(57)【要約】  発光素子の発熱を円滑にかつ効率的に放熱することを可能にするとともに、発光素子の寿命を長くすることができるようになり、更には発光素子の輝度ムラを防止することを可能とし、熱伝導性、放熱性及び輻射性などに優れた発光装置を提供する。  発光装置は、複数の発光素子及びカバー体を保持する放熱器と、複数の発光素子に電力を供給する口金とを備えている。放熱器は、発光素子の光軸方向に向けて貫通した放熱孔と、放熱器の外部空間に面する外周に形成された放熱フィンとを有している。複数の発光素子から発生した熱は、放熱孔及び放熱フィンを介して流れる空気の自然対流により放熱される。
2009044716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子を有する発光部と、
前記発光部を保持する第１の面、及び前記第１の面の反対側に形成された第２の面を有する放熱器とから構成され、
前記放熱器は、前記発光部が発生する熱を外周に放熱する第１の放熱部と、前記熱を前記第１の面と前記第２の面との間に形成された孔の内周に放散する第２の放熱部とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記放熱器は、外周に放熱フィンを有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記孔は、前記第１の面及び前記第２の面の中心軸線上に形成されたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記孔は、前記第１の面及び前記第２の面の中心軸線を中心とする同心円上に複数形成されたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光部は、前記複数の発光素子を実装する配線基板と、前記複数の発光素子及び前記配線基板を覆う透光性のカバー体とを前記第１の面に有し、
前記発光装置は更に、前記放熱器の前記第２の面を保持する筐体と、前記複数の発光素子を駆動制御する回路基板と、前記筐体の前記放熱器を保持する部位とは反対側の部位に設けられ、前記複数の発光素子に電力を供給する口金とを備えたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項６】
前記複数の発光素子のそれぞれの中心を結ぶ線上に焦点をもつシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項７】
前記筐体は、前記放熱器の前記孔に連通する空間部と、前記空間部に連通する複数の連通孔とを有し、
前記複数の連通孔のそれぞれが、外部空間へ開口したことを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項８】
前記配線基板と前記回路基板を電気的に接続するリード線が、前記孔を介して配されたことを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項９】
前記配線基板は、熱伝導性を有する絶縁シートを介して前記放熱器に取り付けられたことを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項１０】
前記回路基板は、前記口金の内部に設けられたことを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項１１】
前記放熱器は、第１の筒状部材と、前記第１の筒状部材に対して同軸状に配置される第２の筒状部材とを有し、
前記孔は、前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材との間に形成されたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項１２】
前記孔は、一端から他端まで延びる隔壁により複数の部分に区分されたことを特徴とする請求項１１記載の発光装置。
【請求項１３】
前記第１の筒状部材の内部には、前記複数の発光素子を駆動制御する電源基板が配置されたことを特徴とする請求項１１記載の発光装置。
【請求項１４】
前記第１の筒状部材の一端部には、前記複数の発光素子を実装した配線基板が設けられ、
前記配線基板には、該配線基板の温度もしくは周囲の温度を検知する熱検知素子が設けられたことを特徴とする請求項１１記載の発光装置。
【請求項１５】
前記熱検知素子からの検出出力の変化に基づき前記複数の発光素子を駆動制御する構成を有することを特徴とする請求項１４記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＬＥＤ素子を用いた発光装置に係り、特に、熱伝導性、放熱性及び輻射性などの向上を図った発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ素子）の発光効率が高くなってきていることから、照明用の白熱電球に代えて、エネルギー節約効果が大きい複数のＬＥＤ素子を配線基板上に高密度に実装した各種の発光装置（照明装置）が提案されている。この従来の発光装置の一例としては、例えば既存の白熱電球よりも小型であり、既存の電灯用ソケットに接続するための口金を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２４３８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この種のＬＥＤ素子の発光効率は、既存の白熱電球よりも約５倍以上を超えるものの、入力電力に対する発光効率は、依然として低く、入力電力のほとんどが熱に変わってしまう。そのため、配線基板上に複数のＬＥＤ素子を高密度に実装する発光装置においては、ＬＥＤ素子の発熱総量が大きくなるため、ＬＥＤ素子の発光効率の低下を生じたり、ＬＥＤ素子の寿命が短くなったりするという問題点があった。また、ＬＥＤ素子の発光効率が低下することで、輝度ムラが発生するという問題点などがあった。【０００４】
従って、本発明は、上記従来の課題を解消すべくなされたものであり、その具体的な目的は、発光素子の発熱を円滑にかつ効率的に放熱することを可能にするとともに、発光素子の寿命を長くすることができるようになり、更には発光素子の輝度ムラを防止することを可能とし、熱伝導性、放熱性及び輻射性などに優れた発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
