(57)【要約】      （修正有）【課題】フレネルレンズ装着空間を設けて、個々のＬＥＤチップに対応して、フレネルレンズの組合わせを可能にした照明器具構造を提供する。【解決手段】１枚の基板に、放熱性の良好な構造のＬＥＤ素子を配列させて装着し、さらにＬＥＤ素子の裏に、放熱冷却フィンを設置して熱の発生問題を解決した。また、照射角と照射面積のコントロールのために、金型成型によって得たマルチフレネルレンズの採用によりＬＥＤ素子とフレネルレンズの位置決めを容易にし、かつＬＥＤ素子の下に、フレネルレンズの装着位置の可変空間を設けて、フレネルレンズを挿入するスリットの位置で可変とした。【選択図】図１
0003171731.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
１枚の照明板にＬＥＤ素子を４個以上使用する大型のＬＥＤ照明器具において、基板にＬＥＤ素子を配列させた構造を基本として、その配列板の裏には、冷却フィンを設置し、ＬＥＤ素子の配列板の下に設けたフレネルレンズ装着空間に複数のスリットを設けて、光透過性に優れた樹脂板に金型成型で得たＬＥＤ素子と同数で同配列のフレネルレンズ成型板として選択したスリットに挿入し、挿入する場所でＬＥＤ素子とフレネルレンズの距離の決定を可能にした大型のＬＥＤ照明器具構造
【請求項２】
１枚の照明板に、ＬＥＤ素子を６個又は１２個を、直線状に２列に配列させた構造を基本として、アクリル又はポリカーボネート樹脂板に、金型成型によって作成したフレネルレンズ成型板を使用して、ＬＥＤ素子とフレネルレンズの距離の変更を可能にした請求項１の大型のＬＥＤ照明器具構造
【請求項３】
ＬＥＤ素子の基板構造が、所定サイズの銅板を絶縁シート上に貼り付けて、その銅版をつなぐようにＬＥＤ素子の電極をハンダで装着し、絶縁シートの裏の銅板の位置に冷却フィンをバインダーで接着させた構造であることを特徴とする請求項２の大型のＬＥＤ照明器具構造
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本考案は、ＬＥＤチップを多数使用する照明器具において、フレネルレンズ装着空間を設けて、個々のＬＥＤチップに対応して、フレネルレンズの組合せを可能にした照明器具構造に関する。
【背景技術】
【０００２】製造工場、集会場等において、点灯の早さ及び省エネから照明器具としてＬＥＤが採用されつつある。しかし、ＬＥＤとフレネルレンズの組合せは、大型照明としては、ほとんど知られていない。ＬＥＤチップとフレネルレンズを１対１でセットする作業が面倒で作業効率が悪いことが背景にあった。【０００３】本考案者は、配列したフレネルレンズを、金型による熱プレスで、１枚のアクリル板に形成させて、配列させたＬＥＤチップとそれぞれ対応する位置で、そのレンズ機能を発揮させる技術について追及した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】ＬＥＤとフレネルレンズ並びにその組合せをキーワードとして、公開特許公報と公開実用新案公報を検索した結果、１１件の特許が検索できた。４個のＬＥＤを使用して、照射される遊技器の照明において、ほぼ均一で斑なく照らすために、フレネルレンズが使用されている（特許文献１及び２）。また、フレネルレンズの原理を応用して、幾何反射面を等価反射面に転換した構造で、指向性の強い発光ダイオードの複数からの反射光を、効果的に平行光線として整える特許があった（特許文献３）。さらに、自動車のテールランプとストップライトにおいて、視覚に訴えやすいように、前者には全反射キャップを後者のストップライトにはフレネルレンズを使用して、車両灯具の改良を図っている（特許文献４）。この他に、ヘッドランプの長距離照明への応用技術として、まぶしくないヘッドランプも開示されいる（特許文献５）。