JP2021170515A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立性及び施工性が良好であるとともに、光取り出し効率を向上する上で有利になる照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１Ａは、光源部と、光源部で発生した熱を散逸させるヒートシンク２と、光源部を覆う透光カバー７とを備える。透光カバー７は、環状のカバー縁部７ａと、照明装置１Ａの灯軸に対して垂直な平板状のカバー底壁７ｂと、カバー縁部７ａをカバー底壁７ｂにつなぐ環状のカバー周壁７ｃとを備える。カバー周壁７ｃは、外側に凸となる曲面を形成するとともにカバー底壁７ｂの外周につながる曲面部７ｄを有する。灯軸の方向の長さに関して、曲面部７ｄの長さは、カバー縁部７ａからカバー底壁７ｂまでの長さの５０％以上である。【選択図】図３

Description

本開示は、照明装置に関する。

例えば発光ダイオードのような発光素子を有する光源部を覆う透光カバーを備えた照明装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１４／０３８３１２号

照明装置の消費効率［ｌｍ／Ｗ］を向上させるためには、光取り出し効率を高くすることが重要である。光取り出し効率は、光源部から放射された光の量に対する、透光カバーを透過した光の量の割合に相当する。また、照明装置を製造する過程での組立性と、照明装置を設置する際の施工性を良好にすることが望まれている。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、組立性及び施工性が良好であるとともに、光取り出し効率を向上する上で有利になる照明装置を提供することを目的とする。

本開示に係る照明装置は、光源部と、光源部で発生した熱を散逸させるヒートシンクと、光源部を覆う透光カバーと、を備える照明装置であって、透光カバーは、環状のカバー縁部と、照明装置の灯軸に対して垂直な平板状のカバー底壁と、カバー縁部をカバー底壁につなぐ環状のカバー周壁と、を備え、カバー周壁は、外側に凸となる曲面を形成するとともにカバー底壁の外周につながる曲面部を有し、灯軸の方向の長さに関して、曲面部の長さは、カバー縁部からカバー底壁までの長さの５０％以上であるものである。

本開示によれば、組立性及び施工性が良好であるとともに、光取り出し効率を向上する上で有利になる照明装置を提供することが可能となる。

実施の形態１による照明装置の斜視図である。 実施の形態１による照明装置の断面図である。 図２の一部を拡大した断面図である。 実施の形態２による照明装置の部分的な断面図である。 曲面部の曲率半径と、光取り出し効率との関係の例を示す図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、共通する説明を簡略化または省略する。なお、本開示で角度に言及した場合において、和が３６０°となる優角と劣角とがあるときには原則として劣角の角度を指すものとし、和が１８０°となる鋭角と鈍角とがある場合には原則として鋭角の角度を指すものとする。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による照明装置１Ａの斜視図である。図２は、実施の形態１による照明装置１Ａの断面図である。図３は、図２の一部を拡大した断面図である。これらの図に示す照明装置１Ａは、ヒートシンク２と、基板３と、基板３に設置された複数の発光素子４と、透光カバー７とを備えている。基板３及び発光素子４は、光源部に相当する。

ヒートシンク２は、ヒートシンクベース５及び放熱フィン６を備える。本実施の形態におけるヒートシンク２は、金属板を機械加工することで作られた板金製である。本実施の形態であれば、板金製のヒートシンク２を用いたことで、軽量化が図れる。ただし、本開示において、ヒートシンクは、板金製に限らず、例えば、アルミダイキャストによってヒートシンクベース５及び放熱フィン６が一体に作られたものでもよいし、あるいは、熱伝導性樹脂材料のような金属以外の材料で作られたものでもよい。

本実施の形態の照明装置１Ａは、例えば天井に設置され、下へ向けて光を照射することで、照明装置１Ａよりも下の空間を照らす用途に適している。特に、本実施の形態の照明装置１Ａは、工場、倉庫、体育館、競技施設などの高い天井に設置される高天井照明としての用途に適している。本明細書では、説明の便宜上、照明装置１Ａの中心軸である灯軸ＡＸが鉛直線に平行となるように照明装置１Ａが設置されている場合の姿勢を基準として上下の方向を特定する。図２及び図３の断面は、灯軸ＡＸを含む平面で切断した断面に相当する。なお、照明装置１Ａが使用されるときの姿勢は、灯軸ＡＸが鉛直線に対して非平行となる姿勢でもよいことは言うまでもない。図２に示すように、ヒートシンクベース５の中心を通りヒートシンクベース５に垂直な仮想軸が灯軸ＡＸに相当する。

