JP2016058329A - 照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】LEDを光源とする照明器具において、光学部材の取り付けが簡易で器具の生産性が良く、しかもLEDからの熱による変形が生じ難い光学部材を有するものとする。
【解決手段】照明器具1は、光源20と、光源20が搭載される器具本体4と、光源20から出射された光の配光を制御する光学部材5と、を備える。光源20は、マトリクス状に配置された複数のLED22を有し、これらのLED22は3列以上の複数列に配置される、光学部材5は、別体として構成された第1部材5a及び第2部材5bを有し、第1部材5aは、一方の外側列OL1を含む1列以上のLED22、及び外側列OL1よりも中央側にある中列MのLED22の一部に設けられ、第2部材5bは、他方の外側列OL2を含む1列以上のLED22、及び中列MのLED22のうち第1部材5aが設けられていないLED22に設けられている。
【選択図】図2

Description

本発明は、LEDを光源とする照明器具に関する。
LEDは、低電力で高輝度の発光が可能であり、しかも長寿命であることから、白熱灯や蛍光灯に代わる光源として注目されている。LED単体の発光により得られる照度は、HIDランプ等に比べて低い。そこで、LEDを光源とする照明器具において高照度を実現するには、複数のLEDが用いられる。この種の照明器具として、矩形平板状のベースの一面にマトリクス状に配置された複数の光源ユニットを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2009−129859号公報
ところで、上述したような高照度の照明が可能な照明器具は、例えば、空港において航空機が駐機するエリアを照明するエプロン照明への利用がなされている。このようなエプロン照明は、航空機の駐機エリアを均斉度よく照明できるように、空港毎に必要照度基準が決められている。また、航空機のパイロットに対するグレアを抑制するために、航空局の仕様書によって配光の規制がなされている。
そのため、エプロン照明用のLED照明器具には、LEDから出射された光の配光を制御するための光学部材を用いる必要がある。また、一般に、エプロン照明においては、鉛直方向の配光を所定角度に制御するため、複数のLEDがマトリクス状に配された照明器具では、LEDの配光を列毎に制御する複数の帯長状の光学部材が並列配置されて用いられる。
しかしながら、複数の光学部材を並列に配置してそれらを器具に固定することは、製造工程における手間が多く、生産性が悪い。また、エプロン照明においては、LEDが高輝度で発光することに伴い、高温を発生させることが多い。帯長状の光学部材は、構造的に反り易いので、LEDからの熱による変形が生じ易い。この場合、LEDと光学部材の位置ズレが発生して、所望の光学特性を得られない虞がある。
本発明は、上記課題を解決するものであって、光学部材の取り付けが簡易で器具の生産性が良く、しかもLEDからの熱による変形が生じ難い光学部材を有する照明器具を提供することを目的とする。
本発明は、光源と、前記光源が搭載される器具本体と、前記光源から出射された光の配光を制御する光学部材と、を備えた照明器具であって、前記光源は、マトリクス状に配置された複数のLEDを有し、これらのLEDは3列以上の複数列に配置され、前記光学部材は、別体として構成された第1部材及び第2部材を有し、前記第1部材は、一方の外側列を含む1列以上のLED、及び前記外側列よりも中央側にある中列のLEDの一部に設けられ、前記第2部材は、他方の外側列を含む1列以上のLED、及び前記中列のLEDのうち前記第1部材が設けられていないLEDに設けられていることを特徴とする。
本発明の照明器具によれば、光学部材を構成する第1部材及び第2部材は、夫々外側列を含む1列以上のLED、及び外側列よりも中央側にある中列のLEDの一部に設けられている。そのため、一列のLEDのみに設けられる帯長状の光学部材に比べて、LEDからの熱による変形が生じ難い。また、2つの部材を器具本体に取り付ければよいので、列毎の光学部材を取り付ける場合に比べて、光学部材の取り付けが簡易で器具の生産性を良くすることができる。
