JP6143810B2 - 電気ランプ - Google Patents

Description

本発明は、電気ランプであって、
−ソケットに装着されるバルブと、
−動作において当該ランプを冷却する冷却手段と、
−前記バルブの内部に構成される半導体光源と、
−前記ソケットの中央端部及び前記バルブの中央極端部を通じて延在するランプ軸と、
を含み、前記バルブは、当該ランプの動作において前記光源から生じる光を透過させる光透過可能表面を含む外側表面を有する、電気ランプ。

このようなランプは、米国特許第5806965号から知られている。この既知のランプにおいて、ほぼ全方向的なクラスタは、プリント回路基板（ＰＣＢ）において電気的に装着される。標準白熱バルブ（ＧＬＳ）の同一の強度は、標準ＧＬＳの電力消費の一部においてＬＥＤの前記クラスタによって生成され得る。この既知のランプを消費者に対して安全にするために、保護バルブ、すなわちドーム、が、消費者を、このドーム内における電気回路に対して晒されることから保護するために設けられる。結果として、既知のランプは、望ましい全方向的光配分が、ドームが装着されるベース板（下方の壁）によって、損じられる。更に、ＰＣＢ及びＬＥＤにわたり保護ドームを設けることは、既知のランプが低下された／不十分な冷却効率のという不利な点を有するということを生じさせる。

本発明の目的は、不利な点のうちの少なくとも１つが解消されている冒頭の段落において記載される種類のバルブ型ＬＥＤランプを提供することである。

これを達成するために、電気ランプにおいて、冷却手段及び光透過可能表面はバルブの外側表面にわたり広げられ、これにより、第一平面が前記軸に平行に延在し、第二平面が前記軸に直角に延在する仮想的な一組の２つの平面に関して、前記平面の位置は、前記２つの平面のうちの少なくとも１つが、前記冷却手段及び前記光透過可能表面の間の境界を少なくとも２回横断する、ように見られ得ることを特徴とする。この態様において「バルブ」は、例えば円形球形状、チューブ型形状、又は、例えば十二面体、六角形、八面体などの多面体形状などの様々な形状を含むことを理解されるべきである。半導体光源は、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、及び光電装置を含むように理解されるべきである。冷却手段及び光透過可能表面の間の境界を少なくとも２回横断する仮想平面は、パッチ状にされる(patched)。ランプが効率的に冷却されるために、すなわち十分な冷却能力及び十分な光の放射を有するために、本発明者は、冷却手段及び光透過可能表面の両方が、バルブの外側表面を形成すべきであり、且つ、例えばパッチ状にされるなど、バルブの外側表面にわたり広げられるべきであるとの洞察を得た。冷却手段をバルブの外側表面にわたり広げることは、周囲環境へ露出される冷却手段の表面領域を増加させ、したがって、ランプの冷却能力を増加／改善させるが、ランプのサイズは、いかなる増加もなく、又はほんの少しの増加のみである。既知のランプにおいて、冷却手段の増加は、大きく、かさばったランプへと導き得ていた。光透過可能表面をバルブの外側表面にわたり広げることは、全方向光分布が既知のランプに対して改善されるようにさせる。既知のランプにおいて、望ましい全方向光分布は、ドームが装着されるベース板（低い壁）によって阻害されている。この現象は、本発明のランプにおいて解消される。

