JP5764749B2 - ランプ - Google Patents

Description

本発明は、ランプに関し、特に、放熱性に関する。

近年、省エネの観点よりＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）照明が急速に普及している。当初はＬＥＤ電球、ダウンライトなど、一般家庭向けのそれほど高い輝度が求められない用途の照明が中心であったが、最近では街灯やスタジアム等で使用される水銀灯の代替用として高輝度ＬＥＤランプが開発されている。

高輝度ＬＥＤランプは、発熱量も大きいため、ＬＥＤから発生した熱の放熱および冷却がより重要な問題である。そこで、特許文献１には、排気ファンを備え、排気ファンによりＬＥＤモジュールおよびＬＥＤモジュールが搭載されたモジュールベース板を冷却する構成が開示されている。

特開２０１２−１１３８４６号公報

しかしながら、ＬＥＤランプの高輝度化がより進むと、発熱量もさらに増大するため、より高い放熱性を備えた構成が求められている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、優れた放熱性を備えたランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る接続構造は、基台と、半導体発光素子を有し、前記半導体発光素子の主出射方向を前方とした場合に、前記基台の前面に配置された発光部と、を備えるランプであって、前記基台には、冷却媒体を流すための流路が設けられており、前記流路は、平面視において渦巻き状であることを特徴とする。

本発明に係るランプによれば、基台の前面に発光部が配置され、基台には冷却媒体が流れる流路が形成されているため、発光部からの熱が基台を介して冷却媒体へと伝導し、発光部の温度上昇をより効果的に抑制することができる。また、流路が平面視渦巻き状に形成されているため、冷却媒体が流路を流れる際の抵抗ロスが少なく、円滑な熱輸送が可能である。

実施形態１に係るランプの概略構成を模式的に示す分解斜視図である。 実施形態１に係るランプの概略構成を模式的に示す部分断面図である。 （ａ）は、実施形態２に係るランプの概略構成を模式的に示す部分断面図であり、（ｂ）は、実施形態３に係るランプの概略構成を模式的に示す部分断面図である。 変形例１に係るランプの発光部および基台の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。 変形例２に係るランプの発光部および基台の概略構成を模式的に示す図であって、（ａ）は分解斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 変形例３に係るランプの発光部および基台の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。

本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図は、模式図であり、図面に示された部品等の各構成要素の形状や寸法および比等については、必ずしも厳密に図示したものではない。

＜実施形態１＞
先ず、本発明の一態様である実施形態１に係るランプの構成について、図面を参照しながら説明する。

〔構成〕
図１は、実施形態１に係るランプ１の概略構成を示す分解斜視図である。図２は、ランプ１の要部断面図である。なお、図１においては、ランプ１を構成する全ての構成要素について図示しているわけではなく、チューブ、配線、ネジ、ランプの筐体を構成するケース等の一部の構成要素については、図示を省略している。

図１および図２に示すように、ランプ１は、主な構成要素としてカバー部１０、発光部２０、基台３０、ポンプ４０、タンク５０、回路ボックス６０、およびケース７０等を備える。

（発光部）
発光部２０は、実装基板２１上に半導体発光素子２２が実装されて成る発光モジュールである。本実施形態においては、半導体発光素子２２はＬＥＤ素子であり、実装基板２１上に複数実装されている。発光部２０は、上記実装基板２１、半導体発光素子２２以外に、半導体発光素子２２を被覆する封止体２３等を備える。以下、本実施形態においては、「半導体発光素子２２」を、「ＬＥＤ２２」と表記する。また、ＬＥＤ２２（発光部２０）からの光の主出射方向を前方とする。図１から図６の各図においては、紙面上方が前方である。

なお、図１においては、ＬＥＤ２２については１つのみを破線で示している。

実装基板２１は、絶縁板と、複数のＬＥＤ２２を所定の接続形態で実装するための配線パターン（不図示）と、配線パターンと回路ボックス６０とを接続するための接続端子（不図示）とを備える。なお、所定の接続形態としては、例えば、直列接続、並列接続、直並列接続等がある。

ＬＥＤ２２は、所定の光色を発する。所定の光色としては、例えば、青色光、紫外線光等がある。複数のＬＥＤ２２は、実装基板２１上に所定の形態で実装される。所定の形態は、本実施形態においては、マトリクス状である。また、本実施形態においては、ＬＥＤ２２はＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）タイプである。

封止体２３は、ＬＥＤ２２を封止するためのものである。封止体２３としては、例えば、樹脂材料を用いることができる。なお、ＬＥＤ２２から発せられた光の波長を変換する場合には、波長変換材料を樹脂材料に混入することにより光の波長変換を行うことができる。

なお、ＬＥＤ２２は、実装基板２１に実装された後に封止されても良いし、封止体２３により封止された後に実装基板２１に実装されても良い。

（基台）
基台３０は、基台本体部３１、冷却部３２、およびパッキン３３から成る。基台本体部３１および冷却部３２は、共にＡｌやＮｉといった金属等の熱伝導性の材料から成る略円柱状の部材である。基台本体部３１の前面３１ａの中央部には、凹部である載置部分３１ｃが形成されており、載置部分３１ｃに発光部２０が載置される。

