(57)【要約】【課題】出力を大きくすることができるとともに、照明効率が低下せず、寸法が大きくなるのを抑制することのできる、照明装置を提供する。【解決手段】本実施形態の照明装置は、発光面を有する発光素子と、前記発光素子の前記発光面の中心を原点とし前記原点を通り前記発光面に直交し、発光する側を正の方向とする軸に対し、前記軸の正の方向に設けた光学レンズと、前記軸の負の方向に前記軸を中心軸として配置されるとともに前記軸の正の方向に対して前記光学レンズの配光角の１／２の角度の範囲内に位置しないように配置され、前記発光素子と熱的に接続された複数の放熱フィンと、前記複数の放熱フィンを内包しかつ前記軸を回転軸とした回転体の形状を有し、前記軸の正と負の方向にそれぞれ少なくとも１個の開口部が設けられたカバーと、前記軸に沿って設けられかつ前記発光素子および前記複数の放熱フィンと熱的に接続するベースと、を備えている。【選択図】図１
2015035399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を有する発光素子と、
前記発光素子の前記発光面の中心を原点とし前記原点を通り前記発光面に直交し、発光する側を正の方向とする軸に対し、前記軸の正の方向に設けた光学レンズと、
前記軸の負の方向に前記軸を中心軸として配置されるとともに前記軸の正の方向に対して前記光学レンズの配光角の１／２の角度の範囲内に位置しないように配置され、前記発光素子と熱的に接続された複数の放熱フィンと、
前記複数の放熱フィンを内包しかつ前記軸を回転軸とした回転体の形状を有し、前記軸の正と負の方向にそれぞれ少なくとも１個の開口部が設けられたカバーと、
前記軸に沿って設けられかつ前記発光素子および前記複数の放熱フィンと熱的に接続するベースと、
を備えている照明装置。
【請求項２】
前記ベースは中実である請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記軸の負の方向に設置され、外部から電流を取り込む口金と、
前記口金と接続された電源ケースと、
前記電源ケースに内包される電源回路と、
を更に備えた請求項１または２記載の照明装置。
【請求項４】
前記電源ケースは前記口金および前記電源回路以外の部材と電気的に接触しない請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記複数の放熱フィンのそれぞれは、扁平な板形状であり、前記軸を各放熱フィンの根元側、前記カバーを各放熱フィンの先端側とした場合に、各放熱フィンは、前記根元側から前記先端側に向かう途中で前記先端側に向けて所定の角度でＹ字に枝分かれし、前記所定の角度は２πを放熱フィンの枚数で割った値である請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記カバーに内包されるとともに、前記軸に対して同心円状に配置され、前記複数の放熱フィンと熱的に接続される複数の放熱体を更に備えた請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記カバーに内包されるとともに前記軸に沿って設けられ、自身が回転する回転部材を更に備えた請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
前記複数の放熱フィンが前記回転部材である請求項７記載の照明装置。
【請求項９】
前記回転部材は、前記ベースよりも前記軸の負側に設けられるか、または前記軸の負側に設けられた開口部の近傍に設けられる請求項７または８記載の照明装置。
【請求項１０】
前記複数の放熱フィンは前記カバーと一部が接触している請求項１乃至９のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１１】
