JP2001185387A

JP2001185387A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2001185387A
Application number: JP36456299A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Miki; 伸和三木; Yukio Yamanaka; 幸男山中
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】蛍光灯のフィラメント断線後、グロー放電によ
り断線間が接続されるような細管ランプに対し、支持棒
の過熱やガラスステムの溶融を防ぐ。【解決手段】フィラメント及びそれを支える支持棒とこ
の支持棒を固定するガラスステム部を有する放電灯と、
前記放電灯に高周波電力を供給するインバータ回路とに
よって構成され、放電灯の支持棒またはガラスステム部
はナトリウムを含む放電灯点灯装置において、フィラメ
ントの断線後、ナトリウムを含む支持棒またはガラスス
テム部がオレンジ色のナトリウム発光を起こしたことを
検出する手段を設けて、ナトリウム発光検出時にはイン
バータ回路を発振停止あるいは間欠発振もしくは出力低
下させる保護手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電圧を高周波
電圧に変換して放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関
するものであり、さらに詳しくは、放電灯のステム放電
防止に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、商用電源のような交流電源に
より電力が供給されるインバータ回路の高周波出力を蛍
光ランプのような放電灯に供給し、例えば約５０ｋＨｚ
の高周波で点灯させるようにした放電灯点灯装置が提供
されている。また、蛍光ランプとしては、構造的に直管
形や環形やコンパクト形等の多品種があるが、近年省資
源化及び省エネルギーの観点から管径が細くなってい
る。管径を細くすることでランプ電流を低減し、高効率
化することは環境に優しい照明として注目を集めてい
る。逆に管径の細いランプに高電力を与えるには管電圧
を高くする必要がある。このことは、ランプ始動時にも
影響する。例えば常温での始動電圧を比較すると、定格
光束３２００ｌｍのＴ８管ＦＨＦ３２で略３００Ｖであ
るのに対し、定格光束３０００ｌｍのＴ１０管ＦＬＲ４
０Ｓでは略２５０Ｖである。つまり、管径の細いランプ
では、放電灯点灯装置がランプに与える電圧を高くする
必要がある。

【０００３】図９に従来型の放電灯点灯装置の回路図を
示す。商用電源よりなる交流電源Ｖｓを整流平滑して直
流電圧を得る直流電源と、直流電源の出力を高周波出力
に変換して放電灯４へ供給する一石式のインバータ回路
とを備えている。ここに直流電源は、交流電源Ｖｓを整
流するダイオードブリッジよりなる整流回路ＤＢと、整
流回路ＤＢの出力電圧を平滑する平滑コンデンサＣから
なり、交流電源Ｖｓと整流回路ＤＢとの間にはヒューズ
Ｆ、サージ吸収素子ＺＮＲ、フィルタ回路ＦＬを挿入し
てある。また、インバータ回路は共振用のインダクタＬ
１とＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ１と抵抗
Ｒｓとの直列回路を平滑コンデンサＣに並列接続し、放
電灯４と直流カット用のコンデンサＣ４とインダクタＬ
２の直列回路をインダクタＬ１の両端に接続し、放電灯
４の一対のフィラメントｆ１，ｆ２の非電源側端子間に
コンデンサＣ１を並列接続した構成となっている。ま
た、インバータ回路は、ゲート抵抗Ｒｇを介してスイッ
チング素子Ｑ１のゲートへ駆動信号を与える集積回路よ
りなる制御回路１０を備えている。この構成において
は、制御回路１０によってスイッチング素子Ｑ１を高周
波でＯＮ／ＯＦＦさせることにより、インダクタＬ１と
コンデンサＣ２が共振してインダクタＬ１の両端に共振
電圧を発生させ、放電灯４に高周波（例えば約５０ｋＨ
ｚ）の交番電流を流して放電灯４を始動点灯させるよう
になっている。

【０００４】ところで、放電灯４の寿命末期にはフィラ
メントｆ１，ｆ２のエミッタの消耗や飛散などにより放
電灯４がいわゆる半波点灯するモードになる。このた
め、放電灯４が寿命末期にある状態では、放電灯４の等
価的なインピーダンスが上昇して点灯時の共振条件が崩
れ、共振条件が始動時の共振状態に近くなってしまうの
で、始動時と同様に非常に高い電圧が印加され、インバ
ータ回路を構成する各素子に大きなストレスがかかる恐
れがある。この種の不具合を防止するために、制御回路
１０は放電灯４の寿命末期を検出してインバータ回路の
高周波出力を低下させる保護手段を備えている。すなわ
ち、制御回路１０はスイッチング素子Ｑ１に直列に接続
された抵抗Ｒｓの両端電圧を監視しており、抵抗Ｒｓの
両端電圧が予め設定された基準値を超えた場合に、スイ
ッチング素子Ｑ１へ与える駆動信号の発振周波数を高く
してインバータ回路の高周波出力を低下させることによ
り、インバータ回路を構成する各素子へのストレスを軽
減している。

