JP5354209B2 - 電球形ランプおよび照明器具 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子を用いた電球形ランプ、およびこの電球形ランプを用いた照明器具に関する。
従来、半導体発光素子としてＬＥＤを用いた電球形ランプでは、一端側に口金を有する基体の他端側に、ＬＥＤを有する発光モジュールが配置されるとともに、この発光モジュールを覆うグローブが配置され、また、基体内に、ＬＥＤに電力を供給して点灯させる点灯回路が配置されている。
発光モジュールは、一般に、平板状の基板に複数のＬＥＤが実装され、この基板が基体に面接触状態に取り付けられている。そして、電球形ランプの点灯時には、ＬＥＤの発生する熱が平板状の基板から基体に効率よく熱伝導され、この基体の外部に露出する外面から空気中に放熱されるため、ＬＥＤの温度上昇を抑制できる。
また、発光モジュールとしては、基板の形状を三角錐や四角形などの多面体形とし、各面にＬＥＤが実装されたものがある。この多面体形の基板を用いた電球形ランプでは、基体が小形に形成され、この基体の他端側から円筒状の支柱が突出され、この支柱の先端に多面体形の基板が取り付けられ、支柱内に点灯回路が配置されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第４２９０８８７号公報（第４−５頁、図１−２）
平板状の基板にＬＥＤを実装した発光モジュールを用いた電球形ランプの場合、点灯時にＬＥＤの発生する熱が平板状の基板から基体に効率よく熱伝導でき、ＬＥＤの温度上昇を抑制することができるが、口金側である一端側の方向へ向かうＬＥＤの光が基板や基体によって遮られてしまうため、配光が１３０°程度の範囲しか得られず、白熱電球に近似した広い配光特性が得られず、広い配光特性が要求される照明器具には適さない問題がある。
また、多面体形の基板にＬＥＤを実装した発光モジュールを用いた電球形ランプの場合、多面体形の基板が支柱によって基体から離れたグローブの中心付近に配置されることにより、口金側である一端側の方向へ向かうＬＥＤの光が基体によって遮られ難くなるため、白熱電球に近似した広い配光特性が得られやすくなる。しかしながら、多面体形の基板は基体に対して円筒状の支柱で支えられているため、点灯時にＬＥＤの発生する熱を基体に効率よく熱伝導させることが困難となり、ＬＥＤが温度上昇しやすく、ＬＥＤの寿命が短くなったり、あるいは、ＬＥＤの温度上昇を抑制するために、ＬＥＤへの入力電力を低減し、光出力を抑制しなければならない問題がある。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、広い配光特性が得られるとともに放熱性も向上できる電球形ランプ、およびこの電球形ランプを用いた照明器具を提供することを目的とする。
請求項１記載の電球形ランプは、基体と；中間部が基体の一端側から突出されるとともに、両端部が基体内の一端側に挿入されて熱伝導可能に配置されたヒートパイプと；複数の半導体発光素子を有し、基体から突出するヒートパイプの中間部に熱伝導可能に取り付けられた発光体と；基体の他端側に設けられた口金と；口金を含む基体内の他端側に収納された点灯回路と；を具備しているものである。
なお、本発明および以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
基体は、例えば、熱伝導性を有するセラミックスやアルミニウムなどの金属製であり、外面には放熱性向上させるための放熱フィンを設けてもよい。
ヒートパイプは、例えば、銅製でパイプ状の密閉容器内に作動液体が減圧封入されたもので、密閉容器の高温部で作動液体が潜熱を吸収して蒸発し、蒸気が密閉容器の低温部に移動するとともに潜熱を放出して凝縮し、凝縮した作動液体が毛細管現象で高温部に還流するという一連の相変化が連続的に生じ、密閉容器の高温部から低温部に熱を素早く移動させるように構成されている。ヒートパイプの形状は、基体から突出する部分と基体に挿入される部分とがあれば、特に限定されるものではない。例えば、ヒートパイプの他端側の形状は、基体との接触面積が広くなるように屈曲していてもよい。
半導体発光素子は、例えば、ＬＥＤ素子やＥＬ素子などが含まれる。
発光体は、例えば、複数の半導体発光素子が基板に実装されて構成されている。半導体発光素子がＬＥＤ素子の場合には、ＬＥＤチップが搭載された接続端子付きのＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージを用いて、基板に実装してもよく、あるいは、基板上に複数のＬＥＤチップを直接配置して実装するＣＯＢ（Chip On Board）方式を用いて、基板に実装してもよい。また、発光体は、例えば、各面に半導体発光素子が配置される多面体形の支持体を用い、この支持体をヒートパイプに取り付けてもよいし、基板として屈曲可能なフレキシブル基板を用い、このフレキシブル基板をヒートパイプに巻き付けて配置してもよい。また、発光体は、基板を用いず、半導体発光素子をヒートパイプの表面に直接実装してもよい。
口金は、例えば、Ｅ２６形やＥ１７形などの一般照明電球用のソケットに接続可能なものが含まれる。
点灯回路は、例えば、定電流の直流電力を出力する電源回路を有し、配線などによって電気的に接続される半導体発光素子に電力を供給する。点灯回路は基体内に収納されるが、点灯回路の少なくとも一部は口金内に収納されていてもよい。
