JP2010147010A - 照明装置およびそれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】一般型と長時間型の両方に対応可能な充電回路を備えた安価な照明装置およびそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】照明装置Ａは、商用電源ＡＣから直流電源を生成する電源回路１と、商用電源ＡＣの停電時に電源となる充電可能な非常用電源２と、光源３と、商用電源ＡＣの停電を検出する停電検出回路４と、電源回路１から電力供給を受けて非常用電源２を充電する充電回路５と、少なくとも停電検出回路４による停電検出時に非常用電源２から電力供給を受けて光源３を点灯させる点灯回路６とを照明装置本体に収納し、充電回路５から非常用電源２に供給される充電電流を非常用電源２の種類に応じて設定するための抵抗ｒ１を、照明装置本体に着脱自在に装着される筐体９に非常用電源２とともに収納し、充電回路５が抵抗ｒ１に応じた電流値に充電電流を設定するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置およびそれを用いた照明器具に関するものである。

火災などの非常時に使用される防災用照明器具として、建築基準法で設置が義務づけられている非常灯や、消防法で設置が義務づけられている誘導灯がある。これらの防災用照明器具は、商用電源の停電時における電力供給源として非常用電源（例えばニッケル・カドミウム電池など）を備えており、この非常用電源を満充電状態に保つために当該非常用電源に微小な電流を常時流し続けるトリクル充電（連続充電）方式、もしくはこれに準ずる充電方式が採用されている。また、各防災用照明器具は、非常点灯時間が法令で定められており、非常灯では３０分間以上、誘導灯では２０分間以上点灯させなければならないようになっている。さらに、これらの非常点灯時間を保証するための充電時間も定められており、誘導灯では２４時間以内、非常灯では４８時間以内となっている。また近年では、高層ビルや大規模地下街の増加に伴って、これらの施設で火災などが発生した場合でも確実に避難経路を確保できるように、非常点灯時間を６０分間以上とする防災用照明器具も提供されている。

これらの防災用照明器具は、日本照明器具工業会の技術基準（例えばＪＩＬ５５０１，５５０２）により設置間隔や商品仕様などが定められており、製造者はこの技術基準に基づいて、非常点灯時間が２０分（非常灯では３０分）のもの（以下、一般型と称す。）と、非常点灯時間が６０分のもの（以下、長時間型と称す。）の両方を揃えることで、顧客ニーズおよび設置基準に応じた商品を提供している。

ここにおいて上述の技術基準によれば、非常用電源の充電に必要な充電時間は、一般型の誘導灯で２４時間以内、非常灯で４８時間以内となっており、また長時間型の非常点灯時間は、一般型の非常点灯時間に対して誘導灯で３倍、非常灯で２倍となっている。さらに、長時間型以外にも非常灯と誘導灯の両方の基準を満たす兼用型と呼ばれるものも提供されている。したがって、２４時間以内に必要となる充電電気量に着目すると、長時間型では一般型に比べて、非常灯で２倍、誘導灯で３倍、兼用型で４倍の電気量が必要となり、これらの充電電気量は非常点灯時の放電電気量に相当する。

ここで、実際の商品を提供するにあたり、蓄電池の定格電圧を共通とし定格容量を変えることで、一般型と長時間型の両方に対応しているのが一般的である（例えば特許文献１，２参照）。これは、高層ビルや大規模地下街などでは１物件で多数の防災用照明器具が使用されるものの、市場全体の需要がさほど多くない長時間型への対応を、定格電圧を共通とすることで一般型の充電回路を流用可能とし、効率よく商品化するためである。

例えば、特許文献１の非常用照明装置では、一般型の充電容量のバッテリを２個並列に接続し、商用電源の停電時には各バッテリからそれぞれ点灯電力を供給することで、長時間型の非常用照明器具を実現している。なお、この非常用照明装置では、各バッテリを別々の充電回路により充電しており、一般型の充電時間（２４時間以内）を満足するようになっている。