ランプの冷却能力を更に改善させるために、電気ランプの実施例は、前記冷却手段は、前記バルブの内側から前記バルブの前記外側表面へ延在し、したがって、バルブの外側表面の一部を形成することを特徴とする。したがって、バルブの外側表面は、閉じられた表面である必要はないが、例えばバルブの外側表面において同一平面上などである区別可能な部分によって形成され得る。任意選択的に、バルブの外側表面は、装飾目的に関して、冷却手段の放射特性を向上させるために、又は、バルブの外側表面を平滑化させるなどのために、コーティングを備えられ得る。光源は、ＬＥＤのクラスタを含み得、このＬＥＤのクラスタは、本発明のランプにおける冷却手段によってＬＥＤのサブグループに配分され得る。技術的な対策は、ランプの冷却効率が向上されることを含むが、その理由は、冷却手段は、相当増加された冷却表面を有し、冷却表面は、（熱的に絶縁な）保護カバーを有することなく周囲環境へ直接露出され、したがって、自由な空流が、例えば対流などにより、冷却領域に沿って流れることを可能にさせるからである。好ましくは、冷却手段は、バルブ外側表面全体にわたり均一に分布され、これにより、動作において熱的性能をランプの向きに独立したものにする。ランプの冷却を促進させるために、冷却手段は、好ましくは、少なくとも1W/mK、より好ましくは10W/mK、又は更により好ましくは20W/mK以上、100又は500W/mKまでの熱伝導係数を有する。冷却手段に関して適切な材料は、アルミニウム、銅、これらの合金などの金属、又は1.5W/mKの熱伝導性を有する白／黒CoolpolyRD3606、又は5W/mKの熱伝導性を有する白CoolpolyRD1202などのCoolpolyRを介して手に入れられるような、熱伝導性プラスチック、である。

実施例において、電気ランプは、前記光透過可能表面は、前記冷却手段によってサブ領域へ分割されることを特徴とする。結果として、ランプは、光分布が、サブ領域の向き及びＬＥＤのクラスタからの関連付けられるＬＥＤのサブグループを設定することなどにより、調整され得る。代替実施例において、光分布は、ＬＥＤのサブグループの強度を制御することにより制御され得る、及び／又はサブグループ内においても個別のＬＥＤの強度は制御され得る。サブ領域の向き及び／又は強度を設定することによって、ランプが300°の空間角度内における観察者へ均一な輝度強度を呈することを可能にされる、すなわち、均一な輝度強度は、バルブ内部における軸において頂点を有するソケットの周りの円錐であって、60°の頂点角度を有する円錐内における方向からを除き全ての方向から観察される。この態様における「均一な輝度強度」は、±15%の変動を有する平均光強度を意味する。

更なる実施例において、電気ランプにおいて、前記サブ領域は、同一の形状及び／サイズを有することを特徴とする。結果として、様々な異なるランプ部品の数が低減されるので、ランプは、比較的に製造が容易であるという有利な点を有する。

より更なる実施例において、電気ランプは、前記サブ領域が、１つの一体型光透過可能表面を形成し、及び、前記サブ領域及び前記冷却手段は、相互に噛み合う(interdigitated)／フォーク状／交互配置構成で配置されることを特徴とする。このことは、光透過可能表面及び／又は冷却手段のそれぞれが一つのみの一体ランプ部分を形成し、したがってランプ部品の数が相当低減されるという有利な点をランプが有するようにさせる。

別の実施例において、電気ランプは、各サブ領域は、前記冷却手段の対応する一部によって囲まれることを特徴とする。結果として、ランプは、例えば光源がＬＥＤのサブグループを含み、ＬＥＤの各サブグループは関連付けられる冷却手段に近接される場合などに、相対的に非常に効率の良い冷却が達成されるという有利な点を有する。好ましい実施例は、前記サブ領域は、例えば、2、3、4、5、6又は8個などの、少なくとも２つの軸方向に延在する冷却アーチによって分離されることを特徴とするランプである。特に、冷却アーチがバルブの外側表面の周囲にわたり均一に分布され、光透過可能サブ領域が同一の形状を有する場合、例えば4つの繋ぎ目又は7つの繋ぎ目の回転対称などである、回転軸に対称なバルブが得られる。代替的な実施例は、前記サブ領域は、たとえば2、3又は4個のリングなどの、前記軸の周囲における少なくとも１つの環状又はリング形状冷却手段によって分割されることを特徴とするランプである。この場合、バルブは、例えば2個の継ぎ目、3個の継ぎ目、又は4個の継ぎ目などの回転軸に対して好ましい回転対称性を有する。

上述の実施例において、サブ領域の数は、2乃至8の範囲にあるが、前記数は、様々に異なるように容易に選択され得、例えば8より多く、及び36若しくは144個のサブ領域まで、又はより多くの数のサブ領域などである。

