JP5818167B2

JP5818167B2 - Ｌｅｄランプ

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Publication number: JP5818167B2
Application number: JP2012242002A
Authority: JP
Inventors: 将幸松崎; 孝佳今成; 守幸関根; 正宗浪江
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: EP2937624A1; JP2014093152A; EP2937624A4; WO2014069183A1; EP2937624B1

Description

本発明は、ＬＥＤランプに関する。

照明用ランプは、概して、白熱電球、蛍光灯、ＨＩＤランプ、ＬＥＤランプと順次開発され、実用化されてきた。ＬＥＤランプは、発光ダイオード素子を光源として利用したランプである。ＬＥＤランプは、青色ＬＥＤ素子の開発により白色の発光が可能となり、最近、照明用ランプとして利用が拡がりつつある。

図１は、現在広く販売されているＬＥＤランプの一例を示す図である。これらのＬＥＤランプ１００は、一般に、出力が１０Ｗ以下（典型的には７Ｗ程度）のランプである。図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ランプ形状は種々あるが、基本的に、口金１０２、放熱部１０４及びグローブ１０６から成っている。放熱部１０４は、アルミニウムのダイキャストから形成され、多くの場合、外周面に放熱フィンが形成されている。グローブ１０６は、透光性の樹脂から成る。

ＬＥＤ素子は、白熱電球、蛍光灯、ＨＩＤランプ等と異なり、半導体素子であるため真空雰囲気又は所定のガス雰囲気中に配置する必要性がない。従って、アルミダイキャスト部分１０４とグローブ１０６との間は、適当な接着剤で固定されている。このため、アルミダイキャスト部分１０４とグローブ１０６とで形成される内部空間は、ランプ外部との間で気密封止にはなってない。
本発明者等は、本発明に関連する次の先行特許文献が存在することを承知している。

特開2003-016805「ライト及びライトの製造方法」（公開日：2003/01/17）、出願人：今井紘一特開2004-296245「ＬＥＤランプ」（公開日：2004/10/21）、出願人：松下電工株式会社特開2010-135181「照明装置」（公開日：2010/06/17）、出願人：シャープ株式会社国際公開WO 2012/095931「ランプ及び照明装置」（国際公開日：2012/07/19）、出願人：パナソニック株式会社特開2012-156036「ＬＥＤランプ」（公開日：2012/08/16）、出願人：岩崎電気株式会社

本願で開示するＬＥＤランプと比較すると、上記先行特許文献１〜５に開示するランプは次の点で相違する。先ず、本願で開示するＬＥＤランプは、ＬＥＤ素子をガラス製密封容器で覆って気密封止し、ガラス製密封容器内には冷却・放熱手段として低分子量ガスが封入されている。

特許文献１は、ケース部材として樹脂及びガラスを例示し、ガラスを使用した場合は内部の発光ダイオードが外部環境から保護され、更にガラス容器内を、水分を有しないガス（実施例では窒素ガス）を封入した場合には水分が残留せずガラスが曇らない効果を開示する。しかし、ここには、冷却・放熱手段としての低分子量ガスに関する記載・示唆は無い。

特許文献２は、ＬＥＤランプを収納するバルブは樹脂材料から形成され、本願発明に関連して説明した気密封止に関する記載・示唆は無い。

特許文献３は、透光性カバーはポリカーボネート樹脂製であり、放熱部はアルミ等の金属製である。図１に例示したＬＥＤランプに該当し、気密封止に関する記載・示唆は無い。

特許文献４は、「本発明に係るランプ（１００）は、気体が封入されたランプであって、グローブ（１０）と、基台（２１）と当該基台（２１）に配置されＬＥＤ（２２）とを有し、グローブ（１０）内に収納されたＬＥＤモジュール（２０）と、を備える。ランプ（１００）内の前記気体は、水素、ヘリウムおよび窒素のいずれかを含み、ＬＥＤモジュール（２０）を包み込むようにクローブ（１０）内に封入されている。」（要約）と開示する。特許文献４には、本願で開示する光源支持体が形成する冷却ガス流路、それを通る冷却ガス流、冷却ガス流の流入・流出口であるスリット等に関する記載はない。

特許文献５は、本出願人による出願であり、本願発明の基礎となった出願である。本願発明との相違は、以下に詳細に説明する。

ＬＥＤ素子は、半導体素子であり、半導体の接合部の温度と素子寿命が密接な関係にある。即ち、使用時の接合部の温度が比較的低い場合には素子寿命は長期間となるが、温度が高くなるにつれ素子寿命は急激に短くなる。従って、ＬＥＤランプでは、ＬＥＤ素子の温度が高いとランプ寿命が短縮化し、ランプ照度も劣化する。
半導体素子を使用した電子機器においては冷却・放熱手段が重要事項であるのと同様に、ＬＥＤランプにおいても冷却・放熱手段が重要事項となる。

