JP6976625B1 - Ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの温度上昇が効果的に抑制されたより長寿命のＬＥＤランプを提供する。【解決手段】ＬＥＤランプ１は、光を放射するＬＥＤ２と、ＬＥＤ２が一方面３１に設けられた基板３と、を備えたＬＥＤモジュール１１と、基板３の他方面３２に設けられた放熱体４と、放熱体４を被覆するとともに、基板３と略平行な軸を有する筒状又は半筒状のカバー５と、カバー５の軸方向一端側に配置されたファン７と、カバー５の軸方向他端側に配置された口金６と、を備え、ファン７の回転により、軸方向他端側からカバー５の内側に空気が吸い込まれ、放熱体４を介して、軸方向一端側より空気が排気される。【選択図】図１０

Description

この発明は、ＬＥＤランプに関する。

従来、主に車道を照らす道路灯やトンネル照明には、水銀ランプ等の高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）が用いられている。

しかし、道路灯やトンネル照明は、ランプ交換の困難な場所に設置されていることが多く、ランプ交換のメンテナンスコストが高くなるという問題があった。

そのため、従来型のＨＩＤランプの代替えとして、長寿命のＬＥＤランプの開発が望まれていた。ＬＥＤランプは、一般にＨＩＤランプよりも数倍長寿命であるとされている。

しかし、ＬＥＤは高温状態で使用されると、その寿命は短くなるという問題がある。

上記問題に鑑み、本願発明者は、ＬＥＤの温度上昇を抑制するＬＥＤランプを報告している（特許文献１参照）。このＬＥＤランプは、光を放射するＬＥＤと、前記ＬＥＤが一方面に設けられた基板と、前記基板の他方面に設けられた放熱体と、少なくとも前記基板の一方面と前記ＬＥＤを被覆する透光性のカバーと、前記基板の第１側辺近傍に設けられた口金と、前記第１側辺との対面となる前記基板の第２側辺近傍に設けられたファンと、を備える。

特開２０１９−３７２６号公報

特許文献１のＬＥＤランプは、一定程度、ＬＥＤの温度上昇を抑制し、長寿命化を図ることができる。しかしながら、ＬＥＤの温度上昇をさらに抑制し、さらなる長寿命化を図るという観点から、改善の余地があった。

この発明は、上述の問題点に鑑みて、ＬＥＤの温度上昇が効果的に抑制されたより長寿命のＬＥＤランプを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、ここに開示するＬＥＤランプは、光を放射するＬＥＤと、前記ＬＥＤが一方面に設けられた基板と、を備えたＬＥＤモジュールと、前記基板の他方面に設けられた放熱体と、前記放熱体を被覆するとともに、前記基板と略平行な軸を有する筒状又は半筒状のカバーと、前記カバーの軸方向一端側に配置されたファンと、前記カバーの軸方向他端側に配置された口金と、を備え、前記ファンの回転により、前記軸方向他端側から前記カバーの内側に空気が吸い込まれ、前記放熱体を介して、前記軸方向一端側より前記空気が排気される。

特許文献１に記載のＬＥＤランプでは、ファンが回転したときの空気の流れは、ファン側からカバーの内側に空気が吸い込まれ、口金側から空気が排気される流れである（特許文献１の図９参照）。当該文献の構成では、ファン側から吸い込まれた空気は、ファンの回転により流れが回転し、流速も早いため、ファン近傍に設けられた放熱体に勢いよくぶつかる。そうして、ファン側から吸い込まれた空気の多くは放熱体により跳ね返ってファン側から排気される。従って、放熱体を介して口金側から排気される空気の量は、ファン側から吸い込んだ空気の量と比べて例えば２０％〜２５％程度にまで大きく低下する。

これに対し、本構成では、軸方向一端側に配置されたファンの回転により、軸方向他端側に設けられた口金側から空気を吸い込むため、吸い込まれた空気は、ファンの回転の影響が少なく流れの回転が抑制されるとともに、流速も抑えられる。そうして、口金側から吸い込まれた空気は、放熱体内にスムーズに取り込まれ、ファン側から排気される。本構成によれば、放熱体を介してファン側から排気される空気の量は、口金側から吸い込まれた空気の量の７０％〜８０％程度となり、ファンによる空冷の冷却効率が大幅に向上する。そうして、より長寿命のＬＥＤランプをもたらすことができる。

なお、本明細書において、筒状は、円筒状、楕円筒状、多角筒状、その他の曲線形状の断面を有する筒状を含み、好ましくは円筒状である。また、半筒状とは、筒の一端から他端に亘ってその一部が欠損した筒状をいい、完全な半筒状を含む。また、本明細書において、基板と軸とが「略平行」であるとは、基板の表面と軸とのなす角が約２０°以内であることをいい、完全な平行を含む。上記カバーは、放熱体に加えて、ＬＥＤモジュールを被覆してもよい。また、ＬＥＤランプは、上記カバーとは別に、ＬＥＤモジュールを被覆する追加のカバーを備えてもよい。

前記放熱体は、前記軸方向に延び且つ該軸方向に直交する方向に互いに離間して並設された板状の複数のフィンを備え、前記複数のフィンの少なくとも一部と、前記カバーの内周面との間に配置され、前記複数のフィンの並設方向に延びる第１通気路を備えることが好ましい。

フィンの少なくとも一部とカバーの内周面との間に、複数のフィンに跨がるように第１通気路が設けられているから、放熱体の通気抵抗が低下する。そうして、ファンによる空冷の冷却効率をさらに向上させることができ、より長寿命のＬＥＤランプをもたらすことができる。また、第１通気路を設けることにより、フィンの少なくとも一部の重量を低減できるから、放熱体を軽量化でき、延いてはＬＥＤランプ全体の軽量化に資することができる。

前記放熱体は、一端面において前記基板の他方面の全面に面接触する板状の放熱体本体部を備え、前記複数のフィンは、前記放熱体本体部の他端面に、該他端面から前記カバーの内周面に向かって立設されており、前記複数のフィンは、前記並設方向内側に配置された第１フィンを備え、前記第１フィンは、前記カバーの内周面に当接する外周部と、前記外周部の内側に配置された開口部と、を有することが好ましい。

