JP2011134555A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広大な面積のプリント配線板を用いることなく、簡単な組立手段で広い面積を照らすことが可能なＬＥＤ照明装置を得る。
【解決手段】ＬＥＤ（２）が実装されたそれぞれのＬＥＤユニットへの電力供給機能、ＬＥＤユニットのそれぞれの位置決め・保持機能、および照明設置場所への固定機能を兼ね備える複数のレール（３１〜３４）と、ＬＥＤユニットを搭載可能であり、かつ複数のレールのそれぞれに対して着脱可能な構成を有し、格子状に配置される各レールの結合点に配置される複数の結合部品（１０）と、複数のレールのそれぞれに対して着脱可能な構成を有し、複数の結合部品に対してレールを介して電力を供給する複数の配電用接続部品（２０）と、電力供給用リード線を介して複数の配電用接続部品に電力を供給する電源供給手段（４１）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、天井照明などに用いるＬＥＤ照明装置に関する。

近年、高出力化等の進歩を背景に、白色ＬＥＤの適用範囲が拡大し、建築物や車両等の照明用途にも、その応用が進んでいる。天井照明器具の形態の例としては、建物や車両へ組み込むことを目的としたシーリングライト、ダウンライト等、および既存器具への取付けを目的とした電球型のＬＥＤランプ、蛍光灯形のＬＥＤランプ等が挙げられ、いずれの形態も実用化や開発が進んでいる。

ＬＥＤの特徴としては、点光源であることが挙げられる。しかしながら、１つの素子から得られる光量の大きさは、白熱電球や蛍光灯と比べて小さい。このため、同等の光量を得る為には、複数のＬＥＤを１つの器具内に収め、照明器具として構成することが多い。

ＬＥＤの点光源の特徴から、複数のＬＥＤを分散配置し、面光源化することは可能である。また、ＬＥＤの形態としては、リードタイプとチップタイプがあり、いずれもプリント基板にはんだ付けして使用することが多い。

ＬＥＤの点光源から均一な輝度の面光源を得る方法として、導光手段や反射手段を用いない場合には、等間隔に並べることが考えられる。例えば、液晶ディスプレイのバックライト用途として、プリント配線板にチップＬＥＤを実装し、拡散シートやプリズムシートなどの光学部材を組み合わせて、ムラのない面光源を得るものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１での用途のように、狭い面積で高い照度が必要な場合には、プリント配線板を用いることは有効な手段である。

また、別の従来技術として、光源で壁面を照射して面光源を得るＬＥＤ照明装置がある。この場合には、壁面の一端に設置した照明器具から照らして面発光を得るため、ＬＥＤを分散して配置する必要がない（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−８４６３１号公報 特開２００７−８０６６６号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１にあるようなプリント配線板を用いた構成は、天井照明など比較的広い面積で、広い面光源を実現する場合には、広大な面積が必要となる。このため、以下のような問題がある。
（問題１）基板などの部材コストがかかる。
（問題２）高温になりがちな使用環境下で、かつ面積が大きいことから、経年劣化、反り、あるいは絶縁性への影響等を防ぐためには、基材に紙フェノールなど安価な材料を用いることができず、ガラスエポキシ、アルミナなどの比較的高価な基材を選定する必要がある。

（問題３）分散配置する間隔、使用するチップＬＥＤをはんだ付けするためのフットパターン、および熱処理対策に応じたパターン等、プリント配線板の設計が必要となる。
（問題４）プリント配線板の製造過程における使用材料や薬剤の管理、および多岐に渡る工程とその品質維持のための管理が多大であるとともに、使用エネルギー量が多く、環境負荷が大きい。
（問題５）実装部品数が少なくても、基板面積が大きいため、基板の製造コストがかかる。

また、特許文献２にあるような構成を照明として利用するには、反射光を利用した間接照明となり、光源の利用効率が悪くなる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、広大な面積のプリント配線板を用いることなく、簡単な組立手段で広い面積を照らすことが可能なＬＥＤ照明装置を得ることを目的とする。

本発明に係るＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤが実装されたそれぞれのＬＥＤユニットへの電力供給機能、ＬＥＤユニットのそれぞれの位置決め・保持機能、および照明設置場所への固定機能を兼ね備える複数のレールと、ＬＥＤユニットを搭載可能であり、かつ複数のレールのそれぞれに対して着脱可能な構成を有し、格子状に配置される各レールの結合点に配置される複数の結合部品と、複数のレールのそれぞれに対して着脱可能な構成を有し、複数の結合部品に対してレールを介して電力を供給する複数の配電用接続部品と、電力供給用リード線を介して複数の配電用接続部品に電力を供給する電源供給手段とを備えるものである。

