特許 6239415 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】6239415

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21K 9/232 20160101AFI20171120BHJP

   F21K 9/66 20160101ALI20171120BHJP

   F21K 9/00 20160101ALI20171120BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20171120BHJP

   F21V 29/77 20150101ALI20171120BHJP

   F21V 29/83 20150101ALI20171120BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20171120BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20171120BHJP

【ＦＩ】

   F21K9/232

   F21K9/66

   F21K9/00 100

   F21V29/503

   F21V29/77

   F21V29/83

   H05K7/20 G

   H05K7/20 D

   F21Y115:10

【請求項の数】15

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-56401(P2014-56401)

(22)【出願日】2014年3月19日

(65)【公開番号】特開2015-179612(P2015-179612A)

(43)【公開日】2015年10月8日

【審査請求日】2016年8月31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】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】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】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 智之

(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】高松 伴直

(72)【発明者】

【氏名】加藤 光章

【審査官】 丸山 裕樹

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１４０５８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１９３４６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｋ ９／２３ − ９／２３８

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ２９／５０ − ２９／８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子と、
前記発光素子を保持した第１面、前記第１面と反対の第２面、および前記第１面と前記第２面を連絡した貫通孔を有するベース部材と、
前記発光素子に対向して配置され、前記貫通孔に外気を導入するための通風路を有する光学レンズと、
前記ベース部材の前記第２面側で前記ベース部材に熱的に接触して配置され、前記貫通孔を介して導入される外気に接触可能な放熱部材と、
前記光学レンズの前記通風路内に配置されて前記貫通孔を囲むように前記第１面に接触した筒部材と、
を有する照明装置。

【請求項2】

前記筒部材は、前記光学レンズの前記通風路の内面に接触して配置される、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記筒部材は、前記光学レンズに隙間を介して対向した反射面を有する、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項4】

前記筒部材は、前記通風路を介して導入される外気を前記発光素子に接触させないように上記貫通孔へ導く、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項5】

前記光学レンズは、回転対称形である、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項6】

前記光学レンズは、
湾曲面で規定される空洞と、
前記空洞を囲うように配置された射出面と、
前記発光素子に対向する入射面と、を備え、
前記入射面上の第１の点から、前記湾曲面上の第２の点に引いた直線と、前記第２の点における法線の成す角度θについて、
ｓｉｎθ＞１／ｎ
ｎ：当該光学レンズを構成する材料の屈折率
の関係を満たす請求項５に記載の照明装置。

【請求項7】

前記光学レンズの前記射出面は、段部を有する請求項６に記載の照明装置。

【請求項8】

前記光学レンズの前記射出面は、曲率一定面である請求項６又は７に記載の照明装置。

【請求項9】

前記光学レンズの前記通風路の中心軸が回転対称の対称軸と一致している請求項６乃至８のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項10】

前記筒部材は、ミラー面を有し、
前記ミラー面の断面は、前記光学レンズの前記湾曲面上の点のうち前記発光素子に最も近い第３の点を中心とする円弧となる、
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項11】

前記ベース部材と前記発光素子を内包するカバー部材をさらに備え、
前記カバー部材は、前記光学レンズの前記通風路を前記カバー部材の外の空間と連通させる開口部を有する、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項12】

前記放熱部材は、前記ベース部材の前記第２面に熱的に接続された放熱フィンを備える請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項13】

前記ベース部材の前記第２面側に位置し、外部から電力を取り込む口金と、
前記口金と接続された電源と、
を備えた請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項14】

前記ベース部材と前記カバー部材が光を透過する部材で接続されている請求項１１に記載の照明装置。

【請求項15】

前記光学レンズの外縁が前記ベース部材の前記第１面と接触する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放熱機能を備えた照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）を用いた電球（ＬＥＤ電球）が開発されている。ＬＥＤは、一般に、熱に弱いため、放熱のための構造が必要である。ＬＥＤ電球の放熱構造として、例えば、電球本体の外面に放熱フィンを設けた構造が知られている。しかし、このような放熱構造を採用すると、電球のサイズが大きくなり、見た目も良くない。

【0003】

このため、内部に冷却風を流すための構造を備えたＬＥＤ電球が開発されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＵＳ ２０１２／０１３９４０３ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、電球内部に冷却風を流すと、ＬＥＤが埃で汚れて発光効率が低下する。また、電球内部に設けた放熱のための構造（放熱フィンなど）が、ＬＥＤの光を吸収し、影ができてしまう。

