JP3203081U - 電球形ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性が良く、より安全性の高い新型の電球形ＬＥＤランプを提供する。【解決手段】グローブと、ヒートシンクと、光源プレート５と、駆動電源２と、金属キャップ４とを備え、光源プレート５は基板５０１とＬＥＤ光源５０２とを有し、グローブは複数の通気孔３０３、３０４を有し、ヒートシンクの内部は放熱通路を有し、放熱通路と通気孔３０３、３０４により一つの対流経路が形成される。本考案は、電球形ランプの内部に煙突のような一つの対流経路を形成することにより、放熱効果を向上することができる。特に、本考案は「光と熱との経路分離」という斬新的な技術方案を提供した。すなわち、ヒートシンク内部に放熱するための煙突効果を構成し、ヒートシンクの外部に発光するための光源プレート５を設置し、発光と放熱とが電球形ランプの異なるエリアで実現される技術方案を提供した。【選択図】図５

Description

本考案は電球形ＬＥＤランプに関する。

電球形ＬＥＤランプは、長寿命、小型、及び省エネであるため、白熱電球に代替するものとして市場では広く使用されている。しかしながら、ＬＥＤ光源は大量の熱が発生することから、光源の性能及び寿命に直接影響を与える。温度が高いほど、性能が低くなり、寿命が短くなる。電球形ＬＥＤランプは小型であるため、電球形ＬＥＤランプからの熱が放熱し難い。このため、ＬＥＤ照明器具の放熱は当業者が注目するいくつかの核心課題の一つである。この課題をうまく対応できないと、程度が軽い場合は光出力が低下することになり、程度が重い場合はランプ全体が壊れてしまう恐れがあり、照明器具の寿命が大幅に短くなる。放熱性課題を解決するため、一般的には、光源のヒートシンクに熱伝導率の良い金属部材を使用するとともに、体積を大きくして、金属部材をグローブの外側に配置し大気に露出させることで、熱がヒートシンクの外部に伝導され、外部への放射と対流により放熱される。しかし、このように放熱問題が解決されるが、金属製のヒートシンクが外部に露出しているため、人が容易に金属部材を触れるので、金属が導体であることから感電事故を起こし易い。また、金属部材は高圧試験にクリアすることが難しいため、電源を隔離する必要があり、コストが上がるだけではなく、電源の安全性及び一致性への要求も厳しくなる。

また、金属部材と接触することによる感電事故を防ぐため、アルミニウムがプラスチックで被覆されるように放熱ケースを製造するメーカが少なくない。しかし、アルミニウムがプラスチックに覆われると、熱伝導性能が低くなるため、熱が内部のアルミ合金部分からプラスチックの外部に伝導され難く、放熱され難い。高ルーメンで発熱量の多い電球形ＬＥＤランプにとって、ＬＥＤ光源の温度を下げることが難しい。

また、ＬＥＤ光源の導電面を配慮しながら熱伝導性能を実現するように、グローブを絶縁体にして、ＬＥＤ基板の面積を大きくするメーカもある。ウィーチャット（ＷｅＣｈａｔ）の「中国ＬＥＤオンライン」には、グローブをプラスチック絶縁材料にした電球形ＬＥＤランプに関する文献が公開されている（図１及び図２に示す）。当該電球形ＬＥＤランプは、さらに頂部と底部に開孔が設けられ、２枚の面積が大きめのＬＥＤ基板が垂直に交差するように内部に取り付けられ、ＬＥＤ駆動電源がそのうち１枚のＬＥＤ基板の底部に集積されている。このように、グローブによりＬＥＤ駆動電源が隔離され、内部のＬＥＤによる熱が基板に伝導され、グローブと基板により構成される対流経路を介して熱が外部に放熱される。基板は垂直に取り付けられているため、ＬＥＤ光源からの光が外周に向けて放出することで、配光角を広げる目的も実現できる。上述したＬＥＤランプは、放熱の問題を解決するためには、基板を大きくする必要がある。しかし、基板が大きくなると、グローブの内部との距離が接触するくらい小さくなるため、白熱電球に比べ、照明効果に大きな差が生じる。電球形ＬＥＤランプが点灯した状態で、視覚上で断続的な暗い斑が見えるほか、ＬＥＤ光源からの光の大部分は、直接グローブの内壁に照射するのではなく、基板に照射して、反射された光がグローブの内壁に到達するので、光束のロスが生じる。また、基板を放熱体として利用しているので、基板の面積の増大によりコストが上がる。これだけではなく、形成された対流経路はグローブの内部空間の全体となり、空間が大きすぎると、内部で対流する空気の流れ速度の増加効果が小さい。また、内部に金属製のヒートシンクがないため、基板のみで熱を伝導し、グローブ上下の孔を介して対流することにより外部に放出することになる。この場合、基板の熱伝導率が低いため、グローブにおける対流用の孔を大きくして、上部開孔の面積を６３４ｍｍ^２に、下部開孔の面積を１５００ｍｍ^２にする必要があるので、人がグローブ内部の帯電部位に触れ易く、感電する恐れがある。

本考案は、従来の技術課題に鑑みてなされたものであり、放熱性が良く、より安全性の高い新型の電球形ＬＥＤランプを提供することを目的とする。

本考案は電球形ＬＥＤランプを提供し、当該電球形ＬＥＤランプは、グローブと、ヒートシンクと、光源プレートと、駆動電源と、金属キャップとを備え、前記光源プレートは、基板とＬＥＤ光源とを有し、前記光源プレートは、前記ヒートシンクの外面に貼り付けられ、前記ヒートシンクは、前記グローブの内部に位置し、前記金属キャップと接触し、前記グローブは、複数の通気孔を有し、前記ヒートシンクの内部は一つの放熱通路を有し、前記放熱通路と前記複数の通気孔により一つの対流経路が形成される。