そのため、本出願人は、前掲特許文献５により、次のようなアイデアを提案した。即ち、気密封止されたランプ構成において、ランプ内に冷却ガス（低分子量ガス）を封入する。ランプ内には、ランプ軸線方向に長い形状の光源支持体を配置し、その周囲に複数個のＬＥＤを搭載する。光源支持体にはランプ軸線に沿って貫通孔を形成して冷却ガス流路とし、ＬＥＤを裏面からも効率良く冷却する。このアイデアに関しては、一定の冷却効果が有ることが確認され、特許文献５の図６にグラフで示されている。

前掲特許文献５の出願後、本発明者等は、そのアイデアを元に、更に高い冷却・放熱手段を備えたＬＥＤランプの構成の研究開発を継続してきた。
この研究開発の結果に基づき、本発明は、新規な冷却・放熱手段を備えたＬＥＤランプを提供することを目的とする。

本発明に係るＬＥＤランプは、複数個のＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を側面に支持し、ランプ軸線に沿って延在する光源支持体と、前記光源支持体を包囲し且つ気密封止され、冷却ガスとしての低分子量ガスを内封したガラス製密封容器とを備え、前記光源支持体は、ランプ軸線に沿って冷却ガス流路を取り囲み、該光源支持体の両端部のガス流入・流出口に加えて、両端部の間にガス流入・流出口を有している。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記低分子量ガスは、ヘリウムガス、水素ガス及びネオンガスのいずれか又はこれらの任意の組み合わせの混合ガスを含んでいてもよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、前記冷却ガス流路を取り囲むように配置された複数個の光源支持体片からなり、前記複数個の光源支持体片は、ランプ軸線に垂直な断面で見て、ｎ角形（ｎ＝３，４，…）を形成するように配置され、前記光源支持体の両端部の間にあるガス流入・流出口は、隣接する光源支持体片間のスリットからなってもよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、ランプ軸線に沿って延在する１個の棒状体であり、前記冷却ガス流路は、前記光源支持体にランプ軸線に沿って形成された貫通孔内に形成され、前記光源支持体の両端部の間にあるガス流入・流出口は、前記光源支持体の側面から前記貫通孔に至る開口であってよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体には、前記複数個のＬＥＤが搭載された実装基板が固定されていてもよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体には、前記複数個のＬＥＤが搭載された実装基板が固定され、該実装基板はメタルコア基板であってよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、少なくとも、アルミニウム、銅、又は熱伝導樹脂を含む良好な熱伝導性を有する部材から成ってよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、前記冷却ガス流路を取り囲むように配置された複数個の光源支持体片からなり、前記複数個の光源支持体片は、ランプ軸線に垂直な断面で見て、ｎ角形（ｎ＝３，４，…）を形成するように配置され、前記光源支持体の両端部の間にあるガス流入・流出口は、前記光源支持体の表面から前記冷却ガス流路に至るスリット、開口又はメッシュ孔からなってよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、両端部が拡がった形状からなり、前記冷却ガス流路の断面積が、両端部に比較して中央部が相対的に狭くなっていてもよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体片は、両端部に比較して中央部の板厚が厚く形成され、前記冷却ガス流路の断面積が、両端部に比較して中央部が相対的に狭くなっていてもよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記口金とは反対側である前記ガラス製密封容器のトップ部内側に、前記光源支持体に固定された熱伝導樹脂から成る伝熱器を備えていてもよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記ガラス製密封容器のトップ部外側に、前記伝熱器に前記ガラス製密封容器を挟んで熱的伝導関係にある追加熱放熱器を備えていてもよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記光源支持体の上端、下端又はその両方の近傍に、ガス流加速ファンを備えていてもよい。

