WO2011021457A1 - 蛍光灯型照明装置 - Google Patents

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WO2011021457A1
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tubular member
led
fluorescent lamp
light emitting
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加藤 謙治
健太郎 利根
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株式会社光波
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    • F21V19/0055Fastening of light source holders, e.g. of circuit boards or substrates holding light sources by screwing
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    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescent lamp type illumination device using a light emitting element.
  • a light emitting element such as a light emitting diode (hereinafter referred to as "LED") has been used as a light source of a lighting device.
  • LED light emitting diode
  • An example of a lighting device using this type of LED is, for example, an LED lighting having a cylindrical shape compatible with existing fluorescent lamp standards and having a heat radiating portion for radiating heat generated from the LED to the outside
  • an apparatus see, for example, Patent Document 1).
  • the conventional LED lighting device described in Patent Document 1 has a base that can be connected to a fluorescent lamp fixture at both ends, and has a cross-sectional shape of U-shaped in the void of a polycarbonate tube made of a circular cross section having a void in the longitudinal direction.
  • the aluminum block is fitted inside and fixed.
  • the portion on the tube facing surface side of the aluminum block is a substrate mounting portion of a printed board on which a plurality of LEDs are mounted, and the portion on the side opposite to the tube facing surface side of the aluminum block is It is used as a heat dissipating part that dissipates the heat from the LED and the printed circuit board to the outside of the polycarbonate pipe.
  • An object of the present invention is to provide a fluorescent lamp type illumination device capable of reducing deformation caused by a temperature difference of a pipe due to self-heating of a light emitting element, and capable of increasing the density and current of the light emitting element. It is in.
  • the fluorescent lamp type illumination device of the present invention has a plurality of light emitting elements, a substrate on which the plurality of light emitting elements are mounted in the longitudinal direction, and a metal disposed on the back surface of the substrate And a light transmitting tubular member for accommodating and supporting the metal member, the inside of the light transmitting tubular member is partitioned by the metal member, and the first space and the second space of different volumes are separated. It is characterized by having.
  • the light transmitting tubular member has a pair of engagement receiving portions for inserting and supporting both widthwise end portions of the metal member, and the pair of engagements
  • the composite portion is characterized in that it is disposed at a position shifted from the center line of the light transmitting tubular member.
  • the pair of electrode terminals attached to the both ends in the longitudinal direction of the light transmitting tubular member and connected to a fluorescent lamp apparatus are insulated , And a first and a second joint member for connecting the light transmitting tubular member and the mouthpiece, each of the first and the second joint members being It is characterized in that it has an annular filling recess for inserting and supporting the longitudinal side end portions of the light transmitting tubular member, and the inside of the filling recess is filled with a filler.
  • the light direction conversion member is provided on the substrate and converts the direction of the light emitted from the light emitting element. It is characterized by becoming.
  • the light emitting element is a light emitting diode.
  • the present invention it is possible to prevent deformation due to temperature change due to self-heating of the light emitting element, and to increase the number of light emitting elements, to increase the light emission amount, and the like. It can be obtained effectively.
  • FIG. 3 is an enlarged view of an essential part in cross section taken along the line B-B in FIG. 2; It is a figure for demonstrating the optical path in the principal part cross section shown to FIG. 3A. It is a principal part cross-sectional enlarged view of the fluorescent lamp type LED lamp which is the 2nd Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the optical path in the principal part cross section shown to FIG. 4A.
  • symbol 1 which shows the whole has shown typically the example of 1 structure of the LED lighting which is a fluorescent lamp type illuminating device.
  • both sides of LED lighting 1 have the same structure and the same member, only the structure and the member of one side are demonstrated in this 1st embodiment.
  • the external appearance of the LED lamp 1 is, as shown in FIGS. 1A to 2, a cylindrical pipe member 10 and cap-like first and second cap members for closing both end openings of the pipe member 10 in the longitudinal direction.
  • the base 20 includes a base 20 and cylindrical first and second joint members 30 for connecting and fixing the pipe member 10 and the base 20.
  • an LED substrate 40 on which a plurality of light emitting elements, LEDs 41,..., 41 are mounted, and a support substrate 50 on which the LED substrate 40 is mounted are airtightly housed.
  • the interior of the pipe member 10 is separated along the longitudinal direction by a support substrate 50, and forms first and second spaces 2 and 3 of different volumes.
  • the pipe member 10 of the LED illumination lamp 1 is constituted by a light transmitting straight tubular member made of, for example, an acrylic resin or a polycarbonate resin.
  • the pipe member 10 is formed by extrusion in accordance with the length dimension of the LED lamp 1, and has substantially the same size, size, and external form as an existing straight tube fluorescent lamp.
  • the length dimension L of the LED lamp 1 is, for example, 580 mm, 630 mm, 830 mm, 1000 mm, and 1198 mm.
  • the outer diameter ⁇ 1 of the pipe member 10 is, for example, about 29 mm
  • the inner diameter ⁇ 2 thereof is, for example, about 26.2 mm.
  • a pair of concave portions 11 and 11 are formed respectively, which are engagement receiving portions projecting inward from the inner circumferential surface and extending in parallel along the longitudinal direction. It is done.
  • the pair of concave portions 11 is disposed at a position shifted from the center line C of the cylinder of the pipe member 10 in the direction opposite to the irradiation direction.
  • the LED substrate 40, the insulating sheet 42, and both widthwise end portions of the support substrate 50 are inserted and supported in the pair of concave portions 11, respectively.
  • the distance D3 from the center line C of the pipe member 10 is 4.5 mm
  • the distance D4 from the center line C of the pipe member 10 is It is arranged in the space area which is 7.5 mm.