本発明に係るＬＥＤ照明装置によれば、位置固定と給電を目的とするレール、レールへの着脱が容易で、交差するレール同士の結合、ＬＥＤへの電力供給も兼ねる結合部品、配電用接続部品、電源供給手段を組み合わせた構成を備えることにより、広大な面積のプリント配線板を用いることなく、簡単な組立手段で広い面積を照らすことが可能なＬＥＤ照明装置を得ることができる。

分散配置形のＬＥＤ照明を、プリント配線板を用いて実現する従来のＬＥＤ場合を例示している。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態１においてチップ形ＬＥＤを第１ジョイントに取り付けた状態の拡大図である。 本発明の実施の形態１における第１ジョイントの拡大図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置の回路図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置を部屋の天井照明に適用した場合の例示図である。

以下、本発明のＬＥＤ照明装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
本実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置を説明する前に、従来装置の構成について、図面を用いて簡単に説明する。図１は、分散配置形のＬＥＤ照明を、プリント配線板を用いて実現する従来のＬＥＤ照明装置を例示している。プリント配線板１０１（基板１０１）は、ＬＥＤ１０２、過電流保護素子１０３、配線パターン１０４、および放熱手段１０５を有している。プリント配線板１０１の固定には、天井１０６から延びた基板固定サポータ１０７が用いられる。また、プリント配線板１０１への電力供給は、コネクタ配線１０８などの電気的な接続手段が用いられる。

プリント配線板１０１は、その製造過程において、部品実装機やはんだ付け装置などの自動化された装置に通される場合が多い。従って、それらに投入できるサイズには制約があり、ある程度の大きさに分割して製造する必要がある。このような制約から、図１に示した従来のＬＥＤ照明装置は、製造上都合のよいサイズで分割されたプリント配線板１０１を複数並べて実現されている。

次に、本発明のＬＥＤ照明装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置の全体構成図である。なお、この図２においては、全体構成を説明しやすくするために、天井が下側とした状態を示している。本実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置は、リード形ＬＥＤ２ａを格子状に並べることで、分散配置型を構成している。

より具体的には、第１ジョイント１０（結合部品に相当）のリード差込口１１にリード形ＬＥＤ２ａを差し込み、Ｙ軸配電用レール３１とＸ軸配電用レール３２を第１ジョイント１０に嵌め込む要領を、ある間隔ごとに格子状に実施することで、分散配置形のＬＥＤ照明装置を実現している。

ここで、Ｙ軸配電用レール３１とＸ軸配電用レール３２は、位置決め、天井への取り付け、各ＬＥＤへの電力供給の各役割を担っている。また、第１ジョイント１０は、各配電用レール３１、３２とリード形ＬＥＤ２ａなどのリード形ブロック（ＬＥＤモジュールに相当）との電気的接続、および各配電用レール３１、３２の相互結合の役割を担っている。

各Ｙ軸配電用レール３１は、それぞれの端部に設けられた第２ジョイント２０を相互に接続するＹ軸給電用レール３３により給電される。同様に、各Ｘ軸配電用レール３２は、それぞれの端部に設けられた第２ジョイント２０を相互に接続するＸ軸給電用レール３４により給電される。また、Ｙ軸給電用レール３３およびＸ軸給電用レール３４は、電力供給用リード線４２を介して接続された電力供給手段４１から電力が供給される。

なお、Ｙ軸給電用レール３３、Ｘ軸給電用レール３４、電力供給手段４１、電力供給用リード線４２、および第２ジョイント２０を備えてなるこのような給電手段は、必ずしも外側に設ける必要はない。また、分散配置面積が広く、電圧降下が問題となる場合には、ある間隔ごとに給電手段を取り付け、配線インピーダンスを低下させる対策をとることができる。

なお、第１ジョイント１０は、リード形ＬＥＤ２ａを取り付ける以外に、例えば、以下のようにして、チップ型ＬＥＤ２ｂにも適用可能であり、ＬＥＤを安定して駆動するための機能を構築可能である。具体的には、チップ形ＬＥＤを小型のプリント配線板に実装し、リードを設けたブロック（ＬＥＤモジュールに相当）を取り付けることで、適用可能である。なお、この適用に関しては、図３を用いて後述する。

