(57)【要約】  照明装置は、中空のグローブ(3)、光源(5)、電源接続部(2)、中空の支柱(4)および回路モジュール(7)を備えている。光源(5)は、少なくとも一つのＬＥＤ(21)を有するとともにグローブ(3)の内部に収容されている。電源接続部(2)は、グローブ(3)の一端側に設けられている。支柱(4)は、グローブ(3)の一端からグローブ(3)の内部に進出し、グローブ(3)の内部で光源(5)を支持するとともにＬＥＤ(21)の熱を電源接続部(2)に伝える熱伝導経路を構成している。回路モジュール(7)は、支柱(4)の内側に収容されているとともに電源接続部(2)に電気的に接続されている。支柱(4)は、熱伝導経路を避けるように独立された収容領域(43)を有している。回路モジュール(7)を構成する複数の回路素子(41)の中で耐熱温度が低い特定の回路素子(41a)が回路モジュール(7)から分離されて収容領域(43)に配置されている。
2016056047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のグローブと、
前記グローブの内部に収容され、少なくとも一つのＬＥＤを有する光源と、
前記グローブの一端側に設けられた電源接続部と、
前記グローブの前記一端から前記グローブの内部に進出し、前記グローブの内部で前記光源を支持するとともに、前記ＬＥＤが発した熱を前記電源接続部に伝える熱伝導経路を構成する中空の支柱と、
前記支柱の内側に収容され、複数の回路素子を有するとともに前記電源接続部に電気的に接続された回路モジュールと、を含み、
前記支柱は、前記熱伝導経路を避けるように独立された収容領域を有し、前記回路モジュールを構成する前記複数の回路素子の中で耐熱温度が低い特定の回路素子が前記回路モジュールから分離されて前記収容領域に配置された照明装置。
【請求項２】
前記支柱の前記収容領域は、前記特定の回路素子を包囲する断熱部材と放熱部材とで規定され、前記断熱部材が前記支柱の内部に収容された請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記支柱は、前記グローブで覆われた外周面を含み、前記支柱の前記収容領域は、前記支柱の前記外周面に開口された開口部を有し、前記放熱部材が前記開口部から前記支柱の外に露出された請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記放熱部材と前記グローブの内面との間に熱伝導層が設けられた請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記放熱部材および前記熱伝導層は、互いに協働して前記特定の回路素子の熱を前記グローブに伝える放熱経路を構成する請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記電源接続部の内側に収容され、前記電源接続部と前記支柱との間を熱的に接続する中空の伝熱体をさらに備えた請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記伝熱体は、前記支柱に同軸状に連通するとともに、前記回路モジュールの一部が前記支柱の内側から前記伝熱体の内側に入り込んだ請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記伝熱体が前記支柱と一体に形成された請求項６又は請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記グローブの内部に設けられ、前記光源が発する光が入射されるとともに当該光を前記支柱から遠ざかる方向に導く導光体をさらに備えた請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光源は、前記支柱と前記導光体との間に配置されるとともに、前記支柱の軸方向に延びる光軸を有し、当該光軸の上に前記導光体が同軸状に位置された請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記導光体は、前記支柱の反対側に位置された先端部を有し、当該先端部に前記導光体を伝わる前記光源の光を散乱させる散乱体が設けられた請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記グローブは、前記光軸に沿って前記電源接続部から遠ざかるに従い口径が増加された球状部を有し、当該球状部の中心部に前記導光体の前記先端部が位置された請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記支柱のうち前記光源および前記回路モジュールに熱的に接続された箇所の表面積を第１の放熱面、前記特定の回路素子に熱的に接続された前記放熱部材の外表面を第２の放熱面とするとともに、
前記支柱の全体の表面積をＡall、
前記第１の放熱面の表面積をＡa、
前記第２の放熱面の表面積をＡｂ、
前記光源もしくは前記回路モジュールが耐熱温度上昇ΔＴamaxとなる前記第１の放熱面の面積をＡamax、
前記特定の回路素子が耐熱温度上昇ΔＴbmaxとなる前記第２の放熱面の面積をＡbmax、
前記光源および前記回路モジュールが発する熱量のうち前記第１の放熱面から放出すべき分をＱa、
前記特定の回路素子が発する熱量のうち前記第２の放熱面から放出すべき分をＱbとした時、
Ａamax＋Ａbmax≧Ａallとなるように前記光源および前記回路モジュールの発熱量を制限し、
前記表面積Ａaは、Ａamax≦Ａa≦Ａall−Ａbmaxの範囲に含まれ、
前記表面積Ａamaxは、前記第１の放熱面と前記グローブとの間の輻射・対流・伝導による熱抵抗Ｒaと、前記光源および前記回路モジュールの発熱量Ｑaと、前記光源および前記回路モジュールの耐熱温度上昇ΔＴamaxによって定まるＡamax＝ＲaＱa／ΔＴamaxを満たし、
前記表面積Ａbmaxは、前記第２の放熱面と前記グローブとの間の輻射・対流・伝導による熱抵抗Ｒbと、前記特定の回路素子の発熱量Ｑbと、前記特定の回路素子の耐熱温度上昇ΔＴbmaxによって定まるＡbmax＝ＲbＱb／ΔＴbmaxを満たす請求項３に記載の照明装置。
【請求項１４】
中空のグローブと、
前記グローブの内部に収容され、少なくとも一つのＬＥＤを有する光源と、
前記グローブの一端側に設けられた電源接続部と、
前記グローブの一端から前記グローブの内部に進出し、前記グローブの内部で前記光源を支持するとともに、前記ＬＥＤが発した熱を前記電源接続部に伝える熱伝導経路を構成する中空の支柱と、
前記グローブの内部に設けられ、前記光源が発する光が入射されるとともに当該光を前記支柱から遠ざかる方向に導く導光体と、
前記支柱の内側に収容され、複数の回路素子を有するとともに前記電源接続部に電気的に接続された回路モジュールと、を含み、
前記回路モジュールを構成する前記複数の回路素子の中で耐熱温度が低い特定の回路素子は、前記回路モジュールから分離されるとともに、前記電源接続部を上向きにした鉛直姿勢で前記光源を点灯させた時に規定される配光角を外れた位置で前記導光体の周囲に設けられた照明装置。
【請求項１５】
前記特定の回路素子は、前記導光体の外周面と前記グローブの内面との間の隙間に配置された請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記光源は、前記支柱と前記導光体との間に配置されるとともに、前記支柱の軸方向に延びる光軸を有し、当該光軸の上に前記導光体が同軸状に位置された請求項１４又は請求項１５に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記導光体は、
前記光軸の上で前記光源と対向し合う受光面と、
前記光軸に沿って前記グローブの内部に突出され、前記受光面に入射された光を前記支柱から遠ざかる方向に導く導光柱と、
前記導光柱の先端部に設けられ、前記柱部に導かれた光を散乱させる散乱体と、を含み、
前記特定の回路素子は、前記導光体の前記受光面の周囲に配置された請求項１６に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記電源接続部の内側に収容され、前記電源接続部と前記支柱との間を熱的に接続する中空の伝熱体をさらに備えた請求項１４ないし請求項１７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１９】