また、好ましくは、前記グローブの複数の通気孔は少なくとも一つの頂部通気孔を含み、前記ＬＥＤ光源からの熱が前記放熱通路を通して、前記頂部通気孔から対流放熱される。さらに、好ましくは、前記グローブは少なくとも一つの底部通気孔を含み、外気が前記底部通気孔から流れ込み、前記放熱通路を介して、頂部通気孔から放出される。

その他の好ましい実施の形態において、前記底部通気孔の開孔面積は前記頂部通気孔の開孔面積より大きい。また、好ましくは、前記頂部通気孔の開孔面積は１００ｍｍ^２〜５００ｍｍ^２である。また、好ましくは、前記底部通気孔の開孔面積は２００ｍｍ^２〜１２００ｍｍ^２である。

本考案が提供した電球形ＬＥＤランプによれば、好ましくは、前記ヒートシンクは管状であり、内面と外面とを有し、前記ヒートシンクの外面上に前記光源プレートが取り付けられ、前記ヒートシンクの内面により前記放熱通路が構成される。

本考案が提供した電球形ＬＥＤランプによれば、放熱效果をさらに向上するため、好ましくは、前記グローブはさらに頂部通気孔を囲んでグローブ内部に延伸する一つの頂部導通路を有する。これにより、下部から上部に向けて、グローブの底部通気孔と、ヒートシンク内部放熱通路と、グローブの頂部導通路と、グローブ頂部通気孔とを通る一つの対流経路が形成される。このように、空気がグローブ底部または頂部の通気孔から流れ込み、ヒートシンクの内部通路とグローブ内の頂部導通路を介して、グローブ底部または頂部の通気孔から放出される内部対流経路が形成されることにより、煙突効果のように、空気の対流により空気の流れが速くなるので、対流の効果が向上され、熱が効率的に外部に放出されるといった有益な効果が実現される。

本考案が提供した電球形ＬＥＤランプによれば、好ましくは、前記ヒートシンクの放熱通路下部截面積は放熱通路上部截面積より大きい。その他の好ましい実施の形態において、前記ヒートシンクの下部は円柱体であり、前記ヒートシンクの上部は角錐台形である。前記ヒートシンクの上部と下部の縦方向における高さの比は１〜５：１であってもよく、好ましくは１．５〜２．５：１である。前記角錐台の形状は、錐台面から軸線方向に沿って見た場合、錐台面の断面は多角形である。好ましくは、前記錐台の断面は三角形、四角形、五角形、六角形またはこれより多い多角形である。つまり、前記角錐台の形状は、頂点を含む縮小する錐体部分が取り除かれた三角錐体、四角錐体、五角錐体、六角錐体、または多角錐体であってもよい。その他の実施の形態において、前記ヒートシンクの上部は円錐台であり、この場合の光源プレートは湾曲可能なまたは可撓性のある光源プレートを用いてもよい。また、好ましくは、前記光源プレートはヒートシンク上部の外面に取り付けられる。前記ヒートシンク上部の外面は複数の平面であり、前記複数の平面と縦方向のなす角は０°〜９０°である。好ましくは、前記角は１０°〜３０°であり、１５°がより好ましい。これにより、複数の光源プレートがヒートシンク上部の外面に取り付けられるため、複数のＬＥＤ光源プレート上のＬＥＤ光源からの光が円周の全方向に照射するだけではなく、ヒートシンク上部の複数の平面と縦方向との間に角度が形成されることで、ＬＥＤ光源からの光が縦方向へ照射する角度が調整されるので、反射カップまたはレンズを使用しない場合においても、電球形ＬＥＤランプが立体空間における発光は基準レベルを満たし、または超えることができ、均一の照度分布が得られることにより、明るさにおける明暗の斑現象も生じないといった有益な効果がある。ヒートシンク上部の複数の平面と縦方向のなす角が０°である場合、ＬＥＤ光源は縦方向と直交する方向に光を照射するので、照度を均一にすることができる。なす角が９０°である場合、ＬＥＤ光源が垂直の上方に光を照射するので、照度の均一度を調整し難いため、２種類の反射カップと組み合わせて配光する形態を用いてもよいが、これに限定されない。

本考案が提供した電球形ＬＥＤランプによれば、前記駆動電源は前記グローブの底部に位置し、入力リード線により、前記金属キャップに電気接続されるとともに、出力リード線により、前記光源プレートに電気接続される。このような接続方式により、電流が金属キャップを介して駆動電源の入力リード線に導通され、駆動電源により変圧されて光源プレートに流れ込み、光源プレート上のＬＥＤ光源を点灯させる。

本考案が提供した電球形ＬＥＤランプによれば、前記グローブは縦方向に対称に分かれる二つの部分からなり、二つの部分を組み合わせることで前記グローブが構成される。前記グローブのメイン材料はプラスチックである。

本考案が提供した電球形ＬＥＤランプによれば、前記ヒートシンクは前記グローブの内部に位置し、前記ヒートシンクの頂部とグローブの内壁とは一定の間隔を有する。好ましくは５ｍｍ〜３０ｍｍであるが、１８ｍｍ〜２２ｍｍがより好ましい。また、好ましくは、前記ＬＥＤ基板が前記ヒートシンク上部の外面、つまり前記角錐台の平面部分に取り付けられる。これにより、照明効果が白熱電球に近いため、電球形ＬＥＤランプが点灯する状態において、視覚上に断続的な斑現象が生じることなく、ＬＥＤ光源からの光がグローブの内壁に直接照射するので、ヒートシンクに照射してグローブの内壁に反射することによる光束のロスも生じないといった有益な効果がある。

