JP2007066629A - 放電灯点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電灯の累積点灯時間の差によるフィラメントの温度上昇差、または、放電灯個々のばらつきによるフィラメントの温度上昇差を少なくして、適正な予熱を実現できる放電灯点灯装置および照明装置を提供する。
【解決手段】放電灯４の始動時には作動制御手段１４が、期間Ｔ１の間フィラメント電流Ｉ１を出力するように点灯装置３の作動を制御する。フィラメント抵抗検出手段１０は、期間Ｔ１後のフィラメント抵抗値を検出する。すると、作動制御手段は、このフィラメント抵抗検出値に応じて、期間ｔ２の長さおよび／またはフィラメント電流ｉ２を設定し、この設定した出力となるように点灯装置の作動を制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は熱陰極形の放電灯を点灯する放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を用いた照明装置に関する。

熱陰極形の放電灯は始動時にフィラメントを適正に予熱されるか否かが、始動性およびランプ寿命に影響する。このため、従来、ランプ両端に始動電圧を印加する以前にフィラメントに予熱電流を供給するソフトスタートと称されるものが実用化されている。

しかしながら、従来においては、ソフトスタート方式のように始動用の高電圧印加前にフィラメントを予熱することは行われていたが、どの程度予熱するかについては点灯装置によって固定的であった。すなわち、フィラメントの適正な予熱条件（フィラメント温度が電子放射に適正な温度に達するまでの条件）は放電灯の累積点灯時間によるエミッタの減少程度、それも放電灯個々によって異なるものであるが、従来はこのような実情に対応していないものである。

一方、特許文献１にはフィラメントの抵抗値に着目し、冷抵抗値（Ｒｃ）と予熱後の抵抗値（Ｒｈ）との比（Ｒｈ／Ｒｃ）が所定値に達したときが適正予熱状態であるとする技術が示されている。
特開２００４−２２１０２７号公報（段落「００２１」）

特許文献１は、冷抵抗値（Ｒｃ）と予熱後の抵抗値（Ｒｈ）との比（Ｒｈ／Ｒｃ）が予め設定された所定値に達するまでの時間が、これも予め設定された許容最小予熱時間に達していれば正常ランプとして始動電圧を印加するが、許容最小予熱時間に達していなければ寿命末期ランプと判断するものである。

このように、特許文献１のものは、フィラメントの適正予熱状態の判断方法を示すに止まり、放電灯個々の実情に対応した適正予熱を実現する手段までは言及していない。

しかしながら、上述のように、実際の放電灯は、累積点灯時間によりフィラメントのエミッタ減少程度が異なり、エミッタ減少程度に応じて同じフィラメント電流を供給された場合でもフィラメント温度が異なる。これはエミッタの減少程度に応じてフィラメントの熱容量に差が生じることによるものと推察できる。

したがって、予熱条件を固定的としている従来のものは、放電灯個々の実情に対応することができず、例えばある程度エミッタが減少しているフィラメントを過度に温度上昇させ、フィラメントを断線してしまう虞がある。

本発明は、放電灯の累積点灯時間の差によるフィラメントの温度上昇差、または、放電灯個々のばらつきによるフィラメントの温度上昇差を少なくして、適正な予熱を実現できる放電灯点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の放電灯点灯装置は、熱陰極形の放電灯にフィラメント予熱電力を供給するとともに点灯電力を供給する出力可変の点灯装置と；フィラメントの抵抗値を検出する抵抗検出手段と；点灯装置の出力を制御するようにその作動を制御するものであって、フィラメント予熱期間としてフィラメント電流Ｉ１を供給する期間Ｔ１、期間Ｔ１に続いてフィラメント電流ｉ２を供給する期間ｔ２を含み、期間Ｔ１後の抵抗検出手段のフィラメント抵抗検出値に応じて期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２および供給期間ｔ２の少なくとも一方を制御する点灯装置の作動制御手段と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の発明において、用語の定義および技術的な意味は次のとおりである。