【０００５】また、８ｍｍ管のように管径が細い場合
は、寿命末期時のフィラメント近傍の温度が高くなるた
め、図９に示すように、熱感知センサ２０をランプ両端
に配置して、フィラメント近傍部の温度を熱検出回路１
１を用いて検出し、保護動作することを当社は提案して
いる。

【０００６】さらに、ランプ寿命末期におけるエミッタ
の飛散したフィラメントは、殆どの場合、断線すること
になる。そこで、フィラメントの断線を検出する手段も
数多く提案されている。一般的には、フィラメントを介
してインバータ内部の直流電流通電経路が構成されるよ
うにしておき、フィラメントが断線した場合には前記直
流電流通電経路が切断されるので、それを検出してイン
バータの発振を停止させる方式が数多く採用されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ランプの細
管化が進むにつれて、各フィラメントを支持している支
持棒間の距離も縮まっていることで、ランプが断線した
場合でも断線の度合いによっては断線間がグロー放電で
接続される場合が出てくる。このようになると、前述の
ランプ寿命末期検出手段や、フィラメント断線検出手段
では検出できなくなってしまう。グロー放電で接続され
ているだけならば通常点灯と同じように点灯し、問題は
ない。しかし、この状態が悪い具合に進展した場合、ラ
ンプ自体の温度上昇に加えて口金部の温度が上昇するこ
とになる。特にコンパクトランプでは口金部を合成樹脂
で形成しているため、熱変形温度は金属加工された口金
部より低くなっている。例えばＰＢＴでは２１８℃、Ｐ
ＥＴでは２２０℃、ＰＰＳでは２６０℃である。この究
極的な現象の一つとしてガラスステム部の溶融があり、
その防止策として特願平５−１１７４４６号のようにフ
ィラメント両端に並列に負温度特性の抵抗素子を設けて
温度上昇を防止する方法が提案されている。

【０００８】本発明は上述のような点に鑑みてなされた
ものであり、蛍光灯のフィラメント断線後、グロー放電
により断線間が接続されるような細管ランプに対し、支
持棒やガラスステムの溶融する最悪状態を防ぐことを課
題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図８はＬ−Ｃ共振を用い
たインバータ回路を遅相動作させる場合の出力電圧と動
作周波数の関係を示している。ランプ点灯時の共振カー
ブはランプの抵抗成分Ｒを含むＬ−Ｃ−Ｒ共振となり、
ランプが点灯する以前の予熱時や始動電圧印加直後では
ランプの抵抗成分Ｒが無限大であるため、Ｌ−Ｃ共振の
みとなる。このような共振系の変化に対応して、共振系
に与える周波数を変化させることにより、ランプへの出
力を調整している。一般的に、予熱時には高い周波数を
与えることにより、Ａ点の電圧を得る。このことでラン
プフィラメントを十分に予熱し、熱電子放出を活発にす
ることにより、ランプ寿命を伸ばしている。一定時間フ
ィラメントに予熱を与えた後、インバータの周波数を切
り替えてＢ点に移し、ランプを始動させる電圧を与え
る。ランプが点灯すると、共振系はランプの抵抗成分Ｒ
を含むＬ−Ｃ−Ｒ共振に変化し、ランプに与える電圧は
Ｃ点に移り、適正値となるように設計している。

【００１０】ランプが寿命末期を迎えるとフィラメント
に蒸着されている電子放出物質（エミッタ）が飛散する
ため、半波放電モードになり、ランプ抵抗Ｒが上昇す
る。このときの共振系はＬ−Ｃ共振に近づくため、点灯
時と同じ周波数で動作させると、Ｄ点に示されるように
出力電圧は上昇する。この寿命末期時を検出するため
に、所定の検出電圧を設定し、その検出電圧を越えた場
合には何らかの保護回路が動作するように配慮をしてい
る。また、寿命末期を迎えたランプのフィラメントはス
トレスを多く受けたことにより、ほとんどの場合が断線
する。

【００１１】フィラメント間が断線した場合、Ｌ−Ｃ共
振回路に直列に無限大の抵抗が挿入されることになるの
で、共振電流は流れない。ところが従来例でも述べたよ
うに、フィラメントが断線しても、その間がグロー放電
で接続される場合がある。フィラメント断線間がグロー
放電で接続されている場合の抵抗値は数１０ｋΩに相当
するため、ＬＣ共振に左右されないインバータのスイッ
チング電圧が発生する。これは図８に示されるグロー放
電の電圧に相当し、Ｄ’点の電圧を持つ。この場合、イ
ンバータのスイッチング素子の両端に印加される電圧が
ランプ両端に印加されるため、上述の寿命末期検出手段
では検出しきれない場合がある。

【００１２】通常、グロー放電のみであれば、ガラス管
内の放電現象であり、何ら問題はない。ところが、何ら
かの現象でフィラメント断線間電圧が上昇した場合、フ
ィラメントを支えている支持棒やガラスステム部が急激
に熱せられ、ナトリウム元素によるオレンジ色の発光が
発生する。この状態で放置すると徐々に反応が加速して
究極的には鉛ガラスの融点６５０℃を迎えることにな
る。つまり、フィラメントを支えている支持棒やガラス
ステム部に発生するオレンジ色のナトリウム発光が発生
した時に何らかの保護をすれば良い。この状態はランプ
管径が細くなること及び図９のようなコンデンサでフィ
ラメントを予熱する方式（通称コンデンサ予熱方式）を
採用している場合に起こることがある。

