特許 7048343 照明器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-28

(45)【発行日】2022-04-05

(54)【発明の名称】照明器具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/31 20200101AFI20220329BHJP

【ＦＩ】

H05B45/31

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018026207

(22)【出願日】2018-02-16

(65)【公開番号】P2019145244

(43)【公開日】2019-08-29

【審査請求日】2021-01-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000180450

【氏名又は名称】四変テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池尻 裕一

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２１６３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２０３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９１６１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ４５／００

Ｈ０５Ｂ ４７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相制御型調光器と接続して調光操作を行った場合には光源の明るさが変化する照明器具であって、
前記位相制御型調光器から供給された交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記整流回路の後段に接続され、前記位相制御型調光器の安定動作のために設けられたインピーダンス低下回路と、
前記インピーダンス低下回路の後段に接続され、流れる電流を検出する手段と、
前記電流を検出する手段の後段に接続され、前記光源に電力を供給する駆動回路とを備え、
前記インピーダンス低下回路は、前記電流を検出する手段が検出した前記電流が一定値以下に減少した場合に動作して、前記位相制御型調光器に電流を供給することを特徴とする照明器具。

【請求項2】

請求項１に記載の照明器具において、
前記電流を示す情報を基に前記明るさを変化させることを特徴とする照明器具。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の照明器具において、
前記電流が一定期間流れなかった場合には、その後、再び前記電流が流れる際に点灯色を変えることを特徴とする照明器具。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の照明器具において、
前記位相制御型調光器の明るさ調整つまみを、最大から最小、続いて最大と操作した場合に点灯色を変えることを特徴とする照明器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明器具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、交流電力を直流電力に変換して照明装置の光源に供給する電源回路を備えた電力調整装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この電力調整装置では、交流電力を直接に監視し、その監視した交流電力を基に、照明装置から放たれる照明光の明るさを変化させる制御が行われている。

【0003】

近年、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用した照明装置（以下、ＬＥＤ照明装置と称する）に関する研究が盛んに行われている。特に、ＬＥＤ電球に対する瞬時電圧低下（以下、瞬低と称する）の特性に注目した調査結果が開示されている（例えば非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５４７８９５１号

【文献】徳永義孝、平松佑介著、瞬時電圧低下時のＬＥＤ電球への影響に関する検討、電気設備学会誌、２０１７年１０月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１で行われる制御方式をＬＥＤ照明装置に適用した場合、交流電力の微細な変動に連動して、照明光の明るさが変わってしまう問題があった。微細な変動の一例としては、電気事業法施工規則第４４条で定められた変動成分（±６Ｖ）がある。この変動成分は、同条で定められた基準値（１０１Ｖ）に対して認められている。この変動成分は、ＬＥＤ照明装置から放たれる照明光にちらつき（ゆらぎ）や乱光等の所定の状況を発生させ得る。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、電源回路に供給された交流電力の値が所定の範囲内で変動し得る場合であっても、位相制御型調光器と組み合わせて使用（調光）する照明器具のちらつきをなくし、快適な照明を提供することのできる照明器具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る照明器具は、位相制御型調光器と接続して調光操作を行った場合には明るさが変化する照明器具であって、前記照明器具内を流れる電流を検出する手段を備え、前記位相制御型調光器の回転つまみを回して明るさを変えるときは前記電流を示す情報を用い、調光器安定動作のために、前記電流が一定値以下に減少した場合に動作するインピーダンス低下回路を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、位相制御型調光器と組み合わせて使用（調光）する照明器具のちらつきをなくし、快適な照明を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る電力調整装置の概略的なブロック回路図である（その１）。

【図2】本発明の一実施形態に係る電力調整装置の概略的なブロック回路図である（その２）。

【図3】照明器具の概略的なブロック回路図である。

【図4】調光器制御回路が備えるトライアックに流れる電流を示す説明図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る電力調整装置の動作を説明する波形図である。

【図6】従来の電力調整装置の電圧／電流特性を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための好適な形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

