(57)【要約】  ＬＥＤランプ（１００）は、ＬＥＤを備えるＬＥＤモジュール（５）、ＬＥＤモジュール（５）を覆うグローブ（７）、グローブ（７）の後方側に取着されたケース（９）、ケース（９）の後方側の開口端部に被着された口金（１１）、グローブ（７）における後方側の開口を塞ぐ蓋部材（１３）、口金（１１）から受電してＬＥＤを発光させるための回路ユニット（１５）、ＬＥＤモジュール（５）をグローブ（７）の内部に支持する支持部材（１７）を備える。グローブ（７）の開口が蓋部材（１３）により塞がれてなる容器（１４）の容積が２５０［ｃｍ3］以下である。
2013084407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グローブ開口が蓋部材により塞がれてなる容器内に光源としての半導体発光素子が支持部材により支持されているランプであって、
前記容器内には空気よりも高い熱伝導性を有する流体が封入され、
前記容器の容積が２５０ｃｍ3以下である
ことを特徴とするランプ。
【請求項２】
前記支持部材における前記流体と接触する部分の表面積が１８ｃｍ2以上である
ことを特徴とする請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
前記流体はヘリウムガスである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のランプ。
【請求項４】
前記支持部材における前記流体と接触する部分が金属材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５】
ランプと、前記ランプを装着して点灯させる照明器具とを備える照明装置において、
前記ランプは、請求項１〜４のいずれか１項に記載のランプである
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を光源とするランプ及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から、白熱電球に代替する電球形ランプとして、高効率・長寿命なＬＥＤを利用するランプ（以下、ＬＥＤランプと記載する。）が提案されている。【０００３】
ＬＥＤランプは、例えば、多数のＬＥＤを実装する実装基板がケースの端部に装着され、ＬＥＤを覆うグローブがケースの端部に装着されている（特許文献１〜２）。【０００４】
ＬＥＤは発光時に熱を発生する。この熱によりＬＥＤが過度に加熱されると、ＬＥＤの発光効率が低下したり、ＬＥＤの寿命が短くなったりする。【０００５】
このようなことから、発光時のＬＥＤの過度な温度上昇を防止するために種々の対策が施されている。特許文献２では、ケースの表面に放熱溝を設け、発光時に実装基板からケースへと伝わった熱を効率良く放熱させるようにしている。非特許文献１では、ケースを良熱伝導材料である金属で形成して、発光時のＬＥＤの熱をケースから口金へと伝えてケースに熱が蓄積しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３１３７１７号公報
【特許文献２】特開２０１０−００３５８０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「ランプ総合カタログ  ２０１０」発行：パナソニック株式会社  ライティング社他
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、ＬＥＤランプへの高輝度化の要望が強くなっており、上記技術ではこの要望に答えることができない。つまり、高輝度化に伴ってＬＥＤの発熱量が増大し、この熱を放出・伝熱するために、ケースが大型化するのである。ケースの大型化はＬＥＤランプの大型化につながり、既存の照明装置に適用できない。【０００９】
本発明は、ランプの大型化を招くことなく、高輝度化に対応し得る新規構成のランプ及び照明装置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】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明に係るランプは、グローブ開口が蓋部材により塞がれてなる容器内に光源としての半導体発光素子が支持部材により支持されているランプであって、前記容器内には空気よりも高い熱伝導性を有する流体が封入され、前記容器の容積が２５０ｃｍ3以下であることを特徴とするランプ。【００１１】
ここでいう「容積」とは、半導体発光素子及び支持部材を格納した状態の容器内に１気圧の状態の流体が入り得る量を意味する。具体的には、容器（内面を基準とする。）の体積から半導体発光素子及び支持部材の体積を引いたものとなる。【００１２】
また、「半導体発光素子が支持部材により支持されている」には、半導体発光素子が支持部材に直接実装されて支持される場合、半導体発光素子が他部材（例えば実装基板）を介して支持部材により支持される場合を含む。【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、ランプと、前記ランプを装着して点灯させる照明器具とを備え、前記ランプは、上記構成を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成によれば、空気よりも高い熱伝導率を有する流体が容器内に封入されているので、発光素子から発生した熱を流体により容器へ伝導させることができる。これにより、ランプの大型化を招くことなく、放熱特性を向上させることができ、高輝度化に対応可能となる。特に、容器内の容積を２５０［ｃｍ3］としているので、発光素子の温度上昇を効率的に抑制することができる。【００１５】
