JP6304538B2

JP6304538B2 - 照明器具

Info

Publication number: JP6304538B2
Application number: JP2014069515A
Authority: JP
Inventors: 優樹姫野; 哲史森田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015191838A

Description

本発明は、天井や壁に設置される照明器具に関する。

近年、低消費電力且つ長寿命という利点から、ＬＥＤ(発光ダイオード)を光源とする照明器具が急速に普及してきている。しかしながら、ＬＥＤ光源は、従来の光源(蛍光ランプや白熱ランプ)に比べて光の指向性が強い。そのため、グレアが生じやすいという問題や、器具本体の直下(天井に設置された場合)あるいは前方(壁に設置された場合)のみに照射されて天井や壁に照射されないため、照明空間の明るさ感が得られ難いという問題がある。

このような問題を解決するものとして、従来、特許文献１記載の照明器具が提案されている。特許文献１記載の従来例は、システム天井に埋込配設される照明器具であって、基板上に二次元配列される複数のＬＥＤと、ＬＥＤ全体を覆うカバーとを備える。そして、この照明器具は、二次元配列された複数のＬＥＤのうち、最外周に位置するＬＥＤの出射面に対向して、ＬＥＤの光をカバーの側面(天井面)に向けて配光するレンズを備えている。つまり、最外周に位置するＬＥＤの光を全て天井に向けて照射することによって明るさ感を確保することができる。

特開２０１３−４１９１号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来例は、床面に光を照射するＬＥＤと、天井面に光を照射するＬＥＤとが別個独立しており、それぞれのＬＥＤに専用のレンズが必要であるため、照明器具自体の小型化が難しいという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、小型化を図りつつ照明空間の明るさ感の向上を図ることを目的とする。

本発明の照明器具は、発光素子を有する光源と、前記光源を配置する器具本体と、前記光源の光出射方向において、前記器具本体の前方に配設されて前記光源の取り出し面から出射される光の配光を制御する配光制御部材とを備える。前記配光制御部材は、前記取り出し面と対向し且つ前記光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光が進行する媒質部と、前記媒質部の外部との境界面であって前記光が出射する複数の出射面と、前記媒質部の外部との境界面であって前記光を前記媒質部に全反射する反射面とを具備する。前記入射面は、前記取り出し面と平行な平坦面からなる。前記出射面は、前記媒質部を挟んで前記入射面と対向する第１出射面と、前記第１出射面と前記反射面を囲む筒状の第２出射面とを有する。前記反射面は、前記第１出射面の周縁から前記第２出射面の前端に向かって傾斜する傾斜面からなる。前記配光制御部材は、前記反射面で全反射された光の一部が進行する行路上に、前記媒質部が存在しない空隙が設けられている。前記空隙の前記反射面との対向面が、前記光源から離れるにつれて前記反射面から離れる向きに傾斜する傾斜面である。

この照明器具において、前記空隙は、前記媒質部との境界面に凹凸が形成されていることが好ましい。

この照明器具において、前記取り出し面から取り出される光を前方に向けて反射する反射板を備えることが好ましい。

本発明の照明器具は、配光制御部材が、媒質部の外部との境界面であって前記光が出射する複数の出射面と、媒質部の外部との境界面であって前記光を媒質部に全反射する反射面とを具備する。また、本発明の照明器具は、入射面が、取り出し面と平行な平坦面からなり、出射面が、媒質部を挟んで入射面と対向する第１出射面と、第１出射面と反射面を囲む筒状の第２出射面とを有する。さらに、本発明の照明器具は、反射面が、第１出射面の周縁から第２出射面の前端に向かって傾斜する傾斜面からなる。そのため、本発明の照明器具は、１つの光源で床面と天井面の双方に必要十分な光を照射することができ、小型化を図りつつ照明空間の明るさ感の向上を図ることができるという効果がある。

本発明に係る照明器具の実施形態を示す断面図である。同上の分解斜視図である。同上の断面斜視図である。 (ａ)は同上の一部省略した断面図、(ｂ)は同上における配光制御部材の要部断面図である。同上の配光特性を説明するための説明図である。同上における実験結果を説明するための説明図である。同上における実験結果を説明するための説明図である。

以下、本発明の技術思想を天井埋込型の照明器具(ダウンライト)に適用した実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明の技術思想が適用可能な照明器具はダウンライトに限定されるものではなく、例えば、壁に埋め込まれる照明器具など、あらゆる照明器具に適用可能である。

本実施形態の照明器具は、図１〜図３に示すように光源１、器具本体２、配光制御部材３、反射部材４、取付板５などで構成される。なお、以下の説明では、特に断りの無い限り、図２において上下左右前後の各方向を規定する。具体的に、本実施形態でいう上とは、器具本体が取り付けられる側をいい、下とは、前記器具本体が取り付けられる側とは対向する方向をいう。

