トップ :: F 機械工学 照明 加熱 武器 爆破 :: F21 照明




【発明の名称】 照明器具、照明器具本体及びＬＥＤ素子
【発明者】 【氏名】藤 井 石 根

【氏名】岸 村 俊 二

【氏名】堀 井 伸一郎
【要約】 【課題】ＬＥＤを用いた省エネルギー型の照明器具を提供する。

【解決手段】光源として、任意数のLED素子とこれを挿入着脱可能として装着時に通電可能にした照明器具本体としてのLED素子保持体とを備え、前記LED素子は、LEDチップとこれの正負の端子に電源を供給するための端子としての脚部とを有し、前記脚部においては、軸方向に沿って、前記正負の端子に電気的に導通する第１の脚端子と第２の脚端子が互いに絶縁された状態に形成されており、前記LED素子保持体は、外部から給電される第１の給電端子及び第２の給電端子と、前記任意数のLED素子を保持する保持ユニットを有し、前記保持ユニットは互いに絶縁状態とされた第１の送電被膜と第２の送電被膜を有し、これら第１及び第２の送電被膜は、それぞれ前記第１及び第２の給電端子に電気的に導通させられており且つ前記脚部よりも小径な被挿入部を有するものとして構成されており、この被挿入部に挿入された前記LED素子における前記脚部の前記第１及び第２の脚端子とそれぞれ電気的に導通するものとして構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】光源として、任意数のＬＥＤ素子とこれを着脱可能として挿入装着時に通電可能にした照明器具本体としてのＬＥＤ素子保持体とを備え、前記ＬＥＤ素子は、ＬＥＤチップとこれの正負の端子に電源を供給するための端子としての脚部とを有し、前記脚部においては、軸方向に沿って、前記正負の端子に電気的に導通する第１の脚端子と第２の脚端子が互いに絶縁された状態に形成されており、前記ＬＥＤ素子保持体は、外部から給電される第１の給電端子及び第２の給電端子と、前記任意数のＬＥＤ素子を保持する保持ユニットとを有し、前記保持ユニットは互いに絶縁状態とされた第１の送電被膜と第２の送電被膜を有し、これら第１及び第２の送電被膜は、それぞれ前記第１及び第２の給電端子に電気的に導通させられており且つ前記脚部よりも小径な被挿入部を有するものとして構成されており、この被挿入部に挿入された前記ＬＥＤ素子における前記脚部の前記第１及び第２の脚端子とそれぞれ電気的に導通するものとして構成されている、ことを特徴とする照明器具。
【請求項２】前記保持ユニットは、前記第１及び第２の送電被膜の間に、ここに差し込まれた前記ＬＥＤ素子における前記脚部を保持する絶縁性の弾性中間層をさらに備えることを特徴とする請求項１の照明器具。
【請求項３】前記保持ユニットは、前記第１及び第２の送電被膜のそれぞれの外側に、前記ＬＥＤ素子の前記脚部の挿入を案内する案内孔が設けられた外側のカバー及び内側のカバーをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２の照明器具。
【請求項４】前記保持ユニットにおける前記第１及び第２の送電被膜は、前記ＬＥＤ素子の前記脚部の挿入により前記被挿入部が押し広げられるが、抜出後には再びもとの大きさの径に戻る復元性を有する材料によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの照明器具。
【請求項５】前記ＬＥＤ素子における前記脚部は、基端側に前記第１の脚端子を、先端側に前記第２の脚端子をそれぞれ形成したものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つの照明器具。
【請求項６】前記ＬＥＤ素子は、光の到達距離を調節する着脱可能なレンズキャップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つの照明器具。
