JP2847358B2

JP2847358B2 - 発光ダイオードによる白色信号灯

Info

Publication number: JP2847358B2
Application number: JP8134241A
Authority: JP
Inventors: 雅彦名取; 芳伸山本
Original assignee: Sankosha Co Ltd
Current assignee: Sankosha Co Ltd
Priority date: 1996-05-01
Filing date: 1996-05-01
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2016-05-01
Also published as: JPH09295576A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の乗務員
が遠方から容易に視認できるようにした、発光ダイオー
ドにおける白色信号灯に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道において使用される信号機には、交
通信号と同様に赤色、黄色および青色（緑色）の３色の
光源のいずれかの点灯で前方の状況を知る色灯式信号機
と、一種類の色の光源を複数個設け、その点灯パターン
により前方の状況を知る灯列式信号機がある。このうち
後者のものは、線路がカーブをしているときにその途中
に中継信号機として設置されることが多い。この中継信
号機は、その手前２００メートルから判別できるように
するのが普通である。停止信号の場合、２００メートル
手前でその状況を知り、ブレーキをかければ停止点まで
に停止することができるからである。

【０００３】中継信号機の一例を図２および図３につい
て説明する。１は中継信号機であり、上下のステー２，
３によって図示しない柱に取付けられる本体４と、その
内部に収納された白熱電球５と、その前部に装着された
レンズ６および太陽光の影響を受けないようにするフー
ド７等からなるものである。便宜上、白熱電球５とレン
ズ６の組合せと、後述する発光ダイオードとレンズの組
合せをランプと称する。図３で明確なように、本体４は
正面形状が円形をしており、７個のランプが、各３個に
より、ランプの点灯時に垂直、水平および斜めの直線を
形成するように配列されている。

【０００４】この配列において垂直方向に並ぶ３個のラ
ンプが点灯したときには「進行」、水平方向に並ぶ３個
のランプが点灯したときには「停止」、さらに斜めに並
ぶ３個のランプが点灯したときには「注意」を意味す
る。これは、色灯式信号における「青」、「赤」および
「黄」に相当する。

【０００５】鉄道規格により、中継信号機の発光色は白
色に定められている。この白色は、日本工業規格（ＪＩ
Ｓ）のＥ３３０３の色度図において、ｘが０．４２５〜
０．５、ｙが０．３７〜０．４４の座標領域に入ること
と規定されている。タングステンを用いた白熱電球の色
度はこの範疇に入るので、従来の中継信号機には白熱電
球を使用するのが普通であった。

【０００６】鉄道で使用される信号機には、これとは別
にホームの天井から吊下され、車掌が視認する補助信号
機がある。これは、点灯したときホームに停車した列車
の車掌が直接見ることができない運転手用の色灯式信号
が青色であるときに点灯するものである。この信号の発
光色も白色であることが鉄道規格によって定められてい
るので、従来は前記中継信号機同様に白熱電球が使用さ
れていた。

【０００７】中継信号機は線路脇に設置され、補助信号
機はホームの天井から吊下されることから、両者ともに
列車の通過時にはかなり振動することになる。このため
白熱電球を用いたものでは耐震構造が必要であり、その
ための強固な構造が要求された。そしてそのようにして
も長寿命とすることが難しく、通常１年程度で電球の交
換を行っていた。中継信号機は屋外の高所にあり、補助
信号機も高所に設置されていることから、その交換作業
は煩雑であった。

【０００８】そこで、光源として、寿命が白熱電球の７
〜８倍といわれる発光ダイオードが注目されることにな
った。多数個の発光ダイオードを基板に同一方向に配列
し、これを同時に点灯することで白熱電球の発光に変え
るのである。しかしながら、ここで解決すべき問題があ
る。それは、従来実用化されている発光ダイオードは赤
色、黄色および緑色の３色のみであったので、これをい
かに組み合わせて白色の領域に入る発光を得るかという
ことである。