前記支持部材における前記流体と接触する部分の表面積が１８ｃｍ2以上であることを特徴とし、あるいは、前記流体はヘリウムガスであることを特徴とし、さらには、前記支持部材における前記流体と接触する部分が金属材料で構成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係るＬＥＤランプの構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＬＥＤランプのＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【図３】ＬＥＤランプのＢ−Ｂ’線矢視断面図である。
【図４】ＬＥＤモジュールの構造を示す図である。
【図５】容器の容積と、点灯時のＬＥＤの温度（ジャンクション温度である。）との関係を示す解析結果である。
【図６】解析に用いた容器を説明する図である。
【図７】解析に用いた支持部材を説明する図である。
【図８】点灯時のランプの温度分布の解析結果を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係るＬＥＤランプの構造を示す斜視図である。
【図１０】図９に示すＬＥＤランプのＤ−Ｄ’線矢視断面図である。
【図１１】第３の実施形態に係るＬＥＤランプの構造を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すＬＥＤランプのＥ−Ｅ’線矢視断面図である。
【図１３】図１１に示すＬＥＤランプのＦ−Ｆ’線矢視断面図である。
【図１４】第４の実施形態に係る照明装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
≪第１の実施形態≫
１．全体構成
図１は、第１の実施形態に係るＬＥＤランプ１００の構造を示す斜視図である。図２は、図１に示すＬＥＤランプ１００のＡ−Ａ’線矢視断面図であり、図３は、ＬＥＤランプ１００のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。なお、図３においては、ＬＥＤランプ１００の一部断面図としている。
【００１８】
図２，３において、紙面上下方向に沿って描かれた一点鎖線は、ＬＥＤランプ１００のランプ軸Ｊを示しており、紙面上方がＬＥＤランプ１００の前方（「上方」または「上」と表現する場合もある。）であって、紙面下方がＬＥＤランプ１００の後方（「下方」または「下」と表現する場合もある。）である。ここで、「ランプ軸」とは、グローブ７を前方側から平面視した時のグローブ７の中心、ならびに、口金１１を後方側から平面視した時の口金１１の中心を通る仮想線を指す。
【００１９】
図１〜３に示すように、ＬＥＤランプ１００は、その主な構成として、ＬＥＤを備えるＬＥＤモジュール５、ＬＥＤモジュール５を覆うグローブ７、グローブ７の後方側に取着されたケース９、ケース９の後方側の開口端部に被着された口金１１、グローブ７における後方側の開口を塞ぐステム（本発明の「蓋部材」に相当する。）１３、口金１１から受電してＬＥＤを発光させるための回路ユニット１５、ＬＥＤモジュール５をグローブ７の内部に支持する支持部材１７を備える。ここで、グローブ７の開口がステム（蓋部材）１３により塞がれたものが容器１４となり、容器１４の容積が２５０［ｃｍ3］以下である。
【００２０】
以下、図１〜３中の各部分について説明する。
２．各部構成
（１）ＬＥＤモジュール
図４は、ＬＥＤモジュール５の構造を示す図である。図４（ａ）は、ＬＥＤランプ１００の前方側から見たＬＥＤモジュール５の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＣ−Ｃ’線矢視断面図である。
【００２１】
図１，２、４に示すように、ＬＥＤモジュール５は、実装基板２１と、実装基板２１における前方側の面に実装された複数のＬＥＤ３と、ＬＥＤ３を被覆する封止体２３とを備える。
【００２２】
実装基板２１は、図４（ａ）に示すように、平面視形状が矩形状をしている。実装基板２１は、複数のＬＥＤ３を電気的に接続（直列接続又は／及び並列接続である。）したり、回路ユニット１５と接続したりするための配線パターン２２を基板本体の表面に有している。
【００２３】
実装基板２１の基板本体及び配線パターン２２を構成する材料として、透光性を有する材料が利用される。これにより、ＬＥＤ３から発せられた光は、ＬＥＤランプ１００の前方側へ出射されるだけでなく、実装基板２１を透過して後方側へも出射させることができる。
【００２４】
実装基板２１の基板本体の材料として、例えば、ガラス、アルミナ、サファイア、樹脂等が挙げられ、配線パターン２２の材料として、例えばＩＴＯ等が挙げられる。
【００２５】
ＬＥＤ３は、ベアチップの状態で実装基板に所定の間隔をおいて複数実装されており、ここでは、実装基板２１の長手方向に沿って直線状に２列に配置されている。なお、ＬＥＤ３の個数、配列等は、ＬＥＤランプ１００に要求される輝度等により適宜決定される。
【００２６】
封止体２３は、ＬＥＤ３への空気、水分の侵入を防止する機能、さらに、ここではＬＥＤ３からの光の波長を変換する波長変換機能も有している。封止体２３は、１列分のＬＥＤ３を被覆している。
【００２７】
