JP6490753B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

一般に、ＬＥＤ(Light-Emitting Diode)を用いた照明装置は、光を発生するＬＥＤを基台の一つの面に配置し、ＬＥＤを覆うようにして球状のグローブを設けて、ＬＥＤからの光を外部に拡散および射出している。このような照明装置では、ＬＥＤからの熱を基台に伝熱し、外気に接している基台の他の表面（放熱面）から外部へと放熱している。

ＬＥＤを用いた照明装置では、一般のフィラメント等を用いた照明装置例えば白熱電球等と同程度の配光角すなわちＬＥＤが発する光の広がりの程度を示す尺度と、全光束すなわちＬＥＤが発する光の明るさの程度を示す尺度と、透明感すなわち照明装置の光を透過する面の割合を示す尺度と、白熱電球のような光源の位置の実現とが求められている。なお、白熱電球は、フィラメントの位置するグローブの中心から光が射出され、光源の位置はグローブの中心となる。

ＬＥＤを用いた照明装置において、配光角を増加させるためには、光が最終的に射出されるグローブの外表面の面積を増加させるとともに，ＬＥＤの発光面から前方に照射される光を、できるだけ全方位に向けて射出されるように配光制御する必要がある。

また、全光束を増加させるためには、より高出力のＬＥＤを用いることが必要となるので、ＬＥＤからの発熱量が増加する。ＬＥＤが発する熱は、ＬＥＤ素子自体や、電源回路等の回路基板等に影響を与え、これらＬＥＤ素子や回路基板等の性能に劣化が生じる。このため、照明装置の放熱性能を向上させるためには、基台の放熱面の面積を増加させる必要がある。

また、透明感を向上させるためには、照明装置の外表面におけるグローブ表面の割合を増加させるとともに、グローブ内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させる必要がある。光源をグローブ中心に配置するためには、光源から発生する熱をグローブおよび口金に効果的に伝熱させるとともに、グローブ中心からの光を不透明部材によって遮らない構成が必要になる。

特開２０１２−２１２６８２号公報

本実施形態は、放熱効率を向上させるとともに発光効率を向上させることが可能な照明装置を提供する。

本実施形態による照明装置は、一端に開口を有し内部が空洞のグローブと、前記グローブ内に収納されるベースと、前記グローブ内に収納され前記ベース上に配置された少なくとも１つのＬＥＤを有する光源と、前記グローブ内に収納され前記ベースに対して、前記光源側に設けられるとともに前記光源の発光面と対向しかつ前記光源側から前記グローブの前記一端と反対側の方向に延在する延在部を有し、光の透過性を有する導光部材と、前記導光部材の前記光源側と反対側の端部に配置された散乱部と、前記ベースに接続し、前記導光部材の前記延在部の側面のうち前記ベースから前記発光面と前記散乱部との間に位置する部分でかつ前記導光部材から照射される光の配光角の１／２の内側のみの領域を覆うカバーと、を備える。

図１（ａ）、１（ｂ）は、第１実施形態による照明装置を示す図。 第１実施形態による照明装置のレンズを示す図。 第１実施形態による照明装置の支柱を示す図。 第１実施形態による照明装置のグローブ内の対流を説明する図。 第１実施形態による照明装置における広配光を得る条件を説明する図。 第１実施形態の変形例による照明装置を示す断面図。 第２実施形態による照明装置を示す断面図。 第３実施形態による照明装置を示す断面図。 第４実施形態による照明装置を示す断面図。 図１０（ａ）、１０（ｂ）は、第５実施形態による照明装置を示す図。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）、１（ｂ）に、第１実施形態による照明装置１００を示す。なお、図１（ａ）は、照明装置１００の外形図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線で切断した照明装置１００を切断した断面図である。

本実施形態においては、照明装置１００は室内の天井等に設けられたソケットに装着される例にとって説明するが、これに限定されるものではない。この第１実施形態の照明装置１００は、グローブ１０と、口金６０と、を備えている。グローブ１０は、グローブ１０に内包された後述する光源から射出された光を、表面から外部に射出する。口金６０は、照明装置１００を、図示しないソケットに対して、例えば螺合等により固定する際に、電気的かつ機械的な接続部分となる。なお、本実施形態においては、照明装置１００は、軸すなわちＡ−Ａ線を中心に略対称形状を有する。以下では、この軸を照明装置１００の中心軸と呼ぶ。

図１（ａ）に示すように、照明装置１００の中心軸と重力方向を一致させてソケットに装着された状態では、照明装置１００は口金６０が上側に位置し、グローブ１０が下側に位置する。室内の電源等により図示しないソケットに対して給電されると、グローブ１０内に設けられた光源から光が射出し、グローブ１０の表面を通して外部に射出され、照明装置１００は照明として機能する。

グローブ１０は一端に開口部を有し、この開口部は、口金６０の開口部の直径に相当する直径を有している。グローブ１０は、内部が空洞であり、かつ上記中心軸に沿って開口部から下方に向かうに連れて、グローブ１０の中心軸に垂直な断面におけるグローブ１０の周長が次第に増加し、グローブ１０の周長が最大値をとった後、次第に縮小する形状を有している。

更に、本実施形態の照明装置１００は、図１（ｂ）に示すように、グローブ１０の内側に設けられた板状のベース２０と、このベース２０上に配置された基板４１と，基板４１上に設けられた光源４０と、光源４０に電気的に接続される配線９０と、光源４０の発光面側に配置され、光の透過性を有するレンズ（導光部材）３０と、ベース２０上に設けられ、レンズ３０を固定するレンズコネクタ５０と、ベース２０を支持する支柱２１と、支柱２１の表面に設けられた輻射層８０と、支柱２１に接続され、グローブ１０を支持するグローブコネクタ２２と、グローブコネクタ２２を口金６０に繋ぐ口金コネクタ２３と、を備えている。

