直管型発光ダイオード式照明灯
【課題】チョッパ式定電流回路を有する直流電源装置を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯を既存の蛍光灯設備に取り付けると故障のおそれがある。また、点灯が安定しない。
【解決手段】直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２と発光ダイオード素子３と一対のプラグ４とを含んでなる。直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２を内蔵する。直流電源装置２は、整流器５とチョッパ式定電流回路６とバイパス電路７とを含んでなる。チョッパ式電流回路６は、スイッチング素子ＴＲを有する。チョッパ式電流回路６は、スイッチング素子ＴＲと、発光ダイオード素子３に供給する電流が所定の電流値を超えないようにスイッチング素子ＴＲを導通させるとともに電流が所定の電流値を超えたときに予め定められた一定時間スイッチング素子ＴＲを非導通にすることを繰り返す。
【解決手段】直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２と発光ダイオード素子３と一対のプラグ４とを含んでなる。直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２を内蔵する。直流電源装置２は、整流器５とチョッパ式定電流回路６とバイパス電路７とを含んでなる。チョッパ式電流回路６は、スイッチング素子ＴＲを有する。チョッパ式電流回路６は、スイッチング素子ＴＲと、発光ダイオード素子３に供給する電流が所定の電流値を超えないようにスイッチング素子ＴＲを導通させるとともに電流が所定の電流値を超えたときに予め定められた一定時間スイッチング素子ＴＲを非導通にすることを繰り返す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード式照明灯に関する。特に、本発明は、直流電源装置を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前から発光ダイオード素子は、信号灯、電光掲示板、モニタのバックライトのような表示装置の光源に広く利用されている。近年、発光ダイオード素子で白色光を得る技術が進歩したことによって、自動車のヘッドライトのように照明装置の光源に発光ダイオード素子が利用されるようになってきている。とりわけ、一般家庭向けに電球型発光ダイオード式照明灯が市販化されて注目を集めている。
【０００３】
発光ダイオード式照明の最大の利点は、同一の光量における発光ダイオード素子の消費電力が白熱灯に比べて低いことである。また、発光ダイオード式照明は、いくつかの優れた点を有する。例えば、点灯と同時に最大光量を得ることができる。また、万一複数の発光ダイオード素子のいくつかが破損したとしても、発光ダイオード式照明灯は継続して使用することができ、維持管理の負担が大幅に軽減される。
【０００４】
ところで、蛍光灯は、陰極に電流を流して加熱し放電を発生させ、交流の電流を供給してアーク放電を維持させながら放電にともなって発生する紫外線を蛍光体に当てて可視光線を得ている。そのため、白熱灯と異なって、直接電圧を印加しただけで蛍光灯を点灯させることができず、蛍光灯には始動器（スタータ）と安定器が設けられている。始動器がフィラメントを予熱して高電圧（キック電圧）を発生させ、安定器が放電が発生した後のアーク放電中の定電流を維持する。
【０００５】
安定器として、一般家庭に普及しているグロー式安定器、インバータを含む電子式安定器、主に施設に普及しているラピッド式安定器がよく知られている。同一の方式の安定器であっても、チョークコイル形、磁気漏れ変圧器形、フリッカレス形、リードピーク形（ピーク進相形）、ハイブリッド形、共振形のような種々の形式がある。したがって、蛍光灯の安定器は、大小様々で何十種類にも及ぶ。
【０００６】
一方、発光ダイオード式照明装置は、直列または並列に接続される半導体素子である複数の発光ダイオード素子に直流電流を供給し電力を光エネルギに変換して光を得ている。そのため、発光ダイオード式照明装置には直流電源として商用交流から直流電流を得る整流器が設けられている。また、発光ダイオード素子の光量を一定にして明るさを安定させるために発光ダイオード素子に定電流を供給する定電流回路が要求される。
【０００７】
発光ダイオード式照明装置の直流電源装置の定電流回路として、整流器から出力される直流電圧を平滑コンデンサによって平滑化して定電流を供給するコンデンサ式定電流回路がよく知られている。コンデンサ式定電流回路は、定電流回路の構成が比較的簡単でありながら理想の直流電圧に近い電圧波形を得ることができる。
【０００８】
しかしながら、コンデンサ式定電流回路では、要求される電流容量が大きいことから基本的に耐久性が低い電解コンデンサを平滑コンデンサとして適用せざるを得ない。電解コンデンサが壊れやすいために発光ダイオード式照明装置の耐用年数を短くしてしまい信頼性を損なわせる原因になっている。また、電解コンデンサの破損による事故のおそれがあるので、特別な安全対策が必要である。
【０００９】
ダイオードなどによる半導体式定電流回路は、コンデンサ式定電流回路に比べて安全性が高いが、発光ダイオード素子を安定して点灯させるにはリップルを十分に取り除くことができない。そのため、発光ダイオード式照明装置の直流電源装置の定電流回路として、チョッパ式定電流回路が主流になりつつある。チョッパ式定電流回路は、高周波でオンオフする高速スイッチング素子を使用することによってリップルを可能な限り小さく抑えて、少なくとも人が感知し得る範囲でちらつきをなくすことに成功している。
【００１０】
このように、発光ダイオード式照明装置は、商用交流を入力して発光ダイオードに直流電流を供給する固有の直流電源装置を備えているため、始動器を含む安定器を有する蛍光灯設備の蛍光管だけを外して直管型発光ダイオード式照明灯を付け替えるようにすることは簡単なことではない。特定の形式の安定器を有する蛍光灯設備に限定的に蛍光管だけを直管型発光ダイオード照明灯に換装するようにすることは比較的容易であるかも知れない。しかしながら、安定器の種類が多いため、適用できる範囲は極めて限られる。
【００１１】
既存の蛍光灯設備に代えて直管型発光ダイオード式照明装置を新しく設置するためには取付工事が必要である。そのため、直管型発光ダイオード照明装置の設備には、取付工事に要する時間と初期費用の負担がある。しかも、直流電源装置には本質的に方式が異なる複数の種類が存在するので、一度直管型発光ダイオード式照明装置の取付工事をすると、蛍光灯設備に戻すことも、別の種類の直流電源装置を備えた直管型発光ダイオード式照明装置に変更することも容易ではない。
【００１２】
もともと電球型発光ダイオード式照明灯に比べて相当多くの発光ダイオード素子が必要である直管型発光ダイオード式照明灯は、既存の蛍光管との価格差が大きい。そのため、省エネルギであることから将来が期待されているにも関わらず、直管型発光ダイオード式照明装置の導入が躊躇されてしまい、普及が遅れているのが実情である。
【００１３】
例えば、特許文献１は、取付方向に関わらず既存の蛍光灯設備の安定器を通して発光ダイオード素子に直流電流を供給できる直流電源装置を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯のアイデアを提案している。特許文献１の発明によると、取付工事が不要であり、詳しい電気的知識がなくても既存の蛍光灯設備に直管型発光ダイオード式照明灯を取り付けることができる。そのため、直管型発光ダイオード式照明装置の導入時の負担を軽減できる。また、直管型発光ダイオード式照明装置の構造を簡単にして製造をより容易にすることができ、コストが低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１９２８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、チョッパ式定電流回路を有する直流電源装置を内臓した直管型発光ダイオード式照明灯を既存の蛍光灯設備に取り付けると、点灯直後に供給される直流電源が不安定であるため、チョッパ式定電流回路が正しく動作しなくなり、故障の原因になる。特に、既存の蛍光灯設備に２本の直管型発光ダイオード式照明灯を直列に装着した場合に、２本の直管型発光ダイオード式照明灯の直流電源装置が競合して均等な明るさを得ることができなくなる。
【００１６】