【０００９】この関係の先行技術としては、実公平６−
４４７６８号公報に開示されたものがある。この公報に
記載されたものでは、複数の黄色発光ダイオードと１個
の赤色発光ダイオードとを組み合わせて疑似白色を得よ
うとしている。この構造によれば、従来一般に使用され
ている黄色と赤色の発光ダイオードを用いればよいの
で、実施が容易であり、即使用できることになる。

【００１０】しかしながらこれを製作しその発光色を観
察すると、やはり疑似白色であって、白熱電球の発光色
とはいまだ離れた感がある。もちろんこれを鉄道施設の
所定の場所に設置して使用することに問題があるわけで
はない。ある広範な範囲のすべての信号機をこれに置換
すれば何の問題もない。しかし、白熱電球を使用してい
たある範囲の一部の信号機のみをこれに置き換え、他は
白熱電球のものとしたときには、やはり発光色の違いが
気になることは否めない。

【００１１】そこで本出願人は、組合わせるべき発光ダ
イオードの発光色を変えると共に、その配列に工夫を凝
らした発光ダイオードによる白色信号灯を案出し、既に
特許出願をしている（特願平８−３００７９号）。この
発明のものは、発光ダイオードに規定の電流を通じて発
光させたとき２色の発光色が相互に混合したものが観察
されるが、この発色は、実際に使用される鉄道規格で定
められる２００メートルより近い１００メートル程度の
距離からでも白熱電球の発光色に近いように観察され
た。これにより発光色の問題は解決され、従来の白熱電
球の発光色に近似した発光を得ることができるようにな
った。以下、その内容を説明する。

【００１２】図４において８は筒状のケースであり、本
体４（図２参照）の内部に設けられるものである。ケー
ス８の内部後方には断面形状がコ字状のベース板９が設
けられ、その前方には拡散レンズ１０が設けられてい
る。ベース板９は螺合、ねじ止めあるいは圧入等の手段
でケース８に固定され、拡散レンズ１０はリング１１で
ケース８に固定されている。両者とも必要に応じて取り
外すことができる。

【００１３】ベース板９の底部内面には基板１２が支持
され、この基板１２に多数個（１３０個）の発光ダイオ
ード１３が同方向に向けて配設されている。基板１２の
表面および発光ダイオード１３の間は放熱用の合成樹脂
１４で埋められている。発光ダイオード１３の頂部と拡
散レンズ１０の内面との距離Ｄは、約５０ミリメートル
にしてある。約５０ミリメートルにしたことにより、適
度の拡散効果が得られることが認められている。

【００１４】発光ダイオード１３は、密集させた多数の
黄色発光ダイオードとその間に混在する少数の青緑色発
光ダイオードの２種からなる。図５においては、便宜上
二重円で表し符号１３ａを付した「１」、「８」、「１
１」、「１４」、「１７」、「３８」、「４０」、「４
２」、「４３」、「４５」、「４７」、「４８」、「５
０」、「５２」、「５３」、「５５」、「５７」、「５
８」、「６０」および「６０」が青緑色発光ダイオード
であり、その他で符号１３ｂを付したものは黄色発光ダ
イオードである。

【００１５】図５から明らかなように、基板１２は円形
であり、多数の黄色発光ダイオード１３ｂが中心から外
周に向けた同心円状に配設され、少数の青緑色発光ダイ
オード１３ａがそのほぼ中間に円形をなして集中して設
けられ、かつ青緑色発光ダイオード１３ａの一部がその
内側に少数個分散して設けられている。また、黄色発光
ダイオード１３ｂが青緑色発光ダイオード１３ａの５倍
を超える数であり、両色の発光ダイオード１３が円形の
基板１２の中心から６周に配設され、青緑色発光ダイオ
ード１３ａは、外周のものから３列目より中心部の近傍
に配設されている。

