JP2014199810A - 直管形ランプ及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】透過率を損なうことなく正面方向の輝度を低減することができて不快グレアを抑制でき、外観の見劣りも抑制可能で使用性の向上に寄与できる直管形LEDランプを提供する。【解決手段】棒状の筐体2には、長手方向に沿って複数のLED12を配設した実装基板11が取り付けられている。光源としてのLEDアレイに対向する部位は透光性のカバー3で覆われている。カバー3の光源の輝度の高い部分に対応する部分である中央部3aは、輝度の低い部分に対応する部分である周辺部3b、3cよりも拡散材の含有量を多くして拡散度が高く設定されている。【選択図】図1

Description

本発明は、LED等の半導体発光素子を光源とする直管形ランプ、該直管形ランプを備えた照明装置に関する。
近年、LED(Light Emitting Diode)を光源とする直管形LEDランプが商品化されている。
照明用のLEDは、近年実用化されて以来、年々発光効率が向上している。
LED製造技術の進歩によって、白熱電球からの切り換えのみならず、蛍光灯(蛍光管)から直管形LEDランプへの切り換えが提案され、実施されつつある。
蛍光管に比べて、直管形LEDランプは寿命が長く、低消費電力であり、水銀を使用しないため環境負荷が小さいなど多くの利点がある。
一般的な市販の蛍光灯(蛍光管)には、円環状の円管形蛍光灯と、棒状の直管形蛍光灯とがある。
円管形蛍光灯は主に家庭内で使用されており、直管形蛍光灯は工場、オフィス、一般家庭等の広範囲な用途に使用されている。
直管形蛍光灯に代わりつつある直管形LEDランプは、透明カバー及び金属フレーム内に、複数のLEDを長手方向に実装したLED基板を有するLEDユニットを内蔵している。
蛍光灯は全方位へ均等な配光を有しているが、レンズ無しの通常のLEDではランバート配光となる。
直管形LEDランプを蛍光灯の代替品として違和感のない照明部材とするためには、蛍光灯の配光に近づける必要がある。
しかしながら、LEDの指向性が高いという特性上、LEDを光源として用いた照明は、非常に眩しく、不快グレア(眩しさにより生じる不快感)が大きくなりやすいという欠点がある。
不快グレアを評価する指標として、JISで規定されているUGR(Unified Glare Rating)という指標がある。
UGRを低下させるためには、光源の輝度値を低下させる方法や、観測者から見たときの見かけの光源面積を小さくすることが有効である。
LEDは、上記のように配光方向に指向性があるため、光源に対して正面方向の輝度値(軸上光度による輝度値)を低減することが不快グレアの軽減に有効である。
例えば、正面方向におけるカバーとLEDの空間距離を離す方法が知られている。
この一例として、特許文献1には、カバー形状を、LEDの指向性データに基づいた楕円形状として、輝度の高い正面方向におけるカバーとLED間の距離を広げた構成が開示されている。
光の屈折を利用して、カバーに複雑な形状を付与する方法も知られている(例えば、特許文献2)。
カバー全体の拡散度を大きくする手法も知られている。
拡散度の制御は、カバー材として用いられるアクリルやポリカーボネート等の合成樹脂に添加する拡散材の含有量を調整することにより可能である。
しかしながら、特許文献1に記載のもののように、カバーとLED間の空間距離を大きくする方法では、カバーが楕円形状とならざるを得ないため、断面が同心円形状の円弧状のカバーを有するランプには適用できなかった。
すなわち、蛍光灯に代わる直管形ランプとしての概観の見劣りを避けられなかった。
カバーに複雑な形状を付与する方法では、カバーの肉厚が増えて材料費のコストアップにつながるとともに、反射面が増えることで全光束の利用効率の低下を来たしていた。
また、カバー全体の拡散度を大きくする方法では、全体的に透過率が低下してしまい、全光束の利用効率を損なわず輝度を低減することはできなかった。
すなわち、拡散度を大きくする方法においても光量ロスを避けられなかった。
