JP7051165B1 - Ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの温度上昇を抑制してさらなる長寿命化を図ることができるとともにより軽量化されたＬＥＤランプを提供する。【解決手段】ＬＥＤランプ１は、ＬＥＤ２と基板３とを備えたＬＥＤモジュール１１と、ＬＥＤモジュール１１が上面４１ｂに取り付けられた板状の放熱体本体部４１を有する放熱体４と、放熱体本体部４１の下面４１ｄ側に配置された冷却用のファン７と、を備え、放熱体４は、放熱体本体部４１の下面４１ｄに下面４１ｄからファン７に向かって立設され、互いに離間し且つ放熱体本体部４１の中央部４１ｆから外周端４１ｃに向かって放射状に延びるように配置された板状の複数のフィン４３を備え、フィン４３の枚数は、７枚以上１５枚以下である。【選択図】図２

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の光の放射方向の周囲を囲む透光性のカバーと、冷却に用いるファンとを備え、前記ファンにより流動する気体を前記カバーの外で前記カバーの表面近傍に向けて放出させる気体放出部を備える。

特開２０１８－２０６６２９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、及び、ＬＥＤランプの軽量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の温度上昇を抑制してさらなる長寿命化を図ることができるとともにより軽量化された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が表面に実装された基板と、を備えたＬＥＤモジュールと、前記ＬＥＤモジュールが一面に取り付けられた板状の放熱体本体部を有する放熱体と、前記放熱体本体部の他面側に前記放熱体本体部から離間して配置された冷却用のファンと、を備え、前記放熱体は、前記放熱体本体部の前記他面における該他面と前記ファンとの間に該他面から該ファンに向かって立設され、互いに離間し且つ該放熱体本体部の中央部から外周端に向かって放射状に延びるように配置された板状の複数のフィンを備え、前記フィンの枚数は、７枚以上１５枚以下であり、前記フィンの前記放熱体本体部に接続された基端部と反対側の先端部における前記外周端側の角部はＲ形状を有する。

フィンの枚数が下限値未満では、放熱体の十分な表面積を確保することが難しく、放熱体の十分な放熱性を確保することが困難となるおそれがある。また、フィンの枚数が上限値を超えると、フィンの通気抵抗が上昇し、ファンによる放熱体及びＬＥＤモジュールの冷却効率が低下するおそれがある。フィンの枚数を上記構成とすることにより、ファン及び放熱体によるＬＥＤランプの高い冷却効率を確保できる。また、例えば特許文献１に記載の従来のＬＥＤランプに比べて、フィンの数が低減されるから、ＬＥＤランプを軽量化できる。

また、本構成では、前記フィンの前記放熱体本体部に接続された基端部と反対側の先端部における前記外周端側の角部はＲ形状を有する。

ファンの回転により生じた気体の流れが、隣り合うフィン間の隙間をフィンに案内されて放熱体本体部の中央部側から外周端側に向かって進む。このとき、フィンの先端部における外周端側の角部がＲ形状を有しているから、フィンに起因する風切り音が低減され、ＬＥＤランプのノイズ音を低減できる。

前記ファンの回転数は、２５００ｒｐｍ以上４５００ｒｐｍ未満であることが好ましい。

本構成によれば、ファンによるＬＥＤランプの高い冷却効率を確保しつつ、ファンの回転数を上記範囲とすることにより、ＬＥＤランプのノイズ音を効果的に低減できる。

前記フィンは、該放熱体本体部の中央部から外周端に向かって湾曲しつつ放射状に延びており、前記複数のフィンは、該放熱体本体部の前記中央部を中心とする渦巻き状に配置されていることが好ましい。

本構成によれば、ファンの回転の影響を受けた気体の流れが、渦巻き状に配置されたフィンによってスムーズに案内されるから、フィンの通気抵抗をさらに低減できる。

前記放熱体本体部の前記一面を覆う透光性のカバーと、前記放熱体の少なくとも前記フィン及び前記ファンを収容するケースと、をさらに備え、前記放熱体は、前記放熱体本体部の前記外周端から前記一面側に延設された周壁部を備えており、前記ケースは、前記周壁部から離間して該周壁部の少なくとも一部を囲んでおり、前記ファンの回転により生じた気体の流れの少なくとも一部は、前記フィンに案内されて前記放熱体本体部の中央部側から前記外周端側に進んだ後、前記周壁部と前記ケースとの間の隙間を通じて、前記カバーの外表面に向けて放出されることが好ましい。

