JP6540953B2 - ランプ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、導光体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、ガラス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、導光体および給電部を備える。発光部は、筐体の一端側に設けられる。グローブは、発光部を覆うように筐体の一端側に設けられる。導光体は、直径が４〜９ｍｍの円柱状に形成され、一端がグローブ内に突出され、他端が発光部に対向されており、一端に凹部が設けられ、凹部の表面にプリズムが設けられているとともに凹部の中心に平面部が設けられている。給電部は、筐体の他端側に設けられる。

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。

一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。 同上ランプ装置の導光体、カバー、発光モジュールおよび放熱板の分解状態の斜視図である。 同上導光体およびカバーの分解状態の断面図である。 同上ランプ装置の斜視図である。 同上ランプ装置の導光体の斜視図である。 同上導光体の断面図である。 同上導光体の端面図である。 同上ランプ装置の配光図である。 同上導光体のプリズムの頂角と配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比との関係を示すグラフである。 同上導光体の凹部の角度と配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比との関係を示すグラフである。 同上導光体の凹部の深さ／直径の値と配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比との関係を示すグラフである。

以下、一実施形態を、図１ないし図１２を参照して説明する。

図１、図２および図５に、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って、キャンドル形ランプである。

ランプ装置10は、筐体11を備えている。この筐体11の一端側に、放熱板12、発光モジュール13、導光体14、カバー15、およびグローブ16が配設され、また、筐体11の内部にケース17および電源部18が配設され、また、筐体11の他端側に給電部19が配置されている。なお、ランプ装置10は、グローブ16から給電部19に亘って仮想の中心軸（ランプ軸）を有し、その中心軸のグローブ16側を一端側、給電部19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、一端側の径が他端側の径よりも大きく、一端側から他端側に向けて縮径する円筒状に形成されている。筐体11の内部には、一端および他端に開口する空洞部が形成されている。筐体11の一端面には、放熱板12の周辺部が載置される載置面22が形成され、この載置面22にカバー15、発光モジュール13および放熱板12を一体に共締め固定する複数のねじ23が螺着する複数のねじ孔24が形成されている。本実施形態では、ねじ孔24が筐体11の周方向の３箇所に設けられているが、ねじ23は２本のみ用いられる。載置面22の周辺から環状の突出部25が突設され、この突出部25の先端内周から環状の取付縁部26が突設されている。

また、図１ないし図３に示すように、放熱板12は、例えばアルミニウムなどの金属材料によって略円板状に形成されている。放熱板12の一端面に発光モジュール13が熱伝導可能に接触され、放熱板12の他端面の周辺部が筐体11の載置面22に載置されて熱伝導可能に接触される。放熱板12の周辺部には、ねじ23が挿通する挿通溝29が形成されているとともに、発光モジュール13と電源部18とを電気的に接続するための配線を通す配線溝30が形成されている。

また、発光モジュール13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。発光モジュール13は、基板33、この基板33に実装された複数の発光素子34、これら発光素子34の周囲を囲む枠部35、および枠部35内に発光素子34を封止するように充填された蛍光体層36を備えている。そして、蛍光体層36の表面が発光部37として構成されている。

基板33は、平板状で、一端面には複数の発光素子34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33は、絶縁材料または金属材料で形成されている。基板33が金属材料の場合には、基板33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。基板33の周辺部の少なくとも３箇所には、カバー15と嵌合する直線状の切欠き部38が形成されている。また、図２に示すように、基板33の一端面の中央に発光部37が配置され、基板33の一端面の周辺部にコネクタ39等の電気部品が配置されている。コネクタ39等の電気部品は、配線パターンに電気的に接続されている。

発光素子34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35は、絶縁材料によって、基板33上に円環状に形成されている。

蛍光体層36は、透明樹脂に、発光素子34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36の表面である発光部37からは、白色系の光を発光する。

なお、発光部37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４に示すように、導光体14は、例えばシリコーン樹脂等の透明な樹脂またはガラスによって、円柱状に形成されている。導光体14の一端（以下、先端という）はグローブ16内に突出され、導光体14の他端はカバー15に固定されているとともに導光体14の他端面が発光部37に所定の間隙をあけて対向されている。導光体14の先端面には凹部42が形成され、この凹部42の表面にプリズム43が形成されている。

