JP2014135222A - Ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤから発生する熱を効率的に放熱することができ、かつ、複数のＬＥＤを使用しても希望の配光特性が得られるＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】ＬＥＤランプ１０を、内側表面に形成された光反射面２６および出光開口２７を有する凹面鏡１２と、凹面鏡１２の内側に収容された複数のＬＥＤ２８と、凹面鏡１２の出光開口２７に配設された前面カバー１６とで構成し、前面カバー１６でＬＥＤ２８からの光を拡散させつつ透過させることにより、上記課題を解決することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、既存のハロゲン照明の代替として使用されるＬＥＤランプに関する。

従来の電球に比べて、消費電力が低く、かつ、長寿命といった長所を有する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、需要者のエコロジー意識の高まりとともに、省エネ対策のひとつとしてその使用範囲が急速に広まっており、白熱電球の代替としてＬＥＤを使用することは一般的になりつつある。

このような流れを受けて、白熱電球の一種であるハロゲン電球に対しても、代替としてＬＥＤを使用したいという要望が高まってきている。自動車のヘッドライトにも採用されていたハロゲン電球から放射される全光束は一般的な白熱電球に比べて非常に大きいことから、同等の全光束をＬＥＤから放射させようとすると多数のＬＥＤを実装しなければならず、実用的ではない。

一方、ハロゲン電球は、それ自身で配光を制御することが難しい構造になっているので、凹面鏡（リフレクタ）を含む照明器具とセットで使用することが前提であり、凹面鏡とハロゲン電球とを組み合わせたハロゲン照明から放射される「ビーム開き角」内に収まる光束はハロゲン電球からの全光束の割に小さいことがわかっている。

そこで、ＬＥＤと凹面鏡とを組み合わせて、この「ビーム開き角」内の配光特性がハロゲン照明と同等のＬＥＤランプを構成することにより、ハロゲン照明の代替とすることが考えられている。ここで、「配光特性がハロゲン照明と同等」とは、「ビーム開き角」内の周縁部における光度がほぼ同じであることを意味している。

しかし、「ビーム開き角」内に収まるハロゲン電球からの光束の割合が比較的小さいとはいえ、１つのＬＥＤでハロゲン照明の代替となるＬＥＤランプを構成するのは難しく、１つのＬＥＤランプに複数のＬＥＤを使用する必要がある。

複数のＬＥＤを使用する場合、２つの問題が発生する。１つ目は、ＬＥＤから発生する熱量が大きくなり、放熱の効率を高める必要が生じるという問題であり、２つ目は、発光位置を凹面鏡における光反射面の焦点と一致させることができず、希望の配光特性を得られないおそれが生じる問題である。

２つ目の問題を解決することを目的として、凹面鏡の光反射面を複数の分割領域に分割し、対応する分割領域の焦点に各ＬＥＤの発光位置をそれぞれ配設するようにしたＬＥＤランプが開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−２３３７５号公報

しかしながら、光反射面を複数の分割領域に分割した複雑な形状の凹面鏡を例えば熱伝導率が高く放熱効率の良いアルミニウム等で加工形成するのは難しいことから、特許文献１に記載されたような形状を有する熱伝導率が高い凹面鏡を形成することは難しい。このため、ＬＥＤからの熱を効率的に放熱することが難しく、上述した１つ目の問題を解決しきれていないおそれがあった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、複数のＬＥＤから発生する熱を効率的に放熱することができ、かつ、複数のＬＥＤを使用しても希望の配光特性が得られるＬＥＤランプを提供することにある。

請求項１に記載した発明は、
内側表面に形成された光反射面および出光開口を有する凹面鏡と、
凹面鏡の内側に収容された複数のＬＥＤと、
凹面鏡の出光開口に配設された前面カバーとを備えるＬＥＤランプであって、
前面カバーは、ＬＥＤからの光を拡散させつつ透過させることを特徴とするＬＥＤランプである。

本発明のＬＥＤランプによれば、ＬＥＤからの光が前面カバーで拡散されるので、目的の配光特性を得られるような拡散特性を有する前面カバーを選択することにより、複数のＬＥＤを使用した場合であっても希望の配光特性を得ることができる。また、前面カバーの拡散特性で配光特性の具合を調節するので、凹面鏡における光反射面の形状を自由に選択することが可能となり、製造の容易な凹面鏡の形状を採用し、熱伝導率が高く放熱効率の良いアルミニウム等を凹面鏡の材料として使用することができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のＬＥＤランプの改良に関し、
複数のＬＥＤを凹面鏡の内側に保持するＬＥＤ保持部材をさらに備えており、
光反射面は、凹面鏡の内側に焦点を有する回転面で規定されており、
複数のＬＥＤは、互いの背面を向け合うようにしてＬＥＤ保持部材に取り付けられており、
焦点は、複数のＬＥＤ同士の間に位置していることを特徴とするＬＥＤランプである。

