JP2001505358A - 白熱電球 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、低電圧バーナー（ＢＭ）と、集積化された電圧変換手段（ＶＣＭ）とを具える白熱電球に関するものである。電圧変換手段に設けられたスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２）を駆動する制御信号は、集積回路（ＩＣ）を有する別体の制御回路により発生される。電圧変換手段は高温度で動作させるのに適しており、わずかな量のＥＭＩしか生ぜしめない。

Description

【発明の詳細な説明】 白熱電球 本発明は、ソケット内に連結する口金であって、周波数ｆの交流電源電圧を受 ける一対の口金端子を有する当該口金と、 ‐前記一対の口金端子に結合された入力端子と出力端子とを有する整流手 段、 ‐前記出力端子に結合され、２つのキャパシタを有する直列回路が設けら れた容量性手段、 ‐前記２つのキャパシタを有する直列回路に結合され、この直列回路にま たがって存在する電圧から第１高周波電圧を発生させるスイッチング手段 、及び ‐このスイッチング手段に結合され、一次巻線及び二次巻線を有し、前記 第１高周波電圧を第２高周波電圧に変換する変圧器手段 を有する 電圧変換手段と、 前記二次巻線に結合された低電圧白熱バーナー手段と、 少なくとも半透明部分を有し、前記口金に固着されているエンベロープ手段で あって、口金と相俟って前記電圧変換手段及び前記低電圧白熱バーナー手段を封 入する当該エンベロープ手段と を具える白熱電球に関するものである。 本発明は又、このような白熱電球に用いる電圧変換手段や、このような電圧変 換手段を有し、交流電圧源から白熱電球に高周波電圧を供給するアダプタにも関 するものである。 上述した種類の白熱電球は米国特許第4,998,044号明細書から既知である。こ の既知の白熱電球は白熱ハロゲンランプである。この既知のランプでは、スイッ チング手段は２つのキャパシタの直列回路を分路する２つのスイッチング素子の 直列回路を有している。２つのキャパシタと２つのスイッチング素子とが相俟っ て半ブリッジ回路を構成している。変圧器手段の一次巻線は２つのキャパシタの 共通端子と２つのスイッチング素子の共通端子との間に結合されている。ランプ の点灯中、第１高周波電圧は変圧器手段により第２高周波電圧に変換され、この 第２高周波電圧が低電圧白熱バーナー手段の両端間に与えられる。第２高周波電 圧は低電圧白熱バーナー手段の最大動作電圧に匹敵する最大振幅を有する。２つ のキャパシタの容量は互いに等しく、比較的低く選択されている。これらの容量 値は比較的低い為、これらキャパシタは比較的小型であり、これにより電圧変換 手段を白熱ハロゲンランプ中に集積化するのが比較的容易となる。更に、これら の容量値が低いごとにより電源電流歪みを比較的低くし、これは電圧変換手段の 力率の値が比較的大きく、全高調波歪みの値が比較的低いことに対応する。しか し、これと同時に、これらの容量値が比較的低いことにより、２つのキャパシタ の直列回路の両端間に存在する電圧を、交流電源電圧の各周期当り２度極めて低 い値に降下させる。既知の白熱ハロゲンランプに設けられている電圧変換手段で は、ブリッジ回路は自己発振回路であり、スイッチング素子を導通及び非導通と する制御信号は適切な変流器により変圧器手段の一次巻線を流れる電流から取出 されている。しかし、周波数２ｆでは、キャパシタの両端間の電圧は、制御信号 があまりにも弱くなりすぎてスイッチング素子の導通状態を制御できずにブリッ ジ回路の発振を停止せしめてしまう程度に低くなる。キャパシタの両端間の電圧 がもう一度充分高い値に達した際に発振をもう一度開始しうるようにするために 、既知の白熱ハロゲンランプの電圧変換手段には発振を再始動する回路部分が設 けられている。この回路部分はオーム抵抗と、始動キャパシタと、ＤＩＡＣとを 有する。