導光体14の他端面には、発光部37から放射される光が導光体14に入射する入射面44が形成されている。導光体14の先端側には、入射面44から入射して導光体14内を導光される光を導光体14の外部に放射する光放射部45が形成されている。この光放射部45では、導光体14内を導光される一部の光がプリズム43で反射して導光体14の周面から出射されるとともに、導光体14内を導光される一部の光がプリズム43を透過して導光体14の先端面から出射される。したがって、光放射部45は凹部42およびプリズム43が設けられる導光体14の先端側で構成されており、この光放射部45からは導光体14の軸方向に対して交差する側方、導光体14の一端方向である先端方向、導光体14から筐体11の側方へ向けた後方向を含む広い方向に向けて光が放射される。この導光体14の光放射部45から放射される光により、キャンドル形の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。きらめき感とは「光が美しくきらめいて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。

さらに、導光体14の直径の寸法d1は、４〜９ｍｍである。導光体14は、一端側（先端側）から他端側に亘って同じ直径の円柱状であるが、一端側（先端側）の直径が他端側の直径よりも細く、一端側（先端側）に向かって先細りとなる円錐状であってもよい。なお、導光体14の直径は、発光部37の直径よりも大きくなっている。

導光体14の先端は、グローブ16内の軸方向の中央域に突出されている。グローブ16内の軸方向の中央域は、グローブ16内の軸方向の中心、およびその中心付近を含む。

図６ないし図８に、導光体14の凹部42およびプリズム43を示す。導光体14の凹部42は、凹部42の中心において導光体14の先端からの深さL1が最も深くなるように形成されている。凹部42の深さL1は、１.０〜５.０ｍｍである。導光体14の軸方向に直交する方向に対する凹部42の角度θは、２８〜４７°である。

凹部42の中心には、導光体14の軸方向に直交する方向の断面に対して面積比０．１〜１．０％の平面部46が形成されている。

プリズム43は、導光体14の中心軸から外側（円周方向）に向かって放射状に、かつ凹部42の底部分から一端（先端）方向に向かって延びる複数の第１の線43Hと、中心軸から外側（円周方向）に向かって第１の線43Hの間で放射状に、かつ底部分から一端（先端）方向に向かって第１の線43Hよりも入射面44からの高さが低くなるように延びる複数の第２の線43Lと、を有する形状である。

具体的には、プリズム43は、稜線43aおよび両側の谷43bを有する断面三角形状に形成され、導光体14の周方向に沿って複数配列されるとともに、それぞれ導光体14の中心軸から放射状に設けられている。

プリズム43の頂角αは、７０〜９０°の範囲にあることが好ましい。頂角αは、プリズム43の稜線43aに垂直な方向の断面での角度である。

プリズム43の数、すなわちプリズム43の稜線43aの数は、４〜１８が好ましい。隣り合う稜線43aと導光体14の中心軸とでなす角度は、２０〜９０°が望ましい。本実施形態では、プリズム43の稜線43aの数は１２、隣り合う稜線43aと導光体14の中心軸とでなす角度は３０°としている。

導光体14の外周面におけるプリズム43の谷43bの深さL2は、凹部42の中心の深さL1よりも浅い関係にある。

また、図１ないし図４に示すように、カバー15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15は、中央の頂部が一端側に突出する円錐状のカバー部48を有し、筐体11の一端側に取り付けられて、その筐体11の一端側、発光モジュール13、および導光体14の他端側等を覆う。

カバー15の中央の頂部には、導光体14の他端側が挿通される孔部49が形成されている。孔部49は、カバー15の頂部から他端側へ向けて突出する円筒状の固定筒50内に形成されている。固定筒50には他端に開口する複数のスリット51が形成され、固定筒50の他端側が外径方向へ弾性変形するのを可能としている。固定筒50の内径すなわち孔部49の内径は一端側から他端側に向かうにしたがって小さくなり、孔部49の他端側の内径が最小となり、その内径d2は導光体14の直径d1よりも小さい。そのため、導光体14の他端側をカバー15の孔部49に挿入するには、導光体14で固定筒50を外径方向へ弾性変形させるように圧入することになり、これによって導光体14がカバー15の孔部49に圧入固定される。この導光体14の他端側をカバー15の孔部49に圧入する際、カバー15と一定の位置関係に配置されるストッパで導光体14の他端面を規制することにより、導光体14とカバー15との軸方向の位置を位置決めすることができる。なお、導光体14とカバー15とは接着剤で接着し、固定を確実にしてもよい。