本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、透過率を損なうことなく正面方向の輝度を低減することができて不快グレアを抑制でき、外観の見劣りも抑制可能で使用性の向上に寄与できる直管形ランプの提供を、その主な目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、棒状の筐体と、前記筐体の一側面を長手方向全体に亘って覆うように前記筐体に取り付けられる透光性のカバー部材と、前記カバー部材の内方に前記長手方向に沿って配置された光源としての複数の半導体発光素子と、を有する直管形ランプにおいて、前記カバー部材は、前記光源の輝度の高い部分に対応する部分が、輝度の低い部分に対応する部分よりも拡散度が高いことを特徴とする。
本発明によれば、透過率を損なうことなく正面方向の輝度を低減することができる。
このため、不快グレアを抑制できる。
外観の見劣りも抑制可能であり、使用性の向上に寄与することができる。
本発明の第1の実施形態に係る直管形LEDランプのカバーの構成を示す要部断面図である。 同カバーの斜視図である。 同カバーが同心円形状であることを示す図である。 拡散度の高低によるLEDからの光の減衰の違いを示す図である。 LEDの発光中心における法線と、拡散度が異なる境界とのなす角度を示す図である。 カバー全体を同じ拡散度の材料で形成した場合の配光特性(ランバート配光)を示すシミュレーション図である。 角度が55°の場合の配光特性を示すシミュレーション図である。 角度が45°の場合の配光特性を示すシミュレーション図である。 各条件における角度と相対光度との関係を示すグラフである。 第2の実施形態におけるカバーの構成を示す要部断面図である。 第3の実施形態におけるカバーの構成を示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。 直管形LEDランプのカバーを取り外した状態の斜視図である。 直管形LEDランプの筐体の一部をカットし、口金を外した状態の斜視図である。 直管形LEDランプの構成を示す図で、(a)は一端部における一部切り欠きの分解斜視図、(b)は他端部における一部切り欠きの分解斜視図である。 LED基板の実装構成を示す図で、(a)は一端部の分解斜視図、(b)は他端部の分解斜視図である。 直管形LEDランプにおいて、図15のA方向から見た図である。 図16のB部分の拡大斜視図である。 クランプによる筐体に対する電源基板の固定構造を示す要部断面図である。 変形例における図19相当図である。
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図12乃至図17に基づいて、各実施形態に係る直管形ランプ及び照明装置の具体的な構成を説明する。
図12は、照明装置200の外観を示す分解斜視図である。照明装置200は、直管形ランプとしての直管形LEDランプ100と、直管形LEDランプ100を装着する照明器具(灯具)150とを備えている。
照明器具150は、蛍光灯を点灯させるための器具と同じものであり、ソケット151a、151bの穴位置に合わせて直管形LEDランプ100の端子(4a〜4d)を差し込む。
そうすると、商業用電流が端子(4a〜4d)から直管形LEDランプ100内の後述するLEDに流れ、直管形LEDランプ100が点灯するようになっている。
直管形LEDランプ100は、主に、棒状の筐体2、透光性のカバー部材としてのカバー3、照明器具150に電気的に接続可能なキャップ部材としての口金1a、1bとから構成されている。
カバー3の材質としては、アクリルやポリカーボネート等の樹脂やガラス材を採用することができる。
筐体2は、断面形状が長手方向(軸方向)全体に亘って略同一の半円筒状(筒形状)に形成されている。
内部で生じる熱の放熱機能を向上させるために、筐体2の外面には凹凸が付与され(図17参照)、表面積を大きくしている。
筐体2は、熱伝導率の大きい金属材料で形成されている。筒形状であるために、押出し成形や引き抜き成形等の加工方法により、断面形状が均一な筐体2を安価に製作できる。
