JP6056026B1 - 発光ダイオード照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の発光ダイオードを用いても発光ダイオードからの放熱を容易に行うことができ、水銀灯に匹敵しうる明るさを容易に得ることができる発光ダイオード照明装置を提供する。【解決手段】発光ダイオード照明装置は、円筒面状の外周面を有する管状部４１とこの管状部４１の内周面からこの管状部４１の内部に向かって延びた複数の放射部４２とこれらの放射部４２同士を連結する連結部４３とを有する放熱部材４０と、放熱部材４０の管状部４１の外周面に熱的に接触して設けられた少なくとも一つの実装基板５０と、複数の放射部４２に対応する部分の実装基板５０上に光出射面が外側を向くように実装された複数の発光ダイオード６０とを有する。【選択図】図３

Description

この発明は、発光ダイオード照明装置に関し、例えば、水銀灯の代替照明灯として用いて好適なものである。

従来、水銀灯と交換可能な発光ダイオード照明装置として特許文献１、２に記載されたものがある。このうち特許文献１に記載された発光ダイオード照明装置は、透光性カバーと、ＬＥＤ（発光ダイオード）を搭載するＬＥＤ実装基板と、光反射部材とからなり、ＬＥＤ実装基板を外観が多角柱に形成し、ＬＥＤ実装基板の外表面にＬＥＤを搭載し、ＬＥＤ実装基板の一端部からＬＥＤが発生する熱を光反射部材に伝導して放散させるものである。また、特許文献２に記載された発光ダイオード照明装置は、透光性カバーと、ＬＥＤを搭載するＬＥＤ実装基板と、金属製または熱伝導性樹脂部材とからなり、ＬＥＤ実装基板を外観が円筒に形成し、ＬＥＤ実装基板の円周表面にＬＥＤを搭載し、ＬＥＤ実装基板の一端部からＬＥＤが発生する熱を金属製または熱伝導性樹脂部材に伝導して放散させるものである。

特開２０１４−８９９３７号公報 特開２０１５−８２４９８号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載された発光ダイオード照明装置は、水銀灯に匹敵しうる明るさを得るために必要な多数のＬＥＤをＬＥＤ実装基板上に搭載した場合には、ＬＥＤが発生する熱を放散することは極めて困難と考えられるため、実用化は困難と考えられる。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、多数の発光ダイオードを用いても発光ダイオードからの放熱を容易に行うことができ、水銀灯に匹敵しうる明るさを容易に得ることができる発光ダイオード照明装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は、
円筒面状または正ｎ角柱（ｎ≧１２）の柱面状の外周面を有する管状部とこの管状部の内周面からこの管状部の内部に向かって延びた複数の放射部とを有する放熱部材と、
上記放熱部材の上記管状部の外周面に熱的に接触して設けられた少なくとも一つの実装基板と、
上記複数の放射部に対応する部分の上記実装基板上に光出射面が外側を向くように実装された複数の発光ダイオードと、
を有する発光ダイオード照明装置である。

ここで、正ｎ角柱（ｎ≧１２）の柱面状の外周面を有する管状部は、円筒面状の外周面を有する管状部と近似させるためには、好適にはｎ≧１５とし、より好適にはｎ≧１８とし、この場合には、実際上、円筒面状の外周面を有する管状部とみなすことができる。

この発光ダイオード照明装置においては、使用時（動作時）に、実装基板上に実装された各発光ダイオードから発生する熱は、各発光ダイオードが放熱部材の複数の放射部に対応する部分の実装基板上に実装されていることから、まず実装基板に伝導し、続いて放熱部材の管状部に迅速に伝導し、さらにこの管状部の内周面からこの管状部の内部に向かって延びた複数の放射部に伝導し、これらの放射部から管状部の内部に放熱される。

放熱部材の複数の放射部は、管状部の内周面からこの管状部の内部に向かう形状を有する限り、基本的にはどのような形状であってもよいが、好適には、発光ダイオード照明装置の使用時にこれらの放射部に伝導した熱が効率的に放熱されるように形状が選ばれる。これらの放射部は、典型的には、管状部の中心軸に平行に延びるように設けられるが、これに限定されるものではなく、例えば、管状部の中心軸に垂直な面内に延びた円環状に設けてもよく、これらを複合させてもよい。これらの放射部は、例えば、管状部の内周面からこの管状部の内部に向かって平板状に延びるように設けてもよいし、管状部の半径方向の途中で半径方向に垂直な方向に湾曲した曲板状（例えば、波板状）に延びるように設けてもよいし、平板の部分と曲板の部分とにより構成してもよい。典型的には、これらの放射部は、管状部の内周面の周方向の等間隔の複数箇所から管状部の中心部、特に中心軸に向かって平板状に延びるように設けられる。これらの放射部の表面には、表面積を大きくして放熱性能の向上を図るために、表面の全部または部分的に凹凸を設けてもよい。これらの放射部は、後述の理由により、好適には、放熱部材の中心部に管状部の中心軸に平行な柱状、例えば円柱状の空洞が形成されるようにその中心部に向かって延びるように設けられる。放熱部材は、放熱性能の向上を図るため、好適には、複数の放射部を放射部の少なくとも一箇所、好適には複数箇所で互いに連結する連結部を有する。こうすることで、放熱部材の放熱経路が増えるとともに、放熱部材全体の表面積を大きくすることができるため、放熱性能のより一層の向上を図ることができる。

