JP2010212163A - 発光素子を使用した照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】光源に対する駆動電圧が相違する場合でも同一規格の照明器具を使用することができる。
【解決手段】複数のＬＥＤ２０ａ〜２０ｎからなる光源２０と、この光源の一方の電源端子２４ａに印加される直流駆動電圧の第１の整流・平滑回路１３２と、この光源の他方の電源端子２４ｂに接続されたスイッチング素子Ｑａと、このスイッチング素子に供給されるスイッチング信号を得るＰＷＭ制御回路１５２とで照明器具を構成する。
ＰＷＭ制御回路１５２を使用して第１の整流・平滑回路１３２からの電圧（ＡＣ電圧）が相違する場合でも光源を流れる電流を基準値となるように制御することで、光源の発光光量を一定にできる。これによって、光源に対する駆動電圧が相違する場合でも同一規格の照明器具を使用できる。
【選択図】 図１８

Description

この発明は、発光素子を使用した照明器具に関する。詳しくは、ＬＥＤなどの発光素子をその光源として使用した照明器具であって、光源に加わる電圧が変わった場合でも一定の明るさで照明できるようにしたものである。

照明器具としての主流は、蛍光灯（電球形蛍光灯を含む）である。蛍光灯は、蛍光発光体を塗布した蛍光管内にアルゴンガスを封入したものであるが、最近では、その光源として発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode)）などの発光素子を使用した照明器具（ＬＥＤ蛍光灯）が知られている（例えば特許文献１や非特許文献１など）。

発光素子を使用した照明器具は、蛍光灯などに比べ、その耐用時間が数倍長く（５００００〜６００００時間）、しかも電力はほぼ１／２以下に抑えることができるので、蛍光灯などよりも優れた照明器具と言える。

発光素子を使用した照明器具を、従来の蛍光灯の代わりとして使用する場合、既存の灯具や、内部に装備された電源トランスなどを流用できれば、資源の有効利用を図ることができる。

発光素子を使用した照明器具は、現存する直線形の蛍光管と同様な管体（筒体）を使用し、その内部に複数の発光素子を並置すると共に、発光素子を取り付けた基板を両端の封止体（口金）に連結したものであって、封止体には、灯具に設けられた既存のソケットに取り付け固定される一対の電極ピンが設けられている（特許文献１および非特許文献１）。

したがって外見は蛍光灯と同じであり、封止体は筒体に固定され、筒体に固定された電極ピンをソケットに差し込んで固定することで天井などに固定された既存の灯具に取り付けられるものである。

蛍光灯は周知のように蛍光管の全方位（３６０°）に亘って光を発することができるのに対し、発光素子の発光は、発光面側のみであって一方向（方位としては１２０°程度）に限られてしまう。殆どの場合、発光素子は基板に取り付け固定されているため、発光素子を取り付けた基板面側のみが光出射面となる。

そのため、非特許文献１に開示されたＬＥＤ蛍光灯などにあっては、天井に取り付けられた灯具であって、図２４のように灯具１１に取り付けられたソケット１２の向きが天井と垂直であって、ソケット１２の差し込み部分（２個の小円で示す）が天井と並行であるときには、光が床面を向くので特に問題なく今までの蛍光灯の代用として使用できる。

しかし、灯具としては同じ天井用であっても、ソケット１２が図２５のように天井に対してある角度をもって取り付け固定されるものもあったり、あるいは図２６に示すように壁と垂直に取り付けて用いる灯具１１も存在する。

このような灯具１１に対して、今までの蛍光灯の代用としてそのままこの発光素子を使用した照明器具を取り付けたのでは、発光素子から出る光の向きが床面を向かない。図２５の場合には、実線矢印のように天井に対して真下ではなく３０°〜４５°程度傾いた方向となり、図２６の場合には壁と直交する方向が光の到達方向となってしまい、効率的に生活空間を照らすことができない。

特許文献１に開示されているように広角照射が可能なＬＥＤを使用したとしても、例えば図２５のように天井に傾けて取り付ける場合や、図２６のように壁に取り付けて使用する場合には、天井など不要な部分をも照明することになるから、光を有効に利用できない。

また、既存の灯具に装備された電源トランスでは、これより得られる駆動電圧が蛍光灯のワット数や使用管数によって相違する。蛍光灯の明るさが２０W（ワット）であるときの駆動電圧は一般にAC１００Vである。

これに対して、４０Wの明るさを得る蛍光灯の場合、１灯式ではAC２００Vがその駆動電圧として使用され、２灯式ではAC１５０V、３灯式では真ん中の蛍光灯に対してはAC２００Vが使用され、両側の蛍光灯に対してはAC１５０Vが使用される場合が多い。

特開２００８−１３０５３５号公報

http//www.connect-net.co.jp/02/keiko_led.htm

ところで上述したように、既存の蛍光灯における電源電圧（ＡＣ電圧）は、ワット数や使用管数、特に使用する管数によって１５０Vから２００V程度までばらついている。そして、特に３灯式の場合には、蛍光灯を取り付ける場所によっても使用する電源電圧が相違する。そのため、既存の灯具や電源トランスなどを流用する場合には、発光素子を使用した照明器具にあっても、使用する電源電圧に対応した仕様になっていなければならない。

一方、発光素子を使用した照明器具においては、その光源に対する駆動電圧（印加電圧）は直流電圧であるため、照明器具には電源電圧（ＡＣ電圧）から直流の駆動電圧を得るための制御回路を搭載する必要がある。

これはこの種照明装置では、印加される駆動電圧が相違しても常に一定の光量で発光するのが好ましいからである。そのためには、ＡＣ電圧が変わり、照明装置に加わる駆動電圧が相違しても同じ光量が得られるように、駆動電圧を可変するなどの対応が必要になる。つまり、使用する管数が相違し、電源トランスから供給される電源電圧が相違しても、その相違に応じて一定の光量を発光するような照明器具をそれぞれ個別に用意する必要がある。