また、特許文献２の非常用照明装置では、設計時に予め複数の充電回路を用意し、接続されるバッテリの容量に合わせて必要な数だけ充電回路を接続することで、一般型および長時間型の両方に対応できるようになっている。すなわち、長時間型で必要となる充電電流に合わせて複数の充電回路を設計し、一般型の場合にはその中から必要な充電回路のみを実装するようになっており、その結果プリント基板の共通化によるコストダウンを図ることができる。
特開２００１−１７６６８３号公報（［０００７］−［００１０］、及び、第１，２図） 特開２００２−３４５１６７号公報（［００１９］−［００２５］、及び、第１図）

ところで、上述の技術基準（ＪＩＬ５５０１，５５０２）では、トリクル充電における充電電流上限値が定められているため、充電電流の設定には自ずと制約が生じる。具体的には、定格容量に対する充電レートを１／２０以下としなければならず、例えば６００ｍＡｈの蓄電池を使用する場合には３０ｍＡ以下とし、２５００ｍＡｈの蓄電池を使用する場合には１２５ｍＡ以下としなければならない。実際に商品化されている誘導灯を例に挙げると、定格電圧が同じで、定格容量が一般型で６００ｍＡｈ、長時間型で２５００ｍＡｈの蓄電池を搭載しているものが多い。したがって、長時間型の定格容量は一般型の約４倍であるから蓄電池の形状も異なり、一般型ではＡＡ（単３乾電池）サイズ、長時間型ではＣ（単２乾電池）サイズが主流になっている。

上述のように蓄電池の定格容量に応じてトリクル充電の充電電流上限値が定められており、充電回路を共通化することは困難であった。つまり、一般型の充電電流を長時間型に合わせると、非常点灯に必要な充電電気量は確保できるが、一般型の充電電流上限を超えてしまう。逆に、長時間型の充電電流を一般型に合わせると、一般型の上限まで充電電流を流しても必要な電気量を所定の時間内に溜めることは非常に困難である。結果として、必要な電気量が２倍以上異なる一般型と長時間型では、充電電流を別々に設定する必要があり、したがって上述の特許文献１，２の技術を用いることである程度の共通化が図れるものの、別々の充電回路を用意しなければならなかった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、一般型と長時間型の両方に対応可能な充電回路を備えた安価な照明装置およびそれを用いた照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、商用電源から直流電源を生成する電源回路と、商用電源の停電時に電源となる充電可能な非常用電源と、光源と、商用電源の停電を検出する停電検出手段と、電源回路から電力供給を受けて非常用電源を充電する充電回路と、少なくとも停電検出手段による停電検出時に非常用電源から電力供給を受けて光源を点灯させる点灯回路とを照明装置本体に収納し、充電回路から非常用電源に供給される充電電流を非常用電源の種類に応じて設定するための電流設定素子を、照明装置本体に着脱自在に装着される筐体に非常用電源とともに収納し、充電回路が電流設定素子に応じた電流値に充電電流を設定することを特徴とする。

請求項２の発明は、充電回路は、充電路の途中に設けられた限流用の第１の抵抗を備え、電流設定素子は、第１の抵抗に並列接続される第２の抵抗からなり、該第２の抵抗は、第１の抵抗よりも高インピーダンスであることを特徴とする。

請求項３の発明は、電流設定素子から読み取った設定情報に基づいて充電電流を調整する電流調整回路を充電回路に設けたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の照明装置を備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、非常用電源に供給される充電電流を、充電回路側ではなく非常用電源側で設定することが可能になり、充電回路を一般型と長時間型とで共通化することができる。つまり、非常用電源は一般型と長時間型とで２倍以上の容量差が必要であるから、自ずと異なる定格容量のものが必要になり、その結果定格容量の違いによって複数種類の非常用電源を用意しなければならないが、充電電流を設定するための電流設定素子を非常用電源側に組み込むことによって、充電回路側の回路設計を共通化することができるのである。また、充電回路を共通化することによって部品点数を削減することができ、その結果商品管理コストが低減できるとともに、各部品の生産数が増えるため量産効果による製造コストも低減できるという効果がある。

