特許 6235283 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6235283

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21K 9/00 20160101AFI20171113BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20171113BHJP

   F21V 29/504 20150101ALI20171113BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20171113BHJP

   F21V 3/00 20150101ALI20171113BHJP

   F21V 3/04 20060101ALI20171113BHJP

   F21V 5/00 20150101ALI20171113BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20171113BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20171113BHJP

【ＦＩ】

   F21K9/00 100

   F21V29/503 100

   F21V29/504

   F21S2/00 215

   F21V3/00 320

   F21V3/04 330

   F21V5/00 510

   F21V8/00 310

   F21Y115:10

【請求項の数】15

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-197578(P2013-197578)

(22)【出願日】2013年9月24日

(65)【公開番号】特開2015-64989(P2015-64989A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2016年3月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(72)【発明者】

【氏名】加藤 光章

(72)【発明者】

【氏名】大野 博司

(72)【発明者】

【氏名】久野 勝美

(72)【発明者】

【氏名】白土 昌孝

【審査官】 鈴木 重幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０２０８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０１−０６２６０８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５２−０４４８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４９３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９９８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０４０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４３６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００４４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２７６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６９４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７３４３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｋ ９／００− ９／９０

Ｆ２１Ｓ ２／００−１９／００

Ｆ２１Ｖ ３／００

Ｆ２１Ｖ ８／００

Ｆ２１Ｖ２３／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱する光源と、
この光源の発光面に対向した受光面を有し、可視光に対して透明で、上記光源と同等かそれ以上の耐熱温度を有し、熱伝導性を有する透明伝熱部材と、
上記光源から上記透明伝熱部材へ熱を伝える伝熱手段と、
上記透明伝熱部材と異なる材料であって、可視光に対して透明もしくは半透明で、上記光源と同等かそれ以上の耐熱温度を有し、落下衝撃に耐える機械的強度を有し、且つ、難燃性を有する材料により形成され、上記透明伝熱部材の表面を覆う保護部材と、
を有する照明装置。

【請求項2】

上記透明伝熱部材は、透過率９２％以上、耐熱温度１００℃以上、熱伝導率１．０Ｗ／ｍＫ以上のガラス製のグローブである、請求項１の照明装置。

【請求項3】

上記伝熱手段は、耐熱温度１００℃以上、熱伝導率１．０Ｗ／ｍＫ以上のガラス製のレンズである、請求項２の照明装置。

【請求項4】

上記光源に給電する電源回路をさらに有する、請求項１の照明装置。

【請求項5】

上記光源は、ＬＥＤであり、上記透明伝熱部材およびこの透明伝熱部材に熱を伝える上記伝熱手段は、少なくとも上記ＬＥＤと同等の耐熱性を有する、請求項１の照明装置。

【請求項6】

上記光源を取り付けた熱伝導性を有する背面側伝熱部材をさらに有する、請求項１の照明装置。

【請求項7】

上記背面側伝熱部材は、熱伝導性に優れた金属製の筐体である、請求項６の照明装置。

【請求項8】

上記背面側伝熱部材は、上記光源を実装した基板である、請求項６の照明装置。

【請求項9】

上記グローブは、光を拡散させる手段を有する、請求項２の照明装置。

【請求項10】

発熱する光源と、
この光源に近接して配置した、透過率９２％以上、耐熱温度１００℃以上、熱伝導率１．０Ｗ／ｍＫ以上のガラス製のグローブと、
上記光源から上記グローブへ熱を伝える伝熱手段と、
上記グローブと異なる材料であって、可視光に対して透明もしくは半透明で、上記光源と同等かそれ以上の耐熱温度を有し、落下衝撃に耐える機械的強度を有し、且つ、難燃性を有する材料により形成され、上記グローブの表面を覆う保護部材と、を有し、
上記光源は、上記グローブの内面に設けられており、上記伝熱手段は、上記光源を上記グローブの内面に接着した透明な熱伝導性を有する接着剤である、照明装置。

【請求項11】

上記保護部材は、８５％以上の光の透過率を有し、１００℃以上の耐熱温度を有し、落下衝撃に耐える機械的強度を有し、且つ、難燃性を有する、請求項１の照明装置。

【請求項12】

上記透明伝熱部材の表面と上記保護部材との間に設けた空気層をさらに有する、請求項１の照明装置。

【請求項13】

発熱する光源と、
この光源に近接して配置した、可視光に対して透明で、光源と同等かそれ以上の耐熱温度を有し、熱伝導性を有する透明伝熱部材と、
上記光源を設けた基板の表面に接触する背面、上記光源を非接触状態で収容配置する上記背面に設けた凹部、上記光源の発光面に近接対向して上記凹部に設けた受光面、通過する光を屈折させて配光する表面、および上記透明伝熱部材に密着する側面を有し、上記光源から上記透明伝熱部材へ熱を伝える透明なレンズと、
上記透明伝熱部材と異なる材料であって、可視光に対して透明もしくは半透明で、光源と同等かそれ以上の耐熱温度を有し、落下衝撃に耐える機械的強度を有し、且つ、難燃性を有する材料により形成され、上記透明伝熱部材の表面を覆う保護部材と、
を有する照明装置。