本発明は、上記課題に鑑みて、安定器から電力を入力して発光ダイオード素子に直流電流を供給できる直流電源装置を内蔵した発光ダイオード式照明灯であって、より安定して点灯できる改良された直管型発光ダイオード式照明灯を提供することを主たる目的とする。本発明の直管型発光ダイオード式照明灯によって達成されるいくつかの有利な点は、具体的な実施の形態の説明において詳細に記述される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の直管型発光ダイオード式照明灯は、上記課題を解決するために、直流電源装置（２）を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯（１）において、直流電源装置（２）が、整流器（５）と発光ダイオード素子（３）との間に直列に設けられるスイッチング素子（ＴＲ）を有し発光ダイオード素子（３）に供給する電流が所定の電流値を超えないようにスイッチング素子（ＴＲ）を導通させるとともに電流が所定の電流値を超えたときに予め定められた一定時間スイッチング素子（ＴＲ）を非導通にすることを繰り返すようにスイッチング素子（ＴＲ）を導通制御するチョッパ式定電流回路（６）を含んでなるようにする。
【００１８】
具体的に、上記一定時間は、発光ダイオード素子（３）の光量が安定する程度十分にスイッチング素子（ＴＲ）が導通する反応を遅らせることができる時間よりも長い時間で発光ダイオード素子（３）に供給される直流電流のリップルが発光ダイオード素子（３）の明るさの変動を発生させない時間よりも短い時間に設定される。
【００１９】
また、直流電源装置（２）は、チョッパ式定電流回路（６）よりも整流器（５）側に整流器（５）に直列かつ発光ダイオード素子（３）に並列に接続され整流器（５）に電流を直接還流するバイパス電路（７）と、バイパス電路（７）に設けられ整流器（５）に還流する電流を整流器（５）が破損しない小さい電流に制限する電流制限抵抗（ＲＡ）と、を含んでなるようにされる。
【００２０】
また、整流器（５）は、一対のプラグの一対の入出力端子（ＴＭ）の一方の端子と一対の空端子（ＴＳ）の一方の端子とに接続する第１整流器（５Ａ）と一対の入出力端子（ＴＭ）の他方の端子と一対の空端子（ＴＳ）の他方の端子とに接続する第２整流器（５Ｂ）と、を含んでなるようにされる。
【００２１】
上記符号は、説明の便宜上付されたものである。上記符号は、本発明を具体的に図面に示されている直管型発光ダイオード式照明灯と同一の構成に限定するものではない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の直管型発光ダイオード式照明灯は、電流が所定値を超えたときに十分に長い一定時間スイッチング素子を非導通にするので、スイッチング素子のスイッチング動作が安定し、チョッパ式定電流回路が起動時から正しく作動する。そのため、直流電源装置の故障が発生しにくくなる。また、光量を安定させることができる。とりわけ、２本の直管型発光ダイオード式照明灯を直列に装着した場合に、各直流電源装置が協調するので、各直管型発光ダイオード式照明灯の発光ダイオード素子にそれぞれ安定して所要の電流が供給される。そのため、各直管型発光ダイオード式照明灯の間で光量のばらつきが発生しない。
【００２３】
大きい抵抗値の電流制限抵抗を含む整流器に電流を直接還流するバイパス電路を設けた場合は、点灯直後から定電流で安定するまでの不安定な直流電流をバイパス電路に流入させて発光ダイオード素子に振動的な電流が供給されないようにすることができる。また、整流器が第１整流器と第２整流器を有する場合は、取付方向に関係なく、直管型発光ダイオード式照明灯を安定して点灯させることができる。とりわけ、２本の直管型発光ダイオード式照明灯を直列に装着した場合に、各直管型発光ダイオード式照明灯にそれぞれ安定した所要の電流が供給され、各直管型発光ダイオード式照明灯の間で光量のばらつきが発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の直管型発光ダイオード式照明灯の基本的な構成を示す電気回路ブロック図である。
【図２】グロー式蛍光灯の蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯に換装したときの基本の構成を示す電気回路ブロック図である。
【図３】２灯型ラピッド式蛍光灯の蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯に換装したときの基本の構成を示す電気回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、直管型発光ダイオード式照明灯の直流電源装置の構成を模式的に示す。図１では、本発明の技術思想に直接関係しない部品素子と電路が省略されている。図１は、本発明の一例を示すので、本発明を実施するための実際の直流電源装置を図１に示される直流電源装置の構成と全く同一にすることが要求されず、必要に応じて設計変更をすることが許容される。
【００２６】
直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２と、複数の発光ダイオード素子３と、一対のプラグ４とを含んでなる。直流電源装置２は、直管型発光ダイオード式照明灯１に内臓されている。直流電源装置２は、整流器５と、電子式定電流回路であるチョッパ式定電流回路６と、バイパス電路７とを含んでなる。直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２を内蔵するので、図２または図３に示されるように、安定器１０を含む既存の蛍光灯設備の蛍光管と換装することができる。
【００２７】
複数の発光ダイオード素子３は、整流器５を直流電源として直流電源に直列に接続される。複数の発光ダイオード素子３は、互いに直列に接続される。複数の発光ダイオード素子３は、整流器５の出力する直流電流に相応する光量で発光する。したがって、整流器５から出力される直流電流が同じとき、直列に接続されている発光ダイオード素子３の数によって各発光ダイオード素子３にかかる負荷と光量が決まる。なお、複数のダイオード素子３の直列回路を複数並列に設けることができる。
【００２８】
直管型発光ダイオード式照明灯１の外形は、取り付ける蛍光灯設備の蛍光管の全長と最大の外径が同じである。直管型発光ダイオード式照明灯１の両端に規格サイズの蛍光灯の口金と同一規格の２つの端子ピンを有する一対のプラグ４が設けられている。例えば、図１に示される直管型発光ダイオード式照明灯１には、蛍光灯の口金の規格Ｇ１３と同一規格の４つの端子ピンが設けられている。
【００２９】
したがって、直管型発光ダイオード式照明灯１は、既存の規格サイズの蛍光管と互換性を有する。もちろん、蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯１に換装する障害がない範囲で直管型発光ダイオード式照明灯１の外形が蛍光管と全く同一であることは要求されない。
【００３０】
一対のプラグ４の一端側のプラグ４Ａの入出力端子ＴＭと他端側のプラグ４Ｂの入出力端子ＴＭとが対になっている。また、プラグ４Ａとプラグ４Ｂの空端子ＴＳが対になっている。蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯１に換装した場合、一対の入出力端子ＴＭは、安定器１０から交流電流を入出力する両端子を形成する。また、一対の空端子ＴＳは、予熱回路２０に接続する端子を形成する。本発明において空端子とは、文字通りに全く回路に接続しないことを意味するものではなく、発光ダイオード素子に電力を供給する回路に接続しない端子を意味し、閉じられている予熱回路２０に接続する端子も空端子という。
【００３１】
整流器５は、ダイオードブリッジ回路で単相全波整流を行なうシリコン整流器である。整流器５は、交流電流を入力して整流し、直流電流を出力する直流電源である。整流器５は、一対のプラグ４の一対の入出力端子ＴＭの一方の端子と一対の空端子ＴＳの一方の端子とに接続する第１整流器５Ａと、一対の入出力端子ＴＭの他方の端子と一対の空端子ＴＳの他方の端子とに接続する第２整流器５Ｂと、を含んでなる。
【００３２】
具体的に、整流器５Ａは、図１に示されるように、一対のプラグ４の一端側のプラグ４Ａの入出力端子ＴＭと他端側のプラグ４Ｂの空端子ＴＳとを接続端子とする。また、整流器５Ｂは、他端側のプラグ４Ａの空端子ＴＳと他端側のプラグ４Ｂの主入出力端子ＴＭとを接続端子とする。
【００３３】
したがって、両端のソケットに直管型発光ダイオード式照明灯１の一対のプラグ４が結合されると、一対の入出力端子ＴＭから直流電源装置２の整流器５の入力端子に正しく接続して電力が供給され、取付方向に関係なく直管型発光ダイオード照明灯１を安定して点灯できるとともに内蔵する直流電源装置２が損傷を受けないようにすることができる。
