JP6185672B2 - Ｌｅｄランプの安全動作 - Google Patents

Description

本発明は、ランプ及びランプを動作させる方法に関する。特に、本発明はＬＥＤエレメントを含むランプに関する。

高エネルギ効率、小型及び長寿命等の既知の利点により、ＬＥＤは、今日、照明及び信号用途において益々多く使用されている。レトロフィット（改良置換）ＬＥＤランプは、白熱電球又は蛍光灯等の他の技術を置換している。

このようなＬＥＤランプはユーザに対して安全に設計されている。即ち、ＬＥＤエレメントを有する電気回路等の如何なる活性電気部品も被覆され、該ＬＥＤエレメントの通常の動作（運転）及び取り扱いの際における動作電圧との直接的接触（電気的ショックを生じさせ得る）が防止されるようにしている。しかしながら、ＬＥＤランプが破損された場合に問題が生じ得る。

国際特許出願公開第WO2011/027278号公報は、ハウジング内に少なくとも１つのＬＥＤを備えるＬＥＤランプを記載している。絶縁監視装置がハウジングの欠陥を検出し、このような場合にＬＥＤを電源から切り離す。該絶縁監視装置は、上記ハウジングに組み込まれた検出回路、又は欠陥を検出する圧力センサを有することができる。上記ＬＥＤの全極を切断するために、又は該ＬＥＤを電源から永久的に切り離すべくヒューズを短絡するためにスイッチを設けることができる。

破損の場合においても高い安全性を備えるＬＥＤランプを提供するという目的が考えられ得る。

この目的は、請求項１によるＬＥＤランプにより及び請求項１４による動作方法により達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施態様を示す。

本発明によるＬＥＤランプは、少なくとも１つのＬＥＤエレメントを含む電気回路を有する。この電気回路は、発光ダイオード及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む任意のタイプの固体照明エレメントのアレイ又は個々のエレメントを有することができる。

当該ランプは、更に、被覆部材を有する。該被覆部材は、ユーザが当該ランプを活性部分（即ち、当該回路における動作電圧により活性化されている部分）に接触することによる電気的ショックの危険性無しに取り扱うための保護を行うために上記電気回路の少なくとも一部を被覆するために設けられる。該被覆部材は、好ましくは、当該電気回路を完全に隔離するために（電源端子は除く）設けられるハウジングとすることができる。

当該ランプの電気回路は、上記ＬＥＤエレメントに電力を供給するように配設された少なくとも１つの導電体を有する。本発明によれば、当該ランプは、検出器エレメントが前記被覆部材の欠陥（異常）を検出した場合に、該導電体を機械的に切断するために設けられた分離装置を有する。

上記検出器エレメントは、安全な動作を可能にする当該ランプの通常状態と、前記被覆部材の少なくとも一部が破損され、開放され、喪失し又は、さもなければ、前記電気回路の全ての活性部分を安全に隔離する機能を最早満たさない危険性をもたらし得る欠陥を有するような欠陥状態との間を区別することを可能にする。特に、該検出器エレメントは上記被覆部材の機械的破損を検出することができる。

上記検出器エレメントにより欠陥が検出された場合、前記ＬＥＤエレメントへの電力の供給ラインに配置された前記導電体は機械的に切断される。即ち、上記導電体の好ましくは金属材料等の導電性材料は、該材料が永久に分離されて、更なる導電が可能でなくなるように、例えば切断され、切り裂かれ又はそれ以外で機械的に作用される。このように、更なる電力の供給は永久に絶たれ、前記ＬＥＤエレメントの如何なる更なる動作も永久に防止される。

導電体を機械的に切断する、従ってＬＥＤエレメントを永久に切り離すことにより、安全でない動作は回避される。永久的切断は、被覆部材の欠陥（例えば、ハウジングの破損）の場合に、当該ＬＥＤランプが永久に不能化され、交換されねばならないことを保証する。