更に、上記ＬＥＤランプでは、前記ガラス製密封容器内に、前記低分子量ガスに加えて、窒素ガスが内封されていてもよい。

本発明によれば、新規な冷却・放熱手段を備えたＬＥＤランプを提供することが出来る。

図１は、現在広く販売されているＬＥＤランプの一例を示す図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤランプの一例を示す図である。ここで、（Ａ）はＬＥＤランプの正面図であり、（Ｂ）は４個の光源支持体の位置関係が分かるように斜め下方から見た斜視図である。図３Ａは、図２に示すＬＥＤランプで使用される光源支持体を説明する図である。図３Ｂは、本発明の第２実施形態に係る光源支持体を説明する図である。図４Ａは、前掲特許文献５で提案した光源支持体間にスリットが無い場合の冷却ガス流の流れを説明する図である。図４Ｂは、図２に示す第１実施形態に係る光源支持体間にスリットが有る場合の冷却ガス流の流れを説明する図である。図５Ａは、ランプを垂直点灯（ＢＤ）した場合、光源支持体間のスリットの有無によるＬＥＤ冷却効果を比較したグラフである。図５Ｂは、ランプを水平点灯（ＢＨ）した場合、光源支持体間のスリットの有無によるＬＥＤ素子温度を比較したグラフである。図６Ａは、光源支持体間のスリット有りの場合の垂直点灯（ＢＤ）と水平点灯（ＢＨ）によるＬＥＤ素子温度を比較したグラフである。図６Ｂは、光源支持体間のスリット無しの場合の垂直点灯（ＢＤ）と水平点灯（ＢＨ）によるＬＥＤ素子温度を比較したグラフである。図７は、光源支持体間のスリット有りで水平点灯（ＢＨ）の場合と、スリット無しで垂直点灯（ＢＤ）の場合とのＬＥＤ素子温度を比較したグラフである。図８Ａは、本発明の第３実施形態に係る、光源支持体の両端部の間に開口を設けた例を示す図である。図８Ｂは、同様に、光源支持体を格子状又はメッシュ状に形成した例を示す図である。図９は、本実施形態に係るＬＥＤランプの製造方法のフローであり、各ステップの右側にその段階の簡単なランプの図を示している。図１０Ａは、本発明の第４実施形態に係る、端部を拡げた光源支持体を説明する図である。図１０Ｂは、同様に、中間部の板厚を厚くした光源支持体を説明する図である。図１１は、本発明の第５実施形態に係る伝熱器及び第６実施形態に係る追加放熱器を説明する図である。図１２は、本発明の第７実施形態に係る、光源支持体の端部付近に冷却空気駆動ファンを設けた例を説明する図である。

以下、本発明に係るＬＥＤランプの実施形態に付いて、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。また、以下に説明する実施形態は、例示であって、本発明の範囲を限定するものではないことを承知されたい。

［第１実施形態］
（ＬＥＤランプの構成）
図２は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤランプの一例を示す図である。ここで、（Ａ）はＬＥＤランプの正面図であり、（Ｂ）は４個の光源支持体の位置関係が分かるように斜め下方から見た斜視図である。このＬＥＤランプ１０は、図１で説明した現在広く宣伝・販売されている７Ｗ程度の低出力ＬＥＤランプではなく、主として高出力の２０Ｗ程度のＬＥＤランプを対象としている。このため、冷却・放熱手段が更に重要な検討事項となる。

図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０は、一端が口金２で気密封止された外球６の内部に、複数個のＬＥＤ素子１８が配置されている。複数個のＬＥＤ素子１８は、光源支持体１４に適当な間隔で搭載され固定される。

更に、この光源支持体１４は、外球６の一端に固着されたステム８から延在する支柱２０によって、外球６の内部の適当な箇所に位置決め支持されている。所望により、光源支持体１４に隣接する支柱２０の部分には、絶縁性チューブ（図示せず。）が被せられ、光源支持体１４と支柱２０との間の電気絶縁性が確保される。

更に、口金２に近い外球６の内部には、熱遮蔽部材２４が設けられていてもよい。熱遮蔽部材２４は、例えば、セラミック、金属板、マイカ板等で形成されている。熱遮蔽部材２４の機能に関しては、後で、図９に示す製造方法に関連して説明する。

外球６の内部空間２２には、低分子量ガスが封入されている。本出願書類で「低分子量ガス」とは、比熱が大きく、熱伝導性が良好なガスであり、典型的にはヘリウムガスである。更に、ネオンガス、水素ガス、又はこれらの混合ガスであってもよい。特に、水素ガスは反応性が高いため、これを抑制した水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスとしてもよい。なお、水素ガスやヘリウムガスを使用する場合に関しては、後述する第８実施形態も参照願いたい。

（各構成要素の説明）
図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０の各要素に関して簡単に説明する。
口金２は、白熱電球やＨＩＤランプで使用されているねじ込みタイプ（Ｅ型）や差し込みタイプであってよい。外球６は、例えば、ホウケイ酸ガラス等の透光性の硬質ガラスから成るＢＴ管である。しかし、任意の形状であってよい。外球６は、透明タイプ又は拡散タイプ（曇りガラスのタイプ）のいずれであってもよい。公知の白熱電球やＨＩＤランプと同様に、口金２と外球６との間は気密封止され、外球内部空間と外部空間との間は気密封止状態となっている。