本発明の一実施形態に係る照明器具を発光面側から見た斜視図。 (a)は上記照明器具の光源ユニットの斜視図、(b)は分解図、(c)は上記光源ユニットの光学部材の斜視図。 (a)は上記光学部材を構成する第1部材の上面斜視図、(b)は下面斜視図。 上記第1部材の短手方向の側断面図、(b)は長手方向の側断面図、(c)は下面図、(d)は長手方向の側面図、(e)は上面図、(f)は短手方向の側面図。 (a)は上記光学部材を構成する第2部材の上面斜視図、(b)は下面斜視図。 (a)は上記第2部材の短手方向の側面図、(b)は長手方向の側断面図、(c)は上面図、(d)は長手方向の側面図、(e)は下面図、(f)は短手方向の側断面図。 上記第1部材及び第2部材を組み合わせた状態における短手方向の側断面図。 上記第1部材のレンズ部の配光を示す光路図 (a)は上記光源ユニットの固定台の上面斜視図、(b)は下面斜視図。 (a)は上記光源ユニットの取付台の上面斜視図、(b)は下面斜視図。 (a)は上記実施形態の変形例に係る照明器具の光源ユニットの斜視図、(b)は分解図。 (a)は上記光源ユニットの光学部材を構成する第1部材の上面斜視図、(b)は下面斜視図。 (a)は上記光学部材を構成する第2部材の上面斜視図、(b)は下面斜視図。 (a)は上記光源ユニットの固定台の上面斜視図、(b)は下面斜視図。
本発明の一実施形態に係る照明器具について図1乃至図5を参照して説明する。以下の実施形態において、本照明器具は、空港のエプロン照明や、グランドや圃場等に対して光を投射する投光器であるものとして説明する。
図1に示すように、照明器具1は、複数の光源ユニット2と、これら光源ユニット2を一体に保持する保持枠3と、を備える。光源ユニット2の各々は、一面に発光面2A(図1参照)を有する矩形平板状の光源20と、光源20が搭載される器具本体4と、光源20の配光を制御する光学部材5と、を備える。器具本体4は、光源20の発光面2Aとは反対側の面に設けられた放熱部を有し、光源20の発光に伴って生じた熱を外部に放熱する。なお、ここでは、複数の光源ユニット2を用いた構成を示すが、光源ユニット2は単体として用いられてもよく、この場合、光源ユニット2自体が照明器具1となる。
複数の光源ユニット2は、マトリクス状に配置され、光源20の一辺と平行な行方向L(図例では横方向)に配置された光源ユニット2の数は、行方向Lに直交する列方向C(図例では縦方向)に配置された光源ユニット2の数以上となっている。図例では、行方向Lに3つの光源ユニット2が配置され、列方向Cに2つの光源ユニット2が配置された3x2のマトリクス状となっている。列方向Cにおいて隣り合う光源ユニット2の間には、所定の隙間が設けられている。行方向Lにおいて隣り合う光源ユニット2は、互いに隣接して配置されている。
光源20は、発光面2A側に設けられた配線基板21と、配線基板21にマトリクス状に実装された複数のLED22(後述する図2(b)も参照)と、を有する。LED22は、例えば、青色光を出射する青色LEDチップと、この青色LEDチップを封止する封止材と、この封止材中に分散され青色光を黄色光に変換する蛍光体と、を有し、青色光と黄色光とを互いに混色させることで白色光を出射する。
器具本体4は、放熱部として、発光面2Aに直交して設けられた複数の板状フィン41を有する。これら板状フィン41は、列方向Cと平行に並設されている。板状フィン41は、熱伝導率及び剛性の高い材料、例えば、アルミニウムや銅により構成される。光源ユニット2は、器具本体4の内部又は外部に、電源ユニット(不図示)を備え、この電源ユニットが商用電源(不図示)に接続され、商用電源からLED22への給電を制御する点灯回路(不図示)を内蔵している。