本発明の好ましい実施態様によれば、前記分離装置は、前記導電体を切断するための運動の力を供給するために始動されるのに適した推進力エレメント（impulse element）を有する。該推進力エレメントは、始動された場合に所要の力を供給するのに適した任意のエレメントとすることもできる。前記導電体を切断するための運動力により、機械部材を推進させることができる。好ましい実施態様に関連して明らかとなるように、該推進される機械部材は、前記導電体が設けられる担体（例えば、回路基板）の一部とすることができ、又は該導電体に機械的に作用するように構成された別個のエレメントとすることができる。

好ましい実施態様によれば、前記推進力エレメントは電気的に始動（トリガ）されるように形成される。トリガ信号として供給される電気信号は、前記運動力を供給するように働くことができる。他の例として、該電気トリガ信号は、例えば電気的、化学的又は機械的形態で事前に蓄積されたエネルギを解放するように働くことができる。

特に好ましい実施態様において、電気トリガ信号は、前記ＬＥＤエレメントへの前記導電体から電気的に隔離されたトリガ導体を介して供給することができる。このようにして、好ましくは、該電気トリガ信号は前記導電体自体を介してではなく、トリガ導体を介して別途に伝導される。

本発明の実施態様においては、別のエレメントが前記導電体を切断するための運動力を供給するように作用することもできる。例えば、始動された場合に機械部材を推進する化学装填物（化学薬剤）を設けることができる。他の例として、始動されると（例えば、ロックエレメントを除去することにより）解放される事前に蓄積されたエネルギを持つバネエレメントを設けることもできる。更に、強磁性エレメントを電磁的に推進させる駆動コイルを設けることもできる。他の実施態様及び上述した実施態様の組み合わせも可能である。

好ましくは、前記導電体はボンドワイヤとすることができる。ワイヤボンディングは、半導体実装において産業規模で広く用いられている柔軟で費用効果的な相互接続技術である。ボンドワイヤは、特に、１５μｍ〜数百μｍの直径を持つアルミニウム、銅又は金から形成され得る。特には、３０μｍ〜１００μｍの直径が好ましい。ボンドワイヤは、切断された場合に電力供給を永久に遮断するのに良く適している。その小さな寸法故に、ボンドワイヤは容易に切断、切り裂き又はそれ以外で容易に切断することができる。

本発明の好ましい実施態様によれば、前記導電体は第１担体部分上及び第２担体部分上に設けることができる。これらの担体部分は、前記導電体を機械的に保持するのに適した任意のエレメントとすることもできる。特に、該担体部分は１以上の回路基板の一部とすることができる。この場合、前記導電体は前記第１及び第２担体部分を分離させることにより切断することができる。かくして、これら担体部分の間の導電体は壊れ、所望の機械的分離が行われる。

本発明の一実施態様においては、複数の破壊ゾーンが前記導電体の長さに沿って（即ち、電気的に直列に）配置される。前記分離装置は、前記導電体を単一の位置において切断することができるのみならず、該導電体が前記破壊ゾーンのうちの少なくとも２つにおいて切断されるように作用することもできる。このことは、上記破壊ゾーンの順次の配置及び結果的な電気的直列接続により、これら破壊ゾーンのうちの１つにおける分離が不完全であったとしても電気的隔離を保証する。

当該ランプは電気端子を有することができ、これら電気端子において該ランプは例えば照明器具、バラスト、主電源接続部等の動作電力の供給源に接続される。整流器回路及びドライバ回路を、前記ＬＥＤエレメントと上記電気端子との間にＡＣ電力が整流されるように電気的に配置することができる。好ましくは、前記導電体に供給されるＡＣ電力は、前記ドライバ回路に供給されるＤＣ電力に整流することができる。該ドライバ回路は前記ＬＥＤエレメントに対して電力を、該ＬＥＤエレメントの照明動作に適するように供給するよう作用する（例えば、電圧、電流又は電力を調整する）。

欠陥の場合に前記分離装置により切断される前記導電体は、前記電気端子と前記整流器回路との間に接続することができる。代わりに、前記導電体は前記整流器回路と前記ＬＥＤエレメントとの間に設けることもできる。両方の場合において、該導電体の分離はＬＥＤエレメントの更なる動作を阻止する。導電体の破壊ゾーンを電気端子と整流器回路との間に設けることは、この回路も同様に不能化するよう作用する。