熱陰極形の放電灯とは、予熱形のフィラメント電極を有するものであり、用途としては一般照明用、殺菌用、装飾用等どのようなものでもよく、形状的には直管形、円形、角形、いわゆるコンパクト形といわれるもの等どのようなものでもよい。

点灯装置は、その出力制御の容易性から高周波発生装置を含むものが好適であるが、直流点灯形、あるいは商用周波での点灯形等であってもよい。これらの点灯装置の出力を変化する一方法は、点灯装置の入力または出力電圧を制御することである。これは例えば入力側または出力側にパルス幅制御手段や位相制御手段を設けることによって実現できる。また、分流または分圧用のインピーダンス装置を挿脱可能に設けるようにしてもよい。

点灯装置をインバータ等の高周波発生手段にて構成している場合には、高周波発生手段の発振周波数を制御することにより出力を変化するようにしてもよい。すなわち、この発振周波数の制御により、高周波発生手段が通常含んでいる共振回路の出力を変化して、または、誘導性あるいは容量性のインピーダンス装置のインピーダンス値の変化を利用して出力を変化することができる。

また、点灯装置は、放電灯の始動用の高圧発生手段を含んでいることが、放電灯をより確実に始動できるとともに、点灯用の電圧を相対的に小さくして限流インピーダンス装置の小形化を図れる点で好ましい。

抵抗検出手段は、例えば電流検出手段および電圧検出手段の検出値を用いて演算により求めることができる。この場合、電流検出手段および電圧検出手段の検出値をアナログ／デジタル変換して、例えば後述の作動制御装置で演算処理することができる。

作動制御装置は、ＩＣ、マイコン等にて構成するのが小形化、処理速度の点で有利である。作動制御装置において、「抵抗検出手段のフィラメント抵抗検出値に応じて期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２および供給期間ｔ２の少なくとも一方を制御する」とは、フィラメント抵抗検出値をそのまま用いるようにしてもよい。この場合、検出した（あるいは演算した）フィラメント抵抗値そのものに応じて期間ｔ２のフィラメント予熱が制御されることになり、フィラメント間の電気特性の違いによる影響が予熱条件に相対的に大きく現れる。

一方、本発明においては、自己のフィラメントの冷抵抗値を測定、記憶しておき、上記フィラメント抵抗検出値との比（フィラメント抵抗検出値／冷抵抗値）を求めて、この比に応じて期間ｔ２のフィラメント予熱を制御するものも含むものである。この場合には、自己の冷抵抗値との比であるから擬似的にフィラメント温度を検出していることになり、フィラメント間の電気特性の違いによる影響を相対的に小さくできる。なお、この場合、冷抵抗値は、放電灯の点灯毎にフィラメント予熱開始直後（実質的に予熱によりフィラメント温度が上昇していないか無視できる期間）に測定するものとする。この場合のフィラメントの冷抵抗検出は、前記抵抗検出手段で検出することが可能である。

また、作動制御装置は、期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２および供給期間ｔ２の少なくとも一方を制御するもので、両方を制御する他、フィラメント電流を期間ｔ２内において予め設定された変化率で変化させるようなものも許容する。また、期間Ｔ１内における電流Ｉ１をある変化率で変化させるようにしてもよい。

さらに、期間Ｔ１とｔ２との長短関係、フィラメント電流Ｉ１とｉ２との大小関係は、基本的には任意に設定可能である。しかし、第１期間でエミッタ残存状況等フィラメントの状態を的確かつ安全に検知するためには、第１期間を相対的に短くして相対的に大きいフィラメント電流を流し、相対的に長い第２の期間ｔ２に相対的に小さい電流ｉ２を流して調整するのが好ましい結果を得られた。

このような請求項１記載の放電灯点灯装置は、放電灯の始動時には作動制御手段が、期間Ｔ１の間フィラメント電流Ｉ１を出力するように点灯装置の作動を制御する。フィラメント抵抗検出手段は、期間Ｔ１後のフィラメント抵抗値を検出する。すると、作動制御手段は、このフィラメント抵抗検出値に応じて、期間ｔ２の長さおよび／またはフィラメント電流ｉ２を設定し、この設定した出力となるように点灯装置の作動を制御する。