図2(a)(b)に示すように、光源ユニット2は、器具本体4に固定される固定台6と、光学部材5が固定される取付台7と、を更に備える。取付台7は、固定台6に係止されることで器具本体4に取り付けられる。複数のLED22は、3列以上のマトリクス状に配置されており、本例では、5列が設けられている。また、各列には、3個以上のLED、本例では、4又は5個のLED22が含まれる。また、LED22は、配線基板21の中心部を除いて千鳥格子状となるように配置されている(特に、図2(b)参照)。
図2(c)に示すように、光学部材5は、別体として構成された第1部材5a及び第2部材5bを有する。第1部材5a及び第2部材5bは、後述するように、同一の配光特性を有し、LED22から出射された白色光を透過させる透光性材料、例えば、透明ポリカーボネート樹脂、透明アクリル樹脂、又は透明ガラス等により構成される。
図2(b)に示すように、第1部材5aは、一方の外側列OL1を含む1列以上(本例では2列)のLED22、及び外側列OL1よりも中央側にある中列MのLED22の一部(本例では中列の図中右2個のLED22)に設けられている。また、第2部材は5b、他方の外側列OL2を含む1列以上(本例では2列)のLED22、及び中列MのLED22のうち第1部材5aが設けられていないLED22(本例では中列の図中左2個のLED22)に設けられている。
図3(a)(b)及び図4(a)乃至(f)に示すように、第1部材5aは、複数のLED22の配光を列毎に制御する複数列のレンズ部51,52,53と、それらのレンズ部51〜53を連結する一対の連結部54,55と、を有する。レンズ部51〜53は、マトリクス状に配置されたLED22の列方向に沿う帯長形状に形成されている。
レンズ部51は、外側列OL1のLED22に設けられ、レンズ部52は、外側列OL1の内側の列のLED22に設けられ、レンズ部53は、中列Mの一部のLED22に設けられる。本例においては、図2(b)で示すように、LED22が千鳥格子状に配置されており、外側列OL1のLED22が5個であり、その内側の列のLED22が4個である。そのため、図4(c)に示すように、LED22の配置に対応するように、外側列OL1のLED22に設けられるレンズ部51は、その内側の列のLED22に設けられるレンズ部52よりも長くなるように形成されている。なお、レンズ部52は、レンズ部51と同じ長さであってもよい。また、中列MのLED22に設けられるレンズ部53は、中列Mの2個のLED22に設けられるので、レンズ部52よりも更に短くなるように形成されている。
一方の連結部54は、レンズ部51〜53の片端部を接続する板状の部材として構成される。他方の連結部55は、レンズ部51,52の他方の片端部を接続する。これら連結部54,55には、ネジ頭を収容するザグリを有するネジ孔56が設けられている。このネジ孔56にネジ81(図2(a)(b)参照)が挿通されることにより、第1部材5aは、取付台7に固定される。また、第1部材5aは、レンズ部53の連結部54とは反対側の端部に形成され、光源部20の中列Mと対向する平坦部57を有する。
レンズ部51は、LED22から出射された光が入射する凹溝状の入射部51aと、入射部51aと対峙する長尺状の平坦な出射部51bと、入射部51a及び出射部51bを接続し且つ入射部51aから入射した光を全反射する一対の反射部51c,51dと、を有する(図4(a)参照)。レンズ部52,53もまた、レンズ部51と同様の入射部、出射部、及び反射部を有する(対応する符号は不図示、後述する説明においても同様)。
入射部51aは、LED22と対向する対向面が凸形状となるように形成されており、この対向面に入射した光の多くは、LED22の光軸Ax方向に配光制御されて、出射部51bから出射される。また、入射部51aの側面に入射した光の多くは、反射部51c,51dによって全反射されて、出射部51bから出射される。また、反射部51c,51dは、その短手方向の断面視において、非対称である。具体的には、外側列OL1側の反射部51cが丸みのある放物線形状であるのに対して、中列M側の反射部51dは反射部51cに比べて平面的な形状である。
また、出射部51bは、凹状に形成された肉盗み部58を有する(図3(b)参照)。肉盗み部58を設けることにより、第1部材5aの体積を少なくすることができるので、第1部材5aを軽量化することができ、また、構成樹脂材料を削減して製造コストを削減することができる。
