JP2008123721A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い安全性を有する固体発光素子、特に発光ダイオードを使用した照明装置を提供すること。
【解決手段】筐体部２備えた照明装置１であって、筐体部２は、照明装置１を支持具４１に固定する際に使用される流出口２１を有する。
【選択図】図１０

Description

本発明は照明装置に関し、特に、光源に発光ダイオードなどの固体発光素子を用いた照明装置に関する。

近年、発光ダイオードを代表とした固体発光素子を利用した照明装置が注目されている。これは、従来使用されてきた蛍光ランプにおいては、寿命特性が十分ではなく約６０００時間で交換の必要があり、またその寿命特性に大きなばらつきがあることが問題とされている。さらには、微量ながら水銀が使用されていることも問題点として指摘されている。水銀は、水俣病に代表されるように有害物質であり、それ故、近年の環境意識の向上にともない、ヨーロッパにおいてはＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）指令が発効され、水銀の使用が制限され始めている。

一方、発光ダイオードは、上記蛍光ランプの欠点を解決すべくポテンシャルを有している。発光ダイオードは、発光強度が初期時の８０％以下に低下するまでの時間が４００００時間以上と非常に長い。また、水銀も含まれていない。

例えば、特許文献１においては、従来の蛍光ランプに置き換え可能な、発光ダイオードを光源とした照明装置が提案されている。この照明装置は、ダイオードＯＲ回路を用いたことによって、左右逆に蛍光ランプ用灯具に装着することがあっても発光ダイオードの破壊などの故障が発生しないものとなっている。

しかしながら、特許文献１に開示される照明装置は、左右逆に蛍光ランプ用灯具に装着した際の故障を防ぐことはできるものの、その電気的、物理的な安全性には触れられていない。発光ダイオードを光源とした照明装置は、蛍光ランプと比較して全くその機構が異なる。そのため、この照明装置をより安全なものとするためには、その機構に合致した新たな技術開発が必要であると考えられる。
特開２００６−１０００３６号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高い安全性を有する固体発光素子、特に発光ダイオードを使用した照明装置を提供することにある。

上記課題は、発光体を保護する保護手段を備えた照明装置であって、保護手段は、該照明装置を所定の位置に固定する際に使用される固定部を有することにより解決することが出来る。

このようにすることにより、照明装置を固定部により固定することができる。このことにより、例えば地震などの非常時においても照明装置が確実に固定されるためその安全性をさらに高めることができる。

ここで、保護手段は、さらに少なくとも１つの中空構造をとる空間部を有し、空間部内部への流体の入口となる孔である少なくとも１つ以上の第１開口部と、空間部内部からの流体の出口となる孔である少なくとも１つ以上の第２開口部とを備え、固定部は、第２開口部の一部であってもよい。

このようにすることにより、保護手段の有する第２開口部を固定部としても利用することができる。固定部を特別に設ける必要が無く、その製造にかかるコスト等を低減することができるという効果がある。

ここで、保護手段は、複数の部品よりなってもよい。

このようにすることにより、保持手段が複雑な形状であっても、簡単な形状の要素に分割することが可能となり、それらを製造する際のコストを低減することができるという効果がある。

ここで、保護手段は、複数の部品が接着部材を介在したプレス加工により一体化されることにより構成されてもよい。

このようにすることにより、各々の部品が密着させることができ、保護手段を単一の部品で構成した場合と同等の性能を得ることができるという効果がある。

ここで、複数の部品は、所定の方向に湾曲し形成されてもよい。

このようにすることにより、複数の部品をプレス加工により一体化する際、プレス圧力を小さく、かつ一定量として該保持手段を大量に製造することができるという効果がある。

ここで、さらに発光体からの光を透過する透過手段を有し、記透過手段は、導電性を有してもよい。

このようにすることにより、照明装置内部で発生した電磁ノイズが外部に流出することを防ぐことができるという効果がある。

ここで、透過手段には、導電性を有する材料が含有されてもよい。あるいは、透過手段には、導電性を有するフィルムが貼付されてもよい。

このようにすることにより、簡便に透過手段に導電性を持たせることができるという効果がある。

ここで、発光体は、固体発光素子と、固体発光素子を所定個数保持する少なくとも１以上の保持手段から構成され、保護手段と、保持手段とは、接着部材を介在したプレス加工により一体化されてもよい。

