JP2010061909A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 種々の指向特性や照射角度を自由に変更した照明装置を簡単に製造し、または利用者が簡単に調整することができる構造の照明装置を提供する。
【解決手段】 基板１１の表面にＬＥＤ１２が１または２以上マウントされた発光ユニット１が、筐体２の内部に固定されており、その筐体２の上面の発光ユニット１からの光が放射される面は、窓部３により被覆されている。そして、発光ユニット１が、窓部３との距離、窓部３に対する傾き、および窓部３と平行方向への変位の少なくとも１つを連続的に変化させ得る移動手段を兼ねた固定手段により筐体２内に固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子（以下、ＬＥＤともいう）を用いた照明装置に関する。さらに詳しくは、照明の照射角や照射方向の異なる照明装置を簡単に製造し、または利用者が照射角や照射方向を自由に変更することができる構造の照明装置に関する。

近年、青色半導体発光素子の開発およびその高輝度化、白色応用化により、自動車内や展示物などの狭い領域の照明のみならず、室内の照明や展示品全体の棚などの広い領域や足元照明などあらゆる照明にも用いられる傾向にある。たとえば電灯の代りに用いる照明装置としては、図１１に示されるように、基板５１上に赤、緑、青のＬＥＤ５２を並べて搭載し、その基板５１ごと基体５４に固定し、カバー５５で覆うことにより、通常の電灯と同じ構造にしたり（たとえば特許文献１参照）、通常の棒状の蛍光管の代りに用いる照明装置として、一列または数列で基板上にＬＥＤを線状に並べて筐体内に固定し、その光の放射面側にカバー（窓部）を設けたりする構造が提案されている。
特開平１０−８３７０１号公報

前述のように、従来のＬＥＤを用いた照明装置は、基板上にＬＥＤを載置して電源と接続し得るように配線をし、筐体などに固定し、その正面側に光を放射する窓部を形成する構成になっている。ＬＥＤは小さな消費電力で、部分的には非常に明るくすることができるが、蛍光灯や電灯などと比べると、全体的な光量は小さく、その光を有効に利用するためには、必要な領域のみに光を照射することが望ましい。そのため、照明装置の取付け面に対して、常に一定方向を向くように光を放射するのではなく、同じ構造の照明装置でも、一定の取付け面に対して、照射方向や、照射光の広がり角（照射範囲）や、照射距離を種々変更した照明装置があれば、その目的に合せて使い分けをすることができる。

しかしながら、照射方向の指向特性や、照射角度などが種々異なる照明装置を製造することは、部品点数が多くなり、生産性も低下するという問題がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、種々の指向特性や照射角度を自由に変更した照明装置を簡単に製造することができると共に、利用者が自ら照明目的に合せてその照射方向や照射範囲を変更することができる構造の照明装置を提供することを目的とする。

本発明による照明装置は、基板表面に半導体発光素子が１または２以上マウントされた発光ユニットと、該発光ユニットを内部に固定する筐体と、該筐体の上面で前記発光ユニットからの光が放射される面を被覆する窓部とを具備し、前記発光ユニットが、前記窓部との関係で異なる位置で固定される固定手段が設けられている。

前記固定手段が、前記発光ユニットを、前記窓部との距離、前記窓部に対する傾き、および前記窓部と平行方向への変位の少なくとも１つを連続的に変化させ得る構造で前記筐体内に固定されるように形成されることにより、所望の照射特性を有する照明装置を簡単に製造することができると共に、利用者が自由に変更できるように構成することができる。

前記発光ユニットが、前記筐体の上面に対して垂直方向にスライドさせ得る第１の移動手段を介して固定されたり、前記筐体の上面と平行方向にスライドさせ得る第２の移動手段を介して固定されたり、前記発光ユニットの基板が前記筐体の上面とのなす角度を変化させ得る第３の移動手段を介して、前記発光ユニットが前記筐体に固定されたりする構造にすることができる。