第１フィンは、カバーの内周面に当接する外周部を有するから、カバーを支持することができる。また、外周部の内側に開口部を有するから、放熱体内の通気路を確保でき、放熱体の通気抵抗が低下する。そうして、ＬＥＤランプの強度を高めつつ、ファンによる空冷の冷却効率をさらに向上させることができ、より長寿命のＬＥＤランプをもたらすことができる。また、開口部を設けることにより、第１フィンの重量を低減できるから、放熱体を軽量化でき、延いてはＬＥＤランプ全体の軽量化に資することができる。

前記複数のフィンの少なくとも一部と前記ファンとの間に配置され、前記基板の一方面側と他方面側とに跨がる第２通気路を備えることが好ましい。

複数のフィンの少なくとも一部とファンとの間に基板の一方面側と他方面側とに跨がる第２通気路が設けられているから、複数のフィンの間を通じてファン側に流れてきた空気は、ファンに到達する前に第２通気路に流入する。そうして、空気がファンの回転の影響を受けた場合であっても、空気の流れの回転は第２通気路内で生じるから、空気の流れが回転することによる放熱体の通気抵抗の上昇を抑制できる。

前記放熱体又は前記カバーに脱着可能に構成され、前記ファンを覆うエンドキャップをさらに備え、前記ファンは、前記エンドキャップに固定されており、前記放熱体と前記ファンとは互いに離間して配置されていることが好ましい。

特許文献１に記載のように、従来のＬＥＤランプは放熱体にファンを固定していた。この場合、ファンのモータによる温度上昇の影響が放熱体に直接伝わり、放熱体自体の温度が上昇するため、放熱体によるＬＥＤランプの冷却が弱くなる。また、空気の流れの方向がファン側から口金側へ向かう方向となる。

本構成では、ファンをエンドキャップに固定し、ファンと放熱体とを互いに離間して配置しているから、ファンのモータによる温度上昇の影響が放熱体に直接伝わることを抑制できる。そうして、放熱体によるＬＥＤランプの冷却を強化できる。また、簡単な仕様で、空気の流れの方向を口金側からファン側へ向かう方向とすることができる。そうして、ファンによる空冷の冷却効率をさらに向上させることができ、より長寿命のＬＥＤランプをもたらすことができる。

前記ＬＥＤモジュールは、前記基板としての蛍光体基板上に、前記ＬＥＤとしてのフリップチップＬＥＤが組み込まれたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が実装されたものであり、前記蛍光体基板は、絶縁層と、絶縁層の一面に形成され、前記ＬＥＤに接合される電極層と、該電極層における前記ＬＥＤに接合される部分以外の部分を覆うように前記絶縁層の一面に形成された蛍光体層とを備えることが好ましい。

本構成によれば、フリップチップＬＥＤが組み込まれたＣＳＰが基板上に実装されたＬＥＤモジュールを使用することにより、例えばＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）タイプのモジュールに比べて、ＬＥＤモジュールの温度上昇を抑制できる。また、基板として蛍光体基板を採用するため、ＣＳＰから放射状に出射され、蛍光体樹脂で波長変換されなかった(フリップチップ自身の)光の一部は、蛍光体層に入射して、蛍光体層に含まれる蛍光体を励起させ、励起光を発生させる。そうして、蛍光体層に入射した光は、蛍光体層により波長変換されて、外部に照射される。すなわち、本構成によれば、ＣＳＰが発光する光と異なる発光色の光を外部に照射することができる。このような蛍光体層の発光により、基板全体にバランスの良い発光光を確保できる。また、複数のＬＥＤを疑似的に１コアデバイス化することができるから、モノシャドウを与えることができる。さらに、ＣＳＰとして色温度低温化を抑えて発光効率を確保したＣＳＰを採用した場合であっても、長波長発光の蛍光体を用いた場合蛍光体層の発光により、デバイスとしては低色温度に調整できる。

前記放熱体は、アルミニウム又はアルミニウム合金の母材の表面に銀被膜を備えてなる金属素材で形成されていることが好ましい。

銀は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも熱伝導率が高いことから、母材の表面に銀被膜を形成することにより、アルミニウム又はアルミニウム合金製の母材を低コストで疑似的に銀化して放熱体の熱伝導率を向上させることができる。そうして、放熱体４による冷却効果を高め、ＬＥＤモジュールの熱引き速度を向上させることができるから、より耐熱性に優れた長寿命のＬＥＤランプをもたらすことができる。

この発明によれば、ファンによる空冷の冷却効率が大幅に向上する。そうして、より長寿命のＬＥＤランプをもたらすことができる。

実施形態１のＬＥＤランプの正面図。 実施形態１のＬＥＤランプの底面図。 図２のＡ−Ａ線における一部断面正面図。 図１のＢ−Ｂ線における断面図。 第１〜第３フィンの正面図。 ＬＥＤランプの右側面図。 エンドキャップの斜視図。 ＬＥＤランプの左側面図。 ＬＥＤランプの回転機構部分を示す一部断面拡大正面図。 ＬＥＤランプの空気の流れを説明するための図。 実施形態２のＬＥＤランプの正面図。 実施形態２のＬＥＤランプの底面図。 実施形態２のＬＥＤランプの平面図。 実施形態２のＬＥＤランプの一部断面斜視図。 実施形態３のＬＥＤランプにおける放熱体の正面図。 実施形態３のＬＥＤランプにおける放熱体を右下後方から見た斜視図。 実施形態３のＬＥＤランプにおける放熱体を右上後方から見た斜視図。 図１７のＣ−Ｃ線における断面斜視図。 実施形態４のＬＥＤランプの図４相当図。