［１］本発明は、上記目的を達成するため、複数の発光素子を有する発光部と、前記発光部を保持する第１の面、及び前記第１の面の反対側に形成された第２の面を有する放熱器とから構成され、前記放熱器は、前記発光部が発生する熱を外周に放熱する第１の放熱部と、前記熱を前記第１の面と前記第２の面との間に形成された孔の内周に放散する第２の放熱部とを備えたことを特徴とする発光装置にある。【０００６】
［２］上記［１］記載の発明にあって、前記放熱器は、外周に放熱フィンを有することを特徴としている。【０００７】
［３］上記［１］記載の発明にあって、前記孔は、前記第１の面及び前記第２の面の中心軸線上に形成されたことを特徴としている。【０００８】
［４］上記［１］記載の発明にあって、前記孔は、前記第１の面及び前記第２の面の中心軸線を中心とする同心円上に複数形成されたことを特徴としている。【０００９】
［５］上記［１］記載の発明にあって、前記発光部は、前記複数の発光素子を実装する配線基板と、前記複数の発光素子及び前記配線基板を覆う透光性のカバー体とを前記第１の面に有し、前記発光装置は更に、前記放熱器の前記第２の面を保持する筐体と、前記複数の発光素子を駆動制御する回路基板と、前記筐体の前記放熱器を保持する部位とは反対側の部位に設けられ、前記複数の発光素子に電力を供給する口金とを備えたことを特徴としている。【００１０】
［６］上記［１］記載の発明にあって、前記複数の発光素子のそれぞれの中心を結ぶ線上に焦点をもつシリンドリカルレンズを有することを特徴としている。【００１１】
［７］上記［５］記載の発明にあって、前記筐体は、前記放熱器の前記孔に連通する空間部と、前記空間部に連通する複数の連通孔とを有し、前記複数の連通孔のそれぞれが、外部空間へ開口したことを特徴としている。【００１２】
［８］上記［５］記載の発明にあって、前記配線基板と前記回路基板を電気的に接続するリード線が、前記孔を介して配されたことを特徴としている。【００１３】
［９］上記［５］記載の発明にあって、前記配線基板は、熱伝導性を有する絶縁シートを介して前記放熱器に取り付けられたことを特徴としている。【００１４】
［１０］上記［５］記載の発明にあって、前記回路基板は、前記口金の内部に設けられたことを特徴としている。【００１５】
［１１］上記［１］記載の発明にあって、前記放熱器は、第１の筒状部材と、前記第１の筒状部材に対して同軸状に配置される第２の筒状部材とを有し、前記孔は、前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材との間に形成されたことを特徴としている。【００１６】
［１２］上記［１１］記載の発明にあって、前記孔は、一端から他端まで延びる隔壁により複数の部分に区分されたことを特徴としている。【００１７】
［１３］上記［１１］記載の発明にあって、前記第１の筒状部材の内部には、前記複数の発光素子を駆動制御する電源基板が配置されたことを特徴としている。【００１８】
［１４］上記［１１］記載の発明にあって、前記第１の筒状部材の一端部には、前記複数の発光素子を実装した配線基板が設けられ、前記配線基板には、該配線基板の温度もしくは周囲の温度を検知する熱検知素子が設けられたことを特徴としている。【００１９】
［１５］上記［１４］記載の発明にあって、前記熱検知素子からの検出出力の変化に基づき前記複数の発光素子を駆動制御する構成を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、発光素子の発熱を円滑に、容易にかつ効率よく放熱することができるため、発光素子の寿命を長くすることができるようになり、発光装置の高輝度を十分に確保することが可能となる。それに加えて、絶縁性、熱伝導性、放熱性及び輻射性などに優れた発光装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の代表的な第１の実施の形態である発光装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施の形態に係る発光装置の内部構造を示す縦断面斜視図である。
【図２】図２は、図１ＡのＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施の形態に係る発光装置の一構成部品である放熱器の正面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、放熱器の上面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係る発光装置の駆動回路を概略的に示す回路図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１の変形例である放熱器の横断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２の変形例である放熱器の横断面図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態である発光装置の内部構造を示す縦断面斜視図である。
【図７】第２の実施の形態に係る発光装置の内部構造を示す縦断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る発光装置の分解斜視図である。
【図９】第２の実施の形態に係る発光装置の駆動回路を概略的に示す回路図である。
【符号の説明】
【００２２】
１                              発光装置
２                              ＬＥＤチップ
３                              ＬＥＤ基板
４                              絶縁シート
５                              発光部
１０                            カバー体
１１                            膨出部
１２                            取付板部
１３                            リフレクタ
１３ａ                          反射面
１６                            反射ミラー