【０００５】つぎに、特定の用途に向けた技術の開示が２件ある。歯科治療の光重合材料の硬化のための光照射技術とパーソナルビジュアルディスプレイである（特許文献６及び７）。また、１１件の中には、製造方法に関するものが２件含まれており、ＬＥＤ素子の製造法及び素子をカバーするレンズの製造法が開示されている（特許文献８及び９）。【０００６】さらに、光の出射面における均一な光の出射を実現した面状光源ユニット及び低発熱光源としてＬＥＤ照明を利用した蛍光測定器があった（特許文献１０及び１１）。【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１１９１０１
【特許文献２】特開２００９−１１２４４３
【特許文献３】特開２００７−２５０５１６
【特許文献４】特開２００７−１２３０２８
【特許文献５】特表２００８−５３５１９９
【特許文献６】国際公開番号ＷＯ２００２／０６５９３７
【特許文献７】特表平９−５０８４７８
【特許文献８】特表２００８−５３２７９５
【特許文献９】特開２００６−１４８１４７
【特許文献１０】特開２００６−０３１９４１
【特許文献１１】特表２００３−５１４２２３
【非特許文献】
【０００８】中部産業レポート７巻で、ＬＥＤ関連産業が報告書としてまとめられている。ここには、構成部品と部材分野が報告されているが、フレネルレンズとの組合せについては、報告されていない（非特許文献１）。一方、舞台照明技術として、フレネルレンズスポツトライトが紹介されている。ガラスレンズより軽量で、照射面の輪郭がソフトになる特徴があり、実用化されている（非特許文献２）。【０００９】
【非特許文献１】中部産業レポートＶｏｌ．７  ２０１０年１２月  （財）中部産業地域活性化センター
【非特許文献２】初歩の舞台照明技術（社）全国公立文化施設協会
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】これまでのＬＥＤ照明の大きい市場は、スポットライトとして工場の天井、商業施設の照明分野であり、つぎに住居の蛍光灯の代替として、ＬＥＤ素子を一列に配列させた照明である。フレネルレンズとの組合せについては、特定した分野で取り上げられているのみであり普及していない。また、指向性と省エネを生かして、車両用や舞台照明に普及しつつあるが、ＬＥＤ素子の数としては、数個程度を用いた照明であって、大型照明分野ではない。本考案で解決しょうとする課題は、照明器具として数個以上から数十個のＬＥＤ素子を集中させて一つの照明器具として活用する大型の照明器具構造である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】本考案では、以下の新規な八つのポイントを採用して、課題を解決して成功した。１照明角度を調整しやすくするために、ＬＥＤとフレネルレンズを組合せて光源とする。２フレネルレンズは、比重の高いガラスではなく、軽量で光透過率のよいプラスチックレンズとする。ポリカーボネート又はアクリル樹脂とした。３フレネルレンズは、これらの材料を使用して、金型成型によりＬＥＤ素子の数に合わせて１枚の板で作成する。４ＬＥＤ素子基板に、一定間隔で取付けたＬＥＤ素子の設計図面に合わせて、金型によるフレネルレンズの成型位置を設定した。これにより数十個のＬＥＤ素子とフレネルレンズの位置は、ずれることはなく装着できた。【００１２】大型の照明器具の考案として、次のポイントは、５照射角と照射面積のコントロールである。本考案では、従来のＬＥＤとフレネルレンズの組合せでは見られない、フレネルレンズの装着位置の可変性を採用した。この五つ目のポイントは、１枚の光透過性のよいプラスチック板に、多数のフレネルレンズをプレス成型により形成さしたいわゆるマルチフレネルレンズ板を、ＬＥＤ素子を装着した基板の下に、スリットを設けて挿入できる構造にしたことである。