【００１３】更に具体的に述べると、ナトリウム発光す
る電圧を後述のように定義できたので、これを検出す
る。また、ナトリウム発光からステム溶融するには電流
の上昇が不可欠であるから、これを検出する。これらの
手段により、支持棒やガラスステムの溶融を防ぐもので
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の実
施形態１の概略構成図である。交流電源には、フューズ
Ｆを介して、ダイオードブリッジＤＢ等の整流回路１が
接続されている。その整流出力には、昇圧チョッパ回路
等の平滑回路２が接続されている。平滑回路２により平
滑された直流電圧は大型の電解コンデンサＣにチャージ
される。平滑回路２を制御する第１の制御回路５は、例
えば汎用ＩＣ等を用いた昇圧チョッパ制御回路である。
電解コンデンサＣの直流電圧はインバータ回路３により
高周波の交流電圧に変換される。インバータ回路３は例
えば他励式ハーフブリッジインバータであり、コンデン
サ予熱方式のものが用いられる。インバータ回路３を制
御する第２の制御回路６はスイッチング周波数やデュー
ティ等を制御するためのインバータ制御回路である。ラ
ンプ負荷４はコンパクト型蛍光灯負荷（例：ＦＨＰ３
２）などが用いられる。ナトリウム発光検出回路８は、
断線したフィラメント間に印加される電圧を検出するフ
ィラメント間電圧検出回路よりなる。この検出回路８の
信号を受けて、保護回路７はインバータ回路３を発振停
止あるいは間欠発振させることにより出力を低下させる
保護動作を行う。

【００１５】図２に前述のインバータ回路３、ランプ負
荷４、インバータ制御回路６、保護回路７、ナトリウム
発光検出回路８の部分を具体的な回路図に展開したもの
を示す。直流電源Ｅに接続されたスイッチング素子Ｑ１
とＱ２が交互にオン／オフして方形波電圧を発生させ、
インダクタＬ１とコンデンサＣ１の直列共振によりラン
プ４に正弦波電圧を与える。Ｃ４は直流成分カット用の
結合コンデンサである。インバータ制御回路６は動作電
位の異なる２つのスイッチング素子Ｑ１とＱ２を駆動さ
せる高耐圧のＩＣが用いられる。ここで直流電源Ｅは前
述の平滑回路２によってＤＣ電圧がチャージされた電解
コンデンサとする。スイッチング素子Ｑ１とダイオード
Ｄ１はパワートランジスタ、またはワンパッケージのＭ
ＯＳＦＥＴ等である。スイッチング素子Ｑ２とダイオー
ドＤ２についても同様である。なお、インバータ回路３
の動作については一般的なハーフブリッジであるので説
明を省略する。

【００１６】ランプ負荷４は回路記号上では直管のよう
に描かれているが、アマルガム入りのコンパクトランプ
ＦＨＰ３２とする。ＦＨＰ３２の上側のフィラメントを
ｆ１、下側のフィラメントをｆ２とする。回路上のグラ
ンドよりフィラメントｆ２を介してフィラメント間に印
加される電圧を監視するため、ダイオードＤ３と抵抗Ｒ
２、Ｒ３、コンデンサＣ３が接続されている。フィラメ
ントｆ２に発生する電圧を分圧した抵抗Ｒ３の電位が、
コンパレータＩＣ１の基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合、
コンパレータＩＣ１の出力がＨｉｇｈレベルとなり、保
護回路７に伝達される構成となっている。保護回路７で
はコンパレータＩＣ１のＨｉｇｈレベルの出力信号を受
けて制御回路６に発振停止あるいは間欠発振等の指令を
出す役目を担っている。

【００１７】ナトリウム発光を検出するには、コンパレ
ータＩＣ１の基準電圧Ｖｒｅｆの設定が重要となってく
る。本実施形態では、この基準電圧Ｖｒｅｆをフィラメ
ントｆ２が断線した際にグロー放電からオレンジ色のナ
トリウム発光が起きるまでの電圧範囲内に設定する。こ
れにより、ナトリウム発光を検出し、保護機能を動作さ
せることで、ガラスステムの溶融を保護することができ
る。

【００１８】本実施形態中では片側のフィラメントｆ２
のフィラメント間電圧の検出についてのみ述べている
が、他側のフィラメントｆ１のフィラメント間電圧を検
出する場合も同様に基準電圧を設定すれば良い。

【００１９】また、インバータ回路３としてチョッパー
機能兼用型のインバータ回路を用いた場合の概略構成を
図３に示した。兼用型インバータ回路３としては、１石
兼用型、２石兼用型、高周波充電型または高周波重畳型
など、チョッパー回路のスイッチング素子とインバータ
回路のスイッチング素子を兼用し、商用交流電源からの
入力力率を改善し、高調波歪みを低減できるものであれ
ば方式は問わない。これにより、図１の構成に比べて平
滑回路２を省略することができる。その他の構成は、図
１及び図２と同様である。