前記複数の放熱フィンは前記カバーと接触しない請求項１乃至９のいずれかに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ(Light-Emitting Diode)を用いた照明装置は白熱電球や蛍光灯と比較して優れた環境性能（長寿命、低消費電力、水銀の不使用など）を持つことから、次世代の照明装置として既存形の照明装置への置き換えに加え、新しい形の照明装置も様々提案されている。このようにＬＥＤを用いた照明装置への期待が高まっている。しかし、ＬＥＤを用いた照明装置は半導体から形成され、接合温度の最大定格が一般的に１００℃〜１５０℃であるため、熱に弱い。そのうえ、ＬＥＤ自体からの赤外放射が殆どなく、ＬＥＤの消費電力の約７割が熱となるので、この発熱を放熱面へ伝導して放熱させる、放熱設計が重要となる。
【０００３】
ここで、従来のＬＥＤ電球は、ＬＥＤの発熱の殆どを熱伝導により、ＬＥＤに接続しているベースを介して放熱体に伝え、そこから自然対流および輻射で環境中に放熱している。そのため、熱伝導性を良くするためにベース、およびグローブの外面に設けられた放熱体は熱伝導率の高い金属またはセラミックを使用する。さらに放熱体の表面積拡大、例えばフィン構造にすることによる自然対流による熱伝達量の増加や、特殊なコーティングによる放射率の向上で輻射熱の伝達量の増加を図っている。しかしながら、ＬＥＤ電球の外面からの放熱に依存する上記構成では、高出力を達成するために寸法は大きくなり、既存形からの置き換えを考えると、器具との互換や光の互換、見た目の点で課題がある。
【０００４】
この課題の解決には、ＬＥＤ電球を開口することで内面を放熱面として利用する構成が提案されている。この提案のＬＥＤ電球では、ＬＥＤをフィン間に設置することでＬＥＤから射出される光をグローブの広範囲に伝え、広配光としている。しかしながら、フィンは遮蔽物となるため、放熱性能の向上のためのフィン枚数の増加、フィン構造の複雑化は器具効率の低下を招く。つまり、光と放熱のトレードオフが存在する。
【０００５】
加えて、複数のＬＥＤを設置するスペースを確保するためには中心に位置する柱体の直径を大きくする必要があるため、ＬＥＤ電球の内部の空間は狭くなる。そのため、電球内部を放熱領域として有効に利用できない。
【０００６】
また、ＬＥＤの熱を柱体に効率よく伝えるために、柱体の断面はＬＥＤまたは基板と面接触できるような形状でなければならない。
【０００７】
また、フィン間にＬＥＤを設置するため、フィン枚数よりもＬＥＤの個数を多くしなければ影ができる。これにより、単一での出力が大きい光源が使用できないという課題も存在する。
【０００８】
さらに、ＬＥＤが空気の流れ上に設置されるため、ホコリ等により光源が汚れやすい。光源が汚れると光を遮ることになるため、器具の照明効率が低下する。
【０００９】
そして、ＬＥＤを立体配置することは、製造プロセスにおける負荷が大きい。
【００１０】
上記いくつかの理由によりＬＥＤ電球の内部の放熱表面積は十分に確保することができず、高出力を達成するためには放熱表面積、すなわち寸法が大きくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１９４０５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本実施形態は、出力を大きくすることができるとともに、照明効率が低下せず、寸法が大きくなるのを抑制することのできる、照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施形態による照明装置は、発光面を有する発光素子と、前記発光素子の前記発光面の中心を原点とし前記原点を通り前記発光面に直交し、発光する側を正の方向とする軸に対し、前記軸の正の方向に設けた光学レンズと、前記軸の負の方向に前記軸を中心軸として配置されるとともに前記軸の正の方向に対して前記光学レンズの配光角の１／２の角度の範囲内に位置しないように配置され、前記発光素子と熱的に接続された複数の放熱フィンと、前記複数の放熱フィンを内包しかつ前記軸を回転軸とした回転体の形状を有し、前記軸の正と負の方向にそれぞれ少なくとも１個の開口部が設けられたカバーと、前記軸に沿って設けられかつ前記発光素子および前記複数の放熱フィンと熱的に接続するベースと、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態による照明装置の断面図。
