JP5374001B1 - ランプ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

ランプは、口金から受電した電力を利用して点灯回路ユニットによりＬＥＤを点灯させ、点灯時のＬＥＤの熱をヒートシンクにより放熱する構成を有し、点灯回路ユニットは、ヒートシンクにおけるランプ軸方向の一端部に装着されたケース内に収容され、ＬＥＤは、ヒートシンクにおけるランプ軸方向の他端部に搭載され、ヒートシンクは、ランプ軸と直交する断面において、ランプ軸を中心とした放射状に延伸する複数のフィンを有し、当該断面をランプ軸方向から見たときに、隣接するフィン間に存する第１空間と、当該隣接するフィンと前記ランプ軸を挟んで反対側のフィン間に存する第２空間とを連通させる連通路を内部に有する。

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を光源とするランプ及び照明装置に関する。

近年、省エネルギーの観点から、白熱電球に代替する電球形ランプとして、高効率・長寿命なＬＥＤを利用するランプ（以下、ＬＥＤランプと記載する。）が提案されている。

ＬＥＤランプは、例えば、多数のＬＥＤを実装する実装基板が、一端部に口金を備えるケースの他端側に装着され、口金から受電してＬＥＤを点灯させる点灯回路ユニットがケース内に収容されてなる（特許文献１〜２）。

ＬＥＤは点灯時に熱を発生する。この熱によりＬＥＤが過度に温度が上昇すると、ＬＥＤの発光効率が低下したり、ＬＥＤの寿命が短くなったりする。このようなことから、発光時のＬＥＤの過度な温度上昇を防止するために種々の対策が施されている。

特許文献２では、ケースの表面に放熱溝を設け、発光時に実装基板からケースへと伝わった熱を効率良く放出させるようにしている。つまり、ケースをヒートシンクとして利用している。

また、非特許文献１では、ケースを良熱伝導材料である金属で形成して、発光時のＬＥＤの熱をケースから口金へと伝えてケースに熱が蓄積しないようにしている。

特開２００６−３１３７１７号公報 特開２０１０−００３５８０号公報

「ランプ総合カタログ ２０１０」発行：パナソニック株式会社 ライティング社他

近年、ＬＥＤランプへの高輝度化の要望が強くなっており、上記技術ではこの要望に応えることができない。つまり、高輝度化に伴ってＬＥＤの発熱量が増大し、この熱を放出・伝熱するために、ケースが大型化するのである。ケースの大型化はＬＥＤランプの大型化につながり、既存の照明装置に適用できない。

逆に、ケースの大きさをそのままにしておくと、ケース内の点灯回路ユニットがＬＥＤからケースに伝わった熱により温度上昇し、寿命が短くなる。

本発明は、ランプの大型化や点灯回路ユニットへの熱負荷増大を招くことなく、高輝度化に対応し得る新規構成のランプ及び照明装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係るランプは、口金から受電した電力を利用して点灯回路ユニットにより半導体発光素子を点灯させ、点灯中に前記半導体発光素子が発生する熱をヒートシンクにより放熱する構造のランプであって、前記点灯回路ユニットは、前記ヒートシンクにおけるランプ軸方向の一端部に装着されたケース内に収容され、前記半導体発光素子は、前記ヒートシンクにおける前記ランプ軸方向の他端部に搭載され、前記ヒートシンクは、前記ランプ軸と直交する断面において、前記ランプ軸を中心とした放射状に延伸する複数のフィンを有し、前記断面をランプ軸方向から見たときに、隣接するフィン間に存する第１空間と、当該隣接するフィンと前記ランプ軸を挟んで反対側のフィン間に存する第２空間とを連通させる連通路が前記ヒートシンクを貫通する状態で設けられていることを特徴としている。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る照明装置は、ランプと、前記ランプを装着して点灯させる照明器具とを備え、前記ランプは、上記構成を有することを特徴としている。

上記の構成を採用するランプ及び照明装置では、第１空間と第２空間とが連通するので、ヒートシンク内であってフィン周辺の空気の移動が可能となり、フィンからの空気への伝熱が促進される。

また、点灯回路ユニットを半導体発光素子からヒートシンクを介して離れたケース内に収容しているため、半導体発光素子の点灯時の熱が点灯回路ユニット側に伝導される熱量を少なくできる。

第１の実施形態に係るＬＥＤランプの斜視図である。 ＬＥＤランプの正面図である。 ＬＥＤランプの断面図である。 ＬＥＤランプの分解斜視図である。 蓋体を図１から図４の状態から上下反転した状態の斜視図である。 ヒートシンクを図１から図４の状態から上下反転した状態の斜視図である。 図６における上方からヒートシンクを見た平面図である。 ランプの放熱特性を示す実験結果である。 消費電力に対するヒートシンクの熱抵抗と包絡体積との関係を示す図である。 例１に係るヒートシンクであって基部が下側となる状態の斜視図である。 例２に係るヒートシンクの正面図である。 例３に係るヒートシンクであって基部が下側となる状態の斜視図である。 例４に係るヒートシンクであって基部が下側となる状態の斜視図である。 例５に係るヒートシンクの図であり、（ａ）基部が下側となる状態の斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 第２の実施形態に係る照明装置の概略図である。

本発明に係る一形態は、口金から受電した電力を利用して点灯回路ユニットにより半導体発光素子を点灯させ、点灯中に前記半導体発光素子が発生する熱をヒートシンクにより放熱する構造のランプであって、前記点灯回路ユニットは、前記ヒートシンクにおけるランプ軸方向の一端部に装着されたケース内に収容され、前記半導体発光素子は、前記ヒートシンクにおける前記ランプ軸方向の他端部に搭載され、前記ヒートシンクは、前記ランプ軸と直交する断面において、前記ランプ軸を中心とした放射状に延伸する複数のフィンを有し、前記断面をランプ軸方向から見たときに、隣接するフィン間に存する第１空間と、当該隣接するフィンと前記ランプ軸を挟んで反対側のフィン間に存する第２空間とを連通させる連通路が前記ヒートシンクを貫通する状態で設けられていることを特徴としている。