本構成によれば、ファンの回転により生じた気体の流れの少なくとも一部が、周壁部とフード部との間の隙間を通じて、カバーの外表面に向けて放出されるから、ＬＥＤランプのカバーの外側に気体の流れが生じ、ＬＥＤランプの冷却を強化できる。

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ていることが好ましい。

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。

この発明により、ＬＥＤの温度上昇を抑制してさらなる長寿命化を図ることができるとともにより軽量化されたＬＥＤランプを提供できる。

ＬＥＤランプの正面図。 ＬＥＤランプの分解斜視図。 図１のＡ－Ａ線における断面図。 ＬＥＤランプの放熱体及びＬＥＤモジュールの上側斜視図。 ＬＥＤランプの放熱体の下側斜視図。 図３の一部を拡大した図。 ＬＥＤランプにおける空気の流れを説明するための図。

以下、この発明の一実施形態を図面と共に説明する。以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、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。

＜ＬＥＤランプ＞
図１、図２及び図３は、それぞれ、ＬＥＤランプ１の正面図、分解斜視図及び縦断面図である。また、図４は、ＬＥＤランプ１の放熱体４及びＬＥＤモジュール１１の上側斜視図である。図５は、ＬＥＤランプ１の放熱体４の下側斜視図である。図６は、図３の一部を拡大した図である。図７は、ＬＥＤランプにおける空気（気体）の流れを説明するための図である。

図１に示すように、ＬＥＤランプ１は、ソケットに取り付けて使用するＬＥＤ２（図４参照）を光源としたいわゆる電球形ランプで、縦長の略ドーム型の透光性のカバー５と、略逆円錐台筒状のケース８と、ラッパ状の口金モールド６１と、口金モールド６１に取り付けられた口金６とがこの順で一列に並べて配置されている。

なお、本明細書において、方向は、例えば図１に示すように、便宜的に、ＬＥＤランプ１のカバー５側を上側、口金６側を下側とする。また、上下方向に略垂直に配置された板状体については、上側を表側、下側を裏側と称することがある。

図２～図４、図６に示すように、カバー５の下側には、放熱体４が配置されている。放熱体４の上面４１ｂ（一面）には、ＬＥＤモジュール１１が取り付けられている。また、放熱体４の下側には、冷却用のファン７が配置されており、ケース８に収容されている。

≪ＬＥＤモジュール≫
図４，図６に示すように、ＬＥＤモジュール１１は、光を放射する複数のＬＥＤ２と、ＬＥＤ２が表面３１に実装された基板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の表面３１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。

図４に示すように、基板３は、略矩形状平板であるが、当該形状に限られず、例えば略六角形状平板、円板状等でもよい。

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。

図４，図６に示すように、基板３は、裏面３２全面が放熱体４の放熱体本体部４１の上面４１ｂに面接触するようにして密着され、ネジ１１１により放熱体本体部４１にネジ止め固定されている。

基板３の表面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。そして、ＬＥＤ２は、当該電気配線パターン、及び、当該電気配線パターンに接続され且つ放熱体本体部４１の貫通孔４１ａに通された電気配線１１２により、口金６と電気的に接続されている。

≪放熱体≫
放熱体４は、ＬＥＤモジュール１１を保持するとともに、ＬＥＤ２の温度上昇を抑制する役割を有する。また、放熱体４は、カバー５を支持する役割も有する。

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後述するフィン４３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。なお、母材は、その表面に形成されたフッ素樹脂被膜を備えてもよい。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放熱体４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チップ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。

図２，図４～図６に示すように、放熱体４は、放熱体本体部４１と、周壁部４２と、複数のフィン４３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と周壁部４２と複数のフィン４３とを別体で形成し、溶接等により一体化してもよい。

図４に示すように、放熱体本体部４１は、上面４１ｂで面接触している基板３よりも大きい、真円形状の板状体である。なお、放熱体本体部４１の形状は、真円形状に限られるものではなく、ＬＥＤランプ１の上下方向に垂直な断面の形状に整合するように、楕円形状、多角形状等の板状体であってもよい。放熱体本体部４１の外周端４１ｃの上面４１ｂ側には、外周端４１ｃから斜め外方上方に延設された逆円錐台筒状の周壁部４２が設けられている。周壁部４２における、外周端４１ｃに接続された縮径側の下端４２ａは、放熱体本体部４１によって閉口しているが、拡径側の上端４４は開口している。

