JP2002367793A

JP2002367793A - 無電極放電ランプ点灯装置

Info

Publication number: JP2002367793A
Application number: JP2001175133A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Miyazaki; 光治宮崎; Kenichi Sasaki; 健一佐々木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】点灯装置の寿命を所定の時間に規定できる無
電極放電ランプ点灯装置を提供する。【解決手段】無電極放電ランプ点灯装置の寿命を一定
に規制する手段として高周波電源回路２４に所定の累積
動作時間になれば駆動を停止させる遮断要素（電球４
１）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無電極放電ランプ
点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保護の視点から長寿命の
無電極放電ランプ点灯装置が市場に導入されている。無
電極放電ランプ点灯装置は、フィラメントを有する従来
の蛍光ランプと異なり、発光物質を封入した無電極のバ
ルブと、バルブ内発光物質を励起発光させるための電磁
エネルギーを供給する誘導コイルと、この誘導コイルに
高周波電力を供給する高周波電源回路とを含んでいる。
このような構成とした無電極放電ランプ点灯装置のバル
ブ寿命は、フィラメントを有する有電極の蛍光ランプに
比べて一般に数倍以上長い。

【０００３】しかし、点灯装置の寿命は誘導コイルと高
周波電源回路とを構成する電子部品要素それぞれに寿命
があるため、電子部品要素によって制約されている。例
えば、高周波電源回路の整流回路において電圧平滑のた
めの平滑コンデンサーとして使用されている電解コンデ
ンサーの寿命が有限であるこうが広く知られている。

【０００４】したがって、無電極放電ランプ点灯装置を
長期間使用した場合、各電子部品要素の安全保障・信頼
性確保が困難であるという課題を有していた。この種の
課題を解決するため点灯装置の寿命を、ある一定の時間
に規定する技術が提案されている。

【０００５】放電ランプ点灯装置の寿命をある一定の時
間範囲に規制する方法としては、たとえば、標準電球の
管理などで行われているように累積点灯時間を計測し、
定格寿命時間に達したときそのランプを取り替える方法
がある。しかし,この方法を一般ランプに適用すること
は労力とコストの面から見て実用的でない。

【０００６】また、蛍光ランプのバルブ表面にバルブか
らの放射光を受けて退色するフィルムを貼付し、フィル
ムの退色による色の変化により蛍光ランプの寿命を知る
方法（特願平１‐３０４６５３号公報）、あるいは蛍光
ランプの寿命末期における温度上昇に感応して変色する
物質をガラスバルブの表面に配置するものが開示されて
いる（特願平２−６００４５号公報）。しかし、このよ
うな方法では、そのランプを利用もしくは管理する人
が、寿命末期にそのランプに注意を払い、バルブ表面に
貼付したフィルムなどの色の変化を観察することによっ
て初めて寿命を知ることができるものであって、注意を
払わないでいると寿命時間を過ぎてしまう懸念がある。
この点で実用性に難点がある。さらに「発光」というラ
ンプ本来の目的に寄与しない部品にコストを費やすこと
にもなる。

