JP2015032474A - 照明カバー、およびこれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃が容易で、製造コストも低く、効率の高い照明カバーおよび照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、照明装置は、光源３と、光源に対向して配置され発光面を構成する照明カバー２と、を備えている。照明カバーは、光源に対向する内面２ａと、外側を向いた外表面２ｂと、外表面に形成された複数のプリズム１０と、を有し、各プリズムは、円錐形状の突起、あるいは、円錐形状の凹所で形成されている。
【選択図】図３Ａ

Description

この発明の実施形態は、照明カバー、およびこれを用いた照明装置に関する。

照明装置は、人間が快適に作業できるように適切な照度で住空間を照明するものであるが、一方で照明装置自体が眩しく感じないようにする必要がある。

このような眩しく感じる現象を以後グレアと称する。グレアはＪＩＳ、Ｚ９１１０−２０１０、ＪＣＩＥ−００２屋内作業場の照明基準設計ガイド、（社）日本照明器具工業会、ＵＧＲガイド、ガイド１３１等で定義や推奨環境が規定されている。

このグレアを対策するには、視野に入り易い斜めから見たときの照明装置の輝度を下げることが必要である。具体的には、天井の法線方向からなす角度で７０〜９０度の範囲で輝度を下げる必要があり、この角度範囲は、照明装置が本来照射すべき床や机の範囲から外れることと、前述した通りに容易に水平視野に入ることによる。従って、何らかの手段により、照明装置の直下方向は照度を維持しつつ、７０〜９０度の範囲から見たときの照明装置の輝度を低減する必要がある。

一般的な従来技術としては、照明装置の発光開口側に天井法線方向に平行な複数の反射板、例えば、ルーバー、バッフル、ガラリと呼ばれる反射板を並べる技術がある。これは、複数の反射板が天井法線方向と平行に並ぶことで照明装置の直下方向への光は遮光しないが、斜めから見ると反射板の板腹で光源が遮光されるようになり、上述した角度７０〜９０度の範囲では複数の反射板で完全に光源が遮光されるようにするものである。

特開平０４−８７２０４号公報

しかしながら、このような反射板は形状が複雑であるため、清掃に手間がかかるとともに、製造コストも高い。更に、反射板による光の吸収で、照明装置の効率低下を招く。

この発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、その課題は、清掃が容易で、製造コストも低く、効率の高い照明カバーおよび照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、照明装置は、光源と、前記光源に対向して配置され発光面を構成する照明カバーと、を備えている。照明カバーは、前記光源に対向する内面と、外側を向いた外表面と、前記外表面に形成された複数のプリズムと、を有し、前記プリズムは、円錐形状の突起、あるいは、円錐形状の凹所で形成されている

図１は、第１の実施形態に係る照明装置とその使用環境を示す断面図。 図２は、前記照明装置を示す斜視図。 図３Ａは、図２の線Ａ−Ａに沿った、前記照明装置の光源と平行な方向の断面図。 図３Ｂは、図２の線Ｂ−Ｂに沿った、前記照明装置の光源と直交する方向の断面図。 図４は、前記照明装置を示す平面図。 図５は、前記照明カバーの製造に用いる転写型の製造工程を概略的に示す図。 図６Ａは、前記照明カバーの製造工程を概略的に示す図。 図６Ｂは、前記照明カバーの製造工程を示す図。 図７は、前記照明カバー、比較例に係る照明カバーをそれぞれ通して線状のＬＥＤ光源を見たときの輝度分布を比較して示す図。 図８は、第１の実施形態に係る照明装置の配光分布を示す図。 図９は、前記照明装置の照明カバーの一部を拡大して示す断面図。 図１０は、前記照明カバーの微小突起の右半面から出射する光の最大角度と傾斜角αとの関係を示す図。 図１１は、前記照明カバーの傾斜角αを変化させた場合の配光分布と照明カバーとして最適な範囲とを示す図。 図１２は、傾斜角αに対する各θでの光度比の関係を示す図。 図１３は、傾斜角αに対する効率の関係を示す図。 図１４は、第１変形例に係る照明装置を示す斜視図。 図１５は、第１変形例に係る照明装置を示す正面図。 図１６は、第２変形例に係る照明装置を示す斜視図。 図１７は、第２変形例に係る照明装置を示す正面図。 図１８は、第３変形例に係る照明装置を示す斜視図。 図１９は、第３変形例に係る照明装置を示す正面図。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。

