(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと
前記ベースに接続されるシェルと、
前記シェル内に配置される複数のＬＥＤと、
前記シェル内に収容され、前記ＬＥＤが浸漬される熱伝導液体と、を備える液冷発光ダイオード（ＬＥＤ）電球であって、
前記ＬＥＤ電球内に配置される液体容積補償機構を備え、
前記液体容積補償機構は、前記熱伝導液体の膨張を補償するように構成され、
前記液体容積補償機構は、第一の位置から第二の位置へ移動し、
前記第一の位置において前記熱伝導液体に第一の容積が与えられ、かつ、
前記第二の位置において前記熱伝導液体に、前記第一の容積よりも大きい第二の容積が与えられ、
前記液体容積補償機構はダイアフラム部材を備え、前記ダイアフラム部材は、前記複数のＬＥＤの中央に設けられた開口部において、少なくとも一部が前記熱伝導液体に流体的に結合されていること
を特徴とする液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２】
前記ＬＥＤが取り付けられるＬＥＤマウントをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項３】
ベースと
前記ベースに接続されるシェルと、
前記シェル内に配置される複数のＬＥＤと、
前記シェル内に収容され、前記ＬＥＤが浸漬される熱伝導液体と、を備える液冷発光ダイオード（ＬＥＤ）電球であって、
前記ＬＥＤ電球内に配置される液体容積補償機構を備え、
前記ＬＥＤが取り付けられるＬＥＤマウントと、前記ＬＥＤマウント内に規定される開口部と、をさらに備え、前記熱伝導液体が前記開口部を通して前記液体容積補償機構と流体的に結合され、
前記液体容積補償機構は、前記熱伝導液体の膨張を補償するように構成され、
前記液体容積補償機構は、第一の位置から第二の位置へ移動し、
前記第一の位置において前記熱伝導液体に第一の容積が与えられ、かつ、
前記第二の位置において前記熱伝導液体に、前記第一の容積よりも大きい第二の容積が与えられること
を特徴とする液冷ＬＥＤ電球。
【請求項４】
前記熱伝導液体が前記シェル及び前記ベースにより規定される空間を満たし、前記空間内に５％未満の気体を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項５】
前記空間が、１５〜９０ｍｌの前記熱伝導液体を含むことを特徴とする請求項４記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項６】
前記液体容積補償機構によって提供される拡張可能容量が少なくとも７ｍｌであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項７】
前記ＬＥＤは、放射状パターンで保持されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項８】
前記ＬＥＤマウント内に規定された、閉鎖キャビティをさらに備え、前記閉鎖キャビティは前記液体容積補償機構を備えることを特徴とする請求項２、請求項３または請求項７記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項９】
前記閉鎖キャビティが少なくとも部分的に中央突起部により囲まれていることを特徴とする請求項８記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１０】
前記開口部を覆う多孔板または多孔スクリーンをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１１】
前記開口部を覆う反射バッフルをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１２】
前記ダイアフラム部材は可撓性ダイアフラムを備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１３】
前記液体容積補償機構は可撓性ダイアフラムを備えることを特徴とする請求項３から請求項１１のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１４】
前記可撓性ダイアフラムは、前記熱伝導液体が前記可撓性ダイアフラムの一部に力を働かせたときに、前記第一の位置から前記第二の位置に撓むように構成されることを特徴とする請求項１２または請求項１３記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１５】
前記可撓性ダイアフラムが前記ベースに取り付けられることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１６】
前記可撓性ダイアフラムが前記ベースに締着されていることを特徴とする請求項１５記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１７】
前記可撓性ダイアフラムと前記ベースとの間にシールを形成するためのシーリングビートをさらに備えることを特徴とする請求項１５記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１８】