以下、この発明の好ましい実施形態を図面と共に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
＜ＬＥＤランプ＞
以下、図１〜図１０を参照して、本実施形態に係るＬＥＤランプ１の構成について説明する。本明細書において、方向は、便宜上、図１、図２等に示す方向を上下方向、左右方向、前後方向（並設方向）とする。なお、左右方向は、後述するカバー５の軸５Ｃが延びる方向である軸方向と同一であり、右側（軸方向一端側）がファン側、左側（軸方向他端側）が口金側である。

図１〜図３に示すように、ＬＥＤランプ１は、光を放射するＬＥＤ２と、ＬＥＤ２が一方面３１に設けられた基板３と、を備えたＬＥＤモジュール１１を備える。また、ＬＥＤランプ１は、基板３の他方面３２に設けられた放熱体４と、基板３と略平行な軸５Ｃを有する円筒状のカバー５と、カバー５の右側に配置されたファン７と、カバー５の左側に配置された口金６と、を備える。

≪ＬＥＤモジュール≫
ＬＥＤモジュール１１は、複数のＬＥＤ２と、基板３と、コネクタ、ドライバＩＣ等の電子部品（図示省略）とを備えている。すなわち、ＬＥＤモジュール１１は、基板３に、複数のＬＥＤ２及び上記電子部品が実装されてなる。

ＬＥＤモジュール１１は、例えば、ＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）タイプのモジュールであってもよいし、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）タイプのモジュールであってもよい。

ＣＯＢタイプのモジュールは、ＬＥＤ２としてのＬＥＤチップを１つの基板３に複数個搭載して一括封止してなるモジュールであり、当該モジュールを１デバイスとして、この１デバイスのみで出力を確保する。

ＣＯＢタイプのモジュールとしては、具体的には例えばＬＥＤ２としての複数の青色ＬＥＤチップが基板３の一方面３１（図３では下側面）上に平面状に配置され、当該青色ＬＥＤチップの表面を黄色蛍光体（図示せず）で被覆されてなる白色光を発するモジュールが挙げられる。

ＳＭＤタイプのモジュールは、１〜４ｐｃｓ（ｐｉｅｃｅｓ）程度のＬＥＤチップを１つのパッケージに収めてＬＥＤ２とし、当該ＬＥＤ２を複数個、基板３に実装したモジュールである。ＳＭＤタイプのモジュールでは、ＬＥＤ２として、ＬＥＤチップを蛍光体樹脂で包みＬＥＤチップと蛍光体樹脂だけの構成でパッケージレスとしたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）を採用できる。ＳＭＤタイプのモジュールでは、ＣＯＢタイプのモジュールに比べて、ＬＥＤモジュール１１の温度上昇を抑制できる。

なお、ＳＭＤタイプのモジュールを採用する好ましい例として、例えば特開２０２０−１０７７０８号公報に記載された発光基板が挙げられる。当該文献の技術では、ＬＥＤとして、フリップチップＬＥＤが組み込まれたＣＳＰを採用している。また、基板として、絶縁層と、絶縁層の一面に形成され、ＬＥＤに接合される電極層と、当該電極層におけるＬＥＤに接合される部分以外の部分を覆うように絶縁層の一面に形成された蛍光体層とを備えた蛍光体基板を採用している。複数のＣＳＰは、蛍光体基板の表面全体に亘って規則的に並べられた状態で、蛍光体基板上に搭載されている。蛍光体基板を採用した場合、ＣＳＰから放射状に出射され、蛍光体樹脂で波長変換されなかった(フリップチップ自身の)光の一部は、蛍光体層に入射して、蛍光体層に含まれる蛍光体を励起させ、励起光を発生させる。そうして、蛍光体層に入射した光は、蛍光体層により波長変換されて、外部に照射される。すなわち、ＣＳＰが発光する光と異なる発光色の光を外部に照射することができる。このような蛍光体層の発光により、基板全体にバランスの良い発光光を確保できる。また、複数のＬＥＤ２を疑似的に１コアデバイス化することができるから、モノシャドウを与えることができる。さらに、ＣＳＰとして色温度低温化を抑えて発光効率を確保したＣＳＰを採用した場合であっても、長波長発光の蛍光体を用いた場合蛍光体層の発光により、デバイスとしては低色温度に調整できる。

なお、ＬＥＤチップ又はフリップチップＬＥＤの使用個数は、ＬＥＤランプ１の仕様、例えば、全光束等に応じて選択され、同時に、供給電力も決定される。

本実施形態において、基板３は、略矩形状平板で、カバー５の上下方向ほぼ中央に配置されている。なお、基板３は、例えば円盤状等でもよい。

基板３の一方面３１には、上述のごとくＬＥＤ２が実装されるとともに、電気配線パターン（図示せず）がプリントされている。これにより、基板３に実装されているＬＥＤ２は、基板３にプリントされている当該電気配線パターンを介して電気配線（図示せず）により口金６に電気的に接続されている。

基板３の他方面３２には、放熱体４が設けられている。基板３は、その他方面３２の全面が放熱体４の放熱体本体部４１の一端面４３と面接触しており、図示はしないが、放熱体本体部４１にネジ止め固定されている。

基板３の母体材料としては、ＰＷＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｅｄ Ｂｏａｒｄ）として一般的に使用される、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス鋼等の金属素材、ガラス等のセラミック素材、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂素材等の適宜の素材が使用され得る。

≪放熱体≫
放熱体４は、ＬＥＤ２の温度上昇を抑制するためのものである。また、放熱体４はカバー５を支持してＬＥＤランプ１の骨格を形成する役割も有する。放熱体４は、放熱体本体部４１と複数のフィン４２とを一体として備えている。放熱体４は、例えば削り出し加工、型抜き等により形成され得る。また、放熱体本体部４１と複数のフィン４２とを別体で形成し、溶接等により一体化してもよい。