請求項２に記載の発明は、熱陰極形の放電灯にフィラメント予熱電力を供給するとともに点灯電力を供給する出力可変の点灯装置と；フィラメントの電流値を検出する電流検出手段；フィラメントの両端間電圧を検出する電圧検出手段と；点灯装置の作動を出力が変化可能に制御する作動制御手段と；を具備し、前記作動制御手段は、電流検出手段および電圧検出手段の検出値からフィラメントの抵抗値を検出する抵抗検出手段と、フィラメント予熱時間等を計時するタイマ手段と、予め入力されたフィラメント予熱電流値および供給期間等のデータを記憶するメモリ手段と、演算制御手段と、を備え、フィラメント予熱期間としてフィラメント電流Ｉ１を供給する期間Ｔ１、期間Ｔ１に続いてフィラメント電流ｉ２を供給する期間ｔ２が設定されており、期間Ｔ１後の抵抗検出手段のフィラメント抵抗検出値に応じて期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２および供給期間ｔ２の少なくとも一方をメモリ手段に記憶されたデータに基づき制御するものであることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に対していくらか具体化した内容を特定したものである。したがって、作用等は請求項１記載の発明と基本的に同様である。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、作動制御装置が、抵抗検出手段により検出された期間Ｔ１後のフィラメント抵抗値とフィラメントの冷抵抗値との比に応じて期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２および供給期間ｔ２の少なくとも一方を制御するものであることを特徴とする。

本発明は、抵抗検出手段により検出された期間Ｔ１後のフィラメント抵抗値とフィラメントの冷抵抗値との比に応じて期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２、供給期間ｔ２を制御するから、上述のとおり、擬似的にフィラメント温度を検出して、フィラメント間の電気特性の違いによる影響を相対的に小さくする。

請求項４記載の照明装置は、照明器具本体と；この器具本体に設けられた熱陰極形の放電灯と；この放電灯を点灯する請求項１ないし３のいずれか一記載の放電灯点灯装置と；を具備している。

照明装置はとしては、屋内用、屋外用を問わないし、点灯装置が照明器具本体に内蔵されていても内蔵されていなくてもよいものである。

請求項１および２発明によれば、放電灯の累積点灯状態すなわちエミッタの減少程度、または、放電灯の種類等によりフィラメントの温度上昇が異なっても、第２の期間ｔ２の長さやフィラメント電流値を制御するから、フィラメントに過大な電流を流してフィラメントを過度に昇温して断線することなく、より適正なフィラメント温度にして始動できる放電灯点灯装置を提供できる。

請求項３記載の発明によれば、フィラメント間の電気特性の違いによる影響を小さくしてより適正なフィラメント予熱を可能とする。

請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明の効果を奏する照明装置を提供することができる。

以下、本発明の放電灯点灯装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は点灯装置の一実施形態を示すブロック図、図２は同実施形態の作用を示す流れ図である。

図１において、１は商用交流電源、２は商用交流電源１の出力電圧を整流し必要に応じて平滑する整流装置である。点灯装置３は前記整流装置２の出力電圧を例えば可聴周波数以上の高周波電圧に変換して熱陰極形の放電灯４を点灯する。本実施形態の点灯装置３は、高周波発生手段を構成するスイッチング部５、直流カット用のコンデンサ６、共振用兼限流用のインダクタ７および共振用兼始動用のコンデンサ８からなる直列回路部９を有している。前記インダクタ７およびコンデンサ８は少なくとも放電灯４の点灯開始以前はスイッチング部５のスイッチング出力を供給されて直列共振回路を形成する。したがって、この直列共振回路の固有振動周波数に対するスイッチング部５の出力周波数の上昇または下降により共振出力は変化する。

抵抗検出手段１０は、フィラメント電流を検出する電流検出手段１１、フィラメント間電圧を検出する電圧検出手段１２、これらの検出手段の検出値からフィラメント抵抗を演算する演算手段１３を有している。なお、図示は省略したが、アナルグ／デジタル変換手段が前記演算手段１３の前段に設けられるか、演算手段１３に内蔵されている。

