JP2006019060A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の照明装置成は、主照明光源2を有する第1の照明ユニットと、補助照明光源4を有する第2の照明ユニットとを備え、前記両光源間で照明用光源を切換える照明装置であって、第1の照明ユニット及び第2の照明ユニットは、共に調光制御信号により、それぞれの光源が連続的に調光する照明ユニットであり、また、調光制御信号が、所定の調光率の切換え調光信号に達したとき、略連続する光束を出力する、または略連続する照度が得られるように、主照明光源2と補助照明光源4間で照明用光源を切換えるものである。
【選択図】図19
Description
また、従来LED使用には、点灯時の発熱を放熱するために、特別な放熱構造を設ける必要があるという課題があった。
また、補助照明光源にLEDを使用することにより省エネが図れる照明装置を得ることを目的とする。
また、補助照明光源の取り付けに、主照明光源用の照明器具を利用することにより容易に製作できる照明装置を得ることを目的とする。
さらに、補助照明光源にLEDを使用してもLED用に特別の放熱対策を必要としない照明装置を得ることを目的とする。
また、停電、災害時等の非常時に、バッテリにより点灯可能なLEDを有する照明装置を得ることを目的とする。
図1は、本発明の実施の形態1の照明装置を示す図であり、照明器具における主照明光源と補助照明光源の配置が異なる2種類の照明装置((a)、(b)で示す)を下方より見た図であり、図2は、同じく照明装置のシステム構成を示す図であり、図3は、同じく照明装置の主照明光源と補助照明光源(常夜灯)の使用例を示す図である。
本照明装置は、図1に示すように、補助照明光源(常夜灯)である複数のLED4を配列したLED光源部1及び主照明光源となる蛍光灯2を照明器具3に配置する。図1(a)では、2灯の直管蛍光灯2(例えば、40W×2灯)の並列配置の長手方向の両端部に複数のLED4からなるLED光源部1を設けたもの(以下、この配置のものを基本形1とする)であり、また、図1(b)は、2灯の直管蛍光灯2(例えば、40W×2灯)の並列配置の間に長手方向に平行に、かつ、直管蛍光灯2の形状と同様の形状のLED光源部1を形成したもの(以下、この配置のものを基本形2とする)である。
本例では、オフィス等の就業中である8時から21時までは主照明光源である蛍光灯2を使用し、それ以外の時間帯は補助照明光源(常夜灯)を使用した例を示している。主照明光源使用中は、図2の照度センサにより昼光利用により蛍光灯2を調光し所定の明るさとし、消費電力を低減を図る。当然ながら、調光スイッチにより、照明用光源の切換えは自由である。
なお、図2の調光スイッチによる主照明光源及び補助照明光源の調光制御については、後述する。
初めに、図4〜図12により、前記基本形1の照明装置の構造を説明する。
図4は、図1(a)の照明装置の断面図であり、図5は、同じく、照明装置の斜視図であり、図6は、同じく、照明装置の照明器具の端部にLED用反射板を取付けることを説明する要部斜視図である。
これらの図において、本照明装置の照明器具3は、反射板側の中央の長手方向に安定器6を収容するV形反射板9を設け、この両側に主照明光源である2本の直管蛍光灯2を配置する。この直管蛍光灯の取り付けは、照明器具3の長手方向の両端部に、蛍光灯ソケット用端板8を設置し(図6参照)、この蛍光灯ソケット用端板8に設けたソケット7に取り付けることにより行う。
また、照明器具3の長手方向の両端部で、蛍光灯ソケット用端板8の外側に、LED4を設置するLED用反射板12を設置する(図6参照)。
図8は、LED用反射板へカバーの設置を示す説明図であり、図9は、LED用反射板へ集光レンズ付LEDを設置することを示す説明図であり、図10は、LED用反射板へLEDを設置することを示す説明図であり、図11は、LED用反射板へ設置する集光レンズ付LEDを示す斜視図であり、図12は、LED用反射板へ設置するLEDを示す斜視図である。
これらの図において、LED反射板12へ設置するLED4は、図11、図12に示すように、LED4単体または集光レンズ付LED24である。そして、いずれも基板23に固定するが、3個のLED4または3個の集光レンズ付のLED24を1個ずつ基板に取り付けても、3個まとめて取り付けてもよく、これらLED4または集光レンズ付のLED24を設置した基板を、LED用反射板12の底面にはめ込み固定することにより、LED4または集光レンズ付のLED24をLED反射板12に設置する。なお、図9、図10に示すようにLED用反射板12にはLED4の配線を逃がす配線逃げ穴21を設ける。