請求項２記載の電球形ランプは、基体と；基体の一端側に取り付けられたグローブと；一端側が基体の一端側から突出されるとともに、少なくとも中間から他端側までの間が基体およびグローブに熱伝導可能に接触して取り付けられたヒートパイプと；複数の半導体発光素子を有し、グローブ内で基体から突出するヒートパイプの一端側に熱伝導可能に取り付けられた発光体と；基体の他端側に設けられた口金と；口金を含む基体内の他端側に収納された点灯回路と；を具備しているものである。
グローブは、例えば、ガラスや樹脂製で、光透過性および光拡散性を有している。
ヒートパイプの中間から他端側までの間は、基体やグローブの周方向に沿って円弧状に曲げて接触面積を大きくしてもよい。ヒートパイプの他端側は、中間とともに基体およびグローブに熱伝導可能に接触していてもよいし、基体に挿入されていてもよい。
ヒートパイプは基体およびグローブに接着剤や低温はんだによって取り付けてもよい。低温はんだを用いる場合には、グローブをガラス製とし、基体およびグローブにＮｉ−Ｓｎメッキなどメッキ処理を施すことにより、ヒートパイプを直接はんだ付け接続することが可能となり、放熱性が向上する。
請求項３記載の電球形ランプは、請求項２記載の電球形ランプにおいて、発光体は、ヒートパイプの一端側の先端に取り付けられる多面体形の支持体を有し、この支持体の各面に半導体発光素子が配置されているものである。
支持体は、例えば、熱伝導性に優れた金属製で、六角柱形状、四角形状、三角形状、あるいはその他の形状の多面体形に形成される。
請求項４記載の電球形ランプは、請求項２記載の電球形ランプにおいて、ヒートパイプは、両端部が基体側に配置され、中間部が基体から突出され、発光体は、ヒートパイプの中間部に配置されているものである。
ヒートパイプの中間部は、例えば、略コ字形や略Ｕ字形に形成してもよい。ヒートパイプの中間部には、発光体のフレキシブル基板を巻き付けて配置してもよい。
請求項５記載の電球形ランプは、請求項１ないし４いずれか一記載の電球形ランプにおいて、ヒートパイプに発光体の半導体発光素子と点灯回路とを電気的に接続する配線層が形成されているものである。
配線層は、例えば、ヒートパイプの表面に形成された絶縁層上に形成され、電解法や無電解法を用いて、ニッケル下地メッキを施した金や銅の配線パターンにて形成される。
請求項６記載の電球形ランプは、請求項１ないし５いずれか一記載の電球形ランプにおいて、ヒートパイプの表面に反射膜および蛍光体膜のいずれか一方が形成されているものである。
反射膜は、例えば、白色塗装、銀メッキにてヒートパイプの表面に形成される。
蛍光体膜は、例えば、半導体発光素子の光で励起されて発光する蛍光体が透光性樹脂に分散されてヒートパイプの表面に形成される。蛍光体膜は、半導体発光素子を含む発光体からヒートパイプに亘って一体に形成されていてもよい。
請求項７記載の電球形ランプは、請求項１ないし６いずれか一記載の電球形ランプにおいて、基体に配置された放熱ファンを具備しているものである。
放熱ファンは、例えば、モータおよびこのモータで回転駆動されるファンを備え、口金あるいは点灯回路からモータに電力供給されるように電気的に接続される。放熱ファンは、基体に形成される通気口を通じて外気を基体内に取り込み、基体内の熱気を外部に排気するように送風する。
請求項８記載の電球形ランプは、請求項１記載の電球形ランプにおいて、ヒートパイプおよび発光体を覆って基体の他端側に取り付けられたグローブと；グローブ内に配置された循環ファンと；を具備しているものである。
循環ファンは、例えば、モータおよびこのモータで回転駆動されるファンを備え、口金あるいは点灯回路からモータに電力供給されるように電気的に接続される。循環ファンでグローブ内の空気を循環させる。
請求項９記載の照明器具は、器具本体と；器具本体に配置される請求項１ないし８いずれか一記載の電球形ランプと；を具備しているものである。
請求項１記載の電球形ランプによれば、ヒートパイプの中間部を基体の一端側から突出させ、ヒートパイプの両端部を基体内の一端側に挿入配置し、基体から突出するヒートパイプの中間部に複数の半導体発光素子を有する発光体を取り付けたため、半導体発光素子の立体配置が可能となって広い配光特性が得られるとともに、半導体発光素子の熱をヒートパイプによって基体に効率よく熱伝導でき、基体からの放熱性を向上できる。さらに、点灯回路を基体内の他端側に収納し、ヒートパイプと離して配置することが可能となるため、点灯回路の温度上昇を抑制し、信頼性を向上できる。そのため、半導体発光素子の温度上昇を抑制できて、半導体発光素子の寿命を長くでき、あるいは半導体発光素子への入力電力の増加による光出力の向上に対応できる。
請求項２記載の電球形ランプによれば、ヒートパイプの一端側を基体の一端側から突出させ、ヒートパイプの中間から他端側までの間を基体およびグローブに熱伝導可能に接触して取り付け、グローブ内で基体から突出するヒートパイプの一端側に複数の半導体発光素子を有する発光体を取り付けたため、半導体発光素子の立体配置が可能となって広い配光特性が得られるとともに、半導体発光素子の熱をヒートパイプによって基体およびグローブに効率よく熱伝導でき、基体およびグローブからの放熱性を向上できる。さらに、点灯回路を基体内の他端側に収納し、ヒートパイプと離して配置することが可能となるため、点灯回路の温度上昇を抑制し、信頼性を向上できる。そのため、半導体発光素子の温度上昇を抑制できて、半導体発光素子の寿命を長くでき、あるいは半導体発光素子への入力電力の増加による光出力の向上に対応できる。