図5(a)(b)及び図6(a)乃至(f)に示すように、第2部材5bもまた、複数のLED22の配光を列毎に制御する複数列のレンズ部51,52,53と、それらのレンズ部51〜53を連結する一対の連結部54,55と、を有する。ここでは、レンズ部51は、外側列OL2のLED22に設けられ、レンズ部52は、外側列OL1の内側の列のLED22に設けられ、レンズ部53は、中列Mの一部のLED22に設けられる。第2部材5bは、連結部54,55にネジ孔56が夫々設けられ、中列MのLED22に設けられるレンズ部53の端部に平坦部57が設けられ、また、レンズ部51の出射部51bに形成された肉盗み部58が形成されている点も、上記と同様である。
図6(f)に示すように、第2部材5bは、レンズ部51の反射部51dが、中列M側の反射部51dが丸みのある放物線形状であるのに対して、外側列OL2側の反射部51cは反射部51dに比べて平面的な形状である点において、第1部材5aとは相違する。そのため、図7に示すように、第1部材5a及び第2部材5bは、それらが組み合わされた状態で同じ配光特性を有する。すなわち、第1部材5a及び第2部材5bは、反射部51c,51dの形状において異なっているので、別体として構成されていても、一つの光学部材5として機能することができる。
図8に示すように、第1部材5aのレンズ部51を例に挙げると、一方の反射部51dは、反射部51cに比べて平面的な形状なので、入射部51aの側面からレンズ部51に入射した光を、LED22の光軸Axよりもよりレンズ中心方向へ反射させる。その結果、光軸Axよりも所定角度傾斜した方向において、照明器具1(光源ユニット2)の最大光度を得られる器具光軸Lx方向の光束を増やすことができる。また、他方の反射部51cは、LED22の光軸Ax方向と平行に光を反射させるので、器具上方へのグレア規制角度Gx(器具光軸Lxから上方10°)方向への光束を少なくすることができる。
図9(a)(b)に示すように、固定台6は、矩形の枠体60と、枠体60の2辺から夫々2対立設されて取付台7と係合する係合爪61と、を有する。固定台6は、例えば、ABS樹脂等の堅牢な樹脂材料により形成される。枠体60は、少なくともその一辺に凹部62が形成されており、この凹部62に、外部電源との接続端子(不図示)から導出されたリード線80(図3(a)(b)参照)が差し込まれて、リード線80の端部が配線基板21に接続される。
枠体60の内側には、マトリクス状に配されたLED22の列に添って、複数の梁部63が設けられている。梁部63は、レンズ部51〜53の入射部51aの下端部と配線基板21との間の隙間を埋め、それらの隙間からの光漏れを抑制する。また、梁部63のうち、第1部材5a及び第2部材5bにおける中列Mに対向する中央寄り2本の梁部63は、固定台6を器具本体4に固定するための固定部64が設けられている。なお、図2(b)に示したように、光源20の中列Mの中央にはLED22が配されておらず、上記固定部64に設けられたネジ孔に挿通されたネジ82のネジ受け部となっている。
また、固定部64の両側には、上述した第1部材5a及び第2部材5bの平坦部57を支持する一対の支持部65が設けられている。これらの支持部65により、連結部54に設けられたネジ孔56から最も遠い、第1部材5a及び第2部材5bの中間位置が支持されるので、第1部材5a及び第2部材5bが安定的に保持される。その結果、LED22の熱による第1部材5a及び第2部材5bの変形を抑制することができる。
図10(a)(b)に示すように、取付台7は、第1部材5a及び第2部材5bのレンズ部51〜53が嵌め込まれる開口部70を形成する枠部71を有する。枠部71は、レンズ部51〜53の出射部51bと平行に形成された板状部材であり、例えば、アルミ等の金属材料により形成される。枠部71には、固定台6の係合爪61と係合する係合溝72と、第1部材5a及び第2部材5bを固定するネジ81(図2(b)参照)が挿通されるネジ孔73と、を有する。また、取付台7は、枠部71から器具本体4に向けて立設された脚部74を有する。この脚部74により、固定台6と取付台7との間隔が一定に保持される。
