JP5236937B2

JP5236937B2 - 電池電圧低下表示機能つきｌｅｄライトユニット

Info

Publication number: JP5236937B2
Application number: JP2007305041A
Authority: JP
Inventors: 展生小田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: JP2008135749A

Description

本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）を使った従来電球から交換用の照明装置に関する。

電池を電源にしたフラッシュライト（懐中電灯）は従来からのフィラメント式白熱電球を使用した製品が現在もその殆どを占めており、光源にＬＥＤを使ったものは未だ高価格であるため一般普及には至っていない。

従来から乾電池電源のフラッシュライトに長年使用されているフィラメント式電球は安価ではあるが電力消費は他の電池使用機器などに比べると大きく、従って電池も比較的短時間で尽きてしまう。電球自体も点灯時間の経過により明るさが低下したり振動などによる突然のフィラメント断線も発生する。そこでこれらの問題が少ないＬＥＤを使用したものが最近少しずつ増え始めているが、未だ広く一般に普及できる販売価格には至っていない。しかし未来の照明光源と言われるＬＥＤは断線劣化が少なく、電力から光りへの変換効率も電球より勝る事が徐々に衆知されてきている。点灯には電子回路とＬＥＤの冷却が必要になり、点灯手段の複雑さを含めて価格に課題を残している。電池３本を使用して抵抗器によりＬＥＤ点灯電圧迄ドロップさせる単純安価な方法ではＬＥＤ付近に取り付ける抵抗器からの発熱がＬＥＤ本体の発熱に加わってしまうため全体の温度上昇からＬＥＤを保護するための大きな冷却面積が必要になり装置全体の小型化は難しい。

最近では従来からの電球式フラッシュライトは乾電池を添えてセットにしたものが驚くほど安価で入手可能になってきている。本発明は主にこの従来型の電球式フラッシュライトへの適用を対象にしたものである。フラッシュライト本体に使用している電球と合致するように電球同様の口金を持ち、ＬＥＤ点灯に必要な全ての電子回路を備えて一体化したユニットを構成する事により従来型フラッシュライトに使用している電球との交換使用を可能にした。課題の一つである放熱問題の解決には、抵抗器とＬＥＤの至近取り付けを止め、高効率電圧昇圧型スイッチングレギュレータＩＣを使用することにより発熱を抑えると共に電池２本を使用する従来型フラッシュライトにも適用可能とし、ＬＥＤ自体からの発熱は基板を介してユニットに備えた口金に逃がすことでヒートシンク機能を持たせた。口金の表裏めん面積は従来電球に匹敵するＬＥＤ光度を得るために必要な電力消費から発生する発熱に対して必要な面積が確保され、更にユニットの口金をフラッシュライト本体のソケットに取り付ける事で熱を逃がすようにした。第２の課題であるコストに対しては、プラスチック成型品を一切使わず、チップ部品と基板、口金で構成することにより自動機組み立てが可能な構造にした。更に電池がある一定電圧以下に低下するとスイッチを入れた時に突然動作できなくなる点がスイッチングレギュレータ唯一の欠点ではあるが、本発明ではこの問題を解決するための新たに減電圧検出回路を設けて電池電圧低下がこの状態に至る前に第２のＬＥＤを点灯開始させて電池交換を促す機能を持たせたものと、電池１本でも動作させる事ができる付加回路を開発用意した。

上述したように本発明のＬＥＤを使った照明装置はプラスチック成型部品やレンズなどを全て省きシンプルな構造にしてチップ部品構成としたため自動機組み立て生産が可能になり、組み立て費用は著しく節約されるため安価に製品化を可能にした。従来からの殆どの電球式フラッシュライトに適用できるため、全世界に向けての商品提供が可能である。

