JP2013045632A

JP2013045632A - Ｌｅｄ電球

Info

Publication number: JP2013045632A
Application number: JP2011182726A
Authority: JP
Inventors: Yohei Tanaka; 洋平田中
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-03-04

Abstract

【課題】冷却能力を高めたＬＥＤ電球を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ電球は、カバー３、ブラケット４、放熱部材１、口金２等を備えている。放熱部材１は、高輻射部１ａと低輻射部１ｂとが交互に設けられており、縞状に形成されている。高輻射部１ａの熱輻射率は、低輻射部１ｂの熱輻射率よりも大きくなるように構成される。輻射熱量に差をつけて、隣接する高輻射部１ａと低輻射部１ｂとの間に温度勾配を形成することで、空気の微細対流を促進させ、放熱性を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたＬＥＤ電球に関する。

いわゆる白熱電球の代替製品として、ＬＥＤチップが搭載されたＬＥＤ電球が提案されている。ＬＥＤ照明装置は、白熱電球に対して、省電力及び長寿命といった長所がある。

このＬＥＤ電球は、従来の白熱電球に近い外観形状を有しており、また、給電端子としての口金も従来の白熱電球と同等のものを備えているので、従来の白熱電球を装着するソケットにも取り付けることができる。

例えば、特許文献１、２に示されるように、ＬＥＤ電球は、ＬＥＤモジュールと点灯回路を備えており、点灯回路からの給電により点灯が行われる。ＬＥＤモジュールには、複数のＬＥＤ素子が実装されている。また、点灯回路には、給電や信号制御にためのＩＣチップ等が搭載されている。

このＬＥＤ電球の点灯時には、主に、ＬＥＤチップが発生する熱がＬＥＤモジュール基板から外郭部材や筐体部材に熱伝導され、外郭部材や筐体部材の外部に露出する表面から空気中に放熱される。この場合、例えば、特許文献１に示されるように、外郭部材や筐体部材がヒートシンクとして機能する。

ところで、ＬＥＤ素子は、温度上昇に従い光出力が低下し、また、ＬＥＤ素子の周囲温度が高い方が寿命が短い。一方、発光モジュールには、基板上に複数のＬＥＤチップを密集配置して実装するＣＯＢ（Chip On Board）モジュールなどが用いられている。

ＣＯＢモジュールの場合、単一の発光部を有して高出力発光が可能であるが、発光部に複数のＬＥＤチップが密集配置されるために、ＬＥＤチップの温度が高くなりやすい。ＬＥＤチップの温度が高くなり過ぎると、寿命が短くなったり、光出力の低下などが発生する。このため、ＬＥＤチップの熱を効率よく筐体部材等に熱伝導し、この筐体部材等の外部に露出する表面から空気中に効率よく放熱することが必要である。

筐体部材等の外部に露出する表面から空気中に効率よく放熱するには、筐体部材等の外部に露出する表面積を増やすことが有用である。

そこで、特許文献２に示されるように、点灯回路やＬＥＤモジュールを収納する筐体部材の周囲に複数の放熱フィンを放射状に突出形成したものがある。この放熱フィンにより、ＬＥＤ電球内部の熱を外部に効率良く放出している。

特開２０１１−８２１３２号公報特開２０１１−７０９７２号公報

しかしながら、ＬＥＤ電球の内部の発熱量は、ＬＥＤ素子の実装数やＩＣチップの実装数が増えてくると、さらに、増加する。このため、ＬＥＤ電球の放熱構造には、さらなる放熱性能の向上が求められている。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、放熱性能を高めたＬＥＤ電球を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のＬＥＤ電球は、発光ダイオードが実装された発光モジュールと、前記発光モジュールと熱伝導可能に接触された筒形状の放熱部材とを備え、前記放熱部材は、輻射熱量が異なる高輻射部と低輻射部とが交互に配置されていることを主要な特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤ電球は、発光ダイオードが実装された発光モジュールと、発光モジュールと熱伝導可能に接触された筒形状の放熱部材とを備えており、放熱部材は、高輻射部と低輻射部とが交互に配置された構成となっている。このため、隣接する高輻射部と低輻射部との間に温度勾配が発生し、この温度勾配により対流が発生する。したがって、電球用のソケットにＬＥＤ電球を取り付けて使用する場合等、閉鎖状態に近い狭い空間では、前記温度勾配による対流の効果により、放熱性が向上する。

