JP6031342B2 - ホルダおよび照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を光源とし、蛍光管などに代えて使用されうる照明装置およびそれに用いられるホルダに関する。

近年、省エネルギーや環境保全の観点から、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう）を光源とする照明装置（例えば、ＬＥＤ電球やＬＥＤ蛍光管など）が、電球や蛍光管などに代わる照明装置として使用されるようになってきた（たとえば、特許文献１参照）。

図１Ａは、特許文献１に係る照明装置１０の部分断面図であり、図１Ｂは、照明装置１０における光路図である。図１Ａに示されるように、特許文献１に係る照明装置１０は、ＬＥＤなどの光源２０（発光素子）と、光源２０を実装する基板３０と、光源２０から出射された光を伝播する棒状の導光体４０（導光部材）と、光源２０の発光面２１および導光体４０の入射面４１が対向するように、導光体２０を保持する金属製のホルダ５０と、導光体４０に入射した光のうち、出射面４２と反対側に到達した光を散乱させる光散乱領域６０と、光散乱領域６０を透過した光を反射させる調光部材７０と、導光体４０から出射した光の光路上に設けられたカバー８０と、を有する。図１Ｂに示されるように、光源２０の光軸に対する出射角度の小さい光Ｌ１は、入射面４１から導光体４０に直接入射して、導光体４０の内部を伝播した後、出射面４２から出射する。一方、光軸ＬＡに対する出射角度の大きい光Ｌ２は、ホルダ５０の内部で反射して入射面４１から入射した後、導光体４０内を伝播して、出射面４２から出射する。このように、導光体４０に入射した光の大部分を出射面４２から出射させることにより、導光体４０から均一に光が出射するようになっている。

特開２０１２−１６５１５１号公報

特許文献１の照明装置１０では、光軸ＬＡに対する光の出射角度に関わらず、光源２０から出射された光は、導光体４０の出射面４２から出射する。これにより、光源２０から遠方の領域Ｂは、光源２０からの光が到達する有効発光領域（明部）となる、一方、光源２０側の領域Ａは、光源２０から出射された光が到達しない非発光領域（暗部）になるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、非発光領域を最小限に抑えるとともに、有効発光領域を広げることが可能なホルダ、およびこのホルダを有する照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係るホルダは、発光素子および導光部材を有する照明装置において、前記発光素子に対して前記導光部材を保持するための、光透過性を有するホルダであって、前記発光素子を囲む大きさの第１開口部を有する第１凹部と、前記導光部材が挿入されるべき第２開口部を有する第２凹部と、前記第１凹部の内周面に配置され、前記発光素子からの出射光を反射する反射層と、を有する、構成を採る。

本発明に係る照明装置は、少なくとも一つの発光素子と、導光部材と、前記発光素子に対して前記導光部材を保持する本発明のホルダと、前記ホルダおよび前記導光部材からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、を有する、構成を採る。

本発明によれば、非発光領域が狭く、かつ広い有効発光領域を有する照明装置を提供することができる。

図１Ａ，Ｂは、特許文献１に係る照明装置の断面図および光路図である。 実施の形態１に係る照明装置の部分断面図である。 図３Ａ〜Ｃは、実施の形態１に係るホルダの構成を示す図である。 実施の形態１に係る照明装置の光路図である。 実施の形態２に係る照明装置の部分断面図である。 図６Ａ，Ｂは、実施の形態２に係るホルダの構成を示す図である。 図７Ａ〜Ｃは、実施の形態２に係るホルダの構成を示す図である。 図８Ａ〜Ｄは、実施の形態２に係るホルダの構成を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の照明装置の代表例として、蛍光管に代えて使用されうる照明装置について説明する。

［実施の形態１］
（照明装置の構成）
図２は、実施の形態１に係る照明装置１００の部分断面図である。図２では、照明装置１００の一方の端部近傍の部分の断面を示している。

図２に示されるように、照明装置１００は、発光素子１１０、ヒートシンク１２０、ホルダ１３０、導光ロッド１５０およびカバー１６０を有する。発光素子１１０、ヒートシンク１２０およびホルダ１３０は、一組の発光ユニットを構成しており、本実施の形態に係る照明装置１００では、導光ロッド１５０を挟んで一対の発光ユニットが配置されている。

