JP6244893B2

JP6244893B2 - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP6244893B2
Application number: JP2013265803A
Authority: JP
Inventors: 俊彦栗山
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: DE212013000276U1; WO2014119169A1; US9638409B2; JP2015038855A; CN205037079U; US20150323169A1

Description

本発明は、ＬＥＤを用いた照明装置に関する。

ハロゲン電球等の一般的な灯具に代わり、高効率でかつ長寿命であるＬＥＤ（Light-emitting Diode）等の半導体発光素子を用いたＬＥＤ照明装置が種々開発されている。ＬＥＤから発生する熱によってＬＥＤが高温となると発光効率が低下し、照明装置の光出力が低下するという問題やＬＥＤの寿命が短くなるといった問題がある。そのため、この種のＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤから発する熱を放熱させるヒートシンクを備えるものが知られている（特許文献１〜４参照）。

特表２００６−５０２５５１号公報特表２００４−５２８６９８号公報特開２０１１−６０７５４号公報特開２０１２−１６９２７４号公報

ところで、ハロゲン電球等の一般的な灯具は、その最大外径寸法や全長寸法等を規定した標準規格（例えば、Ｃ７５２７−ＪＩＳ−６３２０−２）が制定されている。従って、ハロゲン電球をＬＥＤ照明装置によって置き換える場合にも、ＬＥＤ照明装置の最大外径寸法や全長寸法等を既存の標準規格に適合させる必要があり、大きなヒートシンクを設けることが難しい。このため、ハロゲン電球をＬＥＤ照明装置によって置き換える場合には、ＬＥＤから発する熱を充分に放熱させることができずにＬＥＤが高温となり、その結果、発光効率が低下するというおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、既存の標準規格に適合させる場合であっても、発光効率の低下を有効に防止させ得るＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るＬＥＤ照明装置は以下の手段を採用した。すなわち、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤを有するＬＥＤ発光モジュールと、ＬＥＤ発光モジュールを収容すると共に、口金に向かうにつれて断面積が小さくなる構造を有する筐体と、を備え、筐体は、ＬＥＤが発する熱を放熱するヒートシンクを少なくとも一部に備え、ヒートシンクは、ＬＥＤ発光モジュールを設置する底部と、底部の外周縁に複数並べられると共に、当該底部の前方及び側方に向かって伸びる板状の放熱フィンと、口金側から筐体を見た場合に、筐体の最外径から底部に向かって筐体最外直径の１０％以上４０％以下の範囲で筐体を覆うように設けられる板状の放熱体と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、複数の放熱フィン及び放熱体により生じる、対流による放熱及び熱放射による放熱の双方を最大化することができる。また、一方向に対流させることができると共に、対流を安定させることができる。従って、ＬＥＤから発する熱を充分に放熱させることができ、ＬＥＤが高温となるのを有効に防止することができる。

ここで、本発明に係るＬＥＤ照明装置において、ヒートシンクの底部、放熱フィン及び放熱体には、熱放射率を向上させる処理が施されていてもよい。熱放射率を向上させる処理としては、ヒートシンクの底部、放熱フィン及び放熱体に対して、例えば、表面処理を施して熱放射率を向上させたり、熱放射率向上膜を塗布形成したり、熱放射率向上液に浸漬して熱放射率向上膜を形成する等、種々の方法が考えられる。このように、ヒートシンクの底部、放熱フィン及び放熱体に放射率を向上させる処理を施すことにより、複数の放熱フィン及び放熱体により生じる熱放射による放熱を一段と向上させることができる。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置において、ヒートシンクの放熱体は、底部及び放熱フィンと熱放射率が異なっていてもよい。例えば、ヒートシンクの放熱体のみに熱放射率を向上させる処理を施し、ヒートシンクの底部及び放熱フィンには熱放射率を向上させる処理を施さないことが考えられる。このように、ヒートシンクの放熱体のみに熱放射率を向上させる処理を施すことにより、熱放射率を向上させる処理を低減しつつ、放熱体により生じる熱放射による放熱を一段と向上させることができる。

さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置において、放熱体の表面積が筐体の外形形状に沿う場合に比して大きくてもよい。例えば、放熱体は厚さ方向に対して凹凸を有していてもよく、また、放熱体を放熱フィン同士の隙間に向かって入り込ませたり、所定の間隔で外側に向かって放熱体を波打つように構成してもよい。このように、放熱体の表面積を筐体の外形形状に沿う場合に比して大きくすることにより、放熱体の表面積を大きくすることができ、放熱体により生じる熱放射による放熱を一段と向上させることができる。

さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置において、底部は略円形を有し、複数の放熱フィンは、底部の外周縁に放射状に並べられていても良い。さらに、複数の放熱フィンは、底部の外周縁に一定間隔に並べられていても良い。これらによれば、複数の放熱フィンにより生じる対流による放熱を一段と向上させることができる。

さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤ発光モジュールは、ＬＥＤが略中心に基板に搭載されており、ＬＥＤの光軸と底部の中心が略一致するように配置されていても良い。上記のように、所謂ワンコア型のＬＥＤ発光モジュールを採用することで、ＬＥＤ照明装置全体として点光源とすることができる。このように、ＬＥＤ発光モジュールをコンパクト化することにより、複数の放熱フィンを大きくすることができ、複数の放熱フィンにより生じる対流による放熱及び熱放射による放熱を一段と向上させることができる。また、所謂ワンコア型のＬＥＤ発光モジュールを採用することで、マルチシャドウを有効に解消又は緩和することができる。

さらに、前記ＬＥＤが有するＬＥＤチップは、ＧａＮ基板を有していてもよい。これによれば、ＬＥＤの電流密度を高くしても不具合が生じにくいという効果を奏する。その結果、ＬＥＤに対してより大きな駆動電力を供給することができるようになり、ＬＥＤ照明装置は、より大きな光束、照度で光を出射することができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明によれば、ＬＥＤを光源として用いるＬＥＤ照明装置において、既存の標準規格に適合させる場合であっても、発光効率の低下を有効に防止させ得るＬＥＤ照明装置を提供することができる。

本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の分解斜視図である。本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の側面図である。本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の斜視断面図である。本実施形態に係るヒートシンクの斜視図である。本実施形態に係るヒートシンクの斜視図である。本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の側面図である。本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の上面図である。本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の側面図である。本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の上面図である。本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の側面図である。本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の上面図である。本実施形態に係るＬＥＤ発光モジュール設置面温度を示すグラフである。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための実施形態を例示的に詳しく説明する。なお、本実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜本実施形態に係るＬＥＤ照明装置の全体構成＞
本実施形態に係るＬＥＤ照明装置は、光源として、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）を備えたＬＥＤ灯具であり、その筐体は、ＪＩＳ（日本工業規格）等の標準規格によって制定されている規格サイズに適合するように構成されている。ここでは、まず図１〜図５を参照して、本実施形態に係るＬＥＤ照明装置を、約５０ｍｍの外径を有するＭＲ１６型ハロゲン電球に代替可能なＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１として構成する例について説明する。なお、既存の標準規格であるＭＲ１６型ハロゲン電球は、口金に向かうにつれて断面積が小さくなる略半球状の構造を有しており、同様に、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、口金に向かうにつれて断面積が小さくなる略半球状の構造を有している。

図１は、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の分解斜視図である。図２は、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の側面図である。図３は、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の斜視断面図である。

ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、ＬＥＤ発光モジュール２と、レンズモジュール３、筐体４等を有する。本明細書においては、レンズモジュール３が設けられている側をＬＥＤ照明装置（ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１）の「前方」として定義する。

ＬＥＤ発光モジュール２は、光源としてのＬＥＤ２０、当該ＬＥＤ２０を実装するモジュール基板２１を有しており、モジュール基板２１の中央部にＬＥＤ２０を集約配置した、ワンコア型のモジュールである。モジュール基板２１は、例えば、熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属材料、或いは絶縁材料等により形成されたメタルベース基板である。

ＬＥＤ２０は、例えば、１又は複数の近紫外ＬＥＤチップをモジュール基板２１の実装面に設けた配線上に直接実装するチップ・オン・ボード構造であり、近紫外ＬＥＤチップにより励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体が混ぜ込まれた透光性樹脂によってポッティング等されることにより構成されている。なお、ＬＥＤチップは、近紫外ＬＥＤチップのみならず、青色ＬＥＤチップ等の種々のＬＥＤチップを用いることができ、用いるＬＥＤチップに応じて種々の蛍光体を選択することができる。また、本実施形態におけるＬＥＤチップは、ＧａＮ基板を有している。このように、ＧａＮ基板を用
いたＬＥＤチップを適用した場合、大電流を投入することができ、大光束の点光源を実現することができる。