２０，４０                      放熱器
２０ａ                          内筒
２０ｂ                          外筒
２０ｃ                          仕切板
２１，４２ｃ                    孔
２１ａ，２１ｂ                  開口
２２                            内面壁
２２ａ                          取付部
２３                            外面壁
２４                            放熱フィン
２５                            凹溝部
３０                            筐体
３１                            内ケース
３２                            外ケース
３２ａ                          大径基部
３２ｂ                          小径部
３２ｃ                          先端部
３２ｄ                          テーパ段部
３２ｅ                          開孔
３３                            取付座部
３４                            放熱空間
３５                            電源基板
３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ    リード線
３８                            口金
３９                            ネジ溝
４１                            保持ケース
４１ａ                          本体保持部
４１ｂ                          筒状取付部
４２                            放熱ケース
４２ａ                          内筒部
４２ｂ                          外筒部
４２ｄ                          隔壁
４３                            第１の放熱リング
４３ａ，４５ａ                  外フレーム
４３ｂ，４５ｂ                  内フレーム
４３ｃ，４５ｃ                  連結リブ
４３ｄ，４５ｄ                  開口
４４                            ベースケース
４４ａ                          筒体
４４ｂ                          取付ボス
４５                            第２の放熱リング
５０                            駆動回路
５１                            商用電源
５２                            ダイオードブリッジ
５３                            平滑コンデンサ
５４                            制御部
５５                            コイル
５６                            スイッチング素子
５７                            回生用ダイオード
５８                            サーミスタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。【００２４】
（第１の実施の形態）
図１Ａは、第１の実施の形態である発光装置の全体構成を示す斜視図であり、図１Ｂは、発光装置の内部構造を示す縦断面斜視図である。図２は、図１ＡのＩＩ−ＩＩ線の矢視断面図である。図３Ａは、発光装置の一構成部品である放熱器の正面図、図３Ｂは、放熱器の上面図であり、図３Ｃは、図３ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。【００２５】
（発光装置の外観構成）
図１Ａ、図１Ｂ及び図２において、符号１は、この第１の実施の形態に係る発光装置の全体構成を示している。この発光装置１の基本的な構成は、複数の発光素子（ＬＥＤチップ）２，…２を覆う透光性のカバー体１０と、複数のＬＥＤチップ２が発生する熱を伝熱させるとともに、外部空間へ放熱させる筒状の放熱器２０と、放熱器２０を保持する筐体３０と、筐体３０の放熱器２０を保持する部位とは反対側の部位に設けられた口金３８とを有する４つの構成部品により主に構成されている。これらのカバー体１０、放熱器２０、筐体３０及び口金３８は、同一直線上に組み付けられている。【００２６】
（発光部の構成）
図示例によれば、３０個のＬＥＤチップ２は、回路パターンを有する熱伝導性の配線基板（ＬＥＤ基板）３上に表面実装できる部品（ＳＭＤ）であり、円環状に実装されている。そのＬＥＤ基板３は、円環状を有しており、同じく円環状をなす熱伝導性の絶縁シート４を介して放熱器２０の平坦な取付面（第１の面）に熱的に接続されている。これらのＬＥＤチップ２、ＬＥＤ基板３及び絶縁シート４により発光部が構成されている。【００２７】
ＬＥＤチップ２の配置形態、配列ピッチ及び配置個数等は、図示例に限定されない。ＬＥＤチップ２の配置形態としては、例えば点光源であるＬＥＤチップ２の光のロスを少なくして集光・拡散作用が得られるように、２個以上のＬＥＤチップ２を直線状あるいは曲線状に一列に配列することが好適である。ＬＥＤチップ２は、例えば多角形状、十文字状あるいはＨ字状に配してもよい。この第１の実施の形態は、例えば単列配置のＬＥＤチップ２を用いているが、図示例に限定されるものではなく、単列配置のＬＥＤチップ２に代えて、例えば円形状に配されたＬＥＤチップ２を中心として、同心円上に複列配置したものであってもよい。ＬＥＤ基板３上には、例えばベアチップ状態のＬＥＤチップ２が実装されていてもよい。【００２８】