しかもその位置を変更できるように、数段のスリットを有する照明器具とした。施工する現場で、効果的な照明となるように、施工主の要望に答えるためである。本考案の最大のポイントである。４と５のポイントによって、期待する効果のある大型照明器具となった。【００１３】ＬＥＤ素子による発光は、従来の電灯と比較して個々の素子の発熱が少ないとはいえ、大型化したＬＥＤ照明では、その数によって、発熱総量はかなり大きくなる。この発熱はＬＥＤ素子の寿命にも影響するので、６ＬＥＤ基板の構成において、絶縁性と熱伝導性に優れた材料の採用が必要である。さらに、放熱性の向上のために、７板状のフィンの設置を標準とした。ＬＥＤ素子の配列した基板の裏に、ＬＥＤ素子の１列に対して、１から３列のフィンを設置する構造とした。８基板自体の構造としては、熱伝導性の悪い絶縁シートは避けて、またアルミベースではなく、伝導性のよい銅板と電極との短絡構造として、一次放熱器と兼用する構造を採用した。
【考案の効果】
【００１４】アルミ基板の時には、初期温度２０℃で、点灯１時間後には、ＬＥＤチップが６８℃まで上昇していたが、本考案の構造では、５１℃の温度上昇に留まった。これまでの構造では、絶縁シートと基板、基板と放熱器の間の接着層の２か所で、熱伝導を妨げていたが、基板内の絶縁層がなくなり、絶縁層が１か所となったためである。基板と放熱器の接合に当っては、接着樹脂を少なくし、空気層を含まないように丁寧に接着することで、温度上昇を抑える効果が生まれた。フレネルレンズを採用した本考案の大型照明器具の場合も放熱の効果は極めて有効であった。【００１５】フレネルレンズ成型樹脂板を照射角度と照射面積で希望するスリット位置に挿入できる構造が、本考案の大型照明器具としての最大の特徴であり効果である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本考案の大型のＬＥＤ照明器具の断面模式図
【図２】大型のＬＥＤ照明器具のＬＥＤ素子を装着した基板模式図の１例  ａ  ＬＥＤ素子の装着位置を示す模式図  ｂ  ＬＥＤ素子の装着構造を示すＡ−Ｂラインでみた１個の拡大断面模式図
【図３】フレネルレンズ空間のスリットに差込むフレネルレンズ形成樹脂板の１例の模式図
【図４】大型のＬＥＤ照明器具の一方の端のスリット差込み口の斜視模式図
【図５】フレネルレンズとＬＥＤ素子の１対１対応配列事例の一部分を示す模式図
【考案を実施するための形態】
【００１７】まず、本考案を実施す形態を、図１に示す断面構造の全体模式図で説明する。１はＬＥＤ素子であり、２は素子を装着した基板である。３はＬＥＤ素子の下に設けたフレネルレンズを成型により作成した長方形のプラスチック板を挿入する空間である。４は両側にある挿入棚であり、配列したフレネルレンズ板を挿入する場所である。
【００１８】つぎに、ＬＥＤ素子を装着した基板を、図２によって説明する。ａは配列の全体像を示す図であり、１列に１２個が連続して少しの間隔で配列している。中央部では、少し広い間隔で離れている。１個のＬＥＤ素子の断面は、図２ｂに示す構造となっている。
【００１９】ＬＥＤ素子を基板に装着した基板の作成法について、簡単に説明する。絶縁シート６の上に、所定サイズと厚さの銅板７を密着させ、その上にＬＥＤ素子を一定間隔をあけて並べる。それぞれのＬＥＤ素子１の電極サイド８をブリッジするように、ハンダ付け９によって銅板に取付けた。ハンダや絶縁シートの接着剤は、空気層を含まないように、可能な限り平滑に塗布するようにした。これを繰り返して、図２ａの配列模式図に示す銅基板にＬＥＤを２４個装着したものを完成させた。その後、絶縁シート側に、冷却器５を取付けて、図１に断面構造を示すものを完成させた。
