JP3100808U - 白色ｌｅｄ照明用光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤの個数が少なくても十分な照度を保証でき、省エネルギー化並びにメンテナンスフリー化を図り得る白色ＬＥＤ照明用光源の提供。
【解決手段】 照明装置用灯具本体１の照光面に対応する形状の板面に所要の複数個の保持孔が所定長ピッチの行列的な配置で備えられてなる反射板９に対し、複数個の白色ＬＥＤ１１を各保持孔に介挿し保持させて各電極部１２に関連するＬＥＤチップの直近後方部において固定する一方、反射板９の直後方に並設したＬＥＤ用基板１０に各白色ＬＥＤ１１の正負の端子を装着するとともに正負の端子毎に印加電圧に適合した直並列電気回路網を形成する。
【選択図】 図７

Description

本考案は、道路、公園など広場に設置する街路灯に用いて好適な白色ＬＥＤ照明装置における光源としての白色ＬＥＤ照明用光源に関する。

従来、道路や公園における照明には白熱電球、水銀灯、蛍光灯が専ら用いられているが、それらは比較的に電力を消費することから省エネルギーを図るためとして、蛍光灯よりも遥かに小さな電力ですむとされるＬＥＤ（発光ダイオード；Light Emitting Diode）の利用が検討されて来ている。しかし、ＬＥＤは点光源形で指向性が強くて閃光のように眩しく感じるなど種々の特性面から野外等での照明には適さないとされ普及には至っていないのが実状であるが、建物内外で用いられるＬＥＤ照明器具に関するものとしての典型的な先行技術がある（例えば、特許文献１参照）。

これに対して、省エネルギーが図られるとともに街路灯などの照明器具により適したＬＥＤ照明器具を提供するべく、本考案者等は、先にＬＥＤを光源に用いて成る新規な照明器具を提案した（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１の照明器具は、複数のＬＥＤを有しこのＬＥＤの直下に中空の導光板を設け、導光板の中心軸に沿ってこの導光板を支持する支柱を設け、導光板の導光部の内側表面に拡散反射特性と拡散透過特性を有する拡散層を形成すると共に支柱の表面に拡散反射層を形成し、導光部の上側端面に沿ってＬＥＤを配設した構造である。

このような照明器具は、点光源のＬＥＤから面光源を得るのに、「複数のＬＥＤに対して、内側表面に拡散反射特性と拡散透過特性を有する拡散層を形成した導光部を持つ導光板とこの導光板に並設した拡散反射層とを備える」との特殊な構造が必要であり、構造の複雑化を齎すだけでなく、透明体の導光板内での減光があることから、十分な照度を得るのにＬＥＤを数多く要する不経済があり、更に、屋外で使用するにはこれらの部材を覆うためのグローブが不可欠で照度保持、器具コストの面で種々問題が多い。

他方、特許文献２の照明器具（以下、先提案照明器具と称する）は、汎用のソケットに着脱可能な口金に同軸の一体を成して取付けた五重層構造で砲弾形中空容器状のＬＥＤ用保持ユニットに対して、複数個のＬＥＤを分散させて挿脱可能に装着し、かつこの挿脱操作に応じて前記口金との電気的接続・離断可能に構成し、更に、その外側に砲弾形の透明カバーを着脱可能に取付けた全体として砲弾形電球の照明灯に形成したものである。

このような構成の先提案照明器具は、省エネルギーに適した灯具としての所期の目的は十分達成し得るものであるが、点光源形のＬＥＤがＬＥＤ用保持ユニットの外周に分散配置された構造の点から、一つ一つの輝度が可なり大きくて歩行者の眼に強い刺激を与える恐れが考えられること、通常ＬＥＤは光の指向性が強い（狭角）特性があるため、全体的に発光が広がり難くて1個の照明器具当たりの照射範囲（領域）が狭くなって単位領域についての照明器具基数が増えることなど、解決を要する問題が依然として残っている。
特開平１１−２１３７３０号公報（第２−３頁［０００９］〜［００１４］、図1、図2、図３） 特願２００２−００７７６２号（第５−７頁［０００８］〜［００１２］、第1図、第2図）

