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1. (WO2015145505) 導光部材及びその製造方法並びに照明ユニット
Document

明 細 書

発明の名称 導光部材及びその製造方法並びに照明ユニット

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052  

符号の説明

0053  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

明 細 書

発明の名称 : 導光部材及びその製造方法並びに照明ユニット

技術分野

[0001]
 本発明は、導光部材、更に詳しくは、エッジライト方式の照明ユニットに使用される長尺の導光部材及びその製造方法並びに照明ユニットに関する。

背景技術

[0002]
 従来から、特許文献1に示されるような発光装置が知られている。この発光装置は、エッジライト方式の照明ユニットであって、これに使用される導光部材は、長手方向の一端が光源からの光の入射面とされた長尺の透明バーで構成され、周面の一部である前面が出射面、後面が拡散面とされている。この場合、入射面から入射された光は、長手方向に沿って進む間に、後面の拡散面で拡散され、この拡散された光が前面の出射面から取り出される。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2012-89442号公報

発明の概要

[0004]
 上記のようなエッジライト方式となる長尺の導光部材は、通常、カバーを介して対象となる場所に取り付けられる。カバーは導光部材と同様に長尺体であり、導光部材の後面となる拡散面がその長手方向の全長にわたってカバーの一部に接することになる。この拡散面は、複数の溝が長手方向に沿って所定の間隔に並んで形成されており、溝と溝との間には平坦面が残され、この平坦面においても光を前方の出射面側に向けて反射させるようになっている。
[0005]
 ここで、出射面の長手方向にわたってより均質な光を出射させるためには、平坦面での光の反射を考慮して拡散面を形成することが求められる。しかしながら、導光部材をその後面となる拡散面がカバーに接する形でカバーに取り付ける場合、この接触面となるカバーの一部の表面が荒れていると、ときには平坦面に傷が付く。そうなると、平坦面での意図した光の反射が崩れ、その結果、期待通りの拡散効果が得られず、長手方向にわたって均質な光を出射面から取り出すことが難しくなるという問題を生じる。
[0006]
 本発明は、上記問題を解消するためになされたもので、その目的は、拡散面を形成する複数の溝間に残る平坦面を、導光部材を支持するカバーにおいてこの拡散面と対向する面に存在する表面の荒れから保護し、平坦面での意図した光の反射を維持することで、溝と平坦面との組み合わせからなる拡散面での拡散光によって、出射面から均質な光を取り出すことができる導光部材を提供することである。
[0007]
 本発明の導光部材は、上記の課題を解決するために成されたものであり、この導光部材は、長尺な透明バーで構成され、透明バーの長手方向の一端が、外部の光源からの光が入射される入射面とされる。透明バーの長手方向に直交する横断面の輪郭が、前側の出射面と、この出射面に対向する後側の拡散面と、出射面と拡散面との間の両側各々で延出される一対の反射面と、で規定される。入射面から入射された光は、透明バーの反射面及び出射面を含む内周面で内部反射を繰り返しながらその内部を長手方向に進み、その間に拡散面に到達した光が拡散光となって出射面から取り出される。透明バーは、出射面を露出させた状態でカバー内に収容されるものであり、拡散面は、透明バーの長手方向に間隔をあけて並ぶ複数の溝と、隣り合う溝の間に残存する平坦面と、を有し、平坦面に、外方へ突出してカバーの内面に当接し、カバーの内面との間にスペースを形成する複数のスペーサ突起が形成されていることを特徴とする。このスペーサ突起により、カバーに対して導光部材を位置決めすることができ、複数の溝間の平坦面をカバーの対向面における荒れから保護することができる。その結果、意図した拡散効果を維持して出射面から均質な光を出射させることができる。
[0008]
 本発明の好ましい形態では、複数のスペーサ突起が、溝の開口縁に沿って形成されている。これにより、この開口縁に沿ったスペーサ突起自体の光拡散効果を得ることができ、その結果、出射面から均質な光を出射させる効果を更に高めることができる。
[0009]
 また、本発明の好ましい形態では、複数の溝は、透明バーの長手方向と交差する方向に長さを有し、相互に間隔をあけて平行に設けられている。これにより、透明バーの内部を長手方向に沿って進む光は、この複数の溝において反射する機会が増大され、長手方向の全長に亘って一様な拡散効果を与えることができる。
[0010]
 さらに本発明の好ましい形態では、溝は、その断面形状がV字状で、その溝表面が傾斜面である。れにより、透明バーの内部を長手方向に沿って進む光は、出射面側へ効率よく反射される、その結果、出射面を通して外部へ光が出射される効率が高められる。
[0011]
 また、本発明の導光部材の製造方法は、複数のスペーサ突起が、溝の開口縁に沿って形成されている導光部材の製造方法であって、溝とスペーサ突起とをレーザー照射により同時に形成することを特徴とする。これにより、簡易にスペーサ突起を有する溝を形成することができる。
[0012]
 また、本発明の照明ユニットは、導光部材と、カバーと、カバーの長手方向の端部に設けられる光源と、を備えることを特徴とする。これにより、意図した拡散効果が維持され、出射面から均質な光を出射させることができる。
[0013]
 本発明の導光部材においては、カバーに対して導光部材を位置決めすることができ、複数の溝間の平坦面をカバーの対向面における荒れから保護することができ、意図した拡散効果を維持して出射面から均質な光を出射させることができる。
[0014]
 本発明の導光部材の製造方法においては、複数の溝とその間にスペーサ突起とを有する導光部材を、レーザー照射によって簡単に製造することができる。
[0015]
 本発明の照明ユニットにおいては、カバー内に収容された導光部材に光源からの光が入射され、意図した拡散効果が維持されて導光部材の出射面から均質な光を出射させることができる。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 本発明の第1の実施形態である導光部材の斜視図
[図2] 同上の導光部材の両端にLEDを配置したときの平面図
[図3] 同上の導光部材の断面図
[図4] 同上の導光部材における出光する光の経路を説明する図
[図5] 同上の導光部材をカバーに収納した斜視図
[図6] 同上の導光部材を使用する照明ユニットの光源モジュールを示す斜視図
[図7] 同上の導光部材における溝の断面図
[図8] カバーに収納した同上の導光部材の断面図
[図9] 同上の導光部材における溝の変形例を示す断面図
[図10] 同上の導光部材の変形例を示す断面図
[図11] 本発明の一実施形態である導光部材の溝を形成する様子を示した説明図
[図12] 同上の溝を形成する変形例の様子を示した概略説明図
[図13] 本発明の第2の実施形態である導光部材の平面図
[図14] 本発明の第3の実施形態である導光部材の平面図
[図15] 本実施形態の照明ユニットを浴室に配置した状態を示す説明図