始動キャパシタは２つのキャパシタの両端間の電圧から充電される。始 動キャパシタの両端間の電圧が充分高くなると、ＤＩＡＣが導通し、これと同時 にスイッチング素子の１つを導通させ、これによりブリッジ回路の発振を再始動 する。 既知の白熱ハロゲンランプに設けられている電圧変換手段は力率を比較的高く するとともに全体の高調波歪みの量を比較的少なくするも、その使用には幾つか の重要な欠点をも伴う。電圧変換手段は、これらがランプ中で集積化されている 為、定常点灯中比較的高い温度になる。一方、ＤＩＡＣの最大動作温度は一般に 比較的低い。ＤＩＡＣが最悪の条件の下で依然として動作するようにするために は、電圧変換手段は、低電圧白熱バーナー手段が消費しうる電力量が比較的低く なるように設計する必要がある。更に、容量性手段に設けられているキャパシタ の容量値が低いことにより力率に及ぼす好影響は、電源電流がある時間の経過中 に交流電源電圧の各周期当り２度零に降下するという事実によりある程度相殺さ れる。更に、自己発振回路では、各スイッチング素子は電圧がその両端間に存在 する間導通する。これは、各スイッチング素子がその両端間の電圧がほぼ零であ る間に導通させられることを意味する“ソフトスイッチング”と逆に“ハードス イッチング”と称されている。ハードスイッチングのために、比較的多量の電力 がスイッチング素子で消費され、発生される熱の全体量を高め、これにより電圧 変換手段の動作温度を高める。ハードスイッチングの他の影響はＥＭＩの発生で あり、ランプがＥＭＩに関する条件を満足するようにするために比較的大型のフ ィルタを電圧変換手段に導入する必要がある。この比較的大型のフィルタは、電 圧変換手段をランプに導入するのを極めて困難にする。自己発振回路では、構成 素子の製造誤差により生ぜしめられる第１高周波電圧の対称性の欠如によっても ＥＭＩが生ぜしめられるおそれがある。 本発明の目的は、力率が高く、全体の高調波歪みが比較的少ない白熱電球であ って、電圧変換手段を、低電圧白熱バーナー手段によって消費される電力量が比 較的高くなるように設計しうるようにした白熱電球を提供せんとするにある。 本発明によれば、頭書に記載した白熱電球において、前記電圧変換手段が、前 記スイッチング手段を交互に導通及び非導通とする制御信号を発生する集積回路 を有する制御回路を具えていることを特徴とする。 制御回路は２つのキャパシタを有する直列回路の両端間に存在する電圧の瞬時 的な振幅にかかわらずスイッチング手段を交互に導通及び非導通とする制御信号 を発生し続けるため、交流電源電圧の各半周期当り電圧変換手段の発振を始動す る必要がなく、発振を再始動する回路部分を省略しうる。この理由で、容量性手 段を比較的小型に選択することができる為、本発明による白熱電球の力率が比較 的高くなり且つ全体の高調波歪みの量は比較的少なくなる。集積回路は、米国特 許第4,998,044号明細書に開示された従来のランプに設けられている発振再始動 用回路部分よりも著しく高い温度で動作しうる。本発明による白熱電球の電圧変 換手段は比較的高い温度で動作しうる為、この電圧変換手段は比較的多量の電力 を消費でき、しかもこれを比較的小型にして白熱電球中に容易に集積化しうるよ うにできる。制御信号の発生は集積回路により実現される為、スイッチング手段 の切換はソフトスイッチングとなり、従ってスイッチング手段で消費される電力 量は比較的少なく、それ故白熱電球中で発生される熱の総量にそれほど関係しな い。更に、集積回路によって発生される制御信号の対称性は、構成素子の製造誤 差に依存しない為に比較的高い。その結果、発生されるＥＭＩの量は比較的少な く、従ってフィルタを電圧変換手段に導入する場合でも、このフィルタを比較的 小型にしうる。 白熱ハロゲンランプとした本発明による白熱電球で良好な結果が得られた。 前記スイッチング手段は、２つのキャパシタの直列回路を分路する２つのスイ ッチング素子を有する直列回路を具えているようにするのが好ましい。