更に好ましい実施例において、電気ランプは、前記各サブ領域は、前記冷却手段へ解放可能に固定される光透過可能部分であることを特徴とする。特に便利である実施例は、解放可能な固定が、光透過可能部分を容易に交換させるクリック／スナップ接続部を介して行われる電気ランプである。置換可能性を有する構成のおかげにより、ランプは、光透過可能部分の好ましい特性が選択され得、ランプビーム特性は、随意に調整され得る。光透過可能部分は、例えば、反射パターンを任意選択的に備えられる拡散性透明又は半透明部分を備えられ得る、又は例えば、ランプの色又は色温度を設定するために選択された混合のリモートフォスファ材料を備えられる透明部分を備えられ得る。光透過可能部分が光線の方向が制御される光学要素である場合、ビーム特性又は光分布は、相対的に容易に調整可能である。

電気ランプにおける冷却手段は、大きく、ソリッドで、バルクな構造として実施化され、この構造において、バルブ内部から冷却手段の外側表面へ及びバルブの外側表面への熱伝導が材料のバルク部分をもっぱら介して行われる。しかし、代替的に、前記冷却手段は、内部へ、すなわち、バルブの外側表面から前記軸に向かって延在する凹部として形成され得る。この実施例において、冷却手段は、相対的に大きい外側表面を有し、熱伝導は、熱が冷却手段の外側表面に達する前に冷却手段の材料のバルク部分を介して相対的に短い距離のみにわたり生じ、この場合、結果として、熱は、自由に流れる外気へと散逸され得る。このようにして、ランプの効率的な冷却が達成される。

電気ランプのより更なる実施例は、前記冷却手段が、受動的冷却手段及び能動的冷却手段の両方を含むことを特徴とする電気ランプである。受動的冷却手段は、本質的に電力を消費することなく、多くの場合自然対流を用いて冷却を実行する。能動的な冷却手段は、例えば空気、オイル、又は水などの熱輸送流体の強制的な流れを介して放熱を制御し、したがって、電力を消費する。しかし、能動的冷却手段は、より多くの、及びより優れた制御された冷却の有利な点を可能にする。

電気ランプのより更なる実施例は、当該ランプは、直流駆動ランプであり、当該ランプは、ランプ駆動装置が構成される中央軸方向延在空洞を有することを特徴とする電気ランプであり、前記空洞はランプの冷却手段に近接するので、この空洞は、駆動装置がランプに内部に収容されるのに便利な位置である。当該ランプは交流駆動ランプであり、この場合、駆動装置は省略され得、ランプは、標準的なエジソン固定具を備えられ得、標準的なＧＬＳランプに関するレトロフィットランプとして適切に使用され得ることを可能にする。消費者の利便性のために、バルブ形状は、好ましくは、従来型のＧＬＳバルブの形状に従うが、代替的なバルブ形状も等しく可能である。

本発明のこれら及び他の態様は、概略図を用いて以下に更に説明され得る。

図１Ａは、従来技術に従う電気ランプを示す。 図１Ｂは、従来技術に従う別のランプを示す。 図１Ｃは、図1Ｂの従来技術のランプの光分布を示す。 図２Ａは、本発明に従う電気ランプの第１の実施例の側面図を示す。 図２Ｂは、本発明に従う電気ランプの第１の実施例の側面図を示す。 図２Ｃは、図２Ａのランプによって得られる光分布を示す。 図２Ｄは、一部が切り欠きされている、本発明に従うランプの第２の実施例の側面図を示す。 図３Ａは、本発明に従うランプの第３の実施例の側面図を示す。 図３Ｂは、図３Ａのランプの垂直断面図を示す。 図４は、本発明に従うランプの第４の実施例を示す。 図５は、本発明に従うランプの第５の実施例を示す。 図６は、本発明に従うランプの第６の実施例を示す。 図７は、本発明に従うランプの第７の実施例を示す。 図８は、本発明に従うランプの第８の実施例を示す。 図９は、本発明に従うランプの第９の実施例を示す。