本考案が提供した電球形ＬＥＤランプによれば、放熱性能をさらに向上するため、好ましくは、前記ヒートシンクの内部に複数の放熱フィンを有してもよい。例えば、２個〜５０個でもよく、好ましくは３個〜３０個、６個〜２０個がより望ましい。対流経路における空気の流れに影響を与えないように、好ましくは、前記放熱フィンは前記ヒートシンクの軸線と平行する方向に沿って延伸する。これにより、光源プレートがヒートシンクの外面に取り付けられているので、ＬＥＤ光源からの熱がヒートシンクに伝導される。また、本考案に係る電球形ＬＥＤランプの熱が主に対流により放熱されるため、ヒートシンク内部の複数のフィンによって、内部の放熱面積が拡大され、ヒートシンク内部の対流放熱に有利になるという効果がある。

したがって、一つの実施の形態において、本考案は電球形ＬＥＤランプを提供し、当該電球形ＬＥＤランプは、グローブと、ヒートシンクと、光源プレートと、駆動電源と、金属キャップとを備え、前記光源プレートは、基板とＬＥＤ光源とを有する。前記光源プレートは、前記ヒートシンクの外面上に貼り付けられ、前記ヒートシンクは、前記グローブ内部に位置し、前記金属キャップと接触し、前記グローブは、複数の通気孔を有し、前記ヒートシンクの内面にはヒートシンク内部に延伸する放熱フィンを有し、前記ヒートシンクの内面と前記放熱フィンの外面により放熱通路が形成され、前記放熱通路と前記複数の通気孔により一つの対流経路が形成される。

上記の電球形ＬＥＤランプにおいて、前記ヒートシンクは一本の軸線を有し、前記軸線上に前記放熱フィンのエッジまでの距離がゼロである、少なくとも一つの点が存在する。その他の実施の形態において、前記軸線から前記放熱フィンのエッジまでの距離がゼロより大きい。

上記の電球形ＬＥＤランプにおいて、前記ヒートシンクは一本の軸線を有し、前記軸線を法線とする平面と前記軸線とは一つの交点で交差し、前記平面において、前記交点から前記放熱フィンのエッジまでの距離がゼロより大きい。

一つの実施の形態において、前記ヒートシンクは複数の放熱フィンを有し、前記複数の放熱フィンのエッジは、前記平面において、前記交点までの距離は均等である。その他の実施の形態において、前記平面において、前記複数の放熱フィンのエッジの少なくとも一つから前記交点までの距離は、その他の放熱フィンのエッジから前記交点までの距離と異なる。その他の実施の形態において、前記平面において、前記複数の放熱フィンのエッジから前記交点までの距離はそれぞれ異なる。本考案が提供する電球形ＬＥＤランプによれば、好ましくは、前記放熱フィンのエッジは、前記平面において、前記交点までの距離が２ｍｍ〜１２ｍｍである。

本考案が提供した電球形ＬＥＤランプにおいて、前記放熱フィンの電球形ＬＥＤランプ径方向における厚さは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍでもよい。好ましくは、前記放熱フィンの電球形ＬＥＤランプの軸方向における長さが１ｍｍ〜１０ｍｍであるが、３ｍｍ〜７ｍｍがより好ましい。

本考案の技術特徴は、放熱効果を向上させるために、電球形ランプの内部に煙突のような一つの対流経路を形成することである。そのため、電球形ランプの各構成部品の材料、形状、サイズに対し特別な限定がない。また、前記グローブと、ヒートシンクと、光源プレートと、駆動電源と、金属キャップとは、いずれも本分野の慣用材料を用いてもよい。

好ましくは、前記グローブの材料はプラスチックであり、色は全透明で、全方向拡散でもよく、上部透明で下部拡散でもよい。これにより、プラスチック材料は絶縁材料であるため、人が内部の帯電体に接触することによる感電事故を防止するという効果がある。

前記ヒートシンクの材料は金属でもよく、熱伝導プラスチックまたは熱伝導セラミック等でもよい。金属をヒートシンクの材料とする場合、熱伝導性が優れていることに対し、熱放射性能が劣っているため、好ましくは、金属製のヒートシンクの表面に熱放射効果を強めるコーティング層を形成してもよい。例えば、ヒートシンクの内面及び／またはフィンの表面にアルミナを塗布してもよい。また、光源プレートとヒートシンクの外面に一層のグラフェンをメッキすることにより光源プレートの放熱効果を向上してもよい。その他の好ましい実施の形態において、前記ヒートシンクの材料はアルミニウムであり、表面にアルミナコーティング層を有する。

本考案は、電球形ランプの内部に煙突のような一つの対流経路を形成することにより、放熱効果を向上させることができる。特に、本考案は「光と熱との経路分離」という斬新的な技術方案を提供した。すなわち、ヒートシンク内部に放熱するための煙突効果を構成し、ヒートシンクの外部に発光するための光源プレートを設置し、発光と放熱とを電球形ランプの異なるエリアで実現する技術方案を提供した。このように構成された電球形ＬＥＤランプによれば、均一の照度だけではなく、光束のロスが少なく、放熱効果も著しく改善された。