なお、ＬＥＤ２０は、チップ・オン・ボード構造を用いる代わりに、パッケージ構造を採用することもでき、種々の形態に適用することができる。また、ＬＥＤ発光モジュール２は、複数のＬＥＤ２０をモジュール基板２１上に分散して配置することもできる。また、ＬＥＤチップには、ＧａＮ基板以外の基板、例えば、サファイヤ基板やシリコン基板などを適用してもよい。

レンズモジュール３は、レンズ３０と、このレンズ３０を装着可能なレンズホルダ３１とを有する。レンズ３０は、所定の配光角を有するレンズである。また、レンズ３０は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などによって形成されており、例えば、全体として略円錐台形状を有している。レンズ３０は、ＬＥＤ２０が発する光を出射する出射面３０１を有している。レンズ３０のうち、出射面３０１が形成されている側を「前方部位」と定義すると、レンズ３０の後方部位にはＬＥＤ２０を収容するための凹部３０２が形成されている。

レンズ３０の出射面３０１は、例えば、コリメータレンズである。また、レンズ３０における凹部３０２の底部には、例えば、後方部位に向かって凸となるように凸レンズが設けられている。出射面３０１はコリメータレンズに限定されず、例えば、フレネルレンズ等、種々のレンズを好ましく使用できる。また、図３に示すように、レンズ３０は、モジュール基板２１に実装されたＬＥＤ２０と対向する位置に設けられると共に、その凹部３０２にＬＥＤ２０を収容することで、レンズ３０とＬＥＤ２０とが干渉することを抑制している。なお、レンズ３０の形状、大きさ、材質等は、適宜変更することができる。

レンズホルダ３１は、内部にレンズ３０を保持可能な略円筒形状を有するホルダ本体３１１を有する。ホルダ本体３１１の内径は、レンズ３０の外径と等しく、レンズ３０を保持部３１１に嵌め込むことで、レンズホルダ３１はレンズ３０を保持することができる。レンズホルダ３１は、透光性を有し、例えば、透明樹脂によって形成されている。レンズホルダ３１は、更に、ホルダ本体３１１から下方に向かって伸びるように突出した一組の突出腕部３２を備えている。また、突出腕部３２の先端には、鉤状の連結爪３３が形成されている。

筐体４は、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の筐体（ハウジング）であり、ＬＥＤ発光モジュール２、レンズモジュール３等を収容する。また、筐体４は、ＬＥＤ２０が発する熱を放熱するヒートシンクを少なくとも一部に有している。具体的には、筐体４は、ＬＥＤ２０が発する熱を放熱するヒートシンク４１と、ＬＥＤ発光モジュール２におけるＬＥＤ２０への駆動電力を電源から供給する電源用の回路基板６（図２を参照）を収容するドライバハウジング４２と、を有している。

ドライバハウジング４２の材料には、種々の樹脂、セラミック等の無機材料、アルミ等の金属を適用することができ、また、これらの材料を併用してドライバハウジング４２を構成してもよい。本実施形態では、ドライバハウジング４２にＰＢＴ（polybutylene terephthalate）を用いているが、これには限られない。また、ドライバハウジング４２の材質としては、導電性を持たない樹脂系材料が好ましい。ドライバハウジング４２は、回路基板６を収容する基板収容部４２１と、この基板収容部４２１の後方に連設された導線押さえ装着部４２２とを備える。基板収容部４２１には、ネジ等の締結具を螺合可能な一組の固定部４２３を有している。

ドライバハウジング４２の導線押さえ装着部４２２には、導線押さえ部材７が装着され
る。導線押さえ部材７は、絶縁部材によって形成されている。また、導線押さえ部材７には、その厚さ方向に一組のピン挿通孔７１が穿設されている。このピン挿通孔７１には、回路基板６（図２を参照）に設けられる口金の口金ピン６１（図２を参照）が挿通されるようになっている。更に、導線押さえ部材７は、ドライバハウジング４２の導線押さえ装着部４２２側に設けられた係止部４２４に係止される係止爪７２を有している。

図４、５は、本実施形態に係るヒートシンク４１の斜視図である。ヒートシンク４１は、ドライバハウジング４２と共に筐体４を構成するハウジング部材である。また、ヒートシンク４１は、上記の通りＬＥＤ２０が発する熱を放熱するための放熱部材でもある。ヒートシンク４１は、熱伝導性が良好な部材、例えば、アルミニウムなどによって形成されている。

ヒートシンク４１は、ＬＥＤ発光モジュール２及びレンズモジュール３を設置するための設置部４１１、設置部４１１よりも後方に位置する外筒部４１２、外筒部４１２の周囲に設けられる複数の放熱フィン４１３等を備える。