【００２０】（実施形態２）図４はコンパクト型Ｈｆ蛍
光灯ＦＨＰ３２の概略図を示している。ガラス部の径は
φ１７．５であり、フィラメントを支える支持棒間距離
は７ｍｍである。従来例でも述べたように、寿命末期を
迎えたランプの多くは断線を迎える。ところが、断線し
たフィラメント間にある一定以上の電圧を与えると、グ
ロー放電により断線間が接続される。今回詳細に調査し
たところ、１５０Ｖ以上の電圧をフィラメント間に印加
するとグロー放電が始まることが分かった。グロー放電
しているだけでは、ランプ表面のガラス温度は５０℃程
度にしか上昇せず、同様にランプ口金温度も４０℃程度
である。

【００２１】ところが、このランプの断線したフィラメ
ント間に少なくとも４５０Ｖ以上の電圧を与えると、フ
ィラメントを支えている支持棒やガラスステム部が急激
に熱せられ、オレンジ色の発光であるナトリウム元素の
発光が起こる。この状態で放置すると徐々に反応が加速
して究極的には鉛ガラスの融点６５０℃を迎えることが
分かった。

【００２２】逆に、このナトリウム発光が起こらない場
合は究極状態に達しないことが判明した。つまりここで
用いられた断線間に与えられた電圧値４５０Ｖは非常に
有用な数値であり、本発明の根元になる数値である。

【００２３】ここで、支持棒間の距離と上記数値には深
い関係が有り、支持棒間距離をｄ（ｍｍ）とし、上記電
圧値をＶｆ（Ｖ）とすると、ナトリウム発光するための
関係式が次のように導かれた。Ｖｆ（４５０Ｖ）／ｄ（７ｍｍ）＝略６５（Ｖ／ｍｍ）上記関係式に従って、フィラメント間電圧（フィラメン
トを支える支持棒間電圧）を検出することで極めて安全
性の高い放電灯点灯装置が提供できる。

【００２４】図５はＦＨＰ３２のフィラメント支持棒中
に補助アマルガムが接続されていることを示している。
（ａ）は片側のフィラメント近傍、（ｂ）は他側のフィ
ラメント近傍である。このように、補助アマルガムの接
続状態によって支持棒間の距離が縮まる場合があるが、
本発明者らによる検証実験では、上述の関係式と一致す
る結果が得られた。

【００２５】（実施形態３）本実施形態では実施形態２
の技術思想を引き継ぎ、より具体的に設計した例につい
て述べる。前述のＦＨＰ３２ランプでは、４５０Ｖ以上
の電圧がフィラメント間（フィラメントを支える支持棒
間）に印加されるとナトリウム発光すると述べた。実使
用上では部品のばらつきや周囲温度条件等を加味するこ
とが望ましく、下側に略１０％程度のマージンを取るこ
とでより安全に検出動作をさせることが可能である。そ
こで上記検出電圧のマージンを５０Ｖとし、支持棒間距
離をｄ（ｍｍ）とし、実施形態２における限定数値６５
（Ｖ／ｍｍ）を用いると、下記の関係式を導くことがで
きる。６５（Ｖ／ｍｍ）×ｄ（ｍｍ）−５０（Ｖ）上記関係式に従って、フィラメント間電圧（フィラメン
トを支える支持棒間電圧）を検出することでより安全性
の高い放電灯点灯装置が提供できる。

【００２６】（実施形態４）図６はフィラメント断線時
にフィラメント間（フィラメントを支える支持棒間）に
印加される電圧Ｖｆとその間を流れる電流Ｉｆを経過時
間で追った場合の特性を示している。これは、図１の基
本構成におけるインバータ回路の出力電圧を実験的に非
常に大きくした場合の結果である。フィラメント断線後
にグロー放電が発生し、後に断線間がナトリウム発光し
ている。さらにこれを継続するとステム溶融にまで達す
ることが分かった。本実施形態では、グロー放電からナ
トリウム発光にモード変化するときのフィラメント電圧
Ｖｆの立ち上がりを検出することを特徴としている。つ
まり、急激なｄＶ／ｄｔの変化を検出することを特徴と
している。検出手段の一例として、図２のような構成に
対してＲＣの時定数を変化させたものを用いることで可
能である。本実施形態は図６中Ａの領域を検出すること
を特徴とするものであり、これにより、より感度良くナ
トリウム発光する前の検出を行うことができる。

【００２７】（実施形態５）以下に本発明の実施形態５
について述べる。実施形態４と同様に図６を参照する。
本実施形態では、ナトリウム発光が一定時間にわたり続
いた場合に、これを検出することを特徴としている。一
定時間ナトリウム発光していることを検出することで、
外乱ノイズと確実に区別することができ、誤動作防止の
効果がある。実際問題として、ナトリウム発光したら瞬
間的にガラスステムが溶融するものではない。ナトリウ
ム発光中に発生する電力により、ガラスステムまたはフ
ィラメントを支える支持棒が融点を迎え、抵抗値が下が
るまでにはタイムラグがある。抵抗値が低下すること
で、ステムの溶融が加速する。本実施形態は図６中Ｂの
領域を検出することを特徴とするものであり、これによ
り、確実にナトリウム発光を検出できる効果がある。

