JP2010205660A - 照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】光取出効率を向上できる照明器具11を提供する。
【解決手段】器具本体15の下面に、LED43、反射体17、バッフル19を配置する。反射体17には、LED43の光を出射する出射開口49、およびLED43の光を反射して出射開口49から出射させる反射面50を設ける。バッフル19は、LED43からの直接光Lが反射体17の出射開口49から出射する直接光出射領域Sより外側に配置する。LED43からの直接光Lをバッフル19の上端部で遮ることなく取り出し、光取出効率を向上させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体発光素子を光源として用いた照明器具に関する。
従来、半導体発光素子としてLEDを用いたダウンライトなどの照明器具がある。この照明器具では、器具本体に複数のLEDを搭載した基板が配置され、この基板の下側にLEDからの光の配光を制御する反射体が配置され、この反射体の下面に透光性カバーが配置され、さらに、器具本体の下部には、透光性カバーを支持するとともに天井面に当接して取り付けられる化粧枠が配置されている。
反射体は、下面にLEDからの光を出射する出射開口を有し、LEDからの光を反射して出射開口から出射するように出射開口へ向かって拡開する反射面が形成され、この反射面の頂部にLEDからの光から通過する通過孔が形成されている(例えば、特許文献1参照。)。
さらに、グレアの防止のため、反射体と化粧枠との間に、第2の反射体としてバッフルが配置されることがある。このバッフルは、下面開口へ向かって拡開する反射面を有する環状に形成され、この反射面の頂部に反射体が対向する上面開口が形成されている。バッフルを用いる場合には、バッフルの上面開口に透光性カバーが配置され、バッブルの上面開口の縁部で透光性カバーを保持するようにしている。
特開2008−204692号公報(第5−7頁、図1−2)
しかしながら、グレア防止のためにバッフルを用いる場合、バッフルの上面開口の縁部が反射体の出射開口の近くに位置していると、反射体の出射開口から出射する光の一部がバッフルの上面開口の縁部で遮られ、LEDの光を外部に取り出す光取出効率が低下する問題がある。特に、LEDからの直接光がバッフルで遮られることにより、光取出効率の低下に影響しやすくなる。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、光取出効率を向上できる照明器具を提供することを目的とする。
請求項1に記載の照明器具は、半導体発光素子と;半導体発光素子の光を出射する出射開口、および半導体発光素子の光を反射して出射開口から出射させる反射面を有する第1の反射体と;半導体発光素子からの直接光が第1の反射体の出射開口から出射する直接光出射領域より外側に配置された第2の反射体と;を具備しているものである。
半導体発光素子には、例えば、LEDチップ素子や、有機EL素子などを用いることができる。半導体発光素子は、1つでも、複数でも構わない。
第1の反射体の出射開口から出射される光には、半導体発光素子からの直接光、および半導体発光素子からの光が反射面で反射した反射光が含まれる。第1の反射体は、半導体発光素子が複数の場合、各半導体発光素子毎に反射部分を区分けして設けてもよい。
第2の反射体は、半導体発光素子からの直接光が第1の反射体の出射開口から出射する直接光出射領域より外側に配置されていればよいが、外側に離れ過ぎると、第2の反射体を見た場合に輝度の均斉度が低下してしまうため、直接光出射領域との境界に接するまで近い方が好ましい。
照明器具は、例えば、ダウンライトなどであり、第2の反射体を用いることによってグレアが抑制される。
請求項2に記載の照明器具は、請求項1に記載の照明器具において、第1の反射体には、反射面が出射開口へ向かって拡開するように形成されているとともに、出射開口に対して反対側となる反射面の頂部に半導体発光素子の光が通過する通過孔が形成され、この通過孔の内縁に出射開口へ向かって拡開するように傾斜する立上り面が形成されているものである。