請求項２にかかるＬＥＤランプでは、凹面鏡における光反射面（回転放物面あるいは回転楕円面）の焦点が複数のＬＥＤ同士の間に位置するので、ＬＥＤから放射された後、凹面鏡で反射した光（つまり、前面カバーで拡散される前の光）は、図３において細い点線で示すように、ＬＥＤランプの光軸を中心として複数（ＬＥＤの数と一致し、図示の例では２つ）のピークが寄り集まったような配光特性となる。このような特性の光をさらに前面カバーで拡散させることにより、同図において実線で示すように、あたかも１つの光源から放射されたかのような配光特性となる。これにより、太い点線で示すようなハロゲン照明の配光特性と同等の配光特性を得られるので、ハロゲン照明の代替としてさらに適したＬＥＤランプを構成することができる。

なお、本明細書の全体を通して、「複数のＬＥＤの背面を向け合う」とは、互いの背面を正対させる態様だけに限定されるものではなく、各ＬＥＤの光軸が各ＬＥＤの背面側で交差するような位置関係を意味する。

請求項３に記載した発明は、請求項２に記載のＬＥＤランプの改良に関し、
光反射面は、回転放物面であることを特徴とする。

光反射面を回転放物面で構成することにより、当該光反射面で反射した光は、図４において細い点線で示すように、ＬＥＤランプの光軸を中心として複数のピークがさらに寄り集まった配光特性となる。このような特性の光を前面カバーで拡散させることにより、同図において実線で示すように、よりハロゲン照明に近い配光特性を得ることができる。なお、太い点線はハロゲン照明の配光特性を示している。

請求項４に記載した発明は、請求項１から３のいずれかに記載のＬＥＤランプの改良に関し、
凹面鏡は、アルミニウムで形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数のＬＥＤから発生する熱を効率的に放熱することができ、かつ、複数のＬＥＤを使用しても希望の配光特性が得られるＬＥＤランプを提供することができた。

本発明が適用されたＬＥＤランプの例を示す断面図である。 図１に示すＬＥＤランプの分解断面図である。 前面カバーを透過する前と後の配光特性を示す図である。 光反射面を回転放物面にした場合における、前面カバーを透過する前と後の配光特性を示す図である。

以下、本発明が適用されたＬＥＤランプの実施例について、図面を用いて説明する。なお、説明では、各符号に関し、各部位を上位概念で示す場合にはアルファベットの枝番をつけずアラビア数字のみで示し、各部位を区別する必要がある場合（すなわち下位概念で示す場合）にはアルファベット大文字の枝番をアラビア数字に付して区別する。

本実施例にかかるＬＥＤランプ１０は、図１および図２に示すように、大略、凹面鏡１２と、ＬＥＤユニット１４と、前面カバー１６と、放熱部材１８と、ソケット２０と、口金２２と、給電回路２４とで構成されている。

凹面鏡１２は、その内側表面に光反射面２６が形成された椀状の部材であり、ＬＥＤユニット１４から放射された光を外部へ放出する出光開口２７を有している。また、本実施例の凹面鏡１２の底部には、ＬＥＤユニット１４のネジ部３４（後述）を挿通させるＬＥＤユニット挿通孔２９が形成されている。

光反射面２６の形状は特に限定されるものではないが、回転楕円面を含む回転面、とりわけ凹面鏡１２の内側に焦点Ｆを有する回転放物面（パラボラ）にするのが好適である。また、凹面鏡１２の材質も特に限定されるものではないが、ＬＥＤユニット１４からの熱を効率的に放熱する観点から、熱伝導率の高い材質（例えば、アルミニウム）を用いるのが好適である。

さらに言えば、図１および図２に示す凹面鏡１２は、その外形状も光反射面２６と同様に湾曲したものになっているが、凹面鏡１２の外形状は特に限定されるものではなく、例えば、凹所を有する直方体（ブロック）を使用し、その凹所を光反射面２６としてもよい。また、ファセットを用いて光反射面２６を多面形成してもよい。