なお、実施形態は照明装置について説明するが、一般には遮光を目的とする照明カバーは照明装置とは別に付属部品として販売されることもある。よって、本発明の対象は照明カバー単体も含むが、実施形態では同照明カバーを組み込んだ照明装置について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明装置およびその使用環境を概略的に示す断面図、図２は、照明装置の斜視図、図３Ａは光源と平行な方向の断面図、図３Ｂは光源と直交する方向の断面図、図４は、照明装置の平面図である。

図１ないし図４に示すように、照明装置１は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）からなる線状の光源３と、光源３を囲う、有底の矩形枠状の筐体４と、筐体４の下部開口に設けられ発光面となる照明カバー２と、光源３を駆動する駆動回路（図示せず）と、を備えている。図１に示すように、照明装置１は、天井８に埋め込まれる形でオフィスなどの天井に複数台設置される。照明カバー２は、天井８とほぼ同一平面に位置するように設置される。

図１ないし図４に示すように、筐体４は、略正方形状の下部開口４ａを有している。線状の光源３は、筐体４の底壁上に支持および配置され、下部開口４ａと対向している。本実施形態において、光源３は、例えば、２本設けられ、それぞれ筐体４の１辺とほぼ平行に延びている。また、光源３は、筐体４の幅を３つにほぼ等しく分割するように２本設置され、更に、水平に、ここでは、天井８と平行に、延びている。

照明カバー２は、略正方形の板状に形成され、筐体４の下部開口４ａ内に配置され、下部開口を塞いでいるとともに光源３に対向している。照明カバー２は、光源３に対向する平坦な内面２ａと、凹凸状の外表面２ｂとを有している。内面２ａは、ほぼ水平に、ここでは、天井８と平行に位置している。照明カバー２の外表面２ｂは、同じ形で同じ大きさの円錐形状を成した微小な突起（プリズム）１０で埋め尽くされた構造を成し、円錐の頂点が外方（ここでは、下方）を向くように構成されている。

照明カバー２は、例えば、透明なポリカーボネート樹脂で成形された厚さ約２ｍｍの板材を用いている。円錐形の各微小突起１０は、底面が正六角形の形状を成し、その１辺が２．９ｍｍ、高さＨ＝１．０５ｍｍ、傾斜角２０度の構造を有している。さらに各々の微小突起１０の中心間隔は５ｍｍで配列され、光源３と直交する方向のピッチＰＶ＝５ｍｍ、光源３と平行な方向のピッチＰｈ＝４．３３ｍｍとなるように六方配置されている。本実施形態において、微小突起１０は、外表面２ｂのほぼ全域に亘って設けられている。

このような円錐形の微小突起（プリズム）１０は、図５に示すようなプリズム転写型２０による転写プロセスで製造する。この場合、プリズム転写型２０に円錐形の多数のディンプルを加工するが、円錐形は回転対称であるため精密加工を用いなくても図５に示すように、切削ドリル２１を円錐形にあわせて用意すれば短時間の加工で仕上げることができる。また、研磨処理が必要な場合でも、微小突起１０は回転対称であるため、例えば、先端が円錐形状の表面研磨端子２２を用いて研磨加工を容易に行うことができる。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、プリズム転写型２０の転写面を照明カバー２の外表面２ｂに転写し、その後、照明カバー２をプリズム転写型２０から分離することにより、多数の円錐形状の微小突起１０を有する照明カバー２が得られる。このように、微小突起１０を円錐形とすることで、照明カバー２の量産性を大幅に改善することができる。

円錐形の微小突起（プリズム）１０は、光学特性でも特異な性能を発揮できる。
図７は、照明カバー無しの照明装置（ａ）、（ｂ）、一般的な６個の傾斜した平面からなる平面多面体の微小突起（多面体プリズム）を有する照明カバーを備えた照明装置（ｃ）、（ｄ）、および本実施形態に係る円錐形の微小突起１０を有する照明カバーを備えた照明装置、について、照明カバーを通して光源を見たときの光源の輝度分散性を比較して示している。

すなわち、図７（ａ）、（ｂ）は、線状の光源３を直視した場合の輝度分散性を示し、図７（ｃ）、（ｄ）は、一般的な多面体プリズムの照明カバー越しに光源３を見た場合の輝度分散性を示し、図７（ｅ）、（ｆ）は、本実施形態である円錐形のプリズムを有する照明カバー越しに光源３を見た場合の光源３の輝度分散性を示している。