請求項２の発明によれば、第１の抵抗と第２の抵抗の合成インピーダンスで充電電流値が設定されるのであるが、電流設定素子である第２の抵抗のインピーダンスを、限流用の第１の抵抗よりも高くすることによって、第２の抵抗側に流れる充電電流が低く抑えられることになり、その結果第２の抵抗による発熱を抑えることができるので、非常用電源の温度が高くなるのを防止でき、その結果非常用電源の寿命を伸ばすことができるという効果がある。

請求項３の発明によれば、電流設定素子から読み取った設定情報に基づいて充電電流が調整されるようになっており、当該電流設定素子には充電電流が流れないので、電流設定素子による発熱をさらに抑えることができ、その結果非常用電源の温度をより低く抑えることができるという効果がある。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載の照明装置を用いることによって、一般型と長時間型の両方に対応可能な充電回路を備えた安価な照明器具を提供することができるという効果がある。

以下に本発明に係る照明装置およびそれを用いた照明器具の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る照明装置および照明器具は、例えば天井や壁などに設置される誘導灯として用いられる。

（実施形態１）
図１（ａ）は実施形態１の照明装置Ａの概略回路図であり、本照明装置Ａは、商用電源ＡＣから直流電源を生成する従来周知の降圧チョッパ回路からなる電源回路１と、商用電源ＡＣの停電時に電源となる非常用電源２を具備したバッテリパック１４と、光源３と、商用電源ＡＣの停電を検出する停電検出回路（停電検出手段）４と、電源回路１から電力供給を受けて非常用電源２を充電する充電回路５と、通常時（非停電時）には電源回路１から電力供給を受けて光源３を点灯させ、非常時（停電時）には非常用電源２から電力供給を受けて光源３を点灯させる点灯回路６とを備え、これらの回路は照明装置本体（図示せず）に収納されている。なお、本実施形態では、上述の非常用電源２としてニッカド電池やニッケル水素電池などの二次電池２１を用い、また光源３として冷陰極蛍光灯を用いている。

電源回路１の一方の出力端と点灯回路６の入力端との間にはスイッチＳ１が介装され、また非常用電源２の一方の出力端と点灯回路６の入力端との間にはスイッチＳ２が介装されており、停電検出回路４からの出力信号に応じてスイッチＳ１，Ｓ２の何れか一方がオン、他方がオフとなるように制御される。すなわち通常時（非停電時）には、停電検出回路４からの出力信号によりスイッチＳ１がオンに設定されるとともに、スイッチＳ２がオフに設定されて電源回路１から点灯回路６に電力が供給され、光源３を点灯させる。また非常時（停電時）には、停電検出回路４からの出力信号（停電検出信号）によりスイッチＳ２がオンに設定されるとともに、スイッチＳ１がオフに設定されて非常用電源２から点灯回路６に電力が供給され、光源３を点灯させる。さらに通常時には、上記電源回路１から供給される電力により、後述する充電回路５を介して非常用電源２への充電が行われるようになっている。なお本実施形態では、点灯回路６をインバータ回路で構成しており、当該インバータ回路は制御手段７により出力制御される。

ここで、図６は従来の照明装置に用いられる充電回路５の一例であり、電源回路１の出力端間に接続された平滑コンデンサＣ１のプラス極側と、非常用電源２のプラス極側との間には、抵抗Ｒ１、ＰＮＰ型トランジスタＱ１および逆流阻止ダイオードＤ１の直列回路が接続されている。また電源回路１の出力端間には、ツェナーダイオードＺＤ１と、抵抗Ｒ２の直列回路も接続されており、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ２の接続点には、上述のＰＮＰ型トランジスタＱ１のベースが接続されている。