ベース２０は、基板４１が配置される平板形状を有する部材であり、光源４０が発する熱を内部で伝導し、支柱２１に伝える。以下では、ベース２０の光源４０側を下面、この下面とは反対の面を上面と定義する。ベース２０は、例えば図１（ｂ）に示すように略円盤形状でもよいし，多角形状でもよい。ベース２０の一部に、レンズコネクタ５０および支柱２１への接続のためのネジ穴、もしくはネジ切り、もしくは孔が設けられている。また、ベース２０には、上面から下面へと配線９０を通すための貫通孔が設けられている。ベース２０に貫通孔を設けずに支柱２１の側面に穴を設けて配線９０をベース２０の基板４１側に到達させてもよい。なお、ベース２０の材質としては、例えばアルミニウム合金や銅合金などの熱伝導性に優れる材料が用いられる。

支柱２１は、内部に空洞を有する部材であり、光源４０が発する熱を内部で伝導するとともに、一部の熱をグローブ１０および口金６０へと伝える。支柱２１は、例えば図１（ｂ）に示すような湾曲した略円柱形状を有する。支柱２１の材料としては、例えばアルミニウム合金や銅合金などの熱伝導性に優れる材料が用いられる。支柱２１の中心軸に垂直な断面における支柱２１の周長は口金６０側に至るに従い変化し、上記周長はベース２０の周長以下である。ここで、周長は、外周の周長を意味する。

また、支柱２１の内部には空気が満たされているが、水やフロロカーボン等の冷媒を封入し、ヒートパイプとして作動させることにより伝熱を促進してもよい。また、ヒートパイプを挿入してもよい。支柱２１の表面には、表面処理により形成したアルマイトや、塗装など、熱輻射性の高い輻射層８０が設けられる。輻射層８０に白色塗装など可視光の吸収性が低い材料を用いれば、支柱２１の表面での光の損失を小さくすることができる。以下では、支柱２１の中空側の面を内面、この内面とは反対の面を外面（表面）と呼ぶ。

支柱２１を設けることで、光源４０をグローブ中心に配置しつつ、照明装置１００の外表面におけるグローブ１０表面の割合を増加させることができるとともに、グローブ１０内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させることができ、照明装置１００の透明感が向上する。

グローブコネクタ２２は、支柱２１、グローブ１０、および口金コネクタ２３を結合させる部材である。光源４０で発生した熱の一部は、支柱２１を経由してグローブコネクタ２２に伝わり、グローブ１０に伝えられる。グローブコネクタ２２は、例えば図１（ｂ）に示すように略円筒形状を有する。グローブコネクタ２２には、支柱２１および口金コネクタ２３のいずれかと一体、あるいは支柱２１あるいは口金コネクタ２３と接続するためのねじ穴等が設けられる。また、グローブ１０への接触面積を大きくするための凸部、あるいは、溝などが設けられる。なお、グローブコネクタ２２としては、例えばアルミニウム合金、銅合金などの熱伝導性に優れる材料が用いられる。グローブ１０との接続には、例えば耐熱性を有する接着剤が用いられる。なお、グローブコネクタ２２の空気に接する面には、表面処理により形成したアルマイトや、塗装など、熱輻射性の高い輻射層を設けてもよい。輻射層に白色塗装など可視光の吸収性が低い材料を用いれば、グローブコネクタ２２の表面での光の損失を小さくすることができる。

口金コネクタ２３は、口金６０と螺合可能な部材であり、光源４０が発する熱を内部で伝導し、口金６０に伝える。口金コネクタ２３は、例えば図１（ｂ）に示すような円筒形状を有するとともに、両端に開口部を有する。口金コネクタ２３はその一部にグローブコネクタ２２および口金６０への接続のためのネジ穴、もしくはネジ切り、もしくは孔が設けられる。なお、口金コネクタ２３の材料としては、例えばアルミニウム合金、銅合金、セラミックス、樹脂等の熱伝導性に優れる材料が用いられる。以下では、口金コネクタ２３のグローブコネクタ２２側の面を下面、口金６０と螺合する面を側面と定義する。

このように、口金コネクタ２１によって口金６０への放熱を行うことで、照明装置１００照明装置の外表面におけるグローブ１０表面の割合を増加させることができるとともに、グローブ１０内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させることができ、照明装置１００の透明感が向上する。

レンズコネクタ５０は、レンズ３０を基板４１に固定するための部材である。レンズコネクタ５０は、例えば図１（ｂ）に示すように略円盤形状を有する。また、レンズコネクタ５０の一部に、基板４１をベース２０に押し付けるための凸部が設けられていても良い。この凸部は、光源４０の発光面、および基板４１上の図示しない電極部を避けて設けられる。レンズコネクタ５０にはベース２０への接続のためのネジ穴、もしくはネジ切り、もしくは孔が設けられても良い。なお、レンズコネクタ５０の材料としては、例えばポリカーボネート等の、強度および耐熱性に優れる合成樹脂や、アルミニウム合金や銅合金などの金属が用いられる。レンズ３０との接続には、例えば耐熱性を有する接着剤が用いられる。