前記可撓性ダイアフラムは、撓んだときに折れたり曲がったりする側壁部を有することを特徴とする請求項１２から請求項１７のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項１９】
前記液体容積補償機構が、
前記可撓性ダイアフラムに接続されるピストンと、
第一端部、第二端部及びシャフトを有し、前記第一端部が前記ピストンの中央に取り付けられるロッドと、
前記ロッドの前記シャフトの一部を囲み、前記ロッドが軸方向へ移動できるように構成されたロッドガイドと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１２から請求項１８のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２０】
前記ロッドの前記第二端部が前記シェルに向かって延びていることを特徴とする請求項１９記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２１】
前記ロッドの前記第二端部が前記シェルから離れる方向に延びていることを特徴とする請求項１９記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２２】
前記可撓性ダイアフラムの一面に復帰力を加えるように構成されたバネ部材を備えることを特徴とする請求項１２から請求項２１のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２３】
前記可撓性ダイアフラムの一面に復帰力を与えるように構成された、シールされた空気チャンバをさらに備えることを特徴とする請求項１２から請求項２１のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２４】
前記液体容積補償機構が前記熱伝導液体に正圧を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２５】
前記液体容積補償機構が、前記正圧を与えるように構成されたバネ懸架式ピストンを含むことを特徴とする請求項２４記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２６】
前記熱伝導液体の熱膨張率が１．３ｘ１０−３／℃と８ｘ１０−４／℃との間であることを特徴とする請求項１から請求項２５のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２７】
前記液体容積補償機構がフォームを備えることを特徴とする請求項３から請求項１１のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２８】
前記液体容積補償機構がベローズを備えることを特徴とする請求項３から請求項１１のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項２９】
前記ベースが、
前記ＬＥＤに熱的に結合され、前記ＬＥＤから熱を伝導するように構成された熱拡散ベースと、
前記ＬＥＤ電球を固定具に取り付けるように構成されたコネクタベースと、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項２８のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項３０】
前記コネクタベースがねじ山を備えることを特徴とする請求項２９記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項３１】
前記熱伝導液体が、鉱油、シリコーン油、グリコール類及びフルオロカーボン類からなる群から選ばれる１種であることを特徴とする請求項１から請求項３０のいずれかに記載の液冷ＬＥＤ電球。
【請求項３２】
液冷発光ダイオード（ＬＥＤ）電球を製造するための方法であって、
ベースを用意するステップと、
前記ベースにシェルを接続するステップと、
前記シェル内に複数のＬＥＤを配置するステップと、
前記シェルに熱伝導液体を充填するステップと、
前記ＬＥＤ電球内に液体容積補償機構を配置するステップと、を具備し、
前記液体容積補償機構は、前記熱伝導液体の膨張を補償するように構成し、
前記液体容積補償機構は、第一の位置から第二の位置へ移動し、
前記第一の位置において前記熱伝導液体に第一の容積が与えられ、かつ、
前記第二の位置において前記熱伝導液体に、前記第一の容積よりも大きい第二の容積が与えられ、
前記液体容積補償機構はダイアフラム部材を備え、前記ダイアフラム部材は、前記複数のＬＥＤの中央に設けられた開口部において、少なくとも一部が前記熱伝導液体に流体的に結合されていること
を特徴とする方法。
【請求項３３】
前記ＬＥＤを放射状パターンで配置するＬＥＤマウントを設けるステップをさらに具備することを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