以下本発明実施の形態を図面と共に説明する。図１は本発明１実施例完成品の斜視図であり、図２は本発明１実施例完成品の側面図である。図３は本発明１実施例完成品を一般市販のフラッシュライトに適用した状態を示したもの、図４、図５、は両面タイプ基板に取り付けた各部品位置を示し、図６が本発明１実施例に使用した一般的な昇圧型スイッチングレギュレータ回路図と、図中の破線で示すＢＬＩ部分が新たに開発追加した入出力間の電圧差を検出して減電圧表示用ＬＥＤを点灯させる電池交換警告灯回路、図７は電池１本で３Ｖ用スイッチングレギューレータを動作させるようにする為スイッチ投入時、瞬間的に電源電圧を約２倍近く迄アップさせて起動するように開発した付加回路部分を破線内に示した。図８から図１３迄はＬＥＤに砲弾型ＬＥＤ３を使用して単純化した点灯回路と口金、外形の異なった各モデルである。図１４から図１７迄は電源電圧が４．５Ｖから９Ｖ程度を使用するフラッシュライト用装置であり、減電圧に抵抗器を使用しながら抵抗器の発熱をＬＥＤに与えない構造としたもので抵抗器をＬＥＤから遠く離し熱絶縁設置することで解決したもの。この方式では点灯に必要な電子部品はＬＥＤユニット内から省かれ、チップＬＥＤ、本体両面プリント基板、口金の３点でユニットが構成される。ＬＥＤから熱絶縁する抵抗器設置場所は図１４に示すフラッシュライト底部の電池押さえスプリングのジャンパー部分か、或いは図１５内に示した抵抗器又は電流リミッター用ＩＣ内蔵の丸型両面基板と固定抵抗器及びこれを覆う金属カバーで構成した脱着式アタッチメントを設けて既存のフラッシュライト電池挿入用脱着テールキャップにある電池押さえスプリングと電池マイナス極の間に取り付けて使用する構造にした事で抵抗器からの発熱は冷却され、ＬＥＤへの熱影響も無い。固定抵抗は使用電池数に応じて適切な値を選択する。各図中内の１は本発明本体を示し、１ミリ厚程度の両面プリント基板を使用、その形状を図４、図５内の４で示すように下部を細くテーパー状にしておき、最終的に口金２の底部分にある金属板３に設けた穴に差し込んでハンダを盛り付け接続してプラス入力端子とする。口金２はフラッシュライト用電球として全世界で最も普及しているフランジ付きのビリケン球用を採用し、用途に応じてネジタイプ、バイヨネットタイプなど適宜選択使用する。本体基板１と口金２を結合後、図１内に示した１の基板端部と口金２の内面接触部分７をハンダ付けにより基板を正しくセンターになる位置でアース接続固定する事で熱伝導される。抵抗器Ｒ１〜Ｒ４、コンデンサーＣ１〜Ｃ３、コイルＬ１、ショットキーバリアダイオードＤ１、ＬＥＤ２、ＩＣ１等を自動組み立機により取り付けてハンダ付けする。メインＬＥＤ１は基板組み立ての最後に治具で基板１の凹み部分とＬＥＤ１の両方を正確に位置固定して両面ハンダ付け６をできるだけ短時間で行い結合する。基板部分完成後に通電動作チェックを実行後、前述の口金と結合して完成させる。基板面の部品レイアウトを図４、図５に示した配置にして、ＬＥＤ１のアノード、カソード端子が基板両面を結ぶように横方向に置き接続すれば基板のスルーホール接続部分は不要になる。図６中の破線で示した減電圧表示（電池交換警告）灯回路部分に使用するＬＥＤには順電圧ＶＦ値が低い赤色ＬＥＤを採用する事により、電池電圧が負荷状態で一個あたり０．９Ｖ前後に達しはじめると点灯が開始されるので電池の交換時期として適切なタイミングになる。ＬＥＤ１には携帯電話用白色チップＬＥＤを最大定格の８０％（約１５０ｍＡ）程度の電流で動作させるようにＲ２、Ｒ３の帰環抵抗値を設定する事でＬＥＤ１光度は通常のビリケン球２．５Ｖ０．５Ａに匹敵する光度が得られる。この電流値動作状態でＬＥＤ１をフラッシュライトに取り付けて室温２５℃に数時間放置すると口金２部分の温度は６０℃以下を保ちながら点灯を維持する。ちなみにこのＬＥＤの絶対最大定格温度は１００℃、同じくＩＣ１の方は１２５℃であるから、苛酷条件下での使用にも耐久可能と推測できる。ＬＥＤ２の最大電流を１０ｍＡ前後になるようにＲ４の値を決定し、ＩＣ１のスイッチング周波数に関係するコイルＬ１の値と最大耐久電流、及びショットキーバリアダイオードの最大耐久電流も配慮しながら部品選択を行う。ＩＣ内はブラックボックス化されている為使用する半導体メーカーのテクニカルノート等に従って各部品の値を決定する。両面プリント基板１へのＬＥＤ１取り付け位置は発光点がビリケン球規格と同一になる三次元で特定される位置になるようにプリント基板設計を行う事により照射光はスポットフォーカスされる。図７の電池１本で動作させる付加回路は図１、図２に示した本発明のＬＥＤユニットと電源電池１．５Ｖ間に設置して使用するもので、当初から図７内左側破線枠で示したＶＵＣ回路を組み込んだフラッシュライトを新たに設けて使用するもの、この電圧瞬間アップ回路を備えたフラッシュライトは本発明の３Ｖ用ＬＥＤユニットを改造することなくそのまま１．５Ｖで点灯させる小型用途に適するものである。