冷却部３２の前面３２ａには、冷却媒体８１が流される流路３２ｂの一部を形成する平面視渦巻き状の流路溝３２ｂ１が形成されている。ここで、渦巻き状とは、一端から他端に向かって巻の径が徐々に大きくなる（又は小さくなる）形状を意味する。前面３２ａの流路溝３２ｂ１の外側の部分には、パッキン３３が嵌入されるパッキン用溝３２ｃが形成されている。流路３２ｂの渦巻きの両端部は、それぞれ冷却部３２の後面３２ｄまで貫通する貫通孔（不図示）となっている。そして、後面３２ｄ側において、渦巻きの中心側端部は流路端部３２ｅと連結されており、渦巻きの外側端部は流路端部３２ｆと連結されている。

パッキン用溝３２ｃ内にパッキン３３が位置した状態で、冷却部３２の前面３２ａに基台本体部３１が取着され、ネジ３４により固定される。これにより、流路溝３２ｂ１の前方の開口が基台本体部３１の後面３１ｂにより塞がれて、渦巻き状の流路３２ｂが形成される。即ち、流路３２ｂは、流路溝３２ｂ１の内面（凹入面）と基台本体部３１の後面３１ｂとで囲まれた領域である。なお、図１においては、流路溝３２ｂ１の溝内空間を便宜的に流路３２ｂとして示している。また、基台本体部３１と冷却部３２との固定方法は、ネジ留めによる固定に限られず、例えば、接着剤や係合構造を利用した固定方法でもよい。

冷却媒体８１としては、例えば、フッ素系クーラントを用いることができる。フッ素系クーラントを用いる利点としては、不活性であることや冷却性能等が挙げられる。フッ素系クーラントは不活性であるため、万一液漏れが発生した場合に、漏れたクーラントが回路ボックス内に侵入しても、ショート等の不具合を引き起こすことが無い。なお、冷却媒体８１として用いる物質は、フッ素系クーラントに限られず、他に例えば、アルコールやアンモニア水等を用いてもよい。

（ポンプ）
ポンプ４０は、流路３２ｂに冷却媒体８１を流すためのものである。ポンプ４０としては、例えば、渦巻きポンプ、軸流ポンプ、回転ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ等を用いることができる。

ポンプ４０は、冷却媒体８１が流入する流入側端部４１および冷却媒体８１が送り出される流出側端部４２を有する。

なお、図２においては、ポンプ４０の断面については図示を簡略化して中実の円柱状部材の断面として示している。

（タンク）
タンク５０は、流路３２ｂを流れて出てきた冷却媒体８１を収容し、ポンプ４０を介して流路３２ｂへと送り出すための冷却媒体８１を貯蔵する。

図１および図２に示すように、タンク５０は円筒状の外観を有し、円筒の側壁部分に相当する周壁部５１と、円筒の両端の開口を塞ぐように設けられた円板状の蓋部５２ａおよび蓋部５２ｂとを備える。

蓋部５２ａの中央部には、筒状の流入口端部５２ａ１が設けられており、筒の内部は、蓋部５２ａの中央部に設けられた貫通孔と連通して流入口５２ａ２を形成している。

蓋部５２ｂの中央部には、筒状の流出口端部５２ｂ１が設けられており、筒の内部は、蓋部５２ｂの中央部に設けられた貫通孔と連通して流出口５２ｂ２を形成している。

冷却部３２の流路端部３２ｆとタンク５０の流入口端部５２ａ１とは、チューブ８２により接続されている。タンク５０の流出口端部５２ｂ１とポンプ４０の流入側端部４１とは、チューブ８３により接続されている。ポンプ４０の流出側端部４２と冷却部３２の流路端部３２ｅとは、チューブ８４により接続されている。これにより、冷却媒体８１が循環する一続きの閉じた循環路が形成されている。

図２に示すように、タンク５０内部は、筒軸Ｓに略直交する隔壁５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄにより仕切られ、５つのチャンバー５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅが形成されている。隔壁５３ａの筒軸Ｓからずれた位置には貫通孔５５ａが形成されており、貫通孔５５ａを介して隣り合うチャンバー５４ａと５４ｂとが連通している。隔壁５３ｂの筒軸Ｓからずれた位置には貫通孔５５ｂが形成されており、貫通孔５５ｂを介して隣り合うチャンバー５４ｂと５４ｃとが連通している。隔壁５３ｃの筒軸Ｓからずれた位置には貫通孔５５ｃが形成されており、貫通孔５５ｃを介して隣り合うチャンバー５４ｃと５４ｄとが連通している。隔壁５３ｄの筒軸Ｓからずれた位置には貫通孔５５ｄが形成されており、貫通孔５５ｄを介して隣り合うチャンバー５４ｄと５４ｅとが連通している。貫通孔５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅのうち隣り合う貫通孔同士は、筒軸Ｓからのずれの方向が異なっている。