液冷発光ダイオード（ＬＥＤ）電球を製造するための方法であって、
ベースを用意するステップと、
前記ベースにシェルを接続するステップと、
前記シェル内に複数のＬＥＤを配置するステップと、
前記シェルに熱伝導液体を充填するステップと、
前記ＬＥＤ電球内に液体容積補償機構を配置するステップと、を具備し、
前記液体容積補償機構は、前記熱伝導液体の膨張を補償するように構成し、
前記液体容積補償機構は、第一の位置から第二の位置へ移動し、
前記第一の位置において前記熱伝導液体に第一の容積が与えられ、かつ、
前記第二の位置において前記熱伝導液体に、前記第一の容積よりも大きい第二の容積が与えられ、
前記ＬＥＤは、ＬＥＤマウントに配置され、
前記液体容積補償機構は、前記ＬＥＤマウント内に規定される開口部を通して前記熱伝導液体に流体的に結合されていること
を特徴とする方法。
【請求項３５】
前記熱伝導液体を前記シェル及び前記ベースにより規定される空間に満たし、前記空間に５％未満の気体を含ませることを特徴とする請求項３２から請求項３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記ダイアフラム部材は可撓性ダイアフラムを備えることを特徴とする請求項３２または請求項３３記載の方法。
【請求項３７】
前記液体容積補償機構は可撓性ダイアフラムを備えることを特徴とする請求項３４または請求項３５記載の方法。
【請求項３８】
前記液体容積補償機構が、
前記可撓性ダイアフラムに接続されるピストンと、
第一端部、第二端部及びシャフトを有し、前記第一端部が前記ピストンの中央に取り付けられるロッドと、
前記ロッドの前記シャフトの一部を囲み、前記ロッドが軸方向へ移動できるように構成されたロッドガイドと、
をさらに備えることを特徴とする請求項３６または請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
前記液体容積補償機構がフォームを備えることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項４０】
前記液体容積補償機構がベローズを備えることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項４１】
前記ベースが、
前記ＬＥＤに熱的に結合され、前記ＬＥＤからの熱を伝えるように構成された熱拡散ベースと、
前記ＬＥＤ電球を固定具に取り付けるように構成されたコネクタベースと、
を備えることを特徴とする請求項３２から請求項４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記コネクタベースがねじ山を備えることを特徴とする請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
前記熱伝導液体が、鉱油、シリコーン油、グリコール類及びフルオロカーボンからなる群から選ばれる１種であることを特徴とする請求項３２から請求項４２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、液体が冷却されたＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ「発光ダイオード」）電球に関し、特に、熱伝導液体が熱膨張できるように空間を拡張可能なＬＥＤ電球を提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明は、蛍光電球や白熱電球を用いて作られていた。どちらの電球も安心して使用されてきたが、それぞれ欠点があった。たとえば、白熱電球は非効率になりがちであり、発光にその２〜３％の電力しか使わず、残りの９７〜９８％の電力は熱として失われる。蛍光電球は、白熱電球より効率的であるが、白熱電球のような温かい光を作り出すことはない。また、蛍光電球に含まれる水銀に関しては、健康面や環境面での不安がある。
【０００３】
したがって、代わりの光源が望まれているが、その選択肢の一つが、ＬＥＤを用いた電球である。ＬＥＤは半導体の接合を備え、その接合に流れる電流により光を放つ。従来の白熱電球に比べ、ＬＥＤ電球は、同量の電力でより多くの光を作り出すことができる。さらに、ＬＥＤ電球の寿命は、白熱電球に比べて桁違いに長く、たとえば、白熱電球の１，０００〜２，０００時間に対し、１０，０００〜１００，０００時間である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
白熱電球や蛍光電球に代わってＬＥＤ電球を使用することには多くの利点があるが、ＬＥＤにも、白熱電球や蛍光電球に替わる幅広い採用を妨げる欠点がいくつかある。その欠点の一つとして、ＬＥＤは半導体であり、一般に約１２０℃を超える温度上昇が許されないことが挙げられる。たとえば、Ａ形のＬＥＤ電球は、極めて低い電力（すなわち、約８Ｗ）に限られており、白熱電球や蛍光電球の代替としては、十分な照明を作り出すことができない。
【０００５】
