JP6391005B2 - 照明装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

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Description

本発明は、LEDを光源とする照明装置及びそれを用いた照明器具に関し、特に、照明装置の小型化及び薄型化に際し、LEDの放熱を効率良く行う技術に関する。
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、蛍光灯や白熱灯に代わる光源として注目されている。このようなLEDを光源とする照明装置として、発光素子(光源部)と、光源部に給電するパワーユニットモジュール(回路部)と、光源部を支持すると共に光源部で生じた熱を放熱する支持部(放熱部)と、を備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。放熱部は、円板状に形成された放熱板と、放熱板の中央から立設された立設部と、を有する。光源部は、立設部の頂面を成す搭載面に搭載されている。
特開2012−119320号公報
しかしながら、上述したような照明装置では、光源部で生じた熱の放熱部による放熱が十分ではないことがある。
本発明は、上記課題を解決するものであって、放熱板から立設された立設部に光源部が搭載された照明装置において、光源部で生じた熱を効率良く放熱することができる照明装置を提供することを目的とする。
本発明の照明装置は、固体発光素子を光源とする光源部と、前記光源部への給電を制御する回路部と、前記光源部で生じた熱を外部に放熱する放熱部と、を備え、前記回路部は、平板状の回路基板と、前記回路基板の一面に実装され前記光源部を点灯させるための点灯回路と、前記回路基板を貫通して設けられた貫通孔と、を有し、前記放熱部は、前記回路基板における前記点灯回路を実装した面とは反対側の面に相対して配置された平板状の放熱板と、前記放熱板から前記貫通孔を通るように立設された立設部と、前記立設部の頂面を成し前記光源部が搭載される搭載面と、を有し、前記搭載面は一の方向に沿った長尺形状に形成され、前記固体発光素子搭載される搭載部と、前記搭載部から前記一の方向に沿って拡張された拡張部と、を有し、前記光源部は、矩形平板状に形成され、その一の対角線が前記搭載面の長手方向と一致するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、立設部の表面積及び体積が大きくなるので、光源部で生じた熱を効率良く放熱することができる。
本発明の一実施形態に係る照明器具の分解斜視図。 上記照明器具を構成する照明装置の分解斜視図。 (a)は上記照明装置を構成する放熱部の平面図、(b)(c)は(a)のI方向及びII方向から見た側面図。 上記照明装置を構成するケースの平面図。 上記照明装置を構成する光源部、カバー及び光透過部材を示す側断面図。 (a)(b)は、上記カバー、光透過部材及び光源部を構成する発光部の大きさの関係を示す平面図。 上記実施形態の変形例に係る照明装置の分解斜視図。 上記実施形態の他の変形例に係る照明装置を構成する放熱部の斜視図。
本発明の一実施形態に係る照明装置及び照明器具について図1乃至図6を参照して説明する。図1に示すように、照明装置1は、円柱状に形成され、照明器具10の光源として用いられる。照明器具10は、例えば、天井面等に埋設されるダウンライトであり、照明装置1を着脱可能に装着する。
図2に示すように、照明装置1は、光源部2と、光源部2への給電を制御する回路部3と、光源部2で生じた熱を外部に放熱する放熱部4と、放熱部4と回路部3との間に介在して回路部3を収容するケース5と、ケース5に係合するカバー6と、を備える。
光源部2は、略矩形平板状に形成され、その一面(図例では上面)を発光面としている。以下の説明では、図例に従って光源部2の発光面側を上側といい、発光面側とは反対側を下側という。光源部2は、光源となる固体発光素子(LED)21と、LED21を保持するLED保持部材22と、LED保持部材22に取り付けられLED21の固定及び電気的接続に用いられる一対のLED抑え23、24と、を有する。
LED21は、矩形平板状に形成された配線基板21aと、配線基板21aの上面中央に設けられた円形状の発光部21bと、発光部21bの陽極及び陰極(不図示)の各々と接続された一対の電極パッド21c、21dと、を有する。発光部21bは、例えば、青色光を出射するLEDチップと、この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。