金属材料としては、アルミ合金やマグネシウム合金が多く用いられるが、他の押出し材料等でも良い。
外周部の凹凸により、リブや放熱フィンを設けるのと同じような放熱機能を持たせることができる。
ここでは放熱性向上を目的として、筐体2の外周部に凹凸を設けるようにしているが、筐体2と後述する駆動基板(電源基板)や電気部品との絶縁性が確保できれば内周部に凹凸を設けても良い。
カバー3は、筐体2の外径とほぼ同じ外径(曲率)を有し、筐体2の長手方向に沿う開口部を有する半円形状に形成されている。
すなわち、カバー3は円弧状の断面形状を有し、筐体2の一側面を長手方向に亘って覆う大きさを有している。
カバー3は、図17に示すように、筐体2の外面に設けた軸方向に延びる溝21に、端縁33を嵌め込む形で取り付けられ、筐体2との一体構成は円筒形状となる。
図12に示すように、口金1a、1bは、筐体2とカバー3との一体構成の両端部にその外面を覆うように設けられている。
口金1a、1bには、図15に示すように、蛍光灯を点灯可能な照明器具(蛍光灯照明器具)150に搭載可能な端子4a〜4dが装備されている。
口金1a、1bの端子4a〜4dと、口金1a、1bに接続されたコネクタ16から延びるリ−ド線6a、6bを介して電源基板7に電流が供給される。
端子4a〜4dと、リ−ド線6a、6bとを直接はんだ付けなどの方法で電気的に接続しても問題はない。
口金1a、1bは、複数のねじ5a〜5dによって筐体2に固定されることで、筐体2とこれに嵌合されたカバー3とが一体になるように包み込んでいる。
口金1a、1bは、ねじ止めではなく、筐体2にカシメ等の手段により固定してもよい。口金1a、1bの形状は、既存の蛍光灯の両端部に位置する口金と略同一の形状となっている。
したがって、蛍光灯が用いられている既存の照明器具に対して、直管形LEDランプ100を蛍光灯に代えて取り付けることにより、照明器具の交換を要することなくLEDランプの照明装置を構成することができる。
これにより、別途新たな照明器具を取り付ける場合に比べて、設備コストや工事コストを大幅に低減できるとともに、交換作業の労力の低減、時間短縮を実現できる。
図17に示すように、筐体2の平坦部(半円形の弦に相当する部分)32の外側であってカバー3の内方には、カバー3に対向して、実装基板としてのLED基板11が粘着性を有するシート10を介して固定されている。
シート10は、LEDで発生する熱を筐体2に伝え易くするために、すなわち放熱を促進させるために、熱伝導性のよい材質(例えば放熱シリコ−ンゴム等)が望ましい。
電源基板7は、平坦部32の内側に沿うように、筐体2の内部に配置されている。
図13に示すように、LED基板11は細長い長方形状のプリント基板であり、LED基板11aとLED基板11bとから構成されている。
LED基板11の分割構成に対応して、シート10も長手方向に分割されている。
LED基板11a、11bにはそれぞれ、EL効果を持つ半導体発光素子の一例としてのLED12a、12bが筐体2の長手方向に所定の間隔で複数実装され、LEDアレイを構成している。
図14に示すように、電源基板7は筐体2の長手方向に延びる細長い長方形状に形成されており、その実装面には直流電源変換用の電子部品9が長手方向に間隔をおいて複数搭載されている。
電子部品9によって直流に整流された電流は、図16(a)に示すリード線13a、13bを通して実装基板11a、11bに供給される。
LED基板11a、11bの間は、図示しないリード線やジャンパー線などで電気的に接続されている。
本実施形態では半導体発光素子を実装する実装基板(LED基板)を2枚の直列配置構成としているが、1枚や3枚以上の直列配置構成でもよく、並列構成でもよい。
図1乃至図9に基づいて、第1の実施形態を説明する。なお、図1、図3においては、筐体2との結合構成は省略して模式的に示している。
図1、2に示すように、カバー3は、光源(LEDアレイ)に対向する中央部3aと、その両側に位置する周辺部3b、3cとから構成されている。
LED12に対向する正面方向(軸上方向)は、LEDの特性上、発光量が最も大きく(L1)、正面方向から周方向にずれるに従い発光量は小さくなる(L2、L3)。
