JP2003346712A

JP2003346712A - 蛍光ランプおよびそれを用いた照明装置

Info

Publication number: JP2003346712A
Application number: JP2002154928A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kawabata; 賢治川端; Kazuto Takada; 和登高田; Hiroyuki Shoji; 浩幸庄司
Original assignee: Hitachi Lighting Ltd
Current assignee: Hitachi Lighting Ltd
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ランプ点灯直後の光束を立ち上がりを使用場面
に応じて任意に変えることが可能な蛍光ランプおよび照
明装置を提供する。【解決手段】発光管の内部に配置したアマルガムを備え
た蛍光ランプと上記蛍光ランプに電力を供給する点灯回
路とを備えた照明装置において、上記アマルガムが主ア
マルガムと、上記主アマルガムとは別に発光管内部でか
つ上記電極から離れた位置に配置した補助アマルガムと
があって、上記蛍光ランプは上記主アマルガムまたは上
記補助アマルガムを加熱する加熱手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光ランプとイン
バータ方式の照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】商用交流電源から得られる直流電圧を高
周波交流電圧に変換して放電管に印加するインバータ方
式の照明装置が広く用いられるようになってきている。
この方式で使用される放電管には、フィラメントを備え
た通常の蛍光ランプやフィラメントを備えず励起コイル
から発生する磁力線で点灯させる無電極蛍光ランプがあ
る。

【０００３】蛍光ランプは、水銀と希ガスを封入した放
電管内部で、放電により水銀蒸気を励起して紫外線を放
出させ、発生した紫外線を管内面に塗布した蛍光体で可
視光に変換している。近年の蛍光ランプは、放電管の管
径を細くすることによって小形化と高効率化がはかられ
ているが、このような蛍光ランプではランプ点灯時に放
電管の温度上昇が大きくなり、水銀蒸気圧が最適値を超
えて光束が低下するという問題がある。

【０００４】上記問題に対処し、最適な水銀蒸気圧に制
御するため、液体水銀ではなくアマルガムを使用するこ
とが多い。しかし、アマルガムを用いたランプは液体水
銀を用いたランプよりも水銀放出が遅くなるため、点灯
中の水銀蒸気圧を最適に設定する主アマルガムの他に、
点灯直後の水銀放出を早める補助アマルガムを電極の近
傍に備えている。

【０００５】上記の蛍光ランプを点灯させた場合、まず
始動電圧が印加される前に電極が加熱され、それと同時
に補助アマルガムが電極からの輻射熱により十分加熱さ
れて水銀蒸気を放出する。その結果、点灯開始から所望
の光束に達するまでの時間が短く、良好な立ち上がり特
性を実現することができる。

【０００６】光束の立ち上がりを改善するための従来例
として、さらに特開平９−１０６７８２号公報に開示さ
れるようなランプがある。このランプは、追加の補助ア
マルガムを放電路中に設け、放電空間を流れるランプ電
流によって追加の補助アマルガムを加熱し、点灯直後の
水銀蒸気圧を上昇させ光束立ち上がり特性を改善してい
る

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例は、補助
アマルガムが電極近傍にあるため点灯開始から安定点灯
時の全光束に達するまでの時間を早めることが可能であ
る。一方、人間の目の特性として、暗闇に長時間いた場
合多くの光を取り入れるために瞳孔が開いた状態になる
が、急にランプを点灯させても瞬時に瞳孔を絞ることが
できないため、非常に眩しく不快感を感じることにな
る。

【０００８】本発明の目的は、点灯後すぐに明るくなる
通常の照明装置として使用できるとともに、簡単なスイ
ッチ切替えで、点灯してから徐々に明るさが立ち上がる
ようにして暗闇で急にランプが点灯されても不快感を感
じることがないように動作させることができる蛍光ラン
プおよび照明装置を提供することにある。本発明のラン
プを、例えば目覚まし時計の動作と上記照明装置との動
作を連動させることにより、設定時刻がくると目覚まし
時計のアラームが鳴るのと連動して照明装置を点灯させ
るなどの場合に徐々に明るさが増すように動作させるこ
とができ、目覚めを快適にすることができる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、補助アマル
ガムを備えた蛍光ランプを点灯させる照明装置にあっ
て、補助アマルガムを加熱されにくい位置に配置するこ
とによって補助アマルガムからの水銀の放出を遅らせ、
ランプ点灯後徐々に明るさが立ち上がるようにすること
により達成できる。