LED保持部材22は、絶縁性に優れた材料、例えば、絶縁性樹脂により構成される。LED保持部材22は、略十字平板状に形成された基台25と、基台25の中央に設けられLED21が実装されるLED実装部26と、を有する。基台25は、一の方向xに沿って伸びる一対の腕部25a、25bと、方向xに直交する方向yに沿って伸びるもう一対の腕部25c、25dと、を有する。腕部25a、25bは、後述する放熱部4のLED搭載部45が嵌り込む孔27を有する。LED実装部26は、LED21と略同じ大きさの矩形状に形成された凹部により構成され、その一の対角線が方向xと一致するようにして配置されている。LED実装部26は、LED21の光軸が基台25に直交するようにしてLED21を実装している。
また、LED保持部材22は、基台25を放熱部4にネジ止めするためのネジ7a、7bが挿通される一対のネジ穴22a、22bと、光源部2を回路部3に接続するのに用いられる一対の端子22c、22dと、を有する。ネジ穴22a、22bは、それぞれ腕部25a、25bの端部に設けられている。端子22c、22dは、それぞれ腕部25c、25dの端部に設けられている。端子22c、22dは、導電性金属により構成され、配線(不図示)を介して回路部3と接続されると共に、LED抑え23、24とも接続される。
LED抑え23、24は、導電性金属により構成され、端子22c、22dに半田付けされる端子接続部23a、24aと、LED21の電極パッド21c、21dに半田付けされる電極パッド接続部23b、24bと、を有する。LED21は、電極パッド21c、21d、LED抑え23、24、端子22c、22d及び配線を介して回路部3と電気的に接続される。
回路部3は、光源部2の下側に配置され、略円板状に形成された回路基板31と、回路基板31の上面に実装され光源部2を点灯させるための点灯回路32と、回路基板31の中央を貫通して設けられた貫通孔33と、を有する。回路基板31は、例えば、紙フェノール基板やガラスエポキシ基板により構成される。貫通孔33は、方向xに沿った長尺状に形成され、且つ光源部2の腕部25a、25bに対応した形状に構成されている。貫通孔33を長尺状に形成することで、回路基板31のy方向における両端部に大きなスペースができるので、このようなスペースに大型の点灯回路32を配置することができる。
放熱部4は、放熱性及び剛性に優れた材料、例えば、アルミニウムにより構成される。放熱部4は、回路部3の下側に配置され、回路部3の回路基板31に相対して設けられ円板状に形成された放熱板41を有する(図3(a)乃至(c)も参照)。また、放熱部4は、放熱板41の上面中央から回路部3の貫通孔33を通るように立設された立設部42と、立設部42に隣接して放熱板41の上面に凸設された平板状の凸部43と、を有する。凸部43は、図例では、y方向における立設部42の両側に1つずつ設けられた2つの凸部43a、43bにより構成されている。凸部43a、43bは、互いに同じ厚みを有する矩形状に形成され、放熱部4を上側(回路基板31に相対する側)から見たときに放熱部4の中心を基準にして互いに点対称に配置されている。
立設部42は、上側から見たときに方向xに沿った長尺状に形成され、且つ貫通孔33に対応した形状に構成されている。立設部42の頂面は、光源部2が搭載される搭載面44となっている。搭載面44は、LED21が搭載されるLED搭載部45(図2においてドットで示す)と、LED搭載部45の方向xにおける両端部から方向xに沿って拡張された一対の拡張部46a、46bと、を有する。すなわち、搭載面44の面積は、拡張部46a、46bが形成されることで、LED21を搭載するのに必要な面積(LED搭載部45の面積)よりも大きくなっている。拡張部46a、46bには、ネジ7a、7bが螺合するネジ溝47a、47bが設けられている。
また、放熱部4は、放熱板41の周縁部に設けられ放熱板41を照明器具10に取り付けるための取付部48を有する。取付部48は、図例では、互いに相対する位置に設けられた2つの取付部48a、48bにより構成されている。取付部48a、48bには、放熱板41を照明器具10にネジ止めするためのネジ(不図示)が挿通され、このネジにより照明装置1が放熱板41を介して照明器具10に取り付けられる。
ケース5は、絶縁材料、例えば、絶縁性樹脂により構成され、回路部3を下側から保持している。ケース5は、有底円筒状に形成され、回路基板31に相対して略円板状に形成された底部51と、底部51の周縁部から上側に立設された壁部52と、底部51の中央に回路部3の貫通孔33に対応する形状に形成された第1の穴53と、を有する(図4も参照)。底部51の下面は、放熱板41の上面と接している。第1の穴53には、放熱部4の立設部42が挿通される。