図３に示すように、図示の例のヒートシンクベース５は、平板状をなしている。ヒートシンクベース５は、第一方向を向く第一表面５ａと、第一方向とは反対の第二方向を向く第二表面５ｂとを有する。第一方向及び第二方向は、灯軸ＡＸに平行である。

基板３は、平板状の形状を有する。基板３は、第一表面５ａに重なるように配置されている。本実施の形態では、複数の発光素子４が１個の基板３上に実装されている。基板３には、複数の発光素子４に給電するための導電パターンが形成されていてもよい。それぞれの発光素子４の光軸は、灯軸ＡＸに平行でもよい。

基板３は、第一表面５ａに対して熱伝導可能となるように接している。発光素子４で発生した熱は、基板３からヒートシンクベース５へ熱伝導する。基板３が、第一表面５ａに対して、直接接触していてもよいし、熱伝導性材料を介して接してもよい。本明細書において、熱伝導性材料は、例えば、熱伝導性グリス、熱伝導性シート、熱伝導性接着剤、熱伝導性両面粘着テープのいずれかでもよい。

発光素子４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用したものでもよい。ＬＥＤとしては、例えば、表面実装型ＬＥＤパッケージ、砲弾型ＬＥＤパッケージ、配光レンズ付きＬＥＤパッケージ、チップ・スケール・パッケージのＬＥＤ、チップ・オン・ボード（ＣＯＢ）タイプのＬＥＤパッケージなどが挙げられる。また、発光素子４は、ＬＥＤを利用したものに限らず、例えば、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子または半導体レーザなどを利用したものでもよい。

放熱フィン６は、第二表面５ｂから突出するように設置されている。基板３及び発光素子４からヒートシンクベース５へ伝導した熱は、ヒートシンクベース５から放熱フィン６へさらに伝導する。ヒートシンクベース５及び放熱フィン６の表面から周囲の空気へ熱が散逸することにより、発光素子４が冷却される。本実施の形態における放熱フィン６は、金属板を例えばプレス加工により曲げることで形成されている。放熱フィン６の基部６ａは、第二表面５ｂに対して熱伝導可能となるように接している。放熱フィン６の基部６ａが、第二表面５ｂに対して、直接接触していてもよいし、熱伝導性材料を介して接してもよい。

本実施の形態では、複数の放熱フィン６が、灯軸ＡＸを中心とする放射状となるように配置されている。放熱フィン６は、灯軸ＡＸに平行な表面を有する。図示の例に代えて、例えば、複数の放熱フィン６が互いに平行となるように配置されてもよい。また、板状の放熱フィン６に限らず、例えば、ピン形の形状を有するピンフィンを放熱フィンとして用いてもよい。

図１に示すように、本実施の形態において、ヒートシンクベース５は、灯軸方向から見たときに、円形に沿う外縁形状を有する。このような例に限らず、灯軸方向から見たときのヒートシンクベース５の外縁形状は、楕円形でもよいし、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形のような多角形でもよい。

照明装置１Ａは、ヒートシンク２へ送風するファン（図示省略）を備えていてもよい。照明装置１Ａは、照明装置１Ａの外部に配置された電源から直流電力の供給を受けることによって発光素子４を点灯させるものでもよい。または、照明装置１Ａは、電源装置（図示省略）を備えていてもよい。当該電源装置は、例えば商用電源から供給される交流電力から直流電力を生成する電源回路と、当該直流電力により発光素子４を点灯させる点灯回路とを有していてもよい。

図３に示すように、透光カバー７は、基板３及び発光素子４からなる光源部を覆っている。光源部は、ヒートシンクベース５及び透光カバー７により囲まれる内部空間に収納される。発光素子４から発せられた光は、透光カバー７を透過して、外部空間へ照射される。本実施の形態であれば、透光カバー７を備えたことで、基板３及び発光素子４を、埃あるいは油分などの汚れ、水分、大気中の腐食性ガス、虫その他の小動物などから、確実に保護することができる。透光カバー７は、光を正透過させる、透明材料で作られていてもよい。または、透光カバー７は、光を拡散透過させるものでもよい。透光カバー７は、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂などの樹脂材料、またはガラス材料で作られていてもよい。