光源３は、微小突起（プリズム）により広く分散されて見えるため、輝度としては低下し眩しさ感を抑制させることができるが、多面体プリズムでは限定された平面で構成されているため平面数に特定される方向に光源３のパターンが見えてしまう問題を生じている。これに対して、本実施形態の照明カバー２では、円錐形の微小突起（プリズム）は、全面が曲線で構成されているため、全方位に対して均等に輝度が分散され、見た目に一様な拡がりを実現することができる。

図８は、照明装置１の配光分布を示しており、天井法線方向（照明カバー２の法線方向）となす角度をθとし、光源３と平行方向、直交方向、平行方向と直交方向との中間方向の配光分布を示している。照明装置１としては、照明装置の直下方向は均等に照射する必要があるが、眩しさ感を低減するために、天井８と平行な方向には光が出ないことが求められる。円錐形の微小突起（プリズム）１０を用いた照明カバー２では、後述する円錐形のプリズム傾斜角の適正化により、θ＝４５度までは光度比が高く均一照射を実現し、θ＝６０度以上は光度比が低く眩しくない照明装置を実現している。また、円錐形のプリズムは回転対称形を成しているため、照明装置１の平行方向、直交方向、中間方向の各方向でほぼ同じ配光分布となっていることがわかる。このような全方位に対する均一性は多面体（例えば、六角形）プリズムでは実現できない。

図９は、照明カバー２による配光分布制御作用を示している。すなわち、図９は、照明カバー２の微小突起１０を拡大して模式的に示した図である。図において、円錐形の微小突起１０のプリズム傾斜角をαとすると、左下側から照明カバー２に入射した光線（矢印）のうち、微小突起１０の左半面から出射する光は、傾斜角αよりも大きな入射角度でないと全反射により出射することができず、照明カバー２は遮光機能を発揮する。また、左下側から入射した光線のうち、微小突起１０の右半面から出射する光は、入射面（２ａ）と出射面（２ｂ）のなす傾斜角α分のプリズム屈折作用により所定角度だけ垂直方向（法線方向）に起こされて出射する。

図１０は、このプリズム屈折作用により出射できる最大角度と傾斜角αとの関係を示している。ポリカーボネートで形成された照明カバー２の場合、出射する光の最大角度βを６０度以下にするには、微小突起１０の傾斜角αは概ね１０度ほどあればよいことがわかる。

次に、照明装置１を用いて円錐形のプリズム傾斜角αを適時変えた場合の配光分布をもとに、照明カバーとして特異な最適範囲があることを説明する。
図１１は、傾斜角αを変化させた場合の照明カバーの配光分布を示している。横軸は角度θで、θ＝０度は照明装置１の直下方向、θ＝９０度は天井と平行な方向である。縦軸は光度比で、θ＝０を１００％とした各θにおける光度の比率を示している。なお、図８に示したように、円錐形の微小突起（プリズム）１０を用いた照明カバー２では、θ＝０度軸を中心に照明装置１を見る方向を変化させてもほとんど配光分布に違いが無いため、図１１中の配光分布カーブは全方向の配光分布を平均した配光分布としている。

上述したように、角度θが６０度から９０度の範囲では、作業環境照度に関連が薄く、主に眩しさを感じてしまう照射不要な角度であり、光度比は低いことが望ましい。また、角度θが０度から４５度の範囲では、作業環境照度に関連が強く照明装置１が均一に照射すべき範囲であり、光度比は１００％に近いことが理想で、少なくとも５０％以上、大きくても２００％以下、すなわち有効照射範囲である角度θが０度〜４５度の範囲では光度ムラは略１：２を超えないこと、が必要となる。

円錐形の微小突起１０におけるプリズム傾斜角αが０度、すなわち、ただの透明平板では、上述した照明カバー２による遮光作用は起こらず、照明装置１のように一般的なＬＥＤを光源３として用いた場合はθが６０度における光度比は４５％にも達し不快グレアを感じる。