【００２８】（実施形態６）以下に本発明の実施形態６
について述べる。本実施形態は図６中Ｃの領域を検出す
ることを特徴とするものであり、フィラメント間がナト
リウム発光しているモードからフィラメント電圧Ｖｆが
急激に立ち下がることを検出する。つまり、ナトリウム
発光からガラスステムまたはフィラメントを支える支持
棒が溶融する瞬間の移り変わりの急激な電圧変化（−ｄ
Ｖ／ｄｔ）を検出することを特徴とする。ナトリウム発
光から次のモードに移った場合には、ランプ口金部が極
めて熱せられる。今日このモードを防ぐために、ランプ
内部に温度ヒューズを内蔵しているメーカもあるくらい
である。

【００２９】放電灯点灯装置側では、例えばプログラム
を組んだマイコン等を使用し、ナトリウム発光するフィ
ラメント電圧から急激に落ち込んだ場合（規定値を超え
る−ｄＶ／ｄｔが発生した場合）、安全性を最優先する
確実な保護動作を実行する。究極的な方法として、安定
器内部に内蔵されたヒューズ等の自殺回路を動作させる
などである。この方法を用いることで、ナトリウム発光
後、ステム溶融することに対する最終手段的な歯止めを
することができる。

【００３０】（実施形態７）以下に本発明の実施形態７
について述べる。本実施形態では、実施形態１〜５で述
べたようにナトリウム発光を検出した後の保護動作とし
て、インバータ回路３の発振を停止させることを特徴と
する。例えば図１における保護回路７が検出回路８より
ナトリウム発光の検出信号を得た場合、制御回路６の発
振停止動作に対してラッチをかける。つまり、インバー
タ回路３の発振停止によりナトリウム発光の検出信号が
無くなっても、インバータ回路３は発振停止を維持す
る。ただし、ランプを脱着したときにはインバータ回路
３の再起動がかかる構成にしても良い。

【００３１】（実施形態８）以下に本発明の実施形態８
について述べる。本実施形態では、実施形態１〜５で述
べたようにナトリウム発光を検出した後の保護動作とし
て、インバータ回路３を間欠発振させることを特徴とす
る。例えば図１における保護回路７が検出回路８よりナ
トリウム発光の検出信号を得た場合、制御回路６により
インバータ回路３を間欠発振させる。インバータ回路３
を間欠発振させることで、ナトリウム発光により温度上
昇しているガラスステム部またはフィラメントを支える
支持棒温度を低下させることが可能である。間欠発振す
る場合の休止区間を伸ばせば伸ばすほど、前述の温度低
下は顕著である。今回実験的に休止区間を変化させて温
度低下を調査した結果、少なくとも３秒以上の休止区間
がある場合、ナトリウム発光のモードから次のモードへ
移らないことが解った。

【００３２】（実施形態９）以下に本発明の実施形態９
について述べる。本実施形態では、実施形態１〜５で述
べたようにナトリウム発光を検出した後の保護動作とし
て、インバータ回路３からの出力を絞ることを特徴とす
る。例えば図１における保護回路７が検出回路８よりナ
トリウム発光の検出信号を得た場合、制御回路６により
インバータ回路３の発振周波数を高くする。インバータ
回路３の発振周波数を高くすることで、実質的にランプ
負荷４に印加されるランプ電圧が下がり、フィラメント
間電圧も低下し、断線間を弱いグロー結合とする。また
は、グローの結合を解き放つ。

【００３３】（実施形態１０）以下に本発明の実施形態
１０を示す。本実施形態では、フィラメント断線間に印
加される電圧を直接測定するのでなく、代用特性により
検出する場合について述べる。具体的には、ランプ両端
間電圧で代用的に検出する手段である。図７は、図１に
おけるナトリウム発光検出回路８をランプ両端電圧の検
出回路としたものである。

【００３４】ランプ負荷４のフィラメントｆ１とｆ２を
含む両端電圧を抵抗Ｒ１とＲ１’で分圧し、ランプ両端
間電圧として検出する。抵抗Ｒ１’と並列にダイオード
Ｄ３とコンデンサＣ５、抵抗Ｒ２、Ｒ３、コンデンサＣ
３が接続されている。フィラメントの一部が断線し、グ
ロー放電で接続されている場合は、数１０ｋΩの抵抗が
Ｌ−Ｃ共振に直列接続された構成となるため、実質的に
はスイッチング素子Ｑ１とＱ２によりスイッチングされ
た方形波が印加される。断線部間の抵抗は、フィラメン
トを支える支持棒やガラスステム温度が上昇することで
低下し、Ｌ−Ｃのみの共振に近づき、ランプ両端間電圧
が上昇する。抵抗Ｒ３の電位が、コンパレータＩＣ１の
基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合、コンパレータＩＣ１の
出力信号がＨｉｇｈレベルとなり、保護回路７に伝達さ
れる構成となっている。保護回路７ではコンパレータＩ
Ｃ１のＨｉｇｈレベルの信号を受けて制御回路６に発振
停止あるいは間欠発振等の指令を出す役目を担ってい
る。インバータ回路３の動作については一般的なハーフ
ブリッジであるので説明を省略する。