【００３４】
例えば、図２に示されるグロー式蛍光灯設備に直管型発光ダイオード式照明灯１を装着した場合、第１整流器５Ａの一端子と第２整流器５Ｂの一端子とで１組の入力端子を形成し、安定器１０から供給される交流電流が入力される。ただし、グロー式蛍光灯設備の場合は、予熱回路１０に常に電流が流れないようにするためにグローランプＧＬを予め取り外して予熱回路２０そのものを開いておくことが望ましい。
【００３５】
チョッパ式定電流回路６は、複数の発光ダイオード素子３に定電流を供給する。チョッパ式定電流回路６は、整流器５と発光ダイオード素子３との間に設けられる。チョッパ式定電流回路６は、バイパス電路７よりも発光ダイオード素子３側に設けられる。チョッパ式定電流回路６は、コンデンサ式定電流回路に比べて耐久性に優れているので、直管型発光ダイオード式照明灯１を長寿命にする。チョッパ式定電流回路６では、人が感知できる範囲で明るさの変動はない。
【００３６】
チョッパ式定電流回路６は、整流器５と発光ダイオード素子３との間に直列に設けられるスイッチング素子ＴＲを有する。新規なチョッパ式定電流回路６は、発光ダイオード素子３に供給する電流が所定の電流値を超えないようにスイッチング素子ＴＲを導通させるとともに電流が所定の電流値を超えたときに予め定められた一定時間スイッチング素子ＴＲを非導通にすることを繰り返すようにスイッチング素子ＴＲを導通制御する。
【００３７】
チョッパ式定電流回路６は、発光ダイオード素子３に供給される電流に相当する検出電流が要求される光量に対応して予め設定されている所定の電流値を超えるとスイッチング素子ＴＲを所定の一定時間非導通にする。したがって、スイッチング素子ＴＲのオン時間は検出電流に依存し、オフ時間は一定である。
【００３８】
実施の形態の直管型発光ダイオード式照明灯１の新規なチョッパ式定電流回路６は、起動時に安定器１０から振動的な突入電流が直流電源装置２に供給されてくるとき、電流が所定の電流値を超えると、十分に長い一定時間スイッチング素子ＴＲを非導通にする。そのため、スイッチング素子ＴＲがバタつくように煩雑にスイッチング動作をすることがなく、スイッチング動作が安定する。そのため、チョッパ式定電流回路６が起動時から正しく作動して、直流電源装置２の故障が発生しにくくなる。また、光量を安定させることができる。
【００３９】
実施の形態のチョッパ式定電流回路６は、とりわけ２灯型ラピッド式蛍光灯設備において蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯１に取り替える場合に大変有益である。図３に示されるように、２灯型ラピッド式蛍光灯設備で直管型発光ダイオード式照明灯１に換装した場合、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１が“直列”に接続される。したがって、安定器１０を通して２本の直管型発光ダイオード式照明灯１に交流電流が供給されてくるとき、交流電流は最初に何れか一方の直管型発光ダイオード式照明灯１に入力されてから他方の直管型発光ダイオード式照明灯１に入力される。
【００４０】
そのため、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の各チョッパ式定電流回路６の間でスイッチング素子ＴＲのオンオフのタイミングにずれが発生する。このとき、スイッチング素子ＴＲのオンオフ繰返し周波数が高いと、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１どうしで入力されてくる交流電流を巡って競合する。その結果、何れか一方の直管型発光ダイオード式照明灯１が勝って２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の光量が異なってしまい、不安定な明るさの不釣合いが発生する。
【００４１】
チョッパ式定電流回路６は、スイッチング素子ＴＲを予め定められた一定時間非導通にするので、スイッチング素子ＴＲが供給される直流電流に対して反応の速度が低下して煩雑にスイッチング動作しない。言い換えると、スイッチング素子ＴＲが検出電流に対して導通する“感度”が低くなる。そのため、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の各直流電源装置２においてそれぞれ直流電流を流す反応が遅くなる。その結果、２本直列の直管型発光ダイオード式照明灯１に交流電流を供給しても各直流電源装置２が競合しないため、直流電流の大きさに差が発生せず、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１が同じ光量で点灯する。
【００４２】
スイッチング素子ＴＲを非導通にする一定時間（以下、オフ時間という）の下限（最短）は、発光ダイオード素子３の光量が安定する程度十分にスイッチング素子ＴＲが導通する反応を遅らせることができる時間よりも長い時間である。特に、直列に接続される各直流電源装置２を内蔵した同型の２本の直管型発光ダイオード式照明灯１がそれぞれ入力する交流電流を競合しない程度十分にスイッチング素子ＴＲが導通する反応を遅らせることができる時間である。
【００４３】
一方、オフ時間の上限（最長）は、発光ダイオード素子３に供給される直流電流のリップルが一般に人が感知できる範囲での発光ダイオード素子３の明るさの変動を発生させない時間よりも短い時間である。例えば、実施の形態のチョッパ式定電流回路６では、スイッチング素子ＴＲのオンオフの繰返し周波数が２００ｋＨｚのときでオフ時間は数μｓ程度に設定される。
【００４４】
チョッパ式定電流回路６は、具体的に、高速スイッチング素子ＴＲと検出抵抗ＲＳとの直列回路６Ａと、ゲート回路を含む高周波パルス発生装置６Ｂとを有する。直列回路６Ａは、整流器５と発光ダイオード素子３との間に直列に設けられる。特に、直列回路６Ａは、バイパス電路７よりも複数の発光ダイオード素子３側に設けられる。直列回路６Ａは、複数直列または互いに並列に設けることができる。
【００４５】
高周波パルス発生装置６Ｂは、１００ｋＨｚ以上の高周波パルスを発生する。高周波パルス発生装置６Ｂは、スイッチング素子ＴＲを導通するオン信号と非導通するオフ信号とでなるゲート信号をスイッチング素子ＴＲに出力する。高周波パルス発生装置６Ｂは、検出電流が所定の電流値を超えない間はスイッチング素子ＴＲにオン信号を出力する。高周波パルス発生装置６Ａは、制御装置を含んでなる。高周波パルス発生装置６Ｂには、少なくとも所要の光量に対応する所定の電流値とスイッチング素子ＴＲのオンオフ周波数およびオフ時間とが予め設定されている。
【００４６】
バイパス電路７は、整流器５に直列に接続され、発光ダイオード素子３に並列に接続される。また、バイパス電路７は、チョッパ式定電流回路６の直列回路６Ａよりも整流器５側に設けられている。したがって、バイパス電路７は、起動時に整流器５のプラス極から供給される振動的な突入電流を流入させて整流器５のマイナス極に直接還流する。
【００４７】
点灯直後に整流器５から直流電流が供給されるとき、立上がりから必要な電流値に到達して電流値が安定するまでの間の許容値を超える直流電流は、発光ダイオード素子３とチョッパ式定電流回路６に供給されずに整流器５に戻される。そのため、起動時の振動的な電流でスイッチング素子ＴＲが不安定なスイッチング動作をしない。
【００４８】
バイパス電路７にバイパス電路７を切り離す接点スイッチＳＷが設けられている場合は、バイパス電路７が必要ではない照明設備に直管型発光ダイオード式照明灯１を取り付けるときに、選択的にバイパス電路７を整流器５から物理的に切り離しておくようにすることができる。例えば、直管型発光ダイオード式照明灯１を安定器を通さずに直接商用交流電源に接続する場合は、スイッチＳＷを開放してバイパス電路７を切り離すことができる。
【００４９】
整流器５から供給される直流電流は、インダクタンス素子ＬＡを通って十分に立ち上がって安定した状態になってから発光ダイオード素子３とチョッパ式定電流回路６に実質的に供給されてくる。その結果、スイッチング素子ＴＲの動作が安定し、チョッパ式定電流回路６が起動時から正しく作動することによって点灯直後から光量が安定する。特に、２灯型ラピッド式蛍光灯設備において蛍光管を直流電源装置２を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯１に取り替える場合に、点灯直後から２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の光量にばらつきが発生せず、明るさに不釣合いが生じない。