枠部71は、レンズ部51〜53の出射部51bと平行に形成された板状部材である。レンズ部51を例に挙げると、LED22からの出射光が入射部51aの側面に入射して、反射部51c,51dに到達した光は、その多くの入射角が臨界角よりも大きく、反射部51c,51dで全反射する。しかしながら、入射角が上記臨界角より小さい光は、反射部51c,51dを透過し、レンズ部51〜53外に漏れてしまう。ここで、本実施形態によれば、枠部71は、レンズ部51〜53の出射部51bと平行に形成されるので、反射部51c,51dから出射した漏れ光を遮光する遮光部として機能する。これにより、所望の方向以外の方向へ光の照射を抑制することができる。
本実施形態の光源ユニット2においては、光学部材5が、別体である第1部材5a及び第2部材5bにより構成されており、第1部材5a及び第2部材5bは、夫々外側列OL1,OL2を含む1列以上のLED、及び外側列よりも中央側にある中列MのLEDの一部に設けられている。そのため、一列のLEDのみに設けられる帯長状の光学部材に比べて、LED22からの熱による変形が生じ難い。特に、本実施形態の第1部材5a及び第2部材5bは、2列半のレンズ部51〜53が連結部54,55により接続されているので、レンズ部51の長手方向に対しても、それに直交する方向に対しても変形し難い。また、2つの部材を器具本体4に取り付ければよいので、列毎の光学部材を取り付ける場合に比べて、光学部材5の取り付けが簡易で器具の生産性を良くすることができる。
また、光学部材5は、取付台7に固定された後、この取付台7を介して固定台6に係止されることで器具本体4に固定されるので、器具本体4から光学部材5の取り外しが容易であり、光学部材5のメンテナンスの手間を削減することができる。また、樹脂製の固定台6を用いることで、LED22及び配線基板21からの熱が光学部材5に伝わり難くなり、光学部材5の変形をより生じ難くすることができる。
また、光学部材5は、第1部材5a及び第2部材5bの間に所定の空隙Gが設けられるように、器具本体4に取り付けられている。この空隙Gから、配線基板21及び光学部材5間の空気が排出されるので、放熱性を良くすることができる。その結果、光学部材5の変形をより生じ難くすることができる。従って、LED22を高輝度で発光させて、多くの熱が発生しても、光学部材5は変形し難く、長期間に亘って、所望の配光特性を維持することができる。
次に、上記実施形態の変形例について、図11乃至図14を参照して説明する。本変形例では、図11(a)(b)に示すように、第1部材5a及び第2部材5bは、連結部54,55から器具本体4に向けて立設された複数の脚部59を夫々有する。そして、取付台7ではなく、脚部59を介して、直接的に固定台6及び器具本体4に固定されている。
第1部材5a及び第2部材5bは、図12(a)(b)及び図13(a)(b)に示すように、レンズ部51,52,53、上記の連結部54,55、平坦部57、及び肉盗み部58を有しており、脚部59が設けられている点を除き、上記実施形態と同様である。なお、脚部59には、ネジ81を挿通させるためのネジ孔56が設けられている。固定台6は、図14(a)(b)に示すように、係合爪61を有していない。また、枠体60の内側の梁部63が固定部64を支持する箇所にだけ設けられている。
この変形例によれば、取付台7を用いない分、部品点数を削減することができ、組み立て工程における作業も減り、器具の生産性を良くすることができる。