【請求項14】

上記グローブおよび上記保護部材の少なくとも一方が光の拡散性を有する、請求項２の照明装置。

【請求項15】

上記光を拡散させる手段は、上記グローブの内面または表面に設けた散乱体を含む、請求項９の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、発熱する光源を有する照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤ光源を用いる照明装置には、ＬＥＤ光源からの光の配光特性を制御するために、光透過性の光学部材を備えるものがある。光学部材を用いると、一般的に器具効率（照明装置から射出する全光束の、光源の全光束に対する割合を器具効率と呼ぶ）が低下するが、それを防ぐには、透過率の優れた光学部材を用いるのが望ましい。

【0003】

また、この種の照明装置は、ＬＥＤ光源からの熱を受け取って装置の外部に放出するための伝熱部材を備えている。伝熱部材として、例えば、ＬＥＤ光源を実装した基板の背面に接触する器具本体がある。放熱効率を高めるため、伝熱部材だけでなく光学部材にも伝熱させ、光学部材の表面からも放熱することが望ましい。この場合、光学部材の耐熱温度はＬＥＤ光源相当であることが望まれる。

【0004】

一般的な光学部材として用いられるアクリルは、光の透過率は高いが、耐熱温度はＬＥＤの耐熱温度よりも低く、熱伝導率は小さい。同じく、一般的なポリカーボネイトは、耐熱温度は高いが、熱伝導率は小さく、透過率はアクリルよりも低い。透明セラミックスは、耐熱温度が高く、熱伝導率は大きいが、光透過率はアクリルに及ばず、非常に高コストである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２２５５０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

耐熱性に優れ、光透過率が高く、熱伝導率が大きい適当な光学部材が無く、満足のいく器具効率および放熱性能が得られない。

【0007】

よって、高い器具効率を有し放熱性および耐熱性に優れた照明装置の開発が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態に係る照明装置は、発熱する光源と、この光源の発光面に対向した受光面を有し、可視光に対して透明で、光源と同等かそれ以上の耐熱温度を有し、熱伝導性を有する透明伝熱部材と、光源から透明伝熱部材へ熱を伝える伝熱手段と、透明伝熱部材と異なる材料であって、可視光に対して透明もしくは半透明で、光源と同等かそれ以上の耐熱温度を有し、落下衝撃に耐える機械的強度を有し、且つ、難燃性を有する材料により形成され、透明伝熱部材の表面を覆う保護部材と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る照明装置の外観図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図2】図２は、第２の実施形態に係る照明装置の外観図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図3】図３は、第３の実施形態に係る照明装置の外観図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図4】図４は、第４の実施形態に係る照明装置の外観図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図5】図５は、第５の実施形態に係る照明装置の外観図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図6】図６は、第６の実施形態に係る照明装置の外観図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図7】図７は、第７の実施形態に係る照明装置の外観図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図8】図８は、第８の実施形態に係る照明装置の外観図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図9】図９は、グローブの厚さと熱抵抗の関係を示すグラフである。

【図10】図１０は、空気層および保護部材それぞれの厚さと熱抵抗との関係を示すグラフである。

【図11】図１１は、筐体の厚さと熱抵抗の関係を示すグラフである。

【図12】図１２は、ｄ／λと反射率の関係を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。
ここでは、照明装置のいくつかの実施形態として、室内の天井等に設けられたソケットに脱着可能に取り付けるＬＥＤ電球１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８について説明する。

【0011】

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、第１の実施形態に係るＬＥＤ電球１０１を示す外観図であり、図１（ｂ）は、このＬＥＤ電球１０１をその管軸を通る面で縦に２分割した断面図である。
図１（ａ）に示すように、ＬＥＤ電球１０１は、天井の図示しないソケットに螺合する口金２、中空な略球殻状の透明なグローブ４（透明伝熱部材）（図１（ｂ）に断面を図示）、およびこのグローブ４の表面４ａを覆う透明な保護部材５を有する。口金２は、ソケットに対してＬＥＤ電球１０１を電気的且つ機械的に接続する。

【0012】

ＬＥＤ電球１０１をソケットに取り付けた図示の状態では、口金２はグローブ４の鉛直上方に位置する。口金２は、有底の円筒形の金属であり、図示下端に円形の開口２ａを有する。室内の電源等によりソケットを介して給電すると、口金２に接続した光源１０から光が射出し、口金２の図示下方に設けたグローブ４の表面４ａから光が出射し、保護部材５を透過した光が室内を照明する。

【0013】

図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ電球１０１の内部には、電源回路６、基板８（背面側伝熱部材）、光源１０、およびレンズ１２が設けられている。
電源回路６は、口金２の内部に収容配置されている。電源回路６は、天井のソケットから供給される電力を光源１０に供給する。具体的には、ソケットから交流電圧が印加され、電源回路６が、交流電圧（例えば、１００Ｖ）を直流電圧に変換し、光源１０に対してこの直流電圧を印加する。口金２と電源回路６とは、図示しない配線により電気的に接続されている。また、電源回路６と光源１０とは、図示しない配線により電気的に接続されている。