１４は前記点灯装置３の作動制御装置であり、始動時の予め設定された第１の期間Ｔ１は予め設定されたフィラメント電流Ｉ１が放電灯４のフィラメントに流れるようにスイッチング部５のスイッチング周波数を制御するとともに、第１の期間Ｔ１後は抵抗検出手段１０の検出値に応じて第２期間ｔ２およびフィラメント電流ｉ２を設定し、かつ、この設定したフィラメント電流ｉ２となるようにスイッチング部５の出力周波数を制御する。抵抗検出手段１０の検出ちに対応付けられた複数種の組合わせからなる第２期間ｔ２およびフィラメント電流ｉ２は予め設定されている。

また、作動制御装置１４は、第２の期間ｔ２の終了後に点灯装置３が始動用の高電圧を出力するように作動制御する。すなわち、スイッチング部５の出力周波数を前記直列回路部９の直列共振回路の固有振動周波数に近いものとすることにより、予熱時あるいは点灯時より大きい電圧を放電灯４に印加できるように始動シーケンスが構成されている。

次に本実施形態の作用を図２を参照して説明する。まず、放電灯４の始動が開始されると、作動制御装置１４は、第１の期間Ｔ１にＩ１の電流をフィラメントに供給するように制御する（Ｓ１）。期間Ｔ１の終了と同時に抵抗検出手段の検出値を読込み、この検出値に応じて期間ｔ２およびフィラメント電流ｉ２を設定するとともに、フィラメント電流ｉ２となるようにスイッチング部５の出力周波数を制御する（Ｓ２）。期間ｔ２が終了すると、スイッチング部５の周波数を始動用の高電圧を発生できるものに制御する（Ｓ３）。ついで、点灯時の電圧を発生する周波数に制御して（Ｓ４）始動シーケンスを終える。

なお、点灯装置の出力を上記のステップ（Ｓ１〜Ｓ４）のように変化させるには、出力周波数を直列共振回路の共振出力特性の誘導性領域において、スイッチング部５の出力周波数を（Ｓ１）ｆ３→（Ｓ２）ｆ４→（Ｓ３）ｆ１→（Ｓ４）ｆ２と変化させればよい。ここで、周波数ｆは添数字の小さい順に低いものとする。

また、本実施形態の放電灯点灯装置は放電灯４の寿命末期検出機能、放電灯装着検出機能等を有していてもよく、この場合、電流検出手段１１、電圧検出手段１２、作動制御手段１４をそれらの検出、判断部品として兼用することが可能である。例えば、電流検出手段１１の検出値が０の場合には無負荷と判段することができる。また、第１の期間Ｔ１後の抵抗検出手段の検出値が異常に大きい場合には放電灯の寿命と判断することもできる。

次に、図３〜図６を参照して本発明の放電灯点灯装置の第２の実施形態を説明する。図３は放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路図、図４は同実施形態の作用を示す流れ図、図５は（Ｒｈ／Ｒｃ）および期間ｔ２と電流ｉ２の設定例を示す図、図６は（Ｒｈ／Ｒｃ）が異なる２個の放電灯について、それぞれの第１の期間Ｔ１、電流Ｉ１、第２の期間ｔ２、電流ｉ２、始動電圧印加、点灯電圧印加状態およびそれぞれの放電灯の（Ｒｈ／Ｒｃ）の変化状態を期間Ｔ１およびｔ２について示す図である。

図３において、図１と同じあるいは対応する部分には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態において、スイッチング部５は、ハーフブリッジ形のインバータを構成する互いに直列接続された一対のＦＥＴ５１、５２およびこれらＦＥＴ５１、５２を交互にオンオフさせる駆動回路５３を有している。

また、作動制御手段１４は、メモリ手段１４１、タイマ手段１４２、電流検出手段１１および電圧検出手段１２の検出信号をアナログ／デジタル変換するアナルグ／デジタル変換手段１４３、ＣＰＵ等の演算手段１４４および前記駆動回路５３と信号送受するためのインターフェイス１４５を有している。