【0006】

よって、高い発光効率を有するとともに放熱性が良好なＬＥＤ電球の開発が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態に係る照明装置は、発光素子を保持した第１面、第１面と反対の第２面、および第１面と第２面を連絡した貫通孔を有するベース部材と、発光素子に対向して配置された光学レンズと、ベース部材の第２面側でベース部材に熱的に接触して配置された放熱部材と、を有する。光学レンズは、貫通孔に外気を導入するための通風路を有する。放熱部材は、通風路および貫通孔を介して導入される外気に接触可能である。

【0008】

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ＬＥＤ電球を部分的に破断した斜視図である。

【図2】図２は、図１のＬＥＤ電球を示す断面図である。

【図3】図３は、第２の実施形態に係るＬＥＤ電球を管軸に沿って切断した断面図である。

【図4】図４は、図２の光学レンズの一部をベース部材に接触させた例を説明するための部分拡大断面図である。

【図5】図５は、第１および第２の実施形態の第１の変形例を示す外観図である。

【図6】図６は、第１および第２の実施形態の第２の変形例を示す外観図である。

【図7】図７は、第１および第２の実施形態の第３の変形例を示す外観図である。

【図8】図８は、第１および第２の実施形態の放熱フィンをカバー部材に接触させた例を示す部分拡大断面図である。

【図9】図９は、第１および第２の実施形態の放熱フィンとカバー部材との間に隙間を設けた例を示す部分拡大断面図である。

【図10】図１０は、従来のＬＥＤ電球の一例を示す図である。

【図11】図１１は、図３のＬＥＤ電球の変形例を示す断面図である。

【図12】図１２は、図１１のＬＥＤ電球のカバー部材を分割した状態を示す斜視図である。

【図13】図１３は、図１１のＬＥＤ電球の放熱フィンの取付け構造を説明するための斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、各実施形態（および各変形例）で同様に機能する構成には同一符号を付す。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、照明装置の第１の実施形態であるＬＥＤ電球１００を部分的に破断した斜視図であり、図２は、このＬＥＤ電球１００を管軸に沿って２つに切断した断面図である。

【0012】

本実施形態のＬＥＤ電球１００は、複数個の発光素子１を実装した円環状の基板２と、この基板２の裏面を接触させて取り付けた表面４ａ（第１面）を有するベース部材４と、このベース部材４の表面４ａ側で上記発光素子１に対向して配置された光学レンズ６と、ベース部材４の裏面４ｂ（第２面）側に配置された放熱部材８と、を有する。また、このＬＥＤ電球１００は、この他に、筒部材１０と、透明部材１２と、カバー部材１４と、電源部１６と、口金１８と、を有する。

【0013】

ベース部材４は、円環板状のベース板２１、および長筒２２を一体に有する。ベース板２１は、その中央に、表面４ａおよび裏面４ｂを連絡した円形の貫通孔２３を有する。長筒２２は、略円筒形であり、その一端（図中下端）がベース板２１の貫通孔２３の周りに一体に連結されている。つまり、貫通孔２３の内径と長筒２２の内径は同じである。長筒２２の他端（図中上端）は、放射状に拡開している。このベース部材４は、ＬＥＤ電球１００の管軸を中心にした回転対称形である。

【0014】

ベース板２１の裏面４ｂ側であって長筒２２の外側には、複数枚の板状の放熱フィン２４が管軸を中心に放射状に設けられている。各放熱フィン２４の１つの端辺（図中下端辺）は、ベース板２１の裏面４ｂに接触している。また、この端辺に隣接する各放熱フィン２４の別の端辺（内側の端辺）は、長筒２２の外面に接触している。つまり、各放熱フィン２４は、ベース部材４のベース板２１および長筒２２に対して熱的に接触している。

【0015】

また、各放熱フィン２４のさらに別の端辺は、長筒２２の他端に沿って外側に傾斜している。そして、各放熱フィン２４の残りの端辺は、カバー部材１４の内面に沿って湾曲してカバー部材１４に接触している。ベース部材４のベース板２１の外周縁とカバー部材１４の内面との間には、円環板状の透明部材１２が設けられている。つまり、ベース板２１および透明部材１２は、ＬＥＤ電球１００の管球内部の空間を管軸方向に２つに区画している。

【0016】

ベース部材４の長筒２２および複数枚の放熱フィン２４は、放熱部材８として機能する。つまり、複数個の発光素子１から放射された熱は、基板２を介してベース部材４のベース板２１に伝えられ、長筒２２、および複数枚の放熱フィン２４を介して放熱される。このとき、複数枚の放熱フィン２４を介してカバー部材１４にも熱が伝えられる。各放熱フィン２４と透明部材１２とは接触していない。