ここにおいて、抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖ_Ｒ１は、ツェナーダイオードＺＤ１の両端電圧をＶ_ＺＤ１、ＰＮＰ型トランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧をＶ_ＢＥとすると、
Ｖ_ＺＤ１＝Ｖ_Ｒ１＋Ｖ_ＢＥ
となるように制御される。したがって、非常用電源２の二次電池２１への充電電流Ｉ_ｃｈは、
Ｉ_ｃｈ＝Ｖ_Ｒ１÷Ｒ１＝（Ｖ_ＺＤ１−Ｖ_ＢＥ）÷Ｒ１
で求められる。今、Ｖ_ＢＥ＝０．７Ｖでほぼ一定であるから、上式より二次電池２１への充電電流Ｉ_ｃｈは抵抗Ｒ１の抵抗値とツェナーダイオードＺＤ１の両端電圧で決まり、二次電池２１のバッテリ電圧や電源回路１の出力電圧に依存するものではなく、定電流で充電されることが分かる。言い換えれば、上述した一般型の充電回路と長時間型の充電回路の相違点は、抵抗Ｒ１のみもしくはツェナーダイオードＺＤ１のみとすることが可能である。

本実施形態では、上記の点に着目して、一般型と長時間型の充電電流設定を、充電回路５に接続する非常用電源２の種類によって切り替えることを特徴としており、図１（ｂ）にその一例を示す。図１（ｂ）では、二次電池２１からなる非常用電源２と、抵抗ｒ１とを筐体９に収納してバッテリパック１４を形成し、このバッテリパック１４を充電回路５に接続する構成としている。このバッテリパック１４は４つの接続端子ｔ１〜ｔ４を有し、そのうち接続端子ｔ１，ｔ２は抵抗ｒ１の両端に接続され、残りの接続端子ｔ３，ｔ４は非常用電源２の両端に接続されている。一方、充電回路５側の抵抗Ｒ１の両端には接続端子ｔ１１，ｔ１２が、また逆流阻止ダイオードＤ１のカソードと平滑コンデンサＣ１の低圧側には接続端子ｔ１３，ｔ１４がそれぞれ設けられており、バッテリパック１４を照明装置本体に装着することによって、上記接続端子ｔ１，ｔ２が接続端子ｔ１１，ｔ１２に接続されるとともに、接続端子ｔ３，ｔ４が接続端子ｔ１３，ｔ１４に接続されるようになっている。すなわち、上記非常用電源２は充電回路５の出力端間に接続され、また抵抗ｒ１は充電回路５の抵抗Ｒ１に並列接続されることになる。そして本実施形態では、二次電池２１への充電電流が、充電回路５の抵抗Ｒ１に流れる電流と、バッテリパック１４の抵抗ｒ１に流れる電流から求められることになる。ここに、本実施形態では、抵抗Ｒ１により限流用の第１の抵抗が構成されるとともに、抵抗ｒ１により第２の抵抗が構成され、さらに抵抗ｒ１は電流設定素子も構成している。

例えば、一般型の充電電流を３０ｍＡ、長時間型の充電電流を一般型の倍の６０ｍＡに設定する場合、一般型の非常用電源２を備えたバッテリパック１４では抵抗ｒ１＝Ｒ１、長時間型の非常用電源２を備えたバッテリパック１４では抵抗ｒ１＝Ｒ１／３とすればよい。ここで、充電電流は、抵抗Ｒ１と抵抗ｒ１の合成抵抗で決まるものであり、一般型における合成抵抗Ｒは、Ｒ＝（Ｒ１×Ｒ１）／（Ｒ１＋Ｒ１）＝Ｒ１／２となり、長時間型における合成抵抗Ｒは、Ｒ＝（Ｒ１／３×Ｒ１）／（Ｒ１／３＋Ｒ１）＝Ｒ１／４となる。すなわち、長時間型の合成抵抗を一般型の合成抵抗の半分に設定することによって、長時間型の充電電流を一般型の２倍に設定することができる。

ところで、上述のような防災用照明器具において、バックアップ用の非常用電源２の寿命を確保するためには、当該非常用電源２の温度をできるだけ低く抑えることが望ましい。一般的には、表面温度を４５℃以下に抑えることで４〜６年程度の寿命が確保できるとされており、またアレニウスの法則から、使用環境の温度が１０℃下がると寿命が２倍に伸びると言われている。

