JP2014002862A - 口金付ランプおよび照明器具 - Google Patents

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光 寺崎
Takeshi Hisayasu
武志 久安
Shinji Nakada
慎二 中田
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Abstract

【課題】広角な配光特性を得ることが可能な口金付ランプおよびこの口金付ランプを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】口金付ランプ10は、本体11、固体発光素子12、口金部材16を具備する。本体11は、外方に拡開する凹部11aによって構成される支持部11bを筒体の一端部側に有する。固体発光素子12は、光軸yが本体の軸心x−xと交差するように支持部に配設される。口金部材16は、本体の他端部側に配設される。
【選択図】 図1

Description

本発明の実施形態は、発光ダイオード等の固体発光素子を光源とする口金付ランプおよび照明器具に関する。
近年、フィラメント電球に代わって、寿命が長く、また消費電力の少ない固体発光素子である発光ダイオード(以下「LED」と称す)を光源とした電球形LEDランプ等の口金付ランプが各種照明器具の光源として採用されるようになってきている。この種の発光ダイオードを光源とする口金付ランプは、省エネや長寿命化をはかれることから既存の白熱電球に代替が可能になるように構成され、白熱電球に近い配光特性が要求されている。
特開2012−015330号公報 特開2012−099375号公報
しかしながら、発光ダイオードは輝度が高く光の直進性が強いため、放射される光のほとんどは前面側に放出され、電球の側面から背面にかけて光量が減少する問題がある。このため、この種の口金付ランプにおいては、広角な配光特性を如何にして達成するかが重要な課題となっている。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、広角な配光特性を得ることが可能な口金付ランプおよびこの口金付ランプを用いた照明器具を提供しようとするものである。
本発明の実施形態における口金付ランプは、本体、固体発光素子、口金部材を具備する。本体は、外方に拡開する凹部によって構成される支持部を筒体の一端部側に有する。固体発光素子は、光軸が本体の軸心と交差するように支持部に配設される。口金部材は、本体の他端部側に配設される。
本実施形態によれば、広角な配光特性を得ることが可能な口金付ランプおよびこの口金付ランプを用いた照明器具を提供することが可能になる。
本発明の実施形態である口金付ランプの縦断面図。 同じく口金付ランプを、グローブを外した状態で示す上面図。 同じく口金付ランプの点灯時の配光状態を示す図。 同じく口金付ランプを光源とした照明器具を概略的に示す縦断面図。 同じく口金付ランプの変形例を示し、(a)は縦断面図、(b)はグローブを外した状態で示す上面図。
以下、本発明に係る口金付ランプおよびこの口金付ランプを用いた照明器具の実施形態について説明する。先ず口金付ランプの構成につき説明する。
本実施形態の口金付ランプは、LEDを光源とする定格電圧100V用で、既存の一般白熱電球に代替が可能な口金付ランプを構成するもので、図1に示すように、口金付ランプ10は、外方に拡開する凹部11aによって構成される支持部11bを筒体の一端部側に有する本体11、光軸yが本体11の軸心x−xと交差するように支持部11bに配設される固体発光素子12、本体11の他端部側に配設される口金部材16、本体11の光源部Aを覆うようにして設けられるグローブ17等で構成する。
本体11は、熱伝導性の良好な部材、本実施形態ではアルミニウムで筒体に構成され、筒体の長手方向の軸心x−xに対する横断面形状が略円形をなし、一端部側が径大になるようにして閉塞される。そして、その閉塞された表面側に外方に拡開する凹部11aを形成することにより、光源部Aを構成するための支持部11bが一体に形成される。他端部側は、径小になるようにして開口部11cが形成される。