ヒートシンク４１の設置部４１１は、平面形状が略円形をなしている。また、外筒部４１２には、ドライバハウジング４２における基板収容部４２１を差し込むことができる。また、ヒートシンク４１の設置部４１１には、一組のネジ挿通孔４１４と、レンズホルダ３のホルダ本体３１１における一組の突出腕部３２をそれぞれ挿通可能な一組のアーム挿通孔４１５が形成されている。更に、第１ヒートシンク４１Ａの設置部４１１には、第１ドライバハウジング４２に収容される回路基板６及びモジュール基板２１のそれぞれの端子に接続される配線を通すための配線用開口部４１６が形成されている。

また、ヒートシンク４１は、複数の放熱フィン４１３が設置部４１１の外周縁に放射状に並べられている。各放熱フィン４１３は板形状を有しており、ヒートシンク４１の表面積を増加させることで、ＬＥＤ２０から設置部４１１に伝達された熱の放熱を促進させることができる。各放熱フィン４１３は、外筒部４１２の外面に接続されており、当該外筒部４１２の側部外方に向かって（言い換えると、設置部４１１の側部外方に向かって）放射状に延びている。また、各放熱フィン４１３は、第１ヒートシンク４１における設置部４１１の中心を基準として、互いに一定間隔で放射状に配置されている。また、放熱フィン４１３は、ヒートシンク４１における設置部４１１を基準として前方に向かって伸びており、各放熱フィン４１３の先端部同士は環状のリム部４１７によって互いに接続されている。

＜ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の組み立て＞
図１及び図３に示すように、ヒートシンク４１の設置部４１１には、ＬＥＤ発光モジュール２及びレンズモジュール３が設置されている。詳しくは、ＬＥＤ発光モジュール２は、固定用ネジ５によって筐体４に固定されている。ＬＥＤ発光モジュール２のモジュール基板２１には、固定用ネジ５を挿通させる切欠きである一組のネジ挿通部２１１と、レンズホルダ３１のホルダ本体３１１における各突出腕部３２を挿通させる切欠きである一組のアーム挿通部２１２が形成されている。更に、モジュール基板２１には、ドライバハウジング４２に収容される回路基板６及びモジュール基板２１のそれぞれの端子に接続される配線を通すための切欠きである配線用切欠き部２１３が形成されている（図１を参照）。

ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の組み立て時において、固定用ネジ５を、モジュール基板２１に形成されたネジ挿通部２１１と、ヒートシンク４１の設置部４１１に形成されたネジ挿通孔４１４に順次、挿通させた後、ドライバハウジング４２における基板収容部４２１に設けられた固定部４２３に形成されたネジ溝と螺合させる。これにより、固定用ネジ５を
介してＬＥＤ発光モジュール２がヒートシンク４１の設置部４１１に固定されると共に、ヒートシンク４１とドライバハウジング４２とが連結される。

一方、レンズモジュール３は、レンズホルダ３１における突出腕部３２の先端に形成された連結爪３３によって、ヒートシンク４１に固定される。具体的には、レンズホルダ３１における突出腕部３２が、モジュール基板２１に形成されたアーム挿通部２１２、ヒートシンク４１の設置部４１１に形成されたアーム挿通孔４１５に挿入され、突出腕部３２の先端に形成された連結爪３３を、設置部４１１の背面に引っ掛ける。これにより、レンズモジュール３は、ＬＥＤ発光モジュール２を保持しつつ、ヒートシンク４１に装着される。更に、突出腕部３２の連結爪３３は、ヒートシンク４１の設置部４１１の中心方向（すなわち、内側）に向かって設けられており、ヒートシンク４１の設置部４１１に形成されたアーム挿通孔４１５に係止される。

また、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の組み立て時において、ドライバハウジング４２の基板収容部４２１に回路基板６（図２を参照）を収容すると共に、口金ピン６１（図２を参照）を導線押さえ部材７のピン挿通孔７１に挿通させる。そして、導線押さえ部材７の係止爪７２を導線押さえ装着部４２２の係止部４２４に引っ掛けることで、ドライバハウジング４２に対して導線押さえ部材７を装着することができる。なお、導線押さえ部材７のピン挿通孔７１を通じて外部に突出する口金ピン６１は、図示しないソケットに差し込み、接続することができる。これにより、外部電源から回路基板６に電力を供給することができる。

