JP2017091914A - 直管形ｌｅｄランプ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定器との組み合わせの種類にかかわらず、光利用効率の問題を生じることなくグレアを抑制しながら使用できる直管形ＬＥＤランプを提供する。【解決手段】直管形ＬＥＤランプの長手方向における中央部にはミドルパワーＬＥＤ素子３５群が配置されており、口金で隠れる部分にはミドルパワーＬＥＤ素子３５よりも最大定格電流値が大きいハイパワーＬＥＤ素子３６群が配置されている。電流制御回路３７は、電流計３８で検出される電流値、すなわちＬＥＤ素子への入力電流値が直管形ＬＥＤランプ１００に適正な所定値を超える場合には、ハイパワーＬＥＤ素子３６群へ流れる電流比率を、ミドルパワーＬＥＤ素子３５群に流れる電流比率よりも大きくし、所定値を超えない場合には、ミドルパワーＬＥＤ素子３５群へ流れる電流比率を、ハイパワーＬＥＤ素子３６群に流れる電流比率よりも大きくする。【選択図】図２

Description

本発明は、直管形ＬＥＤランプ及び照明装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を光源とする細長形状の直管形ＬＥＤランプが商品化されている。
直管形ＬＥＤランプは、例えば、複数のＬＥＤ素子を長手方向に実装した基板を筐体としての金属フレームで支持し、ＬＥＤ素子の発光側を光透過性のカバーで覆う構成となっている。
両側給電方式である既存の蛍光灯器具を、安定器についての工事をすることなくそのまま用いる、いわゆる工事レスタイプのＬＥＤ照明において、安定器との組み合わせで使用する場合、回路の性質上、用いる安定器（特にインバータ式安定器）との組み合わせによってはＬＥＤ素子への入力電流が大きくなり、ＬＥＤ素子の光出力が大きくなるケースがある。

そのため、場合によってはグレア（眩しさにより生じる不快感）を生じるほど明るくなってしまうことがある。
グレア低減の方法としては、高拡散度のカバーを用いるなど多くの方法が既に知られている。
特許文献１には、ＬＥＤ照明が被照明装置に対応したものかどうかを判断する判断手段を備え、対応したものでないと判断したときは警告を発する照明システムが開示されている。

従来において、ＬＥＤ素子の出力が大きくなる安定器との組み合わせ時のみグレアを抑制する方法はなかった。特許文献１に開示された技術では、設定されている最大電流値を超えた場合、警告がなされるだけでランプの使用はできないこととなる。
常にグレアを小さくするために高拡散度のカバーを用いるなどの方法では、ＬＥＤ素子の光出力が大きくならないケースであっても光利用効率が損なわれるという問題があった。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、安定器との組み合わせの種類にかかわらず、光利用効率の問題を生じることなくグレアを抑制しながら使用できる直管形ＬＥＤ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、本発明の直管形ＬＥＤランプは、ランプ本体と、前記ランプ本体の長手方向両端部に設けられた口金と、前記ランプ本体の内部に前記長手方向に沿って配置された複数のＬＥＤ素子と、外部から前記ＬＥＤ素子へ流れ込む電流が所定値よりも大きい場合に、前記ＬＥＤ素子と前記ランプ本体内に設けられた他の負荷とに電流を分ける制御手段と、を有している。

本発明によれば、安定器との組み合わせの種類にかかわらず、光利用効率の問題を生じることなくグレアを抑制しながら使用できる直管形ＬＥＤランプを提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る直管形ＬＥＤランプにおけるＬＥＤ素子の配置構成を示す平面図である。 回路構成図である。 ハイパワーＬＥＤ素子の配置状態を示す要部斜視図である。 直管形ＬＥＤランプの一部省略の縦断面図である。 ハイパワーＬＥＤ素子から出る光束の方向を示す模式図である。 回路構成の変形例を示す図である。 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８のＡ方向から見た図である。 図９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１２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７乃至図１２に基づいて、本実施形態に係る直管形ＬＥＤランプ及び照明装置の基本的な構成を説明する。
図７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。
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（平板状、筒状の概念を含む）の筐体２と、透光性で且つ拡散性のカバー部材としてのカバー３と、照明器具１５０に電気的に接続可能な口金１ａ、１ｂとから構成されている。
ここでは、カバー３は透明のものを用いている。カバー３の拡散性は、カバー表面にプリズム状の凹凸を付加するなどして形状的に付与してもよく、拡散材料を含むことにより付与してもよい。
拡散材料を含む場合には、拡散材料でカバー３全体を形成してもよく、拡散材料を添加ないし含有させて拡散性を付与してもよい。

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１２参照）、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、アルミニウム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１２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７に示すように、口金１ａ、１ｂは、筐体２とカバー３との一体構成であるランプ本体の長手方向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１０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１２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の内側には、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（支持）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８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、ＬＥＤ素子としての白色ＬＥＤ光源１２ａ、１２ｂが筐体２の長手方向に所定の間隔で複数実装されている。
白色ＬＥＤ光源１２ａ、１２ｂは、ＥＬ（Electroluminescence）効果を持つ半導体発光素子光源である。