また、ケース5は、第1の穴53の縁部から上側に立設され立設部42の側面を覆う絶縁部54と、第1の穴53に隣接して底部51に設けられた第2の穴55と、を有する。絶縁部54は、回路部3の貫通孔33に挿通される。第2の穴55は、放熱部4の凸部43a、43bに対応する位置に設けられた2つの第2の穴55a、55bにより構成されている。第2の穴55a、55bは、凸部43a、43bよりも僅かに大きい矩形状に形成され、凸部43a、43bと嵌合する。ケース5に回路部3が収容されたときに、回路部3の点灯回路32は、第2の穴55a、55bに対応する位置に配置される。このとき、点灯回路32の中で動作中に特に高温になるものが、第2の穴55a、55bの中央付近に配置されることが好ましい。
更に、ケース5は、底部51の上面に敷設された絶縁シート56を有する。絶縁シート56は、絶縁部54を通すための孔57を有し、電気絶縁性及び熱伝導性に優れた材料により構成されている。なお、絶縁シート56は、第2の穴55に対応する部分だけに設けられていてもよい。
カバー6は、ケース5の壁部52の上端部に係合する略円板状のカバー本体61を有する。カバー本体61は、その中央に発光部21bに対応する大きさに形成された円形状の穴61aと、光源部2のネジ穴22a、22bに対応する位置に設けられネジ7a、7bが挿通されるネジ穴61b、61cと、を有する。また、カバー6は、穴61aを塞ぐように設けられ発光部21bからの光を透過させる光透過部材62を有する。光透過部材62は、略円板状に形成され、その周縁部にカバー本体61のネジ穴61b、61cに対応する位置に設けられネジ7a、7bが挿通されるネジ穴62a、62bを有する。光透過部材62は、発光部21bを埃や衝撃から保護するものであり、発光部21bから出射された光の配光を制御するレンズ機能を有していてもよい。
ネジ7a、7bは、光透過部材62の上側から、光透過部材62のネジ穴62a、62b、カバー本体61のネジ穴61b、61c、LED保持部材22のネジ穴22a、22bを通って、放熱部4のネジ溝47a、47bに螺合する。これにより、ネジ7a、7bでカバー6、光源部2、回路部3、ケース5及び放熱部4を同時に固定することができる。
上記のように構成された照明装置1において、LED21を点灯させたときの動作について再び図2を参照して説明する。LED21を点灯させるとLED21から出射された光は、光透過部材62を透過して外部に出射する。このとき、LED21の発光に伴って生じた熱は、LED保持部材22、立設部42及び放熱板41を介して外部に放熱される。また、回路部3は、ケース5の底部51により放熱部4に対して絶縁されつつ、回路部3の点灯回路32で生じた熱は、点灯回路32の直下に位置する第2の穴55に嵌り込んだ凸部43に効率良く伝えられ、放熱板41から外部に放熱される。
上記のように、照明装置1によれば、搭載面44の面積が、拡張部46a、46bを設けることでLED21を搭載するのに必要な面積よりも大きくなっているので、立設部42の表面積及び体積が大きくなる。そのため、光源部2で生じた熱を立設部42の表面から効率良く放熱できると共に、同熱を効率良く放熱板41に伝えることができる。これにより、光源部2の動作温度を下げ、LED21の発光効率を向上させることができる。また、拡張部46a、46bは、ネジ溝47a、47bを設けるための厚肉部としても機能しているので、このような厚肉部を別に設ける必要がなく、これによっても照明装置1の小型化及び薄型化に貢献することができる。
また、ケース5に絶縁部54を設けることで、確実に立設部42と回路部3とを互いに絶縁することができる。このとき、立設部42と回路部3との間の絶縁性能は、絶縁部54の厚みを調整することで任意に変化させることができる。
また、LED実装部26の一の対角線が搭載面44の長手方向(方向x)と一致するように光源部2が配置されているので、光源部2と搭載面44との接触面積が大きくなって、光源部2で生じた熱を効率良く立設部42に伝えることができる。また、端子22c、22dが、方向xに直交するy方向に沿って設けられているので、端子22c、22dと立設部42とを互いに離間させて配置し、これにより、確実に端子22c、22dと立設部42とを互いに絶縁することができる。更に、端子22c、22dとx方向に沿って設けられたネジ穴22a、22bとが互いに離れているので、ネジ穴22a、22bの近傍に配線がなく、ネジ穴22a、22bへのネジ止めを行い易い。
また、ケース5が、回路部3と放熱部4との間で絶縁を確保しつつ、ケース5の底部51を介して回路部3と放熱部4とを互いに熱的に接続している。そのため、回路部3専用の放熱部を設けなくても、回路部3の熱を効率良く放熱部4から外部に放熱することができる。これにより、照明装置1の小型化及び薄型化を可能とすると共に、回路部3の動作温度を下げて熱ストレスを低減することで照明装置1の長寿命化を図ることができる。
また、凸部43が第2の穴55に嵌り込むことで、放熱部4に対してケース5(回路部3)を容易に位置決めすることができる。また、回路部3が放熱部4に対して位置ずれしなくなるので、回路部3が位置ずれすることによって引き起こされ得る配線の断線等の事故を防いで、照明装置1の信頼性を高めることができる。