しかし、仕様に応じた照明器具を用意した場合、既存の電源仕様にマッチした照明器具を間違いなく購入する必要がある。そればかりか、３灯式では、電源仕様の異なる照明器具が必要になる他、照明器具を取り付ける位置が正確でなければならない。

これらの購入条件や取り付け条件はユーザにとっては、なかなか難しい問題である。できれば、使用する管数に拘わらず、共通に使用できて、使用する管数を意識することなく同じような光量が得られる照明器具であるのが好ましい。

そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、発光素子を使用した照明器具にあって、使用する管数などが相違しても、そのそれぞれが常に一定の光量を発光するような照明器具を提案するものである。

この発明に係る発光素子を使用した照明器具は、複数の発光素子からなる光源と、この光源の一方の電源端子に印加される直流駆動電圧の供給源と、この光源の他方の電源端子に接続されたスイッチング素子と、このスイッチング素子に供給されるスイッチング信号を得る制御回路とからなる。

制御回路によって光源の光量が一定となるようにその電流値を制御する。
供給源である電源トランス１００からの電圧（ＡＣ電圧）が１５０Ｖから２００Ｖに変わると、この電圧変化に対してスイッチング信号のパルス幅が制御されてスイッチング素子を流れる電流が基準の値ｉａｏとなるように制御される。

このＰＷＭ制御によって光源の発光光量が一定となり、ユーザは灯具に使用されている管数を気にすることなく、換言すれば光源に対する駆動電圧が相違する場合でも同一規格の照明器具を使用することができる。

光源を構成する発光素子の発光特性にバラツキがあったとしても、同様な制御によって光源の発光光量を一定に制御できる。

この発明では、複数の発光素子からなる光源と、この光源の一方の電源端子に印加される直流駆動電圧の供給源と、この光源の他方の電源端子に接続されたスイッチング素子と、このスイッチング素子に供給されるスイッチング信号を得る制御回路とで照明器具を構成したものである。

そして、制御回路を使用して電源トランスからの電圧（ＡＣ電圧）が相違する場合でも光源を流れる電流を基準値となるように制御することで、光源の発光光量を一定にできる。これによって、ユーザは灯具に使用されている管数を気にすることなく、同一規格の照明器具を使用することができる特徴を有する。

この発明に係る発光素子を使用した照明器具の第１の実施例を示す要部の概略平面図である。 保護筒体の一例を示す断面図である。 複数の発光素子の接続配置例を示す図である。 断線時の使用状態を示す発光素子の接続図である。 図１の要部の断面図である。 封止体の側面図である。 その縦断面図である。 回転筒体の一例を示す断面図である。 押圧体の一例を示す断面図である。 照明器具の取り付け状態を示す図である（その１）。 照明器具の取り付け状態を示す図である（その２）。 光源の照明方向の調節位置関係を示す図である。 蛍光灯の説明図である。 ラピッド点灯方式の電源回路である。 グロー点灯方式の電源回路である。 本照明器具をグロー点灯方式の電源回路に適用した場合の接続図である。 本照明器具をラピッド点灯方式の電源回路に適用した場合の接続図である。 本照明器具に適用される制御回路の一例を示す接続図である。 第２の実施例を示す要部の断面図である。 封止体の左側面図である。 図１９のＥ−Ｅ線上断面図である。 ゴムパッキン材の断面図である。 口金の側面図である。 既存の蛍光灯用灯具とソケットとの関係を示す図である（その１）。 既存の蛍光灯用灯具とソケットとの関係を示す図である（その２）。 既存の蛍光灯用灯具とソケットとの関係を示す図である（その３）。

続いてこの発明に係る発光素子を使用した照明器具（以下単に照明器具と言う）の一例を図面を参照して詳細に説明する。

図１はこの発明を適用した照明器具１０の要部の構成図である。この照明器具１０も、従来の蛍光灯と同じく筒状の器具本体１０Ａと、この器具本体１０Ａの左右両端に取り付けられた一対の口金１０Ｂとで構成される。

口金１０Ｂには一対の電極ピン６２が植立され、これら一対の電極ピン６２が後述する灯具１１に設けられたソケット１２（図１０参照）の差し込み口に差し込まれて、灯具１１に機械的に取り付け固定されると共に、電気的な接続が図られる。

器具本体１０Ａは、所定の長さと太さを有する保護筒体４０を有し、この保護筒体４０内に複数の発光素子からなる光源２０が取り付け固定される。発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）効果を利用した有機ＥＬ素子などが利用される。発光色は任意に選定できるが、以下の例は、白色光を発するＬＥＤを使用した場合である。本照明器具１０を以下ＬＥＤ照明器具と称する。

保護筒体４０は、図２に示すように半透明な樹脂で成型された一対のハーフ４０Ａ、４０Ｂで構成され、両者が連結部４２、４２を介して合体されて筒状体となされる。半割りの保護筒体４０を使用したのは、取り付け作業性を考慮したものであるが、もちろん一本の筒体を使用することもできる。

図２の例では、下ハーフ４２Ｂ側に光源２０が取り付け固定される。
光源２０は、保護筒体４０とほぼ同じ長さの取り付け基板３０の一面３０ａに取り付け固定される。光源２０は所定の明るさ（照度）を得るため、図３のようにｎ個のＬＥＤが並列接続されたものを単位発光素子として、これらがｍ個直列接続されたものが使用される。

この例では、図３に示すようにｎ＝３，ｍ＝５４の場合であって、５４個の単位発光素子２２Ａ〜２２Ｍが直列接続されて１つの光源２０となされる。このようにトータル１６２個のＬＥＤを使用すると共に、直列接続された光源２０の両端子２４ａ，２４ｂに所定の駆動電圧を印加することで、４０Ｗ相当の明るさを得ることができる。

ところで、上述したＬＥＤの並置配列を行うことによって、これら複数のＬＥＤは図４のように接続されたことになる。

このように複数個、例えば図４のように３個のＬＥＤを並列接続するのは、次のような理由による。同じ数のＬＥＤを１個づつ直列に接続しても１つの光源２０とすることができるが、このように単純に直列接続すると、直列接続された内の１つのＬＥＤでも断線したりすると、光源２０全体が発光しなくなる。つまり、１本の蛍光管が切れたのと同じ状態となってしまう。これでは、好ましくない。

