JP6521226B2

JP6521226B2 - ランプ装置

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Publication number: JP6521226B2
Application number: JP2015040528A
Authority: JP
Inventors: 光三小川; 拓朗平松; 憲二根津; 山田　太一; 太一山田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2035-03-02
Also published as: JP2016162594A

Description

本発明の実施形態は、導光柱を用いたランプ装置に関する。

従来、透明なガラスグローブを用い、フィラメントが直接見える白熱クリア電球がある。この白熱クリア電球の点灯時には、グローブを透過して直接見えるフィラメントから強い光が出ることで、きらめき感が得られ、照明の演出効果が得られる。

また、発光素子を光源とし、透明なグローブを用い、白熱クリア電球に代替え可能なランプ装置がある。このランプ装置においては、発光素子からの光をレンズによってグローブ内に放出したり、複数の発光素子を備えた発光モジュールをグローブの内部空間に配置するようにしている。

しかしながら、透明なグローブを用いたランプ装置では、白熱クリア電球が点灯しているような、きらめき感を再現することは難しかった。そのため、きらめき感が得られる白熱クリア電球が適する例えばシャンデリアのような照明装置や店舗用の照明装置へのランプ装置の適合性に問題があった。

米国特許第６８０３６０７号明細書

本発明が解決しようとする課題は、白熱クリア電球が点灯しているようなきらめき感を再現でき、照明装置への適合性を高めることができるランプ装置を提供することである。

実施形態のランプ装置は、筐体、発光部、透明なグローブ、導光体、カバーおよび給電部を備える。発光部は、筐体の一端側に設ける。グローブは、発光部を覆って筐体の一端側に設ける。導光体は、一端がグローブ内に突出され、他端が発光部に対向するように配置される導光柱を有する。導光柱は、一端側に導光柱内を導光された光を導光柱の外部に放射する光放射部を有するとともに、一端側の直径よりも他端側の直径が大きく、かつ側面が導光柱の中心軸に対して傾斜する。カバーは、導光柱がグローブ内に露出するように発光部および導光柱の他端側を覆う。給電部は、筐体の他端側に設ける。

本発明によれば、白熱クリア電球が点灯しているようなきらめき感を再現でき、照明装置への適合性を高めることが期待できる。

第１の実施形態を示すランプ装置の断面図である。同上ランプ装置の分解状態の斜視図である。同上ランプ装置の斜視図である。同上ランプ装置の発光部および導光体の断面図である。同上ランプ装置の導光体の導光柱による導光状態を示し、(a)は導光柱の側面が導光柱の中心軸に対して傾斜する場合の導光状態の説明図、(b)は導光柱の側面が導光柱の中心軸に平行な場合の導光状態の説明図である。第２の実施形態を示すランプ装置の断面図である。

以下、第１の実施形態を、図１ないし図５を参照して説明する。

図１ないし図３に、発光装置としてのランプ装置10を示す。ランプ装置10は、一般照明用白熱電球用のソケットに装着して使用可能な電球形ランプである。

ランプ装置10は、筐体11を備えている。筐体11の一端側には、発光モジュール12、導光体13、カバー14、およびグローブ15が配置され、また、筐体11の他端側には、ケース16、電源部17および給電部18が配置されている。なお、ランプ装置10は、グローブ15から給電部18に亘って仮想の中心軸（ランプ軸）ｚを有し、その中心軸ｚのグローブ15側を一端側、給電部18側を他端側という。

そして、筐体11は金属材料によって形成されている。例えば、筐体11はアルミダイカスト製である。筐体11は、円筒状の外周部21、およびこの外周部21の一端側に形成された取付部22を備えている。筐体11の他端側は空洞となっている。外周部21は、一端側の径が大きく、他端側の径が小さく、一端側から他端側に向けて縮径する筒状に形成されている。

取付部22の一端側の面は、発光モジュール12を取り付ける平面状の取付面として構成されている。取付部22には、発光モジュール12をねじ止めするための複数の取付孔23、ケース16をねじ止めするための複数の取付孔24、発光モジュール12と電源部17とを電気的に接続する配線を通すための配線孔25がそれぞれ形成されている。さらに、取付部22の一端側の面には、取付部22の中心に対して対称位置に一対の窪み部26が形成されている。また、取付部22の周辺には溝状の逃げ部27が形成されている。