【００１０】また上記補助アマルガムの近傍に動作・非
動作を任意に切り替えることが可能な加熱手段を設ける
ことにより、必要な場合にはランプ点灯後すぐに明るさ
が立ち上がるようにすることが可能になる。

【００１１】さらに目覚まし時計のアラーム信号によ
り、照明装置の動作を開始する構成にすることにより、
アラームと連動して照明装置を始動させることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にな
るの照明装置の概略図である。図において、蛍光ランプ
は実際と異なり、平面に展開して示している。また、電
極部についてはランプ管を取り除いた内部構造を示して
いる。

【００１３】本実施例の蛍光ランプ４０は、３本のＵ形
ガラス管５，６，７を連結管７０，７１で接合し、放電
路を形成している。Ｕ形ガラス管５，６，７の内面には
蛍光体（図示せず）が塗付されている。Ｕ形ガラス管
５，６，７の端部５ａ，６ａ，７ａの内部には電極１
１，６１，１２がそれぞれ設けられている。各電極はそ
れぞれ一対のリード線に接続されており、電極１１はリ
ード線ａ，ｂ、電極１２はリード線ｃ，ｄ、電極６１は
リード線ｅ，ｆに接続されている。各対のリード線の絶
縁距離を確保するとともに電極を確実に支持するため、
リード線ａ，ｂはビーズ１５、リード線ｃ，ｄはビーズ
１６、リード線ｅ，ｆはビーズ６５に封着されている。

【００１４】電極６１は消灯後比較的早く冷却される位
置に設置されており、消灯直後管内に蒸発拡散している
水銀蒸気を凝集させて集めるための補助アマルガムがリ
ード線ｆに溶接されている。またｆには任意に開閉でき
るスイッチ８５が直列に設置されている。

【００１５】上記スイッチ８５を閉じた状態で照明装置
を動作開始すると、電極６１に予熱電流が流れて温度が
上昇し、その輻射熱で補助アマルガム６３を加熱し、補
助アマルガム６３に集められている水銀の蒸発を早め、
点灯直後の明るさの立ち上がりを早くすることができ
る。一方、スイッチ８５を開いた状態で照明装置を動作
開始すると、電極６１に予熱電流が流れないため温度が
上昇しない結果、補助アマルガム６３は放電電流による
加温のみとなるため温度上昇は緩慢になる。そのため補
助アマルガム６３に集められている水銀の蒸発も緩慢で
あり、点灯直後の明るさの立ち上がりが遅くなる。

【００１６】Ｕ形ガラス管５の端部５ｂは細管１７を備
えており、細管１７には点灯中の水銀蒸気圧を最適に設
定する主アマルガム１８が収められている。端部５ｂは
主アマルガム１８が連結管７０側に移動しないように細
管１７の内径よりも小さい孔を設けている。このような
蛍光ランプ４０は商用交流電源１を高周波電力に変換す
る電子点灯回路４によって電力が供給され点灯する。

【００１７】図２に蛍光ランプ４０と電子点灯回路４、
グローブ８０、ケース８２、口金８４によって構成され
た「ナス形」形状の電球形蛍光ランプの断面図を示す。
なお、蛍光ランプ４０はインナーケース８１に支持さ
れ、ケース８２に接着されている。

【００１８】電子点灯回路４はプリント基板８３に実装
され、蛍光ランプ４０に接続されている。スイッチ８５
が外部から開閉切り替えできる構成となっており、遅い
明るさの立ち上がりを所望する場合はスイッチ８５を開
いた状態で点灯させ、早い立ち上がりを所望する場合は
スイッチ８５を閉じた状態で点灯させる。

【００１９】次に電子点灯回路４について説明する。図
３は、蛍光ランプ４０と電子点灯回路４から構成される
本発明の一実施形態である照明装置の回路図である。電
子点灯回路４は商用交流電源から得られる直流電圧を高
周波交流電圧に変換して放電管に印加するインバータ方
式である。