また、凸部43a、43bが放熱部4の中心を基準にして互いに点対称に配置されているので、放熱部4において放熱をバランス良く行うことができる。また、これら凸部43a、43bに対応する位置に点灯回路32が配置されているので、点灯回路32の照明装置1における重量バランスが良くなり、照明装置1を安定して照明器具10に取り付けることができる。このような効果は、特に、放熱部4の厚みが大きくなるほど顕著になる。
また、図5に示すように、光透過部材62とLED21との間には空隙Gが設けられている。このように空隙Gを設けて光透過部材62とLED21との間に空気層を介在させることで、LED21の発光に伴って生じた熱が光透過部材62に伝わり難くなるので、光透過部材62にかかる熱ストレスを低減することができる。また、光透過部材62に熱ストレスがかかり難くなるので、LED21を高出力化することも可能となる。なお、図例では、断面のハッチングを省略している。
図6(a)に示すように、光透過部材62のネジ穴62a、62bを含まない部分の直径をAとし、ネジ7a、7bのネジ頭の直径をBとし、発光部21b(ドットで示す)の直径をCとする。ここで、光透過部材62の直径Aを小さくしていき、且つネジ7a、7b間の間隔を小さくしていくと、やがてネジ7a、7bが発光部21bに重なり、発光部21bから出射された光がネジ7a、7bにより遮られるようになる。このような状態では、発光部21bから出射される光の配光が歪んだものとなり、また、発光部21bからの光出力が低下する。一方、ネジ7a、7bの位置を固定したまま光透過部材62の直径Aを小さくしていくと、光透過部材62を安定に固定できなかったり、光透過部材62の見栄えが悪くなったりしてしまう。
そこで、光透過部材62の直径Aを、ネジ7a、7bのネジ頭の直径Bと発光部21bの直径Cとを足したものよりも大きくする。このようにすることで、発光部21bから出射された光がネジ7a、7bにより遮られることが防止され、また、光透過部材62を見栄え良く安定に固定することができる。
次に、図6(b)に示すように、カバー6の最大直径をDとし、光透過部材62の直径Aを大きくしていくことを考える。このとき、光透過部材62の直径Aがカバー6の最大直径Dに近づくにつれてカバー6の上面部分が狭くなるので、カバー6の構造強度が極端に低下してしまう。一方、光透過部材62の直径Aの内側にネジ7a、7bを配置すると、光透過部材62の周縁部を固定することができず、例えば、光透過部材62に生じた反りを抑えることができなくなる。
そこで、光透過部材62の直径Aを、カバー6の最大直径Dからネジ7a、7bのネジ頭の直径Bを差し引いたものよりも小さくする。このようにすることで、カバー6の構造強度を十分に維持すると共に、ネジ7a、7bをできる限り光透過部材62の周縁部に配置することができる。
次に、上記実施形態の変形例に係る照明装置について図7を参照して説明する。照明装置1aは、上述した照明装置1を基にして、主に、光源部2、ケース5及びカバー6の形状を変更したものである。
照明装置1aの光源部2では、矩形平板状に形成されたLED保持部材22が、保持部材ケース28に保持されている。保持部材ケース28は、LED保持部材22が嵌め込まれる矩形状の箱体28aと、箱体28aの一の角部から回路部3の方に伸びる突起部28bと、を有する。突起部28bは、回路基板31を放熱部4の方に押圧した状態で、ケース5の壁部52に設けられた係合部58に係合している。これにより、回路部3をケース5の底部51に密着させて凸部43を介した回路部3の放熱を確実に行うことができると共に、回路部3のがたつきを防止することができる。
また、照明装置1aのカバー6は、穴61aの周縁部によりLED21を搭載面44の方に押圧した状態でケース5に係合している。これにより、簡易な機構でLED21を固定することができる。また、穴61aの周縁部でLED21を固定することで、LED21に対して均等な押圧力を加えることができる。
次に、上記実施形態の他の変形例に係る照明装置について図8を参照して説明する。本照明装置では、放熱部4が、平面視において矩形状に形成されている。図例では、放熱板41は、長尺な矩形平板状に形成されている。立設部42は、平面視において長尺な矩形状に形成され、放熱板41の長手方向Lに沿って放熱板41の中央に設けられている。また、凸部43は、4つの凸部43a、43b、43c、43dにより構成され、これら凸部43a〜43dは、平面視において長尺な矩形状に形成されている。凸部43a、43bは、放熱板41の短手方向Sにおいて立設部42の一側に配置され、長手方向Lに沿って互いに並んで配置されている。凸部43c、43dは、短手方向Sにおいて立設部42の他側に配置され、長手方向Lに沿って互いに並んで配置されている。LED21は、図例では複数設けられ、長手方向Lに沿って一列に並んだ状態で搭載面44に搭載されている。このように、放熱部4は、必ずしも照明装置1のように平面視円板状に形成される必要はなく、照明装置1の形状等に合わせて任意の形状に形成されてもよい。なお、図示していないが、ケース5の第2の穴55は、凸部43の形状及び配置に対応して設けられている。