一方、本実施形態（傾斜角α＝２０度）では、図９で説明した作用により、角度θ＝６０度における光度比は２０％程度と半減している。傾斜角αを２０度より大きくした場合、αが４０度程度までは遮光機能を発揮するが、過度に大きくするとプリズムで全反射される光量が大きくなり多重反射してθ＝６０〜９０度に漏れだす光が増大していく。また、傾斜角αを大きくしていくと、θ４５度、すなわち均一照射したい範囲の境界部において、光度比が一方的に減少していく。本実施形態では、この二律相反するθ６０度以上の遮光とθ４５度以下の均一照射の傾斜角αに対する相関カーブの間にずれが生じていることを発見し、照明カバー２として特異な最適範囲があることを見出した。次にこの最適範囲について詳細に説明する。

図１２および図１３は、図１１に示すデータをもとに、横軸を円錐形プリズムの傾斜角αとしたものである。図１２では縦軸に各θでの光度比を、図１３では縦軸に効率を示している。なお、効率の値は、光源３から放出される光量を１００％としたときの照明装置１から放出される光量を比率で示した値である。

図１２より、角度θが６０度以上の光度比を小さくすることを考慮すると、円錐形プリズムの傾斜角αは８度から３９度にするのが望ましい。傾斜角αが８度より小さいとプリズム機能が十分に発揮されず、３９度より大きいと全反射光量が大きく多重反射してθ６０度以上に漏れだす光が増えてしまうことによる。

一方、均一照度が望ましい範囲の限界であるθ４５度の光度比は、傾斜角αを大きくすると減少していく傾向があるものの、傾斜角αが２９度までは減少する度合いが明らかに小さく、２９度を超えたあたりから急激に減少し光度ムラ１：２を超えてしまう。従って、照明カバー２の遮光機能面では、円錐形プリズムの傾斜角αは８〜３９度が望ましいが、照明カバー２として均一照射を考慮した場合、θ４５度の光度比の減少が鈍感な傾斜角αが８〜２９度が最も望ましいといえる。本実施形態では、この中心となる傾斜角２０度を選定し、光度ムラを１：２より均一にしつつ、θ６０度以上の遮光機能を発揮させている。

図１３は、円錐形プリズムの傾斜角αと効率の相関を示しているが、効率は傾斜角αが大きいほど減少する傾向にある。効率の観点からも、θ６０度以上の遮光機能が敏感に発揮され、θ４５度の光度比減少に鈍感な、傾斜角αが８〜２９度の領域、が過度な効率劣化を招かず望ましいといえる。

以上のことから、不快グレアの低減（θが６０度〜９０度の範囲）と、必要照射量の確保（θが０度〜４５度の範囲）との両方の条件を満たすためには、傾斜角αは、８度以上、２９度以下に設定することが望ましい。

なお、照明カバー２は、ポリカーボネート樹脂製としたが、これに限らず、形成材料としては、アクリル樹脂やガラスなど透明で空気より屈折率の高い材料であれば同様に用いることができ、主に全反射作用が支配的であるため傾斜角範囲もほぼ同様となる。光源３としてＬＥＤを用いたが、蛍光灯や他の光源を用いてもよく、光源と照明カバーの間に拡散部材を介してもよい。また、照明カバー２は平板ではなく曲面形状としてもよい。

以上のように構成された照明装置１によれば、円錐状の微小突起１０を多数有する照明カバーにより、角度θが６０〜９０度の範囲の光を低減し、グレアを大幅に低減することができる。照明カバー２は、合成樹脂、ガラス等により容易に、かつ、安価に製造することができ、更に、ルーバー、バッフル、ガラリ等の反射板に比較して、構造が単純であるとともに容易に清掃することが可能である。照明装置１は、照明カバーによる光の吸収が少なく、高い照明効率を維持することができる。以上のことから、清掃が容易で、製造コストも低く、効率の高い照明装置が得られる。

次に、種々の変形例に係る照明装置の照明カバーについて説明する。以下に述べる種々の変形例において、第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。

（第１変形例）
図１４は第１変形例に係る照明装置１の照明カバー２を示す斜視図を、図１５は照明装置の平面図である。図１４および図１５に示すように、照明カバー２の外表面２ｂに設けられた微小突起１０は、第１の実施形態とは異なり、格子状に配置され、その分、平行方向ピッチＰＨが少し大きくなり、直交方向ピッチＰＶと同じになっている。第１変形例において、他の構成は、第１の実施形態と同一である。