  • the recessed part 11 of the pipe member 10 is a rail-shaped uneven part extended along the longitudinal direction of an inner peripheral surface, as shown to FIG. 3A, it is not limited to this.
  • Another example of the recess 11 may be, for example, a groove that is recessed outward from the inner circumferential surface of the pipe member 10 and extends in the longitudinal direction of the inner circumferential surface. It is.
  • the pipe member 10 As a material of the pipe member 10, what has a suitable reflectance and light diffusivity, without impairing light transmittance is suitable.
  • light diffusion agent fine particles such as calcium carbonate and titanium oxide are dispersed in synthetic resin to give light diffusion property, and a coated layer obtained by applying light diffusion agent fine particles on the surface of synthetic resin is used. What provided, or what gave unevenness
  • the light transmitted from the plurality of LEDs 41 through the pipe member 10 is diffused and scattered in all directions by the pipe member 10 as shown in FIG. 3B, and the light is emitted substantially uniformly from the arc surface of the pipe member 10.
  • the material of the base 20 of the LED lamp 1 is made of, for example, a material such as bakelite, aluminum or an aluminum alloy.
  • the cap 20 insulatingly supports two pairs of power supply terminals (hereinafter referred to as terminal pins) 21 and 21. Each end on the opposite side to the projecting end of the terminal pin 21 is electrically connected to the plurality of LEDs 41 via the lead wire 22 connected to the terminal pin 21.
  • the material of the joint member 30 of the LED lamp 1 is made of, for example, polybutylene terephthalate resin or polycarbonate.
  • the joint member 30 is formed in a stepped shape including a large diameter pipe side cylindrical portion 31 and a small diameter mouthpiece side cylindrical portion 32.
  • the pipe side cylinder part 31 is made into a pipe accommodating part, and the nozzle
  • the pipe side cylindrical portion 31 is fixed to the outer peripheral surface of the end portion of the pipe member 10 by an adhesive, and the base side cylindrical portion 32 is fixed to the inner peripheral surface of the base 20 by an adhesive or caulking.
  • an adhesive agent the brand name Super X made by Cemedine is mentioned, for example.
  • the joint member 30 is partitioned by a partition wall 33 having a U-shaped cross section on an internal step surface formed between the large diameter pipe side tubular portion 31 and the small diameter mouth side tubular portion 32. ing. Between the outer peripheral surface of the partition wall 33 and the inner peripheral surface of the pipe side cylinder portion 31, an annular filling recess 34 having an inner step surface as a bottom surface is formed.
  • a reverse L-shaped plate-like mounting bracket 36 is fastened and fixed to the partition wall 33 of the joint member 30 with a screw 37.
  • both end portions in the longitudinal direction of the support substrate 50 inserted and supported in the recess 11 of the pipe member 10 are fastened and fixed by screws 38.
  • An elastic filling material 35 is filled in the filling recess 34 of the joint member 30.
  • a material of the filler 35 for example, one that is cured by heating is preferable, and one that can obtain a waterproof function by heating to such an extent that insulation, water resistance and flexibility are not reduced is selected.
  • a silicone resin is used.
  • TSE3070 two-component type manufactured by Momentive Performance Material Japan.
  • the support substrate 50 of the LED lamp 1 is made of a metal plate extending in the longitudinal direction of the pipe member 10 as shown in FIGS. 2 and 3A. Both lateral ends of the support substrate 50 in the width direction are longitudinal directions of an edge engaging surface 51 engaged with the opening end face of the recess 11 of the pipe member 10 and an edge abutting surface 52 contacting the inner surface of the recess 11 It has a step shape formed along the On the back surface of the support substrate 50 opposite to the LED substrate mounting surface, a pair of reinforcing ribs 53, 53 extending in the longitudinal direction is provided in a protruding manner.
  • the support substrate 50 for example, a substrate having a width of about 18 mm and a thickness of about 2 mm is used.
  • the support substrate 50 As a material of the support substrate 50, for example, it is preferable to use a metal material having excellent thermal conductivity such as iron, aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy and the like.
  • the support substrate 50 is formed of a material having good thermal conductivity, and thus has a function as a heat dissipation member.
  • the heat from the LED 41 is transferred to the support substrate 50 through the LED substrate 40 and the insulating sheet 42, and heat can be prevented from accumulating in the LED 41 and its peripheral portion. Even if a difference in expansion amount occurs between the pipe member 10 and the support substrate 50 due to the temperature change, the both side ends in the longitudinal direction of the pipe member 10 fill the filling material in the filling recess 34 of the joint member 30. Since it is attached telescopically via 35, the change of the relative position of the pipe member 10 and the support substrate 50 can be suppressed.
  • the LED substrate 40 extending in the longitudinal direction of the pipe member 10 is fastened and fixed to the supporting substrate 50 by means of screws 43 via the insulating sheet 42.
  • the insulating sheet 42, and the support substrate 50 are unitized.
  • the material of the LED substrate 40 is made of, for example, a glass substrate (for example, FR-4 or the like) or an epoxy / polyester composite substrate (for example, CEM-3 or the like).
  • the LED board 40 is formed with a wiring pattern (not shown) for mounting an LED module in which a plurality of LEDs 41,..., 41 are connected in series.
  • a mounting component 44 made of, for example, a fuse, a capacitor, an inductance, or the like is mounted on the die-side facing end of the LED substrate 40.
  • a plurality of LEDs 41 mounted in series on the LED substrate 40 are electrically connected via the mounting components 44.
  • the number of LEDs 41 mounted on the LED substrate 40 is set in consideration of the required brightness, lighting effects, and the like.