レンズコネクタ５０は、レンズ３０を固定するとき、基板４１及び光源４０周辺のスペーサの役割を果たす。また、レンズ３０が樹脂製、ベース２０が金属製であるとき、樹脂製のレンズコネクタ５０を、ねじによりベース２０に固定し、レンズ３０とレンズコネクタ５０を接着剤により接着すれば、同種の材料間は接着、異種材料間はねじ止めになるため、確実な接合が可能となる。なお、レンズ３０に直接ネジ穴を設け、ベース２０とネジにより螺合することも可能である。しかし、この場合は、ねじ穴およびねじによる、光の反射あるいは吸収が発生し、レンズ３０による配光制御が困難となる。このように、レンズコネクタ５０を用いることにより、確実な固定、および容易な配光制御を実現することができる。以下では、レンズコネクタ５０の光源４０側の面を下面、この下面とは反対の面を上面と定義する。

レンズ３０は、例えばガラスや合成樹脂等の光を透過する部材であり、その各面において光を反射、屈折、拡散する。あるいは、レンズ３０の内部に、散乱体などの光を散乱させる粒子を封止し、拡散機能を持たせてもよい。このレンズ３０の一具体例の断面図を図２に示す。レンズ３０は、拡散部３０ａと、全反射部３０ｂと、中央部３０ｃと、を有している。拡散部３０ａは、全面が拡散面となっている。この拡散面は、例えばサンドブラストによって作成される。しかし、このサンドブラストに限るものではなく、白塗装などを用いて形成してもよい。また、拡散部３０ａは、円筒形状の第１部分３０ａ１と、この第１部分３０ａ１と接合面で接続する第２部分３０ａ２と、を有している。全反射部３０ｂは、拡散部３０ａに覆われ、全面が鏡面仕上げとなっている。中央部３０ｃは全反射部３０ｂの中央に設けられ、光源４０側から中心軸に沿って拡散部３０ａまで延在している。光源４０から中央部３０ｃに入射した光は、そのまま直進し、拡散部３０ａを通して外部に射出される。

また、拡散部３０ａの第２部分３０ａ２は、上記接合面における中心点Ｏを中心とした半球状の外面を有している。この外面は、グローブ１０の内面形状と相似となる。すなわち、グローブ１０の内面と、拡散部３０ａの外面との距離はほぼ一定となる。また、中心点Ｏは、グローブ１０の中心に一致するように設けられる。これにより、光源４０からの光は、中心点Ｏすなわちグローブの中心から射出されるようになる。拡散部３０ａおよび全反射部３０ｂの最大直径は、グローブ１０の開口部の直径以下とする。これにより、グローブ１０の内部へ、レンズ３０の挿入が可能となる。レンズ３０の材質としては、光の透過性の高い、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ガラス等を用いることが好ましい。

光源４０は、板状の基板４１の一方の面にＬＥＤ等の発光素子（図示せず）が１つまたは複数実装される部品であり、例えば白色光等の可視光を発生する。一例として、波長４５０ｎｍの青紫色光を発生する発光素子を用いる場合、この発光素子を、青紫色光を吸収して波長５６０ｎｍ近傍の黄色光を発生する蛍光体を含む樹脂材等で覆うことにより、光源４０は白色光を発生する。

基板４１が金属等の電気伝導性の高い材料からなる場合には、光源４０が設けられている面とは逆の面を、電気絶縁性を有し、かつ熱伝導性に優れるシート（図示せず）を介して接するようにベース２０の表面に設けられることが好ましい。これは、後述するように、光源４０が発する熱をベース２０に伝えるためには、光源４０とベース２０との間の接触熱抵抗は小さいほど好ましく、また、光源４０とベース２０とは、電気的に絶縁関係であることが好ましいためである。なお、基板４１が、セラミックス等の電気伝導性の低い素材の場合には、前記絶縁シートは必ずしも必要ではない。

なお、後述する図４の流線７１に示すように、支柱２１の近傍の空気は、支柱２１からの放熱により密度が小さくなり、重力の方向と逆方向に流れる。また、グローブ１０近傍の空気は、低温のグローブ１０に吸熱され、密度が大きくなり、重力に対して順方向（同じ方向）に流れる。この循環流による支柱２１からの放熱、グローブ１０への放熱のサイクルにより、効率的に光源４０を冷却することができる。

このように、対流によって非接触に支柱２１からグローブ１０への放熱を行うことで、照明装置１００照明装置の外表面におけるグローブ１０表面の割合を増加させることができるとともに、グローブ１０内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させることができ、照明装置１００の透明感が向上する。

口金６０、口金コネクタ２３、支柱２１の内部に、光源４０に対して電力を供給する図示しない電源回路を備えていてもよい。電源回路は、交流電圧（例えば、１００Ｖ）を受けて、直流電圧に変換した後に、配線９０を通じて光源４０に対してこの直流電圧を印加する。その場合、外部電源を用いずに光源４０に電力を供給することができる。

（機能の説明）
以下、図１（ａ）乃至図４を参照して、照明装置１００の機能について詳細に説明する。

図３は、支柱２１の形状を説明する図である。図４はグローブ内の自然対流を説明する図である。

室内の天井等や、灯具に設けられるソケットに照明装置１００の口金６０が装着された状態で、室内の電源等によりソケットに対して給電されると、口金６０、口金コネクタ２３、支柱２１のいずれかに内包される図示しない電源回路、もしくは、外部電源、を介して光源４０に定電流が供給される。これにより光源４０は光を照射する。

図２を参照して、レンズ３０の機能について説明する．光源４０から発せられた光の主な成分は、全反射部３０ｂの上面（窪んでいる面）により全反射され、全反射部３０ｂの円筒状の側面より一旦射出する。さらに、拡散部３０ａに入射し、この拡散部３０ａより拡散および透過される。これにより、後方側すなわち光源４０の射出方向よりも図２において横方向および斜め上方向へ光が射出される。