したがって、上記の抵抗ｒ１の抵抗値は任意に選ぶことができるものではあるが、非常用電源２の寿命をできるだけ延ばすためには、この抵抗ｒ１の抵抗値をできるだけ大きく設定するのが望ましい。このように抵抗ｒ１の抵抗値（インピーダンス）をできるだけ大きく設定することによって、当該抵抗ｒ１に流れる電流が低く抑えられ、その結果抵抗ｒ１における発熱を抑えることができるから、非常用電源２の温度が高くなるのを抑制でき、その結果非常用電源２の寿命を延ばすことができるのである。なお、図２に示すように充電電流を設定するための抵抗ｒ１をバッテリパック１４側にのみ設けてもよいが、非常用電源２の寿命を延ばす点からは好ましくなく、図１（ｂ）に示すように充電回路５側の限流用の抵抗Ｒ１と、バッテリパック１４側の抵抗ｒ１とをそれぞれ設け、且つ、抵抗ｒ１のインピーダンスを抵抗Ｒ１のインピーダンスよりも高く設定するのが好ましい。

而して、本実施形態によれば、非常用電源２に供給される充電電流を、充電回路５側ではなく非常用電源２側で設定することが可能になり、充電回路５を一般型と長時間型とで共通化することができる。つまり、非常用電源２は一般型と長時間型とで２倍以上の容量差が必要であるから、自ずと異なる定格容量のものが必要になり、その結果定格容量の違いによって複数種類の非常用電源２を用意しなければならないが、充電電流を設定するための電流設定素子（本実施形態では抵抗ｒ１）を非常用電源２側に組み込むことによって、充電回路５側の回路設計を共通化することができるのである。また、充電回路５を共通化することによって部品点数を削減することができ、その結果商品管理コストが低減できるとともに、各部品の生産数が増えるため量産効果による製造コストの低減も可能である。

なお、本実施形態では、抵抗ｒ１をバッテリパック１４に設けているが、平滑コンデンサＣ１の高圧側とＰＮＰ型トランジスタＱ１のベースとに接続端子ｔ１１，ｔ１２をそれぞれ設け、所望の充電電流が得られるように両端電圧が設定されたツェナーダイオードＺＤ１をバッテリパック１４に内蔵させてもよい。

（実施形態２）
図３は実施形態２の照明装置Ａに用いられる充電回路５の回路図であり、実施形態１では電流設定素子として充電路に接続される抵抗ｒ１を用いているが、本実施形態では抵抗ｒ１の代わりにインピーダンス素子Ｚを用いており、さらに充電回路５には電流調整回路を構成する制御部１０および可変抵抗Ｒ３が設けられている。なお、それ以外の構成は実施形態１と同様であるから、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。

制御部１０は、例えばマイクロコンピュータなどで構成され、インピーダンス素子Ｚの電気的特性などを判別し、当該判別結果に基づいて、例えばラダー抵抗からなる可変抵抗Ｒ３の抵抗値を可変させて二次電池２１への充電電流を設定する。すなわち制御部１０では、インピーダンス素子Ｚから読み取った設定情報から、接続された二次電池２１の電池容量を判別し、当該二次電池２１に最適な充電電流となるように可変抵抗Ｒ３の抵抗値が調整される。なお、上記のインピーダンス素子Ｚは、二次電池２１の電池容量に応じて電気的特性値（抵抗）が異なっていればよく、例えばＩＣチップに二次電池２１の電池容量に関する情報を記憶させておき、バッテリパック１４を照明装置本体に装着することで制御部１０に上記情報を取り込み、当該情報に基づいて可変抵抗Ｒ３の抵抗値を調整するように構成してもよい。ここに本実施形態では、インピーダンス素子Ｚにより電流設定素子が構成されている。

ここにおいて、実施形態１では、バッテリパック１４に内蔵された抵抗ｒ１にも充電電流の一部が流れるようになっているが、本実施形態では、インピーダンス素子Ｚには充電電流が流れないので、インピーダンス素子Ｚからの発熱をさらに抑えることができ、その結果非常用電源２の温度をより低く抑えることができる。