ＬＥＤユニット１４は、大略、複数（本実施例では２つ）のＬＥＤ２８と、ＬＥＤ保持部材３０と、マウント部材３２とで構成されている。

複数のＬＥＤ２８は、給電回路２４からの電力を受けて光を放射する半導体であり、本実施例では、凹面鏡１２の内側に収容されているとともに、互いの背面を向け合うようにしてＬＥＤ保持部材３０に取り付けられている。また、本実施例では、ＬＥＤ素子が直接基板上のパターンに実装されたＣＯＢ（=Chip On Board）タイプのＬＥＤが使用されているが、ＬＥＤ保持部材３０の表面に回路パターンを形成してＬＥＤ素子を実装してもよい。また、１つのＬＥＤランプ１０に使用されるＬＥＤ２８の数は特に限定されるものではなく、ハロゲン照明の代替として用いることができる程度の光束を放射するのに適した数が選択される。さらに、本実施例のＬＥＤ保持部材３０に代えて、複数のＬＥＤ２８をそれぞれ独立して保持するようなＬＥＤ保持部材とすることもできる。

ＬＥＤ保持部材３０は矩形の板状材であり、当該ＬＥＤ保持部材３０の表裏面に取り付けられた複数のＬＥＤ２８を所定の位置で保持する役割を有している。このとき、光反射面２６を規定する回転面の焦点Ｆが複数のＬＥＤ２８同士の間に位置するようにＬＥＤ保持部材３０の寸法やＬＥＤ保持部材３０に対するＬＥＤ２８の取り付け位置を設定するのが好適である。

また、当該ＬＥＤ保持部材３０を熱伝導率の良い材料（例えばアルミニウム）で構成することにより、ＬＥＤ２８で生じた熱を効率よく放熱できる点で好適である。

マウント部材３２は、ＬＥＤ保持部材３０の一端部に取り付けられた部材であり、ＬＥＤ保持部材３０が取り付けられた側とは反対側に延びるネジ部３４を有している。このマウント部材３２も熱伝導率の良い材料で構成するのが好適である。なお、ＬＥＤ保持部材３０とマウンド部３２とを本実施例のように別個ではなく、一体的に形成してもよい。

前面カバー１６は、凹面鏡１２の出光開口２７に配設された部材であり、本実施例では、出光開口２７の全体を覆うようになっているが、出光開口２７の一部を占めるだけの前面カバー１６であってもよい。前面カバー１６は、ＬＥＤ２８からの光を拡散させつつ透過させるようになっている。このような前面カバー１６の具体例としては、表面に摺り加工を施したり、内部に拡散材を配合したり、表面に光拡散フィルムを貼り付けた、ガラスや樹脂が考えられる。前面カバー１６の拡散特性は、ＬＥＤランプ１０からの光を所望の配光特性にするための重要な要素であることから、ＬＥＤ２８から放射され、光反射面２６で反射した光の配光特性を考慮して適切な拡散特性の前面カバー１６が使用される。

放熱部材１８は、一方側に凹面鏡１２の底部を受け入れる凹面鏡用凹所３６が形成され、凹面鏡用凹所３６が形成されているのとは反対の他方側にソケット２０の先端部が嵌め込まれるソケット用凹所３８が形成されているとともに、周縁部に複数のフィン４０が形成された略椀状の部材であり、熱伝導率の良い材料で構成されている。また、凹面鏡用凹所３６の底部には、ＬＥＤユニット１４のネジ部３４がねじ込まれるネジ穴４２が形成されている。

ソケット２０は、その先端部が放熱部材１８のソケット用凹所３８に嵌め込まれる略円筒状の部材であり、その内部空間４４に給電回路２４を収容するようになっている。なお、本実施例において、ソケット２０は、ネジ４６によって放熱部材１８に固定されている。

口金２２は、ソケット２０の先端部とは反対側の端に取り付けられた部材であり、Ｅ１７やＥ１１といった所定の形式／形状にて形成されており、既存の照明器具にねじ込まれる。

給電回路２４は、口金２２に供給された一般電力をＬＥＤ２８に適した電圧／電流に変換した上で同ＬＥＤ２８に供給するための回路であり、口金２２およびＬＥＤ２８との間は、図示しないリード線等によってそれぞれ電気的に接続されている。