  • the number of LEDs 41 arranged is not limited to the illustrated example, and of course the number of LEDs 41 can be set arbitrarily.
  • the configuration in which the plurality of LEDs 41 are linearly mounted at a predetermined interval on one LED substrate 40 is illustrated, but this is not a specific example.
  • the LED substrate 40 may be, for example, a configuration in which two or more LED substrates 40 are connected in series, or a configuration in which a plurality of LEDs 41 are connected in parallel.
  • the LED 41 may be, for example, a chip-type LED with a wide viewing angle, or an LED having three types of red LEDs emitting different color light, green LEDs, and blue LEDs.
  • Another example of the LED 41 is, for example, color light obtained by mixing and combining two types of single color light among single color lights of any of red light, green light or blue light, or mixing three types of single color light It is possible to use an LED configured to be capable of emitting the combined white light.
  • the internal space of the pipe member 10 in the LED lamp 1 configured as described above has the LED substrate 40, the insulating sheet 42, and the support substrate 50 in the opposite direction to the light beam irradiation direction.
  • the heat radiation side space (first space) 2 formed between the non-irradiated surface and the support substrate 50, and the irradiation side space formed between the irradiated surface and the support substrate 50 in the irradiation direction of the light beam. (Second space) 3 is divided.
  • the heat radiation side space 2 and the irradiation side space 3 are set so that the temperature difference between the irradiation surface side and the heat radiation surface side of the pipe member 10 becomes small.
  • the heat radiation side space 2 is a space having a smaller volume than the irradiation side space 3 as shown in FIG. 3A, and the heat transfer to the non-irradiated surface of the pipe member 10 is greater than the heat transfer to the irradiated surface. Big. From this, the emissivity is reduced by enlarging the heat radiation side space 2 to such an extent that the irradiation surface of the pipe member 10 does not become too narrow and reducing the heat transfer amount to the non-irradiation surface. Suppress the temperature rise on the non-irradiated side.
  • the space ratio between the heat radiation side space 2 and the irradiation side space 3 is set to be smaller than 1: 1.
  • the space ratio of 1: 1 or more is not preferable because the irradiation surface of the pipe member 10 is too narrow.
  • the temperature difference between the irradiation surface side and the heat radiation surface side of the pipe member 10 is determined by, for example, the temperature of the LED 41 and the heat resistance of the heat radiation side space 2 in addition to the heat conductivity and length of the support substrate 50
  • the space ratio between the heat radiation side space 2 and the irradiation side space 3 so that the temperature difference between the irradiation side and the non-irradiation side of 10 is kept small, the irradiation side and the non-irradiation side of the pipe member 10
  • the pipe member 10 has a small amount of deformation such as warping and twisting, and a wide irradiation range can be secured without causing a large difference in the elongation rate due to the temperature difference from the side.
  • the space ratio of the heat radiation side space 2 and the irradiation side space 3 is not particularly limited, for example, about 1: 3, 1: 5, 1: 7 is preferable.
  • the maximum thickness D1 of the air layer in the heat radiation side space 2 is in the range of 0 mm ⁇ D1 ⁇ 13.1 mm.
  • the maximum thickness D2 of the air layer in one irradiation side space 3 is set in the range of 13.1 mm ⁇ D2 ⁇ 26.2 mm.
  • the space ratio between the heat radiation side space 2 and the irradiation side space 3 is set to about 1: 5.
  • the space ratio between the heat radiation side space 2 and the irradiation side space 3 is 1: 5 because the amount of deformation such as warping and twisting is small in the pipe member 10 and a wide irradiation range can be secured.
  • the following effects can be obtained.
  • (1) The deformation of the pipe member 10 caused by the temperature change due to the self-heating of the light emitting element can be prevented, and the number of LEDs 41 can be increased, and the light emission amount can be increased.
  • (2) The warpage direction and the warpage amount can be controlled by changing the ratio of the heat radiation side space 2 and the irradiation side space 3. Therefore, it is possible to keep the pipe member 10 straight in the direction opposite to the direction in which it is intended to be deformed by the dead weight of the lighting device or the secular change due to the dead weight.
  • the LED irradiation surface of the LED lamp 1 By forming the LED irradiation surface of the LED lamp 1 into a pipe shape by extrusion molding, it is sufficient to provide a waterproof structure or a drip-proof structure only at both ends of the pipe shape.
  • the pipe member 10 serving as the LED irradiation surface of the LED lamp 1 can be formed by extrusion molding, so the LED lamp 1 can be easily and inexpensively manufactured according to the required length of the LED lamp 1 You will be able to (5) The cost of parts and materials can be reduced without increasing the complexity and size of the mold apparatus for forming pipe parts, and the cost of molding and processing including the cost of molds can be significantly reduced. Become.
  • FIGS. 4A and 4B schematically show the internal structure of the fluorescent lamp type LED lamp according to the second embodiment.
  • the light diffusion type LED lamp has been exemplified.
  • the first type in the light collection type LED lamp is exemplified. Is different from the embodiment of FIG.
  • the members substantially the same as those in the first embodiment are given the same member names and reference numerals. Therefore, the detailed description about the substantially same member as the above-mentioned 1st embodiment is omitted.
  • symbol 60 is a light redirecting member which converts the light beam radiated
  • the light redirecting member 60 has a shape that does not cause undercut (striking at demolding), and is formed, for example, by injection molding of PMMA (polymethyl methacrylate) resin.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the material of the light direction conversion member 60 is not limited to PMMA resin, and for example, transparent resin such as polycarbonate, transparent glass, or various transparent materials colored can be used.