前記伝熱体は、前記支柱に同軸状に連通するとともに、前記回路モジュールの一部が前記支柱の内側から前記伝熱体の内側に入り込んだ請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記支柱の外周面が前記グローブの内面に接触された請求項１４ないし請求項１９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項２１】
中空のグローブと、
前記グローブの内部に収容され、少なくとも一つのＬＥＤを有する光源と、
前記グローブの一端側に設けられた電源接続部と、
前記グローブの一端から前記グローブの内部に進出し、前記グローブの内部で前記光源を支持するとともに、前記ＬＥＤが発した熱を前記電源接続部に伝える熱伝導経路を構成する中空の支柱と、
前記グローブの内部に設けられ、前記光源が発する光が入射されるとともに当該光を前記支柱から遠ざかる方向に導く中空の導光体と、
前記支柱の内側に収容され、複数の回路素子を有するとともに前記電源接続部に電気的に接続された回路モジュールと、を含み、
前記回路モジュールを構成する前記複数の回路素子の中で耐熱温度が低い特定の回路素子は、前記回路モジュールから分離されるとともに、前記導光体の内側の空間に収容された照明装置。
【請求項２２】
前記電源接続部の内側に収容され、前記電源接続部と前記支柱との間を熱的に接続する中空の伝熱体をさらに備えた請求項２１に記載の照明装置。
【請求項２３】
前記伝熱体は、前記支柱に同軸状に連通するとともに、前記回路モジュールの一部が前記支柱の内側から前記伝熱体の内側に入り込んだ請求項２２に記載の照明装置。
【請求項２４】
前記支柱の外周面が前記グローブの内面に接触された請求項２１ないし請求項２３のいずれか一項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＬＥＤ(Light-Emitting Diode)を光源とする照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを光源とする照明装置として、電球形のＬＥＤランプが知られている。この種のＬＥＤランプでは、例えば白熱電球あるいは電球形蛍光ランプとの互換性を高めるため、電源回路のような回路モジュールを内蔵することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７４２５８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４６５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤおよび回路モジュールは、双方共にＬＥＤランプの点灯中に発熱を伴う。特に回路モジュールは、ＬＥＤよりも耐熱温度が低いコンデンサやトランスのような回路素子を有する。このため、ＬＥＤランプに回路モジュールを内蔵するに当たっては、耐熱温度が低い回路素子に対するＬＥＤの熱影響を可能な限り抑制するとともに、当該回路素子の放熱性を高めるための対策が必須となる。【０００５】
本発明の目的は、回路モジュールの中でも耐熱温度が低い回路素子の断熱性および放熱性を確保することができ、回路モジュールに対するＬＥＤの熱影響を可能な限り抑制できる照明装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、照明装置は、中空のグローブ、光源、電源接続部、中空の支柱および複数の回路素子を有する回路モジュールを備えている。前記光源は、少なくとも一つのＬＥＤを有するとともに、前記グローブの内部に収容されている。前記電源接続部は、前記グローブの一端側に設けられている。前記支柱は、前記グローブの前記一端から前記グローブの内部に進出し、前記グローブの内部で前記光源を支持するとともに、前記ＬＥＤが発した熱を前記電源接続部に伝える熱伝導経路を構成している。前記回路モジュールは、前記支柱の内側に収容されているとともに、前記電源接続部に電気的に接続されている。前記支柱は、前記熱伝導経路を避けるように独立された収容領域を有している。前記回路モジュールを構成する前記複数の回路素子の中で耐熱温度が低い特定の回路素子が前記回路モジュールから分離されて前記収容領域に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る一般電球形のＬＥＤランプの断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態で用いるＣＯＢ型の発光モジュールを一部断面で示す平面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係るＬＥＤランプの配光角を示す側面図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る一般電球形のＬＥＤランプの断面図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る一般電球形のＬＥＤランプの断面図である。
【図６】図６は、第４の実施形態に係る一般電球形のＬＥＤランプの断面図である。
【図７】図７は、第５の実施形態に係る一般電球形のＬＥＤランプの断面図である。
【図８】図８は、第５の実施形態において、ＳＭＤ型の発光モジュールの配列を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[第１の実施形態]
以下、第１の実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。
【０００９】
図１は、照明装置の一例である一般電球形のＬＥＤランプ１を開示している。本実施形態のＬＥＤランプ１は、光の広がり方および光り方を白熱電球に近づけたＬＥＤランプであって、例えば室内の天井に設けられたソケットに装着して垂直点灯させる場合を想定している。ＬＥＤランプ１は、重力方向に延びる真っ直ぐな中心軸線Ｃ１を中心とする対称な形状を有している。
【００１０】
ＬＥＤランプ１は、Ｅ形の口金２、グローブ３、支柱４、ＣＯＢ(Chip On Board)型の発光モジュール５、導光体６および電源回路７を主要な要素として備えている。
【００１１】
口金２は、ＬＥＤランプ１の一端に位置されている。口金２は、ソケットに取り外し可能にねじ込まれる要素であって、中空の電源接続部と言い換えることができる。口金２はＥ形に限らず、その他の形式であってもよい。
【００１２】
グローブ３は、一般電球のガラスバルブに類似した形状を有する中空の要素であって、口金２と共にＬＥＤランプ１の中心軸線Ｃ１に対し同軸状に設けられている。具体的に述べると、グローブ３は、一端に開口３ａを有するネック部３ｂと、ネック部３ｂに連続する球状部３ｃと、を備えている。ネック部３ｂの開口３ａは、口金２と同等の口径を有している。球状部３ｃは、ネック部３ｂの開口３ａと向かい合う頂部３ｄと、ネック部３ｂから頂部３ｄに向けて口径が次第に増加する拡径部３ｅと、球状部３ｃの最大径を規定する最大径部３ｆと、最大径部３ｆから頂部３ｄに向けて口径が次第に減少する縮径部３ｇと、を備えている。
【００１３】
本実施形態によると、グローブ３は、一般電球のガラスバルブと同等の質感を得るため、例えばフロストガラスあるいはクリアガラスで形成されている。グローブ３は、ガラスに限らず、例えばポリカーボネイトあるいはアクリルのような合成樹脂材料で形成してもよく、グローブ３の材質に特に制約はない。
【００１４】
図１に示すように、支柱４は、中空の円筒状の要素であって、例えばアルミニウム合金又は銅合金のような熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。支柱４は、グローブ３の開口３ａからネック部３ｂを貫通して拡径部３ｅの内側に同軸状に挿入されている。
【００１５】
支柱４の外周面４ａには、表面処理により形成したアルマイトや塗装等のような熱輻射性の高い層が設けられている。特に白色塗料のような可視光の吸収性が低い材料を用いることで、支柱４の外周面４ａの上での光の損失を小さくすることができる。