これらの ２つの直列回路が相俟っていわゆる半ブリッジ回路を構成する。このような半ブ リッジ回路は、第１高周波電圧を発生させるのに極めて適している。 低電圧白熱バーナーは比較的小型である為、白熱電球から放出される光は、半 透明のエンベロープ手段の内面の一部を反射体で被覆した場合にビームに収束さ せることができる。反射体は、低電圧白熱バーナー手段により発生された光及び 赤外線を反射することにより電圧変換手段に対する熱遮蔽体としても作用する。 ソケット内に連結する前記口金はエジソン型のソケット内に連結するのに適し たねじ式の口金とするのが好ましい。 白熱電球は、低電圧白熱バーナー手段により消費される電力量を制御する手段 を具えるようにするのが有利である。消費電力を制御するこのような手段は例え ば、交流電源電圧の最大振幅が比較的高い場合に、白熱電球により消費される電 力が増大するのを防止することができる。交流電源電圧の最大振幅が比較的高い 場合には、白熱電球により消費される電力を制御する手段がこの消費電力を、こ の制御手段が存在しない場合の消費電力よりも低いレベルに低減させる。従って 、白熱電球の部品、特に低電圧白熱バーナー手段があまり熱くならないように保 護される。 本発明による白熱電球は、低電圧白熱バーナー手段により消費される電力を電 圧変換手段の温度に応じて減少させる手段を有するようにすることもできる。低 電圧白熱バーナー手段により消費される電力を電圧変換手段の温度に応じて減少 させる手段は、周囲温度が比較的高い場合に白熱電球の部品があまり熱くならな いようにする。 電圧変換手段は、第１高周波電圧により生ぜしめられるＥＭＩの量を減少させ るフィルタ手段を有するようにするのが好ましい。 電圧変換手段は、白熱電球の力率が少なくとも0.75となるように設計するのが 好ましい。白熱電球の力率は、容量性手段に設けられているキャパシタの容量に より著しく影響を受ける。これらのキャパシタは直列回路のキャパシタであり、 フィルタ手段が存在する場合には、このフィルタ手段に設けられているいかなる キャパシタでもある。容量性手段に設けられているキャパシタの容量を適切に選 択することにより、白熱電球の力率を少なくとも0.75に調整しうる。フィルタ手 段が存在する場合には、力率はこのようなフィルタ手段に設けられているいかな る誘導性手段によっても影響を受けること勿論である。 本発明による白熱電球の好適例では、エンベロープ手段が、半透明部分に加え て、口金と半透明のエンベロープ手段との間に固着されたハウジングを有するよ うにする。このようなハウジングは例えば、プラスチックから造ることができる 。この好適例の白熱電球は比較的容易に製造しうることを確かめた。 上述した本発明による白熱電球の例に設けられているような電圧変換手段を、 （独自の電圧変換手段が設けられていない）白熱電球に給電するためのアダプタ に用いることにより、このような電圧変換手段を白熱電球に用いる場合につき概 略的に上述したのと同じ重要な利点を提供する。このようなアダプタは、低電圧 白熱バーナー手段と口金とが設けられた白熱電球に用いるのが適している。この アダプタには、交流電圧源の極に接続するための第１手段と、白熱電球の口金に 接続するための第２手段とが設けられている。第１手段は一般に口金を有し、第 ２手段は一般にソケットを有する。第１手段は電圧変換手段の整流手段の入力端 子に結合されており、第２手段は電圧変換手段の変圧器手段の二次巻線に結合さ れている。動作に当り、第１手段が交流電圧源に接続され、第２手段が白熱電球 の口金に接続されると、アダプタに設けられている電圧変換手段は、交流電圧源 によって供給される交流電源電圧から第２高周波電圧を発生する。この第２高周 波電圧は口金を介して、白熱電球に設けられている低電圧白熱バーナー手段に与 えられる。 本発明による白熱電球の一実施例を、図面を用いて説明する。