  • the light direction conversion member 60 includes a first light emitting portion 61 that emits a central light beam emitted from the central portion of the LED 41 as a first light, and a center emitted from the LED 41 And a second emitting portion 62 for emitting the peripheral light flux at the peripheral portion of the light flux as a second light.
  • the shape of the light redirecting member 60 is not limited to the illustrated example, but is formed in a funnel shape which gradually spreads in the emission direction.
  • the irradiation surface of the light direction conversion member 60 may be an elliptical shape centering on the optical axis.
  • emission part 61 of the light direction conversion member 60 is distribute
  • the first emission portion 61 has a circular recess 63 opened on the side opposite to the emission side.
  • the bottom surface of the recess 63 has a first incident surface 64 having a convex curved surface at the center of the truncated conical portion bulging to the side opposite to the light emitting side, and a convex curved surface bulging to the light emitting side And a first emission surface 65 having the
  • the first incident surface 64 is a first refracting surface that refracts and enters the central luminous flux from the LED 41.
  • One of the first exit surfaces 65 is a second refracting surface that refracts and enters the central light flux that has been refracted and entered from the first incident surface 64.
  • the emission direction of the central luminous flux from the LED 41 can be adjusted by setting the curvature shapes of the first and second curved surfaces.
  • the second emission portion 62 of the light direction conversion member 60 has a second incident surface 66 having a concave surface shape on the side surface portion of the recess 63 of the first emission portion 61;
  • a reflecting surface 67 having a convex curved shape is provided on the outer surface of the light redirecting member 60, and a second exit surface 68 having a step shape is provided on a recess opened on the outgoing side of the light redirecting member 60.
  • the second incident surface 66 receives the peripheral light beam emitted from the LED 41 through the side surface portion of the concave portion 63 of the first emission portion 61.
  • the reflecting surface 67 totally reflects the peripheral light beam emitted from the second incident surface 66 in the optical axis direction.
  • the second emission surface 68 emits the peripheral light flux totally reflected by the reflection surface 67.
  • the form of the reflective surface 67 may be, for example, equivalently a part of a curved shape such as a rotational quadric surface, a paraboloid of rotation, or a hyperboloid of rotation.
  • the second emission surface 68 of the light redirecting member 60 is a stair consisting of flat portions 68a,..., 68a and wall portions 68b,. It is formed in shape.
  • the flat portion 68a has an annular shape that gradually expands in the emission direction around the optical axis, and is formed to have the same width.
  • One wall surface portion 68 b has an annular shape that gradually expands in the emission direction around the optical axis, and is formed to have a gradually smaller thickness in the emission direction.