また、本発明に係る一形態は、前記複数のフィンは、前記ヒートシンクにおける前記ランプ軸を含む中央領域で欠落しており、前記連通路は前記ヒートシンクの中央領域に存在するフィン欠落部により構成されているとしてもよいし、前記ヒートシンクにおける前記ランプ軸を含む中央領域には筒部が設けられ、前記筒部は周壁に貫通孔を有し、前記連通路は、前記筒部内と前記貫通孔とで構成されているとしてもよい。

さらには、本発明に係る一形態は、前記半導体発光素子は、実装基板に実装され、前記ヒートシンクの前記他端部は円板状をした基部であり、前記基部の前記ケース側に位置する面から前記複数のフィンが前記ケース側に延伸し、前記基部の前記ケース側の面と反対側の面に前記実装基板が搭載されているとしてもよい。
≪第１の実施形態≫
１．全体構成
図１は第１の実施形態に係るＬＥＤランプの斜視図である。図２はＬＥＤランプの正面図である。図３はＬＥＤランプの断面図である。図４はＬＥＤランプの分解斜視図である。

ＬＥＤランプ１は、その主な構成として、照明器具（図１５参照）側から受電するための口金３、半導体発光素子であるＬＥＤ５、口金３から受電してＬＥＤ５を点灯させる点灯回路ユニット７、点灯回路ユニット７を収容するケース９、ＬＥＤ発光時の熱を放出するためのヒートシンク１１を備える。なお、図４では、点灯回路ユニット７の電子部品をまとめて直方体状として記載している。

ＬＥＤランプ１は、上記構成以外に、ＬＥＤ５を覆うグローブ１３を有している。なお、ＬＥＤランプ１は、グローブ（１３）を有しない、所謂、Ｄ形であってもよい。

ヒートシンク１１の他端部側にはＬＥＤ５が直接的・間接的に実装（搭載）されている。ここでは、ＬＥＤ５は複数あり、複数のＬＥＤ５が、実装基板１５に実装されたモジュールタイプで、ヒートシンク１１の他端に間接的に装着されている。なお、複数のＬＥＤ５が実装基板１５に実装されたものをＬＥＤモジュール１７とする。

ヒートシンク１１の一端部には、点灯回路ユニット７を収容するケース９が装着されている。つまり、点灯回路ユニット７はヒートシンク１１に直接接触することなくヒートシンク１１の一端部側に装着されている。
２．各部構成
（１）口金
口金３は、ＬＥＤランプ１を照明器具に装着するための装着手段としての機能と、照明器具のソケットから受電するための受電手段としての機能を有する。口金３は、一般電球に用いられている口金と同タイプのものが利用される。本実施形態における口金３は、エジソンタイプ（ねじ込みタイプ）であり、シェル部２１と、アイレット部２３と、シェル部２１とアイレット部２３との絶縁性を確保するための絶縁部２５とからなる。
（２）ＬＥＤモジュール
ＬＥＤモジュール１７は、実装基板１５と複数のＬＥＤ５と複数の封止体とを含む。

実装基板１５は、絶縁板と、複数のＬＥＤを所定の接続形態で実装するための配線パターンと、配線パターンと点灯回路ユニット７とを接続するための接続端子とを備える。なお、所定の接続形態としては、例えば、直列接続、並列接続、直並列接続等がある。

ＬＥＤ５は、所定の光色を発する。所定の光色としては、例えば、青色光、紫外線光等がある。複数のＬＥＤ５は、実装基板１５に所定の形態で実装される。所定の形態は、ここでは、円環状をしているが、例えば、多角形の環状、マトリクス状、列状等であってもよい。

封止体は、ＬＥＤ５を封止するためのものである。封止体としては、例えば、樹脂材料を用いることができる。なお、ＬＥＤ５から発せられた光の波長を変換する場合は、波長変換材料を樹脂材料に混入することで実施できる。

なお、ＬＥＤ５は、実装基板１５に実装された後に封止されてもよいし、封止体により封止された後に実装基板１５に実装されてもよい。ここでは、ＬＥＤは、表面実装（ＳＭＤ）タイプであり、封止体と一体化されている。このため、図３及び４で実際に現れているのは封止体であるが、ＳＭＤとしてのＬＥＤを符号「５」で表している。
（３）点灯回路ユニット
点灯回路ユニット７は、回路基板２７と各種の電子部品２９，３１とを含む。点灯回路ユニット７は、口金３を介して受電した商用電力（交流）を整流する整流回路と、整流された直流電力を平滑化する平滑回路とを備える。平滑された直流電力は、必要があれば、昇圧・降圧回路等により所定の電圧へと変換される。

回路基板２７は、絶縁板と配線パターンと接続端子とを備える。絶縁板は、ここでは、全体として円板状をしている。

ここでは、整流回路はダイオードブリッジにより、平滑回路はコンデンサにより構成されている。これらの電子部品２９，３１は回路基板２７に実装される。なお、電子部品は、符号を付した「２９」、「３１」以外にも存在するが、ここでは、図面の便宜上、チョークコイル２９と電解コンデンサ３１にのみ符号を付している。

点灯回路ユニット７は、電子部品２９，３１等がヒートシンク１１より口金３に近い状態でケース９内に収容されている。回路基板２７における口金３側の面には、上記チョークコイル２９や電解コンデンサ３１、抵抗等が実装され、口金３側の面と反対側の面にはＩＣ等が実装されている。なお、口金３側と反対側の面には耐熱性の高い電子部品を実装するようにしてもよい。
（４）ケース
ケース９は、口金３と結合するための口金結合部３５と、点灯回路ユニット７を収容するための収容部３７と、ヒートシンク１１と結合するためのヒートシンク結合部３９とを有する。ケース９は、筒状のケース本体４１と、ケース本体４１の他端開口を塞ぐ蓋体４３とを備える。