図１は、従来の電球形ランプの立体構造を示す図である。 図２は、図１に示す電球形ランプの内部の立体構造を示す図である。 図３は、本考案に係る電球形ＬＥＤランプの正面構造を示す図である。 図４は、本考案に係る電球形ＬＥＤランプの断面立体構造を示す図である。 図５は、本考案に係る電球形ＬＥＤランプの分解説明図である。 図６は、本考案に係る電球形ＬＥＤランプのヒートシンクの構造を示す図である。 図７は、本考案に係る電球形ＬＥＤランプのグローブの立体構造を示す図である。 図８は、図３の平面Ａ−Ａにおける断面図である。 図９は、図３の平面Ｂ−Ｂにおける断面図である。 図１０は、図６の角ｂが０°である場合の実施の形態１における構造を示す図である。 図１１は、図１０の実施の形態１における反射カップを示す図である。 図１２は、図６の角ｂが０°である場合の実施の形態２における構造を示す図である。 図１３は、図１２の実施の形態２における反射カップを示す図である。 図１４は、ヒートシンクの軸線から放熱フィンのエッジまでの距離がゼロである場合の実施例を示す模式図である。 図１５は、図３の平面Ｂ−Ｂにおいて、複数の放熱フィンのエッジからヒートシンクの軸線の交点までの距離が全て等しい場合の実施例を示す模式図である。 図１６は、図３の平面Ｂ−Ｂにおいて、複数の放熱フィンの少なくとも一つのエッジからヒートシンクの軸線の交点までの距離がその他の放熱フィンのエッジからヒートシンクの軸線の交点までの距離と異なる場合の実施例を示す模式図である。 図１７は、図３の平面Ｂ−Ｂにおいて、複数の放熱フィンのエッジからヒートシンクの軸線の交点までの距離が全て異なる場合の実施例を示す模式図である。 図１８は、図３の平面Ｂ−Ｂにおいて、複数の仮想円と複数の放熱フィンのエッジと交差する場合の実施例を示す模式図である。

以下、実施の形態に基づいて本考案を詳しく説明する。なお、以下に説明する実施の形態はいずれも本考案を説明するための具体例であり、本考案を限定する主旨ではない。

（実施の形態）
本実施の形態は、本考案に係る電球形ＬＥＤランプを説明するためのものである。

図３〜図５に示すように、本考案に係る電球形ＬＥＤランプは、ヒートシンク１と、駆動電源２と、グローブ３と、金属キャップ（口金）４と、複数の光源プレート５とを備え、ヒートシンク１は、グローブ３の内部に位置し、金属キャップ４と接触する。ヒートシンク１は、ヒートシンク内面１０１とヒートシンク外面１０２とを有し、ヒートシンク内面１０１により一つの放熱通路が囲まれる。グローブ３は、左部分３０１と右部分３０２との二つの部分から構成され、二つの部分を合わせることでグローブ３が組み立てられる。グローブ３は底部通気孔３０３と頂部通気孔３０４とを有する。各光源プレート５は、基板５０１とＬＥＤ光源５０２とからなり、取り付けまたは貼り付けによりヒートシンク外面１０２上に配置されている。駆動電源２は、グローブ３の底部から挿入され、入力リード線により金属キャップ４に電気的に接続される。駆動電源２の出力リード線は、ヒートシンク１の内部を通して頂部から露出してもよく、光源プレート５とヒートシンク１に出力リード線を貫通させるための貫通孔が設けられ、出力リード線が対応する貫通孔を通して光源プレート５に電気的に接続されてもよい。複数の光源プレート５の間は、直列または並列的に電気接続されている。このように、電流が金属キャップ４を介して駆動電源２の入力リード線に流れ、駆動電源２により変圧され光源プレート５に導通されることで、光源プレート５上のＬＥＤ光源５０２を点灯させる。

さらに、本考案に係る電球形ＬＥＤランプにおいて、グローブ３の底部通気孔３０３と、ヒートシンク内面１０１に囲まれる放熱通路と、グローブ内一つの頂部導通路７と、グローブ３の頂部通気孔３０４とにより、一つの対流経路が形成される。図４の矢印方向に示すように、外部空気は、底部通気孔３０３から流れ込み、前記放熱通路を介して、頂部通気孔３０４から放出する。ヒートシンク１の下部１０４は円柱体であり、ヒートシンク１の上部１０３は角錐台である。図４及び図５に示す電球形ＬＥＤランプにおいて、ヒートシンク１の上部１０３は五角錐台であり、つまり、ヒートシンク１の上部１０３の横断面は五角形である。ヒートシンク１の上部１０３と下部１０４は縦方向における高さの比は１〜５：１でもよいが、好ましくは１．５〜２．５：１である。

図４及び図５に示す電球形ＬＥＤランプにおいて、ヒートシンク１の上部１０３と下部１０４は縦方向における高さの比は２：１である。ヒートシンク１内部の放熱通路の下部は均等の円柱形通路でもよい。ヒートシンク１内部の放熱通路の上部は、ヒートシンク１内部の空気の流れを良くするための煙突効果を強化するために、下方が広く、上方が狭い形状の通路構造にしてもよい。本実施の形態において、ヒートシンク１内部の放熱通路の形状はヒートシンク１外部の形状と同じである。

その他の実施の形態において、ヒートシンク１内部の放熱通路の上部及び下部は、いずれも円柱形の通路であってもよい。つまり、ヒートシンク１内部の放熱通路の形状とヒートシンク１外部の形状とは異なってもよい。ヒートシンク１の管壁は異なる厚さを有してもよく、例えば、ヒートシンク１の下部管壁の厚さはヒートシンク１の上部管壁の厚さより大きくてもよい。