図５に示すように、放熱体本体部４１の下面４１ｄ（他面）には、複数のフィン４３が設けられている。複数のフィン４３の各々は、長尺の湾曲プレートであり、長手方向の側面である基端部４３ｅが放熱体本体部４１の下面４１ｄに接続された状態で、下面４１ｄに略垂直に、該下面４１ｄからファン７に向かって立設されている（図２，図３，図６参照）。

複数のフィン４３は、互いに離間し且つ放熱体本体部４１の中心４１ｅを含む中央部４１ｆから外周端４１ｃに向かって湾曲しつつ放射状に延びるように配置されている。そして、放熱体４を下側から見たときに、複数のフィン４３は、放熱体本体部４１の中央部４１ｆを中心とする渦巻き状に配置されている。言い換えると、複数のフィン４３は、凸となる方向が時計回り又は反時計回り（本実施形態では時計回り）となるように整列して配置されている。これにより、ファン７の回転の影響を受けた気体の流れが、渦巻き状に配置されたフィン４３にスムーズに案内される。なお、通気抵抗低減の観点から、複数のフィン４３の凸となる方向は、ファン７を下側から見たときのファン７の回転方向と同一であることが好ましい。なお、一部のフィン４３には、それぞれファン７及びケース８を固定するためのネジ孔４３ｃ及びネジ孔４３ｄが設けられている。

複数のフィン４３の枚数は、７枚以上１５枚以下であり、好ましくは１１枚以上１５枚以下である。また、複数のフィン４３の枚数は、奇数であることが好ましい。

フィン４３の枚数が下限値未満では、フィン４３の十分な表面積を確保することが難しく、フィン４３の十分な放熱性を確保することが困難となるおそれがある。また、フィン４３の枚数が上限値を超えると、フィン４３の通気抵抗が上昇し、ファン７による放熱体４及びＬＥＤモジュール１１の冷却効率が低下するおそれがある。フィン４３の枚数を上記構成とすることにより、放熱体４及びファン７によるＬＥＤランプ１の高い冷却効率を確保できる。また、例えば特許文献１に記載の従来のＬＥＤランプ１に比べて、フィン４３の数が低減されるから、ＬＥＤランプ１を軽量化できる。

さらに、フィン４３の枚数を上記構成とすることにより、放熱体４及びファン７によるＬＥＤランプ１の高い冷却効率を確保できるから、ファン７の回転数を低減させても、十分にＬＥＤモジュール１１を冷却できる。そうして、ファン７の回転数を低減できるから、ファン７の駆動に伴い生じるＬＥＤランプ１のノイズ音を効果的に低減できる。

また、複数のフィン４３の各々における基端部４３ｅと反対側の先端部４３ｆにおける外方端部４３ａ側の外側角部４３ｂ（角部）は、Ｒ形状を有していることが好ましい。後述する空気Ｋ１が隙間Ｓ２に流入するときに、フィン４３の外側角部４３ｂに空気Ｋ１が衝突して渦流が発生し、風切り音の原因となる。外側角部４３ｂがＲ形状を有していることにより、空気Ｋ１のうち外側角部４３ｂに衝突する空気の量が低下するから、渦流の発生が抑制され、風切り音が低減される。そうして、ＬＥＤランプ１のノイズ音を低減できる。

Ｒ形状の半径は、フィン４３の短手方向の幅Ｗ３（図６参照）よりも小さく、幅Ｗ３の１／３よりも大きいことが好ましい。これによりフィン４３の表面積を確保して十分な放熱性を確保しつつ、上述したＬＥＤランプ１のノイズ音低減の十分な効果を得ることができる。