  • the number of steps of the second emission surface 68 is not limited to the illustrated example.
  • the thickness of the light redirecting member 60 is set so thin that the rigidity of the light redirecting member 10 is reduced and the optical characteristics of the second light exit surface 68 are not unstable. As a result, it is possible to suppress the occurrence of sink marks and voids of resin during injection molding, and to obtain a product excellent in smoothness and appearance design. In addition to that, weight reduction and cost reduction of the product can be achieved.
  • the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment.
  • (1) It is possible to accurately emit the central luminous flux and the peripheral luminous flux from the LED 41.
  • the thickness of the light direction conversion member 60 can be set thin enough not to reduce the optical characteristics, rigidity, appearance, etc., so that the generation of resin sink marks and voids during injection molding can be suppressed. As well as being able to achieve weight reduction and cost reduction of the product.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and illustrated examples, and various design changes can be made within the scope described in each claim.
  • the present invention can be effectively used for various lighting devices such as, for example, street lights, road lights, security lights, parking lot lights, light projectors and spotlights.

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Abstract

【課題】発光素子の自己発熱によるパイプの温度差で生じる変形を低減することを可能とし、発光素子の高密度化や大電流化を可能とした蛍光灯型照明装置を提供する。 【解決手段】蛍光灯型照明装置(1)は、LED基板(40)の裏面に配置された支持基板(50)と支持基板(50)を収容して支持される光透過性管状部材(10)とを備えている。光透過性管状部材(10)の内部は、支持基板(50)で仕切られ、光透過性管状部材(10)及び支持基板(50)の間に形成された第1の空間(2)と光透過性管状部材(10)及びLED基板(40)の間に形成された第2の空間(3)とが異なる体積に設定されている。

Description

蛍光灯型照明装置
 本発明は、発光素子を用いた蛍光灯型照明装置に関するものである。
 照明装置の光源として、発光ダイオード等の発光素子(以下、「LED」という。)が使用されてきている。この種のLEDを用いた照明装置の一例としては、例えば既存の蛍光灯の規格と互換性のある円筒形状を有するとともに、LEDから発生された熱を外部へ放熱する放熱部を備えたLED照明装置がある(例えば、特許文献1参照。)。
 上記特許文献1に記載された従来のLED照明装置は、蛍光灯器具に接続できる口金を両端に有し、長手方向に空隙を有する断面円形状のポリカーボネート製管体の空隙に、断面工字形状のアルミニウム製ブロックを内嵌して固着している。このアルミニウム製ブロックの管体対向面側の部位は、複数のLEDが実装されたプリント基板の基板載置部とされており、アルミニウム製ブロックの管体対向面側とは反対側の部位は、LEDやプリント基板からの熱をポリカーボネート製管体の外部へ放熱する放熱部とされている。
特開2009-105354号公報
 しかしながら、上記従来のLED照明装置は、パイプの内壁にアルミブロックが接しているため、点灯時にLEDから発せられる熱がアルミブロックからパイプに伝わってしまい、パイプの断面方向において温度差が生じてしまう。よって、偏った熱膨張によりパイプに反りや捩れが生じてしまう。上記従来のLED照明装置の構造では、点灯時の熱量が大きいほど反りや捩れが大きくなるため、高密度化したLEDや大電流タイプのLEDを搭載するにあたり、LEDの高密度化や大電流化に制限がかかってしまう。
 本発明の目的は、発光素子の自己発熱によるパイプの温度差で生じる変形を低減することを可能とし、発光素子の高密度化や大電流化を可能とした蛍光灯型照明装置を提供することにある。
 本発明の課題は、本願請求項[1]~[5]に記載された各発明により達成することができる。
[1]本発明の蛍光灯型照明装置は、上記目的を達成するため、複数の発光素子と、前記複数の発光素子が長手方向にわたり搭載された基板と、前記基板の裏面に配置された金属部材と、前記金属部材を収容して支持する光透過性管状部材とを備え、前記光透過性管状部材の内部は、前記金属部材で仕切られ、異なる体積の第1の空間及び第2の空間を有してなることを特徴としている。
[2]上記[1]記載の発明にあって、前記光透過性管状部材の内部に前記金属部材の幅方向両側端部を挿入支持する一対の係合受部を有し、前記一対の係合受部は、前記光透過性管状部材の中心線からずれた部位に配されてなることを特徴としている。
[3]上記[1]又は[2]に記載の発明にあって、前記光透過性管状部材の長手方向の両側端部に取り付けられ、蛍光灯器具に接続される一対の電極端子を絶縁的に支持する第1及び第2の口金と、前記光透過性管状部材及び前記口金を接続する第1及び第2のジョイント部材とを備え、前記第1及び第2のジョイント部材のそれぞれは、前記光透過性管状部材の長手方向の両側端部を挿入して支持する環状の充填凹部を有し、前記充填凹部の内部に充填材を充填させたことを特徴としている。
[4]上記[1]~[3]のいずれかに記載の発明にあって、前記基板上に設けられ、前記発光素子から出射される光の方向を変換する光方向変換部材を有してなることを特徴としている。
