。Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ持つテトラアルコキシシランはＳｉ−ＯＨ官能基を多く持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成進行が速く、早期にゲル化する。テトラアルコキシシランのみでバインダーを形成するとほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費され、Ｓｉ−Ｏネットワークが形成される。Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ持つトリアルコキシシランもＳｉ−ＯＨ官能基を持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行し、ゲル化する。トリアルコキシシランのみでバインダーを形成すると粒子間のＳｉ−ＯＨ官能基の存在が均等になるので、ほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費された状態でＳｉ−Ｏネットワークが形成される。
【０１４７】
Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ持つジアルコキシシランもＳｉ−ＯＨ官能基を持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行し、ゲル化する。ジアルコキシシランのみでバインダーを形成すると同様にほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費された状態でＳｉ−Ｏネットワークの形成が形成される。しかし、ジアルコキシシランはＳｉ−ＯＨ官能基が２つしかなく、脱水縮合によって直鎖状にＳｉ−Ｏネットワークが形成されてしまい、堅牢性が小さくなる。
【０１４８】
本発明では、Ｓｉ−Ｏネットワークによる堅牢な膜形成を目指すだけではなく、Ｓｉ−Ｏネットワークの形成を進行させつつもＳｉ−ＯＨ官能基をすべては消費させずに残存させるように制御する。残存したＳｉ−ＯＨ官能基により金属プレートなどの基材のＯＨ基との間の結合エネルギーにより基材と強力な付着力をもたらす。
【０１４９】
つまり、Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ持つアルコキシド化合物、Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ持つアルコキシド化合物、Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ持つアルコキシド化合物を、所定割合で混ぜ合わせると、アルコキシド分子間でＳｉ−ＯＨ官能基の数に不均衡があるため、反応する相手となるＳｉ−ＯＨ官能基がなく、いわば浮いてしまうＳｉ−ＯＨ官能基が多数出てくるので脱水縮合が一気には進まなくなる。
【０１５０】
ただし、長期間放置していると、浮いているＳｉ−ＯＨ同士の脱水縮合反応が進んでくるので残存するＳｉ−ＯＨ官能基の量は漸減して行くが、上記のように２官能のアルコキシド化合物、３官能のアルコキシド化合物、４官能のアルコキシド化合物の割合を調整すれば、当初、脱水縮合は早期に進むもののＳｉ−ＯＨ官能基の数が不均衡状態に陥ってからは脱水縮合に急速にブレーキがかかることとなる。
【０１５１】
後述するように、良好な付着性、熱伝導性、放熱性、絶縁性を備えた膜が形成される配合について実験を重ねて２官能のアルコキシド化合物、３官能のアルコキシド化合物、４官能のアルコキシド化合物の配合割合を見出した。
【０１５２】
まず、放熱促進膜１０３の付着性試験を行い、放熱促進膜１０３が安定して基板３上に付着している条件について実験し、次に、熱伝導性試験、放熱性試験、絶縁性試験を行い、放熱促進膜１０３が良好な熱伝導性、放熱性、絶縁性を備えていることを検証する。
【０１５３】
［付着性実験］
付着性実験に用いた熱伝導・放熱性塗布膜用塗料のバインダー組成
実験に用いた熱伝導・放熱性塗布膜用塗料のバインダー組成は、４官能基を備えたテトラアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のテトラメトキシシランを用いた。また、３官能基を備えたバインダーのトリアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のトリメチルメトキシシランを用いた。また、２官能基を備えたジメトキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のジメチルメトキシシランを用いた。テトラメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルメトキシシランの配合を変えてそれぞれ製作した。