第1の反射体の立上り面は、通過孔の内縁が出射開口へ向かって拡開するように形成される反射面に連続するエッジ形状であると、例えば射出成形などによって成形するのが困難であるため、立上り面を設けることでエッジ形状とならないようにして成形上必要な幅寸法を確保する。立上り面を出射開口へ向かって拡開するように傾斜させることにより、立上り面で反射した光が第1の反射体の反射面で再反射することによって生じる光の損失を軽減し、光取出効率の向上が可能となる。立上り面の傾斜する角度は、半導体発光素子から第1の反射体の出射開口へ向かう光軸方向に対して、光取出効率を考慮した光学的には15°以上、成形的には40°以下とする15〜40°の範囲が好ましく、成形性をより考慮した好ましい範囲は15〜25°であり、例えば、20°程度が光学的および成形性において最適となる。
請求項1に記載の照明器具によれば、半導体発光素子からの直接光が第1の反射体の出射開口から出射する直接光出射領域より外側に、第2の反射体を配置しているため、第2の反射体で遮られていた半導体発光素子からの直接光を取り出すことができ、光取出効率を向上できる。
請求項2に記載の照明器具によれば、請求項1に記載の照明器具の効果に加えて、第1の反射体の通過孔の内縁に立上り面を形成することにより、第1の反射体の成形上必要な幅寸法を確保できるとともに、その立上り面を出射開口へ向かって拡開するように傾斜させることにより、立上り面で反射した光を第1の反射体の反射面で再反射せずに出射開口から出射させることができ、光取出効率を向上できる。
本発明の一実施の形態を示す照明器具の一部の断面図である。 同上照明器具の反射体の断面図である。 同上照明器具の側面図である。 同上照明器具の底面図である。 同上照明器具の器具本体の平面図である。 同上照明器具の一部の斜視図である。
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1に示すように、照明器具11は、例えばダウンライトであり、天井板などの天井部材12に設けられた円形の埋込み孔13に埋め込み設置されている。
図1ないし図6に示すように、照明器具11は、器具本体15、この器具本体15の下面に取り付けられた光源モジュール16、この光源モジュール16の下側に取り付けられた第1の反射体としての反射体17、この反射体17の下面に配置された透光性カバー18、器具本体15の下側に取り付けられた第2の反射体としてのバッフル19、天井部材12への取付用であって器具本体15の外側面に取り付けられた一対の取付ばね20、および図示しない電源装置および端子台などを備えている。
器具本体15は、光源モジュール16が発する熱を放熱する放熱部材を兼ねるために例えばアルミニウムなどの金属材料にて形成され、円形の基板部24を有し、この基板部24の下側周辺部近傍に円筒状の筒部25が形成され、この筒部25の内側に光源モジュール16や反射体17などを収容する光源収容部26が形成されている。
図5に示すように、基板部24の中央には、基板部24の下面との間に光源モジュール16を挟み込んだ反射体17をねじ止めするための取付孔27が形成され、また、基板部24の周辺部には、バッフル19をねじ止めするための複数の取付孔28が形成されている。さらに、基板部24には、電源装置などを取り付けるための複数の取付孔29や、電源装置と光源モジュール16とをケーブルで接続する配線孔30などが形成されている。
基板部24の上側には、複数の放熱フィン31が形成されている。この放熱フィン31は、図5に示すように平面から見て、基板部24の中央域には三角形の各辺に沿うように複数の中央域の放熱フィン部31aがそれぞれ間隔をあけて配置され、基板部24の周辺域には中央域の放熱フィン部31aにおける三角形の各頂点から放射方向に沿うように複数の放射状の放熱フィン部31bがそれぞれ間隔をあけて配置されている。そして、中央域の放熱フィン部31a間の隙間(空間)と、複数箇所であって3箇所の放射状の放熱フィン部31b間の隙間(空間)とがそれぞれ連通し、放熱フィン31の中央域と外側面とを連通する複数の通風路32が形成されている。さらに、基板部24の周辺部で中央域の放熱フィン31aと3箇所の放射状の放熱フィン31bとの間の3個所には、基板部24の中央域から外側面に向かうように複数の周辺部の放熱フィン部31cが間隔をあけて配置されている。これら周辺部の放熱フィン部31c間の隙間(空間)に、放熱フィン31の中央域と外側面とを連通する通風路33が形成されている。