本実施形態において、支持部11bは、筒体の軸心x−xに対する横断面形状が八角形をなし(図2)、軸心x−xに向かって下降傾斜する8個の支持面部11b−1によって形成される凹部11aによって構成した。各支持面部11b−1は、表面が平坦な台形をなす形状に形成され、この台形が円周に沿って連続することにより、横断面形状が8角形をなし外方に拡開するパラボラ形状の凹部11aとなるように構成される。凹部11aの底面の中心oには、貫通孔11a−1を形成する。この貫通孔は、光源部Aに電力を供給するための電線wを凹部11aの裏面から表面に向けて挿通させるための孔である。
上記により、外方に拡開する凹部11aによって構成される支持部11bを筒体の一端部側に有する本体11が構成される。そして、本体11の外周面は、径大な一端部側から径小な他端部側に向かい順次直径が小さくなる略円錐状のテーパー面をなし、外観が一般白熱電球におけるネック部のシルエットに近似させた形状に構成される。また、本体11の内部には、一端部側の支持部11bと他端部側の開口部11cにわたって円筒状の孔からなる収納部11dが一体に形成される。収納部11dには、後述する絶縁ケース13が収納される。
これら構成の本体11は、例えば、鋳造、鍛造または切削加工等で加工され、内部に空洞のない熱容量の大きい肉厚の金属筐体となるように構成され、その外周面にアクリル焼付け塗装がなされ、メタリックシルバー色または白色等の外観を有して構成される。なお、本体11は、光源部から発生する熱を放熱させるための金属筐体としての機能を有することから、外周面に多数の放熱フィンや多数の凹凸部を一体に形成したり、さらには、梨地加工等を施して、外表面の面積を大となすように構成するとよい。本実施形態においては、外周面の一端から他端に向かい放射状に突出する多数の放熱フィン11eを一体に形成した。上記に構成された本体11は、一端部側に形成された支持部11bに対し、固体発光素子12が配設される。
先ず、固体発光素子について説明する。固体発光素子12は、同一性能を有する複数個のLEDで構成する。本実施形態では、青色LEDチップと黄色蛍光体からなる高輝度・高出力のSMD(Surface Mount Device)タイプの白色を発光する16個のLEDからなる。このLED12は、黄色蛍光体に対し青色LEDチップから放射される青色光の一部が透過されるとともに、黄色蛍光体によって青色光を黄色光に変換し、透過した青色光と黄色光が混光して白色の光が放射され、さらに、一方向、すなわちLED12の光軸yに光線が主として放射される。ここで光軸yは、LED12が実装される基板12aの面に対して略鉛直方向のことである。なお、LEDは、複数のLEDチップによって構成したCOB(Chip on Board)タイプであってもよい。
上記に構成された各LED12は、基板12aに実装される。基板12aは、熱伝導性の良好な金属、本実施形態では、本体11における支持部11bの支持面部11b−1の形状に合致する台形をなす8枚のアルミニウム板で構成される。この8枚の基板12aの各表面(図1における上方の面)それぞれには、シリコーン樹脂等の電気絶縁層を介して銅箔等からなる配線パターンが形成される。そして、この配線パターン上に2個ずつのLED12が台形をなす板の長手方向の先端部に1個が、また下端部(凹部11aの中心o側)に1個がそれぞれ実装して配設される。なお、基板12aの裏面には電気絶縁層が形成されている。図1中12cはコネクタで、8枚の基板12aの内のいずれか1枚の下端部、すなわち、支持部11bにおける凹部11aの底面中心oに近い位置に実装され、凹部11a底面の中心oに形成された貫通孔11a−1から引き出された給電用の電線wが接続される。
上記のように、8枚の基板12aに実装された各LED12は、本体11の支持部11bに配設されることによって、基板12aの面に対して略鉛直方向に光軸yを有するパラボラ形の光源体として構成される。すなわち、8枚の台形をなす各基板12aは、その裏面側を支持部11bの平坦な面で構成された台形をなす支持面部11b−1に対し、熱伝導性を有し電気絶縁性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等からなる絶縁シートまたは接着剤等を介して密着させネジ等の固定手段によって支持する。この際、台形をなす基板12aを同じく台形をなす支持面部11b−1に対し、それぞれの台形を合致させるようにして支持する。