（回路ボックス）
回路ボックス６０は、外部からの電力を変換してＬＥＤ２２を点灯させるための回路ユニットや、ポンプ４０の駆動を制御するための回路ユニット等により構成されている。各回路ユニットは、回路基板上に各種電子部品が実装されて構成されている。なお、図１においては、回路ボックス６０は、上記各回路ユニットが円筒状の容器に収容されているとして代表的に円筒状の部材として図示しているが、外観形状はこれに限られない。また、図２、図３においては、回路ボックスの断面は、中実の円筒部材の断面として図示しており、容器内部の回路ユニット等の詳細については図示を省略している。

また、各回路ユニットがケースに収容されていなくてもよい。例えば、ケース７０の内周面上に設けられた溝により各回路ユニットの回路基板が保持されることにより、ケース７０内に直接収容されていてもよい。また、各回路ユニットが容器に収容されない場合、即ち回路ボックス６０が容器を備えない場合には、回路ボックス６０とタンク５０との間に隔壁や蓋のような部材を設けてもよい。このように隔壁や蓋を設けることにより、タンク５０から万一冷却媒体８１が漏出した場合でも、冷却媒体８１が回路ユニットに到達するのを防止して、ショート等の問題が発生するのを防止することができる。

（ケース）
ケース７０は、耐熱性および電気絶縁性を有する材料から成り、前方側端部に開口を有する有底筒状の部材である。ケース７０は、内部に回路ボックス６０、タンク５０、ポンプ４０、基台３０、発光部２０等を収容している。ケース７０の前方側端部にはカバー部１０が取着されており、カバー部１０によりケース７０前方側の開口が閉塞されている。

（カバー部）
カバー部１０は、ケース７０の開口を塞ぐ前面カバー１１と、前面カバー１１をケース７０に固定する金具１２とからなる。前面カバー１１は、ガラスや樹脂等の透光性の材料から形成されている。前面カバー１１に樹脂を用いる場合には、優れた耐熱性を有する樹脂材料を用いるとよい。金具１２は、アルミやステンレス等の金属材料から形成された円筒状の部材であり、ケース７０の前方側端部にカシメにより取着される。また、金具１２の後方側側壁にスリットを複数設けて、ケース７０の前方側端部に金具１２が嵌装され、金具１２の弾性力によりケース７０に固定されるようにしてもよい。

〔冷却構造〕
上述したように、基台３０の前面３１ａの中央部に発光部２０が載置され、基台３０の発光部２０の後方側において、平面視渦巻き状の流路３２ｂが形成されている。そして、発光部２０からの熱が基台３０を介して流路３２ｂ中の冷却媒体８１へと伝わり、冷却媒体８１が発光部２０から伝わった熱を基台３０の流路３２ｂの壁面を構成している部分から奪いながら流路３２ｂ中を流れることにより、発光部２０を効果的に冷却することができる。

また、冷却媒体８１が、渦巻きの中心から外側へと向かう方向に流路３２ｂ中を流れることにより、タンク５０から供給された比較的温度の低い冷却媒体が発光部２０に近い渦巻きの中心部分を流れる。これにより、発光部２０からの熱をより効果的に奪って発光部２０をより効果的に冷却することができる。

さらに、流路３２ｂが渦巻き状に形成されていることにより、流路がジグザグに形成されている場合と比較して、冷却媒体８１が流れる際の抵抗ロスが少なく、円滑な熱輸送が可能である。

また、タンク５０の貫通孔５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅのうち隣り合う貫通孔同士は、筒軸Ｓからのずれの方向が異なっている。これにより、冷却媒体８１は、流入口５２ａ２から流出口５２ｂ２までタンク５０中を、図２の矢印で示すようにジグザグに流れる。従って、冷却媒体８１が流入口５２ａ２から流出口５２ｂ２までタンク５０中を直線的に流れる場合と比較して、冷却媒体８１がタンク５０中を流れる流路長が長くなる。その結果、冷却媒体８１がタンク５０中を流れる間に冷却媒体がより冷却されやすくなり、ポンプ４０を介してタンク５０から流路３２ｂへと供給される冷却媒体８１の温度をより低下させて、冷却効果をより高めることができる。

＜実施形態２＞
図３（ａ）は、実施形態２に係るランプ２の概略構成を示す断面図であって、図２におけるＡ−Ａ矢視断面図に相当する図である。なお、図３（ａ）では、ランプ２におけるタンク５０周辺の一部のみを示している。なお、説明の重複を避けるため、実施形態１と同じ構成要素については、同符号を付して、その説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、タンク５０の周壁部５１の外周面の前方側を覆うように、周壁部５１に接触した状態で、シート状の熱伝導部材８５が配設されている。熱伝導部材８５の端部は、ケース７０の内周面７１に接触している。実施形態２に係るランプ２は、熱伝導部材８５を備えている点が実施形態１に係るランプ１と異なっている以外は、基本的な構成はランプ１と同じである。