請求項３記載の電球形ランプによれば、請求項２記載の電球形ランプの効果に加えて、多面体形の支持体の各面に半導体発光素子を配置し、この支持体をヒートパイプの一端側の先端に取り付けるため、半導体発光素子を立体配置して広い配光特性を得ることができる。
請求項４記載の電球形ランプによれば、請求項２記載の電球形ランプの効果に加えて、ヒートパイプの両端部を基体側に配置し、中間部を基体から突出し、発光体をヒートパイプの中間部に配置するため、半導体発光素子の熱をヒートパイプの両端部から基体側に熱伝導でき、放熱性を向上できる。
請求項５記載の電球形ランプによれば、請求項１ないし４いずれか一記載の電球形ランプの効果に加えて、ヒートパイプに発光体の半導体発光素子と点灯回路とを電気的に接続する配線層を形成するため、リード線が不要となり、リード線の影が生じるような不具合も防止できる。
請求項６記載の電球形ランプによれば、請求項１ないし５いずれか一記載の電球形ランプの効果に加えて、ヒートパイプの表面に反射膜および蛍光体膜のいずれか一方を形成するため、反射膜の場合には半導体発光素子の光を効率よく反射でき、蛍光体膜の場合には半導体発光素子の光で励起して発光でき、電球形ランプの光取出効率を向上できる。
請求項７記載の電球形ランプによれば、請求項１ないし６いずれか一記載の電球形ランプの効果に加えて、基体に放熱ファンを配置したため、基体からの放熱性を向上でき、半導体発光素子への入力電力の増加による光出力の向上に対応できる。
請求項８記載の電球形ランプによれば、請求項１記載の電球形ランプの効果に加えて、グローブ内に循環ファンを配置したため、グローブ内の空気を循環させ、グローブからの放熱性を向上でき、半導体発光素子への入力電力の増加による光出力の向上に対応できる。
請求項９記載の照明器具によれば、請求項１ないし８いずれか一記載の電球形ランプを用いるため、白熱電球を用いた場合に近い配光特性および光出力を得ることができる。
本発明の第１の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。 同上電球形ランプの構造の説明図である。 同上電球形ランプの発光体の基板の展開図である。 同上電球形ランプの配光図である。 同上電球形ランプの点灯時間と温度との関係を示すグラフである。 同上電球形ランプと比較例との温度特性を示す表である。 同上電球形ランプを用いた照明器具の断面図である。 第２の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。 第３の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。 第４の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。 同上電球形ランプの基体の側面図である。 第５の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。 第６の実施の形態を示す電球形ランプの発光体の基板の展開図である。 第７の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。 第８の実施の形態を示す電球形ランプの一端側から見た配光分布の説明図である。 同上電球形ランプの側面から見た配光分布の説明図である。 第９の実施の形態を示す電球形ランプの側面から見た配光分布の説明図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１ないし図７に第１の実施の形態を示す。
図１および図７において、11は電球形ランプで、この電球形ランプ11は、基体12、この基体12の一端側（電球形ランプ11のランプ軸の一端側）から突出するヒートパイプ13、このヒートパイプ13の一端側の先端に取り付けられた発光体14、基体12の他端側に取り付けられた絶縁性を有するカバー15、このカバー15の他端側に取り付けられた口金16、ヒートパイプ13および発光体14を覆って基体12の一端側に取り付けられた透光性を有するグローブ17、および基体12と口金16との間でカバー15の内側に収納された点灯回路18を備えている。
基体12は、熱伝導性を有するセラミックスやアルミニウムなどの金属材料によって一体形成されており、中央域には胴体部としての基体部21が形成され、この基体部21の周囲にはランプ軸方向に沿った複数の放熱フィン22がランプ軸を中心として放射状に突出形成されている。
基体部21の一端側には円柱状の中実部23が形成され、他端側にはその他端側へ向けて開口する円筒部24が形成されている。中実部23には、ヒートパイプ13が挿入される挿入孔25が形成されている。この挿入孔25は、中実部23の中心およびこの中心から外れた位置に亘って形成され、基体部21の一端側へ向けて開口されているが、他端側には閉じている。なお、基体部21には、ランプ軸の中心から外れた位置に基体12の一端側の面と他端側である円筒部24の内面とを連通する図示しない配線孔が形成されている。
放熱フィン22は、基体12の他端側から一端側へと径方向の突出量が徐々に大きくなるように傾斜して形成されている。また、これら放熱フィン22は基体12の周方向に互いに略等間隔で放射状に形成され、これら放熱フィン22間に間隙26が形成されている。これら間隙26は、基体12の他端側および周囲へ向けて開口され、基体12の一端側には閉塞されている。放熱フィン22および間隙26の一端側には、中実部23の周囲にその中実部23に連続する環状の縁部27が形成されている。周辺域である縁部27の一端側の面にグローブ17を取り付ける環状のグローブ取付部28が突出形成されている。このグローブ取付部28の外周には一端側であるグローブ17側が小径となる傾斜部29が形成されている。