【請求項７】光源としての任意数のＬＥＤ素子が着脱可能とされ、挿入装着時にはそれらに通電可能とした照明器具本体であって、外部から給電される第１の給電端子及び第２の給電端子と、前記任意数のＬＥＤ素子を保持する保持ユニットとを有し、前記保持ユニットは互いに絶縁状態とされた第１の送電被膜と第２の送電被膜を有し、これら第１及び第２の送電被膜は、それぞれ前記第１及び第２の給電端子に電気的に導通させられており且つ前記脚部よりも小径な被挿入部を有するものとして構成されており、この被挿入部に挿入された前記ＬＥＤ素子における前記脚部の前記第１及び第２の脚端子とそれぞれ電気的に導通するものとして構成されている、ことを特徴とする照明器具本体。
【請求項８】前記保持ユニットは、前記第１及び第２の送電被膜の間に、ここに差し込まれた前記ＬＥＤ素子における前記脚部を保持する絶縁性の弾性中間層をさらに備えることを特徴とする請求項７の照明器具本体。
【請求項９】前記保持ユニットは、前記第１及び第２の送電被膜のそれぞれの外側に、前記ＬＥＤ素子の前記脚部の挿入を案内する案内孔が設けられた外側のカバー及び内側のカバーをさらに備えることを特徴とする請求項７又は８の照明器具本体。
【請求項１０】前記保持ユニットにおける前記第１及び第２の送電被膜は、前記ＬＥＤ素子の前記脚部の挿入により前記被挿入部が押し広げられるが、抜出後には再びもとの大きさの網目に戻る復元性を有する材料によって構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１つの照明器具本体。
【請求項１１】照明器具本体に対して着脱可能とされ、装着時には前記照明器具本体から給電される、光源としてのＬＥＤ素子であって、ＬＥＤチップとこれの正負の端子に電源を供給するための端子としての脚部とを有し、前記脚部は軸方向に沿って、前記正負の端子に電気的に導通する第１の脚端子と第２の脚端子が互いに絶縁された状態に形成されていることを特徴とするＬＥＤ素子。
【請求項１２】前記脚部は、基端側に前記第１の脚端子を、先端側に前記第２の脚端子をそれぞれ形成したものであることを特徴とする請求項１１のＬＥＤ素子。
【請求項１３】発光部に着脱可能とされて、装着により光の到達距離を調節可能なレンズキャップをさらに備えることを特徴とする請求項１２のＬＥＤ素子。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明器具、その照明器具における光源を除いた部分としての照明器具本体、及びその光源としてのＬＥＤ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、道路や公園等の野外や各種室内における照明として各種の照明器具が用いられている。例えば、野外における照明は、当然のように大電力を消費する種々のいわゆる電球、蛍光灯を用いて行われていた。このような野外における照明では、大電力を消費することになるが、従来はこれ以外に方法がないと思われており、とりたてて何らかの方策は講じられていなかった。これに対し、省エネルギーを図るには、蛍光灯よりも小さな電力で動作する例えばＬＥＤなどを用いればよいが、ＬＥＤは実際の野外等での照明には適さないというのが現状である。そのため、省エネルギーは図られていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来は省エネルギーに適した照明器具がなく、大きな電力が消費されるのを有効に防止することができなかった。