図２（Ｂ）に示すように、このＬＥＤランプ１０では、４枚の光源支持体片１４−１〜１４−４から成る光源支持体片１４を備え、各光源支持体片に１個又は２個以上のＬＥＤ素子１８が搭載されている。

図３Ａは、この光源支持体１４を説明する図である。光源支持体片１４−１〜１４−４の外形は、板状体であり、熱伝導性の良好な材質から成り、例えば、銅、アルミニウム、熱伝導樹脂等から成る。熱伝導樹脂は、樹脂に金属粉・金属片を混入して熱伝導係数を高くしたものである。
４枚の光源支持体片１４−１〜１４−４は、軸方向断面で見ると、概して矩形を形成するように配置されている。更に、隣接する光源支持体片の間は接続されてなく、スリット（間隙）２６を空けて配置されている。図示する光源支持体１４は、４枚の光源支持体片軸方向断面で見ると矩形を形成するように配置しているが、これに限定されない。即ち、３枚の光源支持体片で三角形を形成するように配置してもよく、任意の枚数（ｎ個）の光源支持体片で任意の多角形（ｎ角形）を形成するように配置してもよい。
各ＬＥＤ素子１８に対する給電は、ＬＥＤ素子を直列に接続するリード線（図示せず。）により行われる。光源支持体１４が良好な電気伝導体の場合、光源支持体を給電線として利用してもよい。

［第２実施形態］
図３Ｂは、第２実施形態に係る光源支持体１４を説明する図である。第１実施形態に係る光源支持体と比較すると、第２実施形態は、ＬＥＤ素子１８が実装基板１６に実装され、実装基板１６が光源支持体１４に固定されている点で相違する。
図に示すように、光源支持体１４の外周側面には、実装基板１６が固定されている。所望により、光源支持体１４の外周側面と実装基板１６との間に、熱伝導シート（図示せず。）を介在配置してもよい。光源支持体１４の断面形状がｎ角形であれば、ｎ個の外周側面に実装基板１６が夫々固定される。各実装基板１６には、１個又は２個以上の複数個のＬＥＤ素子１８が搭載されている。

実装基板１６は、プリント配線板から成り、ＬＥＤ素子に給電するための必要な回路パターンが形成されている。ＬＥＤ素子１８の放熱・冷却効果を高めるため、実装基板１６は、板厚を比較的薄くするか、或いはメタルコア基板（金属コア基板）として形成することが好ましい。プリント配線板の技術分野に於いて、メタルコア基板は公知の技術である。金属の良好な熱伝導性により、高い放熱・冷却効果が期待できる。

第１実施形態と同様に、隣接する光源支持体片の間は接続されてなく、スリット（間隙）２６を空けて配置されている。更に、光源支持体片は、任意の枚数で任意の多角形を形成するように配置してもよい。

［光源支持体の配置と冷却効果］
（光源支持体の配置）
第１実施形態及び第２実施形態において、隣接する光源支持体片の間は接続されてなく、スリット（間隙）２６を空けて配置されていると説明した。その理由は、次の通りである。
本出願人は、前掲特許文献５において、隣接する光源支持体片を接続したアイデアを提案した（特許文献５の図３参照）。図４Ａは、このような光源支持体片を相互に接続してスリットが無い場合の冷却ガス流の流れを説明する図である。図に示すように、４枚の光源支持体片１４−１〜１４−４により取り囲まれ、軸方向のガス流路１５が形成される。ＬＥＤ素子１８の発熱により光源支持体１４は高温となり、高温光源支持体により温められたガス流路１５内の冷却ガスは上方に移動し、暖かいガス流２３−２となりガス流路上端からランプ外球内に放出される。一方、ガス流路下端から、新たなガス流２３−１がガス流路内に流入する。このような煙突効果により、光源支持体１４の裏面は効果的に冷却される。ＬＥＤ素子１８は、その表面を取り囲む冷却ガスにより冷却される。これに加えて、ＬＥＤ素子１８は、裏面を、光源支持体１４により効果的に冷却されている。このアイデアに関しては、一定の冷却効果が有ることが確認され、特許文献５の図６にグラフで示されている。

しかし、特許文献５の出願後、本発明者等は、このアイデアを元に、更に高い冷却・伝熱手段を備えたＬＥＤランプの研究開発を継続してきた。その結果、隣接する光源支持体片１４の間を接続せず、スリット（間隙）２６を空けて配置することにより、更に冷却効果が高くなることを発見した。

図４Ｂは、光源支持体片１４−１〜１４−４の間にスリットが有る場合の冷却ガス流の流れを説明する図である。高い冷却効果は、図４Ａに示すガス流２３−１，２３−２に加えて、スリットからガス流路１５に流入又は流出するガス流２３−３が増加するためと思われる。