【００５０】
新規な直管型発光ダイオード式照明灯１の直流電源装置２には、バイパス電路７に直列にバイパス電路７に流入する電流を制限する電流制限抵抗ＲＡが設けられている。電流制限抵抗ＲＡの抵抗値は、例えば、整流器５の出力電圧が５０Ｖ〜１５０Ｖでチョッパ式定電流回路６の設定電流（所定の電流値）が数百ｍＡのときで１ＭΩ程度である。電流制限抵抗ＲＡは、整流器５に還流する電流を整流器５が破損しない小さい電流に制限する。電流制限抵抗ＲＡが避けることができない起動時の高電圧と突入電流を受け止めるので、直流電流を整流器５に直接還流させるときに整流器５の損傷を防止する。
【００５１】
発光ダイオード素子３に供給される直流電流は、インダクタンス素子ＬＡを通るので緩やかに立ち上がる。抵抗値が大きい電流制限抵抗ＲＡは、電流が立ち上がって安定している間は、バイパス電路７に流入する電流を小さく制限し、発光ダイオード素子３に供給されるべき許容値を超えない安定した直流電流がバイパス電路７に流入するのを阻止する。そのため、電流の損失が小さく、光量が安定する。特に、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１に電流が均等に分配されるときでも電流の損失が小さく、十分な光量を得ることができる。
【００５２】
以下に、本発明の直管型発光ダイオード式照明灯の動作を図３に示される２灯型ラピッド式蛍光灯設備に図１に示される実施の形態の直管型発光ダイオード式照明灯１を２本装着した場合で説明する。
【００５３】
２灯型ラピッド式蛍光灯の電源スイッチをオンすると商用交流が安定器１０に供給される。安定器１０は、本来蛍光管に設けられているフィラメントを予熱するための電流を始動器から供給する。安定器１０から供給される交流電圧は、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の１本に印加され、その後に残りの１本に印加される。
【００５４】
初めに交流電圧が供給される１本の直管型発光ダイオード式照明灯１では、交流電圧が印加される方向に対応する整流器５のうちの一方の整流器５Ａまたは整流器５Ｂから直流電流を供給し始める。次いで残りの１本の直管型発光ダイオード式照明灯１の整流器５の対応する整流器５Ａまたは整流器５Ｂから直流電流が供給される。
【００５５】
したがって、各直管型発光ダイオード式照明灯１の直流電源装置２において、それぞれ所定の電流値に達するまでに直列に接続されている各直管型発光ダイオード式照明灯１の整流器５に交互に交流電圧が供給されるので、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１が競合するようになる。
【００５６】
ここで、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１は、それぞれバイパス電路７を有しているので、直流電流が所定の電流値に十分に達して安定するまで起動時の振動的な突入電流を整流器５に直接還流する。そのため、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１において、共に発光ダイオード素子３に供給される直流電流が必要な所定の電流値に到達して安定した状態になる。その結果、各直管型発光ダイオード式照明灯１の発光ダイオード素子３が予定された所要の光量で発光するために要求される電力を得ることができる。
【００５７】
所定の電流値の直流電流を得ている発光ダイオード素子３が所要の明るさで点灯している間は、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の各チョッパ式定電流回路６では、それぞれ高周波パルス発生装置６Ｂが直列回路６Ａの検出抵抗ＲＳの両端の電圧と所定の電流値に相応する基準電圧との差電圧に応答してスイッチング素子ＴＲを導通制御し、発光ダイオード素子３に供給する電流が所定の電流値を超えないようにする。その結果、発光ダイオード素子３に一定の電流が供給され、光量が安定する。
【００５８】
点灯中常時、チョッパ式定電流回路６は、発光ダイオード素子３に供給する電流が所定の電流値を超えたときスイッチング素子ＴＲを非導通にする。そして、チョッパ式定電流回路６は、予め定められた必要十分な長さの一定のオフ時間スイッチング素子ＴＲを非導通にした後で再びスイッチング素子ＴＲを導通する。
【００５９】
スイッチング素子ＴＲが非導通の間は直流電源装置２が安定器から供給される交流電流を要求しないとみなすと、あたかもスイッチング素子ＴＲが検出電流に対して導通する反応を鈍くするようにスイッチング素子ＴＲを導通制御することによって、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の各チョッパ式定電流回路６の高周波パルス発生装置６Ｂが同期制御されていないにも関わらず、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の間で交流電流を奪い合うような競合が発生しない。その結果、点灯中に２本の発光ダイオード式照明灯１の光量に差が生じることがない。
【００６０】
実施の形態の直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２を内臓しているので、取付工事なしに既存の安定器１０を含む蛍光灯設備に装着することができる。そのため、直管型発光ダイオード式照明装置の導入時の作業負担と経済的負担が軽減される。また、直流電源装置２は、チョッパ式定電流回路６を含んでなるので、明るさが安定しているとともに信頼性が高い。そして、グロー式蛍光灯設備、１灯型ラピッド式蛍光灯設備、２灯型ラピッド式蛍光灯設備に装着することができるので、取付作業に高度な電気的知識が要求されず、作業負担が軽減される。
【００６１】
実施の形態の直管型発光ダイオード式照明灯１は、バイパス電路７を開閉するスイッチＳＷを有する。スイッチＳＷは、例えば、直管型発光ダイオード式照明灯１を安定器を通さずに商用交流に直結させて取り付けて点灯させることを可能にする。
【００６２】
本発明の直管型発光ダイオード式照明灯では、実施に当たって実施の形態と全く同一にすることが要求されない。直管型発光ダイオード式照明灯は、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で本発明の作用効果を得ることができる限りにおいて任意に構成を変更することが可能である。例えば、発光ダイオード素子３と整流器５の間に設けられているコイルを異なる位置に配置することができる。
【００６３】
また、本発明の技術思想を利用して環状型のような直管型以外の発光ダイオード式照明灯に本発明の直管型発光ダイオード式照明灯と共通するパーツを適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、照明器具の技術分野で広く利用できる。本発明は、蛍光灯を直管型発光ダイオード式照明灯に換装するだけで直管型発光ダイオード式照明灯に変更できるので、省エネルギが期待される直管型発光ダイオード式照明灯への転換を促進する。
【符号の説明】
【００６５】
１ 直管型発光ダイオード式照明灯
２ 直流電源装置
３ 発光ダイオード素子
４ プラグ
５ 整流器
６ チョッパ式定電流回路
６Ａ 直列回路
６Ｂ 高周波パルス発生装置
７ バイパス電路
１０ 安定器
２０ 予熱回路
ＲＡ 電流制限抵抗
ＲＳ 電流制限抵抗
ＴＲ スイッチング素子
ＬＡ インダクタンス素子
ＳＷ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード式照明灯に関する。特に、本発明は、直流電源装置を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前から発光ダイオード素子は、信号灯、電光掲示板、モニタのバックライトのような表示装置の光源に広く利用されている。近年、発光ダイオード素子で白色光を得る技術が進歩したことによって、自動車のヘッドライトのように照明装置の光源に発光ダイオード素子が利用されるようになってきている。とりわけ、一般家庭向けに電球型発光ダイオード式照明灯が市販化されて注目を集めている。
【０００３】
発光ダイオード式照明の最大の利点は、同一の光量における発光ダイオード素子の消費電力が白熱灯に比べて低いことである。また、発光ダイオード式照明は、いくつかの優れた点を有する。例えば、点灯と同時に最大光量を得ることができる。また、万一複数の発光ダイオード素子のいくつかが破損したとしても、発光ダイオード式照明灯は継続して使用することができ、維持管理の負担が大幅に軽減される。
【０００４】