発光ダイオード照明装置は、典型的には、放熱部材、実装基板および発光ダイオードを包囲するように設けられた透明または半透明の包囲体をさらに有する。この包囲体は、外部から雨、雪、ダスト、昆虫などが入り込まないようにするために、好適には、ほぼ密閉することができるように設けられる。特に、屋外で使用する発光ダイオード照明装置においては、この包囲体は、ほぼ完全に密閉することができるように設けられる。この包囲体を構成する透明または半透明の材料は、必要に応じて選ばれるが、例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル樹脂などの各種のプラスチックやガラスなどを用いることができる。この包囲体の主要部は、典型的には、放熱部材と中心軸を共有する円筒状の形状を有するが、これに限定されるものではない。好適には、互いに隣接する二つの発光ダイオードから発光する光が包囲体の内側で互いに重なるように発光ダイオードの放射角および配列が選択される。この場合、互いに隣接する二つの発光ダイオードから発光する光が互いに重なる位置は、実装基板上のこれらの発光ダイオードの間隔、発光ダイオードの放射角などによって変わるため、これらの間隔や放射角などを適切に選択する。発光ダイオードの放射角は必要に応じて選ばれるが、例えば１００°以上である。この包囲体の表面には、必要に応じて、この包囲体を透過して外部に出射される光の強度を均一にするために、発光ダイオードから発光する光を集光して外部に出射する微小な凸レンズ（プリズムレンズなど）が設けられる。

好適には、包囲体の一端が閉じられ、この一端の包囲体の、上記の空洞に対応する部分に貫通孔が設けられ、この貫通孔を通って柱状、例えば円柱状の外部放熱部材がこの空洞に挿入されて複数の放射部と熱的に接触させられる。この外部放熱部材の一端は包囲体の外部の外気に接触する。このように外部放熱部材が設けられることにより、発光ダイオード照明装置の使用時に放熱部材の放射部に伝導した熱は、この外部放熱部材に迅速に伝導し、最終的にこの外部放熱部材の一端から外部に放熱される。こうすることで、発光ダイオード照明装置の放熱性能の大幅な向上を図ることができる。この外部放熱部材には、必要に応じて、外部と連通する通気孔が設けられる。

実装基板上に実装する発光ダイオードの配列および個数は、発光ダイオード照明装置に要求される明るさ（ビーム光束）や配光分布、使用する発光ダイオードの性能などに応じて適宜選択されるが、一般的には実装基板上で発光ダイオードが均一密度で実装される。典型的には、複数の放射部のそれぞれに対応する部分の実装基板上に管状部の中心軸に平行に一列に発光ダイオードが実装されるが、これに限定されるものではない。

放熱部材の管状部の外周面に設けられる実装基板の個数は、一つのこともあるし、複数のこともある。後者の場合、管状部の外周面に実装基板を確実に熱的に接触して設けることができるようにするためには、実装基板は、好適には、バンド状の形状を有する。そして、複数のバンド状の実装基板が放熱部材の管状部の外周面に周方向に、かつ管状部の中心軸の方向に互いに隣接して、典型的には互いに接触して巻かれる。あるいは、複数のバンド状の実装基板が放熱部材の管状部の外周面に管状部の中心軸に平行に延び、かつ周方向に互いに隣接して貼り付けられる。典型的には、このバンド状の実装基板上に長手方向に一列に発光ダイオードが実装されるが、二列以上に発光ダイオードが実装されてもよい。発光ダイオードは、基本的にはどのようなものであってもよいが、一般的には窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオードが用いられる。

最も好適には、発光ダイオードは、光出射面が、管状部の中心軸からこの中心軸に垂直に引いた半直線に対して垂直になるように実装基板上に実装されるが、これに限定されるものではない。

放熱部材、実装基板および外部放熱部材は、放熱性能の向上を図るために、好適には、熱伝導性材料により形成される。熱伝導性材料は、必要に応じて選ばれるが、例えば、アルミニウム合金、タングステン、銅、黄銅、ニッケル合金、クロム、パラジウムなどを用いることができる。そのほか、これらの金属または合金により形成された放熱部材、実装基板および外部放熱部材の表面に熱伝導率が高い金や銀などをめっきしてもよい。

この発明によれば、発光ダイオード照明装置の使用時に、実装基板上に実装された各発光ダイオードから発生する熱は、まず実装基板に伝導し、続いて放熱部材の管状部に迅速に伝導し、さらに放射部に迅速に伝導し、この放射部から放熱されるので、多数の発光ダイオードを用いても放熱を容易に行うことができる。また、必要な個数の発光ダイオードを実装基板上に実装することにより、水銀灯に匹敵しうる明るさを容易に得ることができる。

第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置を示す正面図、上面図および底面図である。 第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置を示す縦断面図である。 第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置の横断面図である。 第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置において実装される発光ダイオードの配列の一例を示す正面図である。 第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置において実装基板上に実装される発光ダイオードの結線方法の一例を示す略線図である。 第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置において放熱部材の管状部に巻かれた実装基板の一端と他端との間の隙間の部分にアノード接続基板およびカソード接続基板が取り付けられた状態を示す正面図である。 図６のＸ−Ｘ線に沿っての拡大断面図である。 第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置の縦断面図である。 第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置の一部を断面とした斜視図である。 第２の実施の形態による発光ダイオード照明装置において実装される発光ダイオードの配列を示す正面図である。 第３の実施の形態による発光ダイオード照明装置において実装される発光ダイオードの配列を示す正面図である。 第４の実施の形態による発光ダイオード照明装置において用いられる外部放熱部材を示す正面図、左側面図および横断面図である。 第５の実施の形態による発光ダイオード照明装置において用いられる外部放熱部材を示す正面図、左側面図および横断面図である。

以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。

〈第１の実施の形態〉
［発光ダイオード照明装置］
図１Ａ、ＢおよびＣは第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置を示し、Ａは正面図、Ｂは上面図、Ｃは底面図である。この発光ダイオード照明装置は、水銀灯の代替照明灯として用いて好適なものである。