【０００７】また、関連技術として、高圧ナトリウムラ
ンプ点灯装置のランプサイクリング（高圧ナトリウムラ
ンプでは、寿命末期に、ランプの点灯電圧が上昇するこ
とによって点灯と消灯とを繰り返すようになる。この現
象を「ランプサイクリング」と呼ぶ。）を防止するため
にランプ外管内の発光管の一方と直列に接続した溶融要
素（例えば、銀、銅、アルミニウム,それらの化合物）
を有する時間フューズ装置を配設し、定常点灯したラン
プ外管内の５９０℃から６９０℃の温度環境下で、その
ランプに期待する寿命時間でその溶融要素が蒸発、断線
するようにして電気入力を遮断する方法が開示されてい
る（米国特許第４，５９９，５４３号）。しかし、この
方法を無電極放電ランプ点灯装置に適用するにはいくつ
かの問題点がある。第一に、溶融要素を仮に無電極放電
ランプ点灯装置のバルブ近傍に配置したとしてもその温
度は２００℃以下であるので溶融要素の蒸気圧が低く、
蒸発による電気入力の切断は困難である。さらに、この
ような方法で電気入力を遮断できたとしても、高周波電
源回路は動作を続けるため、点灯装置には電流が流れ続
け、回路が破損する問題点があり、回路の安全保障がで
きない。これを防止するためには保護回路（回路の動作
を停止させる回路など）を設ける必要がある。したがっ
てこの方法では、溶融要素を設けた時間フューズ装置に
加え、発光に寄与しない保護回路を設ける必要があり、
コスト的に問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、今
日、無電極放電ランプ点灯装置の普及に伴ない、長期間
使用した場合の各電子部品要素の安全保障・信頼性確保
のため点灯装置の寿命を所定の時間に規定する技術が求
められている。関連する従来技術としては、先述したよ
うに特開平１−３０４６５３号公報、特開平２−６００
４５号公報や米国特許第４，５９９，５４３号がある
が、これらの技術を無電極放電ランプ点灯装置に適用す
るには、先述したように、発光に寄与しない電子部品を
使用することによるコストアップ、使用者が注意を払わ
ないでいると寿命をすぎてしまう懸念、回路破損の懸念
などの問題点がある。

【０００９】本発明は、上述した問題点を解決するもの
で、点灯装置の寿命を所定の時間に規定できる無電極放
電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
発光物質が封入されたバルブと前記バルブの内部に電磁
界を発生させる誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波
電力を供給する高周波電源回路と、前記高周波電源回路
に含まれ、前記高周波電源回路の累積動作時間が所定の
時間に達したときに前記高周波電源回路の駆動を停止さ
せる遮断要素とを備えた無電極放電ランプ点灯装置であ
る。

【００１１】さらに、請求項２に係る発明は、請求項１
に係る発明に加え、前記高周波電源回路がインバータ
と、商用電力入力で前記インバータを駆動するための整
流回路とを有し、前記整流回路が平滑コンデンサを含
み、前記遮断要素が前記平滑コンデンサよりも前記商用
電力入力側に配置されるとともに、前記遮断要素が前記
整流回路の抵抗要素の一部を構成した無電極放電ランプ
点灯装置である。

【００１２】また、請求項３に係る発明は、請求項１ま
たは２に係る発明に加え、前記遮断要素が電球である無
電極放電ランプ点灯装置である。

【００１３】さらに、請求項４に係る発明は、請求項２
または３に係る発明に加え、前記遮断要素の抵抗値が１
オーム以上５オーム以下である無電極放電ランプ点灯装
置である。

【００１４】また、請求項５に係る発明は、請求項３ま
たは４に係る発明に加え、前記電球に流す電流の変動率
が±０．５％以下である無電極放電ランプ点灯装置であ
る。

【００１５】また、請求項６に係る発明は、請求項１か
ら５までのいずれかに係る発明に加え、前記バルブと前
記誘導コイルが着脱可能である無電極放電ランプ点灯装
置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施の形態1）以下、本発明の
実施の形態１について図面を参照しながら説明する。

【００１７】図１は、実施の形態１に係る無電極放電ラ
ンプ点灯装置の構成図である。図１において、２１は凹
入部２１ａを有し発光物質として水銀とアルゴンを封入
した透光性の放電容器を構成するバルブで、このバルブ
の内側面には蛍光体を塗布した蛍光体層がある（図示せ
ず）。バルブ２１内に封入した水銀の励起作用によって
発生する紫外放射は、蛍光体層に照射され、可視放射に
変換される。２３は、バルブ２１内でプラズマ放電を起
こさせるために交流電磁界を発生させる誘導コイルであ
る。誘導コイル２３は略棒状をした磁性材料であるフェ
ライト２３ａと巻線２３ｂとで構成されており、バルブ
２１が有する凹入部２１ａに配置されている。さらに、
２４は、誘導コイル２３に交流電流を供給するための高
周波電源回路であり、巻腺２３ｂに接続されている。ま
た、高周波電源回路２４は樹脂などのプラスチック材料
のハウジング２５で覆われており、さらに高周波電源回
路２４への入力電力は、口金２６を介して供給される構
成であり、装置全体として形状は電球形をしている。