器具本体15の外側面の対称位置となる2箇所には、取付ばね20を取り付けるばね取付部34が形成されている。このばね取付部34には、一対の取付片35が所定の間隔をあけて設けられ、これら各取付片35の内側に取付軸36が配置されるとともに、各取付片35の外側からねじ37を取付軸36に螺着して各取付軸36を固定している。一対の取付軸36の先端間には、取付ばね20を取り付けるための隙間38が設けられている。また、一対の取付軸36をねじ37で器具本体15に取り付けるようにしているが、これに限らず、一対の取付軸36を器具本体15に一体に形成してもよい。
また、図1および図4に示すように、光源モジュール16は、例えばアルミニウムなどの金属材料で円板状に形成された基板42を有し、この基板42の表面に絶縁層を介して配線パターンが形成され、この配線パターン上に複数の半導体発光素子としてのLED43が電気的および機械的に接続されて搭載されている。
基板42は、LED43が搭載されていない裏面が器具本体15の基板部24の下面に密に面接触された状態で、基板部24とこの基板部24にねじ止めされる反射体17とに挟み込まれて固定されている。
LED43は、基板42の中心部の周りに一定間隔毎に配置されているとともに同心円上に複数列配置されている。また、LED43は、例えば、青色発光するLEDチップと、光を前方へ反射させるリフレクタと、LEDチップが発した青色の光によって励起されて主に黄色の光を放射する蛍光体を含有した封止部材とで構成されている。したがって、LEDチップを点状の一次光源としたLED43は、面状の二次光源となる封止部材の表面から白色の光を投射する。
また、反射体17は、器具本体15の基板部24の下面との間に光源モジュール16を挟み込んだ状態で、基板部24の上面側から取付孔27を通じて螺着されるねじにより基板部24の下面に取り付けられている。
反射体17は、例えば白色の合成樹脂にて円板状に形成された反射板47を有し、この反射板47に光源モジュール16の各LED43の位置に対応して各LED43が発した光の配光を制御する複数の反射部48が形成されている。
各反射部48は、反射板47の上下面に貫通開口する孔形状に形成され、下面にLED43の光が出射する出射開口49が形成され、LED43の光を反射して出射開口49から出射するように出射開口49へ向かって拡開する反射面50が形成されている。出射開口49に対して反対側となる反射面50の頂部にLED43の光が通過する円形の通過孔51が形成され、この通過孔51の上側にLED43およびその周辺部を収容する凹部52が形成されている。
出射開口49は、図4に示すように、反射体17の中心部の周りに扇形または扇形に近似した形状に形成され、全体として1つの円形の開口に近似した形状に形成されている。
図2に示すように、反射面50の頂部側の端部、つまり通過孔51の内縁には、例えば射出成形などによって反射体17を成形するうえで必要な幅寸法(肉厚寸法)aの立上り面53が形成され、この立上り面53が反射面50の傾斜よりも少ない傾斜角で出射開口49へ向かって拡開するように傾斜されている。この立上り面53に関しては、通過孔51の内縁が出射開口49へ向かって拡開するように形成される反射面50に連続するエッジ形状であると、例えば射出成形などによって成形するのが困難であるが、立上り面53を設けることでエッジ形状とならないようにして成形上必要な幅寸法を確保できる。また、この立上り面53が、LED43から反射体17の出射開口49へ向かう光軸方向に平行な面であると、LED43から立上り面53に入射した光の大部分が反射面50へ向けて反射してしまい、反射面50で再反射を繰り返して出射するため、反射面50で再反射する分、光の損失が発生し、光取出効率が低下するが、立上り面53を出射開口49へ向かって拡開するように傾斜させることにより、立上り面53で反射した光を反射体17の反射面50には入射させずに出射開口49から出射させることができ、光取出効率の向上が可能となる。立上り面53の傾斜する角度θは、LED43から反射体17の出射開口49へ向かう光軸方向に対して、光取出効率を考慮した光学的には15°以上、成形的には40°以下とする15〜40°の範囲が好ましく、成形性をより考慮した好ましい範囲は15〜25°であり、例えば、20°程度が光学的および成形性において最適である。