なお、先端部４３ｆにおける内側端部４３ｇ側の内側角部４３ｈは、Ｒ形状を有していてもよいし、Ｒ形状以外の略直角形状等を有していてもよい。

中央部４１ｆの外周端がフィン４３の内側端部４３ｇにより規定されるとすると、フィン４３の内側端部４３ｇは、中央部４１ｆの径が、従来の径よりも小さくなる位置に配置されていることが好ましい。具体的には例えば、特許文献１のＬＥＤランプでは、中央部４１ｆに相当する領域の径は約３０ｍｍであったが、中央部４１ｆの径は、従来の径である約３０ｍｍよりも小さいことが好ましく、約１５ｍｍ以上約２５ｍｍ以下であることがより好ましい。後述する空気Ｋ１は、まず中央部４１ｆに到達した後、隣り合うフィン４３間の隙間Ｓ３を外周端４１ｃ側に向かって進む。上記構成によれば、中央部４１ｆの径が従来よりも小さいから、中央部４１ｆに到達する空気Ｋ１の量を従来に比べて増加させることができる。そうして、ＬＥＤモジュール１１の裏側における空気の流れを増加させることができるから、ＬＥＤモジュール１１の冷却効率を向上できる。

－実験例－
実際に、フィンの枚数が１５枚の実験例１，２及びフィンの枚数が２５枚の実験例３のＬＥＤランプについて、ＬＥＤモジュールの最高表面温度及びノイズ音を評価した。なお、使用したＬＥＤランプは、ＬＥＤモジュールとして蛍光体基板を用いたＳＭＤタイプのモジュールを搭載した、出力１００Ｗ、５０００ＫのＬＥＤランプである。また、ノイズ音は実験者が実際に音を聴いて評価した。結果を表１に示す。

実験例３のＬＥＤランプでは、ファンの回転数が４５００ｒｐｍではＬＥＤモジュールの最高表面温度が約９５℃であるのに対し、ファンの回転数が３０００ｒｐｍではＬＥＤモジュールの最高表面温度は１１０℃超となり、ファンによるＬＥＤモジュールの冷却効率が低下した。なお、ＬＥＤモジュールの最高表面温度が１１０℃を超えると、ＬＥＤの寿命は大幅に低下するため、実用には適していない。

これに対し、フィンの数が１５枚の実験例１，２のＬＥＤランプでは、ＬＥＤモジュールの最高表面温度が約９０℃（４５００ｒｐｍ）及び約９５℃（３０００ｒｐｍ）となり、フィンの数が２４枚の実験例３のＬＥＤランプに比べて、ＬＥＤランプの冷却効率が向上することが判った。

また、実験例１～３のＬＥＤランプを比較すると、ファンの回転数が４５００ｒｐｍでは、フィンの外側端部にＲ形状を有する実験例１のＬＥＤランプにおいてノイズ音が低減されることが判った。また、実験例１のＬＥＤランプで、ファンの回転数を３０００ｒｐｍとすると、４５００ｒｐｍの場合に比べて、ノイズ音はさらに低減されることが判った。

このように、本実施形態に係るＬＥＤランプでは、外側角部にＲ形状を有することにより、ノイズ音を低減できる。また、ファンの回転数を低下させてもＬＥＤモジュールの温度上昇を十分に抑制できるから、ファンの回転数を低下させることにより、ＬＥＤランプのノイズ音をさらに効果的に低減できる。

≪カバー≫
カバー５は、少なくともＬＥＤモジュール１１を被覆し、保護する役割を有する。

図３に示すように、カバー５は、放熱体４の周壁部４２に接続され、ＬＥＤモジュール１１が取り付けられた放熱体本体部４１の上面４１ｂを覆っている。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形成されており、ＬＥＤ２が放射する光を透過する透光性を有している。カバー５は、外径及び内径が一定の略円筒状の胴体部５１と、胴体部５１の上端５１ａから延設された半球状のキャップ部５２とで構成されている。カバー５は、胴体部５１の下端部５１ｂが放熱体４の周壁部４２の上端４４に嵌め合わされる。具体的には、下端部５１ｂに設けられた取付部５３が上端４４に設けられた爪部４４ａに係合することにより、周壁部４２に接続される。そして、カバー５の胴体部５１の外表面５１ｃと放熱体の周壁部４２の外表面４２ｂとの面が面一となるようになっている。なお、カバー５の形状及び構成は上記に限られるものではなく、少なくともＬＥＤモジュール１１を被覆し、保護することができれば、他の形状及び構成であってもよい。