図中、 図１は、本発明による白熱電球の一実施例を部分的に断面として示す線図であ り、 図２は、図１に示す白熱電球に設けられる電圧変換手段を示す線図である。 図１において、Ｂはエジソン型のソケットに連結するのに適した口金である。 ＢＴ₁及びＢＴ₂は交流電源電圧を受ける一対の口金端子である。ＶＣＭは口金端 子ＢＴ₁及びＢＴ₂に接続された電圧変換手段である。電圧変換手段ＶＣＭは導電 体ＥＣ₁及びＥＣ₂により低電圧白熱バーナー手段ＢＭに結合されている。この低 電圧白熱バーナー手段ＢＭは気密のガラスランプ容器ＬＶにより囲まれている。 ＴＥＭはエンベロープ手段であり、このエンベロープ手段は本例では、口金に固 着された半透明部分のみを有する。破線ＤＬ₁及びＤＬ₂で示す平行平面間では、 半透明のエンベロープ手段ＴＥＭの内面が、本例ではアルミニウムの層より成る 反射体により被覆されている。 図２において、Ｋ１及びＫ２は口金端子ＢＴ₁及びＢＴ₂に接続するための端子 である。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、本例では、ダイオードブリッジより成る整流 手段である。ダイオードブリッジの入力端子は端子Ｋ１及びＫ２に結合されてい る。ダイオードブリッジの出力端子Ｋ３及びＫ４は、キャパシタＣ１とキャパシ タＣ２及びＣ３の直列回路とより成る容量性手段に結合されている。キャパシタ Ｃ１は、チョークコイルＬ１とスイッチング素子Ｑ１及びＱ２との直列回路によ り分路されている。キャパシタＣ１とチョークコイルＬ１とがフィルタ手段を構 成する。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２が、キャパシタＣ２及びＣ３の直列回路 の両端間に存在する電圧から第１高周波電圧を発生するスイッチング手段を構成 する。キャパシタＣ２及びＣ３の直列回路は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２と 抵抗Ｒ１との直列回路を分路する。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の共通端子は 変圧器手段Ｔの一次巻線ＰによりキャパシタＣ２及びＣ３の共通端子に接続され ている。低電圧バーナー手段ＢＭは変圧器手段Ｔの二次巻線Ｓを分路する。スイ ッチング素子Ｑ１及びＱ２の制御電極は、これらスイッチング素子を交互に導通 及び非導通とする制御信号を発生する集積回路ＣＩＣのそれぞれの出力端子に接 続されている。抵抗Ｒ１は，抵抗Ｒ２とキャパシタＣ４との直列回路により分路 されている。抵抗Ｒ２とキャパシタＣ４との共通端子は増幅器Ａ１の第１入力端 子に接続されている。この増幅器Ａ１の第２入力端子は基準電圧源ＲＶＳの出力 端子に接続されている。増幅器Ａ１の出力端子は電圧制御発振器ＶＣＯの第１入 力端子に接続されている。この電圧制御発振器ＶＣＯの出力端子は増幅器Ａ２の 入力端子と増幅器Ａ３の入力端子との双方に接続されている。この電圧制御発振 器ＶＣＯの第２入力端子は抵抗Ｒ３によりダイオードブリッジの出力端子Ｋ４に 接続されている。電圧制御発振器ＶＣＯの第３入力端子はキャパシタＣ５により ダイオードブリッジの出力端子Ｋ４に接続されている。抵抗Ｒ１及びＲ２と、キ ャパシタＣ４と、基準電圧源ＲＶＳと、増幅器Ａ１とが相俟って、低電圧白熱バ ーナー手段により消費される電力量を交流電源電圧の最大振幅に依存して制御す る手段を構成する。集積回路ＣＩＣは抵抗Ｒ３及びキャパシタＣ５と相俟って制 御回路ＣＣを構成する。増幅器Ａ１、Ａ２及びＡ３と、基準電圧源ＲＶＳと、電 圧制御発振器ＶＣＯとの全てが集積回路ＣＩＣの一部である。 図２に示す電圧変換手段は以下の通り機能する。 端子Ｋ１及びＫ２が周波数ｆを有する交流電源電圧の極に接続されると、この 交流電源電圧がダイオードブリッジＤ１〜Ｄ４により整流される。その結果、直 流電圧がキャパシタＣ１の両端間に存在し、他の直流電圧がキャパシタＣ２及び Ｃ３の直列回路の両端間に存在する。