(57)【要約】【課題】光源の保護等のための光透過部材を有する照明器具において、光透過部材による器具効率の低下を防止する。【解決手段】照明器具は、光源部３と、この光源部３から出射される光を集光する凹状の反射鏡４と、反射鏡４の開口に設けられた光透過部材５１とを備える。光透過部材５１は、光源部３の中心３１から反射鏡４の開口縁４１までの距離を半径Ｒとする半球面を成し、その部材の表面に微小凹凸６を有する。これにより、光透過部材５１における界面反射が抑制され、光透過部材５１の光線透過率が向上する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、この該光源部から出射される光を集光する凹状の反射鏡と、該反射鏡の開口に設けられた光透過部材と、を備えた照明器具であって、
前記光透過部材は、前記光源部の中心から前記反射鏡の開口縁までの距離を半径とする半球面を成し、該部材の表面に微小凹凸を有することを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源の保護等のための光透過部材を有する照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源にＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた照明器具は、ＬＥＤをユーザの接触による静電破壊や配線断から保護するため、光源の前面に板状の光透過部材を有するものがある。光透過部材は、光源から出射された光が透過するようにアクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ガラス等の透明物質で作られるが、光源から出射された光の一部が空気との界面で反射されるため、界面反射された光が損失となって器具効率を低下させる。例えば、ＬＥＤを用いたダウンライトは、光透過部材を設けることによって器具効率が数％程度低下する。
【０００３】
このような光透過部材の界面反射を抑制するため、例えば、屈折率の異なる各種の膜を積層した多層膜構造（例えば、特許文献１、２参照）を光透過部材の表面に設けることが考えられる。しかし、この多層膜構造は、反射抑制効果の光入射角依存性と波長依存性が大きいため、透過光に干渉色が強く出ることになり、また、生産性が低く製造コストが高い。
【０００４】
また、低屈折材料の膜を成層した単層膜を光透過部材の表面に設けて界面反射を抑制することが考えられる。しかし、単層膜は、反射抑制効果が低く、光透過部材への密着性が低い。
【０００５】
また、界面反射を抑制する微小凹凸が知られている（例えば、特許文献３、４、５参照）。しかしながら、微小凹凸は、光線透過率の入射角依存性が少なからず存在する。従って、光透過部材は、その表面に微小凹凸を形成しても、入射する光の入射角が大きくなると光線透過率が低下する。このため、光透過部材に微小凹凸を形成するだけでは、器具効率の低下の防止が十分とはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１２３３０号公報
【特許文献２】特開２０００−７６６８５号公報
【特許文献３】特開２００７−３０４４６８号公報
【特許文献４】特開２００６−１３０８４１号公報
【特許文献５】特開２００６−２７６７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するものであり、光源の保護等のための光透過部材を有する照明器具において、光透過部材による器具効率の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光源部と、この光源部から出射される光を集光する凹状の反射鏡と、該反射鏡の開口に設けられた光透過部材と、を備えた照明器具であって、前記光透過部材は、前記光源部の中心から前記反射鏡の開口縁までの距離を半径とする半球面を成し、該部材の表面に微小凹凸を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、光源部から出射され、光透過部材に直接入射する光は、半球面を成す光透過部材の半径方向から光透過部材の表面に垂直に入射するので、界面反射が抑制される。また、光源部から出射され、反射鏡で反射されて光透過部材に入射する光は、微小凹凸によって界面反射が抑制される。このため、光透過部材の光線透過率が向上し、光透過部材による器具効率の低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る照明器具を下方から見た斜視図。
【図２】同照明器具の断面図。
【図３】同照明器具の前面パネルの平面図。
【図４】同照明器具における１つの光源部及びそれに対応する部分を示す断面図。