封止体２３は、主に透光性材料で構成されている。ここでは、封止体２３の透光性材料は、例えばシリコーン樹脂を利用することができる。また、例えば、ＬＥＤ３が青色光を発する場合、例えば、青色光を黄色光に変換する蛍光体粒子を波長変換材料として透光性材料を混入することで、ＬＥＤ３から出射された青色光と、蛍光体粒子により波長変換された黄色光とにより混色された白色光がＬＥＤモジュール５（ＬＥＤランプ１００）から発せられることとなる。
【００２８】
実装基板２１は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、回路ユニット１５からＬＥＤ３へ給電するためのリード線４９，５１（図１，２）を挿通させるための貫通孔２６を給電端子２２ａ，２２ｂの周面（周辺）に有している。
【００２９】
実装基板２１（ＬＥＤモジュール５）とリード線４９，５１との接続は、リード線４９，５１の一端が半田２４により配線パターン２２の給電端子２２ａ，２２ｂと接続されることにより行われる。なお、リード線４９，５１の他端は、図２に示すように、回路ユニット１５に接続されている。
【００３０】
実装基板２１は、支持部材１７の凸部１７ａ（図２，３）との結合に用いられる貫通孔２５を略中央に有している。
【００３１】
本実施形態に係るＬＥＤランプ１００では、グローブ７内であって、白熱電球の光源（フィラメント）位置に対応した位置（例えば略同じ位置である。）にＬＥＤモジュール５を設けている。これにより、白熱電球を装着した際の配光特性と近い特性を得ることができる。
（２）グローブ
グローブ７は、図１〜３に戻り、白熱電球のバルブと同じようなタイプ、つまりＡタイプである。グローブ７は、透光性材料により構成されている。使用可能な透光性材料としては、例えば、ガラス材料や樹脂材料等があり、本実施形態では、ガラス材料が利用されている。
【００３２】
グローブ７は、図２に示すように、中空の球状をした球状部７ａと、筒状をした筒状部７ｂとを有している。筒状部７ｂは球状部７ａから離れるに従って縮径し、球状部７ａと反対側の端部（グローブ７における後方側の端部）が開口する。
（３）ケース
ケース９は、図１〜３に示すように、白熱電球のバルブの口金側に近い部分と同じような形状をしている。ケース９は、例えば金属材料、樹脂材料等により構成され、ここでは、樹脂材料（例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）である。）により構成されている。
【００３３】
ケース９は、内部に回路ユニット１５を格納する機能の他、点灯時に回路ユニット１５から発生する熱を外部に放出する機能や、ステム１３を介して伝達してきた発光時のＬＥＤモジュール５の熱を放出する機能を有している。なお、放熱は、ケース９から外気や口金１１への熱伝導、外気による対流、輻射により行われる。
【００３４】
ケース９は、図２に示すように、ランプ軸Ｊ方向における前方側半分に大径部９ａを、後方側半分に小径部９ｂをそれぞれ有する。また、大径部９ａと小径部９ｂとの間には、図２における左下に示す拡大図のように段差部９ｃが形成されている。
【００３５】
ケース９の大径部９ａは、図２に示すように、グローブ７とステム１３とが一体化してなる容器１４の下端部を覆うようにして、前記下端部と接合している。接合は、ここでは、接着剤５７を利用して固着されている。接着剤５７としては、例えば、樹脂等の有機系接着剤や無機系接着剤を用いることができる。
【００３６】
ケース９の大径部９ａには、容器１４の下端部を安定した状態で保持するために、段差部９ｅが形成されている。
【００３７】
ケース９の小径部９ｂ、すなわち、ケース９におけるグローブ７と反対側に開口端部には、エジソンタイプの口金１１が被着されている。図２に示すように、小径部９ｂの外周は雄ネジとなっており、このネジ部分が口金１１内にねじ込まれることにより、口金１１とケース９とが結合される。
【００３８】
また、ケース９の小径部９ｂには、ケース９の中心軸と平行に延伸する溝９ｄが形成されている。この溝９ｄは、後述する口金１１と回路ユニット１５とを接続するリード線３３を固定する（リード線３３の移動を規制する）ものである。
（４）口金
口金１１は、照明器具のソケットから電力を受けるためのものである。口金１１の種類は、特に限定するものではないが、本実施形態においてはエジソンタイプが使用されている。口金１１は、図２に示すように、筒状であって周壁がネジ状をしたシェル部２７と、シェル部２７に絶縁材料２９を介して装着されたアイレット部３１とからなる。
【００３９】
口金１１と回路ユニット１５との電気的接続は、シェル部２７はリード線３３を介して、アイレット部３１はリード線３５を介してそれぞれ行われる。なお、リード線３３は、ケース９の小径部９ｂの内側から下端の開口を経由して外側へと引き出されてケース９の溝９ｄに嵌められた状態で、シェル部２７に覆われている。これにより、ケース９の外周とシェル部２７の内周とにリード線３５が挟まれ、リード線３５と口金１１とが電気的に接続される。
（５）ステム
ステム１３は、グローブ７と同様に、透光性材料で構成されており（例えばガラス材料である。）、グローブ７とで容器１４を構成する。つまり、ステムの外周部分をグローブ７の開口周辺に当接させた状態で、当接部分を加熱して溶融・溶着し、ステム１３とグローブ７とを一体化して容器１４を構成する。なお、溶融・溶着した部分の符号を「１３ｂ」として図示している。
【００４０】
容器１４の内部には、空気よりも高い熱伝導性を有する流体が封入されている。これにより、ＬＥＤ３の点灯時に発生した熱を、ＬＥＤモジュール５からグローブ７へ効率良く伝導させることが可能となる。
【００４１】
ここでは、流体として、ヘリウム（Ｈｅ）ガスが利用されている。なお、ヘリウムガスを用いる利点としては、不活性であること、安価であること、他部材への腐食性、還元性が極めて小さいこと等が挙げられる。