キャパシタＣ１、Ｃ２及びＣ３の寸法は、 キャパシタＣ２及びＣ３の直列回路の両端間に存在する直列電圧が周波数２ｆを 以て極めて低い値に降下するように設定する。この寸法設定の結果、電圧変換手 段の力率が高くなる。電圧制御発振器ＶＣＯはその出力端子に高周波信号を発生 し、この高周波信号が増幅器Ａ２及びＡ３により制御信号に増幅され、この制御 信号がスイッチング素子Ｑ１及びＱ２を高周波で交互に導通及び非導通とする。 その結果、キャパシタＣ２及びＣ３の直列回路の両端間の直流電圧から第１高周 波電圧が発生される。この制御信号の発生は、交流電源電圧の瞬時的な振幅が零 に近い場合でも維持されるため、交流電源電圧の各半周期毎に電圧変換手段を再 始動する必要がない。第１高周波電圧は変圧器手段Ｔの一次巻線Ｐの両端間に存 在する。変圧器手段Ｔは第１高周波電圧を第２高周波電圧に変換し、この第２高 周波電圧が変圧器手段Ｔの二次巻線Ｓの両端間及び低電圧バーナー手段ＢＭの両 端間に存在する。変圧器手段は、第２高周波電圧の最大振幅が低電圧バーナー手 段ＢＭに印加しうる最大電圧に一致するように設計する。交流電源電圧の最大振 幅が増大する場合には、抵抗Ｒ１を流れる電流の最大振幅も増大する。この抵抗 Ｒ１を流れる電流の平均振幅もまた増大する。抵抗Ｒ２とキャパシタＣ４とが相 俟って積分器として作用する低域通過フィルタを構成する為、増幅器Ａ１の第１ 入力端子に存在する信号は抵抗Ｒ１中の電流の振幅の平均値に比例する。この抵 抗Ｒ１を流れる電流は電球電流にほぼ比例しており、また低電圧白熱バーナー手 段ＢＭはオーム性の負荷である為に力率に対する目安ともなる。従って、増幅器 Ａ１の第１入力端子に存在する信号が、電球により消費される電力の平均値に対 する目安となる。基準電圧源は、電球が消費する平均電力の所望値に対する目安 となる電圧を発生する。増幅器Ａ１の出力信号は電圧制御発振器ＶＣＯの出力端 子に存在する信号の周波数を、電球が消費する平均電力が交流電源電圧の最大振 幅にかかわらずほぼ所望のレベルとなるような値に制御する。図２に示す電圧変 換手段の変形構造では、増幅器Ａ１の第１入力端子を電圧変換手段中に設ける温 度センサに接続し、抵抗Ｒ１及びＲ２とキャパシタＣ４とを省略しうるようにす る。この変形構造では、基準電圧源ＲＶＳが電圧変換手段中に設けられている電 子工学素子の温度の所望値に対する目安となる信号を発生する。その結果、増幅 器Ａ１の出力信号は、電圧制御発振器ＶＣＯの出力端子に存在する信号の周波数 を、電圧変換手段中に設けられている電子工学素子の温度が周囲温度にかかわら ずほぼ所望のレベルとなるような値に制御する。この変形構造例では、温度セン サ、温度基準源及び増幅器Ａ１が、低電圧バーナー手段により消費される電力を 電圧変換手段の温度に依存して制御する手段を構成する。 キャパシタＣ１及びチョークコイルＬ１より成るフィルタは動作中、スイッチ ング素子Ｑ１及びＱ２の高周波のスイッチングにより生ぜしめられるＥＭＩの量 を低減させる。その結果、電圧変換手段は大きな力率を有するばかりではなく、 高調波歪みの量を比較的少なくしさえする。 本発明による白熱電球の実際例では、電圧変換手段を図２の通りに構成した。 低電圧バーナー手段は１２Ｖの公称電圧を有し、約２１ワットを消費した。キャ パシタＣ１、Ｃ２及びＣ３の各々の容量は４７ｎＦとし、チョークコイルＬ１の インダクタンスは４７μＨとした。変圧器の巻線比は９６／１２とし、電球電流 の周波数は４０ＫＨｚとした。電球の力率は９９％を越え、この電球はＴＨＤに 対するＩＥＣ８２条件を容易に満足したことを確かめた。又、電圧変換手段は電 球中に設けるのに充分小さくなり、従ってこの電球はＩＥＣ-１５２０-１の条件 をも満足し、エジソン型のソケットを具えるいかなるランプホルダにも用いるこ とができる。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年５月７日（１９９９．