発光素子１１０は、照明装置１００の光源であり、ヒートシンク１２０に取り付けられた基板１２１上に配置されている。発光素子１１０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。なお、以下の説明において「発光素子１１０の光軸ＬＡ」とは、発光素子１１０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。

ヒートシンク１２０は、照明装置１００の両端に配置されており、発光素子１１０を冷却する。また、ヒートシンク１２０には、発光素子１１０と外部の電源回路とを接続するための回路が形成されている。ヒートシンク１２０は、例えば、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属を用いて製造される。また、基板１２１も、例えば、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属で形成されている。基板１２１に高い熱伝導性を要しない場合は、基板１２１として、ガラス不織布にエポキシ樹脂を含浸させた樹脂製基板などを用いてもよい。

ホルダ１３０は、一端側で発光素子１１０を囲み、他端側で導光ロッド１５０を保持している。ホルダ１３０については、後に詳しく説明する。

導光ロッド１５０は、光透過性の柱体形状の導光部材である。導光ロッド１５０は、発光素子１１０からの出射光を端面１５１から入射させる。すなわち、導光ロッド１５０の端面１５１は、入射面として機能する。導光ロッド１５０内に入射した光は、導光ロッド１５０内を所定の距離進んだ後、導光ロッド１５０の外周面（側面）から出射される。すなわち、導光ロッド１５０の外周面は、出射面として機能する。

導光ロッド１５０の形状は、端面１５１および外周面を有する柱体形状であれば、特に限定されない。導光ロッド１５０の形状の例には、円柱形状、角柱形状が含まれる。本実施の形態では、導光ロッド１５０の形状は円柱形状である。また、複数の円弧状の導光部材を用いると、環状の照明装置を構成することが可能である。導光ロッド１５０の長さおよび太さは、用途や発光素子１１０から出射される光の強度などに応じて適宜設定される。

導光ロッド１５０は、例えば射出成形や押出成形、キャスト成形などにより形成されうる。導光ロッド１５０の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、導光ロッド１５０の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。また、上記光透過性樹脂またはガラス中にビーズなどの散乱子を分散させてもよい。導光ロッド１５０内に適度な濃度で散乱子を分散させることで、導光ロッド１５０に前方散乱特性を付与することができる。また、導光ロッド１５０の外周面に光拡散処理（例えば、粗面化処理）を行ってもよい。

カバー１６０は、例えば円筒形状に形成されている。カバー１６０は、例えばその端縁がヒートシンク１２０の開口部に内嵌することによって、導光ロッド１５０の外周面を覆う。カバー１６０は、光透過性および光散乱性を有する。カバー１６０は、導光ロッド１５０の外周面およびホルダ１３０の出射面からカバー１６０に到達した光を拡散させつつ外部に透過させる。

カバー１６０の形状は、上記のようにホルダ１３０および導光ロッド１５０を覆うことができれば、特に限定されない。カバー１６０の形状の例には、角筒形状、円筒形状、平板状などが含まれる。

カバー１６０の材料は、光透過性を有するものであれば、特に限定されない。カバー１６０の材料の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ）などの光透過性樹脂が含まれる。また、カバー１６０に光拡散能を付与する手段も、特に限定されない。たとえば、カバー１６０の内周面または外周面に光拡散処理（例えば、粗面化処理）を行ってもよいし、上記光透過性樹脂中にビーズなどの散乱子を分散させてもよい。

（ホルダの構成）
図３は、実施の形態１に係るホルダ１３０の構成を示す図である。図３Ａは、ホルダ１３０の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図３Ｃは、側面図である。

ホルダ１３０は、例えば光透過性を有する略円筒形状に形成されている。ホルダ１３０は、例えば導光ロッド１５０と同じ透明材料で形成されうる。ホルダ１３０は、通常、散乱子などの出射手段を材料内には含有しない。

図２および図３に示されるように、ホルダ１３０は、貫通孔１３１および反射層１３２を有する。なお、以下の説明では、ホルダ１３０において、導光ロッド１５０が保持される側を「表面」とし、発光素子１１０を囲う側を「裏面」とする。