なお、本実施形態においては、演算手段１４４がフィラメント抵抗値を演算するものであり、また、放電灯４の始動毎にフィラメント予熱開始直後のフィラメント抵抗（冷抵抗）を演算してそのデータをメモリ手段１４１に記憶するものである。そして、第１の期間Ｔ１後のフィラメント抵抗値に応じてとは、検出されたフィラメント抵抗（Ｒｈ）と冷抵抗（Ｒｃ）との比（Ｒｈ／Ｒｃ）に応じて第２の期間ｔ２および電流ｉ２を設定するものである。

次に本実施形態の作用を参照して説明する。なお、検出されたフィラメント抵抗（Ｒｈ）と冷抵抗（Ｒｃ）との比（Ｒｈ／Ｒｃ）に対応付けられた第２の期間ｔ２および電流ｉ２は予めメモリ手段１４１に記憶されているものとする。

まず、放電灯４の始動が開始されると、作動制御手段１４は、第１の期間Ｔ１、フィラメント電流Ｉ１をフィラメントに供給するように駆動回路５３の出力周波数を制御する（Ｓ１１）。また、予熱開始と同時ないしは直後の電流検出手段１１および電圧検出手段１２の検出信号から冷抵抗（Ｒｃ）を演算し、メモリ手段１４１に記憶する（Ｓ１２）。

期間Ｔ１がタイマ手段１４２の計時により終了すると、この時点でのフィラメント抵抗値（Ｒｈ）を演算し（Ｓ１３）、冷抵抗（Ｒｃ）との比（Ｒｈ／Ｒｃ）を求める（Ｓ１４）。

ついで、この（Ｒｈ／Ｒｃ）に対応した第２の期間ｔ２および電流ｉ２をメモリ手段１４１から読出し、設定する（Ｓ１５）。これによって、駆動回路５３は電流ｉ２を供給できる周波数信号を出力する。なお、メモリ手段１４１に記憶されるデータの一例を図５に示す。すなわち、図５では、（Ｒｈ／Ｒｃ）が１．５〜３．０未満、３．０〜４．５、４．５〜６．０についてそれぞれ異なる期間ｔ２および電流ｉ２の組合せが設定されている。

なお、本実施形態では、（Ｒｈ／Ｒｃ）が１．５未満および６．０を超えた場合にはフィラメントが断線している等の無負荷状態あるいはフィラメントのエミッタが消耗している寿命末期状態と判断して、以後のステップに進まないようにしている。

第２の期間ｔ２が終了すると、駆動回路５３の出力周波数を始動用の高電圧を発生できるものに制御する（Ｓ１６）。ついで、点灯時の電圧を発生する周波数に制御して（Ｓ１７）始動シーケンスを終える。

図６は、（Ｒｈ／Ｒｃ）が異なる２個の放電灯について、それぞれの第１の期間Ｔ１、電流Ｉ１、第２の期間ｔ２、電流ｉ２、始動電圧印加、点灯電圧印加状態およびそれぞれの放電灯の（Ｒｈ／Ｒｃ）の変化状態を第１および第２の期間について示している。

図６において電圧波形（ａ）は、（Ｒｈ／Ｒｃ）が２．１であった放電灯ａに対する印加電圧波形であり、電圧波形（ｂ）は、（Ｒｈ／Ｒｃ）が３．９であった放電灯ｂに対する印加電圧波形である。ここで、期間Ｔ１は０．２sec、Ｉ１は1000mAとした。また、（Ｒｈ／Ｒｃ）が２．１あるいは３．９の場合のそれぞれの期間ｔ２、電流ｉ２は図５のとおりである。また、図６における曲線ｌ１は波形（ａ）の電圧を印加された放電灯ａの（Ｒｈ／Ｒｃ）の変化状態を示すものである。図６における曲線ｌ２は波形（ｂ）の電圧を印加された放電灯ｂの（Ｒｈ／Ｒｃ）の変化状態を示すものである。

