JP6582961B2 - Ｌｅｄランプ及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤランプ及び照明装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を光源とするＬＥＤランプが商品化されている。
蛍光灯を点灯させるための既存の照明器具を、安定器の構造を変更することなくそのまま用いてＬＥＤランプを点灯することが行われている。このようなＬＥＤランプは工事レスタイプと呼ばれている。
インバータ式安定器対応の直管形ＬＥＤランプでは、安定器特性を利用して省エネルギー化を実現している。

大半のインバータ式安定器は定電流制御であり、電力（Ｗ）は電圧（Ｖ）に比例して上下することとなる。上記工事レスタイプの直管形ＬＥＤランプでは、安定器より受ける２次電圧（Ｖ）を低くして電力を低減し、省エネルギー化を実現している。
上記２次電圧は、直管形ＬＥＤランプ内のＬＥＤ素子の直列数の合計Ｖｆ（順方向電圧）でコントロールすることが可能である。
インバータ式安定器の中には、少数であるが定電力制御のものも存在する。この場合２次電圧を低く設定しても２次電流（Ｉ）が大きくなり、省エネルギー効果が現れないだけでなく、２次電流の増大に伴う回路電流の増加、すなわちＬＥＤ素子に流れる電流の増加が安定器の構成部品へダメージやストレスを与え、安定器の劣化を促進させて照明器具の寿命を短縮させる。

安定器の構成部品の劣化に対する余裕度の確保の観点から、２次電圧の設定を高くする必要があり、一部の安定器が原因で省エネルギーを目的とした設計ができない、という問題があった。
特許文献１には、インバータ式安定器の出力電流が予め設定された電流値を超える場合、ＬＥＤ素子の接続を直列接続から並列接続に切り替え、逆の場合には並列接続から直列接続に切り替える接続切替回路を有する蛍光灯型ＬＥＤランプが開示されている。

特許文献１に記載の技術は、安定器に対するＬＥＤランプの適合、不適合のいずれにも対応可能した構成であり、省エネルギーを目的とした設計とは言い難い。
照明器具にＬＥＤランプを装着したときに、安定器に対する不適合を簡単に識別することができれば、ユーザは不適合の安定器にはＬＥＤランプを使用しないという認識ができ、安定器が不適合の状態で使用することによる照明器具の寿命の早期低下を回避できる。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、安定器が不適合の状態で使用することによる照明器具の寿命の早期低下を回避できるＬＥＤランプの提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のＬＥＤランプは、ランプ本体と、前記ランプ本体の内部に配置されたＬＥＤ素子と、前記ランプ本体が装着される照明器具に設けられている安定器に対する前記ランプ本体の不適合を報知する報知手段とを備え、前記報知手段は、前記ＬＥＤ素子に流れる電流を測定し測定された電流が基準値を超えた場合に信号を出力する過電流検出手段と、前記過電流検出手段から出力された信号に基づいて前記不適合を通知する通知手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、安定器が不適合の状態で使用することによる照明器具の寿命の早期低下を回避できるＬＥＤランプを提供できる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。 インバータ式安定器のＶＩ特性を示す図で、（ａ）は定電流制御の場合の特性図、（ｂ）は定電力制御の場合の特性図である。 本発明の一実施形態の回路構成を示す図である。 図３の回路構成の詳細を示す図である。 従来のＬＥＤランプにおける回路構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１に基づいて、本実施形態に係るＬＥＤランプ及び照明装置の構成を説明する。
図１は、照明装置２００の外観を示す分解斜視図である。照明装置２００は、ＬＥＤランプとしての直管形ＬＥＤランプ１００と、直管形ＬＥＤランプ１００を装着する照明器具１５０とを備えている。
照明器具１５０は、蛍光灯を点灯させるための器具と同じものであり、ソケット１５１ａ、１５１ｂの穴位置に合わせて直管形ＬＥＤランプ１００の端子（４ａ〜４ｄ）を差し込む。
商業用電流が端子（４ａ〜４ｄ）から直管形ＬＥＤランプ１００内のＬＥＤ素子に流れ、直管形ＬＥＤランプ１００が点灯するようになっている。

直管形ＬＥＤランプ１００は、主に、棒状（平板状、筒状の概念を含む）の筐体２と、透光性で且つ拡散性の性質を持つカバー部材３と、照明器具１５０に電気的に接続可能な口金１ａ、１ｂとから構成されている。口金１ａ、１ｂには、長手方向外側に突出する端子４ａ〜４ｄが備えられている。
筐体２、カバー部材３及び口金１ａ、１ｂによってランプ本体が構成されている。

口金１ａ、１ｂは、複数のねじ５ａ〜５ｄによって筐体２に固定されることで、筐体２とこれに嵌合されたカバー部材３とが一体になるように包み込んでいる。
筐体２にはＬＥＤ素子が長手方向に所定の間隔で複数実装されたＬＥＤ基板が支持されている。また、筐体２にはＬＥＤ素子を点灯させる後述の駆動回路が備えられている。