このようにすることにより、保護手段と保持手段との密着性が増し、固体発光素子で発生した熱を効率よく伝熱できるという効果がある。

ここで、保護手段は、所定の方向に湾曲し形成されてもよい。

このようにすることにより、照明装置を複数製造する際、プレス圧力を一定として保護手段と保持手段とを密着させることができるという効果がある。

ここで、固体発光素子は、発光ダイオードであってもよい。

このようにすることにより、照明装置を寿命かつ、環境にやさしい光源とすることができるという効果がある。

ここで、接着部材は、基材を含有しない両面テープであってもよい。

このようにすることにより、簡便にかつ、熱伝導性を低下させずプレス加工を行うことができるという効果がある。

ここで、ＪＩＳＣ７９１７−２「直管蛍光ランプ−第２部：性能規定」の３３．１「データシートのリスト」に規定された直管蛍光ランプのいずれかと同一寸法であってもよい。

このようにすることにより、照明装置を直管蛍光ランプ用の支持具に挿入し使用することができるという効果がある。

以上のように、本発明によって、高い安全性を有する固体発光素子、特に発光ダイオードを使用した照明装置を提供することが可能となる。

本発明の照明装置１を、図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明の照明装置１の外観図であって、発光が行われる側を図面上の下方向側とした場合である。図２は、図１に示された照明装置１を図面上のＡの方向から見た外観図であり、さらに図３は図１に示された照明装置１を図面上のＢ−Ｂ’面で切断した状態を示した断面図である。

照明装置１は、図１〜図３に示すように、筐体部２、端子部３、端子ピン４から構成される。また筐体部２には、流入口５、及び流出口２１が備えられている。さらに、照明装置１の内部には、固体発光素子３１、基板３２が備えられ、筐体部２の固体発光素子３１の発光方向には保護用透光板３３が備えられる。

照明装置１は、ＪＩＳＣ７９１７−２「直管蛍光ランプ−第２部：性能規定」の３３．１「データシートのリスト」に規定された直管蛍光ランプのいずれかと同一寸法とされており、一般的な直管蛍光ランプと同寸法になっている。端子ピン４も、一般的な直管蛍光ランプに用いられている口金と同機構で同寸法のものとなっている。すなわち、端子ピン４は、照明装置１の外部から内部へ電力を導入するためだけでなく、照明装置１を図４に示すような一般的な直管蛍光ランプ用の支持具４１に固定する際の口金としても機能するようになっている。したがって、照明装置１は、一般的な直管蛍光ランプ用の支持具４１にそのまま取り付けて使用することが可能である。なお、４２は固定具であり、これについては後述する。

筐体部２は、熱伝導率が高い（好ましくは、２００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上）材料により形成され、通常、アルミニウムで形成されたものを用いる。その理由としては、熱伝導率が前述の条件を満たし、また放熱特性が良いことが挙げられる。さらには、安価であること、成形が行いやすいこと、リサイクル性が良いこともその理由である。

この筐体部２は、単一の部品で構成してもよいが、ここでは図３に示すように２つの部品３４、３５により構成する。このような構成とする理由は、部品３４、３５の形状が筐体部２を一括で製造したものと比較して単純となり、それによってその製造が容易になるという利点がある。部品３４、３５は、たとえば引き抜き法、プレス加工を活用し作成することができる。

ここで、部品３４は湾曲させることが好ましい。図５(a)は、部品３４を凸状に湾曲させたものである。ここで言う部品３４を凸状に湾曲させるとは、その長手方向の両端部に対し中央部を図面上のｙ方向に変形させることである。また、同図(b)は部品３４を凹状に湾曲させたものである。ここで言う部品３４を凹状に湾曲させるとは、その長手方向の中央部に対し両端部を図面上のｙ方向に変形させることである。