【００４２】
ステム１３は、いわゆる、フレアステムであり、図３に示すように、排気管５９が気密状に設けられている。排気管５９は、容器１４内を真空にしたり、ヘリウムを封入したりするのに利用される。
【００４３】
なお、図３での排気管５９は、容器１４内のある端部は開口６１を有したままであり、ヘリウムガスを封入した後、容器１４内を密閉するために、容器１４の外側にある端部が焼き切られた（チップオフ封止された）状態を示している。
また、ステム１３には、一対のリード線４９，５１が貫通する状態で封着されている。これにより、容器１４からは一対のリード線４９，５１と排気管５９とが延出することとなり、容器１４が気密状に保持される。
（６）回路ユニット
回路ユニット１５は、口金１１を介して受電した商用電力をＬＥＤ３点灯用電力に変換する。回路ユニット１５は、図２に示すように、回路基板４１と、回路基板４１に実装された各種の電子部品４３，４５とから構成されている。
【００４４】
回路ユニット１５の回路構成としては、主に、商用電力（交流）を整流する整流回路と、整流された直流電力を平滑化する平滑回路が含まれる。本実施形態においては、整流回路はダイオードブリッジ４５により、平滑回路はコンデンサ４３により構成されている。ダイオードブリッジ４５は回路基板４１のグローブ７側の主面に実装されている。コンデンサ４３は、回路基板４１の口金１１側の主面に実装され、口金１１の内部に位置する。
【００４５】
回路基板４１は、ケース９の内部に係止構造を利用して固定される。具体的には、図２における左下の拡大図に示すように、ケース９の内部の段差部９ｃに回路基板４１の裏面の周縁部分が当接し、大径部９ａの内面の係止部４７により回路基板４１の表面が係止されている。
【００４６】
係止部４７は、周方向に間隔（例えば、等間隔である。）をおいて複数個（例えば４個である。）形成されている。係止部４７は、段差部９ｃに近づくに従ってケース９の中心軸側に張り出す形状をし、係止部４７と段差部９ｃとの距離は、回路基板４１の厚みに相当する。
【００４７】
なお、回路基板４１（回路ユニット１５）を装着する際には、回路ユニット１５をケース９の大径部９ａ側から挿入し、回路基板４１の下面（口金１１側の面）が係止部４７に到達すると、回路基板４１をさらに押し込んで係止部４７を通過させる。これにより、回路基板４１が係止部４７により係止され、回路ユニット１５がケース９に装着される。
（７）支持部材
支持部材１７は、図１〜３に示すように、容器１４内においてＬＥＤモジュール５を支持する。支持部材１７は、ＬＥＤモジュール５の支持具としての機能、ＬＥＤランプ１００の発光時には放熱部材としての機能を有する。
【００４８】
支持部材１７は、例えば棒状をし、上端部はＬＥＤモジュール５に結合され、下端部は接着剤１９によりステム１３に取着されている。
【００４９】
支持部材１７の中間領域は、断面が円形状をした円柱部１７ｂとなっている。支持部材１７の上側領域は、矩形状の実装基板２１の短手方向に偏平な（短手方向の厚みが薄い）形状をした偏平部１７ｃとなっている。
【００５０】
これにより、支持部材１７の偏平部１７ｃにおいては、ＬＥＤモジュール５を安定に保持しつつ、円柱部１７ｂにおいては、ＬＥＤ３から後方へと発せられた光をなるべく遮らないような構成としている。
【００５１】
支持部材１７は、例えば、金属材料や樹脂材料等で構成される。支持部材１７を、例えばアルミニウムで構成すると、ＬＥＤモジュール５からの熱も伝達でき、しかも、ＬＥＤランプ１００の軽量化も図ることができる。
【００５２】
接着剤１９としては、熱伝導性の高いものが望ましい。このようにすることで、ＬＥＤ３で発生した熱を、ＬＥＤモジュール５の実装基板２１、支持部材１７を介して、ステム１３へ伝導するのを促進することが可能である。ステム１３へ伝導した熱はグローブ７へ伝わり、グローブ７からＬＥＤランプ１００の外部へ放出される。熱伝導性の高い接着剤としては、例えば、セラミックス、セメント等の無機材料系の接着剤、放熱性シリコーン等の有機材料系の接着剤が挙げられる。
【００５３】
支持部材１７とＬＥＤモジュール５との結合は係合構造や接着剤を利用している。具体的には、支持部材１７の上面には凸部１７ａが形成されており、この凸部１７ａがＬＥＤモジュール５の実装基板２１の略中央の貫通孔２５（図３）に挿入（嵌合）された状態で、凸部１７ａと貫通孔２５との間に接着剤を充填することで、支持部材１７とＬＥＤモジュール５とが結合される。
【００５４】
放熱部材としての機能は、ＬＥＤ３の点灯時に発生した熱であって、支持部材１７に伝わってきた熱をグローブ７内に含まれるヘリウムガスや空気に伝導させることで達成される。
【００５５】
なお、支持部材１７とステム１３との接合に接着剤１９を用いることにより、支持部材１７の下端面およびステム１３のステムヘッド１３ｂ（図２，３）の両方が平坦な面でない場合の固着にも対応することができる。
３．容器の容積について
図５は、容器の容積と、点灯時のＬＥＤの温度（ジャンクション温度である。）との関係を示す解析結果である。図６は、解析に用いた容器を説明する図であり、図７は、解析に用いた支持部材を説明する図である。図８は、点灯時のランプの温度分布の解析結果を示す図である。なお、図８は、最高温度と室温との温度差を１０段階で示し、最高温度の領域が小さいため図中では９段階が示されている。
【００５６】
解析試験に用いた容器の大きさは、１０４［ｃｍ3］、１８１［ｃｍ3］、２５２［ｃｍ3］、３３５［ｃｍ3］、４２６［ｃｍ3］の５種類である。なお、ここでの容積は、グローブとステムとから構成される容器の容積からＬＥＤモジュールと支持部材の各体積を引いたものである。