図１Ａ、ＢおよびＣに示すように、この発光ダイオード照明装置は、透明または半透明の材料、例えばポリカーボネートからなる照明カバー１０と、この照明カバー１０の一端に固定されたほぼ円錐台状の口金支持部２０と、この口金支持部２０の上部の円筒部に固定された口金３０とを有する。照明カバー１０は、円筒部１１とこの円筒部１１の一端に設けられた球面部１２とからなる。照明カバー１０の円筒部１１の表面には、この円筒部１１の中心軸に平行な方向に延びる半円柱レンズ部１１ａが、円筒部１１の円周方向に等間隔に設けられている。これらの半円柱レンズ部１１ａは、照明カバー１０の内部に設けられた発光ダイオードから発光する光が照明カバー１０の内周面に入射してからこれらの半円柱レンズ部１１ａに入射する光を集光し、照明カバー１０の外部に出射することにより、均一な照明光を得ることができるようにするためのものである。半円柱レンズ部１１ａの半径は必要に応じて選ばれるが、一例を挙げると、１．５ｍｍ程度である。球面部１２の表面には、この球面部１２の中心軸（円筒部１１の中心軸と一致する）の周りに同心円状に半円柱レンズ部１２ａが設けられている。この球面部１２上の半円柱レンズ部１２ａの間隔は一般的には均一に選ばれるが、これに限定されるものではない。半円柱レンズ部１２ａの半径も必要に応じて選ばれるが、一例を挙げると、１．５ｍｍ程度である。口金支持部２０の斜面には、この口金支持部２０の中心軸の周りに等間隔にスリット状の通気孔２１が設けられている。これらの通気孔２１は、照明カバー１０および口金支持部２０の内部と発光ダイオード照明装置の外部との間で通気を行うためのものである。これらの通気孔２１が設けられていることにより、発光ダイオード照明装置の使用時に照明カバー１０の内部で発熱により温められた空気がこれらの通気孔２１を通って外部に放出されるため、発光ダイオード照明装置の冷却を行うことができる。

図２はこの発光ダイオード照明装置の縦断面図を示し、主として照明カバー１０、口金支持部２０および口金３０だけを断面図示したものである。図２に示すように、照明カバー１０の内部に、照明カバー１０、口金支持部２０および口金３０と同軸に円筒状の放熱部材４０が収容されている。口金支持部２０の最下端部２２は円筒状になっており、この最下端部２２が照明カバー１０の円筒部１１の最上端部の内側に嵌まっていることにより口金支持部２０と円筒部１１とが互いに固定されている。また、照明カバー１０の球面部１２の最上端部１２ａは円筒状になっており、この最上端部１２ａが照明カバー１０の円筒部１１の最下端部の内側に嵌まっていることにより円筒部１１と球面部１２とが互いに固定されている。放熱部材４０の外周面に、この放熱部材４０の中心軸の周りに、かつこの中心軸に平行な方向に互いに接してバンド状の実装基板５０が放熱部材４０と熱的に接触した状態で巻かれている。この実装基板５０上には、この実装基板５０の長手方向に発光ダイオード６０が一列に実装されている。ここで、各発光ダイオード６０は、その光出射面が外側を向くように実装されている。また、各実装基板５０上に実装された発光ダイオード６０は、放熱部材４０の中心軸に平行な方向に一列に揃っている。すなわち、全ての実装基板５０を平面に展開したとき、発光ダイオード６０はマトリクス状に縦横に配列している。放熱部材４０の外周面に巻く実装基板５０の個数は、照明カバー１０の円筒部１１の長さなどに応じて適宜選択される。実装基板５０としては、例えば、熱伝導性材料からなり、しかも放熱部材４０の外周面に容易に巻くことができる程度にフレキシブルな基板、例えば、厚さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下、典型的には０．１５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の金属基板、取り分けアルミニウム合金基板上に絶縁層を介して設けられた銅箔に回路パターンを形成したものが用いられるが、これに限定されるものではない。実装基板５０の厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であるが、これに限定されるものではない。典型的には、各発光ダイオード６０はその実装面側にアノード電極およびカソード電極が設けられ、これらのアノード電極およびカソード電極が、実装基板５０上に設けられたアノード用電極およびカソード用電極にはんだ付けなどによりそれぞれ接続される。これらのアノード用電極およびカソード用電極は、実装基板５０上に発光ダイオード６０の結線方式に応じて形成された所定の回路パターンにより接続される。この回路パターンにはアノード配線およびカソード配線が含まれる。そして、各実装基板５０のアノード配線およびカソード配線は放熱部材４０の外周面上でアノード共通配線およびカソード共通配線にそれぞれ接続され、最終的に放熱部材４０の上端部から配線により口金３０のアノード端子およびカソード端子にそれぞれ接続される。

口金支持部２０の最下端部の内部に、この口金支持部２０の中心軸に垂直な円環状の支持板７０が嵌合して取り付けられている。また、口金支持部２０の斜面部の内周面には支持板７０に達する円柱状の支持部材２３が設けられている。この支持部材２３の個数は必要に応じて選ばれるが、この例では１２０°間隔で３個設けられている。この支持部材２３の中心部には孔２３ａが設けられている。この孔２３ａはさらに、支持板７０に設けられた雌ねじ７１と連通している。この例では、支持板７０に雌ねじ７１が１２０°間隔で３個設けられている。そして、口金支持部２０の外部から孔２３ａを通して雄ねじ（図示せず）が雌ねじ７１にねじ込まれることにより、口金支持部２０が支持板７０に固定されている。後述のように、支持板７０は放熱部材４０に固定されている。一方、照明カバー１０の球面部１２の内周面の放熱部材４０に対応する部分には、円筒部１１の中心軸に平行な支持部材８０が複数、取り付けられている。この支持部材８０の個数は必要に応じて選ばれるが、この例では、１２０°間隔で３個設けられている。放熱部材４０は、この支持部材８０と支持板７０との間に上下が挟まれた状態で照明カバー１０に対して固定されている。