また、ヒートパイプ13は、例えば、直径が４〜１０ｍｍ、長さが５０ｍｍ程度で、銅製でパイプ状の密閉容器33内に作動液体が減圧封入されている。そして、密閉容器33の高温部で作動液体が潜熱を吸収して蒸発し、蒸気が密閉容器33の低温部に移動するとともに潜熱を放出して凝縮し、凝縮した作動液体が毛細管現象で高温部に還流するという一連の相変化が連続的に生じ、密閉容器33の高温部から低温部に熱を素早く移動させるように構成されている。
ヒートパイプ13の軸方向（長手方向）の一端部34が基体12の一端面の中央部から垂直に突出され、他端部35が基体12の挿入孔25に挿入されて埋め込み配置された状態に固定されている。図２に示すように、ヒートパイプ13の他端部35と基体12の挿入孔25との間には熱結合材としてのシリコーン系のグリース36あるいは低温はんだが介在され、熱伝導性の向上が図られている。低温はんだを用いる場合は、ヒートパイプ13および基体12にＮｉ−Ｓｎメッキなどのメッキ処理を施し、はんだ付け性を確保する。図１に示すように、ヒートパイプ13の他端部35は略Ｌ字形に屈曲され、基体12との接触面積の増大が図られている。
なお、ヒートパイプ13は、基体12の挿入孔25に接着剤を充填することによって基体12に固定してもよいし、ヒートパイプ13を支持した固定部材を基体12の一端面に取り付けることによって基体12に固定してもよい。
基体12と発光体14との間において露出するヒートパイプ13の表面には、例えば、白色塗装、銀メッキにて反射膜37が形成されている。
また、発光体14は、ヒートパイプ13の一端部34の先端に取り付けられる多面体形の支持体39、およびこの支持体39の表面に取り付けられた発光モジュール40を備えている。
支持体39は、例えば、径が１５ｍｍ、高さが１０ｍｍ程度の六角柱形状の金属製で、特に、ヒートパイプ13との熱応力が発生しないようにヒートパイプ13と熱膨張係数を合わせるとともに熱伝導性の向上を図るために銅製とされている。支持体39の周面の６面および上面の１面に発光モジュール40が取り付けられる。図２に示すように、支持体39の下面にはヒートパイプ13の一端部34の先端が挿入されてそのヒートパイプ13に取り付けられる取付孔41が形成されている。ヒートパイプ13の一端部34と支持体39の取付孔41との間には熱結合材としてのシリコーン系のグリース36あるいは低温はんだが介在され、熱伝導性の向上が図られている。低温はんだを用いる場合は、ヒートパイプ13および支持体39にＮｉ−Ｓｎメッキなどのメッキ処理を施し、はんだ付け性を確保する。
発光モジュール40は、基板42、およびこの基板42の一面に実装された複数の半導体発光素子としてのＬＥＤ素子43を備えている。
図３に示すように、基板42は、厚さが２０〜５０μｍ程度のポリイミド系のフレキシブル基板や、厚さが１００μｍ程度の屈曲性を有するガラスエポキシ基板で、中央基板部44とこの中央基板部44の周辺から放射状に延設される６つの周面基板部45とを有している。図２に示すように（図２には周面基板部45の一部のみ示す）、中央基板部44が支持体39の上面に、各周面基板部45が支持体39の周面の６面に、それぞれ接着剤付きの熱伝導性に優れた放熱シート46を介して接着固定されている。中央基板部44と各周面基板部45との間は、ガラスエポキシ基板でも厚さが１００μｍ程度であるために屈曲可能としている。
放熱シート46は、例えば、厚さが１００μｍ程度で、両面に数１０μｍの接着剤層があり、常温で押圧することで十分な接着力が得られ、１００℃を超える環境下でも接着力が低下しない耐熱性を有する。さらに、放熱シート46の熱伝導性は１〜２Ｗ／ｍｋ程度であるが、厚みが薄いので十分な熱伝導性が得られる。
基板42のＬＥＤ素子43を実装する実装面およびその反対で支持体39に取り付ける取付面には例えば銅のパターン47が形成され、これら両面のパターン47がスルーホール48によって接続されている。基板42の取付面にもパターン47を形成することにより、基板42から支持体39への熱伝導性の向上を図っている。
ＬＥＤ素子43としては、このＬＥＤチップが搭載された接続端子付きのＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージ49が用いられている。このＳＭＤパッケージ49は、パッケージ内に例えば青色光を発するＬＥＤチップが配置され、このＬＥＤチップをＬＥＤチップからの青色光の一部により励起されて黄色光を放射する黄色の蛍光体が混入された例えばシリコーン樹脂などの封止樹脂で封止されている。したがって、封止樹脂の表面が発光面となり、この発光面から白色系の光が放射される。ＳＭＤパッケージ49の側面には、基板42のパターン47にはんだ付け接続するための図示しない端子が配置されている。
また、カバー15は、例えばＰＢＴ樹脂などの絶縁材料により、他端側へ向けて開口する円筒状に形成されている。カバー15の他端側の外周部には、基体12と口金16との間に介在して互いの間を絶縁する環状の鍔部52が形成されている。カバー15の一端側の面には、基体12の配線孔に同軸に連通する図示しない配線孔が形成されている。