透光カバー７は、環状のカバー縁部７ａと、灯軸方向に対して垂直な平板状のカバー底壁７ｂと、カバー縁部７ａをカバー底壁７ｂにつなぐ環状のカバー周壁７ｃとを備える。カバー縁部７ａは、基板３の外縁よりも外周側の位置において、ヒートシンクベース５の第一表面５ａに接している。カバー縁部７ａは、カバー周壁７ｃの外周面よりも外周側へ突出している。カバー縁部７ａが第一表面５ａに直接接触してもよい。カバー縁部７ａと第一表面５ａとの間にシール材または接着剤が設けられてもよい。カバー底壁７ｂは、基板３及び発光素子４に向かい合うように位置する。カバー周壁７ｃは、曲面部７ｄを有する。曲面部７ｄは、外側に凸の曲面となる壁面を形成する。曲面部７ｄは、カバー底壁７ｂの外周につながる。図３の例では、カバー底壁７ｂの外周に対して曲面部７ｄの内周が境界部７ｆにて段差無く滑らかにつながっている。本実施の形態において、カバー底壁７ｂ及びカバー周壁７ｃは、全体的にほぼ一定の厚さを有する。カバー縁部７ａの厚さは、カバー底壁７ｂの厚さ、あるいはカバー周壁７ｃの厚さよりも大きい。カバー縁部７ａの厚さは、灯軸方向に沿って測った寸法である。

本実施の形態におけるカバー周壁７ｃは、垂直部７ｅをさらに備える。垂直部７ｅは、カバー縁部７ａと曲面部７ｄとの間をつなぐ。垂直部７ｅは、カバー底壁７ｂに対して垂直な壁面を形成する。垂直部７ｅの上端は、カバー縁部７ａにつながる。図３の例において、垂直部７ｅの下端は、曲面部７ｄの上端に対して、境界部７ｇにて段差無く滑らかにつながっている。

灯軸方向の長さに関して、曲面部７ｄの長さは、カバー縁部７ａからカバー底壁７ｂまでの長さの５０％以上である。図３中の距離Ｘは、カバー縁部７ａからカバー底壁７ｂまでの灯軸方向の長さに相当する。距離Ｘは、カバー縁部７ａの下面から、カバー底壁７ｂの下面までの、灯軸方向の距離である。図３中の距離ｈ１は、カバー縁部７ａの下面から、境界部７ｇまでの、灯軸方向の距離である。

本実施の形態において、距離ｈ１は、距離Ｘの５０％以下である。よって、次の式（１）及び式（２）が成立する。
ｈ１≦Ｘ／２ ・・・（１）
Ｘ／２≦Ｘ−ｈ１ ・・・（２）

距離（Ｘ−ｈ１）は、曲面部７ｄの、灯軸方向の長さに相当する。上記式（２）が示す通り、この距離（Ｘ−ｈ１）は、カバー縁部７ａからカバー底壁７ｂまでの灯軸方向の長さである距離Ｘの５０％以上となる。以下の説明では、距離（Ｘ−ｈ１）を「曲面部７ｄの灯軸方向長さ」と称し、距離Ｘを「カバー周壁７ｃの灯軸方向長さ」と称する。

以下の説明では、照明装置１Ａの光源部から放射された光の量に対する、透光カバー７を透過して外部空間へ照射された光の量の割合を、光取り出し効率［％］と称する。一般に、面に入射する光の入射角は、面の法線と入射光の方向とのなす角度として定義される。発光素子４からの光が透光カバー７の壁面に入射する際には、フレネルの式に従い、透過成分と反射成分とに分かれる。光取り出し効率を向上させる上では、反射成分を低減し、透過成分を増加させることが好ましい。フレネルの式から、入射角が小さいほど、透過成分が増加する。したがって、光取り出し効率を向上させる上では、発光素子４からの光が透光カバー７の壁面に入射する入射角が小さいことが好ましい。