【００１６】上記したものは屋外に設置される中継信号
機用のものであるが、同様の構造のものがトンネルの内
部にも設置される。この場合、屋外では周囲が明るいの
で全体的な輝度を高くするため多数の発光ダイオード１
３が必要となるが、トンネルの内部に設置される信号機
は周囲が暗いので、これより少数の発光ダイオードで構
成する。もしトンネル内に屋外用と同様のものを設置す
ると輝度が高過ぎてハレーションを起こすからである。

【００１７】図６に示すものはトンネル用のものであ
る。これは発光ダイオード１３の数を３７個にし、図５
に示したものに比し、全体寸法ならびに全体輝度が十分
に小さくなるようにしてある。発光ダイオード１３は、
「１」を中心にして円形の基板１２に３周に配列されて
おり、全体で３７個を使用している。そしてそのうちの
外周と内周に黄色発光ダイオード１３ｂを配し、中間周
（２列目）の一部に青緑色発光ダイオード１３ａが配し
てある。黄色発光ダイオード１３ｂの数は、青緑色発光
ダイオード１３ａの数の７倍を超えることになる。

【００１８】上記２種の信号灯は、いずれも全部の発光
ダイオード１３（１３ａ，１３ｂ）に同時に通電し発光
させることにより、前方の所定距離（たとえば鉄道規格
の２００メートル）離れた地点からこれを観察したと
き、鉄道規格における白色の範囲内の発光色に見えるこ
とになる。個々の発光ダイオード１３の発光照射角が極
度に狭いと全体としてのまとまりがなくなり、また極度
に広い場合にはぼけた感じになる。実験の結果では、照
射角３０度程度で好結果を得ることができた。

【００１９】図７に示すものは図５に示したものを２個
直列に接続した場合の通電回路である。前述のように灯
列式信号機においては７個のランプが用いられるので、
そのうちの６個は２個ずつ直列にして１００ボルトを印
加し、残る１個（７個中の中央のもの）はトランスで降
圧して５０ボルトを印加する。図示するものはこのうち
の直列回路の方である。

【００２０】この図において１４は電源トランスであ
り、１次側に印加される１００ボルトの電圧を昇降せず
に２次側に出力するものである。この電源トランス１４
は、信号回路が他の機器が発生するノイズ電流の影響を
受けないように介装される。電源トランス１４の２次側
は全波整流回路１５を介して、抵抗器１６と発光ダイオ
ード１３（１３ａ，１３ｂ）の直列回路に接続されてい
る。図示する回路の場合、２個の信号灯が直列に接続さ
れている。抵抗器１６，１７は電流調節用のものであ
る。なお、便宜上、青緑色発光ダイオード１３ａは白ぬ
きで、黄色発光ダイオード１３ｂは黒色で表すこととす
る（以下の回路図において同じ）。

【００２１】この回路において青緑色発光ダイオード１
３ａへの供給電流を、必要に応じて黄色発光ダイオード
１３ｂへの供給電流と変えて発光バランスをとるように
してある。この回路では２０個の青緑色発光ダイオード
１３ａを１０個ずつの２組に分け、抵抗器１６によりこ
の１０個に８ミリアンペアを通ずるのに対し、１１０個
の黄色発光ダイオード１３ｂを２２個ずつの５組に分
け、抵抗器１７によって２１ミリアンペアを供給するよ
うにしてある。これら接続数と抵抗値は、適宜選定す
る。

【００２２】図８に示すものは図６に示したものを２個
直列に接続した場合の通電回路である。この場合にも抵
抗器１６，１７の抵抗値を適宜選定し、所定距離離れた
ところから観察して白色に見えるようにする。特にトン
ネルの内部に設置した条件で調整する。なお、この回路
では５個直列接続された青緑色発光ダイオード１３ａに
８ミリアンペアの電流を、また１６個ずつ直列接続され
た黄色発光ダイオード１３ｂに２１ミリアンペアの電流
を供給する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した先の出願
に係る白色信号灯は、鉄道規格における白色の範囲内の
発光色を、発熱と電流消費量が少なく、振動に強い上に
長寿命の発光ダイオードで得ることができるが、黄色発
光ダイオードと青緑色発光ダイオードの同種のものを直
列接続して通電するようにしていたため、長期の使用に
よっていずれかの発光色の発光ダイオードが断線したと
き、どちらかの発光色に寄ってしまい、混色のバランス
が崩れ、白色からはずれてしまう虞がある。そして極端
な場合には完全に黄色あるいは青緑色の単色になってし
まうことになる。また、印加電圧が低くなった場合にも
色別の直列回路の点灯開始電圧が相違するため、混色が
得られなくなる。