本考案は、上記の事実に鑑みて成されたものであって、従って、本考案の目的は、灯具の形態・デザインを発光の分散が助長されるようなものにした場合において、ＬＥＤの個数を増やさずに十分な照度を保証することが可能で、総合的に省エネルギー化並びにメンテナンスフリー化を図ることが出来る白色ＬＥＤ照明装置に用いて最適な白色ＬＥＤ照明用光源を提供しようとするものである。

本考案は上述の目的を達成するためとして、先ず請求項１の考案に関しては、照明装置における灯具本体１の照光面に対応する形状の板面に所要の複数個の保持孔が所定長ピッチの行列的な配置で備えられてなる反射板９に対して、複数個の白色ＬＥＤ１１を前記各保持孔に介挿し保持させて各電極部１２に関連するＬＥＤチップの直近後方部において固定する一方、反射板９の直後方に並設したＬＥＤ用基板１０に各白色ＬＥＤ１１の正負の端子を装着するとともに正負の端子毎に印加電圧に適合した直並列電気回路網を形成することにより白色ＬＥＤ照明用光源を構成してなるものである。

このような本考案によれば、所定長ピッチの行列的な配置で備えられる複数個の白色ＬＥＤ１１に対して各電極部１２に関連するＬＥＤチップの直近後方部に共通の反射板９を設けたことにより、白色ＬＥＤ１１の見かけ上の数量増大と有効な光反射とが相俟って前方への光照射がロス無く効率的に行われることから、白色ＬＥＤ１１の数を最小としながら照度を十分維持させることができる。従って、街路灯などの白色ＬＥＤ照明装置に実施して好ましい白色ＬＥＤ照明用光源である。

また本考案は上記目的達成のために、請求項２の考案に関しては、請求項１記載の白色ＬＥＤ照明用光源において、複数個の白色ＬＥＤ１１を反射板９に対して各電極部１２に関連するＬＥＤチップの２〜４ｍｍ後方部において固定してなる構成としたことを特徴とする。

このような本考案によれば、２〜４ｍｍの間隔を存する後方部に反射板９の前表面が位置するように適正な範囲内で寸法決めして固定することにより、電極部１２に関連するＬＥＤチップでの発光を減衰が最も少なくかつ効率良く前方に向け反射させることが可能となる。

本考案は叙述のように、白色ＬＥＤ照明用光源としては反射板による白色ＬＥＤの見かけ上の数量増大と有効な光反射とが相俟って前方への光照射がロス無く効率的に行われることから、白色ＬＥＤの数を最小としながら照度を十分維持させることができ、街路灯などの白色ＬＥＤ照明装置に実施して好ましいものである。

更に本考案は、白色ＬＥＤを照明装置の光源に用いているので、長寿命、低電力負荷の下で十分な照度を保証できて、総合的に低ランニングコストを維持し得るとともに、省エネルギー化並びにメンテナンスフリー化を図ることが出来る。

以下、本考案の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は本考案の一つの実施の形態に係る白色ＬＥＤ照明装置の全体姿図で、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図である。図示の白色ＬＥＤ照明装置は、灯具本体１と、灯具用支柱２と、電源装置４と、太陽電池５とから構成される。
灯具用支柱２は、例えば、下端支承部１５、ポール部２１からなるステンレス鋼製の直立形1本柱であって、図示する上端部寄りの中間部又は上端部に支持腕１を突設させて有する。この灯具用支柱２は、例えば街路灯支柱として用いられて、道路の歩行者道における車道側路肩の近部に支持腕１４を歩行者道側に突き出させた姿勢にて立設される。