前記被覆部材の欠陥を知らせるのに適した如何なるタイプの検出器エレメントも使用することができる。１つの好ましい実施態様において、該検出器エレメントは、プラスチック部材又はガラス部材等のブレーカブル（可破壊）基板上に設けられた少なくとも１つの導電性トラックを含むことができる。該ブレーカブル基板は、前記被覆部材の一部とすることができるか、又は該被覆部材に機械的に密に接触して設けることができる。従って、欠陥を生じさせ得るような力又は変形が当該被覆部材に作用した場合、上記ブレーカブル基板は壊れて、前記導電性トラックを遮断し、かくして、該被覆部材の異常が電気的に感知される。好ましい実施態様において、上記ブレーカブル基板は、例えば円形若しくは長方形断面の棒体として、前記ＬＥＤエレメント上の長尺な平らな被覆として、又は前記ＬＥＤエレメントが内部に設けられる管体として等のように、長尺の形態で設けることができる。

本発明の上記及び他の態様は、後述する実施態様から明らかとなり、斯かる実施態様を参照して説明される。

図１は、ＬＥＤランプの第１実施態様の回路図を示す。 図２は、ＬＥＤランプの第２実施態様の回路図を示す。 図３は、分離装置の第１実施態様の概略側面図を示す。 図４ａは、分離装置の第２実施態様の上面図を示す。 図４ｂは、分離装置の第２実施態様の斜視図を示す。 図５ａは、分離装置の第３実施態様の上面図を示す。 図５ｂは、分離装置の第３実施態様の斜視図を示す。 図６ａは、分離装置の第４実施態様の上面図を示す。 図６ｂは、分離装置の第４実施態様の斜視図を示す。 図６ｃは、分離装置の第４実施態様の側面図を示す。 図７は、或る検出器エレメントを備えるＬＥＤランプの実施態様の一部の斜視図を示す。 図８は、他の検出器エレメントを備えるＬＥＤランプの実施態様の一部の斜視図を示す。 図９は、更に他の検出器エレメントを備えるＬＥＤランプの実施態様の一部の斜視図を示す。

図１は、電気端子１４が突出したハウジング１２を含むＬＥＤランプの第１実施態様１０の回路図を示す。該ＬＥＤランプ１０が照明器具（照明固定具）内に取り付けられた場合、主電源接続部等により端子１４に動作電力が供給される。

端子１４は導体（導電体）１６ａ，１６ｂにより整流器１８に電気的に接続され、該整流器はＡＣ電力を整流して、ドライバ回路２０にＤＣ電力を供給する。

ドライバ回路２０は、調整された動作電力を、記号的にのみ示されたＬＥＤエレメント２２に供給する。

ＬＥＤランプ１０は、検出器エレメント２４、安全回路２６及び分離装置２８を備えた安全装置を含んでいる。検出器エレメント２４は安全回路２６に接続され、ハウジング１２の欠陥を電気的に検出するように働く。安全回路２６は、ハウジング１２の欠陥が検出された場合に上記分離装置を始動（トリガ）するために、トリガ導体３０ａ，３０ｂを介して該分離装置２８に電気的に接続されている。分離装置２８は、始動された場合に、導電体１６ａ，１６ｂを機械的に切断するために設けられている。

検出器エレメント２４及び該検出器エレメントのＬＥＤエレメント２２に対する配置の異なる実施態様も可能である。幾つかの例が図７〜図９に示されている。これらの実施態様の各々において、例えばガラス等の可破壊（ブレーカブル）基板上に導電体トラック（導電路）３６が設けられている。ランプハウジング１２に力及び変形が作用した場合、上記ガラス基板は壊れて導電体トラック３６が破断され、このことが、安全回路２６により電気的に検出される。

図７〜図９の実施態様において、ＬＥＤエレメント２２は各々の場合において回路基板３２上に配置された複数の発光ダイオードとして設けられている。図７の実施態様におけるブレーカブル基体はＬＥＤエレメント２２に隣接した配置されたガラス棒３４ａであり、該ガラス棒は回路基板３２が破壊され又は変形された場合に壊れるようになっている。