部品３４の湾曲については、凸状、凹状のいずれでもよいが、照明装置１を量産する際はどちらか一方に常に湾曲するようにすべきである。また、部品３５については、部品３４を凸状に湾曲させた場合は凸状に、同様に部品３４を凹状に湾曲させた場合は凹状に湾曲すべきである。

前記のように湾曲させる理由を図６に基づき説明する。図６は、筐体部２を製造する際の、部品３４と、部品３５の組み合わせを示している。同図(a)は、部品３４、３５をともに凹状に湾曲させたものである。一方、同図（ｂ）は、部品３４を凹状に、部品３５を凸状に湾曲させたものである。

夫々の組み合わせにおいて、部品３４、３５を一体化させたとする。一体化の方法はプレス加工を用いる（一体化の方法としては、溶接、ネジ止め等があるが、製造にかかるコストを考慮すると、プレス加工が最適である）。

このとき、部品３４、３５をともに凹状に湾曲させたもの（図６(a)）のほうがプレス圧力が低く設定できる。よって、部品３４、３５をともに凹状に湾曲させたほうが好ましいことは明らかである。

特に、筐体部２のように細長いものをプレス加工により製造する際は、部品の破損を防ぐ意味でもプレス圧力は低く設定できるほうが好ましいことは当然である。なお、発明者らの試験においては、湾曲量（ここでいう湾曲量とは、ｙ方向への変形させた長さをさす）は、長手方向の長さが１０００ｍｍの際に２００μｍが最適であった。

なお、ここでは、部品３４、３５をともに凹状に湾曲させたが、両者ともに凸状に湾曲させてもよい。

部品３４、３５をプレス加工する際には、接着性のある部材（不図示）を介在させる。接着性のある部材としては、接着剤、両面テープ等が考えられるが、発明者らは両面テープを選択した。その選択は以下の事実に基づく。

接着剤としては、加熱硬化タイプ、２液混合タイプなどがある。このうち、加熱硬化タイプは、当然加熱装置が必要となる。また２液混合タイプなどは硬化に時間がかかり、当該硬化時間中プレス加工にかかる圧力を保持する必要がある。これらには、多くのコスト・時間がかかり製造にかかる効率を著しく低下させる。

一方両面テープは、加熱装置は不要で、さらに硬化を待つ必要もない。それ故、プレス加工を迅速に行うことができ、製造にかかる効率が向上する。

ここで、両面テープとしては、基材を含まないものを選択することが肝要である。それは、基材は熱伝導率が低いためである。

このようにして製造した筐体部２は、単一の部品で製造したものと比較しても、熱伝導性の劣化がほとんど無いことが発明者らの実験では観測されている。

なお、本実施例では、筐体部２を２つの部品３４、３５により構成したが、当然のことながら３つ以上の部品により構成してもよい。製造にかかるコストと、組み立てにかかるコストを勘案し決定することが好ましい。

保護用透光板３３は、透光性を有するガラスやアクリル樹脂により形成される。保護用透光板３３には、その表面に微細な凹凸が不均一に形成するか、光拡散シート（不図示）を取り付ける、あるいはガラスやアクリルに光拡散剤を添加する。

保護用透光板３３は、照明装置１の内部に配置される固体発光素子３１などを保護するとともに、固体発光素子３１から発せられた光を拡散する役目を担う。固体発光素子３１から発せられた光は、指向性が強く、局所的に照射される傾向にある。このため、固体発光素子３１から発せられた光を保護用透光板３３により拡散することによって、光の指向性を弱め、広い面積に均一に光を照射することができるようにしている。

ここで、保護用透光板３３に導電性を有する物質を添加する、あるいはその表面に導電性を有するフィルム等を貼付する（ただし、この際保護用透光板３３の透光性を著しく低下させない材料を選定することが肝要である）。