ドライバハウジング４２に収容された回路基板６からの配線は、ヒートシンク４１の設置部４１１に形成された配線用開口部４１６及びモジュール基板２１に形成された配線用切欠き部２１３を通じてモジュール基板２１におけるＬＥＤ２０の実装面へと導き、当該実装面に設けられている端子に接続することができる。これにより、モジュール基板２１に実装されたＬＥＤ２０に対して、回路基板６からの駆動電力を供給することができる。

＜本実施形態に係るヒートシンクの特徴的構成＞
図６は、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の側面図である。図７は、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の上面図である。上述した通り、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、口金に向かうにつれて断面積が小さくなる略半球状の構造を有している。また、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、筐体４がＬＥＤ２０が発する熱を放熱するヒートシンク４１を少なくとも一部に有しており、ヒートシンク４１は、ＬＥＤ発光モジュール２を設置する底部４１１と、底部４１１の外周縁に複数並べられると共に、当該底部４１１の前方及び側方に向かって伸びる板状の放熱フィン４１３とを有している。

これに加えて、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１のヒートシンク４１には、特徴的構成として、連続性を有する帯状に構成された所定厚さの板状の放熱体４１８が設けられている。なお、放熱体４１８は、連続性を有する帯状のみならず、例えば、所定位置に１又は複数のスリットを有していてもよく、連続性を有していなくともよい。

この場合、放熱体４１８は、ヒートシンク４１と同様にＬＥＤ２０が発する熱を放熱するための放熱部材でもある。放熱体４１８は、熱伝導性が良好な部材、例えば、アルミニウムなどによって形成されている。また、放熱体４１８は、放熱フィン４１３の外周側の部位同士を接続し、筐体４の外側に向かって熱を放射する。よって、熱の再入射は低減され、熱放射の効率を向上させることができる。なお、放熱体４１８は、ヒートシンク４１と一体に形成されていてもよく、別部材として構成されていてもよい。

放熱体４１８は、環状のリム部４１７と接しており、図６に示すように、環状のリム部４１７から口金ピン６１側に向かって所定の高さで設けられている。つまり、放熱体４１８は、図７に示すように、筐体４の最外径から底部４１１（口金ピン６１側）に向かって所定範囲で筐体４を覆うように設けられている。

ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具の最外直径は、規格により約５０ｍｍであり、その放熱体は略半球状の構造を有している。ここで、放熱体４１８の高さは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下がより好ましく、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下が更に好ましい。略半球状の構造を有する放熱体の曲率を、規格に収まる程度として換算すると、例えば、放熱体４１８の高さが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の場合、放熱体４１８は、口金ピン６１側から筐体４を見た場合に、筐体４の最外径から底部４１１に向かって筐体最外直径の１０％以上４０％以下の範囲で筐体４を覆う。同様に、放熱体４１８の高さが５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の場合、放熱体４１８は１０％以上３０％以下の範囲で筐体４を覆う。また、放熱体４１８の高さが１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下の場合、放熱体４１８は２０％以上３０％以下の範囲で筐体４を覆う。すなわち、放熱体４１８は、口金ピン６１側から筐体４を見た場合に、筐体４の最外径から底部４１１に向かって筐体最外直径の１０％以上４０％以下の範囲で筐体４を覆うように設けるのが好ましく、１０％以上３０％以下の範囲で筐体４を覆うように設けるのがより好ましく、２０％以上３０％以下の範囲で筐体４を覆うように設けるのが更に好ましい。なお、放熱体４１８の高さは、放熱体４１８の高さとリム部４１７の高さを合わせた高さとなっている。

なお、図６は、放熱体４１８の高さが１０ｍｍの場合のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の側面図であり、図７は、放熱体４１８が筐体４の最外径から底部４１１に向かって約１５％の範囲で筐体４を覆った場合のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の上面図である。また、図８は、放熱体４１８の高さが５ｍｍの場合のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の側面図であり、図９は、放熱体４１８が筐体４の最外径から底部４１１に向かって約１０％の範囲で筐体４を覆った場合のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の上面図である。さらに、図１０は、放熱体４１８の高さが２０ｍｍの場合のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の側面図であり、図１１は、放熱体４１８が筐体４の最外径から底部４１１に向かって約４０％の範囲で筐体４を覆った場合のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の上面図である。

本実施形態のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８の間の隙間を通る対流による放熱、並びに複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８から放射される熱放射による放熱の双方によって、ＬＥＤ２０から発する熱の放熱を実現している。