【図２Ａ】第１実施形態において、発光素子と光学レンズの結合の第１具体例を示す断面図。
【図２Ｂ】第１実施形態において、発光素子と光学レンズの結合の第２具体例を示す断面図。
【図３】第１実施形態による照明装置の外形を示す図。
【図４】第１実施形態の第１変形例による照明装置の外形を示す図。
【図５】比較例によるＬＥＤ電球を示す断面図。
【図６】第１実施形態の照明装置における放熱フィンとカバーとの接触状態を示す図。
【図７】第１実施形態の照明装置における放熱フィンとカバーとの接触状態を示す図。
【図８】第１実施形態の第２変形例による照明装置の外形を示す図。
【図９】図９（ａ）、９（ｂ）は、第２実施形態による照明装置の断面図。
【図１０】平行平板間の自然対流による、平均熱伝達率と平板間隔との関係を示す図。
【図１１】矩形フィンのフィン効率と平均熱伝達率との関係を示す図。
【図１２】図１２（ａ）、１２（ｂ）は、第３実施形態による照明装置の断面図。
【図１３】第４実施形態による照明装置の外形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら説明をする。以下の図面の記載においては、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。
【００１６】
（第１実施形態）
第１実施形態による、ＬＥＤを用いた照明装置の断面図を図１に示す。この第１実施形態の照明装置１は、発光素子２と、光学レンズ３と、放熱フィン４と、カバー５と、ベース６と、電源部７と、口金８とを有する。
【００１７】
ＬＥＤである発光素子２の発光面の中心を原点とし、発光面に直交し、発光する側を正の方向とする軸１０に対し、軸１０の正の方向に光学レンズ３が設けられる。光学レンズ３は、ＰＭＭＡ(Poly-methyl-methacrylate)等の透過率の高い物質で構成され、指向性の高い発光素子２から射出される光を広配光にする。この第１実施形態においては、発光素子２の発光面が空気の主流方向に面していないため、光源が汚れにくいという利点を有する。
【００１８】
なお、光学レンズ３は発光素子２と結合され、その第１具体例を図２Ａに示す。この第１具体例の結合方式は、光学レンズ３の中央部に貫通孔が設けられている場合である。まず、光学レンズ３は、上記穴を通して第１固定部材（例えばネジ）２１によって第２固定部材（例えば平板）２２に取り付けられる。第１固定部材２１および第２固定部材２２は、透過率の高い材料、例えばアクリル等の材料から形成される。第２固定部材を耐熱ガラス等の耐熱性、透過性の高い材料とすることで、ＬＥＤの発熱による熱変形を防ぐことができる。第１固定部材２１がネジの場合は、第２固定部材の中央にメスネジが形成され、このメスネジと第１固定部材２１のオスネジによって締結され固定される。第1固定部材は光学レンズ３を兼ねるものであってもよい。第２固定部材２２の外周部には、複数の貫通孔が設けられている。また、ベース４ａには、第２固定部材２２の複数の貫通孔に対応して、外周部に複数個、例えば４個のネジ孔が設けられている。そして、第２固定部材２２は、スペーサ２０を介してボルト１９によってベース４ａに固定される。このとき、発光素子２もスペーサ２０によってベース４ａに固定される。ベース４ａはベース６と例えば接着剤、熱伝導性テープ等による固定、または単に放熱グリス等を介して嵌合接合される。この第１具体例の利点を以下に挙げる。第１に、金型で抜きやすい形状であることである。各部品管はネジで固定されるため、接着よりもプロセスの負荷が低い。第２に、ＬＥＤの寸法に合わせたレンズ変更が容易であることである。その理由は、第２固定部材２２、ボルト１９、スペーサ２０を共通部品にすれば、出力が異なる照明装置１に対して変更する部品が発光素子２と光学レンズ３のみになるからである。
【００１９】