【０１５４】
加水分解に用いた水の量は、アルコキシド化合物１モルに対して水０．８〜１．４モルとした。水が０．８モル以下ではＳｉ−ＯＨ基の発生が十分でなく膜の硬度が上がらず、１．４モル以上ではＳｉ−ＯＨ基が多くなり、シラノールの分子結合が大きくなり、ゲル化が進展し、クラックが生じやすくなるからである。触媒としての酸の量は有機酸、無機酸何れの場合も、加水分解を起こすのに十分な量を用いた。
【０１５５】
サンプルのそれぞれに含まれるジメチルメトキシシラン（２官能）、トリメチルメトキシシラン（３官能）、テトラメトキシシラン（４官能）の配合を［表１］に示す。
【０１５６】
【表１】
2010212043.tif 000003
【０１５７】
−熱伝導・放熱性塗布膜を形成する基材
ブラスト処理を行ったアルミプレートを用いた。
−付着性実験の手法
付着性実験は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−６の手法により碁盤目テストを行った。実験は３回行った。ブラスト処理を行ったアルミプレートに対する付着実験結果を［表２］に示す。
【０１５８】
【表２】
2010212043.tif 000004
【０１５９】
注１：その他のアルコキシドとしてエトキシ基、フェニル基もあるが、エトキシ基はメトキシ基と反応スピードの違いなので省略し、フェニルは硬度が劣るので省略し、メチル基のみでテストを実施した。
【０１６０】
注２：反応はアルコキシド１モルに対して水２．５〜４．５モル、望ましくは３．３モル、酸の量を十分入れ、顔料比率７０％とし、膜厚を２５μ±３μにして実施。
【０１６１】
注３：分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
【０１６２】
注４：分散は０．７ｍｍのガラスビーズを使用した。分散後粒度はＤ５０で０．３５ミクロン。
【０１６３】
注５：焼成条件は１８０℃で２０分。基板３はアルコール脱脂のみのアルミ板を使用した。試験片は７．５ｍｍｗ×１５．０ｍｍｌ×１．０ｍｍｔを各３枚（評価は全数クリアー）。
【０１６４】
注６：塗布方法はスプレーコート。
【０１６５】
注７：膜厚は１５μ〜２０μ、測定方法はマイクロメーター。
【０１６６】
上記付着性実験から、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランを混合したバインダーである配合１から配合３の実験結果より、混合割合は配合１から配合２の混合割合が良いことが実証できた。つまり、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合が好ましい。
【０１６７】
また、上記付着性実験から、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランとジアルコキシシランを混合したバインダーである配合４から配合９の実験結果より、混合割合は配合４から配合５の混合割合が良いことが実証できた。つまり配合６のように３官能基の割合が減ると付着性が劣り、また、配合７から配合９のように２官能基の割合が増えても付着性が劣る。つまり、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から１.８対７.２対１の割合が好ましい。
【０１６８】
以上、絶縁放熱塗料のバインダーの組成を上記の割合となるように工夫すれば、放熱促進膜１０３の付着性が大きくなるように、Ｓｉ−Ｏネットワークと残存するＳｉ−ＯＨ基の量を制御できる。
【０１６９】
なお、前記溶媒は、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、無機放熱膜形成の際に前記溶媒を揮発させることによりポーラス構造を形成せしめることが好ましい。
【０１７０】
上記のように膜中にポーラス構造を作り込むことにより膜全体としてさらに優れた靭性を得ることができるからである。
【０１７１】
［熱伝導試験］
放熱促進膜１０３において、高い熱伝導率が得られていることを確認した。