ＬＥＤチップ２の配列ピッチ及び配置個数としては、例えばＬＥＤチップ２の光量や輝度などに応じて適宜に設定すればよい。図示例のＬＥＤチップ２に限定されるものではなく、例えば蛍光体を含んだ樹脂によって封止されたＬＥＤチップが実装されてもよい。蛍光体は、ベアのＬＥＤに直接塗布したり、キャップに塗布したり、カバー体１０に塗布してもよい。ＬＥＤチップ２に代えて、例えばＥＬ素子などの他の光源を使用することもできる。【００２９】
ＬＥＤ基板３の回路パターンは、ＬＥＤチップ２と電気的に直列接続されている。ＬＥＤ基板３としては、例えばガラスエポキシ樹脂基板あるいはアルミニウム基板などを用いることができる。絶縁シート４の材質としては、例えばシリコンゴムが用いられるが、シリコンゴムにセラミックなどの高熱伝導率のフィラーを混入したものであってもよい。なお、絶縁シート４に代えて、高熱伝導率を有するグリースあるいは接着剤などを使用することもできるが、使用しなくてもよい。【００３０】
（カバー体の構成）
ＬＥＤチップ２からの光を外部空間へ導くカバー体１０は、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、透光性を有するアクリル樹脂材により円環状に形成されている。カバー体１０の材質としては、例えばシリコン樹脂、ガラスなどの透光性を有する材料を使用することができる。このカバー体１０は、外方に半球凹断面状に膨出する円環状の膨出部１１と、その膨出部１１の内周縁から径方向に向けて突出した一対の取付板部１２，１２とを有している。カバー体１０の膨出部１１は、円環状に形成された複数のＬＥＤチップ２を覆うように、放熱器２０の取付面（第１の面）に配されている。取付板部１２を放熱器２０の取付面にＬＥＤ基板３及び絶縁シート４を介してビス締めすることで、カバー体１０が放熱器２０に保持固定されている。【００３１】
カバー体１０の構造としては、図示例に限定されるものではなく、例えばカバー体１０の下端外周面、ＬＥＤ基板３の配線パターン以外の領域などに反射シートを貼付けたり、あるいは反射層を蒸着したりしてもよい。カバー体１０の他の構造としては、例えばＬＥＤチップ２からの光を集中・拡散するシリンドリカルレンズをカバー体１０に設けてもよく、シリンドリカルレンズにより構成してもよく、これらの構造を組み合わせたものであってもよい。カバー体１０の外郭形状についても、図示例に限定されるものではない。カバー体１０の他の外観形状としては、例えば三角形、四角形、五角形などの多角形断面形状を有する殻体であってもよい。【００３２】
（放熱器の構成）
複数のＬＥＤチップ２が点灯中に発生する熱を外部へ放散する放熱器２０は、図２及び図３Ａ〜図３Ｃに示すように、第1の面及び第２の面の両端部を有する円筒体からなる。放熱器２０の材質は、例えばアルミニウム材あるいはセラミック材などの熱伝導性に優れた材料からなる。【００３３】
この放熱器２０は、円筒体の内部に中心軸線に沿って貫通して形成された孔（放熱流路部）２１と、外部空間に面する外面壁（第１の放熱部）２３にＬＥＤチップ２の光軸線方向に延びる凹凸状に立設された複数の放熱フィン２４，…２４とにより構成されている。放熱流路部２１の空間を形成する内面壁（第２の放熱部）２２の一部には、カバー体１０及び筐体３０に取り付ける一対の取付部２２ａ，２２ａが内方に突設されている。この放熱流路部２１と、取付部２２ａと、放熱フィン２４とを押出成形により一体に成形することで、放熱器２０が作製される。【００３４】
図示例にあっては、この放熱フィン２４は、ＬＥＤチップ２の設置個数と同数に設定されている。放熱フィン２４の設置位置は、ＬＥＤチップ２と対応する位置に設けられている。この構成により、隣接する放熱フィン２４間に形成された凹溝部２５内を空気が整流しながら通過するので、空気の自然対流が起き易くなり、ＬＥＤチップ２の発熱を放散し易くなる。【００３５】
上記のように構成された放熱器２０は、放熱流路部２１及び複数の放熱フィン２４を介して流れる空気の自然対流により、ＬＥＤチップ２から発生した熱を放散している。それに加えて、放熱器２０の円筒体によりＬＥＤチップ２から発生した熱を輻射熱として放熱している。これらの相乗効果により、放熱器２０による熱交換の効率を向上させることができるようになり、ＬＥＤチップ２で発生した熱を円滑に、容易にかつ効率よく放散させることが可能となる。【００３６】
この第１の実施の形態にあっては、放熱器２０の単一の放熱流路部２１及び複数の四角柱状の放熱フィン２４を介して流れる空気の自然対流により、ＬＥＤチップ２から発生した熱を放熱する構成を例示しているが、図示例に限定されるものではない。放熱器２０の他の一例としては、例えばＬＥＤチップ２の光量、輝度及び設置個数などに基づいて、放熱器２０の放熱流路部２１及び放熱フィン２４の形状、表面積、配置形態、設置個数などを適宜に設定することができることは勿論である。放熱器２０の形状は、円筒体に限定されるものではなく、例えば三角形、四角形、五角形などの多角形断面形状を有する筒体であってもよいことは勿論である。【００３７】
（放熱器保持用の筺体の構成）
放熱器２０を保持する筐体３０は、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、内ケース３１と外ケース３２とからなる内外二重構造とされている。筐体３０の材質は、例えばポリカーボネートなどの絶縁性樹脂材からなる。内ケース３１と外ケース３２とは、ビス締めにより固定されている。内ケース３１は、円筒形状をなしており、その放熱器側の壁部には、放熱器２０とは反対側に開放する円形凹部を有する一対の円柱状の取付座部３３，３３が突設されている。その取付座部３３を介して放熱器２０のカバー体１０とは反対側の他端面（第２の面）にビス締めすることで、放熱器２０が筐体３０に保持固定されている。【００３８】
筐体３０の外ケース３２は、内ケース３１を収納する収納空間を有する大径基部３２ａと、その大径基部３２ａよりも小径の小径部３２ｂと、その小径部３２ｂよりも小径の先端部３２ｃとを有している。その外ケース３２は、大径基部３２ａ、小径部３２ｂ及び先端部３２ｃを口金３８側に向けて縮径するテーパ段部３２ｄにより連結した多段状の円筒ケース体として構成されている。外ケース３２の大径基部３２ａは、放熱器２０の外径と略同一の寸法を有している。外ケース３２の先端部３２ｃには、一般の電球に用いられる口金３８が固定されている。その口金３８の材質は、例えば鉄や真鍮などの金属材からなる。口金３８の外周には、スパイラル状をなすネジ溝３９が形成されている。【００３９】