本発明のＬＥＤ電球の放熱構造の一例を示す図である。放熱フィンが取り付けられたＬＥＤ電球の全体概観を示す図である。図２の放熱部材の構造を示す図である。図３のＡ−Ａ’断面を示す図である。放熱フィンを取り除いたＬＥＤ電球の概観を示す図である。放熱フィンの放熱性を高めた構造例を示す図である。放熱フィンの放熱性を高めた構造例を示す図である。放熱性を比較するために用いた筐体の種類を示す図である。放熱性測定に関して、測定姿勢の種類を示す図である。図８の３種類の筐体を用いて放熱性を測定した結果を示す図である。熱輻射率を交互に違えたアルミ板構造を示す図である。図１１の構造と全面黒色アルマイト加工したアルミ板とを用いて放熱性を測定した結果を示す図である。放熱性の測定対象を囲いで覆い、対流の発生を防止する構成を示す図である。図１３のように対流を防止するようにした状態で、図８の筐体について放熱性の測定を行った結果を示す図である。図１３のように対流を防止するようにした状態で、図１１の構造について放熱性の測定を行った結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。図面は模式的なものであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

まず、ＬＥＤ電球の構成例を図２〜図４に示す。図２はＬＥＤ電球全体の概観図を、図３はＬＥＤ電球の放熱部材１０の構造を、図４は、図３のＡ−Ａ’断面を示す。ＬＥＤ電球は、カバー３、ブラケット４、放熱部材１０、および口金２等を備えている。ＬＥＤ電球は、例えば、白熱電球の代替製品として白熱電球用の照明器具に取り付けられて用いられる。

カバー３は、図３に示す複数のＬＥＤチップ１７が実装されたＬＥＤモジュール１６を保護するためのものであり、例えば、透明又は半透明の樹脂からなる。カバー３の外面は、平滑な面に形成されている。ブラケット４は、カバー３と放熱部材１０との取り付けを容易化するためのものである。ブラケット４は、例えば樹脂からなり、リング形状に形成される。

放熱部材１０は、ＬＥＤモジュール１６からの熱やＩＣチップ等からの熱を空気中に放射させるためのものであり、筒状部１２、複数の放熱フィン１１、台座部１５により構成されている。放熱部材１０は、例えば、アルミ等の放熱性の良い金属により構成され、押し出し加工等を利用して形成されている。

また、筒状部１２は、円筒形状等に形成される。

複数の放熱フィン１１は、筒状部１２の中心軸Ｎａを中心として、径方向に沿って放射状に形成されている。各放熱フィン１１の板厚は、上下方向で同一になるように構成される。また、隣り合う放熱フィン１１同士は、一定の間隔を置いて配置されている。各放熱フィン１１の高さｈは、軸方向Ｎａに沿って台座部１５に近づくほど、次第に高くなるように形成されている。

台座部１５は、放熱部材１０の軸方向Ｎａの一端に設けられており、軸方向Ｎａにおいて複数の放熱フィン１１から若干突出している。図３に示すように、台座部１５はＬＥＤチップ１７等が搭載されたＬＥＤモジュール１６等が搭載された基板を保持する。

また、図示していないが、放熱部材１０における筒状部１２の中空部分には、ＬＥＤ素子に定電流を供給する定電流源や、ＬＥＤ素子の駆動信号を発生させるＩＣチップ等が搭載された基板が、縦方向に挿入されるようになっている。

以上説明したように、放熱部材１０は、ＬＥＤ素子やＩＣチップ等から発生する熱を外部に放出させ、ＬＥＤ電球内部の温度上昇を防いでいる。

上記のように、放熱フィン１１で外部に露出する表面積を増やして、放熱量を増やすことは、外部が開放空間の場合は有効である。しかし、ＬＥＤ電球のように、ソケット等に取り付けて使用する場合は、放熱部材１０の外部空間が閉鎖状態に近い狭い空間となる。

