(57)【要約】【課題】  組み立てが簡単にでき、均一かつ高い照度を与える直管型ＬＥＤランプ。【解決手段】  円筒形の外套管２と、導光部３と、基底部４とから成る直管型ＬＥＤランプ。導光部３は、外套管２の内側に密着するガイド部３ａ，３ｂを有し、基底部４とともに外套管２を内側から支持する。ガイド部３ａと３ｂを連結する連結部３ｃに、楕円の回転体の曲面を有する非球面レンズ５Ｌを具え、ＬＥＤ素子１ａからの光束を前方に適度に分布させ、均一かつ明るい照明光を得る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤ素子が配列されたＬＥＤ基板、このＬＥＤ基板を保護するための光透過性の外套、及びこの外套を補強する骨材から成り、円筒形の形状を有する直管型ＬＥＤランプにおいて、
前記外套が円筒形であり、
前記骨材及び前記ＬＥＤ基板は前記外套の内部に収容され、
前記骨材は、全体または所定の部分が透明な導光部と、それに結合された基底部から成り、
前記導光部は、円筒形の前記外套の内面に密着する一対のガイド部と、この一対のガイド部を連結する連結部から成り、
前記基底部は前記連結部の１面と前記外套の内面の間に介在して、前記外套内で前記導光部を安定に支持し、
前記ＬＥＤ基板は、前記ＬＥＤ素子が前記連結部に面するように、前記基底部の面に搭載されていることを特徴とする直管型ＬＥＤランプ。
【請求項２】
前記連結部が、前記ＬＥＤ素子に臨む位置に光軸を有する、凸面と平面から成る非球面レンズを具え、
この非球面レンズは、前記ＬＥＤ素子から遠い側に前記凸面を有し、前記ＬＥＤ素子に臨む面に前記平面を有し、
前記凸面は長円の、長手方向を軸とする回転体の面に相当する曲面であることを特徴とする、請求項１の直管型ＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記曲面が楕円の、長径を軸とする回転体の面であり、
この回転体の軸が前記外套および前記ＬＥＤ素子の列の方向に向くように、前記非球面レンズが配置された、請求項２の直管型ＬＥＤランプ。
【請求項４】
前記楕円の長径が短径の１／ｓｉｎφ（ただしφは５０ないし６０度）である、請求項３の直管型ＬＥＤランプ。
【請求項５】
前記非球面レンズが前記平面の一部に、球面から成る凹面を有し、
この球面は前記非球面レンズの光軸上に曲率の中心を有する、請求項２ないし４いずれかの直管型ＬＥＤランプ。
【請求項６】
前記連結部が前記ガイド部の幅方向の中間部で前記ガイド部に結合し、それにより前記連結部の両側に１対の樋状部を形成し、
前記ＬＥＤ素子から遠い方の樋状部は、前記ガイド部の内面に光反射材を具える、請求項２ないし５いずれかの直管型ＬＥＤランプ。
【請求項７】
前記透明な所定の部分が前記ガイド部である、請求項２ないし５いずれかの直管型ＬＥＤランプ。
【請求項８】
ＬＥＤ素子を基板の面に設けたＬＥＤ基板を具えるＬＥＤランプにおいて、
前記ＬＥＤ素子をそれぞれ覆う非球面レンズを具え、
この非球面レンズは、一方の面に楕円の長径を回転軸とする回転体の面に相当する凸面を、反対側に平面を有し、
前記平面が前記ＬＥＤ素子に臨むように配置されていることを特徴とする、ＬＥＤランプ。
【請求項９】
複数の前記ＬＥＤ素子が直線に沿って配列され、
前記回転体の回転軸が前記直線と平行になるように、前記非球面レンズを配置した、請求項８のＬＥＤランプ。
【請求項１０】
前記平面の一部に球面から成る凹面を有し、
この球面は、前記凸面の頂部を通る前記非球面レンズの光軸上に曲率の中心を有する、請求項８または９のＬＥＤランプ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は直管型ＬＥＤランプに関するもので、特に、均一で高い照度を得ることができ、外套管と光源部の組み立てが簡単にできる、直管型ＬＥＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】  直管型ＬＥＤランプは、一般に、ＬＥＤ素子を固定した基板を、前面が半透明の外套管の内部に挿入し、外套管の軸方向の両端に電気接続用端子部材を設けた構造を有する。