【０００４】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、ＬＥＤを使用して省エネルギーを図ることのできる各種の、例えば屋内外で使用できる照明器具、照明器具本体、ＬＥＤ素子を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の照明器具は、光源として、任意数のＬＥＤ素子とこれを着脱可能として挿入装着時に通電可能にした照明器具本体としてのＬＥＤ素子保持体とを備え、前記ＬＥＤ素子は、ＬＥＤチップとこれの正負の端子に電源を供給するための端子としての脚部とを有し、前記脚部においては、軸方向に沿って、前記正負の端子に電気的に導通する第１の脚端子と第２の脚端子が互いに絶縁された状態に形成されており、前記ＬＥＤ素子保持体は、外部から給電される第１の給電端子及び第２の給電端子と、前記任意数のＬＥＤ素子を保持する保持ユニットとを有し、前記保持ユニットは互いに絶縁状態とされた第１の送電被膜と第２の送電被膜を有し、これら第１及び第２の送電被膜は、それぞれ前記第１及び第２の給電端子に電気的に導通させられており且つ前記脚部よりも小径な被挿入部を有するものとして構成されており、この被挿入部に挿入された前記ＬＥＤ素子における前記脚部の前記第１及び第２の脚端子とそれぞれ電気的に導通するものとして構成されている。
【０００６】本発明の照明器具本体は、光源としての任意数のＬＥＤ素子が着脱可能とされ、装着時にはそれらに通電可能とした照明器具本体であって、外部から給電される第１の給電端子及び第２の給電端子と、前記任意数のＬＥＤ素子を保持する保持ユニットとを有し、前記保持ユニットは互いに絶縁状態とされた第１の送電被膜と第２の送電被膜を有し、これら第１及び第２の送電被膜は、それぞれ前記第１及び第２の給電端子に電気的に導通させられており且つ前記脚部よりも小径な被挿入部を有するものとして構成されており、この被挿入部に挿入された前記ＬＥＤ素子における前記脚部の前記第１及び第２の脚端子とそれぞれ電気的に導通するものとして構成されている。
【０００７】本発明のＬＥＤ素子は、照明器具本体に対して着脱可能とされ、装着時には前記照明器具本体から給電される、光源としてのＬＥＤ素子であって、ＬＥＤチップとこれの正負の端子に電源を供給するための端子としての脚部とを有し、前記脚部は軸方向に沿って、前記正負の端子に電気的に導通する第１の脚端子と第２の脚端子が互いに絶縁された状態に形成されているものとして構成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る照明器具の全体を示す断面図である。同図において、１はいわゆる口金であり、汎用の電球等と同様に正負の電源が供給される第１及び第２の端子１ａ，１ｂを有する。つまり、この口金１は汎用のソケットに着脱可能に構成されている。この口金１の図中下方に丸い基盤２が固定されている。この基盤２は、図では倒立しているが、浅い容器状をしており、立ち下がった周縁部２ａの内面が雌ねじとされている。上記基盤２の中心側の底面には、図３に示すＬＥＤ素子１１，１１，…を着脱可能に挿入する、ＬＥＤ用保持ユニット３が固定されている。この保持ユニット３は、図１及び図２からわかるように、差し込まれた任意数のＬＥＤ素子１１，１１，…を、これにおける２つの端子を前記口金１における２つの端子１ａ，１ｂと電気的に接続した状態で機械的に保持するものである。つまり、ＬＥＤ素子１１，１１，…は、保持ユニット３の予め形成された案内孔５ａ，９ａ（図３）に差し込むことにより後述のシリコンゴム膜７によってここに保持され、口金１の前記第１、第２の端子１ａ，１ｂから最終的に後述の２つの端子１１ｃ，１１ｄを介して通電されて点灯可能な状態となる。このシリコンゴム膜７としては、シリコンゴムのほか、挿入されたＬＥＤ素子１１を保持する他の材質のものとすることもできる。