【0011】

[全体構成]
まず、本発明の一実施形態に係る電力調整装置について説明する。電力調整装置１は、図１に示すように、位相制御型調光器２と、照明器具３を備えている。

【0012】

[位相制御型調光器]
位相制御型調光器２は、照明器具３の前段に配置され、かつ交流電源ＡＣから入力される交流電力を増減する。ここでの前段とは、照明器具３よりも交流電源ＡＣの上流側を意味する。位相制御型調光器２は、図２に示すように、光源としてのＬＥＤ３０から放たれる照明光の光量、色温度等をユーザが設定するために設けられている。

【0013】

位相制御型調光器２は、図４に示すように、点灯／消灯操作用のオン／オフスイッチ２０と、調光器制御回路２１と、コンデンサＣと抵抗Ｒとの直列回路であるスナバ回路２２と、３極双方向サイリスタであるトライアック２３とを備える。

【0014】

オン／オフスイッチ２０は、端子１，２を有する２端子式の片切スイッチが使用される。オン／オフスイッチ２０の端子１は、交流電源ＡＣに接続される。オン／オフスイッチ２０の端子２は、トライアック２３の入力端子に接続される。

【0015】

調光器制御回路２１は、可変抵抗（ボリューム）２４と、抵抗２５と、ダイアック２６と、コンデンサ２７とを備える。可変抵抗２４の一端は、オン／オフスイッチ２０の端子２に接続される。可変抵抗２４の他端は、抵抗２５の一端に接続される。抵抗２５の他端は、ダイアック２６の入力端子と、コンデンサ２７の一端とに接続される。ダイアック２６の出力端子は、トライアック２３のゲート端子Ｇに接続される。コンデンサ２７の他端は、トライアック２３の出力端子及びゲート端子Ｇに接続される。

【0016】

可変抵抗２４は、トライアック２３に電流をどの位の時間率で流すかを示す電流流通角に対応している。本実施形態では、可変抵抗２４に、ユーザが操作可能な回転つまみ式の明るさ調整用の可変抵抗を用いる。ユーザの回転操作に応じて可変抵抗２４の抵抗値が増減すれば、電流流通角も増減する。一定期間内の変化速度と変化量による調色を行う場合、回転つまみは最大（最明）、最小（最暗）、最大（最明）の順に操作される。比較的遅い速度で操作した場合には、調光（減光→増光）となる。ある一定の速度で操作した場合には、調光＋調色（減光→調色→増光）となる。

【0017】

[照明器具]
照明器具３は、位相制御型調光器２と接続して調光操作を行った場合には明るさが変化する。照明器具３は、図２に示すように、光源としてのＬＥＤ３０（ＬＥＤ照明装置）と、ＬＥＤ点灯制御装置３１とを備えている。ＬＥＤ３０は、例えば、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３台を組み合わせて使用される。ＬＥＤ３０は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の輝度の割合によって調色される。各ＬＥＤ３０で消費される電力は例えば３０Ｗ未満である。照明器具３は、照明器具３内を流れる電流を検出する手段を備える。照明器具３は、電流を示す情報を基に明るさを変化させる。照明器具３は、電流が一定期間流れなかった場合には、その後、再び電流が流れる際に点灯色を変える。具体的な点灯色変更は例えば、位相制御型調光器２の明るさ調整つまみを、ある一定速さで最大から最小、続いて最大と操作した場合である。

【0018】

ＬＥＤ点灯制御装置３１は、図３に示すように、整流回路３２と、インピーダンス低下回路３３と、変換回路３４と、制御回路３５と、駆動回路３６とを備えている。

【0019】

整流回路３２は、例えば全波整流回路からなり、位相制御型調光器２から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷である光源３０に供給する。整流回路３２は、位相制御型調光器２によって断続された交流電力を直流電力に変換し、かつ直流電力に応じて所定の状況の要因となる入出力特性を有する。