光学レンズ３と発光素子２の結合の第２具体例を図２Ｂに示す。この第２具体例においては、光学レンズ３の中央部に貫通孔が設けられていない場合である。光学レンズ３は、透過率の高い材料、例えばアクリルからなる固定部材２２ａの中央部に位置して固定部材２２ａに接続するように、固定部材２２ａと一体成形される。この固定部材２２ａも、第１具体例で示した第２固定部材２２と同様に、外周部に複数の貫通孔が設けられている。そして、ベース４ａには、固定部材２２ａの複数の貫通孔に対応して、外周部に複数個、例えば４個のネジ孔が設けられている。そして、固定部材２２ａは、スペーサ２０を介してボルト１９によってベース４ａに固定される。このとき、発光素子２もスペーサ２０によってベース４ａに固定される。ベース４ａはベース６と例えば接着剤、熱伝導性テープ等による固定、または単に放熱グリス等を介して嵌合接合される。
【００２０】
放熱フィン４は軸１０の負の方向に、軸１０を中心軸として放射状に配置され、発光素子２と熱的に接続されている。発光素子２はベース４ａを介して放熱フィン４に固定される。この固定方法は、図１に示すように、ネジで固定してもよい。また、後述するように、両面テープ等によって固定してもよい。なお、ベース４ａは、放熱フィン４と一体に形成してもよい。
【００２１】
光学レンズ３から射出される光の１／２配光角の範囲に放熱フィン４を設けない工夫をすることにより、高い器具効率を達成する。具体的には、発光面積をＡ、レンズの射出面積をＢ、配向角θとすると、この配向角θは、エタンデュ(Etendue)法則により、
θ＝ｓｉｎ−１（Ａ／Ｂ）１／２
で表される。本実施形態では、例えば放熱フィン４の外側の角部をカットすることによって広配向が達成される。この構成により、軸１０に対して正の方向を光の領域、負の方向を放熱の領域として分離して扱うことが可能となる。このため、発光素子２の個数と放熱フィン４の個数を独立に決めることができる。また、単一での出力が大きい光源にも対応可能である。更に、放熱フィン４が光の遮蔽物とならないため、フィン形状も複雑化することができ、設計の自由度が高い。放熱フィン４はアルミ等の熱伝導率が高い物質で構成される。放熱フィン４の表面を鏡面にすることで反射率を高めることも可能である。または、放熱フィン４の表面を塗装することにより放射率を高めることも可能である。放熱フィン４に穴等の空隙を持たせることも可能である。これにより、軸１０が水平方向に向くように照明装置を取り付けた場合にも対応可能である。具体的には、自然対流により上昇した空気が放熱フィンに設けた空隙を通過することで、放熱性能の低下を防ぐ。
【００２２】
ベース６は軸１０を回転軸とした回転体である。このベース６の周りに放熱フィン４が配置されて取り付けられる。放熱フィン４および発光素子２はベース６を介して熱的に接続される。すなわち、放熱フィン４はベース６に直接に接続され、発光素子２はベース６に直接に接続されるとともにベース４ａ、放熱フィン４を介してベース６に間接的に接続される。これにより、発光素子２から放熱フィン４までの熱抵抗を低減することが重要であり、この点から、ベース６の直径は大きい方がよい。しかし、ベース６の直径を大きくすると、放熱フィン４のサイズが小さくなる。このため、ベース６の直径は、軸１０方向に温度勾配が大きくなりすぎない程度のサイズにする。ベース６を中実にすることで熱抵抗を低減することが可能である。あるいは、中空にすることで、電源部７と発光素子２とを接続する配線を収納することも可能である。ベース６と発光素子２の間に放熱グリスや熱伝導性両面テープ等のＴＩＭ（Thermal Interface Material）を設けることで接触熱抵抗を低減することもできる。ベース６はアルミ等の熱伝導率が高い物質で形成される。ベース６とフィン４を一体成形し、ベース−フィン間の接触熱抵抗を低減することが可能である。あるいは、分割して成形して生産性を向上させることも可能である。
【００２３】
図３に示すように、カバー５は、発光素子２、光学レンズ３、および放熱フィン４を内包しかつ軸１０を回転軸とする回転体の形状を有し、軸１０の正と負の方向にそれぞれ１箇所以上の開口部９が設けられる。カバー５は球形状であったり円筒形状、多角形形状であったりと、様々な形状でもよい。また、カバーの一部が立体角２π［Ｓｒ］以上である球形状を有していてもよい。
【００２４】