【0017】

光学レンズ６は、その中心に、上述したベース部材４の貫通孔２３に外気を導入するための通風路として機能する開口部２５を有する。光学レンズ６は、管球の外面の一部を構成するようにカバー部材１４の外面になだらかに連続した湾曲面３１を有する。湾曲面３１の内側は、開口部２５の内面につながる。また、光学レンズ６は、貫通孔２３の周りに配置された複数個の発光素子１に対向する、湾曲面３１に連続した円環状の入射面３２を有する。また、光学レンズ６は、その外周端に管軸に沿った射出面３３を有する。さらに、光学レンズ６は、入射面３２を介して入射された光を湾曲面３１との間で全反射させて射出面３３へ導くための反射凹面３４を有する。つまり、光学レンズ６の表面は、湾曲面３１、入射面３２、射出面３３、および反射凹面３４を連続させたものである。

【0018】

筒部材１０は、比較的短い円筒であり、光学レンズ６の開口部２５内に配置される。筒部材１０の内径も、ベース部材４の内径と同じである。なお、基板２の中央にある開口部の径は、筒部材１０の外径より僅かに大きい。筒部材１０の一端（図中上端）はベース部材４のベース板２１の表面４ａに当接する。筒部材１０の外面は、光学レンズ６の開口部２５の内面に接触する。そして、光学レンズ６の射出面３３の一部が、カバー部材１４の端面１４ａに接触する。光学レンズ６の射出面３３には、カバー部材１４と接触しない段部２６が設けられている。光学レンズ６の湾曲面３１は、光を全反射させるだけではなく、それと同時に開口２５に空気を良好に流通させることが可能な流線形状になっている。つまり、光学レンズ６は、配光制御とともに、放熱特性の向上の機能も合わせ持つ。また、段部２６を設けることにより、段部２６に導かれた光がカバー部材１４に入射してさらに導光されることを防ぐ効果がある。これにより、導光による光損失を低減することができる。

【0019】

筒部材１０を光学レンズ６に接触させて開口部２５内に挿入配置すると、複数個の発光素子１を囲む空間が形成される。つまり、この空間は、光学レンズ６の入射面３２、反射凹面３４、段部２６、カバー部材１４の内面の一部、透明部材１２の表面、ベース板２１の表面４ａ、および筒部材１０の外周面の一部によって囲まれている。このため、開口部２５を介して導入される外気が発光素子１に接触することがなく、発光素子１が埃で汚れる心配もない。

【0020】

なお、電源部１６の管球側の端部（図中下端）は、球状に湾曲されている。これにより、開口部２５の筒部材１０および長筒２２を介して管球内部に導入された外気が、カバー部材１４の収束した一端（図中上端）側のもう１つの開口部２７を介して排気される際の空気抵抗を低くすることができ、ＬＥＤ電球１００の内部に空気を良好に流通させることができ、放熱性能を高めることができる。

【0021】

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るＬＥＤ電球２００を管軸に沿って２つに切断した断面図である。図３は、第１の実施形態の説明に用いた図２に対応する。本実施形態のＬＥＤ電球２００は、上述した第１の実施形態のＬＥＤ電球１００と基本的に同じ構造および機能を有する。

【0022】

ＬＥＤ電球２００は、複数個の発光素子１を環状に実装した基板２を接触させて配置した表面４ａを有する円環板状のベース部材４１を有する。本実施形態のベース部材４１は、第１の実施形態のベース部材４とは異なり、長筒２２に相当する構成を有していない。代わりに、ベース部材４は、その裏面４ｂ側で貫通孔２３の周りに、複数枚の放熱フィン２４の一部をそれぞれ受け入れる複数の溝４２を有する。また、ベース部材４１の外周縁はカバー部材１４の内面まで達している。つまり、本実施形態のＬＥＤ電球２００は、第１の実施形態の透明部材１２に相当する構成も有していない。

【0023】

ベース部材４１の表面４ａには、複数個の発光素子１を実装した円環状の基板２を収容配置するための凹部４３が設けられている。凹部４３の外径は基板２の外径より僅かに大きい。そして、凹部４３の外周縁と基板２の外周縁との間の円環状の隙間には、光学レンズ４４の外周縁からベース部材４１に向けて突出した円筒部分４５が挿入配置される。