このことにより、照明装置１は、筐体部２（通常アルミニウムにより構成される）、保護用透光板３３共に導電性を有することとなる。そのため照明装置１の内部において電磁的ノイズが発生しても、該電磁的ノイズがその外部へ流出することを阻止（低減）することができる。

固体発光素子３１は、ここでは発光ダイオードを用いている。使用する発光ダイオードは、１個当たりの消費電力が１Ｗ以上のいわゆるハイパワー発光ダイオードであって、表面実装型のものである。ハイパワー発光ダイオードは、光度が高く照明装置用途に好適である。照明装置１を一般的な照明として使用する場合、使用する固体発光素子３１の発光色は、昼光色、昼白色、白色、温白色又は電球色などが望ましい。この他、使用する固体発光素子３１の発光色をピーク波長３８０〜５００ｎｍの青色とすることにより、照明装置１を防犯灯として使用することもできる。青色は、精神的興奮を抑える効果があるといわれている。そのため、青色を発光する照明装置１は、防犯灯として好適である。

ここで、ハイパワー発光ダイオードは、消費電力が大きく、その分、熱として放出されるエネルギーも大きい。この熱が、その近傍に蓄積すると、輝度低下や、寿命特性の劣化等を招く。したがって、この熱を適切に処理することが肝要である。

このようなことを鑑み、前述のとおり使用するハイパワー発光ダイオードは、表面実装型のものであって、これは自身の電極面積が大きく、故に基板３２に接触する面積が大きくなる。そのため、ハイパワー発光ダイオードで発生した熱を効率的に基板３２に熱伝導することができる。

ただし、基板３２が熱伝導性の良い材料で形成されてなければ、やはりハイパワー発光ダイオードの近傍に熱が蓄積してしまう。そこで、照明装置１では基板３２の材料としてアルミニウムを採用している。さらには、筐体部２も前述のとおりアルミニウムで形成している。アルミニウムは、熱伝導性がよく、そのためハイパワー発光ダイオードで発生した熱を、基板３２を介して筐体部２全体に拡散することができる。

ここで、筐体部２と基板３２とは、可能な限り密着させることが肝要である。その理由のひとつとして、筐体部２と、基板３２との間に、空気が入ることにより、基板３２から筐体部２の熱伝導が阻害されてしまうことがあげられる。

筐体部２と基板３２とを密着させるためには、筐体部２と基板３２の間に、接着性を有する材料（たとえば、接着剤や基材なしの両面テープなど）（不図示）を挟み込み、両者の密着性を高める。さらには、この状態においてプレス加工を行い、より両者の密着性をより高めることもこのましい。なお、発明者らは製造にかかる効率の観点から接着性を有する材料として、基材なしの両面テープを選択した。

また、基板３２を複数個に分割することも好ましい。これは、筐体部２と基板３２との線膨張係数が異なる場合において、照明装置１の温度が上昇した際に、筐体部２と基板３２の密着性が悪化することを防ぐためである。基板３２を分割することにより、その長手方向の長さを短くする。これによって、その１枚あたりの膨張量が小さくなる。

そのため、接着性を有する材料で筐体部２と基板３２の膨張の違いを吸収しやすくなり、よって、筐体部２と基板３２の密着性を維持しやすくなる。この基板３２を分割する手法は、照明装置１の長手方向の長さが長い場合に特に有効である。

ここで、照明装置１を複数製造する場合には、筐体部２を常に一定の方向に湾曲させることが必要である。一例として、図７では筐体部２を予め凹状（長手方向の端部に対して中央部をy方向に変形させる）に湾曲させているが、凸状に湾曲させてもよい。すなわち、筐体部２の湾曲方向を凸状、凹状の何れかに選択し、常にその方向に湾曲させることである。このようにすることにより、照明装置１を複数個製造する際に、一定のプレス圧力で筐体部２と基板３２を接合することが可能となる。