ランプ全体としてほぼ円柱（円筒）状の外形になるように、外套管は通常、半透明のプラスチック製の樋状部と、それを補強するアルミニウム等の骨材とで構成される。【０００３】  図７は従来の直管型ＬＥＤランプの、長さ方向に垂直の断面を示す。ＬＥＤランプ９０は、ＬＥＤ基板９１、半透明な樋状のカバー９３、骨材９２から成り、ＬＥＤ基板９１の一方の面（前面）にＬＥＤ素子９１ａが設けられている。骨材９２は平板部９２ａ、樋状部９２ｂ、それらを連結する補強材９２ｃから成っている。ＬＥＤ基板９１は平板部９２ａで支持されている。【０００４】  ＬＥＤランプ９０を組み立てるには、ＬＥＤ基板９１を骨材９２の平板部９３ａの面に固定した上で、骨材９２の平板部９２ａの外縁と樋状部９２ｂの間に形成された間隙に、カバー９３の外縁に設けた反転部９３ａを係合して、カバー９３を骨材９２に固定する。これにより、ＬＥＤ基板９１は半透明なカバー９３で覆われ、保護される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしこのような断面構造の直管型ＬＥＤランプは、骨材の溝に樋状部材を嵌めこむ際に精密な作業を要し、時間がかかる。
【０００６】  また、半透明な樋状のカバーを用いて光を散乱させても、ＬＥＤ基板の垂直前方に光束が集中する傾向は残り、照明装置の前面で均一な照度を得にくい。しかも半透明にしたことにより、透明なカバーを用いた場合（又はカバーがない場合）に比べて照度はかなり低下する。
【０００７】  本発明の目的は、骨材と樋状部材の組み合わせの作業を簡単かつ容易とし、組立の作業が簡易な直管型ＬＥＤランプを実現することにある。
【０００８】  本発明の他の目的は、照明装置の前面で均一なかつ全体的に高い照度を得ることができる、直管型ＬＥＤランプを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明の直管型ＬＥＤランプは、上記目的を達するため、複数のＬＥＤ素子が配列されたＬＥＤ基板、このＬＥＤ基板を保護するための光透過性の外套、及びこの外套を補強する骨材から成り、円筒形の形状を有する直管型ＬＥＤランプにおいて、外套は円筒形であり、骨材及びＬＥＤ基板は外套の内部に収容され、骨材は全体または所定の部分が透明な導光部と、それに結合された基底部から成り、導光部は、円筒形の外套の内面に密着する一対のガイド部と、この一対のガイド部を連結する連結部から成り、基底部は連結部の１面と外套の内面の間に介在して、外套内で導光部を安定に支持し、ＬＥＤ基板は、ＬＥＤ素子が連結部に面するように、基底部の面に搭載されていることを特徴とする。
【００１０】  外套管は、従来の直管型ＬＥＤランプのような樋状ではなく、長さ方向に伸びる開口部を有しない、完全な円筒形である。ただし全長にわたらない、換気あるいは軽量化のための貫通孔等を有してもよい。
【００１１】  本発明の目的は、導光部の連結部のＬＥＤ素子に臨む位置に、凸面と平面から成る非球面レンズを具えると、一層有利に達成される。非球面レンズはＬＥＤ素子から遠い側に凸面を有し、連結部のＬＥＤ素子に臨む面に平面を有する。凸面は、長円の長手方向を軸とする回転体の面に相当する曲面である。非球面レンズは導光部（連結部）と別体でもよいが、一体に形成するのが製作する上で有利である。
【００１２】  非球面レンズの凸面を形成する長円の回転体としては、楕円の長径を軸とする回転体が好ましく、好ましい楕円の長径は、短径の１／ｓｉｎφ（ただしφは５０ないし６０度）である。非球面レンズは、回転体の回転軸がＬＥＤ素子の列の方向に向くように配置される。
【００１３】  長円の回転体の最大直径の断面内で、回転体の直径が平面と直交するとき、この直径が非球面レンズの光軸に相当する。非球面レンズの平面に、レンズの光軸上に曲率の中心を有する球面から成る凹面を設けると、レンズを通過する光の色収差を大幅に減少させるので、有利である。
【００１４】  互いに隣接する複数のＬＥＤ素子に対応する非球面レンズは、ＬＥＤ素子の間隔が大きいときには、輪郭が重ならないが、ＬＥＤ素子の間隔が回転体の長さより小さくなると、隣接するレンズの回転体は互いに重なるが、重なっても差し支えないが（重なり部分は切り捨て）、光軸の間隔をレンズの幅（短径側の）より小さくしないことが好ましい。