カバー15の周辺部には、２つのねじ23がそれぞれ挿通される２つの挿通孔52が形成されているとともに、２つの挿通孔52に対して反対位置に筐体11の取付縁部26に引っ掛かる爪部53が突設されている。

カバー15の他端側には、発光モジュール13の基板33を嵌合する嵌合部54が形成されている。この嵌合部54は、基板33の周辺に設けられた３箇所の切欠き部38がそれぞれ嵌合する突部55を備えている。２つの突部55の位置に挿通孔52がそれぞれ形成され、残りの１つの突部55の位置に爪部53が突設されている。

また、グローブ16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、樹脂やガラスが用いられる。グローブ16は、中空状で、一端側へ向けて先細りとなる円錐形に形成され、他端側が開口されている。グローブ16は、いわゆるＰＳ型のような球状であってもよい。グローブ16の他端側には、筐体11の取付縁部26の内側に嵌合されて例えばシリコーン接着剤等で接着固定される固定縁58が突設されている。そして、グローブ16の軸方向の中央領域に、導光体14の先端の光放射部45が配置されている。

また、ケース17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17は筐体11に一端側から挿入され、筐体11の他端側から突出するケース17の他端側に固定リング61が取り付けられることにより、ケース17が筐体11に固定される。ケース17の他端側には給電部19が取り付けられる。ケース17内の対向する２箇所には、一対の基板保持部62が中心軸に沿って形成されている。

また、電源部18は、給電部19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13の発光素子34に供給する。電源部18は、回路基板65、およびこの回路基板65に実装された複数の電子部品を有している。回路基板65は、ケース17の一端側から、一対の基板保持部62間に挿入され、ケース17に保持されている。そして、電源部18の交流電力の一対の入力部は配線によって給電部19に電気的に接続され、電源部18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13のコネクタ39に電気的に接続されている。

また、給電部19は、例えばＥ１７やＥ２６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19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。

そして、本実施形態の作用を説明する。

ランプ装置10の組立時において、筐体11にケース17や電源部18を組み込むとともに、筐体11の一端側に放熱板12および発光モジュール13を配置し、電源部18と発光モジュール13のコネクタ39とを配線で接続する。

その後、カバー15の爪部53を筐体の取付縁部26に引っ掛けて、カバー15を発光モジュール13に被せ、ねじ23をカバー15の挿通孔52および放熱体12の挿通溝29を通じて筐体11のねじ孔24にねじ込むことにより、筐体11に対してカバー15、発光モジュール13の基板33および放熱板12を共締め固定し、基板33および放熱板12を筐体11に熱的に結合する。

カバー15を筐体11に固定することにより、カバー15に予め圧入固定されていた導光体14の入射面44が発光部37に対向する所定の位置に位置決め配置される。そして、組立状態では、導光体14の入射面44と発光部37との間には僅かな隙間があり、導光体14の入射面44に対向する領域内に発光部37が位置する関係となる。

そして、ランプ装置10は、給電部19を例えばシャンデリア等の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18が交流電力を所定の直流電力に変換して発光素子34に供給する。これにより、発光素子34が発光し、発光部37から光が放射される。

発光部37から放射される光は、入射面44から導光体14内に入射し、導光体14内を光放射部45へ向けて導光される。光放射部45に導光された光の一部はプリズム43で反射して導光体14の周面から放射されるとともに、光放射部45に導光された光の一部はプリズム43を透過して導光体14の先端面から放射される。したがって、導光体14の光放射部45からは、導光体14の先端方向、導光体14の軸方向に対して交差する横方向、導光体14から筐体11の側方へ向けた後方向を含む広い方向に光が放射される。導光体14の光放射部45から放射された光は、グローブ16を透過し、照明空間に照射される。