しかしながら、放熱体４１８の大きさが小さい場合には、放熱体４１８から放射される熱放射による放熱を充分に行うことができないというおそれがある。一方、放熱体４１８の大きさが大きい場合には、空気の流れる開口部の面積を小さくしてしまうため、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８の間の隙間を通る対流による放熱を充分に行うことができないというおそれがある。

また、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、口金ピン６１側に向かうにつれて断面積が小さくなる略半球状の構造を有している。従って、筐体４は、口金ピン６１側に向かうにつれて外径が減少しており、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１を上面（口金ピン６１側）から見た場合の放熱体４１８の設置位置と、放熱体４１８の高さは、放熱フィンの最外径の曲率により求めることができる。

ここで、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、筐体４の中心に近い位置ほど曲率が小さくなる一方、筐体４の最外径に近い位置ほど曲率が大きいため、放熱体４１８が
筐体４の中心に近い位置に設けられる場合には、放熱体４１８の大きさが小さい場合であっても、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１を上面（口金ピン６１側）から見た場合に筐体４の広い範囲を覆うこととなり、空気の流れる開口部の面積を小さくしてしまうため、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８の間の隙間を通る対流による放熱を充分に行うことができないというおそれがある。

さらに、放熱体４１８が筐体４の中心に近い位置に設けられる場合には、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８の間の隙間が狭いため、放熱体４１８から放射された熱が放熱フィン４１３に吸収されたり、放熱フィン４１３から放射された熱が他の放熱フィン４１３に吸収されたりして再度筐体４内に回帰してしまうおそれがあり、放熱効果を最大限に活用することができないというおそれがある。

これらの課題を解決するため、本実施形態のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、口金ピン６１側から筐体４を見た場合に、筐体４の最外径から底部４１１に向かって所定範囲（筐体最外直径に対して１０％以上４０％以下）で筐体４を覆うように放熱体４１８を設けることによって、放熱体４１８から放射される熱放射による放熱を充分に行いつつ、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８の間の隙間を通る対流による放熱を充分に行うことができる。また、放熱体４１８の大きさが大きい場合であっても、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１を上面（口金ピン６１側）から見た場合に筐体４の狭い範囲しか覆わないため、空気の流れる開口部の面積を大きくすることができ、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８の間の隙間を通る対流による放熱を充分に行うことができる。さらに、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８の間の隙間が広いため、放熱体４１８や放熱フィン４１３から放射された熱が再度筐体４内に回帰せずに放熱効果を最大限に活用することができる。以上より、複数の放熱フィン及び放熱体により生じる、対流による放熱及び熱放射による放熱の双方を最大化することができる。また、一方向に対流させることができると共に、対流を安定させることができる。従って、ＬＥＤ２０から発する熱を充分に放熱させることができ、ＬＥＤ２０が高温となるのを有効に防止することができる。

さらに、ヒートシンク４１の表面には、熱放射率を向上させる処理が施されている。熱放射率を向上させる処理としては、ヒートシンク４１に対して、例えば、表面処理を施して熱放射率を向上させたり、熱放射率向上膜４１９を塗布形成したり、熱放射率向上液に浸漬して熱放射率向上膜４１９を形成する等、種々の方法が考えられる。具体的に、本実施形態では、ヒートシンク４１の表面には、熱放射率向上膜４１９が設けられている。熱放射率向上膜４１９には、例えば、炭化ケイ素や所定の特殊セラミックを含有した塗料を用いることが好ましい具体的には、熱放射率向上膜４１９には、オキツモ株式会社のクールテックCT200や合同インキ株式会社のユニクール(水系タイプII)を用いることが好まし
い。このように、本実施形態のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、ヒートシンク４１の表面に熱放射率を向上させる処理を施すことによって、ヒートシンク４１の熱放射による放熱を一段と向上させることができる。従って、ＬＥＤ２０から発する熱を充分に放熱させることができ、ＬＥＤ２０が高温となるのを有効に防止することができる。

なお、本実施形態では、ヒートシンク４１の表面全体に熱放射率を向上させる処理が施された場合のみならず、ヒートシンク４１の放熱体４１８の表面のみに熱放射率を向上させる処理が施されていてもよい。つまり、ヒートシンク４１の放熱体４１８は、底部４１１及び放熱フィン４１３と熱放射率が異なっていてもよい。このように、本実施形態のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、放熱体４１８の表面のみに熱放射率を向上させる処理を施すことによって、ヒートシンク４１の表面全体に熱放射率を向上させる処理を施す場合に比して熱放射率を向上させる処理を低減しつつ、放熱体４１８により生じる熱放射による放熱を一段と向上させることができる。従って、ＬＥＤ２０から発する熱を充分に放熱させることができ、ＬＥＤ２０が高温となるのを有効に防止することができる。また、本実施
形態のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、複数の放熱フィン４１３に熱放射率を向上させる処理を施すという煩雑な処理を施すことなく、簡易に放熱体４１８により生じる熱放射による放熱を一段と向上させることができる。