【0014】

基板８は、円板状のものであり、その表面８ａに光源１０を備え、口金２の開口２ａを塞ぐように接触して取り付けられる。電源回路６は、基板８の裏面８ｂ側に配置される。基板８は、図示しない接合部材を介して、その周縁部が口金２の開口２ａに接合される。この接合部材は、PBSやPEEK等の電気絶縁性、耐熱性、耐燃焼性を有する素材であることが好ましい。

【0015】

基板８は、例えば、アルミ、銅、鉄等を含む金属や、セラミックス等により形成できる。基板８は、少なくともグローブ４や保護部材５よりも高い熱伝導率を有する材料で形成することが好ましく、例えば、耐熱性の高い樹脂を用いて形成される。

【0016】

光源１０は、例えば、基板８の表面８ａに実装されるＬＥＤチップ、およびこのＬＥＤチップを基板８の表面８ａに封止した透明な樹脂製の封止部材を有する。或いは、光源１０として、基材に取り付けたＬＥＤチップを基材に封止した基板８とは別体のＬＥＤ素子を用いても良い。この光源１０は、電源回路６から給電されることで、可視光を射出する。この際、ＬＥＤチップを封止した封止部材の表面が発光面として機能する。

【0017】

光源１０は、基板８の表面８ａに１つまたは複数設けられ、例えば白色光等の可視光を射出する。光源１０の光の射出方向は基板８の表面８ａから離れる方向である。一例として、光源１０には、波長450nmの青色光を発生するＬＥＤチップを、青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封止したものが用いられる。

【0018】

特に、基板８とは別体のＬＥＤ素子を光源１０として用いる場合、このＬＥＤ素子を、熱伝導性に優れるシートや粘着テープ、接着剤、サーマルグリス（図示せず）を介して基板８の表面８ａに取り付ける。これにより、光源１０が発する熱を基板８に良好に伝えることができ、光源１０と基板８との間の接触熱抵抗を小さくできる。なお、基板８の表面８ａとＬＥＤ素子との間に電気的な絶縁が必要な場合には、光源１０は、電気絶縁性を有する素材（絶縁シート等）を介して基板８の表面８ａに接するように設けられる。

【0019】

レンズ１２は、基板８の表面８ａに接触する略円環状の背面１２ａを有する。背面１２ａの中央には、光源１０を非接触状態で収容配置するための凹部１２ｂが設けられている。凹部１２ｂの内面は、光源１０の発光面に近接対向した受光面として機能する。レンズ１２の表面１２ｃは、この表面１２ｃを通過する光を屈折させて透過させることで所望する方向へ配光する曲面を構成している。ここでは、表面１２ｃの形状について詳述しない。

【0020】

レンズ１２は、図示のように必ずしも光源１０に対して非接触で配置する必要はなく、光源１０の発光面に密着して配置しても良い。本実施形態では、１ｍｍに満たない隙間を介して光源１０の発光面にレンズ１２が対向するように、凹部１２ｂの形状およびサイズを設計した。いずれにしても、レンズ１２の表面に光源１０の発光面に近接対向する部位（本実施形態では凹部１２ｂの内面）を設けることで、レンズ１２を光源１０の発光面に近付けて配置することができ、レンズ１２に対する光の入射光率を高めることができる。

【0021】

レンズ１２は、可視光に対して透明で、光源１０と同等の耐熱温度（100℃以上）を有し、一般的な樹脂より高い熱伝導率（1.0W/mK以上）を有する材料、例えば、ガラスにより形成される。レンズ１２は、その側面１２ｄがグローブ４の内面４ｂに密着するように取り付けられている。

【0022】

具体的には、レンズ１２は、熱伝導性に優れるシートや粘着テープ、接着剤、サーマルグリス、ネジ（図示せず）等を介して、基板８の表面８ａに取り付けられる。これにより、基板８の表面８ａからレンズ１２の背面１２ａに熱を良好に伝えることができ、基板８の表面８ａとレンズ１２の背面１２ａとの間の接触熱抵抗を小さくできる。

【0023】

また、レンズ１２は、熱伝導性に優れる透明なシートや粘着テープ、熱伝導性に優れる透明な接着剤、熱伝導性に優れる透明なサーマルグリス等を介して、グローブ４の内面４ｂに密着される。これにより、光源１０から直接、および基板８の表面８ａを介してレンズ１２に伝えられた熱を、グローブ４の内面４ｂに良好に伝えることができ、レンズ１２の側面１２ｄとグローブ４の内面４ｂとの間の接触熱抵抗を小さくできる。

【0024】

グローブ４は、中空な球殻の上端を口金２の方向に膨出させて円形の開口４ｃを形成した形状を有する。グローブ４は、可視光に対して透明（透過率92%以上）で、光源１０と同等の耐熱温度（100℃以上）を有し、一般的な樹脂より高い熱伝導率（1.0W/mK以上）を有する材料、例えば、ガラスにより形成されている。

【0025】

グローブ４の内面４ｂは、光源１０およびレンズ１２に対向する。グローブ４の外面には、薄い空気層７を介して、保護部材５が設けられている。保護部材５は、グローブ４の表面４ａの全面をカバーしている。

【0026】

グローブ４の開口４ｃ側の端面４ｄは、基板８の表面８ａに接触するとともに、口金２の開口２ａ側の端面にも接触している。具体的には、グローブ４の端面４ｄは、熱伝導性に優れるシートや粘着テープ、接着剤、サーマルグリス（図示せず）等を介して、基板８の表面８ａおよび口金２の端面に密着されている。