発光素子２から射出される光は光学レンズ３により配光されるため、カバー５はＰＣ(Polycarbonate)、ＰＭＭＡ、ガラスなどの屈折率が十分高い素材でなくともよい。例えば、和紙などの紙やタコ糸等の多孔体への置き換えてもよく、用途に合わせたデザインを用いることができる。また、光学レンズ３から射出される光の１／２配光角の範囲外を金属やセラミック等の熱伝導率が高い素材や、放射率が高い素材にすることで放熱性能をさらに向上させることができる。カバー５に開口部９を設けることで内部に空気を流入させ、放熱フィン４と熱交換させる。開口部９の位置、大きさは限定されない。放熱フィン４の近傍を開口することで内部構造を目視しにくくし、デザイン性と両立することも可能である。あるいは広い範囲で開口し、放熱性能を向上することも可能である。
【００２５】
また、図４に示す第１変形例による照明装置のように、開口部９をスリット形状にすることにより、内部構造を見えにくくすることも可能である。この際、スリット形状の開口部９の位置を放熱フィン４の近傍に設けることで放熱性能を向上させることもできる。
【００２６】
開口部９の位置により、流入した空気が光学レンズ３にあたる場合が考えられる。仮に光学レンズ３よりも軸１０の正の方向に開口部９が存在する場合は、光学レンズ３を凸形状にする、曲面にする、といったことにより流動抵抗を減らし、空気が流入しやすいようにすることが可能である。なお、本実施形態においては、発光素子２の発光面が空気流動の主流方向に面していないため、光源が汚れにくいという利点を有する。
【００２７】
ここで、比較例として、従来のＬＥＤ電球を図５に示す。この比較例のＬＥＤ電球では、ＬＥＤ１０１での発熱の殆どを熱伝導により基板１０２およびベース１０３を介して放熱体１０５に伝え、そこから自然対流および輻射で環境中に放熱している。なお、図５において、符号１０４はカバーを示し、符号１０８は電源部を示し、符号１０９は口金を示す。この比較例においては、熱伝導性を良くするためにベース１０３、放熱体１０５は熱伝導率の高い金属またはセラミックを使用する。さらに放熱体１０５の表面積の拡大（フィン構造）による自然対流による熱伝達量の増加や、特殊なコーティングによる放射率の向上で輻射熱の伝達量の増加を図っている。
【００２８】
これに対して、本実施形態では、図１に示すように、カバー５の内部で放熱を行うことが可能であるため、金属やセラミックを露出することなく要求された放熱性能を小型で達成することが可能である。したがって、比較例の放熱体１０５のような部位は必要なく、白熱電球のフォルムにより近づけることが可能である。さらに、光学レンズ３から射出される光は、射出される点からカバー５に当たる点までの距離が長いため、放熱フィン４等による影ができない効果も期待できる。これは、光学レンズ３から射出される光線がカバー５に到着するまでに広く分散していることに起因する。
【００２９】
図６に示すように、カバー５に内包される放熱フィン４をカバー５の形状に沿わせて成形してカバー５と接触させ、カバー５に熱を伝えることで放熱性能を向上させることもできる。あるいは、図７に示すように、カバー５と放熱フィン４の間に隙間を設けることで、放熱フィン４の影を見えにくくすることができる。なお、カバー５は分割して製造し、分割されたものを接合することにより、ＬＥＤ電球を作製すれば、生産性を向上させることが可能である。
【００３０】
電源部７は電源ケースおよび電源回路で構成され、軸１０の負の方向に設置される。電源回路は電源ケースに内包され、電源ケースは外部から電流を取り込む口金８と接続される。また、電源部７はベース６とネジ結合によって結合される。すなわち、ベース６の電源部７側の先端に設けられたオスネジと、電源部７の対応する凹部に設けられたメスネジによって結合する。電源回路の熱を電源ケースへ伝えるために、樹脂や熱伝導グリスを電源ケース内に充填することも可能である。電源部７と、ベース６、放熱フィン４、あるいはカバー５との接触を極力避けることにより、発光素子２の発熱の影響が電源回路に影響しないようにすることが好ましい。さらに、電源ケースの形状を電源回路の形状に沿うように成形することで、カバー５の内部の空気が流出、流入しやすいようにすることが可能である。また、カバー５の内部に電源部７が配置される場合、電源部７に丸み付けることでカバー５の内部の空気の流動抵抗を低下することができる。なお、図８に示す第１実施形態の第２変形例のように、電源部７はカバー５の外側に配置してもよい。この場合、電源部７の先端にはオスネジが設けられ、カバー５の内部には、上記オスネジに対応するメスネジが設けられ、このネジ結合により、電源部７とカバー５が一体に接続することができる。なお、図８においては、図１に示す発光素子２、放熱フィン４等は省略している。