図１において、従来技術に従うバルブ型のＬＥＤランプが示される。ランプ１は、ソケット５に装着されるバルブ３を有する。ＰＣＢ９に装着される複数のＬＥＤを含む光源７は、バルブ３の内部に構成される。ＰＣＢ９は、（図示されない）冷却手段として機能する換気穴を備えられる。ＰＣＢの一部は、保護ドームとして実施化されるバルブ３が装着されるベース板として形成され、前記ドームは、光源及びＰＣＢの一部及び冷却手段をとり囲む。ドームは、ランプの動作において光源から生じる光を透過させる半透明外側表面１５を有する。ランプ軸１１は、ソケットの中央端部１７及びバルブの中央先端部１９を通じて延在する。

図１Ｂは、従来技術に従う別のバルブ型ＬＥＤランプ１の側面図を示す。この従来技術のランプにおいて、バルブ３は、バルブ外側表面１５の光透過可能表面２２から分離される冷却手段２１に装着される。バルブ３は、ソケット５における冷却手段を介して装着される。冷却手段は、かなりバルキーであるが、このことは、冷却能力の正しい量を達成するために必要とされる。冷却手段は、光透過可能表面２２を通じて光源によって発される光の分布を阻害し、約220°の放射空間角度αを生じさせる。図１Ｂのランプの角度βの関数としての空間光強度分布は、図１Ｃに示される。図１Ｃに示されるプロットにおいて、角度β=0°は、ソケット５からバルブ３への方向における軸１１に沿って測定される光強度を参照する。図１Ｃに明確に示されるように、光強度は、70°の角度βにおいてのみ所要なレベルにあり、角度βより小さい角度において、光強度は低すぎであり、すなわち平均光強度出力より15%より低すぎである。図１Ｂにおいて、更に、軸１１に平行な第１平面Ｐ１及び軸１１に直交する第２平面Ｐ２に関して示され、前記平面Ｐ１・Ｐ２のうちの少なくとも１つは、冷却手段及び光透過可能表面の間の境界１０を少なくとも２回横断する位置は見受けられ得ない。平面Ｐ１は、境界１０を１度のみ横断し、平面Ｐ２は、いかなる境界も横断しない。

図２Ａにおいて、本発明に従うランプ１の第１実施例の側面図が示される。ランプは、ソケット５、すなわち便利なＥ２７型エジソン固定具を有し、冷却手段２１を含むバルブ３は、このソケットにおいて、装着される。バルブ３の外側表面１５は、光透過可能サブ領域２３、４つのアーチ２５（そのうち２つのみが示される）、及び冷却手段の連結上部２７の全てによって形成され、この構成は、図２Ｂにおいて示される軸１１に沿う上面図においてより明確に見える。冷却手段は、バルブ内部からバルブの外側表面へ延在し、ソリッドなアーチとして形成される。図２Ａの実施例において、表面は、相互に、冷却手段及び光透過可能サブ領域の両方の前記表面が互いに境界を接するバルブの外側表面における位置において同一平面上(flush)である。冷却手段は、光透過可能表面１５を通じて光源（図示されず）によって発される光の分布をわずかの程度のみ、且つ、図１Ｂに示される従来型のランプよりも相当少ない程度に損じさせる。角度βの関数としての、図２Ａのランプの空間的光強度分布は、図２Ｃに示される。図２Ｃに示されるプロットにおいて、角度β=0°は、ソケット５からバルブ３への方向における軸１１に沿って測定される光強度を参照する。図２Ｃに明らかに示されるように、光強度は、30°の角度βにおいてすでに必要とされるレベル、すなわち、平均光強度出力より15％以上にあり、これにより、約300°の放射空間的角度αを生じさせ、例えば、α=280°又はα=310°などの他の角度は、適切な光透過可能サブ領域を選択することによって、又は、光源のサブグループの向きを調整することによって、同様に可能である。角度βは、ソケット５の周囲の円錐６の頂点８の角度の半分の角度を形成する（図２Ａ参照）。