【0024】

光学レンズ４４は、発光素子１に対向した入射面４６、入射面４６の内縁から連続した湾曲面４７、および入射面４６の外縁および湾曲面４７の外縁をつなげた射出面４８を有する。射出面４８は、内側に屈曲した形状をしている。湾曲面４７と射出面４８の境界部分４９ａで、光学レンズ４４は、カバー部材１４の内面に接触している。

【0025】

筒部材５１は、略円筒形であり、その一端（図中上端）が、貫通孔２３の周りでベース部材４１の表面４ａに当接している。筒部材５１の内面は、その他端（図中下端）側に向けて拡開している。筒部材５１の外面には、円弧状に湾曲して凹んだ環状のミラー面５２（反射面）が設けられている。ミラー面５２の湾曲の中心は光学レンズ４４の入射面４６と湾曲面４７との間の境界部分４９ｂである。光学レンズ４４の湾曲面４７と筒部材５１のミラー面５２との間にはギャップが設けられている。つまり、光学レンズ４４と筒部材５１は接触していない。これにより、光学レンズ４４と筒部材５１が熱的に分離され、光学レンズ４４の昇温による劣化を防ぐことができる。ただし、構成はこの限りではなく、光学レンズ４４と筒部材５１は接していてもよい。接している場合は、光学レンズ４４をしっかりと固定することが可能となる。

【0026】

カバー部材１４は、図中下端近くの中央部に、筒部材５１の内面とつながる傾斜面１５ａを有する折り返し部１５を有する。折り返し部１５の先端縁は、筒部材５１の他端（図中下端）に当接している。つまり、カバー部材１４の内面の一部、折り返し部１５の内面、筒部材５１の外面、およびベース部材４１の表面４ａで囲まれた空間に光学レンズ４４と発光素子１が配置されている。これにより、本実施形態でも、発光素子１が、筒部材５１の内側を通して導入される外気に触れることがない。

【0027】

本実施形態のＬＥＤ電球２００は、ベース部材の長筒を有していないため、折り返し部１５および筒部材５１を介してベース部材４１の貫通孔２３に導かれた外気は、複数枚の放熱フィン２４に接触して流れる。そして、複数枚の放熱フィン２４の間を流れた外気が、電極部１６の球面とカバー部材１４の一端（図中上端）との間の円環状の開口部２７を通して排気される。

【0028】

なお、複数枚の放熱フィン２４と電源部１６の間には、連結ボルト６１が設けられている。この連結ボルト６１は、カバー部材１４を電源部１６に対して回転させることで電源部１６と放熱フィン２４を締結するものである。このため、連結ボルト６１のネジの方向は、口金１８のネジの方向と同じ方向に設計されている。これにより、ＬＥＤ電球２００を図示しないソケットに螺合して取り付ける際に、電源部１６と管球が分離する不具合を生じることがない。

【0029】

以下、上述した第１および第２の実施形態のＬＥＤ電球１００、２００における機能や効果についてより詳細に説明する。なお、以下の説明では、各実施形態に固有の機能や効果について説明する場合を除いて、２つの実施形態に共通の機能および効果として説明する。

【0030】

光学レンズ６は、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）やＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ−ｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等の透過率の高い物質で構成され、指向性の高い発光素子１から射出される光を広配光にする。光学レンズ６は、回転対称形であってもよく、また、その回転対称軸が管軸と一致していてもよい。光学レンズ６が複数存在することもあり得る。発光素子１は環状に複数個配置されてもよい。お互いの色温度が異なる発光素子１を複数用いれば、調光機能を持たせることができ、ＬＥＤ電球１００の発光色を変えることもできる。

【0031】

仮に、発光素子１としてＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ：表面実装）タイプのＬＥＤを用い、それを環状に複数個配置すると、光学レンズ６の管軸に沿った高さはＬＥＤ発光面の寸法に比例する。一般的なＬＥＤの一辺の長さは１．５ｍｍであるが、この場合、光学レンズ６の高さは約９ｍｍで設計可能である。市販されているＥ２６型のＬＥＤ電球のレンズ高さは３０〜５０ｍｍが殆どであるため、本実施形態によれば、発光部の管軸方向の寸法を小さくでき、より多くの領域を放熱のために利用できる。

【0032】

第２の実施形態の光学レンズ６は、湾曲面４７で規定される空洞と、この空洞を囲うように配置された射出面４６と、発光素子１に対向する入射面４６を備え、入射面４６上の第１の点Ｐ１から、湾曲面４７上の第２の点Ｐ２に引いた直線と、第２の点Ｐ２における法線の成す角度θについて、
ｓｉｎθ＞１／ｎ
ｎ：レンズを構成する材料の屈折率
の関係を満たすことで、湾曲面４７に到達する光を光の吸収ロスがない全反射によって射出面４８に導く。つまり、発光素子１から発せられる光を、光学レンズ６の側面方向に効率よく導き、外部に射出させる。以上より、高効率で広配光な光学レンズ６を提供できる。