−熱伝導試験に用いた絶縁放熱塗料のバインダー組成
絶縁放熱塗料のバインダー組成は、付着性実験に用いた絶縁放熱塗料のバインダー組成と同じものとした。
−放熱促進膜１０３を形成する基板３
アルミブラスト処理を行ったアルミプレート（１５０ｍｍ×７５ｍｍ×１．０ｍｍ）を用いた。
−熱伝導性試験の手法
アルミプレートの半分に放熱促進膜１０３を形成し、残り半分は放熱促進膜１０３は形成せずアルミプレートが剥き出しのままとする。アルミプレートの裏面から加熱し、アルミプレートの表面の温度分布を測定した。
【０１７２】
［表３］
熱伝導・放熱性塗布膜では、Ｓｉ−Ｏネットワークが膜全体を全通しているので熱伝導率が高く、ポーラス構造にかかわらずコージライト、アルミナ、シリカ、ジルコニアという無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が高い。実際に熱伝導・放熱性塗布膜２の試料片を用いて熱伝導率を計測したところ、２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率が得られていた。
【０１７３】
［放熱性試験］
次に、放熱膜としての機能、つまり、発熱体から受けた熱エネルギーの遠赤外線エネルギーへの変換効率について検証する。本発明の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料において、含有されている顔料は形成した膜において遠赤外線放射機能を与えるものである。それゆえに顔料の配合が重要である。
【０１７４】
高い熱放射率を実現するためには、熱線波長領域の全範囲にわたって、放射率が１００％に近く、さらに放射輝度が当該温度における黒体輻射に近い放射スペクトルを持つこと必要がある。
【０１７５】
＜顔料＞
次に、顔料について説明する。    
【０１７６】
第１の顔料として、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含むものとする。これらは、熱拡散性が高く放熱性を有する上、熱膨張率が５×１０−６〜１０．５×１０−６であり、比較的大きいので、顔料として含有させてシート状に成形しても、膜も金属の挙動と同様な挙動をする。それゆえ、膜中に引っ張り応力が発生せず、高温域でも安定した放熱性が得られる。しかも、絶縁性も得られる。なお、カーボン（Ｃ）を一定量以上入れることにより容易に導電性が得られる。特に４５０℃までの大気中、または高温真空炉、或いは不活性ガス等の雰囲気炉中で従来不可能とされていたカーボンの面状発熱体が使用可能となる。
【０１７７】
上記の第１の顔料に対して、以下の第２の顔料を加える工夫も好ましい。第２の顔料は、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含むものである。更に、上記顔料に第３の顔料であるカーボン（Ｃ）を加えるのが好ましい。
【０１７８】
なお、顔料の粒度は、膜の平滑性や綴密性、強度を考慮して、顔料の粒度は溶媒分散後で平均粒度で０．５μ以下が望ましい。
【０１７９】
アルコキシドと顔料の割合は、１５〜４５体積％が妥当である。１５％以下では膜の靭性が低下し堅牢さが失われる。４５％を超えると、脱水縮合による乾燥収縮量が多く、高温下でクラックが発生しやすく、所望の放熱性が得がたい。
【０１８０】
膜の厚みは、基材や発熱体と膜が強固に付着し、且つ、両者の熱膨張差が非常に近い場合でも、膜が厚くなりすぎると、クラックが発生する。それは、Ｓｉ−ＯＨが脱水縮合するときに起こる収縮現象が原因である。膜厚は、バインダーの含有量にもよるが、３０μ以下が望ましい。特にアルコキシド化合物の脱水縮合物の全固形物（即ちＳｉ−ＯＨから生じるＳｉＯ２と混合したときの無機顔料成分の合計）にしめる割合が４５体積％の場合、８００℃でクラックの発生を防ぐ為には１０μ前後が好ましい。膜厚が３０μを超えると、膜が脆くなり、長時間の使用に耐えられなくなる。そのため、アルコキシド化合物の脱水縮合物の割合は３０体積％以下が望ましい。
【０１８１】
サンプルとして顔料を［表４］のように配合した熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ａを作製し、遠赤外線放射実験を行った。
【０１８２】
焼成条件は１８０℃で２０分間焼き付けた。
【０１８３】
膜厚はマイクロメーターの測定により２０μ〜２６μのものが焼成できた。
【０１８４】
測定は遠赤外線応用研究会によった。
【０１８５】
測定温度は６０℃とした。