【００５７】
容器の形状は、図６に示すように、容積が１０４［ｃｍ3］の容器１５１が白熱電球の形状に近いＡタイプであり、容積が４２６［ｃｍ3］の容器１５３がボール形状に近いＧタイプであり、容積が増加するに従って、容器の形状がＡタイプからＧタイプに近づいていく。
【００５８】
各容器を構成するステム（蓋部材）１５５は、図６に示すように、容器の容積に関係なく、円板状をした、いわゆるボタンステムである。なお、ステム１５５の大きさはすべての容器で同じである。
【００５９】
容器（１５１，１５３等）は、グローブの大きさ・形状が異なるが、図６に示すように、グローブ１５７，１５９の開口を塞ぐステム１５５の大きさ・形状は同じであり、容積が大きくなるに従って、グローブ（１５７，１５９）の形状がＡタイプの茄子形状からＧタイプの球形状に近づいている。
【００６０】
また、解析に用いた支持部材の形状は、図７に示すように、Ｘタイプ（１６３）、Ｙタイプ（１６５）、Ｚタイプ（１６７）の３種類がある。
【００６１】
Ｘタイプの支持部材１６３は円柱形状であってステム１５５に近い側の大径部分１６３ａとＬＥＤモジュール１６９に近い側の小径部分１６３ｂとを結合したような段付き形状をしている。Ｙタイプの支持部材１６５はステム１５５から離れるに従って外径が小さくなる先細り状の円柱形状をしている。Ｚタイプの支持部材１６７は円柱形状あってステム１５５に近い側の円柱部分１６７ａとＬＥＤモジュール１６９に近い側の円錐台部分１６７ｂとを結合したような形状をしている。
【００６２】
解析に用いた支持部材の表面積（ヘリウムと接する面積である。）は、Ｘタイプ（１６３）が１６．７［ｃｍ2］、Ｙタイプ（１６５）が１８．５［ｃｍ2］、Ｚタイプ（１６７）２４．１［ｃｍ2］の３種類である。
【００６３】
各タイプの支持部材１６３，１６５，１６７は、下面（ステム側である。）の直径Ｄ１が等しく、上面（ステムと反対側である。）の直径Ｄ２も等しくなっている。つまり、すべてのタイプの支持部材１６３，１６５，１６７の下面及び上面の面積が等しくなっている。これは、ＬＥＤモジュール１６９から支持部材１６３，１６５，１６７に伝わる熱量と、支持部材１６３，１６５，１６７からステム１５５（容器）に伝わる熱量とを各タイプとも同じにするためである。なお、高さＨ１も等しくなっている。
【００６４】
解析に用いたＬＥＤモジュール１６９はすべて同じものであり、また、図６に示すように、容器（１５１，１５３等）と接合されるケース１７１、口金１７３がすべて同じもので解析されている。
【００６５】
ＬＥＤのジャンクション温度は、各タイプの支持部材１６３，１６５，１６７において容器の容積が大きくなるに従って下降し、各タイプとも容器の容積が２５２［ｃｍ3］以上になるとほとんど低下しなくなる。つまり、容積が２５２［ｃｍ3］未満、例えば、２５０［ｃｍ3］以下であれば、ＬＥＤのジャンクション温度を有効に低下させることができる。
【００６６】
この理由は、ＬＥＤのジャンクション温度の降下に寄与するのは、ＬＥＤモジュール５と支持部材１７の近傍にある気体（ヘリウムガスや空気）のみであり、ある一定の容積以上の容器を設けても、ＬＥＤモジュール５から離れた位置にある気体は、ジャンクション温度の降下にほとんど寄与しないためであると考えられる。
【００６７】
また、ＬＥＤのジャンクション温度は、支持部材１６３，１６５，１６７が、Ｘタイプ、Ｙタイプ、Ｚタイプの順で低くなっている。この順は、支持部材１６３，１６５，１６７の表面積が大きくなる順である。つまり、支持部材の表面積が大きくなるに従って、ＬＥＤのジャンクション温度が低くなることが分かる。この理由は、支持部材からヘリウムガスへの熱伝導は、支持部材の表面から周囲のヘリウムガスへと行われるためである。
【００６８】
また、容器内のヘリウムガスの温度分布は、図８に示すように、熱源であるＬＥＤモジュール１６９の周辺のＡ領域が最も高く、次にＬＥＤモジュール１６９と支持部材１６３の小径部分１６３を含む略全体であるＢ領域が高く、当該領域Ｂを離れるに従ってヘリウムガスの温度が低くなっている。領域Ｂは、ＬＥＤモジュール１６９と支持部材１６３の上半分を含んでいたが、領域Ｃは支持部材１６３の全体を含む。
【００６９】
つまり、ＬＥＤモジュール１６９で発生した熱は、当該ＬＥＤモジュール１６９の周辺でヘリウムガスへと伝熱してＡ領域の温度が高くなり、支持部材１６３の略全体に伝熱する。このため、支持部材１６３の上部を含むＢ領域での温度が高く、また、支持部材１６３全体を含むＣ領域でも温度が高くなる。
【００７０】
支持部材１６９からヘリウムガスへの熱伝導は、支持部材１６９の表面全体から行われ、Ｄ領域、Ｅ領域の温度も高くなっているが、Ｈ領域やＩ領域ではＬＥＤモジュールの熱はほとんど伝達していない。特に、ＬＥＤモジュール１６９に対して、上方（支持部材と反対側である。）に離れた位置では、ランプ周囲の雰囲気温度と差が少なく、ＬＥＤモジュールの熱が伝導していないことが分かる。
【００７１】
上記温度分布から、ＬＥＤモジュール１６９及び支持部材１６３の外表面から１０［ｃｍ］以内（この領域がＡ領域からＥ領域である。）で、ヘリウムガスへの熱伝導が盛んに行われており、ＬＥＤモジュール１６９と容器との間隔、支持部材１６３と容器との間隔が少なくとも１０［ｍｍ］以上あるのが好ましい。
【００７２】
