特許 7455354 反射部材を用いた照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】反射部材を用いた照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21V 7/04 20060101AFI20240318BHJP

   F21V 7/06 20060101ALI20240318BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20240318BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240318BHJP

【ＦＩ】

F21V7/04 123

F21V7/06 100

F21S2/00 310

F21Y115:10

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019233763

(22)【出願日】2019-12-25

(65)【公開番号】P2021103625

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-11-02

(73)【特許権者】

【識別番号】594067025

【氏名又は名称】嶋田プレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092727

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 忠昭

(74)【代理人】

【識別番号】100146891

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 ひろ美

(72)【発明者】

【氏名】二俣 圭吾

(72)【発明者】

【氏名】関 克彦

(72)【発明者】

【氏名】梅林 亨

(72)【発明者】

【氏名】武田 大輔

【審査官】山崎 晶

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０２７９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３３８９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２８８００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２８８００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５１３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７０６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２８６４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｖ ７／０４

Ｆ２１Ｖ ７／０６

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を反射する反射部材と、前記反射部材を支持する回路基板と、前記回路基板における、前記反射部材の焦点に対応する焦点領域に配設されたＬＥＤ光源と、を備え、
前記反射部材は、前記ＬＥＤ光源からの照射光を反射する反射部材本体を備え、前記反射部材本体は、一端側が収束し且つ他端側が開放された放物面状の一部形状であり、内周側のベース部及び前記ベース部の外周面に周方向に設けられた複数の突条を有し、前記複数の突条は前記反射部材本体の前記一端側から前記他端側に放射状に延びており、
また、前記複数の突条の頂部を結ぶ仮想面が放物面の一部を規定するように構成され、前記複数の突条の前記頂部断面が直角になっており、
更に、前記反射部材本体の前記ベース部の肉厚をｔ１とし、前記反射部材本体の前記複数の突条における前記ベース部の内周面から前記複数の突条の頂部までの肉厚をｔ２とすると、前記ＬＥＤ光源は、前記反射部材本体の仮想肉厚ｔａがｔａ＝〔（ｔ１＋ｔ２）／２〕とする放物面の焦点位置に配設されており、
前記ＬＥＤ光源からの照射光は、前記ベース部を通過して前記複数の突条に至り、前記複数の突条にて前記反射部材本体の前記他端側に向けて反射されることを特徴とする照明装置。

【請求項2】

前記反射部材本体は、一端側が収束し且つ他端側が開放された半放物面状であり、その下面側が前記回路基板の表面に支持され、前記ＬＥＤ光源は、前記回路基板における、前記反射部材本体の仮想肉厚ｔａがｔａ＝〔（ｔ１＋ｔ２）／２〕とする放物面の焦点位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記複数の突条の周方向の角度幅は、０．５～５度であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源からの照射光を所定方向に反射するための反射部材を用いた照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

照射装置の反射部材は、光源からの照射光を反射するための反射面を有する反射部材本体を備えている（例えば、特許文献１参照）。この反射部材の反射面は、反射部材本体の内周面に設けられ、この内周面（反射面）が放物面状に形成され、光源（例えば、ＬＥＤ光源）は、この放物面の焦点位置に配設される。

【0003】

このような反射部材では、その反射面に例えばアルミ蒸着などの表面処理が施され、このように反射効率を高めて光源からの照射光を所定方向に向けて反射させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第３６９４３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した反射部材では、反射部材本体の反射面にアルミ蒸着などの表面処理を施さなければならず、そのための製造の工程が増え、製造工程が複雑になるとともに、歩留り低下を引き起こし、製造コストが高くなる問題がある。また、反射部材本体の反射面に施したアルミ蒸着の反射効率を改善するにはさらに増反射コートを施すなど専用の装置も必要となり、また反射効率の高いアルミ以外の材料を適用しようとすると製造コストや耐久性の課題もあり、このようなことから、反射効率の改善を簡便にできる手段が求められていた。