光源１は、照明器具の発光部を構成する部材である。本実施形態では、いわゆるCOB(Chip On Board)型のＬＥＤ光源を採用し、基板上に実装された複数のＬＥＤが、蛍光体を含む封止部材によって一括封止された構造を有する。

また、図３に示すように、本実施形態の光源１は、平面視で円形の取り出し面(発光面)10から光(例えば、白色光)が取り出される構成となっている。このように円形の取り出し面を有する光源１は、ＬＥＤから出射される光が全方位に向かって均一に照射されるので、均斉度が向上するほか、輝度むらが低く抑えられるため、光の質が重要視されるダウンライトなどの光源として特に有用である。しかし、本発明は、光源１の形状、種類などに特に限定されない。一方で、後述するように本発明の配光制御部材において、光源１から出射した光が入射する入射面の形状と略同等にすると、光の入光効率が向上し、効率のよい照明器具を提供することができるので好ましい。

器具本体２は、アルミダイカストによって円柱状に形成され、前面(下面)の中央に円柱状の固定台20が突設されている。そして、固定台20の下面に放熱シート６を介して光源１が固定される。また、器具本体２は、上下方向に貫通する通線孔21が設けられている。さらに、器具本体２の上面には、複数のねじ孔22が設けられている。

反射部材４は、円筒形の外郭40と、外郭40の下端から外郭40の中心に向かって上向きに傾斜した円錐状の反射板41とが合成樹脂成形体として一体に形成されてなる。反射部材４は、外郭40の上端を器具本体２の下面に当接させるようにして、接着やねじ止めなどの適宜の方法で器具本体２に固定される。なお、反射板41の底面が開口しており、この開口を通して光源１の発光面10が外部に露出する。

取付板５は、器具本体２がねじ止めされる矩形の天板50と、天板50の左右両端から下向きに突出する一対の側板51と、各側板51の下端から外向きに曲げ起こされた当接片52とが金属板を曲げ加工することで一体に形成されてなる。天板50には複数のねじ挿通孔500が貫通しており、各ねじ挿通孔500に挿通されたねじを器具本体２のねじ孔22にねじ込むことで取付板５が器具本体２に取り付けられる。また、天板50には器具本体２の通線孔21と連通する貫通孔501が設けられている。すなわち、図示しない電源装置と光源１を接続する給電線が貫通孔501並びに通線孔21に挿通され、給電線を介して電源装置から光源１に給電されるのである。

配光制御部材３は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの有機ガラスあるいはケイ酸塩ガラスや石英ガラスなどの無機ガラスを材料とし、全体として円錐台形状に形成されている。なお、配光制御部材３において、有機ガラス又は無機ガラスで形成されている部分を媒質部30と呼ぶ。配光制御部材３の形成材料は可視光の透過率が高いことが望ましいため、有機ガラスの場合はポリカーボネート樹脂よりもアクリル樹脂の方が好ましい。また、加工の容易性や製造コストの観点からは、無機ガラスよりも有機ガラスの方が好ましい。このようなことから、本実施形態における配光制御部材３は、アクリル樹脂で形成されている。

配光制御部材３は、上面の中央から円筒形の筒部31が上向きに突出し、上面における筒部31の周囲に凹部32が形成されている。すなわち、本実施形態では、この凹部32が空隙に相当する。

筒部31は、内径が反射部材４の外郭40の外径よりも僅かに大きく形成されるとともに、深さが外郭40の高さとほぼ同じ寸法に形成されており、その内部に反射部材４が収納される。また、筒部31には一対の嵌合孔310が貫通しており、外郭40の外周面に突設された一対の爪42が嵌合孔310に嵌合する(図１及び図３参照)。つまり、配光制御部材３は、筒部31の嵌合孔310と反射部材４の爪42との嵌合によって、器具本体２に結合される。

光源１の発光面10から放射される光は、筒部31の内底面から媒質部30に入射する。すなわち、本実施形態における配光制御部材３では、筒部31の内底面(平坦面)が入射面33となる。

配光制御部材３の下面には円錐台形状の凹所が形成されている。入射面33と対向する凹所の上底面は円形であって、媒質部30を進行した光が媒質部30の外に出射する出射面(第１出射面)34となる。なお、第１出射面34は平坦面であってもよいし、下に凸の曲面であってもよい。また、配光制御部材３の上面及び下面を除く周面が第２出射面35となる。さらに、第１出射面34の周縁から第２出射面35の前端(下端)に向かって傾斜する傾斜面(上底面を除く凹所の周面)が反射面36となる。ただし、反射面36は、媒質部30を進行した光を媒質部30に全反射するように、放物面形状などの曲面形状に形成されている。