また、口金16は、例えば、Ｅ２６形などの一般照明電球用のソケットに接続可能なもので、カバー15に嵌合されてかしめられて固定されるシェル55、このシェル55の他端側に設けられる絶縁部56、およびこの絶縁部56の頂部に設けられるアイレット57を有している。
また、グローブ17は、光拡散性を有する合成樹脂あるいはガラスなどで、ヒートパイプ13および発光体14を覆うようにドーム状に形成されている。グローブ17の他端側は開口され、この開口縁部に基体12のグローブ取付部28の内周側に嵌合されるとともに接着剤などで固定される嵌合部60が形成されている。
また、点灯回路18は、例えば、発光体14の各ＬＥＤ素子43に対して定電流を供給する回路であり、回路を構成する複数の回路素子63が実装された回路基板64を有し、この回路基板64がカバー15内に収納されて固定されている。点灯回路18の入力側と口金16のシェル55およびアイレット57とが図示しないリード線で電気的に接続されている。点灯回路18の出力側と発光体14の基板42のパターン47とが、カバー15の配線孔および基体12の配線孔を挿通される図示しないリード線で接続されている。
また、図７には、電球形ランプ11を使用するダウンライトである照明器具70を示し、この照明器具70は、器具本体71を有し、この器具本体71内にソケット72および反射体73が配設されている。
そうして、電球形ランプ11の口金16を照明器具70のソケット72に装着して通電すると、点灯回路18が動作し、発光体14の複数のＬＥＤ素子43に電力が供給され、複数のＬＥＤ素子43が発光し、これらＬＥＤ素子43の光がグローブ17を通じて拡散放射される。
発光体14は、多面体形の支持体39の周囲に複数のＬＥＤ素子43を配置した構造であるとともに、基体12の他端側から突出するヒートパイプ13の他端部の先端に配置され、基体12から離反していて、グローブ17の略中心に配置されているため、ＬＥＤ素子43の光が基体12の側部を通過して口金16側に向かって出射され、広い配光特性が得られる。
図４には電球形ランプ11の配光図を示す。従来のように、ＬＥＤ素子を実装した平板状の基板を基体の一端面に取り付けた構造の電球形ランプでは１８０°程度の範囲の配光特性であるが、本実施の形態の電球形ランプ11では、２４０°程度の範囲の広い配光特性が得られ、白熱電球を用いた場合に近い配光特性を得ることができる。
さらに、基体12と発光体14との間において露出するヒートパイプ13の表面に反射膜37を形成しているため、基体12の一端面やグローブ17の内面で反射するＬＥＤ素子43の光を反射膜37で効率よく反射してグローブ17から出射させることができ、電球形ランプ11の光取出効率を向上できる。
また、発光体14の複数のＬＥＤ素子43の点灯時に発生する熱は、基板42および支持体39に熱伝導されるとともに支持体39からヒートパイプ13の一端部34に熱伝導される。このヒートパイプ13の一端部34に作用して吸収される熱は、ヒートパイプ13の動作によって温度の低い他端部35に素早く移動される。ヒートパイプ13の他端部35に移動されて放出される熱は、基体12に熱伝導され、この基体12の外部に露出する基体部21および複数の放熱フィン22の表面から空気中に効率よく放熱される。
また、図５のグラフには電球形ランプ11の点灯時間と温度との関係を示し、図６の表には電球形ランプ11と比較例との温度特性を示す。
比較例としては、ヒートパイプ13の代わりに銅パイプを用いた場合を示す。ヒートパイプ13および銅パイプとも、直径が４ｍｍ、長さが７５ｍｍとした。
温度測定箇所は、ＬＥＤ素子43を基板42に接続するはんだ部分の温度（a1、b1）、基体12の表面温度（a2、b2）、ヒートパイプ13の下部温度（a3）および銅パイプの下部温度（b3）とした。ヒートパイプ13の各温度がa1、a2，a3であり、銅パイプの各温度がb1、b2、b3である。また、周囲温度ｃは一定である。
グラフには、点灯開始から９０分まではグローブ17がない状態での温度を示し、９０分以降はグローブ17を装着した状態での温度を示す。表には、グローブ17がありの場合の温度の値を示す。
ヒートパイプ13を用いた場合、銅パイプを用いた場合に比べて、ＬＥＤ素子43を基板42に接続するはんだ部分の温度が３４℃程度低くなり（温度差ｘ）、逆に、基体12の表面温度や、ヒートパイプ13の下部の温度は高くなった。これは、ヒートパイプ13により、ＬＥＤ素子43が発生する熱がヒートパイプ13の一端部34から他端部35に素早くかつ効率的に移動されることによる。
そのため、ＬＥＤ素子43の温度を低く保ちながら、基体12の表面から空気中に効率よく放熱できる。
このように、電球形ランプ11によれば、ヒートパイプ13の一端側を基体12の一端側から突出させ、ヒートパイプ13の他端側を基体12内の一端側に挿入配置し、基体12から突出するヒートパイプ13の一端側に複数のＬＥＤ素子43を有する発光体14を取り付けたため、ＬＥＤ素子43の立体配置が可能となって広い配光特性が得られるとともに、ＬＥＤ素子43の熱をヒートパイプ13によって基体12に効率よく熱伝導でき、基体12からの放熱性を向上できる。そのため、ＬＥＤ素子43の温度上昇を抑制できて、ＬＥＤ素子43の寿命を長くでき、あるいはＬＥＤ素子43への入力電力の増加による光出力の向上に対応できる。
また、点灯回路18を口金16内を含む基体12内の一端側に寄せて配置し、ヒートパイプ13の他端部35を基体12内の一端側に挿入して配置するため、点灯回路18を発光体14やヒートパイプ13から離して点灯回路18の温度上昇を抑制し、信頼性を向上できるとともに、ヒートパイプ13と基体12との接触面積を広くし、ヒートパイプ13から基体12への熱伝導性も向上できる。
