JP2014175207A - 直管形ｌｅｄランプ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】灯具形状に依存することなく光源の見かけの面積を小さくでき、ＵＧＲを低下させて眩しさを軽減することができる直管形ＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】図示しない棒状の筐体には、長手方向に沿って複数のＬＥＤ１２を配設した実装基板１１が取り付けられている。筐体のＬＥＤに対向する部位は透明なカバー３で覆われている。カバー３の内面側の長手方向と直交する短手方向における中央部には、レンズ面５０が一体成形により形成されている。レンズ面５０は、短手方向にのみパワーを持った凹シリンドリカルレンズ形状を有し、光源の見かけの面積を小さくする機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の半導体発光素子を光源とする直管形ＬＥＤランプ、該直管形ＬＥＤランプを備えた照明装置に関する。

近年、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源とする直管形ランプが商品化されている。
照明用のＬＥＤは、近年実用化されて以来、年々発光効率が向上している。
ＬＥＤ製造技術の進歩によって、白熱電球からの切り換えのみならず、蛍光灯（蛍光管）から直管形ＬＥＤランプへの切り換えが提案され、実施されつつある。
蛍光管に比べて、直管形ＬＥＤランプは寿命が長く、低消費電力であり、水銀を使用しないため環境負荷が小さいなど多くの利点がある。

一般的な市販の蛍光灯（蛍光管）には、円環状の円管形蛍光灯と、棒状の直管形蛍光灯とがある。
円管形蛍光灯は主に家庭内で使用されており、直管形蛍光灯は工場、オフィス、一般家庭等の広範囲な用途に使用されている。
直管形蛍光灯に代わりつつある直管形ＬＥＤランプは、透明カバー及び金属フレーム内に、複数のＬＥＤを長手方向に実装したＬＥＤ基板を有するＬＥＤユニットを内蔵している。

しかしながら、ＬＥＤの指向性が高いという特性上、ＬＥＤを光源として用いた照明は、非常に眩しく、不快グレア（眩しさにより生じる不快感）が大きくなりやすいという欠点がある。
不快グレアを評価する指標として、ＪＩＳで規定されているＵＧＲ（Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｇｌａｒｅ Ｒａｔｉｎｇ）という指標がある。
ＵＧＲを低下させるためには、光源の輝度値を低下させる方法や、観測者から見たときの見かけの光源面積を小さくすることが有効である。
輝度値低減については、特許文献１に開示されているように、プリズムシートを用いる方法などが知られている。
観測者から見たときの見かけの光源面積を小さくする方法としては、特許文献２に開示されているように、灯具（照明器具）の位置を調整する方法などが既に知られている。

しかしながら、従来における見かけの光源面積を小さくする方法は、灯具の位置の調整や、灯具形状の工夫などがほとんどであり、ランプ単体としてのＵＧＲを低減させる解決方法はなかった。
ランプ自体がＵＧＲ低減機能を有していれば、既存設備（灯具）の有効利用も可能であり、位置調整の面倒さもなく、使用性の向上に寄与することができる。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、灯具形状に依存することなく光源の見かけの面積を小さくでき、ＵＧＲを低下させて眩しさを軽減することができる直管形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、本発明は、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、前記カバー部材の内方に前記長手方向に沿って配置された光源としての複数の半導体発光素子と、を有する直管形ＬＥＤランプにおいて、前記カバー部材が、前記光源の見かけの面積を小さくするレンズ面を有していることを特徴とする。

本発明によれば、ランプ単体としてＵＧＲを低下させて眩しさを軽減することができるので、既存設備（灯具）の有効利用も可能であり、位置調整の面倒さもなく、使用性の向上に寄与することができる。

本発明の第１の実施形態に係る直管形ＬＥＤランプのカバーの構成を示す要部断面図である。 カバーに凹シリンドリカルレンズ面を形成することによりＵＧＲを低下させることができる理由を説明するための図である。 ＵＧＲを低下させる構成とそうでない構成の比較実験の画像図である。 第２の実施形態に係る直管形ＬＥＤランプのカバーの構成を示す要部断面図である。 同実施形態における凹シリンドリカルレンズ面を形成した一部の拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係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７のＡ方向から見た図である。 図８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１１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。
図１乃至図３に基づいて第１の実施形態を説明する。
まず、図６乃至図１１に基づいて、各実施形態に係る直管形ＬＥＤランプ及び照明装置の具体的な構成を説明する。
図６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。
そうすると、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、棒状の筐体２、透光性のカバー部材としてのカバー３、照明器具１５０に電気的に接続可能なキャップ部材としての口金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。
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（筒形状）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１１参照）、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１１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６に示すように、口金１ａ、１ｂは、筐体２とカバー３との一体構成の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９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１１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の内方には、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７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、ＥＬ効果を持つ半導体発光素子の一例としてのＬＥＤ１２ａ、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。

図８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変換用の電子部品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によって直流に整流された電流は、図１０（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。

以下に本発明の特徴構成を説明する。
図１に示すように、カバー３の内面側の長手方向と直交する短手方向における中央部には、レンズ面５０が一体成形により形成されている。
換言すると、光源としてのＬＥＤ１２に直線的に対向するカバー３の部位には、光源の見かけの面積を小さくするレンズ面５０が一体成形により形成されている。