また、反射部３０ｂの上面すなわち窪んでいる面で全反射されなかった光は、反射部３０ｂの上面より透過する。さらに、拡散部３０ａに入射し、この拡散部３０ａより拡散透過される。これにより、前方側すなわち光源４０射出方向へ光が射出される。

以上により、光源４０から発せられた光は、最終的に拡散部３０ａより広配光にされ、かつ均一な配光で拡散透過される。

また、拡散部３０ａは，グローブ１０の内面形状が相似となる外面を有しているため、この外面とグローブ１０との間隔が至るところ実質的同じになっている。これにより、拡散部３０ａの面から射出された光の配光特性がグローブ１０に投影されることになる。つまり、光の配光が均一であれば、グローブ１０が均一に光るように見えるという効果がある。

拡散部３０ａおよび全反射部３０ｂの最大直径はグローブ１０の開口部の直径以下とする。これにより、グローブ１０内部へのレンズ３０ａ、３０ｂの挿入が可能となる。一方、レンズ３０ａ、３０ｂの最大直径がグローブ１０の開口部の直径以上である場合には、グローブ１０を分割する等の加工が必要となる。これにより、加工プロセスの負荷を低減するという効果がある。

光源４０は発光に伴い熱を発生する。この熱は、光源４０から基板４１に伝わる。続いて、基板４１内を伝熱してベース２０に伝わる。ベースに伝わった熱は、ベース２０内を通って支柱２１に伝わる。支柱２１に伝わった熱は、一部が支柱２１の表面からの対流と熱放射によりグローブ１０に伝わり、他の一部は熱伝導によりグローブコネクタ２２に伝わる。グローブコネクタ２２に伝わった熱は、一部がグローブ１０に伝わり、他の一部が口金コネクタ２３に伝わる。そして、口金コネクタ２３に伝わった熱は、口金コネクタ２３を介して口金６０に伝わる。この際、前述のように基板４１とベース２０との間、ベース２０と支柱２１との間、支柱２１とグローブコネクタ２２の間、グローブコネクタ２２とグローブ１０の間、グローブコネクタ２２と口金コネクタ２３との間、及び口金コネクタ２３と口金６０との間は、それぞれ熱伝導性に優れるグリス、シート、テープ等や、ネジ等の螺合により熱的に接続されており、効率的に伝熱させることができる。

支柱２１からグローブ１０への輻射による放熱を促進するために、支柱２１の表面には輻射層８０が設けられている。輻射層８０は、表面処理により形成したアルマイトや、塗装などにより形成される。輻射層８０に白色塗装など可視光の吸収性が低い材料を用いれば、支柱表面での光の損失を小さくすることができる。

このように、輻射層８０によって非接触に支柱２１からグローブ１０への放熱を行うことで、照明装置１００照明装置の外表面におけるグローブ１０表面の割合を増加させることができるとともに、グローブ１０内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させることができ、照明装置１００の透明感が向上する。

なお、研磨や金属蒸着による鏡面加工を施した場合には、輻射による放熱は促進されないが、白色塗装と同様に、支柱表面での光の損失を小さくすることができる。

グローブコネクタ２２の端部にはグローブ１０との接続面を増やすための凸部、もしくは溝を設ける。グローブコネクタ２２とグローブ１０は、耐熱性の高い接着剤により固定する。

グローブコネクタ２２から環境への放熱を促進するために、グローブコネクタ２２の空気と接する面に輻射層を設けてもよい。輻射層は、表面処理により形成したアルマイトや、塗装などにより形成される。輻射層に白色塗装など可視光の吸収性が低い材料を用いれば、グローブコネクタ表面での光の損失を小さくすることができる。

支柱２１、及び、グローブ１０の表面は平坦とし、支柱２１の表面積をＡ_ｉ、支柱２１の長さをｌ_ｇ、支柱２１を表面積が等価な球に近似した場合の半径をｒ_ｉ、光源４０のジャンクションが耐熱温度となる場合のｒ_ｉをｒ_ｉｍｉｎとすると、表面積Ａ_ｉは次の式（１）を満たす。
４πｒ_ｉｍｉｎ ^２≦Ａ_ｉ （１）
ここで、照明装置１００全体の熱抵抗をＲ_ｂｕｌｂ（ｒ_ｉ）、光源４０の発熱量をＱ_ｌ、光源４０のジャンクションの耐熱温度上昇をΔＴ_ｊｍａｘとすると、ｒ_ｉｍｉｎは次の式（２）を満たす。
ΔＴ_ｊｍａｘ＝Ｒ_ｂｕｌｂ（ｒ_ｉｍｉｎ）Ｑ_ｌ （２）
ここで、光源４０のジャンクションから口金６０を経由した環境への熱抵抗をＲ_ｌｃ、グローブコネクタ２２の外気と接する面から環境への熱抵抗をＲ_ｇｃ、光源４０のジャンクションから支柱２１表面への熱抵抗をＲ_ｌｐ、グローブ１０の表面から環境への熱抵抗をＲ_ｇａ、支柱２１とグローブ１０との間の対流と輻射による熱抵抗をＲ_ａ（ｒ_ｉ）とすると、ｒ_ｉを含むＲ_ｂｕｌｂ（ｒ_ｉｍｉｎ）は次の式（３）を満たす。