さらに具体的には、前記発光ユニットが、スプリングを介した少なくとも３本のビスで固定されることにより、該スプリングの伸縮により前記筐体の上面との距離または前記発光ユニットの基板と前記筐体の上面とのなす角度を連続的に変化させ得る構造にすることにより、たとえばビスにより締め付けてスプリングを均等に縮めれば、窓部と発光ユニットとの距離を大きくすることができ、また、スプリングを不均等に縮めれば、窓部と発光ユニットの基板とのなす角度を変えることができ、指向特性を自由に変更することができる。

また、前記発光ユニットの基板が筐体アウター部の内壁に形成された螺旋状溝に嵌め合うように形成されると共に、該筐体アウター部が筐体底部に回転自在に固定され、前記発光ユニットの基板が発光ユニット支持部に固定され、該発光ユニット支持部が前記筐体底部に回転しないで上下に移動し得るように固定される構造にしても、発光ユニットを窓部に対して上下に移動させることができる。

また、前記固定手段が、前記筐体の対向する２つの側壁の内面に、前記発光ユニットの基板を挿入し得る２組以上の凹溝であることにより、発光ユニットの基板を挿入する凹溝の組を変更するだけで、発光ユニットの窓部に対する位置を変えることができる。

本発明によれば、発光ユニットを窓部との関係で異なる位置で固定される固定手段が設けられているため、筐体などの照明装置の外形は全く同じでありながら、照射光の照射範囲、照射距離、照射方向などの異なる照明装置を非常に簡単に製造することができ、目的に応じた照明装置を安価に提供することができる。すなわち、たとえば窓部と発光ユニットとの距離を大きくすれば、一定範囲の窓部に対して発光点が遠くなるため、照射角が小さくなり、狭い範囲を明るく照明することができ、また、窓部に対して水平方向にずらせば、斜め方向に照射することができ、発光ユニットを窓部に対して傾けることにより、ある特定方向に照射方向を有する照明装置にすることができる。

その結果、種々の目的に応じて変化させた照明装置を製造する場合でも、筐体とか、発光ユニットは共通のままで、種々の目的に応じた照明装置を非常に簡単に、かつ、安価に製造することができる。一方、移動手段を筐体の外側から操作することができるように設けることにより、照明装置の利用者がその使用目的に合せて、自由にその照射方向や照射範囲を調整することができる。なお、この発光ユニットを筐体の窓部に対して垂直方向、水平方向、および窓部に対する発光ユニットの基板の角度の少なくとも１つを変化させるように固定する固定手段は、連続的に可変できる構造にすることもできるし、発光ユニットの基板を挿入する溝を複数組形成しておいて、不連続的に可変することもできる。

つぎに、図面を参照しながら本発明による照明装置について説明をする。本発明による照明装置は、図１にその一実施形態の窓部を除去した平面および断面の説明図が示されるように、基板１１の表面に半導体発光素子（ＬＥＤ）１２が１または２以上マウントされた発光ユニット１が、筐体２の内部に固定されており、その筐体２の上面の発光ユニット１からの光が放射される面は、窓部３により被覆されている。そして、発光ユニット１が、窓部３との距離、窓部３に対する傾き、および窓部３と平行方向への変位の少なくとも１つを変化させ得る移動手段を兼ねた固定手段により筐体２内に固定されている。図１に示される例では、発光ユニット１の移動を連続的に変化させ得るように、発光ユニット１が、少なくとも３本のスプリング１４とビス１５を介して固定される構造になっている。そのため、このスプリング１４の伸縮割合を調整することにより、窓部３に対する発光ユニット１の上下方向位置または向きを自在に調整することができる。

発光ユニット１は、たとえば図示しない配線が形成された基板１１に、ＬＥＤ１２がマウントされ、ＬＥＤ１２の一対の電極に図示しない電源を接続することができるようになっている。この基板１１のＬＥＤ１２が設けられる表面側には、窓部３側に広がる反射板１３が設けられ、また、基板１１の裏面側は、スプリング１４を介して、ビス１５により筐体２に取り付けられる構造になっている。