≪ファン／ケース≫
ファン７は、少なくとも放熱体４を冷却することにより、ＬＥＤモジュール１１の温度上昇を抑制する役割を有する。

図２，図３，図６に示すように、ファン７は、放熱体本体部４１の下面４１ｄ側、すなわち放熱体４の下側に配置されている。ファン７は、駆動用の電動機７１と、電動機７１の機軸の回りに設けられた複数の羽根７２と、を備えている。このファン７は、回転時に当該機軸に沿って空気が直線的に流れる軸流ファンである。ファン７は、機軸の方向が放熱体４の放熱体本体部４１に略垂直で、かつ当該機軸の延長線上に放熱体本体部４１の中心４１ｅがくるように配置されている。電動機７１の脚部７１ａは、ネジ孔４３ｃに挿通されたネジ７３により、フィン４３にネジ止め固定されている。そうして、ファン７は、放熱体４に接続されている。なお、ファン７は、上記構成に限られず、放熱体４以外の例えばケース８等に固定されてもよい。

なお、ファン７によるＬＥＤランプ１の高い冷却効率を確保しつつＬＥＤランプ１のノイズ音を低減させる観点から、ファン７の回転数は、２５００ｒｐｍ以上４５００ｒｐｍ未満とすることが好ましく、２６００ｒｐｍ以上４０００ｒｐｍ以下とすることがより好ましく、２７００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ以下とすることが特に好ましい。

ケース８の内側には、段差部８２が設けられている。段差部８２において、ケース８の内径は、上側から下側に向かって縮径されている。段差部８２の内周面８２ａは、略円筒状のファン収容部８３を形成しており、当該ファン収容部８３の内側にファン７が収容されている。段差部８２のリング状の上面８２ｂは、放熱体４の放熱体本体部４１の下面４１ｄに平行で、且つフィン４３から離間して配置されている。なお、段差部８２の内周面８２ａと上面８２ｂとの間の移行面８２ｄは、ケース８内部の通気抵抗を低減させる観点から、傾斜面となっている。段差部８２は、ネジ孔４３ｄに挿通されたネジ８４により、フィン４３にネジ止め固定されている。そうして、ケース８は、放熱体４に接続されている。

図６に示すように、ケース８は、段差部８２の上面８２ｂの外周端８２ｃから斜め上方外方に延設され、外方に僅かに凸状に湾曲する略逆円錐台筒状のフード部８１を備えている。

フード部８１は、少なくとも、複数のフィン４３の外方端部４３ａ（図２，図５参照）と、放熱体４の周壁部４２の外表面４２ｂの一部とを外側から離間してぐるりと囲んでいる。そうして、フード部８１は、複数のフィン４３、放熱体本体部４１及び周壁部４２の一部をその内側に収容している。なお、放熱体４の周壁部４２の外表面４２ｂの一部とフード部８１の端部８１ａとの間の隙間は、ファン７によりＬＥＤランプ１内部に吸い込まれた空気をカバー５の外でカバー５の外表面５ａ（胴体部５１の外表面５１ｃ）近傍に向けて放出させる気体放出部Ｓ１として機能する。なお、フード部８１は、周壁部４２の外表面４２ｂの全体と、周壁部４２の上端４４に嵌め合わされたカバー５の胴体部５１の下端部５１ｂ近傍の外表面５１ｃと、を囲むように形成されていてもよい。また、気体放出部Ｓ１は、上記構成に限られるものではなく、例えばケース８、放熱体４及びカバー５の少なくともいずれかに形成された排気用の貫通孔等であってもよい。

≪口金モールド／口金≫
図１～図３，図６に示すように、口金モールド６１は、上向きのラッパ状で、ケース８に接続されている。具体的には、口金モールド６１の拡径側の上端部６１ａが、ケース８の下端部８ａに、ネジ孔８ｂに挿通されたネジ６２によりネジ止め固定されている。口金モールド６１内部は、ケース８のファン収容部８３と連通している。口金モールド６１の縮径側の下端部６１ｂには、回しこみタイプの口金６が取り付けられている。口金モールド６１の側面部６６には、縦長の開口部６５が複数設けられている。開口部６５は、ファン７の駆動によりＬＥＤランプ１内部に空気を吸い込む吸気口として機能する。

＜空気の流れ＞
図６には、ＬＥＤランプ１の内部を流動する空気（気体）の流れが模式的に示されている。また、図７には、ＬＥＤランプ１の外部を流動する空気の流れが模式的に示されている。