＜シミュレーション結果＞
図１２は、本実施形態に係るＬＥＤ発光モジュール設置面温度を示すグラフである。この場合、横軸は放熱体４１８の高さを示しており、縦軸はＬＥＤ発光モジュール２のモジュール設置面温度を示している。（１）は熱放射率向上膜４１９が設けられていない場合のシミュレーション結果を示しており、（２）放熱体４１８のみに熱放射率向上膜４１９が設けられた場合のシミュレーション結果を示しており、（３）はヒートシンク４１の表面全体に熱放射率向上膜４１９が設けられた場合のシミュレーション結果を示している。なお、シミュレーターは、SolidWorks Flow Simulationを使用した。

このように、本実施形態のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、口金ピン６１側から筐体４を見た場合に、筐体４の最外径から底部４１１に向かって所定範囲（筐体最外直径に対して１０％以上４０％以下）で筐体４を覆うように放熱体４１８を設けることによって、ＬＥＤ２０が高温となるのを有効に防止して、ＬＥＤ発光モジュール設置面温度を格段に低下させることができた（図８（１））。また、本実施形態のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、ヒートシンク４１の表面に熱放射率を向上させる処理を施すことによって、ＬＥＤ２０が高温となるのを有効に防止して、ＬＥＤ発光モジュール設置面温度を格段に低下させることができた（図８（２））。さらに、本実施形態のＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、放熱体４１８の表面のみに熱放射率を向上させる処理を施すことによって、熱放射率を向上させる処理を低減しつつ、ＬＥＤ２０が高温となるのを有効に防止して、ＬＥＤ発光モジュール設置面温度を格段に低下させることができた（図８（３））。

＜作用及び効果＞
以上のように、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、放熱体４１８の高さが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の口金ピン６１側から筐体４を見た場合に、筐体４の最外径から底部４１１に向かって所定範囲（１０％以上４０％以下）で筐体４を覆うように放熱体４１８を設ける。これにより、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８により生じる、対流による放熱及び熱放射による放熱の双方を最大化することができる。また、一方向に対流させることができると共に、対流を安定させることができる。従って、ＬＥＤ２０から発する熱を充分に放熱させることができ、ＬＥＤ２０が高温となるのを有効に防止することができる。

また、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、ヒートシンク４１に熱放射率を向上させる処理に施すことによって、複数の放熱フィン４１３及び放熱体４１８により生じる熱放射による放熱を一段と向上させることができる。

さらに、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、ヒートシンク４１の放熱体４１８の表面のみに熱放射率を向上させる処理を施すことによって、熱放射率を向上させる処理を低減しつつ、放熱体４１８により生じる熱放射による放熱を一段と向上させることができる。

さらに、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、底部４１１が略円形を有し、複数の放熱フィン４１３は、底部４１１の外周縁に放射状に並べられると共に、底部４１１の外周縁に一定間隔に並べられることによって、複数の放熱フィン４１３により生じる対流による放熱を一段と向上させることができる。

さらに、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、ＬＥＤ発光モジュール２は、
ＬＥＤ２０が略中心に基板に搭載されており、光軸と底部４１１の中心が略一致するように配置することによって、ＬＥＤ発光モジュール２を所謂ワンコア型として全体として点光源とすることができる。従って、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、ＬＥＤ発光モジュール２をコンパクト化することができるため、複数の放熱フィン４１３を大きくすることができ、複数の放熱フィン４１３により生じる対流による放熱及び熱放射による放熱を一段と向上させることができる。また、複数のＬＥＤが点在するＬＥＤ灯具では、マルチシャドウが発生し、照明効果上好ましくない場合もある。マルチシャドウを解消、緩和するため、一般的には、拡散板やレンズ等の光学部材の採用、組み合せ、ＬＥＤの最適な配置等がなされているが、本実施形態に係るＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１では、所謂ワンコア型のＬＥＤを使用することにより、このマルチシャドウの問題を有効に解消又は緩和することができる。

さらに、ＬＥＤ２０が有するＬＥＤチップは、ＧａＮ基板を有することによって、ＬＥＤ２０の電流密度を高くしても不具合が生じにくいという効果を奏し、その結果、ＬＥＤ２０に対してより大きな駆動電力を供給することができるようになり、より大きな光束、照度で光を出射することができる。