そこで、図４のように複数個のＬＥＤを並列接続しておき、それらを直列接続すれば、例えば並列接続された内の１つのＬＥＤ例えば２０ａが断線して使用できなくなったとしても、他のＬＥＤ２０ｂおよび２０ｃが健全である限り、光源２０全体に亘り駆動電流を供給することができ、ＬＥＤ照明器具は点灯し続けることができる。明るさは、ほんの僅かではあるが暗くなる。しかし、認識できる程度の暗さにはならない。

図４の例では、１個のＬＥＤの電圧降下分を３Ｖ（ボルト）とし、その定格電流が３０ｍＡのものを使用したとき、通常は２０ｍＡの電流をそれぞれのＬＥＤに流すように構成する。このとき１個分のＬＥＤが断線すると、残り２個のＬＥＤにはそれぞれ３０ｍＡの電流が流れるが、何れも定格電流以内であるので、３個のＬＥＤを並列接続して単位発光素子とした場合には、１個のＬＥＤが断線しても光源２０全体に電流を流し続けることができる。

取り付け基板３０としてはプリント基板を使用することができ、この取り付け基板の一面（図２では下面３０ａ側）に、図３に示すように一定の間隔Ｐを保持して並置した状態で複数のＬＥＤ２０ａ〜２０ｎ（ｎ＝１６２）が実装される。一定の間隔Ｐとしては２〜３ｍｍが適当である。

取り付け基板３０は図１に示すように、保護筒体４０の内面に接するように、その内径よりも僅かに小さな幅となされているが、その幅や保護筒体４０の内径などは任意である。取り付け基板３０の上面３０ｂ側には、図２のように制御回路（ＣＴＬ）１３０が実装されるが、これについては後述する。

制御回路１３０などから発する熱を効率よく放散させるためには、保護筒体４０、特に上ハーフ４０Ａとしては放熱効果が高くなるようなコーティングを施すか、あるいは放熱効果が大きくなるように、ガラス粉末などを混入させた樹脂で成形することが考えられる。

保護筒体４０および取り付け基板３０の双方は、その両端が封止体５０によって相互が連結されて固定される。一対の封止体５０は同一構成であるので、左端部側の封止体５０について説明する。

図５〜図７に示すように、この封止体５０は一端側に環状凹部５４を有した樹脂製の筒状胴部５１で構成され、図の例ではその右端部側に筒状フランジ５２が一体に設けられている。この筒状フランジ５２との間には段部５１ａが形成され、この段部５１ａを利用して保護筒体４０の端面が筒状フランジ５２の外周面に嵌合されて、封止体５０に連結される。

筒状フランジ５２は図６のように半割された上下の筒状フランジ５２ａ，５２ｂとなされて、保護筒体４０の端面が嵌合し易くなるようになされているが、連続するフランジとして構成することもできる。

図７に示すように筒状胴部５１の中心は軸筒５５となされ、この軸筒５５を挟むように板状のストッパ５９が一対植立されている（図６参照）。図５に示すように半割された筒状フランジ５２ａと５２ｂとの間に介挿された取り付け基板３０の端面を一対のストッパ５９に当接させることで、保護筒体４０に固定された取り付け基板３０の位置だしを行っている。

筒状胴部５１の環状内底５６には、図５〜図７にそれぞれ示すように、所定の円周上に複数の係合孔５７が等間隔に穿設されている。係合孔５７は光源２０の照射方向を調節するときに使用されるもので、詳細は後述する。図６の例では３０°置きに１２個の係合孔５７（５７ａ〜５７ｌ）が穿設される。係合孔５７は特に貫通孔である必要はない。

封止体５０の環状凹部５４側には口金１０Ｂが回動自在に連結される。口金１０Ｂは筒状をなす金属製の有底管体であって、その有底部側には口金１０Ｂ本体とは絶縁された一対の電極ピン６２が植立され、これら電極ピン６２に接続されたリード線が取り付け基板３０に設けられた電源端子２４ａ，２４ｂに接続される。

口金１０Ｂの開口部と封止体５０の環状凹部５４との間に調節部材８０が介在される。
調節部材８０は回転筒体８０Ａと連結部材８０Ｂで構成される。回転筒体８０Ａは環状凹部５４に内接するような大きさに選定される。そのため、図８に示すように一端が開口され、他端部が有底部８２となされた筒体であり、回転筒体８０Ａの外径は環状凹部５４の内径とほぼ等しくなるようにその大きさが選定される。

有底部８２の中心部には封止体５０に設けられた軸筒５５の外周に装着できる大きさの透孔８６が穿設されている。回転筒体８０Ａの長さは口金１０Ｂの長さより僅かに長く、回転筒体８０Ａを環状凹部５４内に装着した状態で、口金１０Ｂの開口端面が筒状胴部５１と衝合するような長さに選定される。

図８にも示すように、有底部８２の外面８２ａには、上述した係合孔５７と対峙する位置であって、この係合孔５７に係合するような太さと長さを有した係合突起８４が設けられる。この係合突起８４は１８０°の間隔で一対設けられる。

回転筒体８０Ａは封止体５０に対して回動自在に連結される。そのため、この回転筒体８０Ａは連結部材８０Ｂを介して封止体５０に連結される。

連結部材８０Ｂは押圧体９０と押圧バネ９６とで構成される。押圧体９０は図５および図９に示すように、筒状体であり、その先端部には一対の係止爪９２が設けられ、他端部にはリング状の押圧フランジ９４が設けられたものである。

押圧体９０の筒状外径は図５および図７に示すように、軸筒５５に設けられた小径部５５ａ内に嵌着できる太さとなされると共に、押圧体９０の長さは、内径段部５５ｂに係止爪９２が係止できる長さに選定される。