【００３５】ナトリウム発光を検出するには、コンパレ
ータＩＣ１にＨｉｇｈレベルの信号を出力させるための
基準電圧Ｖｒｅｆの設定が重要になってくる。本実施形
態では、この基準電圧Ｖｒｅｆを、フィラメントｆ２が
断線した際にグロー放電からオレンジ色のナトリウム発
光に至るまでの電圧範囲内に設定することを特徴として
いる。このナトリウム発光を検出し、保護機能を動作さ
せることで、ガラスステム部の溶融を防止し、装置を保
護することができる。同様にして、インバータ回路中に
発生する共振電流の高まりを検出する手段を用いても構
わない。また、これらの電圧または電流の増加を検出す
る手段と実施形態４〜９を適宜組み合わせて用いること
については、何ら支障が無い。

【００３６】（実施形態１１）以下に本発明の実施形態
１１を示す。実施形態２において、フィラメントの支持
棒間距離をｄ（ｍｍ）とし、支持棒間に印加される電圧
をＶｆ（Ｖ）とすると、ナトリウム発光するための関係
式を次のように開示した。Ｖｆ（４５０Ｖ）／ｄ（７ｍｍ）≒６５（Ｖ／ｍｍ）本実施形態では上述の関係式に従い、適合ランプと組み
合わせたインバータの出力が、予熱時、始動時、点灯
時、ランプ寿命末期時等において、６５×ｄ（Ｖ）より
高い電圧は印加させないことを特徴とする。これらの電
圧の組み合わせは、ＬＣ共振の設計に依存されており、
特に遅相領域の強い部分を利用すると達成が可能であ
る。

【００３７】また、調光機能付インバータの場合、調光
を深くするためにランプ両端への印加電圧を高くする場
合があるが、上述の６５×ｄ（Ｖ）以上が印加されない
場合は、本発明の技術的範囲に属することは言うまでも
ない。

【００３８】（実施形態１２）以下に本発明の実施形態
１２を示す。本発明者らが実験的に検証した結果より、
前述の実施形態１１で示した６５×ｄ（Ｖ）以上の電圧
が印加される時間が連続１秒程度の場合、ナトリウム発
光のモードから次のモードに変化することはなかった。
これは、実施形態５でも述べたようにタイムラグのため
である。一般的にランプに与える電圧として最大のもの
はランプ始動電圧であり、ここでの連続１秒とは、日本
市場が要求する始動電圧印加時間に相当する。つまり、
ランプ始動時に６５×ｄ（Ｖ）以上印加されても、点灯
モードにおいて印加電圧が低減されれば問題がない。本
実施形態の開示事項として、６５×ｄ（Ｖ）以上の電圧
が連続で略１秒未満とする知見が技術的に有意義である
と考える。

【００３９】（実施形態１３）以下に本発明の実施形態
１３について述べる。実施形態１〜１２においては、ナ
トリウム発光に起因した部分を規制する手段として、フ
ィラメント間に印加される電圧について説明したが、本
実施形態では、フィラメント間に流れる電流について述
べる。

【００４０】図６は、フィラメント断線時にフィラメン
ト間（フィラメントを支える支持棒間）に印加される電
圧Ｖｆとその間を流れる電流Ｉｆを経過時間で追った場
合の特性を示している。これは、図１の基本構成におい
てインバータ回路３の出力電圧を実験的に非常に大きく
した場合の結果である。フィラメント断線後にグロー放
電が発生し、後に断線間がナトリウム発光している。さ
らにこれを継続するとステム溶融にまで達することが分
かった。本実施形態では、フィラメントが断線してグロ
ー放電に移行する際にフィラメント間に流れる電流Ｉｆ
が急激に低下する部分を検出する。

【００４１】検出する手段としては、フィラメントに流
れる電流を直接検出する、あるいは、断線間がグロー放
電で接続されるためフィラメント抵抗値が上昇し、回路
中の共振電流が急激に低下することを検出する、もしく
は、ランプ電流を代用特性としてみた時、ランプ電流が
低下することを検出する等の手段が考えられる。以上の
手段は一例として開示したに過ぎず、フィラメント間に
流れる電流の変化を検出できれば他の手段を用いても良
いことは言うまでもない。