次に、図８に第２の実施の形態を示す。
第１の実施の形態の電球形ランプ11に対して、ヒートパイプ13が、略コ字形あるいは略Ｕ字形に形成され、両端部13aが基体12に形成された一対の挿入孔25に挿入されて熱伝導可能に支持され、中間部13bが基体12から突出されている。
発光体14は、基板として帯状のフレキシブル基板81を備え、このフレキシブル基板81の一面に長手方向に沿って複数のＬＥＤ素子43であるＳＭＤパッケージ49が実装されている。このフレキシブル基板81が基体12から突出するヒートパイプ13の中間部13bの周面に巻き付けて取り付けられている。
このように構成された電球形ランプ11では、基体12から突出するヒートパイプ13の中間部13bに発光体14が配置されるため、広い配光特性が得られる。しかも、ヒートパイプ13の両端部13aが基体12に熱伝導可能に支持されているため、ＬＥＤ素子43からヒートパイプ13の中間部13bに熱伝導された熱がヒートパイプ13の両端部13aに移動してそれら両端部13aの２箇所から基体12にそれぞれ熱伝導でき、熱伝導性能が高く、放熱性を向上できる。
次に、図９に第３の実施の形態を示す。
第１の実施の形態の電球形ランプ11に対して、例えば四角形パイプのヒートパイプ13が用いられ、このヒートパイプ13の表面に、絶縁層84が形成されているとともに、この絶縁層84上に発光体14のＬＥＤ素子43と点灯回路18とを電気的に接続するための配線層85が形成されている。絶縁層84は、例えば、エポキシ系の材料により、浸漬、粉末塗装、静電塗装などの方法で、厚みが１０〜５０μｍ程度に形成されている。配線層85は、例えば、ニッケル下地メッキ上に、電解法や無電解法により、金や銅の配線パターンを形成して構成されている。ヒートパイプ13の一端部34の先端面および先端周面に形成される配線層85は、発光体14のＬＥＤ実装用の配線パターンに形成されており、面と面との間の曲面部の配線パターンはレーザ露光技術などを用いることでも形成可能である。
ヒートパイプ13の配線層85と点灯回路18とはリード線86によって接続されている。
発光体14は、ヒートパイプ13の一端部34の先端面および先端周面の配線層85上に複数のＬＥＤ素子43のＬＥＤチップがはんだ付けや合金共晶などで接続されて構成されている。この際、ヒートパイプ13に熱を加えて接合用ヒータとして用いることで、配線層85上にＬＥＤ素子43のＬＥＤチップをはんだ付けや合金共晶などで接続することができる。すなわち、基板を構成するヒートパイプ13上に複数のＬＥＤチップを直接配置して実装するＣＯＢ（Chip On Board）方式によって、ＬＥＤ素子43が実装されている。
ヒートパイプ13の一端部34の先端面および先端周面に実装されたＬＥＤ素子43のＬＥＤチップを覆って、蛍光体膜87が例えば浸漬法や樹脂成形法によって形成されている。蛍光体膜87は、例えば、ＬＥＤ素子43のＬＥＤチップからの青色光の一部により励起されて黄色光を放射する蛍光体が分散された透光性樹脂によって形成されている。蛍光体膜87は、ヒートパイプ13の一端部34の発光体14の箇所のみに形成してもよいし、基体12から突出するヒートパイプ13の全域に形成してもよい。
このように構成された電球形ランプ11では、ヒートパイプ13に発光体14のＬＥＤ素子43と点灯回路18とを電気的に接続する配線層85を形成しているため、それらを接続するためのリード線が不要となり、リード線の接続作業をなくし、リード線の影がグローブ17に映るような不具合も防止できる。
基体12と発光体14との間において露出するヒートパイプ13の表面にも蛍光体膜87を形成している場合には、その部分の蛍光体膜87でもＬＥＤ素子43の光で励起して発光でき、電球形ランプ11の光取出効率を向上できる。
なお、蛍光体膜87を発光体14の箇所のみ形成する場合には、基体12と発光体14との間において露出するヒートパイプ13の表面には上述した反射膜37を形成してもよい。
次に、図１０および図１１に第４の実施の形態を示す。
第１の実施の形態の電球形ランプ11に対して、基体12の基体部21の一端側に放熱ファン収納部89の空間部が形成され、放熱フィン22間の間隙26に放熱ファン収納部89に連通する通気口90が形成されている。
基体12の放熱ファン収納部89に、図示しないモータおよびこのモータで回転駆動されるファンを有する放熱ファン91が配置されている。この放熱ファン91は、ヒートパイプ13を中心としてその周囲に配置され、口金16あるいは点灯回路18からモータに電力供給されるように電気的に接続されている。
そして、放熱ファン91の回転より、基体12に形成された通気口90を通じて外気を基体12内に吸気し、基体12内の熱気を通気口90から外部に排気するように送風する。
このように構成された電球形ランプ11では、基体12に放熱ファン91を配置しているため、基体12からの放熱性を向上でき、ＬＥＤ素子43への入力電力の増加による光出力の向上に対応できる。
放熱ファン91は、数Ｗ程度から３０Ｗ程度の冷却能力があり、数１００lmから数１００００lmの全光束とする電球形ランプ11に適している。
なお、ヒートパイプ13は、放熱ファン91の中を貫通せず、基体12の上部で基体12の外縁部に向かって屈曲、あるいは円弧状に配置してもよい。
また、発塵による放熱ファン91の回転数の低下や寿命を考慮して、所定の期間毎に放熱ファン91の回転方向を変更する回転制御を行ってもよい。