この問題への解決策の一つとして、大きな金属製のヒートシンクをＬＥＤに取り付け、電球から延出させることが考えられる。しかしながら、一般的な見解として、従来のＡ型のフォームファクターの電球と完全に異なる形の電球は、消費者が使用しないと考えられるので、この解決策は望ましくない。さらに、ヒートシンクを取り付けると、ＬＥＤ電球を既存の固定具に取り付けるのが難しくなる。
【０００６】
別の解決策として、電球に熱伝導性の液体を充填し、熱をＬＥＤから電球のシェルへ移動させることが考えられる。熱は、次いでシェルから電球周囲の空中へ伝わる。熱がＬＥＤから熱伝導液体に伝わると、液体の温度が上がり、熱膨張により液体の体積が増大する。液体を充填したＬＥＤ電球には、電球内のひとまとまりの空気や気泡を使用するものがある。液体の温度が上昇するにつれて、液体の体積が膨張し、ひとかたまりの空気や気泡が圧縮される。
【０００７】
しかしながら、液体を充填した電球内にひとかたまりの空気や気泡があることは、好ましくない。第一に、ひとかたまりの空気は、液体と外側のシェルハウジングの少なくとも一部との間に空気のバリアを形成することにより冷却効率を下げてしまう。第二に、気泡は、ＬＥＤが作り出す光に歪みを生じ、光の分散を不均一にしてしまうことがある。気泡は、電球の外観を損なわせる暗い部分や明るい反射を作り出すことがある。第三に、空気の気泡は、消費者にとってのアピールポイントでない、電球に液体が充填されている事実に注目を集めてしまうことが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態において、ＬＥＤ電球は、ベースと、該ベースに接続されるシェルと、複数のＬＥＤと、熱伝導液体と、液体容積補償機構とを備える。熱伝導液体は、シェル内に収容されている。複数のＬＥＤは、シェル内に配置され、熱伝導液体に浸漬される。液体容積補償機構は、ＬＥＤ電球内に配置される。液体容積補償機構は、熱伝導液体の膨張を補償するように構成される。液体容積補償機構は第一の位置から第二の位置に移動する。第一の位置において、熱伝導液体に第一の容積を提供し、第二の位置において、熱伝導液体に第一の容積よりも大きい第二の容積を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ダイアフラムを備えたＬＥＤ電球の断面図
【図２Ａ】拡張位置におけるピストンおよびダイアフラムを備えたＬＥＤ電球の断面図
【図２Ｂ】後退位置におけるピストンおよびダイアフラムを備えたＬＥＤ電球の断面図
【図３Ａ】拡張位置における伸縮バネ、ピストンおよびダイアフラムを備えたＬＥＤ電球の断面図
【図３Ｂ】後退位置における伸縮バネ、ピストンおよびダイアフラムを備えたＬＥＤ電球の断面図
【図４Ａ】拡張位置における、覆われたダイアフラム、ピストン、伸縮バネおよび反転したロッドを備えたＬＥＤ電球の断面図
【図４Ｂ】後退位置における、覆われたダイアフラム、ピストン、伸縮バネおよび反転したロッドを備えたＬＥＤ電球の断面図
【図５Ａ】拡張位置における、覆われたダイアフラム、ピストンおよび反転したロッドを備えたＬＥＤ電球の断面図
【図５Ｂ】後退位置における、覆われたダイアフラム、ピストンおよび反転したロッドを備えたＬＥＤ電球の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、当業者が様々な実施形態を実施し、利用できるように説明する。装置、技術および応用例を具体的に説明するが、それは一例に過ぎない。本書で説明する例には様々な変更を追加することができることは、当業者なら容易に理解できよう。また、本書で定義する一般原則は、以下の様々な実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、他の例や応用に適用できるであろう。したがって、これらの種々の実施形態は、ここに説明する実施例に限定されるものでなく、その範囲は、特許請求の範囲に合致するべきものである。
【００１１】
以下に、ＬＥＤ電球に関する様々な実施形態を説明する。本書で使用するように、「ＬＥＤ電球」は、少なくとも一つのＬＥＤを使用して光を発するものであれば、いかなる発光装置（たとえば、ランプ）でもよい。したがって、本書で使用するように、「ＬＥＤ電球」には、従来の白熱電球のようなフィラメントを使用して発光する発光装置は含まれない。ＬＥＤ電球には、従来の白熱電球の球状（ｂｕｌｂ−ｌｉｋｅ）のＡ形に加え、様々な形があることは理解すべきである。たとえば、電球には、管状、グローブ形等がある。本発明のＬＥＤ電球は、さらに、あらゆるタイプのコネクタ、たとえば、ねじ込み式（スクリュー）ベース、２極コネクタ、標準的な２極、または３極壁コンセントプラグ、差込み（バヨネット）式ベース、エジソンベース、シングルピン・ベース、マルチピン・ベース、凹ベース、フランジベース、溝状ベース、サイドベース等を含めることができる。
【００１２】
本書で使用するように、用語「液体」は、流れることのできる物質を意味する。また、熱伝導液体として使用する物質は、液体、あるいは、少なくとも電球の使用環境温度範囲内で液体である物質を意味する。温度範囲は、一例として、−４０℃から＋４０℃である。また、本書で使用するように、「受動的な対流」とは、ファンや、熱伝導液体の流れを作る他の機械装置の助けなく液体が流れることを意味する。
【００１３】