（冷却効果）
図５Ａ〜図６Ｂのグラフを参照しながら、ランプの点灯方向（垂直点灯，水平点灯）を考慮した、スリットの有無による冷却効果の相違を説明する。尚、垂直点灯の実験は口金が下側に位置するＢＤで行なっているが、口金が上側に位置するＢＵでも、同様の効果が期待できる。
表１は、その実験データである。この実験は、次の条件で行われた。
光源支持体：１片が140ｍｍ長×２５ｍｍ幅×３ｍｍ厚のアルミニウム板、４枚
スリットの大きさ（隣接する光源支持体距離）：３．５ｍｍ
ＬＥＤ仕様：２０Ｗ×４枚

表１のデータより、点灯方向（ＢＤ，ＢＨ）及びスリットの有無の間で冷却効果の高低を比較検討した。即ち、表１の左欄の掲げる次のモデルに関して、冷却効果の高低を比較検討した。
モデルＩ：（ＢＤ，スリット有）、
モデルII：（ＢＤ，スリット無）、
モデルIII（ＢＨ，スリット有）、
モデルIV：（ＢＨ，スリット無）。

図５Ａは、ランプを垂直点灯（ＢＤ）した場合、光源支持体間のスリットの有無によるＬＥＤ冷却効果を比較したグラフである。図５Ｂは、ランプを水平点灯（ＢＨ）した場合、光源支持体間のスリットの有無によるＬＥＤ素子温度を比較したグラフである。

図５Ａに示す垂直点灯（ＢＤ）の場合、例えば、ＬＥＤ駆動電力が３０Ｗのとき、スリット無し（グラフの▲）ではＬＳＩ素子のケース温度は、TC-25℃換算値で１２２．４℃であるのに対し、スリット有り（□）では１０４．４℃と低くなっている。ＬＥＤ駆動電力２０〜４０Ｗにおいて、モデルIIのスリット無し（▲）に比較して、モデルＩのスリット有り（□）の方が低温であり、冷却効果が高かった。

図５Ｂに示す水平点灯（ＢＨ）の場合、例えば、ＬＥＤ駆動電力が３０Ｗのとき、スリット無し（▲）ではＬＳＩ素子のケース温度は、TC-25℃換算値で１２８．３℃であるのに対し、スリット有り（□）では１１１．７℃と低くなっている。ＬＥＤ駆動電力が２０〜４０Ｗにおいて、モデルIVのスリット無し（▲）に比較して、モデルIIIのスリット有り（□）の方が低温であり、冷却効果が高かった。

この結果、点灯方向（ＢＤ，ＢＨ）に拘わらず、スリット無し（▲）に比べて、スリット有り（□）の方が冷却効果は高く、ＬＥＤ素子１８の温度は低く維持されることが判明した。ＬＥＤ素子の温度に関しては、図５Ａに示すように、モデルＩ＜モデルII （右の方が高温であることを意味する。）の関係にあった。同様に、図５Ｂに示すように、モデルIII＜モデルIVの関係にあった。

図６Ａは、スリット有りの場合、垂直点灯（ＢＤ）と水平点灯（ＢＨ）とによるＬＥＤ冷却効果を比較したグラフである。図６Ｂは、スリット無しの場合、垂直点灯（ＢＤ）と水平点灯（ＢＨ）によるＬＥＤ冷却効果を比較したグラフである。

図６Ａに示すスリット有りの場合、例えば、ＬＥＤ駆動電力が３０Ｗのとき、水平点灯（ＢＨ）ではＬＳＩ素子のケース温度は、TC-25℃換算値で１１１．７℃であるのに対し、垂直点灯（ＢＤ）では１０４．４℃と低くなっている。ＬＥＤ駆動電力２０〜４０Ｗにおいて、モデルIIIの水平点灯（ＢＨ）に比較して、モデルIVの垂直点灯（ＢＤ）の方が低温であり、冷却効果が高かった。

図６Ｂに示すスリット無しの場合、例えば、ＬＥＤ駆動電力が３０Ｗのとき、水平点灯（ＢＨ）ではＬＳＩ素子のケース温度は、TC-25℃換算値で１２８．３℃であるのに対し、垂直点灯(ＤＨ)では１２２．４℃と低くなっている。ＬＥＤ駆動電力２０〜４０Ｗにおいて、モデルIVの水平点灯（ＢＨ）に比較して、モデルIIの垂直点灯（ＢＤ）の方が低温であり、冷却効果が高かった。