本実施例にかかるＬＥＤランプ１０の組み立て方法を簡単に説明すると、ＬＥＤユニット１４のネジ部３４を、凹面鏡１２のＬＥＤユニット挿通孔２９に挿通した上で、放熱部材１８の凹面鏡用凹所３６の底部に形成されたネジ穴４２にねじ込んでＬＥＤユニット１４と凹面鏡１２とを放熱部材１８に固定する。然る後、口金２２を取り付けておいたソケット２０の内部空間４４に給電回路２４を収容した状態で口金２２およびＬＥＤ２８を給電回路２４に電気的に接続しておき、当該ソケット２０の先端部を放熱部材１８のソケット用凹所３８に嵌め込んで固定する。また、凹面鏡１２の出光開口２７に前面カバー１６を取り付ける。

このようにして組み立てたＬＥＤランプ１０の口金２２を既存の照明器具に取り付けると、口金２２から給電回路２４を経由してＬＥＤ２８に給電されて、ＬＥＤ２８が発光する。ＬＥＤ２８から放射された光の大部分は、凹面鏡１２の光反射面２６で反射した後、前面カバー１６を透過し、透過の際に拡散された上でＬＥＤランプ１０から出光する。

本実施例のＬＥＤランプ１０によれば、ＬＥＤ２８からの光が前面カバー１６で拡散されるので、目的の配光特性を得られるような拡散特性を有する前面カバー１６を選択することにより、複数のＬＥＤ２８を使用した場合であっても希望の配光特性を得ることができる。また、前面カバー１６の拡散特性で配光特性の具合を調節するので、凹面鏡１２における光反射面２６の形状を自由に選択することが可能となり、製造の容易な凹面鏡１２の形状を採用し、熱伝導率が高く放熱効率の良いアルミニウム等を凹面鏡１２の材料として使用することができる。

また、光反射面２６（本実施例では回転放物面であるが、もちろん回転楕円面であってもよい）の焦点Ｆを複数のＬＥＤ２８同士の間に位置させることにより、ＬＥＤ２８から放射された後、凹面鏡１２で反射した光（つまり、前面カバー１６で拡散される前の光）は、図３において細い点線で示すように、ＬＥＤランプ１０の光軸ＣＬを中心として複数（ＬＥＤ２８の数と一致し、図示の例では２つ）のピークＰが寄り集まったような配光特性となる。このような特性の光をさらに前面カバー１６で拡散させることにより、同図において実線で示すように、あたかも１つの光源から放射されたかのような配光特性となる。これにより、太い点線で示すようなハロゲン照明の配光特性と同等の配光特性を得られるので、ハロゲン照明の代替としてさらに適したＬＥＤランプ１０を構成することができる。

さらに言えば、光反射面２６を回転放物面で構成することにより、当該光反射面２６で反射した光は、図４において細い点線で示すように、ＬＥＤランプ１０の光軸ＣＬを中心として複数のピークＰがさらに寄り集まった配光特性となる。このような光を前面カバー１６で拡散させることにより、同図において実線で示すように、よりハロゲン照明に近い配光特性を得ることができる。なお、太い点線はハロゲン照明の配光特性を示している。

１０…ＬＥＤランプ、１２…凹面鏡、１４…ＬＥＤユニット、１６…前面カバー、１８…放熱部材、２０…ソケット、２２…口金、２４…給電回路、２６…光反射面、２７…出光開口、２８…ＬＥＤ、２９…ＬＥＤユニット挿通孔、３０…ＬＥＤ保持部材、３２…マウント部材、３４…ネジ部、３６…凹面鏡用凹所、３８…ソケット用凹所、４０…フィン、４２…ネジ穴、４４…内部空間、４６…ネジ、Ｆ…焦点

Claims (4)

1. 内側表面に形成された光反射面および出光開口を有する凹面鏡と、
   前記凹面鏡の内側に収容された複数のＬＥＤと、
   前記凹面鏡の前記出光開口に配設された前面カバーとを備えるＬＥＤランプであって、
   前記前面カバーは、前記ＬＥＤからの光を拡散させつつ透過させることを特徴とするＬＥＤランプ。
2. 前記複数のＬＥＤを前記凹面鏡の内側に保持するＬＥＤ保持部材をさらに備えており、
   前記光反射面は、前記凹面鏡の内側に焦点を有する回転面で規定されており、
   前記複数のＬＥＤは、互いの背面を向け合うようにして前記ＬＥＤ保持部材に取り付けられており、
   前記焦点は、前記複数のＬＥＤ同士の間に位置していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記光反射面は回転放物面であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記凹面鏡はアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＬＥＤランプ。

Images