[5]上記[1]又は[4]に記載の発明にあって、前記発光素子は、発光ダイオードであることを特徴としている。
 本発明によれば、発光素子の自己発熱による温度変化による変形を防止することができるとともに、発光素子の数量を増やしたり、発光量を高めたりすることなどを可能とした蛍光灯型照明装置を効果的に得ることができる。
本発明に係る第1の実施の形態である蛍光灯型LEDランプの一部を切欠して示す平面図である。 蛍光灯型LEDランプの内部構造の一部を切欠して示す平面図である。 蛍光灯型LEDランプの側面図である。 図1CのA-A線に沿って切欠された要部断面拡大図である。 図2のB-B線に沿って切欠された要部断面拡大図である。 図3Aに示した要部断面内における光路を説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態である蛍光灯型LEDランプの要部断面拡大図である。 図4Aに示した要部断面内における光路を説明するための図である。
1         LED照明灯
2         第1の空間
3         第2の空間
10        パイプ部材
11,63     凹部
20        口金
21        端子ピン
22        リード線
30        ジョイント部材
31        パイプ側筒部
32        口金側筒部
33        隔壁
34        充填凹部
35        充填材
36        取付ブラケット
37,38,43  ビス
40        LED基板
41        LED
42        絶縁シート
44        実装部品
50        支持基板
51        縁部係合面
52        縁部当接面
53        補強リブ
60        光方向変換部材
61,62     出射部
64,66     入射面
65,68     出射面
67        反射面
68a       平面部
68b       壁面部
 以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
[第1の実施の形態]
(照明装置の全体構成)
 図1Aにおいて、全体を示す符号1は、蛍光灯型照明装置であるLED照明灯の一構成例を模式的に示している。なお、LED照明灯1の長手方向両側ともに同一構造及び同一部材を有しているため、この第1の実施の形態では片側の構造及び部材のみを説明する。
 このLED照明灯1の外観構成は、図1A~図2に示すように、円筒形状のパイプ部材10と、パイプ部材10の長手方向の両端開口を閉蓋するキャップ状の第1及び第2の口金20,20と、パイプ部材10及び口金20を連結固定する円筒状の第1及び第2のジョイント部材30,30とから構成されている。このパイプ部材10の内部には、複数の発光素子であるLED41,…,41を搭載したLED基板40と、そのLED基板40を載置する支持基板50とが気密に収容されている。パイプ部材10の内部は、支持基板50で長手方向に沿って仕切られており、異なる体積の第1の空間2及び第2の空間3を形成している。
(パイプ部材の構成)
 図示例によるLED照明灯1のパイプ部材10は、例えばアクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂などからなる光透過性の直管状部材により構成されている。パイプ部材10は、LED照明灯1の長さ寸法に応じて押出成形により形成されており、既存の直管蛍光灯とほぼ同一の大きさ、寸法、及び外形形態を有している。LED照明灯1の長さ寸法Lとしては、例えば580mm、630mm、830mm、1000mm、及び1198mmなどがある。図3Aに示すように、パイプ部材10の外径φ1としては、例えば29mm程度であり、その内径φ2としては、例えば26.2mm程度である。
 パイプ部材10の内部には、図2及び図3Aに示すように、内周面から内側方向に突出して長手方向に沿って平行に延びる係合受部である一対の凹部11,11がそれぞれ形成されている。その一対の凹部11は、パイプ部材10の円筒の中心線Cから照射方向とは反対側へ向けてずれた部位に配されている。一対の凹部11内には、LED基板40、絶縁シート42、及び支持基板50の幅方向両側端部のそれぞれが挿入支持されている。図示例によれば、LED基板40、絶縁シート42、及び支持基板50は、パイプ部材10の中心線Cからの距離D3が4.5mmであり、パイプ部材10の中心線Cからの距離D4が7.5mmである空間領域に配される。
 パイプ部材10の凹部11は、図3Aに示すように、内周面の長手方向に沿って延びるレール状の凹凸部となっているが、これに限定されるものではない。凹部11の他の一例としては、例えばパイプ部材10の内周面から外側方向に窪んでおり、内周面の長手方向に沿って延びる溝状に凹設した構成であってもよいことは勿論である。
 パイプ部材10の材質としては、光透過性を損なわずに適度な反射率及び光拡散性を有するものが好適である。パイプ部材10の一例としては、例えば合成樹脂に炭酸カルシウム及び酸化チタン等の光拡散剤微粒子を分散させて光拡散性を付与したもの、合成樹脂の表面に光拡散剤微粒子を塗布した塗布層を設けたもの、あるいは合成樹脂の表面に凹凸を形成して光拡散性を付与したものなどが挙げられる。複数のLED41からパイプ部材10を通過した光は、図3Bに示すように、パイプ部材10で全方向に拡散・散乱され、その光がパイプ部材10の円弧面からほぼ均一に出射される。
(口金の構成)
 LED照明灯1の口金20の材質は、例えばベークライト、アルミニウム又はアルミニウム合金などの材料からなる。この口金20は、2本一対の電源端子(以下、端子ピンという。)21,21を絶縁的に支持している。端子ピン21の突出端とは反対側の一端のそれぞれは、端子ピン21に接続されたリード線22を介して複数のLED41と電気的に接続されている。
(ジョイント部材の構成)
 LED照明灯1のジョイント部材30の材質は、例えばポリブチレンテレフタレート樹脂あるいはポリカーボネートからなる。このジョイント部材30は、図2に示すように、大径のパイプ側筒部31と小径の口金側筒部32とからなる段部形状に形成されている。パイプ側筒部31はパイプ収容部とされており、口金側筒部32はリード線収容部とされている。パイプ側筒部31は、パイプ部材10の端部外周面に接着剤により固着されており、口金側筒部32は口金20の内周面を接着剤やカシメ加工により固着している。接着剤の一例としては、例えばセメダイン社製の商品名スーパーXが挙げられる。
 ジョイント部材30は、図2に示すように、大径のパイプ側筒部31と小径の口金側筒部32との間に形成された内部段差面に断面コ字状をなす隔壁33により区画されている。その隔壁33の外周面とパイプ側筒部31の内周面との間には、内部段差面を底面とする円環状の充填凹部34が形成されている。
 ジョイント部材30の隔壁33には、図2に示すように、逆L字板状の取付ブラケット36がビス37により締付固定されている。その取付ブラケット36の自由端部には、パイプ部材10の凹部11内に挿入支持された支持基板50の長手方向の両側端部がビス38により締付固定されている。