図５は、蓋体を図１から図４の状態から上下反転した状態の斜視図である。

ケース本体４１は、図２に示すように、全体として筒状をし、正面視において口金３側からヒートシンク１１側に移るに従って外径が大きくなる円錐台状をした筒部４５を有する。蓋体４３は、図４に示すように、全体として筒状をし、ケース本体４１側に位置する大径筒部４７と、ヒートシンク１１側に位置する小径筒部４９とを有する。なお、小径筒部４９と大径筒部４７とは連通状態にあり、点灯回路ユニット７とＬＥＤモジュール１７とを電気的に接続する配線（図示省略）が小径筒部４９と大径筒部４７の内部を通る。
（４―１）装着について
ケース本体４１と蓋体４３とは、ケース本体４１の口金３と反対側の端部（端面）と、蓋体４３の大径筒部４７における小径筒部４９と反対側の端部（端面）とを付き合わせた状態で結合される。ケース本体４１と蓋体４３との位置合わせは、位置合わせ手段により行われる。

第１の実施形態では、位置合わせ手段として嵌合構造が採用されている。嵌合構造は、ケース本体４１に設けられた２つの突出部分５１と、蓋体４３に設けられた２つの切欠部分５３とにより構成される。なお、突出部分５１及び切欠部分５３はそれぞれ２個ある（２組ある）が、位置合わせの観点からは１個（１組）以上あればよい。

突出部分５１は、図４に示すように、筒部４５の内周面から蓋体４３側に所定の形状で突出する。一方、切欠部分５３は、大径筒部４７の一部が切り欠かれ、突出部分５１の外周面に沿って当接する当接壁５４により構成される。

ここでは、所定の形状は、突出部分５１の突出方向から見ると（例えば図４参照。）、長方形の１つの長辺が半円状にケース本体４１または蓋体４３の中心側に張り出す形状である。筒部４５の蓋体４３側の端を基準とした場合の突出部分５１の突出量は、蓋体４３の大径筒部４７の筒部分５５の高さに相当する。このため、ケース本体４１に蓋体４３が突き合わせた状態では、ケース本体４１の筒部４５の端面と蓋体４３の大径筒部４７の端面とが当接し、突出部分５１の蓋体４３側の端面と大径筒部４７の底部分５７とが当接する。

なお、蓋体４３の当接壁５４は、蓋体４３をケース本体４１に装着する際の案内（ガイド）手段として機能する。また、当接壁５４は、ケース９内に収容された点灯回路ユニット７の回路基板２７がランプ軸の延伸する方向（以下、「ランプ軸方向」という。）に移動するのを規制する規制手段として機能する。
（４―２）口金の装着
ケース本体４１の口金側の端部（３５）が、口金３のシェル部２１におけるアイレット部２３と反対側の端部に挿入され、この状態でケース本体４１と口金３とが結合されている。両者の結合は、例えば、接着剤、ネジ、かしめ、これらの組合せ等により行うことができる。
（４―３）点灯回路ユニットの収納・固定
点灯回路ユニット７は、ケース本体４１と蓋体４３とが結合して形成される内部空間に収容される。この空間を形成する部分が収容部３７である。点灯回路ユニット７は、回路基板２７の２つの切欠き部５９（図４参照）がケース本体４１の突出部分５１に嵌合する状態で、ケース本体４１に挿入される。これにより、点灯回路ユニット７のランプ軸周りの回転が規制される。なお、点灯回路ユニット７は、電子部品２９，３１側が口金３側に位置するように挿入される。

点灯回路ユニット７は、ケース本体４１に蓋体４３側の開口から挿入されると、回路基板２７の周縁部がケース本体４１の筒部４５の傾斜部分に当接する。ケース９に点灯回路ユニット７が収容された状態では、回路基板２７と蓋体４３の当接壁５４の端面とが近接する。これにより、点灯回路ユニット７のランプ軸方向の移動が規制される。
（５）ヒートシンク
図６は、ヒートシンクを図１から図４の状態から上下反転した状態の斜視図である。図７は、図６における上方からヒートシンクを見た平面図である。

ヒートシンク１１は、主に、点灯時にＬＥＤ５から発生する熱を放出する機能を有する。ヒートシンク１１は、図４及び図６に示すように、複数のフィン６３を備える。複数のフィン６３は、図４、図６及び図７に示すように、ＬＥＤモジュール１７側に位置する基部６５からケース９側に延伸する。

また、ヒートシンク１１の中心軸（ランプ軸と同じであり、単に「中心軸」という場合は、ヒートシンク１１の中心軸を指す。）（図７参照）と直交する断面（横断面である。）では、ヒートシンク１１は全体として円形状をし、複数のフィン６３が中心軸Ｏを中心とした放射状に延伸する。ヒートシンク１１の横断面をヒートシンク１１の中心軸Ｏが延伸する方向（以下、「中心軸方向」という。）から見たときに、ヒートシンク１１は、隣接するフィン（例えば、図７における６３Ａ，６３Ｂである。）間に存する第１空間（例えば、図７における６４Ａである。）と、当該隣接するフィン（例えば、図７における６３Ａ，６３Ｂである。）と中心軸Ｏを挟んで反対側のフィン（例えば、図７における６３Ｃ，６３Ｄである。）間に存する第２空間（例えば、図７における６４Ｂである。）とを連通させる連通部７０（図７参照）がヒートシンク１１を貫通する状態で有する。なお、ここでの第１空間、第２空間は、説明のために、図７において「６４Ａ」、「６４Ｂ」としているが、他の隣接するフィン間の空間も、第１空間、第２空間となる。

複数のフィン６３は、ヒートシンク１１の中心軸Ｏを含む中央領域で欠落（欠落部分を「フィン欠落部」とし、符号「６９」を用いる。）し、ケース９側の端部６３ａで凹入している（この凹入している部分を「凹入部分」とし、符号「７１」とする。）。端部６３ａの凹入部分７１の底部分７１ａは大径筒部４７の底部分５７に当接し、凹入部分７１の側（横）部分７１ｂが大径筒部４７の筒部分５５に当接する。