筐体３０の内ケース３１及び外ケース３２と放熱器２０とにより外気の経路となる放熱空間３４が形成されている。外ケース３２の大径基部３２ａの外周部には、複数のアーチ状の開孔（連通孔）３２ｅ，…３２ｅが所定角度の位相差をもって穿設されている。その開孔３２ｅは、図２に示すように、放熱空間３４の周面と一致しており、放熱器２０における放熱流路部２１の開口２１ａに連通するとともに、発光装置１の外部空間へ開口している。【００４０】
（発光装置の駆動回路の構成）
筐体３０の内ケース３１の内部には、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、ＬＥＤチップ２を駆動制御する駆動回路を構成する回路基板（電源基板）３５が収納されている。電源基板３５は、口金３８の近傍に配されているが、図示例に限定されるものではなく、例えば電源基板３５を口金３８の内部に設けてもよい。ＬＥＤ基板３と電源基板３５とを電気的に接続するリード線３６ａ，３６ｂは、放熱器２０の放熱流路部２１を介して配されている。電源基板３５は、リード線３７ａ，３７ｂを介して口金３８に電気的に接続されている。なお、電源基板３５は、実装される各種の電子部品を省略して図示している。【００４１】
図４は、発光装置の駆動回路を概略的に示す回路図である。同図において、電源基板３５は、リード線３７ａ，３７ｂを介して入力される交流電圧を、例えばＤＣ５０ｍＡの定電流に変換する駆動回路５０を有している。この駆動回路５０は、ＡＣ１００Ｖの商用電源５１からリード線３７ａ，３７ｂを介して入力される交流電圧をダイオードブリッジ５２によって直流電圧に整流し、平滑コンデンサ５３によって平滑化した後、制御部５４へ５０ｍＡの定電流に降下された直流電圧を出力する。この直流電圧には、コイル５５、ＬＥＤチップ２及びスイッチング素子５６が直列に接続されている。ＬＥＤチップ２のカソード側とコイル５５の電源側との間には、回生電流を流す回生用ダイオード５７が接続されている。【００４２】
この制御部５４は、図示しないＩＣチップ、電流検出回路などを含んでおり、スイッチング素子５６のオン・オフを繰り返す動作を行うようになっている。スイッチング素子５６がオンになると、電流がコイル５５、ＬＥＤチップ２及びスイッチング素子５６を含む回路に流れる。スイッチング素子５６がオフになると、コイル５５を流れ続けようとする電流は、ＬＥＤチップ２及び回生用ダイオード５７に形成されるループにおいて、回生電流として流れる。スイッチング素子５６に流れる電流は、電流検出回路にフィードバックされ、スイッチング素子５６が制御される。なお、上記駆動回路５０の構成は、図示例に限定されるものではないことは勿論である。【００４３】
（放熱経路の構成）
この第１の実施の形態に係る発光装置１の放熱経路の基本構成としては、上述したように、次の２つの構成に分けることができる。
（１）ＬＥＤチップ２から放熱器２０に至るまでの熱伝導による放熱経路。
（２）放熱器２０から外部空間へ流れる空気の自然対流による放熱経路と放熱器２０の輻射による放熱経路。【００４４】
ＬＥＤチップ２から放熱器２０に至るまでの熱伝導による放熱経路としては、上述したように、熱伝導性を有するＬＥＤ基板３及び絶縁シート４を介して放熱器２０に伝達させることが好適である。また、放熱器２０から外部空間へ流れる空気の自然対流による放熱経路、及び放熱器２０の輻射による放熱経路としては、上述の構成に加えて、例えば放熱器２０の表面積を大きくすることで、空気との接触面積を増やすことが好適である。また、放熱器２０の取付部２２ａを研磨などの表面加工を施すことで、放熱器２０及び発光部との熱抵抗を低減することが好ましい。【００４５】
（発光装置の放熱作用）
次に、図２を参照しながら、この第１の実施の形態に係る発光装置１の放熱作用の一例を説明する。【００４６】
いま、上記のごとく構成された発光装置１の口金３８を一般的な白熱電球用のソケットに装着することで商用電源に電気的に接続すると、口金３８に供給された１００ボルトの交流電圧が、リード線３７を介して電源基板３５の電源回路により３ボルトの直流電圧に変換される。この直流電圧は、電源基板３５上の電子部品からリード線３６を介してＬＥＤ基板３上に配列された３０個のＬＥＤチップ２のそれぞれに印加され、ＬＥＤチップ２のそれぞれが発光する。ＬＥＤチップ２からの光は、カバー体１０に入射する。カバー体１０に入射した光は、発光装置１の外方へ向けて放射され、周辺部を明るく照明することとなる。【００４７】
ＬＥＤチップ２の点灯中においては、光に変換されなかった電力によって熱が発生する。この熱は、ＬＥＤ基板３及び絶縁シート４を介して放熱器２０に到達する。その熱は、放熱器２０内を拡散するとともに、放熱器２０の放熱流路部２１及び複数の放熱フィン２４へ拡散する。複数の放熱フィン２４の先端まで伝わった熱は、隣接する放熱フィン２４間に形成された空気流路となる凹溝部２５に沿って外気と熱交換されることで空気中に放散される。【００４８】
一方、放熱器２０の放熱流路部２１内に存在する空気は、放熱流路部２１の内面壁２２に伝導する熱により暖められ、放熱流路部２１の筐体３０側の開口２１ａを介して筐体３０の放熱空間３４に直交する複数の開孔３２ｅに向かう空気の流れが発生する。この空気は、筐体３０の開孔３２ｅのそれぞれを介して発光装置１の外部空間へ放出される。外部空間からの新たな空気が、放熱流路部２１の開口２１ａとは反対側の開口２１ｂから放熱流路部２１及び開口２１ａを介して筐体３０の放熱空間３４内に流入する。その空気は、筐体３０の開孔３２ｅのそれぞれを介して発光装置１の外部空間へ放出される。【００４９】
これにより、複数の放熱フィン２４を介して流れる空気の自然対流と、放熱器２０の円筒体からの輻射熱との相乗作用と相まって、空気の自然対流による放熱効果を更に効率的に得ることができる。ＬＥＤチップ２の点灯中に発生した熱を、発光装置１の外部空間に効率的に放散させることが可能となり、ＬＥＤチップ２の点灯中の温度を安定化させることができる。【００５０】
（第１の実施の形態の効果）
上記第１の実施の形態によれば、以下の様々な効果が得られる。
（１）ＬＥＤチップ２の発熱を円滑に、確実にかつ効率的に放熱することができる。