＜変形例＞
本実施形態で述べたＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。例えば、本実施形態では、既存の標準規格に適合させるＬＥＤ照明装置として、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１を例示しているが、本発明はこれに限らず、例えば、ＭＲ１１型ＬＥＤ灯具や、ＡＲ１１１型ＬＥＤ灯具、ＰＡＲ型ＬＥＤ灯具等、他の標準規格に適合するＬＥＤ灯具としてＬＥＤ照明装置を構成してもよい。

また、本実施形態では、ＭＲ１６型ＬＥＤ灯具１の口金としてＧＵ５．３という規格を採用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、ＥＺ１０等、異なる口金の規格であっても適用することができ、他の標準規格に適合するＬＥＤ灯具の場合にも種々の口金の規格を適用することができる。

さらに、本実施形態では、放熱体４１８の高さを放熱体４１８の高さとリム部４１７の高さを合わせた高さとした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、リム部４１７の高さを含まない放熱体４１８の高さのみであってもよい。

さらに、本実施形態では、放熱体４１８が筐体４の最外径から底部４１１に向かって所定範囲で筐体４を覆うように、すなわち、放熱体４１８を筐体４の外形形状に沿って構成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、放熱体の表面積が筐体の外形形状に沿う場合に比して大きくてもよい。例えば、放熱体は厚さ方向に対して凹凸を有していてもよく、また、放熱体を放熱フィン同士の隙間に向かって入り込ませたり、所定の間隔で外側に向かって放熱体を波打つように構成してもよい。このように、放熱体の表面積を筐体の外形形状に沿う場合に比して大きくすることにより、放熱体の表面積を大きくすることができ、放熱体により生じる熱放射による放熱を一段と向上させることができる。

１・・・ＭＲ
１６型ＬＥＤ灯具（ＬＥＤ照明装置）
２・・・ＬＥＤ発光モジュール
３・・・レンズモジュール
４・・・筐体
２０・・・ＬＥＤ
２１・・・モジュール基板
３０・・・レンズ
３１・・・レンズホルダ
４１・・・ヒートシンク
４１１・・・底部
４１３・・・放熱フィン
４１８・・・放熱体

Claims

ＬＥＤを有するＬＥＤ発光モジュールと、
前記ＬＥＤ発光モジュールを収容すると共に、口金に向かうにつれて断面積が小さくな
る構造を有する筐体と、
前記筐体の少なくとも一部を構成し、前記ＬＥＤが発する熱を放熱するヒートシンクと
、
を備え、
前記ヒートシンクは、
前記ＬＥＤ発光モジュールを設置する底部と、
前記底部の外周縁に複数並べられると共に、当該底部の前方及び側方に向かって伸びる
板状の放熱フィンと、
前記放熱フィンの外周側の部位同士を接続する帯状の放熱体であって、前記口金側から
前記筐体を見た場合に、前記筐体の最外径から前記底部に向かって筐体最外直径の１０％
以上４０％以下の範囲で前記筐体を覆うように設けられる放熱体
を備えることを特徴とする照明装置。
前記照明装置は、ＭＲ１６型ハロゲン電球と代替可能な形状及び大きさであり、
前記放熱体は、高さ寸法が５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である
請求項１に記載の照明装置。
前記ヒートシンクの前記底部、前記放熱フィン及び前記放熱体には、熱放射率を向上さ
せる処理が施されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
前記ヒートシンクの前記底部、前記放熱フィン及び前記放熱体には、熱放射率を向上さ
せるための熱放射率向上膜が設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
前記ヒートシンクの前記放熱体は、前記底部及び前記放熱フィンと熱放射率が異なる
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
前記放熱体の表面積は、前記筐体の外形形状に沿う場合に比して大きい
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置。
前記底部は略円柱形状を有し、
前記複数の放熱フィンは、少なくとも一部が前記底部の外周縁に放射状に並べられる
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
前記複数の放熱フィンは、少なくとも一部が前記底部の外周縁に一定間隔に並べられる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
前記ＬＥＤ発光モジュールは、前記ＬＥＤが略中心に基板に搭載されており、前記ＬＥ
Ｄの光軸と前記底部の中心が略一致するように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明装置。
前記ＬＥＤが有するＬＥＤチップは、ＧａＮ基板を有することを特徴とする請求項１乃
至９のいずれか１項に記載の照明装置。