図３は、図２に示す放熱部材４０、実装基板５０および発光ダイオード６０の横断面図である。図３に示すように、放熱部材４０は、円筒状の管状部４１と、この管状部４１の内周面に設けられた複数の放射部４２とを有する。これらの放射部４２は、管状部４１の内周面の円周方向の等間隔の位置から管状部４１の中心軸に向かって平板状に延び、かつ管状部４１の中心軸の方向にほぼ管状部４１の全長にわたって延びている。放射部４２の個数は、一般的には、実装基板５０上に一列に実装される発光ダイオード６０の個数と同じであるが、これに限定されるものではなく、発光ダイオード６０の個数より多くてもよい。既に述べたように、各実装基板５０上に実装された発光ダイオード６０は管状部４１の中心軸に平行な方向に一列に揃っているが、この一列に揃った発光ダイオード６０は、各放射部４２に対応する部分、言い換えると各放射部４２の上方の部分の実装基板５０上に設けられている。さらに、各放射部４２の管状部４１の半径方向の途中の位置に、各放射部４２を互いに連結するように全体として管状部４１と同心円筒状に連結部４３が設けられている。放熱部材４０は、これらの管状部４１、放射部４２および連結部４３により構成されている。これらの管状部４１、放射部４２および連結部４３の材料としては熱伝導性材料が用いられ、必要に応じて選ばれるが、最も好適にはアルミニウム合金が用いられる。上述のように、放熱部材４０が管状部４１、放射部４２および連結部４３により構成されていることにより、この発光ダイオード照明装置の使用時に各発光ダイオード６０から発生する熱は、まず実装基板５０に伝導し、続いて管状部４１に伝導し、さらに放射部４２および連結部４３に伝導する。管状部４１、放射部４２および連結部４３の各部の寸法（管状部４１の厚さ、放射部４２の厚さ、連結部４３の厚さなど）あるいは連結部４３の個数などは、必要な放熱性能が得られるように適宜選択される。放熱部材４０は従来公知の技術、例えば鋳造、切削加工、溶接、嵌合技術などにより、あるいはこれらの技術を組み合わせることにより製造することができる。嵌合技術を用いる場合には、例えば、管状部４１と放射部４２および連結部４３とを別々に形成し、管状部４１の中に放射部４２および連結部４３を押し込んで嵌合することにより放熱部材４０を製造することができる。

図３に示すように、管状部４１に巻かれた各実装基板５０の長手方向の一端と他端との間には所定の隙間が設けられている。すなわち、各実装基板５０の全長は管状部４１の円周の長さよりも小さくなっている。この隙間は、放熱部材４０の中心軸に平行に細長く延びている。この隙間には発光ダイオード６０が実装されていない。すなわち、発光ダイオード６０は放熱部材４０の中心軸に平行な一列分だけ実装されていない。この隙間は、各実装基板５０上のアノード配線およびカソード配線をアノード共通配線およびカソード共通配線に接続するためのスペースとして用いられる。図３に示すように、この隙間の直下においては、管状部４１の内周面と最初の連結部４３との間の放射部４２は設けられていないが、必ずしもこのようにする必要はない。

放熱部材４０の外周面に巻かれた全ての実装基板５０上に実装された全ての発光ダイオード６０は、発光ダイオード６０の放射角に応じて、互いに隣接する二つの発光ダイオード６０から発光する光が照明カバー１０の内部で互いに重なるような間隔で配列している。図３において、三つの発光ダイオード６０から放射される光の分布を破線で示した。例えば、発光ダイオード６０の放射角が１２０°である場合には、この１２０°の放射角の範囲内に発生した光が照明カバー１０の内部で互いに重なるようになっている。各実装基板５０の長手方向の一端と他端との間に設けられた隙間の両側の発光ダイオード６０についても、放射角の範囲内に発生した光は照明カバー１０の内部で互いに重なるようになっている。こうすることで、各発光ダイオード６０から発生した光は、照明カバー１０に達する前に均一強度の光となり、照明カバー１０の円筒部１１の表面に半円柱レンズ部１１ａが設けられ、球面部１２の表面に半円柱レンズ部１２ａが設けられていることと相まって、最終的に極めて均一な照明光を得ることができる。