図８の実施態様において、ブレーカブル基体はＬＥＤエレメント２２上に設けられた平らなガラス被覆板３４ｂであり、該ガラス被覆板は当該ランプが変形された場合に壊れるようになっている。図９の実施態様において、ブレーカブル基体はＬＥＤエレメント２２の周囲に設けられたガラス管３４ｃである。

上記実施態様の各々において、ブレーカブル基体上に設けられた導電性トラック３６は該基体３４ａ，３４ｂ，３４ｃが壊れた場合に遮断される。更に他の実施態様として、ＬＥＤエレメント２２は、導電性トラック３６も有するブレーカブル回路基板（例えば、ガラスから形成される）上に取り付けることができ、該導電性トラックは該回路基板が壊れた場合に遮断される。

図１に戻ると、安全回路２６は検出器エレメント２４における導電性トラック３６の導電性を監視する。導電性トラック３６が遮断された場合、このことはハウジング１２の可能性のある欠陥を知らせることになる。このような状況において、安全回路２６は当該ランプ１０の更なる動作を永久に不能化するように働く。

このことは、電気的トリガ信号をトリガ導体３０ａ，３０ｂを介して分離装置２８に伝送することにより実行される。後述するように、分離装置２８は導電体１６ａ，１６ｂを機械的に切断し、かくして、ランプ１０を永久的に不能化する。

図２は、ＬＥＤランプの第２実施態様１１０の回路図を示す。第２実施態様によるランプ１１０の回路は多くの点で前記第１実施態様と同様である。同様の部分は同様の符号により示されている。以下では、第１及び第２実施態様の間の相違点だけが説明される。

ランプ１０の第１実施態様において分離装置２８は給電端子１４と整流器１８との間に配設された導電体１６ａ，１６ｂに配置されているが、当該分離装置２８は同じ回路の別の位置に配置される。整流器１８をドライバ回路２０に接続するために導電体４０ａ，４０ｂが設けられている。当該分離装置２８は、これらの導電体４０ａ，４０ｂに、始動された場合に該導電体を切断するように配置される。

第１及び第２の両実施態様においては、電源の全ての（２つの）極が分離装置２８により遮断される。

また、両実施態様において安全回路２６には整流された入力電圧から動作電力が供給される。該安全回路２６から分離装置２８へのトリガ信号は、端子１４からＬＥＤエレメント２２までの電源ラインにおける導電体１６ａ，１６ｂ；４０ａ，４０ｂから電気的に隔離されたトリガ導体３０ａ，３０ｂを介して供給される。

以下においては、分離装置２８の種々の実施態様が図３〜図６ｃを参照して説明される。

図３は、分離装置２８の第１実施態様の概略側面図を示す。前記第１実施態様による導電体１６ａ又は前記第２実施態様による導電体４０ａであり得る導電体は、印刷回路基板４２上に導電性トラックとして設けられる。該導電性トラックは、ハウジングの欠陥（異常）の場合に導電体１６ａ，４０ａが遮断されるべき位置に設けられた破壊ゾーン４４において遮断される。該破壊ゾーン４４において、当該導電体はボンドワイヤ４６として設けられる。

ボンドワイヤ４６の近傍には、コイル４８がピストン５０と共に設けられている。ピストン５０は強磁性材料からなり、好ましくは永久磁石を含む。該ピストン５０による導通を防止するために、少なくとも先端は電気的に絶縁される。安全回路２６により供給される前記トリガ信号はコイル４８に印加され、該コイルは強磁性ピストン５０を推進させる磁場を発生するので、該ピストンの鋭利化された先端がボンドワイヤ４６を切り開き、かくして該ワイヤを機械的に切断する。結果として、導電体１６ａ，４０ａは永久に遮断される。