発明を実施するための形態

[0017]
 本発明の導光部材は、LED等の光源と組み合わされて、例えば、室内の天井や壁、或いは、種々の家具等に埋め込まれるエッジライト方式の照明ユニットに使用される。
[0018]
 以下、本発明の第1の実施形態に係る導光部材を、図面に基づいて説明する。図5に示すように、本実施形態の導光部材は、光源となるLED30を保持するカバー40と一体に組み付けられて照明ユニット1を形成する。
[0019]
 図1、図2に示すように、導光部材は、LED30からの光を透過させる合成樹脂でできた長尺体であり、互いに直交する長手方向軸L、幅方向軸W、前後方向軸Dを有し、以下、透明バー10と記載する。透明バー10は、長手方向に直交する横断面形状が長手方向の全長に亘って一様であり、この横断面形状は前後方向軸Dを基準にして左右対称である。
[0020]
 透明バー10の長手方向の一端は、LED30からの光が入射される入射面12となっている。横断面の輪郭は、前後方向の前方に位置する出射面14と、この出射面14に対向する後方の拡散面16と、一対の反射面18と、で規定される。拡散面16は、長手方向軸に沿って規則的に並ぶ複数の溝60によって形成される。それぞれの溝60は、幅方向軸Wに沿った方向に形成されている。拡散面16は、基本的に、透明バー10内を進む光を出射面14側に向けて拡散させ、この結果、出射面14から光が取り出される。入射面12から入射した光は、反射面18や出射面14を含む透明バー10の内周面で内部反射を繰り返して透明バー10の長手方向に沿って進みながら拡散面16に到達する。拡散面16に到達した光は、ここで出射面14側に向けて拡散されることにより、出射面14からこの拡散光が取り出される。
[0021]
 一対の反射面18は、横断面において、それぞれ拡散面16の両端と出射面14の両端とを結合する。反射面18は全体として滑らかに湾曲した曲面であり、入射面12から入射する光を反射させて透明バー10の長手方向に沿って進めながら拡散面16側に向けて反射させ、その結果生じる拡散光が出射面14から透明バー10の前方に出射される。
[0022]
 図3、図4に示すように、出射面14は内方に凹んだ凹曲面に仕上げられている。また、出射面14の幅をW1、拡散面16の幅をW2とすると、出射面14の幅W1は拡散面16の幅W2よりも大きい。拡散面16の両端に隣接する各反射面18の一部は、外方に向けて湾曲した肩部20となっている。肩部20は、図4中の破線Xで示すように、拡散面16で拡散される光を効率良く出射面14側に反射させると共に、透明バー10内で内部反射を繰り返しながら長手方向に進む光を拡散面16側に集めるように機能する。出射面14と拡散面16との距離、すなわち、透明バー10の前後寸法は、出射面14の幅W1よりも大きく、この幅W1の2倍以上である。透明バー10は、前後方向軸Dに沿って、出射面14を含む前半部と、拡散面16を含む後半部と、を有し、前半部に含まれる各反射面18にバンプ24が形成される。
[0023]
 また、透明バー10の横断面において、後半部における一対の反射面18間の距離、すなわち、幅寸法は、肩部20から前方へ行くに従って次第に増加しており、拡散面16からの拡散光を出射面14側に向けて反射させる機会を多くしている。
[0024]
 バンプ24は、透明バー10の横断面において、外方に突出する三角形状の突条であり、透明バー10の長手方向に沿って全長にわたる。このバンプ24は、透明バー10をカバー40に保持させるために利用される。すなわち、図5に示すように、カバー40の両脚片42に設けた凹所44に各バンプ24が収められることで、透明バー10はカバー40に保持される。カバー40も長尺体で、横断面形状が前方に開口したU字型である。この透明バー10は、カバー40に保持された状態において、透明バー10の出射面14を除く部分がカバー40で覆われる。
[0025]
 図3、図4に示すように、バンプ24は、カバー40との結合に用いられるだけでなく、出射面14からの出射効率を高めるようにも機能する。このバンプ24は、その断面が三角形状とされ、三角形の斜辺となる一表面が透明バー10の幅方向軸Wに対して傾斜している。