換言すると、中央部3aは輝度の高い部分に対応する部分であり、周辺部3b、3cは輝度の低い部分に対応する部分である。
本実施形態におけるLED12の発光特性はランバート配光であり、正面方向とのなす角をθとした場合、光度分布はcosθに比例する。
本発明者らの実験によれば、LEDからの全光線の透過率と拡散度との関係は、拡散度が大きくなると透過率は低下し、透過率が大きいと拡散度は小さくなる関係にある。
この関係に基づいて、本実施形態では、中央部3aの拡散度を周辺部3b、3cよりも大きくしている。
このようにすれば、カバー3全体として透過率を低下させすぎることなく、正面方向の輝度値を低減することができる。
これにより、直管形LEDランプ100からの光を観察する者に対し、眩しさを軽減することができる。
照明施設に対する不快グレアの評価は、屋内統一グレア評価値(UGR)に基づく、次の式によって行われる。
UGRの計算方法の詳細は、CIE117:1995に規定されている。
Figure 2014199810
上記式から明らかなように、正面方向の輝度値Lを小さくできれば、UGRを小さくでき、不快グレアを抑制できることがわかる。
本実施形態では、カバー3を押出し成形により一体成形している。
具体的には、拡散材の含有量が異なる同一材料を押出して接合している。この場合、周辺部3b、3cにおける拡散材の含有量がゼロの場合も含む。含有量がゼロの例としては透明材料がある。
成形方法としては、押出し成形に限定されず、引き抜き成形や射出成形でもよい。
また、拡散度が異なる異種材料で一体成形してもよい。
また、カバー3を発泡性材料で形成し、発泡密度を異ならせて透過率(拡散度)を制御してもよい。
この場合には、発泡性材料自体が拡散材料としてなる。
図3に示すように、本実施形態に係るカバー3は、同心円形状の円弧形状として形成されている。
上記のように、筐体2との一体構成は円筒形状となるため、直管形状を維持することができる。
これにより、蛍光灯の代替ランプとしての概観の見劣りを抑制することができる。
図4に示すように、中央部3aに比べて拡散度が極めて低く透過率が高い材料で形成された周辺部3b、3cでは反射により減衰はしない。
これに対し、中央部3aでは反射により減衰し、相対的に周辺部方向へ向かう光の量が増える。
図4において、符号ZはLEDの中心からの法線方向(正面方向)を示し、Yは法線方向に直交する筐体2の幅方向(長手方向と直交する方向)を示している(他の図において同じ)。
図5に示すように、拡散度の異なる材料の境目となる角度をαとし、角度αを変化させたときの、配光特性の変化のシミュレーション結果を図7及び図8に示す。
図6は、カバー3を全て同じ拡散度の材料で形成した場合の配光特性で、ランバート配光である。
図7、図8における材料Aは中央部3aの材料を、材料Bは周辺部3b、3cの材料である。
図9は、各条件における角度と相対光度との関係を示すグラフである。図7乃至図9から、角度αが小さい方が配光が広がることがわかる。
すなわち、周辺部3b、3cの範囲を大きくした方が、配光が広がり、蛍光灯の配光に近づくことがわかる。
上記のように、周辺部3b、3cには透明材料を用いてもよい。
この場合、外部からは、周辺部3b、3cを通してLED12が粒状の部材として視認しやすくなる。
これにより外観の見劣りが生じる場合には、図10に示すように、周辺部3b、3cの内面にプリズム形状の凹凸3dを付与すればよい(第2の実施形態)。
図10において、周辺部3cにおける凹凸3dは省略している。
他の方法としては、図11に示すように、周辺部3b、3cの内面に凸レンズ形状3eを付与してもよい(第3の実施形態)。
この場合、輝度観測面からの光は凸レンズ形状3eで屈折し、LED12の中心からY方向に離れた位置に到達する。
このことは、外部から観察したときに、LED12が視認しにくくなることと等価である。
図11において、周辺部3cにおける凸レンズ形状3eは省略している。
各実施形態における直管形LEDランプ100のその他の構成について説明する。
上記のように、電源基板7は筐体2の平坦部32の内側に設置されている。