もし、筐体部２が個体ごとに湾曲が異なるならば、照明装置１を複数製造する際、筐体部２と基板３２とをプレス加工するたびにプレス圧力を調整する必要が出てくる。これは、筐体部２の湾曲と、筐体部２と基板３２とをプレス加工する際の必要プレス圧力に密接な関係があるためである。

プレス圧力を変更することは、それにかかるコスト等の増大だけでなく、プレス圧力の調整不良に起因する、基板３２の筐体部２からの脱離の可能性も出てくる。脱離が発生したならば、ハイパワー発光ダイオードで発生した熱を筐体部２全体に拡散することが出来なくなり、非常に問題である。したがって筐体部２を複数製造する際、常に一定の方向に湾曲させることは重要である。

なお、筐体部２の湾曲量（ここでいう湾曲量とは、ｙ方向への変形させた長さをさす）は、発明者らの試験においては長手方向の長さが１０００ｍｍの際に２００μｍが最適であった。

図４において、照明装置１は地表方向（ここで地表方向とは、室内であれば床面方向、野外であれば地面方向を意味する。）に向けて発光が行われるように支持具４１に取り付けられている。

図４上のＣ−Ｃ’断面は、図８のようになる。この図から明らかであるように、流出口２１は、支持具４１に対面し、すなわち略上空方向（好ましくは上空方向に対して０度から３０度の範囲内。また上空方向とは、室内であれば天井方向、野外であれば天空方向を意味する。）に向いた状態となる。また、流入口５は、流出口２１に対し４５度の角度を有し構成される。なお、流出口２１に対する、流入口５の角度は４５度に限定されるものではなく、０度から９０度の範囲で照明装置１の形状等に合わせて任意に設定されて良い。

また、中空部８１は、流入口５及び流出口２１を介して、照明装置１の外部とつながっている。なお、中空部８１は、その一部の形状が流線型であることが好ましい。ここで言う流線型とは、空気がその表面をスムーズに移動可能な形状を指す。

ここで、照明装置１に通電した場合の空気への放熱機構を、図９を用いて説明する。図９は図８と同様に、図４のＣ−Ｃ’断面図である。固体発光素子３１で発生した熱は、前述のごとく基板３２を介して、筐体部２全体に拡散される。拡散された熱は、対流を効果的に利用して空気に放出する。

具体的に説明すると、まず筐体部２の周辺の空気は、それにより熱せられ上昇気流となる。この上昇気流となった空気の一部は、筐体部２の外部表面９１の表面を流れる。この空気は、外部表面９１の熱を受取りながら上昇する。すなわち、外部表面９１から空気への熱の放出が行われる。

また前記上昇気流となった空気の別の一部は、流入口５から中空部８１に流入する。この流入した空気は内部表面９２の熱を受取りながら、流出口２１より再び中空部８１の外部に流出する。この空気は、内部表面９２の熱を受取りながら上昇する。すなわち、内部表面９２から空気への熱の放出が行われる。この際、中空部８１の形状の一部が流線型であることにより、よりスムーズに空気が流れる。そのため、熱の放出に係る効率がさらに高まる。

このように、照明装置１は、空気を熱することによる上昇気流、すなわち対流の効果を効率的に利用することができ、また外部表面９１のみならず、内部表面９２からも放熱できる（すなわち、広い面積で放熱できる）ため、筐体部２全体に拡散した固体発光素子３１に起因する熱を効果的に空気へ放出できる。

ここで、照明装置１は、筐体部２がアルミニウムにより構成されるためその重量が一般的な蛍光ランプと比較して増加する。そのため、より安全性を高めることを目的として、強固に照明装置１を支持具４１に固定することが好ましい。

そのため、照明装置１を支持具４１に固定具４２により固定する。図１０は実際に固定具４２が照明装置１に対しどのように取り付けられているかを示す図であり、図１１は同図のＤ−Ｄ’断面図である。

図１０における切りかき部、また図１１に示すとおり照明装置１の流出口２１の一部を利用し、固定具４２を取り付ける。すなわち、流出口２１の一部は、固定用の孔としても利用する。このように固定具４２を取り付けることにより、より強固に照明装置１を支持具４１に固定することができる。このことにより、地震等の極度の災害時においても、照明装置１が支持具４１から落下することを防ぐことが可能となる。