【0027】

本実施形態では、レンズ１２をグローブ４と別体に設けたが、これに限らず、レンズ１２とグローブ４を一体に形成しても良い。この場合、レンズ１２の側面１２ｄとグローブ４の内面４ｂとの間の接合部の熱抵抗が無くなるので、その分、ＬＥＤ電球１０１の放熱性能を向上させることができる。

【0028】

保護部材５は、可視光に対して透明もしくは半透明(透過率85%以上)であり、光源１０と同等の耐熱温度（100℃以上）を有し、落下衝撃に耐える機械的強度を有し、且つ、難燃性を有する材料により形成することが望ましい。保護部材５は、例えば、ポリカーボネイトを用いて形成される。

【0029】

保護部材５の内面は、グローブ４の表面４ａに対して空気層７を介して対向する。保護部材５は光学的な拡散材を含んでも良い。この場合、保護部材５の内面から入射した光が、保護部材５を透過する際に拡散されて、保護部材５の外面から外部空間に射出される。これにより、光の広がりがもたらされる。

【0030】

保護部材５は、光を透過する機能と、グローブ４を衝撃から保護する機能と、グローブ４が破損した場合に、グローブ４が飛散することを防止する機能と、を担う。また、保護部材５は、グローブ４から伝わる熱を外部空間へ放射する役割を担う。

【0031】

上記構造のＬＥＤ電球１０１を点灯させると、光源１０の発光面から射出された光は、レンズ１２、グローブ４、および保護部材５を透過して、ＬＥＤ電球１０１の外部に照射される。
このとき、レンズ１２の表面１２ｃで光の一部が反射されて配光角がつけられて広配光にされる。このため、仮に、グローブ４や保護部材５に拡散材を含ませたりサンドブラスト加工を施したりして光拡散性を持たせなくても、ある程度広がりのある光を生出させることができる。このように、グローブ４および保護部材５が共に拡散材などを含まない透明な材料で形成されている場合には、このＬＥＤ電球１０１はクリア電球となる。

【0032】

レンズ１２を透過した光は、グローブ４や保護部材５をそのまま透過するとともに、グローブ４や保護部材５の内部を伝って全体に拡がる。この際、グローブ４や保護部材５に拡散材を含ませたり表面にサンドブラスト加工を施したりして光の拡散性を持たせると、より光が拡がり明るさが均一になる。本実施形態では、保護部材５に拡散材を含ませて光の拡散性を持たせた。このように、グローブ４および保護部材５の少なくとも一方が拡散材などを含む場合、このＬＥＤ電球１０１はシリカ電球となる。

【0033】

以上のように、本実施形態では、光源１０の発光面にレンズ１２を近接対向させて配置し、レンズ１２の側面１２ｄに密着して比較的肉厚のグローブ４を配置したため、光源１０から射出される光を効率良くグローブ４に伝えることができ、グローブ４を介して光を効果的に伝えることができ、良好な照明光を得ることができる。

【0034】

一方、光源１０から発生する熱は、以下のように伝達されてＬＥＤ電球１０１の外部へ放熱される。
第１に、光源１０の熱は、その背面側から基板８へ伝えられ、基板８の表面８ａに接触しているグローブ４を介してＬＥＤ電球１０１の発光部の全体に伝えられる。また、基板８の熱は、表面８ａに接触したレンズ１２を介してグローブ４に伝えられるとともに、レンズ１２を介してグローブ４内の空間（空気）に伝えられる。さらに、光源１０の熱は、凹部１２ｂを介して直接レンズ１２に伝熱され、グローブ４およびグローブ４内部の空間へ伝えられる。このようにして、グローブ４に伝えられた熱は、空気層７を伝って保護部材５に伝熱され、保護部材５の外面全体から外部へ放熱される。

【0035】

第２に、光源１０の熱は、基板８を介して口金２へ伝熱される。口金２へ伝えられた熱は、天井の図示しないソケットへ伝えられて放熱される。なお、発熱源として、上述した説明では、光源１０のみを例にあげて説明したが、これ以外に、電源回路６も発熱源となる。この電源回路６から発生する熱は、基板８の裏面８ｂに伝えられるとともに、口金２にも伝えられる。

【0036】

以上のように、本実施形態によると、光源１０の光を伝えるための導光部材（グローブ４、保護部材５、レンズ１２）を介して光源１０の熱をＬＥＤ電球１０１全体に伝えることができ、放熱性能を高めることができる。

【0037】

以下、本実施形態のＬＥＤ電球１０１において、良好な放熱性能を発揮するための、グローブ４の厚さ、保護部材５の厚さ、および空気層７の厚さについて考察する。
グローブ４の形状を球殻に近似し、管軸を中心軸とした場合、経度方向の熱抵抗R_tlは次式１で表される。