発光素子４から曲面部７ｄに入射する光の入射角は、発光素子４から垂直部７ｅに入射する光の入射角よりも小さくなる。このため、発光素子４から曲面部７ｄに入射する光は、反射成分が比較的少なく、透過成分が比較的多いので、光取り出し効率の向上に有利になる。それゆえ、カバー周壁７ｃの灯軸方向長さ（Ｘ）のうち、曲面部７ｄの灯軸方向長さ（Ｘ−ｈ１）の割合が高いほど、光取り出し効率が向上すると言える。本実施の形態であれば、曲面部７ｄの灯軸方向長さ（Ｘ−ｈ１）がカバー周壁７ｃの灯軸方向長さ（Ｘ）の５０％以上となることで、光取り出し効率を向上させる上で有利になり、ひいては照明装置１Ａの消費効率［ｌｍ／Ｗ］を向上させる上で有利になる。光取り出し効率が向上すると、同じ光束を達成するために必要な発光素子４の数を削減できるので、原価を低減でき、省エネルギーが図れる。また、光源部への投入電力を抑えられることで発熱量が低下するので、ヒートシンク２の小型化が図れる。

また、本実施の形態であれば、発光素子４から第一方向へ発せられた光がカバー底壁７ｂに入射する入射角は、実質的に０°になる。このため、カバー底壁７ｂを透過する透過成分の割合が多くなるので、光取り出し効率の向上にさらに有利になる。

本実施の形態において、光源部の光軸は、カバー底壁７ｂに対して垂直である。光源部から発せられる光の放射強度が最大になる方向は、光軸の方向である。光源部から光軸の方向に発せられた光がカバー底壁７ｂに入射する入射角は、実質的に０°になる。このため、光軸の方向に発せられた放射強度の高い光のうち、カバー底壁７ｂを透過する透過成分の割合が多くなるので、光取り出し効率の向上に特に有利になる。

本実施の形態であれば、照明装置１Ａの組立時あるいは施工時に、カバー底壁７ｂの外面が接地するようにして照明装置１Ａを床あるいは組立ラインなどに置くことが可能である。このとき、カバー底壁７ｂが灯軸ＡＸに対して垂直な平板状であるので、灯軸ＡＸが床面等に対して垂直となる姿勢で照明装置１Ａを確実に保持することができ、照明装置１Ａを安定して置くことができる。それゆえ、良好な組立性及び施工性が得られる。なお、照明装置１Ａを床面等に置いたときの安定性をより高くする上では、カバー底壁７ｂの直径がなるべく大きいことが好ましい。カバー底壁７ｂの直径は、図２中で左側の境界部７ｆと右側の境界部７ｆとの間の距離に相当する。カバー底壁７ｂの直径が、例えば、ヒートシンクベース５の直径の１／２以上であれば、照明装置１Ａを床面等に置いたときの安定性がより確実に高まる。

本実施の形態では、カバー周壁７ｃが垂直部７ｅを備えることで、以下の効果が得られる。照明装置１Ａを床面に置くと、灯軸方向の荷重がカバー周壁７ｃに作用する。垂直部７ｅは、灯軸方向の荷重に対して、高い剛性を有する。このため、照明装置１Ａを床面等に置いたときにカバー周壁７ｃが灯軸方向の荷重をより安定して支えることができるので、照明装置１Ａをより安定して置くことができる。

本実施の形態では、灯軸方向から見たときのカバー周壁７ｃの外縁形状が円形である。これにより、光源部からカバー周壁７ｃを透過して外部空間へ照射される光を、灯軸ＡＸを中心とする周方向に関して、均等に配光させることができる。

ただし、本開示におけるカバー周壁の外縁形状は、円形に限定されるものではなく、例えば、楕円形でもよいし、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形のような多角形でもよい。

実施の形態２．
次に、図４及び図５を参照して、実施の形態２について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、前述した要素と共通または対応する要素には、同一の符号を付して、共通する説明を簡略化または省略する。図４は、実施の形態２による照明装置１Ｂの部分的な断面図である。

図４に示すように、実施の形態２による照明装置１Ｂは、透光カバー７の形状が実施の形態１と異なる。実施の形態２における透光カバー７は、図３の実施の形態１に比べて、距離ｈ１が短縮され、曲面部７ｄの灯軸方向長さ（Ｘ−ｈ１）が拡大されている。なお、図４中の二点鎖線は、実施の形態１における透光カバー７の形状を示す。