ヒートシンク１１とケース（蓋体４３）とは、ケース９の小径筒部４９がヒートシンク１１のフィン欠落部６９に挿入された状態で、結合される。このとき、複数のフィン６３のケース９側の先端部分の凹入部分７１が蓋体４３の大径筒部４７に嵌合する（覆う）。

フィン欠落部６９により形成される空洞部の直径は、ケース９を構成する蓋体４３の小径筒部４９の外径よりも大きい。このため、ヒートシンク１１とケース９とが結合し、フィン欠落部６９に小径筒部４９が挿入されても、フィン６３の端部６３ａにおける中心軸側と、小径筒部４９との間に隙間が存することとなる。これにより、上述したように第１空間（６４Ａ）と第２空間（６４Ｂ）とが連通するようになる。

ヒートシンク１１は、ケース９に装着されるための装着手段を有する。装着手段は、基部６５に設けられている。装着手段は、基部６５から延出して、その延出端がケース９に当接する装着突部７３により構成される。

装着突部７３は、ヒートシンク１１のフィン欠落部６９を挟んだ２か所に形成されている。装着突部７３は、ヒートシンク１１の外側から見たときにフィン６３と同じように見えるように、中心軸Ｏと平行な方向に延伸する溝７５が外周面に形成されている。溝７５の横断面形状は、矩形状に凹入する。

装着突部７３は、ケース９と組み合わされた際に、その突出端面７３ａが蓋体４３における大径筒部４７の底部分５７に当接する。装着突部７３は、ケース本体４１の突出部分５１と蓋体４３の切欠部分５３の位置に対応している。

装着突部７３の突出端面７３ａには、ヒートシンク１１とケース９とを結合する結合手段の一部が設けられている。結合手段は、ここでは、ネジ結合を利用している。ヒートシンク１１とケース９との結合は、図３に示すように、ケース本体４１の突出部分５１の貫通孔７７、蓋体４３の切欠部分５３の貫通孔７９を挿通するネジ８１がヒートシンク１１の装着突部７３のネジ穴８３に螺合することで行われる。

ヒートシンク１１の基部６５におけるフィン６３が形成されている側と反対側の面は平坦面となっている。この平坦面にはＬＥＤモジュール１７が装着される。ＬＥＤモジュール１７の装着は、ここではネジを利用している。つまり、ＬＥＤモジュール１７の貫通孔８５を挿通するネジ８７がヒートシンク１１の基部６５のネジ穴８９に螺合する。

ヒートシンク１１の基部６５におけるＬＥＤモジュール１７を実装する側の面は、外周周辺にグローブ１３を装着するための装着手段の一部の構成が設けられている。ここでの一部の構成は、グローブ１３の開口側端部が挿入される挿入溝９１である。
（６）グローブ
グローブ１３は、ＬＥＤモジュール１７を保護する機能を有する。このため、グローブ１３は、ＬＥＤモジュール１７を被覆する状態でヒートシンク１１に装着される。なお、グローブ１３は、透光性材料により構成されている。使用可能な透光性材料としては、例えば、ガラス材料や樹脂材料等がある。

グローブ１３は、ドーム状をしている。グローブ１３はヒートシンク１１の基部６５に装着される。グローブ１３のヒートシンク１１への装着は、開口側の端部が基部６５の挿入溝９１に挿入された状態で接着剤９３により固着される。
３．実施例
上記構成のランプ１についての実施例について説明する。

口金３は、所謂Ｅ２６が利用されている。ケース９は、ケース本体４１及び蓋体４３とも樹脂材料（例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ））が用いられている。ヒートシンク１１は、金属材料（例えば、アルミニウム）が用いられている。ヒートシンク１１のフィン６３は１４個ある。

ＬＥＤモジュール１７は、２４個のＬＥＤ５を平面視において円環状に備える。実装基板１５には、円板状のセラミック（例えばアルミナ）基板が用いられている。なお。ＬＥＤ５はＳＭＤタイプである。ＬＥＤ５は青色光を発し、封止体である樹脂材料（例えばシリコーン樹脂）に青色光を波長変換する蛍光体が混入されている。

グローブ１３は、ガラス材料が用いられている。
４．放熱特性
図８は、ランプの放熱特性を示す実験結果である。

実験は、３種類の筺体を用いている。３つのヒートシンクは、包絡体積がすべて同じ（ここでは、９３［ｃｃ］である。）となるように設定されている。

表中の「タイプ１」は、第１の実施形態で説明したランプであり、ヒートシンク１１がフィンタイプであり、中央にフィン欠落部６９を有し、点灯回路ユニット７がヒートシンク１１におけるＬＥＤモジュール１７側と反対側に装着されたケース９内に収容されている。

「タイプ２」は、ヒートシンクがフィンタイプであり、中央に空洞部を有さず、点灯回路ユニットがヒートシンクにおけるＬＥＤモジュール側と反対側に装着されたケース内に収容されたランプである。

「タイプ３」は、ヒートシンクがフィンタイプでなく円筒状をし、点灯回路ユニットがヒートシンクの内部に収容されたランプである。なお、タイプ３は、筒状のヒートシンク内に収容された回路ケース内に点灯回路ユニットが収容されている。

ここでの筺体とは、タイプ１及びタイプ２ではヒートシンクとケースとを組み合わせたものを指し、タイプ３ではヒートシンクを指す。また、３種類ともＬＥＤモジュール、点灯回路ユニットは同じ構成である。なお、図中の包絡体積はヒートシンクの包絡体積である。

上記３種類のランプに対して、電圧１００［Ｖ］を印加して点灯させ、ＬＥＤモジュールの温度、点灯回路ユニットの温度を測定した。なお、供給する電力は１３［Ｗ］ですべて同じである。また、点灯時のランプ周囲の温度は３０［℃］ですべて同じである。