図２Ｄにおいて、本発明に従うランプ１の第２実施例の一部切り欠きされた斜視図が示される、すなわち、光透過可能サブ領域は、解放可能な固定光透過可能部分によって形成され、そのうち２つが取り除かれており、前記光透過可能部分は、冷却手段２１に設けられるクリック要素３２と相互接続することによりランプへの容易な組み立てを可能にするクリック／スナップ要素を備えられる。ＰＣＢ９に装着される複数のＬＥＤ７ａ・７ｂからなる光源７、及びバルブの内部のＰＣＢからバルブの外側表面１５へ延在する冷却手段２１を含むバルブ３内部のコンポーネントのいくつかは、目に見ることが可能である。ＰＣＢは、軸１１周りに構成される。冷却手段は、バルブ外側表面から軸に向かって延在する凹部として形成され、及び冷却手段は、冷却手段による光の吸収による光損失を解消するために、及びこれによりランプの効率を増加させるために、反射コーティング３１でＬＥＤに面する側２９においてコーティングされる。各ＰＣＢ及びＬＥＤのサブグループは、対応する冷却手段に近接し、結果として、相対的に非常に効率的な冷却が達成される。ＬＥＤは、赤、緑、青、白色（ＲＧＢＷ）ＬＥＤの組み合わせ、ＲＧＢＷ−アンバＬＥＤ、異なる色温度のＬＥＤ、全てが同一色のＬＥＤ、又は光透過可能部分上に又は中に設けられるリモートフォスファと組み合わせられる青／ＵＶのＬＥＤ、を含み得る。図２Ｄのランプにおいて、ＬＥＤは、異なる色温度、すなわち2500K及び7000Kであり、これらの放射強度は、ランプの放射色温度を調節するために個別に制御され得る。

図３Ａは、本発明に従うランプ１の第３実施例の側面図を示す。ランプは、ソケット５、すなわち便利なＥ２７型エジソン固定具を有し、冷却手段２１を含むバルブ３は、このソケットにおいて、装着される。バルブの外側表面１５は、同一形状の６つの光透過可能サブ領域２３、６つのアーチ２５（そのうち４つのみが示される）、及び冷却手段の連結上部２７の全てによって形成される。図３Ａのランプにおいて、光透過可能サブ領域は、対応する冷却手段によって囲まれる。冷却手段は、光透過可能表面と同一平面にはないが、前記表面にわたり一部位置され、これにより、冷却手段は、光透過可能表面とともにして、波状バルブ外側表面を形成するようにされる。このランプにおける冷却手段は、バルブ内部からバルブの外側表面１５内へ及び超えて延在しないが、バルブ外側表面の一部を形成するのみである。図３Ｂは、図３Ａのランプ１の垂直断面図を示す。ランプは直流ランプであるので、電子駆動装置回路３３は、バルブ３における空洞３５内部に設けられ、この電子駆動装置回路３３は、交流主電圧を適切な直流電圧へ変換する。空洞３５は、軸１１周りにおいて熱伝導材料のＰＣＢ９によって形成される環状外側壁を有し、これにより、冷却手段として作用し、このＰＣＢにおいて、ＬＥＤ（図示されない）が装着され（るべきであり）、６つのアーチは、バルブ外側表面における前記壁へ熱的に接続され、電気絶縁壁３６は、駆動装置をＰＣＢから遮断する。これにより、ＬＥＤ及び駆動回路装置の両方の効率的な冷却が達成される。図３Ｂのランプは、青色ＬＥＤを含み、その青色ＬＥＤの放射は、光透過可能サブ領域２３の内部表面２４に設けられるリモートフォスファYAG-Ceコーティング３７によって可視光へ変換される。