貫通孔１３１は、裏面となる一端側に第１開口部１３３を有し、表面となる他端側に第２開口部１３４を有する。第１開口部１３３は、発光素子１１０を囲む大きさに形成されており、第２開口部１３４は、導光ロッド１５０を挿入可能な大きさに形成されている。前述したように、ホルダ１３０は、通常、透明材料で形成されており、発光素子１１０から導光ロッド１５０への光の入射を遮らないため、第１開口部１３３と第２開口部１３４との間に仕切り壁を形成してもよい。その場合、第１開口部１３３を有する第１凹部と、第２開口部１３４を有する第２凹部とが形成される。第１凹部および第２凹部の底面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。たとえば、第１凹部の底面および第２凹部の底面によって凸レンズを形成し、導光ロッド１５０への入射光を集光させてもよいし、第１凹部の底面および第２凹部の底面によって凹レンズを形成し、発光素子１１０近傍の明るさを補うために光を発散させてもよい。

本実施の形態では、ホルダ１３０は、第１凹部１３５と第２凹部１３６とが連通した構造、すなわち貫通孔１３１を有している。貫通孔１３１は、中心軸ＣＡを回転中心とした回転対称に形成されている。貫通孔１３１を有するホルダ１３０は、ホルダ１３０が仕切り壁を有する場合に比べて、界面における光のロスやホルダ１３０の材料による僅かな光の吸収を抑えることができ、またホルダ１３０の軽量化を図ることができる。

第１凹部１３５は、発光素子１１０を囲む。第１凹部１３５は、貫通孔１３０における裏側（発光素子１１０側）の部分である。第１凹部１３５の内周面（第１内周面１３７）は、貫通孔１３０の中心軸ＣＡを回転中心として、筒状に形成されている。貫通孔１３０の中心軸ＣＡに直交する方向における第１凹部１３５の断面形状は、特に限定されない。断面形状の例には、円形や多角形などが含まれる。本実施の形態では、断面形状は、円形である。また、第１凹部１３５の内径は、発光素子１１０を囲むことができれば特に限定されない。発光素子１１０を囲むことができない径の場合、導光ロッド１５０に入射する光が減少してしまうおそれがある。第１凹部１３５の内周面（第１内周面１３７）には、反射層１３２が配置されている。

第１凹部１３５は、発光素子１１０を実装した側の基板１２１表面（発光素子１１０の廻り）に第１開口部１３３が当接することで、発光素子１１０を囲む。このとき、発光素子１１０の光軸ＬＡと、貫通孔１３１の中心軸ＣＡとは、一致する。

反射層１３２は、発光素子１１０から出射された光のうち、光軸ＬＡに対する出射角度が大きい光を反射する。反射層１３２は、第１内周面１３７の全面に配置されている。反射層１３２の配置方法は、特に限定されない。たとえば、第１内周面１３７に反射シートを貼り付けてもよいし、蒸着などで反射膜を形成してもよい。発光素子１１０から出射された光は、導光ロッド１５０の端面１５１に向かうように反射層１３２で表面反射する（詳細は、後述する）。

第２凹部１３６は、発光素子１１０に対して導光ロッド１５０を位置決めするように、導光ロッド１５０を保持する。第２凹部１３６は、貫通孔１３１における表側（導光ロッド１５０側）の部分である。第２凹部１３６の周囲は、光透過性を有する。すなわち、少なくとも、ホルダ１３０における表側の部分は、光透過性の材料で形成されている。第２凹部１３６の内周面（第２内周面１３８）は、貫通孔１３１の中心軸ＣＡを回転中心として、筒状に形成されている。貫通孔１３１の中心軸ＣＡに直交する方向における第２凹部１３６の断面形状は、導光ロッド１５０を保持することができれば特に限定されない。当該第２凹部１３６の断面形状の例には、円形や多角形などが含まれる。導光ロッド１５０を保持する観点から、当該第２凹部１３６の断面形状は、導光ロッド１５０の断面形状と同じであることが好ましい。たとえば、導光ロッド１５０の断面形状が円形であった場合、当該第２凹部１３６の断面形状は、円形である。第２凹部１３６の内径は、第１凹部１３５の内径より大きい。これにより、第１凹部１３５と、第２凹部１３６との境界に環状段部１３９が形成される。

第２凹部１３６には、端面１５１から導光ロッド１５０が挿入される。導光ロッド１５０は、第２内周面１３８にガイドされながら第２凹部１３６に挿入され、端面１５１の外縁部分が環状段部１３９に当接することで、位置決めされる。このとき、貫通孔１３１の中心軸ＣＡと、導光ロッド１５０の中心軸とが重なるように、ホルダ１３０に対して導光ロッド１５０が位置決めされる。