ここで、支柱２１とグローブ１０との間の対流による熱抵抗をＲ_ｃ（ｒ_ｉ）、支柱２１とグローブ１０との間の輻射による熱抵抗をＲ_ｒ（ｒ_ｉ）とすると、ｒ_ｉを含むＲ_ａ（ｒ_ｉ）は次の式（４）を満たす。

ここで、支柱２１表面の平均温度をＴ_ｉ、前記グローブ内面の平均温度をＴ_ｏ、グローブ１０を球体に近似した場合の等価半径をｒ_ｏ、としたとき、ｒ_ｉを含むＲ_ｃ（ｒ_ｉ）は次の式（５）を満たす。

ここで、支柱２１表面の平均輻射率をε_ｉ、前記グローブ内面の平均輻射率をε_ｏ、としたとき、ｒ_ｉを含むＲ_ｒ（ｒ_ｉ）は次の式（６）を満たす。

一方、支柱２１からの対流によってグローブ１０への放熱を促進するためには、図３に示すように、支柱２１とグローブ１０の間隔を適切に確保する必要がある。照明装置１００の中心軸２０１と垂直な平面における、支柱２１の表面からグローブ１０の内面までの距離を、支柱の上端から下端まで中心軸に沿って積分することで得られる平均距離をｄ_ｎとし、支柱２１の長さをｌ_ｇ、体積膨張率をβ、支柱２１の表面温度をＴ_ｉ、支柱２１と対向するグローブ１０内面の平均温度をＴ_ｇ、動粘性係数をｖとすると、ｄ_ｎは次の式（７）で表される。

また、ここでのグラスホフ数Ｇｒ_ｌは次の式（８）で表される。

支柱２１とグローブ１０間の間隔が式（７）で表されるｄ_ｎ以上の時、気体による伝熱は熱伝達が支配的になり、グローブ１０と支柱２１間の間隔を確保しつつ、伝熱を促進させることができ、照明装置１００の透明感が向上する。

また、支柱２１の表面積Ａ_ｉとの関係は次の式（９）で表される。
Ａ_ｉ≦２πｄ_ｎｌ_ｇ （９）
なお、本実施形態では、グローブ１０は、口金６０以外の、照明装置１００の略全表面を覆う構成を例に説明したが、金属筐体を併用し、一部のみを覆う構成であってもよい。この場合には、グローブ１０表面からの放熱に加え、図示しない金属筐体の表面から直接放熱することができる。

支柱２１から排出された熱は、グローブ内部の空気を暖める、そして、図４の流線７１に示すように、暖められた空気は自然対流により、支柱２１の表面に沿って、重力逆方向へ上昇する。支柱２１の上端に至った空気は、グローブ１０の内面で次第に冷却され、重力方向へと下降する。この空気の流れにより、支柱２１からグローブ１０への伝熱は促進され、照明装置１００はさらに冷却される。この際、支柱２１の周囲に沿って、空気が上側へ流れて行くにつれ、流れる空気の温度は徐々に上昇していく。すなわち、支柱２１の表面近傍において、支柱２１の下端付近の空気の温度が最も低く、上端に近づくにつれ空気の温度が上昇していく。本実施形態のように、光源４０を支柱２１の下端に設けることで、より低温の空気によって効率的に光源４０を冷却することができる。対流によって非接触に支柱２１からグローブ１０への放熱を行うことで、照明装置１００照明装置の外表面におけるグローブ１０表面の割合を増加させることができるとともに、グローブ１０内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させることができ、照明装置１００の透明感が向上する。

次に、より広配光を得るための条件について図５を参照して説明する。光源４０から照射された光は、レンズ（導光部材）３０を介して照明装置１００の周囲に照射される。このとき、レンズ３０からの光の配光角の原点をＯとする。また、レンズ３０の原点Ｏから照射される光の配光角の１／２を角度θ_ｄで表す。レンズ３０の原点Ｏを通り鉛直下方に延びる照明装置の中心軸２０１から垂直な平面において、中心軸２０１から、口金コネクタ２３、グローブコネクタ２２、支柱２１、ベース２０、レンズコネクタ５０、口金６０、及び、その他の光学的に不透明な部品それぞれの端部までの距離をｒ_ｍとし、レンズ３０の原点Ｏを通り上記中心軸２０１に直交する平面から、上記端部までの距離をｌ_ｍとし、光源４０のレンズ３０に対向する面の中心軸２０１からの最小距離をｒ_ｌとすると、距離ｒ_ｍが次の（１０）式に示す範囲にあることが好ましい。

ｒ_ｌ≦ｒ_ｍ≦ｌ_ｍ｜ｔａｎθ_ｄ｜ （１０）
なお、光源４０のレンズ３０に対向する面の距離ｒ_ｌとは、上記中心軸と上記面との交点である上記面の原点から上記面の外周部までの最小距離を意味する。また、レンズ３０の原点Ｏを通り上記中心軸２０１に直交する平面から上記端部までの距離とは、上記端部から上記平面上の各点までの距離の最小値を意味する。なお、図５では配光角の原点Ｏを中心軸上のレンズ中心近傍に配置したが、レンズの任意の場所に配置してよい。なお、θ_ｄは必要とされる配光角に応じて、例えば下方光度の２分の１の範囲とするなど、任意に設定して良い。なお、ここでは配光の対称軸を照明装置の中心軸と同一としたが、配光の対称軸はＬＥＤ光源の発光面内のうち、どの点を通っても良い。

このように構成することで、照明装置１００はレンズ３０相当の配光角を得ることが可能になり、発光効率も向上する。なお、図５においては、距離ｒ_ｍ、距離ｌ_ｍはレンズコネクタ５０の端部を対象としていることを示している。