こうすることで、押圧フランジ９４は軸筒５５の端面と対接した状態で軸筒５５に嵌合される。したがって押圧フランジ９４は軸筒５５の外径よりも僅かに大きい。

なお、図９に示すように押圧フランジ９４には係止爪９２に対応した位置に一対の透孔９５が設けられているが、これは押圧体９０を一体成形するときに必要な逃げ孔である。

図５に示すように環状凹部５４内に回転筒体８０Ａを装着すると共に、軸筒５５の外周面に押圧バネ９６を介挿した状態でこの軸筒５５内に押圧体９０を嵌着する。そして、回転筒体８０Ａに口金１０Ｂを嵌着固定する。

こうすれば、口金１０Ｂは封止体５０に対して弾性的に連結されたことになり、口金１０Ｂは常時封止体５０側に弾性的に偏倚された状態にあり、係合突起８４は係合孔５７に係合した状態となっているから、口金１０Ｂの回動は阻止された状態にある。

これに対して、図５のように矢印Ａのように口金１０Ｂを引っ張れば、係合突起８４と係合孔５７との係合が解除されるため、口金１０Ｂは封止体５０に対してフリーな状態となり、封止体５０を含む器具本体１０Ａと口金１０Ｂとの連結関係がフリーになる。

これによって、器具本体１０Ａの口金１０Ｂに対する相対位置を自由に（この例では３０°間隔で）調節することができる。器具本体１０Ａには光源２０が固定されているので、器具本体１０Ａの口金１０Ｂに対する相対位置を調節できることは、光源２０の照射方向つまりＬＥＤ照明器具１０の照明方向を任意に調節できることを意味する。

口金１０Ｂはソケット１２に差し込まれると灯具１１にその取り付け位置が固定されるものであるから、例えば図１０に示すような灯具１１の場合にはソケット１２が天井に対して斜めに取り付けられているため、この場合には器具本体１０Ａを回転させて光源２０の照射方向が鎖線矢印方向となるように、器具本体１０Ａと口金１０Ｂの相対位置関係を調節した状態でＬＥＤ照明器具１０が灯具１１に取り付けられる。

図１１に示す灯具１１の場合には、器具本体１０Ａと口金１０Ｂの相対位置関係が９０°となるように調節した上でＬＥＤ照明器具１０が灯具１１に取り付けられる。

器具本体１０Ａに対する口金１０Ｂの相対調節位置を分かり易くするため、この例では図１および図１２に示すように、口金１０Ｂには基準となるマーク６４が刻印され、一方このマーク６４と対峙する封止体５０の筒状胴部５１の周面には、係合孔５７の位置に合わせて３０°ごとにマーク６６が刻印されると共に、左右回転の識別ができるような調節角度情報６８が刻印されている。

ユーザはこの相対的な調節角度情報６８を確認しながら、同じ角度だけ左右の口金１０Ｂを回して調節した上で取り付け作業に移ることになる。調節角度情報６８を確認しながら取り付け作業を行うことで、左右の口金１０Ｂを反対方向に調節してしまうような初歩的な間違いを回避できる。

続いて、この発明に使用される制御回路について図１３以下を参照して説明する。
まず、従来の蛍光灯は図１３のように管体内の左右両極にフィラメント６９を有し、それぞれが電極ピンに接続されている。従来においても蛍光灯に対する電源回路が設けられる。点灯方式がラピッド方式であるときの電源回路例を図１４に示す。

ここで、説明の都合上左側の電極ピン６２に符号６２ａと６２ｂを付し、右側の電極ピン６２に符号６２ｃと６２ｄを付す。同様に、左側のソケット１２のピン差し込み端子（以下端子という）に記号ａとｂを付し、右側のソケット１２の端子に記号ｃとｄを付す。

ラピッド方式の場合には、電源トランス１００の入力端子１０２に、交流１００Ｖか２００Ｖが加わる。一次コイル１０４の両端には照明器具に印加されるＡＣ電圧（１５０Ｖあるいは２００Ｖ）が得られ、これがソケット１２に設けられた一方の端子ｂとｄに印加される。また、二次コイル１０６，１０８より得られる所定のフィラメント駆動電圧（４Ｖ程度）がソケット１２の他方の端子ａとｃに印加される。

この発明では、このような既存の電源回路用電源トランスをそのままＬＥＤ照明器具１０の電源回路として利用できるように工夫する。

まず、ＬＥＤ照明器具１０内に設置された制御回路１３０と、口金１０Ｂに植立された電極ピン６２との関係は、図１４に示すように例えば電極ピン６２ａが制御回路１３０に対する電源端子２４ａに接続され、電極ピン６２ｄが他方の電源端子２４ｂに接続されたものとなっているものとする。

制御回路１３０内で生成された直流駆動電圧Ｖａが光源２０に印加される。ＡＣ電圧が１５０Ｖであるときは、その１．４倍の２１０Ｖ程度の駆動電圧Ｖａとなり、２００Ｖであるときは、２８０Ｖ程度の駆動電圧Ｖａとなる。

このようにＬＥＤ照明器具１０にあっては、原理的には左側の口金１０Ｂに植立された一方の電極ピン６２ａと、右側の口金１０Ｂに植立された一方の電極ピン６２ｄとの間のみ光源２０に対する駆動電圧が印加される構成である。そうした場合、ラピッド方式の場合には、端子ａとｄ若しくは端子ｂとｃとの間にしか点灯用の駆動電圧が印加されないが、端子ａとｂ間および端子ｃとｄ間は、二次コイル１０６、１０８を介してそれぞれが接続されているので、端子ａ〜ｄのそれぞれに点灯用のＡＣ電圧が印加された状態となっている。

そのため、図１４のようにソケット１２にＬＥＤ照明器具１０を差し込んだ時はもちろんのこと、端子ｂに電極ピン６２ａが差し込まれ、端子ｄに電極ピン６２ｄが差し込まれたような場合でも、電極ピン６２ａと６２ｄの間には所定のＡＣ電圧が印加される。その結果、このＡＣ電圧を整流した直流電圧を駆動電圧Ｖａとして光源２０に印加すれば、電極ピンの差し込み方に拘わらずＬＥＤ照明器具１０を点灯させることができる。