（２）ＬＥＤチップ２の高輝度を十分に確保することができる。
（３）ＬＥＤチップ２の発熱を抑制して発光効率を高くすることができる。
（４）ＬＥＤチップ２の寿命を長くすることができる。
（５）絶縁性、熱伝導性、放熱性及び輻射性などに優れた発光装置が得られる。【００５１】
（放熱器の変形例）
図５Ａは、放熱器の変形例を示し、図５Ｂは、放熱器の他の変形例を示している。図５Ａ及び図５Ｂは、放熱器の横断面図である。なお、これらの図において上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。【００５２】
放熱器２０は、図５Ａに示すように、内筒２０ａと外筒２０ｂとから形成された内外二重構造となっている。内筒２０ａと外筒２０ｂとは、円筒体の軸線方向にわたって形成された仕切板（隔壁）２０ｃにより連結固定されており、３つの放熱流路部２１に区画されている。この内筒２０ａの内面壁２２に、ＬＥＤチップ２の光軸線方向に延びる凹凸状に立設された複数の放熱フィンを設けてもよい。放熱器２０の他の変形例としては、図５Ｂに示すように、円筒体の中心軸線を中心とする同心円上に複数の放熱流路部２１を形成することができる。放熱器２０の外面壁２３から放熱フィン２４を排除してもよい。【００５３】
これらの変形例に係る放熱器２０は、上記第１の実施の形態と同様に、押出成形により一体に成形することができる。これらの変形例にあっても、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することに加えて、ＬＥＤチップ２の点灯中に発生した熱を、発光装置１の外部空間に更に一層効率よく放散させることが可能となる。【００５４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の好適な第２の実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。図６は、本発明の代表的な第２の実施の形態である発光装置の内部構造を示す縦断面斜視図であり、図７は、発光装置の内部構造を示す縦断面図であり、図８は、発光装置の分解斜視図である。なお、これらの図において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材に関する詳細な説明は省略する。【００５５】
（発光装置の外観構成）
図６〜図８において、符号１は、この第２の実施の形態に係る典型的な発光装置の全体構成を概略的に示している。これらの図において上記第１の実施の形態と大きく異なるところは、上記第１の実施の形態では、第1の面及び第２の面の両端部を有する単一の円筒体（円筒状部材）の中心軸線上に孔を貫通して形成した構成となっていたものを、この第２の実施の形態にあっては、第１の円筒状部材と第２の円筒状部材との間に孔を貫通して形成した点にある。【００５６】
この発光装置１の基本的な構成は、図６〜図８に示すように、複数の発光素子（ＬＥＤチップ）２を有する発光部５と、複数のＬＥＤチップ２が発生する熱を伝熱・放熱させる内外二重筒状の放熱器４０と、複数のＬＥＤチップ２に電力を供給する口金３８とをそれぞれユニット化した３つの構成要素により主に構成されている。これらの発光部５、放熱器４０及び口金３８は、同一直線上に組み付けられている。【００５７】
（発光部の構成）
複数のＬＥＤチップ２は、図６及び図７に示すように、回路パターンを有する熱伝導性を有する環状のＬＥＤ基板３上に表面実装できる部品（ＳＭＤ）であり、ＬＥＤ基板３上に環状に実装されている。そのＬＥＤ基板３上には、複数のＬＥＤチップ２からの光を反射して外部へ照射する環状のリフレクタ１３がＬＥＤチップ２の内周側に配置されている。ＬＥＤ基板３は、熱伝導性を有する環状の絶縁シート４を介して放熱器４０に熱的に接続されており、透光性を有する扁平なキャップ状のカバー体１０に覆われている。ＬＥＤチップ２を搭載するＬＥＤ基板３、リフレクタ１３、絶縁シート４、及びカバー体１０をユニット化することで発光部５が主に構成されている。【００５８】
リフレクタ１３は、特に限定するものではないが、ＬＥＤ基板３にビス締めすることで取り付けられている。そのリフレクタ１３は、図６〜図８に示すように、ＬＥＤ基板３に向けて末広がり状に広がる反射面１３ａを有している。その反射面１３ａの周方向の半分は、ＬＥＤ基板３と口金３８とを電気的に接続するリード線３６ａ，３６ｂを導入するために切欠して形成されている。リフレクタ１３の材質としては、例えばＡＢＳ樹脂等の合成樹脂材料などを用いることができる。【００５９】
カバー体１０は、特に限定するものではないが、図６及び図７に示すように、放熱器４０に接着剤を介して取り付けられている。カバー体１０の材質は、透光性を有するアクリル樹脂材からなる。ＬＥＤチップ２を直視しないようにカバー体１０に拡散剤を混ぜたり、表面を加工したりすることもできる。また、演色牲を向上するために蛍光体などの色変換剤を混ぜることもできる。【００６０】
（放熱器の構成）
放熱器４０の基本的構成は、図６〜図８に示すように、発光部５を保持する保持ケース４１と、保持ケース４１を内嵌固定する内外二重筒状の放熱ケース４２と、放熱ケース４２の発光部５側（第１の面）に固定される第１の放熱リング４３と、放熱ケース４２の基部側（第２の面）に固定されるベースケース４４とをユニット化することで主に構成されている。【００６１】
保持ケース４１は、図６〜図８に示すように、ＬＥＤチップ２からの光を外部空間へ導くカバー体１０を保持固定する大径の本体保持部４１ａと、その本体保持部４１ａを放熱ケース４２に内嵌固定する筒状取付部４１ｂとからなる。この保持ケース４１の材質は、熱伝導率の高いアルミニウム材、セラミック材や熱伝導率の高い樹脂などの材料からなり、ＬＥＤチップ２が点灯中に発生する熱を放熱ケース４２へ導くように構成されている。【００６２】
放熱ケース４２は、図６〜図８に示すように、複数のＬＥＤチップ２が発生する熱を伝熱させるとともに、外部空間へ放熱させる内外二重の円筒体構造からなる。放熱ケース４２の材質は、例えばアルミニウム材、セラミック材、あるいはそれらの表面をアルマイト処理により成膜した絶縁性、熱伝導性、及び熱輻射牲に優れた材料からなる。その放熱ケース４２は、第１の筒状部材である内筒部４２ａと、内筒部４２ａの外側に所定の間隔をもって同軸状に配置される第２の筒状部材である外筒部４２ｂとを有している。その外筒部４２ｂにおける外部空間に面する外面壁（第１の放熱部）に、ＬＥＤチップ２の光軸線方向に延びる凹凸状に立設された複数の放熱フィンを設けることができる。【００６３】