【００１８】図２は、図１に示した無電極放電ランプ点
灯装置のブロック図である。高周波電源回路２４は、図
２に示すように、誘導コイル２３に高周波電力を供給す
るためのインバーター３２、誘導コイル２３とインバー
ター３２のインピーダンスを整合しバルブ２１に効率よ
く高周波電力を伝達するための整合回路３１、および商
用電源から口金２６（図１に図示）を介して供給される
電流を整流しインバータ３２に送るための整流回路４０
とで構成されている。商用の交流は、まず整流回路４０
で直流に変換され、インバータ３２に送られ、ここで数
十ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流に変換され、この
高周波電力が誘導コイル２３に供給され、バルブ２１内
にプラズマ放電を発生させる。また５０は、無電極放電
ランプ点灯装置の寿命をある一定時間に規制するため
に、高周波電源回路の駆動を停止する遮断要素であり、
ここでは電球を用いている。この電球５０は、無電極放
電ランプ点灯装置に期待する寿命時間に等しい寿命時間
となるように予め設計されたものである。電球５０の寿
命時間はフィラメントの線輪の太さや流す電流を変える
ことにより広範な範囲で変えられることは周知の通りで
ある。無電極放電ランプ点灯装置に期待する寿命時間と
等しい寿命時間の電球５０を配置することによって、こ
の電球５０が寿命を迎えた時点で本発明になる無電極放
電ランプ点灯装置が寿命となることは明らかである。

【００１９】本実施の形態1では、遮断要素である電球
５０を整流回路４０とインバータ３２との間に配置した
が、この電球５０は整合回路３１の内部、インバータ３
２の内部、整流回路４０の内部のいずれかに配置するこ
とも可能である。しかし電球５０の配置はできる限り電
源側に配置する方が好ましい。できれば整流回路４０の
内部に配置するのがもっとも好ましい。その理由は、安
全性がより確実なものになるからである。たとえば電球
５０を整合回路３１の内部に配置した無電極放電ランプ
点灯装置が電球の寿命時間で決まる寿命を迎えたとき、
電球５０は断線しプラズマを発生させるエネルギーを供
給する誘導コイル２３への電気エネルギーの供給は停止
される。しかし回路構成によってはインバーター３２内
では電流が流れ続けることもあり得る。この場合、イン
バータ３２内に発生する熱によりインバータ３２の破損
が発生する可能性がある。従来技術の説明の項で引用し
た、溶融要素を利用した時間フューズ装置を利用した米
国特許第４,５９９,５４３号は、高圧ナトリウムランプ
の外管バルブの中に時間フューズ装置を高温の発光管の
近辺に配置し,主としてその高温環境（５９０℃から６
９０℃）下での金属の蒸発を利用するものであるのに対
して、本発明の実施の形態１では電球５０を流れる電流
による自己発熱によって寿命が決まるものである点で異
なっている。

【００２０】なお本実施の形態１では、遮断要素５０と
して電球を用いたが、この電球の代わりに、たとえば累
積駆動時間を計測し、この結果を基に高周波電源回路２
４を遮断する遮断要素を用いることもできる。

【００２１】（実施の形態２）以下本発明の実施の形態
２について説明する。実施の形態１における図２と重複
する構成については同符号を記して説明を省略する。

【００２２】図３は実施の形態２における無電極放電ラ
ンプ点灯装置のブロック図である。図３において、高周
波電源回路２４を構成する整流回路４０内の平滑ンデン
サー４２よりも電源側に回路遮断要素としての電球４１
が配置してある。この電球４１は、本発明の無電極放電
ランプ点灯装置に期待する寿命時間に等しい寿命を持
ち、且つ、この電球４１の抵抗成分は整流回路４０に必
須の抵抗（突入電流防止抵抗）の抵抗値とほぼ等しい抵
抗値を有している。したがって電球４１は、寿命末期に
おける遮断要素としての機能と、突入電流防止抵抗とし
ての機能の二つの機能を併せ持っている。また４３、４
４、４５、４６は全波整流用ダイオードであり、４２は
平滑コンデンサーで電解コンデンサーを用いている。整
流回路４０で作られた直流は、インバータ３２で高周波
電流となり、整合回路３１を介して誘導コイル２３に送
られる。誘導コイルを通る高周波電流によってバルブ２
１に電磁エネルギーが供給され、バルブ内のガスが励起
され、紫外放射または可視放射を放射し、紫外放射はバ
ルブ内面に塗布された蛍光体を励起発光する点は、先に
説明した実施の形態1の場合と同じである。