電源基板7の電子部品9の実装面と反対の面に電子部品がなく、平坦部32に塗料などの絶縁物が塗布されて電気的絶縁性が確保できる場合には、直に両者を当接させることができる。
筐体2の内部には、電源基板7を収容可能な凹部30が形成されている。
電源基板7は、商業用電源から送られてきた電流を交流から直流に変換し、リード線13a、13bを介してLED基板11a、11bに電流を供給し、LED12a、12bを点灯させる。
図18示すように、電源基板7は、その端部に設けた穴24と筐体2の平坦部32に設けた穴25(図19参照)を合わせるようにしてクランプ15を挿入することで、筐体2に固定される。
クランプ15は、電源基板7の長手方向一端部を筐体2に固定するためのロック手段である。
これにより、電源基板7の長手方向の位置ずれを規制することができる。
電源基板7の他端部は、上記のようにリード線13a、13bで押さえられている。
筐体2に設ける穴25は、LED基板11bよりも外側で、口金1bに近い方を選択する(図13参照)。
すなわち、クランプ15は、電源基板7の口金1bに近い側に設置し、且つLED基板11bより外側になるように設定する。
このように、クランプ15をLED基板11の外側に配置することにより、LEDの光束がけられて陰になることもない。
図17等では、クランプ15は分かりやすくするために飛び出た形状を示している。
実際には、図19に示すように、クランプ15を平坦部32の外側から挿入して押し込むと、電源基板7の穴24を抜けた時点で弾性変形部15aが外側に広がる。
これにより、電源基板7は筐体2にワンタッチ操作で固定される。
筐体2の外周部に凹凸をつけて放熱効果を向上させ、さらに筐体2の平坦部32に電源基板7を密着させて設置し、クランプ15でその密着性を高めているので、電源基板7からの熱を効率的に筐体に逃がすことができる。
図17に示すように、クランプ首下長さh1と、(筐体平坦部厚さ+電源基板厚さ)h2を略同じにすることで、電源基板7に垂直な方向を規制することができる。
すなわち、電源基板7の筐体長手方向と直交する厚み方向の移動を規制することができる。
凹部30は、平坦部32と、該平坦部32から電源基板7の厚み方向に立ち上がる突起としての2本のリブ31a、31bとによって構成されている。
リブ31a、31bの長さL(図14参照)を筐体2の長さと同じにしておけば、例えば押出し加工が可能になる。
すなわち、筐体2の成形と同時に一体成形することができ、製造コストの低減を維持することができる。
平坦部32にリブ31a、31bを形成しているため、突起間は平坦面に形成されている。
図17に示すように、電源基板7の幅をD1、リブ31a、31bの間隔をD2とするとき、D2>D1の関係が成り立つように設定されている。
すなわち、電源基板7を凹部30にスムーズに挿入できる幅にしておく。
リブ高さH1は、電源基板7の部品実装面と略同等の高さに設定する。
このようにすることで、電源基板7が図の左右方向に動こうとしても、リブ31a、31bを乗り越えることはできない。
したがって、電源基板7はリブ31a、31bによって筐体長手方向と直交する幅方向(左右方向)の位置ずれを阻止される。
これにより、流通時の振動や地震等による振動によって電源基板7が幅方向にずれることが繰り返されることによるリード線の断線(LEDランプの不意の不点灯)を抑制することができる。
筐体2内で電源基板7を滑らせてセットする際でも、リブ31a、31bをガイドとして使用できるので、位置決めがし易く、スム−ズに挿入できる。
筐体2は押出し成形や引き抜き成形により同一断面形状の筒形状に形成されるので、筐体2に電源基板7を挿入する方向は、いずれの端部からでもよい。
リブ31a、31bの高さ(H1)は、電源基板7の幅方向の位置ずれを阻止できる最小限の高さに設定しているので、筐体2の長手方向全体に亘って設けても質量的には大きな増加とはならない。
すなわち、筐体の質量が増し、筐体が反りやすくなって、地震等の振動で落下する懸念もない。
逆に、リブによる補強効果で筐体の長手方向の剛性が向上するので、曲がりにくくなるという副次的効果も得ることができる。