【０００９】これについてさらに詳述する。上記保持ユニット３は、図３からわかるように、五重構造の中空容器状のものとして構成されている。その五重構造は、外側から内側へ、外側樹脂カバー５、外側送電被膜６、シリコンゴム膜７、内側送電被膜８、内側樹脂カバー９として構成されている。外側、内側樹脂カバー５，９はある程度の強度をもった硬質のものとして構成されており、前記ＬＥＤ素子１１の挿入を案内する案内孔５ａ，９ａをそれぞれ有している。このＬＥＤ素子１１は、同じく図からわかるように、ＬＥＤチップ１０をプラス電極１１ａとマイナス電極１１ｂで挟んで通電可能として、樹脂封止したものである。即ち、これらの電極１１ａ，１１ｂはそれぞれ、円錐状のプラス脚端子１１ｃ及びマイナス脚端子１１ｄと一体又は電気的に導通するものとして構成されている。これらの脚端子１１ｃ，１１ｄはいわゆる雄電極端子として機能し、これらと電気的に接続する雌電極端子として後に詳述するメッシュ状の上記外側、内側送電被膜６，８が用いられる。このＬＥＤ素子１１のプラス及びマイナス脚端子１１ｃ，１１ｄが案内孔５ａ，９ａによって案内されて保持ユニット３に挿入されシリコンゴム膜７で保持される。これらの脚端子１１ｃ，１１ｄ同士は絶縁体１１ｅによって互いに絶縁されている。この保持状態において、上述のように、これらの電極１１ｃ，１１ｄは、前記口金１の２つの端子１ａ，１ｂと電気的に導通している外側及び内側送電被膜６，８と電気的に導通している。即ち、これらの送電被膜６、８はメッシュ状に構成されており、その網目（被挿入部）の１つが、ＬＥＤ素子１１の挿入に伴って、先端のマイナス脚端子１１ｄによって徐々に押し拡げられて、これらの脚端子１１ｄ，１１ｃの挿入通過を許容する。この状態において、マイナス脚端子１１ｄは内側送電被膜８と、プラス脚端子１１ｃは外側送電被膜６と接触して電気的に導通している。これらの一対の送電被膜６，８は各種の導電性材料で構成することができる。また、一旦ＬＥＤ素子１１を図３の如くに挿入した後に、抜出した際にも、送電被膜６，８の網目の大きさがもと通りに小さく戻るようにするのが望ましい。この場合には、少しの加熱によりもとに戻る安価なニッケルを主成分とする形状記憶合金の線や、弾性復元力のあるベリリウム鋼合金線、リン青銅線等を用いることもできる。これらの送電被膜６，８はこれらの間に挟み込まれたシリコンゴム膜７で互いに絶縁されている。このシリコンゴム膜７は、上述のように差し込まれたＬＥＤ素子１１を脱落防止状態に堅持する機能も併せ持つ。
【００１０】このように構成したので、ＬＥＤ素子１１を保持ユニット３に差し込めば、ハンダ付等を必要とすることなく、それだけでＬＥＤ素子１１が保持ユニット３によって確実に保持され、且つ、２つの端子１１ｄ，１１ｃは送電被膜８，６と電気的に導通し、給電可能な状態となる。このとき、差し込むべきＬＥＤ素子１１の数は適宜選択して明るさを調節することができる。また、ＬＥＤ素子１１として、各種の色のものを用いることができ、これにより全体としての色調も明るさと共に容易に調節することができる。白色光を作るには、ＲＧＢ（赤、緑、青）の３色のＬＥＤ素子を１ユニットとして、このユニット数の増減により明るさを調節するのがよい。さらに、一旦差し込んだ後に引き抜くことも容易である。これにより上記のように、明るさや色調の調節もその後に容易に行うことができる。
【００１１】引き抜いた後にあっても、一対の送電被膜６，８の網目も、自動的にあるいは例えば日光に当ったり、ドライヤー等による簡単な加熱で、元通りに小さくなり、その後に再びＬＥＤ素子１１を差し込んでも、ＬＥＤ素子１１の端子１１ｃ，１１ｄと送電被膜６，８とを確実に電気的に導通させることができる。上記外側及び内側送電被膜６，８として、メッシュ状のものに代えて、導電性ゴム膜又は金属薄膜に予め多数の孔（被挿入部）を穿けたものを用いることもできる。即ち、前者の場合は、導電性ゴム膜に、前記ＬＥＤ素子１１のいわゆる脚部（１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ）の挿入予定箇所に孔をあけておく。これらの各孔の径は前記脚部の径よりも小さめにしておく。