【００２３】本発明の無電極放電ランプ点灯装置は、こ
の装置に期待する寿命時間が経過すると電球４１のフィ
ラメントが断線し、寿命を終える。上述したように本実
施の形態２の無電極放電ランプ点灯装置では、電球４１
が抵抗の働きをしているため、整流回路４０用の抵抗を
配置する必要がないのでコスト的に有利であるだけでな
く、電源に近い場所に配置されているので電球４１が寿
命で断線すると高周波電源回路２４への電流供給は絶た
れ、高周波電源回路２４の動作が確実に停止する。

【００２４】また、実施の形態２では、整流回路４０に
必要な抵抗とほぼ等しい抵抗値を持つ電球４１を用いて
いるが、この電球４１の抵抗値は、できる限りランプ効
率が高くなるような抵抗値の選定が要求される。抵抗損
失の点からは抵抗値は小さいものほど理想的である。し
かし電源スイッチを入れたとき整流回路４０のダイオー
ド４３、４４、４５、４６を流れる突入電流を各ダイオ
ードに許容されている最大電流値以下に押さえる必要が
ある。一般に、図3に示すような整流回路４０に用いら
れるダイオードの最大電流は３０Aから１５０Ａ程度で
あり、この条件を満足する電球４１の抵抗値はほぼ１オ
ームから５オームの範囲とすれば良い。

【００２５】なお電球４１とダイオードとの組み合わせ
による突入電流によって電球４１が断芯する懸念がある
ような場合には、電球４１と直列に負の温度特性を持つ
サーミスタを配置すれば突入電流を抑制することができ
る。

【００２６】また、電球の抵抗値はこの範囲から数１０
％程度超えるものであっても装置の駆動に通常支障はな
い。

【００２７】（実施の形態３）遮断要素としての電球の
寿命は、流す電流値によって大きく変化する（例えば、
ライティングハンドブック照明学会編、オーム社（１
９８７）１３１頁参照）。したがって、遮断要素である
電球を用いて、無電極放電ランプ点灯装置の寿命のバラ
ツキを抑えるためには、定電流回路で用いることが望ま
しい。

【００２８】流す電流値に対する電球の寿命において、
電流Ｉ₀の場合の寿命Ｌ₀と、電流Ｉの場合の寿命Ｌとの
間には、

【００２９】

【数１】

【００３０】の関係式が成り立つ（上記ライティングハ
ンドブック参照）。無電極放電ランプが所定の寿命にな
るために、（数１）を用いて電球に流すべき電流の条件
を計算した。その結果を（表１）、（表２）に示す。な
お、（表１）、（表２）内の相対電流値とは、無電極放
電ランプ点灯装置の一般的寿命である２００００、４０
０００時間に寿命を規制するために電球に流すべき電流
を１としたときの、他の寿命時間に規制するために電球
に流すべき電流の割合である。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】（表１）は、無電極放電ランプ点灯装置の
寿命２００００時間を中心として、その点灯時間の前後
４０００時間（前後２０％）が寿命になるなるために必
要な電球に流すべき電流の条件であり、２種類の電球
Ａ、Ｂで計算した結果である。電球Ａは電流が１（Ａ）
のときに寿命が１００時間の電球であり、電球Ｂは電流
が１（Ａ）のときに寿命が５０時間の電球である。（表
１）から、無電極放電ランプ点灯装置の寿命を２０００
０時間にするためには、電球Ａのときは電流０．７９７
（Ａ）、電球Ｂのときは電流０．７７３（Ａ）で使用す
ることが必要である。