放熱体４は、熱伝導性の良いアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銀等の金属素材で形成されている。特に、放熱体４の一部又は全部、好ましくは少なくともフィン４２が、アルミニウム又はアルミニウム合金の母材の表面に銀被膜を備えてなる金属素材で形成されていることが好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金の母材の表面に銀被膜を形成する方法としては、電解めっき、蒸着等の一般的な方法を用いることができるが、特に、例えば特許３７１２２２９号公報に記載される方法を好ましく用いることができる。当該文献に記載の方法では、具体的に、アルミニウム又はその合金から形成された母材を、硫酸浴、シュウ酸浴又はこれらの混合浴中に硝酸銀又は硫酸銀を添加した電解液中にて、交直重畳の電流を加えて電解処理し、これによって前記母材の表面に陽極酸化被膜を形成すると同時に、この陽極酸化被膜に添加した硝酸銀又は硫酸銀の銀を析出させる。銀は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも熱伝導率が高いことから、母材の表面に銀被膜を形成することにより、アルミニウム又はアルミニウム合金製の母材を低コストで疑似的に銀化して放熱体４の熱伝導率を向上させることができる。そうして、放熱体４による冷却効果を高め、ＬＥＤモジュール１１の熱引き速度を向上させることができる。そして、より耐熱性に優れた長寿命のＬＥＤランプ１をもたらすことができる。

図３に示すように、放熱体本体部４１は、板状の平坦部４１１と、右側湾曲部４１２と、左側湾曲部４１３と、右側半円筒部４１４と、左側半円筒部４１５と、を備えている。

図２及び図３に示すように、平坦部４１１は、ＬＥＤランプ１の前後方向及び左右方向に略平行であり、放熱体４の左右方向略中央に位置している。平坦部４１１は、一端面４３において基板３の他方面３２の全面に面接触している。平坦部４１１には、電気配線（図示せず）を通す貫通口４１１ａ（図１６参照）が設けられている。

右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３は、平坦部４１１のそれぞれ右側及び左側に隣接して設けられ、仮想球体面の一部を形成するように、上側に向かって緩やかな凸状に形成されている。また、図２に示すように、右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３の外周における平坦部４１１に接続されていない部分は円弧状に設けられている。

右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３は、ＬＥＤ２が放射する光を反射する役割を有する。右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３の下側の表面は、ＬＥＤ２からの光を基板３の一方面３１側の空間に向けて反射する反射面として機能する。

右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３を備えることより、ＬＥＤ２が放射する光を基板３の一方面３１側の空間方向に集中させることができる。このため、ＬＥＤランプ１は、例えば、道路灯のように、特定の空間方向、すなわち道路面に光の放射を集中させたい照明に適している。また、この場合、自動車の運転手が離れた場所から照明の方向に視線を向けたとしても、照明からの光が目に入らないようにすることができる。

なお、右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３は湾曲形状ではなく傾斜形状であってもよいが、右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３のＬＥＤ２が放射する光をより一方面３１側の空間に効率よく集光させる観点から、湾曲形状が好ましい。

右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３のそれぞれ右側及び左側には、半円筒状の右側半円筒部４１４及び左側半円筒部４１５が設けられており、カバー５を支持している。

図３〜図５に示すように、複数のフィン４２は、カバー５の軸方向に延びる板状体で、左右方向の長さはカバー５の左右方向の長さとほぼ同一である。そして、各フィン４２は、放熱体本体部４１の他端面４４からカバー５の上側の内周面５１に向かって、放熱体本体部４１に対して略垂直に上下方向に、立設されている。

また、各フィン４２は、軸方向に直交する前後方向に互いに離間して、詳細には互いに平行に略等間隔に、並設されている。

前後方向に並設された複数のフィン４２を備えることにより、ファン７の回転によりカバー５の内側に吸い込まれた空気と接する表面積を十分に確保できるとともに、空気の流動がスムーズとなるため、冷却効率が向上する。ＬＥＤランプ１は、このような冷却効率の良い放熱体４を搭載しているため、ＬＥＤ２の温度上昇を効率よく抑制できる。

複数のフィン４２は、前後方向の内側中央に配置された第１フィン４２１と、前後方向外側に配置された２つの第２フィン４２２と、第１フィン４２１及び第２フィン４２２との間に配置された４つの第３フィン４２３とを備える。

なお、フィン４２の数は、上記に限定されるものではなく、ＬＥＤランプ１の大きさ等に応じて適宜設定される。また、フィン４２の種類も、上記に限定されるものではなく、例えば第１フィン４２１、第２フィン４２２及び第３フィン４２３のいずれかを有しなくてもよい。なお、カバー５を支持する観点から、少なくとも第１フィン４２１を備えることが望ましい。

第１フィン４２１は、中央部４２１ｃ、湾曲部４２１ｄ及び端部４２１ｅにおける各下側端面において、放熱体本体部４１のそれぞれ平坦部４１１、右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３、並びに、右側半円筒部４１４及び左側半円筒部４１５に接続されている。また、第２フィン４２２は、中央部４２２ｃ、湾曲部４２２ｄ及び端部４２２ｅにおける各下側端面において、放熱体本体部４１のそれぞれ平坦部４１１、右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３、並びに、右側半円筒部４１４及び左側半円筒部４１５に接続されている。さらに、第３フィン４２３は、中央部４２３ｃ、湾曲部４２３ｄ及び端部４２３ｅにおける各下側端面において、放熱体本体部４１のそれぞれ平坦部４１１、右側湾曲部４１２及び左側湾曲部４１３、並びに、右側半円筒部４１４及び左側半円筒部４１５に接続されている。

第１フィン４２１は、外周部４２１ａと、外周部４２１ａの内側に配置された開口部４２１ｂと、を有する。

第１フィン４２１の中央部４２１ｃの上下方向の高さＨ_１は、カバー５の内半径とほぼ同一であり、外周部４２１ａの上側端面４２１ｆは、カバー５の上側の内周面５１に当接している。これにより、第１フィン４２１の外周部４２１ａが、カバー５を支持することができる。そうして、ＬＥＤランプ１における放熱体４の骨格としての役割をより確実に担保でき、延いてはＬＥＤランプ１の強度向上に資することができる。なお、中央部４２１ｃの高さＨ_１を、カバー５の内半径よりもやや小さくし、上側端面４２１ｆが内周面５１の近傍となるようにしてもよい。これにより、放熱体４をカバー５の内側に収容しやすくなる。本明細書において、「近傍」は、対象の二者間の距離が１ｍｍ以内であることをいい、ここでは上側端面４２１ｆと内周面５１との距離が１ｍｍ以内であることをいう。