また、図1に示すように、透光性カバー18は、例えば、透明ガラス板や透明アクリル樹脂板などで円板状に形成されており、周縁部がバッフル19に嵌合されるとともに、反射体17と器具本体15にねじ止めされるバッフル19との間に挟み込まれて取り付けられ、反射体17の各出射開口49を閉塞するように配置されている。
また、図1、図3、図4および図6に示すように、バッフル19は、例えば、白色の合成樹脂製で、上下に開口する円形の枠体に形成されており、その上面開口57は下面開口(投光開口)58より小さく、内面には下面開口58に向かって拡開する反射面59が形成されている。
バッフル19の上面開口57を形成する上端周縁部には、透光性カバー18の周縁部を嵌合する嵌合部60が形成されている。
バッフル19の下端周縁部には、天井部材12の埋込み孔13より大径であって、照明器具11が天井部材12に埋込み設置された状態で、天井部材12の下面に当接する化粧枠61が一体に形成されている。なお、この化粧枠61はバッフル19と別体に形成してもよい。
バッフル19は、器具本体15の下側に配置されて、器具本体15の基板部24の上面側から取付孔29を通じて螺着されるねじにより器具本体15の下端に連結されている。このとき、嵌合部60に嵌合した透光性カバー18を反射体17との間に挟み込んで固定する。
器具本体15に取り付けたバッフル19の少なくとも上端部は、LED43からの直接光Lが反射体17の出射開口49から出射する直接光出射領域Sよりも外側に配置されている。このとき、反射体17の出射開口49側に透光性カバー18が配置されている場合には、この透光性カバー18での光の屈折も考慮した直接光出射領域Sよりも外側とする。なお、バッフル19が器具中心より外側に離れ過ぎると、反射体17の光を発しない周辺部が露出し、その部分が照明器具11を下から見た場合に暗い部分として視認され、輝度の均斉度が低下してしまうため、直接光出射領域Sとの境界に接するまで近い方が好ましい。
バッフル19の外側面の対称位置となる2箇所には、バッフル19を器具本体15に取り付けた際に、器具本体15の各ばね取付部34に侵入し、一対の取付軸36の先端間の隙間38に配置されるストッパ62が突出形成されている。このストッパ62の両側でバッフル19の上縁部には、取付ばね20が当接する規制部63が設けられている。
また、図3および図6に示すように、取付ばね20は、トーションスプリング(一対のコイル部を有するダブルトーションスプリング)によって構成されており、ばね性を有する線材の両端近傍にコイル状に巻回した一対のコイル部67が形成され、これら一対のコイル部67から端部68が延設されているとともに、一対のコイル部67から中間部である押え部69が直線状に延設され、この押え部69の先端部に下方へ折曲された当接部70が形成されている。
この取付ばね20は、器具本体15にバッフル19を取り付ける前に、器具本体15のばね取付部34に取り付けられるものであり、一対の取付軸36の先端間の隙間38を通じて、各コイル部67が各取付軸36の周囲に装着される。その後、器具本体15にバッフル19を取り付けることにより、バッフル19のストッパ62が一対の取付軸36の先端間の隙間38に配置され、コイル部67が取付軸36から抜け外れるのを規制する。器具本体15にバッフル19を取り付ける際に、バッフル19の規制部63が取付ばね20の押え部69に当接して押し上げ、コイル部67をねじり変形させる。このコイル部67のねじり変形により、両端部68がばね取付部34の内壁面に当接するため、押え部69を下方へ向けて付勢する反発力が発生する。施工前の状態では、下方へ向けて付勢される押え部69の基端側がバッフル19の規制部63に当接し、下方への移動が規制される。この規制状態では、押え部69の先端側がバッフル19の化粧枠61よりも外側方に突出しており、押え部69の先端側とバッフル19(化粧枠61)との最小距離bが15mm以上確保されるが、押え部69の先端の当接部70と化粧枠61の上面との上下方向の間隔cは5mm以下となる。
そして、照明器具11を施工するには、電源の配線後、一対の取付ばね20の押え部69を手で上方へ弾性変形させて器具本体15の側面に沿わせた状態とし、器具本体15および取付ばね20の押え部69の先端側を天井部材12の埋込み孔13に挿入し、取付ばね20から手を離すことにより、取付ばね20の弾性により、押え部69が側方に開くように展開するとともに、押え部69および先端の当接部70が天井部材12の上面側に当接し、器具本体15を相対的に引き上げる。化粧枠61が天井部材12の下面に当接することにより、化粧枠61と押え部69の当接部70との間に天井部材12を挟み込んで保持し、照明器具11を天井部材12に埋め込み設置した状態に保持する。