放熱ケース４２の内筒部４２ａの内部には、図６及び図７に示すように、ＬＥＤチップ２を駆動制御する駆動回路を実装する電源基板３５が収納されている。内筒部４２ａの内部に電源基板３５を収納することで、放熱器４０の長さ方向寸法を短縮化することができるので、発光装置１の外郭形態の小型化とコンパクト化とを実現することができるようになる。電源基板３５には、例えば抵抗器、ダイオード、ツェナーダイオード、トランジスタ等の図示しない各種の電子部品が実装されている。なお、設置スペースを確保することができる場合は、電源基板３５を口金部あるいは外部に配置してもよい。【００６４】
放熱ケース４２の内筒部４２ａ及び外筒部４２ｂ間には、図６〜図８に示すように、筒部の長手方向一端から他端まで貫通する長い孔（放熱流路部）４２ｃが形成されている。内筒部４２ａ、外筒部４２ｂ及び放熱流路部４２ｃは、押出成形により一体化されている。その放熱流路部４２ｃは、周方向に所定の間隔をもって筒部の長手方向一端から他端まで延びる６つの隔壁４２ｄにより区分されている。その隔壁４２ｄは、板形状を有しており、放射状に設けられている。この放熱流路部４２ｃ及び隔壁４２ｄを有する外筒部４２ｂにより、複数のＬＥＤチップ２が点灯中に発生する熱を外部へ放散する第２の放熱部が構成されている。放熱効率を最大にするためには、放熱流路部４２ｃ及び隔壁４２ｄは空気の対流速度が大きくなるように決めることが望ましい。【００６５】
放熱ケース４２の第１の放熱リング４３は、図６〜図８に示すように、大径の円形リング状の外フレーム４３ａと、その外フレーム４３ａから離間して配置された小径の円形リング状の内フレーム４３ｂとの間を６つの断面コ字状の連結リブ４３ｃで連結固定した構造からなる。第１の放熱リング４３の材質は、例えばポリカーボネートなどの絶縁性樹脂材からなる。【００６６】
第１の放熱リング４３の外フレーム４３ａの外端縁は、図６及び図７に示すように、放熱ケース４２の外筒部４２ｂの端部に外嵌固定される鍔部が屈曲形成されている。隣り合う連結リブ４３ｃ間に形成された開口４３ｄは、放熱ケース４２の放熱流路部４２ｃに対応して形成されている。一方の内フレーム４３ｂは、放熱ケース４２の外周方向に向けて末広がり状に形成されており、開口４３ｄが、放熱ケース４２の放熱流路部４２ｃの開口を外側に向けて開放している。【００６７】
発光部５の一構成部品であるカバー体１０の外周部には、図８に示すように、例えば反射面となる半円弧面状を有する反射ミラー１６を備えることができる。この反射ミラー１６は、第１の放熱リング４３の内フレーム４３ｂに図示しないラッチ止めクリップなどの固定具により脱着自在に取り付けることができる。【００６８】
放熱ケース４２のベースケース４４は、図６〜図８に示すように、放熱ケース４２の内筒部４２ａ内に内嵌固定される筒体４４ａを有している。その筒体４４ａは、大径部と小径部とがテーパ段部により連結した多段状に形成されている。筒体４４ａの内部には、保持ケース４１をネジ締めにより固定する取付ボス４４ｂが発光部５側に向けて延出されている。筒体４４ａの内部には、図６及び図７に示すように、電源基板３５の一部が収納されている。その筒体４４ａの小径部には、一般の電球に用いられる口金３８がかしめ固定されている。【００６９】
ベースケース４４の筒体４４ａの外周部には、図６〜図８に示すように、第２の放熱リング４５が設けられている。この第２の放熱リング４５の設置位置は、第１の放熱リング４３と対応する位置に設けられている。第２の放熱リング４５は、第１の放熱リング４３と同一の材質、形状及び構造を有しており、大径の円形リング状の外フレーム４５ａと小径の円形リング状の内フレーム４５ｂとの間を６つの断面コ字状の連結リブ４５ｃで連結固定した構造とされている。隣り合う連結リブ４５ｃ間に形成された開口４５ｄは、放熱ケース４２の放熱流路部４２ｃに対応して形成されている。内フレーム４５ｂは、放熱ケース４２の外周方向に向けて末広がり状に形成されており、開口４５ｄが、放熱ケース４２の放熱流路部４２ｃの開口を外側に向けて開放している。【００７０】
これらの第１及び第２の放熱リング構造を備えることで放熱ケース４２の放熱流路部４２ｃに外気の流入口及び流出口を形成することができるので、空気を対流させることができるようになり、空気の対流速度を速めることができる。それに加えて、放熱ケース４２の放熱流路部４２ｃ内を空気が整流しながら通過することができるので、空気の自然対流が起き易くなり、ＬＥＤチップ２の発熱を放散し易くなる。このような構造を取ることによって、ＬＥＤ電球取付方向によらず放熱効果を上げることができる。【００７１】
（口金の構成）
ベースケース４４の小径部にかしめ固定された口金３８の外周部には、図示しないソケットに装着可能なスパイラル状をなすネジ溝３９が形成されている。その口金３８と電源基板３５とを電気的に接続するリード線３７ａ，３７ｂは、口金３８に電気的に接続されている。なお、図示例にあっては、一般家庭用のＥ２６型口金を用いているが、これに限定されるものではなく、例えばＥ１７型やＥ１１型口金を使用することができる。この場合は、ベースケース４４の小径部をＥ１１型口金の大きさに見合った大きさに設定すればよい。【００７２】
この第２の実施の形態にあっても、上記第１の実施の形態と同様に、放熱器４０の放熱流路部４２ｃを介して流れる空気の自然対流により、ＬＥＤチップ２から発生した熱を放熱する構成を例示しているが、例えばＬＥＤチップ２の光量、輝度及び設置個数などに基づいて、放熱器４０の放熱流路部４２ｃの形状、表面積、配置形態、設置個数などを適宜に設定することができることは勿論である。放熱器４０の形状は、円筒体に限定されるものではなく、例えば三角形、四角形、五角形などの多角形断面形状を有する筒体であってもよいことは勿論である。【００７３】
（発光装置の駆動回路の構成）
図９は、第２の実施の形態に係る発光装置の駆動回路を概略的に示す回路図である。同図において、上記第１の実施の形態と大きく異なるところは、駆動回路５０に熱検知素子であるサーミスタ５８が実装されている点にある。なお、駆動回路５０の構成部分は、上記第１の実施の形態と基本的な構成において変わるところはない。従って、図９において上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。【００７４】