表中の「モジュール横」が、ＬＥＤモジュールの側面の温度を示す。「基板温度」は、回路基板における口金と反対側の面（裏面ともいう。）であって電子部品が実装されていない部位の温度を示す。「ＩＣ温度」は、回路基板の裏面に実装されているＩＣ部品の温度を示す。「電解コンデンサ温度」は、回路基板の表面に実装されている電解コンデンサにおける口金側の端面の温度を示す。

なお、点灯時の投入電力が同じである場合、ＬＥＤモジュールから発生する熱は等しくなる。つまり、各タイプともＬＥＤモジュールに発生する熱量は等しい。
（１）フィンタイプにおける空洞部の有無
タイプ１とタイプ２を比較する。この２つは、ヒートシンクとして同じフィンタイプであるが、中央に空洞（部）を備えるか否かで異なる。

タイプ１のモジュール横温度は８４［℃］であるのに対し、タイプ２のモジュール横温度が１０７［℃］である。両タイプとも、点灯時のＬＥＤモジュールに発生する熱量が等しいことを考慮すると、タイプ１の方がタイプ２よりもヒートシンクの放熱特性が優れていると言える。両タイプの構成の違いは、ヒートシンクの中央の空洞部の有無である。このことから、ヒートシンクに空洞部を設けることで放熱特性を向上させることができると言える。
（２）点灯回路ユニットの位置
タイプ２とタイプ３を比較する。タイプ２のモジュール横温度は１０７［℃］であり、タイプ３のモジュール横温度は１０９［℃］である。この結果から、タイプ２とタイプ３におけるヒートシンクの放熱特性は略同じと言える。

一方、点灯回路ユニットの温度は、基板温度、ＩＣ温度、電解コンデンサ温度のすべてにおいてタイプ２の方がタイプ３よりも低くなっている。タイプ２とタイプ３との構成の相違は、タイプ２では、点灯回路ユニットがヒートシンクにおけるＬＥＤモジュール側と反対側に装着されたケース内に収容され、タイプ３では、点灯回路ユニットがヒートシンク内に収容されている点である。

このことから、点灯回路ユニットは、ＬＥＤモジュールと熱的に結合するヒートシンクから離れて収納されているタイプ２の方が点灯回路ユニットの温度が上昇し難いと言える。なお、この傾向はタイプ２と同じように点灯回路ユニットがヒートシンク外に配されているタイプ１にも同じことが言える（タイプ１も点灯回路ユニットの温度はタイプ２と略同じである。）。
５．熱抵抗
図９は、消費電力に対するヒートシンクの熱抵抗と包絡体積との関係を示す図である。

図９は、ランプの消費電力を変化させ、各消費電力においてＬＥＤモジュールの温度を９０［℃］に抑えるために必要な熱抵抗を求め、図８におけるタイプ１とタイプ３の構造のヒートシンクを用いた場合の包絡体積を示した図である。

一般的に消費電力を大きくすると、ＬＥＤモジュールの温度が上昇する。消費電力が大きくなっても、ＬＥＤモジュールの温度を９０［℃］に抑えるには、図９の左側の縦軸で示すように、消費電力の増加に伴い、熱抵抗を下げる必要がある。

例えば、消費電力が１５．６［Ｗ］の場合に、ＬＥＤモジュールの温度を９０[℃]に抑えるためには、熱抵抗を４[℃／Ｗ]とする必要がある。この熱抵抗を実現するために必要なヒートシンクの包絡体積は、第１の実施形態で説明した構造をしたタイプ１では、７３［ｃｃ］であり、タイプ３においては、２５４［ｃｃ］にする必要がある。

このように、第１の実施形態に係る構成のヒートシンクを利用することにより、従来の構成のヒートシンクを利用した場合に比べて、包絡体積を０．２８倍にすることができる。したがって、第１の実施形態に係るヒートシンクを用いることにより、従来のヒートシンクであるタイプ３と比べてランプの小型化が可能である。
６．フィン
ヒートシンクは、ヒートシンクの横断面をヒートシンクの中心軸方向（ランプ軸方向）から見たときに、隣接するフィン間に存する第１空間と、当該隣接するフィンと前記ランプ軸を挟んで反対側のフィン間に存する第２空間とを連通させる連通路を貫通状態で有していれば良く、フィンの形状や大きさ等について特に限定されるものでない。以下、フィンの大きさ、形状等を変形させたヒートシンクについて説明する。
（１）例１
図１０は、例１に係るヒートシンクであって基部が下側となる状態の斜視図である。

例１に係るヒートシンク１０１は、図１０に示すように、複数のフィン１０３を基部１０５に備える。各フィン１０３は、基部１０５から中心軸と平行に上方（ケース側である。）へと延伸し、横断面において複数のフィン１０３が中心軸を中心とした放射状に延伸している。ヒートシンク１０１の中央にはフィン１０３が形成されておらず（フィン欠落部１０７である。）、ヒートシンク１０１の中央部が空洞部となっている。

ヒートシンク１０１の横断面をフィン１０３の延伸方向から見ると、ヒートシンク１０１の中心線を通る仮想線上を、中心線と基部１０５の外周縁との略中央から外周縁に亘ってフィン１０３が形成されている。つまり、ヒートシンク１０１の横断面をフィン１０３の延伸方向から見ると、ヒートシンク１０１の中心線から、中心線と基部１０５の外周縁との略中央までの領域に空洞部が存在している。なお、フィン１０３における径方向の寸法は、第１の実施形態でのヒートシンク１１のフィン６３よりも短い。

ヒートシンク１０１は、第１の施形態と同様に、ヒートシンク１０１とケースとを装着するための装着手段の構成の一部である装着突部１０９が基部１０５に２個設けられている。フィン１０３の突出側の端部は、中心線を含む中央部分が凹入する凹入部１１１となっている。
（２）例２
図１１は、例２に係るヒートシンクの正面図である。