プリズム43での光の反射は、プリズム43の面に入射した光がそのまま導光体14の周面から放射されたり、プリズム43の一方の面に入射した光が他方の面に反射して導光体14の周面から放射される。

そして、図９にランプ装置10の配光図を示す。この場合の導光体14の直径d1は６ｍｍ、凹部42の深さL1は２．４ｍｍ（凹部42の角度θは３８．７°）、プリズム43の頂角αは８５°である。

この配光特性を有するランプ装置10は、導光体14の先端が見える範囲内でどの方向から見てもきらめき感が得られることが確認された。

このとき、ランプ装置10の先端方向である配光角０°の光度は１９ｃｄ、ランプ装置10の後ろ方向の代表角度として配光角１２０°の光度は７ｃｄであり、配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比は０．３６８であった。

そのため、配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比が０．３以上あれば、きらめき感を再現できることが判明した。したがって、配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比が０．３以上を閾値として、導光体14の凹部42およびプリズム43を規定することが好ましい。

図１０に導光体14のプリズム43の頂角αと配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比との関係を示す。プリズム43の頂角αは、７０〜９０°の範囲で、配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比が０．３以上となった。そのため、プリズム43の頂角αを７０〜９０°にすることにより、導光体14の先端が見える範囲内でどの方向からランプ装置10を見ても、きらめき感を再現することができる。

図１１に導光体14の凹部42の角度θと配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比との関係を示す。凹部42の角度θは、２８〜４７°の範囲で、配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比が０．３以上となった。そのため、凹部42の角度θを２８〜４７°にすることにより、導光体14の先端が見える範囲内でどの方向からランプ装置10を見ても、きらめき感を再現することができる。

図１２に導光体14の凹部42の深さL1／直径d1の値と配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比との関係を示す。

導光体14の直径d1と配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比とには相関があり、導光体14の直径d1が４〜９ｍｍにおいて、配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比が０．３以上を満たすには、導光体14の凹部42の深さL1／直径d1の値は０．２５〜０．５５とすることが望ましい。

この関係から、配光角０°の光度に対する配光角１２０°の光度の比が０．３以上となる凹部42の深さL1は、導光体14の直径d1が６ｍｍの場合には１．５〜３．２ｍｍ、導光体14の直径d1が４ｍｍの場合には１．０〜２．２ｍｍ、導光体14の直径d1が９ｍｍの場合には２．４〜５．０ｍｍとなる。

そのため、導光体14の直径d1が４〜９ｍｍにおいて、凹部42の深さL1を１.０〜５．０ｍｍにすることにより、導光体14の先端が見える範囲内でどの方向からランプ装置10を見ても、きらめき感を再現することができる。

このように、本実施形態のランプ装置10は、導光体14の先端の凹部42の表面にプリズム43を設けることにより、キャンドル形の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、導光体14の先端の凹部42の表面にプリズム43を設けず、その凹部42を円弧凹面あるいは円錐凹面とするとともに、凹部42の表面にアルミ蒸着膜を形成した場合にも、導光体14の先端部が光るように見え、きらめき感を再現することができるが、アルミ蒸着膜の反射率は８５〜８８％程度であり、反射損が大きく、ランプ装置10の効率が低くなる。

それに対して、導光体14の先端の凹部42の表面にプリズム43を設けることにより、アルミ蒸着膜が無くても光を反射させることができるとともに、プリズム43による反射損はアルミ蒸着膜による反射損に比べて少なく、ランプ装置10の効率を高くできる。

しかも、導光体14が複数のプリズム43を備えることにより、ランプ装置10のグローブ16をどの方向から見ても、きらめき感を再現することができる。

プリズム43の数、すなわちプリズム43の稜線43aの数は４〜１８であるため、プリズム43の製造性がよく、きらめき感を再現することができる。稜線43aの数が４より少ないと、ランプ装置10を見る方向によってはきらめき感が得られにくくなる。そのため、きらめき感を得るためにはプリズム43の稜線43aの数は多い方がよいが、１８より多いと、製造の困難性がある。そのため、プリズム43の稜線43aの数は４〜１８が好ましい。