図４は、実施の形態１に係る照明装置１００における光の経路を模式的に示す図である。図４に示されるように、発光素子１１０から出射した光のうち、光軸ＬＡに対する出射角度が大きい光Ｌ３は、反射層１３２の表面で表面反射される。反射層１３２の表面で表面反射された光Ｌ３は、端面１５１から導光ロッド１５０に入射する。そして、導光ロッド１５０に入射した光は、導光ロッド１５０内の伝播過程において、光拡散処理された外周面、導光ロッド１５０内部に分散される散乱子などによって、外周面への内部入射角が臨界角より小さくなるように方向変換されて外周面から外部に出射される。また、発光素子１１０から出射した光のうち、光軸ＬＡに対する出射角度が小さい光は、直接、端面１５１から導光ロッド１５０に入射する。そして、前述の反射層１３２を経て導光ロッド１５０に入射した光と同様に、外周面への内部入射角が臨界角より小さくなるように方向変換されて導光ロッド１５０の外周面から外部へ出射される。ホルダ１３０に覆われた位置からの出射光Ｌ４は、ホルダ１３０を透過する。外周部への内部入射角が臨界角以上の光Ｌ５は、外周面への内部入射角が臨界角よりも小さくなるまで導光ロッド１５０内を伝播する。

（効果）
以上のように、実施の形態１に係る照明装置１００では、第１凹部１３５の第１内周面１３３の内側に反射層１３２を有しているため、発光素子１１０から出射された光のうち、光軸ＬＡに対する出射角度が大きい光Ｌ３は、反射層１３２で表面反射して、導光ロッド１５０に入射する。これにより、発光素子１１０から出射された光を導光ロッド１５０にロスなく入射させることができる。すなわち、照明装置１００から出射される光量を増加させることができる。また、第２凹部１３６の周囲が光透過性を有しているため、導光ロッド１５０に入射した光のうち、外側にホルダ１３０が配置された部分の導光ロッド１５０の外周面から出射した光は、ホルダ１３０を透過して出射する。これにより、照明装置１００において、非発光領域を最小限に抑えるとともに、有効発光領域を広げることができる。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る照明装置２００は、ヒートシンク２２０、基板２２１およびホルダ２３０の形状が実施の形態１の照明装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る照明装置１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

（照明装置の構成）
図５は、実施の形態２に係る照明装置２００の構成を示す図である。

図５に示されるように、照明装置２００は、発光素子１１０、ヒートシンク２２０、ホルダ２３０、導光ロッド１５０およびカバー１６０を有する。

ヒートシンク２２０は、照明装置２００の両端に配置されており、発光素子１１０を冷却する。また、ヒートシンク２２０の基板２２１が固定される面には、ホルダ１３０を固定するための一対のネジ穴２２２が形成されている。

基板２２１は、ホルダ２３０を支持する。基板２２１は、略板状の部材である。基板２２１は、一対の基板ネジ孔２２４を有する。

基板ネジ孔２２４は、基板２２１を貫通して形成されている。基板ネジ孔２２４は、ヒートシンク２２０の一対のネジ穴２２２に対応する位置に、ネジ穴２２２とほぼ同じ大きさに形成されている。

（ホルダの構成）
図６〜８は、実施の形態２に係るホルダ２３０の構成を示す図である。図６Ａは、実施の形態２に係るホルダ２３０を表側から見た斜視図であり、図６Ｂは、裏側から見た斜視図である。図７Ａは、実施の形態２に係るホルダ２３０の平面図であり、図７Ｂは、底面図であり、図７Ｃは、図７Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。図８Ａは、実施の形態２に係るホルダ２３０の左側面図であり、図８Ｂは、右側面図であり、図８Ｃは、正面図であり、図８Ｄは、背面図である。

実施の形態２に係るホルダ２３０は、貫通孔１３１および反射層１３２に加え、取付け部２４１および固定部２４２を有する。

取付け部２４１は、ホルダ２３０を基板２２１に取り付けるために機能する。取付け部２４１は、中心軸ＣＡを含む断面において、両側に配置されている。取付け部２４１は、板状に形成されており、ホルダネジ孔２４４を有する。取付け部２４１の表面は、平面である。一方、取付け部２４１の裏面には、一対のホルダ段部２４５が形成されている。ホルダネジ孔２４４を介してネジ穴２２２にネジ止めすることで、基板２２１に対してホルダ２３０を固定する。ホルダ段部２４５により形成されるホルダ２３０と基板２２１との間の空間は、例えば、配線などに利用することができる。