【数1】

【0038】

ここで、r₁は球殻の内半径、r₂は外半径、θ₁とθ₂は緯度、λは熱伝導率である。E26型口金２で直径φ55mm、全長98mmのＬＥＤ電球１０１の口金２を除く表面積は約108cm²であり、これと表面積が等しい球殻の外半径は約30mmとなる。口金２の直径を考慮すればθ₂は約153°、球の表面積をおおよそ二分割する角度θ₁は約87°となる。グローブ４の材質をガラス（1.1W/mK）とした場合、グローブ４の厚さと熱抵抗の関係は図９に表される。グローブ４から放熱するには、R_slは30K/W以下であることが望ましいため、グローブ４の厚さは約7mm以上であることが望ましい。

【0039】

光源１０から、グローブ４を介する放熱経路において、保護部材５は熱抵抗となる。また、グローブ４と保護部材５の間は密着させても隙間を設けても良く、隙間を設ける場合には、グローブ４と保護部材５の間の空気層７も熱抵抗となる。グローブ４、空気層７、保護部材５の形状を球殻に近似した場合、グローブ４の表面４ａから保護部材５の内面に向かう方向の熱抵抗R_atは次式２で表される。

【数2】

【0040】

ここで、r₁は球殻の内半径、r₂は外半径、θ₁とθ₂は緯度、λは熱伝導率である。E26型口金２で直径φ55mm、全長98mmのＬＥＤ電球１０１の口金２を除く表面積は約108cm²であり、これと表面積が等しい球殻の外半径は約30mmとなる。口金２の直径を考慮すればθ₂は約153°、θ₁は0°となる。保護部材５と空気層７の厚さと熱抵抗の関係は図１０に表される。グローブ４からの放熱を促すには、R_atは30K/W以下であることが望ましく、少なくとも保護部材５の厚さは約20mm以下、空気層７の厚さは約7mm以下であることが望ましい。

【0041】

以上のように、本実施形態のＬＥＤ電球１０１によると、高い透過性と耐熱性を有するグローブ４を用い、さらにグローブ４の厚さを適切な値に設定することで、ＬＥＤ電球１０１の光射出面積を広く取ることができ、同時に放熱性能を高くすることができる。また、グローブ４を覆う保護部材５が、高い耐熱温度を有し、高い機械的強度を有し、拡散材を含み、さらに厚さを適切な値に設定することで、広い面積の光射出・広配光・放熱・耐衝撃性を両立させることが可能となる。また、グローブ４と保護部材５の間に適切な間隔（空気層７）を設けることで、ＬＥＤ電球１０１の耐衝撃性能をさらに向上させることができる。

【0042】

また、グローブ４は、内部あるいはその内面４ｂに散乱体を含んでも良い。この場合、ＬＥＤ電球１０１の配光角をさらに広げることが出来る。

【0043】

なお、本実施形態では、保護部材５がグローブ４の全面を覆う構造を採用したが、グローブ４の一部を覆う保護部材５を設けても良い。この場合、保護部材５からの放熱に加え、保護部材５で覆われていないグローブ４の露出した表面４ａの部位から直接放熱することができる。

【0044】

また、保護部材５の代わりに、グローブ４の表面４ａに、光拡散・飛散防止のためのコーティングを施しても良く、シートを貼り付けても良い。この場合、拡散性・耐衝撃性は低下するが、保護部材５及び空気層７による熱抵抗を少なくすることができる。

【0045】

また、保護部材５とグローブ４の表面４ａとの間に図示しない支持部材を設けても良い。このような支持部材を設けることで、保護部材５とグローブ４の表面４ａとの間の隙間７を適切に維持することができ、ＬＥＤ電球１０１に対してより高い機械的強度を付与でき、耐衝撃性を高めることができる。また、高い熱伝導率を有する支持部材を用いることで、放熱性能を高めることができる。

【0046】

また、本実施形態では、上述したように、光源１０の周辺に金属を配置しないようにした。具体的には、光源１０の発光面の面積をAとした場合、光源１０の発光面の発光方向（-90°から+90°まで）で、光源１０からの距離dが次式３の範囲内には金属を配置しないようにした。

【数3】

【0047】

一般に、本実施形態のように、光源１０の周辺に金属を設けない場合、光源１０からの熱を逃がすための放熱経路を確保するのが難しい。しかし、本実施形態では、金属の代わりに、ある程度熱伝導性の高い光透過性の材料を光源１０の近くに配置することで、光源１０の放熱経路を確保するようにした。

【0048】

光源１０から射出される光は、発光面に近いほど輝度（光のエネルギー密度）が高い。そのため、発光面の近くに金属あるいは光吸収性の材料が存在すると、それらに光が吸収されてしまい、器具効率の低下を招く。そこで、光源１０の周辺部には、そのような吸収性の材料を配置しないことが望ましい。

【0049】

また、本実施形態では、グローブ４の内部に空間を設けたが、これに限らず、グローブ４を中実に構成しても良い。この場合、式１で表される熱抵抗は最小となる。

【0050】

（第２の実施形態）
図２（ａ）は、第２の実施形態に係るＬＥＤ電球１０２を示す外観図であり、図２（ｂ）は、このＬＥＤ電球１０２をその管軸を通る面で縦に２分割した断面図である。
本実施形態のＬＥＤ電球１０２は、保護部材５と空気層７の間に複数本の金属細線２２を有し、レンズ１２の代わりに発光体２４を有する以外、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様の構造を有する。よって、ここでは、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様に機能する構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0051】