電源装置４は、灯具本体１における後述の白色ＬＥＤ照明用光源３（以下、光源３と略称する）に給電するためとして設けられるものであって、長寿命型制御弁式鉛蓄電池などの蓄電池が使用され、支柱２の下部である下端支承部１５の内部の所定空所に収設される。なお、電源装置４としては、上記蓄電池に加えてインバーター（交流―直流変換機）を非常用として必要に応じ付設して、低圧配電線から電力供給を受けるようにすることも可能である。

太陽電池５は、灯具用支柱２の頂部に取付けて太陽光を最大に受け易い方向及び傾斜角度で固定されるが、設置条件により３種類（多結晶・単結晶・単結晶＋アモルファス）の結晶系太陽電池の中から適宜のものが選定される。この太陽電池５から得た電力を図示しないが後述する光源用コントローラ６を経由して前記蓄電池４に蓄電させるように回路構成している。なお、太陽電池５は必ずしも必要でなく、灯具本体１のみを灯具用支柱２に取付けて電灯・電力配電線からの電力供給を受けるようにした照明装置もまた本考案の範囲に含まれるものである。

灯具本体１は、灯具筐体７とこの灯具筐体７の底部開口に合着される無色透明のグローブ８とにより、左右の幅方向に比して前後の奥行方向が長い「擬似Ｔ太字」の形状を成す外筐体が形成されていて、灯具筐体７はステンレス鋼製になるもの、グローブ８はアクリル樹脂製になるものが用いられる。この灯具本体１は灯具筐体７の後端部に一体で突設させた取付け基部１３を支持腕１４に嵌合・固定させて灯具用支柱２に支持され、例えば歩道の真上約３．５ｍの位置において照光面を下向きにしかつ長手側軸をやや上向きに前方に延ばした姿勢で定置される。

図２、図３、図４には、図１における灯具本体１の側面図、底面図、正面図がそれぞれ示される。図５には上記灯具本体１の斜め下方からの分離示斜視図が図示され、図６には同じく灯具本体１の後側方からの斜視図が図示される。また、図７には上記灯具本体１の後部における幅方向の概略示縦断面図が図示され、図８には図７における光源３の部分拡大図が図示される。

本考案の一つの実施の形態に係る白色ＬＥＤ照明装置における灯具本体１の構成について以下に説明する。
灯具本体１は、灯具筐体７とグローブ８と光源３と光源用コントローラ６とを備える。灯具本体１における外筐体を形成する灯具筐体７とグローブ８は、筐体内に収設される光源３に対向する個所の横断面形状が、取付け基部１３寄りの各後部７A，８Aにおいては、前後方向の長手側に平行な側辺を短辺とする長方形であり、これに一体で連なる前部７B，８Bにおいては、後部７A，８Aに比し幅狭くて先細りの細長台形であり、組付け時には灯具筐体７を上、グローブ８を下にして開口部相互を合わせ付けるとともに、グローブ８の周縁部に嵌め付けたステンレス鋼製になるグローブ縁枠２２を灯具筐体７の周縁部に内嵌合しビス締め付けなどの固着手段によって、防水形一体構造の外筐体が形成される。

グローブ８は図５及び図７を参照すれば明らかなように、照光面部が内面は平滑面１７で、外面は山条と谷条を数ｍｍ、例えば５ｍｍのピッチで交互に繰り返し隣り合わせてなる縦縞の凹凸条面１８であって、全体形状として長手側の中心線を底にして左右の幅方向に対称を成す湾曲板面に形成される。

一方、光源３は、反射板９と、ＬＥＤ用基板１０（以下、基板１０と略称する）と、所要の複数個の白色ＬＥＤ１１とを要素部材として、前記外筐体の内部空間の横断面形状に対応した形状の板体面状光源に構成される。図５及び図７を参照して、反射板９はアルミニウム等の金属板で前反射面が鏡面仕上げされてなる所定形状の板体が用いられ、使用する白色ＬＥＤ１１の所定数に等しい数の保持孔が所定ピッチの行列的な配置で穿孔された孔明き板を形成している。一例として、白色ＬＥＤ１１の外径に７ｍｍ程度のギャップを加えた寸法のピッチを基準に、千鳥足跡状、碁盤升目状等の行列配置で保持孔を並べて穿孔した孔明き鏡板が挙げられる。