レンズ面５０は、短手方向にのみパワーを持った凹シリンドリカルレンズ形状を有している。
レンズ面５０は、ＬＥＤ基板１１の長さに対応して、長手方向全体に亘って形成されている。
なお、他の図においては、カバー３におけるレンズ面５０は省略している。

かかるカバー構成により、光源の見かけの面積を小さくでき、ＵＧＲを低下させることができる。
これにより、直管形ＬＥＤランプ１００からの光を観察する者に対し、眩しさを軽減することができる

図２に基づいて、レンズ面５０を形成することによりＵＧＲを低下させることができる理由を説明する。
輝度として観測されるのは、受光面にほぼ平行に入ってくる光と考えてよい。
図２において、シリンドリカルレンズＣＲがない場合、ＬＥＤ１２の大きさそのままが観測される（長さｂ）。
シリンドリカルレンズＣＲがある場合には、「観測領域を拡大した発光面＝ａ」を観測するのと等価な効果が得られる。
このことは、光源（ＬＥＤ１２）の見かけの面積を小さくすることができることを意味する。

図３は、透明ガラス材料（カバー）に凹レンズ加工を施した場合とそうでない場合の輝度分布を正面から観測した実験の画像図である。
凹レンズ加工を施した場合（図３（ｂ））には、輝度分布が短手方向に縮小されている。

照明施設に対する不快グレアの評価は、屋内統一グレア評価値（ＵＧＲ）に基づく、次の式によって行われる。
ＵＧＲの計算方法の詳細は、ＣＩＥ１１７：１９９５に規定されている。

上記式から明らかなように、光源面積が小さいほどＵＧＲは小さくなる。
例えば、光源面積が１／２になった場合を考える。
このとき、表１に示すように、ＵＧＲの計算式において、立体角ωが小さくなりＵＧＲとしては小さくなることがわかる。

したがって、カバー３にレンズ面５０を形成することにより、ＬＥＤ１２の見かけの面積を小さくすることができ、観察者に対し、直管形ＬＥＤランプ１００から放出されるＬＥＤ光の眩しさを軽減することができる。
本実施形態では、押出し成形によりカバー３にレンズ面５０を一体成形したが、引き抜き成形や射出成形によっても形成することができる。
また、別部材としての凹レンズ（凹シリンドリカルレンズ）をカバー３に貼り付けて構成してもよい（他の実施形態において同じ）。

本発明によれば、ランプ単体としてＵＧＲを低下させて眩しさを軽減することができるので、蛍光灯対応の既存設備（灯具）の有効利用も可能である。
また、灯具の位置調整の面倒さもなく、使用性の向上に寄与することができる。

図４及び図５に第２の実施形態を示す。
なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する。
図４に示すように、本実施形態では、カバー３の内面に曲率半径の小さいレンズ面５２が短手方向に沿って複数設けられている。

各レンズ面５２は、短手方向にのみパワーを持った凹シリンドリカルレンズ形状を有している。
各レンズ面５２は、ＬＥＤ基板１１の長さに対応して、長手方向全体に亘って形成されている。
換言すれば、長手方向に延びる多数のレンズ面５２が短手方向に並列配置されている。

図５は、各レンズ面５２を拡大した斜視図である。
本実施形態においても、カバー３にレンズ面５２を形成することにより、ＬＥＤ１２の見かけの面積を小さくすることができ、観察者に対し、直管形ＬＥＤランプ１００から放出されるＬＥＤ光の眩しさを軽減することができる。

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１２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１３参照）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７参照）。
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１３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１１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８参照）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１１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１４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。

上記各実施形態では、直管形ＬＥＤランプ１００を、蛍光灯を点灯可能な照明器具１５０に搭載可能な構成としたが、勿論ＬＥＤ専用の照明器具に装着する構成としてもよい。

２ 筐体
３ カバー部材としてのカバー
１２ 複数の半導体発光素子としてのＬＥＤ
１００ 直管形ＬＥＤランプ
５０、５２ レンズ面
１５０ 照明器具

特開２０１２−１１４０８１号公報 特開平１１−１３４９０５号公報

Claims (6)

1. 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、
   前記カバー部材の内方に前記長手方向に沿って配置された光源としての複数の半導体発光素子と、
   を有する直管形ＬＥＤランプにおいて、
   前記カバー部材が、前記光源の見かけの面積を小さくするレンズ面を有していることを特徴とする直管形ＬＥＤランプ。
2. 請求項１に記載の直管形ＬＥＤランプにおいて、
   前記カバー部材が、前記長手方向と直交する短手方向にパワーを持った凹シリンドリカルレンズ形状を備えていることを特徴とする直管形ＬＥＤランプ。
3. 請求項２に記載の直管形ＬＥＤランプにおいて、
   前記凹シリンドリカルレンズ形状が、前記カバー部材の前記短手方向の断面において前記光源に対向する中央部のみに形成されていることを特徴とする直管形ＬＥＤランプ。
4. 請求項２に記載の直管形ＬＥＤランプにおいて、
   凹シリンドリカルレンズ形状が前記短手方向に沿って複数設けられていることを特徴とする直管形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ランプにおいて、
   前記レンズ面又は前記凹シリンドリカルレンズ形状が前記カバー部材に一体成形されていることを特徴とする直管形ＬＥＤランプ。
6. 請求項１〜５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ことを特徴とする照明装置。

Images