第１フィン４２１の端部４２１ｅの上下方向の高さは、カバー５の内周面５１の内径とほぼ同一であり、端部４２１ｅの上下の両端面の各々は、カバー５の上下の内周面５１に当接している。これにより、カバー５を支持することができる。なお、端部４２１ｅの上下方向の高さを、カバー５の内径よりもやや小さくし、端部４２１ｅの上下の両端面が内周面５１の近傍となるようにしてもよい。これにより、放熱体４をカバー５の内側に収容しやすくなる。

開口部４２１ｂは、左右方向に延びる略矩形状の開口であり、前後方向に第１フィン４２１を貫通する。開口部４２１ｂを有することにより、放熱体４内に前後方向に延びる通気路を確保でき、空気が放熱体４内を前後方向に流れることができるから、放熱体４の通気抵抗が低下する。そうして、ファン７による空冷の冷却効率をさらに向上させることができ、より長寿命のＬＥＤランプをもたらすことができる。また、開口部４２１ｂを設けることにより、第１フィン４２１の重量を低減できるから、放熱体４を軽量化でき、延いてはＬＥＤランプ１全体の軽量化に資することができる。

中央部４２１ｃにおける開口部４２１ｂの上下方向の高さＨ_１ｂは、限定する意図ではないが、第１フィン４２１の骨格としての役割を確保しつつ放熱体４の通気抵抗を低減させ且つ放熱体４を軽量化する観点から、中央部４２１ｃの高さＨ_１の５０％以上９８％以下程度とすることができる。中央部４２１ｃにおける開口部４２１ｂの上下方向における位置は、図４に示すように、放熱体４の通気抵抗をより効果的に低減させる観点から、開口部４２１ｂが上下方向略中央に配置される位置とすることができる。開口部４２１ｂの左右方向における位置は、特に限定されないが、カバー５を効果的に支持する観点から、図５に示すように、開口部４２１ｂが左右方向略中央に配置される位置とすることができる。

第２フィン４２２の中央部４２２ｃの上下方向の高さＨ_２は、限定する意図ではないが、第１フィン４２１の中央部４２１ｃの高さＨ_１の半分程度である。第２フィン４２２の上側端面４２２ｆは、カバー５の上側の内周面５１に当接している。これにより、第２フィン４２２の上側端面４２２ｆが、カバー５を支持することができる。なお、放熱体本体部４１のカバー５内への収容を容易にする観点から、第１フィン４２１と同様に、上側端面４２２ｆが内周面５１の近傍となるように、第２フィン４２２の中央部４２２ｃの上下方向の高さＨ_２を調整してもよい。

第２フィン４２２の端部４２２ｅの上下方向の高さは、端部４２２ｅの上下の両端面の各々が、カバー５の上下の内周面５１に当接する高さに設定されている。なお、放熱体本体部４１のカバー５内への収容を容易にする観点から、第１フィン４２１と同様に、端部４２１ｅの上下の両端面が内周面５１の近傍となるように、第２フィン４２２の端部４２２ｅの上下方向の高さを調整してもよい。

第３フィン４２３の中央部４２３ｃの上下方向の高さＨ_３は、第１フィン４２１の中央部４２１ｃの高さＨ_１よりも小さい。そして、第３フィン４２３の上側端面４２３ｆと、カバー５の上側の内周面５１とは離間しており、第３フィン４２３の上側端面４２３ｆは、カバー５の上側の内周面５１に当接していない。第３フィン４２３の上側には、上側端面４２３ｆとカバー５の上側の内周面５１との間に配置された第１通気路４２４が形成されている。第１通気路４２４は、複数の第３フィン４２３に跨がるように前後方向に延びている。これにより、第１フィン４２１の開口部４２１ｂと同様に、放熱体４の通気抵抗がさらに低下し、放熱体４内部において前後方向の空気の流れをさらに確保できる。そうして、ファン７による空冷の冷却効率をさらに向上させることができ、より長寿命のＬＥＤランプ１をもたらすことができる。また、第１通気路４２４を設けることにより、第３フィン４２３の重量を低減できるから、放熱体４を軽量化でき、延いてはＬＥＤランプ１全体の軽量化に資することができる。

第３フィン４２３の中央部４２３ｃの上下方向の高さＨ_３は、放熱体４の通気抵抗を低減させ且つ放熱体４を軽量化する観点から、第１フィン４２１の中央部４２１ｃの高さＨ_１の好ましくは１０％以上８０％以下、より好ましくは２０％以上５０％以下である。

なお、本実施形態では、第３フィン４２３の中央部４２３ｃの上下方向の高さＨ_３を、第１フィン４２１の中央部４２１ｃにおいて、中央部４２１ｃの下端から開口部４２１ｂの下端までの高さとほぼ同一としている。これにより、開口部４２１ｂが形成する通気路と第１通気路４２４とがスムーズに連結され、互いに連通するから、放熱体４の通気抵抗がさらに低下する。

第３フィン４２３の端部４２３ｅの上下方向の高さは、端部４２３ｅの下側の端面が、カバー５の下側の内周面５１に当接する高さに設定されている。なお、放熱体４のカバー５内への収容を容易にする観点から、第１フィン４２１と同様に、端部４２３ｅの下側の端面が内周面５１の近傍となるように、第３フィン４２３の端部４２３ｅの上下方向の高さを調整してもよい。

≪カバー≫
カバー５は、ＬＥＤ２と基板３と放熱体４とを被覆し、これらを保護する役割を有する。

カバー５は、ポリカーボネート等のプラスティック素材又はガラス素材で径が一定の円筒状に形成されており、少なくともＬＥＤ２を被覆する部分はＬＥＤ２が放射する光を透過する透光性を有している。本実施形態では、カバー５のうち放熱体４を被覆する上側部分は透光性を有さず、ＬＥＤ２を被覆する下側部分は透光性を有する。