グローブ内頂部導通路７の材料は、ＬＥＤ光源から上方に照射する光を遮らないように、可視光について透明な材質であることが望ましく、ＰＣプラスチックまたは光透過率の良い光学基板が用いられてもよく、好ましくは、グローブと同じ材料である。グローブ内頂部導通路７とヒートシンク１との固定方法は、接着、嵌合、または係合としてもよい。グローブ内頂部導通路７とヒートシンク１とを結合する通路の大きさは、放熱通路の大きさより大きくてもよいし、小さくてもよいし、または、等しくてもよい。つまり、放熱通路のグローブ内頂部導通路７に結合されている部分は、グローブ内頂部導通路７内に収容されてもよく、または、グローブ内頂部導通路７の放熱通路に結合されている部分は放熱通路内に収容されてもよい。グローブ内頂部導通路７と放熱通路との相対通路サイズ及び固定方法について、グローブ内頂部導通路７とヒートシンク１との結合が緩まることなく、外部空気が、底部通気孔３０３から流れ込み、前記放熱通路、グローブ内頂部導通路７の順に、頂部通気孔３０４から放出されれば、いずれも本考案の保護範囲に該当する。さらに、図７に示すように、本考案に係る電球形ＬＥＤランプにおいて、グローブ３の頂部通気孔３０４の開孔面積は１００ｍｍ^２〜５００ｍｍ^２であり、好ましくは、１５０ｍｍ^２〜４５０ｍｍ^２である。グローブ３の底部通気孔３０３の開孔面積は２００ｍｍ^２〜１２００ｍｍ^２であり、好ましくは４５０ｍｍ^２〜１０００ｍｍ^２である。図１及び図２に示す電球形ＬＥＤランプに対し、本考案は、通気孔面積が小さく、人がランプの帯電箇所に触れる危険性を回避することができる。

さらに、図４に示すように、ヒートシンク１の材質は金属または熱伝導率の高いプラスチックを用いてもよい。ヒートシンク内面１０１には複数の放熱フィン１０５が設けられることが望ましい。ＬＥＤの光源プレート５はヒートシンク外面１０２上に貼り付けられているため、ＬＥＤ光源５０２から生じる熱がヒートシンク１に伝導される。また、当該電球形ＬＥＤランプからの熱は主に対流により放熱されるので、ヒートシンク１内部の放熱フィン１０５によって内部の放熱面積が大きくすることは、ヒートシンク内面１０１を介する熱の放射及び対流について有利になる。

さらに、図４〜図６に示すように、ＬＥＤの光源プレート５はヒートシンク１の上部１０３の外面に取り付けられているため、複数の平面と縦方向との間に角度を有するように、ヒートシンク１の上部１０３の外周面に均等に並べられている（つまり、ヒートシンク１の上部１０３の断面は角錐台形状となる）。ヒートシンク１の下部１０４は垂直の円柱体であることが望ましい。断面視において、ヒートシンク１の上部１０３の外面とヒートシンク１の下部１０４の外面との間に角ｂが構成され、角ｂの大きさは０°〜９０°であり、好ましくは１０°〜３０°であるが、１５°が最も好ましい角度である。角ｂが０°である場合、ＬＥＤ光源５０２は縦方向に直交する方向に光を照射するので、照度を均一できる。角ｂを大きくすることで、ＬＥＤ光源５０２からの光により上方へ照射する照度を強くすることができる。

その他の実施の形態において、角ｂが９０°である場合、ＬＥＤ光源５０２からの光は縦方向の上方に照射するため、照度を均一に調整することが難しくなる。この場合、配光を実現するように、２種類の反射カップを組み合わせてもよいが、これに限定されない。図１０及び図１１は、第１組み合わせパターンの反射カップ６による配光例を示している。角ｂが９０°である場合、ＬＥＤ光源５０２からの光は縦方向の上方に照射するため、配光を調節するように反射カップ６が取り付けられる。反射カップ６は、ネジによりヒートシンク１上に固定され、外側にＬＥＤ光源５０２からの光を横側に反射させるための反射面を有し、電球形ＬＥＤランプの配光角を１８０°より大きくする。図１２及び図１３は、第２組み合わせパターンの反射カップ６による配光例を示している。人の感電リスクを回避するために、反射カップ６の底部には複数の孔が設けられ、孔の大きさはＬＥＤ光源５０２とほぼ同じ、または若干大きくなっている。孔の深さもＬＥＤ光源５０２とほぼ同じ、または若干深くなっている。また、反射カップ６には掛合部が設けられており、反射カップ６を取り付ける際、反射カップ６の掛合部を光源プレート５の孔とヒートシンク１の孔に挿入してヒートシンク１に引っ掛けることでヒートシンク１に固定する。さらに、図８は、図３の平面Ａ−Ａにおける断面を示す図である。平面Ａ−Ａは、本考案の電球形ＬＥＤランプの横断面において直径が最も大きい部分である。ヒートシンク１はグローブ３の内部に配置され、光源プレート５はヒートシンク１の上部１０３の外面に設けられ、ＬＥＤ光源を遮らないように、ヒートシンク１の上部１０３の外面の高さをＬＥＤ光源の発光面より低くさせる。または、ヒートシンク１の上部１０３の外面の高さは、ＬＥＤ光源の発光面と等しくてもよい。ＬＥＤ光源の粒感による不快感を回避するように、ヒートシンク１の上部１０３の外面とグローブ内壁との間に所定の間隔が設けられ、好ましくは５ｍｍ〜３０ｍｍの間隔であるが、１８ｍｍ〜２２ｍｍが最も望ましい。

光源プレート５の表面には、絶縁保護として放熱し難い誘電層が設けられているため、光源プレート５に生じるＬＥＤ光源からの熱が迅速にヒートシンク１の表面に伝導され放熱されるように、光源プレート５の表面とヒートシンク１の表面とに光透過可能なグラフェンをメッキしてもよい。グラフェンは、炭素原子結合により形成される平面シートであり、１原子の厚さを有する炭素原子の二次元材料である。グラフェンは、世界で最も薄く、強いナノ材料であり、ほぼ完全透明であるため、２．３％の光を吸収することができ、熱伝導率が５３００Ｗ／ｍ・Ｋに達するため、発光ユニットの放熱に非常に適する材料である。