【００４２】（実施形態１４）以下に本発明の実施形態
１４について述べる。本実施形態では、フィラメント間
がナトリウム発光しているモードからガラスステムが溶
融するときにフィラメント間に流れる電流が急激に上昇
する部分を検出する。検出する手段としては、実施形態
１３で例示したような手段に加えて、フィラメント電流
が低下しているグロー放電ないしナトリウム発光してい
る時間が、放電灯点灯装置に内蔵されたタイマー装置の
基準を超えた場合に検出する、あるいは、ナトリウム発
光している時のフィラメント間電流が急激に上昇した場
合に検出動作する等の手段も考えられる。以上の手段は
一例として開示したに過ぎず、フィラメント間に流れる
電流の変化を検出できれば他の手段を用いても良いこと
は言うまでもない。

【００４３】（実施形態１５）以下に本発明の実施形態
１５について述べる。断線したフィラメント間がグロー
放電している場合、またはナトリウム発光が開始した直
後では、負荷状態から放電灯点灯装置の入力電力が低下
する。本実施形態では、この入力電力の低下を検出する
手段について述べる。たとえば、放電灯点灯装置（イン
バータ回路）の入力電力を検出し、定格入力電力の少な
くとも３０％未満の場合には異常と推定し検出する。あ
るいは、放電灯点灯装置（インバータ回路）の入力電流
を検出し、定格入力電流の少なくとも３０％未満の場合
には異常と推定し検出する。もしくは、インバータ回路
の入力電源となるＤＣ電圧の上昇を検出する。これは特
に図３に示したような兼用型インバータで効果を発揮す
る。以上の手段は一例として開示したに過ぎず、放電灯
点灯装置の入力電力の変化を検出できれば他の手段を用
いても良いことは言うまでもない。

【００４４】（実施形態１６）以下に本発明の実施形態
１６について述べる。フィラメントの断線したランプが
オレンジ色の発光をしているのは、ガラスに含まれるナ
トリウムが発光しているものである。本実施形態では、
ランプの管端部がナトリウム発光していることを直接検
出することを特徴とする。その手段の一例として、ラン
プの管端部にプリズムのような分光器を設け、光の波長
別に分光し、ナトリウムのスペクトル（２４９〜８１４
ｎｍ）を受けた場合、実施形態７〜９のような保護動作
をすることを特徴とする。また分光方法の一例として、
帯域フィルタを持つレンズにより、ナトリウム発光のス
ペクトルを検出しても良い。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、フィラメント
及びそれを支える支持棒とこの支持棒を固定するガラス
ステム部を有する放電灯と、前記放電灯に高周波電力を
供給するインバータ回路とによって構成され、放電灯の
支持棒またはガラスステム部はナトリウムを含む放電灯
点灯装置において、前記フィラメントの断線後、前記ナ
トリウムを含む支持棒またはガラスステム部がオレンジ
色のナトリウム発光を起こしたことを検出する手段を具
備するものであるから、ナトリウム発光に対してインバ
ータ回路の発振停止や間欠発振、出力低減のような保護
動作を行うことによりガラスステムや支持棒が溶融する
ことを防止できるという効果がある。

【００４６】請求項２の発明によれば、フィラメント間
電圧の検出によりナトリウム発光を検出できるものであ
るから、光学的な検出手段を別途設ける必要がなく、回
路的に簡単にナトリスム発光検出が可能となる。また、
請求項３又は５の発明によれば、フィラメント間電圧の
立ち上がりあるいは立ち下がりを検出することにより保
護動作を行うものであるから、ＲＣ時定数の設定などに
より簡単な回路構成でナトリウム発光を検出できる。請
求項４の発明によれば、断線したフィラメント間がナト
リウム発光している状態が所定時間以上にわたり継続し
たことを検出するものであるから、タイマー回路などを
用いて簡単に検出することができ、また、ノイズ等によ
る誤動作も回避できるという利点がある。

【００４７】請求項６又は７の発明によれば、フィラメ
ント間電圧と支持棒間距離の関係を規定したので、支持
棒間距離が予め分かっている場合には、フィラメント間
電圧の変化を見なくてもフィラメント間電圧の大きさを
検出するだけでナトリウム発光を検出できるという利点
がある。

【００４８】請求項８又は１３の発明によれば、フィラ
メント間に印加される電圧の上限あるいは電圧印加時間
の上限を規定したので、格別の検出手段や保護手段を有
していなくても、安全性の高い放電灯点灯装置を実現で
きる。

【００４９】請求項９〜１１の発明によれば、フィラメ
ント間電圧を直接検出するか、間接的に検出するか、フ
ィラメント間電流を検出する等の手段を適宜採用するこ
とにより、設計の自由度が広がるという利点がある。請
求項１２の発明によれば、ナトリウム発光を検出した
後、インバータ回路を発振停止または間欠発振または出
力低下させることにより、ナトリウム発光からステム溶
融に至ることを防止できる。また、インバータ回路を発
振停止または間欠発振または出力低下させる手段は寿命
末期検出時や無負荷検出時の保護回路等を兼用すれば、
新たな回路の追加は必要としない。

【００５０】請求項１４の発明によれば、放電灯の管端
部にナトリウム発光のスペクトル成分を検出するための
分光手段を備えたので、回路中の電圧や電流の変化を検
出する場合に比べると、オレンジ色のナトリウム発光を
より確実に検出することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電灯点灯装置の概略構成を示すブロ
ック回路図である。