一方、点灯方式がグロー方式であるときには、図１５の例では、端子ｂとｄとの間にグロー放電管１１０が介在されると共に、昇圧用の一次コイル１０４のみを有した電源トランス１００が使用される。ＬＥＤ照明器具１０の場合にはグロー放電管１１０を外して使用する。

そのため、端子ｂとｄは完全に解放されているから、例えば図のようにＬＥＤ照明器具１０をソケットに取り付けたときには、このＬＥＤ照明器具１０にはＡＣ電圧が全く印加されないことになる。したがって、ＬＥＤ照明器具１０の取り付け方次第によって点灯したり、しなかったりすることになる。

しかし、本来ならばどのような取り付け方でも点灯した方が好ましく、さらには点灯方式に拘わらず安全に点灯した方が好ましい。つまり、ラピッド方式の電源回路を備えた灯具であっても、グロー方式の電源回路を備えた灯具であっても、共通して使用できるＬＥＤ照明器具１０であることが好ましい。

そのためには、図１６のように電極ピン６２ａと６２ｂの間および電極ピン６２ｃと６２ｄの間を結線する。好ましくはフューズＦａ、Ｆｂを介して結線する。こうすると、グロー方式の場合には図１６に示すように端子ａとｂの間はフューズＦａを介して結線され、端子ｃとｄの間も他方のフューズＦｂ介して結線されていることになる。したがって、
端子ａ→電極ピン６２ｂ→フューズＦａ→制御回路１３０→電極ピン６２ｄ→端子ｃ
のルートでＡＣ電圧を制御回路１３０に供給できる。

この逆の差し込み方でも、
端子ａ→電極ピン６２ａ→制御回路１３０→フューズＦｂ→電極ピン６２ｃ→端子ｃ
のルートでＡＣ電圧を制御回路１３０に供給できる。

一方、ラピッド方式の場合には、図１７に示すように端子ａとｂの間は二次コイル１０６を介して結線され、端子ｃとｄの間も他方の二次コイル１０８を介して結線されていることになる。したがって、
一次コイル１０４→二次コイル１０６→端子ａ→電極ピン６２ａ→フューズＦａ→電極ピン６２ｂ→端子ｂ→一次コイル１０４
の電流ループが形成される。

ここで、ＬＥＤ照明器具１０に流れる電流を１７０ｍＡとしたとき、ラピッド方式におけるフィラメント（ヒータ）６９に流れる電流は５５０ｍＡ以上となるから、この電流（５５０ｍＡ）によってフューズＦａが溶断する。

同様に、
一次コイル１０４→二次コイル１０８→端子ｃ→電極ピン６２ｃ→フューズＦｂ→電極ピン６２ｄ→端子ｄ→一次コイル１０４
の電流ループが形成されるため、そのとき流れる電流によってフューズＦｂも溶断する。

フューズＦａ，Ｆｂが溶断しても端子ａと電極ピン６２ａとが接続されており、端子ｄと電極ピン６２ｄとが接続されているので、制御回路１３０にはそれぞれ所定のＡＣ電圧を供給できる。

このように、ラピッド方式の場合には、フューズＦａ，Ｆｂがそれぞれ溶断されてＬＥＤ照明器具１０の内部回路は断線し、この断線によって二次コイル１０６，１０８には電流が流れなくなる。これによって使用中、二次コイル１０６，１０８が過度に加熱されるようなおそれがなくなる。

図１７とは逆の差し込み方でも、
一次コイル１０４→二次コイル１０６→端子ａ→電極ピン６２ｂ→フューズＦａ→電極ピン６２ａ→端子ｂ→一次コイル１０４
の電流ループが形成されるため、そのとき流れる電流によってフューズＦａが溶断する。 同様に、
一次コイル１０４→二次コイル１０８→端子ｃ→電極ピン６２ｄ→フューズＦｂ→電極ピン６２ｃ→端子ｄ→一次コイル１０４
の電流ループが形成されるため、そのとき流れる電流によってフューズＦｂも溶断するから、前と同じ結果となる。

このように、フューズＦａ、Ｆｂを介在させることで、既存の点灯方式によらず、このＬＥＤ照明器具１０を使用できるようになるので、ユーザは点灯方式の違いを確認する作業を省ける。フューズＦａ、Ｆｂに代えて正特性サーミスタなどを使用すれば、ラピッド方式とグロー方式との間を交互に使用することができる。

なお、点灯方式がインバータ方式の場合には、その内部回路が器具メーカによって異なる制御方式を採用している場合が多いので、インバータ方式の灯具に適用する場合には、別途用意された電源回路用電源トランスを使用することになる。

図１８はこの発明を適用できる制御回路１３０の一例を示す。制御回路１３０は上述したように電圧変換機能を有する。図１８のように、電極ピン６２ａと６２ｂとの間にはフューズＦａが接続され、電極ピン６２ｃと６２ｄとの間にはフューズＦｂが接続される。

これらフューズＦａ，Ｆｂに代えて自己復帰形の正特性サーミスタなどを使用すれば、ラピッド方式の灯具から外したＬＥＤ照明器具１０を、そのままグロー方式の灯具に取り付けて使用することができる。

つまり、グロー方式の場合には１７０ｍＡ程度の電流では正特性サーミスタの温度が上がらず、それに伴ってこの正特性サーミスタの抵抗値も大きくならないから正特性サーミスタを介した電路が形成される。しかし、ラピッド方式の場合には５５０ｍＡ以上の電流が流れるので正特性サーミスタが発熱して自己抵抗が非常に大きくなる。これによって二次コイル１０６，１０８に流れる電流が制限されて加熱されにくくなり、電源トランス１００の安全性を確保できる。