また、第２ジョイント２０は、以下の用途に分類される。
（用途１）導電性の線材をＵ字型に曲げたものなどで構成されるジャンパ２２をリード差込口２１に差し込むことで、単に配電用レール３１、３２と給電用レール３３、３４を接続するためのブロックとして機能するもの（図２における配電ブロック２０ａに相当）。
（用途２）過電流保護素子２４などをプリント配線板１に実装し、リード２３をリード差込口２１に差し込むことで、プリント配線板１を備えたブロックとして機能するもの（列ごとに過電流保護する場合であり、図２における配電ブロック２０ｂに相当）。
（用途３）リード２３をリード差込口２１に差し込むことで、電力供給手段４１の電力を給電用レール３３、３４へ伝達するためのブロックを備えた受電ブロックとして機能するもの（図２における受電ブロック２０ｃに相当）。

第１ジョイント１０および第２ジョイント２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）は、それぞれの機能に応じて、大きさを変えてもよく、あるいは専用設計してもよい。また、電力供給手段４１から給電用レール３３、３４への電力供給は、受電ブロック２０ｃを介さず、レールへ圧着やネジ止めするためのリード線接続スリーブ４３を用いて直接、給電用レール３３、３４に接続してもよい（図２参照）。

レール（３１〜３４）と建物との固定手段としては、レール固定金具３５、およびレール固定サポータ３６を用いて行う（図２参照）。すなわち、レール固定サポータ３６の一端をレール固定金具３５にネジ止め等で固定し、レール固定サポータ３６の他端を建物へ固定する。このような固定手段をある間隔ごとに設け、レールを建物と固定することで、ＬＥＤ照明装置全体が支持される。なお、ブレなどが問題となる場合には、天井を底面とした三角錐形にレール固定サポータ３６を構成することで、対策することが考えられる。

また、各レール（３１〜３４）へ第１ジョイント１０または第２ジョイント２０を取り付ける際の目印として、各レール（３１〜３４）に目盛り３７を設けておくことが考えられる。これにより、第１ジョイント１０または第２ジョイント２０を取付ける度に寸法を測らなくても、容易に位置合わせ（間隔合わせ）を行うことができ、歪みの少ない組立が可能である。レールに嵌め込まれているときは、バネ性によりリード（１３、２３）を押し当てるためロックされるが、レールが嵌っていないときは、開放状態となる。

図３は、本発明の実施の形態１においてチップ形ＬＥＤ２ｂを第１ジョイント１０に取り付けた状態の拡大図である。プリント配線板１に、チップ形ＬＥＤ２ｂ、過電流保護素子１４、およびリード１３をはんだ付けする。そして、リード１３を第１ジョイント１０のリード差込口１１に差し込み、レール（３１、３２）に嵌め込むことで、基板１を第１ジョイント１０に取り付ける。

この際、特に、照明用途の高出力形のＬＥＤを用いる場合には、放熱対策が不可欠である。従って、その場合には、プリント配線板１の基材を熱伝導性のよいものに変え、放熱フィン１５と組合せてもよい。

図４は、本発明の実施の形態１における第１ジョイント１０の拡大図であり、リード形ＬＥＤ２ａを第１ジョイント１０に実装する場合を例示している。Ｙ軸スロット１６とＸ軸スロット１７があり（図４中の矢印参照）、それぞれのスロットには、レール固定用突起１６ａ、１７ａが設けられている。また、上面のリード差込口１１からＹ軸スロット１６までと、上面のリード差込口１１からＸ軸スロット１７までは、それぞれ貫通されたリード通し穴１６ｂ、１７ｂが設けられている。

このような図４に示したリード形ＬＥＤ２ａを有する第１ジョイント１０の組立手順、およびその際の各部の働きをまとめると、以下の通りである。
（手順１）リード差込口１１からリード形ＬＥＤ２ａのリードを差し込む。ここで、各リードは、差し込んだ後に、Ｙ軸スロット１６およびＸ軸スロット１７のレール固定用突起１６ａ、１７ａを越える長さが必要である。

（手順２）Ｙ軸配電用レール３１を、Ｙ軸スロット１６のレール固定用突起１６ａを越えて奥まで押し込む。これにより、Ｙ軸配電用レール３１は、レール固定用突起１６ａで嵌め込まれて、ロックされる。このとき、Ｙ軸配電用レール３２は、第１ジョイント１０の素材（例えば、樹脂）が持つバネ性の力により、Ｙ軸スロット１６のレール固定用突起１６ａの壁面から、リード形ＬＥＤ２ａのリードに局部的に押し当てられる（図４中のレールとリードの接触部分１６ｃ参照）。これにより、リード形ＬＥＤ２ａのリードとＹ軸配電用レール３１は、電気的に接続され、リード形ＬＥＤ２ａのＹ軸方向の位置が固定される。この固定は、人の手作業で行える程度の力ですむ。