なお、本実施形態においては、熱伝導部材８５は、カーボングラファイトシートである。

このように、熱伝導部材８５がタンク５０の周壁部５１およびケース７０の内周面７１に接触して配設されていることにより、タンク５０内部に収容された冷却媒体８１の熱が、周壁部５１から熱伝導部材８５を介してケース７０の内周面７１へと伝わり、ケース７０の外周面７２から外部へと放熱される。これにより、タンク５０内に収容された冷却媒体８１の温度をさらに低下させることができるため、流路３２ｂへと送り込まれる冷却媒体８１の温度を低下させて、発光部２０の冷却効率をより高めることができる。

＜実施形態３＞
図３（ｂ）は、実施形態３に係るランプ３の概略構成を示す断面図である。なお、説明の重複を避けるため、実施形態１および実施形態２と同じ構成要素については、同符号を付して、その説明を省略する。

図３（ｂ）に示すように、ランプ３は、ポンプ４０と流路端部３２ｅとの間においてチューブ８４に流量計９１が配設されている。流量計９１は、チューブ８４を流れる単位時間当たりの冷却媒体８１の量（体積または質量）を検出する。流量計９１としては、例えば、しぼり流量計、差圧式流量計、フロート型流量計、カルマン渦流量計、タービン流量計、超音波流量計、羽根車式流量計等を利用することができる。

なお、図３（ｂ）においては、流量計９１の断面については図示を簡略化して中実の円柱状部材の断面として示している。

また、ランプ３においては、冷却部３２の後面３２ｄの中央部に流路端部３２ｅに近接して温度センサ９２が配設されている。温度センサ９２は、例えば、接触式のサーミスタであり、冷却部３２の温度を検出する。

本実施形態に係るランプ３においては、流量計９１、温度センサ９２、およびポンプ４０と回路ボックス６０とが不図示の配線により接続されている。回路ボックス６０は、流量計９１および温度センサ９２からの検出結果を受け取り、受け取った検出結果に基づいてポンプ４０の駆動を制御する。より具体的には、温度センサ９２による検出温度が高いほど、流量計９１により検出される単位時間当たりの冷却媒体８１の量が大きくなるように、ポンプ４０を駆動制御する。即ち、本実施形態においては、回路ボックス６０は、外部からの交流電力を、ＬＥＤを点灯させるための直流電力に変換する役割に加え、温度センサ９２および流量計９１による検出結果に基づいてポンプ４０の駆動を制御する制御部としての役割も果たしている。これにより、発光部２０の温度が高いほど流路３２ｂを流れる冷却媒体の単位時間当たりの量を増大させて、発光部２０からより多くの熱を奪うことができるため、発光部２０を効果的に冷却して、発光効率の低下を抑制することができる。

なお、温度センサ９２は、接触式のサーミスタに限られない。例えば、非接触式サーミスタや、サーモパイルを利用した非接触式の赤外線温度センサを用いてもよい。また、温度センサ９２は、後面３２ｄに配設される場合に限られない。ＬＥＤ２２からの光の前面カバー１１を介した外部への出射を妨げない限り、基台本体部３１の前面３１ａ上や実装基板２１のＬＥＤ２２および封止体２３が設けられていない部分に温度センサ９２が配設されていてもよい。この場合、発光部２０の温度をより正確に検出することができるため、より正確に発光部２０の温度上昇を抑制して、発光効率の低下を抑制することができる。

また、流量計９１を備えず、温度センサ９２の検出結果のみに基づいて、ポンプ４０の駆動を制御してもよい。

＜変形例＞
以上、本発明の構成を実施形態１〜３に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限られず、以下のような変形例を実施することができる。なお、説明の重複を避けるため、実施形態１〜３と同じ構成要素については、同符号を付して、その説明を省略する。

＜変形例１＞
図４は、変形例１に係る基台４３０の概略構成を示す分解斜視図である。図４に示すように、基台４３０は、基台本体部４３１および冷却部４３２から成る。基台本体部４３１の前面４３１ａには、載置部分４３１ｃ（実施形態１における載置部分３１ｃに相当）が形成されており、載置部分４３１ｃに発光部２０が載置される。基台本体部４３１は冷却部を固定するためのネジ孔が設けられていない点以外は、基本的な構成は実施形態１における基台本体部３１と同じである。

冷却部４３２は、例えばＡｌやＮｉといった金属等の良好な熱伝導性を有する材料から成る筒状の部材が、平面渦巻き状に成形されて成る。ここで、平面渦巻き状とは、渦巻きの一端から他端に向かって巻きの径が徐々に大きくなる（又は小さくなる）形状であって、渦巻きが平面上に形成されている形状を意味する。渦巻きの中心側端部は、後方に延伸して流路端部４３２ｅ（実施形態１における流路端部３２ｅに相当）を形成している。また、渦巻きの外側の端部は、後方側に延伸して流路端部４３２ｆ（実施形態１における流路端部３２ｆに相当）を形成している。