基板１１は、平坦性を保持し、配線などを形成することができるものであれば何でも良く、ガラスエポキシやセラミックスなどからなる基板を用いることができる。また、その形状は、図１に示される例では円形状に形成されているが、使用目的に合せた筐体２の形状に形成することができる。すなわち、たとえば勉強机用の照明装置とか、足元灯のように、スポット的な照明であれば、図１に示されるように断面形状が円形の筐体でよく、そのような場合には、基板１１も円形状に形成され、大きな部屋全体を照明する通常の棒状蛍光管の代りをするような場合には、細長い四角形状に形成することができる。

ＬＥＤ１２は、使用目的に応じて所望の発光色のＬＥＤを用いることができるが、通常の白色光の照明装置にする場合でも、白色発光のＬＥＤ（青色発光または紫外光発光のＬＥＤに発光色変換剤を含む蛍光剤を塗布したもの）または青色、緑色、赤色の３原色のＬＥＤ搭載して混色することにより白色光とすることもできる。また、図１に示される例では、１個のＬＥＤ１２が設けられる例で示されているが、所望の明るさになるように複数個設けて、直列および／または並列に接続してもよいし、混色用の複数の発光色のＬＥＤ１２をそれぞれ複数個づつ設ける構造でもよい。

反射板１３は、たとえばアルミニウム板で形成されてもよいし、セラミックスまたはプラスティックなどの表面にアルミ蒸着などを施したものでもよい。さらに、アルミニウムではなく、表面に白色塗料が塗布されたものでもよい。図１に示される例では、円錐筒状に形成されているが、基板１１の形状に合せて、ＬＥＤ１２側で狭く、窓部３側で広くなる形状に形成されていれば凹面形状でもよく、ＬＥＤ１２の光を効率よく窓部３から放射することができる。

スプリング１４とビス１５は、発光ユニット１を固定する固定手段を構成すると共に、発光ユニット１を移動させる移動手段も兼ねている一例で、このビス１５を締め付けることにより、ビス１５が筐体２内に入り込み、スプリング１４が縮んで発光ユニット１が窓部３から離れて下側に沈む。図１に示される例では、３組のスプリング１４とビス１５が等間隔で設けられているため、３組のスプリング１４とビス１５が同じ割合で沈み込むことにより、窓部３に対して平行で上下方向の高さが変る第１の移動手段を構成すると共に、３組のスプリング１４とビス１５の１組または２組のビス１５を多く締め付け、他の締め付けを少なくすることにより、発光ユニット１の窓部３に対する角度を変えることができる第３の移動手段を構成している。３組のスプリング１４とビス１５の締め付けの割合をそれぞれ異ならせることにより、傾ける方向をさらに調整することができる。

図１に示される例では、ＬＥＤ１２が１個で、その周囲を３個のスプリング１４とビス１５で筐体２に固定する構成になっているが、この例に限らず、たとえば図２に同様の図が示されるように、ＬＥＤ１２が複数個円周上に並べられ、その中心部の１箇所でスプリング１４とビス１５とで固定する構造にすることもできる。この構造では、第１の移動手段だけで、第３の移動手段を具備していないが、照射光の広がりを調整することができる。また、図３〜６に示される（図３〜６に示される例では移動手段がスライドスイッチなどでビスとスプリングによる固定ではない）ように、蛍光管のような細長い照明装置にする場合には、基板１１は長方形状の細長い基板になり、基板１１の長手方向に沿って一定間隔で両側にスプリング１４とビス１５とで固定したりする構造にすることにより、同様に第１の移動手段と第３の移動手段を構成することができる。すなわち、全てのスプリング１４を同じ割合で縮ませることにより、第１の移動手段を構成し、長手方向に沿って両側に並ぶ一方側のスプリングの沈み込みを他方側のスプリングの沈み込みよりも大きくすることにより、長方形状の基板１１の短辺を傾けることができ、また、両側に並ぶ複数組のスプリング１４とビス１５のそれぞれの組をそれぞれの長辺の一端部から他端部にかけて締め付け深さを徐々に変えることにより、長方形状の基板１１の長辺側を窓部３に対して傾けることができる。さらに、両側および長さ方向の両方に亘り締め付け深さを変えることにより、所望の方向に基板１１を傾けることができる。