図４ａ，図４ｂは分離装置２８の第２実施態様を示す。前記導電体１６ａ，１６ｂ（又は、４０ａ，４０ｂ）は回路基板４２上に設けられ、各々は、ボンドワイヤ４６が設けられた２つの連続する破壊ゾーン４４ａ，４４ｂ内で遮断される。回路基板４２は、該回路基板４２の残部に緩くのみ接続された切り離しエレメント５２を有している。化学装填物（化学薬剤）５４が、トリガ導体３０ａ，３０ｂに接続された点火接点と共に設けられている。

化学装填物５４は、点火された場合に急速に膨張して推進力を生成することができる任意の可燃性材料とすることもできる。例えば、該化学装填物５４は、点火されると急速に気体に変化する流体又は固体であり得る。特に、該材料は指向性の力を実現するために空洞、ピストンに封入され、又はそれ以外で閉じ込められたものとすることができる。安全である（即ち、自然発火に対して保護されている）可燃性固体の一例は、家庭用マッチで使用されるパラフィンであろう。

化学装填物５４のための点火手段として、例えばタングステン、金、銀、アルミニウム、炭素等から形成されたグローワイヤ又はフィラメント等の別の電気部品を使用することもできる。特に好ましい実施態様において、パラフィン等の火工品的化学装填物５４のための点火源として、ＳＭＴ抵抗等の簡単な抵抗を使用することができる。化学装填物５４を備えたランプを製造する場合、化学装填物５４の材料は、製造工程の間における点火を防止するために半田付け工程の後に適用することが推奨される。

通常動作において、動作電力は導体１６ａ，１６ｂ；４０ａ，４０ｂを介して伝導される。

ハウジングの欠陥が検出された場合、安全回路２６はトリガ導体３０ａ，３０ｂを介してトリガ信号を伝送し、かくして、爆発性装填物５４の点火エレメントが活性化される。このことは、切り離しエレメント５２と回路基板４２の残部との間に配された装填物５４を点火させる。該爆発により発生される機械的力は、図４ｂに示されるように、切り離しエレメント５２を回路基板４２の残部から分離させる。切り離しエレメント５２が回路基板４２の残部から分離されると、ボンドワイヤ４６は破壊ゾーン４４ａ，４４ｂの各々において切り裂かれる。このようにして、導体１６ａ，１６ｂ；４０ａ，４０ｂの各々は２つの連続した位置において機械的に切断され、如何なる更なる導通も安全に遮断される。

図５ａ，図５ｂは分離装置２８の第３実施態様を示す。該第３実施態様は、図４ａ，図４ｂにより上述した第２実施態様と非常に類似している。同様の符号は、同様の部分を示している。以下では、相違点のみが説明される。図４ａ，図４ｂによる第２実施態様におけるのと同様に、導電体１６ａ，４０ａ；１６ｂ，４０ｂは切り離し部５２を備える回路基板４２上に設けられ、２つの破壊ゾーン４４ａ，４４ｂが該切り離し部５２の境界に配置される。トリガ導体３０ａ，３０ｂは化学装填物５４に接続される。

第２実施態様とは異なり、図５ａ，図５ｂによる第３実施態様の切り離し部５２は回路基板４２の残部に回動可能に取り付けられ、該切り離し部の下には圧縮されたバネ５６が配置される。封止体（シール）５８が、切り離し部５２をバネ力に抗して定位置に保持する。

トリガ信号がトリガ導体３０ａ，３０ｂを介して伝送され、化学装填物５４が点火されると、このことは、封止体５８を除去し、切り離し部５２を自由にする。圧縮されたバネ５６の力により、切り離し部５２は図５ｂに示されるように回動し、これにより、破壊ゾーン４４ａ，４４ｂに配置されたボンドワイヤ４６を切断する。

図６ａ〜図６ｃは分離装置２８の第４実施態様を示す。該第４実施態様は、図５ａ，図５ｂにより上述した第３実施態様と非常に類似している。同様の符号は、同様の部分を示している。以下では、相違点のみが説明される。