（手順３）先の手順２と同様に、Ｘ軸方向もＸ軸スロット１７にレールを嵌め込むことで、リードとレールの電気的接続を行うとともに、Ｘ軸方向の位置が固定される。固定用のリードは、図３に示したように、放熱フィン１５が付属する場合など、重量が増す場合には、脱落防止の目的で強度を増すために、リードを板状にするか、材料を変えるか、あるいは別途ロック機構などを設けるなどの対策が考えられる。

なお、第１ジョイント１０は、嵌め込んであるだけなので、組立と反対の手順で分解が可能である。固定されていたリード形ＬＥＤ２ａのリード部も、レール（３１、３２）から取り外すことで、押し当て力が解除されて取り外しが可能であり、再利用可能である。

なお、図４では、リード形ＬＥＤ２ａ自身のリードを用いて、リード形ＬＥＤ２ａを第１ジョイント１０に実装する場合を例に説明した。これに対して、先の図３に示した、チップ形ＬＥＤ２ｂを有するプリント配線板１を第１ジョイント１０に実装する場合には、リード形ＬＥＤ２ａ自身のリードの代わりに、リード１３を用いることで、同様の手順で行うことができる。

図５は、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置の回路図である。図５においては、過電流保護素子２４として、抵抗器２４ａを挿入した場合を例示しているが、定電流ダイオード、輝度管理用の集積回路などで列ごとに制御を行ってもよい。また、個々のＬＥＤ２（リード形ＬＥＤ２ａまたはチップ型ＬＥＤ２ｂ）に過電流保護、逆電圧保護素子や制御回路を設けた構成としてもよい（図３参照）。

図６は、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置を部屋の天井照明に適用した場合の例示図である。図６では、天井ボード５０に対して、ある間隔でレール固定サポータ３６を用いて固定している。天井ボード５０がない場合には、天井６から直接、レール固定サポータ３６で固定してもよい。

以上のように、実施の形態１によれば、天井照明など比較的広い面積に用いられるＬＥＤ照明装置において、広大な面積のプリント配線板を使用することなく、ＬＥＤを分散配置することで、空間全域にわたって均一な照度の提供を可能とする構成を備えている。具体的には、位置固定と給電を目的とするレール、レールへの着脱が容易で、交差するレール同士の結合、ＬＥＤへの電力供給も兼ねる結合部品、配電用接続部品、電源供給手段を組み合わせることで、広大な面積のプリント配線板を用いることなく、簡単な組立手段で広い面積を照らすことが可能なＬＥＤ照明装置を提供する。

さらに、光源の露出避けたい場合やムラのない均一な輝度の面光源を得たい場合は、拡散板や乳白板を配置することで実現できる。

電球、蛍光灯などの光源を分散配置し、乳白色板などと組み合わせてムラを目立ちにくくした面発光の照明は、従来からある。しかしながら、ＬＥＤは、１つの発光素子の発光出力を、部屋の照明に使用される電球や蛍光灯より大きくすることが現在は難しく、同じ輝度を得るには、複数個のＬＥＤ素子を一定の面積の中に配置する必要がある。

大きな講堂や体育館に発光出力の大きい電球や水銀灯などを分散配置する場合には、電線で各器具へ配線すればよい。また、液晶ディスプレイのバックライト用途のように、狭い面積にＬＥＤを分散配置する場合には、プリント配線板にチップＬＥＤを実装すればよい。

その一方で、ＬＥＤを光源として部屋などの照明に使用する場合には、バックライトの場合よりも配置する密度は低くできるが、より広い面積に配置する必要がある。従って、このような比較的広い面積に用いられるＬＥＤ照明装置においては、本発明の構成が適しており、上述したような優れた効果を得ることができる。

本発明に係るＬＥＤ照明装置の具体的なメリットを列挙すると、以下のようになる。
（１）広い面積を持つ分散照明もしくは面光源が、簡単、安価な組立で実現可能となる。
（２）ＬＥＤの間隔が自由に設定でき、同一ＬＥＤを用いた場合でも、密度を変更することで照度の調整が可能となる。
（３）リード形のＬＥＤを用いた場合には、プリント配線板の製造が不要となる。
（４）チップ形のＬＥＤを用いた場合には、面実装し、リードを取り付けるための基板が必要ではあるが、電流制限素子、保護素子、放熱対策のための最小限のサイズを有する同一の小型基板をモジュール上に実装して使用することが可能となる。