基板１１の固定手段兼移動手段は、前述のようなスプリング１４とビス１５の組合せでなくても、たとえば基板１１自身をスライドさせるスライド機構を用いても、連続的に移動させることができる。たとえば基板１１を上下方向にスライドさせるスライド機構を設けることにより、第１の移動手段を構成することができ、基板１１を窓部３に対して平行方向にスライドさせるスライド機構を設けることにより、窓部３に対して発光ユニット１を平行にずらす第２の移動手段を構成することができる。さらに、発光ユニット１の基板１１を回転させる回転機構を設けることにより、窓部３に対して、発光ユニット１の基板とのなす角度を可変させることができる。勿論、これらの第１の移動手段、第２の移動手段および第３の移動手段の２つまたは３つを同時に作動させることもできる。

このようなスライド機構により、発光ユニット１の移動手段を構成する例が図３〜６に示されている。すなわち、図３において、発光ユニット１および筐体２は、形状が異なるのみで、前述の例と同じである。この例では、筐体２の長手方向側壁２１、２２の中央部の外側にスライドスイッチ２５が形成されており、そのスライドスイッチ２５により発光ユニット１を固定すると共に、スライドスイッチ２５を上下にスライドさせることにより、スライドスイッチ２５により固定された発光ユニット１の基板１１を上下させ得る構造になっている。そのため、両方のスライドスイッチ２５を同じ割合で下げれば、図３（ｂ）に示されるように、窓部３に対して平行に下げることができ（第１の移動手段）、片方のスライドスイッチ２５を高く設定して、反対側を低くスライドさせれば、図３（ｃ）に示されるように、長方形状の基板１１の短辺を窓部３に対して傾けることができ、第３の移動手段になっている。

図４に示される例は、図３に示される例の断面が長方形状の筐体２の短辺側の筐体２の側壁２３、２４にスライドスイッチ２５が設けられた例である。この構造でも、図３に示される例と同様に、両側のスライドスイッチ２５を同じ割合で上下させると、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、窓部３に対して平行に移動させることができ、両側のスライドスイッチ２５の高さを変えることにより、基板１１を窓部３に対して傾けることができる。この場合は、基板１１の長手方向を窓部３に対して傾けることができる。図３と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

図５は、長方形状の基板１１の短辺の中心部を回転し得る回転自在の固定手段２６により固定し、筐体２の長手方向の一方の側壁２１の中心部にスライドスイッチ２５が設けられたものである。この構造にすることにより、スライドスイッチ２５の高さを変えることにより、図５（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、固定手段２６を支点として、基板１１の短辺側を回転させることができ、窓部３に対する発光ユニット１の向きを変えることができる。また、図６に示される例は、長方形状の基板１１長辺の中心部を支点として回転するように固定する回転自在の固定手段２６により固定し、筐体２の長手方向の一方の側壁２１の端部側にスライドスイッチ２５を形成したものである。このような構造にすることにより、図６（ｂ）に示されるように、スライドスイッチ２５を上下動させることにより、基板１１の長辺側を窓部３に対して回転させることができる。なお、これらの例では、照明装置自体が大きいため、発光ユニットを窓部３に対して平行方向に移動する例は示されていないが、発光ユニット１が小さい場合には、これらのスライドスイッチを用いることにより、第２の移動手段を構成することができる。