【００２０】図３において、商用交流電源１はキャパシ
タ３３およびインダクタ３４で構成されたフィルタを介
して整流回路３５に印加され、全波整流された後にキャ
パシタ３６で平滑されて直流電圧に変換される。キャパ
シタ３６の正電極側をｐ点とし、負電極側をｏ点とする
と、ｐ点とｏ点間には２つのパワー半導体スイッチング
素子２０，２１がハーフブリッジ接続されており、この
スイッチング素子を交互にオンオフすることによって直
流電圧を高周波電圧に変換する。高周波電圧は共振回路
と蛍光ランプから構成される共振負荷回路に印加されラ
ンプを高周波点灯する。

【００２１】２つのパワー半導体スイッチング素子２
０、２１は、上アームがＮチャネル形パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ、下アームがＰチャネル形パワーＭＯＳＦＥＴの相補
形インバータの構成になっている。スイッチング素子２
０，２１のソース端子とドレイン端子間にはそれぞれ還
流ダイオード２２，２３を内蔵している。スイッチング
素子２０、２１の各ソース端子は共通の接続点ｓで接続
され、同様に各ゲート端子も接続点ｔで接続されてい
る。

【００２２】各スイッチング素子のドレインとソース間
に流れる電流は、接続点ｔと接続点ｓ間の同一電圧によ
って制御される。ｓ点とｏ点との間にはキャパシタ２
７、共振用チョークコイル４１の一次巻線４１ａ、直流
成分除去用キャパシタ４２、蛍光ランプ４０を含む共振
負荷回路が接続されており、蛍光ランプ４０には電極１
１，１２を介して並列に共振用キャパシタ４３を備えて
いる。ｐ点とｓ点の間に接続されたキャパシタ３２は、
両スイッチのドレインとソース間に印加される電圧のｄ
ｖ／ｄｔを抑制する働きを有する。このキャパシタ３２
はｓ点とｏ点の間に接続しても同様の役割を果たす。

【００２３】図３において、前述したようにキャパシタ
４３は蛍光ランプ４０の電極１１，１２を介して接続さ
れており、点灯回路４に電源が投入されてから蛍光ラン
プが放電を開始するまでの予熱期間、キャパシタ４３に
流れる大きな電流で電極１１，１２を予熱することがで
きる。

【００２４】この予熱期間と予熱電流はキャパシタ４３
に並列に接続されているサーミスタ４５によって制御さ
れる。このサーミスタ４５はキュリー温度以下で抵抗値
が小さく、キュリー温度を超えると抵抗値が上昇する正
の特性を有しており、この抵抗変化を利用することによ
って負荷回路のインピーダンスを変化させ、回路に流れ
る共振電流の大きさを制御している。ランプが点灯して
いる間はサーミスタ４５の抵抗値が大きいため電流はほ
とんど流れず、共振電流はキャパシタ４３とランプ４０
に分流して流れる。

【００２５】電極１１，１２の近傍に設けられた補助ア
マルガム１３，１４は、電源投入から放電開始までの予
熱期間、電極からの輻射熱によって加熱され、水銀を放
出する。すなわち、電極１１，１２は補助アマルガムを
加熱する機能と熱電子を放出して水銀を励起する機能を
兼ね備えている。

【００２６】次にスイッチング素子２０，２１の導通状
態を制御する駆動回路について説明する。共振用チョー
クコイル４１と直列に接続されているキャパシタ２７
は、負荷回路に流れる電流からスイッチング素子２０，
２１を駆動するための電圧を発生する自励発振手段とし
て機能する。キャパシタ２７とチョークコイル４１との
接続点をｒとし、ｒ点とｔ点の間にはインダクタ２８、
キャパシタ２９が接続されている。

【００２７】インダクタ２８は負荷回路に流れる電流と
ゲート電圧に位相差を与え、ｓ点の出力電圧に対し負荷
電流が遅れ位相になるようにスイッチング素子２０，２
１を制御する。キャパシタ２９は直流成分を除去する役
割を果たす。