【図５】比較例の照明器具における１つの光源部及びそれに対応する部分を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る照明器具を図１乃至図４を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態の照明器具１を示す。照明器具１は、例えばダウンライトであって、筺体２と、複数の光源部３と、これら光源部３に対応して設けられ、光源部３から出射される光を集光する凹状の反射鏡４と、光源部３の前面に取り付けられる前面パネル５と、を備える。これらの光源部３及び反射板４は、基板２１に固定され、放熱シート２２を介して筺体２に取り付けられる。放熱シート２２は、光源部３の点灯時の発熱を筺体２に伝導して放熱するものである。
【００１２】
筺体２は、給電用の屋内配線が接続される端子台２３と、天井取付け時に使用される取付ばね２４と、筺体２の開口端に設けられた環状の枠２５とを有する。筺体２は、天井に開口した埋込穴に挿入され、取付ばね２４と枠２５によって天井部材に固定される。光源部３は、筺体２内に設けられた電源回路基板２６の出力側に接続される。電源回路基板２６は、入力側が端子台２３に接続される。
【００１３】
図３は前面パネル５を示し、図４は１つの光源部３及びそれに対応する部分を示す。前面パネル５は、反射鏡４の開口に対応する光透過部材５１と、光透過部材５１の周辺部分に一体に形成された周辺部５２とから成る。光透過部材５１は、光透過性の材料から成り、光源部３の中心３１から反射鏡４の開口縁４１までの距離を半径Ｒとする半球面を成し、その部材の表面に微小凹凸６を有する。周辺部５２は、平板状であり、微小凹凸６を有しない。
【００１４】
筺体２は、割れ難く、照明器具１の強度を確保できる素材から成り、例えば、有底無蓋の筒状に成形される（図２参照）。筺体２の素材には、プラスチック、プラスチックにガラス繊維等の強化充填剤を配合したもの、アルミニウム合金、鉄、マグネシウム合金等の金属、木材等が用いられる。
【００１５】
光源部３は、照明器具１に要求される照度等によって数が決められ、本実施形態では複数個を示しているが、１つであってもよい。複数の光源部３は、基板２１上に配置される。光源部３の光源には、例えばＬＥＤ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、蛍光灯、冷陰極管等が用いられる。ＬＥＤとＥＬは、小型かつ薄く形成でき、水銀を使用せず、光色の可変性に優れることから望ましく、ＬＥＤは、色の再現性が良いので特に望ましい。この光源部３は、光源としての白色ＬＥＤ３２と、白色ＬＥＤ３２の発熱を放熱する放熱板３３とを有する（図４参照）。光源部３は、互いに分光分布が異なる複数のＬＥＤ、例えば、赤色光、緑色光、青色光を発光するＬＥＤを有してもよく、これら各色ＬＥＤへの通電電流を制御することによって光源部３の出射光の色成分を変化させるように構成してもよい。光源部３の中心３１は、光源部３が１つのＬＥＤを有する本実施形態では、ＬＥＤの発光面の中心であり、１つの光源部３が複数のＬＥＤを有する場合、それらのＬＥＤの発光面の中心の幾何学的重心である。
【００１６】
反射鏡４は、光源部３の各々に対応して配置され、光源部３の出射光が効率良く照射され、照射光によって所望の配光が得られる形状とされ、例えば、光源部３の光軸３４を回転対称軸とし、照射方向に開いた回転２次曲面の反射面を有し、平面視で円形の開口を有する。反射面には、反射率を高めるために、アルミニウムや銀等の光反射層を有する光学薄膜を形成してもよい。
【００１７】
反射鏡４の基材は、光源部３が発生する熱に耐える材料、例えば樹脂、金属、ガラスである。基材として樹脂を用いる場合、樹脂としては、熱可塑性樹脂として代表的な、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、バルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）用材料として一般的に用いられている不飽和ポリエステル（ＵＰ）等が挙げられる。これら樹脂には、光反射性能、耐熱性、強度、耐光性などを向上するため、無機充填剤等の各種添加剤を添加してもよい。また、基材を所定の形状に賦形する成形方法は、一般的な樹脂成形で用いられる成形方法であり、例えば、射出成形、圧縮成形、真空成形、圧空成形である。
【００１８】
反射鏡４の基材として金属を用いる場合には、金属としては、一般的にはＡｌ基合金、Ｍｇ基合金、Ｆｅ基合金等が挙げられる。成形方法は、例えば、スピニング加工、プレス加工、ダイキャスト、チクソモールディング等であり、金属基材と成形する形状等を考慮して選択される。
【００１９】