例２に係るヒートシンク１３１は、点灯時の点灯回路ユニットから発生する熱と、点灯時のＬＥＤから発生する熱とを積極的に放熱させるものである。

例２に係るヒートシンク１３１は、図１１に示すように、複数の第１フィン１３３を第１基部１３５に有する。ヒートシンク１３１は、中心軸の延伸する方向であって第１基部１３５と反対側の端部には第２基部１３７を有する。第２基部１３７には、第１基部１３５に向かって延伸する第２フィン１３９が形成されている。

第１フィン１３３及び第２フィン１３９は、ヒートシンク１３１の中心軸を含む中央領域が欠落し、このフィン欠落部により連通部が構成されている。

第２基部１３７は、連結フィン１４１を介して第１基部１３５に連結されている。第１基部１３５にはＬＥＤモジュールが装着され、第２基部１３７にはケースが装着される。なお、第２基部１３７とケースとの装着は、例えば、ネジを利用して行われている。
（３）例３
図１２は、例３に係るヒートシンクであって基部が下側となる状態の斜視図である。

例３に係るヒートシンク１６１は、図１２に示すように、複数のフィン１６３を基部１６５に備える。複数のフィン１６３は、例１におけるフィン１０３と同様に、ヒートシンク１６１の横断面において放射状に延伸し、その中央部分にフィン欠落部を有する。ヒートシンク１６１は、フィン欠落部により形成される空洞部に円筒部１６７を有している。

円筒部１６７は、ヒートシンク１６１の横断面をフィン１６３の延伸方向から見ると、その中心軸がヒートシンク１６１の中心線と一致し、円筒部１６７とフィン１６３との間に隙間が存在する。これにより、第１空間と第２空間とが連通するようになる。

ヒートシンク１６１は、第１の実施形態と同様に、ヒートシンク１６１とケースとを装着するための装着手段の構成の一部である装着突部１６９が基部１６５に２個設けられている。フィン１６３の突出側の端部は、中心線を含む中央部分が凹入する凹入部１７１となっている。
（４）例４
図１３は、例４に係るヒートシンクであって基部が下側となる状態の斜視図である。

例４に係るヒートシンク２０１は、図１３に示すように、複数のフィン２０３を基部２０５に備える。複数のフィン２０３は、例１や例３におけるフィン１０３，１６３と同様に、ヒートシンク２０１の横断面において放射状に延伸し、中央部分にフィン欠落部を有する。

ヒートシンク２０１は、フィン欠落部に円筒部２０７を有する。円筒部２０７は、ヒートシンク２０１の横断面をフィン２０３の延伸方向から見ると、その中心軸がヒートシンク２０１の中心線と一致する。

例４におけるフィン２０３と円筒部２０７とは連結されている。つまり、ヒートシンク２０１をフィン２０３の延伸方向から見ると、円筒部２０７の外周面から放射状に延出するようにフィン２０３が形成されている。

円筒部２０７は、フィン２０３と連結されていない周壁に、貫通孔２０９を複数個有している。連通部は、円筒部２０７の内部と貫通孔２０９とにより構成される。これにより、第１空間と第２空間とが連通する。

ヒートシンク２０１は、第１の実施形態と同様に、ヒートシンク２０１とケースとを装着するための装着手段の構成の一部である装着突部２１１が基部２０５に２個設けられている。フィン２０３の突出側の端部は、中心線を含む中央部分が凹入する凹入部２１３となっている。
（５）例５
第１の実施形態や上記例１〜例４では、ヒートシンクのフィンは、ヒートシンクの中心軸と平行な方向であってヒートシンクの両端間に亘って延伸しているが、中心軸と平行に延伸し隣接するフィンの空間を中心軸方向に沿って区画するようにしてもよい。

図１４は、例５に係るヒートシンクの図であり，（ａ）基部が下側となる状態の斜視図であり、（ｂ）は断面図である。

例５に係るヒートシンク２３１は、図１４に示すように、複数の第１フィン２３３と、複数の第２フィン２３５とを第１基部２３７と第２基部２３９との間に備える。

第１フィン２３３は中心軸と平行な方向に延伸し、複数の第１フィン２３３は、ヒートシンク２３１の横断面においてヒートシンク２３１の中心軸を中心とした放射状に延伸する。第２フィン２３５は中心軸と直交する方向に延伸する。第１基部２３７はＬＥＤモジュール側に位置し、第２基部２３９はケース側に位置する。

第１フィン２３３及び第２フィン２３５は、ヒートシンク２３１を第１フィン２３３の延伸方向から見ると、中心軸を含む中央領域で欠落しており、ヒートシンク２３１の中心領域にフィン欠落部を有する。これにより、第１空間と第２空間とが連通する。

なお、第１フィン２３３は、中心軸と平行な方向に１直線状に延伸しているが、例えば、第２フィン２３５を挟んで隣接する第１フィン２３３を互い違いにしてもよい。また、第２フィン２３５は、中心軸と直交する方向に１直線状に延伸しているが、例えば、第１フィン２３３を挟んで隣接する第２フィン２３５を互い違いにしてもよい。
（６）その他
ヒートシンクの構造は、上記の第１の実施形態のヒートシンクや上記複数の例のヒートシンクに限定するものではなく、例えば、第１の実施形態でのヒートシンクや複数の例のヒートシンクの一部の構成を組み合わせたものであってもよい。
≪第２の実施形態≫
第１の実施形態では、特に、ＬＥＤランプについて説明したが、本発明は、上記ＬＥＤランプを利用した照明装置にも適用できる。