さらに、ＬＥＤモジュール１６９と支持部材１６３のうち、最も温度の高い位置を中心とする半径（図中の「Ｋ」である。）４０［ｍｍ］の外側では、ＬＥＤモジュール１６９からの熱がほとんど伝わっていない。このため、ＬＥＤモジュール１６９と支持部材１６３のうち、最も温度の高い位置を中心とする半径４０［ｍｍ］の内側にヘリウムガスが存在することが好ましい。
【００７３】
≪第２の実施形態≫
図９は、第２の実施形態に係るＬＥＤランプ２００の構造を示す斜視図である。図１０は、図９に示すＬＥＤランプ２００のＤ−Ｄ’線矢視断面図である。なお、図９，１０において、第１の実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００７４】
本実施形態におけるＬＥＤランプ２００において、第１の実施形態に係るＬＥＤランプ１００と相違する点は、ＬＥＤモジュール８１、支持部材８３、ステム８５の構成である。なお、容器８６は、グローブ７とステム８５とにより構成され、容器８６の容積が２５０［ｃｍ3］以下である。
【００７５】
具体的に説明すると、図１０に示すように、支持部材８３を中空の部材とし、支持部材８３の内部にリード線４９，５１を挿通させる構成とした。支持部材８３は、図９、１０に示すように、第１の実施形態における支持部材１７の外観形状をそのままに、中空構造としたものである。したがって、支持部材８３は、第１の実施形態における支持部材１７と同様に円柱部８３ｂと偏平部８３ｃを有する。
【００７６】
なお、支持部材８３の内部にリード線４９，５１を挿通させるのに伴って、ステム８５におけるリード線４９，５１が挿通する位置がランプ軸Ｊ側に寄っている。また、リード線４９，５１が支持部材８３の内部に収容されるのに伴って、リード線４９，５１とＬＥＤモジュール８１の実装基板９１とを接続する半田８７の位置がランプ軸Ｊ側に寄った構成となっている。
【００７７】
図１０に示すように、ステム８５とグローブ７は一体的に成形されているため、ステム８５とグローブ７との界面は気密状に接合（封止）されている。
【００７８】
支持部材８３とＬＥＤモジュール８１との固着には、接着剤８９が用いられている。接着剤８９としては、例えば、上記の接着剤１９で挙げたものを用いることができる。
【００７９】
本実施形態においては、リード線４９，５１が支持部材８３の内部に収容されている。したがって、第１の実施形態と比較して、ＬＥＤモジュール８１から発せられた光のうち、後方へ発せられた光をより遮らないような構成となっている。
【００８０】
≪第３の実施形態≫
図１１は、第３の実施形態に係るＬＥＤランプ３００の構造を示す斜視図である。図１２は、図１１に示すＬＥＤランプ３００の断面図である。なお、図１１、１２において、第１〜第２の実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
本実施形態におけるＬＥＤランプ３００において、第１の実施形態に係るＬＥＤランプ１００と相違する点は、ステム（本発明の「蓋部材」である。）１１１の構成である。なお、容器１１２は、グローブ７とステム１１１とにより構成され、容器１１２の容積が２５０［ｃｍ3］以下である。
【００８２】
具体的には、ステム１１１はドーム形状をしており、ランプ軸Ｊと交差する付近に凹部１１１ａを有する形状である。この凹部１１１ａにおいて、支持部材１７とステム１１１とが接着剤１９により固着される。
【００８３】
このような構成にすることで、第１の実施形態のように凸状のステムヘッド１３ｂに支持部材１７が固着されている場合と比較して、安定にＬＥＤモジュール５をグローブ７の内部に支持することが可能である。
【００８４】
なお、図１１，１２に示すように、ステム１１１とグローブ７は一体的に成形されているため、ステム１１１とグローブ７との界面は、気密状に接合されている。
≪第４の実施形態≫
実施形態等では、特に、ＬＥＤランプについて説明したが、本発明は、上記ＬＥＤランプを利用した照明装置にも適用できる。
【００８５】
第４の実施形態では、第１の実施形態に係るＬＥＤランプ１００を照明器具（ダウンライトタイプである。）に装着する場合について説明する。
【００８６】
図１４は、第４の実施形態に係る照明装置の概略図である。
【００８７】
照明装置４０１は、例えば、天井４０２に装着されて使用される。
【００８８】
照明装置４０１は、図１４に示すように、ＬＥＤランプ（例えば、第１の実施形態で説明したＬＥＤランプ１である。）１００と、ＬＥＤランプ１００を装着して点灯・消灯をさせる照明器具４０３とを備える。
【００８９】
照明器具４０３は、例えば、天井４０２に取着される器具本体４０５と、器具本体４０５に装着され且つＬＥＤランプ１００を覆うカバー４０７とを備える。カバー４０７は、ここでは開口型であり、ＬＥＤランプ１００から出射された光を所定方向（ここでは下方である。）に反射させる反射膜４１１を内面に有している。
【００９０】
器具本体４０５には、ＬＥＤランプ１００の口金１１が取着（螺着）されるソケット４０９を備え、このソケット４０９を介してＬＥＤランプ１００に給電される。
【００９１】
本実施形態では、照明器具４０３に装着されるＬＥＤランプ１００のＬＥＤ３（ＬＥＤモジュール５）の配置位置が白熱電球のフィラメントの配置位置に近いため、ＬＥＤランプ１００における発光中心と、白熱電球における発光中心とが近いものとなる。
【００９２】
このため、白熱電球が装着されていた照明器具（４０３）にＬＥＤランプ１００を装着しても、ランプとしての発光中心の位置が似ているため、白熱電球に似た配光特性が得られる。
【００９３】
なお、ここでの照明器具は、一例であり、例えば、開口型のカバー４０７を有さずに、閉塞型のカバーを有するものであっても良いし、ＬＥＤランプが横を向くような姿勢（ランプの中心軸が水平となるような姿勢）や傾斜する姿勢（ランプの中心軸が照明器具の中心軸に対して傾斜する姿勢）で点灯させるような照明器具でも良い。