この結果、スリットの有無に拘わらず、水平点灯（ＢＨ）に比べて、垂直点灯（ＢＤ）の方が冷却効果は高く、ＬＥＤ素子１８の温度は低く維持されることが判明した。ＬＥＤ素子の温度に関しては、図６Ａに示すように、モデルＩ＜モデルIIIの関係にあった。同様に、図６Ｂに示すように、モデルII＜モデルIVの関係にあった。

図７は、モデルIIIとモデルIIとのＬＥＤ素子温度を比較したグラフである。モデルIIのＬＳＩ素子のケース温度は、例えば、ＬＥＤ駆動電力が３０Ｗのとき、TC-25℃換算値では１２２．４℃であるのに対し、モデルIIIでは１１１．７℃と低くなっている。ＬＥＤ駆動電力２０〜４０Ｗにおいて、モデルIIに比較して、モデルIIIの方が低温であり、冷却効果が高かった。ＬＥＤ素子の温度に関しては、モデルIII＜モデルIIの関係にあった。

以上の結果をまとめると、次のようになる。
図５Ａ及び図５Ｂの結果より、モデルＩ＜モデルII及びモデルIII＜モデルIVが得られ、
図６Ａ及び図６Ｂの結果より、モデルＩ＜モデルIII及びモデルII＜モデルIVが得られ、
図7の結果より、モデルIII＜モデルIIが得られる。
従って、次の順序でＬＳＩ素子温度が高くなることが判明した。即ち、右に行くほどＬＥＤ素子温度は高く、左に行くほどＬＥＤ素子１８の温度は低く維持され、冷却効果が高いことが判明した。
モデルＩ（スリット有り，ＢＤ）＜モデルIII（スリット有り，ＢＨ）＜モデルII（スリット無し，ＢＤ）＜モデルVI（スリット無し，ＢＨ）
この結果、冷却に寄与する第１の要因は「スリット有り」であり、第２の要因は「垂直点灯（ＢＤ）」であることが判明した。第２の要因に関する点灯方式は、多くの場合、ランプが設置される建造物、照明エリア、照明器具、顧客ニーズ等によって決められる。従って、光源支持体を「スリット有り」とすることが重要である。

［第３実施形態］
第１の要因である「スリット有り」から、『ガス流路１５を形成する光源支持体１４の両端部の冷却ガス流入・流出口に加えて、光源支持体の両端部の間にも冷却ガス流入・流出口を設けることにより、ＬＥＤ素子に対する冷却効果は更に向上する』との技術的知見が得られた。

図８Ａは、本発明の第３実施形態に係る、光源支持体の両端部の間に開口を設けた例を示す図である。図８Ｂは、同様に、光源支持体１４を格子状又はメッシュ状に形成した例を示す図である。図８Ａに示す光源支持体１４は、相互間にスリットを設けず、両端部の冷却ガス流入・流出口に加えて、両端部間にも冷却ガス流入・流出口として複数個の開口２６ａを設けている。開口２６ａの大きさ、形状、個数は、任意所望のものであってよい。なお、光源支持体片相互間にスリットを設け、且つ両端部間にも冷却ガス流入・流出口として複数個の開口２６ａを設けてもよい。

図８Ｂに示す光源支持体１４は、格子状又はメッシュ状に形成され、両端部の冷却ガス流入・流出口に加えて、両端部間にも冷却ガス流入・流出口として複数個の開口又はメッシュ孔２６ｂを設けている。開口又はメッシュ孔２６ａの大きさ、形状、個数は、任意所望のものであってよい。なお、光源支持体片相互間にスリットを設け、且つ両端部間にも冷却ガス流入・流出口として複数個の開口又はメッシュ孔２６ａを設けてもよい。

冷却ガス流路を形成する光源支持体は、断面で見て、複数個の光源支持体片を矩形又は多角形に配置されたもの限定されない。実質的にランプ軸線に沿って冷却ガス流路が形成されればよい。断面で見て、断面が円形、楕円形等の１個の光源支持体であってもよい。両端部の間の冷却ガス流入・流出口は、実質的に外管内部の冷却ガスと、光源支持体が形成する冷却ガス流路内の冷却ガスとが気体連通する機能を奏するものであればよい。好ましいガス流路の全表面積に対する両端部の間の開口面積（スリット，開口，メッシュ孔等の面積の合計）、即ち、好ましい開口率に関しては、今後の研究・開発に委ねられている。

