(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＥＤ素子の許容温度以下で放熱量を確保するＬＥＤ電球を提供する。【解決手段】可視光を透過するとともに，別の波長の光，特に放熱に寄与する遠赤外線を良く放射する壁を通して，光を透過する面からの熱放射を利用することによって，ＬＥＤ素子を冷却する。この放熱構造は，球殻形ヒートパイプであり，飽和状態の液と蒸気を閉じ込めた構造であるが，吸熱部６は球殻の縁の部分で面積が小さいのに対して，放熱部は球殻表面であり吸熱部６と比べて遙かに面積が大きい。吸熱部６で作動流体の蒸発によって熱を吸収し，外界にさらされる外殻５の内面で凝縮し，その外面から熱放射と対流伝熱によって放熱する。ヒートパイプと同じ原理でＬＥＤ素子１から広い面積を持つ外殻面５まで熱を伝えるので，ＬＥＤ素子と近い温度まで外殻面５の温度が上昇し，ＬＥＤ素子の許容温度以下で放熱量を確保できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光透過性が高く，波長が４μｍから３０μｍの遠赤外線に対する放射率が高い材料で作られた外殻（５）（ＬＥＤ電球において通常，光を散乱させる外面）と同様の材料で作られた内殻（３）の間を作動液・蒸気が流れる空間としたヒートパイプ（従来からあるヒートパイプとは異なり作動液・蒸気が流れる断面積が大きく変化するのでパイプ状の形状ではないが，ヒートパイプと同じ原理で熱を伝えるもの）によって，ＬＥＤ素子（１）で発生した熱を外殻面まで拡散し，そこからの熱放射と対流伝熱によって周囲に熱を放散させる放熱構造．透過域は，可視光に限定されるのではなく，紫外域・近赤外域を含むことができる．
外殻面の形状は，白熱電球で用いられてきた球やそれに近い形のもの，白熱電球ではほとんどなかった平面またはそれに近い形のものを含む．蛍光灯の直管またはドーナツ形の管，またはそれらに類する形の外殻面とすることもできる．作動液・蒸気が流れる空間の形状は，１つの空間であるもの，単純な壁で並列に（蒸気の流れに沿った壁で）複数の空間に分断したものを含む．
凝縮液を環流させるウィック（４）では，可視光の吸収率の小さい合成樹脂繊維または天然繊維を用いるか，外殻内面に微細な溝または凹凸を形成する．ウィックは，外殻の内側だけでなく，内殻の外側，またはその両方に設置するものを含み，さらに，重力による環流を期待してウィックを設置しないもの（ヒートサイフォン）も含む．
【請求項２】
ヒートパイプによって吸熱部から最終放熱部に熱を輸送し，最終放熱部の面積が吸熱部の面積に比べて大幅に広い形状であって，しかも，最終放熱部において，凝縮面のうち放熱面とほぼ一定の間隔である部分の面積が，放熱面の過半を占める構造を持つ放熱構造．すなわち，請求項１に記載の球殻形の作動液・蒸気が流れる空間を，流体の流れに垂直な方向に，長方形またはそれに近い形の断面を持つ並列なヒートパイプに分割したもの．分割されたヒートパイプの断面形状は，放熱部側が広い台形，三角形，半円形，またはそれに近い形状のものも含む．
【請求項３】
請求項１，２に記載された最終放熱部を持ち，その吸熱部まで熱を輸送するために別のヒートパイプを直列に組み合わせたもの．直列に組み合わされたヒートパイプが並列のヒートパイプに分割されて構成されているものをも含む．さらに，ヒートパイプの表面にＬＥＤを設置したものをも含む．
【請求項４】
球殻表面を吸熱部として，球殻の縁またはそれに相当する部分を低温熱源に熱的に接触させることで放熱部する，請求項１，２，３に記載されている状況と熱の流れが逆になる吸熱構造．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源に用いたＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】ＬＥＤは省エネルギー性が高く，新しい照明器具の光源として有望である．しかし照明に利用できるＬＥＤ素子は耐熱性が低い上，高い体積密度で発熱するため，素子の寿命を確保するためには放熱に工夫が必要である．【０００３】従来の電球形のＬＥＤでは，ファンによる強制対流を利用するものを除けば，素子における発熱を放散させるため，特許文献１のように，電球底部（口金側）に金属製の放熱面を設け，そこから自然対流・熱放射・またはその両方を利用することが多い．放熱面には熱伝導性が高く軽量なアルミニウムやその合金が用いられることが多い．ヒートパイプを使って光透過性の外殻面まで熱を輸送する方法が特許文献２で提案されているが，この特許では，ヒートパイプ自体の形状として従来の管の形を想定するにとどまっていて，この特許が提案する球形の外殻面全面に効率良く熱を拡散させる方策を提示していない．
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４３７８０号公報
【特許文献２】特表２０１２−５１９３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】電球は，その使用条件によっては放熱性が悪くなる場合がある．例えば，電球を天井のくぼみに設置することは，従来から広く行われてきている．この場合，電球まわりに熱気が滞留するので，自然対流による放熱に期待することは難しく，ＬＥＤ素子の過熱を招くおそれがある．また電球底部からの放射を利用しようとしても，放射面に滞留する熱気によって，また口金部を介した熱伝導によって暖められた壁からの熱放射があって正味の放熱量を減少させるので，やはり素子の過熱を招くおそれがある．このような悪条件下では，過熱のためＬＥＤ電球の寿命が短縮し，ＬＥＤ電球の省エネルギー性を活用できない．
【課題を解決するための手段】