ところで、蛍光灯は、陰極に電流を流して加熱し放電を発生させ、交流の電流を供給してアーク放電を維持させながら放電にともなって発生する紫外線を蛍光体に当てて可視光線を得ている。そのため、白熱灯と異なって、直接電圧を印加しただけで蛍光灯を点灯させることができず、蛍光灯には始動器（スタータ）と安定器が設けられている。始動器がフィラメントを予熱して高電圧（キック電圧）を発生させ、安定器が放電が発生した後のアーク放電中の定電流を維持する。
【０００５】
安定器として、一般家庭に普及しているグロー式安定器、インバータを含む電子式安定器、主に施設に普及しているラピッド式安定器がよく知られている。同一の方式の安定器であっても、チョークコイル形、磁気漏れ変圧器形、フリッカレス形、リードピーク形（ピーク進相形）、ハイブリッド形、共振形のような種々の形式がある。したがって、蛍光灯の安定器は、大小様々で何十種類にも及ぶ。
【０００６】
一方、発光ダイオード式照明装置は、直列または並列に接続される半導体素子である複数の発光ダイオード素子に直流電流を供給し電力を光エネルギに変換して光を得ている。そのため、発光ダイオード式照明装置には直流電源として商用交流から直流電流を得る整流器が設けられている。また、発光ダイオード素子の光量を一定にして明るさを安定させるために発光ダイオード素子に定電流を供給する定電流回路が要求される。
【０００７】
発光ダイオード式照明装置の直流電源装置の定電流回路として、整流器から出力される直流電圧を平滑コンデンサによって平滑化して定電流を供給するコンデンサ式定電流回路がよく知られている。コンデンサ式定電流回路は、定電流回路の構成が比較的簡単でありながら理想の直流電圧に近い電圧波形を得ることができる。
【０００８】
しかしながら、コンデンサ式定電流回路では、要求される電流容量が大きいことから基本的に耐久性が低い電解コンデンサを平滑コンデンサとして適用せざるを得ない。電解コンデンサが壊れやすいために発光ダイオード式照明装置の耐用年数を短くしてしまい信頼性を損なわせる原因になっている。また、電解コンデンサの破損による事故のおそれがあるので、特別な安全対策が必要である。
【０００９】
ダイオードなどによる半導体式定電流回路は、コンデンサ式定電流回路に比べて安全性が高いが、発光ダイオード素子を安定して点灯させるにはリップルを十分に取り除くことができない。そのため、発光ダイオード式照明装置の直流電源装置の定電流回路として、チョッパ式定電流回路が主流になりつつある。チョッパ式定電流回路は、高周波でオンオフする高速スイッチング素子を使用することによってリップルを可能な限り小さく抑えて、少なくとも人が感知し得る範囲でちらつきをなくすことに成功している。
【００１０】
このように、発光ダイオード式照明装置は、商用交流を入力して発光ダイオードに直流電流を供給する固有の直流電源装置を備えているため、始動器を含む安定器を有する蛍光灯設備の蛍光管だけを外して直管型発光ダイオード式照明灯を付け替えるようにすることは簡単なことではない。特定の形式の安定器を有する蛍光灯設備に限定的に蛍光管だけを直管型発光ダイオード照明灯に換装するようにすることは比較的容易であるかも知れない。しかしながら、安定器の種類が多いため、適用できる範囲は極めて限られる。
【００１１】
既存の蛍光灯設備に代えて直管型発光ダイオード式照明装置を新しく設置するためには取付工事が必要である。そのため、直管型発光ダイオード照明装置の設備には、取付工事に要する時間と初期費用の負担がある。しかも、直流電源装置には本質的に方式が異なる複数の種類が存在するので、一度直管型発光ダイオード式照明装置の取付工事をすると、蛍光灯設備に戻すことも、別の種類の直流電源装置を備えた直管型発光ダイオード式照明装置に変更することも容易ではない。
【００１２】
もともと電球型発光ダイオード式照明灯に比べて相当多くの発光ダイオード素子が必要である直管型発光ダイオード式照明灯は、既存の蛍光管との価格差が大きい。そのため、省エネルギであることから将来が期待されているにも関わらず、直管型発光ダイオード式照明装置の導入が躊躇されてしまい、普及が遅れているのが実情である。
【００１３】
例えば、特許文献１は、取付方向に関わらず既存の蛍光灯設備の安定器を通して発光ダイオード素子に直流電流を供給できる直流電源装置を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯のアイデアを提案している。特許文献１の発明によると、取付工事が不要であり、詳しい電気的知識がなくても既存の蛍光灯設備に直管型発光ダイオード式照明灯を取り付けることができる。そのため、直管型発光ダイオード式照明装置の導入時の負担を軽減できる。また、直管型発光ダイオード式照明装置の構造を簡単にして製造をより容易にすることができ、コストが低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１９２８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、チョッパ式定電流回路を有する直流電源装置を内臓した直管型発光ダイオード式照明灯を既存の蛍光灯設備に取り付けると、点灯直後に供給される直流電源が不安定であるため、チョッパ式定電流回路が正しく動作しなくなり、故障の原因になる。特に、既存の蛍光灯設備に２本の直管型発光ダイオード式照明灯を直列に装着した場合に、２本の直管型発光ダイオード式照明灯の直流電源装置が競合して均等な明るさを得ることができなくなる。
【００１６】
本発明は、上記課題に鑑みて、安定器から電力を入力して発光ダイオード素子に直流電流を供給できる直流電源装置を内蔵した発光ダイオード式照明灯であって、より安定して点灯できる改良された直管型発光ダイオード式照明灯を提供することを主たる目的とする。本発明の直管型発光ダイオード式照明灯によって達成されるいくつかの有利な点は、具体的な実施の形態の説明において詳細に記述される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の直管型発光ダイオード式照明灯は、上記課題を解決するために、直流電源装置（２）を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯（１）において、直流電源装置（２）が、整流器（５）と発光ダイオード素子（３）との間に直列に設けられるスイッチング素子（ＴＲ）を有し発光ダイオード素子（３）に供給する電流が所定の電流値を超えないようにスイッチング素子（ＴＲ）を導通させるとともに電流が所定の電流値を超えたときに予め定められた一定時間スイッチング素子（ＴＲ）を非導通にすることを繰り返すようにスイッチング素子（ＴＲ）を導通制御するチョッパ式定電流回路（６）を含んでなるようにする。
【００１８】
具体的に、上記一定時間は、発光ダイオード素子（３）の光量が安定する程度十分にスイッチング素子（ＴＲ）が導通する反応を遅らせることができる時間よりも長い時間で発光ダイオード素子（３）に供給される直流電流のリップルが発光ダイオード素子（３）の明るさの変動を発生させない時間よりも短い時間に設定される。
【００１９】
また、直流電源装置（２）は、チョッパ式定電流回路（６）よりも整流器（５）側に整流器（５）に直列かつ発光ダイオード素子（３）に並列に接続され整流器（５）に電流を直接還流するバイパス電路（７）と、バイパス電路（７）に設けられ整流器（５）に還流する電流を整流器（５）が破損しない小さい電流に制限する電流制限抵抗（ＲＡ）と、を含んでなるようにされる。
【００２０】
また、整流器（５）は、一対のプラグの一対の入出力端子（ＴＭ）の一方の端子と一対の空端子（ＴＳ）の一方の端子とに接続する第１整流器（５Ａ）と一対の入出力端子（ＴＭ）の他方の端子と一対の空端子（ＴＳ）の他方の端子とに接続する第２整流器（５Ｂ）と、を含んでなるようにされる。
【００２１】
上記符号は、説明の便宜上付されたものである。上記符号は、本発明を具体的に図面に示されている直管型発光ダイオード式照明灯と同一の構成に限定するものではない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の直管型発光ダイオード式照明灯は、電流が所定値を超えたときに十分に長い一定時間スイッチング素子を非導通にするので、スイッチング素子のスイッチング動作が安定し、チョッパ式定電流回路が起動時から正しく作動する。そのため、直流電源装置の故障が発生しにくくなる。また、光量を安定させることができる。とりわけ、２本の直管型発光ダイオード式照明灯を直列に装着した場合に、各直流電源装置が協調するので、各直管型発光ダイオード式照明灯の発光ダイオード素子にそれぞれ安定して所要の電流が供給される。そのため、各直管型発光ダイオード式照明灯の間で光量のばらつきが発生しない。