第４実施態様によれば、下側の圧縮されたバネ５６により付勢された第１の回動可能な切り離し部５２ａ及び第２の回動可能な切り離し部５２ｂが設けられる。これら切り離し部５２ａ，５２ｂは封止体５８により一緒に保持され、該封止体には点火手段を備える化学装填物５４が固定されている。導電体１６ａ，４０ａ；１６ｂ，４０ｂの各々には、ボンドワイヤにより連続した破壊ゾーン４４ａ，４４ｂ，４４ｃが形成される。

装填物５４が点火されると、封止体５８が除去されて、切り離し部５２ａ，５２ｂが開く扉のように回動し（図６ｂ参照）、これにより破壊ゾーン４４ａ，４４ｂ，４４ｃの各々におけるボンドワイヤを切断する。

以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明した。しかしながら、このような図示及び説明は解説的又は例示的なものであって限定するものではないと見なされるべきである。即ち、本発明は開示された実施態様に限定されるものではない。

例えば、開示された回路配置、分離装置の実施態様及び検出器の実施態様の何れも、任意に組み合わせることができる。開示された全極の切断が好ましいが、代わりに、ＬＥＤエレメント２２の更なる動作を防止するのに十分な１極のみの切断も可能である。

尚、請求項において“有する”なる文言は他の要素を排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。また、請求項における如何なる符号も当該範囲を限定するものと見なしてはならない。

Claims (14)

1. − 被覆部材により覆われた少なくとも１つのＬＥＤエレメントを備える電気回路、
   を含むランプであって、
   − 検出器エレメントが前記被覆部材の欠陥を検出した場合に、前記ＬＥＤエレメントに電力を供給する少なくとも１つの導電体を機械的に切断する分離装置が設けられた、
   ランプ。
2. − 前記分離装置が、前記導電体を切断するための運動の力を供給するために始動される推進力エレメントを有する、
   請求項１に記載のランプ。
3. − 前記分離装置が電気的に始動される、
   請求項１又は請求項２に記載のランプ。
4. − 前記検出器エレメントに接続された安全回路から前記分離装置に、電気トリガ信号が前記導電体から電気的に隔離されたトリガ導体を介して供給される、
   請求項１ないし３の何れか一項に記載のランプ。
5. − 前記推進力エレメントが化学装填物を有する、
   請求項２に記載のランプ。
6. − 前記推進力エレメントがバネエレメントを有する、
   請求項２に記載のランプ。
7. − 前記推進力エレメントが強磁性エレメントを電気的に推進させる駆動コイルを有する、
   請求項２に記載のランプ。
8. − 前記導電体がボンドワイヤである、
   請求項１ないし７の何れか一項に記載のランプ。
9. − 前記導電体が第１担体部分上及び第２担体部分上に設けられ、
   − 前記導電体が前記第１及び第２担体部分を分離させることにより切断される、
   請求項１ないし８の何れか一項に記載のランプ。
10. − 複数の破壊ゾーンが前記導電体の長さに沿って配置され、
    − 前記導電体が前記破壊ゾーンのうちの少なくとも２つにおいて切断される、
    請求項１ないし９の何れか一項に記載のランプ。
11. − 整流器回路及びドライバ回路が前記ＬＥＤエレメントと電気端子との間に電気的に配設され、
    − 前記導電体が前記電気端子と前記整流器回路との間に接続される、
    請求項１ないし１０の何れか一項に記載のランプ。
12. − 整流器回路及びドライバ回路が前記ＬＥＤエレメントと電気端子との間に電気的に配設され、
    − 前記導電体が前記整流器回路と前記ドライバ回路との間に接続される、
    請求項１ないし１０の何れか一項に記載のランプ。
13. − 前記検出器エレメントが、可破壊基体上に設けられた少なくとも１つの導電性トラックを含む、
    請求項１ないし１２の何れか一項に記載のランプ。
14. ランプを動作させる方法であって、
    − 電力がＬＥＤエレメントに少なくとも１つの導電体を介して供給されるステップと、
    − 前記ＬＥＤエレメントを含んだ電気回路を被覆する被覆部材の欠陥が検出されるステップと、
    − 前記欠陥が検出された場合に前記導電体が機械的に切断されるステップと、
    を有する、方法。
    

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