図６からも明らかなように、期間Ｔ１に同じ条件で予熱されてもフィラメントの（Ｒｈ／Ｒｃ）は放電灯の累積点灯時間等によって異なるものである。しかし、本発明のように、期間ｔ２における電流ｉ２および期間２の長さの調整によって、ともに同等の（Ｒｈ／Ｒｃ）となった時点で始動用の高電圧を印加されることになる。

次に図７を参照して照明装置の実施形態を説明する。本実施形態の照明装置は、天井直付形の照明器具である。図７において７１は照明器具本体、７２は照明器具本体７１に設けられたソケット、７３は反射板、７４はソケット７２に装着された熱陰極形の放電灯、７５照明器具本体７１に内蔵された放電灯点灯装置である。

このような構成の照明装置は、熱陰極形の放電灯７５が適正に予熱されてから始動されるので、ランプ寿命を損なうことが少ないので、ランプ交換周期を長くできたり、不意の消灯を少なくできる。

放電灯点灯装置の一実施形態を示すブロック図 同実施形態の作用を示す流れ図 放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路図 同実施形態の作用を示す流れ図 （Ｒｈ／Ｒｃ）および期間ｔ２と電流ｉ２の設定例を示す図 （Ｒｈ／Ｒｃ）が異なる２個の放電灯について、それぞれの第１の期間Ｔ１、電流Ｉ１、第２の期間ｔ２、電流ｉ２、始動電圧印加、点灯電圧印加状態およびそれぞれの放電灯の（Ｒｈ／Ｒｃ）の変化状態を期間Ｔ１およびｔ２について示す図 照明装置の一実施形態を示す斜視図

符号の説明

３、７５：放電灯点灯装置、４：熱陰極形の放電灯、１０：抵抗検出手段、１１：電流検出手段、１２：電圧検出手段、１４：作動制御手段、７１：照明器具本体。

Claims (4)

1. 熱陰極形の放電灯にフィラメント予熱電力を供給するとともに点灯電力を供給する出力可変の点灯装置と；
   フィラメントの抵抗値を検出する抵抗検出手段と；
   点灯装置の出力を制御するようにその作動を制御するものであって、フィラメント予熱期間としてフィラメント電流Ｉ１を供給する期間Ｔ１、期間Ｔ１に続いてフィラメント電流ｉ２を供給する期間ｔ２を含み、期間Ｔ１後の抵抗検出手段のフィラメント抵抗検出値に応じて期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２および供給期間ｔ２の少なくとも一方を制御する点灯装置の作動制御手段と；
   を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 熱陰極形の放電灯にフィラメント予熱電力を供給するとともに点灯電力を供給する出力可変の点灯装置と；
   フィラメントの電流値を検出する電流検出手段；
   フィラメントの両端間電圧を検出する電圧検出手段と；
   点灯装置の作動を出力が変化可能に制御する作動制御手段と；
   を具備し、
   前記作動制御手段は、電流検出手段および電圧検出手段の検出値からフィラメントの抵抗値を検出する抵抗検出手段と、フィラメント予熱時間等を計時するタイマ手段と、予め入力されたフィラメント予熱電流値および供給期間等のデータを記憶するメモリ手段と、演算制御手段と、を備え、フィラメント予熱期間としてフィラメント電流Ｉ１を供給する期間Ｔ１、期間Ｔ１に続いてフィラメント電流ｉ２を供給する期間ｔ２が設定されており、期間Ｔ１後の抵抗検出手段のフィラメント抵抗検出値に応じて期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２および供給期間ｔ２の少なくとも一方をメモリ手段に記憶されたデータに基づき制御するものであることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 前記作動制御装置は、抵抗検出手段により検出された期間Ｔ１後のフィラメント抵抗値とフィラメントの冷抵抗値との比に応じて期間ｔ２におけるフィラメント電流ｉ２および供給期間ｔ２の少なくとも一方を制御するものであることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
4. 照明器具本体と；
   照明器具本体に設けられた熱陰極形の放電灯と；
   放電灯を付勢する請求項１ないし３のいずれか一記載の放電灯点灯装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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