図４乃至８は、それぞれ、本発明に従うランプ１の第４、第５、第６、第７及び第８実施例を示し、この場合、バルブ３の外側表面１５において、冷却手段２１及び光透過可能サブ領域２３の代替的な構成が示される。全ての実施例は、良好な冷却特性を有する。図４におけるランプは、平行環状リングの冷却手段を有し、図５におけるランプは、冷却手段２１の光透過可能サブ領域２３との一体型構造（指状又はクシ状構造）を有する。３つの指状冷却領域は、光透過可能表面の３つのサブ領域を有する一体型構造を形成する。図６におけるランプ１は、冷却手段２１が、ソケット５に近接し、且つ、１つの一体型光透過可能表面２２を有する（すなわち中間サブ領域を有さない）ランプの上部２７において構成される実施例を示す。図７及び８は、バルブの形状の代替的な実施例を示し、すなわち、図７において、バルブは管形状であり、図８において、バルブは光透過可能表面２２のサブ領域２３と冷却手段２１とによって形成されるパッチ状構造を有する六面多角形（六角形）である。より更に、図４ないし８のそれぞれにおいて、軸１１に平行な平面Ｐ１は、前記軸に直交する平面Ｐ２とともに示される。軸１１は、ソケット５の端部１７及びバルブ３の先端部１９を通じて延在する。図４ないし８に示される全ての実施例において、平面Ｐ１又は平面Ｐ２のいずれか、又は平面Ｐ１及び平面Ｐ２の両方は、冷却手段２１と光透過可能表面２２若しくはそのサブ領域２３との間において２回又はそれ以上の回数、境界１０を横断する。図４において、平面Ｐ１は、前記境界を３回横断し、平面Ｐ２は、境界１０を横断しない。図５において、平面Ｐ１は、何の境界も横断しない一方で、平面Ｐ２は、前記境界１０を６回横断する。図６において、平面Ｐ１は、前記境界を２回横断する一方で、平面Ｐ２は、何の境界も横断しない。図７において、平面Ｐ１は、前記境界１０を１回横断し、平面Ｐ２は、前記境界を６回横断する。図８において、平面Ｐ１及び平面Ｐ２の両方は、前記境界１０を８回横断する。図７のランプにおいて、バルブ外側表面１５は、冷却手段２１と光透過可能表面２２のサブ領域２３との相互に噛み合わされる構造を有する。相互に噛み合わされる構造は、バルブ外側表面１５にわたり長さＬにおいて軸方向に延在する。好ましくは、長さＬは、バルブ３の軸方向高さＨの少なくとも1/4であるべきである。

図９は、本発明に従うランプ１の第９実施例の垂直断面図を示す。ランプは、能動的に冷却される及び受動的に冷却されることの両方である。図において２つの横断方向において作用する二重ファンである、能動的冷却手段４１は、バルブ３における空洞３５内部に設けられ、この能動的冷却手段４１は、ランプの冷却のより優れた制御のために冷却能力を改善させる。格子４３は、矢印４５で示される、空洞を通じた空気の強制流を可能にするために設けられる。空洞３５は、熱伝導材料のＰＣＢ９によって形成される外側壁を有し、この外側壁は、これにより受動的冷却手段として作用し、このＰＣＢにおいて、光源７としてＬＥＤ７ａ・７ｂ・７ｃは、装着される。したがって、全てのランプの効率的な冷却が達成される。

Claims (4)

1. ソケット部と、
   前記ソケット部に装着されているバルブ部と、
   を有する電気ランプであって、
   前記バルブ部は、半導体光源が装着されている基板を複数有し、前記基板の各々は、前記ソケット部の中央端部及び前記バルブ部の中央先端部を通じて延在するランプ軸に平行に延在し、前記基板の前記半導体光源が装着されていない側には空間が設けられており、
   前記バルブ部は、更に、前記基板上の前記半導体光源からの光が透過するように設けられている光透過可能表面を複数有し、前記空間は、隣り合う前記光透過可能表面間において周囲環境と連通し、少なくとも１つの前記光透過可能表面は、前記ランプ軸に直交するある平面において、少なくとも１つの前記空間から隣り合う他の空間まで延在している、
   電気ランプ。
2. 前記半導体光源は、前記基板の長手方向において直線状に並べられて装着されている、請求項１に記載の電気ランプ。
3. 前記バルブ部は前記ランプ軸を中心とする管形である、請求項１又は２に記載の電気ランプ。
4. 前記バルブ部は多面体である、請求項１又は２に記載の電気ランプ。

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