【０１８６】
測定機種はＪＩＲ−Ｅ５００を用いた。
【０１８７】
測定条件は、分解能１６ｃｍ−１、積算回数２００回、検知器はＭＣＴである。
【０１８８】
【表４】
2010212043.tif 000005
【０１８９】
第１の顔料である、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）のうち、熱伝導・放熱性塗布膜２ではシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）とした。酸化チタンは着色顔料として配合し、塗料全体の色を白色に着色した。バインダーは３官能基を備えたトリメチルメトキシシランと４官能基を備えたテトラメトキシシランを配合した。
【０１９０】
上記構成の組成を持つ熱伝導・放熱性塗布膜を用いて放射率と放射輝度測定を行った。
【０１９１】
図９は熱伝導・放熱性塗布膜の放射率である。
【０１９２】
図１０は熱伝導・放熱性塗布膜の放射輝度スペクトルである。
【０１９３】
放射輝度は、５４０.０６ｋｃａｌ／ｍ２・ｈｒであった。
【０１９４】
図１０に見るように、低温の波長領域から高温の波長領域まで良好な放射輝度スペクトルが得られており、放熱性は、４μ〜２４μの波長域での放射率は８５％以上の放射率を有することが分かった。高い遠赤外線変換効率が得られていることが実証できた。
【０１９５】
［絶縁性試験］
次に、絶縁膜としての機能、つまり、モーターコイル体１０とモーターシャーシ３０及び電子素子部品４０との絶縁性について検証する。
【０１９６】
実験は、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜１０３に対して電圧を印加してゆき、その絶縁性を確認することにより行った。
【０１９７】
［表５］
［耐熱性試験］
熱伝導・放熱性塗布膜を８００℃に熱し、水で急冷却するという処理を繰り返して、クラックが入るか否かを試験した。
【０１９８】
加熱はバーナーで８００℃まで加熱した。冷却は冷水にて急速に冷却した。この加熱・冷却を５回繰り返した。
【０１９９】
結果を［表６］に示す。
【０２００】
【表６】
2010212043.tif 000006
【０２０１】
［表面硬度試験］
熱伝導・放熱性塗布膜の耐摩耗性を調べるために熱伝導・放熱性塗布膜を用いて表面硬度テストも行った。
【０２０２】
硬度テストの方法は、ＪＩＳ−Ｋ−５−４に準じた。
【０２０３】
実験にはアルミプレートに焼成したものを用いた。
【０２０４】
表面硬度テストの結果を［表７］に示す。
【０２０５】
【表７】
2010212043.tif 000007
【０２０６】
なお、上記において、アルコキシド化合物と顔料の割合は、１５〜４５体積％が妥当であると指摘したが、実験にて実証した。バインダーであるアルコキシド化合物は熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｂと同様、トリメチルメトキシシランとテトラメトキシシランの混合とし、顔料の体積％を変えたサンプルを製作し、表面硬度テストを行うことにより妥当な割合を検証した。
【０２０７】
【表８】
2010212043.tif 000008
【０２０８】
注１：アルコキシド化合物は代表例としてトリメチルメトキシシラン６６．７重量％、テトラメトキシシラン３３．５重量％、ジメチルメトキシシラン４，８重量％でテスト。
【０２０９】
注２：各反応条件、分散条件、縮合脱水条件、膜厚、基材は前記テストに準じる。
【０２１０】
注３：使用顔料は平均１次粒子径０．１５μのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、平均１次粒子径０．５μのカオリン、１０〜２０ｎのシリカ（ＳｉＯ２）をそれぞれ３０体積％、６５体積％、５体積％配合したものを使用した。
【０２１１】
注４：分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
【０２１２】
注５：分散は０．７ミリ径のガラスビーズを用いたビーズミルで１時間実施した。その時の平均粒皮は０．３５μであった。
【０２１３】
注６：○は硬度７Ｈ以上、曲げ２０Ｒ可、碁盤目テスト問題なし、△は硬度７Ｈまで、碁盤目テスト間題なし、Ｘは、膜が脆くクラック発生。
【０２１４】
以上、アルコキシド化合物と顔料の割合は１５〜４５体積％が妥当であると実証できた。
【０２１５】
［耐腐食性試験］