【００２０】フレネルレンズの作成について説明する。図２ａのＬＥＤ素子の配置構造の設計図に基いて作成した金型によって、アクリル樹脂板１０に２４個のフレネルレンズ１１を成型した。この図３のマルチフレネルレンズ板は、図４のフレネルレンズ挿入空間３から４で示すスリット棚の間に挿入して、図５で示すようにそれぞれのフレネルレンズが、ＬＥＤ素子の真下に来るように、簡単に位置決めをして取付けることができる。挿入するスリットの斜視図は、図４に示したが、その間隔は、挿入するフレネルレンズ板より０．１ｍｍ広くして挿入しやすくした。図４は、差込み場所が３段の事例であるが、５から７段であってもよい。
【００２１】図２及び図３の事例は、２列２４個のＬＥＤ素子とフレネルレンズの事例であるが、その数は、これに限定するものではない。ＬＥＤ素子４８個のものは、図３のものを２個連結させる方が、金型費用の点から安価に施工できる。１２個の照明が求められたときには、図２と図３の製品を半分にカットして使用するために、ＬＥＤ素子とフレネルレンズを６個ずつ少し離して成型した金型を基本にしている。
【実施例】
【００２２】１ｍｍ厚さの３０ｍｍ×４０ｍｍの大きさの銅板を、絶縁シートの上に貼り付けた後、銅板をつなぐように、ＬＥＤ素子をハンダで取付けた。絶縁シートの裏には、それぞれの銅板の位置に、冷却フィンをバインダーで接着させて、ＬＥＤ照明器を製作した。空気層を排除しつつ、極めて薄い接着層により接合できた。【００２３】この照明器の下に、図１と図４に示すように、３段のフレネルレンズの挿入空間を設けて接合させて、４段のスリット棚の位置で、照射角と照射面積が変化できる照明器具を完成させた。顧客より６０度の照射角が求められたので、焦点距離１５ｍｍのフレネルレンズを使用して、図１及び４の真中のスリットに挿入してＬＥＤ素子とフレネルレンズ一体型の大型の照明機器として納入した。テストでは、１時間の点灯でのＬＥＤチップの温度上昇は、４８℃に抑えられた。得られた図２のＬＥＤ素子２４個の板は、熱伝導性の良好なＬＥＤ照明器となった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】ＬＥＤチップの温度上昇を抑え、耐久性を向上させたＬＥＤ素子の大型照明器具が実現できた。工場の作業場空間、演芸ホールのような広い空間での照明機器として、点灯の早さ、省エネ、部分的照明等のメリットが生かされて普及が進むものと考えている。
【符号の説明】
【００２５】１  高熱伝導かつ高放熱性状態で取付けたＬＥＤ素子の模式図
２  多数のＬＥＤ素子を配列させて取付けた基板の模式図
３  フレネルレンズをその位置を変えて装着できる空間の模式図
４  フレネルレンズを差込んで装着するスリット棚の模式図
５  発生する熱を放熱する冷却フィンの模式図
６  絶縁層の模式図
７  銅板の模式図
８  ＬＥＤ電極模式図
９  電極を銅版に取付けたハンダ
１０  フレネルレンズを成型した光透過性のよい樹脂板
１１  １枚の樹脂板に２４個成型したフレネルレンズの配列事例の模式図
１２  ＬＥＤ素子の間隔に、フレネルレンズの位置が一致していることを示す模式図
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月30日(2011.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
１枚の照明板にＬＥＤ素子を４個以上使用する大型のＬＥＤ照明器具において、基板の片面にＬＥＤ素子を配列させた構造とし、その配列板のＬＥＤ素子の反対側の基板面に冷却フィンを設置し、ＬＥＤ素子の配列側に設けたフレネルレンズ装着空間に複数のスリットを設けて、光透過性に優れた樹脂板に金型成型で得たＬＥＤ素子と同数で同配列のフレネルレンズ成型板を、選択したスリットに挿入し、挿入する場所でＬＥＤ素子とフレネルレンズの距離の決定を可能にする構造の大型のＬＥＤ照明器具構造