本実施形態の照明器具は、図１に示すように器具本体２が取付板５を用いて天井板７の上(天井裏)に配設され、天井板７に設けられた埋込孔70を通して反射部材４の一部が天井板７から下に突出している。そして、配光制御部材３は、天井板７の下から筒部31が埋込孔70に挿通されて反射部材４と結合される。つまり、本実施形態の照明器具では、配光制御部材３が天井材７の下面側に露出することになる。

図４(ａ)に示すように、光源１の発光面10から放射される光は、直接あるいは反射部材４の反射板41に反射した後、配光制御部材３の入射面32に入射して媒質部30を進行し、大部分が第１出射面34から出射して床面に照射される。また、媒質部30を進行する光の一部は、配光制御部材３の反射面36で全反射して媒質部30を進行し、第２反射面35から出射して天井面(天井板７の下面)に照射される。

図５は本実施形態の配光特性を示しており、天井面の法線方向を０度としたときの角度と光度(単位：カンデラ)の関係を表している。ただし、光度については最大光度で正規化している。本実施形態の照明器具は、図５の配光特性から判るように、下方(床面)に十分な光を放射しつつ、天井面(角度が±９０度に近い部分)にも適度な光を照射することができる。

ところで、反射面36を大きくすると、第２出射面35から出射する光が増加して天井面が相対的に明るくなるものの、±９０度よりも小さい角度で放射される光も増加するためにグレアが増えてしまう。反対に反射面36を小さくすれば、第２出射面35から出射する光が減少して天井面が相対的に暗くなるものの、±９０度よりも小さい角度で放射される光が減少するためにグレアが減少する。

そこで、本発明者は、光源１の発光面10の直径φ１と、第１出射面34の直径φ２との比率ψ＝φ２／φ１をパラメータとし、この比率ψを変化させたときの配光特性を比較する実験(シミュレーション)を行ったところ、図６，図７に示すような結果が得られた。つまり、反射面36の最大径(第２反射面35の直径)を一定としているので、比率ψが大きいほど、反射面36の相対的な大きさ(面積)が小さくなる。

図６の横軸は図５と同じ角度(但し、マイナス側のみ)を示し、縦軸は光度(単位：カンデラ)を示している。図６において、比率ψ＝１．７２のときの配光特性を破線αで示し、比率ψ＝２．７０のときの配光特性を実線βで示している。また、本発明者の実験によると、例えば、天井高を３ｍとし、身長１７２ｃｍの人が照明器具から水平方向に１０ｍ離れた位置で天井を見上げた場合、天井面から８度下向き(角度＝−８２度)に向かう光の光度が５カンデラ以上のときに眩しく感じることが判った。

図７は、図６に示した２つの配光特性(破線α及び実線β)において、グレア(眩しさ)への影響が大きい角度範囲(おおよそ−８９度から−７７度の範囲)の配光特性を拡大して示している。図７において、一点破線γは、グレアが抑制され且つ天井面にも十分な光が照射される理想的な配光特性を示している。

図７から判るように、比率ψ＝１．７２のときの配光特性(破線α)は、理想的な配光特性(一点破線γ)から大きく外れており、前記角度範囲のほぼ全域で光度が５カンデラ以上となり、グレア(眩しさ)を感じる範囲も広くなっていると考えられる。

一方、比率ψ＝２．７０のときの配光特性(実線β)は、破線αの配光特性よりも理想的な配光特性(一点破線γ)に近付いており、−８５度から−７７度の領域では光度がほぼ５カンデラ以下となり、グレア(眩しさ)を感じる範囲が狭くなっていると考えられる。つまり、本発明者が行った実験によれば、比率ψを２以上、好ましくは２．７程度に設定することでグレアを抑制しつつ天井面に十分な光を照射することができることが判った。

上述のように本実施形態の照明器具は、発光素子(ＬＥＤ)を有する光源１と、光源１を配置する器具本体２と、光源１の光出射方向において、器具本体２の前方に配設されて光源１の取り出し面10から出射される光の配光を制御する配光制御部材３とを備える。配光制御部材３は、取り出し面10と対向し且つ前記光が入射する入射面33と、入射面33から入射した光が進行する媒質部30とを具備する。また、配光制御部材３は、媒質部30の外部との境界面であって前記光が出射する複数の出射面と、媒質部30の外部との境界面であって前記光を媒質部30に全反射する反射面36とを具備する。入射面33は、取り出し面10と平行な平坦面からなる。出射面は、媒質部30を挟んで入射面33と対向する第１出射面34と、第１出射面34と反射面36を囲む筒状の第２出射面35とを有する。反射面36は、第１出射面34の周縁から第２出射面35の前端に向かって傾斜する傾斜面からなる。