明るさが８００ｌｍ以上に要求される電球形ランプについて、光源プレート５上のＬＥＤ光源５０２は、２８×３５規格の低いパワーのＬＥＤチップを複数配列したものを用いてもよい。チップの間隔は、放熱性を考慮し、５ｍｍ〜１０ｍｍにすれば視覚上の粒感がなくなる。また、３０×３０規格の中程度パワー１ＷのＬＥＤチップを同一の光源プレート５上に２粒配列してもよい。この場合、放熱性を考慮し、チップの間隔を１０ｍｍ以上にするのが好ましい。一つの実施例として、上記光源プレートを６枚用いて、上述した方法でヒートシンク１の上部１０３の外面に取り付け、縦方向となす角が１５°となるように、均等の六面体の円周分布が構成される。理論上、ＬＥＤ光源５０２全体の光束量は１０００ｌｍを超えているが、放熱妨害とユニットによる光吸収作用の影響で、光束量の実際の値は低くなる。しかし、ランプ全体光束の実測値としては８００ｌｍ以上に達する。

さらに、図９は、図３の平面Ｂ−Ｂにおける断面を示す図である。平面Ｂ−Ｂは、ヒートシンク１の底部における横断面である。ヒートシンク１の内部には、放熱面積を大きくして熱がヒートシンク１内部を通して輻射及び対流しやすいように、複数の放熱フィン１０５が設けられていることが好ましい。放熱フィン１０５の数は、例えば、２個〜５０個でもよく、好ましくは３個〜３０個であり、６個〜２０個がさらに望ましい。

図３及び図４に示すように、本考案の電球形ＬＥＤランプは、グローブ３と、ヒートシンク１と、光源プレート５と、駆動電源２と、金属キャップ４とを備え、光源プレート５は基板５０１と、ＬＥＤ光源５０２とを有し、グローブ３は複数の通気孔を有し、ヒートシンク１の内面にはヒートシンク１の内部に延伸する放熱フィン１０５が設けられている。ヒートシンク１の内面と放熱フィン１０５の外面との間には放熱通路が形成され、前記放熱通路と前記通気孔とによって一つの対流経路が構成される。ヒートシンク１は一本の軸線Ｘ−Ｘを有し、軸線Ｘ−Ｘを法線とする平面Ｂ−Ｂは、軸線Ｘ−Ｘと交点９１で交差し、交点９１は放熱通路内に位置する。一つの実施例において、図１４の模式図に示すように、軸線Ｘ−Ｘ上には、放熱フィン１０５のエッジまでの距離がゼロとなる点が少なくとも一つ存在する。本実施の形態では、複数の放熱フィン１０５は一体の一定の形を備える方法で軸線Ｘ−Ｘの交点９１の近くで互いにつながっている。

その他の実施の形態では、図１５〜図１８に示すように、平面Ｂ−Ｂにおける軸線Ｘ−Ｘから放熱フィン１０５のエッジまでの距離がゼロより大きい。図１５に示す例では、平面Ｂ−Ｂ上に、交点９１を円心とし、距離Ｄ１を半径とする仮想円（図１５の点線に示す）が構成されている。ヒートシンク１が少なくとも一つの放熱フィン１０５を有する場合、前記仮想円は放熱フィン１０５のエッジと交差する。ヒートシンク１が複数の放熱フィン１０５を有する場合、複数の放熱フィン１０５のエッジからヒートシンク１の軸線までは、同一の距離Ｄ１を有し、前記仮想円は複数の放熱フィン１０５エッジの全てと交差する。

本考案のその他の実施の形態において、図１６に示すように、ヒートシンク１は複数の放熱フィン１０５を有し、複数の放熱フィン１０５における少なくとも２つの放熱フィン１０５のエッジが、平面Ｂ−Ｂにおいて、ヒートシンク１の軸線Ｘ−Ｘまでの距離Ｄ１と距離Ｄ２とは異なり、距離Ｄ１は距離Ｄ２より小さい。交点９１を円心とし、より短い距離Ｄ１を半径として、平面Ｂ−Ｂに仮想円（図１６の点線に示す）を描画する場合、前記仮想円は距離がＤ２である放熱フィン１０５のエッジと交差しない。

本考案のその他の実施の形態において、図１７に示すように、ヒートシンク１は複数の放熱フィン１０５を有し、複数の放熱フィン１０５のエッジからヒートシンク１の軸線Ｘ−Ｘまでの距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…、Ｄｎ（図にはＤ１、Ｄ２、Ｄ３しか示さず）はいずれも等しくない。距離Ｄ１は距離Ｄ２より小さく、距離Ｄ２は距離Ｄ３より小さい。交点９１を円心とし、最短距離Ｄ１を半径として、平面Ｂ−Ｂに仮想円（図１７の点線示す）を作り、前記仮想円はその他の最短距離Ｄ１より大きい距離のある放熱フィン１０５のエッジと交差しない。

本考案のその他の実施の形態において、ヒートシンク１は複数の放熱フィン１０５を有し、複数の放熱フィン１０５のエッジからヒートシンク１の軸線Ｘ−Ｘまでの距離Ｄ１と、Ｄ２と、Ｄ３とは等しくない。距離Ｄ１は距離Ｄ２より小さく、距離Ｄ２は距離Ｄ３より小さい。交点９１を円心とし、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を半径として、平面Ｂ−Ｂに複数の仮想円（図１８の点線に示す）を作った場合、一部の仮想円は一部の放熱フィン１０５のエッジと交差しないが、一部の仮想円は一部の放熱フィン１０５を通過する。本実施の形態は、図１８に示すように、距離Ｄ１を半径とし、平面Ｂ−Ｂにおいて仮想円を作った場合、距離がＤ１より大きい放熱フィン１０５と交差しない。距離Ｄ２を半径とし、平面Ｂ−Ｂにおいて仮想円を作った場合、距離がＤ２より小さい放熱フィン１０５を通過し、距離がＤ２より大きい放熱フィン１０５と交差しない。距離Ｄ３を半径とし、平面Ｂ−Ｂにおいて仮想円を作った場合、距離がＤ３より大きい放熱フィン１０５を通過する。