プリズム43の頂角αを７０〜９０°にすることにより、導光体14の先端が見える範囲内でどの方向からランプ装置10を見ても、きらめき感を再現することができる。

また、プリズム43の稜線43aが放射状に設けられているため、導光体14の周囲に均等に光を反射させることができる。

また、導光体14の外周面におけるプリズム43の谷43bの深さL2は、凹部42の中心の深さL1よりも浅い関係にあるため、導光体14内を導光された光をプリズム43によって軸方向の広い範囲に反射させることができる。

また、凹部42の中心には、平面部46を形成しているため、プリズム43の形成が可能となるとともに、平面部46に導光された光が透過し、導光体14の先端方向への配光特性を改善することができる。ただ、平面部46は面積が大きすぎると前方に光が出射しすぎてしまい、小さすぎると前方に光が出射しなくなるため、配光特性を好適に保つためには、平面部46の面積は導光体14の軸方向に直交する方向の断面に対する面積比が０．１〜１．０％であるのが望ましい。

また、導光体14の直径d1は４〜９ｍｍであるため、効率が高く、きらめき感を再現することができる。すなわち、導光体14の直径d1が４ｍｍより細いと、それに応じて発光部37が小さくなって出力が低いものになるとともに、発光部37の光が導光体14に入射しにくくなって効率が低下し、また、導光体14の直径d1が９ｍｍよりも太いと、光放射部45が大きくなり、きらめき感が低下する。

さらに、導光体14の光放射部45は、グローブ16の軸方向の中央域に配置されるため、きらめき感を再現できる。

また、導光体14の入射面44の大きさは、発光部37の大きさよりも大きい。そのため、発光部37から放射される光のほとんどを導光体14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、導光体14の光放射部45から放射する光を増加し、きらめき感を向上できる。

さらに、導光体14をシリコーン樹脂で形成した場合、例えばアクリル樹脂に比べて熱的に強く、導光体14を発光部37に近付けて配置することができ、入射ロスを少なくすることができ、これにより、導光体14の光放射部45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15により、発光部37および導光体14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、導光体14の先端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。

また、カバー15は、発光部37および導光体14の他端側を覆う機能、および筐体11に放熱板12および発光モジュール13を固定する機能を有することに加えて、導光体14を固定する機能も有するため、部品点数を削減し、ランプ装置10を簡素化することができる。

さらに、カバー15の孔部49の内径d2は導光体14の直径d1よりも小さく、孔部49に導光体14を圧入固定するため、簡単な構造で導光体14をカバー15に固定でき、組立性を向上できる。

なお、ランプ装置は、一般照明用白熱電球に近似した球形のグローブを用いたランプ装置にも適用できる。この場合、導光体の光放射部はグローブの最大外径部の中心に配置することにより、きらめき感を再現することができる。

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
14 導光体
16 グローブ
19 給電部
37 発光部
42 凹部
43 プリズム
43H 第１の線
43L 第２の線
46 平面部

Claims (4)

1. 筐体と；
   前記筐体の一端側に設けられる発光部と；
   前記発光部を覆うように前記筐体の一端側に設けられる透明なグローブと；
   直径が４〜９ｍｍの円柱状に形成され、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されており、一端に凹部が設けられ、前記凹部の表面にプリズムが設けられているとともに前記凹部の中心に平面部が設けられている導光体と；
   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。
2. 筐体と；
   前記筐体の一端側に設けられる発光部と；
   前記発光部を覆うように前記筐体の一端側に設けられる透明なグローブと；
   直径が４〜９ｍｍの円柱状に形成され、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されており、一端に凹部が設けられているとともに前記凹部の表面にプリズムが設けられ、直径に対する前記凹部の深さの割合は０．２５〜０．５５である導光体と；
   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。
3. 前記プリズムは、中心から外側に向かって放射状に、かつ前記凹部の底部から一端方向に向かって延びる複数の第１の線と、中心から外側に向かって前記第１の線の間で放射状に、かつ前記底部から一端方向に向かって前記第１の線よりも低く延びる複数の第２の線と、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。
4. 前記プリズムの頂角は、７０〜９０°である
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のランプ装置。

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