【００１６】
同様に、支柱４の外周面４ａに例えば研磨あるいは金属蒸着等を施すことで、支柱４の外周面４ａの上での光の損失を小さく抑えることができる。
【００１７】
図１に示すように、固定リング９がグローブ３のネック部３ｂの一端に取り付けられている。固定リング９は、例えばアルミニウム合金又は銅合金のような熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。固定リング９は、ネック部３ｂの一端を取り囲む第１の固定部９ａと、支柱４の外周面４ａを取り囲む第２の固定部９ｂと、を有している。
【００１８】
第１の固定部９ａは、ネック部３ｂの一端に例えば熱伝導性を有する接着剤を介して固定されている。第２の固定部９ｂは、例えば支柱４の外周面４ａにねじ込み、機械的な係合あるいは接着等の手段により固定されている。固定リング９は、グローブ３と支柱４との間を機械的・熱的に接合する機能を有している。
【００１９】
さらに、支柱４の一端に第１のフランジ部１０が形成されている。第１のフランジ部１０は、固定リング９で囲まれているとともに、支柱４の径方向に沿う内側に向けて張り出している。第１のフランジ部１０および固定リング９は、互いに同一面の上に位置された第１の接合面１１を有している。第１の接合面１１は、ＬＥＤランプ１の中心軸線Ｃ１と直交する方向に広がるフラットな面であって、口金２の開口端と向かい合っている。
【００２０】
図１に示すように、円筒状の伝熱体１２が口金２の内側に収容されている。伝熱体１２は、例えばアルミニウム合金又は銅合金のような熱伝導性に優れた金属材料で構成され、口金２の内側にねじ込むことで口金２と一体化されている。そのため、伝熱体１２は口金１２に熱的に接続された状態に保たれている。
【００２１】
伝熱体１２は、口金２の開口端に位置された第２のフランジ部１３を有している。第２のフランジ部１３は、口金２の径方向に沿う内側に向けて張り出している。第２のフランジ部１３は、第２の接合面１４を有している。第２の接合面１４は、ＬＥＤランプ１の中心軸線Ｃ１と直交する方向に広がるフラットな面であって、支柱４および固定リング９の第１の接合面１１に突き合わされている。
【００２２】
本実施形態では、支柱４の第１のフランジ部１０と伝熱体１２の第２のフランジ部１３との間が複数のねじ１５を介して互いに同軸状に結合されている。このため、支柱４は、伝熱体１２を介して口金２に連結されている。それとともに、第１のフランジ部１０の第１の接合面１１と第２のフランジ部１３の第２の接合面１４とが例えばサーマルグリスを介して全面的に接触し、支柱４と伝熱体１２との間が熱的に接続された状態に保持されている。
【００２３】
さらに、支柱４と伝熱体１２とが連結されたことにより、支柱４の内側から伝熱体１２の内側に至る回路収容室１６が形成されている。回路収容室１６は、ＬＥＤランプ１の中心軸線Ｃ１に沿って延びる細長い筒状の空間で規定されている。
【００２４】
グローブ３の内部に位置された支柱４の先端は、円盤状の支持板１７で塞がれている。支持板１７は、例えばアルミニウム合金、銅合金のような金属材料、あるいは熱伝導性に優れたセラミックスで構成されている。支持板１７は、ＬＥＤランプ１の中心軸線Ｃ１と直交する方向に広がるフラットな光源支持面１８を有している。光源支持面１８は、支柱４の反対側に位置されている。
【００２５】
なお、支持板１７を支柱４の一端に一体に形成し、支持板１７と支柱４とを一体構造物としてもよい。
【００２６】
発光モジュール５が光源支持面１８の中央部に配置されている。発光モジュール５は、ＬＥＤランプ１の光源の一例であって、図２に示すように、基板２０、複数のＬＥＤ(Light-Emitting Diode)２１、封止リング２２および封止材２３を主要な要素として備えている。
【００２７】
基板２０は、支持板１７の光源支持面１８の上に例えば熱伝導シート、熱伝導性グリスあるいは熱伝導性接着剤を介して固定されている。ＬＥＤ２１は、基板２０の上にマトリクス状に配列されている。封止リング２２は、ＬＥＤ２１を取り囲むように基板２０に接着されている。封止材２３は、蛍光体粒子を含む透明又は半透明な樹脂材料で構成されている。封止材２３は、ＬＥＤ２１を覆うように封止リング２２で囲まれた領域に充填されている。
【００２８】
発光モジュール５は、例えば白色光のような可視光を発する。一例として、波長４５０ｎｍの青紫色光を発するＬＥＤ２１を採用する場合、青紫色光を吸収して波長５６０ｎｍ近傍の黄色光を発する蛍光体粒子を含む封止材２３でＬＥＤ２１を覆うことが望ましい。これにより、ＬＥＤ２１が発する青紫色光と蛍光体粒子が発する黄色光とが封止材２３の内部で混じり合って白色光となる。白色光は、封止材２３の表面から放射される。したがって、封止材２３の表面は、面状に発光する円形の発光面２４を構成している
発光モジュール５は、真っ直ぐな光軸Ｏ１を有している。光軸Ｏ１は、ＬＥＤランプ１の中心軸線Ｃ１と同軸であり、発光面２４の中心又は中心の近傍を通って発光面２４と直交する方向に延びている。発光面２４から放射される光の配光分布は、光軸Ｏ１に対して対称に近い分布となる。
【００２９】
発光面２４の形状は円形に限らず、例えば四角形のような任意な形状とすることができる。それとともに、例えば発光面２４が中心に非発光部を有する円環形である場合は、光軸Ｏ１が位置する発光面２４の中心は、発光面２４の形状を規定する外円又は内円の中心であって、発光面２４の上には存在しない。
【００３０】
図１に示すように、導光体６は、発光モジュール５の発光面２４から放射された光をグローブ３の球状部３ｃの中心部に導く要素であって、例えばアクリル、ポリカーボネイト、シクロオレフィンポリマーあるいはガラスのような可視光が透過する透明な材料で構成されている。導光体６は、光軸Ｏ１と同軸状に配置されているとともに、光軸Ｏ１に対して回転対称となる形状を有している。
【００３１】
具体的に述べると、導光体６は、導光柱２６と、光を散乱させる散乱体２７と、を備えている。導光柱２６は、ソリッドな円柱状の本体２８と、本体２８の先端を覆うキャップ２９と、を含んでいる。本体２８は、支柱４から遠ざかるように光軸Ｏ１に沿って同軸状に延びている。
【００３２】
本体２８は、受光面２８ａおよび外周面２８ｂを有している。受光面２８ａは、光軸Ｏ１と直交するフラットな面であり、導光柱２６の一端で発光モジュール５の発光面２４と向かい合っている。外周面２８ｂは、受光面２８ａの外周縁から光軸Ｏ１を取り囲むように球状部３ｃの中心部に向けて延びている。
【００３３】
キャップ２９は、本体２８の先端に接合されている。本体２８の先端は、受光面２８ａに対し光軸Ｏ１の軸方向に沿う反対側に位置されている。さらに、本体２８の先端およびキャップ２９は、互いに協働して球形の空洞３０を構成している。空洞３０は、グローブ３の球状部３ｃの中心部に位置されている。
【００３４】
散乱体２７は、例えば粒径が１μｍ〜１０μｍ程度の酸化チタンの粉末を透明レジンで封止した球状の要素であって、導光柱２６の空洞３０に収容されている。言い換えると、散乱体２７は、本体２８の先端にキャップ２９を接合する際に、本体２８の先端とキャップ２９との間に介在させることで導光柱２６と一体化されている。
【００３５】
散乱体２７は、酸化チタンの粉末に限らない。例えば空洞３０の内面をサンドブラストで粗らして光拡散性の粗面としたり、あるいは空洞３０の内面に塗料を塗布することで構成してもよい。
【００３６】
本実施形態のＬＥＤランプ１では、導光柱２６の一端に円盤状のフランジ部３２が形成されている。フランジ部３２は、受光面２８の周囲に張り出している。導光柱２６のフランジ部３２は、スペーサ３３およびホルダ３４を介して支柱４の先端に支持されている。
【００３７】
スペーサ３３は、光源支持面１８の外周部とフランジ部３２の外周部との間に介在された筒状の要素である。スペーサ３３は、発光モジュール５を取り囲んでいるとともに、発光モジュール５の発光面２４よりもフランジ部３２に向けて突出されている。
【００３８】