さらに、図４及び図６に示すように、ヒートシンク１の形状はほぼ中空円柱体である。放熱通路は、下部が広く、上部が狭い通路構造であってもよい。ヒートシンク１構造体の全体における高さと幅との比は、２．５より大きく、煙突効果を強化する場合は、２．５〜１０が好ましい。市場で最も一般的なＡ１９、Ａ２０、Ａ６７規格の電球形ランプの場合、ヒートシンク１の全体の高さＨは４０ｍｍ〜８０ｍｍであってもよい。このように、下部が広くて上部が狭い構造により煙突効果が向上し、ヒートシンク１内部の空気の流れを良くすることができる。ヒートシンク１の上端は、一つのグローブ内頂部導通路７とつながっており、当該ヒートシンク１内部の熱気が上端に集中すると、グローブ内頂部導通路７を介してグローブの少なくとも一つの頂部通気孔３０４からグローブの外部に放熱される。上述したヒートシンク１の規格及び大きさは本実施の形態における一例であり、保護の範囲を限定する主旨ではない。

図８及び図９に示すように、本実施の形態におけるヒートシンク１の底部内径Ｒは、１０ｍｍ〜１５ｍｍでもよく、すなわち、ヒートシンク１の軸線Ｘ−Ｘからヒートシンク１内面までの距離は、１０ｍｍ〜１５ｍｍでもよい。ヒートシンク１の内部に１２個の放熱フィン１０５が集まって交差しており、１２個の放熱フィン１０５は一例に過ぎない。その他の実施の形態として、異なる数の放熱フィン１０５を用いてもよい。図８及び図９（図８は、図３の平面Ａ−Ａにおける断面図であり、図９は、図３の平面Ｂ−Ｂにおける断面図である）を合わせて参照し、放熱フィン１０５の複数のエッジをつないだ線を円周とする内径ｒの範囲は、０≦ｒ＜１５ｍｍである。すなわち、放熱フィン１０５のエッジからヒートシンク１の軸線の距離は、０と等しい、若しくは０と１５ｍｍの間である（図１４〜図１８の仮想円半径に示す）。底部内径Ｒが１５ｍｍであるヒートシンク１において、内径ｒが０である場合、放熱フィン１０５は軸線Ｘ−Ｘに集まり、内径ｒが１５ｍｍである場合、放熱通路内に放熱フィン１０５が存在しない。したがって、内径ｒの大きさが好ましくはゼロより大きく、２ｍｍ〜１２ｍｍが最も望ましい。内径ｒをゼロより大きくする一つの効果としては、ヒートシンク１の製造過程において、型抜きし易くなる。放熱フィン１０５の長さとヒートシンク１の高さとを合わせて、円柱体空間が形成される。この円柱体空間は、ヒートシンク１内部の熱が輻射及び対流によって放熱するための空間である。図３〜図９に示す実施の形態において、ヒートシンク１の底部から頂部にかけて、ヒートシンク１の内径Ｒは１５ｍｍから１０ｍｍまで徐々に狭まってもよい。ヒートシンク１の底部から頂部まで、放熱フィン１０５による内径ｒは同じであってもよく、異なっていてもよい。つまり、各放熱フィン１０５からヒートシンク１の軸線Ｘ−Ｘに向けて延伸する長さ（つまり、Ｒ−ｒ）は、ヒートシンク１の高さ方向において一定であってもよく、ヒートシンク１の高さ方向に沿って変化していってもよい。例えば、図８及び図９に示す実施の形態において、平面Ｂ−Ｂから平面Ａ−Ａにかけて、放熱フィン１０５による内径ｒはヒートシンク１の内径Ｒの減少にしたがって減少していく。各放熱フィン１０５のヒートシンク１内面に延伸する長さは同じであってもよいし、異なっていてもよい。つまり、各放熱フィン１０５の長さは均等であってもよいし、均等でなくてもよい。各放熱フィン１０５は、ヒートシンク１の内面に沿ってヒートシンク１の軸線と平行する方向において延伸してもよく、ヒートシンク１の内面に沿って螺旋状に延伸してもよい。

（比較例１）
図１及び図２は、従来の電球形ＬＥＤランプを示す図である。当該電球形ＬＥＤランプのグローブ２３は、プラスチックの絶縁材料であり、複数の下部対流孔２３０３と複数の上部対流孔２３０４を有する。２枚の面積が大きめの放熱基板２５０１（面積は約１１５０ｍｍ^２）は、垂直交差して当該電球形ＬＥＤランプの内部に取り付けられている。内部のＬＥＤからの熱は、放熱基板２５０１に伝導され、グローブ２３と放熱基板２５０１により形成される対流経路を介して外部に放熱される。放熱基板２５０１は垂直に取り付けられているため、ＬＥＤ光源２５０２からの光が外周に向けて放出することで、配光角を広げる効果がある。

しかし、放熱問題を解決するには、放熱基板２５０１の面積を大きくする必要がある。しかし、放熱基板２５０１が大きすぎると、グローブ２３内壁との距離が小さくなり、接触する恐れもある。このように実現した照明効果は白熱電球に比べ、大きな差が生じる。電球形ＬＥＤランプが点灯した状態で、視覚上で断続的な暗い斑が見えるほか、ＬＥＤ光源からの光の大部分は、直接グローブの内壁に照射することではなく、基板２５０１に照射して、反射された光がグローブの内壁に到達するので、光束のロスが生じる。