【図２】本発明の実施形態１の回路図である。

【図３】兼用型インバータを用いた本発明の放電灯点灯
装置の概略構成を示すブロック図である。

【図４】コンパクト型蛍光灯ＦＨＰ３２の外観を示す図
であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【図５】ランプ管端のアマルガムの封入位置を示す説明
図であり、（ａ）は片側の口金部、（ｂ）は他側の口金
部の内部構成の概略を示す図である。

【図６】フィラメント断線後のフィラメント間電圧及び
電流の変化を示す図である。

【図７】本発明の実施形態１０の回路図である。

【図８】ＬＣ共振を用いた遅相モードのインバータの出
力電圧と動作周波数の関係を示す特性図である。

【図９】従来の放電灯点灯装置の回路図である。

【符号の説明】

１整流回路２平滑回路３インバータ回路４ランプ負荷５チョッパー制御回路６インバータ制御回路７保護回路８ナトリウム発光検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィラメント及びそれを支える支持棒
とこの支持棒を固定するガラスステム部を有する放電灯
と、前記放電灯に高周波電力を供給するインバータ回路
とによって構成され、放電灯の支持棒またはガラスステ
ム部はナトリウムを含む放電灯点灯装置において、前記
フィラメントの断線後、前記ナトリウムを含む支持棒ま
たはガラスステム部がオレンジ色のナトリウム発光を起
こしたことを検出する手段を具備したことを特徴とする
放電灯点灯装置。
【請求項２】前記放電灯の断線したフィラメント間
の電圧を検出することによりナトリウム発光を検出する
手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の放電灯
点灯装置。
【請求項３】前記断線したフィラメント間がグロー
放電により接続された状態から、ナトリウム発光へ変化
するときの電圧の立ち上がりを検出する手段を具備した
ことを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】前記断線したフィラメント間がナトリ
ウム発光している状態が所定時間以上にわたり継続した
ことを検出する手段を具備したことを特徴とする請求項
１又は２記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】前記断線したフィラメント間がナトリ
ウム発光している電圧から急激に電圧が立ち下がること
を検出する手段を具備したことを特徴とする請求項２記
載の放電灯点灯装置。
【請求項６】前記放電灯におけるフィラメントを支
える支持棒間距離をｄ（ｍｍ）とし、その間に印加され
る電圧をＶｆ（Ｖ）とした場合、Ｖｆ／ｄの値が略６５
（Ｖ／ｍｍ）の場合にナトリウム発光を検出することを
特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】前記放電灯におけるフィラメントを支
える支持棒間距離をｄ（ｍｍ）とした場合、前記支持棒
間に印加される電圧が少なくとも６５×ｄ−５０（Ｖ）
の場合にナトリウム発光を検出することを特徴とする請
求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】フィラメント及びそれを支える支持棒
とこの支持棒を固定するガラスステム部を有する放電灯
と、前記放電灯に高周波電力を供給するインバータ回路
とによって構成され、放電灯の支持棒またはガラスステ
ム部はナトリウムを含む放電灯点灯装置において、前記
放電灯におけるフィラメントを支える支持棒間距離をｄ
（ｍｍ）とし、その間に印加される電圧をＶｆ（Ｖ）と
した場合、放電灯の予熱、始動、点灯、寿命末期のいか
なる場合においてもＶｆ／ｄの値が略６５（Ｖ／ｍｍ）
を越えないことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項９】請求項２において、電圧検出手段はフ
ィラメント断線間に印加される電圧を直接検出する手段
であることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１０】請求項２において、電圧検出手段は
フィラメント断線間に印加される電圧をランプ両端間電
圧もしくはインバータ回路中に発生する電圧により間接
的に検出する手段であることを特徴とする放電灯点灯装
置。
【請求項１１】前記放電灯の断線したフィラメント
間の電流を検出することによりナトリウム発光を検出す
る手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の放電
灯点灯装置。
【請求項１２】ナトリウム発光を検出した後、イン
バータ回路を発振停止または間欠発振または出力低下さ
せる保護手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至
１１のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項１３】フィラメント及びそれを支える支持
棒とこの支持棒を固定するガラスステム部を有する放電
灯と、前記放電灯に高周波電力を供給するインバータ回
路とによって構成され、放電灯の支持棒またはガラスス
テム部はナトリウムを含む放電灯点灯装置において、前
記放電灯におけるフィラメントを支える支持棒間距離を
ｄ（ｍｍ）とし、その間に印加される電圧をＶｆ（Ｖ）
とした場合、Ｖｆ／ｄの値が約６５（Ｖ／ｍｍ）以上印
加される時間は長くとも連続で略１秒未満であることを
特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１４】放電灯の管端部に分光手段を備え、
ナトリウム発光のスペクトル成分を検出することを特徴
とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項１５】前記放電灯は、フィラメントを支え
る支持棒間距離が略７ｍｍであり、ガラスステムが融点
略６５０℃の鉛ガラスであるコンパクトランプであるこ
とを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の放
電灯点灯装置。