この場合、各放熱フィン１１に挟まれた空間に空気が滞留しやすくなるため、熱の輻射による放熱があっても、空気の対流がほとんど発生しないため、放熱効率が悪くなることが考えられる。

そこで、本発明のＬＥＤ電球１００は、例えば、図１のように構成される。図２〜図４と同じ符号を付した構成は同じものを示す。前述したように、ＬＥＤ電球１００は、カバー３、ブラケット４、放熱部材１、口金２等を備えている。図２と異なるのは、放熱部材１に放熱フィンが設けられていないことである。放熱フィンが全く設けられていないＬＥＤ電球の構造を図５に示す。

放熱部材１全体は、アルミ等の放熱性の良い金属で構成される。図５と図１とが異なるのは、放熱部材１が表面加工されていることである。図１に示すように、放熱部材１は、高輻射部１ａと低輻射部１ｂとが交互に設けられており、縞状に形成されている。図３を参照すれば、この縞は、放熱部材１の筒状部の軸線Ｎａに沿って形成される。すなわち、高輻射部１ａと低輻射部１ｂは、放熱部材１の筒状部（筒形状）の軸線方向に対して交互に設けられる。

高輻射部１ａは、放熱部材１の表面を、例えば黒色アルマイト加工して熱輻射率を高めたものであり、低輻射部１ｂは、放熱部材１の表面を何の加工もせず、そのままの状態としたものである。

このように、高輻射部１ａの熱輻射率は、低輻射部１ｂの熱輻射率よりも大きくなるように構成される。輻射熱量に差をつけて、隣接する高輻射部１ａと低輻射部１ｂとの間に温度勾配を形成することで、空気の微細対流を促進させ、放熱性能又は冷却能力を向上させる。

高輻射部１ａの熱輻射率が低輻射部１ｂの熱輻射率よりも大きくなれば良いので、黒色アルマイト加工に限らず、高輻射部１ａは放熱部材１の表面に黒の塗料を塗布した領域とし、低輻射部１ｂは放熱部材１の表面に白の塗料を塗布した領域としても良い。

また、物質の表面に凹凸をつけた方が、熱輻射率が大きくなるため、高輻射部１ａは放熱部材１の表面をブラスト加工等の粗面加工を施して凹凸を形成した領域とし、低輻射部１ｂは平滑面とするようにしても良い。

次に、輻射熱量に差をつけて温度勾配を形成し、空気の微細対流を促進する方法として、図２の放熱フィン１１の構造を変えることが考えられる。例えば、図６に示す構造である。

これは、放熱部材１０の図４の構造に対応した図である。放熱フィンはより模式的に描かれている。筒状部１２の軸線から放射状に配置されている放熱フィンは、高輻射フィン１１ａと低輻射フィン１１ｂで構成される。

高輻射フィン１１ａの高さＬ１は、低輻射フィン１１ｂの高さＬ２よりも高く形成されている。また、高輻射フィン１１ａと低輻射フィン１１ｂの厚みＬ４は同じである。さらに、隣り合う高輻射フィン１１ａと低輻射フィン１１ｂとは、それぞれ間隔Ｌ３を開けて配置される。このように構成すると、高輻射フィン１１ａの表面積が低輻射フィン１１ｂの表面積よりも大きくなり、高輻射フィン１１ａの輻射熱量が低輻射フィン１１ｂの輻射熱量よりも大きくなる。このようにして、隣り合う高輻射フィン１１ａと低輻射フィン１１ｂの間に温度勾配を意図的に発生させ、空気の微細対流を促進させ放熱性を向上させる。