【００２３】
大きい抵抗値の電流制限抵抗を含む整流器に電流を直接還流するバイパス電路を設けた場合は、点灯直後から定電流で安定するまでの不安定な直流電流をバイパス電路に流入させて発光ダイオード素子に振動的な電流が供給されないようにすることができる。また、整流器が第１整流器と第２整流器を有する場合は、取付方向に関係なく、直管型発光ダイオード式照明灯を安定して点灯させることができる。とりわけ、２本の直管型発光ダイオード式照明灯を直列に装着した場合に、各直管型発光ダイオード式照明灯にそれぞれ安定した所要の電流が供給され、各直管型発光ダイオード式照明灯の間で光量のばらつきが発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の直管型発光ダイオード式照明灯の基本的な構成を示す電気回路ブロック図である。
【図２】グロー式蛍光灯の蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯に換装したときの基本の構成を示す電気回路ブロック図である。
【図３】２灯型ラピッド式蛍光灯の蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯に換装したときの基本の構成を示す電気回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、直管型発光ダイオード式照明灯の直流電源装置の構成を模式的に示す。図１では、本発明の技術思想に直接関係しない部品素子と電路が省略されている。図１は、本発明の一例を示すので、本発明を実施するための実際の直流電源装置を図１に示される直流電源装置の構成と全く同一にすることが要求されず、必要に応じて設計変更をすることが許容される。
【００２６】
直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２と、複数の発光ダイオード素子３と、一対のプラグ４とを含んでなる。直流電源装置２は、直管型発光ダイオード式照明灯１に内臓されている。直流電源装置２は、整流器５と、電子式定電流回路であるチョッパ式定電流回路６と、バイパス電路７とを含んでなる。直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２を内蔵するので、図２または図３に示されるように、安定器１０を含む既存の蛍光灯設備の蛍光管と換装することができる。
【００２７】
複数の発光ダイオード素子３は、整流器５を直流電源として直流電源に直列に接続される。複数の発光ダイオード素子３は、互いに直列に接続される。複数の発光ダイオード素子３は、整流器５の出力する直流電流に相応する光量で発光する。したがって、整流器５から出力される直流電流が同じとき、直列に接続されている発光ダイオード素子３の数によって各発光ダイオード素子３にかかる負荷と光量が決まる。なお、複数のダイオード素子３の直列回路を複数並列に設けることができる。
【００２８】
直管型発光ダイオード式照明灯１の外形は、取り付ける蛍光灯設備の蛍光管の全長と最大の外径が同じである。直管型発光ダイオード式照明灯１の両端に規格サイズの蛍光灯の口金と同一規格の２つの端子ピンを有する一対のプラグ４が設けられている。例えば、図１に示される直管型発光ダイオード式照明灯１には、蛍光灯の口金の規格Ｇ１３と同一規格の４つの端子ピンが設けられている。
【００２９】
したがって、直管型発光ダイオード式照明灯１は、既存の規格サイズの蛍光管と互換性を有する。もちろん、蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯１に換装する障害がない範囲で直管型発光ダイオード式照明灯１の外形が蛍光管と全く同一であることは要求されない。
【００３０】
一対のプラグ４の一端側のプラグ４Ａの入出力端子ＴＭと他端側のプラグ４Ｂの入出力端子ＴＭとが対になっている。また、プラグ４Ａとプラグ４Ｂの空端子ＴＳが対になっている。蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯１に換装した場合、一対の入出力端子ＴＭは、安定器１０から交流電流を入出力する両端子を形成する。また、一対の空端子ＴＳは、予熱回路２０に接続する端子を形成する。本発明において空端子とは、文字通りに全く回路に接続しないことを意味するものではなく、発光ダイオード素子に電力を供給する回路に接続しない端子を意味し、閉じられている予熱回路２０に接続する端子も空端子という。
【００３１】
整流器５は、ダイオードブリッジ回路で単相全波整流を行なうシリコン整流器である。整流器５は、交流電流を入力して整流し、直流電流を出力する直流電源である。整流器５は、一対のプラグ４の一対の入出力端子ＴＭの一方の端子と一対の空端子ＴＳの一方の端子とに接続する第１整流器５Ａと、一対の入出力端子ＴＭの他方の端子と一対の空端子ＴＳの他方の端子とに接続する第２整流器５Ｂと、を含んでなる。
【００３２】
具体的に、整流器５Ａは、図１に示されるように、一対のプラグ４の一端側のプラグ４Ａの入出力端子ＴＭと他端側のプラグ４Ｂの空端子ＴＳとを接続端子とする。また、整流器５Ｂは、他端側のプラグ４Ａの空端子ＴＳと他端側のプラグ４Ｂの主入出力端子ＴＭとを接続端子とする。
【００３３】
したがって、両端のソケットに直管型発光ダイオード式照明灯１の一対のプラグ４が結合されると、一対の入出力端子ＴＭから直流電源装置２の整流器５の入力端子に正しく接続して電力が供給され、取付方向に関係なく直管型発光ダイオード照明灯１を安定して点灯できるとともに内蔵する直流電源装置２が損傷を受けないようにすることができる。
【００３４】
例えば、図２に示されるグロー式蛍光灯設備に直管型発光ダイオード式照明灯１を装着した場合、第１整流器５Ａの一端子と第２整流器５Ｂの一端子とで１組の入力端子を形成し、安定器１０から供給される交流電流が入力される。ただし、グロー式蛍光灯設備の場合は、予熱回路１０に常に電流が流れないようにするためにグローランプＧＬを予め取り外して予熱回路２０そのものを開いておくことが望ましい。
【００３５】
チョッパ式定電流回路６は、複数の発光ダイオード素子３に定電流を供給する。チョッパ式定電流回路６は、整流器５と発光ダイオード素子３との間に設けられる。チョッパ式定電流回路６は、バイパス電路７よりも発光ダイオード素子３側に設けられる。チョッパ式定電流回路６は、コンデンサ式定電流回路に比べて耐久性に優れているので、直管型発光ダイオード式照明灯１を長寿命にする。チョッパ式定電流回路６では、人が感知できる範囲で明るさの変動はない。
【００３６】
チョッパ式定電流回路６は、整流器５と発光ダイオード素子３との間に直列に設けられるスイッチング素子ＴＲを有する。新規なチョッパ式定電流回路６は、発光ダイオード素子３に供給する電流が所定の電流値を超えないようにスイッチング素子ＴＲを導通させるとともに電流が所定の電流値を超えたときに予め定められた一定時間スイッチング素子ＴＲを非導通にすることを繰り返すようにスイッチング素子ＴＲを導通制御する。
【００３７】
チョッパ式定電流回路６は、発光ダイオード素子３に供給される電流に相当する検出電流が要求される光量に対応して予め設定されている所定の電流値を超えるとスイッチング素子ＴＲを所定の一定時間非導通にする。したがって、スイッチング素子ＴＲのオン時間は検出電流に依存し、オフ時間は一定である。
【００３８】
実施の形態の直管型発光ダイオード式照明灯１の新規なチョッパ式定電流回路６は、起動時に安定器１０から振動的な突入電流が直流電源装置２に供給されてくるとき、電流が所定の電流値を超えると、十分に長い一定時間スイッチング素子ＴＲを非導通にする。そのため、スイッチング素子ＴＲがバタつくように煩雑にスイッチング動作をすることがなく、スイッチング動作が安定する。そのため、チョッパ式定電流回路６が起動時から正しく作動して、直流電源装置２の故障が発生しにくくなる。また、光量を安定させることができる。
【００３９】
実施の形態のチョッパ式定電流回路６は、とりわけ２灯型ラピッド式蛍光灯設備において蛍光管を直管型発光ダイオード式照明灯１に取り替える場合に大変有益である。図３に示されるように、２灯型ラピッド式蛍光灯設備で直管型発光ダイオード式照明灯１に換装した場合、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１が“直列”に接続される。したがって、安定器１０を通して２本の直管型発光ダイオード式照明灯１に交流電流が供給されてくるとき、交流電流は最初に何れか一方の直管型発光ダイオード式照明灯１に入力されてから他方の直管型発光ダイオード式照明灯１に入力される。