各金属細線２２は、一端（図示上端）が口金２の端面に接触し、他端がグローブ４の頂点（図示最下端）まで延びている。これら複数本の金属細線は、保護部材５を介してＬＥＤ電球１０２の外部へ射出される光の透過を妨げるため、例えば、透明な伝熱性の他の材料で形成しても良い。本実施形態では、複数本の金属細線２２の線径、間隔、本数などを適当な値に調整することで、ＬＥＤ電球１０２の透明感を損なわないよう工夫した。

【0052】

複数本の金属細線２２は、グローブ４によるＬＥＤ電球１０２の放熱を補助するよう機能する。つまり、各金属細線２２は、グローブ４の熱を効果的に保護部材５に伝えるとともに、口金２の熱をＬＥＤ電球１０２の発光部の全体に伝える。このため、本実施形態によると、上述した第１の実施形態と比較して、より放熱性能を高めることができる。

【0053】

また、複数本の金属細線２２は、グローブ４を外部からの衝撃から守るようにグローブ４の保護機能も担う。なお、複数本の金属細線２２は、メッシュであっても良い。

【0054】

発光体２４は、レンズ１２と同じ材料で形成した細長い略円筒形の導光部材２６、および球状の散乱体２８を有する。導光部材２６は、基板８の表面８ａに接触する背面２６ａを有し、図示下端近くに散乱体２８を収容するための球形の収容部２６ｂを有する。導光部材２６は、収容部２６ｂをグローブ４の中心に配置可能な長さを有する。背面２６ａは、第１の実施形態と同様に、光源１０を非接触状態で収容配置するための凹部１２ｂを有する。

【0055】

散乱体２８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。散乱体２８を収容部２６ｂに配置するため、導光部材２６は、収容部２６ｂを２分割した構造を有し、散乱体２８を収容部２６ｂに収容した後、貼り合せることで組み立てられる。

【0056】

発光体２４は、ＬＥＤ電球１０２のグローブ４の中心を光らせるため、散乱体２８を有する。このように、ＬＥＤ電球１０２の中心を光らせることで、一般的な白熱電球と同じようにＬＥＤ電球１０２を光らせることができる。

【0057】

（第３の実施形態）
図３（ａ）は、第３の実施形態に係るＬＥＤ電球１０３を示す外観図であり、図３（ｂ）は、このＬＥＤ電球１０３をその管軸を通る面で縦に２分割した断面図である。
本実施形態のＬＥＤ電球１０３は、レンズ１２を持たず、光源１０をグローブ４の内面４ｂに配置した以外、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様の構造を有する。よって、ここでは、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様に機能する構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0058】

本実施形態のＬＥＤ電球１０３は、複数個の光源１０を有する。各光源１０は、透明な熱伝導性を有する接着剤（伝熱手段）を介してグローブ４の内面４ｂに接着固定されている。各光源１０に給電するための配線３２は、透明なＩＴＯ（酸化インジウムスズ）製であり、口金２の端面からグローブ４の頂点まで真っ直ぐ延びてグローブ４の内面４ｂに形成されている。

【0059】

配線３２は、図１（ａ）に示すように、等間隔で複数本設けられているため、複数個の光源１０は、グローブ４の表面４ａの全体に広く分布するレイアウトとなる。このため、本実施形態によると、熱源をＬＥＤ電球１０３の発光部の全体に分布させることができ、均熱化を図ることができる。

【0060】

また、本実施形態によると、各光源１０の発光面が内側を向くため、光をより拡散させることができ、グレア感を低減させることができる。

【0061】

（第４の実施形態）
図４（ａ）は、第４の実施形態に係るＬＥＤ電球１０４を示す外観図であり、図４（ｂ）は、このＬＥＤ電球１０４をその管軸を通る面で縦に２分割した断面図である。
本実施形態のＬＥＤ電球１０４は、口金２と基板８の間に両者を熱的につなぐ筐体４２を有する以外、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様の構造を有する。よって、ここでは、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様に機能する構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0062】

筐体４２は、口金２の端面からグローブ４の端面４ｄに向けて緩やかに拡開する略円筒状の構造を有し、比較的小径の端面４２ａ（図示上端面）が口金２の端面に接触し、比較的大径の端面４２ｂ（図示下端面）がグローブ４の端面４ｄおよび保護部材５の端面に接触する。この筐体４２は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料で形成することが望ましい。

【0063】

基板８は、筐体４２の比較的大径の端面４２ｂの内側に嵌め込まれて配置され、熱伝導性に優れるシート、粘着テープ、接着剤、サーマルグリス等を用いて接合される。筐体４２の比較的小径の端面４２ａと口金２の端面との間、および筐体４２の比較的大径の端面４２ｂとグローブ４との間にも、熱伝導性に優れるシート、粘着テープ、接着剤、サーマルグリス等が設けられる。

【0064】

光源１０からの熱は、上述した第１の実施形態と同様の径路を通して伝達されるとともに、基板８を介して筐体４２に伝えられる。また、電源回路６から発生する熱も、口金２を介して、或いは直接、筐体４２へ伝えられる。筐体４２は、光源１０および電源回路６から伝えられた熱を、内部で伝導するとともに、一部の熱を対流および輻射によって外面４２ｃから外部空間へ放熱する。