第２の実施形態では、第１の実施形態に係るＬＥＤランプ１を照明器具（ダウンライトタイプである。）に装着する場合について説明する。

図１５は、第２の実施形態に係る照明装置の概略図である。

照明装置３０１は、例えば、天井３０２に装着されて使用される。

照明装置３０１は、図１５に示すように、ＬＥＤランプ１と、ＬＥＤランプ１を装着して点灯・消灯をさせる照明器具３０５とを備える。

照明器具３０５は、例えば、天井３０３に取り付けられる器具本体３０７と、器具本体３０７に装着され且つＬＥＤランプ１を覆うカバー３０９とを備える。カバー３０９は、ここでは開口型であり、ＬＥＤランプ１から出射された光を所定方向（ここでは下方である。）に反射させる反射膜３１３を内面に有している。器具本体３０７には、ＬＥＤランプ１の口金３が取り付け（螺着）られるソケット３１１を備え、このソケット３１１を介してＬＥＤランプ１に給電される。

ここでの照明器具は、一例であり、例えば、開口型のカバー３０９を有さずに、閉塞型のカバーを有するものであってもよいし、ＬＥＤランプが横を向くような姿勢（ランプの中心軸が水平となるような姿勢）や傾斜する姿勢（ランプの中心軸が照明器具の中心軸に対して傾斜する姿勢）で点灯させるような照明器具でもよい。

また、照明装置は、天井や壁に接触する状態で照明器具が装着される直付タイプであったが、天井や壁に埋め込まれた状態で照明器具が装着される埋込タイプであってもよいし、照明器具の電気ケーブルにより天井から吊り下げられる吊下タイプ等であってもよい。

さらに、ここでは、照明器具は、装着される１つのＬＥＤランプを点灯させているが、複数、例えば、３個のＬＥＤランプが装着されるようなものであってもよい。

≪変形例≫
以上、本発明の構成を、第１及び第２の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、第１の実施形態に係るＬＥＤランプや第２の実施形態に係る照明装置の部分的な構成および下記の変形例に係る構成を、適宜組み合わせてなるＬＥＤランプであってもよい。

また、上記実施形態に記載した材料、数値等は好ましいものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。さらに、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、ＬＥＤランプや照明装置の構成に適宜変更を加えることは可能である。
１．ケース
（１）形態
第１の実施形態では、ケース本体と蓋体とでケースを構成していたが、ケース内に点灯回路ユニットを密閉状（水等の侵入を防止するため）に収容できれば、他の形態であってもよい。

他の形態としては、蓋体を備えずに筒状のケース本体だけでケースを構成し、ケースにおける口金側と反対側の開口をヒートシンクの基部により塞ぐようにしてもよい。また、ケースの口金側の開口から点灯回路ユニットを挿入できる場合、ケースを有底筒状に構成して、その底部側をヒートシンクと結合するようにしてもよい。これらの形態の場合、点灯回路ユニットとＬＥＤモジュールとを電気的に接続するリード線をヒートシンクの基部やケースの底部から導出し、その導出口をシリコーン樹脂等で封止することでケース内の気密性を確保できる。
（２）材料
第１の実施形態では、ケースの材料として樹脂材料を用いたが、他の材料を利用することもできる。例えば、点灯時に点灯回路ユニットの温度が高くなるような場合、ケースにヒートシンク機能を持たせるようにしてもよい。この場合、例えば、熱伝導性の高いフィラー・繊維を含有する樹脂材料や金属材料を利用してケースを構成することで実施できる。

ケースにヒートシンク機能を持たせる場合、例えば、ケースの外周面にフィンを複数備えるようにしてもよい。

ケースと点灯回路ユニットとの間、ケースと口金との間で絶縁性を確保する必要がある場合は、ケースの内面に絶縁材料を塗布する等の絶縁処理を行えば実施できる。
２．ヒートシンク
（１）フィン
第１の実施形態では、主に、ヒートシンクの中心軸（ランプ軸）と平行に延伸するフィン６３について説明し、６．フィンの欄で、フィンの他の形態や連通部について他の例について説明した。

ヒートシンクは、ランプ軸と直交する方向から当該ヒートシンクを見ると、ランプ軸より前に位置するフィン間の空間が、ランプ軸より奥に位置するフィン間の空間と連通する構造であれば良く、他の形態であってもよい。

フィンは、第１の実施形態ではヒートシンクの両端に亘ってヒートシンクの中心軸と平行に設けられている。しかしながら、フィンは、ヒートシンクの中心軸方向において、両端間の一部の領域に存するように設けられてもよい。

フィンは、第１の実施形態ではヒートシンクの中心軸と平行に配されているが、中心軸と傾斜するように配されてもよいし、基部側からケース側へと移りながら中心軸の周りを旋回するネジ状に配されてもよい。

また、隣接するフィンが、基部からケース側へと並行に延伸してもよいし、基部からケース側へと延伸する途中で交差するような延伸してもよい。
（２）材料
第１の実施形態では、ヒートシンクの材料としてアルミニウムを用いたが、スチール、チタン、銅等の他の金属材料を用いてもよいし、セラミック材料、樹脂材料等を用いてもよい。さらには、ヒートシンクを金属材料で構成し、この金属材料の表面に樹脂材料を塗布したような２重構造であってもよい。さらには、ヒートシンクを樹脂材料で構成し、その表面に金属メッキ加工等を施した２重構造であってもよい。
３．ＬＥＤモジュール
（１）発光素子
第１の実施形態では、半導体発光素子はＬＥＤ５であったが、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）であっても良く、ＥＬ素子（エレクトリックルミネッセンス素子）であってもよい。