（５）必要に応じて、高出力ＬＥＤなどに不可欠な放熱フィンの取付けにも容易に対応できる。
（６）組立に特別な製造設備や技術が不要であり、設置現場での組立が可能である。
（７）設置現場での組立とした場合には、材料ごとに分けて輸送可能であり、設置面積が広い場合でも、大掛かりな照明器具としての輸送が不要である。

（８）分散光源化した照明が安価に提供できるようになると、照明の意匠の選択肢が増える。さらに、防犯カメラ等で照らされた空間を撮影する際には、局部的に高輝度になりがちなＬＥＤを集中配置したタイプの照明器具に比べ、被写体の輝度分布の均一化が図れ、映像が見易くなる。例えば、エレベータのかご内撮影など、カメラ、被写体および照明器具の距離関係が近い状況においては、その効果が得られやすい。

１ プリント配線板、２ａ リード形ＬＥＤ、２ｂ チップ形ＬＥＤ、１０ 第１ジョイント（結合部品）、１１ リード差込口、１２ ジャンパ、１３ リード、１４ 過電流保護素子、１５ 放熱フィン、１６ Ｙ軸スロット、１６ａ レール固定用突起、１６ｂ リード通し穴、１６ｃ レールとリードの接触部分、１７ Ｘ軸スロット、１７ａ レール固定用突起、１７ｂ リード通し穴、１７ｃ レールとリードの接触部分、２０ 第２ジョイント（配電用接続部品）、２０ａ Ｘ軸配電ブロック、２０ｂ Ｙ軸配電ブロック、２０ｃ 受電ブロック、２１ リード差込口、２２ ジャンパ、２３ リード、２４ 過電流保護素子、３１ Ｙ軸配電用レール、３２ Ｘ軸配電用レール、３３ Ｙ軸給電用レール、３４ Ｘ軸給電用レール、３５ レール固定金具、３６ レール固定サポータ、３７ 目盛り、４１ 電力供給手段、４２ 電力供給用リード線、４３ リード線接続スリーブ、５０ 天井ボード。

Claims (7)

1. ＬＥＤが実装されたそれぞれのＬＥＤユニットへの電力供給機能、前記ＬＥＤユニットのそれぞれの位置決め・保持機能、および照明設置場所への固定機能を兼ね備える複数のレールと、
   前記ＬＥＤユニットを搭載可能であり、かつ前記複数のレールのそれぞれに対して着脱可能な構成を有し、格子状に配置される各レールの結合点に配置される複数の結合部品と、
   前記複数のレールのそれぞれに対して着脱可能な構成を有し、前記複数の結合部品に対して前記レールを介して電力を供給する複数の配電用接続部品と、
   電力供給用リード線を介して前記複数の配電用接続部品に電力を供給する電源供給手段と
   を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、
   前記複数の配電用接続部品のそれぞれは、リード差込口を有し、
   第１用途として、リード形状を有するジャンパを前記リード差込口に差し込むことで、前記複数のレールのあるレールから他のレールへの給電を行うもの、
   第２用途として、過電流防止機能および給電機能をプリント配線板上に実装してリード形状にしたものを前記リード差込口に挿入することで、過電流保護および給電を兼ね備えたもの、
   第３用途として、前記電力供給用リード線を介して接続可能なリード形状を有する部品を前記リード差込口に差し込むことで、前記電源供給手段の電力を前記複数のレールに供給するもの
   の各用途として使用でき、共通形状のジョイント部品にリード接続する構成を備えた
   ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
3. 請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置において、
   前記複数の結合部品のそれぞれは、リード差込口を有し、
   前記ＬＥＤがリード形ＬＥＤである場合には、前記リード形ＬＥＤのリードを前記リード差込口に直接挿入することで前記ＬＥＤを実装可能とし、
   前記ＬＥＤがチップ形ＬＥＤである場合には、プリント配線板上に実装してリード形状にしたものを前記リード差込口に挿入することで前記ＬＥＤを実装可能とする
   ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
4. 請求項３に記載のＬＥＤ照明装置において、
   前記複数の結合部品のそれぞれは、前記ＬＥＤの輝度調整機能を搭載可能とすることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置において、
   前記複数のレールをある間隔で保持し、前記照明設置場所への固定を行うレール固定部品をさらに備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置において、
   前記複数のレールのそれぞれは、組立時に前記複数の結合部品および前記複数の配電用接続部品の相互接続間隔がわかるように、目盛りが付されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置において、
   前記ＬＥＤの露出防止、あるいは輝度均一化を行うための板状部品を、前記ＬＥＤの発光部前面に取り付け可能な構成を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。

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