【0020】

所定の状況としては、ちらつきや乱光が例示される。ちらつきは、変動成分の周期と大きさ（変動量）に起因して、ＬＥＤ３０から放たれる照明光に発生する。乱光は、瞬低や他の機器動作によるノイズ等の影響が大きく、位相制御型調光器２が誤動作することに起因して発生する。乱光は、他の機器動作によるノイズ等の影響がより大きくなるとき、例えば、電力調整装置１が他の機器と並列に接続されたときにより出易くなる。

【0021】

インピーダンス低下回路３３は、調光器安定動作のために、照明器具３内を流れる電流が一定値以下に減少した場合に動作する。インピーダンス低下回路３３は、整流回路３２の後段に配置される。ここでの後段とは、整流回路３２よりも交流電源ＡＣの下流側を意味する。インピーダンス低下回路３３は、例えば、ツェナーダイオード３３Ａと、抵抗３３Ｂ，３３Ｃと、トランジスタ３３Ｄ，３３Ｅとを有して構成される。トランジスタ３３Ｄ，３３Ｅは例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。

【0022】

インピーダンス低下回路３３は、交流電力に重畳した変動成分に起因して照明器具３が所定の状況に陥るのを抑制する範囲に、直流電力の値を調整する。インピーダンス低下回路３３は、抵抗３４Ａを流れる電流Ｉｒが予め定められた閾値Ｉｔｈ（図５）以下となった場合に動作する。

【0023】

ツェナーダイオード３３Ａのカソードは、図４に示すように、抵抗３３Ｂの一端と、トランジスタ３３Ｄのベースに接続される。ツェナーダイオード３３Ａのアノードは、整流回路３２のマイナス出力端子と、トランジスタ３３Ｅのエミッタとに接続される。抵抗３３Ｂの他端は、整流回路３２のプラス出力端子と、トランジスタ３３Ｄのコレクタとに接続される。抵抗３３Ｃの一端は、トランジスタ３３Ｄのエミッタに接続される。抵抗３３Ｃの他端は、トランジスタ３３Ｅのコレクタに接続される。トランジスタ３３Ｅのベースは、例えば抵抗Ｒを介して不図示の後段回路に接続される。

【0024】

トランジスタ３３Ｄ，３３Ｅはエミッタフォロワとして動作し、ツェナーダイオード３３Ａの降伏電圧を各制御回路の駆動電圧として後段に引き渡す。

【0025】

変換回路３４は、インピーダンス低下回路３３の後段に配置される。ここでの後段とは、インピーダンス低下回路３３よりも交流電源ＡＣの下流側を意味する。変換回路３４は、図４に示すように、例えば抵抗３４Ａと、この抵抗３４Ａに並列接続されたダイオード３４Ｂと、コンデンサ３４Ｃとを有して構成される。

【0026】

抵抗３４Ａの一端は、整流回路３２のマイナス出力端子に接続される。抵抗３４Ａの他端は、コンデンサ３４Ｃの一端に接続される。コンデンサ３４Ｃの他端は、整流回路３２のプラス出力端子に接続される。変換回路３４は、抵抗３４Ａを流れる電流を電圧という物理量に変換し、変換した電圧を後段に引き渡す。

【0027】

制御回路３５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの各種マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の各種ＩＣを有する。

【0028】

制御回路３５は、図３に示すように、電圧検出部３５Ａと、電圧判定部３５Ｂと、時間判定部３５Ｃと、調光制御部３５Ｄと、調色制御部３５Ｅと、インピーダンス低下回路制御部３５Ｆとを備える。

【0029】

電圧検出部３５Ａでは、変換回路３４によって変換された電圧が検出される。

【0030】

電圧判定部３５Ｂでは、変換回路３４によって変換された電圧と、予め生成された基準電圧との比較が行われる。すなわち、電圧判定部３５Ｂでは、変換回路３４が備える抵抗３４Ａを流れる電流が一定の範囲に収まるように電圧という物理量でもって、抵抗３４Ａを流れる電流の監視が行われる。