【0006】

本発明の目的は、製造が比較的簡単で且つ反射効率も改善することができる反射部材を用いた照明装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の照明装置は、光を反射する反射部材と、前記反射部材を支持する回路基板と、前記回路基板における、前記反射部材の焦点に対応する焦点領域に配設されたＬＥＤ光源と、を備え、
前記反射部材は、前記ＬＥＤ光源からの照射光を反射する反射部材本体を備え、前記反射部材本体は、一端側が収束し且つ他端側が開放された放物面状の一部形状であり、内周側のベース部及び前記ベース部の外周面に周方向に設けられた複数の突条を有し、前記複数の突条は前記反射部材本体の前記一端側から前記他端側に放射状に延びており、
また、前記複数の突条の頂部を結ぶ仮想面が放物面の一部を規定するように構成され、前記複数の突条の前記頂部断面が直角になっており、
更に、前記反射部材本体の前記ベース部の肉厚をｔ１とし、前記反射部材本体の前記複数の突条における前記ベース部の内周面から前記複数の突条の頂部までの肉厚をｔ２とすると、前記ＬＥＤ光源は、前記反射部材本体の仮想肉厚ｔａがｔａ＝〔（ｔ１＋ｔ２）／２〕とする放物面の焦点位置に配設されており、
前記ＬＥＤ光源からの照射光は、前記ベース部を通過して前記複数の突条に至り、前記複数の突条にて前記反射部材本体の前記他端側に向けて反射されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の照明装置によれば、反射部材本体のベース部の外周面に周方向に複数の突条が設けられ、これらの突条の頂部を結ぶ仮想面が放物面の一部を規定するように構成され、これら突条の頂部断面が直角になっているので、光源からの照射光は、反射部材本体のベース部を通過して突条に至り、これら突条にて反射部材本体の他端側に向けて反射されるようになり、これによって、光源からの光を効率良く反射させることができる。
また、反射部材本体のベース部の肉厚をｔ１とし、反射部材本体の複数の突条におけるベース部の内周面から複数の突条の頂部までの肉厚をｔ２とすると、ＬＥＤ光源は、反射部材本体の仮想肉厚ｔａがｔａ＝〔（ｔ１＋ｔ２）／２〕とする放物面の焦点位置に配設されるので、ＬＥＤ光源からの照射光をより効率良く反射させて照度を高めることができる。
更に、このような反射部材は、樹脂成形、例えば射出成形により形成することができ、比較的簡単に且つ安価に製造することができる。更にまた、このような反射部材では、一般的なアルミ蒸着を施すことなく、反射効率を高めることができるため、製造工程の削減や歩留り向上、さらに反射部材本体の廃棄時にリサイクルも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に従う照明装置に用いる反射部材の第１の実施形態を示す側面図。

【図2】図１の反射部材を示す平面図。

【図3】図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線による断面図。

【図4】図１の反射部材を用いた照明装置の一部を示す部分拡大断面図。

【図5】図１の反射部材の一部を拡大して示す部分拡大端面図。

【図6】シミュレーション実験及び照射実験に用いた実施例１の反射部材の寸法を示す図であって、図６（ａ）は反射部材の平面図、図６（ｂ）はその正面図、図６（ｃ）はその底面図。

【図7】図７（ａ）は、実施例１の反射部材のシミュレーション結果を示す図であって、反射部材からの反射光の照度分布を示す図、図７（ｂ）は、製作した反射部材を用いた照射実験により得られた反射部材からの反射光の照度分布を示す実測データ図。

【図8】シミュレーション実験及び照射実験に用いた比較例１の反射部材の寸法を示す図であって、図８（ａ）は反射部材の正面図、図８（ｂ）はその底面図。

【図9】図９（ａ）は、比較例１の反射部材のシミュレーション結果を示す図であって、反射部材からの反射光の照度分布を示す図、図９（ｂ）は、製作した反射部材を用いた照射実験により得られた反射部材からの反射光の照度分布を示す実測データ図。

【図10】実施例２のシミュレーション実験結果を示す図であって、反射部材からの反射光の照度分布を示す図。

【図11】比較例２のシミュレーション実験結果を示す図であって、反射部材からの反射光の照度分布を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して、本発明に従う照明装置の実施形態を説明する。まず、図１～図５を参照して、本発明に従う照明装置の第１の実施形態について説明する。