図９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平滑用の電子部品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によって直流に平滑された電流は、図１１（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５に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。
図１に示すように、ＬＥＤ基板１１は５つに分割されており、長手方向における中央部のＬＥＤ基板１１ｂ、１１ｃ、１１ｄには、出力が０．２Ｗ程度の標準タイプのＬＥＤ素子としてのミドルパワーＬＥＤ素子３５が実装されている。
長手方向両端のＬＥＤ基板１１ａ、１１ｅには、最大定格電流値がミドルパワーＬＥＤ素子３５よりも大きいＬＥＤ素子としてのハイパワーＬＥＤ素子３６が実装されている。

工事レスタイプの直管形ＬＥＤランプを装着した照明装置において、インバータ式安定器等の特定の安定器との組み合わせとなった時、ＬＥＤ素子に入力される電流が大きくなるケースがある。放電を安定させるための安定器は、照明器具１５０に設けられている。
上述のように、ＬＥＤ素子への入力電流が大きくなり、ＬＥＤ素子の光出力が大きくなると、グレアが生じる場合がある。

この問題を解消すべく、本実施形態では、図２に示すように、制御手段としての電流制御回路３７を有している。電流制御回路３７はマイクロコンピュータであり、電流計３８で検出される電流値、すなわちＬＥＤ素子への入力電流値が直管形ＬＥＤランプ１００に適正な所定値を超える場合には、ハイパワーＬＥＤ素子３６群へ流れる電流比率を、ミドルパワーＬＥＤ素子３５群に流れる電流比率よりも大きくする。
照明器具１５０に設けられている安定器との組み合わせが適正で、ＬＥＤ素子への入力電流値が直管形ＬＥＤランプ１００に適正な所定値を超えない場合には、電流制御回路３７は、ミドルパワーＬＥＤ素子３５群へ流れる電流比率を、ハイパワーＬＥＤ素子３６群に流れる電流比率よりも大きくする。

ハイパワーＬＥＤ素子３６は、図３及び図４に示すように、口金１ａ、１ｂで覆われる部分である口金下部に配置されており、外部からは直視されないようになっている。そのため、口金下部のハイパワーＬＥＤ素子３６の輝度が高くなっても、ＬＥＤランプとしてのグレアが大きくなることが抑制される。
ハイパワーＬＥＤ素子３６を用いる理由は、口金下部に隠せるＬＥＤ素子の個数に限りがあるため、少ない個数でも発光効率をできるだけ低下させないようにするためである。
ハイパワーＬＥＤ素子３６は、上部（照射方向）から見ると、図４に示すように、口金１ａ、１ｂに隠れて見えない。そのため、輝度むらとなって見えることはない。図４において、口金１ａ、１ｂの端子は省略している。

ハイパワーＬＥＤ素子３６は、口金下部に隠れてユーザからは直視されないが、図５に示すように、水平方向には光束が出射されるため、発光効率はそれほど損なわれない。
ハイパワーＬＥＤ素子３６を配置する代わりに、抵抗などの他の負荷を配置して電力を消費するようにし、ミドルパワーＬＥＤ素子３５群へ流れる電流を少なくすることでグレアを防止するようにしてもよい。しかしながら、その場合にはグレアは抑制できるが発光効率は低下する。
電流制御回路３７の配置は図６に示すような構成としてもよい（第２の実施形態）。

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１３に示すように、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１４参照）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８参照）。
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１１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１４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１２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９参照）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１２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１５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。

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。

１ａ、１ｂ 口金
２ 筐体
３ カバー部材としてのカバー
１１ 基板としてのＬＥＤ基板
３５ ＬＥＤ素子としてのミドルパワーＬＥＤ素子
３６ ＬＥＤ素子としてのハイパワーＬＥＤ素子
３７ 制御手段としての電流制御回路
１００ 直管形ＬＥＤランプ
１５０ 照明器具
２００ 照明装置

特許第５３６７８８５号公報

Claims (6)

1. ランプ本体と、
   前記ランプ本体の長手方向両端部に設けられた口金と、
   前記ランプ本体の内部に前記長手方向に沿って配置された複数のＬＥＤ素子と、
   外部から前記ＬＥＤ素子へ流れ込む電流が所定値よりも大きい場合に、前記ＬＥＤ素子と前記ランプ本体内に設けられた他の負荷とに電流を分ける制御手段と、
   を有している直管形ＬＥＤランプ。
2. 請求項１に記載の直管形ＬＥＤランプにおいて、
   前記他の負荷が、最大定格電流値が前記ＬＥＤ素子よりも大きいハイパワーＬＥＤ素子であり、前記ハイパワーＬＥＤ素子は前記口金で覆われる部分に配置され、前記ＬＥＤ素子へ流れ込む電流が所定値よりも大きい場合、前記制御手段は、前記ハイパワーＬＥＤ素子へ流れる電流比率を前記ＬＥＤ素子に流れる電流比率よりも大きくする直管形ＬＥＤランプ。
3. 請求項１又は２に記載の直管形ＬＥＤランプにおいて、
   前記ランプ本体が、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を有し、前記ＬＥＤ素子及び前記ハイパワーＬＥＤ素子が前記筐体に支持されている直管形ＬＥＤランプ。
4. 請求項３に記載の直管形ＬＥＤランプにおいて、
   前記ＬＥＤ素子及び前記ハイパワーＬＥＤ素子がこれらを実装した基板を介して前記筐体に支持されている直管形ＬＥＤランプ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の直管形ＬＥＤランプと、前記直管形ＬＥＤランプを装着する照明器具とを備えた照明装置。
6. 請求項５に記載の照明装置において、
   前記照明器具にインバータ式安定器が設けられている照明装置。

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