外周部21と取付部22との間には、筐体11の一端側からグローブ15を差し込んで取り付けるための取付溝28が形成されている。

また、発光モジュール12は、本実施形態ではＣＯＢ（Chip On Board）モジュールが用いられている。図４に示すように、発光モジュール12は、基板30、この基板30に実装された複数の発光素子31、これら発光素子31の周囲を囲む枠部32、および枠部32内に発光素子31を覆う（封止する）ように充填された蛍光体層33を備えている。そして、蛍光体層33の表面が発光部34として構成されている。

基板30は、平板状で、一端側の面には複数の発光素子31を電気的に接続する配線パターンが形成されている。基板30は、絶縁材料または金属材料で形成されている。基板30が金属材料の場合には、基板30の表面に絶縁膜が形成され、この絶縁膜上に配線パターンが形成されている。図２に示すように、基板30の一端側の面の中央に発光部34が配置され、基板30の一端側の面の周辺部にコネクタ35が配置されている。コネクタ35は、配線パターンに電気的に接続されている。

基板30には、筐体11の取付孔23にねじ止め固定するための取付孔36および複数の取付溝37、発光モジュール12のコネクタ35と電源部17とを電気的に接続する配線を通すための配線溝38がそれぞれ形成されている。さらに、基板30には、発光部34を中心とする対称位置に一対の挿通孔39が形成されている。一対の挿通孔39は筐体11の一対の窪み部26の位置と対応している。そして、基板30は、複数のねじによって筐体11に締め付け固定され、筐体11に熱的に結合されている。

発光素子31は、ＬＥＤが用いられている。ＬＥＤとしては、青色発光ＬＥＤが用いられている。

枠部32は、絶縁材料によって円環状に形成されている。

蛍光体層33は、透明樹脂に、発光素子31の光で励起される蛍光体を含有している。例えば、青色発光ＬＥＤの青色光で励起されて黄色光を発する黄色蛍光体を含有している。そして、蛍光体層33の表面である発光部34の発光面34aからは、白色系の光を発光する。

なお、発光部34は、ＬＥＤを用いたＳＭＤ(Surface Mount Device)パッケージ、あるいはＬＥＤ以外の例えば有機ＥＬ等で構成してもよい。

また、図１ないし図３に示すように、導光体13は、透明な樹脂またはガラスによって形成されている。樹脂の場合には、例えばアクリル樹脂が用いられる。導光体13は、導光柱42、および導光柱42を筐体11に取り付けるための固定部43を備えている。

導光柱42は円柱状に形成され、導光柱42の一端はグローブ15の最大外径部Ｄの中心に配置され、導光柱42の他端の端面は発光部34に対向配置されている。

導光柱42は、円柱状であるが、一端側の直径よりも他端側の直径が大きく、導光柱42の側面が中心軸ｚに対して連続して傾斜されている。すなわち、導光柱42は筐体11に固定される基端側からグローブ15内に配置される先端側に向かって先細りとなる円錐状に形成されている。中心軸ｚに対する導光柱42の側面の傾斜角度は１〜２°程度となっている。

導光柱42の直径ｄは２〜９ｍｍで、導光柱42の一端はグローブ15の高さ方向の中心から一端側に５ｍｍから他端側に１０ｍｍの範囲内に配置されており、本実施形態ではその範囲内にあってグローブ15の最大外径部Ｄの中心に配置されている。

導光柱42の一端側の端面の中央領域には凹部44が形成され、この凹部44の内面に反射膜45が形成されている。凹部44は、導光柱42の一端側の端面からの深さが中心において最も深く、その最も深い箇所から導光柱42の一端側の端面までの間が曲面または傾斜面に形成されている。反射膜45は、光を全反射する全反射膜、光の一部を透過するとともに一部を反射する半透過反射膜のいずれでもよい。場合によっては、反射膜45を省略しても良い。本実施形態では、反射膜45として、全反射膜である例えばアルミ蒸着膜が用いられる。なお、凹部44を除く導光柱42の一端側の端面には反射膜45は形成されていない。そのため、この端面に導光した光は導光柱42の一端側に透過して、配光特性を改善することができる。