５．７） 【補正内容】 【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ (72)発明者 ホフマン ベルント オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ソケット内に連結する口金であって、周波数ｆの交流電源電圧を受ける一対 の口金端子を有する当該口金と、 ‐前記一対の口金端子に結合された入力端子と出力端子とを有する整流手 段、 ‐前記出力端子に結合され、２つのキャパシタを有する直列回路が設けら れた容量性手段、 ‐前記２つのキャパシタを有する直列回路に結合され、この直列回路にま たがって存在する電圧から第１高周波電圧を発生させるスイッチング手段 、及び ‐このスイッチング手段に結合され、一次巻線及び二次巻線を有し、前記 第１高周波電圧を第２高周波電圧に変換する変圧器手段 を有する 電圧変換手段と、 前記二次巻線に結合された低電圧白熱バーナー手段と、 少なくとも半透明部分を有し、前記口金に固着されているエンベロープ手段 であって、口金と相俟って前記電圧変換手段及び前記低電圧白熱バーナー手段 を封入する当該エンベロープ手段と を具える白熱電球において、 前記電圧変換手段が、前記スイッチング手段を交互に導通及び非導通とする 制御信号を発生する集積回路を有する制御回路を具えていることを特徴とする 白熱電球。 ２．請求の範囲１に記載の白熱電球において、この白熱電球が白熱ハロゲンラン プであることを特徴とする白熱電球。 ３．請求の範囲１又は２に記載の白熱電球において、前記スイッチング手段が、 ２つのキャパシタの直列回路を分路する２つのスイッチング素子を有する直列 回路を具えていることを特徴とする白熱電球。 ４．請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載の白熱電球において、半透明のエン ベロープ手段の内面の一部が反射体で被覆されていることを特徴とする白熱電 球。 ５．請求の範囲１〜４のいずれか一項に記載の白熱電球において、ソケット内に 連結する前記口金がエジソン型のソケット内に連結するのに適したねじ式の口 金であることを特徴とする白熱電球。 ６．請求の範囲１〜５のいずれか一項に記載の白熱電球において、前記電圧変換 手段が、前記低電圧白熱バーナー手段により消費される電力量を制御する手段 を具えていることを特徴とする白熱電球。 ７．請求の範囲１〜６のいずれか一項に記載の白熱電球において、前記低電圧白 熱バーナー手段により消費される電力を電圧変換手段の温度に応じて制御する 手段が設けられていることを特徴とする白熱電球。 ８．請求の範囲１〜７のいずれか一項に記載の白熱電球において、前記電圧変換 手段がフィルタ手段を具えていることを特徴とする白熱電球。 ９．請求の範囲１〜８のいずれか一項に記載の白熱電球において、前記電圧変換 手段は、白熱電球の力率が少なくとも0.75となるように設計されていることを 特徴とする白熱電球。 １０．請求の範囲１〜９のいずれか一項に記載の白熱電球において、前記エンベ ロープ手段が、口金と半透明のエンベロープ手段との間に固着されたハウジン グを有していることを特徴とする白熱電球。 １１．請求の範囲１０に記載の白熱電球において、前記ハウジングがプラスチッ クより成っていることを特徴とする白熱電球。 １２．請求の範囲１〜１１のいずれか一項に記載の白熱電球に用いるのに適した 電圧変換手段。 １３．低電圧白熱バーナー手段と口金とが設けられた白熱電球に、交流電圧電源 から高周波電圧を供給するアダプタにおいて、このアダプタが、交流電圧電源 の極に接続するための第１手段と、白熱電球に接続するための第２手段と、請 求の範囲１２の電圧変換手段とを具え、第１手段が電圧変換手段の整流手段の 入力端子に結合され、第２手段が電圧変換手段の変圧器手段の二次巻線に結合 されていることを特徴とするアダプタ。