 ジョイント部材30の充填凹部34内には、弾性を有する充填材35が充填されている。充填材35の材質としては、例えば加熱により硬化するものが好適であり、絶縁性、耐水性及び可撓性を低下させない程度の加熱で防水機能が得られるものを選択する。この第1の実施の形態では、シリコン樹脂が使用される。その一例としては、例えばモメンティブ・パフォーマンス・マテリアル・ジャパン社製の商品名TSE3070(2液性)が挙げられる。充填材35の存在により、パイプ部材10とジョイント部材30との間の防水性が高められるとともに、支持基板50との伸縮量の差に追従して、パイプ部材10の長手方向に対する熱膨張による伸長が吸収される。
(支持基板の構成)
 LED照明灯1の支持基板50は、図2及び図3Aに示すように、パイプ部材10の長手方向に延在する金属プレートからなる。この支持基板50の幅方向両側端部は、パイプ部材10の凹部11の開口端面に係合する縁部係合面51と、凹部11の内面に当接する縁部当接面52とが長手方向に沿って形成された段部形状をなしている。支持基板50のLED基板載置面とは反対側の裏面には、長手方向に延在する一対の補強リブ53,53のそれぞれが突設されている。支持基板50としては、例えば幅18mm程度、厚さ2mm程度のものが用いられる。
 支持基板50の材質としては、例えば鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などの熱伝導性の優れた金属材料を使用することが好適である。この支持基板50が熱伝導性の良い材料で形成されることで、放熱部材としての機能を有する。LED41からの熱はLED基板40及び絶縁シート42を介して支持基板50に伝熱され、LED41及びその周辺部に熱が蓄積することを防止することができる。温度変化に伴って、パイプ部材10と支持基板50との間に伸縮量の差が発生したとしても、パイプ部材10の長手方向の両側端部は、ジョイント部材30の充填凹部34内に充填材35を介して伸縮自在に取り付けられているので、パイプ部材10と支持基板50との相対位置の変化を抑えることができる。
(LED基板の構成)
 支持基板50には、図2及び図3Aに示すように、絶縁シート42を介してパイプ部材10の長手方向に延在するLED基板40がビス43により締付固定されており、このLED基板40、絶縁シート42、及び支持基板50がユニット化されている。LED基板40の材質は、例えばガラス基材(例えば、FR-4等)又はエポキシ系・ポリエステル系コンポジット基材(例えば、CEM-3等)の材料からなる。
 LED基板40には、複数のLED41,…,41を直列接続したLEDモジュールを実装するための図示しない配線パターンが形成されている。LED基板40の口金側対向端部には、例えばヒューズ、コンデンサやインダクタンスなどからなる実装部品44が搭載されている。これらの実装部品44を介してLED基板40上に直列に実装された複数のLED41が電気的に接続されている。
 LED基板40に実装されたLED41の配置個数は、必要な明るさや照明効果などを考慮して設定される。LED41の配置個数は、図示例に限定されるものではなく、LED41の配置個数を任意に設定することができることは勿論である。図示例にあっては、1枚のLED基板40に複数のLED41が所定の間隔をもって直線状に実装された構成を例示したが、これに特定されるものではない。LED基板40としては、例えば2枚以上のLED基板40を直列接続した構成であってもよく、複数のLED41を並列接続した構成であってもよい。
 このLED41としては、例えば広視野角のチップタイプのLED、あるいは互いに異なる色光を発する3種類の赤色LED、緑色LED及び青色LEDを有するLEDからなっていてもよい。LED41の他の一例としては、例えば赤色光、緑色光又は青色光のいずれかの単色光のうち、2種類の単色光を混合して組み合わせた色光を、あるいは3種類の単色光を混合して組み合わせた白色光をそれぞれ発光可能に構成したLEDを使用することができる。
 以上のように構成されたLED照明灯1におけるパイプ部材10の内部空間は、図3Aに示すように、LED基板40、絶縁シート42、及び支持基板50を挟んで、光線の照射方向に対する逆方向となる非照射面と支持基板50との間に形成された放熱側空間(第1の空間)2と、光線の照射方向となる照射面と支持基板50との間に形成された照射側空間(第2の空間)3とに区画されている。放熱側空間2と照射側空間3とは、パイプ部材10の照射面側と放熱面側との温度差が小さくなるように設定されている。
 この放熱側空間2は、図3Aに示すように、照射側空間3よりも小さな体積を有する空間となっており、パイプ部材10の非照射面への熱伝達は照射面への熱伝達に比べて大きい。このことから、パイプ部材10の照射面が狭くなりすぎない程度に放熱側空間2を大きくして非照射面への熱の伝達量を小さくすることで、放射率を低くしてパイプ部材10の非照射面側の温度が上昇するのを抑制する。
 この放熱側空間2と照射側空間3の空間比は1:1よりも小さくなるように設定する。空間比が1:1以上になると、パイプ部材10の照射面が狭くなりすぎるので好ましくない。パイプ部材10の照射面側と放熱面側との温度差は、例えば支持基板50の熱伝導率や長さの他に、LED41の温度、放熱側空間2の熱抵抗などにより決まるが、パイプ部材10の照射面側と非照射面側との温度差が小さく維持されるように放熱側空間2と照射側空間3の空間比を設定することで、パイプ部材10の照射面側と非照射面側との温度差による伸び率に大きな差が発生することなく、パイプ部材10に反りや捩れなどの変形量が少なく、広い照射範囲を確保できる。
 この放熱側空間2と照射側空間3の空間比は、特に限定されるものではないが、例えば1:3,1:5,1:7程度が好ましい。パイプ部材10の内径φ2が、図3Aに示すように、例えば26.2mm程度である場合は、放熱側空間2の空気層の最大厚さD1としては、0mm<D1<13.1mmの範囲内に設定する。一方の照射側空間3の空気層の最大厚さD2としては、13.1mm<D2<26.2mmの範囲内に設定する。図示例にあっては、放熱側空間2と照射側空間3の空間比を1:5程度に設定している。空気層の厚さD1,D2を調整することで、パイプ部材10の照射面側と放熱面側との温度差を制御することができる。
 放熱側空間2と照射側空間3の空間比に対するパイプ部材10の照射面側及び非照射面側の温度差の一例を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 放熱側空間2と照射側空間3の空間比を1:5に設定すると、パイプ部材10に反りや捩れなどの変形量が少なく、広い照射範囲を確保できるので好ましい。
(第1の実施の形態の効果)
 上記第1の実施の形態に係るLED照明灯1によると、次の効果が得られる。
(1)発光素子の自己発熱による温度変化により発生するパイプ部材10の変形を防止することができるようになり、LED41の数量を増やしたり、発光量を高めたりすることができる。
(2)放熱側空間2と照射側空間3の比率を変えることで、反り方向や反り量をコントロールすることができる。よって、照明装置の自重やその自重による経年変化により変形しようとする方向とは逆の方向にパイプ部材10を真っ直ぐに維持させることが可能になる。
(3)LED照明灯1のLED照射面を押出成形によりパイプ形状に形成することで、パイプ形状の両端だけに防水構造や防滴構造を施すだけで済む。
(4)LED照明灯1のLED照射面となるパイプ部材10を押出成形により成形することができるので、必要とするLED照明灯1の長さに応じてLED照明灯1を簡単かつ安価に製作することができるようになる。