【００９４】
また、照明装置は、天井や壁に接触する状態で照明器具が装着される直付タイプであったが、天井や壁に埋め込まれた状態で照明器具が装着される埋込タイプであっても良いし、照明器具の電気ケーブルにより天井から吊り下げられる吊下タイプ等であっても良い。
【００９５】
さらに、ここでは、照明器具は、装着される１つのＬＥＤランプを点灯させているが、複数、例えば、３個のＬＥＤランプが装着されるようにものであっても良い。
【００９６】
≪変形例≫
以上、本発明の構成を、第１〜第４の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、第１〜第４の実施形態に係るＬＥＤランプや照明装置の部分的な構成および下記の変形例に係る構成を、適宜組み合わせてなるＬＥＤランプであっても良い。
【００９７】
また、上記実施形態に記載した材料、数値等は好ましいものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。さらに、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、ＬＥＤランプや照明装置の構成に適宜変更を加えることは可能である。
１．容器
実施形態では、容器１４，８４，１１２をグローブ７と蓋部材（ステム）１３，８３，１１１とで構成し、グローブと蓋部材とをガラス材料で構成していたが、容器内の気密性を保持することができれば、他の材料を用いても良い。
【００９８】
他の材料としては、樹脂材料がある。この場合、例えば、熱可塑性材料を用いると、グローブとステムとの接合部分を加熱溶融させることで実施できるし、熱硬化性樹脂を用いると、接着剤を利用することで実施できる。さらに、ガスバリアー用の樹脂を用いると、さらに気密性を高めることができる。
（１）グローブ
実施形態では、グローブ７（容器１４，８４，１１２）をＡタイプの形状としたが、他のタイプ、例えばＧタイプ、Ｒタイプ等の形状であっても良いし、電球等の形状と全く異なるような形状であっても良い。
【００９９】
実施形態では、グローブの内面について特に説明しなかったが、例えば、ＬＥＤモジュール５から発せられた光を拡散させる拡散処理（例えば、シリカや白色顔料等による処理）が施されていても良い。また、グローブは透光性材料により構成されていれば良く、例えば、透明・不透明は特に関係ない。
【０１００】
実施形態では、グローブ７は一体であった（１つのものとして製造されている）が、例えば、複数の部材を組み合わせた（接合させた）ものであっても良い。
（２）蓋部材
実施形態では、蓋部材（ステム）１３，８３，１１１をフレアタイプとしていたが、例えば、円盤状をしたボタンタイプ等の他のタイプであっても良い。また、ステムにおける容器内に位置する面に対して、ＬＥＤモジュールからの光をグローブ先端側（開口とは反対側である。）に反射させる反射処理（例えば、反射膜等の塗布による処理）等が施されていても良い。
（３）グローブと蓋部材との接合
実施形態では、グローブと蓋部材とがガラス材料で構成され、両者における接合部分を加熱・溶融させて接合している。この場合、接合方法は、いわゆるドロップシール方式でも良く、いわゆるバットシール方式でも良い。
２．流体
実施形態では、容器１４内に流体としてヘリウムガスが封入されていたが、空気よりも熱伝導率が高い他の種類のガス（気体）を封入しても良い。他のガスとしては水素、窒素、ネオン等がある。
【０１０１】
また、流体として、ガス（気体）以外に液体を利用することもできる。空気よりも熱伝導率が高い液体としては、シリコーンオイル、水等である。なお、水素ガスを用いる場合には、バルブ内に酸素が含まれないようにする必要がある。また、水を使用する場合には、錆による劣化を防止するため、リード線４９，５１を樹脂等でコーティングしておく必要がある。
３．ＬＥＤモジュール
（１）発光素子
実施形態では、発光素子はＬＥＤ３であったが、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）であっても良く、ＥＬ素子（エレクトリックルミネッセンス素子）であっても良い。
【０１０２】
また、ＬＥＤ３はベアチップの状態で実装基板２１に実装されていたが、ＬＥＤは例えば、表面実装タイプ（いわゆる、ＳＭＤである。）や砲弾タイプで実装基板に実装されても良い。さらに、複数のＬＥＤは、チップタイプと表面実装タイプとの混合であっても良い。
（２）実装基板
実施形態での実装基板２１は平面視において矩形状をしている。しかしながら、実装基板は、他の形状を例えば、正方形状、５角形等の多角形（正多角形状を含む。）、楕円形状、円形状、環状等であっても良い。
【０１０３】
また、実装基板数も１個に限定するものでなく、２以上の複数個であっても良い。さらに、実施形態では、実装基板２１の表面にＬＥＤ３を実装していたが、裏面にもＬＥＤを実装するようにしても良い。
（３）封止体
実施形態では、封止体２３は２列状に配されたＬＥＤ３を列単位で被覆していたが、２列分をまとめて被覆しても良いし、複数の一定数のＬＥＤ群に対して１つの封止体で被覆しても良いし、すべてのＬＥＤに対して１つの封止体で被覆しても良い。
（４）ＬＥＤの配置
実施形態では、複数のＬＥＤ３は２列状に配されていたが、平面視において、四角形の４辺上に位置するように配されていても良いし、楕円（円を含む）の円周上に位置するように配されていても良い。さらには、マトリクス状に配されても良いし、他の配置でも良い。