なお、本発明の照明装置１は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変形して実施することができる。例えば、本実施例においては、照明装置１の支持具４１への固定を、流出口２１の一部を固定用の孔としても利用して固定具４２により実施したが、別途筐体部２にフック等を取り付け、これを固定用の部品として利用して固定具４２により照明装置１を支持具４１に固定してもよい。

また、筐体部２や保護用透光板３３を円環状に形成することにより、照明装置１を環形のものとすることも可能である。

また。固定具４２を複数設けてもよい。このようにすることで、さらに安全性を向上することができる。

また、固定具４２をアルミニウムなど熱伝導性のよいものとすることにより、照明装置１で発生した熱を支持具４１に伝熱することができる。これにより、より放熱する面積が大きくなり、放熱性がさらに向上する。さらには、アルミニウム等であれば、導体であり照明装置１の支持具４１との接地も可能となる。

本発明の照明装置１の外観を示す図である。 図１に示された照明装置１をＡ方向から見た状態を示した図である。 図１に示された照明装置１をＢ−Ｂ’面で切断した状態を示した断面図である。 照明装置１を支持具４１に取り付けた場合の外観図である。 湾曲させた部品３４を示す図である。 部品３４、３５の組み合わせの例を示す図である。 凹状に湾曲させた筐体部２を示す図である。 図４に示された照明装置１及び支持具４１をＣ−Ｃ’面で切断した状態を示した断面図である。 図４に示された照明装置１及び支持具４１をＣ−Ｃ’面で切断した状態を示した断面図であって、空気の流れを示す図である。 固定具４２が照明装置１に対しどのように取り付けられているかを示す図である。 図１０に示された照明装置、支持具４１及び固定具４２をＤ−Ｄ’面で切断した状態を示した断面図である。

符号の説明

１ 照明装置
２ 筐体部
３ 端子部
４ 端子ピン
５ 流入口
２１ 流出口
３１ 固体発光素子
３２ 基板
３３ 保護用透光板
４１ 支持具
４２ 固定具
８１ 中空部
９１ 外部表面
９２ 内部表面
１０１，１０２ 口金部

Claims (13)

1. 発光体を保護する保護手段を備えた照明装置であって、
   前記保護手段は、該照明装置を所定の位置に固定する際に使用される固定部を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記保護手段は、さらに少なくとも１つの中空構造をとる空間部を有し、
   前記空間部内部への流体の入口となる孔である少なくとも１つ以上の第１開口部と、前記空間部内部からの流体の出口となる孔である少なくとも１つ以上の第２開口部とを備え、
   前記固定部は、前記第２開口部の一部であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記保護手段は、複数の部品によりなることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記保護手段は、前記複数の部品が接着部材を介在したプレス加工により一体化されることにより構成されることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記複数の部品は、所定の方向に湾曲し形成されることを特徴とする請求項３又は４に記載の照明装置。
6. さらに前記発光体からの光を透過する透過手段を有し、
   前記透過手段は、導電性を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の照明装置。
7. 前記透過手段には、導電性を有する材料が含有されることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記透過手段には、導電性を有するフィルムが貼付されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
9. 前記発光体は、固体発光素子と、前記固体発光素子を所定個数保持する少なくとも１以上の保持手段から構成され、
   前記保護手段と、前記保持手段とは、接着部材を介在したプレス加工により一体化されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。
10. 前記保護手段は、所定の方向に湾曲し形成されることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
11. 前記固体発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
12. 前記接着部材は、基材を含有しない両面テープであることを特徴とする請求項４又は９に記載の照明装置。
13. ＪＩＳＣ７９１７−２「直管蛍光ランプ−第２部：性能規定」の３３．１「データシートのリスト」に規定された直管蛍光ランプのいずれかと同一寸法である請求項１〜１２の何れかに記載の照明装置。

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