このように、LED4または集光レンズ付のLED24を設置したLED用反射板12へは、図8に示すように、アクリル、乳白、プリズムまたはマット(透明)状のカバー13を設置し、覆う。カバー13の固定は、カバー13の突部13aを対応するLED用反射板12の受け穴12bにはめ込む、または、ねじ固定とする。
また、補助照明光源であるLED4を、主照明光源である2灯用直管蛍光灯と共通の照明器具3に取り付けたので、LED4は、結果的に面積の大きな照明器具3に熱的接続ができ、点灯により発生する熱をこの照明器具3へ伝え、放熱することが可能となり、LED4用の特別の放熱対策(例えば、LED4専用の放熱フィンの設置、LED4を面積の大きな板金に取り付ける等の対策)を講じなくてもよいという効果がある。
図13は、放熱板にLED4を取り付けた場合のLED点灯による発熱の放熱板による放熱を説明する放熱等価回路を示す。なお、R1;LED4と放熱板間熱抵抗、R2;放熱板熱抵抗、R3;放熱板と外気間熱抵抗、鋼板製の放熱板の熱伝導率;60[W/m・K]、空気の熱伝達率;7.5[W/m2・K]とする。
この場合の、各熱抵抗は、次となる。
R1=0.7[K/W]
R2=(0.075[m]/2)/(60[W/m・k]×0.25[m]×0.0006[m]) =4.17[K/W]
R3=1/(7.5[W/m2・K]×0.25[m]×0.15[m]×2)
=1.78[K/W]
上式のR2算出で0.075[m]/2と、2で割るのは、放熱板の中央にLEDを取り付けることによる。また、R3の算出で7.5[W/m2・K]×0.25[m]×0.15[m]×2と、2倍するのは、放熱板の両面から放熱することによる。
LED4の電力のうち、9割は熱、1割が光になるとみなすと、3灯のLED4(1WタイプのLED使用、350mAで点灯)を点灯させた場合の熱に変換される電力は、
3.2[V]×0.35[A]×0.9×3[灯]=3[W]
であり、
また、R1、R2、R3の合成熱抵抗は、以下のようになる。
R1+R2+R3=0.7+4.17+1.78=6.65[K/W]
よって、LEDジャンクション温度上昇値であるΔTjは、次のようになる。
ΔTj=6.65[K/W]×3[W]=19.95[K]
ここで、室温25[℃]、RθJ-B(LEDジャンクションとボード間熱抵抗)17[K/W]とすると、LEDジャンクション温度であるTjは、以下のようになる。
Tj=25+17+19.95=61.95
従って、室温[25℃]の場合のLEDジャンクション温度は、61.95[℃]となる。
この場合の、各熱抵抗は、次となる。
R1=0.7[K/W]
R2=(0.035[m]/2)/(60[W/m・k]×0.06[m]×0.0008[m]) =6.08[K/W]
R3=1/(7.5[W/m2・K]×0.06[m]×0.07[m]×2)
=15.87[K/W]
上式のR2算出で0.035[m]/2と、2で割るのは、放熱板の中央にLEDを取り付けることによる。また、R3の算出で7.5[W/m2・K]×0.06[m]×0.07[m]×2と、2倍するのは、放熱板の両面から放熱することによる。
また、R1、R2、R3の合成熱抵抗は、以下のようになる。
R1+R2+R3=0.7+6.08+15.87=22.65[K/W]
よって、ΔTjは、次のようになる。
ΔTj=22.65[K/W]×3[W]=67.95[K]
ここで、室温25[℃]、RθJ-B(LEDジャンクションとボード間熱抵抗)17[K/W]とすると、Tjは、以下のようになる。
Tj=25+17+67.95=109.95
従って、室温[25℃]の場合のLEDジャンクション温度は、109.95[℃]となる。
図14は、図1(b)の照明装置の断面図であり、図15は、同じく、照明装置の照明器具へLEDユニットを取り付けることを説明する説明図であり、図16は、同じく、照明装置の照明器具へ取付ける導光板タイプのLEDユニットを示す斜視図であり、図17は、同じく、照明装置の照明器具へ取付ける蛍光灯タイプのLEDユニットを示す斜視図である。