上記のように、押出し成形等によりリブ31a、31bを設けることで、電源基板7の左右方向の動きはほとんど規制される。
筐体2と電源基板7と間にリーク電圧に対する必要な耐圧が確保できない場合は、図20に示すように、両者の間に耐圧を確保できる薄板状の絶縁部材41を設けておく。
電源基板7の基板幅E1に対し、絶縁部材41の内寸は同等かやや大きめに設定する。
絶縁部材41の外寸幅E2は、リブ間隔E3より大きく、スム−ズに挿入可能な幅に設定する。
リブ高さH2も(絶縁部材厚さ+電源基板厚さ)よりは大きめに設定するが、絶縁部材高さK1よりは低くてもリブ31a、31bを電源基板7が乗り越えることはない。
クランプ15で固定する場合は、絶縁部材41にも穴を開けておき、筐体2と電源基板7間に挟むように設置し、クランプ15を穴に挿入することで固定できる。
絶縁部材41の穴(図示せず)は、クランプ15を挿入した状態で電源基板7が絶縁部材41よりはみ出さない位置に設ける。
なお、クランプ15の代わりにネジ固定しても良い。
絶縁部材41が挿入された場合も、(筐体平坦部厚さ+絶縁部材厚さ+電源基板厚さ)h3≒クランプ首下長さh1としておけば、電源基板7の厚み方向の移動を規制することができる。
本実施形態では、絶縁部材41の存在により電源基板7に流れる電流が筐体2に流れることはないので、感電等の怪我や火災等の心配がない。
上記各実施形態では、直管形LEDランプ100を、蛍光灯を点灯可能な照明器具150に搭載可能な構成としたが、勿論LED専用の照明器具に装着する構成としてもよい。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
2 筐体
3 カバー部材としてのカバー
3a 輝度の高い部分に対応する部分としての中央部
3b、3c 輝度の低い部分に対応する部分としての周辺部
3d プリズム形状としての凹凸
3e 凸レンズ形状
12 複数の半導体発光素子としてのLED
100 直管形ランプとしての直管形LEDランプ
150 照明器具
特許第4334013号公報 特開2013−12453号公報

Claims (8)

  1. 棒状の筐体と、
    前記筐体の一側面を長手方向全体に亘って覆うように前記筐体に取り付けられる透光性のカバー部材と、
    前記カバー部材の内方に前記長手方向に沿って配置された光源としての複数の半導体発光素子と、
    を有する直管形ランプにおいて、
    前記カバー部材は、前記光源の輝度の高い部分に対応する部分が、輝度の低い部分に対応する部分よりも拡散度が高いことを特徴とする直管形ランプ。
  2. 請求項1に記載の直管形ランプにおいて、
    前記カバー部材の前記輝度が低い部分に対応する部分も拡散材料で形成されていることを特徴とする直管形ランプ。
  3. 請求項1に記載の直管形ランプにおいて、
    前記カバー部材の前記輝度が低い部分に対応する部分が透明材料で形成されていることを特徴とする直管形ランプ。
  4. 請求項2又は3に記載の直管形ランプにおいて、
    前記カバー部材の前記輝度が低い部分に対応する部分の内面にプリズム形状を備えていることを特徴とする直管形ランプ。
  5. 請求項2又は3に記載の直管形ランプにおいて、
    前記カバー部材の前記輝度が低い部分に対応する部分の内面に凸レンズ形状を備えていることを特徴とする直管形ランプ。
  6. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の直管形ランプにおいて、
    前記カバー部材は、断面形状が同心円形状の円弧形状を有していることを特徴とする直管形ランプ。
  7. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の直管形ランプにおいて、
    前記カバー部材は一体成形されていることを特徴とする直管形ランプ。
  8. 請求項1〜7のいずれか1つに記載の直管形ランプと、前記直管形ランプを装着する照明器具とを備えたことを特徴とする照明装置。
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