【0013】

図１～図３において、照明装置に用いる図示の反射部材２は、照射光を反射するための反射部材本体４を備え、この反射部材本体４が回路基板６の所定部位に取り付けられる。反射部材本体４は、図１～図３に示すように、一端側（図１及び図３において左端側）が収束し且つ他端側（図１及び図３において右端側）が開放された半放物面状の形状（換言すると、周方向に１８０度の形状）に形成され、その下面側が回路基板６の表面に支持される。このような反射部材本体４は、透明の樹脂材料の成形により形成され、例えばアクリル樹脂の射出成形により形成される。

【0014】

この反射部材本体４は、内周側に設けられたベース部８と、このベース部８の外周面に周方向に連続して設けられた複数の突条１０を有し、これら突条１０はベース部８の一端側から他端側まで実質上全長にわたって放射状に延びている。複数の突条１０は、ベース部８の外周面に連続して設けられ、それらの頂部１２（図５参照）が直角に形成されており、このように直角にすることによって、光源としてのＬＥＤ光源１４（図４参照）からの光を反射部材本体４の開放された他端側に効率良く反射させることができる。

【0015】

この実施形態では、複数の突条１０は、断面形状が例えば直角二等辺三角形状に形成され、これら突条１０の周方向の角度幅は、大きくなると反射効率は低下するために、実用上の適用を考慮すると、例えば０．５～５度の角度範囲、好ましくは１～４度の角度範囲に設定され、この実施形態では、例えば４度になっている。これら突条１０の角度幅が０．５度より小さくなると、突条１０の大きさが小さくなり過ぎ、加工時の頂点Ｒの影響を受けやすく、ＬＥＤ光源１４からの照射光がこれら突条１０を通過するようになって反射効率が低下する。また、これら突条１０の角度幅が５度より大きくなると、突条１０の大きさが大きくなり過ぎ、焦点位置のズレの影響を受けやすく、ＬＥＤ光源１４からの照射光の反射効率が低下する。

【0016】

このような反射部材本体４は、複数の突条１０の頂部１２（具体的には、頂点）を結ぶ仮想面Ｑ（図５参照）が放物面の一部を規定するように構成され、このように構成することによって、ＬＥＤ光源１４（その発光部）は、仮想面Ｑによって規定される半放物面の焦点領域Ｐ（具体的には、回路基板６における、この焦点領域に対応する焦点領域）に配設され、このように配設することにより、ＬＥＤ光源１４からの照射光を反射部材本体４の他端側に向けて効率良く反射させることができる。

【0017】

この焦点領域Ｐとは、仮想面Ｑによって規定される半放物面の焦点位置又はその近傍位置の領域であって、この近傍位置とは、半放物面の焦点位置を反射部材本体４の肉厚を考慮して補正した位置をいう。

【0018】

このような反射部材本体４においては、全体の外形が一端側が収束され且つ他端側が開放された半放物面状であるので、複数の突条１０の一端側（収束側）においては、それらの高さが低く、それらの他端側（開放側）においては、それらの高さは高く、これら突条１０の高さは、一端側から他端側に向けて漸増している（図２及び図３参照）。

【0019】

この実施形態では、反射部材本体４の他端部に径方向外方に突出するフランジ部１６が設けられ、このフランジ部１６の両下端部に、外側に突出する突出取付部１８が設けられ、かかる突出取付部１８にスリット２０（図１において一方のみ示す）が設けられている。このように構成されているので、突出取付部１８のスリット２０を通して取付ねじ（図示せず）を取付部材２２に螺着することにより、この反射部材本体４が取付部材２２に取り付けられ、かかる取付部材２２が例えば回路基板６に取り付けられる。

【0020】

この取付部材２２には、図示していないが、反射部材本体４の他端側開口２４（図３参照）に対応する照射開口（図示せず）が設けられており、ＬＥＤ光源１４からの照射光は、この反射部材本体４により後述する如く反射された後に取付部材２２の照射開口を通して投射される。

【0021】

この実施形態の反射部材２では、ＬＥＤ光源１４からの反射光は、次のようにして反射される。主として図３及び図４を参照して、ＬＥＤ光源１４としては、例えば表面実装型トップビュータイプのＬＥＤが用いられ、このＬＥＤ光源１４からの照射光は、上方（図３において上方）に向くように回路基板１６の表面に取り付けられる。