なお、図６に示す第１実施形態の変形例による照明装置のように、図１（ｂ）に示す場合と異なり、支柱２１は湾曲していなくても良い。図６に示すように、支柱２１は中心軸に対して傾斜した表面を有していても良いし、中心軸に対して平行な表面を有していても良い。支柱２１が湾曲でなくなることで、支柱２１の空洞の体積が拡大するとともに、支柱２１の製造性が向上する。

また、本実施形態のように、支柱２１の略円筒部の形状をグローブ１０の内面に沿って湾曲させ、支柱２１とグローブ１０間の間隔を広げることで、対流を促進、すなわち流体抵抗を抑制し、支柱２１からグローブ１０への放熱を促進させることができる。

本実施形態においては、支柱２１の中心軸に対して垂直な断面における周長をベース２０から離れるに連れて次第に縮小させている。これにより、支柱２１表面からの放熱により次第に減少する熱量に対応して、支柱２１の表面積、および中心軸に垂直な断面積を縮小させることが可能となり、重量を削減すると共に、照明装置１００の透明感を向上させることができる。

本実施形態のように、支柱２１の内部に空洞を有するとともに、口金６０側の一端のみ、もしくは光源４１側の端部を含む両端に開口部を有し、更に、支柱２１の略円柱部の側面に開口部を設けることで、ＬＥＤ４０に電気的に接続される配線９０を、口金６０まで内包することができ、外観を向上させると同時に配線の遊びが意図せず光を遮る可能性を減らすことができる。

レンズコネクタ５０はネジ等によりベース２０と螺合し、接着剤等によりレンズ３０を固定する。そして図１（ｂ）に示すようにレンズ３０と光源４０の間に隙間を設ける。レンズ３０と光源４０に隙間を設けることで、光源４０とレンズ３０の熱膨張率の差による影響を回避することができる。また、高温となる光源４０から、レンズ３０を遠ざける、すなわち、レンズ３０の温度を、光源４０の温度以下にすることができる。この構成により、レンズ３０の材料として、光源４０の耐熱温度以下の材質、例えばアクリル等の材料を用いた場合に、光源４０に、より大きな電力を投入し、より大きな全光束を得ることが可能となる。

配線９０は、口金に直接接続するか、もしくは、その一方をベース２０に接続してもよい。ベース２０に配線９０を接続することにより、配線量を減らすとともに、外観を向上させることができる。この場合にはベース２０、グローブコネクタ２２、口金コネクタ２３を導電性のある部品とするなど、支柱２１と基板４１を電気的に接続する手段が必要となる。

本実施形態では、ベース２０、支柱２１、グローブコネクタ２２、口金コネクタ２３を別部品としたが、一部、もしくは全てを一体の部品としてもよい。この場合には、部品製作は難しくなる。しかし、部品間の接合部での接触熱抵抗を除去することが可能となり、放熱性能をさらに向上させることができる。

本実施形態では、口金コネクタ６０は電気伝導性を有するとしたが、口金コネクタは、電気的な絶縁性の高い素材（ＰＢＴ(Polybutylene terephthalate)、ポリカーボネート、ＰＥＥＫ(Polyetheretherketone)など）により製作するか、もしくは、その表面に電気絶縁性の高い層を形成しても良い。この場合には、口金コネクタ６０内部に図示しない電気回路を配置する際に、電気的な不具合を回避することができる。なお、配線９０は、正極および負極どちらも電気回路に接続する。なお、配線９０は、電気回路が存在しない場合には口金に直接接続する。

本実施形態では、電源回路を照明装置１００の外部に配置する場合を想定しているが、電源回路を、口金６０、口金コネクタ２３、支柱２１の内部に収納することもできる。

本実施形態の照明装置１００によれば、支柱２１がグローブ１０内に設けられるために、効率的に放熱を行うことができ、照明装置１００の放熱性能を向上させることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、放熱性能を向上させることが可能となるので、より高出力のＬＥＤを用いることができ、これにより、全光束を増加させることができる。また、レンズ相当の配光角を得ることが可能となるので、発光効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による照明装置を図７に示す。この第２実施形態の照明装置１００Ａは、図６に示す第１実施形態の変形例による照明装置１００において、レンズ３０の代わりに、導光柱３１を用いた構成を有している。なお、本明細書では、レンズ３０および導光柱３１は、導光部材とも呼ばれる。導光柱３１は、基部３１ａと先端部３１ｂとで構成され、両者を接合することで内部に空洞が形成される。この空洞には、例えば散乱体３２が挿入される。散乱体３２は、例えば、粒径が１μｍ〜１０μｍ程度の酸化チタンの粉末を透明レジンで封止したものを球状に丸めた構造を有する。あるいは、散乱体３２として、空洞の内面をサンドブラストで粗らしても良いし、塗装してもよい。光源４０から導光柱３１に入射した光は、空洞部で散乱されることで外部に射出される。導光柱３１を用いることで、光源４０から離れた位置から、外部に光を射出することができ、外観がより白熱電球に近づく。なお、先端部３１ｂを用いずに、基部３１ａのみで導光柱３１を構成してもよい。

例えば、導光柱の配光の中心点Ｏを、グローブ１０の中心に一致するように設けられば、光源４０からの光は、中心点Ｏすなわちグローブの中心から射出されるようになる。導光柱３１の最大直径は、グローブ１０の開口部の直径以下とする。これにより、グローブ１０の内部へ、導光柱３１の挿入が可能となる。導光柱３１の材質としては、光の透過性の高い、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ガラス等を用いることが好ましい。