冷却部４３２は、熱伝導性の接着剤（不図示）等を用いて基台本体部４３１の後面４３１ｂに固定される。

これにより、発光部２０の熱が、基台本体部４３１および接着剤を介して冷却部４３２へと伝わり、そこから冷却部４３２内部を流れる冷却媒体８１へと伝わることにより発光部２０の温度上昇を抑制して、ＬＥＤ２２の発光効率低下を抑制することができる。

なお、基台本体部４３１の後面４３１ｂに、冷却部４３２の形状に対応した溝（凹部）が形成され、当該溝（凹部）に冷却部４３２が嵌るように熱伝導性の接着剤を用いて冷却部４３２を基台本体部４３１に固定してもよい。これにより、接着剤を介した基台本体部４３１と冷却部４３２との接触面積を増大させて、基台本体部４３１から冷却部４３２へと熱をより伝導しやすくし、冷却効率を向上させることができる。

＜変形例２＞
実施形態１〜３および変形例１においては、流路は、平面渦巻き状であったが、これに限られない。

図５は、変形例２に係る発光部５２０および基台５３０の概略構成を示す図である。図５（ａ）は、発光部５２０および基台５３０の分解斜視図である。図５（ｂ）は、発光部５２０が基台５３０に取着された状態を示す断面図である。

図５（ａ）に示すように、基台本体部５３１は、ドーム形の形状を有する。また、冷却部５３２は、例えばＡｌやＮｉといった金属等の良好な熱伝導性を有する材料から成る筒状の部材が、平面視渦巻き状であって中心部に近い部分ほど前方に突出した形状に成形されて成る。冷却部５３２の渦巻きの中心側端部は、後方に延伸して流路端部５３２ｅ（実施形態１における流路端部３２ｅに相当）を形成している。また、渦巻きの外側の端部は、後方側に延伸して流路端部５３２ｆ（実施形態１における流路端部３２ｆに相当）を形成している。

冷却部５３２の突出形状は、基台本体部５３１の凹入面である後面５３１ｂに対応しており、図５（ｂ）に示すように、後面５３１ｂに沿って渦巻きの中心部が前方に突出する形状となっている。冷却部５３２は、熱伝導性の接着剤（不図示）等を用いて基台本体部５３１の後面５３１ｂに固定される。

発光部５２０は、フレキシブル基板から成る実装基板５２１上に複数のＬＥＤ２２が実装され、各ＬＥＤ２２が封止体２３により封止されて成る。実装基板５２１は、絶縁板がフレキシブル基板である点および形状が異なる点以外は、基本的な構成は実施形態１における実装基板２１と同様であり、実装基板２１と同様に、配線パターン（不図示）および接続端子（不図示）を備える。なお、図５（ａ）においては、ＬＥＤ２２については１個のみを破線で示し、その他のＬＥＤ２２については図示を省略している。

本変形例の構成によっても、発光部５２０からの熱が、基台本体部５３１および接着剤を介して冷却部５３２へと伝わり、そこから冷却部５３２内部を流れる冷却媒体８１へと伝わることができる。これにより、発光部５２０の温度上昇を抑制して、ＬＥＤ２２の発光効率低下を抑制することができる。

なお、本変形例においても、基台本体部５３１の後面５３１ｂに冷却部５３２に対応した凹部（段部）が設けられていてもよい。そして当該凹部（段部）に冷却部５３２がフィットするように熱伝導性の接着剤を用いて冷却部５３２を基台本体部５３１に固定してもよい。これにより、接着剤を介した基台本体部５３１と冷却部５３２との接触面積を増大させて、基台本体部５３１から冷却部５３２へとより熱を伝導しやすくし、冷却効率を向上させることができる。

＜変形例３＞
実施形態１〜３においては、基台本体部の後方側に固定された冷却部に流路が設けられた構成であった。変形例１、２においては、基台本体部の後方側に流路を有する冷却部が別体として固定された構成であった。しかし、これらの構成に限られない。

図６は、変形例３に係る基台６３０の分解斜視図である。基台６３０は、基台本体部６３１、パッキン３３、および蓋部６３４から成る。基台本体部６３１および蓋部６３４は、共にＡｌやＮｉといった金属等の熱伝導性の材料から成る略円柱状の部材である。基台本体部６３１の後面６３１ｄには、冷却媒体８１が流される流路の一部を形成する平面視渦巻き状の流路溝６３１ｂ１が形成されている。後面６３１ｄの流路溝６３１ｂ１の外側の部分には、パッキン３３が嵌入されるパッキン用溝６３１ｃが形成されている。

蓋部６３４の流路溝６３１ｂ１の渦巻きの両端部に対応する位置には、それぞれ蓋部６３４の後面６３４ｂまで貫通する貫通孔（不図示）が設けられている。蓋部６３４の後面６３４ｂ側において、渦巻きの中心側端部に対応する貫通孔は、流路端部６３４ｅと連結されており、渦巻きの外側端部に対応する貫通孔は、流路端部６３４ｆと連結されている。