図４に発光ダイオード６０の実装例を示す。図４に示すように、この実装例では、各実装基板５０上に一列に実装された発光ダイオード６０の個数は２０個、実装基板５０の個数は２０個である。この実装例について、発光ダイオード６０の結線方法、各実装基板５０の放熱部材４０に対する取り付け方法などを具体的に説明する。図５は一つの実装基板５０を平面に展開した図である。図５においては、発光ダイオード６０は回路記号で示されている。図５に示すように、この例では、２０個の発光ダイオード６０は、４個の発光ダイオード６０が直列に接続されたものが５個並列に接続されている。直列に接続された４個の発光ダイオード６０の初段の発光ダイオード６０のアノード電極は実装基板５０の長手方向の一辺側に設けられたアノード配線５１に接続されており、最終段の発光ダイオード６０のカソード電極は実装基板５０の長手方向のもう一方の辺側に設けられたカソード配線５２に接続されている。実装基板５０の両端には、ねじ留め用の雄ねじが通される孔５３、５４が設けられている。これらの孔５３、５４の直径は、雄ねじの軸部の直径よりも十分に大きく、かつ頭部の直径よりも十分に小さくなっている。アノード配線５１の一端は孔５３の近傍まで延びている。また、カソード配線５２の一端は孔５４の近傍まで延びている。図６に示すように、放熱部材４０の管状部４１に巻かれた各実装基板５０の一端の孔５３の上を通るように、アノード共通配線となる細長いアノード接続基板５５が管状部４１に対し、この管状部４１の中心軸に平行に取り付けられている。図７は図６のＸ−Ｘ線に沿っての拡大断面図である。図７に示すように、アノード接続基板５５は、アルミニウム合金などからなる金属基板の表面に絶縁層５５ａが形成されたものである。このアノード接続基板５５には、実装基板５０のピッチに相当するピッチで孔５５ｂが設けられている。そして、このアノード接続基板５５の孔５５ｂおよび実装基板５０の孔５３を通して雄ねじ５６が、管状部４１に設けられた雌ねじにねじ込まれ、それによって雄ねじ５６の頭部が実装基板５０およびアノード接続基板５５を上から押さえ付けることにより、これらの実装基板５０およびアノード接続基板５５が管状部４１に固定されているとともに、実装基板５０の孔５３の近傍まで延びたアノード配線とアノード接続基板５５の金属基板とが互いに電気的に接続されている。孔５５ｂの直径は、孔５３と同様に、雄ねじ５６の軸部の直径よりも十分に大きく、かつ頭部の直径よりも十分に小さくなっている。従って、雄ねじ５６の軸部は実装基板５０およびアノード接続基板５５と電気的に接触していない。また、雄ねじ５６の頭部は接続基板５５の表面に形成された絶縁層５５ａに接触している。この結果、雄ねじ５６は実装基板５０および接続基板５５に対して電気的に絶縁されている。同様に、放熱部材４０の管状部４１に巻かれた各実装基板５０の他端の孔５４の上を通るように、カソード共通配線となる細長いカソード接続基板５７が管状部４１に対し、この管状部４１の中心軸に平行に取り付けられている。このカソード接続基板５７は、実装基板５０の一端と他端との間の隙間の中心軸に関し、アノード接続基板５５と対称に配置されている。カソード接続基板５７は、アルミニウム合金などからなる金属基板の表面に絶縁層５７ａが形成されたものである。このカソード接続基板５７には、実装基板５０のピッチに相当するピッチで孔５７ｂが設けられている。そして、このカソード接続基板５７の孔５７ｂおよび実装基板５０の孔５４を通して雄ねじ５８が、管状部４１に設けられた雌ねじにねじ込まれ、それによって雄ねじ５８の頭部が実装基板５０およびカソード接続基板５７を上から押さえ付けることにより、これらの実装基板５０およびカソード接続基板５７が管状部４１に固定されているとともに、実装基板５０の孔５４の近傍まで延びたカソード配線とカソード接続基板５７の金属基板とが互いに電気的に接続されている。孔５７ｂの直径は、孔５４と同様に、雄ねじ５８の軸部の直径よりも十分に大きく、かつ頭部の直径よりも十分に小さくなっている。従って、雄ねじ５８の軸部は実装基板５０およびカソード接続基板５７と電気的に接触していない。また、雄ねじ５８の頭部はカソード接続基板５７の表面に形成された絶縁層５７ａに接触している。この結果、雄ねじ５８は実装基板５０およびカソード接続基板５７に対して電気的に絶縁されている。アノード接続基板５５およびカソード接続基板５７の一端はそれぞれ放熱部材４０の上端の近傍まで延びている。そして、アノード接続基板５５の一端が配線（図示せず）により口金３０のアノード端子と接続され、カソード接続基板５７の一端が配線（図示せず）により口金３０のカソード端子と接続されている。

図３に示すように、管状部４１の中心軸に向かって延びている各放射部４２は、この中心軸には達せず、管状部４１の中心部にこの管状部４１の中心軸に平行な円柱状の空洞９０が形成されるように設けられている。図８はこの発光ダイオード照明装置の縦断面図であり、空洞９０が明確になるように、放熱部材４０の放射部４２をその面に平行に切断した断面を図示したものである。図８に示すように、照明カバー１０の球面部１２の先端には放熱部材４０の中心軸と同軸に円形の貫通孔１２ａが設けられている。そして、この貫通孔１２ａを通ってこの貫通孔１２ａの直径とほぼ同じ直径の円柱状の外部放熱部材１００が空洞９０に挿入されて放射部４２と接触し、熱的に接触している。この外部放熱部材１００は、管状部４１、放射部４２および連結部４３と同様に、熱伝導性材料、例えばアルミニウム合金などにより形成される。この外部放熱部材１００は、放熱部材４０の全長にわたって空洞９０に挿入されてもよいが、一般的には空洞９０の途中まで挿入される。図５においては、一例として、空洞９０の長さの１／４程度まで外部放熱部材１００が挿入されている。

図９は、この発光ダイオード照明装置の一部を断面とした斜視図である。図９に示すように、円環状の支持板７０の内側の円周部には中心に向かって延びる突出部７２が支持部材２３に対応する部分に設けられている。この突出部７２の先端部には孔７２ａが設けられている。そして、この孔７２ａを通して、放熱部材４０の放射部４２の上端面に設けられた雌ねじに雄ねじ（図示せず）がねじ込まれることにより、支持板７０と放熱部材４０とが互いに固定されている。

この発光ダイオード照明装置の各部の寸法の一例を挙げると次の通りである。
（１）照明カバー１０の円筒部１１の全長：１４０ｍｍ、円筒部１１の半円柱レンズ１１ａを含めた直径：９０ｍｍ、半円柱レンズ１１ａの半径：１．５ｍｍ
（２）照明カバー１０の球面部１２の高さ：２０ｍｍ、球面部１２の半円柱レンズ１２ａを含めた球面の曲率半径：６０ｍｍ、半円柱レンズ１２ａの半径：１．５ｍｍ
（３）放熱部材４０の全長：１２６ｍｍ、放熱部材４０の外径：４８ｍｍ、管状部４１の厚さ：１．４ｍｍ、放射部４２の厚さ：１ｍｍ、連結部４３の厚さ：１ｍｍ
（４）実装基板５０の幅：６ｍｍ、実装基板５０の厚さ：０．３ｍｍ