【0065】

本実施形態のように口金２とグローブ４との間に筐体４２を設けると、ＬＥＤ電球１０３の光出射面が小さくなって、白熱電球の外観とは異なる外観となる。しかし、高い熱伝導性を有する金属製の筐体４２を設けることで、第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と比較して、放熱性能を高めることができる。

【0066】

（第５の実施形態）
図５（ａ）は、第５の実施形態に係るＬＥＤ電球１０５を示す外観図であり、図５（ｂ）は、このＬＥＤ電球１０５をその管軸を通る面で縦に２分割した断面図である。
本実施形態のＬＥＤ電球１０５は、基板８の代わりにグローブ４の内面４ｂに沿った略球殻状の筐体５２（背面側伝熱部材）を有し、この筐体５２の図示下端の取付面５２ａに光源１０を設け、この光源１０に対向するグローブ４の頂点にレンズ５４としての機能を一体に持たせ、レンズ５４の裏面側に光源１０を収容配置するための凹部５４ａ（受光面）を設けた以外、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様の構造を有する。よって、ここでは、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様に機能する構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0067】

筐体５２の図示上端にある端面５２ｂは、口金２の開口２ａの内側に嵌め込まれた金属製の円環状の伝熱部材５６に接触し、口金２と熱的に接合している。筐体５２は、熱伝導性の高いアルミニウム等の金属で形成することが望ましい。筐体５２の内部は、空気で満たされているが、真空にしても良い。

【0068】

筐体５２は、光源１０から発生する熱を、取付面５２ａを介して受け、筐体５２の全体に伝熱するとともに、伝熱部材５６を介して口金２に伝熱する。逆に、電源回路６の熱は、口金２および伝熱部材５６を介して筐体５２に伝えられる。本実施形態によると、熱源となる光源１０および電源回路６を互いに離間させて配置でき、ＬＥＤ電球１０５の全体として均熱化を図ることができ、放熱効率を高めることができる。

【0069】

ここで、放熱性能を高めるための筐体５２の適切な厚さについて考察する。
筐体５２の形状を球殻に近似し、管軸を中心軸とした場合、経度方向の熱抵抗R_tlは次式４で表される。

【数4】

【0070】

ここで、r₁は球殻の内半径、r₂は外半径、θ₁とθ₂は緯度、λは熱伝導率である。E26型口金で直径φ55mm、全長98mmの電球の口金２を除く表面積は約108cm²であり、これと表面積が等しい球殻の外半径は約30mmとなる。口金２の直径を考慮すればθ₂は約153°であり、球の表面積をおおよそ二分割する角度θ₁は約87°となる。グローブ４の材質をアルミニウム（120W/mK）とした場合、筐体５２の厚さと熱抵抗の関係は図１１に表される。グローブ４から放熱するには、R_slは30K/W以下であることが望ましいため、筐体５２の厚さは約0.08mm以上であることが求められる。

【0071】

本実施形態のＬＥＤ電球１０５において、光源１０から射出された光は、次のように伝達される。
グローブ４は、光源１０と対向するレンズ５４に凹部５４ａ側から入射した光を、グローブ４の内面４ｂと表面４ａとの間で全反射させながら導光（伝播）する。グローブ４の内面４ｂまたは表面４ａには、光を散乱させるために、例えばシルク印刷や切り込み等により形成される図示しない散乱マークが設けられている。散乱マークがグローブ４を伝播する光の一部が、表面４ａを介して外部へ取り出され、照明光として利用に供される。

【0072】

なお、筐体５２の外面とグローブ４の内面４ｂとの間にも、図示しない支持部材が配置され、間隔ｄの隙間５８が設けられている。この隙間５８は例えば空気層である。図示しない支持部材は、筐体５２とグローブ４の内面４ｂとの間に少なくとも１箇所設けられる。この支持部材は、例えば、円柱状の部材である。

【0073】

ここで、空気層の厚さ、すなわち隙間５８の間隔ｄの適正値について考察する。
間隔ｄは、基本的に、光源１０が射出する光の波長λよりも大きくなるように設定される。同時に、間隔ｄとしては、後述のように筐体５２からグローブ４へ熱を伝え易くするためには、散乱マークや支持部材等の加工上の精度において許容し得る範囲で、小さくなるように0.01〜1.0mm程度に設定することが好ましい。

【0074】

図１２は、グローブ４をアクリル製とし、筐体５２をアルミニウム製とした場合に、グローブ４内を入射角４５°で全反射する際、ｄ／λと反射率の関係を示したグラフである。この図１２によれば、ｄ／λ＞１、すなわちｄ＞λの場合、反射率は１００％に近く、一方、ｄ／λ＜１、すなわちｄ＜１の場合には、筐体５２により光が吸収されて、ｄ＝０に近づくにつれ反射率は低減することがわかる。

【0075】

したがって、本実施形態のＬＥＤ電球１０５では、筐体５２の外面とグローブ４の内面４ｂとの間に間隔ｄの隙間を設けることで、グローブ４内を導光する光の反射率を１００％に近くすることができる。すなわち、グローブ４内を導光する光のほとんどを照明光として表面４ａから取り出すことができ、筐体５２が光を吸収することによる光のロスを低減することができる。これは、つまり、エバネッセント波によって光が筐体５２に伝搬するのを防ぎ、それによりロスを低減できることを意味する。