第１変形例においては、微小突起１０の傾斜角αが２０度に形成されている。そのため、上述した第１の実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。照明装置１ではデザイン性も重要な要素となるため、ニーズに合わせ、適宜、微小突起の配列構造を選択すればよい。

（第２変形例）
図１６は第２変形例に係る照明装置１の照明カバー２の斜視図、図１７は、照明装置の平面図である。照明カバー２の外表面２ｂに設けられた微小突起１０は、２種類のサイズの微小突起１０から構成され、各々の微小突起１０は第１変形例と同様に格子状に配置されている。その他の構成については、第１の実施形態と同様に構成されている。

第２変形例においても、微小突起１０の傾斜角αが２種類ともに２０度に形成されているため、上述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、本発明による効果は、微小突起１０のサイズに依存せず、さらに、複数のサイズの微小突起を組み合わせた構成としてもよい。

（第３変形例）
図１８は第３変形例に係る照明装置１の照明カバー２の斜視図、図１９は、照明装置の平面図である。照明カバー２の外表面２ｂに設けられた微小突起１０は、第１の実施形態の凹凸と逆パターンに形成されている。すなわち、第１の実施の形態では、円錐の頂点が外側を向く方向に形成されていたが、第３変形例では、円錐の頂点が照明カバー２の内側、つまり、内面２ａ側を向く方向に形成されている。外表面２ｂ側から見た場合、微小突起１０は円錐形の凹所を形成している。

第３変形例においても、微小突起１０の傾斜角αが２０度に形成されているため、上述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、第３変形例においては、照明カバー２の製造がより容易となる長所がある。通常、照明カバー２のような樹脂部品は、射出成形、切削加工、押出成形を用いて製作される。切削加工では樹脂部品を直接ドリルで切削加工し、射出成形や押出成形では金型をドリルで切削加工することとなり、いずれの場合にもドリルによる切削加工が必要となる。通常、このような微細な切削を施すには先端が細い刃を用いることが必要となり、このような細い刃で３次元の切削を施すと非常に長い時間がかかってしまい、製造コストが高くなる短所がある。

一方、第３変形例においては、１つ１つの凹部は回転対称の形状を成しているため、ドリル先端部を傾斜角２０度の円錐形状とし、このドリルを回転させながら押し当てることで円錐形状の凹所を切削できる。そのため、短時間で照明カバー２の加工が可能となる。従って、第３変形例においては、比較的安いコストで照明カバーの製作が可能となる長所を有する。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

前述した実施形態および変形例では、照明カバーの全面に亘って微小突起を設ける構成としたが、これに限らず、照明カバーの必要領域のみに微小突起を設ける構成としてもよい。

１…照明装置、２…照明カバー、２ａ…内面、２ｂ…外表面、３…光源、
４…筐体、４ａ…下部開口、１０…微小突起

Claims (12)

1. 光源に対向して配置され発光面を構成する照明カバーであって、
   前記光源に対向する内面と、外側を向いた外表面と、前記外表面に形成された複数のプリズムと、を有し、
   前記プリズムは、円錐形状の突起、あるいは、円錐形状の凹所で形成されていることを特徴とする照明カバー。
2. 前記円錐形状の傾斜角は８度から３９度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の照明カバー。
3. 前記円錐形状の傾斜角は８度から２９度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の照明カバー。
4. 前記照明カバーの外表面全体が、前記複数のプリズムで埋め尽くされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明カバー。
5. 前記複数の円錐形状のプリズムは、全て同一のサイズに形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明カバー。
6. 前記複数の円錐形状のプリズムは、複数種類のサイズに形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明カバー。
7. 光源と、前記光源に対向して配置され発光面を構成する照明カバーと、を備え、
   前記照明カバーは、前記光源に対向する内面と、外側を向いた外表面と、前記外表面に形成された複数のプリズムと、を有し、
   前記プリズムは、円錐形状の突起、あるいは、円錐形状の凹所で形成されていることを特徴とする照明装置。
8. 前記円錐形状の傾斜角は８度から３９度の範囲であることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記円錐形状の傾斜角は８度から２９度の範囲であることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
10. 前記照明カバーの外表面全体が、前記複数のプリズムで埋め尽くされていることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の照明装置。
11. 前記複数の円錐形状のプリズムは、全て同一のサイズに形成されている請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の照明装置。
12. 前記複数の円錐形状のプリズムは、複数種類のサイズに形成されている請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の照明装置。

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