また、ＬＥＤ５は表面実装タイプのＳＭＤであったが、ベアチップの状態や砲弾タイプで実装基板に実装されてもよい。さらに、複数のＬＥＤは、ベアチップタイプと表面実装タイプとの混合であってもよい。
（２）実装基板
第１の実施形態での実装基板は平面視において円板形状をしている。しかしながら、実装基板は、他の形状、例えば、三角形、四角形等の多角形、楕円形状、環状等であってもよい。また、実装基板数も１個に限定するものでなく、２個以上の複数個であってもよい。
（３）封止体
第１の実施形態では、封止体はＬＥＤを個別に封止している（ＬＥＤの数と封止体の数とが同じである。）。しかしながら、封止体は、ベアチップタイプの複数のＬＥＤを実装基板に実装し、すべてのＬＥＤまたは、複数のＬＥＤを１つの封止体により封止するようにしてもよい。
（４）ＬＥＤの配置
第１の実施形態では、複数のＬＥＤ５が同一の円周上に１列状（１重状）に配されていたが、平面視において、四角形の４辺上に位置するように配されていてもよいし、マトリクス状に配されてもよいし、他の配置でもよい。
（５）その他
ＬＥＤモジュール１７は、青色光を出射するＬＥＤ５と、青色光を波長変換する蛍光体粒子とを利用することで白色光を出射するようにしていたが、例えば、紫外線発光の半導体発光素子と三原色（赤色、緑色、青色）に発光する各色蛍光体粒子とを組み合わせたものでもよい。

さらに、波長変換材料として半導体、金属錯体、有機染料、顔料など、ある波長の光を吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含んでいる材料を利用してもよい。
４．口金
第１の実施形態では，エジソンタイプの口金３を利用したが、他のタイプ、例えば、ピンタイプ（具体的にはＧＹ、ＧＸ等のＧタイプである。）を利用してもよい。

また、上記第１の実施形態では、口金３は、シェル部の雌ネジを利用してケース９のネジ部に螺合させることで、ケース９に装着（接合）されていたが、他の方法でケースと接合されてもよい。他の方法としては、接着剤による接合、カシメによる接合、圧入による接合等があり、これらの方法を２つ以上組合せてもよい。
５．グローブ
第１の実施形態では、グローブ１３をドーム形状としたが、他のタイプ、例えばＡタイプ、Ｇタイプ、Ｒタイプ等の形状であってもよいし、電球等の形状と全く異なるような形状であってもよい。

第１の実施形態では、グローブの内面について特に説明しなかったが、例えば、ＬＥＤモジュール１７から発せられた光を拡散させる拡散処理（例えば、シリカや白色顔料等による処理）が施されていてもよい。また、グローブは透光性材料により構成されていれば良く、例えば、透明・不透明は特に関係ない。

第１の実施形態では、グローブ１３は一体であった（１つのものとして製造されている）が、例えば、複数の部材を組み合わせた（接合させた）ものであってもよい。
６．ランプ
第１の実施形態では、ランプとして、ケース内に回路ユニットを格納するランプ（いわゆる、電球型ランプである。）について説明したが、ケース内に回路ユニットを格納していないランプ、例えば、コンパクト電球を代替とするようなランプにも適用できる。さらには、従来にないようなランプ、例えば、照明器具に直接組みこまれているようなランプであってもよい。

１ ＬＥＤランプ
３ 口金
５ ＬＥＤ
７ 点灯回路ユニット
９ ケース
１１ ヒートシンク
６３ フィン
６４Ａ 第１空間
６４Ｂ 第２空間
６９ フィン欠落部
７０ 連通部

Claims (4)

1. 口金から受電した電力を利用して点灯回路ユニットにより半導体発光素子を点灯させ、点灯中に前記半導体発光素子が発生する熱をヒートシンクにより放熱する構造のランプであって、
   前記点灯回路ユニットは、前記ヒートシンクにおけるランプ軸方向の一端部に装着されたケース内に収容され、
   前記半導体発光素子は、前記ヒートシンクにおける前記ランプ軸方向の他端部に搭載され、
   前記ヒートシンクは、前記ランプ軸と直交する断面において、前記ランプ軸を中心とした放射状に延伸し且つ前記ランプ軸を含む中央領域で欠落するフィン欠落部を有する複数のフィンを有し、
   前記ケースは、前記フィン欠落部内に配置され且つ前記点灯回路ユニットと前記半導体発光素子とを電気的に接続する配線が内部を通る小径筒部を有し、
   前記ヒートシンクの前記フィンにおける中心軸側の端部と前記小径筒部との間に存在する隙間が、前記断面をランプ軸方向から見たときに、隣接するフィン間に存する第１空間と、当該隣接するフィンと前記ランプ軸を挟んで反対側のフィン間に存する第２空間とを連通させる連通路となっている
   ことを特徴とするランプ。
2. 口金から受電した電力を利用して点灯回路ユニットにより半導体発光素子を点灯させ、点灯中に前記半導体発光素子が発生する熱をヒートシンクにより放熱する構造のランプであって、
   前記点灯回路ユニットは、前記ヒートシンクにおけるランプ軸方向の一端部に装着されたケース内に収容され、
   前記半導体発光素子は、前記ヒートシンクにおける前記ランプ軸方向の他端部に搭載され、
   前記ヒートシンクは、前記ランプ軸と直交する断面において、前記ランプ軸を含む中央領域に設けられ且つ周壁に貫通孔を有する筒部と、前記筒部から径方向の外方に向かって放射状に延伸する複数のフィンとを有し、
   前記ケースは、前記筒部内に配置され且つ前記点灯回路ユニットと前記半導体発光素子とを電気的に接続する配線が内部を通る小径筒部を有し、
   前記ヒートシンクにおける筒部と前記小径筒部との間に存在する隙間が、前記筒部の貫通孔を介して、前記断面をランプ軸方向から見たときに、隣接するフィン間に存する第１空間と、当該隣接するフィンと前記ランプ軸を挟んで反対側のフィン間に存する第２空間とを連通させる連通路となっている
   ことを特徴とするランプ。
3. 前記半導体発光素子は、実装基板に実装され、
   前記ヒートシンクの前記他端部は円板状をした基部であり、
   前記基部の前記ケース側に位置する面から前記複数のフィンが前記ケース側に延伸し、
   前記基部の前記ケース側の面と反対側の面に前記実装基板が搭載されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のランプ。
4. ランプと、前記ランプを装着して点灯させる照明器具とを備える照明装置において、
   前記ランプは、請求項１〜３のいずれか１項に記載のランプである
   ことを特徴とする照明装置。

Images