【0076】

（第６の実施形態）
図６（ａ）は、第６の実施形態に係るＬＥＤ電球１０６を示す外観図であり、図６（ｂ）は、このＬＥＤ電球１０６をその管軸を通る面で縦に２分割した断面図である。
本実施形態のＬＥＤ電球１０６は、複数個の光源１０をグローブ４の図示上端の円環状の端面４ｄに沿って配置し、グローブ４の頂点にレンズ５４を設けない構造を有する。これ以外の構造は、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様の構造を有する。よって、ここでは、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１０１と同様に機能する構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0077】

本実施形態によると、ＬＥＤ電球１０６の図示下端におけるグローブ４の部位を薄くすることができ、ＬＥＤ電球１０６の放熱性能を、さらに向上させることができる。

【0078】

（第７の実施形態）
図７（ａ）は、第７の実施形態に係るＬＥＤ電球１０７を示す外観図であり、図７（ｂ）は、このＬＥＤ電球１０７をその管軸を通る面で縦に２分割した断面図である。
本実施形態のＬＥＤ電球１０７は、上述した第５の実施形態のＬＥＤ電球１０５と第６の実施形態のＬＥＤ電球１０６を組み合わせた構造を有する。よって、ここでも、上述したＬＥＤ電球１０５、１０６と同様に機能する構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0079】

本実施形態によると、複数個の光源１０ａをグローブ４の端面４ｄに配置し、且つ光源１０ｂをＬＥＤ電球１０７の頂点近くに配置したため、発熱源である光源１０ａ、１０ｂを金属製の筐体５２を間に挟んで互いに離間させることができ、筐体５２の均熱化を促進でき、グローブ４の発光分布をより均一にできる。

【0080】

（第８の実施形態）
図８（ａ）は、第８の実施形態に係るＬＥＤ電球１０８を示す外観図であり、図８（ｂ）は、このＬＥＤ電球１０８をその管軸を通る面で縦に２分割した断面図である。
本実施形態のＬＥＤ電球１０８は、グローブ４の内面４ｂに対向した筐体５２を無くしてグローブ４の肉厚を厚くした以外、上述した第６の実施形態のＬＥＤ電球１０６と同様の構造を有する。よって、ここでは、上述した第６の実施形態のＬＥＤ電球１０６と同様に機能する構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0081】

本実施形態のＬＥＤ電球１０８は、グローブ４に沿った不透明な筐体５２を持たないことで、透明な外観を持たせることができる。

【0082】

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、光源１０の近くに透明な伝熱部材を配置したため、高い器具効率を有し放熱性および耐熱性に優れた照明装置を提供することができる。

【0083】

これら実施形態は、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、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら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時に、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。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
発熱する光源と、
この光源に近接して配置した透明で且つ熱伝導性を有する透明伝熱部材と、
上記光源から上記透明伝熱部材へ熱を伝える伝熱手段と、
を有する照明装置。
［２］
上記伝熱手段は、上記光源の発光面に近接対向した受光面を有する透明な部材であり、この透明な部材は、上記透明伝熱部材に密着して熱を伝える、［１］の照明装置。
［３］
上記透明伝熱部材は、ガラス製のグローブである、［１］の照明装置。
［４］
上記透明伝熱部材は、ガラス製のグローブであり、上記伝熱手段は、ガラス製のレンズである、［２］の照明装置。
［５］
上記透明伝熱部材は、上記光源の発光面に近接対向した受光面を有する、［１］の照明装置。
［６］
上記光源に給電する電源回路をさらに有する、［１］の照明装置。
［７］
上記光源は、ＬＥＤであり、上記透明伝熱部材およびこの透明伝熱部材に熱を伝える上記伝熱手段は、少なくとも上記ＬＥＤと同等の耐熱性を有する、［１］の照明装置。
［８］
上記透明伝熱部材およびこの透明伝熱部材に熱を伝える上記伝熱手段は、１．０Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導率を有する、［１］の照明装置。
［９］
上記光源を取り付けた熱伝導性を有する背面側伝熱部材をさらに有する、［１］の照明装置。
［１０］
上記背面側伝熱部材は、金属製の筐体である、［９］の照明装置。
［１１］
上記背面側伝熱部材は、上記光源を実装した基板である、［９］の照明装置。
［１２］
上記グローブは、光を拡散させる手段を有する、［３］の照明装置。
［１３］
上記グローブの表面を覆うように設けた透明な保護部材をさらに有する、［３］の照明装置。
［１４］
上記光源は、上記グローブの内面に設けられており、上記熱を伝える手段は、上記光源を上記グローブの内面に接着した透明な熱伝導性を有する接着剤である、［３］の照明装置。

【符号の説明】

【0084】

２…口金、４…グローブ、５…保護部材、６…電源回路、７…空気層、８…基板、１０…光源、１２…レンズ、２２…金属細線、２４…発光体、２６…導光部材、２８…散乱体、３２…配線、４２、５２…筐体、５４…レンズ、５６…伝熱部材、５８…隙間、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８…ＬＥＤ電球。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】