【００１５】  導光部は、全体が透明であることが好ましいが、ガイド部のみを透明にしてもよい。導光部の透明度は若干低くてもよい。
【００１６】  ガイド部の外面は、円筒形の外套の内面に密着するよう、円柱の表面の一部をなす。一対のガイド部と連結部とで構成される導光部の、長さ方向に垂直な断面は、英字のＨに似た形となる。ガイド部の内側面は平面でも、あるいは外側面に対応する凹面でもよい。
【００１７】  連結部をガイド部の幅方向の中間部でガイド部に結合すると、連結部の両側に１対の樋状部が形成される。ＬＥＤ素子から遠い方の樋状部に面するガイド部の内面に光反射材を設けると、ＬＥＤランプ正面で一層高い照度が得られる。
【発明の効果】
【００１８】  本発明の直管型ＬＥＤランプは、円筒形の外套と、その内面に密着する一対のガイド部を有する骨材から成るため、組み立ての際には、連結部にＬＥＤ基板が搭載された骨材を円筒形の外套の内側に挿入するだけでよく、組み立て作業は極めて簡単に行える。組み立て後は、一対のガイド部と基底部が外套管の内面に密着することにより、外套管内に骨材が安定して保持され、ＬＥＤランプ全体の強度が確保される。
【００１９】  骨材のガイド部を透明にしたことにより、ＬＥＤ基板から斜め横方向に出た光が、表面および内面で反射されて前方に拡散され、ＬＥＤ基板から直進する光束と適度に混成され、被照明面に明るく且つ均等な照度を得ることができる。
【００２０】  本発明のＬＥＤランプは、ＬＥＤ素子の前面にそれを覆う非球面レンズを具えることにより、ＬＥＤ基板から前方に直進する光が適度に集中・拡散され、被照明面の広い範囲に、明るく且つ均等な照度を得ることができる。
【００２１】  非球面レンズの平面の、光軸との交点付近に、内面が球面から成る凹面を具えることにより、照明光の色収差が大幅に減少し、被照明面の場所による色度の相違が減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】（本発明の第一の実施の形態）
図１は本発明の第一の実施の形態に相当する直管型ＬＥＤランプの平面図である。ＬＥＤランプ１０は半透明の外套管２を具え、その両端に外部電源接続のためのキャップ６が取り付けてある。【００２３】  図２はＬＥＤランプ１０の外套管２を取り除いた内部を示す平面図、図３は同じく底面図、図４は側面図である。これらの図ではキャップ６を省略した。図５は図２中の線分Ｘ−Ｘに沿った断面図で、外套管２の内部の横断面を示す。図５には外套管２の内面を鎖線で示した。【００２４】  本発明の第一の実施の形態である直管型ＬＥＤランプの、外套管２を取り除いた内部について、図２ないし図５により説明する。ＬＥＤランプ１０は、ＬＥＤ基板１、導光部３、基底部４、及び外套管２から成り、ＬＥＤ基板１の一方の面にＬＥＤ素子１ａが設けられている。導光部３と基底部４の組み合わせが外套管２を補強する骨材（符号なし）を構成する。導光部３は透明な合成樹脂（例えばポリカーボネート）製で、ガイド部３ａ，３ｂと、それらを連結する連結部３ｃから成る。ガイド部（３ａ，３ｂ）の外側の面３ｅは、円筒形の外套管２の内面に密着するように、円柱面をなす。連結部３ｃには、単位レンズ５Ｌから成るレンズ集合体５が一体に形成されている。ＬＥＤ基板１は基底部４の、連結部３ｃに臨む面に固定されている。【００２５】  図６は図２中の線分Ｙ−Ｙに沿った断面の一部を示し、直管型ＬＥＤランプの長さ方向の部分断面図である。レンズ集合体５は単位レンズ５Ｌから成り、単位レンズ５Ｌは個々のＬＥＤ素子１ａの正面に配置されている。単位レンズ５ＬはＬＥＤ素子１ａに臨む側に平面５ｆと凹面５ｒ、反対側に凸面５ｐを有する。凸面５ｐは、楕円の、長径を軸とする回転体の面で構成される。回転体は、例えば長半径６．３ｍｍ、短半径約５ｍｍの楕円の回転体である。平面５ｆと直交する回転体の短径が単位レンズ５Ｌの光軸Ｖに相当する。凹面５ｒの内面は、この光軸上に曲率の中心を持つ球面から成る。例えば曲率半径約４ｍｍの球面から成り、凹面５ｆの深さは約１．５ｍｍ、外周の直径は約６ｍｍである。ＬＥＤ素子１ａは単位レンズ５Ｌの平面側に密着する必要はなく、適当な距離をおいてよい。ＬＥＤ素子１ａと基底部４の間にある間隙は、配線を通すための空間である。【００２６】（第一の実施の形態の作用および効果）