ＬＥＤ素子１１の脚部は導電性ゴム膜に予め穿けてある孔を押し拡げながら差し込まれ、最終的には図３に示す差し込み状態となり、互いの電気的接続が確実に行われる。この差し込み状態からこのＬＥＤ素子１１を引き抜くと、この導電性ゴム膜における孔は弾性復元力によってもとにもどり縮径する。また、後者の、金属薄膜を用いた場合は、前記脚部よりも少し小径の孔（被挿部）を穿けると共に、それら孔の内周縁に放射状に複数の切れ目（スリット）を入れて複数の弾性片が形成された形にしておく。これらにより、ＬＥＤ素子１１の挿入時には各弾性片が脚部の侵入方向に押されて湾曲し、孔を広げられて脚部が挿入される。この状態では、湾曲状態にある各弾性片がもとに戻ろうとして脚部をしめつける状態となり、電気的に確実に導通する。この状態から、脚部を引き抜くと、各弾性片は直立状態に復元して、次の挿入に備えた状態となる。つまり、内側及び外側送電被膜６，８として導電性ゴム膜や金属薄膜を用いた場合にも、前述のメッシュ状のものを用いた場合と同様に機能させることができる。
【００１２】このようにした保持体３の外側には、透明カバー１３が着脱可能に取り付けられる。即ち、図１からわかるように、透明カバー１３の縁部には外周を雄ねじとしたストッパリング１３ａが嵌められている。このストッパリング１３の雄ねじと、前記基盤２の周縁部２ａの内側の雌ねじとにより、透明カバー１３が着脱される。
【００１３】図４は上記ＬＥＤ素子１１の頭部に必要に応じて着脱されるレンズキャップ２１を示す。このレンズキャップ２１は、基端側の筒部２１ａとこれに着脱可能な先端側のレンズ部２１ｂを有する。レンズ部２１ｂとしてはレンズ性能の異なる複数のものが準備される。筒部２１ａは、弾性材によって構成され、前記ＬＥＤ素子１１の頭部を圧入させるもので、横断面に示される一対のスリット状の隙間２１ｃ，２１ｃを有する。この筒部２１ａは、図４（ｃ）に矢印で示したように、これらのスリット２１ｃ，２１ｃが図中左右方向に拡大、縮小するように弾性変形し、ここに挿入されたＬＥＤ素子１１の頭部を圧着保持する。レンズ部２１ｂはＬＥＤ素子１１からの光の到達距離を必要に応じて、所望の距離まで伸ばすためのものである。即ち、このキャップ２１は必要に応じて用いるもので、常に取り付けて用いられるものではないが、これを用いることで照明光の分散の状態や局所的に特定な場所の照度の大きさを任意に変えることができる。このキャップのレンズ的な効果を持たせている部分には大概、凸レンズの機能を持たせている。その為、このレンズ機能部とＬＥＤ発光部との距離を任意に変えてやることでレンズ部を通過した光に任意の広がりを持たせることができる。図５に示すように、試みにレンズ部が有する焦点距離をｆ、レンズ中心部から光源までの距離をａ、できる光源の像の位置のレンズ中心部までの距離をｂとすれば、薄肉凸レンズの場合を想定して、これらの両の間には衆知のように次なる関係が成立している。
【００１４】
（１／ａ）−（１／ｂ）＝１／ｆ （ｆ＞０） ……… （１）
よって、上式よりｂについて解けば ｂ＝ａｆ／（ｆ−ａ）＝−ｆ＋（ｆ２／（ｆ−ａ）） ……… （２）
となり、ａとｂとの関係は図５（ｂ）の実線のようになり、ａの値を変えることにより光源の像はレンズ右側の手前から焦点までの間の位置（図ではｂが０から−ｆまでの間）を除いて、それ以外の処では何処でもその像を結ばすことができ、その像のできる付近は集光された明るいスポットとなることがわかる。
【００１５】而して、上述のように、レンズ部２１ｂとしては複数のもの、つまり、凸レンズとしての性能の異なるものが複数準備されており、使用目的等に応じて適宜選択して筒部２１ａに装着されて用いられる。
【００１６】以上述べたところから明らかなように、本発明の実施態様によれば、以下のような各種の利点が得られる。