【0022】

このＬＥＤ光源１４からの照射光は、図３及び図４に矢印で示すように、反射部材本体４のベース部８を通過して突条１０に至り、その後この突条１０の外面（即ち、突条１０と大気との境界面）により反射されて反射部材本体４の他端側開口２４を通して照射される。このとき、複数の突条１０は、その頂部１２の角度が直角となる直角三角形状に形成されているので、ＬＥＤ光源１４からの照射光は、突条１０を通過してその片側の内斜面３２により反射され、更にこの突条１０を通過してその他側の内斜面３４により反射され、このように反射された照射光は、反射部材本体４の他端開口２４側を通して外部に投射される（図４参照）。

【0023】

この反射部材２を用いた照明装置では、ＬＥＤ光源１４からの照射光は、反射部材本体４の複数の突条１０により効率良く反射され、反射部材本体４の他端開口２４を通して外部に照射される照射光の照度が大きく、この他端開口２４を通して明るく照らすことができる。また、この反射部材２では、アルミ蒸着などの表面処理を施すことなくＬＥＤ光源１４からの照射光を高効率で反射することができ、高効率の反射部材を比較的容易に且つ安価に提供することができる。更に、ＬＥＤ光源１４を取り付けた回路基板６上に半放物面状の反射部材２を設けた構造にすることにより、反射部材２からの反射光がＬＥＤ光源１４により遮られることがほとんどなく、このことにより、反射部材４の他端側開口２４を通して投射される光をより明るくすることができる。

【0024】

この反射部材２を用いた照明装置では、反射部材２の複数の突条１０の頂部１２を結ぶ仮想面Ｑ（図５参照）が半放物面となるように構成され、このように構成した場合、ＬＥＤ光源１４（具体的には、その発光部）は、この仮想面Ｑの半放物面の焦点位置に配設され、このように配設することによって、ＬＥＤ光源１４からの照射光を高効率で反射させることができるが、この反射部材本体４の肉厚を考慮してＬＥＤ光源１４の配置位置を補正することによって、より効率良く反射させて照射光の照度を高めることができる。

【0025】

この場合、図５に示すように、反射部材本体４のベース部８の肉厚をｔ１とし、反射部材本体４の複数の突条１０におけるベース部８の内周面から複数の突条１０の頂部１２までの肉厚をｔ２とすると、反射部材本体４の仮想肉厚ｔａがｔａ＝〔（ｔ１＋ｔ２）／２〕とする放物面Ｑ２（換言すると、反射部材本体４の外形がＱａとなる放物面）における焦点位置に、このＬＥＤ光源１４が配置されるようにその配置位置を補正するのが好ましく、この位置補正は、反射部材本体４を回路基板６の表面に沿って移動させることにより容易に行うことができる。

【0026】

以上、照明装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。

【0027】

例えば、上述した実施形態では、反射部材として半放物面形状（換言すると、周方向に１８０度の形状）のものを用いているが、このような形状に限定されず、周方向の角度が１８０度よりも小さい放物面形状、例えば６０度、９０度、１２０度、１５０度などの適宜の角度の放物面形状のもの、或いは周方向の角度が１８０度よりも大きい放物面形状、例えば２４０度、２７０度、３００度、３６０度などの適宜の角度の放物面形状のものを用いるようにしてもよい。

【0028】

本発明の照明装置に用いた反射部材の効果を確認するために、実施例１として、図６に示す形状の反射部材を用いたときの反射効率をシミュレーションにより求め、また図６に示す形状の反射部材（外周面に放射状に複数の突条を設けたもの）を製作し、製作した反射部材による照射実験を行った。

【0029】

〈実施例１の反射部材〉
反射部材本体の外形形状：半放物面形状（周方向に１８０度の形状）
反射部材本体の他端側開口の幅Ｗ：４６ｍｍ
反射部材本体の他端側開口の高さＨ：２３ｍｍ
反射部材本体のベース部の一端側内面から他端側開口までの長さＬ：２９．５ｍｍ
反射部材本体の突条の軸方向の長さＰ：２６．５ｍｍ
突条の配設部位：反射部材本体の外周面の全域
突条の周方向の角度幅：４度
突条の頂部の角度：９０度
ＬＥＤ光源の光束：１８．６ルーメン
ＬＥＤ光源の半値角：１４０度
ＬＥＤ光源の配置位置：反射部材本体の外形形状の半放物面の焦点位置
反射部材本体の材質：アクリル樹脂
この実施例１の反射部材のシミュレーション結果は、図７（ａ）に示す通りであった。この図７（ａ）に示すように、このときの反射光の最大照度は約３３８ルクスであり、反射部材の反射効率については、約７１．７％となっていることが確認できた。