上記により、各LED12の光軸yは、本体11の軸心x−xと交差するようにして本体11の支持部11bに配設され、全体として平面視で略円形の発光面を有するパラボラ形の光源部Aが構成される(図2)。これにより、各LED12を点灯すると、図3に示すように、各LED12から光軸yに沿って光が斜め上方に向けて放射される。この光軸yに沿って放射される光は、八角形をなすパラボラ形の光源部Aから全周囲方向に向けて略均等に放射されることから、図3中点線で示すように本体11の軸心x−xと略直交する側方に対しても光が広がり、一般白熱電球の配光に近似した広角な配光特性を得ることが可能になる。
また、各LED12の光軸yから側方へ分散されて放射される光aは、アルミニウムからなる基板12aの表面で反射して前方さらには側方に向けて放射されることから光ロスを抑制することが可能になる。特に、基板12aの表面をさらに鏡面加工等を施すことによって、より一層光ロスを低減することが可能になる。
また、各LED12を支持する支持部11bは、外方に拡開する凹部11aによって構成したので、本体11の直径寸法を大きくすることなく、換言すれば、小形化が可能な構成で、広角な配光を得ることが可能になる。
また、支持部11bの外方に拡開する角度θ(図3)は、本実施形態では約120°に形成したが、設計時において、目的とする所定の角度を適宜選択して設定することにより、光が側方へ広がる範囲を選択することが可能になる。
なお、上記のように配設された各LED12は、直列に接続され、その入力側の端子に上述したコネクタ12cが接続される。そして、このコネクタ12cに対し、支持部11bの凹部11aに形成された貫通孔11a−1から引き出された電線wが接続されて各LEDに電力が給電される。この際、コネクタ12cは、台形の基板12aにおいて、支持部11bの凹部11aの底面中心oに近い位置に実装され、また、給電用の電線wを挿通するための貫通孔11a−1が凹部11a底面の中心oに形成されている。これにより、電線wは、貫通孔11a−1から引き出された直近に位置するコネクタ12cに接続することができ、凹部11a内で引き回す必要がなくなり、各LED12の発光時に電線wが光の影になることが防止される。特に、電線wおよびコネクタ12cは、言わば発光部を構成するパラボラの凹部の底に位置していることから、発光時においてより一層、光の影になることを確実に防止することが可能になる。同時に、短い電線で配線をすることが可能になりコストダウンが可能になる。
上記のように、一端部側の支持部11bにLED12を配設した本体11には、その収納部11d内に絶縁ケース13が挿入されて嵌め込まれる。絶縁ケース13は、図1に示すように、本体11の収納部11d内に収納されて、後述する点灯装置14の回路基板14aとアルミニウム製本体11との間の電気絶縁を図るために設けられるもので、PBT(ポリブチレンテレフタレート)などの耐熱性で電気絶縁性を有する合成樹脂で円筒体に形成される。すなわち、本体11の円筒状の孔からなる収納部11dの内面形状に対して合致する円筒体に構成される。
上記に構成された絶縁ケース13は、本体11の下方の開口部11cから収納部11d内に挿入して嵌合される。また、絶縁ケース13は、その外周面の下方部分に位置してリング状の鍔をなすように突出した係止部13aを一体に形成する。この係止部から下方に突出する部分には、外周を段状になして口金取付部13bを一体に形成する。さらに、絶縁ケース13内には、後述する点灯装置14の回路基板14aが縦方向、すなわち、本体11の軸心x−x方向に略沿って嵌合されて支持される。
回路基板14aは、図1に示すように、各LED12の点灯装置14を構成するもので、ガラスエポキシ材からなり、点灯回路を構成する電子部品14bが実装される。なお、図中15は、回路基板14aと、絶縁ケース13との間に充填された熱伝導性の良好なシリコーン樹脂製の接着剤で、点灯時に電子部品14bから発生する熱を絶縁ケース13から絶縁ケースが嵌め込まれた本体11に伝達し、本体11から外部に放熱させるものである。なお、回路基板14aの出力端子にはLED給電用の電線wが接続され、入力端子には入力線(図示省略)が接続される。また、回路基板14aに構成される点灯回路は、交流電圧を直流電圧に変換して各LED12に定電流の直流電流を供給するように構成される。
さらに、絶縁ケース13は、本体11の他端部側の径小の開口部11cから突出した口金取付部13bに対し、その外周面に口金部材16が嵌め込まれ、カシメ若しくはシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の耐熱性を有する接着剤を用いて固着する。