本実施形態の照明器具は、上述のように構成されているため、１つの光源１で床面と天井面の双方に必要十分な光を照射することができる。その結果、本実施形態の照明器具は、特許文献１記載の従来例と比較して、小型化を図りつつ照明空間の明るさ感の向上を図ることができる。

また、本実施形態の照明器具における配光制御部材３は、反射面36で全反射された光の一部が進行する行路上に、媒質部30が存在しない空隙(凹部32)が設けられることが好ましい。つまり、空隙(凹部32)を設けることにより、空隙(凹部32)を通過する際に配光を制御して第２出射面35から出射する光の角度を±９０度に近付けることができる。その結果、空隙(凹部32)を設けない場合と比較して、天井面の明るさ(照度)の均斉度が向上するという利点がある。

ここで、空隙(凹部32)の底面が曲面であると、媒質部30と凹部32の底面との境界面で全反射し、反射面36から出射してしまう光が増えると考えられる。このように反射半36から出射する光が増えると、床面に照射される光の均斉度が低下してしまう可能性が有る。これに対して本実施形態では、空隙(凹部32)の底面を平坦面としているので、床面に照射される光の均斉度の低下を抑制することができる。あるいは、図４(ｂ)に示すように空隙(凹部32)の底面を外に向かって上に傾斜する傾斜面とすれば、天井面に照射される光の均斉度の向上が図られるという利点がある。

さらに、本実施形態の照明器具において、空隙(凹部32)は、媒質部30との境界面に凹凸が形成されることが好ましい。空隙(凹部32)と媒質部30との境界面に凹凸が形成されることによって、空隙(凹部32)を通過する光が拡散されるので、天井面に照射される光の均斉度をさらに向上することができる。ただし、境界面全体に凹凸を形成するよりも、空隙(凹部32)を進行した光が媒質部30に入射する側の境界面にのみ凹凸を形成することが好ましい。なお、このような凹凸は、例えば、凹部32にシボ加工やディンプル加工を施すことで容易に形成可能である。

また、本実施形態の照明器具のように、取り出し面(発光面)10から取り出される光を前方(下方)に向けて反射する反射板41を備えることが好ましい。反射板41を備えない場合、取り出し面(発光面)10から取り出される光のうち、配光制御部材３の筒部31を通過する光の配光を制御することが困難となる。そのため、本実施形態のように反射板41を設ければ、取り出し面(発光面)10から取り出される光を効率的に入射面33に入射させることができ、グレアの抑制や均斉度の向上などを図ることができる。また、本実施形態では、発光面10の前後左右を全周に亘って囲むように反射板41を形成しているので、光の利用効率を高めることができる。

なお、配光制御部材３において、第２出射面35と反射面36との境界部分(下面の外周部分)は平坦面であってもよいし、曲面であってもよい。また、入射面33の中心と光源１の発光面10の中心(光軸)とは一致していることが望ましいが、両者が多少ずれていても所期の配光特性(図４参照)を実現することは可能である。

１光源
２器具本体
３配光制御部材
10 取り出し面
30 媒質部
33 入射面
34 第１出射面
35 第２出射面
36 反射面

Claims

発光素子を有する光源と、前記光源を配置する器具本体と、前記光源の光出射方向において、前記器具本体の前方に配設されて前記光源の取り出し面から出射される光の配光を制御する配光制御部材とを備え、
前記配光制御部材は、前記取り出し面と対向し且つ前記光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光が進行する媒質部と、前記媒質部の外部との境界面であって前記光が出射する複数の出射面と、前記媒質部の外部との境界面であって前記光を前記媒質部に全反射する反射面とを具備し、
前記入射面は、前記取り出し面と平行な平坦面からなり、
前記出射面は、前記媒質部を挟んで前記入射面と対向する第１出射面と、前記第１出射面と前記反射面を囲む筒状の第２出射面とを有し、
前記反射面は、前記第１出射面の周縁から前記第２出射面の前端に向かって傾斜する傾斜面からなり、
前記配光制御部材は、前記反射面で全反射された光の一部が進行する行路上に、前記媒質部が存在しない空隙が設けられており、
前記空隙の前記反射面との対向面が、前記光源から離れるにつれて前記反射面から離れる向きに傾斜する傾斜面である
ことを特徴とする照明器具。
前記空隙は、前記媒質部との境界面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
前記取り出し面から取り出される光を前方に向けて反射する反射板を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の照明器具。