図４に示すように、カバー５の内径は、放熱体本体部４１の前後方向の長さとほぼ同じである。カバー５の内周面５１における前後方向の対向する位置に、軸方向に延びる一対の案内リブ５２が形成されている。カバー５の両案内リブ５２に放熱体本体部４１の他端面４４における前後方向の端部４８の双方をそれぞれ当接させ、カバー５の軸方向に放熱体本体部４１をスライドさせることにより、ＬＥＤ２と、基板３と、放熱体４とが、カバー５内に収容される。

≪ファン≫
カバー５の右側には、ＬＥＤランプ１の内側に空気の流れを発生させて、ＬＥＤ２を空冷するためのファン７が配置されている。

具体的には、図１〜図３，図６，図７に示すように、カバー５の一端５３の開口５４には、取付部７６１を介してネジ止め固定されることにより、エンドキャップ７１がカバー５に脱着可能に連結されている。エンドキャップ７１は、外径がカバー５の外径とほぼ同じ大きさの略円筒状で、カバー５側の面に開口７６を有するとともに、カバー５の反対側の面に閉口部７５を有し、ファン７を覆っている。なお、エンドキャップ７１は放熱体４に脱着可能に構成されてもよいが、後述するファン７のモータ７ａによる温度上昇の影響を抑制する観点から、カバー５に脱着可能に構成されることが好ましい。

図６に示すように、エンドキャップ７１の閉口部７５には、複数の通気孔７３が設けられている。

また、図７に示すように、エンドキャップ７１の閉口部７５の左側、すなわち内側には、ファン７を固定するための複数のネジ穴７５１が設けられている。ファン７は、これらのネジ穴７５１にネジ７５２によりネジ止め固定され（図３参照）、エンドキャップ７１内に格納される。

ファン７は、モータ７ａの軸に沿って直線的に空気が流れる軸流ファンである。ファン７は、その軸の方向がカバー５の軸５Ｃと平行に、好ましくはほぼ一致するように配置され、基板３の一方面３１側と他方面３２側に跨って設けられている。これにより、大きさや形状に制約のあるなかで、外気を最大限取り込むことができ、空冷による冷却効率を向上できる。

図３に示すように、ファン７がエンドキャップ７１に固定されていることにより、放熱体４とファン７とは互いに離間して配置されている。これにより、ファン７のモータ７ａによる温度上昇の影響が放熱体４に直接伝わることを抑制できる。そうして、放熱体４によるＬＥＤランプ１の冷却を強化できる。なお、ファン７を放熱体４に取り付けて、逆回転させることにより、口金６側からファン７側へ向かう空気の流れを生じさせてもよいが、放熱体４に対するモータ７ａの影響を低減させる観点から、ファン７をエンドキャップ７１に取り付けることが好ましい。

なお、ファン７とエンドキャップ７１の筒状部分の内周面との距離は、ＬＥＤランプ１内を流れる空気の量を最大限に確保する観点から、ファン７作動時の膨張係数を考慮しても、３ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。

≪口金≫
図１〜図３，図８，図９に示すように、カバー５の左側には、口金６が配置されている。

具体的には、カバー５の他端５５の開口５６には、外径がカバー５の外径とほぼ同じ大きさで略円筒状の連結モールド６２と、連結モールド６２側から口金６側へ向かって徐々に縮径する略円錐台状の口金モールド６１と、口金６とがこの順に配置されている。

口金モールド６１は、一端６７が連結モールド６２と連結モールド６２の軸心回りに回転可能に連結され、他端６８が口金６によりキャップされている。なお、カバー５の軸５Ｃ、連結モールド６２の軸心、口金モールド６１の軸心、及び口金６の軸心は、全て一致する。

また、図８に示すように、口金モールド６１の側面部６６にも、複数の通気孔６５が設けられている。

ここでは、口金６は、Ｅ３９の回しこみタイプの口金を使用し、カバー５、エンドキャップ７１、及び連結モールド６２の外径は、全て約６５ｍｍとし、全長を約２９０ｍｍとしている。これにより、既存のメタルハライドランプとの外形上、及びソケットとの互換性を持たせている。

図９に示すように、回転機構８は、連結モールド６２、回転ガイドリング６３、及び口金モールド６１が組み合わされて構成されている。回転機構８は、放熱体４に連結された連結モールド６２と、連結モールド６２に連結された回転ガイドリング６３とが、口金モールド６１に対して回転する機構となっている。

詳述すると、連結モールド６２は、略円筒状で、口金モールド６１側の端部６２ａの全外周面に凹部６２ｂが形成されている。

回転ガイドリング６３は、リング状で、口金モールド６１側の端部６３ｂの全外周面に半径方向に突出する突出部６３ａが形成されている。そして、回転ガイドリング６３は、回転ガイドリング６３の軸心と連結モールド６２の軸心とが一致するようにして、連結モールド６２内に配置され、連結モールド６２にネジ止め固定されている。

口金モールド６１は、略円錐台筒状の胴体部６１ｃと、胴体部６１ｃの拡径側に延設され、連結モールド６２に対して摺動回転可能な円筒状の連結部６１ｄと、胴体部の縮径側に延設され、口金６（図示せず）が取り付けられる２段階に縮径された階段状円筒状の口金取付部６１ｅとを有している。口金モールド６１は、口金モールド６１の内周面６１ｆに同心円状に等間隔で４つ設けられた回転ガイドリング受部材６１ａを有している。回転ガイドリング受部材６１ａは、口金モールド６１の内周面６１ｆから軸方向に突き出した板状体で、回転ガイドリング６３に対向する対向端部６１ｇに、回転ガイドリング６３を受ける受溝６１ｂを有している。各受溝６１ｂは、回転ガイドリング６３を支持し、回転ガイドリング６３が軸心回りに摺動可能となるように、溝幅が突出部６３ａを含んだ回転ガイドリング６３の幅より僅かに広い凹状になっている。