【００４０】
そのため、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の各チョッパ式定電流回路６の間でスイッチング素子ＴＲのオンオフのタイミングにずれが発生する。このとき、スイッチング素子ＴＲのオンオフ繰返し周波数が高いと、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１どうしで入力されてくる交流電流を巡って競合する。その結果、何れか一方の直管型発光ダイオード式照明灯１が勝って２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の光量が異なってしまい、不安定な明るさの不釣合いが発生する。
【００４１】
チョッパ式定電流回路６は、スイッチング素子ＴＲを予め定められた一定時間非導通にするので、スイッチング素子ＴＲが供給される直流電流に対して反応の速度が低下して煩雑にスイッチング動作しない。言い換えると、スイッチング素子ＴＲが検出電流に対して導通する“感度”が低くなる。そのため、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の各直流電源装置２においてそれぞれ直流電流を流す反応が遅くなる。その結果、２本直列の直管型発光ダイオード式照明灯１に交流電流を供給しても各直流電源装置２が競合しないため、直流電流の大きさに差が発生せず、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１が同じ光量で点灯する。
【００４２】
スイッチング素子ＴＲを非導通にする一定時間（以下、オフ時間という）の下限（最短）は、発光ダイオード素子３の光量が安定する程度十分にスイッチング素子ＴＲが導通する反応を遅らせることができる時間よりも長い時間である。特に、直列に接続される各直流電源装置２を内蔵した同型の２本の直管型発光ダイオード式照明灯１がそれぞれ入力する交流電流を競合しない程度十分にスイッチング素子ＴＲが導通する反応を遅らせることができる時間である。
【００４３】
一方、オフ時間の上限（最長）は、発光ダイオード素子３に供給される直流電流のリップルが一般に人が感知できる範囲での発光ダイオード素子３の明るさの変動を発生させない時間よりも短い時間である。例えば、実施の形態のチョッパ式定電流回路６では、スイッチング素子ＴＲのオンオフの繰返し周波数が２００ｋＨｚのときでオフ時間は数μｓ程度に設定される。
【００４４】
チョッパ式定電流回路６は、具体的に、高速スイッチング素子ＴＲと検出抵抗ＲＳとの直列回路６Ａと、ゲート回路を含む高周波パルス発生装置６Ｂとを有する。直列回路６Ａは、整流器５と発光ダイオード素子３との間に直列に設けられる。特に、直列回路６Ａは、バイパス電路７よりも複数の発光ダイオード素子３側に設けられる。直列回路６Ａは、複数直列または互いに並列に設けることができる。
【００４５】
高周波パルス発生装置６Ｂは、１００ｋＨｚ以上の高周波パルスを発生する。高周波パルス発生装置６Ｂは、スイッチング素子ＴＲを導通するオン信号と非導通するオフ信号とでなるゲート信号をスイッチング素子ＴＲに出力する。高周波パルス発生装置６Ｂは、検出電流が所定の電流値を超えない間はスイッチング素子ＴＲにオン信号を出力する。高周波パルス発生装置６Ａは、制御装置を含んでなる。高周波パルス発生装置６Ｂには、少なくとも所要の光量に対応する所定の電流値とスイッチング素子ＴＲのオンオフ周波数およびオフ時間とが予め設定されている。
【００４６】
バイパス電路７は、整流器５に直列に接続され、発光ダイオード素子３に並列に接続される。また、バイパス電路７は、チョッパ式定電流回路６の直列回路６Ａよりも整流器５側に設けられている。したがって、バイパス電路７は、起動時に整流器５のプラス極から供給される振動的な突入電流を流入させて整流器５のマイナス極に直接還流する。
【００４７】
点灯直後に整流器５から直流電流が供給されるとき、立上がりから必要な電流値に到達して電流値が安定するまでの間の許容値を超える直流電流は、発光ダイオード素子３とチョッパ式定電流回路６に供給されずに整流器５に戻される。そのため、起動時の振動的な電流でスイッチング素子ＴＲが不安定なスイッチング動作をしない。
【００４８】
バイパス電路７にバイパス電路７を切り離す接点スイッチＳＷが設けられている場合は、バイパス電路７が必要ではない照明設備に直管型発光ダイオード式照明灯１を取り付けるときに、選択的にバイパス電路７を整流器５から物理的に切り離しておくようにすることができる。例えば、直管型発光ダイオード式照明灯１を安定器を通さずに直接商用交流電源に接続する場合は、スイッチＳＷを開放してバイパス電路７を切り離すことができる。
【００４９】
整流器５から供給される直流電流は、インダクタンス素子ＬＡを通って十分に立ち上がって安定した状態になってから発光ダイオード素子３とチョッパ式定電流回路６に実質的に供給されてくる。その結果、スイッチング素子ＴＲの動作が安定し、チョッパ式定電流回路６が起動時から正しく作動することによって点灯直後から光量が安定する。特に、２灯型ラピッド式蛍光灯設備において蛍光管を直流電源装置２を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯１に取り替える場合に、点灯直後から２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の光量にばらつきが発生せず、明るさに不釣合いが生じない。
【００５０】
新規な直管型発光ダイオード式照明灯１の直流電源装置２には、バイパス電路７に直列にバイパス電路７に流入する電流を制限する電流制限抵抗ＲＡが設けられている。電流制限抵抗ＲＡの抵抗値は、例えば、整流器５の出力電圧が５０Ｖ〜１５０Ｖでチョッパ式定電流回路６の設定電流（所定の電流値）が数百ｍＡのときで１ＭΩ程度である。電流制限抵抗ＲＡは、整流器５に還流する電流を整流器５が破損しない小さい電流に制限する。電流制限抵抗ＲＡが避けることができない起動時の高電圧と突入電流を受け止めるので、直流電流を整流器５に直接還流させるときに整流器５の損傷を防止する。
【００５１】
発光ダイオード素子３に供給される直流電流は、インダクタンス素子ＬＡを通るので緩やかに立ち上がる。抵抗値が大きい電流制限抵抗ＲＡは、電流が立ち上がって安定している間は、バイパス電路７に流入する電流を小さく制限し、発光ダイオード素子３に供給されるべき許容値を超えない安定した直流電流がバイパス電路７に流入するのを阻止する。そのため、電流の損失が小さく、光量が安定する。特に、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１に電流が均等に分配されるときでも電流の損失が小さく、十分な光量を得ることができる。
【００５２】
以下に、本発明の直管型発光ダイオード式照明灯の動作を図３に示される２灯型ラピッド式蛍光灯設備に図１に示される実施の形態の直管型発光ダイオード式照明灯１を２本装着した場合で説明する。
【００５３】
２灯型ラピッド式蛍光灯の電源スイッチをオンすると商用交流が安定器１０に供給される。安定器１０は、本来蛍光管に設けられているフィラメントを予熱するための電流を始動器から供給する。安定器１０から供給される交流電圧は、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の１本に印加され、その後に残りの１本に印加される。
【００５４】
初めに交流電圧が供給される１本の直管型発光ダイオード式照明灯１では、交流電圧が印加される方向に対応する整流器５のうちの一方の整流器５Ａまたは整流器５Ｂから直流電流を供給し始める。次いで残りの１本の直管型発光ダイオード式照明灯１の整流器５の対応する整流器５Ａまたは整流器５Ｂから直流電流が供給される。
【００５５】
したがって、各直管型発光ダイオード式照明灯１の直流電源装置２において、それぞれ所定の電流値に達するまでに直列に接続されている各直管型発光ダイオード式照明灯１の整流器５に交互に交流電圧が供給されるので、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１が競合するようになる。
【００５６】
ここで、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１は、それぞれバイパス電路７を有しているので、直流電流が所定の電流値に十分に達して安定するまで起動時の振動的な突入電流を整流器５に直接還流する。そのため、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１において、共に発光ダイオード素子３に供給される直流電流が必要な所定の電流値に到達して安定した状態になる。その結果、各直管型発光ダイオード式照明灯１の発光ダイオード素子３が予定された所要の光量で発光するために要求される電力を得ることができる。