次に、白色ＬＥＤ１１は、砲弾形を成す所定数の各ＬＥＤを前記各保持孔に介挿し保持させて反射板９にそれぞれ固定するが、この場合、図８に示されるように電極部１２に関連して設けられるＬＥＤチップ（図示せず）に対して直近後方部に、好ましくは、２〜４ｍｍの間隔ｄ _０ を有する後方部に、反射板９の前表面が位置するように寸法決めして固定する。このようにするのは、電極部１２での発光を減衰が最も少なく効率良く前方に向け反射させるためとしては、反射板９の上記寸法になる当該位置が最適条件であるに他ならないからであり、この場合の最適条件に関しての実測に基づく検討結果は、後述する説明により明らかにされる。

基板１０は周知の配線用の基板であって、白色ＬＥＤ１１における細導電線からなる正端子２３、負端子２４に対応した所定の配列でかつ所定数の極細孔が明けられていて、この基板１０を反射板９の直後方に並設して前記極細孔を利用して各白色ＬＥＤ１１の正端子２３、負端子２４それぞれを基板１０に対して半田付２５により装着させる。そして、正負の端子ごとに印加電圧に適合した直並列電気回路網を形成する。

上述の構成になる光源３において、図５を参照して長方形状をなしている前記後部７Ａに収設される部分は、当該部分が幅広の個所であるところから、反射板９及び基板１０をグローブ８における後部８Ａの長方形湾曲板面に対応させた形状である広口半角樋状の折曲板に形成し、一方、細長台形状をなす前記前部７Ｂに収設される部分は、反射板９及び基板１０をグローブ８における前部８Ｂの細長台形湾曲板面に対応させた形状である細長台形の平板に形成してなり、このように構成された光源３全体をグローブ８に対して約２０ｍｍの間隔ｄ1（図７参照）が保持されるように位置決めして灯具筐体７内に収設する。

一方、光源用コントローラ６については、該コントローラ６は光源３の点・消灯、電源装置４における蓄電池の充・放電、太陽電池５の接・断路などのコントロールを行わせる制御系であって、タイマー、日照センサなどの制御指令要素と、太陽電池５の出力電圧を感知する自動電圧感知手段及び該手段により太陽電池５から得た電力を蓄電池に蓄電させる自動蓄電手段と、さらに前記制御指令要素からの制御指令に基づき光源３を発光量の調節可能に点・消灯させる光源制御手段などを備えていて、それらを一体的に纏めてなる本体部を図７に略示するごとく、灯具筐体７内における光源３の背後空所に収納して、光源３、電源装置４及び太陽電池５に電気的に関連させている。

以上、一実施形態に係る白色ＬＥＤ照明装置の主要部の構成について説明したが、図２、図５において符号１６で示す部材は遮熱板であり、必要に応じて灯具本体１に付設するものである。この遮熱板１６は、灯具本体１の平面外形状に相似する形状のアルミニウム等の金属製のプレス加工板であり、灯具筐体７の直上方に僅少な空隙を存して日除け板状に覆わせて設けられる。このように遮熱板１６を設けることによって、灯具本体１への直射日光を遮らせて本体内の温度上昇を抑えることができる。

一方、灯具用支柱２を中空パイプにより形成することも好ましい手段であり、この場合、支柱上端部よりのパイプ壁に図示しないが空気逃がし口を通常の手段によって開口させるものであって、支柱内の中空部が煙突効果を奏し得るところから、下方部に設けた外気温度による発生熱を空気逃がし口から排出できて温度上昇を防止し、蓄電池の性能安定化、長寿命化が果たされる。