本発明の熱伝導・放熱性塗布膜の耐腐食性も調べるために熱伝導・放熱性塗布膜を用いて塩水噴霧試験と水浸試験も行った。
【０２１６】
塩水噴霧試験の方法は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−７−１に準じた。
【０２１７】
測定はステンレスプレートのものを用いた。
【０２１８】
塩水噴霧の放置時間は５００時間とした。
【０２１９】
塩水噴霧試験の結果を［表９］に示す。
【０２２０】
【表９】
2010212043.tif 000009
【０２２１】
水浸試験の方法は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−６−２に準じた。
【０２２２】
測定はアルミプレートのものを用いた。
【０２２３】
水浸の放置時間は５００時間とした。
【０２２４】
水浸試験の結果を［表１０］に示す。
【０２２５】
【表１０】
2010212043.tif 000010
【０２２６】
以上、塩水噴霧試験と水浸試験の結果から、本発明の熱伝導・放熱性塗布膜の耐腐食性が大きいことが実証できた。
【０２２７】
以上、実施例２にかかる熱伝導・放熱性塗布膜及び熱伝導・放熱性塗布膜により塗布・形成した熱伝導・放熱性塗布膜は、無機バインダーの付着力が大きく、顔料も遠赤外線放射効率が高く、表面硬度が大きく、耐腐食性、耐熱性に優れたものである。また、本発明の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料は１液性でありながらアルコキシド系バインダーの脱水縮合反応を制御することがき、ポットライフが長くかつ取り扱いが容易な１液性塗料として提供できる。
［熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｂ］
放熱促進膜１０３は、熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｂの顔料において、着色顔料として酸化チタンを含有させるとともに、酸化チタン粒子の周囲に遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめたことを特徴とするものである。
【０２２８】
熱伝導・放熱性塗布膜用塗料の顔料粒子は塗布膜の形成段階において、一部が表面上に表出する。遠赤外線放射性物質である顔料は熱源から受けた熱エネルギーを遠赤外線エネルギーに変換して放射する。
【０２２９】
ここで、形成される熱伝導・放熱性塗布膜が製品の筐体６１など目に触れる箇所である場合などにおいては、塗料の色が見た目にきれいな色となるよう要求がある。そこで、塗料を綺麗に発色させるため着色用の顔料を混合させるニーズがある。この場合、着色用に配合された酸化チタンや酸化亜鉛などの顔料粒子が、遠赤外線への変換効率に寄与するものでなければ熱伝導・放熱性塗布膜の放熱機能を低下させる要因となりうる。
【０２３０】
遠赤外線放射実験で製作した熱伝導・放熱性塗布膜用塗料の放熱促進膜Ａに用いられている酸化チタン（石原産業製  Ａ−１００）は、特に表面に何もコーティングが施されていないものであった。
【０２３１】
図１１（ａ）は、熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ａを用いて形成した熱伝導・放熱性塗布膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図である。顔料粒子を模式的に大きく示している。図１１（ａ）に見るように、熱伝導・放熱性塗布膜の表面には遠赤外線放射性物質である顔料とともに酸化チタン粒子が表出している。この酸化チタン粒子が表出している部分は遠赤外線放射機能を発揮しないので遠赤外線放射効率が低下することとなる。実際、図９、図１０に見るように、高温領域（５〜８μｍ）においてスペクトルが低下している部分が見られる。
【０２３２】
実施例２にかかる本発明の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料は、着色顔料として酸化チタンを含有させるとともに、酸化チタン粒子の周囲に遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめている。後述する熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ａに用いられている酸化チタン（石原産業製  Ｒ−９５）は、表面に粒度の細かいシリカがコーティングされているものである。