各部が上記のような寸法を有し、図４に示すように発光ダイオード６０が実装された発光ダイオード照明装置の性能の一例を挙げると、次の通りである。ただし、照明カバー１０はポリカーボネート製、放熱部材４０はアルミニウム合金製である。発光ダイオード６０としては、パワーダイオードではなく通常の白色ＧａＮ系発光ダイオードを用いた。
（１）定格電圧：８５〜２６５Ｖ
（２）定格電力：６０Ｗ
（３）口金：Ｅ２６、Ｅ３９
（４）ビーム光束：９０００ＬＭ
（５）色温度：５０００Ｋ（±５００Ｋ）
（６）定格寿命：４００００時間以上
（７）重量：４５０ｇ

以上のように、この第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置によれば、円筒面状の外周面を有する管状部４１とこの管状部４１の内周面からこの管状部４１の中心軸に向かって平板状に延びた複数の放射部４２とこれらの放射部４２を互いに連結する連結部４３とからなり放熱性能が極めて優れた放熱部材４０を用い、その外周面に発光ダイオード６０が長手方向に一列に実装されたバンド状の実装基板５０が巻かれており、さらに放熱部材４０の中心軸上の空洞９０に外部放熱部材１００が挿入されて放射部４２と熱的に接触している。このため、発光ダイオード照明装置の使用時に、実装基板５０上に実装された各発光ダイオード６０から発生する熱は、まず実装基板５０に伝導し、続いて管状部４１に迅速に伝導し、さらに放射部３２および連結部４３に迅速に伝導し、これらの管状部４１、放射部４２および連結部４３が照明カバー１０の内部の空気によって空冷されるとともに、放射部４２の先端から外部放熱部材１００に熱が伝導し、この外部放熱部材１００の先端で外気と接触して空冷される。従って、この発光ダイオード照明装置は、放熱性能が極めて高いため、多数の発光ダイオード６０を用いても放熱を容易に行うことができ、温度上昇を抑えることができ、ひいては発光ダイオード照明装置の特性の劣化を抑えることができるとともに、大幅な長寿命化を図ることができる。また、必要な個数の発光ダイオード６０を実装基板５０上に実装することができるので、水銀灯に匹敵しうる明るさを容易に得ることができる。また、照明カバー１０をポリカーボネートなどの材料で形成し、放熱部材４０をアルミニウム合金などにより形成することにより、発光ダイオード照明装置の大幅な軽量化を図ることができる。さらに、必要な明るさを得るために、高価なパワーダイオードを用いる必要がないため、必要な明るさを有する発光ダイオード照明装置を安価に製造することができる。この発光ダイオード照明装置は、例えば、水銀灯代替照明灯として用いて極めて好適なものである。

〈第２の実施の形態〉
［発光ダイオード照明装置］
第２の実施の形態による発光ダイオード照明装置は、放熱部材４０の外周面に巻かれるバンド状の実装基板５０上にその長手方向に二列に発光ダイオード６０が実装されていることが、第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置と異なる。

すなわち、図１０に示すように、実装基板５０として、第１の実施の形態において用いた実装基板５０に比べて幅広のものが用いられ、この幅広の実装基板５０上にその長手方向に二列に発光ダイオード６０が実装されている。その他のことは第１の実施の形態と同様である。

この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。

〈第３の実施の形態〉
［発光ダイオード照明装置］
第３の実施の形態による発光ダイオード照明装置は、放熱部材４０の外周面に放熱部材４０の中心軸に平行にバンド状の実装基板５０が、放熱部材４０の外周面の円周方向に互いに接触して貼り付けられている。

すなわち、図１１に示すように、バンド状の実装基板５０として、放熱部材４０の全長とほぼ等しいものが用いられ、この実装基板５０上にその長手方向に、従って放熱部材４０の中心軸に平行な方向に一列に発光ダイオード６０が実装されている。その他のことは第１の実施の形態と同様である。

この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。

〈第４の実施の形態〉
［発光ダイオード照明装置］
第４の実施の形態による発光ダイオード照明装置は、照明カバー１０の球面部１２の先端の貫通孔１２ｂに挿入される外部放熱部材１００が、第１の実施の形態による発光ダイオード照明装置と異なり、その他のことは第１の実施の形態と同様である。

図１２Ａ、ＢおよびＣはこの発光ダイオード照明装置の外部放熱部材１００の正面図、左側面図およびＡのＣ−Ｃ線に沿っての横断面図を示す。図１２Ａ、ＢおよびＣに示すように、この外部放熱部材１００は全体として円柱状の形状を有する。この外部放熱部材１００の一端面の中心に、この外部放熱部材１００の中心軸の方向に延びて所定の深さに達する円柱状の通気孔１０１が設けられている。また、この外部放熱部材１００の外周の円柱面に、この外部放熱部材１００の中心軸に向かってこの中心軸に垂直に直線状に延びて通気孔１０１と連通するように通気孔１０２が設けられている。この通気孔１０２の個数は必要に応じて選ばれるが、この例では４５°間隔で８個設けられている。この外部放熱部材１００の材料としては、例えばアルミニウム合金が用いられ、必要に応じて表面のアルマイト処理が行われる。この外部放熱部材１００の各部の寸法は必要に応じて選ばれるが、一例を挙げると、全長は４０ｍｍ、通気孔１０１の直径は３．６ｍｍ、深さは３０ｍｍ、外部放熱部材１００の一端面から通気孔１０２の中心軸までの深さは１０ｍｍ、通気孔１０２の直径は２ｍｍである。