スペーサ３３としては、例えばアルミニウム合金や銅合金のような熱伝導性に優れた金属材料、セラミックス、又は耐熱性を有する合成樹脂材料を用いることができる。本実施形態の場合、スペーサ３３は、支持板１７に対し複数のねじで固定され、導光体６のフランジ部３２に対しては接着剤で固定されている。
【００３９】
ホルダ３４は、円筒状のホルダ本体３５と、ホルダ本体３５の一端に位置された端板３６と、を備えている。ホルダ本体３５は、支柱４の先端の外周部、支持板１７、スペーサ３３および導光柱２６のフランジ部３２を連続して取り囲んでいる。端板３６は、導光体６のフランジ部３２に重ね合わされている。導光柱２６は、端板３６の中央部に開けた通孔３７を貫通している。
【００４０】
この結果、発光モジュール５が支持板１７を介して支柱４に熱的に接続され、当該支柱４が発光モジュール５の熱を口金２に伝える熱伝導経路を構成している。さらに、支柱４の先端と導光柱２６との間に発光モジュール５が位置され、発光モジュール５の発光面２４と導光柱２６の受光面２８ａとが互いに間隔を存して向かい合っている。
【００４１】
導光柱６と発光モジュール５との間に隙間を設けることで、発光モジュール５と導光柱６との熱膨張率の差による影響を回避することができる。さらに、隙間の分だけ高温となる発光モジュール５が導光柱６から遠ざかり、導光柱６の温度を発光モジュール５の温度以下にすることができる。
【００４２】
この構成により。導光柱６の材料として、例えばアクリルのような発光モジュール５の耐熱温度以下の材料を用いた場合、発光モジュール５により大きな電力を投入し、より大きな全光束を得ることが可能となる。
【００４３】
ホルダ３４は、例えばポリカーボネイトのような耐熱性に優れた合成樹脂材料、又はアルミニウム合金や銅合金のような熱伝導性に優れた金属材料で形成することができる。さらに、ホルダ３４の外面又は内面の少なくともいずれか一方に白色塗料を塗布したり、研磨あるいは金属蒸着によりホルダ３４の外面又は内面の少なくともいずれか一方を光沢面とすることで、ホルダ３４の外面・内面での光の吸収を防ぐことができる。
【００４４】
電源回路７は、回路モジュールの一例である。電源回路７は、天井のソケットから印加される商用交流電圧を直流電圧に変換して発光モジュール４に供給する要素であって、動作中に発熱を伴う。
【００４５】
図１に示すように、電源回路７は、プリント配線板４０と、プリント回路板４０に実装された複数の回路素子４１と、を備えている。複数の回路素子４１は、例えばコンデンサやトランスのようにＬＥＤ２１よりも耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａを含んでいる。電源回路７は、図示しないリード線を介して口金２および発光モジュール５に電気的に接続されている。
【００４６】
電源回路７は、回路収容室１６に収容されている。回路収容室１６は、支柱４の内側から口金２内の伝熱体１２の内側にまで達しているので、電源回路７の一部は、支柱４の内側から伝熱体１２の内側に入り込んでいる。
【００４７】
本実施形態のＬＥＤランプ１では、支柱４の一部に回路収容室１６から独立された収容領域４３が形成されている。収容領域４３は、中空の断熱部材４４と、放熱部材４８とで規定されている。
【００４８】
断熱部材４４は、支柱４の外周面４ａに部分的に開口された開口部４５から支柱４の内側の回路収容室１６に嵌め込まれている。放熱部材４８は、開口部５を塞ぐように断熱部材４４に保持されている。支柱４に開口部４５を設けたことで、支柱４の熱伝導経路は開口部４５を迂回している。そのため、断熱部材４４と放熱部材４８とで規定された収容領域４３は、熱伝導経路を避けるように回路収容室１６内で独立している。
【００４９】
断熱部材４４は、例えば発光モジュール５よりも高い耐熱温度(１００℃以上)を有し、しかも熱伝導率が０．３Ｗ／ｍＫ以下となる断熱性能を有する材料で形成することが望ましく、特にＰＣ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂およびＡＢＳ樹脂のような耐熱温度が高い樹脂材料が好適する。
【００５０】
さらに、断熱部材４４をアルミニウム、ステンレス、鉄あるいは前述の樹脂材料で形成し、当該断熱部材４４に複数の孔や複数の凹凸を設けたり、断熱部材４４の内部に空洞を設けてもよい。この構成によれば、孔、凹凸あるいは空洞によって規定される空間により断熱部材４４の熱抵抗が金属素材や樹脂素材の場合よりも増加する。
【００５１】
加えて、断熱部材４４がその他の部材と接する場合に、その他の部材の面に凹凸を設け、断熱部材４４とその他の部材との間に隙間を設けてもよい。このようにすれば、断熱部材４４に凹凸を設けた場合と同様の効果が得られる。
【００５２】
断熱部材４４がその他の部材と対向する場合は、断熱部材４４とその他の部材との間の間隔を維持するため、断熱部材４４とその他の部材との間に金属、樹脂、シート、テープのような別部材としてのスペーサを介在させてもよい。このようにすれば、断熱部材４４およびその他の部材に凹凸を設けた場合と同様の効果が得られる。
【００５３】
断熱部材４４の表面や内面、および断熱部材４４と対向するその他の部材の面を、例えば研磨、塗装、金属蒸着等の手段により光沢面としてもよい。このようにすれば、断熱部材４４およびその他の部材からの熱の輻射が抑制されるとともに、断熱部材４４の熱抵抗が増加する。
【００５４】
断熱部材４４とその他の部材との間に規定される空間、および断熱部材４４の内側の空間を減圧したり、当該空間に例えばアルゴン、ヘリウムのような熱伝導率が低い気体を封入してもよい。このようにすれば、前記空間の熱抵抗が増加する。
【００５５】
さらに、例えばグラスウール、ロックウール、セルロースファイバー、炭化コルク、羊毛断熱材のような繊維系断熱材、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォームのような発泡系断熱材、エアロゲル、煉瓦、コンクリートのようなその他の断熱材、エポキシ系の耐熱性接着剤あるいは高耐熱な塗料により断熱部材４４を形成してもよい。加えて、前記したような各種の断熱材を組み合わせて断熱部材４４を形成してもよく、断熱部材４４の材質に特に制約はない。
【００５６】
放熱部材４８としては、例えばアルミニウム合金や銅合金のような熱伝導性に優れた金属材料、セラミックスを用いることができる。放熱部材４８の外周面には、表面処理により形成したアルマイトや塗装等のような熱輻射性の高い層が設けられている。特に白色塗料のような可視光の吸収性が低い材料を用いることで、放熱部材４８の外周面の上での光損失を小さくすることができる。
【００５７】
同様に、放熱部材４８の外周面に例えば研磨あるいは金属蒸着等を施すことで、放熱部材４８の外周面の上での光損失を小さく抑えることができる。
【００５８】
放熱部材４８の外周面は、支柱４の外周面４ａに連続するように円弧状に湾曲されている。放熱部材４８を含む支柱４の外周面４ａは、グローブ３のネック部３ｂから拡径部３ｅに至る領域の内面と向かい合っている。
【００５９】
図１に示すように、耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａは、電源回路７のプリント配線板４０から分離されるとともに、専用のサブ基板４６に実装されている。サブ基板４６は、図示しないリード線又はコネクタを介してプリント配線板４０に電気的に接続されている。
【００６０】
特定の回路素子４１ａは、サブ基板４６と共に収容領域４３に収容されている。言い換えると、回路素子４１ａおよびサブ基板４６は、放熱部材４８と向かい合う箇所を除き断熱部材４４で包囲されているとともに、支柱４の熱伝導経路から熱的に切り離されている。さらに、回路素子４１ａは、耐熱性および電気絶縁性を有する合成樹脂（グリス、接着剤、両面テープ等）を介して放熱部材４８に熱的に接続されている。
【００６１】
これにより、回路素子４１ａは、断熱部材４４により発光モジュール５や電源回路７から断熱されるとともに、回路素子４１ａ自身の熱を放熱部材４８から支柱４の外に放熱することができる。
【００６２】