なお、本発明に係る照明器具は、上記実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、LED22が5列に配置された光源20の構成を示したが、6列以上であってもよい。なお、第1部材5a及び第2部材5bの両方が半分ずつ設けられる中列Mは、本例のような1列に限らず、2列又はそれ以上であってもよい。また、光源ユニット2の配置は、上述した3x2のマトリクス状に限定されず、例えば、4x3や10x4のマトリクス状であってもよい。また、光源ユニット2は、好ましくは行方向に配置される数が列方向に配置される数よりも多くなるように構成される。こうすれば、光源ユニット2の発光に伴って生じた熱が上昇気流に乗って照明器具1の鉛直上方に抜け易くなって、放熱性を良くすることができる。これにより、照明器具1の過度の加熱を防いで、熱暴走による照明器具1の誤作動や故障を防止することができる。このような効果は、照明器具1を構成する光源ユニット2の数が多くて放熱性が低下する場合や、光源ユニット2の発光に伴う温度上昇が起こり易い投光器(照明器具1)のような高出力装置において特に重要となる。
1 照明器具
2 光源ユニット
20 光源
22 LED
2A 発光面
4 器具本体
5 光学部材
5a 第1部材
5b 第2部材
51,52,53 レンズ部
51a 入射部
51b 出射部
51c,51d 反射部
54,55 連結部
57 平坦部
58 肉盗み部
59 脚部
6 固定台
65 支持部
7 取付台

Claims (9)

  1. 光源と、前記光源が搭載される器具本体と、前記光源から出射された光の配光を制御する光学部材と、を備えた照明器具であって、
    前記光源は、マトリクス状に配置された複数のLEDを有し、これらのLEDは3列以上の複数列に配置され、
    前記光学部材は、別体として構成された第1部材及び第2部材を有し、
    前記第1部材は、一方の外側列を含む1列以上のLED、及び前記外側列よりも中央側にある中列のLEDの一部に設けられ、
    前記第2部材は、他方の外側列を含む1列以上のLED、及び前記中列のLEDのうち前記第1部材が設けられていないLEDに設けられていることを特徴とする照明器具。
  2. 前記光学部材は、前記第1部材及び第2部材の間に所定の空隙が設けられるように、前記器具本体に取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の照明器具。
  3. 前記器具本体に固定される固定台を更に備え、
    前記固定台は、前記第1部材及び第2部材における前記中列に対向する箇所を支持する支持部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の照明器具。
  4. 前記第1部材及び第2部材は、前記複数のLEDの配光を列毎に制御する複数列のレンズ部と、前記複数のレンズ部を連結する連結部と、を夫々有する請求項3に記載の照明器具。
  5. 前記レンズ部は、前記LEDから出射された光が入射する凹溝状の入射部と、前記入射部と対峙する長尺状の出射部と、前記入射部及び出射部を接続し且つ前記入射部から入射した光を全反射する一対の反射部と、を有し、
    前記反射部は、その短手方向の断面視において、非対称であり、
    前記第1部材及び第2部材は、それらが組み合わされた状態で同じ配光特性を有することを特徴とする請求項4に記載の照明器具。
  6. 前記出射部は、凹状に形成された肉盗み部を有することを特徴とする請求項5に記載の照明器具。
  7. 前記光学部材が固定される取付台を更に備え、
    前記第1部材及び第2部材は、前記連結部を介して前記取付台に夫々固定され、
    前記取付台が前記固定台に係止されることを特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれか一項に記載の照明器具。
  8. 前記取付台は、前記レンズ部が嵌め込まれる開口部を形成する枠部を有し、
    前記枠部は、前記出射部と平行に形成されて前記反射部から出射した光を遮光する遮光部を有することを特徴とする請求項7に記載の照明器具。
  9. 前記第1部材及び第2部材は、前記連結部から前記器具本体に向けて立設された複数の脚部を夫々更に有し、前記脚部を介して前記器具本体に夫々固定されていることを特徴とする請求項4乃至請求項6に記載の照明器具。
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