パッキン用溝６３１ｃ内にパッキン３３が位置した状態で、蓋部６３４が基台本体部６３１に取着され、ネジ等により固定される。これにより、流路溝６３１ｂ１の後方の開口が蓋部６３４の前面６３４ａにより塞がれて、渦巻き状の流路（不図示）が形成される。即ち、上記流路は、流路溝６３１ｂ１の内面（凹入面）と蓋部６３４の前面６３４ａとで囲まれた領域である。

なお、基台本体部６３１と蓋部６３４との固定方法は、ネジ留めによる固定に限られず、例えば、接着剤や係合構造を利用した固定方法でもよい。

基台本体部の後面に流路溝が設けられた本変形例の構成によっても、発光部２０からの熱が基台本体部６３１を介して流路中の冷却媒体８１へと伝わり、冷却媒体８１が熱を奪いながら流路を流れることにより、発光部２０の温度上昇を抑制して、ＬＥＤ２２の発光効率低下を抑制することができる。

＜変形例４＞
実施形態１〜３および変形例１、３のように、ＬＥＤ（発光部）が基台前面の中央部に配置されている場合、ＬＥＤからの熱により、基台中央部の温度が特に上昇する。また、基台の周縁部分はケース７０の内周面７１に接しており、熱がケース７０へと放熱されるが、基台の中央部は熱がこもりやすい。このような場合、渦巻きの中心部分（図２では、３２ｂａ）における流路の断面積を渦巻きの外縁部分（図２では、３２ｂｂ）における流路の断面積よりも大きくしてもよい。なお、ここでの「断面積」とは、流路に沿う方向に直交する平面による流路の断面の面積を意味する。以下、流路の「断面積」という場合、同様の意味で用いる。

上記のように、温度が高くなる中心部分において流路の断面積が大きくなっているため、基台本体部の流路の内壁を形成している部分と冷却媒体との接触面積が増大し、冷却媒体への熱の伝導をより効率よく行うことができる。また、流量が一定の場合、流路の断面積が大きい部分では流速が遅くなるため、中心部分における基台本体部の流路の内壁を形成している部分と冷却媒体との接触時間が長くなり、単位体積当たりの冷却媒体へと基台本体部から伝導する熱量を増大させることができる。これにより、ポンプ４０から送り出される単位時間当たりの冷却媒体８１の体積が同じであっても、温度が高くなる中心部からより多くの熱を冷却媒体８１が奪うことができるため、発光部の温度上昇をより効果的に抑制して、ＬＥＤ２２の発光効率低下をより効率よく抑制することができる。

＜変形例５＞
実施形態１〜３および変形例１、３においては、ＬＥＤ２２は基台前面の中央部にマトリクス状に配置されている。また、変形例２においては、ＬＥＤ２２は平面視で放射線状に配列されている。しかし、ＬＥＤ２２の配置に関しては、これらに限られない。例えば、基台前面上にＬＥＤ２２が環状（円環状、多角環状）や列状（並列状）等の態様で配設されていてもよい。

＜変形例６＞
基台前面上にＬＥＤ２２が環状に配設される場合、ＬＥＤ２２の環に対応する部分の流路の断面積を、その他の部分（渦巻きの中央部。流路がＬＥＤ２２の環の外側にも設けられている場合には、ＬＥＤ２２の環の外側に位置する部分を含めてもよい。）の流路の断面積よりも大きくしてもよい。

＜変形例７＞
ＬＥＤ２２が基台前面に環状に配設される場合、少なくともＬＥＤ２２の環に対応する部分に流路が形成されていればよい。即ち、平面視において基台の中央部分には必ずしも流路が形成されていなくてもよい。

＜変形例８＞
変形例２においては、基台本体部５３１の前面５３１ａおよび後面５３１ｂは、共に中央部が前方に突出（後面５３１ｂの場合は、凹入）する形状を有しており、冷却部５３２および冷却部５３２の流路も中央に近い部分ほど前方に突出する形状を有していた。しかし、これに限られない。例えば、基台本体部の前面は平面で、後面は中央部が前方に凹入した形状であってもよい。この場合、冷却部の前面または全体が基台本体部後面の凹入に沿うように中央部が突出した形状を有し、それに沿って流路も中央部が前方に突出した形状であってもよい。また、基台本体部の後面は平面で、冷却部の前面も平面であるが、中央部が前方に突出した流路が冷却部内部に形成されていてもよい。

さらには、基台本体部前面の中央部は前方に突出する形状を有し、流路は平面渦巻き状であってもよい。

＜変形例９＞
上記各実施形態および各変形例に係るランプにおいて、ケース外周面に放熱フィンを更に備える構成であってもよい。

＜変形例１０＞
上記各実施形態および各変形例に係るランプにおいて、外部からの電力の供給方法は、配線コードを用いて行ってもよいし、ケースの後方側に口金を備え、ソケットから口金を介して受電してもよい。