固定部２４２は、ホルダ２３０に導光ロッド１５０を固定するために機能する。固定部２４２は、ホルダ２３０の側面に配置されている。第２凹部１３６に導光ロッド１５０を挿入した状態で、ネジ２２５をネジ孔２４３に通して導光ロッド１５０に突き当てるようにネジ止めすることで、ホルダ２３０に導光ロッド１５０を固定する。

実施の形態２に係る照明装置２００でも、発光素子１１０から出射した光のうち、光軸ＬＡに対する出射角度が大きい光は、反射層１３２の表面で表面反射され、端面１５１から導光ロッド１５０に入射する。そして、導光ロッド１５０に入射した光は、外周面から外部に透過する。また、発光素子１１０から出射した光のうち、光軸ＬＡに対する出射角度がやや小さい光Ｌ４は、直接、端面１５１から導光ロッド１５０に入射し、導光ロッド１５０およびホルダ１３０を透過する。さらに、発光素子１１０から出射した光のうち、光軸ＬＡに対する出射角度が小さい光Ｌ５は、直接、端面１５１から導光ロッド１５０に入射し、導光ロッド１５０内を進んだ後、外周面から外部に出射する。

（効果）
以上のように、実施の形態２に係る照明装置２００は、実施の形態１と同様の効果を有する。また、実施の形態２に係る照明装置２００は、ホルダ２３０が基板２２１を介してヒートシンク２２０にネジ止めされているため、簡単に着脱することができる。これにより、発光素子１１０を定期的に交換することができる。また、ホルダ２３０をネジ止めすることで、光軸ＬＡ方向の位置を規定することができる。すなわち、ホルダ２３０を発光素子１１０に対して簡単に位置決めすることができるとともに、発光素子１１０に対して導光ロッド１５０を簡単に位置決めすることができる。

なお、実施の形態１および実施の形態２では、一組の発光ユニット（発光素子１１０、ヒートシンク１２０，２２０およびホルダ１３０，２３０）を有する照明装置１００，２００について説明したが、発光ユニットは１つであってもよい。この場合、発光ユニットを有さない側の端部には、導光ロッド１５０を保持する保持部材と、保持部材を固定し、保持部材が固定された面に反射層を有する固定板と、を有する。そして、固定板にカバー１６０が取り付けられるようになっている。

本発明の照明装置は、蛍光管などに代えて使用されうるため、各種照明機器に幅広く適用されうる。

１０，１００，２００ 照明装置
２０ 光源
３０，１２１，２２１ 基板
４０ 導光体
４１ 入射面
４２ 出射面
５０，１３０，２３０ ホルダ
６０ 光散乱領域
７０ 調光部材
８０，１６０ カバー
１１０ 発光素子
１２０，２２０ ヒートシンク
１３１ 貫通孔
１３２ 反射層
１３３ 第１開口部
１３４ 第２開口部
１３５ 第１凹部
１３６ 第２凹部
１３７ 第１内周面
１３８ 第２内周面
１３９ 環状段部
１５０ 導光ロッド
１５１ 端面
２２２ ネジ穴
２２４ 基板ネジ孔
２２５ ネジ
２４１ 取付け部
２４２ 固定部
２４３ ネジ孔
２４４ ホルダネジ孔
２４５ ホルダ段部
ＣＡ 中心軸
ＬＡ 光軸
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５ 光

Claims (3)

1. 発光素子および導光部材を有する照明装置において、前記発光素子に対して前記導光部材を保持するための、光透過性を有するホルダであって、
   前記発光素子を囲む大きさの第１開口部を有する第１凹部と、
   前記導光部材が挿入されるべき第２開口部を有する第２凹部と、
   前記第１凹部の内周面に配置され、前記発光素子からの出射光を反射する反射層と、
   を有し、
   前記反射層は、前記第２凹部の内周面には配置されていない、
   ホルダ。
2. 前記第１凹部と前記第２凹部とが連通して貫通孔を形成している、請求項１に記載のホルダ。
3. 少なくとも一つの発光素子と、
   導光部材と、
   前記発光素子に対して前記導光部材を保持する請求項１または請求項２に記載のホルダと、
   前記ホルダおよび前記導光部材からの出射光を拡散させつつ透過させるカバーと、
   を有する、照明装置。
   

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