ここで、具体的な数値例を挙げると、Ｌ１＝７ｍｍ、Ｌ２＝４．５ｍｍ、Ｌ３＝１．６ｍｍ、Ｌ４＝１．５ｍｍで作製することができる。

一方、図７のようにしても良い。筒状部１２の軸線から放射状に配置されている放熱フィンは、高輻射フィン１１ｃと低輻射フィン１１ｄで構成される。高輻射フィン１１ｃと低輻射フィン１１ｄの高さ、厚みは、それぞれ同じである。すなわち、高輻射フィン１１ｃと低輻射フィン１１ｄとは表面積が等しい。

また、隣り合う高輻射フィン１１ｃと低輻射フィン１１ｄは、すべて等間隔で配置されている。このように、図６と異なり、高輻射フィン１１ｃの表面積と低輻射フィン１１ｄの表面積は等しいが、高輻射フィン１１ｃと低輻射フィン１１ｄとは熱輻射率を異なるように構成している。

図１の放熱部材１の場合と同様、高輻射フィン１１ｃを黒色アルマイト加工により形成する。一方、低輻射フィン１１ｄは、黒色アルマイト加工が施されていない通常のフィンで構成される。このように、高輻射フィン１１ｃの熱輻射率は低輻射フィン１１ｄの熱輻射率よりも大きい。すなわち、高輻射フィン１１ｃの輻射熱量は低輻射フィン１１ｄの輻射熱量よりも大きい。

また、高輻射フィン１１ｃは、黒色の塗料の塗布や、粗面加工による凹凸形成などにより形成しても良い。一方、低輻射フィン１１ｄは白色の塗料の塗布や、平滑面により構成しても良い。このように、隣り合う高輻射フィン１１ｃと低輻射フィン１１ｄの間に温度勾配を意図的に発生させ、空気の対流を促進させ放熱性を向上させる。

上記の図１、図６、図７の構造の放熱部材を評価するために、放熱測定を行った。まず、図６の放熱部材の評価を行うため、図８に示す放熱フィンの構造の違いにより、放熱性がどの程度変化するかの測定を行った。

放熱測定には、熱源３０として、基板上に複数のＬＥＤチップが密集配置して実装されたＬＥＤ電球用ＣＯＢ（Chip On Board）基板を用い、これを熱伝導グリスで基部２１に接着した。これを２つ用いて、２個同時に測定できるようにした。熱源３０に流す電流は３００〜３４１ｍＡの定電流を使用した。測定温度は接着のばらつきを考慮して、ＬＥＤチップのハンダの温度を測定して比較した。測定には、上記のように２系統用いているので、そのばらつきを考慮して両方の測定系統で測定した。さらに、外気の状態を安定させるために測定対象物を箱内に設置して測定した。

図８（ａ）は、基部２１に対して同じ高さ、同じ厚み、奥行きの長さも同じのアルミからなる放熱板２２を設置して温度の測定を行った。すなわち、各放熱板２２の表面積は同じである。具体的には、高さＨ１＝２５ｍｍ、奥行きの長さは３０ｍｍ、放熱板２２の厚みは、１．６ｍｍ、各放熱板２２の設置間隔は４．８ｍｍである。基部２１の下部には熱源３０が接着されている。図８（ａ）の構造を筐体Ｘ１とする。

図８（ｂ）は、基部２１に対して高さの異なる放熱板２２と放熱板２３を交互に設置して温度の測定を行った。放熱板２２と放熱板２３の厚みは同じで、奥行きの長さも同じである。すなわち、放熱板２２の表面積は、放熱板２３の表面積よりも大きい。この放熱板２２は、図８（ａ）の放熱板２２と同じものである。放熱板２３の方は、高さＨ２＝１５ｍｍ、奥行きの長さ３０ｍｍ、厚み１．６ｍｍである。放熱板２２と放熱板２３の設置間隔は４．８ｍｍである。基部２１の下部には熱源３０が接着されている。図８（ａ）の構造を筐体Ｘ２とする。また、筐体Ｘ１と筐体Ｘ２の占有体積は同じである。