この図３〜６に示される例は、スライドスイッチ２５が筐体２の外側に形成されているため、照明装置の利用者がその使用目的に合せて自由に変更することができる。このような使用者が自由に照明の方向や照射範囲を変えることができる別の構成例が図７に示されている。この例は、筐体底部２７に対して、筐体アウター部２８がその底部で回転自在に嵌め合わされた構造になっており、筐体アウター部２８の内周には、螺旋溝２８ａが形成されている。そして、その螺旋溝２８ａに発光ユニット１の基板１１が嵌合するように基板１１および筐体アウター部２８が形成されている。基板１１は、その裏面が発光ユニット支持部１７に固定され、発光ユニット支持部１７は、筐体底部２７の凹部２７ａと嵌合するように形成されると共に、この発光ユニット支持部１７および筐体底部２７の凹部２７ａは、その断面形状が四角形などの形状で、発光ユニット支持部１７が凹部２７ａ内で回転しないで、上下には移動し得る構造になっている。その結果、筐体アウター部２８を回転させることにより、発光ユニット１を上下に連続的に移動させることができる。すなわち、第１の移動手段を構成している。この構造でも、照明装置の利用者が筐体アウター部２８を回転させるだけで、照射範囲を調整することができる。なお、この例でも、他の構成と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

筐体２は、たとえばプラスティックまたは金属板で、目的の用途に応じて所望の形状に形成され、図１、７に示される例では、筒状体の底部にボディ部２ａが形成されており、このボディ部２ａを挿入することにより照明装置を取り付けられる構造になっているが、このような構造には限定されず、たとえば天井に取り付けるような場合には、箱型の底部にビス孔を形成しておいて、ビスなどにより取り付ける構造にすることもできる。

窓部３は、筐体２と一体に形成されていてもよいが、用途に応じたレンズ部を形成する場合には、別体で形成して、ビスなどにより筐体２に取り付ける構造にすることにより、光の照射方向や、照射範囲に合せたレンズ部が形成された窓部３を取り付けることができる。図１や図７に示される例では、発光ユニット１側の内面にフレネレルレンズを形成し、外面は平坦なレンズに形成されているが、このようなレンズ部を形成すれば、光を有効に集光しながら、照射側には広い範囲に亘って光を照射することができ、部屋全体を照明する照明装置として利用することができる。しかし、外側にも１つの凸部を有する球面レンズを形成すれば、一方向に集中的に照射することができる照明装置とすることができるし、たとえば図８（ａ）〜（ｂ）に示されるように、凸部３ａを２以上形成すれば、広い範囲を照射しながら、光を集光することができる。なお、図８に示されるレンズ部の内面側３ｂは、効率的に光を入光させるため、ＬＥＤ１２の外形形状に合せた構造にされている。また、後述する図１０（ｄ）に示されるように、部分的に凸部３ｅを形成することにより、光の照射方向に合せて集光することができる。

上記各例は、発光ユニット１を窓部３に対して連続的に変位させる例であったが、不連続的に変化させる構造にすることもできる。その例が、図９に示されている。この例は、たとえば直線状の蛍光管に代る照明装置の例で、筐体２が縦長に形成され、その底部側に溝２ａ、２ｂが対向する側壁に発光ユニット１の基板１１を挿入できるように、たとえば２段に形成されている。その結果、発光ユニット１を下の溝２ａに挿入すれば窓部３から発光ユニット１までの距離を遠くすることができ、上段の溝２ｂに挿入すれば、窓部３との距離を小さくすることができる。窓部３の内面は図１と同様にフレネルレンズに形成されている。この溝の組は、２段に限定されるものではなく、何段でも形成することができるし、また、斜めになるよう形成することもできる。

図１０は、この溝の組の他の構造例を示す図である。すなわち、図１０（ａ）は、２段の溝２ａ、２ｂの間に、斜めになるように１組の溝２ｃが形成された例で、このような斜めの溝２ｃに発光ユニット１の基板１１を挿入することにより、窓部３に対して発光ユニット１を傾けることができ、傾けた方向に光を放射することができる。また、図１０（ｂ）は、溝２ｄと溝２ｅを筐体２の中心ラインから相互に異なる側壁側にずらして形成されたもので、このような構造にすることにより、溝２ｄの組に発光ユニット１を挿入した場合と、溝２ｅの組に発光ユニット１を挿入した場合とで、窓部３に対して、ＬＥＤ１２の位置を平行にずらすことができ、第２の移動手段を構成している。