本実施形態では、支柱４の外周面４ａとグローブ３の内面との間の媒質、例えば空気を媒体として支柱４とグローブ３との間および放熱部材４８とグローブ３との間が熱的に接続されている。したがって、断熱部材４４、放熱部材４８およびグローブ３の内部の媒質は、互いに協働して耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａの熱を、輻射と伝導もしくは伝達によりグローブ３に伝える放熱経路を構成している。
【００６３】
このような構成のＬＥＤ電球１において、発光モジュール５に電源回路７から直流電圧が印加されると、複数のＬＥＤ２１が一斉に発光し、発光面２４から白色光が放射される。白色光は、導光柱２６の受光面２８ａから本体２８の内部に入射される。本体２８の内部に入射された白色光のうち、本体２８の外周面２８ｂに対する入射角が臨界角以上で外周面２８ｂに向かう光は、全反射を繰り返しながら本体２８の先端に到達する。本体２８の先端に到達した白色光は、散乱体２７に当たって拡散されるとともに、最終的に本体２８の先端およびキャップ２９を透過して全方位に拡散される。
【００６４】
言い換えると、散乱体２７は、発光モジュール５の発光面２４から放射された光を広範囲に拡散させる機能を果たす。この結果、図３に示すように、グローブ３の球状部３ｃの中心部に位置された散乱体２７が光中心となって、ここから光が広範囲に亘って射出される。そのため、ＬＥＤランプ１の配光角θが広角となり、光の広がり方および光り方が白熱電球に近似した広配光なＬＥＤランプ１となる。
【００６５】
さらに、導光柱２６の存在により、発光モジュール５の発光面２４から離れたグローブ３の球状部３ｃの中心部からグローブ３の外に向けて光を放射することができ、点灯中のＬＥＤランプ１の外観が白熱電球に近づく。
【００６６】
なお、散乱体２７およびキャップ２９は必須の要素ではなく、空洞３０の一部の内面にサンドブラストや塗装を施した円柱状の本体２８のみで導光柱２６を構成してもよい。
【００６７】
本実施形態では、図３に示すように、配光角θの中心Ｘを散乱体２７の口金２の側の端部と光軸Ｏ１との交点としたが、配光角θの中心Ｘはこれに限らず、例えば散乱体２７の任意な場所と光軸Ｏ１との交点としてもよい。さらに、光軸Ｏ１については、散乱体２７と交わることができれば、光軸Ｏ１と散乱体２７との位置関係に特に制約はない。
【００６８】
一方、ＬＥＤランプ１を点灯させると、発光モジュール５のＬＥＤ２１、蛍光体粒子および電源回路７が発熱する。発光モジュール５が発した熱の多くは、基板２０から支柱４に伝わる。支柱４に伝わった熱の一部は、支柱４が規定する熱伝導経路を通じて伝熱体１２に伝わるとともに、当該伝熱体１２から口金２に伝わる。口金２に伝わった熱は、口金２からソケットを通じてＬＥＤランプ１の外に放出される。
【００６９】
支柱４に伝わった熱の残りは、グローブ３内の空気を通じてグローブ３に伝わり、グローブ３の表面から周囲環境に放出される。
【００７０】
さらに、発光モジュール５の基板２０に伝わった熱の一部は、スペーサ３３およびホルダ３４を通じて導光体６の導光柱２６に伝わる。ホルダ３４および導光柱２６に伝わった熱は、各要素３４，２６の表面からの輻射と、伝導もしくは伝導によりグローブ３に伝わるとともに、グローブ３の表面から周囲環境に放出される。
【００７１】
本実施形態によると、支柱４、ホルダ３４および導光柱２６からグローブ３の内部に放出された熱は、グローブ３の内部の空気を暖める。そのため、図１に矢印Ａで示すように、暖められた空気は、自然対流により導光柱２６およびホルダ３４の表面に沿って上昇する。上昇する空気は、支柱４の外周面４ａとグローブ３の内面との間の隙間に導かれるとともに、グローブ３の内面に接することで冷却される。冷却された空気は、グローブ３の内面に沿って降下し、再び支柱４、ホルダ３４および導光柱２６の表面からの熱を受けて上昇に転じる。
【００７２】
このようなグローブ３の内部に生じる空気の循環により、支柱４、ホルダ３４および導光柱２６からグローブ３への熱伝導が促進され、発光モジュール５の放熱性が向上する。
【００７３】
電源回路７が発した熱は、支柱４の内側に充填された絶縁性の樹脂を介して支柱４および伝熱体１２に伝わる。支柱４に伝わった電源回路７の熱の一部は、支柱４からグローブ３に伝わるとともに、グローブ３の表面から周囲環境に放出される。
【００７４】
支柱４に伝わった電源回路７の熱の残りは、伝熱体１２に伝わる。伝熱体１２に伝わった電源回路７の熱は、発光モジュール５からの熱と共に口金２からソケットを通じてＬＥＤランプ１の外に放出される。
【００７５】
本実施形態では、電源回路７を構成する回路素子４１のうち、ＬＥＤ２１よりも耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａは、電源回路７のプリント配線板４０から分離されている。特定の回路素子４１ａは、断熱部材４４で規定された支柱４の内部の収容領域４３に収容され、支柱４の熱伝導経路から熱的に切り離されている。
【００７６】
そのため、支柱４が発光モジュール５の熱を口金２に伝える熱伝導経路を構成するにも拘らず、耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａが発光モジュール５の熱影響を受けるのを可能な限り回避することができる。
【００７７】
言い換えると、支柱４に伝えられた発光モジュール５の熱は、断熱部材４４で包囲された回路素子４１ａを迂回するように口金２の方向に移動し、回路素子４１ａと支柱４との間での熱の授受が制限されている。
【００７８】
したがって、支柱４を発光モジュール５の放熱経路として利用しつつ、支柱４の内側にＬＥＤ２１よりも耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａを収容することができる。よって、電源回路７をＬＥＤランプ１に内蔵して専用の外部電源ユニットを不要とすることができ、既存の白熱電球あるいは電球形蛍光ランプとの互換性が向上する。
【００７９】
さらに、発光モジュール５の熱を支柱４から口金２に積極的に伝えることができ、その分、より高出力のＬＥＤ２１を用いてＬＥＤランプ１の全光束を増加させることができる。
【００８０】
加えて、本実施形態では、収容領域４３がグローブ３の内部に露出された放熱部材４８を有し、当該放熱部材４８がグローブ３内の媒質、例えば空気と協働して放熱経路を構成している。このため、特定の回路素子４１ａが発した熱は、放熱経路を介してグローブ３に伝わるとともに、グローブ３の表面から周囲環境に放出される。
【００８１】
よって、特定の回路素子４１ａを発光モジュール５の放熱に寄与する熱伝導経路から熱的に切り離したにも拘らず、特定の回路素子４１ａの放熱性能を十分に確保することができる。
【００８２】
本実施形態のＬＥＤランプ１では、
・支柱４のうち発光モジュール５と電源回路７に熱的に接続された箇所の表面積＝第１の放熱面、
・特定の回路素子４１ａに熱的に接続された放熱部材４８の外表面＝第２の放熱面と定義し、
支柱４の全体の表面積をＡall、
前記第１の放熱面の表面積をＡa、
前記第２の放熱面の表面積をＡｂ、
発光モジュール５もしくは電源回路７が耐熱温度上昇ΔＴamaxとなる前記第１の放熱面の面積をＡamax、
特定の回路素子４１ａが耐熱温度上昇ΔＴbmaxとなる前記第２の放熱面の面積をＡbmax、
発光モジュール５および電源回路７が発する熱量のうち第１の放熱面から放出すべき分をＱa、
特定の回路素子４１ａが発する熱量のうち第２の放熱面から放出すべき分をＱbとした時、
Ａamax＋Ａbmax≧Ａallとなるように発光モジュール５および電源回路７の発熱量を制限する。
【００８３】
この際、前記表面積をＡaは、Ａamax≦Ａa≦Ａall−Ａbmaxの範囲に含まれることが望ましい。
【００８４】
さらに、表面積Ａamaxは、第１の放熱面とグローブ３との間の輻射・対流・伝導による熱抵抗Ｒaと、発光モジュール５および電源回路７の発熱量Ｑaと、発光モジュール５および電源回路７の耐熱温度上昇ΔＴamaxによって定まるＡamax＝ＲaＱa／ΔＴamaxで表すことができる。
【００８５】
同様に、表面積Ａbmaxは、第２の放熱面とグローブ３との間の輻射・対流・伝導による熱抵抗Ｒbと、特定の回路素子４１ａの発熱量Ｑbと、特定の回路素子４１ａの耐熱温度上昇ΔＴbmaxによって定まるＡbmax＝ＲbＱb／ΔＴbmaxで表すことができる。
【００８６】