なお、本発明に係る照明装置及び照明器具は、上記実施形態及びその変形例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、照明装置の光源と成る固体発光素子は、必ずしもLEDにより構成されている必要はなく、有機EL素子により構成されていてもよい。
1、1a 照明装置
10 照明器具
2 光源部
21 LED(固体発光素子)
21b LEDの発光部
22c、22d 端子
28b 突起部
3 回路部
31 回路基板
32 点灯回路
33 貫通孔
4 放熱部
41 放熱板
42 立設部
44 搭載面
5 ケース
54 絶縁部
6 カバー
61a (カバーの)穴
62 光透過部材
7a、7b ネジ
A 光透過部材の直径
B ネジのネジ頭の直径
C 発光部の直径
D カバーの最大直径
G 光透過部材とLEDとの間の空隙

Claims (9)

  1. 固体発光素子を光源とする光源部と、前記光源部への給電を制御する回路部と、前記光源部で生じた熱を外部に放熱する放熱部と、を備えた照明装置であって、
    前記回路部は、平板状の回路基板と、前記回路基板の一面に実装され前記光源部を点灯させるための点灯回路と、前記回路基板を貫通して設けられた貫通孔と、を有し、
    前記放熱部は、前記回路基板における前記点灯回路を実装した面とは反対側の面に相対して配置された平板状の放熱板と、前記放熱板から前記貫通孔を通るように立設された立設部と、前記立設部の頂面を成し前記光源部が搭載される搭載面と、を有し、
    前記搭載面は一の方向に沿った長尺形状に形成され、前記固体発光素子搭載される搭載部と、前記搭載部から前記一の方向に沿って拡張された拡張部と、を有し、
    前記光源部は、矩形平板状に形成され、その一の対角線が前記搭載面の長手方向と一致するように配置されていることを特徴とする照明装置。
  2. 前記放熱板と前記回路基板との間に介在して前記放熱板に対する前記回路基板の位置ずれを防止した状態で前記回路部を収容するケースを更に備え、
    前記ケースは、絶縁材料により構成され、前記立設部の側面を覆って該立設部と前記点灯回路とを互いに絶縁する絶縁部を有することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記光源部は、前記一の対角線とは別の対角線上における両端部に、前記光源部を前記回路部に接続するのに用いられる一対の端子を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の照明装置。
  4. 前記光源部は、前記回路基板に向かって伸びる突起部を有し、該突起部により前記回路基板を前記放熱部の方に押圧していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の照明装置。
  5. 前記光源部の前記搭載面に搭載される側とは反対側を覆うカバーを更に備え、
    前記カバーは、前記光源部を前記搭載面の方に押圧していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の照明装置。
  6. 前記カバーは、前記固体発光素子に対応する位置に穴を有し、該穴の周縁部で前記固体発光素子を前記搭載面の方に押圧していることを特徴とする請求項に記載の照明装置。
  7. 前記カバーは、前記穴を塞ぐように取り付けられ前記固体発光素子からの光を透過する光透過部材を更に有し、
    前記光透過部材と前記固体発光素子との間には空隙が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
  8. 前記固体発光素子、前記カバー及び前記光透過部材は、それぞれ円板状に形成され、
    前記光透過部材は、その周縁部において前記カバーに対してネジで固定され、
    前記光透過部材の直径は、前記固体発光素子の発光部の直径と前記ネジのネジ頭の直径とを足したものよりも大きく、且つ前記カバーの最大直径から前記ネジのネジ頭の直径を差し引いたものよりも小さいことを特徴とする請求項7に記載の照明装置。
  9. 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載された照明装置を備えたことを特徴とする照明器具
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