（ＬＥＤランプの製造方法）
図９は、本実施形態に係るＬＥＤランプの製造方法のフローであり、各ステップの右側にその段階の簡単なランプの図を示している。
ステップＳ１のマウント組立工程で、ＬＥＤ素子１８を光源支持体１４に固定し、光源支持体を支柱２０に取り付けてマウントを形成、ステム８を取り付ける。
ステップＳ２の封止工程で、マウントを外球６の外球内部に挿入し、マウントが取り付けられたステム８と外球６とをバーナーで熱して封着し、気密封止する。
ステップＳ３の排気行程で、封止済みの外球内部から排気管を通じて一度真空状態に排気する。その後、低分子量ガスを封入し、チップオフ（排気管をバーナーで溶かして封着すること）する。
ステップＳ４の口金付け工程で、口金２のトップ部及びサイド部を半田付けする。
ステップＳ５の点灯試験、検査を経て、ＬＥＤランプ１０が完成する。

ここで、ステップＳ２〜Ｓ４では、外球の取り付け部、ステム等がバーナーによって１０００℃近くの高温に熱せられる。この熱が、外球内部のＬＥＤ素子１８に伝わって損傷しないようにするため、熱遮蔽部材２４（図２（Ａ），（Ｂ）参照）が、外球の口金取り付け部分とＬＥＤ素子１８との間に設けられている。

［その他の実施形態］
本発明は、更に、以下のようなその他の実施形態を採用し得る。
（第４実施形態）
図１０Ａは、本発明の第４実施形態に係る、端部を拡げた光源支持体を説明する図である。図１０Ｂは、同様に、中間部の板厚を厚くした光源支持体を説明する図である。第４実施形態は、光源支持体で形成する冷却ガス流路を、両端部における冷却ガス流路断面積に比較して、中央部における冷却ガス流路断面積を小さく（狭く）している。図１０Ａに示す光源支持体１４ｃは、両端部をラッパ状に拡げて、中央部を相対的に狭くしている。図１０Ｂに示す光源支持体１４ｄは、各支持体片の中間部の板厚を両端部の板厚より厚くして、中央部を相対的に狭くしている。中央部における冷却ガス流路断面積を狭くすることにより、中央部分でガス流は加速され、冷却効果が高くなることが期待される。

（第５実施形態及び第６実施形態）
図１１は、本発明の第５実施形態に係る伝熱器２８及び第６実施形態に係る追加放熱器３０を説明する図である。第５実施形態では、図１１（Ａ）に示すように、外球内部に伝熱器２８を形成することにより、更に冷却・放熱性能の向上を図っている。具体的には、外球内に、熱伝導樹脂を流し込み、硬化させて伝熱器２８を形成する。ランプ製造の際、外球６の口金２の近傍は加熱され高温に曝されるが、外球トップ部は熱遮蔽部材２４の効果等によりこの熱に曝されることはない。従って、予め形成された伝熱器２８が、その後の製造工程で熱の影響を受けることはない。
試作段階では、伝熱器２８は、シリコンにカーボンファイバーを混入した熱伝導樹脂を用いて作成した。しかし、他の熱伝導樹脂（樹脂に金属粉・金属片を混入したもの）を使用してもよい。この伝熱器２８に対して、光源支持体１４の端部を直接固定する。この場合、光源支持体１４の端部にある冷却ガス流の出入り口を確保するため、例えば、光源支持体の端部に切り欠き、穴等を設けたり、端部を複数本の脚部状にしたりして、ガス流の流入・流出口（図示せず。）を塞がないようにする。伝熱器２８に対して、光源支持体１４の端部を直接固定することで、ＬＥＤ素子１８の発熱が光源支持体１４から伝熱器２８に効率良く熱伝導され、冷却・放熱効果が向上する。

第６実施形態は、第５実施形態に加えて、追加放熱器３０を追加採用する例である。図１１（Ｂ）に示すように、第５実施形態の伝熱器に２８対して、外球外部に追加放熱器３０を取り付けている。外球トップ部の外形形状に合致するように追加放熱器３０を形成し、外球トップ部に圧入し又は適当な接着剤で固着する。追加放熱器３０の材料は、伝熱器２８と同じ熱伝導樹脂又はその他の良好な熱伝導性材であればよい。外球内の伝熱器２８と外球外部の追加放熱器３０とは、外球ガラスを介して熱的伝導関係にあるため、伝熱器２８の熱は追加放熱器３０を介して効率良く外気に放出される。

（第７実施形態）
図１２は、本発明の第７実施形態に係る、光源支持体の端部付近に冷却空気駆動ファンを設けた例を説明する図である。光源支持体１４の下端部の冷却ガス流入口に、ガス流加速用ファン３２を設けてもよい。ガス流加速用ファン３２は、光源支持体１４の上端部のガス流出口に設けてもよく、両端部に設けてもよい。ガス流加速用ファン３２の作用により、冷却ガス流路１５を通る冷却ガスは加速され、更に冷却効果が高くなる。