このことから、発光モジュール５および電源回路７の熱をグローブ３に伝える支柱４の表面積と、回路素子４１ａの熱をグローブ３に伝える放熱部材４８の外表面を、発光モジュール５、電源回路７および回路素子４１ａの発熱量・耐熱温度に見合った適切な値に設定することで、回路素子４１ａに対する発光モジュール５および電源回路７の熱影響を抑制しつつ、ＬＥＤランプ１の全光束を向上させることができる。
【００８７】
さらに、第１の実施形態において、
ＬＥＤ２１および電源回路７の発熱量をＱ１、
特定の回路素子４１ａの発熱量をＱ２、
周囲環境からＬＥＤ２１および電源回路７までの熱抵抗をＲ１、そこを流れる熱量をｑ１、
ＬＥＤ２１および電源回路７から回路素子４１ａまでの熱抵抗をＲ２、そこを流れる熱量をｑ２、
前記環境から回路素子４１ａまでの熱抵抗をＲ３、そこを流れる熱量をｑ３、
ＬＥＤ２１もしくは電源回路７の温度をＴ１、
回路素子４１ａの温度をＴ２、
環境温度をＴａとすると、以下の式が成立する。
【数１】
2016056047.tif 000003
【数２】
2016056047.tif 000004
【数３】
2016056047.tif 000005
【数４】
2016056047.tif 000006
【数５】
2016056047.tif 000007
【００８８】
ここから、回路素子４１ａの温度Ｔ２は、
【数６】
2016056047.tif 000008
【００８９】
となる。回路素子４１ａの耐熱温度をＴ２maxとすると、
【数７】
2016056047.tif 000009
【００９０】
である必要がある。
【００９１】
このことから、断熱部材４４の熱抵抗Ｒ2は、以下の式で制限される。
【数８】
2016056047.tif 000010
【００９２】
断熱部材４４の厚さをt、面積をＡ、熱伝導率をλとすると、厚さtは、
【数９】
2016056047.tif 000011
【００９３】
で制限される。
【００９４】
ここでのｔｐは支柱４の長さである。同様に、断熱部材４４の厚さｔ、熱伝導率λが律則される場合は、断熱部材４４の面積Ａが以下の式で制限される。ここでのＡｐは、回路素子４１ａの表面積である。
【数１０】
2016056047.tif 000012
【００９５】
断熱部材４４の厚さｔ、面積Ａが律則される場合は、熱伝導率λが以下の式で制限される。ここでのλｐは、断熱部材４４の内部を真空引きした際の、空気、ヘリウム、アルゴン等の気体の熱伝導率である。
【数１１】
2016056047.tif 000013
【００９６】
これらの関係から、断熱部材４４の熱抵抗Ｒ2は、以下の式で制限される。
【数１２】
2016056047.tif 000014
【００９７】
第１の実施形態では、光源としてＣＯＢ型の発光モジュールを採用したが、ＳＭＤ(Surface Mount Device)型の発光モジュールあるいは砲弾型の発光モジュールを用いてもよい。
【００９８】
加えて、発光モジュールの数は一つに限らず、複数の発光モジュールを用いることができる。それとともに、ＬＥＤの配列および個数にしても第１の実施形態に特定されず、例えば一つのＬＥＤをＬＥＤランプの中心軸線上に配置してもよい。
【００９９】
第１の実施形態では、支柱４、固定リング９、伝熱体１２および支持板１７を互いに独立した別の要素で構成したが、複数の要素のうちの一部もしくは全ての要素を一体の構造物としてもよい。このようにすれば、複数の要素間の接合箇所に生じる熱抵抗を除去することが可能となり、ＬＥＤランプの放熱性能をより一層向上させることができる。
【０１００】
さらに、第１の実施形態では、固定リング９を用いてグローブ３を口金２に接続したが、例えばグローブ３のネック部３ｂの端部にねじ部を形成し、当該ねじ部を口金２にねじ込むようにしてもよい。
【０１０１】
ＬＥＤランプは、一般電球形に限らず、例えばミニクリプトン電球形、ボール電球形、クリア電球形、ハロゲン電球形、ミゼットレフ電球形、ビーム電球形、シャンデリア球形に類似した形状としてもよい。
【０１０２】
それとともに、第１の実施形態において、支柱の内部には電源回路以外にも、任意の組み合わせで任意のデバイスを配置してもよい。例えば、調色回路、調光回路、無線回路、一次電池、二次電池、ペルチェ素子、マイク、スピーカー、ラジオ、アンテナ、時計、超音波発生装置、カメラ、プロジェクター、液晶ディスプレイ、インターホン、火災報知機、警報機、ガス成分分析センサ、パーティクルカウンター、煙センサ、人感センサ、距離センサ、照度センサ、気圧センサ、磁力センサ、加速度センサ、温度センサ、湿度センサ、傾きセンサ、加速度センサ、ＧＰＳ、ガイガーカウンター、換気扇、加湿器、除湿器、空気清浄器、消火剤、除菌剤、消臭剤、芳香剤、虫避け剤、アンテナ、ＣＰＵ、メモリ、モーター、プロペラ、ファン、フィン、ポンプ、ヒートポンプ、ヒートパイプ、ワイヤ、掃除機、集塵フィルター、無線ＬＡＮアクセスポイント、中継器、電磁シールド機能、無線給電送信機、無線給電受信機、光触媒、太陽電池などを含めることができる。
【０１０３】
グローブ内の媒質は空気に限らず、例えばヘリウムのような熱伝導性が高い気体でもよく、当該加圧しても良い。さらに、気体に限らず、水、シリコングリス、フロロカーボンなどをグローブ内に封入しても良い。
【０１０４】
[第２の実施形態]
図４は、第２の実施形態に係るＬＥＤランプ１を開示している。
【０１０５】
第２の実施形態は、支柱４とグローブ３との間を熱的に接続するための構成が第１の実施形態と相違している。それ以外のＬＥＤランプ１の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１０６】
図４に示すように、熱伝導層６０が支柱４の外周面４ａとグローブ３の内面との間に介在されている。熱伝導層６０としては、例えば樹脂材料や金属材料を用いることができる。特に熱伝導層６０として透明な合成樹脂材料やガラスを用いれば、グローブ３との外見の親和性が向上する。熱伝導層６０は、支柱４の外周面４ａとグローブ３の内面との間の隙間なく密に充填されて、支柱４とグローブ３との間を熱的に接続している。
【０１０７】
熱伝導層６０を樹脂材料で構成する場合、当該樹脂材料は、充填時に流動性を有しており、充填後に加熱又は乾燥により固化される。当該樹脂材料は、必ずしも固化させる必要はなく、支柱４の外周面４ａとグローブ３の内面との間から流出しない状態を維持できれば、適度の粘性を有していてもよい。
【０１０８】
さらに、樹脂材料は、光を散乱・拡散させる粒子を含んでいてもよい。このようにすれば、熱伝導層６０の存在により支柱４がＬＥＤランプ１の外から見え難くなり、ＬＥＤランプ１の外観が良好となる。
【０１０９】
加えて、樹脂材料に熱伝導フィラーを含有させることで、熱伝導層６０の熱伝導性をさらに高めるようにしてもよい。
【０１１０】
第２の実施形態によれば、支柱４に伝えられた発光モジュール５の熱および電源回路７の熱を、熱伝導層６０を介して効率よくグローブ３に伝えることができる。さらに、熱伝導層６０は、特定の回路素子４１ａを収容した断熱部材４４の放熱部４８にも接しているので、特定の回路素子４１ａの熱を熱伝導層６０からグローブ３に効率よく伝えることができる。
【０１１１】
加えて、熱伝導層６０の内部に前記断熱部材４４に連続する新たな断熱層を設けてもよい。このようにすれば、周囲環境に至るまでの断熱性が向上し、発光モジュール５や電源回路７と、特定の回路素子４１ａとの間の温度差がさらに向上する。
【０１１２】
[第３の実施形態]
図５は、第３の実施形態に係るＬＥＤランプ１を開示している。
【０１１３】
第３の実施形態は、支柱４と口金２との間を熱的に接続するための構成が第１の実施形態と相違している。それ以外のＬＥＤランプ１の構成は、基本的に第１の実施形態と同様である。そのため、第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１１４】
図５に示すように、支柱４は、口金２の内側に一体的に延長された延長部７０を有している。延長部７０は、中空の円筒状であり、口金２の内側にねじ込むことで口金２に熱的に接続されている。したがって、第３の実施形態では、支柱４が第１の実施形態の伝熱体１２としての機能を兼ね備えている。
【０１１５】