ＬＥＤ基板３には、制御部５４に電気的に接続された熱検知素子であるサーミスタ５８が実装されている。このサーミスタ５８は、ＬＥＤチップ２が周囲温度の上昇などで過剰に発熱した際にＬＥＤチップ２に流れる電流を減少させるためのものである。制御部５４は、サーミスタ５８で検出された温度信号を入力することで、ＬＥＤ基板３の温度、及び／または周囲の温度に応じて出力電圧を制御している。サーミスタ５８の温度が高くなる（ＬＥＤチップ２の温度が高くなり、ＬＥＤ基板３の温度が高くなる）と、サーミスタ５８の抵抗が下がる。制御部５４は、ＬＥＤチップ２に印加する電圧を低くするように制御する。その結果、ＬＥＤチップ２に流れる電流が減少し、ＬＥＤチップ２が過剰に発熱しないようにしている。この構成により、発熱により劣化あるいは不灯状態にならないようにＬＥＤチップ２を保護することができる。【００７５】
図示例にあっては、ＬＥＤ基板３の周囲温度などを検出するサーミスタ５８を用いた一構成例を例示しているが、これに限定されるものではない。このサーミスタ５８の代わりに、例えば定電流ダイオード、ポジスタ、サーモカップル（熱電対）などの熱検知素子を使用することができる。このサーミスタ５８からの検出出力の変化に基づき、制御部５４によりＬＥＤチップ２へ供給する電流を変化させ、ＬＥＤチップ２の発光強度を駆動制御することができる。また、サーミスタ５８からの検出出力の変化に基づき、制御部５４によりＬＥＤチップ２へ供給する電流のパルス幅を変化させることでＬＥＤチップ２の発光強度を駆動制御することができる。なお、駆動回路５０の構成は、図示例に限定されるものではないことは勿論である。【００７６】
（発光装置の放熱作用）
この第２の実施の形態に係る発光装置１の放熱作用にあっても、上記第１の実施の形態と変わるところはない。発光装置１の口金３８を商用電源に電気的に接続すると、電源基板３５の電源回路により所定のボルトの直流電圧に変換された直流電圧が、電源基板３５上の電子部品からリード線３６ａ，３６ｂを介してＬＥＤ基板３上の複数のＬＥＤチップ２のそれぞれに印加され、ＬＥＤチップ２のそれぞれが発光する。ＬＥＤチップ２からの光は、カバー体１０に直接またはリフレクタ１３の反射面１３ａにより反射されてカバー体１０に入射する。カバー体１０に入射した光は、発光装置１の外方へ向けて放射され、周辺部を明るく照明することとなる。【００７７】
ところで、ＬＥＤチップ２の点灯中においては、光に変換されなかった電力によって熱が発生する。この熱は、ＬＥＤ基板３及び絶縁シート４を介して放熱器４０に到達する。その熱は、放熱器４０内を拡散するとともに、放熱器４０の複数の放熱流路部４２ｃへ拡散する。複数の放熱流路部４２ｃに伝わった熱は、放熱流路部４２ｃに沿って空気と熱交換されることで空気中に放散される。また、電源回路からの熱も放熱器４０を介して空気中に放散される。【００７８】
この第２の実施の形態に係る放熱器４０は、放熱流路部４２ｃを介して流れる空気の自然対流により、ＬＥＤチップ２から発生した熱を放散していることに加えて、放熱器４０の保持ケース４１と放熱ケース４２とによりＬＥＤチップ２から発生した熱を輻射熱として放熱している。これらの相乗効果により、ＬＥＤチップ２の点灯中に発生した熱を発光装置１の外部空間に効率的に放散させることが可能となり、ＬＥＤチップ２の点灯中の温度を安定化させることができる。【００７９】
（発光装置の組立手順）
次に、図６〜図８を参照しながら、この第２の実施の形態に係る発光装置１の組立手順の一例を説明する。【００８０】
この発光装置１の組立てにあたっては、ＬＥＤ基板３のリード線３６ａ，３６ｂを保持ケース４１に形成されたリード線挿入孔に挿入して電源基板３５に半田付けするとともに、口金３８に接続するリード線３７ａ，３７ｂを電源基板３５に半田付けする。次に、これらのリード線３６，３７と電源基板３５とを接続する部分全体を熱収縮チューブにより覆い、加熱することで電源基板３５に密着させる。その電源基板３５を放熱ケース４２内に挿入固定する。次に、放熱ケース４２に第１の放熱リング４２とベースケース４４とを接着剤により固定する。次に、ベースケース４４の取付ボス４４ｂに保持ケース４１をビス締めにより固定する。次いで、その保持ケース４１に発光部５の組立品を接着剤により固定する。続いて、口金３８にリード線３７ａ，３７ｂを半田付けした後、ベースケース４４に口金３８をかしめ固定する。【００８１】
以上の組立作業により、発光装置１の組立品が得られる。なお、発光装置１の各構成部品に、例えば放熱コーティング及び／または断熱コーティングなどを施し、熱伝導率の高い放熱シリコン接着剤などを介して組み立てることが望ましい。【００８２】
（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態に係る発光装置１によれば、上記第１の実施の形態と同様な効果に加えて、以下の様々な効果が得られる。
（１）ＬＥＤチップ２の光取り出し効率を十分に確保することができる。
（２）放熱器４０の長さ方向寸法を短縮化することができるとともに、発光装置１の小型化とコンパクト化とを達成することができる。
（３）手が触れるところや内部の発熱が抑えられ、火災、感電、やけどのおそれがなく安全である。【００８３】
以上の説明からも明らかなように、上記各実施の形態にあっては、放熱器２０（４０）の内部に、ＬＥＤチップ駆動制御用の電源基板３５を収納した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＬＥＤチップ駆動制御用の電源基板を内蔵した発光装置の代わりに、その電源基板を内蔵した照明装置用のアタッチメントを部屋の天井、壁面等に設置された白熱電球用ソケットに取り付けて、その照明装置用のアタッチメントと、ＬＥＤチップ駆動制御用の電源基板を排除した発光装置とを組み合わせる構成とすることができることは勿論であり、本発明の初期の目的を十分に達成することができる。従って、本発明は、上記各実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲内で様々に設計変更が可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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