[0026]
 バンプ24は、透明バー10内で内部反射を繰り返しながら長手方向に進む光を拡散面16に向けて反射させる機会を増大させて、拡散面16で拡散される光量を増大させ、その結果、出射面14から出射される拡散光を多く確保して、出射効率を高める。この機会を与えるために、バンプ24の一表面は傾斜している。この傾斜した一表面での反射により、拡散面16へ向かう光の量を増大させる。
[0027]
 ここで、バンプ24は、透明バー10内を長手方向に沿って進む光が横断面内に閉じ込められて長手方向の端面から抜けてしまう光のトラップを崩し、バンプ24が無ければ閉じ込められてしまう光を拡散面16側に向かわすように機能する。このため、透明バー10の前端部側で長手方向に進む光が拡散面16側に向かう機会は増大し、結果として、拡散光を増やし、出射効率を高めることができる。更に、出射面14は凹曲面とされ、この凹曲面での反射もまた、上述した光のトラップを崩す要因となるので、バンプ24による効果と相俟って、拡散光の出射効率を高めている。
[0028]
 図5に示すように、カバー40はその前端部分に透明バー10を保持し、その後端部分で他の部材に結合される。このカバー40は、その前端部分が断面U字型となった長尺体であり、透明バー10がその出射面14を露出させると共にその拡散面16をカバー40の底片41に近接させる形でカバー40の両脚片42の間に収められる。カバー40の長手方向両端には、図6に示すように、それぞれLED30を保持する光源モジュール50が取り付けられて、透明バー10はLED30やカバー40と一体化されて照明ユニットを構成する。この照明ユニットにおいては、透明バー10の長手方向両端の入射面12においてLED30からの光が入射され、透明バー10の反射面18及び出射面14を含む内周面で反射を繰り返しながら長手方向に進む光が拡散面16で拡散して、出射面14から前方へ拡散光が導き出される。
[0029]
 図2に示すように、拡散面16は、透明バー10の長手方向に並ぶ複数の溝60によって形成されている。この溝60は透明バー10の長手方向軸Lと交差する方向に長さを有するように走り、相互に間隔をあけて平行に設けられている。図7に示すように、各溝60は断面形状が略V字状で、その溝表面が透明バー10の横断面に対して傾斜する傾斜面62として形成されている。
[0030]
 また、図11に示すように、各溝60は、レーザー加工機を用いて形成される。レーザー加工機は、透明バー10を押出成形する生産ラインに設けられる。図示は省略するが、生産ラインは押出成形機を備える。透明バー10は、押出成形機によって押し出され、レーザー切断機等によって所定の長さに切断することで形成される。
[0031]
 多数の溝60は、レーザー加工機から透明バー10の拡散面16にレーザーを照射することで形成される。レーザー加工機によるレーザーの照射は、例えば押出成形後で且つ切断前において押出方向に移動する透明バー10に対して行われる。つまり、溝60を形成する工程は、透明バー10を押出成形する工程とインラインで行われる。なお、図11においてAで示した矢印は、透明バー10の移動方向(押出方向)を示している。
[0032]
 レーザー加工機から照射するレーザーは、例えば炭酸ガスレーザーである。レーザー加工機のレーザー方式は、例えばガルバノスキャニング方式である。レーザー加工機は、レーザー発振器80、ビームエキスパンダー81、ガルバノスキャナー82、及びfθレンズ83を備えている。
[0033]
 レーザー加工機から照射するレーザーは、ガルバノスキャナー82のミラー820を駆動することにより走査を制御される。この走査は予め設定された加工パターンに基づいて行われることで、溝60は、所望の大きさ、方向、間隔が得られ、溝60に関するこれ等条件で、拡散光の指向性を決定する。
[0034]