【００２８】ゲートとソース間には、直列接続されたツ
ェナーダイオード２４、２５が設けらており、ゲートと
ソース間に印加される過電圧を防ぐ。ＭＯＳＦＥＴには
既にゲート過電圧保護用のツェナーダイオードが内蔵さ
れているものもあり、このようなスイッチング素子を選
んだ場合は、前述のツェナーダイオードを外した構成で
もよい。さらに、ゲートとソース間には、キャパシタ２
６を備えて、ゲート、ソース間に印加される電圧のｄｖ
／ｄｔを調整する。すなわち、各スイッチング素子が交
互にオンオフを行う中で、一方がオフし、もう一方がオ
ンするまでのデッドタイムを確保する役割を果たす。

【００２９】次にインバータの始動動作について説明す
る。商用交流電源１が印加され、接続点ｏに対するｐ点
の電圧が増加すると、抵抗３０、インダクタ２８、キャ
パシタ２９、２７、抵抗３１の経路で電流が流れ、接続
点ｓに対するｔ点の電圧すなわちゲートとソース間の電
圧が次第に増加する。ゲート電圧がスイッチング素子２
０のゲート閾値電圧を上回りオンすると、接続点ｐから
スイッチング素子２０、キャパシタ２７の経路で電流が
流れ、接続点ｓに対し接続点ｒの電圧は減少する。これ
によってゲート電圧は、スイッチング素子２０の閾値電
圧を下回るためオフする。

【００３０】ここで、接続点ｒと接続点ｓ間に接続され
ているキャパシタ２７およびキャパシタ２６、インダク
タ２８はＬＣ共振回路を構成しているため、キャパシタ
２７の僅かな電圧変化によって、インダクタ２８、キャ
パシタ２９に流れる電流は増加し、ゲート電圧の振幅は
増加する。このような発振現象によって、スイッチング
素子２０、２１が交互にスイッチング動作を開始する。

【００３１】電子点灯回路４は上記の形態に限定され
ず、例えば、上下アームともにＮチャネル形パワーＭＯ
ＳＦＥＴを用いた電流共振形や電圧共振形の点灯回路で
もよい。

【００３２】図３において、チョークコイル４１は一次
巻線４１ａとトランス結合した二次巻線４１ｂを有して
おり、４１ｂの一端はサーミスタ５０を介して蛍光ラン
プ４０のリード線ｅに、他端はスイッチ８５を介してリ
ード線ｆに接続されている。前述したように各リード線
は電極６１に接続されており、スイッチ８５が閉じた状
態の時は二次巻線４１ｂとサーミスタ５０から構成され
る電力供給回路３によって電極６１は加熱される。サー
ミスタ５０は負荷回路に使用したサーミスタ４５と同じ
特性のものを用いることによって、点灯中は電極に流れ
る電流を低減することができ、損失を抑えることが可能
となる。

【００３３】二次巻線４１ｂに発生する電圧は一次巻線
４１ａの電圧によって変化し、例えば、電源投入から蛍
光ランプが放電を開始するまでの予熱期間は、サーミス
タ４５の抵抗値が増加し一次巻線４１ａの電圧が増加す
るため、図４に示すように二次巻線４１ｂの電圧も大き
くなる。電極６１に流れる電流は二次巻線４１ｂの電圧
とサーミスタ５０の抵抗値によって制御され、予熱期間
は大きな電流が流れるため十分に加熱され、点灯中はサ
ーミスタ５０の抵抗値が大きくなるためほとんど電流は
流れない。予熱期間、電極６１の近傍に設けられた補助
アマルガム６３は、電極からの輻射熱によって加熱さ
れ、水銀の放出を早める。そのため光束が点灯直後から
の所定の値に達するまでの時間が短くなる。

【００３４】一方スイッチ８５を開いた状態では、上記
した電力供給回路３の出力電流がフィラメント６１に流
れないため補助アマルガムは放電電流による加熱のみと
なるため、水銀の放出が緩慢になり、光束が点灯直後か
らの所定の値に達するまでの時間が長くなる。