そして、導光柱42の他端側の端面は、発光部34から放射される光が導光柱42に入射する入射面46として構成されている。入射面46から導光柱42に入射した光は、導光柱42内を導光柱42の一端側へ向けて導光される。導光柱42の一端側は、導光柱42内を導光された光を導光柱42の外部に放射する光放射部47として構成されている。光放射部47では、導光柱42内を導光された一部の光が反射膜45で反射して導光柱42の周面や導光柱42の一端側の端面から出射されるとともに、導光柱42内を導光された一部の光が導光柱42の一端側の端面である先端面から直接出射する。したがって、光放射部47は凹部44および反射膜45が設けられる導光柱42の一端側で構成され、光放射部47からは導光柱42の軸方向に対して交差する横方向、導光柱42の先端方向、導光柱42から筐体11側へ向けた斜め方向を含む広い方向に光が放射される。光放射部47は、グローブ15の最大外径部Ｄの中心に配置されている。そして、光放射部47から放射される光により、白熱クリア電球が点灯しているような、きらめき感が再現されることができる。

きらめき感とは「光が美しく光っているように見えること」という意味で用いられている。

固定部43は、導光柱42の他端側の周囲に突設されている。固定部43には基板30の挿通孔39に挿通されて位置決めされる突起48が突設されている。突起48の先端は筐体11の窪み部26に進入し、筐体11とは接触しないように構成されている。そのため、導光体13と基板30とが確実に位置決めされ、これにより、発光部34と導光柱42の入射面46とが位置決めされる。そして、導光体13の固定部43は基板30とカバー14との間に挟み込まれて固定されている。

固定部43には、入射面46に対向する発光部34を収容する収容部49が形成されている。収容部49の周壁面には、発光部34の発光面34aの周囲に対向して反射面50が設けられている。反射面50の直径は、発光部34の直径よりも大きくかつ導光柱42の他端である入射面46の直径以下とされている。反射面50には例えばアルミ蒸着膜が形成されている。

また、カバー14は、絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。カバー14は、中央が一端側に突出する曲面状に形成され、筐体11の一端側、発光モジュール12および導光柱42の他端側を覆う。カバー14の中央には、導光柱42が挿通される挿通孔55が形成されている。カバー14の周辺部には、基板30の他端面の面に引っ掛かる複数の爪56が設けられている。爪56が基板30の他端側の面に引っ掛かることにより、基板30とカバー14との間で導光体13の固定部43を挟持した状態で、カバー14が基板30に固定される。爪56は筐体11の逃げ部27に配置される。

また、グローブ15は、光透過率が９５％以上の透明な材料によって形成されている。透明な材料としては、ガラスや樹脂を用いられる。グローブ15は、中空状で、一端側に球面部60が形成され、一端側から他端側にかけて直径が縮径する縮径部61が形成され、他端側が開口されている。グローブ15の他端側には、筐体11の取付溝28に差し込まれて例えばシリコーン接着剤等で接着固定される開口縁62が形成されている。そして、グローブ15の球面部60の最大外径部Ｄの中心に、導光柱42の光放射部47が配置されている。

また、ケース16は、絶縁性を有する樹脂材料によって円筒状に形成されている。ケース16の一端側は筐体11の空洞に挿入され、筐体11の取付孔24を挿通するねじがケース16の一端側に螺着されることによりケース16が筐体11に固定される。ケース16の他端側には給電部18が取り付けられる。ケース16の内側の対向する２箇所には、一対の基板保持部65が中心軸ｚに沿って形成されている。

また、電源部17は、給電部18から入力する交流電力を所定の直流電力に変換して発光モジュール12の発光素子31に供給する。電源部17は、回路基板68、およびこの回路基板68に実装された複数の電子部品69を有している。回路基板68は、筐体11の一端側から、一対の基板保持部65間に挿入され、筐体11に保持されている。そして、電源部17の交流電力の一対の入力部は配線によって給電部18に電気的に接続され、電源部17の直流電力の一対の出力部は配線によって発光モジュール12のコネクタ35に電気的に接続されている。