反射鏡４の基材としてガラスを用いる場合には、成形方法は、プレス加工やブロー加工などが代表的である。基材を成形後、表面に加工油、離型剤、成形時のカスの付着等がある場合は、物理的又は化学的方法により除去してもよい。成形したガラスの表面処理として、アンダーコート層とトップコート層を、スプレー法などによりコーティングした後、赤外線や熱風、紫外線や電子線などの照射により硬化させて形成してもよい。
【００２０】
前面パネル５は、光源部３から発せられる熱や紫外線の程度、照明器具１の設置環境等に応じて材料が適宜選択され、例えば、ホウ珪酸ガラス、水晶等の酸化ケイ素を主成分とするものや、サファイヤなどの酸化アルミ主体のもの等の無機系材料、又は、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン等の透明性の有機系材料が用いられる。前面パネル５を成形する方法は、材料がプラスチックの場合、射出成形、圧縮成形、トランスファー成形、真空成形、圧空成形等が挙げられる。材料がガラスの場合、プレス加工やブロー加工等が代表的である。
【００２１】
光透過部材５１は、光源部３の破損防止、防湿、汚染防止、意匠性向上等のために反射鏡４の開口に覆設され、光源部３から出射された光が入射する入射面５１ａと、光透過部材５１に入射した光が空気中に出射される出射面５１ｂを有し、入射面５１ａが半球面を成す。この半球面は、数学的に厳密な半球面でなくてもよく、半球面よりも立体角が小さい部分球面であってもよい。この半球面の中心は、光源部３の中心３１と略一致し、半球面の半径Ｒは、光源部３の中心３１から反射鏡４の開口縁４１までの距離とされる。光源部３の中心３１から反射鏡４の開口面までの高さ距離をＨ、反射鏡４の開口の直径（開口径）をＤとすると、半径Ｒは、次式により算出される。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
光透過部材５１の厚みは、略均一とされ、出射面５１ｂも半球面を成す。また、光透過部材５１の厚みは、半径Ｒと比較して十分小さな値とされ、出射面５１ｂの半球面の半径もＲと略同じとなる。
【００２４】
微小凹凸６は、微小な凹凸形状の単位構造がアレイ状に配列された周期構造体であり、光透過部材５１の入射面５１ａ及び出射面５１ｂの少なくとも一方、望ましくは両方の面に形成される。微小凹凸６の凹凸形状は、光源部３から出射されて光透過部材５１に入射する光のうち界面反射を抑制すべき光の波長以下のピッチで、アスペクト比が１以下の錘状とすることが望ましい。
【００２５】
微小凹凸６を形成する方法は、光透過部材５１の金型成形、光透過部材５１の表面のエッチング、エンボス加工、電子ビーム描画法、ＵＶナノインプリント方式等があり、ＵＶナノインプリント方式が望ましい。ＵＶナノインプリント方式では、光透過部材５１の表面にＵＶ硬化性塗料を塗布し、所望の凹凸形状を有する石英ガラス等からなる型をＵＶ硬化性塗料に圧接させた後、型を通してＵＶ（紫外線）を照射してＵＶ硬化性塗料を硬化させ、微小凹凸６を形成する。
【００２６】
上記のように構成された照明器具１において、光源部３から出射された光は、２種類の光路Ｌ１、Ｌ２により光透過部材５１の入射面５１ａに入射し、光透過部材５１の内部を透過し、出射面５１ｂから空気中に出射される。光路Ｌ１で示されるにように、光源部３から出射され、光透過部材５１に直接入射する光は、半球面を成す光透過部材５１の半径方向から光透過部材５１の表面に垂直に入射するので、入射角が０となって界面反射が抑制される。この入射角は、光路Ｌ１における光透過部材５１への入射点５３の位置に関わらず０となる。また、光路Ｌ２で示されるにように、光源部３から出射され、反射鏡４で反射されて光透過部材５１に入射する光は、微小凹凸６によって界面反射が抑制される。入射面５１ａに微小凹凸６が形成されている場合、光透過部材５１に入射する光の界面反射が抑制され、出射面５１ｂに微小凹凸６が形成されている場合、光透過部材５１から空気中に出射される光の界面反射が抑制される。このため、光透過部材５１は、半球面を成す部材形状及び表面の微小凹凸６によって光線透過率が向上し、光透過部材５１による照明器具１の器具効率の低下が防止される。
【００２７】
（実施例）
本発明の１つの実施例及びそれと対比させるための４つの比較例について評価試験を行った。表１は、この評価試験における評価条件及び評価結果を示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