【０００６】設置場所を選ばないＬＥＤ電球の冷却方法として，電球面（照明光が通過する面）からの熱放射を利用することが有効である．電球は，被照明物に光を届けることを目的としているので，光を通過させる電球表面からの放射による放熱を利用する場合には，設置方法にはほとんどよらず，設計時に想定された放熱が確保され，設置場所を選ばない．光を散乱させて柔らかい印象の光を放つようにするために通常用いられている球形またはそれに近い形の外殻面全体を凝縮面とするヒートパイプを使って，ＬＥＤで発生した熱をそこに導き，外殻面からの熱放射と自然対流を使って放熱する．
【発明の効果】
【０００７】電球の外殻面からの放熱，特に熱放射は，照明として用いられる可視光と同様に被照明物まで届くため，電球の放熱によって暖められた面の影響は極めて少なく，電球の姿勢や設置場所を選ばずに，冷却能力を確保できる．通常ＬＥＤ電球の外殻面として使用される樹脂は，可視光は良く透過するのに対して，放射伝熱に寄与する遠赤外線を良く放射する性質があるので，この冷却方法が可能である．これによって，電球の設置場所，姿勢に関する制約がなくなり，誰もが簡単に設計寿命を満たす条件でＬＥＤ電球を利用できるようになる．
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】断面図
【図２】断面図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】図１に例示するように，ＬＥＤ素子（１）を配置し，そこでの発熱を周囲に伝導する熱良導性の基板（２）に沿って熱を球形のヒートパイプに導く．このヒートパイプは，管状ではなく，外殻（５）と内殻（３）の２つの部分球殻，ならびにその終端である細い円環板（６）の間に挟まれた空間に作動流体の液と蒸気を封入したものである．円環板（６）を基板に密着させ，ＬＥＤで発生した熱を球形ヒートパイプの円環板内表面上で蒸発熱として吸収する．発生した蒸気は最も低温に維持される外殻の内側で凝縮し，外殻内側に設置したウィック（４）を通って吸熱部に環流する．【００１０】球形ヒートパイプの形状は，球殻形に限るわけではない．曲率が変化する，間隔がほぼ一定の曲面に挟まれる空間がヒートパイプを形成することもあり得るし，平板に挟まれた空間がヒートパイプを形成することもあり得る．また，２つの曲面・平面の間隔が変化するものもあり得る．さらに，蛍光灯でよく見られる直管形またはドーナツ形もあり得る．【００１１】ウィックは，布（撚り糸を織ったもの）や単繊維を織ったもので構成することも可能であるし，外殻の素材に微細な溝を切ることによって，または凹凸を付けることによって形成することも可能である．溝の切り方等も，切削・研削・エッチング・型押しなど，凹凸を形成するさまざまな加工方法をとり得る．外殻がガラス製の場合，すりガラスも利用可能である．ウィックの材料は，可視光透過率が高い樹脂又はガラスが効果的であるが，金属等，従来からヒートパイプのウィックとして用いられている材料であり得る．
【実施例２】
【００１２】第２の方法は，図２に例示するような，直列な２つのヒートパイプを使う方法である．ＬＥＤ素子（１）の発熱を電球の対称軸に沿って従来型の１つ目のヒートパイプ（７）を使って外殻（５）の中央まで輸送し，次に，そこを吸熱部とし球形の外殻（５）の内面を凝縮面とする球殻状の２つ目のヒートパイプを使ってさらに外殻面まで熱を輸送する．外殻面を凝縮面とする２つ目のヒートパイプは，概ね半球形の外殻（５）と，蒸気と液が流れる流路を隔てた概ね半球形の内殻（３）を持ち，外殻の内面にウィック（４）が装着される．この面で凝縮した液は，ウィックを浸透して蒸発部（加熱される部分，ヒートパイプ（７）の先端部）に環流する．繊維で作られたウィックの場合，ウィックが外殻の内側にほぼ接するように支持する．
【実施例３】
【００１３】第３の方法は，第２の方法と類似しているが，熱輸送する液と蒸気の流路が連続した１つの空間を形成しているヒートパイプを使用するものである．ウィック（４）は，外殻の内面に沿って設置し，それが電球の中心軸上の管の中心を通ってＬＥＤ素子（１）の発熱を吸収する領域まで伸び，凝縮液を環流させる．
【実施例４】
【００１４】第４の方法は，第３の方法と類似しているが，ウィック（４）を内殻の表面に設置し，それが電球の中心軸上の管の管壁に沿って伸び，ＬＥＤ素子（１）の発熱を吸収する領域まで達し，凝縮液を環流させる．この方法は，吸熱部付近の凝縮液の流れと蒸発した蒸気の流れを第３の方法に比べて改善する．内殻から周囲への放射の一部を外殻が吸収するため，同じ温度差で生じる放熱量は小さくなるが，放熱は可能である．
【実施例５】
【００１５】前記実施例１から４に対して，球形のヒートパイプを蒸気流に沿った単純な壁で分割することが可能である．
【実施例６】
【００１６】前記実施例１から４に対して，球形のヒートパイプを蒸気流と垂直な方向に複数のヒートパイプに分割することが可能である．この場合，特許文献２が想定している，円形またはそれに近い断面のヒートパイプによって熱を拡散したあと外殻に相当する分厚い透明材料を通して外殻表面まで熱を拡散させる方法は，この発明には含めず，外殻表面に伝わる熱の過半が外殻外面とほぼ一定間隔の外殻内面で凝縮する場合に限定する．
【実施例７】
【００１７】外殻面の形状がろうそくの炎形の場合など，設置方向が限定される電球では，重力によって凝縮液が蒸発部（吸熱部）に流れれば良く，ウィックのないヒートパイプ（ヒートサイフォン）もあり得る．
【図１】
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【図２】
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