なお、上述の実施形態１，２では、図１（ａ）に示すように通常時（非停電時）と非常時（停電時）の点灯回路を共用する照明装置Ａについて説明したが、例えば図４に示すように通常時に用いられる常用点灯回路６ａと、非常時に用いられる非常用点灯回路６ｂとを別々に設け、停電検出回路４からの出力信号に応じて点灯回路を切り替えるようなものや、図示はしていないが非常用点灯回路のみを備え、非常時のみ点灯するような照明装置であってもよい。また、充電回路についても、本実施形態で説明したものは一例であって、トリクル充電が可能な回路であれば他の回路であってもよい。

（実施形態３）
本発明に係る照明器具Ｂについて図５に基づいて説明する。本実施形態の照明器具Ｂは、例えば誘導灯であって、前面が開口する矩形箱状の器具本体１１の内部には、上述した照明装置Ａを構成する電源回路１、非常用電源２、停電検出回路４、充電回路５、点灯回路６および制御手段７などが内蔵されている。また、器具本体１１の前面側には、当該器具本体１１の開口を閉塞する形で表示ユニット１２およびランプユニット１３が被着されるようになっている。

表示ユニット１２は、透光性材料からなる略矩形板状の表示パネル１２ａと、この表示パネル１２ａを保持する枠体１２ｂとで構成され、またランプユニット１３は、細管の冷陰極蛍光灯からなる光源１３ａを備え、ランプユニット１３は表示ユニット１２の上側に配置される。すなわち、本実施形態の照明器具Ｂでは、表示パネル１２ａの背面に導光板（図示せず）が配置されており、当該導光板の上端面から入射した光源１３ａからの光が導光板内で反射を繰り返し、前面から出射されて表示パネル１２ａを照明するようになっている。

而して、本実施形態によれば、実施形態１，２で説明した照明装置Ａを用いることによって、一般型と長時間型の両方に対応可能な充電回路５を備えた安価な照明器具Ｂを提供することができる。

なお、本実施形態では、照明器具Ｂが誘導灯の場合を例に説明したが、照明器具は本実施形態に限定されるものではなく、例えば非常灯のような非常用照明器具であってもよい。

（ａ）は実施形態１，２の照明装置の概略回路図、（ｂ）は実施形態１の照明装置に用いられる充電回路の詳細回路図である。 同上に用いられる充電回路の別の詳細回路図である。 実施形態２の照明装置に用いられる充電回路の詳細回路図である。 実施形態１，２の照明装置の別の概略回路図である。 実施形態３の照明器具の斜視図である。 従来の照明装置に用いられる充電回路の詳細回路図である。

符号の説明

１ 電源回路
２ 非常用電源
３ 光源
４ 停電検出回路（停電検出手段）
５ 充電回路
６ 点灯回路
９ 筐体
ＡＣ 商用電源
ｒ１ 抵抗（電流設定素子）

Claims (4)

1. 商用電源から直流電源を生成する電源回路と、商用電源の停電時に電源となる充電可能な非常用電源と、光源と、商用電源の停電を検出する停電検出手段と、前記電源回路から電力供給を受けて前記非常用電源を充電する充電回路と、少なくとも前記停電検出手段による停電検出時に前記非常用電源から電力供給を受けて前記光源を点灯させる点灯回路とを照明装置本体に収納し、前記充電回路から前記非常用電源に供給される充電電流を前記非常用電源の種類に応じて設定するための電流設定素子を、前記照明装置本体に着脱自在に装着される筐体に前記非常用電源とともに収納し、前記充電回路が前記電流設定素子に応じた電流値に前記充電電流を設定することを特徴とする照明装置。
2. 前記充電回路は、充電路の途中に設けられた限流用の第１の抵抗を備え、前記電流設定素子は、前記第１の抵抗に並列接続される第２の抵抗からなり、該第２の抵抗は、前記第１の抵抗よりも高インピーダンスであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記電流設定素子から読み取った設定情報に基づいて前記充電電流を調整する電流調整回路を前記充電回路に設けたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の照明装置を備えることを特徴とする照明器具。

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