ファン７の駆動により、口金モールド６１の側面部６６に設けられた複数の開口部６５を介して、ＬＥＤランプ１内部に空気が吸い込まれる。ＬＥＤランプ１内部に吸い込まれた空気Ｋの少なくとも一部は、ファン収容部８３の軸心に沿って上方に直線的に流れ、放熱体本体部４１の中央部４１ｆの下面４１ｄ側に到達する。

その後、空気Ｋは、主として、空気Ｋ１及び空気Ｋ２に分かれて流動する。

空気Ｋ１は、隣り合うフィン４３間の隙間Ｓ３を、湾曲した当該フィン４３に案内され、放熱体本体部４１の中央部４１ｆ側から外周端４１ｃ側に向かって進む。空気Ｋ１は、その後、フィン４３の外方端部４３ａにまで到達すると、フード部８１の内周面８１ｂに沿って円周方向に流動する旋回流となる。

一方、空気Ｋ２は、フィン４３とリング状の上面８２ｂとの間の隙間Ｓ４を上面８２ｂに沿って半径方向外方に放射状に広がって流動する。そして、空気Ｋ２は、上面８２ｂの外周端８２ｃ近傍にまで到達すると、フード部８１の内周面８１ｂに沿って上方に向かう環状上向流となる。

旋回流となった空気Ｋ１は、空気Ｋ１の下方でフード部８１の内周面８１ｂに沿って流動する環状上向流の空気Ｋ２によって、放熱体本体部４１の外周端４１ｃとフード部８１の内周面８１ｂとの間の隙間Ｓ２から気体放出部Ｓ１に至るまでの領域Ｌ１において、上方に押し上げられる。そして、領域Ｌ１内で、空気Ｋ１と空気Ｋ２とが合流し混合されて、フード部８１の内周面８１ｂに沿って螺旋状に上昇する螺旋流となる。

螺旋流となった空気は、気体放出部Ｓ１から、胴体部５１の外表面５１ｃ近傍に向けて放出され、カバー５の外表面５ａを螺旋状に渦巻きながら上昇する（図７参照）。これにより、カバー５の外表面５ａを渦巻く螺旋流の空気は、カバー５の胴体部５１、さらにはカバー５全体を冷却し、カバー５内の温度上昇を抑制する。

気体放出部Ｓ１は、ケース８内部における空気の流路の中で最も狭く形成することが好ましい。これにより、気体放出部Ｓ１を通じて、勢いよく空気を放出できる。また、領域Ｌ１の上下方向の距離が、気体放出部Ｓ１の最大幅である幅Ｗ１よりも大きく、好ましくは幅Ｗ１の２倍以上、より好ましくは幅Ｗ１の３倍以上であることが望ましい。これにより、隙間Ｓ２から気体放出部Ｓ１に至る狭い幅の流路で十分長い間空気を流動させ、気体放出部Ｓ１から安定して放出させることができる。さらに、領域Ｌ１の流路は、端部８１ａ付近では機軸に平行またはほぼ平行になるように形成されていることが好ましい。これにより、放出した空気をできるだけカバー５の外表面に沿わせることができる。また、気体放出部Ｓ１の幅Ｗ１は、カバー５の胴体部５１の内径の１０分の１以下に形成されていることが好ましい。このため、気体放出部Ｓ１は、十分高速に空気を放出することができる。

螺旋流の螺旋角度θ（図７参照）は、旋回流の空気Ｋ１が流動する隙間Ｓ３の上下方向の最大幅である幅Ｗ３（フィン４３の短手方向の幅と同じ。）と、環状上向流を形成する空気Ｋ２が流動する隙間Ｓ４の上下方向の最大幅である幅Ｗ４（フィン４３の先端部４３ｆと上面８２ｂとの離間距離と同じである。）との比を調節することにより変更できる。なお、幅Ｗ３と幅Ｗ４の比であるＷ３／Ｗ４は、０．１～１０が好ましく、０．２５～４がより好ましい。これにより、カバー５内の温度上昇の抑制に適した螺旋角度θの螺旋流を形成することができる。

隙間Ｓ２の最大幅である幅Ｗ２は、上述の幅Ｗ３と幅Ｗ４との和（Ｗ３＋Ｗ４）より小さく、本実施形態では半分以下であることが好ましい。幅Ｗ２は、放熱体本体部４１の全周に渡って一定の幅となっていることが好ましい。また、気体放出部Ｓ１の幅Ｗ１は、上述の幅Ｗ２より小さく、周壁部４２の全周に渡って一定の幅となっていることが好ましい。