【００２４】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
り、黄色発光ダイオードと青緑色発光ダイオードの接続
を変えることにより、たとえ断線しても、あるいは印加
電圧が低下しても、発光色が白色から遠ざかることのな
い発光ダイオードによる白色信号灯を提供しようとする
ものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための手段として、請求項１に記載された発明にお
いては、点灯したときの光の色が白色であることと定め
られている鉄道用の信号灯において、基板上に多数の黄
色発光ダイオードを密集して同方向に向けて配設すると
共に、該黄色発光ダイオードの中に少数の青緑色発光ダ
イオードを混在させ、前記黄色発光ダイオードと青緑色
発光ダイオードを直列に接続して電源回路に接続したこ
とを特徴とする。

【００２６】請求項２に記載された発明においては、請
求項１に記載された発明において、黄色発光ダイオード
と青緑色発光ダイオードを直列接続して通電する回路
を、１個のランプに２個並列に設けたことを特徴とす
る。

【００２７】請求項３に記載された発明においては、請
求項１に記載された発明において、黄色発光ダイオード
と青緑色発光ダイオードを直列接続して通電するとき、
黄色発光ダイオードへの供給電流と青緑色発光ダイオー
ドへの供給電流を変えて発光バランスをとることを特徴
とする。

【００２８】請求項４に記載された発明においては、請
求項３に記載された発明において、黄色発光ダイオード
と青緑色発光ダイオードの一方を同種のもので並列接続
し、これを他種のものに直列接続したことを特徴とす
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
について説明する。前述のように灯列式信号機において
は７個のランプが用いられるので、そのうちの６個は２
個ずつ直列にして１００ボルトを印加し、残る１個（７
個中の中央のもの）はトランスで降圧して５０ボルトを
印加する。図示するものはこのうちの直列回路の方であ
り、Ａ，Ｂがそれぞれのランプである。

【００３０】この図において１４は電源トランスであ
り、１次側に印加される１００ボルトの電圧を昇降せず
に２次側に出力するものである。この電源トランス１４
は、信号回路が他の機器が発生するノイズ電流の影響を
受けないように介装される。電源トランス１４の２次側
は全波整流回路１５を介して、それぞれ抵抗器１８と２
個の青緑色発光ダイオード１３ａが並列に、また１４個
の黄色発光ダイオード１３ｂが直列に接続された２組の
回路ａ，ｂの並列回路に接続されている。抵抗器１８は
電流調節用のものである。なお、この図においても、青
緑色発光ダイオード１３ａは白ぬきで、黄色発光ダイオ
ード１３ｂは黒色で表している。

【００３１】ランプＢもランプＡと全く同一の回路であ
り、並列接続されたａ，ｂの２回路を有する。そして黄
色発光ダイオード１３ｂが整流回路１５の接地側に接続
されることにより、ランプＡに直列電流が流れることに
なる。

【００３２】この接続により、全波整流回路１５から２
組の回路ａ，ｂそれぞれの黄色発光ダイオード１３ｂに
流れる電流をｉとすると、並列接続された青緑色発光ダ
イオード１３ａには、その半分の１／２ｉの電流が流れ
ることになる。青緑色発光ダイオード１３ａと黄色発光
ダイオード１３ｂの電流をこのように変えたことによ
り、発光バランスをとり、所定距離離れたところから観
察して白色に見えるようになる。特にトンネルの内部に
設置した場合には抵抗器１８の値を調整し、暗所におい
て確実に視認できるようにする。