【0033】

さらに、光学レンズ６の射出面４８に内側に屈曲した部分を設けることで、屈曲した面に入射する光束は広い範囲に屈折透過されて射出されるため、さらに広配光化が可能となる。或いは、光学レンズ６に射出面を設けずに、光学レンズ６をカバー部材１４の内面と一体にすることで、カバー部材１４との間の空気の層を無くすことができ、反射ロスを低減できる。このとき、カバー部材１４は曲率一定な領域を持つ面で構成されるため、光学レンズ６の射出面を曲率一定面にする、と言い換えることもできる。

【0034】

光学レンズ６の湾曲面４７は、光を全反射させるだけではなく、それと同時に貫通孔２３に空気を良好に流通させることが可能な流線形状になっている。つまり、光学レンズ６は、配光制御とともに、放熱特性の向上の機能も合わせ持つ。

【0035】

ベース部材４（４１）と基板２の間に放熱グリスや熱伝導性両面テープ等のＴＩＭ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）を設けることで接触熱抵抗を低減することもできる。ベース部材４（４１）は、アルミ等の熱伝導率が高い物質で形成されている。基板２をベース部材４（４１）と別体にすることで、基板２に発光素子１を実装し、ベース部材４（４１）に複雑な形状の機械加工を施すことができる。基板２は、ねじ止め等によりベース部材４（４１）に固定される。

【0036】

筒部材１０（５１）は、ベース部材４（４１）の表面４ａに熱的に接続される。筒部材１０（５１）は、光学レンズ６に対して、線または点で接触してもよい。筒部材１０（５１）の断面は円筒型や多角形型等、様々な形状が考えられる。筒部材１０（５１）を空気の流入側に設けることで、ＬＥＤ電球１００（２００）の内側に放熱面を設けることができる。また、第１の実施形態では、ベース部材４の長筒２２の内面も放熱面として機能する。

【0037】

また、筒部材１０（５１）を金属やセラミック等の比較的熱伝導率の高い部材で形成することで、空気の流入口付近の温度を高くすることができる。それにより、煙突効果により空気が流入しやすくなる。また、第１の実施形態のように、光学レンズ６の一部が空気の流入口に露出している場合、この部分を湾曲させることで、流入口での圧力損失を低減できる。この曲面は、発光素子１から発せられた光を、全反射して光学レンズ６の内部に導光させる効果もある。これにより、光を広配光に導くことが可能となる。

【0038】

図３に示す第２の実施形態のように、筒部材５１の外壁にミラー面５２を設けることで、ミラー面５２に向かう光を効率よく光学レンズ４４の湾曲面４７に入射させることができる。仮に、ミラー面５２の曲率の中心にある光学レンズ４４の境界部分４９ｂから光線が射出されたと仮定すると、この光線は全て境界部分４９ｂに戻る。この点から考えると、境界部分４９ｂより図中上方から射出された光線は、ミラー面５２によって、光学レンズ４４の湾曲面４７に向けて反射される。これにより、広配光が実現できる。

【0039】

また、見方を変えると、ミラー面５２の曲率の中心を、光学レンズ４４の湾曲面４７上の点で、発光素子１に最も近い点（すなわち、境界部分４９ｂ）とすることで、発光素子１から射出された光がミラー面５２によって発光素子１へ戻される成分を０に出来る。これにより、発光効率を高めることができる。

【0040】

また、管球の内部に外気を流す流路が長いほど、煙突効果により放熱性能向上が見込める。煙突効果の駆動力である流入口内外の圧力差ΔＰは、以下の式で表せられる。

【数1】

【0041】

ここで、ρ：密度、Ｔ：温度、ｇ：重力加速度、ｈ：煙突高さ、添え字ｏ：外部、添え字ｉ：内部、である。外部との温度差が大きいほど、または、煙突が長いほど、駆動力は大きくなるため、効果が期待できる。

【0042】

カバー部材１４は、ベース部材４（４１）、筒部材１０（５１）、発光素子１、放熱フィン２４を内包し、かつ管軸を中心とした回転体の形状を有する。また、カバー部材１４は、球形状であったり円筒形状、多角形形状であったりと、様々な形状でもよい。さらに、カバー部材１４の一部が立体角２［Ｓｒ］以上である球形状を有していてもよい。