本発明１実施例完成品の斜視図本発明１実施例完成品の側面図本発明１実施例完成品を一般市販フラッシュライトに適用した状態本発明１実施例両面タイプ基板面各部品取り付け位置（ＩＣ側）本発明１実施例両面タイプ基板面各部品取り付け位置（ＬＥＤ２側）本発明１実施例に使用した昇圧型スイッチングレギュレータ回路図本発明１実施例に使用した電池一本動作の付加回路図（左破線内）本発明１実施例の照明用ＬＥＤに砲弾型を使用した構造図本発明１実施例の照明用ＬＥＤに砲弾型を使用した基板保持部分図本発明１実施例の照明用ＬＥＤに砲弾型を使用した完成品図本発明１実施例の砲弾型ＬＥＤ及びＰ１３．５Ｓ型口金を使用した構造図本発明１実施例の砲弾型ＬＥＤ及びＰ１３．５Ｓ型口金を使用した完成品図本発明１実施例に使用した昇圧パルス点灯方式デスクリート構成回路図本発明１実施例の電流リミッター回路部分と電池押さえスプリング本発明１実施例の電流リミッター部分を脱着アタッチメント式にした構造図本発明１実施例の半導体回路による降電圧用電流リミッター回路図本発明１実施例の固定抵抗器による降電圧用電流リミッター回路図

符号の説明

１本体両面プリント基板
２口金（−）
３口金底部金属板とハンダ盛り付け（＋）
４本体両面プリント基板テーパー（＋）接続部分
５一般市販の電球用フラッシュライト
６ハンダ付け接続
７ハンダ付け接続
ＩＣ１昇圧スイッチングレギュレータＩＣ
Ｒ１〜Ｒ５チップ型固定抵抗器
Ｃ１〜Ｃ６チップ型コンデンサー
Ｌ１チップ型コイル
Ｄ１〜Ｄ２ショットキーバリアダイオード
ＬＥＤ１照明用チップ発光ダイオード
ＬＥＤ２減電圧表示用赤色チップダイオード
Ｓ１電源ＯＮ−ＯＦＦスイッチ
Ｓ２連動スライド型電源ＯＮ−ＯＦＦスイッチ
ＢＬＩ減電圧表示用電池交換警告灯回路（図６内破線枠表示）
ＶＵＣ１．５Ｖ電源動作用電圧瞬間アップ回路（図７内左側破線枠表示）
Ｂ１３Ｖ電源電池
Ｂ２１．５Ｖ電源電池
ＯＮ点灯
ＯＦＦ消灯（待機）
ＬＥＤ３砲弾型ＬＥＤ
Ｂ３４．５Ｖ以上の電源電池
９昇圧用電子回路部品を省いたＬＥＤライトユニット
１０半導体ＩＣ又は固定抵抗器による降電圧用電流リミッター回路
１１降電圧用電流リミッター回路取り付け兼電池押さえスプリング
１２降電圧用電流リミッター回路入力部
１３降電圧用電流リミッター回路出力部（電池−極接点）
Ｓ３点灯−消灯操作スイッチ

Claims

発光ダイオード照明装置において最終目的照射軸方向と平行に矩形且つ一端中心部を細くテーパー状に尖らせたプリント基板を配置してこのプリント基板の他方の一端中心部分に照明器具のリフレクター円弧中心且つ集光して小さく収束する三次元で特定するポイントに発光ダイオードの発光点中心照射部分が該最終目的照射軸方向になるように取り付けておき、この発光ダイオード点灯に必要な電子回路を備えて構成した該プリント基板を更に該照明器具のリフレクターから脱着可能にするため既存のフィラメント電球に使用する規格品の口金を使い、この口金底部分の金属端子に設けてある丸穴に該細くテーパー状に尖らせたプリント基板を挿入してハンダ付けし、該矩形プリント基板の両端を口金内側面にハンダ付けする事により冷却効果を持たせると共に従来の各種照明器具にもそのまま電球から交換使用できるようにした発光ダイオードユニット。
請求項１で述べた構造と機能を満たし且つこの発光ダイオードユニットに加えられる電源電圧が一定値以下に達したとき別に設けた減電圧表示用ＬＥＤを点灯開始させる電子回路を加え備えて構成した発光ダイオードユニット。