この例では電極ピン６２ａと６２ｂとに印加されたＡＣ電圧は、フューズＦｃと電源オン時における電流制限用のサーミスタを介してノイズ軽減回路１３１に供給される。４０Ｗの明るさとなるようにするには、上述したようなＬＥＤを使用するときには１６２個程度必要になるので、この場合には１５０Ｖあるいは２００ＶのＡＣ電圧が必要である。これに対して２０Ｗ程度の明るさであるときには、１００ＶのＡＣ電圧で差し支えない。

ノイズ軽減回路１３１はコンデンサＣ１とバリスターＳＡ１との並列回路で構成される。ノイズ軽減回路１３１を介して、ＡＣ電圧はブリッジ接続されたダイオードとコンデンサＣ２とで構成された第１の整流・平滑回路１３２に供給される。

第１の整流・平滑回路１３２は光源２０に対する直流の駆動電圧Ｖａを得るためのもので、上述した例では１６２Ｖ以上の駆動電圧Ｖａとなるように設定される。

ここで、上述した光源２０を構成する単位発光素子の電圧降下分が３Ｖであるときには、これを５４個直列接続すると、光源２０全体には１６２Ｖ以上の駆動電圧Ｖａを印加する必要がある。そして、光源２０の明るさ（照度）を一定に保持するには光源２０を流れる電流を一定値に制御する必要がある。

図１８に示す構成例の場合には、光源２０に印加される電圧をＰＷＭ制御することで、光源２０を流れる電流ｉａを一定値に制御する構成が採用されている。光源２０が必要とする直流駆動電圧の供給源は第１の整流・平滑回路１３２であって、ここで得られた駆動電圧Ｖａが光源２０側に供給される。

上述したように灯具１１に装備された電源トランス１００から出力されるＡＣ電圧は１５０Ｖまたは２００Ｖであり、その値が使用される管数によって相違するので、駆動電圧Ｖａもそれに応じて変化する。

この電圧変化分に拘わらず一定の光量を発光させるため、換言すれば駆動電圧Ｖａの電圧変化分を吸収するために、制御回路１３０には光量制御回路１５０が設けられている。まず、光量制御回路１５０に対する電圧供給系から説明する。

電極ピン６２ａと６２ｂとの間に供給されたＡＣ電圧は第２の整流・平滑回路１３４に供給されて、低電圧この例では後段のツエナーダイオードＺＤ１によって５．６Ｖ程度の駆動電圧Ｖｂに制限される。

第２の整流・平滑回路１３４もブリッジ接続されたダイオードとコンデンサＣ５とで構成されるが、その入力系にはコンデンサＣ３，Ｃ４をＡＣ電圧に対するインピーダンス素子として機能させる並列回路構成のインピーダンス回路１３６，１３８が設けられている。

コンデンサＣ３，Ｃ４を入力電圧（その周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）に対するインピーダンス素子として働かせることで、発熱を伴うことなく、低電圧となされた駆動電圧Ｖｂを得ることができる。インピーダンス回路１３６，１３８はまた、コンデンサＣ３，Ｃ４に対して並列接続された抵抗器Ｒ１，Ｒ２を利用した放電回路としても機能する。

駆動電圧Ｖｂは５Ｖ以上の電圧であるが、これがさらに電圧安定化回路１４０に供給されて安定化された５Ｖ程度の駆動電圧Ｖｃとなされる。駆動電圧Ｖｃは光量制御回路１５０を構成するＰＷＭ制御回路１５２の電源電圧として供給される。

光量制御回路１５０は、ＬＥＤ照明器具１０に加わるＡＣ電圧が変わったり、光源２０の発光特性が変動したりした場合でも常に一定の明るさとなるようにするための制御回路である。ＡＣ電圧は、ワット数、点灯方式、管数によって変化する。

例えば２０ＷのものではＡＣ１００Ｖであるが、４０Ｗの場合には１灯式では２００Ｖ，２灯式では１５０Ｖ、３灯式では１５０Ｖと２００Ｖの双方が使用されるように、照明器具によってＡＣ電圧にバラツキがあるからである。

本例では、光量制御回路１５０は、光源２０に印加される駆動電圧ＶａをＰＷＭ変調（Pulse Width Modulation）することで、一定の光量を得るようにしている。

そのため、図１８に示すようにこの光量制御回路１５０にあっては、光源２０に対する電源路にトランジスタなどのスイッチング素子Ｑａを接続し、このスイッチング素子Ｑａをスイッチングすることで、駆動電圧ＶａをＰＷＭ制御する。

光源２０に設けられた電源端子２４ａには駆動電圧Ｖａが印加されると共に、電源端子２４ｂと接地間にスイッチング素子（この例ではパワーＦＥＴ）Ｑａが接続され、そのエミッタに流れる電流ｉａが抵抗器Ｒ３を介してＰＷＭ制御回路１５２に供給される。この例ではＰＷＭ制御回路１５２としてマイコン（例えばＰＩＣ２Ｆ６１５）が使用され、その１つの入力端子１にエミッタ電圧が入力電圧として供給される。

ＰＷＭ制御回路１５２では、所定周波数のＰＷＭスイッチング信号が生成される。ＰＷＭ制御回路１５２のスイッチング周波数としては、３０ｋＨｚ位の高周波信号を使用しているが、その数値は一例に過ぎない。そして、ＰＷＭ制御回路１５２では電流ｉａが一定値（基準値ｉａｏ）となるようなパルス幅を有したＰＷＭスイッチング信号が出力端子２より抵抗器Ｒ４を介してスイッチング素子Ｑａのベースに供給される。

ＰＷＭスイッチング信号のパルス幅のデューティーサイクルを制御することで、スイッチング素子Ｑａのオン期間を制御できるから、これで電流値を一定にコントロールできる。

光量制御回路１５０としてＰＷＭ制御方式を採用した場合、スイッチング素子Ｑａのオフとなっている期間でも光源２０には駆動電圧Ｖａを継続して印加する必要がある。そのためこの例では、光源２０の電源端子２４ａ側にインダクタンス素子であるコイルＬ（図ではＬａとＬｂ）を接続すると共に、このコイルＬと電源端子２４ｂとの間に、そのアノードが電源端子２４ｂ側となるようにダイオードＤａを接続した起電力発生回路１６０を設ける。