【0043】

第１の実施形態のように透明部材１２を設ける場合には、透明部材１２をカバー部材１４と一体に成型してもよい。透明部材１２は、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）やＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ−ｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等の透過率の高い物質で構成されることが望ましい。しかし、発光素子１から射出される光は、光学レンズ６により配光されるため、カバー部材１４は、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＭＭＡ、ガラスなどの屈折率が十分高い素材でなくともよい。例えば、カバー部材１４の材料として、和紙などの紙やタコ糸等の多孔体を用いてもよく、用途に合わせたデザインを用いることができる。

【0044】

また、ＬＥＤ電球１００（２００）の放熱性を高めるため、光学レンズ６（４４）から射出される光の１／２配光角の範囲外にある部材を金属やセラミック等の熱伝導率が高い素材や、放射率が高い素材にすることができ、放熱性能をさらに向上させることができる。

【0045】

第１の実施形態のように、光学レンズ６の射出面３３にカバー部材１４と接触しない段部２６を設けることで、射出面３３から射出される光の一部を段部２６を介してカバー部材１４の内面に照射できる。これにより、カバー部材１４の端面から導光させる光の他に、カバー部材１４に直接入射しない光を射出でき、器具効率を向上させることができる。つまり、この場合、カバー部材１４を導光する光の吸収や反射を減らすことができ、吸収ロスや反射ロスを少なくでき、ＬＥＤ電球１００の発光効率を向上させることができる。

【0046】

また、上述した各実施形態のように、発光素子１を、ベース部材４（４１）、光学レンズ６、カバー部材１４、筒部材１０（５１）などで覆う構造とすることで、発光素子１に外気が接触することを防止でき、埃等の侵入を防ぐことができる。また、例えば、図４に示すように、光学レンズ６の射出面３３と反射凹面３４との間の境界部分４９ｃをベース板２１の表面４ａに接触させることでも、発光素子１、光学レンズ６の反射凹面３４、および入射面３２を外気に触れないようにすることもできる。

【0047】

第１の実施形態のように、光学レンズ６から射出される光の１／２配光角の範囲にベース部材４や放熱フィン２４を設けない工夫をすることにより、高い器具効率を達成することができる。つまり、第１の実施形態では、ベース板２１の外周縁とカバー部材１４との間に透明部材１２を配置することで、光学レンズ６から射出された光の略全てをカバー部材１４に導くことができる。

【0048】

また、この構成により、ベース部材４（４１）を境界に、口金１８側に放熱機能を持たせて、発光素子１側に発光機能を持たせることができ、熱と光の領域を分離でき、放熱性能および発光性能を両立する上でのトレードオフの問題を解消することができる。これにより、放熱フィン２４が光の遮蔽物とならないため、フィン形状を複雑化することができ、設計の自由度を高めることができる。

【0049】

放熱フィン２４は、アルミ等の熱伝導率が高い物質で構成される。放熱フィン２４の表面を鏡面にすることで反射率を高めることも可能である。または、放熱フィン２４の表面を塗装することにより放射率を高めることも可能である。放熱フィン２４に穴等を形成することも可能である。これにより、管軸を水平にした姿勢でＬＥＤ電球１００（２００）を取り付けた場合であっても、自然対流により上昇した空気を放熱フィン２４に設けた空隙に通過させることができ、放熱性能の低下を防ぐことができる。放熱フィン２４は様々な形状が考えられ、放射状に扁平な放熱フィン２４が配置されるとは限らない。

【0050】

また、放熱フィン２４に回転機構を設けて、強制空冷にすることも可能である。例えば、ＬＥＤ電球１００（２００）の内部に管軸に沿った回転軸を配置し、この回転軸に対して複数枚の放熱フィン２４を回転可能、或いは管軸とともに複数枚の放熱フィン２４を回転可能にすることで、管球内部に空気の速い流れを形成し、放熱フィン２４を効率よく放熱することができる。また、管球内部の空気の質量流量を多くすることで、放熱フィン２４近傍の空気の温度を下げることができる。或いは、排気側の開口部２７の近くにファンなどの回転体を設けてもよく、強制排気の機能を付加することでも、放熱フィン２４による放熱量を増加させることができる。また、回転体自体をアルミなどの熱伝導率が高い材料で形成することで、回転体からの放熱量を多くすることもできる。