【0030】

実施例１の反射部材を用いた照射実験では、ＬＥＤ光源を反射部材の外形形状の半放物面の焦点位置（具体的には、肉厚を考慮した焦点領域）に配置し、このＬＥＤ光源からの光を反射部材で反射させた後に、１ｍ先に設置したスクリーンに照射させた。このときのスクリーンに映し出された反射光分布は、図７（ｂ）に示す通りであった。このときの反射光の最大照度は実測データで約３４３ルクスであり、反射部材の反射効率については、実測データで約７３．０％となっていることが確認できた。

【0031】

比較例として、図８に示す形状の反射部材（従来タイプ）を用いたときの反射効率をシミュレーションにより求め、また図８に示す形状の反射部材（反射部材本体の内周面の表面処理にアルミ蒸着をしたもの）を製作し、製作した反射部材による照射実験を行った。

【0032】

〈比較例１の反射部材〉
反射部材本体の内周面形状：半放物面形状（周方向に１８０度の形状）
反射部材本体の他端側開口の幅ｗ：４５ｍｍ
反射部材本体の他端側開口の高さｈ：２２．５ｍｍ
反射部材本体のベース部の一端側内面から他端側開口までの長さｌ：３０ｍｍ
ＬＥＤ光源の光束：１８．６ルーメン
ＬＥＤ光源の半値角：１４０度
ＬＥＤ光源の配置位置：反射部材本体の内周面形状の半放物面の焦点位置
反射部材本体の内周面の表面処理：アルミ蒸着（シミュレーション実験の反射率設定は８５％）
この比較例１の反射部材のシミュレーション結果は、図９（ａ）に示す通りであった。この図９（ａ）に示す通り、ＬＥＤ光源からの最大照度は、実施例１と比較して強く、約８３１ルクスであったが、反射して放出される光束は少なく、比較例１の反射部材の反射効率については、約６８．５％と実施例１に比して約３.２％低かった。

【0033】

比較のための比較例１の反射部材の照射実験は、ＬＥＤ光源を反射部材の焦点位置に配置し、このＬＥＤ光源からの光を反射部材で反射させた後に、１ｍ先に設置したスクリーンに照射させた。このときのスクリーンに映し出された反射光分布は、図９（ｂ）に示す通りであった。このときの反射光の最大照度は実測データで約８５４ルクスであり、反射部材の反射効率については、実測データで約６５.９％となっており、実施例１の反射部材の反射効率と比較して約７．１％低かった。

【0034】

以上のようにシミュレーション実験及び反射部材の照射実験の結果、いずれも実施例１の方が、最大照度は低下するものの、照射領域全域において照度差は小さく、全体的に柔らかな光となっており、また反射効率は高くなることが確認できた。

【0035】

次に、実施例２として実施例１と同じ形状の反射部材を用い、また比較例２として比較例１の形状の反射部材を用い、ＬＥＤ光源の半値角を１２０度としてシミュレーション実験を行った。但し、比較例１の内面の反射率は増反射コートを想定し９３％とした。実施例２の反射光の照度分布は、図１０に示す通りであり、比較例２の反射光の照度分布は、図１１に示す通りであった。即ち、図１０は実施例２のシミュレーション結果で、図１１は比較例２のシミュレーション結果である。反射効率は実施例２の形状の場合は約９４．６％、比較例２の形状の場合は約９０．４％となり、実施例２の方が約４．２％高くなり、実施例１と比較例１の実験結果と同様に反射効率の増加が確認できた。

【0036】

尚、ＬＥＤ光源の半値角が１４０度から１２０度に変更したことで反射効率は実施例２の方が実施例１より大きくなったが、半値角が１４０度のものの方が、出射される光束が反射部材に当たらず、直接漏れる割合が著しく大きくなるためであると考えられる。

【符号の説明】

【0037】

２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 反射部材
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 反射部材本体
６ 回路基板
８ ベース部
１０ 突条
１２ 頂部
１４ ＬＥＤ光源
４２，５２，６２ 第１領域
４４，５４，６４ 第２領域
６６ 第３領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】