評価試験において、光透過部材について評価条件を変えた。評価項目は、光透過部材の全光線透過率（％）と照明器具１の器具効率（％）とした。光透過部材の全光線透過率は、自記分光光度計（Ｕ−４１００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）で測定し、５５５ｎｍの測定値を光線透過率とした。また、光透過部材を照明器具１に組込み、器具効率を測定した。照明器具１は、ＬＥＤダウンライト（ＮＮＮ２１０１０、パナソニック電工株式会社製）を用いた。このＬＥＤダウンライトは、光源として白色ＬＥＤを合計６個有し、ワット数は７．８Ｗである。
【００３０】
実施例では、反射鏡４のＨを１３ｍｍ、Ｄを２０ｍｍとした（図４参照）。光透過部材５１は、ポリカーボネート（ＡＺ１９００Ｔ、出光石油化学株式会社製）を射出成形法により、半球面を成すように成形した。半球面の半径Ｒは、反射鏡４のＨ及びＤから算出された１６．４ｍｍとし、光透過部材５１の厚みは１ｍｍとした。光透過部材５１の入射面５１ａ及び出射面５１ｂにＵＶ硬化性塗料（ＰＡＫ−０２、東洋合成株式会社製）を塗布し、ＵＶナノインプリント方式により微小凹凸６を形成した。微小凹凸６は、単位構造が高さ２００ｎｍの円錐状で、ピッチが２００ｎｍの周期構造体とした。
【００３１】
図５は、比較例における１つの光源部及びそれに対応する部分の構成を示す。比較例における光透過部材１５１は、実施例と同じポリカーボネートを成形し、入射面１５１ａと出射面１５１ｂを平面とし、その両面間の板厚を１ｍｍとした。光透過部材１５１以外の条件は、実施例と同様とした。なお、同図は、光透過部材１５１が微小凹凸６を有する場合を示している。入射面１５１ａが平面であるので、光路Ｌ１０１で示されるように、光源部３から出射され、光透過部材１５１に直接入射する光は、入射点１５３が光透過部材１５１の周縁に近い程、入射角θが大きくなる。
【００３２】
比較例１では、光透過部材１５１に微小凹凸６を形成しなかった。
【００３３】
比較例２では、入射面１５１ａのみに、直径Ｄａ＝２０ｍｍの円領域に微小凹凸６を形成した。それ以外の条件は、比較例１と同様とした。
【００３４】
比較例３では、入射面１５１ａ及び出射面１５１ｂの両面に、同じ直径Ｄａ＝Ｄｂ＝２０ｍｍの円領域に微小凹凸６を形成した。それ以外の条件は、比較例２と同様とした。
【００３５】
比較例４では、出射面１５１ｂに形成した微小凹凸６の円領域の直径をＤｂ＝２５ｍｍとし、入射面１５１ａに形成した微小凹凸６の円領域の直径Ｄａ＝２０ｍｍよりも大きくした。それ以外の条件は、比較例３と同様とした。
【００３６】
表１中の評価結果の数値に示されるように、比較例１は、光透過部材がない照明器具（参考）と比較すると、微小凹凸６を有しない光透過部材１５１を設けたことにより、器具効率が６．０％低下した。
【００３７】
比較例２は、比較例１と比較すると、光透過部材１５１の入射面１５１ａのみに微小凹凸６を形成したことにより、光透過部材１５１の全光線透過率が２．０％高くなり、器具効率が２．０％高くなった。
【００３８】
比較例３は、比較例２と比較すると、光透過部材１５１の入射面１５１ａに加えて、出射面１５１ｂにも微小凹凸６を形成したことにより、光透過部材１５１の全光線透過率が２．０％高くなり、器具効率が２．０％高くなった。
【００３９】
比較例４は、比較例３と比較すると、出射面１５１ｂに形成した微小凹凸６の円領域の直径Ｄｂを、入射面１５１ａに形成した微小凹凸６の円領域の直径Ｄａよりも大きくしたことにより、光透過部材１５１の全光線透過率が０．５％高くなり、器具効率が１．０％高くなった。
【００４０】
実施例は、比較例３と比較すると、光透過部材５１を半球面を成すように成形したことにより、器具効率が１．５％向上し、比較例４と比較しても０．５％高く、９９．５％となった。
【００４１】
以上の評価結果から、光透過部材の表面に微小凹凸を形成することに加え、光透過部材が半球面を成すことによって、光透過部材による器具効率の低下が一層防止されることが確認された。
【００４２】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本発明の照明器具１は、ダウンライトに限定されるものではなく、例えば、公共施設や商業施設、工場、マンションや戸建住宅における屋内やエントランス、軒下等に設置される照明器具であってもよく、器具形態としては、ベースライト、シーリングライト、ブラケット、スポットライト、トンネル灯等であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  照明器具
３  光源部
３１  光源部の中心
４  反射鏡
４１  反射鏡の開口縁
５１  光透過部材
６  微小凹凸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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