口金部材16は、エジソンタイプのE26形で、ねじ山を備えた筒状のシェル部16aとこのシェル部の下端の頂部に絶縁部16bを介して設けられたアイレット部16cを備えている。そして、シェル部16aの開口部が絶縁ケース13の口金取付部13bに嵌め込まれ接着やカシメなどにより固着される。これにより、アルミニウムからなる本体11と口金部材16との電気絶縁が絶縁ケース13によってなされる。そして、本体11から口金部材16にわたる外周面の外観形状が一般白熱電球におけるネック部のシルエットに近似させた形状に構成される。なお、口金部材16のシェル部16aおよびアイレット部16cには、回路基板14aの入力端子から導出された入力線が接続される。
グローブ17は、図1に示すように、透光性を有し、例えば、厚さが薄いガラスやポリカーボネート等の合成樹脂などの材質で構成され、透明または光拡散性を有する乳白色など、ここでは乳白色として、端部に開口17aを有する一般白熱電球のボール部分のシルエットに近似させた滑らかな球面状に形成する。このグローブ17は、本体11の光源部Aにおける発光面を覆うようにして、開口17aの開口端部を本体11の支持部11bの周囲に形成した段部に嵌め込み、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤により固定する。これにより、各LED12やその充電部が覆われて保護されると共に、本体11の外周面形状がグローブ17の外周面形状に一体的に略連続した外観形状になり、全体形状として、より一層一般白熱電球全体のシルエットに近似させた電球形の口金付ランプ10として構成される。
次に、上記に構成される口金付ランプ10の組立手順につき説明する。なお、各LED12を実装した8枚の基板12aは、別工程で予め本体11の支持部11bに配設した状態にしておく。
そして、先ず、絶縁ケース13を本体11の収納部11d内に挿入して嵌め込み固定する。次に、回路基板14aの出力端子にあらかじめ接続された電線wを、絶縁ケース13の上端部側の開口から支持部11bを構成する凹部11aの貫通孔11a−1に向けて通しながら、回路基板14aを縦にして絶縁ケース13内に挿入し嵌合させて支持する。
次に、本体11の貫通孔11a−1から引き出された電線wの先端を基板12aのコネクタ12cに接続する。次に、絶縁ケース13内の回路基板14aと絶縁ケース13との間にシリコーン樹脂製の接着剤15を注入して充填する。
次に、点灯装置14の回路基板14aの入力端子から導出された入力線を、口金部材16のシェル部16aおよびアイレット部16cに接続し、接続した状態でシェル部16aの開口部を絶縁ケース13の口金取付部13bに嵌め込み接着剤で固着する。
次に、グローブ17を用意し、本体11の光源部Aを覆うようにしてグローブの開口端部17aを本体11の支持部11bに形成した段部に嵌め込み接着剤により固定する。
これにより、一端部側にグローブ有し他端部側にE26形の口金が設けられ、全体の外観形状が一般白熱電球のシルエットに近似した電球形の口金付ランプ10が構成される。なお、口金付ランプ10の組み立て手順は、上記に限らず別の組み立て手順であってもよい。
次に、上記のように構成された電球形の口金付ランプ10を光源とする照明器具の構成を説明する。図4に示すように、20は店舗等の天井面Xに埋め込み設置され、E26形の口金を有する一般白熱電球を光源としたダウンライト式の既存の照明器具で、下面に開口部21aを有する金属製の箱状をなした器具本体21と、開口部21aに嵌合される金属製の反射体22と、一般白熱電球のE26形の口金をねじ込むことが可能なソケット23で構成されている。反射体22は、例えばステンレス等の金属板で構成し、反射体22の上面板の中央部にソケット23が設置されている。
上記に構成された一般白熱電球用の既存の照明器具20において、省エネや長寿命化などのために白熱電球に替えて、上述したLED12を光源とする電球形の口金付ランプ10を使用する。すなわち、電球形の口金付ランプは口金部材16をE26形に構成してあるので、上記照明器具の一般白熱電球用のソケット23にそのまま差し込むことができる。この際、電球形の口金付ランプ10は、本体11が略円錐状のテーパー面をなすようにして、外観が白熱電球におけるネック部のシルエットに近似させた形状に構成されている。このため、ネック部がソケット周辺の反射体22等に当たることなくスムーズに差し込むことができ、電球形の口金付ランプ10における既存照明器具への適用率が向上する。これにより、LED12を光源とする電球形の口金付ランプが設置された省エネ形のダウンライトが構成される。勿論、上記と同様にして新規なダウンライトを構成するようにしてもよい。