本構成によれば、隙間Ｓ３の領域を通過する旋回流の空気Ｋ１と隙間Ｓ４の領域を通過する環状上向流を形成する空気Ｋ２とは、幅Ｗ３と幅Ｗ４との和（Ｗ３＋Ｗ４）よりも小さい幅Ｗ２の隙間Ｓ２を通過しながら合流して混合され得る。そうして、空気Ｋ１，Ｋ２は、さらに幅の狭い気体放出部Ｓ１（幅Ｗ１）から、胴体部５１の外表面５１ｃ近傍に向けて放出され得る。このように、ＬＥＤランプ１内部に吸い込まれた空気Ｋの流路幅が段階的に狭められているため、空気の流速は段階的に増加し、最終的に気体放出部Ｓ１を通じてＬＥＤランプ１の外部に放出される空気は流速の大きな噴流となり得る。さらに、空気Ｋ１は、フィン４３により案内されて旋回流となるため、その旋回流の影響を受けて、噴流として気体放出部Ｓ１から放出される空気も旋回し得る。そうして、空気の噴流は、胴体部５１の外表面を螺旋状に渦巻きながら上昇する螺旋流となるため、胴体部５１の外表面５１ｃ近傍の外気を巻き込むことができる。これにより、胴体部５１を含むカバー５全体の冷却効率は一層向上する。なお、放出される空気の流速の増速割合は、比（（Ｗ３＋Ｗ４）／Ｗ２）及び比（Ｗ２／Ｗ１）によって主に決定される。比（（Ｗ３＋Ｗ４）／Ｗ２）は２～１２が好ましく、３～８がより好ましい。また、比（Ｗ２／Ｗ１）は、１．３～７が好ましく、１．５～５がより好ましい。

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
２ ＬＥＤ
３ 基板
４ 放熱体
５ カバー
６ 口金
７ ファン
８ ケース
１１ ＬＥＤモジュール
４１ 放熱体本体部
４２ 周壁部
４３ フィン
４３ｂ 外側角部（角部）
５１ 胴体部
５２ キャップ部
６１ 口金モールド
８１ フード部
８２ 段差部
８３ ファン収容部

Claims (6)

1. 光を放射するＬＥＤと、前記ＬＥＤが表面に実装された基板と、を備えたＬＥＤモジュールと、
   前記ＬＥＤモジュールが一面に取り付けられた板状の放熱体本体部を有する放熱体と、
   前記放熱体本体部の他面側に前記放熱体本体部から離間して配置された冷却用のファンと、を備え、
   前記放熱体は、前記放熱体本体部の前記他面における該他面と前記ファンとの間に該他面から該ファンに向かって立設され、互いに離間し且つ該放熱体本体部の中央部から外周端に向かって放射状に延びるように配置された板状の複数のフィンを備え、
   前記フィンの枚数は、７枚以上１５枚以下であり、
   前記フィンの前記放熱体本体部に接続された基端部と反対側の先端部における前記外周端側の角部はＲ形状を有する、ＬＥＤランプ。
2. 前記ファンの回転数は、２５００ｒｐｍ以上４５００ｒｐｍ未満である、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記フィンは、該放熱体本体部の中央部から外周端に向かって湾曲しつつ放射状に延びており、
   前記複数のフィンは、該放熱体本体部の前記中央部を中心とする渦巻き状に配置されている、請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記放熱体本体部の前記一面を覆う透光性のカバーと、
   前記放熱体の少なくとも前記フィン及び前記ファンを収容するケースと、をさらに備え、
   前記放熱体は、前記放熱体本体部の前記外周端から前記一面側に延設された周壁部を備えており、
   前記ケースは、前記周壁部から離間して該周壁部の少なくとも一部を囲んでおり、
   前記ファンの回転により生じた気体の流れの少なくとも一部は、前記フィンに案内されて前記放熱体本体部の中央部側から前記外周端側に進んだ後、前記周壁部と前記ケースとの間の隙間を通じて、前記カバーの外表面に向けて放出される、請求項１～３のいずれかに記載のＬＥＤランプ。
5. 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１～４のいずれかに記載のＬＥＤランプ。
6. 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１～５のいずれかに記載のＬＥＤランプ。

Images