図８（ｃ）は、基部２１に対して放熱板２４を設置して温度の測定を行った。放熱板２２と放熱板２４の厚みは同じで、奥行きの長さも同じである。また、放熱板２４の高さＨ３は、放熱板２３の高さＨ２よりも大きく、放熱板２２の高さＨ１よりも小さい。すなわち、Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１である。この放熱板２４の高さＨ３は、具体的には２１ｍｍである。放熱板２４の設置間隔は、放熱板２２と同様、４．８ｍｍである。図８（ｃ）の構造を筐体Ｘ３とする。筐体Ｘ２の表面積は筐体Ｘ３の表面積と同じである。また、各放熱板は、長方形状である。

図８（ａ）〜図８（ｃ）の放熱性の測定については、外気の状態を安定させるために、筐体Ｘ１〜Ｘ３を箱内に設置して測定を行った。箱内に設置する際には、測定姿勢の状態により、対流の向きが変化するため、図９に示す３種類の姿勢で、それぞれ測定を行った。図９は、測定姿勢についての３種類のパターンを示す図であり、図８（ｂ）の筐体Ｘ２を例にとって示している。

図９（ａ）は、基部２１が箱の底面側に、放熱板２２、２３が箱の上面に向くように設置するパターンである。図９（ａ）の姿勢を姿勢Ａとする。図９（ｂ）は、図９（ａ）の姿勢から筐体を横倒しにして、放熱板２２、２３の側面が箱の底面側に向くように、放熱板２２、２３の他方の側面が箱の上面に向くように設置するパターンである。図９（ｂ）の姿勢を姿勢Ｂとする。図９（ｃ）は、図９（ａ）の姿勢から筐体を横倒しにして、複数の放熱板のうち、一端の放熱板２２が箱の底面側に向くように、他端の放熱板２２の側面が箱の上面に向くように設置するパターンである。図９（ｃ）の姿勢を姿勢Ｃとする。

図８の筐体Ｘ１〜Ｘ３について、図９の姿勢Ａ〜Ｃにそれぞれ変えて測定した結果を図１０に示す。熱源３０には、３４１ｍＡの定電流を流して測定した。測定時の箱内温度は２６．６±０．３℃であった。図１０からわかるように、筐体Ｘ１の姿勢Ａの場合の測定平均値は６９．８℃、筐体Ｘ２の姿勢Ａの場合の測定平均値は７０．５℃、筐体Ｘ３の姿勢Ａの場合の測定平均値は７１．９℃である。また、筐体Ｘ１の姿勢Ｂの場合の測定平均値は６３．９℃、筐体Ｘ２の姿勢Ｂの場合の測定平均値は６６．９℃、筐体Ｘ３の姿勢Ｂの場合の測定平均値は６８．４℃である。また、筐体Ｘ１の姿勢Ｃの場合の測定平均値は７１．３℃、筐体Ｘ２の姿勢Ｃの場合の測定平均値は７０．５℃、筐体Ｘ３の姿勢Ｃの場合の測定平均値は６８．４℃である。

ここで、前述したように、筐体Ｘ１は、筐体Ｘ２、Ｘ３よりも表面積（放熱面積）が大きく、筐体Ｘ２と筐体Ｘ３の表面積は同じである。すなわち、開放空間では、空気の対流よりも輻射熱量の大小の方が、放熱には効果的であることがわかる。ただし、同じ表面積では、異なる高さの放熱板を交互に配置した筐体Ｘ２の方が、筐体Ｘ３より放熱性が高い。また、姿勢Ｃにおいては、筐体Ｘ２の温度が最も低くなっており、最も放熱性が良いと言える。

筐体Ｘ２と筐体Ｘ３との比較からわかるように、同じ表面積の場合、異なる高さの放熱板を交互に配置した方が放熱能力が向上する。これは、隣り合う放熱板２２と放熱板２３とで輻射熱量が異なるため、放熱板２２と放熱板２３との間で微細対流が発生していることによる効果であると考えられる。なお、占有体積は筐体Ｘ２の方が大きくなるが、軽量化には有効である。

空気の対流は通常上下方向に発生するが、姿勢Ｃの測定結果からわかるように、大きな対流が阻害されやすい状態では、異なる高さの放熱板の間で微細対流を発生させている筐体Ｘ２が効果的と考えられる。