【００３５】図５は本発明の実施形態の光束立ち上がり
特性のグラフであり、横軸に点灯時間、縦軸に安定点灯
時の全光束を１００％とした時の相対照度を示してい
る。図において曲線（Ａ）はスイッチ８５を開いた時の
実施形態であり、曲線（Ｂ）はスイッチ８５を閉じた時
の実施形態である。点灯後の光束を比較すると、曲線
（Ａ）の実施形態では曲線（Ｂ）の実施形態と比較して
所定の相対照度、例えば６０％に達するまでの時間が７
倍程度大きくなっている。

【００３６】上記した本発明の実施形態である蛍光ラン
プでは、Ｕ形ガラス管３本を接続した例を示している
が、他の本数でも適当な位置に補助アマルガム、フィラ
メント、電力供給装置、スイッチを配することにより同
様の効果が得られる。

【００３７】このように本発明の蛍光ランプおよび照明
装置は、簡単な構成で任意に水銀放出を遅らせたり早め
たりすることができるので、点灯後徐々に明るくした
り、点灯直後から十分な明るさを得たりすることができ
る。また、低温時においても、同様の効果を得ることが
できる。

【００３８】図６本発明の第２の実施形態の回路図であ
る。図６において９０はスイッチ、９１はアラーム信号
発生機能を備えた時計装置、９２は時刻表示装置、９３
はブザーである。時計装置９１は時刻情報を時刻表示装
置９２に出力して時刻表示装置９２がそのデータに基づ
いて時刻表示を行う。また時計装置９１は予めセットさ
れた時刻になるとアラーム信号を発生する。アラーム信
号が発生するとブザー９３が動作して発音するととも
に、スイッチ９０を閉じる。スイッチ９０が閉じられる
と電子点灯回路４に商用交流電源１の電圧が供給され、
前述の動作で蛍光ランプ４０が点灯する。

【００３９】図７は第３の実施形態を示す回路図であ
る。図３との相違点はスイッチ８５の部分を可変抵抗８
６に置き換えたものである。可変抵抗の抵抗値を変化さ
せることにより補助アマルガム６３が加熱される程度が
変化し、点灯後の明るさの立ち上がり特性を変化させる
ことができる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば簡易
な構成で放電空間内に設けた補助アマルガムを点灯始動
時において加熱または非加熱の状態に切り替えることが
でき、水銀放出を促進または抑制することできるので、
使用する場面に応じて照度の立ち上がり性能を切り替え
られる蛍光ランプおよび照明装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の照明装置の概略を示す模
式的構成図。