【００３１】
以上説明したように、第１実施形態によれば、出力を大きくすることができるとともに、照明効率が低下せず、寸法が大きくなるのを抑制することのできる、ＬＥＤを用いた照明装置を提供することが可能となる。
【００３２】
（第２実施形態）
第２実施形態によるＬＥＤを用いた照明装置について図９（ａ）、９（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）は、第２実施形態の照明装置１Ａの断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【００３３】
この第２実施形態の照明装置１Ａは、図１に示す照明装置１とは、放熱フィン４の形状が異なっている。第１実施形態においては、放熱フィン４は中心軸１０に位置するベース６からカバー５に向かって放射状に延在していた。この第２実施形態においては、カバー５に内包される放熱フィン４は、カバー５に向かって放射状に延在するのを、途中の点１１で二手に枝分かれ、上記途中の点１１からＹ字形状に延在させた形状を有している。これにより、放熱面積を拡大する。ここで、隣接する放熱フィン４の間隔θａと枝分かれ角度θｂを同じ角度θとすることにより、枝分かれ後の隣接する放熱フィン４間の距離Ｓは次式で一定値となる。  
Ｓ／２＝Ｌａ×ｓｉｎ（θ／２）−ｔ
Ｓ＝２Ｌａ×ｓｉｎ（θ／２）−２ｔ
＝Ｌａ（２（１−ｃｏｓθ））１／２−２ｔ
ここで、ｔは放熱フィン４の厚さであり、Ｌａは放熱フィン４におけるベース６の中央(軸１０)から途中の点１１までの距離を表す。これにより、枝分かれ後の隣接する放熱フィン４間の距離Ｓを設計パラメータとして、上記関係式より導出する熱伝達率と放熱面積の積が最高となる条件を定めることができる。放熱フィン４の厚さｔによるフィン効率と、放熱フィン４間の距離Ｓによる熱伝達率、枝分かれ前の隣接する放熱フィン４の間隔θａよる放熱面積の積が最大となるような条件が好ましい。
【００３４】
白熱電球に適用することを考え、仮に放熱フィン４が２５ｍｍの高さである場合、垂直平行平板間の自然対流の関係式により面積Ｓと熱伝達率の関係を求めると、Ｓが６ｍｍほどで熱伝達率は収束したとみなせるほどの値となる。周囲温度Ｔａより高温な温度Ｔｗに保たれた垂直平行平板の間に生じる自然対流は、ＢａｒＣｏｈｅｎ−Ｒｏｈｓｅｎｏｗによって以下の式で近似できることが知られている。
【数１】
2015035399.tif 000003
ここで、／ｈは平均熱伝達率、Ｓは平行板の間隔、ｋａは空気の熱伝導率、ＲａＳは代表長さＳのレイリー数、Ｈは板の高さである。図９に温度差ΔＴによる平均熱伝達率／ｈを示す。
【００３５】
さらに、矩形フィンのフィン効率ηは以下の式で表される。
【数２】
2015035399.tif 000004
ここで、Ｌはフィンの長さ、／ｈは熱伝達率、ｋｆはフィンの熱伝導率、ｔはフィンの厚さ、Ｈはフィンの幅（板の高さ）である。図１０にＬを２０ｍｍ、Ｈを２５ｍｍとしたときの、フィンの厚さｔによるηを示す。
【００３６】
図９および図１０より、Ｓを５ｍｍ、ｔを０.５ｍｍとし、フィン枚数を１２枚と仮定すると、θは３０°、Ｌａは１１．６ｍｍとなる。仮にカバー５が円筒形である場合、上記寸法で枝分かれしたフィンの表面積は約２５×１０−３ｍ２となる。／ｈを１０Ｗ／ｍ２、δＴを６０Ｋとすると、ηは約０．９５、フィンからの放熱量は約１４Ｗとなる。これは白熱電球１００Ｗ相当の全光束を達成するためのＬＥＤ電球の要求放熱量よりも多い。すなわち、本実施形態のように放熱フィンを途中で枝分かれすることにより、放熱フィン４の放熱量を増大することができる。