上記に構成されたダウンライトに電源を投入すると、ソケット23から口金付ランプ10の口金部材16を介して電源が供給され、点灯装置14が動作し直流電圧が出力される。この直流電圧は点灯装置14からLED12に印加され、定電流の直流電流が供給されて点灯する。これにより、全てのLED12が同時に点灯して白色の光が放射される。
この際、上述したように、各LED12から光軸yに沿って光が斜め上方に向け、さらに八角形をなすパラボラ形の光源部Aから全周囲方向に向けて略均等に放射されることから、本体11の軸心x−xと略直交する側方に対しても光が広がり、グローブ17の側方を含めた内面全体に向かって略均等に放射され、一般白熱電球に近似した広角な配光特性をもった照明を行うことができる。
特に、光源となる電球形の口金付ランプ10の配光が一般白熱電球の配光に近づくことで、照明器具20内に配置されたソケット23近傍の反射体22への光の照射量が増大し、一般白熱電球用として構成された反射体22の光学設計通りの器具特性を略得ることが可能となる。
また、口金付ランプ10が点灯されると、各LED12の温度が上昇し熱が発生する。その熱は、アルミニウムからなる基板12aから、基板12aが密着して固着された支持部11bに伝達されアルミニウムからなる本体11から外部に放熱される。これにより、LED12の発光効率の低下が抑制され、光束低下による照度の低下を防止することができ、同時にLEDの長寿命化を図ることができる。また、点灯装置14の電子部品14bから発生する熱もシリコーン樹脂からなる接着剤15を介して、絶縁ケース13に伝達され、さらにアルミニウム製の本体11に伝達されて外部に放熱される。これにより、点灯装置14における電子部品の温度上昇を抑制することができ、回路故障等の要因が除かれることから信頼性がより高くなるとともに、寿命の低下が抑制された口金付ランプおよび照明器具を提供することが可能になる。
以上、本実施形態において、支持部11bを構成する凹部11aは、横断面形状を八角形に構成したが、他の四角形、六角形等の多角形でもよい。さらには、円形や楕円形等の臼形の凹部を構成してもよい。この場合、基板の支持面部11b−1が湾曲面で形成されるために、フレキシブル性を有する基板を使用するとよい。
また、図5に示すように、支持部11bを構成する凹部11aの底面に対してもLEDを配設するようにしてもよい。この場合、凹部11aの中心oに形成された貫通孔11a−1を避けて、貫通孔の両側に1個ずつのLED12´、12´を配設するとよい。この構成によれば、凹部11aの底面に配設されたLED12´、12´から本体11の軸心x−x方向に沿って光が放射され、図5(a)に点線で示すように、本体11の軸心x−xに沿うランプ上方部分(前面側部分)に対しても光が放射され、略全周囲に向けて略均一な明るさで照明を行うことが可能になる。
また、本実施形態において、口金付ランプ10は、一般白熱電球の形状に近似させた電球形(A形またはPS形)、ボール形(G形)、円筒形(T形)、レフ形(R形)、さらには、GX53口金を用いたフラットな薄型構造のランプなどに構成してもよい。また既存の白熱電球の形状に近似させた口金付ランプに限らず、その他各種の外観形状、用途をなす口金付ランプに適用することができる。さらに、グローブレスの電球形の口金付ランプを構成するものであってもよい。
本体11は、熱伝導性の良好なアルミニウム(Al)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)の少なくとも一種を含む金属で形成するのが好ましい。この他に、窒化アルミニウム(AlN)、シリコーンカーバイト(SiC)などの工業材料で構成しても、さらには高熱伝導樹脂等の合成樹脂で構成してもよい。外観形状は、一端部から他端部に向けて直径が順次少なくなるような、一般白熱電球におけるネック部分のシルエットに近似させた形状に形成することが、既存照明器具への適用率が向上して好ましいが、ここでは、一般白熱電球に近似させることは条件でなく、限られた特定の外観形状には限定されない。