次に、輻射熱量の差を熱輻射率の差によって発生させる構造について放熱性を調べた。これは、図１、図７の構造の放熱部材の評価に対応するものである。図１１に示すように、厚さ３ｍｍ、横の長さ８０ｍｍ、縦の長さ３０ｍｍのアルミ板４０に、５ｍｍ幅と１０ｎｍ幅で黒色アルマイト加工を形成した。

図１１（ａ）は、アルミ板４０上に形成された高輻射部４１と低輻射部４２から構成される。高輻射部４１が黒色アルマイト加工された領域であり、低輻射部４２は加工を施さず、アルミのままの領域である。したがって、高輻射部４１の熱輻射率は、低輻射部４２の熱輻射率よりも大きい。高輻射部４１と低輻射部４２は、各１０ｍｍ幅で交互に縞状に形成されている。図１１（ａ）の構造を構造Ｙ２とする。

図１１（ｂ）は、アルミ板４０上に形成された高輻射部４３と低輻射部４４から構成される。高輻射部４３が黒色アルマイト加工された領域であり、低輻射部４４は加工を施さず、アルミのままの領域である。したがって、高輻射部４３の熱輻射率は、低輻射部４４の熱輻射率よりも大きい。高輻射部４３と低輻射部４４は、各５ｍｍ幅で交互に縞状に形成されている。図１１（ｂ）の構造を構造Ｙ３とする。

また、アルミ板４０の片側の表面全面に黒色アルマイト加工を施し、表面全面が黒くなった構造を構造Ｙ１とする。

上記、アルミ板４０による構造Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３について、放熱性の測定を行った。放熱性の測定は、図８の場合と同様、外気の状態を安定させるために、構造Ｙ１〜Ｙ３を箱内に設置して測定を行った。箱内に設置する際には、測定姿勢の状態により、対流の向きが変化するため、図９の３種類の姿勢で、それぞれ測定を行った。

構造Ｙ１〜Ｙ３について、図９の姿勢Ａ〜Ｃにそれぞれ変えて測定した結果を図１２に示す。熱源３０は、図１１には図示されていないが、アルミ板４０の底部に接着して用い、３４１ｍＡの定電流を流した。測定時の箱内温度は２５．６±０．３℃であった。

図１２からわかるように、構造Ｙ１の姿勢Ａの場合の測定平均値は７６．５℃、構造Ｙ２の姿勢Ａの場合の測定平均値は７８．６℃、構造Ｙ３の姿勢Ａの場合の測定平均値は８１．２℃である。また、構造Ｙ１の姿勢Ｂの場合の測定平均値は７２．８℃、構造Ｙ２の姿勢Ｂの場合の測定平均値は７４．５℃、構造Ｙ３の姿勢Ｂの場合の測定平均値は７７．５℃である。また、構造Ｙ１の姿勢Ｃの場合の測定平均値は７３．０℃、構造Ｙ２の姿勢Ｃの場合の測定平均値は７５．１℃である。

姿勢Ａ〜Ｃの各構造Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の測定温度差と、図８の各筐体Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の測定温度差を比較すればわかるように、対流よりも輻射熱量を大きくする方が放熱に効果的である。また、アルミ板４０に形成される高輻射率部と低輻射率部の縞の間隔は、５ｍｍ幅、すなわち細かい方が効果がある。

しかし、アルミ板４０以外の周辺部の低温度領域からアルミ板４０に空気が流れ込み大きな対流が発生している可能性がある。筐体Ｘ１〜Ｘ３の場合でも、空気が側面から入り上向きに抜ける対流が発生している可能性がある。

そこで、図１３に示すように、紙で囲い３５を作製し、測定対象物５０を囲い３５内部に配置する。そして、矢印の方向に示される側面から流れ込む空気が上方向に抜けることを遮断し、大きな対流を防止する。測定対象物５０として、筐体Ｘ１、Ｘ２を用いて、姿勢Ａについて温度測定を行った。熱源３０に流す定電流は３００ｍＡとした。測定時の温度は２４．５±０．３℃であった。