【００３７】
この第２実施形態も第１実施形態と同様に、出力を大きくすることができるとともに、照明効率が低下せず、寸法が大きくなるのを抑制することのできる、ＬＥＤを用いた照明装置を提供することが可能となる。
【００３８】
（第３実施形態）
第３実施形態による照明装置について図１２（ａ）、１２（ｂ）を参照して説明する。図１２（ａ）は、第２実施形態の照明装置１Ａの断面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【００３９】
この第３実施形態の照明装置１Ｂは、図１に示す照明装置１とは、放熱フィン４の形状が異なっている。この第３実施形態の照明装置は、軸１０を回転軸とした同心円状の放熱体１６と、放熱フィン４とでカバー５内に管路を形成し、放熱面積を拡大した構成を有している。隣接する放熱体１６の間に放熱フィン４が設けられている。また、最外周の放熱体１６とカバー５との間および最内周の放熱体とベース６の間にも放熱フィン４が設けられている。
【００４０】
この第３実施形態における設計パラメータは複数の隣接するフィンの間隔θａ１、θａ２、θａ３および放熱体の間隔Ｌｂである。第２実施形態の場合と同様に、熱伝達率と放熱面積の積が最高となる条件を定める。各々のフィンの間隔θａ１、θａ２、θａ３は同じ値にしなくてもよい。
【００４１】
この第３実施形態も第２実施形態と同様に、放熱フィン４の放熱量を増大することができる。
【００４２】
また、この第３実施形態も第１実施形態と同様に、出力を大きくすることができるとともに、照明効率が低下せず、寸法が大きくなるのを抑制することのできる、ＬＥＤを用いた照明装置を提供することが可能となる。
【００４３】
（第４実施形態）
第４実施形態による照明装置について図１３を参照して説明する。図１３は、第４実施形態の照明装置１Ｃの断面図である。
【００４４】
この第４実施形態においては、カバー５の内部に軸１０を回転軸とした回転部材１８を設置する。回転部材１８により強制対流を起こし、放熱フィン４の境界層を薄くすることで熱伝達率を増加させる。さらに、カバー５の内部の空気の質量流量を多くすることで、放熱フィン４の近傍の空気の温度を低下させる。
【００４５】
回転部材１８と放熱フィン４を分離する場合は、回転部材１８の回転方向に障害物をなくすことで放熱フィン４等による干渉がないようにする。その際、余分なスペースを設けることで、寸法公差による干渉を回避できる。
【００４６】
また、放熱フィン４そのものを回転させることで、放熱フィン４に回転部材１８としての機能を持たせることもできる。例えば、ベース６を回転させることで放熱フィン４を回転させることが可能である。その際、回転機構をベース６に内蔵する場合はベース６を中空にする必要があり、穴の径が大きい場合は発光素子２から放熱フィン４までの熱抵抗が増大する可能性がある。
【００４７】
また、発光素子２を回転させない場合には配線のねじれ、巻き込みに注意する必要がある。上記のことから、ベース６内に回転機構を内蔵し、発光素子２を回転させない場合には、放熱フィン４を回転させる方法では、放熱フィン４へ発光素子２の熱がうまく伝わらない可能性がある。
【００４８】
そこで、図１３に示す第４実施形態の照明装置においては、ベース６の電源部７側に回転機構を設け、軸１０の負の方向に設けた開口部９の付近に回転部材１８を備える構成としている。回転部材１８より軸１０の負の方向に設けた開口部９から流出する空気の量を多くする。これによりカバー５の内部の静圧を低下させる。その結果、軸１０の正の方向に設けた開口部９に空気が流入しやすくなり、カバー５の内部の質量流量を多くすることができる。つまり、空気の流出量を多くすることが空気の流入量増加につながり、放熱フィン４からの放熱量増加が可能となる。ここで、回転部材１８および回転機構が、発光素子２から放熱フィン４への伝熱経路の途中に存在しないことにより、発光素子２から放熱フィン４までの熱抵抗の増加を防ぐ。
【００４９】