【００３３】上記回路において黄色発光ダイオード１３
ｂのうちの少なくとも１個が断線したとすると、その組
（ａまたはｂ）の直列回路には電流が流れなくなるの
で、その組のすべての発光ダイオード１３ａ，１３ｂは
点灯しないことになる。しかしながらランプＡ，Ｂはそ
れぞれａ，ｂの２組の回路を有するので、仮にａ組が点
灯しなくてもｂ組が点灯することにより、輝度は小さく
なっても発光色のバランスがくずれることはない。

【００３４】もし、青緑色発光ダイオード１３ａのうち
の１個が断線した場合には、その組（ａまたはｂ）の並
列接続されたもう１個の青緑色発光ダイオード１３ａに
通常の２倍の電流ｉが流れるから、輝度が上がって断線
したものをカバーする。そして断線しない方の組（ｂま
たはａ）は正常に点灯するから、全体的には僅かに輝度
が低下しても発光色にバランスが崩れることはない。

【００３５】以上説明した屋外設置用、トンネル内設置
用ともに２色の発光ダイオード１３ａ，１３ｂの配列と
通電電流を説明したように設定したことにより、色調は
ＪＩＳ規格で白色と規定されるｘが０．４７０±０．０
０５、ｙが０．４１５±０．００５の範囲に入れること
ができた。そして実際に信号灯から２００メートル離れ
た規定の場所において観察したところ、白色のランプと
観察することができ、実用性が十分であることの確認が
された。なお、図示したものでは、屋外設置用のものが
中心の発光ダイオードの外側に６周に発光ダイオードを
配列し、トンネル内設置用のものが中心の発光ダイオー
ドの外側に３周に発光ダイオードを配列したが、これら
両者とも最外周のものを除き、５周と２周の配列にする
こともできる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
た発光ダイオードによる白色信号灯であるから、長期の
使用によっていずれかの発光色の発光ダイオードが断線
したときでも、どちらかの発光色に寄ることがなく、混
色のバランスが崩れて鉄道規格における白色の範囲内か
らはずれてしまうというようなことがない。また、印加
電圧が低くなった場合にも、混色が得られなくなること
がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の回路図である。

【図２】本発明を適用する灯列式信号機の一部を切欠い
て示した側面図である。

【図３】図２のものを左方から見た正面図である。

【図４】発光ダイオードを使用した信号機の断面図であ
る。

【図５】屋外設置用のものの発光ダイオードの配列を示
す正面図である。

【図６】トンネル内設置用のものの発光ダイオードの配
列を示す正面図である。

【図７】図５のものの接続回路を示す回路図である。

【図８】図６のものの接続回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１３発光ダイオード１３ａ青緑色発光ダイオード１３ｂ黄色発光ダイオード１４電源トランス１５全波整流回路１８抵抗器ＡランプＢランプ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】点灯したときの光の色が白色であること
と定められている鉄道用の信号灯において、基板上に多
数の黄色発光ダイオードを密集して同方向に向けて配設
すると共に、該黄色発光ダイオードの中に少数の青緑色
発光ダイオードを混在させ、前記黄色発光ダイオードと
青緑色発光ダイオードを直列に接続して電源回路に接続
したことを特徴とする発光ダイオードによる白色信号
灯。
【請求項２】黄色発光ダイオードと青緑色発光ダイオ
ードを直列接続して通電する回路を、１個のランプに２
個並列に設けたことを特徴とする請求項１に記載の発光
ダイオードによる白色信号灯。
【請求項３】黄色発光ダイオードと青緑色発光ダイオ
ードを直列接続して通電するとき、黄色発光ダイオード
への供給電流と青緑色発光ダイオードへの供給電流を変
えて発光バランスをとることを特徴とする請求項１に記
載の発光ダイオードによる白色信号灯。
【請求項４】黄色発光ダイオードと青緑色発光ダイオ
ードの一方を同種のもので並列接続し、これを他種のも
のに直列接続したことを特徴とする請求項３に記載の発
光ダイオードによる白色信号灯。