これらの図において、本照明装置の照明器具3は、前記の基本形1と同様2灯用直管蛍光灯を主照明光源とするものであるが、図14に示すように、安定器6は反射板側と反対側(図14の上部)に設置する。そこで、直管蛍光灯2は、照明器具3の長手方向に平行に並列配置するが、この両蛍光灯間に、長手方向にスペースが形成されている。本照明装置の補助光源を形成するLED光源部1をこのスペースに形成する。
フレーム26の照明器具3への固定は、図15(a)に示すように、バーリング加工した照明器具3の板金にねじ19によりねじ止めする。その他、かしめ止め、鉄板ビス止めでもよい。カバー27は、断面コの字状で、乳白アクリルまたはマット状アクリルで形成される。このようにして組立てられた基本タイプのLEDユニット25aを図15(b)に示す。このようにして、両側の直管蛍光灯2とほぼ同長のLED光源部1を形成する。
導光体タイプ25bは、長手方向と直交する断面が矩形状の角柱を導光体で形成し、この両端部に複数のLED4(LED4または集光レンズ付LED24)を取り付けたものを直管蛍光灯2と同長となるように複数本長手方向に接続し、全体をLED光源部1としたものである。
蛍光灯タイプ25cは、断面が直管蛍光灯2の断面と同じ円形の円柱形状の導光体を使用し、その両端に、一方の面に複数のLED4(LED4または集光レンズ付LED24)を取り付け、他の面に電気的接続用のソケットピン30を突出した基板をソケットピン30を外側にして取り付ける。蛍光灯タイプ25cのLEDユニット25の照明器具3への取り付けは、直管蛍光灯2の場合と同じとする。即ち、図6に示す蛍光灯ソケット用端板8に直管蛍光灯2の蛍光灯ソケット7を3個設置し、真中の1個にソケットピン30を挿入することにより行う。
また、補助照明光源であるLED4を、主照明光源である2灯用直管蛍光灯と共通の照明器具3に取り付けたので、LED4は、特別の放熱対策を講じなくてもよいという効果があるのも基本形1と同じである。
また、この場合に、LED光源部1のLED4は、特別の放熱対策を講じなくてもよいという効果があるのも同様である。
主照明光源及び補助照明光源のそれぞれの調光並びに両光源間の照明光源の切換えの動作パターンは、パターンA〜パターンEまで5種類の動作パターンがあり、本照明装置は、5種類の動作パターンのいずれか1種類を有してもよく、または、2種類以上を有し、スイッチ等により実行動作パターンを選択するようにしてもよい。
調光率100%から照明光源の切換え調光信号である所定の調光率、例えば、5%までは、主照明光源である蛍光灯2の光束をその調光率で調光し、この所定の調光率未満から調光率0%までは、補助照明光源であるLED4の光束をその調光率で調光するが、蛍光灯2からLED4に切換えるとき、所定の閾値、例えば、調光率10%からLED4を点灯し、切換え調光率5%に達した時、両光源を略同じ光束で蛍光灯2を消灯しLED4に切換える。即ち、略連続する光束で切換える。
逆にLED4点灯時から光束を上げていく場合も、切換え調光率で略連続する光束で切換える。同様に使用者に切換え時の光束の変化により違和感による不快感を与えることを避けることができる。
このパターンでは、LED4は常時点灯させる。蛍光灯2からLED4への切換えは、所定の切換え調光率で、蛍光灯2を消灯することにより行う。この切換え時の両光源の光束は略同じ光束とし、使用者に切換えの違和感を与えることを避けることができる。
LED4から蛍光灯2へ調光、照明光源の切換えも同様である。
このパターンでは、蛍光灯2(又はLED4)が消灯すると同時に、略同光束のLED4(又は蛍光灯2)が点灯するものである。切換え時に略同じ光束で切換えることにより、使用者に切換え時の光束の変化により違和感による不快感を与えることを避けることができる。
このパターンでは、調光率100%から0%まで主照明光源である蛍光灯2のみで調光している場合と同様の光束で連続的に調光させる。即ち、蛍光灯2からLED4に照明光源を切換えるとき、所定の閾値の調光率からLED4を点灯させ徐々に光束を増し、同時に蛍光灯2の光束をLED4の光束分低下させ、両光束の合成光束が蛍光灯2のみで調光している場合と同様の光束で調光させ、所定の切換え調光率で、蛍光灯2を消灯し、切換え時の合成光束とLED4の光束を略同一光束とする。即ち、略連続する切換え光束とする。このように、切換え時に略同じ光束で切換えることにより、使用者に切換え時の光束の変化により違和感による不快感を与えることを避けることができる。
LED4点灯から蛍光灯2に切換える場合も同様に、調光率0%から切換え調光率まではLED4を連続的に調光し、切換え時は連続する合成光束を経て蛍光灯2を単独点灯とし、違和感を与えないようにする。