図１は、ＬＥＤ電球１００の一例を示す断面図である。ＬＥＤ電球１００は、ベース１１０と、ＬＥＤ電球１００の種々の部品を収容するシェル１０１とからなる。都合上、本書で説明するすべての例では、ＬＥＤ電球１００を標準的なＡ形フォームファクターの電球とする。しかしながら、先に述べたように、本発明は、当然ながら、管状、グローブ形等、様々な形のＬＥＤ電球に適用できる。
【００１４】
シェル１０１は、プラスチック、ガラス、ポリカーボネート等の、透明、または半透明の材料からなり得る。シェル１０１は、シェル中に拡散する分散物資を含み、ＬＥＤ１０３が発する光を分散させる。分散物質は、ＬＥＤ電球１００が一つまたは複数の光源を有するように見えるのを阻止する。
【００１５】
実施形態によっては、ＬＥＤ電球１００は６Ｗ以上の電力を使って、４０Ｗ白熱電球に等しい光を作り出すことができる。実施形態によっては、ＬＥＤ電球１００は、２０Ｗ以上を使用して７５Ｗ白熱電球以上の光を作り出すことができる。ＬＥＤ電球１００を付けると、ＬＥＤ電球１００の効率によっては、４Ｗから１６Ｗの熱エネルギーを作り出すことができる。
【００１６】
ＬＥＤ電球１００は、ＬＥＤ１０３が発する熱を放散するための様々な部品を備える。たとえば、図１に示すように、ＬＥＤ電球１００は、ＬＥＤ１０３を保持する一つまたは複数のＬＥＤマウント１０７を備える。ＬＥＤマウント１０７は、アルミニウム、銅、真鍮、マグネシウム、亜鉛等、様々な熱伝導性材料で作ることができる。ＬＥＤマウント１０７が熱伝導性材料からなるので、ＬＥＤ１０３で発せられた熱はＬＥＤマウント１０７に伝導的に移動させることができる。したがって、ＬＥＤマウント１０７は、ＬＥＤ１０３のヒートシンクまたは熱拡散部として機能する。
【００１７】
ＬＥＤマウント１０７は電球ベース１１０に取り付けられ、ＬＥＤ１０３が発する熱をＬＥＤ電球１００の他の部分に伝えることができる。ＬＥＤマウント１０７と電球ベース１１０とは一体形成しても、複数の部品で形成することもできる。電球ベース１１０はまた、熱伝導性材料で形成することができ、ＬＥＤマウント１０７に取り付けられて、ＬＥＤ１０３が発する熱を効率よく電球ベース１１０に伝える。電球ベース１１０はまた、シェル１０１に取り付けられる。電球ベース１１０はまた、シェル１０１に熱を伝えることができる。
【００１８】
電球ベース１１０はまた、電球シェル１０１およびＬＥＤマウント１０７を取り付けるための構造的特徴を備えた一つまたは複数の部品を備える。電球ベース１１０の部品には、たとえば、シーリング・ガスケット、フランジ、リング、アダプタ等が含まれる。電球ベース１１０はまた、電球を電源あるいは照明固定具に接続するためのコネクタベース１１５を備える。電球ベース１１０はまた、一つまたは複数のダイカスト部品を備えることができる。
【００１９】
ＬＥＤ電球１００は、ＬＥＤ１０３の発する熱をシェル１０１に伝えるための熱伝導液体１１１が充填されている。熱伝導液体１１１は、シェル１０１および電球ベース１１０の間に規定される閉鎖空間を満たしており、シェル１０１および電球ベース１１０の両方に熱を伝えることができる。実施形態によっては、閉鎖空間には、熱伝導液体１１１が満たされているとき、約５％未満の気体が含まれている。実施形態によっては、熱伝導液体１１１はＬＥＤ１０３に直接接している。
【００２０】
熱伝導液体１１１は、鉱油、シリコーン油、グリコール（ＰＡＧ）類、フルオロカーボン類、または、流れを起こすことのできるその他の物質を含むあらゆる熱伝導液体とすることができる。望ましくは、選ぶ液体を非腐食性の誘電体とする。そのような液体を選択することで、液体が漏電を起こす可能性を低減でき、またＬＥＤ電球１００の部品へのダメージを削減することができる。
【００２１】
ＬＥＤ電球１００は、ＬＥＤ電球１００に収容された熱伝導液体１１１の熱膨張を促進させるための液体容積補償機構を備える。図１に示す実施形態において、液体容積補償機構は、拡張可能な液体容積を提供するためのダイアフラム部材１２０を備える。ダイアフラム部材１２０は、化学的に熱伝導液体１１１と両立可能な可撓性膜である。ダイアフラム部材１２０は、エラストマまたはバイトン（登録商標）のような合成ゴムで作ることができる。他の好ましい物質としては、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロカーボン、ニトリルゴム等が挙げられる。本実施形態の液体容積補償機構はダイアフラム部材１２０を備えるが、当業者なら、液体容積補償機構を他の部品、たとえば、円板、ピストン、ベーン、プランジャ、スライド、独立気泡フォーム、ベローズ等で作ることができることは理解できよう。
【００２２】
本実施形態においては、ダイアフラム部材１２０を電球ベース１１０に取り付けて、実質的に不浸透性のシールとしている。たとえば、ダイアフラム部材１２０の周囲を電球ベース１１０のフランジまたはシート機構に締着することもできる。図１に示すように、ダイアフラム部材１２０はシーリングビート１２２を備え、密封性能を高めている。図１には採用し得る一つの密封構造を示しているが、当業者なら他の密封構造を採用できることが理解できよう。
【００２３】