ＬＥＤランプ１０を組み立てる際には、導光部３と基底部４を組み合わせた骨材を円筒形の外套管２の内側に挿入するだけでよく、組み立て作業は極めて簡単に行える。組み立て後は、一対のガイド部３ａ，３ｂと基底部４が外套管２の内面に密着することにより、外套管内に骨材が安定して保持され、ＬＥＤランプ全体の強度が確保される。【００２７】  ＬＥＤ素子１ａから前方に直進する光は、一部が単位レンズ５Ｌの平面５ｆに、一部は凹面５ｒに入射し、それらは反対側の凸面５ｐから放出される。単位レンズ５Ｌを通過したこれらの光束は、その前方に進行方向によって適度に集中または拡散され、さらに半透明の外套管２により適度に拡散される。特に、単位レンズ５Ｌの凸面が横方向と縦方向（ランプの長さ方向）に異なる曲率をもつことにより、横方向の光束は望ましい角度範囲に均等化されて分布し、縦方向には照明範囲が適当に拡げられる。それ故、ＬＥＤランプ１０からの照明光は前方の所望の範囲に、理想に近い均一の、しかも高い照度を与える。半透明の外套管２の拡散作用により、個々のＬＥＤ素子１ａの光点はほとんど視認されない。【００２８】（本発明の第二の実施の形態）
第二の実施の形態は、図１のランプ１０の外套管２を透明にした以外、第一の実施の形態と同じである。【００２９】（第二の実施の形態の作用および効果）
ＬＥＤ素子１ａから前方に直進する光は、単位レンズ５Ｌの平面５ｆおよび凹面５ｒに入射し、それぞれの光束は凸面５ｐから放出される。単位レンズ５Ｌを通過したこれらの光束は、その前方に進行方向によって適度に集中または拡散され、透明の外套管２をほぼそのまま通過して、ＬＥＤランプの正面および斜め前方の所望の範囲に、実用上の要求を満たす、均一かつ高い照度を与える。ＬＥＤランプの組み立てに関しては、第一の実施の形態と同じである。【００３０】（本発明の第三の実施の形態）
第三の実施の形態は、ガイド部の内面に光反射材を設けたものである。すなわち、図５においてガイド部（３ａ，３ｂ）の内側の面３ｄ，３ｄに光反射フィルム（図示せず）を設けた。これにより、ＬＥＤランプの正面で一層高い照度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施の形態に相当する直管型ＬＥＤランプの平面図
【図２】  本発明の第一の実施の形態の直管型ＬＥＤランプの内部の平面図
【図３】  本発明の第一の実施の形態の直管型ＬＥＤランプの内部の底面図
【図４】  本発明の第一の実施の形態の直管型ＬＥＤランプの内部の側面図
【図５】  本発明の第一の実施の形態の直管型ＬＥＤランプの内部の断面図
【図６】  本発明の第一の実施の形態の直管型ＬＥＤランプの部分断面図
【図７】  従来の直管型ＬＥＤランプの断面説明図
【符号の説明】１    ＬＥＤ基板
１ａ  ＬＥＤ素子
２    外套管
３          導光部
３ａ，３ｂ  ガイド部
３ｃ        連結部
３ｄ  面（ガイド部の内側）
３ｅ  面（ガイド部の外側）
４    基底部
５    レンズ集合体
５Ｌ  単位レンズ
５ｆ  平面
５ｒ  凹面
５ｐ  凸面
６    キャップ
１０  ランプ
９０  ＬＥＤランプ
９１    ＬＥＤ基板
９１ａ  ＬＥＤ素子
９２    骨材
９２ａ  平板部
９２ｂ  樋状部
９２ｃ  補強材
９３    カバー
９３ａ  反転部
【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６】
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【図５】
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【図７】
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