(5)パイプ部材成形用の金型装置の複雑化や大型化を招くことなく、部材費や材料費等を低減することができるとともに、金型費を含む成形加工費が大幅に低減可能となる。
[第2の実施の形態]
 図4A及び図4Bを参照すると、これらの図には第2の実施の形態に係る蛍光灯型LEDランプの内部構造が模式的に示されている。上記第1の実施の形態にあっては、光拡散型のLED照明灯を例示したが、この第2の実施の形態では、集光型のLED照明灯を例示している点で上記第1の実施の形態とは異なっている。なお、上記第1の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、上記第1の実施の形態と実質的に同じ部材に関する詳細な説明は省略する。
 図4A及び図4Bにおいて、符号60は、LED41から放射される光束を変換する光方向変換部材である。この光方向変換部材60は、アンダーカット(脱型時の引っ掛かり)を生じない形状としてあり、例えばPMMA(ポリメタクリル酸メチル)樹脂を射出成形することで形成される。光方向変換部材60の材質としては、PMMA樹脂に限定されるものではなく、例えばポリカーボネート等の透明樹脂、透明ガラス、又は着色された各種の透明材料を用いることができる。
 この光方向変換部材60は、図4A及び図4Bに示すように、LED41の中心部から放射される中心光束を第1の光として出射する第1の出射部61と、LED41から放射される中心光束の周辺部の周辺光束を第2の光として出射する第2の出射部62とを有している。光方向変換部材60の形態は図示例に制限されるものではないが、出射方向に向けて次第に拡がる漏斗状に形成されている。光方向変換部材60の他の形態としては、例えば光方向変換部材60の照射面は光軸を中心とした楕円形状であってもよい。
 光方向変換部材60の第1出射部61は、図4A及び図4Bに示すように、LED基板40上に搭載されたLED41と対応する部位に配されている。この第1出射部61は、出射側とは反対側に開放する円形の凹部63を有している。この凹部63の底面部には、出射側とは反対側に膨出した裁頭円錐形部の中心部に凸曲面形状を有する第1の入射面64と、出射側に膨出した凸曲面形状を有する第1の出射面65とが形成されている。
 この第1入射面64は、図4A及び図4Bに示すように、LED41からの中心光束を屈折して入射する第1の屈折面とされる。一方の第1出射面65は、第1入射面64から屈折して入射された中心光束を屈折して出射する第2の屈折面とされている。第1及び第2屈曲面の曲率形状を設定することでLED41からの中心光束の出射方向を調整することができる。
 一方、光方向変換部材60の第2出射部62は、図4A及び図4Bに示すように、第1出射部61の凹部63の側面部に凹曲面形状を有する第2の入射面66と、光方向変換部材60の外面に凸曲面形状を有する反射面67と、光方向変換部材60の出射側に開放する凹部に階段形状を有する第2の出射面68とを有している。この第2入射面66は、LED41から第1出射部61の凹部63の側面部を介して出射される周辺光束を入射する。反射面67は、第2入射面66から出射される周辺光束を光軸方向に全反射する。第2出射面68は、反射面67で全反射した周辺光束を出射する。この反射面67の形態としては、例えば等価的に回転2次曲面、回転放物面、あるいは回転双曲面のような湾曲形状の一部であってもよい。
 光方向変換部材60の第2出射面68は、図4A及び図4Bに示すように、平面部68a,…,68aと、その平面部68aに直交する壁面部68b,…,68bとからなる階段形状に形成されている。この平面部68aは光軸を中心として出射方向に漸次拡径する円環形状を有するとともに、同一幅寸法をもって形成されている。一方の壁面部68bは、光軸を中心として出射方向に漸次拡径する円環形状を有するとともに、出射方向に向けて次第に肉厚を薄くして形成されている。
 この第2出射面68の階段数は、図示例に限定されるものではない。図示例では、光方向変換部材60の肉厚は、光方向変換部材10の剛性を低下させ、第2出射面68の光学特性を不安定にさせない程度に薄く設定されている。これにより、射出成形時における樹脂のヒケやボイド等の発生を抑制することができるとともに、平滑性や外観意匠性に優れた製品を得ることができる。それに加えて、製品の軽量化や低コスト化を達成することができる。
(第2の実施の形態の効果)
 この第2の実施の形態に係るLED照明灯1によると、上記第1の実施の形態による効果に加えて、次の効果が得られる。
(1)LED41からの中心光束及び周辺光束を正確に放射することが可能となる。
(2)LED41から放射される中心光束及び周辺光束を変換して出射することができるので、LED41から照明対象物までの距離に左右されることなく、LED41からの全ての光束を光学的に同一のパワーをもって被照明物面上に向けて効率よく出射させることが可能になる。
(3)光方向変換部材60の肉厚は、光学特性、剛性、美観などを低下させない程度に薄く設定することができるので、射出成形時における樹脂のヒケやボイド等の発生を抑制することができるとともに、製品の軽量化や低コスト化を達成することができる。
 以上の説明からも明らかなように、本発明は、上記各実施の形態及び図示例に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲内で様々に設計変更が可能である。本発明は、例えば街路灯、道路灯、防犯灯、駐車場灯、投光器、スポットライト等の各種の照明機器に効果的に使用することができる。

Claims (5)

  1.  複数の発光素子と、
     前記複数の発光素子が長手方向にわたり搭載された基板と、
     前記基板の裏面に配置された金属部材と、
     前記金属部材を収容して支持する光透過性管状部材とを備え、
     前記光透過性管状部材の内部は、前記金属部材で仕切られ、異なる体積の第1の空間及び第2の空間を有してなることを特徴とする蛍光灯型照明装置。
  2.  前記光透過性管状部材の内部に前記金属部材の幅方向両側端部を挿入支持する一対の係合受部を有し、
     前記一対の係合受部は、前記光透過性管状部材の中心線からずれた部位に配されてなることを特徴とする請求項1又は2記載の蛍光灯型照明装置。
  3.  前記光透過性管状部材の長手方向の両側端部に取り付けられ、蛍光灯器具に接続される一対の電極端子を絶縁的に支持する第1及び第2の口金と、
     前記光透過性管状部材及び前記口金を接続する第1及び第2のジョイント部材とを備え、
     前記第1及び第2のジョイント部材のそれぞれは、前記光透過性管状部材の長手方向の両側端部を挿入して支持する環状の充填凹部を有し、
     前記充填凹部の内部に充填材を充填させたことを特徴とする請求項1又は2記載の蛍光灯型照明装置。
  4.  前記基板上に設けられ、前記発光素子から出射される光の方向を変換する光方向変換部材を有してなることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の蛍光灯型照明装置。
  5.  前記発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項1又は4記載の蛍光灯型照明装置。
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