次に、図１２に第５の実施の形態を示す。
第１の実施の形態の電球形ランプ11に対して、グローブ17内で、基体12の一端面と発光体14との間に、図示しないモータおよびこのモータで回転駆動されるファンを有する循環ファン94が配置されている。この循環ファン94は、ヒートパイプ13を中心としてその周囲に配置され、口金16あるいは点灯回路18からモータに電力供給されるように電気的に接続されている。
このように構成された電球形ランプ11では、循環ファン94の回転により、点灯時にＬＥＤ素子43の熱で暖められる発光体14の周囲の空気をグローブ17内で強制的に循環させるため、グローブ17内での自然対流に比べて、熱をグローブ17に効率よく熱伝導させることができ、このグローブ17からの放熱性を向上でき、ＬＥＤ素子43への入力電力の増加による光出力の向上に対応できる。
また、循環ファン94を密閉されているグローブ17に配置し、このグローブ17内で空気を循環させるだけであるため、発塵の影響による寿命の低下を抑制できる。
次に、図１３に第６の実施の形態を示す。
発光体14の発光モジュール40の基板として、リジットフレキシブル基板97が用いられる。このリジットフレキシブル基板97は、支持体39の各面に配置される複数のリジット基板98、およびこれらリジット基板98を一連に接続するフレキシブル基板99を有している。
リジット基板98は、例えばアルミニウム、銅あるいはガラスエポキシなどの材料で形成され、実装面にＬＥＤ素子43が実装されるパターンが形成されているとともに、実装面に対して反対側の面にフレキシブル基板99に接続されるパターンが形成され、これら両面のパターンがスルーホールによって接続されている。
リジット基板98は、例えばアルミニウム、銅あるいはガラスエポキシなどの材料で形成され、両面にパターンが形成されているとともに、これら両面のパターンがスルーホールによって接続されている。リジット基板98の実装面のパターンにＬＥＤ素子43のＳＭＤパッケージ49が実装され、実装面に対して反対側の面のパターンがフレキシブル基板99に接続されている
フレキシブル基板99は、１つのリジット基板98（図１３の右下の１つ）が支持体39の先端面に配置され、残りのリジット基板98（図１３の上側で横に並んだ５つ）が支持体39の周面の各面に配置されるように一連に接続している。
リジットフレキシブル基板97の各リジット基板98を支持体39の各面に配置する場合にも、上述した放熱シート46を用いて接着固定される。
次に、図１４に第７の実施の形態を示す。
第１の実施の形態の電球形ランプ11に対して、ヒートパイプ13の一端部34が基体12の一端側から突出されて発光体14が取り付けられるのは同様であるが、ヒートパイプ13の中間部から他端部35までの間が、基体12およびグローブ17の周辺部であって基体12のグローブ取付部28およびグローブ17の嵌合部60の内周に沿った円周方向に沿って円弧状に曲げ形成され、基体12の一端面およびグローブ17の嵌合部60に接触されている。そして、ヒートパイプ13は、基体12の一端面およびグローブ17の嵌合部60に対して低温はんだや熱伝導性を有する接着剤によって固定されている。低温はんだを用いる場合は、ヒートパイプ13、基体12およびグローブ17の嵌合部60にＮｉ−Ｓｎメッキなどのメッキ処理を施し、はんだ付け性を確保する。
このように、ヒートパイプ13の中間から他端部35までの間を基体12およびグローブ17に熱伝導可能に接触して取り付けることにより、ＬＥＤ素子43の熱をヒートパイプ13によって基体12およびグローブ17に効率よく熱伝導でき、これら基体12およびグローブ17からの放熱性を向上できる。特に、ヒートパイプ13の中間部から他端部35までの間を、基体12およびグローブ17の周辺部に沿って接触するように円弧状に曲げ形成しているため、接触面積が大きくなり、ヒートパイプ13から基体12およびグローブ17への熱伝導性を向上できる。さらに、ヒートパイプ13を基体12およびグローブ17にはんだ付けすることにより、ヒートパイプ13から基体12およびグローブ17への熱伝導性を向上できる。
次に、図１５および図１６に第８の実施の形態を示す。
図１５において、第１の実施の形態の電球形ランプ11のように、発光体14の支持体39が六角柱形状の場合、この支持体39の周面の６面に配置するＬＥＤ素子43には、光度分布の半値配光角２θが６０°以上のものであって、ここでは１２０°のものを用いる。
これにより、隣接するＬＥＤ素子43の中間位置に、隣接するＬＥＤ素子43の配光が互いに交わる領域ｓが形成される。この領域ｓの発光強度は、ＬＥＤ素子43の垂直面の平均発光強度の３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％、より好ましくは略５０％とする。
さらに、図１６に示すように、支持体39の上面に配置されるＬＥＤ素子43についても、同様であり、支持体39の上面に配置されるＬＥＤ素子43と周面に配置される各ＬＥＤ素子43との中間位置に、隣接するＬＥＤ素子43の配光が互いに交わる領域ｓが形成され、この領域ｓの発光強度が上述した範囲となる。
このように、隣接するＬＥＤ素子43の中間位置の発光強度を確保することにより、発光体14を周方向から見た場合に、見る方向によって暗部が発生して見えるのを抑制でき、いずれの方向からでも均一の明るさに見える。
そのため、グローブ17には、暗部が見えるのを抑制するための高い光拡散性が必要なく、光拡散性を低くして光透過性を高めることができ、これによってグローブ17からの光取出効率を向上できる。