さらに、図１０（ｃ）に示される例は、窓部３に反射板１３を取り付ける例を示すと共に、外面に凸レンズ３ｃが、内面にフレネルレンズ３ｄが形成された例を示している。また、図１０（ｄ）は、たとえば発光ユニット１を窓部３に対して傾けた場合や、水平方向にずらした場合に、その光の照射方向に合せて凸部が形成されたレンズ３ｅを形成した例である。このような窓部を別途形成しておくことにより、発光ユニット１の取付けに合せて窓部３を取り替えて固定することもできる。

本発明によれば、筐体２の外観は、通常の蛍光灯を用いた照明装置などとほぼ同様の構造でありながら、用途に応じて、種々の照射をすることができる照明装置とすることができ、特定の方向に光を照射したり、特定の領域のみに光を照射したりすることができながら、非常に安価に製造することができる。

本発明による照明装置の一実施形態を示す平面および断面の説明図である。 図１に示される照明装置の変形例を示す断面説明図である。 発光ユニットの移動手段の他の構成例を説明する図である。 発光ユニットの移動手段の他の構成例を説明する図である。 発光ユニットの移動手段の他の構成例を説明する図である。 発光ユニットの移動手段の他の構成例を説明する図である。 発光ユニットの移動手段の他の構成例を説明する図である。 図１に示される照明装置の窓部の変形例を示す断面説明図である。 本発明による照明装置の他の実施形態を示す説明図である。 図９に示される照明装置の移動手段および窓部の他の例を示す説明図である。 従来のＬＥＤを用いた照明装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 発光ユニット
２ 筐体
３ 窓部
11 基板
12 ＬＥＤ
13 反射板
14 スプリング
15 ビス
25 スライドスイッチ
26 回転自在の固定手段

Claims (8)

1. 基板表面に半導体発光素子が１または２以上マウントされた発光ユニットと、該発光ユニットを内部に固定する筐体と、該筐体の上面で前記発光ユニットからの光が放射される面を被覆する窓部とを具備し、前記発光ユニットが、前記窓部との関係で異なる位置で固定される固定手段が設けられてなる照明装置。
2. 前記固定手段が、前記発光ユニットを、前記窓部との距離、前記窓部に対する傾き、および前記窓部と平行方向への変位の少なくとも１つを連続的に変化させ得る構造で前記筐体内に固定されるように形成されてなる請求項１記載の照明装置。
3. 前記発光ユニットが前記筐体の上面に対して垂直方向にスライドさせ得る第１の移動手段を介して固定されることにより、前記固定手段が形成されてなる請求項２記載の照明装置。
4. 前記発光ユニットが前記筐体の上面と平行方向にスライドさせ得る第２の移動手段を介して固定されることにより、前記固定手段が形成されてなる請求項２または３記載の照明装置。
5. 前記発光ユニットの基板が前記筐体の上面とのなす角度を変化させ得る第３の移動手段を介して、前記発光ユニットが前記筐体に固定されることにより、前記固定手段が形成されてなる請求項２、３または４記載の照明装置。
6. 前記発光ユニットが、スプリングを介した少なくとも３本のビスで固定されることにより、該スプリングの伸縮により前記筐体の上面との距離または前記発光ユニットの基板と前記筐体の上面とのなす角度を連続的に変化させ得る構造である請求項２、３または５記載の照明装置。
7. 前記発光ユニットの基板が筐体アウター部の内壁に形成された螺旋状溝に嵌め合うように形成されると共に、該筐体アウター部が筐体底部に回転自在に固定され、前記発光ユニットの基板が発光ユニット支持部に固定され、該発光ユニット支持部が前記筐体底部に回転しないで上下に移動し得るように固定されてなる請求項２または３記載の照明装置。
8. 前記固定手段が、前記筐体の対向する２つの側壁の内面に、前記発光ユニットの基板を挿入し得るように形成される２組以上の凹溝である請求項１記載の照明装置。

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