【０２３３】
図１１（ｂ）は、放熱促進膜１０３の態様の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｂを用いて形成した熱伝導・放熱性塗布膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図である。
【０２３４】
熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｂにおいてその表面に酸化チタン粒子が表出している部分からもその酸化チタン粒子の表面にコーティングされた遠赤外線放射性顔料の働きにより遠赤外線放射機能が発揮されることとなる。なお、酸化チタン粒子の表面にコーティングするためにコーティングする遠赤外線放射性顔料は酸化チタンの粒度よりも十分に細かい粒度とする必要がある。つまり、着色用の顔料が酸化チタンのコーティング処理をしているか否か以外の諸条件は実施例３とまったく同じ条件にて実験した。
【０２３５】
つまり、焼成条件は１８０℃で２０分間の焼き付け、膜厚は２０μ〜２６μ、測定温度は６０℃、測定機種はＪＩＲ−Ｅ５００、測定条件は、分解能１６ｃｍ−１、積算回数２００回、検知器はＭＣＴである。
【０２３６】
サンプルとして顔料を［表１１］のように配合した熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｂを作製し、遠赤外線放射実験を行った。
【０２３７】
【表１１】
2010212043.tif 000011
【０２３８】
遠赤外線放射顔料としては、第１の顔料である、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料のうち、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）を顔料とした。
【０２３９】
着色用顔料としては、表面に粒度の細かいシリカがコーティングされている酸化チタン（石原産業製  Ｒ−９５）を用いている。
【０２４０】
バインダーは３官能基を備えたトリメチルメトキシシランと４官能基を備えたテトラメトキシシランを配合した。
【０２４１】
上記構成の組成を持つ熱伝導・放熱性塗布膜を用いて放射線測定を行った。
【０２４２】
図１２は熱伝導・放熱性塗布膜を用いた放射線測定結果である。
【０２４３】
図１３は、熱伝導・放熱性塗布膜が発する放射スペクトルである。
【０２４４】
図９、図１０と、図１２、図１３を比べるとあきらかに、高温領域（５〜８μｍ）においてスペクトルが改善されている部分が見られる。
【０２４５】
このスペクトル改善は、酸化チタンの表面のシリカのコーティングの有無によりもたらされているので、着色用の顔料を配合する場合、当該着色用の顔料の表面に遠赤外線放射顔料をコーティングせしめることにより、熱伝導・放熱性塗布膜において遠赤外線放射機能が改善されることが実証できた。
【０２４６】
次に、第３の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｃについて説明する。
［熱伝導・放熱性塗布膜用塗料Ｃ］
この熱伝導・放熱性塗布膜用Ｃの塗料は、遠赤外線放射顔料として、スペクトル波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換を得るため、低温領域にて放射能率が高い第１の遠赤外線顔料に加え、特に高温領域にて放射能率が高い第２の遠赤外線顔料を添加したものである。
【０２４７】
第１の顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む顔料である。
【０２４８】
第２の顔料が、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の少なくとも一つの単体またはそれらの化合物を含む顔料である。また、更にこれら顔料に、第３の顔料であるカーボン（Ｃ）を加えることも好ましい。
【０２４９】
このように、低温領域にて放射能率が高い第１の遠赤外線顔料に加え、特に高温領域にて放射能率が高い第２の遠赤外線顔料を添加することにより、スペクトル波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換効率を達成することができる。
＜点灯試験＞
［試験目的］
ＬＥＤ蛍光灯具の拡散、放熱効果を確認するため、上記放熱促進膜を塗布した本発明のＬＥＤ蛍光灯具を試作し、既存の蛍光灯との点灯試験を行った。