図１において、ダイアフラム部材１２０は電球ベース１１０に取り付けられており、ダイアフラム部材１２０を液体容積補償機構として機能させる。たとえば、ＬＥＤ１０３が熱を発すると、熱伝導液体１１１が膨張し、シェル１０１および電球ベース１１０の間に規定される閉鎖空間内の圧力が増す。図１に示すように、ダイアフラム部材１２０の一表面の少なくとも一部が、熱伝導液体１１１と流体的に結合し、液体圧力によりダイアフラム部材の少なくとも一部に力が加わるようにする。第一の容積から第二の容積へ熱伝導液体の体積が膨張し、液体の圧力が増加するのに応じて、ダイアフラム部材１２０は第一の位置から第二の位置へ撓むことができる。
【００２４】
ダイアフラム部材１２０のサイズおよび形は、液体容積補償機構の容積（Ｖｅ）が拡張可能となるように選択される。拡張可能容積（Ｖｅ）の大きさは、液体の総量（Ｖｆ）、最低平均流体温度（Ｔａ）、最高平均電球温度（Ｔｂ）、および熱膨張係数（α）を含む複数のパラメータに依存する。拡張可能容積の最小容量（Ｖｅ（ｍｉｎ））は以下の通り算出できる。
Ｖｅ（ｍｉｎ）＝Ｖｆｘα（Ｔｂ−Ｔａ）          （数式１）
【００２５】
Ｖｆは、最低平均流体温度（Ｔａ）における液体の総量であり、最低平均流体温度（Ｔａ）は、製造中にＬＥＤ電球１００に充填された熱伝導液体１１１の体積にほぼ等しい。一例として、２５℃でのＶｆは、１５〜９０ｍｌであり、好ましくは、４０〜６０ｍｌである。αは熱膨張係数であり、熱伝導液体１１１の物質特性である。αは拡張可能容積（Ｖｅ）を最小にしたり低減したりするように選択することができる。一例として、αの範囲は、１．３ｘ１０−３／℃から８ｘ１０−４／℃である。
【００２６】
ＴａとＴｂは、推測される環境条件とＬＥＤ１０３の最大作動温度に基づくものである。数式１を使用して、液体容積補償機構のＶｅを計算し、最低予想Ｔａを使用するべきである。一例として、Ｔａは−４０℃から＋４０℃である。Ｔｂは、ＬＥＤ電球１００をフルパワーで使用した時の熱伝導液体１１１の平均的な定常温度である。一例として、Ｔｂは約９０℃であり、好ましくは、Ｔｂは１２０℃未満である。ＬＥＤ電球は、１８０分の連続使用後に、定常温度に達する。
【００２７】
本実施形態において、液体容積補償機構（たとえば、ダイアフラム部材１２０）は、数式１を用いて計算されるＶｅ（ｍｉｎ）よりも若干大きいＶｅを提供する。一例として、液体容積補償機構のＶｅは、少なくも５ｍｌである。他の例では、液体容積補償機構のＶｅは、少なくとも７ｍｌである。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態において、複数のＬＥＤ１０３の中央に開口部を設けて、熱伝導液体１１１がダイアフラム部材１２０の少なくとも一部と流体的に結合するようにしている。比較的小さな開口部とすることで、ダイアフラム部材１２０により吸収される光の量を低減させるという利点がある。たとえば、開口部を直径５ｍｍ未満かつ１ｍｍより大きく設定することもできる。ダイアフラム部材１２０により吸収される光を低減するために、開口部を、多孔板や多孔スクリーンで覆うこともできる。また、開口部は、反射バッフルで覆うこともできる。
【００２９】
先に注目したように、電球は、通常、標準フォームファクターに準拠しており、それにより異なる照明固定具や器具の間で電球交換可能となる。したがって、本実施形態において、ＬＥＤ電球１００にコネクタベース１１５を備え、電球を照明固定具に取り付ける。一例において、コネクタベース１１５を、従来の照明ソケットに挿入するためのねじ山１１７を備えた従来の電球ベースとすることができる。しかしながら、先に注目したように、コネクタベース１１５は、ＬＥＤ電球１００を取り付けるための、あるいは電源に接続するためのいかなるコネクタでもよく、たとえば、ねじ込み式（スクリュー）ベース、２極コネクタ、標準的な２極、または３極壁コンセントプラグ、差込み（バヨネット）式ベース、エジソンベース、シングルピン・ベース、マルチピン・ベース、凹ベース、フランジベース、溝状ベース、サイドベース等を介して取り付けることができる。
【００３０】
図２Ａは、光の分散を改良するように外向きに取り付けられたＬＥＤ１０３の配列を備えたＬＥＤ電球２００の断面図である。また、図２Ａに示すように、ＬＥＤ１０３は、液体容積補償機構から離れる方向に向けられており、液体容積補償機構の露出部分により作られる影や暗い部分を減らすことができる。図２Ａは、中央に配置された液体容積保障機構を示し、これは、ねじ部品としてガイドロッド２２６を使用してピストン２２２およびキャップ２２４に取り付けられたダイアフラム部材１２０を有している。本実施形態において、ダイアフラム部材１２０は、ピストン２２２およびキャップ２２４の間に締着されており、実質的に不透性のシールをなしている。また、ダイアフラム部材１２０の周囲は、電球ベース１１０に締着されており、実質的に不透性のシールとなっている。
【００３１】
上述のように、ＬＥＤ１０３は熱を発し、熱伝導液体１１１が膨張すると、シェル１０１および電球ベース１１０の間に作られた閉鎖空間内の圧力が増す。液体容積補償機構は熱伝導液体１１１にさらされているので、液体の圧力により液体容積補償機構の一つまたは複数の部品に力が働く。図２Ａに示す実施形態において、液体の圧力によりダイアフラム部材１２０およびキャップ２２４に力が働く。