（５）その他
ＬＥＤモジュール５は、青色光を出射するＬＥＤ３と、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体粒子とを利用することで白色光を出射するようにしていたが、例えば、紫外線発光の半導体発光素子と三原色（赤色、緑色、青色）に発光する各色蛍光体粒子とを組み合わせたものでも良い。
【０１０４】
さらに、波長変換材料として半導体、金属錯体、有機染料、顔料など、ある波長の光を吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含んでいる材料を利用しても良い。
４．ケース
実施形態等では、ケース９は樹脂材料により構成していたが、他の材料で構成することもできる。他の材料として、金属材料を利用する場合、口金との絶縁性を確保する必要がある。口金との絶縁性は、例えば、ケースの小径部に絶縁膜を塗布したり、小径部に対して絶縁処理をしたりすることで確保できる他、ケースのグローブ側を金属材料により、ケースの口金側を樹脂材料によりそれぞれ構成（２以上部材を結合する。）することでも確保できる。
【０１０５】
上記実施形態では、ケース９の表面について特に説明しなかったが、例えば、放熱フィンを設けても良いし、輻射率を向上させるための処理を行っても良い。
５．容器とケースの結合
第１の実施形態では、容器１４とケース９とが接着剤５７により固着されている。このため、点灯時に容器１４の熱がケース９にも伝わるような構成となっている。しかしながら、容器内に熱伝導率の高い流体を封入すると、容器の温度が上がり、その熱がケースに伝わりケースの温度が上昇するおそれもある。このような場合、ケース内の回路ユニットへの熱負荷を削減するために、容器とケースとの間に熱伝導率の低い材料を介在させて、両者を接合しても良い。
６．口金
実施形態では，エジソンタイプの口金１１を利用したが、他のタイプ、例えば、ピンタイプ（具体的にはＧＹ、ＧＸ等のＧタイプである。）を利用しても良い。
【０１０６】
また、上記実施形態では、口金１１は、シェル部の雌ネジを利用してケース９のネジ部に螺合させることで、ケース９に装着（接合）されていたが、他の方法でケースと接合されても良い。他の方法としては、接着剤による接合、カシメによる接合、圧入による接合等があり、これらの方法を２つ以上組合せても良い。
７．ランプ
実施形態では、ランプとして、ケース内に回路ユニットを格納するランプ（いわゆる、電球型ランプである。）について説明したが、ケース内に回路ユニットを格納していないランプ、例えば、コンパクト電球を代替とするようなランプにも適用できる。さらには、従来にないようなランプ、例えば、照明器具に直接組みこまれているようなランプであっても良い。
【符号の説明】
【０１０７】
１      ＬＥＤランプ
３      ＬＥＤ
５      ＬＥＤモジュール
７      グローブ
９      ケース
１１      口金
１３      ステム（蓋部材）
１４      容器
１７      支持部材
【図１】
2013084407.tif 000003
【図２】
2013084407.tif 000004
【図３】
2013084407.tif 000005
【図４】
2013084407.tif 000006
【図５】
2013084407.tif 000007
【図６】
2013084407.tif 000008
【図７】
2013084407.tif 000009
【図８】
2013084407.tif 000010
【図９】
2013084407.tif 000011
【図１０】
2013084407.tif 000012
【図１１】
2013084407.tif 000013
【図１２】
2013084407.tif 000014
【図１３】
2013084407.tif 000015
【図１４】
2013084407.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月27日(2013.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グローブ開口が蓋部材により塞がれてなる容器内に光源としての半導体発光素子が実装基板に実装された状態で支持部材により支持されているランプであって、
前記実装基板は、前記半導体発光素子の実装面と反対側の面の一部で前記支持部材と接触し、
前記容器内には空気よりも高い熱伝導性を有する流体が封入され、
前記容器の容積が２５０ｃｍ３以下である
ことを特徴とするランプ。
【請求項２】
前記支持部材における前記流体と接触する部分の表面積が１８ｃｍ２以上である
ことを特徴とする請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
前記流体はヘリウムガスである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のランプ。
【請求項４】
前記支持部材における前記流体と接触する部分が金属材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５】
ランプと、前記ランプを装着して点灯させる照明器具とを備える照明装置において、
前記ランプは、請求項１〜４のいずれか１項に記載のランプである
ことを特徴とする照明装置。
【国際調査報告】
2013084407.tif 000017
2013084407.tif 000018
2013084407.tif 000019
2013084407.tif 000020