【0051】

ここで、比較例として、従来のＬＥＤ電球の一例を図１０に示す。この比較例のＬＥＤ電球では、ＬＥＤ１０１での発熱の殆どを熱伝導により基板１０２およびベース１０３を介して放熱体１０５に伝え、そこから自然対流および輻射で環境中に放熱している。なお、図１０において、符号１０４はカバーを示し、符号１０８は電源部を示し、符号１０９は口金を示す。この比較例においては、熱伝導性を良くするためにベース１０３、放熱体１０５は熱伝導率の高い金属またはセラミックを使用する。さらに放熱体１０５の表面積の拡大（フィン構造）による自然対流による熱伝達量の増加や、特殊なコーティングによる放射率の向上で輻射熱の伝達量の増加を図っている。

【0052】

これに対して、本実施形態では、カバー部材１４の内部で放熱を行うことが可能であるため、金属やセラミックを露出することなく要求された放熱性能を小型で達成することが可能である。したがって、比較例の放熱体１０５のような部位は必要なく、白熱電球のフォルムにより近づけることが可能である。

【0053】

電源部１６は、図示しない電源ケースや電源回路を有し、光学レンズ６から射出される光の１／２配光角の範囲外に設置される。電源回路は電源ケースに内包され、電源ケースは外部から電流を取り込む口金１８と接続される。電源回路の熱を電源ケースへ伝えるために、樹脂や熱伝導グリスを電源ケース内に充填することも可能である。電源部１６と、ベース部材４（４１）、放熱フィン２４、筒部材１０（５１）、あるいはカバー部材１４と、の接触を極力避けることにより、発光素子１の発熱の影響が電源回路に影響しないようにすることが好ましい。さらに、電源ケースの形状を電源回路の形状に沿うように成形することで、カバー部材１４の内部の空気が流出、流入しやすいようにすることが可能である。

【0054】

また、上述した各実施形態において、樹脂により形成した部品と、金属等の線膨張率が著しく異なる部品と、の間にＯリングやシリコン等の弾性体を挟むことにより、熱応力を低減させることができる。

【0055】

以上説明したように、第１および第２の実施形態によれば、発光素子１に対する防塵を確保した上で、出力を大きくすることができるとともに、高い発光効率を維持することができ、器具のサイズが大きくなるのを抑制することができる、ＬＥＤ電球を提供することが可能となる。

【0056】

（変形例）
以下、上述した実施形態の変形例について説明する。
図５に示す第１の変形例では、カバー部材１４に複数の通気開口７１を設けた。これにより、管球内部を流れる空気の量（流入量および流出量）を増加することができる。通気開口７１の位置、大きさ、個数などはこれに限定されない。放熱フィン２４の近傍を開口することで内部構造を目視しにくくし、デザイン性を維持した上で、放熱性能を向上させることができる。なお、図５に示す例では、電源部１６側のカバー部材１４の端部の近くに通気開口７１を設けたため、カバー部材１４の端部を電源部１６のフランジ部１６ａまで延ばすことができ、外観を良好にできる。

【0057】

また、図６に示す第２の変形例のように、カバー部材１４にスリット状の複数の細長い通気開口７２を設けることにより、ＬＥＤ電球の内部構造をより見え難くすることができる。この際、通気開口７２を放熱フィン２４の近傍に設けることで、放熱性能を向上させることもできる。

【0058】

上述した第１および第２の実施形態では、カバー部材１４の中心を開口させて外気を導入するようにしたが、図７に示す第３の変形例のように、カバー部材１４の中央に大きな開口部を設ける代わりに多数の孔７３を設けて、外気を導入するようにしてもよい。この場合、カバー部材１４の内部へ虫等が侵入する不具合を防止することができる。

【0059】

また、図８に示すように、複数枚の放熱フィン２４をカバー部材１４の内面に接触させることで、カバー部材１４に放熱フィン２４の熱を伝えることができ、放熱性能を向上させることができる。あるいは、図９に示すように、カバー部材１４と放熱フィン２４の間に隙間を設けることで、カバー部材１４の外側から放熱フィン２４の影を見え難くすることができる。

【0060】

また、図１１に示すように、第２の実施形態のＬＥＤ電球２００のベース部材４１の代わりに、長筒２２を有する構成を採用しても良い。この場合、複数枚の放熱フィン２４の端縁を受け入れる複数のスリット２２ａを長筒２２に設けても良い。また、図１３に示すように、複数枚の放熱フィン２４の他の端縁を受け入れる複数のスリット２１ａをベース板２１に設けても良い。いずれの構成も、接触熱抵抗を減少させることができ、放熱フィン２４の熱をベース部材に良好に伝える機能を提供できる。さらに、上記のように、ベース部材に放熱フィン２４を取り付けるためのスリット２１ａ、２２ａを設けることで、組立性を良好にできる。図１２に示すように、カバー部材１４を管軸方向に分割することで、組立性を良好にできる。