スイッチング素子Ｑａがオフすると、コイルＬａ、Ｌｂには逆起電力（逆起電圧）が発生する。この逆起電力を利用して光源２０およびダイオードＤａを介した閉ループ（電流ループ）１６２を形成する。こうすれば、スイッチング素子Ｑａがオフの期間でも光源２０には逆起電力が光源２０に対する駆動電圧として印加されるから、光源２０は常に点灯状態となる。しかも、光源２０に流れる電流ｉａはＰＷＭ制御回路１５２の働きで常に一定に制御されるので、その明るさも一定（光量一定）となる。

なお、どの程度の明るさに制御するかは、予めＰＷＭ制御回路１５２にその制御値をセットしておく。例えばＡＣ電圧が１５０Ｖのときの駆動電圧Ｖａが光源２０に印加されたときに、目的の明るさ（基準光量）となる電流ｉａｏを求め、この電流ｉａｏが得られたときのＰＷＭスイッチング信号におけるパルス幅のデューティー比をプリセットする。光源２０の明るさは照度計を用いて測る。ＬＥＤ２０ａ〜２０ｎの発光特性にはバラツキがあるからである。プリセット情報は外部プリセット端子１５４を使用して入力する。

こうすれば、ＡＣ電圧が２００Ｖとなったとしても、基準光量となるようにＰＷＭスイッチング信号のデューティー比が制御される。つまり、この場合にはＰＷＭスイッチング信号としては、スイッチング素子Ｑａのオン期間を短くするようなパルス幅に制御されたものとなっている。

こうすれば、光源２０を構成するＬＥＤ２０ａ〜２０ｎの発光特性にバラツキがあったとしても、上述したと同様に光源２０全体の光量が基準光量となるように制御される。

また、明るさを微調整したいときは、ＰＷＭ制御回路１５２の制御端子３に供給される制御電圧を調節する。この制御電圧は可変抵抗器ＶＲ１によって微調整できる。

このようにこの制御回路１３０にあっては、第１にフューズＦａ，Ｆｂを用いることでラピッド方式とグロー方式の何れの点灯方式にも対応したＬＥＤ照明器具とすることができ、第２に第２の整流・平滑回路１３４に対してコンデンサＣ３，Ｃ４によるインピーダンス回路１３６，１３８を設けることで発熱を伴うことなく、１００Ｖ以上のＡＣ電圧を５Ｖ程度の駆動電圧Ｖｂまで落とすことができ、第３に光量制御回路１５０を搭載することで、光源２０に印加される駆動電圧を生成するためのＡＣ電圧が相違しても、光源２０の明るさを常に一定に制御することができ、第４に起電力発生回路１６０をＰＷＭ制御系に追加して、このＰＷＭ化された駆動電圧をそのまま利用することで、光量制御と同時に光源２０の常時点灯を確保できるなどの機能を達成できる。

上述した第２の特徴によって、制御回路１３０からの発熱を抑制できるので、この制御回路１３０を図２のように保護筒体４０内に組み込まれた取り付け基板３０に実装しても特に問題は起きない。

上述した第３の特徴は、既存の灯具１１に使用されている管数の多少に拘わらず同じＬＥＤ照明器具１０を使用できることを意味する。したがって、３灯式であっても同じＬＥＤ照明器具１０を使用できるから、管数を気にすることなく同一規格のＬＥＤ照明器具１０を用いて、バラツキのない光量で全てのＬＥＤ照明器具１０を発光させることができる。

図１９以下に第２の実施例について説明する。第１の実施例との相違点は、保護筒体４０の両端に取り付けられる口金連結手段としての封止体２００および口金２２０そのものの構造の違いである。

図１９に示すように、封止体２００は保護筒体４０の端面側から嵌着される筒状の筒体嵌合部２００Ａと、保護筒体４０の端面より外部に突出した筒状の口金装着部２００Ｂとで構成される。

筒体嵌合部２００Ａと口金装着部２００Ｂとの連結部には筒体嵌合部２００Ａよりも径大で、保護筒体４０と同径となされた照明方向調節部材の一部として機能する環状の鍔部（フランジ）２１０が設けられている。

筒体嵌合部２００Ａは、その両端が開口された所定の肉厚を有する筒状体であって、半割構成である。半割された切り込み部２１３の幅は上述した取り付け基板３０の板厚よりも若干広目となされ、取り付け基板３０の端面側を装着固定できるようになっている。

筒体嵌合部２００Ａの外径は保護筒体４０の内径とほぼ等しくなされると共に、その外周面には半ばより後方に向かって複数の凹部、この例では図２１にも示すようにほぼ１２０°の角間隔を保持して３つの凹部２１１が穿設されている。

凹部２１１は球体２４０を配置（設置）するためのもので、前方に向かって多少の傾斜が付けられており、しかも軸方向に対しては球体２４０の直径よりも多少長目の凹部となっている。球体２４０は筒体嵌合部２００Ａの抜け止めとして使用する。そのため、球体２４０は凹部２１１に配置された状態で、筒体嵌合部２００Ａの外径よりも僅かに突出するような直径を有した弾力性のあるゴム材や樹脂成型品が使用される。

筒体嵌合部２００Ａの外周にはゴムパッキン材２３０が装着される。ゴムパッキン材２３０は図１９および図２２のように筒体嵌合部２００Ａのうち鍔部２１０側よりの外径とほぼ同じ内径を有する環状体である。このゴムパッキン材２３０は保護筒体４０の外径とほぼ同じ外径となされ、筒体嵌合部２００Ａを保護筒体４０に嵌合させたとき、保護筒体４０とゴムパッキン材２３０とが面一となるように設計されている。

ゴムパッキン材２３０にあって、凹部２１１に対応した位置には筒体嵌合部２００Ａ側に突出した凸部２３２が設けられている。球体２４０の周面をその凸面で押圧できるようにこの凸部２３２は、凹部２１１内にはめ込める大きさと長さに選定される。そのため、凸部２３２の部分のみゴムパッキン材２３０は肉厚となっている（図２２参照）。