また、図２、図３において符号１９、２０はそれぞれ吸気口、排気口であり、吸気口１９は灯具筐体７の前記後部７Ａにおける側板の後面部に開口され、一方、排気口２０は前記後部７Ａにおける側板の側面部に開口されていて、排気口２０に対して低レベルに設けた吸気口１９から吸入した外気を灯具筐体７内を経て排気口２０から排出させて自然換気により内部温度上昇が抑えられる結果、温度条件にシビアな光源用コントローラ６及び白色ＬＥＤ１１の性能を安定させることができる。

以上述べた構成になる本考案装置の作用を次に説明する。灯具本体１は灯具用支柱２により支持させて、例えば歩道の真上３〜４ｍの位置において照光面を下向きにしかつ長手側軸をやや上向きに前方に延ばした姿勢、即ち、例えば図６において水平線に対する傾斜角度θ1＝５度の上向きに前方に延ばした状態で定置する。なお、図６に示す照明装置は、灯具筐体７の前部７Ｂの光源３が前記長手側軸に対して上向きに５度傾斜するように設けられていて、従って前部７Ｂの光源３が水平線に対する傾斜角度θ2＝５度の上向きに前方に延びた状態となっている。

この設置状態で光源用コントローラ６の自動制御で灯具本体１を日没から日の出までの間に点灯させる。この場合、太陽電池５から得た電力を光源用コントローラ６を経て電源装置４の蓄電池に蓄電することにより、必要な電力量の全てを太陽エネルギーで賄うことが可能である。高輝度の白色ＬＥＤ１１を光源としてなる本照明装置は、従来の蛍光灯に比して同じ明るさでありながら約１／３の電力で済み、かつ長期間（約１３年）に亘って球切れが生じなく、また、光の波長が太陽光に近いので虫の飛来が非常に少なく、さらに蛍光灯が点灯しない寒冷地でも照度を確保しての使用が可能である。

特筆すべきは、灯具本体１の照射範囲が格段に広くなる利点がある。即ち、「擬似Ｔ太字」の形状を成している灯具に格好のデザインと、図７に模式的に示す如く、反射板９による光反射能及びグローブ８の波状凹凸・湾曲板面による光屈折能が発揮する相乗作用とに基づいてグローブ８を透過した光は広い範囲に向けて拡散することになり、その結果、照明装置の直下位置を基点として地上の有効照射範囲は幅方向が奥行き方向に比して約２倍と相当に長い略楕円状領域を呈して、照射範囲が広大でかつ街路灯として理想的な照度分布を得ることが可能となったものである。また、グローブ８の照光面部の全面が、所謂、眼に優しい一様な明るさで輝くこともこの灯具本体１の特徴である。

図９には、本考案の実施の形態に係る白色ＬＥＤ照明装置の点灯時における路面上での実測になる照度分布の態様が示される。実測に際し、灯具本体１を歩道の真上３４５０ｍの高さの位置で照光面を下向きにし、かつ長手側軸を水平線に対する傾斜角度θ1＝１０度の上向きに前方に延ばした状態となして設置した。灯具本体１としては、白色ＬＥＤ（品番；ＮＳＰＷ５００ＢＳ、光度９．２０ｃｄ／球）を１２０個千鳥足跡の配列で並べたもの（消費電力≒１０Ｗ）を使用した。

図９によれば、灯具本体１の真下の位置では、４２．６ｌｘの照度が得られ、遠ざかる程に３５．０ｌｘ、２０．０ｌｘ、５．０ｌｘと減衰して、灯具本体１の長手方向（道路においては幅方向）では、２．３ｍ（車道側）と３．３ｍ（反車道側）の離隔位置で１．５ｌｘが確保され、灯具本体１の幅方向（道路においては前後方向）では、前後両５．３ｍ（車道側）の離隔位置で１．５ｌｘが確保された。これに対して、灯具本体１のグローブ８を凹凸条面がなくて内外両面とも平滑面にさせてなる湾曲板面とした他は全て同等の条件のもので比較実験したところ、灯具本体１の幅方向（道路においては前後方向）においては、前後両３．０ｍ（車道側）の離隔位置で１．５ｌｘが確認された。
両対比の結果から明らかなように、殊に灯具本体１の幅方向において有効照射範囲の拡狭差は一層判然となるに至り、本考案に係る照明用光源を用いてなる照明装置の有利性がここに立証されるものである。