また、隣接するＬＥＤ素子43の配光の交点ｐがグローブ17よりも内方に位置し、これにより、グローブ17の光透過率を高めながら、均一な配光が得られる。
次に、図１７に第９の実施の形態を示す。
第８の実施の形態の電球形ランプ11に対して、発光体14の支持体39が四角柱形状の場合であり、この支持体39の周面の４面および上面の１面に配置するＬＥＤ素子43には、光度分布の半値配光角２θが９０°以上のものであって、ここでは１２０°のものを用いる。
これにより、隣接するＬＥＤ素子43の中間位置に、隣接するＬＥＤ素子43の配光が互いに交わる領域ｓが形成される。この領域ｓの発光強度は、ＬＥＤ素子43の垂直面の平均発光強度の３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％、より好ましくは略５０％とする。
このように、隣接するＬＥＤ素子43の中間位置の発光強度を確保することにより、発光体14を周方向から見た場合に、見る方向によって暗部が発生して見えるのを抑制でき、いずれの方向からでも均一の明るさに見える。
そのため、グローブ17には、暗部が見えるのを抑制するための高い光拡散性が必要なく、光拡散性を低くして光透過性を高めることができ、これによってグローブ17からの光取出効率を向上できる。
また、隣接するＬＥＤ素子43の配光の交点ｐがグローブ17に位置し、これにより、隣接するＬＥＤ素子43からグローブ17に入射する光が交わることによって平均化されるので、グローブ17によって配光分布が平均化されるだれでなく、光透過率を高めることができる。
なお、第１ないし第９の実施の形態において、発光体14に支持体39を用いる場合に、基板である支持体39の各面に複数のＬＥＤチップを直接実装し、これらＬＥＤチップを蛍光体が混入された封止樹脂で封止するＣＯＢ（Chip On Board）方式で、ＬＥＤ素子43を実装してもよい。
この場合、封止樹脂の表面が発光面となるが、この発光面の面積が支持体39の実装面の面積の５０％以上を占めていれば、支持体39の隣接する面に実装されたＬＥＤ素子43の中間位置の発光強度を上述した範囲とすることができる。そのため、発光体14を周方向から見た場合に、見る方向によって暗部が発生して見えるのを抑制でき、いずれの方向からでも均一の明るさに見える。
11 電球形ランプ
12 基体
13 ヒートパイプ
13a 端部
13b 中間部
14 発光体
16 口金
17 グローブ
18 点灯回路
37 反射膜
39 支持体
43 半導体発光素子としてのＬＥＤ素子
70 照明器具
71 器具本体
85 配線層
87 蛍光体膜
91 放熱ファン
94 循環ファン

Claims (9)

  1. 基体と；
    中間部が基体の一端側から突出されるとともに、両端部が基体内の一端側に挿入されて熱伝導可能に配置されたヒートパイプと；
    複数の半導体発光素子を有し、基体から突出するヒートパイプの中間部に熱伝導可能に取り付けられた発光体と；
    基体の他端側に設けられた口金と；
    口金を含む基体内の他端側に収納された点灯回路と；
    を具備していることを特徴とする電球形ランプ。
  2. 基体と；
    基体の一端側に取り付けられたグローブと；
    一端側が基体の一端側から突出されるとともに、少なくとも中間から他端側までの間が基体およびグローブに熱伝導可能に接触して取り付けられたヒートパイプと；
    複数の半導体発光素子を有し、グローブ内で基体から突出するヒートパイプの一端側に熱伝導可能に取り付けられた発光体と；
    基体の他端側に設けられた口金と；
    口金を含む基体内の他端側に収納された点灯回路と；
    を具備していることを特徴とする電球形ランプ。
  3. 発光体は、ヒートパイプの一端側の先端に取り付けられる多面体形の支持体を有し、この支持体の各面に半導体発光素子が配置されている
    ことを特徴とする請求項２記載の電球形ランプ。
  4. ヒートパイプは、両端部が基体側に配置され、中間部が基体から突出され、
    発光体は、ヒートパイプの中間部に配置されている
    ことを特徴とする請求項２記載の電球形ランプ。
  5. ヒートパイプに発光体の半導体発光素子と点灯回路とを電気的に接続する配線層が形成されている
    ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の電球形ランプ。
  6. ヒートパイプの表面に反射膜および蛍光体膜のいずれか一方が形成されている
    ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載の電球形ランプ。
  7. 基体に配置された放熱ファンを具備している
    ことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一記載の電球形ランプ。
  8. ヒートパイプおよび発光体を覆って基体の他端側に取り付けられたグローブと；
    グローブ内に配置された循環ファンと；
    を具備していることを特徴とする請求項１記載の電球形ランプ。
  9. 器具本体と；
    器具本体に配置される請求項１ないし８いずれか一記載の電球形ランプと；
    を具備していることを特徴とする照明器具。
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