【図２】本発明の一実施形態の電球形蛍光ランプの縦断
面図。

【図３】本発明の一実施形態の照明装置の電気系統を示
す回路図。

【図４】図３の実施形態における動作説明図。

【図５】本発明の一実施形態である蛍光ランプの光束立
ち上がり特性を示すグラフ。

【図６】本発明の他の実施形態である照明装置のブロッ
ク図。

【図７】本発明の他の実施形態の照明装置の電気系統を
示す回路図。

【符号の説明】

１…商用交流電源、３…電力供給回路、４…電子点灯回
路、５，６，７…Ｕ形ガラス管、４０…蛍光ランプ、１
１，１２，６１…電極、６３…補助アマルガム、１５，
１６…ビーズ、１７…細管、１８…主アマルガム、２
０，２１…スイッチング素子、２２，２３…ダイオー
ド、２４，２５…ツェナーダイオード、２６，２７，２
９，３２，３３，３６，４２，４３…コンデンサ、２
８，３４…インダクタ、３０，３１…抵抗、３５…整流
器、４１…チョークコイル、４５，５０…サーミスタ、
７０，７１…連結管、８０…グローブ、８１…インナー
ケース、８２…ケース、８３…プリント基板、８４…口
金、８５…スイッチ、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…リード
線、８６…可変抵抗、９０…スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田和登東京都青梅市新町六丁目16番地の２日立ホーム・アンド・ライフ・ソリューション株式会社青梅事業所内 (72)発明者庄司浩幸茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 3K072 AA02 AA05 AA20 DA08 DB01 DB08 DD04 GB12 GC01 HA03 5C015 UU02 UU04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内面に蛍光体を有する発光管と、上記発光
管の端部に配置した電極と、上記発光管の内部に配置し
たアマルガムを備えた蛍光ランプと、上記蛍光ランプに
電力を供給する点灯回路とを備えた照明装置において、
上記アマルガムが主アマルガムと、上記主アマルガムと
は別に発光管内部でかつ上記電極から離れた位置に配置
した補助アマルガムとを有することを特徴とする照明装
置。
【請求項２】内面に蛍光体を有する発光管と、上記発光
管の端部に配置した電極と、上記発光管の内部に配置し
たアマルガムを備えた蛍光ランプと、上記蛍光ランプに
電力を供給する点灯回路とを備えた照明装置において、
上記アマルガムが主アマルガムと、上記主アマルガムと
は別に発光管内部でかつ上記電極から離れた位置に配置
した補助アマルガムとがあって、上記蛍光ランプは上記
主アマルガムまたは上記補助アマルガムを加熱する加熱
手段を有することを特徴とする照明装置。
【請求項３】請求項２記載の照明装置において、上記加
熱手段の動作・非動作を切り替える切替え手段を有する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】請求項２記載の照明装置において、上記加
熱手段の出力を可変できる手段を有することを特徴とす
る照明装置。
【請求項５】請求項２〜４記載の照明装置において、上
記加熱手段は上記発光管の端部に配置された電極と別に
配置された少なくとも一つの第２電極であることを特徴
とする照明装置。
【請求項６】請求項５記載の照明装置において、上記第
２電極の近傍に上記補助アマルガムが設けられているこ
とを特徴とする照明装置。
【請求項７】請求項２〜４記載の照明装置において、上
記加熱手段は上記発光管の端部に配置された電極と別に
配置された少なくとも一つの第２電極であり、上記第２
電極と上記補助アマルガムとが一体成形されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項８】請求項２〜７記載のいずれかの照明装置に
おいて、上記点灯回路は１次巻線と２次巻線が磁気結合
したトランスを備え、上記２次巻線に発生した電圧を電
源とし上記補助アマルガムを加熱することを特徴とする
照明装置。
【請求項９】請求項１〜８記載のいずれかの照明装置
は、目覚まし時計の動作と連動して動作することを特徴
とする照明装置。
【請求項１０】目覚まし時計と、上記目覚まし時計の動
作と連動して動作する請求項１から８記載のいずれかの
照明装置とを具備することを特徴とする目覚まし装置。
【請求項１１】内面に蛍光体を有する発光管と、該発光
管の端部に配置した電極と、上記発光管の内部に配置し
たアマルガムを備えた蛍光ランプと、上記蛍光ランプに
電力を供給する点灯回路とを備えた照明装置において、
上記アマルガムが主アマルガムと、上記主アマルガムと
は別に発光管内部でかつ上記電極から離れた位置に配置
した補助アマルガムとがあって、上記蛍光ランプが上記
補助アマルガムを加熱する加熱手段を備え、上記点灯回
路は上記蛍光ランプを含む共振負荷回路と、商用交流電
源から直流電圧を生成する電源回路と、生成された直流
電圧を交流電圧に変換して上記共振負荷回路に電力を供
給するインバータを備え、上記インバータは上記電源回
路から出力される直流電圧の正負極間に直列接続された
第１、第２のスイッチ素子を備え、上記スイッチ素子は
それぞれＮチャンネルのパワー半導体素子とＰチャンネ
ルのパワー半導体素子であって、第１、第２のパワー半
導体素子の制御端子と基準端子はそれぞれ互いに共通点
で接続され、第１、第２のパワー半導体素子の基準端子
が共通に接続された接続点と上記直流電圧の少なくとも
一方の極間に、上記蛍光ランプを接続した共振負荷回路
と、上記共振負荷回路に流れる電流に同期した電圧を発
生する第１のキャパシタを直列に接続し、上記第１のキ
ャパシタと上記第１、第２のパワー半導体素子の制御端
子との間に第１のインダクタを備えることを特徴とする
照明装置。