ところで、電極部１２に関連するＬＥＤチップに対し間隔ｄ _０ （図８参照）を有する直近後方部に反射板９を設けるに当たって、前述する最適条件を求めるべく発明者によって種々の実験・検討を重ねたが、前記間隔ｄ _０ を変えた場合におけるＬＥＤ１１の発光照度の変化について実測したところ、以下に述べるような結果が得られた。なお、ＬＥＤ１１としては胴径５mmφの砲弾型白色ＬＥＤ（製品番号；NSPW515BS）を用い、一方、反射板９としては前反射面が鏡面仕上げされてなるアルミニウム板体を用いて、ＬＥＤ１１の真正面前方に３００mm離した位置に対向配設した照度計によって該ＬＥＤ１１の発光照度を実際に測定した。

上述の測定の結果は、ｄ _０ ＝２mmの場合で１２４ルクス、ｄ _０ ＝３mmの場合で１１６ルクス、ｄ _０ ＝４mmの場合で１１０ルクスとなり、一方、反射板９なしの場合では１０７ルクスであって、以上の結果から、２〜４ｍｍの間隔ｄ _０ を有する直近後方部の範囲内に前表面が位置するように寸法決めして反射板９を固定することが、電極部１２での発光を減衰が最も少なく効率良く前方に向け反射させるための最適条件であることを明示している。

本考案の一つの実施の形態に係る白色ＬＥＤ照明装置の全体姿図で、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図。 図１における灯具本体１の側面図。 図１における灯具本体１の底面図。 図１における灯具本体１の正面図。 図１における灯具本体１の斜め下方からの分離示斜視図。 図１における灯具本体１の後側方からの斜視図。 図１における灯具本体１の後部における幅方向の概略示縦断面図。 図７における白色ＬＥＤ照明用光源３の部分拡大図。 本考案の実施形態に係る白色ＬＥＤ照明装置の点灯時実測になる照度分布図。

符号の説明

１…灯具本体 ２…灯具用支柱 ３…白色ＬＥＤ照明用光源
４…電源装置 ５…太陽電池 ６…光源用コントローラ ７…灯具筐体
７Ａ…灯具筐体後部 ７Ｂ…灯具筐体前部 ８…グローブ
８Ａ…グローブ後部 ８Ｂ…グローブ前部 ９…反射板
１０…ＬＥＤ用基板 １１…白色ＬＥＤ １２…電極部
１３…取付け基部 １４…支持腕 １５…下端支承部 １６…遮熱板
１７…平滑面 １８…凹凸条面 １９…吸気口 ２０…排気口 ｄ _０ …間隔

Claims (2)

1. 照明装置における灯具本体（１）の照光面に対応する形状の板面に所要の複数個の保持孔が所定長ピッチの行列的な配置で備えられてなる反射板（９）に対して、複数個の白色ＬＥＤ（１１）を前記各保持孔に介挿し保持させて各電極部（１２）に関連するＬＥＤチップの直近後方部において固定する一方、反射板（９）の直後方に並設したＬＥＤ用基板（１０）に各白色ＬＥＤ（１１）の正負の端子を装着するとともに正負の端子毎に印加電圧に適合した直並列電気回路網を形成してなることを特徴とする白色ＬＥＤ照明用光源。
2. 複数個の白色ＬＥＤ（１１）を反射板（９）に対して各電極部（１２）に関連するＬＥＤチップの２〜４ｍｍ後方部において固定してなる請求項１記載の白色ＬＥＤ照明用光源。
   

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