このパターンでは、蛍光灯2からLED4に切換えるとき、所定の閾値である調光率、例えば、調光率10%でLED4を点灯させ、蛍光灯2の光束低下とともにその光束を低下させ、所定の切換え調光率で、蛍光灯2を消灯し、略同一光束に達したLED4に切換える。逆に、LED4から蛍光灯2に切換える場合も同様である。本ケースの場合も、使用者に同様に切換えによる違和感を与えることを避けることができる。
また、本照明装置の補助照明光源の電源としてバッテリを設け、停電・災害等の非常時に主照明光源を消灯し、補助照明光源をバッテリで点灯させることにより、非常時に有効な照明が確保できる。
また、本照明装置は、主照明光源のみ調光可能とし、補助光源は所定の光束、または所定の照度としてもよく、このようにしても上記同様の効果が得られる。
また、主照明光源は、蛍光灯2以外に白熱電球、ハロゲン電球等としてもよい。
また、主照明光源と補助照明光源間で、照明用光源を切換えるとき、主照明光源から補助照明光源の場合、補助照明光源から主照明光源の場合で、切換え調光率を変えてもよい。例えば、それぞれ、5%、10%とする。このように、補助照明光源から主照明光源へ切り換える場合の切換え調光率を大きくして、照度センサを使用し昼光利用する場合、主照明光源と補助照明光源が頻繁に切り換わることを防止する。即ち、照度センサを使用し、昼光利用により調光を行う場合、周囲の明るさの微妙な変化によって調光率5%付近を前後する場合がある。5%で主照明光源と補助照明光源を切り換える場合は、周囲の明るさの微妙な変化によって、主照明光源と補助照明光源が頻繁に切り換ることになる。そこで、主照明光源から補助照明光源に切り換える場合の切換え調光率は5%とし、補助照明光源から主照明光源に切り換える場合の切換え調光率を10%にすることにより、主照明光源と補助照明光源が頻繁に切り換ることを防止する。
Claims (7)
- 主照明光源を有する第1の照明ユニットと、補助照明光源を有する第2の照明ユニットとを備え、前記両光源間で照明用光源を切換える照明装置において、
前記第1の照明ユニット及び前記第2の照明ユニットは、共に調光制御信号により、それぞれの光源が連続的に調光する照明ユニットであり、
前記調光制御信号が、所定の調光率の切換え調光信号に達したとき、略連続する光束を出力するように、前記主照明光源と前記補助照明光源間で照明用光源を切換えることを特徴とする照明装置。 - 主照明光源を有する第1の照明ユニットと、補助照明光源を有する第2の照明ユニットとを備え、前記両光源間で照明用光源を切換える照明装置において、
前記第1の照明ユニット及び前記第2の照明ユニットは、共に調光制御信号により、それぞれの光源が連続的に調光する照明ユニットであり、
前記調光制御信号が、所定の調光率の切換え調光信号に達したとき、略連続する照度が得られるように、前記主照明光源と前記補助照明光源間で照明用光源を切換えることを特徴とする照明装置。 - 前記主照明光源を蛍光灯とし、前記補助照明光源をLEDとすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の照明装置。
- 主照明光源を有する第1の照明ユニットと、補助照明光源を有する第2の照明ユニットとを備え、前記両光源間で照明用光源を切換える照明装置において、
前記補助照明光源をLEDとし、該LEDを照明器具に取付け、点灯による発生する熱を前記照明器具へ伝え、放熱するようにしたことを特徴とする照明装置。 - 前記第1の照明ユニットの主照明光源を調光可能とし、調光制御信号に応じて調光することを特徴とする請求項4に記載の照明装置。
- 前記第2の照明ユニットは、電源としてバッテリを有し、停電・災害等の非常時に第1の照明ユニットの光源を消灯し、第2の照明ユニットのLEDを前記バッテリで点灯することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかの請求項に記載の照明装置。
- 前記補助照明光源を、照明器具の前記主照明光源の設置部内で、複数の光源の間、又は前記主照明光源の設置部外で、照明器具の端部に設置することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかの請求項に記載の照明装置。
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