また、給電部18は、例えばＥ２６やＥ１７等の一般照明白熱電球用のソケットに接続可能な口金が用いられている。なお、給電部18は、口金に限らず、ランプ種類によっては一対のピンでもよい。

なお、ランプ装置10は、中心軸ｚに沿った方向におけるランプ全長に対するグローブ15の領域の割合は、５５％以上、望ましくは６０％以上である。

そして、本実施形態の作用を説明する。

ランプ装置10は、給電部18を照明装置の一般照明用白熱電球用のソケットに接続して使用する。交流電力がソケットを通じてランプ装置10に供給されると、電源部17が交流電力を所定の直流電力に変換して発光素子31に供給する。これにより、発光素子31が発光し、発光部34から光が放射される。

発光部34から放射される光は、入射面46から導光柱42に入射し、導光柱42内を光放射部47へ向けて導光される。光放射部47に導光された光は、凹部44の反射膜45で反射して導光柱42の周面や導光柱42の一端側の端面から出射されるとともに、導光柱42の一端側の端面である先端面から直接出射する。したがって、光放射部47からは、導光柱42の軸方向に対して交差する横方向、導光柱42の先端方向、導光柱42から筐体11側へ向けた斜め方向を含む広い方向に光が放射される。光放射部47から放射された光は、グローブ15を透過し、照明空間に照射される。

そして、ランプ装置10は、導光柱42の光放射部47から光を放射することにより、白熱クリア電球が点灯しているような、きらめき感を再現することができる。

ところで、図５(b)に示すように、導光柱42の直径が軸方向に同一径であった場合、入射面46から導光柱42に入射した光のうち、導光柱42の側面と空気との界面に入射する入射角θが全反射する臨界角よりも大きい光は、その界面で全反射し、さらに、この全反射を複数回繰り返して光放射部47に到達する。しかしながら、光が全反射を繰り返す毎に反射角度にばらつきが生じ、導光柱42の側面と空気との界面に入射する光の入射角θが全反射する臨界角よりも小さくなり、光が全反射せずに導光柱42の長手方向の中間位置で導光柱42の側面から出射してしまう。これにより、光放射部47以外の導光柱42の長手方向の中間から放射される光が増加するとともに、光放射部47から放射される光が低下し、きらめき感が損なわれてしまう。

図５(a)に示すように、本実施形態では、導光柱42は、光放射部47の直径よりも入射面46の直径が大きく、導光柱42の側面が中心軸ｚに対して傾斜されており、すなわち、導光柱42は、発光部34に対向する基端側から光放射部47が設けられた先端側に向かって先細りとなる円錐状に形成されている。そのため、入射面46から導光柱42に入射した光のうち、導光柱42の側面と空気との界面に入射する入射角θが全反射する臨界角よりも大きい光は、その界面で全反射して次に導光柱42の側面と空気との界面に入射する際の入射角θが全反射する臨界角よりも大きくなりやすく、そして、全反射を複数回繰り返しても導光柱42の軸方向の中間位置で導光柱42の側面から出射することなく、光放射部47まで到達しやすくなる。これにより、導光柱42の光放射部47からの光の放射が増加し、白熱クリア電球が点灯しているような、きらめき感を再現することができる。

なお、臨界角は、導光柱42がガラス（屈折率ｎ＝１．４９）の場合、４２．２°である。

しかも、導光柱42は、光放射部47の直径が小さいため、きらめき感をより向上で、また、入射面46の直径が大きいため、発光部34から放射される光が入射面46に入射しやすく、効率を向上できるとともに、発光部34の面積を大きくすることが可能となって、発光モジュール12を高出力化することができる。

そして、中心軸ｚに対する導光柱42の側面の傾斜角度は１〜２°の範囲が好ましく、この範囲であれば、導光柱42の光放射部47以外の側面から光の放射を少なくでき、きらめき感を再現することができる。