【００１７】発光素子にＬＥＤ素子を使用したので、著しく省エネルギーが図れると共に、ＬＥＤの発光色には白、赤、青など幾つかの種類があるが、これらを適宜、混ぜ合わせ、同じにまとめて発光させることで好みの色調の照明光を得ることができる。
【００１８】通常、市販されているＬＥＤは＋、−の２本の電極線が出ているような構造なっており、これらをハンダ付け等によって電源端子に連続しなければならない。そのため実用上、取り付け、取り外しが面倒、限られた場所に多くのＬＥＤ素子を密に取り付けることが困難、従って点集光源的な光を作り出すことは難しい、という難点があった。これに対し、本発明では、ＬＥＤの電極端子を図１に示すように一本脚型の電極にしたので、以下の効果が得られる。
ａ． ＬＥＤ素子の取り付け、取り外しは脚部を相手方の穴部（網目）に差し込み、もしくは引き出すことで素子の脱着が容易、かつ何度も行うことができる。
ｂ． ＬＥＤ素子頭部の大きさによる制約があるものの、原理的には素子同士が接触する程度まで密に並べて取り付けが可能である。その結果、集光源的なライトを作り出すことができる。
ｃ． 曲面状の面上でもＬＥＤ素子の脱着は可能であるため、種々の形の発光集合体を作り出すことができる。
【００１９】雌電極端子に金網状電極、有孔の導電性ゴム膜又は有孔の金属薄膜採用したので、以下の効果が得られる。図３にはＬＥＤ集合体ランプが例示されている。また同時にＬＥＤ素子が差し込まれる部分の断面構造も示されている。ここでの主たる特徴の１つは、電極に形状記憶合金の細線を素材とした金網が使われている点である。この素材は合金とは言え金属であるので、十分な電気伝導度を有し、主成分は概してニッケルであるため、それほど高価ではない。その上、適切な温度にする事でたとえ局部的な金網メッシュの変形が生じたとしても、例えばドライヤー等で加熱することで元に戻すことができる。また、弾性材性のメッシュや多孔を備えた導電ゴム膜又は金属薄膜を用いた場合は、自動的に網目や孔が復元する。これにより、ＬＥＤ素子の脚を幾度となく出し入れし、その為に金網メッシュの網目や孔に変形が生じたとしても、この合金電極等を採用しているが故に、その変形は容易に修復され、電極接触不備によるトラブルも解消される。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、用いるべきＬＥＤ素子の数を任意に選択することができ、しかもこれらのＬＥＤ素子の取り付けに当っては単に本体側に差し込むだけでよく、煩雑で時間のかかるハンダ付等の作業は必要なく、且つ一旦差し込んだＬＥＤ素子も引き抜きにより容易に取り外すことができ、このような着脱を繰り返してもＬＥＤ素子と本体側の機械的且つ電気的な接続保持状態を確実なものとできるだけでなく、ＬＥＤ素子の本体への取り付け状態におけるＬＥＤ素子の２つの端子と本体側の２つの端子との電気的な接続を、脚状の端子をメッシュ状の端子へ圧入することにより実現するようにしたので、従来のハンダ付等による接続手段のものに比して、ＬＥＤ素子の装着密度を著しく高いものとすることができ、さらに、用いるＬＥＤ素子の数及び色を任意に選定することにより、明るさや色調の調節を実際の使用の場において極めて容易に行うことができる。
【出願人】 【識別番号】５００５７２２６９
【氏名又は名称】学校法人明治大学
【識別番号】５０２０１７６８５
【氏名又は名称】有限会社 キシムラインダストリー
【識別番号】５０２０１７７５５
【氏名又は名称】有限会社 アーマライト
【出願日】 平成１４年６月５日（２００２．６．５）
【代理人】 【識別番号】１０００７５８１２
【弁理士】
【氏名又は名称】吉武 賢次 （外４名）
【公開番号】 特開２００３−２８１９２５（Ｐ２００３−２８１９２５Ａ）
【公開日】 平成１５年１０月３日（２００３．１０．３）
【出願番号】 特願２００２−１６４３２２（Ｐ２００２−１６４３２２）