この測定結果を図１４に示す。筐体Ｘ１、Ｘ２の周辺部からの対流を阻害した結果、筐体Ｘ２の方が測定平均温度が低くなった。図１０では、姿勢Ａの場合、筐体Ｘ１の方が測定平均温度が低くなっていたのと好対照である。すなわち、周辺部からの空気の流れ込みによる対流がない場合は、輻射熱量の大きさよりも、前述した微細対流による方が放熱には効果がある。

同様に、測定対象物５０として、構造Ｙ１、Ｙ２、Ｙ４を用いて、姿勢Ａについて温度測定を行った。熱源３０に流す定電流は３００ｍＡとした。測定時の温度は２５．２±０．３℃であった。ここで、構造Ｙ４とは、図１１のアルミ板４０の表面積の半分が黒色アルマイト加工によって黒色化されており、残りの半分が加工されずにアルミのままである。なお、構造Ｙ４における黒色の高輻射部面積と構造Ｙ２における黒色の高輻射部面積とは同じになるように構成している。

構造Ｙ１の測定平均温度は８６．６℃、構造Ｙ２の測定平均温度は８７．８℃、構造Ｙ４の測定平均温度は８９．４℃である。この結果から、放熱部材の表面に凹凸がないような構造の場合は、高輻射部の表面積が大きい方、すなわち輻射熱量が大きい方が放熱性が良い。また、高輻射部の表面積が同じ場合は、縞状の方が測定平均温度が低く、放熱性が良い。これは、微細対流による効果であると考えられる。

以上により、開放空間においては、隣接する領域で熱輻射率や放熱面積に差をつけて輻射熱量を異なるようにし、温度勾配を形成して微細対流を発生させるよりも、単純に輻射熱量を大きくする方が放熱には効果的であることがわかる。

一方、閉鎖状態に近い狭い空間においては、輻射熱量を大きくしなくても、隣り合う領域で熱輻射率や放熱面積に差をつけて輻射熱量を異なるようにし、温度勾配による微細対流を発生させる方が放熱には効果的であることがわかる。

ＬＥＤ電球は、窪み等に埋め込んで使用したり、傘により対流が阻害される環境で使用するものであるため、図１、図６、図７のような構造を備えていることが、放熱性の向上には有効である。すなわち、放熱部材に高輻射部と低輻射部とを交互に設けて、隣り合う高輻射部と低輻射部との間で温度勾配を構成し、この温度勾配により、隣り合う高輻射部と低輻射部との間に、それぞれ微細対流を発生させることにより放熱性を向上させる。また、本発明の構造は、密閉した容器内で使用しても有効である。

１放熱部材
１ａ高輻射部
１ｂ低輻射部
２口金
３カバー
４ブラケット
１０放熱部材
１１放熱フィン
１１ａ高輻射フィン
１１ｂ低輻射フィン
１１ｃ高輻射フィン
１１ｄ低輻射フィン
１２筒状部
１５台座部

Claims

発光ダイオードが実装された発光モジュールと、
前記発光モジュールと熱伝導可能に接触された筒形状の放熱部材とを備え、
前記放熱部材は、輻射熱量が異なる高輻射部と低輻射部とが交互に配置されていることを特徴とするＬＥＤ電球。
前記高輻射部と低輻射部は、熱輻射率の異なる材料により構成されており、前記高輻射部の熱輻射率は前記低輻射部の熱輻射率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球。
前記高輻射部と低輻射部は、前記放熱部材の筒形状の軸線方向に対して交互に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ電球。
前記高輻射部は、前記放熱部材の表面が黒色に処理されている領域又は粗面加工された領域であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のＬＥＤ電球。
前記放熱部材には、複数の放熱フィンが前記放熱部材の筒形状の軸線の周りに配置されており、前記高輻射部として高輻射フィンが、前記低輻射部として低輻射フィンが交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球。
前記高輻射フィンの表面積は、前記低輻射フィンの表面積よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ電球。
前記高輻射フィンと低輻射フィンの表面積は同じで、前記高輻射フィンの熱輻射率は前記低輻射フィンの熱輻射率よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ電球。