以下の説明において、「曲面部７ｄの曲率半径Ｒ」とは、灯軸ＡＸを含む断面における曲面部７ｄの内面の曲率半径を意味する。実施の形態２における曲面部７ｄの曲率半径Ｒは、実施の形態１における曲面部７ｄの曲率半径Ｒよりも大きい。実施の形態２におけるカバー底壁７ｂの面積は、実施の形態１におけるカバー底壁７ｂの面積よりも小さい。

図４中の光線Ｓは、特定の発光素子４から放射された光の例を示す。実施の形態２において、光線Ｓは、曲面部７ｄに入射する。このとき、曲面部７ｄの内面と光線Ｓとの間の角度は、θ２となる。これに対し、実施の形態１の場合、光線Ｓは、カバー底壁７ｂに入射する。このとき、カバー底壁７ｂの内面と光線Ｓとの間の角度は、θ２よりも小さいθ１となる。このように、実施の形態２であれば、透光カバー７に入射する光線Ｓと透光カバー７の内面との間の角度θ２が、実施の形態１における角度θ１と比べて、より垂直に近くなる。それゆえ、光線Ｓが透光カバー７を透過する透過成分の割合が実施の形態１よりも多くなるので、光取り出し効率が実施の形態１よりも向上する。

図５は、曲面部７ｄの曲率半径Ｒと、光取り出し効率との関係の例を示す図である。曲面部７ｄの曲率半径Ｒは、２０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下であることが好ましい。図５が示す通り、曲面部７ｄの曲率半径Ｒの値が上記の範囲内にある場合には、より優れた光取り出し効率が得られる。

図５の関係は、カバー周壁７ｃの灯軸方向長さ（Ｘ）が４０ｍｍのときの光学解析結果を示す。図５において、曲面部７ｄの曲率半径Ｒが４０ｍｍ以上であると、特に優れた光取り出し効率が得られる。したがって、曲面部７ｄの曲率半径Ｒは、カバー周壁７ｃの灯軸方向長さ（Ｘ）以上であることがさらに好ましい。また、曲面部７ｄの曲率半径Ｒは、カバー周壁７ｃの灯軸方向長さ（Ｘ）の３倍以下であることが好ましい。

図４に示す例において、曲面部７ｄの灯軸方向長さ（Ｘ−ｈ１）は、カバー周壁７ｃの灯軸方向長さ（Ｘ）の８０％以上である。このような関係を満足することで、光取り出し効率を向上させる上でさらに有利になる。

１Ａ 照明装置、 １Ｂ 照明装置、 ２ ヒートシンク、 ３ 基板、 ４ 発光素子、 ５ ヒートシンクベース、 ５ａ 第一表面、 ５ｂ 第二表面、 ６ 放熱フィン、 ６ａ 基部、 ７ 透光カバー、 ７ａ カバー縁部、 ７ｂ カバー底壁、 ７ｃ カバー周壁、 ７ｄ 曲面部、 ７ｅ 垂直部、 ７ｆ 境界部、 ７ｇ 境界部

Claims (7)

1. 光源部と、
   前記光源部で発生した熱を散逸させるヒートシンクと、
   前記光源部を覆う透光カバーと、
   を備える照明装置であって、
   前記透光カバーは、
   環状のカバー縁部と、
   前記照明装置の灯軸に対して垂直な平板状のカバー底壁と、
   前記カバー縁部を前記カバー底壁につなぐ環状のカバー周壁と、
   を備え、
   前記カバー周壁は、外側に凸となる曲面を形成するとともに前記カバー底壁の外周につながる曲面部を有し、
   前記灯軸の方向の長さに関して、前記曲面部の長さは、前記カバー縁部から前記カバー底壁までの長さの５０％以上である照明装置。
2. 前記光源部の光軸が前記カバー底壁に対して垂直である請求項１に記載の照明装置。
3. 前記カバー周壁は、前記カバー縁部と前記曲面部との間をつなぐ垂直部を有し、
   前記垂直部は、前記カバー底壁に対して垂直である請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記灯軸を含む断面において、前記曲面部の曲率半径が、２０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記灯軸を含む断面において、前記曲面部の曲率半径が、前記カバー縁部から前記カバー底壁までの前記長さ以上である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記曲面部の前記長さは、前記カバー縁部から前記カバー底壁までの前記長さの８０％以上である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記灯軸の方向から見たときの前記カバー周壁の外縁形状が円形である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の照明装置。

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