 図8に示すように、溝60は透明バー10の長手方向に沿って間隔をおいて並び、隣り合う溝60の間に平坦面70が残存する。この平坦面70の内部反射で、透明バー10の長手方向軸Lに沿って、光を進めるようになっている。溝60と平坦面70とは透明バー10の長手方向に沿って交互に並び、全てのまたはいくつかの平坦面70の両端、すなわち、隣接する溝60の端縁から外方に向けて突出するスペーサ突起65が形成される。スペーサ突起65は、透明バー10の長手方向に沿って離間し、カバー40の底片41に当接することで、平坦面70とカバー40の内面との間にスペースを形成し、平坦面70がカバー40の底片41に接触することを防ぐ。
[0035]
 図2に示すように、複数の溝60は、透明バー10の長手方向軸Lに沿って等間隔で平行に並ぶ。各溝60は長手方向軸Lに対して直交する方向で、透明バー10の長手方向中央から両端の入射面12に行くに従って短くされ、両端の入射面12から入射されるLED30からの光を透明バー10の全長にわたって拡散面16に行き渡らせる。図7に示すように、各溝60は下端が丸くなった一様なV字形の断面を有し、同じ高さのスペーサ突起65が平坦面70の両端において突出し、各スペーサ突起65自体も、図7の矢印で示すように、光の拡散に寄与している。
[0036]
 また、図11に示すように、透明バー10への溝60の形成は、レーザー加工機を使用する。レーザー加工機は、透明バー10を押出成形する生産ラインに設けられる。図示は省略するが、生産ラインは押出成形機を備える。透明バー10は、押出成形機によって図11中のA方向に押し出され、レーザー切断機等によって所定の長さに切断することで形成される。レーザー加工機によるレーザーの照射は、例えば押出成形後で且つ切断前において押出方向に移動する透明バー10に対して行われる。つまり、溝60を形成する工程は、透明バー10を押出成形する工程とインラインで行われる。
[0037]
 レーザー加工機は、レーザー発生源70から発生させるレーザー光を透明バー10の一面に照射するように構成されており、透明バー10をその長手方向に沿って移動させることに同期させて、レーザー光をスキャンすることで、複数の溝60を作り出す。レーザー発生源70からのレーザー光は、ビームエキスパンダー71、2つのミラー720、fθレンズ73を経て、透明バー10に照射され、ガルバノスキャナー72でミラー720の角度を制御することで、所定の方向に沿って溝60を形成する。レーザー照射は、所望する溝60の形状、方向、間隔に合わせた制御パターンに基づいて実行される。なお、レーザー加工機から照射するレーザーは、例えば炭酸ガスレーザーである。
[0038]
 ミラー820は、第一の照射角を決める第一のミラー820aと、第二の照射角を決める第二のミラー820bと、を有する。
[0039]
 第一のミラー820aは、透明バー10の前後方向軸Dと平行な軸D1を備え、その軸D1を中心にして一定の範囲で回転する。ここで、一定の範囲とは、第一のミラー820aで屈折した光が第二のミラー820bに当たる範囲のことをいう。この一定の範囲により、第一の照射角の最大照射角と最小照射角が決定される。
[0040]
 また、第二のミラー820bは、透明バー10の長手方向軸Lと平行な軸L1を備え、その軸L1中心にして一定の範囲で回転する。ここで、一定の範囲とは、第二のミラー820bで屈折した光がfθレンズ83に当たる範囲のことをいう。この一定の範囲により、第二の照射角の最大照射角と最小照射角が決定される。
[0041]
 このレーザーの第一の照射角及び第二の照射角が最大照射角と最小照射角の間で変化することにより、図9、図10、図12に示すように、深さ方向が傾斜した溝60とスペーサ突起65と微小突起66を形成する。
[0042]
 すなわち、溝60に関するこれ等の条件を調整することで、拡散光の指向性も決定される。ここでは、レーザー照射によって、スペーサ突起65も溝60の開口縁に沿って形成される。この場合、レーザー照射によるレーザーアブレーションによって、溝60とスペーサ突起65とを同時に出現させることが可能となり、スペーサ突起65を備えた拡散面16を容易に作り出すことができる。
[0043]