【０２５０】
［試験条件］
なお、両蛍光灯の条件と点灯試験条件は次の通りである。
【０２５１】
・既存蛍光灯：室内蛍光灯
（寸法：直径３２．５ｍｍ、長さ１２００ｍｍ、明るさ：４０Ｗ）
・供試ＬＥＤ蛍光灯具
アルミ基板、
ヒートシンク（寸法：直径２８．５ｍｍ、長さ１１９７ｍｍ、明るさ：２４Ｗ）
塗布膜条件（材質：無機放熱コート剤、塗布厚さ２０〜３０μ）
・点灯試験条件
注１：既存蛍光灯は、室内灯を午前9時より点灯開始し、連続点灯の後、15時30分に点灯中の室内灯の温度を横河電機株式会社製「データーロガー（型式：ＸＬ１０００）」温度計で測定した。
【０２５２】
注2：測定箇所は、供試ＬＥＤ蛍光灯具、既存蛍光灯ともに蛍光灯先端部の口金部で測定した。また、ヒートシンクは、フィン先端部で測定した。
【０２５３】
注3：負荷電圧は、両蛍光灯とも１９３．７Vであり、配電盤出口部をCUSTUM社製電流、電圧計（型式：ＣＤＭ−１７０）で測定した結果である。
［測定結果］
次の表１２は、両蛍光灯の温度上昇を点灯時間の経過と共に測定したものである。
【０２５４】
【表１２】
2010212043.tif 000012
【０２５５】
［テストデータ］
ヒートシンク放射部の全面積６００ｃｍ２、出力２４W
測定結果
外気温の上昇6.0℃（１６.4℃→22.4℃）に伴い、両蛍光灯の口金先端部の表面温度もほぼ同程度上昇しているが、本発明のＬＥＤ照明管は、同時点灯の従来の蛍光灯と比較しても温度が低い。
【０２５６】
このことから、夏場に外気温が10℃上昇しても、先端部の温度は42℃前後になるものと予想される。この場合ＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃの温度は15℃から20℃高いと予想されるが、それでも70℃以下（＜先端部の予想温度42℃＋ＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃの最高予想温度２０℃=６２℃）であり、ＬＥＤ素子ユニット１Ａ〜２Ｃの弱点である温度によるダメージは非常に少なく、ロングライフの確保と、高発光率の維持が可能となることが容易に予想される。
【０２５７】
添付データの通り、現状では十分放熱効果が出ているのでＬＥＤ素子ユニットへの熱負荷は少なく余裕がある。
【０２５８】
上記点灯試験から、放熱促進膜の熱伝導率は、０．５Ｗ〜３Ｗ／ｍ・ｋの範囲内のものが好ましく、ヒートシンクの必要面積は少なくとも１５ｃｍ２/W以上、現状では２５ｃｍ２/W有ればよいことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０２５９】
本発明のＬＥＤ照明管は、一般家庭用途は勿論のこと、高速道路照明、高層ビル照明、駐車場内照明、トンネル内照明等のメンテナンス周期が格段に長い照明分野や、定期交換にバケット車等の特殊車や多額の交換作業コストを要する用途において、好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０２６０】
１Ａ〜１Ｃ・・・ＬＥＤ素子ユニット
２Ａ〜２Ｃ・・・ＬＥＤ素子ユニット
３・・・基板
５・・・筒体
６・・・口金            
７・・・接続具
８・・・ヒーシンク
１２、１３・・・励磁コイル
２１〜２４・・・リレー
２０・・・ＬＥＤ制御回路
５０・・・蛍光灯型ＬＥＤ照明管（本発明）
６０・・・既存の蛍光灯本体
６３・・・安定器
７０・・・蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（本発明）
１０３・・・放熱促進膜
Ｐ・・・商用電源
【図１】
2010212043.tif 000013
【図２】
2010212043.tif 000014
【図３】
2010212043.tif 000015
【図４】
2010212043.tif 000016
【図５】
2010212043.tif 000017
【図６】
2010212043.tif 000018
【図７】
2010212043.tif 000019
【図８】
2010212043.tif 000020
【図９】
2010212043.tif 000021
【図１０】
2010212043.tif 000022
【図１１】
2010212043.tif 000023
【図１２】
2010212043.tif 000024
【図１３】
2010212043.tif 000025