＜変形例１１＞
上記各実施形態および各変形例においては、ＬＥＤ２２はＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）タイプであったが、これに限られない。例えば、表面実装タイプのＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）でもよいし、ベアチップの状態や砲弾タイプで実装基板に実装されてもよい。さらには、これらを混合して用いてもよい。

＜変形例１２＞
各実施形態および各変形例においては、半導体発光素子にＬＥＤを用いた場合について説明したが、これに限られない。半導体発光素子として、例えば、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）やＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：エレクトリックルミネッセンス）素子を用いてもよい。

＜変形例１３＞
各実施形態および変形例１、２においては、基台本体部および冷却部が、ＡｌやＮｉ等の金属材料から形成され、変形例３においては、基台本体部および蓋部が、ＡｌやＮｉ等の金属材料から形成されていたが、これに限られない。例えば、ＡｌやＮｉ等の金属材料の代わりに熱伝導性の樹脂やセラミックス等を用いてもよい。基台本体部に熱伝導性の樹脂を用いる場合には、耐熱性も備えた樹脂材料を用いるとよい。

＜変形例１４＞
各実施形態および各変形例においては、基台は円柱状であったが、これに限られない。例えば、多角柱状であってもよい。

＜変形例１５＞
各実施形態および変形例１、３においては、実装基板２１は平面視において矩形であったが、これに限られない。例えば、平面視において円形であってもよいし、三角形、四角形等の多角形、楕円形状、円環状、多角環状等であってもよい。また、実装基板数も１個に限定するものでなく、複数備える構成であってもよい。

＜変形例１６＞
各実施形態および各変形例においては、封止体２３はＬＥＤ２２を個別に封止している（ＬＥＤ２２の数と封止体２３の数とが同じである。）。しかしながら、これに限られない。例えば、所定の複数個のＬＥＤ２２を１セットとして、セットごとに１つ（一塊）の封止体２３でＬＥＤ２２を封止してもよいし、全てのＬＥＤ２２を１つの封止体２３で封止してもよい。

＜変形例１７＞
実施形態２においては、熱伝導部材８５としてカーボングラファイトシートを用いた場合について説明したが、これに限られない。熱伝導部材８５として、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、ステンレス等の金属シートを用いてもよいし、シート状の熱伝導性の樹脂を用いてもよい。また、熱伝導部材８５の形状は、シート状に限られず、たとえば棒状やワイヤー状、メッシュ状であってもよい。さらには、ケース７０内部において、タンク５０とケース７０の内周面７１との間の空間に熱伝導部材８５として熱伝導性の樹脂を充填してもよい。

＜変形例１８＞
変形例２においては、基台本体部５３１は前面５３１ａが円滑な傾斜面であるドーム形の部材であったが、これに限られない。前面５３１ａが階段状であってもよい。この場合、各段の前面にＬＥＤ２２が実装される。加えて、配光角を広くする目的などにより、各段の側面にもＬＥＤ２２を実装してもよい。

＜変形例１９＞
上記各実施形態および各変形例にいては、カバー部１０は、略平板状の前面カバー１１を備える構成であったが、これに限られない。例えば、前面カバーがドーム状や電球のバルブを模した形状であってもよい。

＜変形例２０＞
また、カバー部１０のケース７０への固定は、カシメによる固定に限られず、例えば、接着剤を用いた固定や圧入による固定、爪部材等の係合構造を利用した固定であってもよい。

＜変形例２１＞
さらには、前面カバー１１の内面に、発光部２０から発せられた光を拡散させる拡散処理（例えば、シリカや白色顔料等による処理、ブラスト加工など）が施されていてもよい。また、前面カバー１１の後方に発光部２０から発せられた光を拡散させる拡散シート等の光拡散部材や、導光部材、レンズ等の光学部材を配設してもよい。

＜変形例２２＞
冷却媒体８１は、冷却用途にのみ限定されない。例えば、寒冷地などにおいて、電源投入直後など発光部の温度が低い場合に、発光効率を高めるために、ヒータで加熱された冷却媒体８１を、流路内を循環させるようにしてもよい。

なお、上記各実施形態に係るランプの部分的な構成、および上記各変形例に係る構成を、適宜組み合わせてなるランプであってもよい。また、上記各実施の形態および各変形例における説明に記載した材料、数値等は好ましいものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。また、各図面における各部材の寸法および比は、一例として挙げたものであり、必ずしも実在のランプの寸法および比と一致するとは限らない。さらに、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、ランプの構成に適宜変更を加えることは可能である。