また、回転部材１８は、その回転によって空気が角速度方向の法線方向に、つまりは開口部９の方向に空気の流れが誘起されるような形状であることが望ましい。回転部材１８をアルミ等の熱伝導率が高い物質で形成することにより、回転部材１８からの放熱量を多くすることもできる。または、回転部材１８を剛性の高い物質で形成することで、信頼性を高めることもできる。あるいは、回転部材１８を密度の低い物質で形成することで軽量化するができる。回転部材１８の回転数を低くすることで騒音を防ぐことができる。
【００５０】
この第４実施形態も第１実施形態と同様に、出力を大きくすることができるとともに、照明効率が低下せず、寸法が大きくなるのを抑制することのできる、ＬＥＤを用いた照明装置を提供することが可能となる。
【００５１】
以上説明したように、一実施形態によれば、以下の効果を有する。
【００５２】
ＬＥＤの発光面に対向する方向に光学レンズを設け、光を遮蔽しないようにグローブ内部に放熱フィンを設けることで、従来グローブが担っていた拡散、導光の役割を妨げずに、放熱性能の向上が得られる。これにより、ＬＥＤをグローブの天頂部付近、つまりは開口部付近に設置することが可能となり、光と放熱のトレードオフが解消される。
【００５３】
具体的には、ＬＥＤの発光面の中心を原点とし、発光面に直交し、発光する側を正の方向とする軸に対して、正の方向を光、負の方向を放熱の領域として扱う。光と熱の領域を分離できるため、ＬＥＤの個数とフィン枚数は独立に決めることができる。また、単一での出力が大きい光源にも対応可能である。さらに、フィン形状も複雑化することができ、設計自由度が高い。ここで、放熱の領域において、光学レンズの１／２配光角の範囲に遮蔽物を設けない工夫により、高器具効率を達成する。
【００５４】
さらに、光学レンズから射出される光は、射出される点からグローブに当たる点までの距離が長いため、放熱フィン等による影ができない効果も期待できる。これは、光学レンズから射出される光線がグローブにたどり着くまでに広く分散していることに起因する。
【００５５】
そして、この構成においてはＬＥＤの発光面が空気の主流方向に面していないため、光源が汚れにくいという特徴を有する。
【００５６】
光学レンズによって配光されるので、グローブはＰＣやＰＭＭＡ、ガラスなどの屈折率が十分高い素材でなくともよい。たとえば、和紙などへの置き換えも可能である。また、従来の金属筐体をグローブと同じ素材にすることで、白熱電球のフォルムにより近づけることも可能である。あるいは、光学レンズによる１／２配光角の範囲外を金属やセラミック等の熱伝導率が高い素材や、放射率が高い素材にすることで放熱性能をさらに向上させることができる。
【００５７】
フィンをカバー形状に沿わせて成形してグローブと接触させ、グローブ温度を高くすることで放熱性能を向上させることもできる。あるいは、グローブとフィンの間に隙間を設けることで、フィンの影を見えにくくすることもできる。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  ＬＥＤ照明装置
２  発光素子
３  光学レンズ
４  放熱フィン
４ａ  ベース
５  カバー
６  ベース
７  電源部
８  口金
９  開口部
１０  軸
１６  放熱体
１８  回転部材
１９  ボルト
２０  スペーサ
２１  第１固定部材
２２  第２固定部材
２２ａ  固定部材
【図１】
2015035399.tif 000005
【図２Ａ】
2015035399.tif 000006
【図２Ｂ】
2015035399.tif 000007
【図３】
2015035399.tif 000008
【図４】
2015035399.tif 000009
【図５】
2015035399.tif 000010
【図６】
2015035399.tif 000011
【図７】
2015035399.tif 000012
【図８】
2015035399.tif 000013
【図９】
2015035399.tif 000014
【図１０】
2015035399.tif 000015
【図１１】
2015035399.tif 000016
【図１２】
2015035399.tif 000017
【図１３】
2015035399.tif 000018