なお、ストッパ62は化粧枠61と別体で構成し、化粧枠61を器具本体15に取り付けた後にストッパ62を化粧枠61に取り付けるようにしてもよい。
照明器具11のLED43の点灯により、LED43が発した光が、反射体17の出射開口49から出射し、透光性カバー18を透過し、バッフル19の下面開口58から下方へ投射される。
LED43が発した光のうち、一部の光は、反射体17の反射面50で反射することなく出射開口49から出射され、透光性カバー18を透過して下方に投射され、また、一部の光は、反射体17の反射面50で反射して出射開口49から出射され、透光性カバー18を透過して下方に投射される。さらに、透光性カバー18を透過した光のうち、一部の光は、バッフル19の反射面59で反射することなく下方へ投射され、また、一部の光は、バッフル19の反射面59で反射して下方に投射される。
このとき、LED43からの直接光Lが反射体17の出射開口49から出射する直接光出射領域Sより外側に、バッフル19が配置されているため、LED43からの直接光Lがバッフル19の上端部で遮られることなく取り出すことができ、光取出効率を向上できる。
さらに、反射体17の通過孔51の内縁に立上り面53を形成することにより、反射体17の成形上必要な幅寸法を確保できるとともに、その立上り面53を出射開口49へ向かって拡開するように傾斜させていることにより、立上り面51で反射した光を反射体17の反射面50で再反射せずに出射開口49から出射させることができ、光取出効率を向上できる。
また、一般的な照明器具では、LEDの点灯時に発生する熱を逃すために、器具本体に放熱フィンを設けているものがあるが、通風性などが十分に考慮されていなかったために、十分な放熱性能が得られなかった。
本実施の形態の照明器具11では、放熱フィン31は、図5に示すように平面から見て、基板部24の中央域には三角形の各辺に沿うように複数の中央域の放熱フィン部31aがそれぞれ間隔をあけて配置され、この中央域の放熱フィン部31aにおける三角形の各頂点から放射方向に沿うように複数の放射状の放熱フィン部31bがそれぞれ間隔をあけて配置されている。そのため、中央域の放熱フィン部31a間の隙間(空間)と、3箇所の放射状の放熱フィン部31b間の隙間(空間)とがそれぞれ連通し、放熱フィン31の中央域と外側面とを連通する複数の通風路32が形成されている。
LED43の点灯時に発生する熱は、基板42から器具本体15の基板部24を通じて放熱フィン31に熱伝導され、この放熱フィン31から空気中に放熱されるが、図4に示すように複数のLED43は器具本体15の中央域に密集して配置されているため、器具本体15の中央域の放熱フィン31の温度が周辺域に比べて高くなる。
温度の高い中央域の放熱フィン31で温められた空気が上昇する気流の発生に伴って、放熱フィン31の側方域の暖められていない空気が複数の通風路32を通じて中央域の放熱フィン31に流れ込むとともに中央域の放熱フィン31で温められて上昇するという空気の流れが生じ、放熱性能を向上できる。
さらに、基板部24の周辺部で中央域の放熱フィン31aと3箇所の放射状の放熱フィン31bとの間の3個所には、基板部24の中央域から外側面に向かうように複数の周辺部の放熱フィン部31cが間隔をあけて配置されている。これら周辺部の放熱フィン部31c間の隙間(空間)に、放熱フィン31の中央域と外側面とを連通する通風路33が形成されている。そのため、この通風路33からも放熱フィン31の側方域の暖められていない空気が中央域の放熱フィン31に流れる気流が生じ、放熱性能を向上できる。
また、一般的な照明器具では、器具本体を天井部材に取り付けるためには、器具本体の側方に取付ばねとして板ばねを突出させ、この板ばねと化粧枠との間で天井部材を挟み込んで取り付けることが多いが、取付ばねとしてトーションスプリングを用いる場合もある。トーションスプリングの場合、コイル部分が器具本体に取り付けられ、このコイル部分から延設された当接部分と化粧枠との間で天井部材を挟み込んで取り付ける。施工前の状態では、トーションスプリングの当接部分が下方へ向けて弾性を有していて化粧枠に当接して止まっており、施工時には、トーションスプリングの当接部分を弾性に抗して上方に弾性変形させて器具本体の側面に沿わせ、天井部材の埋込み孔に挿入するが、施工途中にトーションスプリングの当接部分から手が外れると、その当接部分が弾性によって下方へ戻り、当接部分と化粧枠との間に指が挟まるおそれがある。