第３の実施形態によれば、支柱４が口金２に直に熱接続され、支柱４から口金２に至る熱伝導経路から熱抵抗を増やす要因となる継ぎ目が排除されている。そのため、第１の実施形態との比較において、支柱４から口金２に至る熱伝導経路の熱抵抗を小さく抑えることができ、発光モジュール５の熱および電源回路７の熱を口金２に効率よく伝えることができる。
【０１１６】
さらに、支柱４そのものが第１の実施形態の伝熱体１２の機能を兼用するので、専用の伝熱体１２および伝熱体１２と支柱４とを連結するねじ１５が不要となる。このため、ＬＥＤランプ１の部品点数を削減できるとともに、ＬＥＤランプ１の組み立て時の作業性が向上し、ＬＥＤランプ１の製造コストの低減に寄与する。
【０１１７】
第３の実施形態では、グローブ３の内部の空気層を利用して支柱４の熱および特定の回路素子４１ａの熱をグローブ３に伝えているが、支柱４の外周面４ａとグローブ３の内面との間に第２の実施形態と同様の合成樹脂材料を充填してもよい。
【０１１８】
[第４の実施形態]
図６は、第４の実施形態に係るＬＥＤランプ１を開示している。
【０１１９】
第４の実施形態は、主に特定の回路素子４１ａに対する発光モジュール５の熱影響を抑えるための構成が第１の実施形態と相違している。それ以外のＬＥＤランプ１の構成は、基本的に第１の実施形態と同様である。そのため、第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１２０】
図６に示すように、第４の実施形態では、グローブ３の肉厚ｔが第１の実施形態のグローブ３よりも厚くなっている。さらに、グローブ３のネック部３ｂは、内径が一定に保たれたストレート部８１を有している。ストレート部８１は、ＬＥＤランプ１の中心軸線Ｃ１の軸方向に沿う一定の範囲に亘っている。グローブ３の肉厚tは、開口３ａを規定するネック部３ｂの一端が最も薄く、開口３ａから球状部３ｃの方向に向けて肉厚ｔが連続的に増加している。
【０１２１】
支柱４は、グローブ３の開口３ａからストレート部８１の内側に嵌め込まれている。そのため、本実施形態では、支柱４の外周面４ａ、ホルダ本体３５の外周面および導光体６のフランジ部３２の外周面がストレート部８１の内面に連続的に接している。
【０１２２】
さらに、支柱４は、口金２の内側に一体的に延長された延長部８２を有している。延長部８２は、中空の円筒状であり、口金２の内側にねじ込むことで口金２に熱的に接続されている。
【０１２３】
図６に示すように、電源回路７の中でＬＥＤ２１よりも耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａは、電源回路７のプリント配線板４０から分離されるとともに、専用のサブ基板８５の上に実装されている。サブ基板８５は、ホルダ３４の端板３６の上に例えばねじ止めあるいは接着等の手段で固定されている。さらに、サブ基板８５は、図示しないリード線を介してプリント配線板４０に電気的に接続されている。
【０１２４】
この結果、特定の回路素子４１ａは、導光柱２６の根本の周囲に位置されるとともに、導光柱２６とグローブ３のストレート部８１との間の隙間に入り込んでいる。さらに、口金２を上向きにした鉛直姿勢でＬＥＤランプ１を点灯させた時に、特定の回路素子４１ａは、図６に示すＬＥＤランプ１の配光角θを外れた位置でグローブ３の内側に収容されている。
【０１２５】
ホルダ３４の端板３６に対する発光モジュール５の熱影響が無視できない程度に大きい場合は、サブ基板８５と端板３６との間に断熱層を介在させ、発光モジュール５から特定の回路素子４１ａに伝わろうとする熱を遮断するとよい。
【０１２６】
第４の実施形態によれば、ＬＥＤ２１よりも耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａは、支柱４の内側の電源回路７から分離されて、グローブ３の内側に収容されている。そのため、支柱４が発光モジュール５の熱を口金２に伝える主要な熱伝導経路を構成するにも拘らず、耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａが発光モジュール５の熱影響を受けるのを可能な限り回避することができる。
【０１２７】
しかも、特定の回路素子４１ａは、ＬＥＤランプ１の配光角θを外れた位置でグローブ３の内側に収容されているので、導光柱２６から放射された光の一部が回路素子４１ａによって遮られずに済む。そのため、ＬＥＤランプ１を点灯させた時に、グローブ３の表面に特定の回路素子４１ａの影が浮き出ることはなく、グローブ３の内側に特定の回路素子４１ａを収容したにも拘らず、ＬＥＤランプ１の配光特性に悪影響が生じるのを防止できる。
【０１２８】
第４の実施形態によると、発光モジュール５および電源回路７の熱を受ける支柱４の外周面４ａがグローブ３のストレート部８１の内面に直に接している。このため、支柱４に伝わった発光モジュール５および電源回路７の熱を支柱４からグローブ３に直接伝えて、グローブ３の表面からＬＥＤランプ１の外に放出できる。よって、支柱４とグローブ３との間で熱の授受を効率よく行うことができ、発光モジュール５および電源回路７の放熱性能が良好となる。
【０１２９】
第４の実施形態においては、支柱４の表面を光沢面としたり、あるいは支柱４の外周面４ａとグローブ３との間に光の波長程度の空気層を設けることが望ましい。このようにすれば、支柱４の外周面４ａの上での光の吸収を防ぐことができるとともに、支柱４がＬＥＤランプ１の外から目立たなくなり、ＬＥＤランプ１の外観が向上する。
【０１３０】
第４の実施形態では、グローブ３の肉厚ｔが第１の実施形態のグローブ３よりも厚く形成されているとともに、グローブ３のネック部３ｂがストレート部８１を有しているが、グローブ３の形状はこれに限定されない。
【０１３１】
例えばグローブ３がストレート部８１を有していなければ、支柱４の外周面４ａとグローブ３との間の熱抵抗は増加するが、グローブ３の製造性が向上するとともにグロ−ブ３の軽量化が可能となる。一方、ストレート部８１を有するグローブ３の肉厚ｔが第１の実施形態と同様に薄い場合は、グローブ３自体の緯度方向の熱抵抗が増加し、グローブ３の頂部３ｄに熱が伝わり難くなるが、グローブ３の製造性が向上するとともにグローブ３がより軽くなる。
【０１３２】
[第５の実施形態]
図７および図８は、第５の実施形態に係るＬＥＤランプ１を開示している。
【０１３３】
第５の実施形態は、主に特定の回路素子４１ａに対する発光モジュール５の熱影響を抑えるための構成が第４の実施形態と相違している。それ以外のＬＥＤランプ１の構成は、基本的に第４の実施形態と同様である。そのため、第５の実施形態において、第４の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１３４】
図７に示すように、本実施形態では、ＣＯＢ型の発光モジュール５の代わりに、複数のＳＭＤ(Surface Mount Device)型の発光モジュール９０を採用している。各発光モジュール９０は、基板９１と、基板９１の上に実装されたパッケージ９２とで構成されている。パッケージ９２は、例えば光拡散材および蛍光体を含む封止樹脂で封止された少なくとも一つのＬＥＤ９３を有している。図８に示すように、複数の発光モジュール９０は、例えば光軸Ｏ１を取り囲むように支持板１７の光源支持面１８の上に互いに間隔を存して配列されている。
【０１３５】
導光体６は、導光柱９５と、光を散乱させる散乱体９６と、を備えている。導光柱９５は、中空の円筒状の本体９７と、本体９７の先端を覆うキャップ９８と、を含んでいる。本体９７は、支柱４から遠ざかるように光軸Ｏ１に沿って同軸状に延びている。本体９７の内側に形成された空間９９は、本体９７の一端で光源支持面１８に向けて開口されている。
【０１３６】
さらに、本体９７は、受光面９７ａ、外周面９７ｂおよび先端部９７ｃを有している。受光面９７ａは、光軸Ｏ１を同軸状に取り囲むリング形であり、複数の発光モジュール９０と向かい合っている。外周面９７ｂは、受光面９７ａの外周縁から光軸Ｏ１を取り囲むようにグローブ３の球状部３ｃの中心部に向けて延びている。
【０１３７】