上述のように構成された外部放熱部材１００を照明カバー１０の球面部１２の先端部に設けられた貫通孔１２ｂを通って他端面側（通気孔１０１が設けられていない側）から空洞９０に挿入して放熱部材４０の放射部４２と熱的に接触させることにより、発光ダイオード照明装置の使用時に各発光ダイオード６０から発生する熱は放熱部材４０に迅速に伝導した後、この外部放熱部材１００に迅速に伝導し、最終的にこの外部放熱部材１００の一端面で外気と接触して空冷される。この際、外部放熱部材１００は、通気孔１０１、１０２が設けられていて表面積が大きいため、外気との接触面積が大きく、効率的に空冷が行われる。また、通気孔１０１、１０２を通って照明カバー１０の内部と外部との間で空気の出入りがあり、照明カバー１０の内部で対流が促進されるため、外部放熱部材１００だけでなく、放熱部材４０の表面も絶えず冷たい空気と接触することから、効率的に空冷が行われる。また、通気孔１０１に垂直な通気孔１０２が設けられているため、この発光ダイオード照明装置を屋外で使用した時などに、雨、雪、ダスト、昆虫などがこれらの通気孔１０１、１０２を通って照明カバー１０の内部に侵入するおそれを最小限にすることができる。

この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて次のような利点を得ることができる。すなわち、発光ダイオード照明装置の使用時に各発光ダイオード６０から発生する熱をより効率的に放熱することができ、ひいては発光ダイオード６０の温度上昇をより効果的に抑えることができることにより、発光ダイオード６０の特性の劣化を防止することができ、発光ダイオード照明装置の照明光の明るさを長期にわたって維持することができる。

〈第５の実施の形態〉
［発光ダイオード照明装置］
第５の実施の形態による発光ダイオード照明装置は、照明カバー１０の球面部１２の先端の貫通孔１２ｂに挿入される外部放熱部材１００が、第１および第４の実施の形態による発光ダイオード照明装置と異なり、その他のことは第１の実施の形態と同様である。

図１３Ａ、ＢおよびＣはこの発光ダイオード照明装置の外部放熱部材１００の正面図、左側面図およびＡのＣ−Ｃ線に沿っての横断面図を示す。図１３Ａ、ＢおよびＣに示すように、この外部放熱部材１００は全体として円柱状の形状を有する。この外部放熱部材１００の一端面の中心に、この外部放熱部材１００の中心軸の方向に延びて所定の深さに達する円柱状の通気孔１０１が設けられている。また、この外部放熱部材１００の外周の円柱面に、この外部放熱部材１００の中心軸に向かってこの中心軸に垂直に直線状に延びて通気孔１０１と連通するように通気孔１０２が設けられている。この通気孔１０２の個数は必要に応じて選ばれるが、この例では９０°間隔で４個設けられている。さらに、この外部放熱部材１００の他端面の外周部に、この外部放熱部材１００の中心軸の方向に延びて通気孔１０２に達する円柱状の通気孔１０３が設けられている。この通気孔１０３の個数は必要に応じて選ばれるが、この例では９０°間隔で４個設けられている。この外部放熱部材１００の材料としては、例えばアルミニウム合金が用いられ、必要に応じて表面のアルマイト処理が行われる。この外部放熱部材１００の各部の寸法は必要に応じて選ばれるが、一例を挙げると、全長は４０ｍｍ、通気孔１０１の直径は３．６ｍｍ、深さは３０ｍｍ、外部放熱部材１００の一端面から通気孔１０２の中心軸までの深さは１０ｍｍ、通気孔１０２の直径は２ｍｍ、外部放熱部材１００の他端面から通気孔１０２の中心軸までの深さは３０ｍｍ、通気孔１０３の直径は２ｍｍである。

上述のように構成された外部放熱部材１００を球面部１２の先端部に設けられた貫通孔１２ｂを通って他端面側（通気孔１０１が設けられていない側）から空洞９０に挿入して放熱部材４０の放射部４２と熱的に接触させることにより、発光ダイオード照明装置の使用時に各発光ダイオード６０から発生する熱は放熱部材４０に迅速に伝導した後、この外部放熱部材１００に迅速に伝導し、最終的にこの外部放熱部材１００の一端面で外気と接触して空冷される。この際、外部放熱部材１００は、通気孔１０１、１０２、１０３が設けられていて表面積がより大きいため、外気との接触面積がより大きく、より効率的に空冷が行われる。また、通気孔１０１、１０２、１０３を通って照明カバー１０の内部と外部との間で空気の出入りがあり、照明カバー１０の内部で対流が促進されるため、外部放熱部材１００だけでなく、放熱部材４０の表面も絶えず冷たい空気と接触することから、効率的に空冷が行われる。また、通気孔１０１に垂直な通気孔１０２が設けられているため、この発光ダイオード照明装置を屋外で使用した時などに、雨、雪、ダスト、昆虫などがこれらの通気孔１０１、１０２、１０３を通って照明カバー１０の内部に侵入するおそれを最小限にすることができる。

この第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態と同様な利点をより一層得ることができる。

以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構成、形状、材料、方法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構成、形状、材料、方法などを用いてもよい。

１０…照明カバー、１１…円筒部、１２…球面部、２０…口金支持部、３０…口金、４０…放熱部材、４１…管状部、４２…放射部、４３…連結部、５０…実装基板、６０…発光ダイオード、９０…空洞、１００…外部放熱部材

Claims (13)