（第８実施形態）
第８実施形態は、図示していないが、外球６の内部空間２２に封入する低分子量ガスに加えて、他のガスを封入する例である。低分子量ガスの水素ガスやヘリウムガスは、分子が小さいため、ランプを長時間使用した場合、ガスが外球６から徐々に外部へ抜けてしまう現象が見られた。冷却ガスが抜けてしまうと、外球内の冷却ガス量は減少してＬＥＤ素子１８の温度が上昇する。これを防止するため、水素ガスやヘリウムガスを使用する場合には、外球外部へ抜けにくい比較的大きい分子のガス（典型的には窒素ガス）と混合して封入することが好ましい。

［まとめ］
以上により、本発明に係るＬＥＤランプの実施形態に付いて説明したが、これらは例示であって、本発明を限定するものではない。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

１：ランプ、２：口金、６：外球、８：ステム、１０：ランプ、１４，１４ａ〜１４ｄ：光源支持体、１４−１〜１４−４：光源支持体片、１５：冷却ガス流路、１６：実装基板、１８：ＬＥＤ素子、２０：支柱、２２：内部空間、２３：ガス流、２４：熱遮蔽部材、２６ａ：開口、２６ｂ：メッシュ孔、２８：伝熱器、３０：追加放熱器、３２：ガス流加速用ファン、１００：ランプ、１０２：口金、１０４：アルミダイキャスト部分、１０４：放熱部、１０６：グローブ
ＢＤ：垂直点灯、ＢＨ：水平点灯、

Claims

複数個のＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子を側面に支持する光源支持体と、該光源支持体を包囲し且つ冷却ガスとしての低分子量ガスを内封して気密封止されたガラス製密封容器とを備え、
前記光源支持体は、ランプ軸線に沿って延在する１個の棒状体であり、前記ガラス製密封容器の端部から延在する支柱によって該容器の内部空間内に支持され、
前記光源支持体には、ランプ軸線に沿って形成され且つ両端は開放してガス流入・流出口となって、一端から他端に流れる冷却ガス流路となる貫通孔が形成され、
垂直点灯したとき、前記貫通孔にある冷却ガスは暖められ、前記冷却ガス流路を下端から上端に向かって流れ、前記ガラス製密封容器内に排出され、該容器内で冷やされて再び下端から該貫通孔に流入する冷却ガス流が形成されるＬＥＤランプにおいて、
更に、前記光源支持体は、両端の前記ガス流入・流出口に加えて、両端部の間にガス流入・流出口を有して、前記貫通孔の下端から上端へ流れる冷却ガス流に流入又は流出するガス流を形成している、ＬＥＤランプ。
請求項１に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記低分子量ガスは、ヘリウムガス、水素ガス及びネオンガスのいずれか又はこれらの任意の組み合わせの混合ガスを含む、ＬＥＤランプ。
請求項１又は２に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体の両端部の間にあるガス流入・流出口は、前記光源支持体の側面から前記貫通孔に至る開口である、ＬＥＤランプ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体には、前記複数個のＬＥＤが搭載された実装基板が固定されている、ＬＥＤランプ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体には、前記複数個のＬＥＤが搭載された実装基板が固定され、該実装基板はメタルコア基板である、ＬＥＤランプ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体は、少なくとも、アルミニウム、銅、又は熱伝導樹脂を含む良好な熱伝導性を有する部材から成る、ＬＥＤランプ。
請求項３に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体は、前記冷却ガス流路を取り囲むように配置された複数個の光源支持体片からなり、
前記複数個の光源支持体片は、ランプ軸線に垂直な断面で見て、ｎ角形（ｎ＝３，４，…）を形成するように配置され、
前記光源支持体の側面から前記貫通孔に至る開口は、格子状又はメッシュ状に形成されている、ＬＥＤランプ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体は、両端部が拡がった形状からなり、前記冷却ガス流路の断面積が、両端部に比較して中央部が相対的に狭くなっている、ＬＥＤランプ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体は、両端部に比較して中央部の板厚が厚く形成され、前記冷却ガス流路の断面積が、両端部に比較して中央部が相対的に狭くなっている、ＬＥＤランプ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記口金とは反対側である前記ガラス製密封容器のトップ部内側に、前記光源支持体に固定された熱伝導樹脂から成る伝熱器を備えている、ＬＥＤランプ。
請求項１０に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記ガラス製密封容器のトップ部外側に、前記伝熱器に前記ガラス製密封容器を挟んで熱的伝導関係にある追加熱放熱器を備えている、ＬＥＤランプ。
請求項３に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記光源支持体の上端、下端又はその両方の近傍に、ガス流加速ファンを備えている、ＬＥＤランプ。
請求項１又は２に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記ガラス製密封容器内に、前記低分子量ガスに加えて、窒素ガスが内封されている、ＬＥＤランプ。