図２（ａ）に、定電流制御方式のインバータ式安定器のＶＩ特性を示す。ほとんどの安定器は定電流制御方式に属する。安定器から受ける２次電圧を、ＬＥＤ素子の直列配置数で下げることにより、電力を低減することができる。
図２（ｂ）に定電力制御方式のインバータ式安定器のＶＩ特性を示す。一部の安定器がこの方式に属する。２次電圧をＬＥＤ素子の直列配置数でコントロールしても、２次電流が増加して低電力化できない。

２次電圧を低減しすぎると、２次電流の増加で安定器内部の部品へストレスが掛かる可能性がある。これに起因して２次電圧を高めに設定し余裕度を確保するため、定電流制御のインバータ式安定器でも電力の低減が困難となる。

図５に従来のＬＥＤランプにおける回路構成を示す。
従来では、各端子４ａ〜４ｄから入力される電流を整流器としてのダイオードブリッジ６、８で整流し、駆動回路１０で各ＬＥＤ素子１２を点灯する。インバータ式安定器の出力が高いものほどＬＥＤ素子１２に流れる電流は大きくなる。

図３に本実施形態に係る直管形ＬＥＤランプ１００の回路構成を説明する。
直管形ＬＥＤランプ１００は、その内部に、照明器具１５０に設けられている安定器に対するランプ本体の不適合を報知する報知手段１４を有している。
報知手段１４は、ＬＥＤ素子１２に流れる電流を測定し、基準値を超えた場合に信号を出力する過電流検出手段１６と、過電流検出手段１６から出力される信号に基づいて不適合を視覚的に通知する通知手段１７とを有している。
通知手段１７は、過電流検出手段１６から出力された信号の有無でオン・オフする電流バイパス回路１８と、電流バイパス回路１８のオン・オフで明滅ないし明暗するＬＥＤ素子群１２とからなり、ＬＥＤ素子群１２の明滅ないし明暗により不適合を視覚的に通知する。

図４に示すように、過電流検出手段１６は、抵抗２０と、抵抗２０の両端の電圧を測定する電圧計２２と、電圧計２２で測定された電圧により算出された電流と基準値ＳＶとを比較するコンパレータ２４とを備えている。基準値ＳＶは予め設定された基準値電流または閾値電流である。
ＬＥＤ素子１２群を流れる電流が閾値を超えた場合、コンパレータ２４は閾値超過信号を駆動回路１０に出力する。コンパレータ２４は閾値を超えたときに動作し、ラッチせずに復帰する。

ＬＥＤ素子１２群に流れる電流（ＬＥＤ電流）を測定すると、インバータ式安定器の定格入力電力（Ｗ）をほぼ算出することができる。ＬＥＤ素子群に掛かる電圧（ＬＥＤ電圧）はＬＥＤ素子の直列数によりほぼ固定であるため、ＬＥＤ電流でＷを算出することができる（Ｗ＝ＬＥＤ電圧×ＬＥＤ電流）。
ＬＥＤ素子の直列数の設計次第となるが、例えばＬＥＤ素子の直列数を４０とするとＬＥＤ電圧は１２８Ｖとなる。これに対応するインバータ式安定器の定格入力電力から、直管形ＬＥＤランプの設置時に１灯あたり８５Ｗ以上は故障の可能性があると推測できる。
この例では、Ｉ＝８５／１２８＝０．６６４（Ａ）となり、基準値ＳＶは６６４ｍＡとなる。

電流バイパス回路１８は、端子４ａと４ｄ間に接続されたコンデンサ２６とスイッチ２８、及び端子４ｂと４ｃ間に接続されたコンデンサ３０とスイッチ３２を有している。
スイッチ２８、３２は、リレーやＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等で構成されている。

報知手段１４による動作を説明する。
直管形ＬＥＤランプ１００を照明器具１５０に装着し、照明器具１５０に設けられている安定器に電気的に接続する。ＬＥＤ素子１２群を流れる電流が閾値を超えた場合、コンパレータ２４は閾値超過信号を駆動回路１０に出力する。
これを受けて、駆動回路１０は電流バイパス回路１８のスイッチ２８、３２をオンさせる信号を出力する。電流バイパス回路１８がオンすると、安定器から出力される２次電流はバイパス回路（コンデンサ）経由で流れるため、ＬＥＤ素子１２群に流れる電流は減少し、照度低下を起こして暗くなる。