1. 円筒面状または正ｎ角柱（ｎ≧１２）の柱面状の外周面を有する管状部とこの管状部の内周面の周方向の等間隔の複数箇所から、この管状部の中心部にこの管状部の中心軸の方向の円柱状の空洞が形成されるように上記中心部に向かって平板状に延びた複数の放射部とを有し、上記複数の放射部は上記管状部の中心軸に平行に延びている放熱部材と、
   上記管状部の外周面に周方向に、かつ上記管状部の中心軸の方向に互いに隣接して巻かれて熱的に接触して設けられた複数のバンド状の実装基板と、
   上記複数の放射部に対応する部分のそれぞれの上記実装基板上に光出射面が外側を向くように実装された複数の発光ダイオードと、
   上記放熱部材、上記実装基板および上記発光ダイオードを包囲するように設けられた透明または半透明の包囲体と、
   を有し、
   上記包囲体の一端は閉じられ、この一端の上記包囲体の上記空洞に対応する部分に円形の貫通孔が設けられ、この貫通孔を通って円柱状の外部放熱部材が上記空洞に挿入されて上記複数の放射部と接触して熱的に接触し、
   互いに隣接する二つの上記発光ダイオードから発光する光が上記包囲体の内側で互いに重なるように上記発光ダイオードの放射角および配列が選択されている発光ダイオード照明装置。
2. 上記放熱部材は上記複数の放射部を上記放射部の少なくとも一箇所で互いに連結する連結部を有する請求項１記載の発光ダイオード照明装置。
3. 上記発光ダイオードは、光出射面が、上記管状部の中心軸からこの中心軸に垂直に引いた半直線に対して垂直になるように上記実装基板上に実装されている請求項１または２記載の発光ダイオード照明装置。
4. 上記管状部に巻かれたそれぞれの上記実装基板の長手方向の一端と他端との間に所定の隙間が設けられ、それぞれの上記隙間により上記放熱部材の中心軸に平行に細長く延びる隙間が形成され、この隙間には上記発光ダイオードが実装されていない請求項１〜３のいずれか一項記載の発光ダイオード照明装置。
5. 上記実装基板上に、上記実装基板上に実装された複数の上記発光ダイオードに接続されたアノード配線およびカソード配線が長手方向に形成され、上記アノード配線および上記カソード配線は、上記管状部の外周面上の、上記放熱部材の中心軸に平行に細長く延びる隙間を利用してアノード共通配線およびカソード共通配線にそれぞれ接続されている請求項４記載の発光ダイオード照明装置。
6. 上記アノード共通配線は、上記放熱部材の中心軸に平行に細長く延びる隙間に面するそれぞれの上記実装基板の一端の上を通るように上記放熱部材の中心軸に平行に取り付けられた細長いアノード接続基板からなり、上記カソード共通配線は、上記放熱部材の中心軸に平行に細長く延びる隙間に面するそれぞれの上記実装基板の他端の上を通るように上記放熱部材の中心軸に平行に取り付けられたカソード接続基板からなる請求項５記載の発光ダイオード照明装置。
7. それぞれの上記実装基板の上記一端および上記アノード接続基板が上記管状部にねじで固定され、それぞれの上記実装基板の上記他端および上記カソード接続基板が上記管状部にねじで固定されている請求項６記載の発光ダイオード照明装置。
8. 上記実装基板は、厚さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の金属基板上に絶縁層を介して銅箔に回路パターンを形成したものからなり、厚さが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項１〜７のいずれか一項記載の発光ダイオード照明装置。
9. 上記金属基板はアルミニウム合金基板である請求項８記載の発光ダイオード照明装置。
10. 上記外部放熱部材は、上記包囲体の外部の空気に接触する一端面の中心に上記外部放熱部材の中心軸の方向に延びて所定の深さに達する円柱状の通気孔を有し、外周の円柱面に上記外部放熱部材の中心軸の方向と垂直に直線状に延びて上記通気孔と連通する複数の通気孔を有する請求項１〜９のいずれか一項記載の発光ダイオード照明装置。
11. 上記放熱部材および上記外部放熱部材はアルミニウム合金からなる請求項１〜１０のいずれか一項記載の発光ダイオード照明装置。
12. 上記放熱部材は、上記管状部と上記放射部および上記連結部とを別々に形成し、上記管状部の中に上記放射部および上記連結部を押し込んで嵌合したものからなる請求項２記載の発光ダイオード照明装置。
13. 円筒面状または正ｎ角柱（ｎ≧１２）の柱面状の外周面を有する管状部とこの管状部の内周面の周方向の等間隔の複数箇所から、この管状部の中心部にこの管状部の中心軸の方向の円柱状の空洞が形成されるように上記中心部に向かって平板状に延びた複数の放射部とを有し、上記複数の放射部は上記管状部の中心軸に平行に延びている放熱部材と、
    上記管状部の外周面に上記管状部の中心軸に平行に延び、かつ周方向に互いに隣接して貼り付けられて熱的に接触して設けられた複数のバンド状の実装基板と、
    上記複数の放射部に対応する部分のそれぞれの上記実装基板上に光出射面が外側を向くように実装された複数の発光ダイオードと、
    上記放熱部材、上記実装基板および上記発光ダイオードを包囲するように設けられた透明または半透明の包囲体と、
    を有し、
    上記包囲体の一端は閉じられ、この一端の上記包囲体の上記空洞に対応する部分に円形の貫通孔が設けられ、この貫通孔を通って円柱状の外部放熱部材が上記空洞に挿入されて上記複数の放射部と接触して熱的に接触し、
    互いに隣接する二つの上記発光ダイオードから発光する光が上記包囲体の内側で互いに重なるように上記発光ダイオードの放射角および配列が選択されている発光ダイオード照明装置。

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