【００３２】
液体容積補償機構は、圧力が増すと、撓んだり変形したりすることができ、その結果、容積が増大する。図２Ａでは、ダイアフラム部材１２０が撓むにつれて、ダイアフラム部材１２０の側壁部を巻いたり、折ったりすることができる。電球ベース１１０とピストン２２２との間には十分なクリアランスが設けられ、ダイアフラム部材１２０の側壁部を折ったり巻いたりできるようになっている。ダイアフラム部材１２０は、テーパを付けたり、頂部に凸部を設けた側壁部を有することができる。また、ダイアフラム部材１２０は、実質的に円筒形の側壁部を有することもできる。
【００３３】
図２Ａは、拡張位置における液体容積補償機構（たとえば、ダイアフラム部材１２０、ピストン２２２、キャップ２２４およびガイドロッド２２６）を示す図である。図２Ｂは、後退位置における液体容積補償機構を備えたＬＥＤ電球２００を示す図である。液体容積補償機構は、拡張位置と後退域の間を移動し、熱伝導液体１１１の熱膨張のためにＬＥＤ電球２００の液体容積許容量を増大させる。たとえば、拡張位置は、熱伝導液体１１１が冷却されているとき（たとえば、電球を使用していないとき）の液体容積補償機構の位置を示す。後退位置は、熱伝導液体１１１が熱せられたとき（たとえば、電球を使用し、定常温度に達したとき）の液体容積補償機構の位置を示す。
【００３４】
図２Ａにおいて、ピストン２２２は、ダイアフラム部材１２０を支持し、ダイアフラム壁部が破壊したり折れたりするのを防ぐ。また、ピストン２２２はピストン側壁部を含むことができ、これは、ダイアフラム部材１２０の側壁部と少なくとも同じ長さである。ガイドロッド２２６はガイド穴部２３０の中をスライドし、ダイアフラム部材１２０、ピストン２２２およびキャップ２２４が軸方向に移動できるようになっている。ガイドロッド２２６はステンレス鋼、真鍮、ブロンズ、アルミニウム等で作ることができる。本実施形態では、ガイドロッド２２６およびガイド穴部２３０を異なる材料で作り、摩損や焼き付けを防いでいる。あるいは、ガイド穴部２３０を、電球ベース１１０と異なる材料からなるスリーブまたはインサートとする。
【００３５】
図３Ａは、バネ懸架式ピストンを備えた液体容積補償機構を有するＬＥＤ電球３００の断面図である。バネ懸架式ピストンは熱伝導液体１１１に正圧を与える。正圧は電球内に保たれ、シェル１０１と電球ベース１１０との間の液体対空気のシールを改善する。熱伝導液体１１１に正圧を保つことにより、シールが液体不透性のバリアを提供し、液体が漏れ出るのを防ぐ。しかしながら、液体の正圧により空気がＬＥＤ電球３００に引き込まれる（たとえば、真空により）ことはないので、シールが空気不透性である必要はない。一般に、液体不透過性のシールを設けることは、空気不透過性のシールを設けるよりも、より実用的で費用効果が高い。したがって、加圧状態の熱伝導液体１１１を収容したＬＥＤ電球により、より高いシール特性を得ることができる。
【００３６】
また、伸縮バネ３１０を選択して、液体容積補償機構における摩擦を克服するのに十分な力を提供することができる。たとえば、液体容積補償機構の拡張位置に対応してダイアフラム部材１２０の形を復元するのに、正の力が必要であることも考えられる。伸縮バネ３１０を選択して、伸縮バネ３１０を圧縮した時に最大の液体圧力を超過しないようにすることができる。
【００３７】
図３Ａにおいて、液体容積補償機構は、ねじ部品としてガイドロッド２２６（図２Ａ）を使用してキャップ２２４およびピストン２２２（図２Ａ）にダイアフラム部材１２０を取り付けている。図３Ａに示すように、伸縮バネ３１０は、ピストン２２２（図２Ａ）と電球ベース１１０におけるフランジまたはシートとの間に取り付けられた圧縮バネである。電球ベース１１０内のシールされた空気チャンバを設けて、復帰力を提供することもできる。実施形態においては、引張バネ、トーション・バネ、高分子バネ等を設けて復帰力を提供することもできる。
【００３８】
図３Ａは、拡張位置における液体容積補償機構を示す図である。また、図３Ｂは後退位置における液体容積補償機構を備えたＬＥＤ電球３００を示す図である。図３Ｂに示すように、後退位置では、伸縮バネ３１０が圧縮されている。
【００３９】
図４Ａは、液体容積補償機構を覆うための中央突起部４２０を備えたＬＥＤ電球４００の一例を示す断面図である。液体容積補償機構を覆うことで、液体容積補償機構が光の分散を妨げるのを突起部４２０により防ぐことができる。たとえば、突起部４２０の表面に、突起部４２０により吸収される光の量を減らすように表面仕上げすることもできる。その結果として、突起部４２０は、液体容積補償機構が覆われることなくさらされている場合に比べて、吸収する光の量を抑えることができる。また、中央突起部をＬＥＤ電球４００内に配置することにより、ＬＥＤ１０３が発する光を妨げないようにすることができる。
【００４０】