固体発光素子12は、LEDに限らず、有機ELまたは半導体レーザなどを発光源とした固体発光素子が許容される。固体発光素子は、白色で発光するように構成することが好ましいが、使用される照明器具の用途に応じ、赤色、青色、緑色等でも、さらには各種の色を組み合わせて構成してもよい。
基板12aは、熱伝導性および導電性を有する金属、本実施形態では、アルミニウムで構成したが、導電性を有しないガラスエポキシ樹脂やセラミックス等で構成したものであってもよい。この場合、基板12aの一面側に電気絶縁層を形成することを省略して配線パターンを形成し、LED12を直接実装することが可能になり、よりコスト的に有利な口金付ランプを提供することが可能になる。また、基板12aの形状は、台形に形成したが、四角形、六角形などの多角形状、さらには円形、楕円形状等をなすものであってもよく、目的とする配光特性を得るための全ての形状が許容される。
さらに、本実施形態において、固体発光素子12は、基板12aを介して本体11の支持部11bに配設したが、基板12aを省略して、直接固体発光素子を、電気絶縁を図って支持部11bに支持し配設するように構成してもよい。この構成によれば、固体発光素子12から発生する熱を直接、支持部11b、すなわち本体11に伝達することができ効果的な放熱作用を行うことが可能になる。さらに基板12aの省略によりコスト的に有利な口金付ランプを提供することが可能になる。
また、点灯装置14は、例えば、交流電圧100Vを直流電圧24V程度に変換して発光素子に供給する点灯回路を構成するものが許容される。さらに、固体発光素子12を調光するための調光機能や調色機能等を有するものであってもよい。また、点灯装置は、本体11に内蔵することなく、ランプとは別に設けるものであってもよい。
口金部材16は、一般的に最も普及しているエジソンタイプのE26形やE17形等の口金が好適である。また、材質は口金全体が金属で構成されたものが好適であるが、一部を合成樹脂で構成した樹脂製の口金であってもよい。さらに、フラットな薄型構造のランプに用いられるGX53口金でも、蛍光ランプに使用されるピン形の端子を有する口金でも、引掛シーリングに使用されるL字形の端子を有する口金でもよく、特定の口金には限定されない。
グローブ17は、白熱電球など一般照明用電球のバルブと同じ外観形状を有するA形、PS形などの通常涙滴形と呼ばれている形状やG形の球形をなすバルブと、さらにはT形、R形をなすバルブと同形、ないしは略同形をなす類似形状のグローブで構成してもよい。また、グローブ17は、本体11の一端部側に接着剤で固定したが、ネジ締め等の手段によって着脱が可能になるように構成してもよい。また、グローブ17は、発光部を実質的に密閉する外囲器を構成することが好ましいが、完全に密閉することが条件ではなく光学的に密閉していればよく、例えば、一部に小さな通気用の孔等を形成したものであってもよい。
また、照明器具20は、天井埋込形、直付形、吊下形、さらには壁面取付形等が許容され、器具本体に制光体としてグローブ、セード、反射体などが取付けられるものであっても光源となる口金付ランプが露出するものであってもよい。また、器具本体に1個の口金付ランプを取付けたものに限らず、複数個が配設されるものであってもよい。さらに、オフィス等、施設・業務用の大型の屋内外の照明器具などを構成してもよい。
なお、変形例を示す図5には、図1〜図4と同一部分に同一符号を付し、詳細な説明は省略した。以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができる。
10 口金付ランプ
11 本体
11a 凹部
11b 支持部
12 固体発光素子
16 口金部材
光軸 y
軸心 x−x
20 照明器具
21 器具本体
23 ソケット

Claims (2)

  1. 外方に拡開する凹部によって構成される支持部を筒体の一端部側に有する本体と;
    光軸が本体の軸心と交差するように支持部に配設された固体発光素子と;
    本体の他端部側に配設された口金部材と;
    を具備していることを特徴とする口金付ランプ。
  2. ソケットが設けられた器具本体と;
    器具本体のソケットに装着された請求項1に記載の口金付ランプと;
    を具備していることを特徴とする照明器具。
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