それに対して、本実施の形態の照明器具11では、施工前の状態では、取付ばね20の下方へ向けて付勢される押え部69の基端側がバッフル19の規制部63に当接し、下方への移動が規制されている。この規制状態では、押え部69の先端側がバッフル19の化粧枠61よりも外側方に突出しており、押え部69の先端側とバッフル19(化粧枠61)との最小距離bが15mm以上確保されている。
そのため、照明器具11の施工時に、一対の取付ばね20の押え部69を手で上方へ弾性変形させて器具本体15の側面に沿わせた状態とし、器具本体15および取付ばね20の押え部69の先端側を天井部材12の埋込み孔13に挿入するまでに、手が押え部69から外れ、取付ばね20の弾性により押え部69が下方へ戻っても、押え部69の基端側がバッフル19の規制部63に当接し、押え部69の先端側とバッフル19(化粧枠61)との最小距離bを15mm以上に確保するため、押え部69の先端側とバッフル19(化粧枠61)との間に指が挟まるのを防止できる。なお、最小距離bが15mmより小さいと、押え部69の先端側とバッフル19(化粧枠61)との間に指が挟まる可能性がある。
しかも、押え部69の先端側とバッフル19(化粧枠61)との最小距離bを15mm以上確保していても、押え部69の先端から当接部70を下方へ折り曲げ、当接部70の先端と化粧枠61の上面との上下方向の間隔cを5mm以下としていため、照明器具11の施工状態では、押え部69の当接部70と化粧枠61との間で天井部材12を確実に挟み込み、天井部材12にがたつきなく取り付けることができる。
また、一般的な照明器具では、上述のように取付ばねとしてトーションスプリングを用いる場合があるが、このトーションスプリングを器具本体に取り付けるには、トーションスプリングのコイル部分の内側にねじを通して器具本体に取り付けることが多い。また、一対のコイル部を有するダブルトーションスプリングを用いる場合もあり、この場合には、器具本体側に一対の取付軸を所定の間隙をあけて設けることにより、この間隙を通じて各取付軸に各コイル部を簡単に取り付けることができる。しかし、隙間を通じてコイル部が外れる可能性があるため、別の抜け止め部材を隙間に取り付ける必要があり、部品点数が増加し、組立性も十分な向上が得られなかった。
それに対して、本実施の形態の照明器具11では、バッフル19にストッパ62を設けているため、取付ばね20の一対のコイル部67を一対の取付軸36に装着した器具本体15にバッフル19を取り付けることにより、バッフル19のストッパ62が一対の取付軸36の先端間の隙間38に配置され、取付ばね20のコイル部67が取付軸36から抜け外れるのを規制できる。そのため、別途抜け止め部材を用いて取り付ける必要がなく、部品点数を削減でき、組立性を向上できる。
なお、バッフル19に板ばねを取り付けるための図示しない取付部を形成し、取付ばね20として板ばねを用いてもよい。
11 照明器具
17 第1の反射体としての反射体
19 第2の反射体としてのバッフル
43 半導体発光素子としてのLED
49 出射開口
50 反射面
51 通過孔
53 立上り面

Claims (2)

  1. 半導体発光素子と;
    半導体発光素子の光を出射する出射開口、および半導体発光素子の光を反射して出射開口から出射させる反射面を有する第1の反射体と;
    半導体発光素子からの直接光が第1の反射体の出射開口から出射する直接光出射領域より外側に配置された第2の反射体と;
    を具備していることを特徴とする照明器具。
  2. 第1の反射体には、反射面が出射開口へ向かって拡開するように形成されているとともに、出射開口に対して反対側となる反射面の頂部に半導体発光素子の光が通過する通過孔が形成され、この通過孔の内縁に出射開口へ向かって拡開するように傾斜する立上り面が形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の照明器具。
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