【0061】

以上述べた少なくともひとつの実施形態の照明装置によれば、ベース部材４（４１）の表面４ａ側に発光素子１を設けるとともにベース部材４（４１）の裏面４ｂ側に放熱構造２２、２４を設けたため、発光効率を高めることができ、放熱性を良好にできる。

【0062】

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。

【0063】

例えば、上述した実施形態では、カバー部材１４側に設けた開口部２５を介して外気を導入して反対側の開口部２７を介して排気する例について説明したが、これに限らず、ＬＥＤ電球１００（２００）を逆さにして取り付けた場合には、空気の流れは逆になる。つまり、この場合、口金１８側の開口部２７を介して導入した外気をカバー部材１４側の開口部２５を介して排気することになる。いずれの場合であっても、発光性能を低下させることなく、十分な放熱を可能にする。
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］
発光素子と、
この発光素子を保持した第１面、この第１面と反対の第２面、および上記第１面と上記第２面を連絡した貫通孔を有するベース部材と、
このベース部材の上記第１面側で上記発光素子に対向して配置され、上記貫通孔に外気を導入するための通風路を有する光学レンズと、
上記ベース部材の上記第２面側で上記ベース部材に熱的に接触して配置され、上記通風路および上記貫通孔を介して導入される外気に接触して熱交換する放熱部材と、
を有する照明装置。
［２］
上記光学レンズの上記通風路内に配置されて上記ベース部材の上記貫通孔を囲むように上記ベース部材の上記第１面に接触した筒部材をさらに有する、
［１］の照明装置。
［３］
上記筒部材は、上記光学レンズの上記通風路の内面に接触して配置される、
［２］の照明装置。
［４］
上記筒部材は、上記光学レンズに隙間を介して対向した反射面を有する、
［２］の照明装置。
［５］
上記通風路を介して導入される外気を上記発光素子に接触させないように上記貫通孔へ導くための筒部材をさらに有する、
［１］の照明装置。
［６］
上記光学レンズは、回転対称形である、
［１］乃至［５］のいずれかの照明装置。
［７］
前記光学レンズは、
湾曲面で規定される空洞と、
前記空洞を囲うように配置された射出面と、
前記発光素子に対向する入射面と、を備え、
前記入射面上の第１の点から、前記湾曲面上の第２の点に引いた直線と、前記第２の点における法線の成す角度θについて、
ｓｉｎθ＞１／ｎ
ｎ：レンズを構成する材料の屈折率
の関係を満たすことを特徴とする［６］の照明装置。
［８］
前記光学レンズの前記射出面は、段部を有することを特徴とする［７］の照明装置。
［９］
前記光学レンズの前記射出面は、曲率一定面であることを特徴とする［７］または［８］の照明装置。
［１０］
前記光学レンズの上記通風路の中心軸が回転対称の対称軸と一致していることを特徴とする［６］乃至［９］のいずれかの照明装置。
［１１］
前記筒部材は、ミラー面を有し、
前記ミラー面の断面は、前記光学レンズの湾曲面上の点のうち前記発光素子に最も近い第３の点を中心とする円弧となる、
ことを特徴とする［７］乃至［１０］記載の照明装置。
［１２］
前記ベース部材と前記発光素子を内包するカバー部材をさらに備え、
前記カバー部材は、前記光学レンズの上記通風路を前記カバー部材の外の空間と連通させる開口部を有する、
ことを特徴とする［１］乃至［１１］記載の照明装置。
［１３］
上記放熱部材は、上記ベース部材の上記第２面に熱的に接続された放熱フィンを備えることを特徴とする［１］乃至［１２］記載の照明装置。
［１４］
上記ベース部材の上記第２面側に位置し、外部から電力を取り込む口金と、
上記口金と接続された電源と、
を備えた［１］乃至［１３］記載の照明装置。
［１５］
上記ベース部材と上記カバー部材が光を透過する部材で接続されていることを特徴とする［１２］乃至［１４］記載の照明装置。
［１６］
上記光学レンズの外縁が上記ベース部材の上記第１面と接触することを特徴とする［１］乃至［１５］記載の照明装置。

【符号の説明】

【0064】

１…発光素子、２…基板、４…ベース部材、４ａ…表面、４ｂ…裏面、６…光学レンズ、８…放熱部材、１０…筒部材、２１…ベース板、２２…長筒、２３…貫通孔、２４…放熱フィン、２５、２７…開口部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】