また、基板を放熱体として利用しているので、基板の面積の増大によりコストが上がる。これだけではなく、形成された対流経路はグローブの内部空間の全体となり、空間が大きすぎると、内部で対流する空気の流れ速度の増加効果が小さい。また、内部に独立した金属製のヒートシンクがないため、放熱基板２５０１のみで熱を伝導し、グローブ上下の孔を介して対流することにより外部に放出することになる。この場合、基板の熱伝導率が低いため、グローブ２３における対流孔の面積を大きくして、上部対流孔２３０４の開孔面積が６３４ｍｍ^２に、下部対流孔２３０３の開孔面積を１５００ｍｍ^２にする必要がある。開孔面積の合計は２１３４ｍｍ^２に達するので、人がグローブ内部の帯電部位に触れて、感電する恐れがある。

Claims (26)

1. グローブと、ヒートシンクと、光源プレートと、駆動電源と金属キャップとを備える電球形ＬＥＤランプであって、
   前記光源プレートは、基板とＬＥＤ光源とを有し、
   前記光源プレートは、前記ヒートシンクの外面に貼り付けられ、
   前記ヒートシンクは、前記グローブの内部に位置し、前記金属キャップと接触し、
   前記グローブは、複数の通気孔を有し、
   前記ヒートシンクの内部は一つの放熱通路を有し、前記放熱通路と前記複数の通気孔により一つの対流経路が形成される
   ことを特徴とする電球形ＬＥＤランプ。
2. 前記複数の通気孔は少なくとも一つの頂部通気孔を含み、前記ＬＥＤ光源からの熱が前記放熱通路を通して、前記頂部通気孔から対流放熱される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
3. 前記頂部通気孔の開孔面積は１００ｍｍ^２〜５００ｍｍ^２である
   ことを特徴とする請求項２に記載の電球形ＬＥＤランプ。
4. 前記複数の通気孔は少なくとも一つの底部通気孔を含み、外気は、前記底部通気孔から流れ込み、前記放熱通路を介して、前記頂部通気孔から放出される
   ことを特徴とする請求項２に記載の電球形ＬＥＤランプ。
5. 前記底部通気孔の開孔面積は、前記頂部通気孔の開孔面積より大きい
   ことを特徴とする請求項４に記載の電球形ＬＥＤランプ。
6. 前記底部通気孔の開孔面積は、２００ｍｍ^２〜１２００ｍｍ^２である
   ことを特徴とする請求項４に記載の電球形ＬＥＤランプ。
7. 前記グローブは、さらに、前記グローブの頂部から前記グローブの内部に延伸する一つの頂部導通路を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
8. 前記対流経路は、前記底部通気孔と、前記放熱通路と、前記頂部導通路と、前記頂部通気孔とを通る
   ことを特徴とする請求項７に記載の電球形ＬＥＤランプ。
9. 前記ヒートシンクの高さと幅との比は２．５〜１０である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
10. 前記放熱通路下部の断面積は、前記放熱通路上部の断面積より大きい
    ことを特徴とする請求項１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
11. 前記ヒートシンクの下部の外面は円柱形表面であり、前記ヒートシンクの上部の外面は角錐台形表面である
    ことを特徴とする請求項１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
12. 前記ヒートシンクの上部と前記ヒートシンクの下部とは、縦方向における高さの比が１〜５：１である
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
13. 前記ヒートシンクの上部と前記ヒートシンクの下部とは、縦方向における高さの比が１．５〜２．５：１である
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電球形ＬＥＤランプ。
14. 前記ヒートシンクの上部の外面は、複数の平面であり、前記複数の平面と縦方向のなす角は０°〜９０°である
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
15. 前記角は１０°〜３０°である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の電球形ＬＥＤランプ。
16. 前記角は１５°である
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電球形ＬＥＤランプ。
17. 前記ヒートシンクの上部の外面と前記グローブの壁との間隔は５ｍｍ〜３０ｍｍである
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
18. 前記ヒートシンクの上部の外面と前記グローブの壁との間隔は１８ｍｍ〜２２ｍｍである
    ことを特徴とする請求項１７に記載の電球形ＬＥＤランプ。
19. 前記グローブは、縦方向に対称に分かれる二つの部分からなり、前記二つの部分を組み合わせることで前記グローブが構成される
    ことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の電球形ＬＥＤランプ。
20. 前記ヒートシンクの内部は、さらに、複数の放熱フィンを有する
    ことを特徴とする請求項１９に記載の電球形ＬＥＤランプ。
21. 前記放熱フィンは、前記ヒートシンクの内面から前記放熱通路の中心に延伸し、
    前記ヒートシンクは軸線を有し、前記軸線から前記放熱フィンのエッジまでの距離はゼロより大きい
    ことを特徴とする請求項２０に記載の電球形ＬＥＤランプ。
22. 前記距離は２ｍｍ〜１２ｍｍである
    ことを特徴とする請求項２１に記載の電球形ＬＥＤランプ。
23. 前記放熱フィンは６個〜２０個である
    ことを特徴とする請求項２０に記載の電球形ＬＥＤランプ。
24. 前記放熱フィンは、電球形ＬＥＤランプの径方向における厚さが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである
    ことを特徴とする請求項２０に記載の電球形ＬＥＤランプ。
25. 前記放熱フィンは、電球形ＬＥＤランプの軸方向における長さは１ｍｍ〜１０ｍｍである
    ことを特徴とする請求項２０に記載の電球形ＬＥＤランプ。
26. 前記放熱フィンは、電球形ＬＥＤランプの軸方向における長さは３ｍｍ〜７ｍｍである
    ことを特徴とする請求項２５に記載の電球形ＬＥＤランプ。

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