回転ガイドリング６３は、口金モールド６１の各回転ガイドリング受部材６１ａの受溝６１ｂ内に嵌め込まれている。そして、突出部６３ａの一部は、各回転ガイドリング受部材６１ａの対向端部６１ｇで受溝６１ｂより半径方向外方側の対向外方端部６１ｈにネジ止めされ受溝６１ｂ内方側に突出したガイドワッシャ６４と、受溝６１ｂの底部６１ｉとで挟み込まれている。そうして、回転ガイドリング６３は、軸方向の移動が規制されている。

これにより、回転ガイドリング６３は、口金モールド６１に対して、軸方向に移動することなく、軸心回りに回転可能となっている。

なお、連結モールド６２は、口金モールド６１側の端部６２ａの全外周面に形成された凹部６２ｂが、口金モールド６１の連結部６１ｄに摺動可能に嵌め込まれているため、口金モールド６１に対して、軸心回りに回転でき、かつ、任意に回転させた位置で停止させることが可能な構成となっている。

よって、回転ガイドリング６３に連結モールド６２を介して連結された放熱体４、ＬＥＤモジュール１１、カバー５、ファン７、およびエンドキャップ７１を有するランプ本体部分も、口金モールド６１及び口金モールド６１の口金取付部６１ｅに取り付けられた口金６に対して軸心回りに回転可能となっている。

これにより、ＬＥＤランプ１を口金６によりソケットに取り付けた後に、連結モールド６２を回転させて本体部分の向きを調整でき、ＬＥＤ２の向きおよび照明方向を鉛直下方などの任意の方向に向けることができる。

具体的には例えば、道路灯等のソケットに、口金６をねじ込んでＬＥＤランプ１を取り付けた場合に、基板３に実装されたＬＥＤ２の向きが、道路を正確に照らす方向に向かないことがある。しかし、ＬＥＤランプ１は、少なくとも基板３を口金６に対して回転可能にする回転機構８を備えているため、取り付けたその場で、基板３に実装されたＬＥＤ２の向きを、道路を正確に照らす方向に向けるよう調整することができる。

＜空気の流れ＞
図１０に示すように、ファン７が回転することにより、口金モールド６１の通気孔６５からカバー５の内側に空気が吸い込まれ、放熱体４を介して、エンドキャップ７１の通気孔７３より空気が排気される。

図１０中矢印で示すように、通気孔６５を通じて吸い込まれた空気は、カバー５の内周面５１、放熱体４の各フィン４２の表面及び放熱体本体部４１の他端面４４に案内されて、これらで囲まれた空間を通過する。その間、当該空間を通過する空気は、発光と同時に発熱するＬＥＤ２により基板３を介して熱伝導で熱せられた放熱体４の各フィン４２及び放熱体本体部４１から熱を奪いこれらを冷却する。放熱体４から熱を奪い熱くなった空気は、エンドキャップ７１の通気孔７３を通じて排気される。

本構成によれば、口金６側から空気を吸い込むため、吸い込まれた空気は、ファン７の回転の影響が少なく流れの回転が抑制されるとともに、流速も抑えられる。そうして、口金６側から吸い込まれた空気は、放熱体４内にスムーズに取り込まれ、ファン７側から排気される。放熱体４を介してファン７側から排気される空気の量は、口金６側から吸い込まれた空気の量の７０％〜８０％程度となり、従来のＬＥＤランプ（例えば特許文献１）に比べて、ファン７による空冷の冷却効率が大幅に向上する。そうして、より長寿命のＬＥＤランプ１をもたらすことができる。

また、本実施形態では、ファン７を放熱体４ではなく、エンドキャップ７１に固定することにより、空気の流れる方向を口金６側からファン７側へ向かう方向としている。すなわち、簡単な仕様で空気の流れる方向を口金６側からファン７側へ向かう方向とすることができる。そうして、簡便な方法で、ファン７による空冷の冷却効率をさらに向上させることができ、より長寿命のＬＥＤランプ１をもたらすことができる。

なお、カバー５内に吸い込まれた空気の一部は、放熱体本体部４１とカバー５との間を振動しながら通過し得る。このため、各フィン４２の放熱体本体部４１側とカバー５側との間の温度分布（温度差）は、当該空気の通過により小さくなる。そうして、各フィン４２は、温度分布が均一化され、冷却効率が上昇する。

また、上述のごとく、放熱体４の内部には、開口部４２１ｂにより形成された通気路及び第１通気路４２４が存在する。これにより、カバー５の内側に吸い込まれた空気の一部は、カバー５の内側を前後方向に横断しながら通過し得る。こうして、ファン７による空冷の冷却効率をさらに向上させることができ、より長寿命のＬＥＤランプをもたらすことができる。

なお、ＬＥＤランプ１は、ファン７を用いて積極的に冷却しているため、例えば、ガソリンスタンド等で使用されている密閉型の照明器具用のランプとしても用いることができる。

（実施形態２）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、本実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図１１〜図１４に示すように、実施形態２のＬＥＤランプ１は、第１フィン４２１を２つ有しており、これらは前後方向に互いに隣り合って配置されている。また、第３フィン４２３の数を増加させている。第１フィン４２１は、放熱体本体部４１の前後方向中央に配置されておらず、２つの第１フィン４２１の中間位置が放熱体本体部４１の前後方向中央となっている。第１フィン４２１の中央部４２１ｃにおける上下方向の高さＨ_１（図５参照）は、外周部４２１ａの上側端面４２１ｆがカバー５の上側の内周面５１に当接する高さに調整されている。なお、実施形態１と同様に、放熱体４のカバー５内への収容を容易にする観点から、上側端面４２１ｆが内周面５１の近傍となるように、第１フィン４２１の中央部４２１ｃにおける上下方向の高さＨ_１の上下方向の高さを調整してもよい。