この第２実施形態も第１実施形態と同様に、放熱性能を向上させることが可能となるので、より高出力のＬＥＤを用いることができ、これにより、全光束を増加させることができる。

また、この第２実施形態の照明装置１００Ａにおいても、導光柱３１に相当する配光角を得ることが可能となり、発光効率を向上させることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態による照明装置を図８に示す。この第３実施形態の照明装置１００Ｂは、図７に示す第２実施形態の照明装置１００Ａにおいて、導光柱３１の側面に、基部３１ａの一部を覆うように、新たにカバー２４を用いた構成を有している。カバー２４は表面に輻射層８１を配置しても良いし、配置しなくても良い。カバー２４を用いることで、光源４０の直接光が外部に照射されるのを防ぐことができる。また、カバー２４を用いることで、導光柱３１を延長した場合でも、放熱面積を確保することができ、照明装置１００Ａの放熱性能を向上させることができる。

カバー２４は支柱２１、ベース２０、および基板コネクタ５０のうちの少なくとも１つと組み合わせて一体で形成しても良い。カバー２４の材料としては、例えばアルミニウム合金や銅合金などの熱伝導性に優れる材料が用いられる。光源４０から放射される光の吸収を抑制するために、カバー２４の内面に塗装や、研磨や金属蒸着による鏡面加工を施しても良い。例えば、白色塗装など可視光の吸収性が低い材料を用いれば、カバー２４の内面での光の損失を小さくすることができる。

この第３実施形態も第１実施形態と同様に、放熱性能を向上させることが可能となるので、より高出力のＬＥＤを用いることができ、これにより、全光束を増加させることができる。また、照明装置１００Ｂ照明装置の外表面におけるグローブ１０表面の割合を増加させることとともに、グローブ１０内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させることができ、照明装置１００Ｂの透明感が向上する。

また、第３実施形態においては、カバー２４を導光柱３１の１／２配光角θ_ｄの内側のみに収めることで、照明装置１００Ａは導光柱３１に相当する配光角を得ることが可能になり、発光効率を向上させることができる。なお、カバー２４は導光部材であるレンズ３０と共に用いても良い。

（第４実施形態）
第４実施形態による照明装置を図９に示す。この第４実施形態の照明装置１００Ｃは、図８に示す第３実施形態の照明装置１００Ｂにおいて、支柱２１とカバー２４にそれぞれ、新たに外表面と内表面とを接続する通風孔９１を設けた構成を有している。通風孔９１は、支柱２１およびカバー２４の内部に空気を流線７１のように流通させるため、カバー２４の開口部と合わせて重力方向に複数有していることが望ましい。支柱２１とカバー２４の通風を繋げるために、ベース２０や、レンズコネクタ５０にも通風孔を設けても良い。通風孔を設けることで、支柱２１、カバー２４の表面だけでなく内面からも放熱させることができ、第３実施形態の照明装置１００Ｂよりも放熱性能をさらに向上させることができる。これにより、照明装置１００Ｃ照明装置の外表面におけるグローブ１０表面の割合を増加させることとともに、グローブ１０内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させることができ、照明装置１００Ｃの透明感が向上する。

第４実施形態においては、放熱性能を更に向上させることが可能となるので、より高出力のＬＥＤを用いることができ、これにより、全光束を増加させることができる。

また、第４実施形態においては、第３実施形態と同様に、導光柱３１に相当する配光角を得ることが可能になり、発光効率を向上させることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態による照明装置を図１０（ａ）に示す。この第５実施形態の照明装置１００Ｄは、図８に示す第３実施形態の照明装置１００Ｂにおいて、支柱２１とカバー２４に、新たに凹凸形状のフィンを設けた構成を有している。このフィンを切断線Ｂ−Ｂで切断した断面を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）に示すように、支柱２１とカバー２４の外表面に凹凸形状のフィンを設けることで放熱面積を増やすことができ、第３実施形態の照明装置１００Ｂよりも放熱性能をさらに向上させることができる。これにより、照明装置１００Ｄ照明装置の外表面におけるグローブ１０表面の割合を増加させることができるとともに、グローブ１０内部に配置される不透明部材の表面積を縮小させることができ、照明装置１００Ｄの透明感が向上する。

第５実施形態においては、放熱性能を更に向上させることが可能となるので、より高出力のＬＥＤを用いることができ、これにより、全光束を増加させることができる。

また、第５実施形態においては、第３実施形態と同様に、導光柱３１に相当する配光角を得ることが可能になり、発光効率を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０・・・グローブ、２０・・・ベース、２１・・・支柱、２２・・・グローブコネクタ、２３・・・口金コネクタ、２４・・・カバー、３０・・・レンズ、３０ａ・・・拡散部、３０ｂ・・・全反射部、３１・・・導光柱、３２・・・散乱体、４０・・・光源、４１・・・基板、５０・・・基板コネクタ、６０・・・口金、７０・・・配光を表す線、７１・・・流線、８０・・・輻射層、９０・・・配線、１００，１００Ａ，１００Ｂ・・・照明装置

Claims (12)