【００３４】（表２）は、無電極放電ランプ点灯装置の
寿命４００００時間を中心として、その点灯時間の前後
８０００時間（前後２０％）が寿命になるために必要な
電球に流すべき電流を計算した結果であり、１種類の電
球Ｃで計算した結果である。電球Ｃは電球が１（Ａ）の
とき寿命が１０時間の電球である。（表２）から、無電
極放電ランプ点灯装置の寿命を４００００時間にするた
めには、電球Ｃのときは電流０．７００（Ａ）で使用す
ることが必要である。

【００３５】さらに、（表１）、（表２）から、本発明
に係る無電極放電ランプ点灯装置の寿命のバラツキを±
１０％、すなわち、２００００時間±１０％（１８００
０時間から２２０００時間）または４００００時間±１
０％（３６０００時間から４４０００時間）の範囲内に
抑えるためには、電球Ａ、Ｂ、Ｃともに流れる電流変動
をほぼ±０．５％の範囲内に抑えれば良いことがわか
る。また無電極放電ランプ点灯装置の寿命のバラツキを
±２０％の範囲まで許容するならば（無電極放電ランプ
装置の寿命が２００００時間の場合は１６０００時間か
ら２４０００時間、４００００時間の場合は、３２００
０時間から４８０００時間）、電球に流れる電流の変動
はほぼ±１％の範囲内に押さえれば良い。

【００３６】なお、図１の構成において、図４のように
ガラス製のバルブ２１が着脱可能で分離できる構造とな
っていてもよい。このような構成にすると回路部分が寿
命となっても、バルブ２１は再利用が可能である。さら
に店舗などにおいて雰囲気照明やネオンサイン的な利用
目的で有色蛍光ランプとして利用したい場合には赤,
緑、青などの単色蛍光体を塗布したバルブを自由に組み
合わせて利用することも可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明は、簡単な構成で無
電極放電ランプ点灯装置の寿命を所定の時間に規定する
ことができ、無電極ランプ点灯装置の各電子部品要素の
安全保障・信頼性確保を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】実施の形態１における無電極放電ランプ点灯装
置の破砕断面図

【図２】実施の形態１における無電極放電ランプ点灯装
置のブロック図

【図３】実施の形態２における無電極放電ランプ点灯装
置のブロック図

【図４】無電極放電ランプ点灯装置の破砕断面図

【符号の説明】

２１バルブ２１a 凹入部２３誘導コイル２３ａフェライト２３ｂ巻線２４高周波電源回路２５ハウジング２６口金３１整合回路３２インバーター４０整流回路４１，５０電球４２電解コンデンサー４３，４４，４５，４６ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K072 AA16 AC11 BA03 BB01 CA12 CA16 CB10 EA04 EA07 EB01 EB04 GB01 HB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光物質が封入されたバルブと、前記バルブの内部に電磁界を発生させる、誘導コイル
と、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路
と、前記高周波電源回路に含まれ、前記高周波電源回路の累
積動作時間が所定の時間に達したときに前記高周波電源
回路の駆動を停止させる遮断要素と、を備えた無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項２】前記高周波電源回路がインバータと、商用電力入力で前記インバータを駆動するための整流回
路とを有し、前記整流回路が平滑コンデンサを含み、前記遮断要素が
前記平滑コンデンサよりも前記商用電力入力側に配置さ
れるとともに、前記遮断要素が前記整流回路の抵抗要素
の一部を構成した請求項１記載の無電極放電ランプ点灯
装置。
【請求項３】前記遮断要素が電球である、請求項１ま
たは２記載の無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項４】前記遮断要素の抵抗値が１オーム以上５
オーム以下である、請求項２または３記載の無電極放電
ランプ点灯装置。
【請求項５】前記電球に流す電流の変動率が±０．５
％以下である、請求項３または４記載の無電極放電ラン
プ点灯装置。
【請求項６】前記バルブと前記誘導コイルが着脱可能
である、請求項１から４までのいずれかに記載の無電極
放電ランプ点灯装置。