第１フィン４２１の数を増加させることにより、第１フィン４２１によるカバー５の支持が強化され、ＬＥＤランプ１の強度向上に資することができる。

なお、２つの第１フィン４２１の各々に、開口部４２１ｂが設けられている。これにより、前後方向の空気の流れを確保し、空冷の冷却効率の向上に資することができる。

（実施形態３）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、本実施形態の説明において、実施形態１，２と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図１５〜図１８に示すように、実施形態３のＬＥＤランプ１では、放熱体４の各フィン４２の形状が、実施形態１，２の各フィン４２と異なる。

具体的に、第１フィン４２１の開口部４２１ｂの右側端部は、放熱体本体部４１の右側湾曲部４１２における他端面４４まで延びるように形成されている。

また、第３フィン４２３の左側の端部４２３ｅは、カバー５の他端５５とほぼ同一の位置に配置されているのに対し、第３フィン４２３の右側の端部４２３ｅは、放熱体本体部４１の平坦部４１１と右側湾曲部４１２との接続部に配置されている。これにより、第３フィン４２３の左右方向の長さは、カバー５の左右方向の長さよりも短く設定されている。そうして、第３フィン４２３の右側の端部４２３ｅとファン７との間には、右側湾曲部４１２における他端面４４とカバー５の内周面５１とにより形成された、平坦部４１１に設けられた基板３の一方面３１側と他方面３２側（図３参照）とに跨がる第２通気路４２５が配置されている。

複数のフィン４２の間を通じてファン７側に流れてきた空気は、ファン７に到達する前に第２通気路４２５に流入する。そうして、空気がファン７の回転の影響を受けた場合であっても、空気の流れの回転は第２通気路４２５内で生じるから、空気の流れが回転することによる放熱体４の通気抵抗の上昇を抑制できる。

なお、第１フィン４２１の開口部４２１ｂの右側端部も他端面４４まで延びるように形成されているから、開口部４２１ｂにより形成される通気路と第２通気路４２５とにより、ファン７の左側に十分な空間を確保でき、放熱体４の通気抵抗の上昇を効果的に抑制できる。

（実施形態４）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、本実施形態の説明において、実施形態１〜３と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

実施形態１〜３では、カバー５は筒状であり、放熱体４及びＬＥＤモジュール１１を被覆する構成であったが、カバー５は半筒状で放熱体４を被覆する構成であってもよい。この場合、限定する意図ではないが、ＬＥＤモジュール１１を保護する観点から、カバー５とは別にＬＥＤモジュール１１を被覆する半筒状の追加のカバーを備えてもよい。カバー５と追加のカバーとが互いに接続されてもよいし、カバー５及び追加のカバーが例えば放熱体本体部４１等に接続される構成としてもよい。

また、例えば、図１９に示すように、放熱体４を被覆するカバー５は、放熱体４と一体化されていてもよい。この場合も、ＬＥＤモジュール１１を被覆する追加のカバー５８を備えてもよい。

この発明は、ＬＥＤを用いた照明の産業に利用することができる。

１ ＬＥＤランプ
１１ ＬＥＤモジュール
２ ＬＥＤ
３ 基板
３１ 一方面
３２ 他方面
４ 放熱体
４１ 放熱体本体部
４２ フィン
４２１ 第１フィン
４２１ａ 外周部
４２１ｂ 開口部
４２２ 第２フィン
４２３ 第３フィン
４２４ 第１通気路
４２５ 第２通気路
４３ 一端面
４４ 他端面
５ カバー
５１ 内周面
６ 口金
７ ファン
７１ エンドキャップ

Claims (7)

1. 光を放射するＬＥＤと、前記ＬＥＤが一方面に設けられた基板と、を備えたＬＥＤモジュールと、
   前記基板の他方面に設けられた放熱体と、
   前記放熱体を被覆するとともに、前記基板と略平行な軸を有する筒状又は半筒状のカバーと、
   前記カバーの軸方向一端側に配置されたファンと、
   前記カバーの軸方向他端側に配置された口金と、
   を備え、
   前記ファンの回転により、前記軸方向他端側から前記カバーの内側に空気が吸い込まれ、前記放熱体を介して、前記軸方向一端側より前記空気が排気される、ＬＥＤランプ。
2. 前記放熱体は、前記軸方向に延び且つ該軸方向に直交する方向に互いに離間して並設された板状の複数のフィンを備え、
   前記複数のフィンの少なくとも一部と、前記カバーの内周面との間に配置され、前記複数のフィンの並設方向に延びる第１通気路を備えた、請求項１記載のＬＥＤランプ。
3. 前記放熱体は、一端面において前記基板の他方面の全面に面接触する板状の放熱体本体部を備え、
   前記複数のフィンは、前記放熱体本体部の他端面に、該他端面から前記カバーの内周面に向かって立設されており、
   前記複数のフィンは、前記並設方向内側に配置された第１フィンを備え、
   前記第１フィンは、前記カバーの内周面に当接する外周部と、前記外周部の内側に配置された開口部と、を有する、請求項２に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記複数のフィンの少なくとも一部と前記ファンとの間に配置され、前記基板の一方面側と他方面側とに跨がる第２通気路を備えた、請求項２又は３に記載のＬＥＤランプ。
5. 前記放熱体又は前記カバーに脱着可能に構成され、前記ファンを覆うエンドキャップをさらに備え、
   前記ファンは、前記エンドキャップに固定されており、
   前記放熱体と前記ファンとは互いに離間して配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤランプ。
6. 前記ＬＥＤモジュールは、前記基板としての蛍光体基板上に、前記ＬＥＤとしてのフリップチップＬＥＤが組み込まれたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が実装されたものであり、
   前記蛍光体基板は、絶縁層と、絶縁層の一面に形成され、前記ＬＥＤに接合される電極層と、該電極層における前記ＬＥＤに接合される部分以外の部分を覆うように前記絶縁層の一面に形成された蛍光体層とを備えた、請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤランプ。
7. 前記放熱体は、アルミニウム又はアルミニウム合金の母材の表面に銀被膜を備えてなる金属素材で形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載のＬＥＤランプ。

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