1. 一端に開口を有し内部が空洞のグローブと、
   前記グローブ内に収納されるベースと、
   前記グローブ内に収納され前記ベース上に配置された少なくとも１つのＬＥＤを有する光源と、
   前記グローブ内に収納され前記ベースに対して、前記光源側に設けられるとともに前記光源の発光面と対向しかつ前記光源側から前記グローブの前記一端と反対側の方向に延在する延在部を有し、光の透過性を有する導光部材と、
   前記導光部材の前記光源側と反対側の端部に配置された散乱部と、
   前記ベースに接続し、前記導光部材の前記延在部の側面のうち前記ベースから前記発光面と前記散乱部との間に位置する部分でかつ前記導光部材から照射される光の配光角の１／２の内側のみの領域を覆うカバーと、
   を備え、
   前記導光部材の前記延在部と前記カバーと間に空隙がある、照明装置。
2. 前記グローブ内に収納され前記ベースに対して前記光源および前記導光部材と反対側に設けられ前記ベースを支持する支柱と、
   前記グローブの前記一端において前記支柱に接続されるグローブコネクタと、
   前記グローブコネクタに接続される口金コネクタと、
   前記口金コネクタに接続され、前記光源に電力を供給するための口金と、
   前記口金と前記光源とを電気的に接続する配線と、
   を更に備えた請求項１記載の照明装置。
3. 前記支柱および前記カバーの表面に設けられ熱の輻射を行う輻射層を更に備えた請求項２記載の照明装置。
4. 前記導光部材から照射される光の配光角の１／２を角度θ_ｄとし、前記配光の中心軸と略垂直な平面において、前記支柱、前記ベース、および前記口金の中で光学的に不透明な部品の、前記配光の中心軸からそれぞれの端部までの距離をｒ_ｍとし、前記導光部材の配光の中心を通り前記中心軸に略直交する平面から前記端部までの距離をｌ_ｍとし、前記光源の前記導光部材に対向する面の中心軸からの最小距離をｒ_ｌとすると、前記距離ｒ_ｍは、
   ｒ_ｌ≦ｒ_ｍ≦ｌ_ｍ｜ｔａｎθ_ｄ｜
   の範囲にある請求項２または３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記導光部材はレンズであり、前記レンズの最大径は、前記グローブの前記一端の前記開口の径よりも小さい請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記導光部材はレンズであり、前記レンズの外面は前記グローブの内面に相似となる形状である請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記導光部材はレンズであり、前記レンズは円柱形状である請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記導光部材は、内部が空洞を有する導光柱であり、前記散乱部は、前記導光柱の前記空洞に設けられた散乱体か、前記空洞を形成する面に、塗装やブラスト処理が施されている請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
9. 前記支柱の内部に、空洞が設けられている請求項２乃至４のいずれかに記載の照明装置。
10. 前記支柱は、外表面と内表面とを接続する通風孔を備えている請求項２、３、４、９のいずれかに記載の照明装置。
11. 前記グローブコネクタは、前記支柱および前記口金コネクタのうちの少なくとも一つと一体である請求項２、３，４，９，１０のいずれかに記載の照明装置。
12. 前記支柱と前記カバーの表面積の和をＡ_ｉとし、前記支柱とカバーの長さの和をｌ_ｇ、前記支柱とカバーの表面積の和を等価な球に近似した場合の半径をｒ_ｉ、前記光源のジャンクションが耐熱温度となる場合の前記ｒ_ｉをｒ_ｉｍｉｎ、前記支柱と垂直な平面における、前記支柱と前記カバー表面から前記グローブ内面までの距離を、前記支柱と前記カバーの上端から下端まで前記支柱と前記カバーの中心軸に沿って積分することで得られる平均距離をｄ_ｎとすると、次の式（１）を満たし、
    ４πｒ_ｉｍｉｎ ^２≦Ａ_ｉ≦２πｄ_ｎｌ_ｇ （１）
    照明装置全体の熱抵抗をＲ_ｂｕｌｂ（ｒ_ｉ）、前記光源の発熱量をＱ_ｌ、前記光源の接合の耐熱温度上昇をΔＴ_ｊｍａｘとすると、次の式（２）を満たし、
    ΔＴ_ｊｍａｘ＝Ｒ_ｂｕｌｂ（ｒ_ｉｍｉｎ）Ｑ_ｌ （２）
    前記光源のジャンクションから前記口金を経由した環境への熱抵抗をＲ_ｌｃ、前記グローブコネクタの外気と接する面から環境への熱抵抗をＲ_ｇｃ、前記光源のジャンクションから前記支柱及び前記カバー表面への熱抵抗をＲ_ｌｐ、前記グローブの表面から環境への熱抵抗をＲ_ｇａ、前記支柱及び前記カバーと、前記グローブとの間の対流と輻射による熱抵抗をＲ_ａ（ｒ_ｉ）とすると、次の式（３）を満たし、
    
    前記支柱及び前記カバーと、前記グローブとの間の対流による熱抵抗をＲ_ｃ（ｒ_ｉ）、前記支柱及び前記カバーと、前記グローブとの間の輻射による熱抵抗をＲ_ｒ（ｒ_ｉ）とすると、次の式（４）を満たし、
    前記支柱及び前記カバーの表面の平均温度をＴ_ｉ、前記グローブ内面の平均温度をＴ_ｏ、前記グローブを球体に近似した場合の等価半径をｒ_ｏ、としたとき、次の式（５）を満たし、
    前記支柱と前記カバーの表面の平均輻射率をε_ｉ、前記グローブの平均輻射率をε_ｏ、としたとき、次の式（６）を満たし、
    空気の体積膨張率をβ、前記支柱及び前記カバーと対向する前記グローブ内面の平均温度をＴ_ｇ、動粘性係数をｖ、重力をｇ、グラスホフ数をＧｒ_ｌとしたとき、次の式（７）、（８）を満たす
    請求項２、３，４，９，１０、１１のいずれかに記載の照明装置。