【0031】

時間判定部３５Ｃでは、電圧判定部３５Ｂの判定結果に基づき、両電圧の差分が所定の範囲内にある時間が判定される。例えば、時間が略ゼロになり、ＬＥＤ３０によって放たれる照明光の量が十分に大きい場合には、その旨が時間判定部３５Ｃから調光制御部３５Ｄや調色制御部３５Ｅに出力される。

【0032】

調光制御部３５Ｄは、ＬＥＤ３０に供給される直流電流をユーザが望む照明光の光量に合わせて大きくしたり小さくしたりして調整し、かつ調整後の値に維持する。

【0033】

調色制御部３５Ｅは、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）にそれぞれ対応したＬＥＤ３０に供給される直流電流をユーザが望む照明光の色に合わせて大きくしたり小さくしたりして調整し、かつ調整後の値に維持する。

【0034】

インピーダンス低下回路制御部３５Ｆは、電圧検出部３５Ａ、電圧判定部３５Ｂ、時間判定部３５Ｃ、調光制御部３５Ｄ及び調色制御部３５Ｅと協働しつつ、インピーダンス低下回路３３を制御する。

【0035】

駆動回路３６は、所定の電流流通角でＬＥＤ３０に供給される直流電流を断続（オン／オフ）し、ＬＥＤ３０に供給される直流平均電力を増減する。

【0036】

[動作]
次に、図４及び図５を参照しつつ、上記のように構成された電力調整装置の動作につき説明する。

【0037】

図５中の縦軸は上から順に、照明器具３に供給される電圧Ｖin、抵抗３４Ａを流れる電流Ｉｒ、インピーダンス低下回路３３を流れる電流Ｉｚ、合成電流Ｉｓを示し、横軸は時刻を示す。図４では、電流Ｉｒを二点鎖線で示し、電流Ｉｚを一点鎖線で示す。

【0038】

合成電流Ｉｓは、電流Ｉｒと電流Ｉｚとの合成電流のことをいう。電流Ｉreは、トライアック２３の導通状態を維持するために必要な保持電流である。期間Ｔｄ及びＴｅは、電流Ｉｒが閾値Ｉｔｈ以下となる期間であって、トライアック２３の導通状態を維持するために必要な保持電流を流す期間である。照明器具３内を流れる電流が一定値以下に減少した場合に動作するインピーダンス低下回路３３を設けたことで、調光器が誤動作することがなくなり、ちらつきのない快適な照明を提供できる。

【0039】

図６に示される、従来の電力調整装置の電圧／電流特性は、本実施形態の電力調整装置の電圧／電流特性（図５）と比べて、電流Ｉｒが閾値Ｉｔｈ以下となる期間Ｔｄ'及びＴｆ'に、トライアック２３の導通状態を維持するために必要な保持電流が供給されていない。加えて、当期間にトライアック２３のゲート端子Ｇに信号が入力されていないと、トライアック２３の導通は途絶え、誤動作につながるから結果ちらつきとなって表れる。

【0040】

図６の構成となる交流電力を直接に監視して、その情報を基に明るさを変化させる制御手段では、ＬＥＤ３０の明るさを変えない状態や、ＬＥＤ３０の明るさを非常に緩やかに遅く変える状態等の静的な状態では、たまたまトライアック２３が誤動作しないだけであり、インピーダンス低下回路３３の誤動作の抑制として十分なものとは言えない。

【0041】

ＬＥＤ３０の明るさを急激に変える状態や、照明器具３に接続される他の機器で消費される電力が急激に増減して瞬低が起こるような状態等の動的な状態では、トライアック２３に誤動作が発生し得るので、照明器具３によって放たれる照明光がちらつく虞がある。