液体容積補償機構を覆うことにより、突起部４２０は、液体体積補償機構がＬＥＤ電球４００内の液体の対流の妨げるのを防ぐことができる。その結果として、突起部４２０の外表面により熱伝導液体１１１の対流が促進される。また、突起部４２０が、テーパ付けされ、かつ丸くなった角部を含み、それにより、熱伝導液体１１１の流れが受動的な対流に付随して起こるようにしても良い。突起部４２０は、熱伝導液体１１１の対流において流れのないデッドゾーンを最小限にするように成形する必要がある。たとえば、突起部４２０は、ＬＥＤ電球４００が異なる向きに配向されたときに、熱伝導液体１１１の対流を促進するように成形することができる。
【００４１】
また、突起部４２０は、表面積を増やすことにより熱伝導液体１１１への熱伝導を促進するようにすることができる。ＬＥＤ１０３が発する熱はＬＥＤマウント１０７を介して突起部４２０に伝わり、次いで、突起部４２０から熱伝導液体１１１に伝わる。
【００４２】
本実施形態において、ＬＥＤマウント１０７は、液体容積補償機構を含むキャビティ４２２を部分的に覆う突起部４２０を含んでいる。図４Ａに示す液体容積補償機構は、ダイアフラム部材１２０、ピストン２２２、キャップ２２４、ガイドロッド２２６および伸縮バネ３１０を備えている。図４Ａに示すように、ガイドロッド２２６の一端はシェルに向かって延びている。中央突起部４２０は、ガイド穴部２３０を含み、液体容積補償機構を軸方向に移動することができるようにしている。ガイドロッド２２６をシェルに向かって配向することにより、液体容積補償機構を、大きな障害となることなく、ＬＥＤ電球４００の閉鎖空間内に部分的に配置することができる。液体容積補償機構を閉鎖空間に部分的に配置することにより、電球ベースのサイズを小さくできる。
【００４３】
図４Ａに示すように、突起部４２０およびＬＥＤマウント１０７は同じ部品からなる。しかしながら、突起部４２０を別部品にしたり、または電球ベースと同じ部品でつくったりすることもできる。突起部４２０は、一つまたは複数の流路を備えていても良く、これにより、キャビティ４２２に出入りする熱伝導液体１１１の流れを起こすこともできる。
【００４４】
図４Ａにおいて、ＬＥＤ１０３が熱を発すると、熱伝導液体１１１によりガイドロッド２２６の端部に力が働く。ガイドロッド２２６は、ピストン２２２およびキャップ２２４を介してダイアフラム部材１２０に連結されている。また、熱伝導液体１１１は、ピストン２２２やキャップ２２４等、ダイアフラム部材１２０に取り付けられる他の部品にも力を働かせることができる。
【００４５】
ダイアフラム部材１２０は、圧力が増すと、撓んだり変形したりして、容積を増大させることができる。図４Ａにおいて、ダイアフラム部材１２０が撓むと、ダイアフラム部材１２０の側壁部が曲がったり、折れたりできる。キャビティ４２２とピストン２２２との間には十分なクリアランスを設けて、ダイアフラム部材１２０が曲がったり折れたりできるようにする。
【００４６】
図４Ａは、拡張位置における液体容積補償機構を示す図であり、図４Ｂは、後退位置における液体容積補償機構を備えたＬＥＤ電球４００を示す図である。図４Ｂに示すように、後退位置において、伸縮バネ３１０は圧縮されている。
【００４７】
また、図４Ａに示すように、ＬＥＤ電球４００は、液体容積補償機構の内側へのストロークを制限する機構を備える。たとえば、突起部４２０にシートやフランジのようなストローク制限機構を設けて、キャップ２２４の拡張位置を超える移動を防ぐことができる。伸縮バネ３１０を備える実施形態において、ストローク制限機構は、ダイアフラム部材１２０の側壁部に復帰力がかかるのを防ぐものであることが望ましい。したがって、一実施形態において、ダイアフラム部材１２０のストロークは、ストローク制限機構により許可されるストロークよりもわずかに大きくしなければならない。
【００４８】
図５Ａは、中央突起部４２０および液体容積補償機構を備えるＬＥＤ電球５００の一例を示す断面図である。図５Ａに示す液体容積補償機構は、ダイアフラム部材１２０、ピストン２２２、キャップ２２４、およびガイドロッド２２６を備える。図５Ａに示す実施形態において、電球ベース１１０内のシールされた空気チャンバを設けて、復帰力を与え、伸縮バネなしでもピストンが作用するようにすることもできる。本実施形態において、熱により液体が膨張するとピストンが後退し、冷却されて液体が収縮するとピストンが延びる。図５Ａは、拡張位置における液体容積補償機構を示し、図５Ｂは、後退位置における液体容積補償機構を備えたＬＥＤ電球５００を示す。
【００４９】
液体容積補償機構の直径およびストロークは、電球ベースのサイズが小さくなるように設定する。たとえば、液体容積補償機構の直径を短くし、ストロークを大きくし、細長い電球ベースとする。熱膨張率が低い熱伝導液体を選択して、拡張可能容量と液体容積補償機構のサイズを小さくすることもできる。
【００５０】
特徴を具体的な実施形態に合わせて説明してきたが、当業者なら、上述の実施形態の様々な特徴は組み合わせることができることは理解できよう。さらに、実施形態に合わせ説明したさまざま態様は単独で実施することも可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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