また、導光柱42の光放射部47は、グローブ15の最大外径部Ｄの中心に配置されているため、光放射部47から放射方向に放射される光がグローブ15に垂直に入射してグローブ15を透過しやすく、グローブ15の内面での不要な光の反射が抑制されるため、きらめき感を向上できるとともに、グローブ15外への光取出効率を向上できる。

さらに、導光柱42の光放射部47は、グローブ15の高さ方向の中心から一端側に５ｍｍから他端側に１０ｍｍの範囲内に配置されることが好ましい。

また、導光柱42の直径ｄは、２〜９ｍｍの範囲が好ましい。導光柱42の直径ｄが２ｍｍより細いと、発光部34の光が導光柱42に入射しにくく、効率が低下し、また、導光柱42の直径ｄが９ｍｍよりも太いと、光放射部47が大きくなり、きらめき感が低下する。

なお、ランプ装置10を一般照明用白熱電球に近似した寸法に構成すると、光放射部47をグローブ15の最大外径部Ｄの中心に配置するのに必要な導光柱42の長さは３５〜４５ｍｍの範囲である。

また、図４に示すように、導光柱42の入射面46の大きさは、発光部34の発光面34aの大きさよりも大きい。そのため、発光部34から放射される光のほとんどを導光柱42に入射させ、入射ロスを少なくすることができ、これにより、光放射部47から放射する光を増加し、きらめき感を向上できる。

また、導光体13の固定部43には、発光部34の発光面34aの直径よりも大きくかつ導光柱42の他端である入射面46の直径以下とされる反射面50が発光部34の発光面34aの周囲に対向して設けられている。この反射面50により、発光部34から放射される光のうち発光部34と導光柱42との間の側方に向かう光を反射させ、導光柱42に入射させて入射ロスを少なくすることができ、そのため、光放射部47から放射する光を増加し、きらめき感を向上できる。

また、カバー14により、発光部34および導光柱42の他端側を覆うため、筐体11の近傍から光が放射されるのを防止し、光放射部47のみから光が放射されるようにして、きらめき感を向上できる。

次に、図６に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を用い、その構成および作用効果の説明を省略する。

図６には、キャンドル形のランプ装置10を示す。グローブ15が筐体11側から先端側へ向けて先細りとなる円錐形に形成されている。グローブ15以外の構成は第１の実施形態のランプ装置10と同様である。

グローブ15内に突出する導光柱42の先端部である光放射部47は、グローブ15の高さ方向の中心から一端側に５ｍｍから他端側に１０ｍｍの範囲内に配置されることが好ましい。この範囲内であれば、導光柱42の光放射部47の位置がキャンドル電球の発光位置と同等となり、キャンドル電球のような光り方をして、きらめき感を再現できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 ランプ装置
11 筐体
13 導光体
14 カバー
15 グローブ
18 給電部
34 発光部
42 導光柱
43 固定部
47 光放射部
50 反射面

Claims

筐体と；
前記筐体の一端側に設けられる発光部と；
前記発光部を覆って前記筐体の一端側に設けられる透明なグローブと；
一端が前記グローブ内に突出され、他端が前記発光部に対向するように配置される導光柱を有し、前記導光柱は、一端側に前記導光柱内を導光された光を前記導光柱の外部に放射する光放射部を有するとともに、一端側の直径よりも他端側の直径が大きく、かつ側面が前記導光柱の中心軸に対して傾斜されている導光体と；
前記導光柱が前記グローブ内に露出するように前記発光部および前記導光柱の他端側を覆うカバーと；
前記筐体の他端側に設けられる給電部と；
を具備することを特徴とするランプ装置。
前記導光柱の直径は２〜９ｍｍ、前記導光柱の一端は前記グローブの高さ方向の中心から一端側に５ｍｍから他端側に１０ｍｍの範囲内に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のランプ装置。
前記導光体は、前記導光柱の他端側に設けられ前記筐体に固定される固定部、および前記発光部の直径よりも大きくかつ前記導光柱の他端の直径以下で前記発光部の周囲に対向して前記固定部に設けられた反射面を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載のランプ装置。