筒体嵌合部２００Ａと一体化された口金装着部２００Ｂは、後端縁側の一部が閉塞された筒状体であって、照明方向調節部材の一部としても機能する。図２０に示すように後端縁側を一部閉塞するように横長で所定幅となされた短冊状の板体２０１は後述するようにスプリング受け板として機能する。スプリング受け板２０１のほぼ中央部（筒体の軸心部）には貫通孔２０２が穿設されている。

スプリング受け板２０１の上下はほぼ半円状の空孔２０３となされているが、この空孔２０３は後述する電極ピン２５０の挿入孔として使用される。電極ピン２５０の挿入孔として機能するため、空孔２０３の形状は円形などでもよい。

鍔部２１０の右端側面は図１９に示すように上述したゴムパッキン材２３０の端面と接している。鍔部２１０の平坦面には図２０に示すように複数の、この例ではほぼ３０°間隔で方形状をなす係合孔２１５が複数穿設されている。またこれら係合孔２１５の内面であって筒体嵌合部２００Ａと口金装着部２００Ｂとの連結部分には段部２１７が形成されている。これらの段部２１７は後述する口金２２０を装着するときのストッパとして機能する。

口金２２０は有底筒状体であって樹脂製である。口金２２０の内径とその長さは口金装着部２００Ｂの外径と長さにほぼ等しい。そして、図２３のようにほぼ１８０°の間隔を保持して一対の係合片２３６が設けられている。係合片２３６は係合孔２１５と係合できる程度の大きさとなされる。

口金装着部２００Ｂを構成する筒状体の長さは図１９に示すように、係合片２３６が段部２１７に当接したとき、口金２２０が口金装着部２００Ｂに完全に装着されるような長さに選定される。

口金２２０の有底部２２０ａには口金の内部に延びる胴部２２１が設けられる。胴部２２１は上述した貫通孔２０２を貫通できる大きさであって、筒体嵌合部２００Ａまでは到達しない長さに選定される。胴部２２１を挟んでその上下には一対の電極ピン２５０が植立される。電極ピン２５０はインサート成形若しくは圧入によって有底部２２０ａに固定される。

口金２２０は口金装着部２００Ｂの外周面に装着される。このとき、一対の係合片２３６が対応する係合孔２１５に係合するように装着される。口金２２０を装着した後は、図１９に示すように胴部２２１の回りにスプリング２２２を装着してからワッシャー２３４を介してネジ２３５で止める。

このようにスプリング２２２を介在させることで、口金２２０は口金装着部２００Ｂに対して回動自在に嵌着されたことになる。そして、電極ピン２５０はリード線２５２によって取り付け基板３０の端子２４ａ、２４ｂに接続される。

封止体２００は、図１９に示すようにこれに口金２２０を装着した状態でゴムパッキン材２３０および球体２４０をそれぞれ介して保護筒体４０の端面側から嵌合される。筒体嵌合部２００Ａを保護筒体４０側に一旦嵌合すると、球体２４０と凹部２１１における傾斜部の作用で保護筒体４０内面との密着性がよくなって、筒体嵌合部２００Ａつまり封止体２００は簡単には抜けなくなる。これは、図１９の矢印Ｂ方向への力が加わると、球体２４０が凹部２１１の傾斜面側に押されるため、球体２４０が保護筒体４０の内面により密着するように作用するからである。

一方、スプリング２２２に抗して口金２２０を矢印Ｂ側に引くと、係合片２３６が係合孔２１５から外れるので、口金２２０は口金装着部２００Ｂに対して自在に回動できる状態となる。口金２２０を矢印Ｃ側若しくはこれと反対側に回動させることで、保護筒体４０に対する電極ピン２５０のピン突出位置をこの例では３０°単位で調節できる。これによって、第１の実施例と同じように光源の照射方向（照明方向）を自在に調節できる。

この発明は、工場、店舗から一般の家屋まで、何れの場所においてもその照明器具として使用することができる。

１０・・・照明器具
１０Ａ・・・器具本体
１０Ｂ，２２０・・・口金
２０・・・光源
２０Ａ〜２０Ｍ・・・発光素子
３０・・・取り付け基板
４０・・・保護筒体
５０，２００・・・封止体
５４・・・環状凹部
８０・・・調節部材
８０Ａ・・・回転筒体
８０Ｂ・・・連結部材
８４・・・押圧体
８６・・・押圧バネ
１００・・・電源トランス（安定器）
１３０・・・制御回路
１３２，１３４・・・整流・平滑回路
１３６，１３８・・・インピーダンス回路
１５２・・・ＰＷＭ制御回路
Ｑａ・・・スイッチング素子
１６０・・・起電力発生回路
２００Ａ・・・筒体嵌合部
２００Ｂ・・・口金装着部
２１０・・・鍔部
２２０・・・口金
２３０・・・ゴムパッキン材
２４０・・・球体
２２２・・・スプリング

Claims (4)

1. 複数の発光素子からなる光源と、
   この光源の一方の電源端子に印加される直流駆動電圧の供給源と、
   上記光源の他方の電源端子に接続されたスイッチング素子と、
   このスイッチング素子に供給されるスイッチング信号を得る制御回路とからなり、
   上記制御回路によって上記光源の光量が一定となるように制御される
   ことを特徴とする発光素子を使用した照明器具。
2. 上記制御回路は、ＰＷＭ制御回路であって、基準光量であるときのＰＷＭスイッチング信号をプリセットするためのプリセット情報入力端子が上記制御回路に設けられた
   ことを特徴とする請求項１記載の発光素子を使用した照明器具。
3. 上記一対の電源端子の間には、起電力発生回路が設けられ、
   上記スイッチング素子がオフの期間に、上記起電力発生回路で発生した逆起電圧が上記光源にその駆動電圧として印加される
   ことを特徴とする請求項１または２記載の発光素子を使用した照明器具。
4. 上記発光素子は発光ダイオード、有機ＥＬ素子である
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか記載の発光素子を使用した照明器具。

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