 この場合、横断面に対して傾斜する傾斜溝60において、傾斜が大きい方の傾斜面62の上端につながる平坦面70の端縁から微小突起66が突出する。この微小突起66の高さと幅はスペーサ突起65よりも小さく、図9に示すように、微小突起66自体でも光を拡散させる。
[0044]
 また、拡散面16は、図8に示すように、複数の溝60が断面形状で上下方向に配向するように形成され、すなわち、全ての溝60の深さ方向が鉛直方向で揃うように形成される以外に、図11、図12に示すように、ミラー820を一定の範囲で回転させることによって、図12に示すように、深さ方向が傾斜した溝60を含むように形成してもよい。
[0045]
 したがって、本実施形態の導光部材では、スペーサ突起65がカバー40の底片41に当接されるので、カバー40に対して導光部材は位置決めされ、平坦面70がカバー40の底片41に接触することも防がれて、平坦面70をこれに対向する底片41の荒れから保護することができ、複数のスペーサ突起65自体による光拡散効果もあいまって、意図した拡散効果を維持して出射面14から均質な光を出射させることができる。
[0046]
 また、本実施形態では、入射面12からの光量を多くするために、二つのLED30を前後方向軸Dに沿って並べて入射面12に対向させ、一つを後半部、他の一つを前半部に対応させて配置している。しかしながら、本発明の使用形態はこれのみに限定されず、入射面の前後方向の一部または全体に光を入射させる光源が使用されてもよい。
[0047]
 ところで、本実施形態におけるLED30は、図2、図6に示すように、透明バー10の長手方向の両端の外側に配置される光源モジュール50に保持されるもので、各光源モジュール50はカバー40の長手方向の両端に取り付けられている。図5、図6に示すように、光源モジュール50は、カバー40の端部に取り付けられる。光源モジュール50は前後に長い凹部54を有し、この凹部54に二つのLED30が前後方向に並んで収められて透明バー10の入射面12と所定の間隔をあけて対向される状態で保持される。このようにして、本実施形態の導光部材は、LED30と組み合わされて照明ユニット1に使用される。
[0048]
 図13は、本発明の第2の実施形態に係る導光部材を示す。この導光部材における透明バー10は、拡散面16を構成する溝60の構成が第1の実施形態と異なり、その他の構成は第1の実施形態と同じである。これ等複数の溝60は、透明バー10の長手方向軸Lに対して傾斜し、各溝60の長さが透明バー10の長さ方向の中央から両端の入射面12に行くに従って短くされている。
[0049]
 図14は、本発明の第3の実施形態に係る導光部材を示す。この導光部材における透明バー10は、拡散面16を構成する溝60の構成が第1の実施形態と異なり、その他の構成は第1の実施形態と同じである。これ等複数の溝60は、拡散面16の全幅に渡る長さに形成され、各溝60の間隔、すなわち、平坦面70の幅が、透明バー10の長さ方向の中央から両端の入射面12に行くに従って大きくされている。
[0050]
 なお、上記の実施形態では、透明バー10の長手方向の両端にLED30を配置した形態を示したが、本発明は必ずしもこの形態に限定されず、透明バーの長手方向の一端のみにLEDを配置してもよい。
[0051]
 また、上記いずれかの導光部材と、カバー40と、カバー40の長手方向の端部に設けられるLED30と、を備えることで、照明ユニットとなる。この照明ユニットにおいては、カバー40に対して導光部材が位置決めされ、複数の溝60間の平坦面70をカバー40の対向面における荒れから保護することができ、カバー40内に収容された導光部材にLED30からの光が入射され、意図した拡散効果が維持されて導光部材の出射面14から均質な光を出射させることができる。
[0052]
 ところで、照明ユニット1は、例えば、図15に示すように、浴室5の天井50に設けられる。透明バー10は、出射面14を浴室5内下方に向けて配置されている。これにより、照明ユニット1を利用して浴室5内を照明することができる。