１、２、３ ランプ
２０ 発光部
２１ 実装基板
２２ ＬＥＤ（半導体発光素子）
３０、４３０、５３０、６３０ 基台
３２ｂ 流路
３２ｂａ 中心部分
３２ｂｂ 外縁部分
４０ ポンプ
５０ タンク
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ 隔壁
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ チャンバー
５２ａ２ 流入口
５２ｂ２ 流出口
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ 貫通孔
６０ 回路ボックス（制御部）
７０ ケース
８１ 冷却媒体
８２ 熱伝導部材
９１ 液流センサ
９２ 温度センサ
Ｓ 筒軸

Claims (20)

1. 基台と、
   半導体発光素子を有し、前記半導体発光素子の主出射方向を前方とした場合に、前記基台の前面に配置された発光部と、を備えるランプであって、
   前記基台には、冷却媒体を流すための流路が設けられ、
   前記冷却媒体を収容するとともに、前記冷却媒体を冷却する機能を有するタンクを備え、
   前記流路は、平面視において渦巻き状であり、
   前記タンクは、筒状の外観を有し、複数の隔壁により筒軸方向に仕切られた複数のチャンバーから成り、前記筒軸方向の一端に前記冷却媒体の流入口が、他端に前記冷却媒体の流出口がそれぞれ設けられており、
   前記複数の隔壁には、貫通孔がそれぞれ設けられ、前記複数のチャンバーのうち隣り合うチャンバー同士は、前記貫通孔を介して連通している
   ことを特徴とするランプ。
2. 隣り合う前記貫通孔同士、隣り合う前記流入口と前記貫通孔、および隣り合う前記流出口と前記貫通孔とは、前記筒軸方向に見た場合に、互いに離間している
   ことを特徴とする請求項１に記載のランプ。
3. 前記複数の貫通孔は、前記筒軸からずれた位置に形成されており、隣り合う前記貫通孔同士の前記ずれの方向は、互いに反対方向である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のランプ。
4. 前記基台の前面は、平面である
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のランプ。
5. 前記基台の前面は、中央部が前方側に突出した形状である
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のランプ。
6. 前記流路は、平面渦巻き状である
   ことを特徴とする請求項４に記載のランプ。
7. 前記基台の後面は、中央部が前方側に凹入した形状であり、
   前記流路は、前記基台の後面の凹入に対応して前記渦巻きの中央部が前方側に突出した形状を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載のランプ。
8. 平面視において、前記流路は、前記基台の一部にのみ配置されており、前記基台の一部には、前記発光部の少なくとも一部が配置されている
   ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のランプ。
9. 前記基台は、前記発光部が載置される基台本体部と、前記基台本体部の後方側に取着され、前記流路を有する冷却部と、から成る
   ことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のランプ。
10. 前記冷却部が前記基台本体部に取着された状態において、前記冷却部の前面と前記基台本体部の後面とは接しており、
    前記冷却部の前面には、渦巻き状の溝が設けられ、
    前記流路は、前記溝の内面と前記基台本体部の後面とにより囲まれた領域である
    ことを特徴とする請求項９に記載のランプ。
11. 前記冷却部は、管状の部材が平面視において渦巻き状に巻回されて成り、
    前記流路は、前記管状の部材の管内空間である
    ことを特徴とする請求項９に記載のランプ。
12. 前記基台は、前記発光部が載置される基台本体部と、前記基台本体部の後方側に取着される蓋部と、から成り、
    前記基台本体部に前記蓋部が取着された状態において、前記基台本体部の後面と前記蓋部の前面とは接しており、
    前記基台本体部の後面には、渦巻き状の溝が設けられ、
    前記流路は、前記溝の内面と前記蓋部の前面とにより囲まれた領域である
    ことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のランプ。
13. 前記流路は、前記渦巻きの中心を含む中心部分と、前記中心部分の外側に連設された部分である外縁部分とから成り、
    前記流路に沿う方向に直交する平面による前記流路の断面積は、前記中心部分と前記外縁部分とで異なる
    ことを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載のランプ。
14. 前記断面積は、前記外縁部分よりも前記中心部分の方が大きい
    ことを特徴とする請求項１３に記載のランプ。
15. 前記断面積は、前記渦巻きの外側から中心に向かうにつれて漸次変化する
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載のランプ。
16. 前記冷却媒体を前記流路内において流動させるポンプをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載のランプ。
17. 前記ポンプは、前記渦巻きの中心から外側へと向かう方向に前記冷却媒体を流動させる
    ことを特徴とする請求項１６に記載のランプ。
18. 前記冷却媒体の単位時間当たりの流量を検出する液流センサと、
    前記基台の温度を検出する温度センサと、
    前記ポンプの駆動を制御する制御部と、をさらに備え、
    前記制御部は、前記温度センサによる検出温度が高いほど、前記流量が大きくなるように前記ポンプを制御する
    ことを特徴とする請求項１６または１７に記載のランプ。
19. 前記タンクを収容するケースと、
    前記タンクの外周面および前記ケースの内面に接触して前記ケース内に配置された熱伝導部材と、をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１から１８の何れか１項に記載のランプ。
20. 前記熱伝導部材は、カーボングラファイトシートである
    ことを特徴とする請求項１９に記載のランプ。

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