【0042】

交流電力を直接に監視して、その情報を基に明るさを変化させる制御手段では、例えば調光率１～１００％を謳う製品では、入力電圧が１００Ｖ±１０％程度の範囲で性能を満足するように設計されることが多い。この性能を重視すると、入力電圧の公差（一般的に±１０％）を吸収するために回転つまみ式の明るさ調整用の可変抵抗２４の有効調整範囲を狭く、つまり明るさが変化しない状態（不感帯）を設けることになるため、ユーザは狭い範囲で明るさを調整することになる。また、入力電圧が２００Ｖの環境でも使用可能な兼用設計を行った場合には、有効調整範囲は更に狭いものになり実用に堪えなくなる。

【0043】

本実施形態では、照明器具３に供給される入力電圧が１００Ｖ±６％から１００Ｖ±１０％に増減しても、その増減分（±４％）を時間判定部３５Ｃが吸収できる。その結果、インピーダンス低下回路３３は、位相制御型調光器２と協働することで、照明器具３が所定の状況に陥るのを抑制する範囲に、直流電力の値をより調整し易くなる。

【0044】

上記実施形態では、整流回路３２に供給された交流電力の値が所定の範囲内（１００Ｖ±６％）で変動し得る場合であっても、電力調整装置１は、照明器具３が所定の状況に陥ることを回避できる。
すなわち、位相制御型調光器と組み合わせて使用（調光）する照明器具のちらつきをなくし、快適な照明を提供できる。

【0045】

交流電力を直接に監視してその情報を基に交流電力の電圧が一定値以下に下がった場合に調光器からの漏れ電圧を吸収するためのインピーダンス低下回路３３を動作させる機能を備える制御手段では、インピーダンス低下回路３３を備えない場合と比較して、調光器の誤動作は僅かに低減するが根本解決には至らず、製造・販売各社はこの調光器の誤動作に起因するちらつき（激しい明暗）を市場クレームとして受け、対応に苦慮している。

【0046】

以上、本発明の実施形態を図面により詳述したが、実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであるため、本発明は実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。
明るさを変える情報源（基準値）を電流としたことで、入力電圧の変動を受けなくなるから、入力電圧が１００Ｖと２００Ｖの環境でも使用可能な兼用設計が実現され、入力電圧の公差を吸収していた明るさが変化しない状態（不感帯）もなくなる。
交流電源に接続されるスイッチがなくとも、交流電源に接続された調光器の回転つまみ１つで調光・調色動作が実現できる。
例えば、一定期間内の変化速度と変化量による調色であれば、回転つまみを最大(最明)→最小(最暗)→最大(最明)に操作することで、調色（減光→色を変える→増光）が実現される。
ゆっくりとした速度で同様の操作をした場合には、調光（減光→増光）となる。

【0047】

上述した実施形態では、可変抵抗２４をユーザが操作可能な回転つまみ式で構成する例を示した。しかし、これに限られない。例えば、可変抵抗２４は、ユーザが操作可能なスライド式で構成されても良い。

【0048】

上述した実施形態では、照明器具３に用いる光源がＬＥＤである例を示した。しかし、これに限られない。例えば、光源をＬＥＤに代えてＬＤ（Laser Diode）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、無機ＥＬ等で構成しても良い。要するに、光源は、高速にオン／オフが可能な素子であれば良い。

【0049】

上述した実施形態では、整流回路３２を全波整流回路で構成する例を示した。しかし、これに限られない。例えば、整流回路３２は半波整流回路で構成されても良い。

【0050】

上述した実施形態では、トランジスタ３３Ｄ，３３ＥをＭＯＳＦＥＴで構成する例を示した。しかし、これに限られない。例えば、トランジスタ３３Ｄ，３３Ｅは、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等で構成されても良い。

【0051】

上述した実施形態では、３台のＬＥＤ３０を組み合わせて調色制御を行う例を示した。しかし、これに限られない。４台以上又は２台のＬＥＤ３０を組み合わせて調色制御を行っても良く、１台のＬＥＤ３０を設けて調光制御のみ行い調色制御を行わなくても良い。

【符号の説明】

【0052】

１ 電力調整装置
２ 位相制御型調光器
３ 照明器具
３０ ＬＥＤ
３３ インピーダンス低下回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】