符号の説明

[0053]
10  透明バー
12  入射面
14  出射面
16  拡散面
18  反射面
30  LED(光源)
40  カバー
60  溝
62  傾斜面
65  スペーサ突起
70  平坦面

請求の範囲

[請求項1]
 長尺な透明バーで構成され、
 前記透明バーの長手方向の一端が、外部の光源からの光が入射される入射面とされ、
 前記透明バーの長手方向に直交する横断面の輪郭が、前側の出射面と、この出射面に対向する後側の拡散面と、前記出射面と前記拡散面との間の両側各々で延出される一対の反射面と、で規定され、
 前記入射面から入射された光は、前記透明バーの前記反射面及び前記出射面を含む内周面で内部反射を繰り返しながらその内部を長手方向に進み、その間に前記拡散面に到達した光が拡散光となって前記出射面から取り出される導光部材であって、
 前記透明バーは、前記出射面を露出させた状態でカバー内に収容されるものであり、
 前記拡散面は、前記透明バーの長手方向に間隔をあけて並ぶ複数の溝と、隣り合う前記溝の間に残存する平坦面と、を有し、
 前記平坦面に、外方へ突出して前記カバーの内面に当接し、前記カバーの内面との間にスペースを形成する複数のスペーサ突起が形成されていることを特徴とする導光部材。
[請求項2]
 前記複数のスペーサ突起が、前記溝の開口縁に沿って形成されていることを特徴とする請求項1記載の導光部材。
[請求項3]
 前記複数の溝は、前記透明バーの長手方向と交差する方向に長さを有し、相互に間隔をあけて平行に設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の導光部材。
[請求項4]
 前記溝は、その断面形状がV字状で、その溝表面が傾斜面であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項記載の導光部材。
[請求項5]
 請求項2記載の導光部材の製造方法であって、
 レーザー照射により、前記溝と前記スペーサ突起とを同時に形成することを特徴とする導光部材の製造方法。
[請求項6]
 請求項1~4のいずれか一項記載の導光部材と、前記カバーと、前記カバーの長手方向の端部に設けられる前記光源と、を備えることを特徴とする照明ユニット。

図面

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