ＬＥＤ素子１２群に流れる電流が減少しているため、過電流検出手段１６は閾値超過信号の出力を停止し、電流バイパス回路１８のスイッチ２８、３２がオフする。
この時、安定器の２次電流は全てＬＥＤ素子１２群を経由するため、ＬＥＤ素子１２群を流れる電流は増加し、照度が上昇する。ＬＥＤ素子１２群を流れる電流が再度上昇して閾値に達すると、過電流検出手段１６は再度超過信号を出力し、同じ動作が繰り返される。
電流バイパス回路１８がオンした段階でインピーダンス低下が起こるため、過電流検知または短絡検知が作動する安定器、すなわち直管形ＬＥＤランプ１００に対して不適合な安定器が存在することになる。この場合再起動と消灯（明滅ないし明暗）を繰り返す。

通知手段１７は、電流バイパス回路１８が動作することで、ＬＥＤ素子１２群を流れる電流に変化を与え、発光量（光束）を変動させて明滅ないし明暗を繰り返し、視覚的に通知する。
明滅ないし明暗の周期は０．１Ｈｚ〜５０Ｈｚとなり、安定器固有値となる。明滅（点灯と消灯）の周期は、安定器の過電流検知または短絡検知による再起動と消灯の周期であり、０．１ＨＺ〜１０Ｈｚとなる。明暗（点灯と減光点灯）の周期は過電流状態が電流バイパスにより自己解除する周期であり、１Ｈｚ〜５０Ｈｚとなる。

意図的に上記明滅動作を発生させることで、装着したＬＥＤランプが安定器に不適合であることを使用者に視覚的に認識させることが可能となる。
このため、簡単な操作で容易に安定器に対するＬＥＤランプの不適合を認識することができるとともに、認識できずに使用した場合の安定器の数か月程度の短期の劣化や損傷を防止することが可能となる。
不適合となる一部の安定器を除外して使用することにより、安定器が不適合の状態で使用することによる照明器具の寿命の早期低下を回避できるとともに、省エネルギーを目的とした設計が可能となる。

インバータ式安定器において、コンデンサは軽負荷であり、閾値超過信号が出力されたときに２次電流がコンデンサへ流れるため、この時のＬＥＤ素子１２の照度は低下し暗くなる。
過電流検出手段１６の検知回路はラッチしないため、閾値を上下するタイミングで明滅動作（異常点灯）となる。

上記実施形態では、過電流検出手段１６を、コンパレータで基準電圧と検出電圧とを比較する回路構成としたが、精度は落ちるものの、トランジスタとツェナダイオードとを用いた低コスト構成としてもよい。
また、上記実施形態では、通知手段を、電流バイパス回路とＬＥＤ素子群とからなり、視覚的に通知する構成としたが、通知手段として警告ランプを設けて該警告ランプの点灯によって不適合を視覚的に知らせるようにしてもよい。通知手段としてブザー等を設けて不適合を音で知らせるようにしてもよい。
また、上記実施形態では直管形のＬＥＤランプについて説明したが、直管形ではないＬＥＤランプにおいても同様に実施することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１２ ＬＥＤ素子
１４ 報知手段
１６ 過電流検出手段
１７ 通知手段
１８ 電流バイパス回路
２４ コンパレータ
２６、３０ コンデンサ
２８、３２ スイッチ
１００ ＬＥＤランプとしての直管形ＬＥＤランプ
１５０ 照明器具
２００ 照明装置

特開２０１５−１０９１６４号公報

Claims (6)

1. ランプ本体と、
   前記ランプ本体の内部に配置されたＬＥＤ素子と、
   前記ランプ本体が装着される照明器具に設けられている安定器に対する前記ランプ本体の不適合を報知する報知手段とを備え、
   前記報知手段は、前記ＬＥＤ素子に流れる電流を測定し測定された電流が基準値を超えた場合に信号を出力する過電流検出手段と、前記過電流検出手段から出力された信号に基づいて前記不適合を通知する通知手段とを有するＬＥＤランプ。
2. 請求項１記載のＬＥＤランプにおいて、
   前記通知手段は、前記過電流検出手段から出力された信号の有無でオン・オフする電流バイパス回路と、前記電流バイパス回路のオン・オフで明滅ないし明暗する前記ＬＥＤ素子とを有し、前記不適合を視覚的に通知することを特徴とするＬＥＤランプ。
3. 請求項２記載のＬＥＤランプにおいて、
   前記過電流検出手段は、前記基準値と前記測定された電流とをコンパレータにより比較する回路を有することを特徴とするＬＥＤランプ。
4. 請求項２記載のＬＥＤランプにおいて、
   前記過電流検出手段は、トランジスタとツェナダイオードとを有することを特徴とするＬＥＤランプ。
5. 請求項２ないし４の何れか一つに記載のＬＥＤランプにおいて、
   前記電流バイパス回路がコンデンサとスイッチとで構成されていることを特徴とするＬＥＤランプ。
6. 請求項１ないし５の何れか一つに記載のＬＥＤランプと、前記ＬＥＤランプを装着する照明器具とを備えたことを特徴とする照明装置。

Images