【００５７】
所定の電流値の直流電流を得ている発光ダイオード素子３が所要の明るさで点灯している間は、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の各チョッパ式定電流回路６では、それぞれ高周波パルス発生装置６Ｂが直列回路６Ａの検出抵抗ＲＳの両端の電圧と所定の電流値に相応する基準電圧との差電圧に応答してスイッチング素子ＴＲを導通制御し、発光ダイオード素子３に供給する電流が所定の電流値を超えないようにする。その結果、発光ダイオード素子３に一定の電流が供給され、光量が安定する。
【００５８】
点灯中常時、チョッパ式定電流回路６は、発光ダイオード素子３に供給する電流が所定の電流値を超えたときスイッチング素子ＴＲを非導通にする。そして、チョッパ式定電流回路６は、予め定められた必要十分な長さの一定のオフ時間スイッチング素子ＴＲを非導通にした後で再びスイッチング素子ＴＲを導通する。
【００５９】
スイッチング素子ＴＲが非導通の間は直流電源装置２が安定器から供給される交流電流を要求しないとみなすと、あたかもスイッチング素子ＴＲが検出電流に対して導通する反応を鈍くするようにスイッチング素子ＴＲを導通制御することによって、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の各チョッパ式定電流回路６の高周波パルス発生装置６Ｂが同期制御されていないにも関わらず、２本の直管型発光ダイオード式照明灯１の間で交流電流を奪い合うような競合が発生しない。その結果、点灯中に２本の発光ダイオード式照明灯１の光量に差が生じることがない。
【００６０】
実施の形態の直管型発光ダイオード式照明灯１は、直流電源装置２を内臓しているので、取付工事なしに既存の安定器１０を含む蛍光灯設備に装着することができる。そのため、直管型発光ダイオード式照明装置の導入時の作業負担と経済的負担が軽減される。また、直流電源装置２は、チョッパ式定電流回路６を含んでなるので、明るさが安定しているとともに信頼性が高い。そして、グロー式蛍光灯設備、１灯型ラピッド式蛍光灯設備、２灯型ラピッド式蛍光灯設備に装着することができるので、取付作業に高度な電気的知識が要求されず、作業負担が軽減される。
【００６１】
実施の形態の直管型発光ダイオード式照明灯１は、バイパス電路７を開閉するスイッチＳＷを有する。スイッチＳＷは、例えば、直管型発光ダイオード式照明灯１を安定器を通さずに商用交流に直結させて取り付けて点灯させることを可能にする。
【００６２】
本発明の直管型発光ダイオード式照明灯では、実施に当たって実施の形態と全く同一にすることが要求されない。直管型発光ダイオード式照明灯は、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で本発明の作用効果を得ることができる限りにおいて任意に構成を変更することが可能である。例えば、発光ダイオード素子３と整流器５の間に設けられているコイルを異なる位置に配置することができる。
【００６３】
また、本発明の技術思想を利用して環状型のような直管型以外の発光ダイオード式照明灯に本発明の直管型発光ダイオード式照明灯と共通するパーツを適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、照明器具の技術分野で広く利用できる。本発明は、蛍光灯を直管型発光ダイオード式照明灯に換装するだけで直管型発光ダイオード式照明灯に変更できるので、省エネルギが期待される直管型発光ダイオード式照明灯への転換を促進する。
【符号の説明】
【００６５】
１ 直管型発光ダイオード式照明灯
２ 直流電源装置
３ 発光ダイオード素子
４ プラグ
５ 整流器
６ チョッパ式定電流回路
６Ａ 直列回路
６Ｂ 高周波パルス発生装置
７ バイパス電路
１０ 安定器
２０ 予熱回路
ＲＡ 電流制限抵抗
ＲＳ 電流制限抵抗
ＴＲ スイッチング素子
ＬＡ インダクタンス素子
ＳＷ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源装置を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯において、前記直流電源装置が、整流器と発光ダイオード素子との間に直列に設けられるスイッチング素子を有し前記発光ダイオード素子に供給する電流が所定の電流値を超えないように前記スイッチング素子を導通させるとともに前記電流が前記所定の電流値を超えたときに予め定められた一定時間前記スイッチング素子を非導通にすることを繰り返すように前記スイッチング素子を導通制御するチョッパ式定電流回路を含んでなる直管型発光ダイオード式照明灯。
【請求項２】
前記一定時間が前記発光ダイオード素子の光量が安定する程度十分に前記スイッチング素子が導通する反応を遅らせることができる時間よりも長い時間で前記発光ダイオード素子に供給される直流電流のリップルが前記発光ダイオード素子の明るさの変動を発生させない時間よりも短い時間に設定されることを特徴とする請求項１に記載の直管型発光ダイオード式照明灯。
【請求項３】
前記直流電源装置が、前記チョッパ式定電流回路よりも整流器側に前記整流器に直列かつ前記発光ダイオード素子に並列に接続され前記整流器に電流を直接還流するバイパス電路と、前記バイパス電路に設けられ前記整流器に還流する電流を前記整流器が破損しない小さい電流に制限する電流制限抵抗と、を含んでなる請求項１に記載の直管型発光ダイオード式照明灯。
【請求項４】
前記整流器が、一対のプラグの一対の入出力端子の一方の端子と一対の空端子の一方の端子とに接続する第１整流器と前記一対の入出力端子の他方の端子と一対の空端子の他方の端子とに接続する第２整流器と、を含んでなる前記請求項１に記載の直管型発光ダイオード式照明灯。
【請求項１】
直流電源装置を内蔵した直管型発光ダイオード式照明灯において、前記直流電源装置が、整流器と発光ダイオード素子との間に直列に設けられるスイッチング素子を有し前記発光ダイオード素子に供給する電流が所定の電流値を超えないように前記スイッチング素子を導通させるとともに前記電流が前記所定の電流値を超えたときに予め定められた一定時間前記スイッチング素子を非導通にすることを繰り返すように前記スイッチング素子を導通制御するチョッパ式定電流回路を含んでなる直管型発光ダイオード式照明灯。
【請求項２】
前記一定時間が前記発光ダイオード素子の光量が安定する程度十分に前記スイッチング素子が導通する反応を遅らせることができる時間よりも長い時間で前記発光ダイオード素子に供給される直流電流のリップルが前記発光ダイオード素子の明るさの変動を発生させない時間よりも短い時間に設定されることを特徴とする請求項１に記載の直管型発光ダイオード式照明灯。
【請求項３】
前記直流電源装置が、前記チョッパ式定電流回路よりも整流器側に前記整流器に直列かつ前記発光ダイオード素子に並列に接続され前記整流器に電流を直接還流するバイパス電路と、前記バイパス電路に設けられ前記整流器に還流する電流を前記整流器が破損しない小さい電流に制限する電流制限抵抗と、を含んでなる請求項１に記載の直管型発光ダイオード式照明灯。
【請求項４】
前記整流器が、一対のプラグの一対の入出力端子の一方の端子と一対の空端子の一方の端子とに接続する第１整流器と前記一対の入出力端子の他方の端子と一対の空端子の他方の端子とに接続する第２整流器と、を含んでなる前記請求項１に記載の直管型発光ダイオード式照明灯。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２１２６５０（Ｐ２０１２−２１２６５０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４７８４（Ｐ２０１１−２３４７８４）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【特許番号】特許第５０５１８６２号（Ｐ５０５１８６２）
【特許公報発行日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【特許番号】特許第５０５１８６２号（Ｐ５０５１８６２）
【特許公報発行日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【Ｆターム（参考）】
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