先端部９７ｃは、受光面９７ａに対し光軸Ｏ１の軸方向に沿う反対側に位置されている。先端部９７ｃは、グローブ３の球状部３ｃの中心部に位置されるとともに、グローブ３の頂部３ｄに向けて突出する半球形の形状を有している。
【０１３８】
キャップ９８は、本体９７と同じ材質であり、本体９７の先端部９７ｃを覆うように本体９７に接着剤を用いて接合されている。キャップ９８と本体９７の先端部９７ｃとの間に半球形の空洞１００が形成されている。空洞１００は、グローブ３の球状部３ｃの中心部に位置されている。
【０１３９】
散乱体９６は、例えば粒径が１μｍ〜１０μｍ程度の酸化チタンの粉末を透明レジンで封止した半球状の要素であって、導光柱９５の空洞１００に充填されている。言い換えると、散乱体９６は、本体９７の先端部９７ｃにキャップ９８を接合する際に、先端部９７ｃとキャップ９８との間に介在させることで導光柱９５と一体化されている。
【０１４０】
散乱体９６は、酸化チタンの粉末に限らない。例えば、空洞１００の内面をサンドブラストで粗らして光拡散性の粗面としたり、あるいは空洞１００の内面に塗料を塗布することで構成してもよい。
【０１４１】
さらに、散乱体９６およびキャップ９８は必須の要素ではなく、例えば先端部９７ｃの表面にサンドブラストや塗装を施した本体９７のみで導光柱９５を構成してもよい。
【０１４２】
図７に示すように、導光柱９５の一端に円盤状のフランジ部１０１が形成されている。フランジ部１０１は、受光面９７ａの周囲に張り出している。フランジ部１０１は、支持板１７と共にスペーサ３３およびホルダ３４を介して支柱４の先端に支持されている。支柱４およびホルダ３４のホルダ本体３５の外周面は、前記第４の実施形態と同様にグローブ３のストレート部８１の内面に直に接している。
【０１４３】
電源回路７の中でＬＥＤ９３よりも耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａは、電源回路７のプリント配線板４０から分離されるとともに、専用のサブ基板１０３の上に実装されている。サブ基板１０３は、図示しないリード線を介してプリント配線板４０に電気的に接続されている。特定の回路素子４１ａおよびサブ基板１０３は、断熱部材１０４で包囲されている。
【０１４４】
断熱部材１０４は、前記第１の実施形態と同様の材料で構成され、例えばＬＥＤ９３よりも高い耐熱温度(１００℃以上)を有し、しかも熱伝導率が０．３Ｗ／ｍＫ以下となる断熱性能を有している。
【０１４５】
特定の回路素子４１ａおよびサブ基板１０３を包囲した断熱部材１０４は、導光柱９５の一端の開口から導光柱９５の内側の空間９９に挿入されている。断熱部材１０４は、導光柱９５の軸方向に沿う中間部に位置され、発光モジュール９０が実装された支持板１７の光源支持面１８から導光柱９５の軸方向に距離Ｌだけ離れている。距離Ｌの好ましい値は、以下の式から導くことができる。
【０１４６】
ＬＥＤ９３および電源回路７の発熱量をＱ１、
特定の回路素子４１ａの発熱量をＱ２、
周囲環境からＬＥＤ９３および電源回路７までの熱抵抗をＲ１、そこを流れる熱量をｑ１、
ＬＥＤ９３および電源回路７から回路素子４１ａまでの熱抵抗をＲ２、そこを流れる熱量をｑ２、
前記周囲環境から回路素子４１ａまでの熱抵抗をＲ３、そこを流れる熱量をｑ３、
ＬＥＤ９３もしくは電源回路７の温度をＴ１、
回路素子４１ａの温度をＴ２、
環境温度をＴａとすると、以下の式が成立する。
【数１３】
2016056047.tif 000015
【数１４】
2016056047.tif 000016
【数１５】
2016056047.tif 000017
【数１６】
2016056047.tif 000018
【数１７】
2016056047.tif 000019
【０１４７】
ここから、回路素子４１ａの温度Ｔ２は、
【数１８】
2016056047.tif 000020
【０１４８】
となる。回路素子４１ａの耐熱温度をＴ２maxとすると、
【数１９】
2016056047.tif 000021
【０１４９】
である必要がある。
【０１５０】
このことから、断熱部材１０４の熱抵抗Ｒ2は、以下の式で制限される。
【数２０】
2016056047.tif 000022
【０１５１】
断熱部材１０４の厚さをt、面積をＡ、熱伝導率をλとすると、厚さtは、
【数２１】
2016056047.tif 000023
【０１５２】
で制限される。
【０１５３】
ここでのｔｐは支柱４の長さである。同様に、断熱部材１０４の厚さｔ、熱伝導率λが律則される場合は、断熱部材１０４の面積Ａが以下の式で制限される。ここでのＡｐは回路素子４１ａの表面積である。
【数２２】
2016056047.tif 000024
【０１５４】
断熱部材１０４の厚さｔ、面積Ａが律則される場合は、熱伝導率λが以下の式で制限される。ここでのλｐは、断熱部材１０４の内部を真空引きした際の、空気、ヘリウム、アルゴン等の気体の熱伝導率である。
【数２３】
2016056047.tif 000025
【０１５５】
これらの関係から、断熱部材１０４の熱抵抗Ｒ2は、以下の式で制限される。
【数２４】
2016056047.tif 000026
【０１５６】
第５の実施形態によると、ＬＥＤ９３よりも耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａは、支柱４の内側の電源回路７から分離されて、光の通路となる導光柱９５の内側に収容されている。そのため、電源回路７を収容した支柱４が発光モジュール９０の熱を口金２に伝える主要な熱伝導経路を構成するにも拘らず、耐熱温度が低い特定の回路素子４１ａが熱伝導経路から熱的に切り離された状態に維持される。
【０１５７】
よって、特定の回路素子４１ａが発光モジュール９０の熱影響を受けるのを可能な限り回避することができ、前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１５８】
さらに、第５の実施形態では、発光モジュール９０および電源回路７の熱を受ける支柱４の外周面４ａがグローブ３のストレート部８１の内面に接している。このため、支柱４に伝わった発光モジュール９０および電源回路７の熱を支柱４からグローブ３に直接伝えて、グローブ３の表面からＬＥＤランプ１の外に放出できる。
【０１５９】
したがって、支柱４とグローブ３との間で熱の授受を効率よく行うことができ、発光モジュール９０および電源回路７の放熱性能が良好となる。
【０１６０】
第５の実施形態においては、導光柱９５の内側に収容された断熱部材１０４の表面を光沢面としたり、あるいは導光柱９５と断熱部材１０４との間に光の波長程度の空気層を設けることが望ましい。このようにすれば、断熱部材１０４の表面での光の吸収を防ぐことができる。
【０１６１】
さらに、第５の実施形態では、特定の回路素子４１ａをサブ基板１０３と共に断熱部材１０４で包囲したが、当該断熱部材１０４を省略してもよい。断熱部材１０４を省略した場合は、導光柱９５が回路素子１０４ａを発光モジュール９０および電源回路７から熱的に切り離す断熱層としての機能を兼用することになる。
【０１６２】
加えて、回路素子４１ａの全体を断熱部材１０４で取り囲まずに、断熱部材１０４の一部を例えばアルミニウム合金や銅合金のような熱伝導性に優れた金属材料、セラミックスに置き換えてもよい。このようにすれば、回路素子４１ａの放熱性を確保できる。
【符号の説明】
【０１６３】
２…電源接続部（口金）、３…グローブ、４…支柱、５，９０…光源（発光モジュール）、７…回路モジュール（電源回路）、２１，９３…ＬＥＤ、４１…回路素子、４１ａ…特定の回路素子、４３…収容領域、９９…空間。
【図１】
2016056047.tif 000027
【図２】
2016056047.tif 000028
【図３】
2016056047.tif 000029
【図４】
2016056047.tif 000030
【図５】
2016056047.tif 000031
【図６】
2016056047.tif 000032
【図７】
2016056047.tif 000033
【図８】
2016056047.tif 000034
【国際調査報告】
2016056047.tif 000035
2016056047.tif 000036
2016056047.tif 000037
2016056047.tif 000038