以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、複数の添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
図1(A)は本発明の一実施形態に係る電球形蛍光ランプの要部平面図、同図(B)は同図(A)のIB−IB線断面図、図2はこの電球形蛍光ランプの一部を縦断面図で示す正面図、図3はこの電球形蛍光ランプの点灯回路の回路図である。
図2に示すように電球形蛍光ランプ1は、その高さ方向(管軸方向)の一端(図1では下端)に口金2を有するカバー3、このカバー3の他端(図1では上端)側に支持された発光管4、この発光管4の一端側を支持するカバー3に取り付けられたホルダ5、発光管4を覆うとともに一端側でホルダ5の周囲も覆ってカバー3に取り付けられたグローブ6、口金2およびカバー3の内側に収納された点灯装置7を備えている。そして、定格電力が例えば40Wタイプ、60Wタイプ、100Wタイプの白熱電球などの一般照明用電球に近い寸法と外観に形成されている。この一般照明用電球とは、JIS C 7501に定義されている。
口金2は、エジソンタイプのE26形などで、ねじ山を備えた筒状のシェル2a、このシェル2aの一端側の頂部に絶縁部2bを介して設けられたアイレット2cを備えている。シェル2aは、その他端側をカバー3の一端部に被せて接着剤またはかしめなどにより固定されている。
カバー3は、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)などの耐熱性合成樹脂により図1中下方に向けて漸次縮径する逆円錐台状部と円筒状部を一体に連成したカバー本体3aを有し、このカバー本体3aの一端(図1中下端)側には口金2のシェル2aが取り付けられ、カバー本体3aの他端側(図1中上端側)には、取付端部である環状の開口取付端部3bが形成されている。
この取付端部3b内には、カバー本体3aの円錐台状部と円筒部との連結部内側の環状凸状段部3c上にて、ホルダ5の下部円筒状開口端を載置し固着している。
すなわち、ホルダ5は例えばPBT等の耐熱性合成樹脂により有蓋円筒状に形成され、その蓋部をなす円板状の基板部5aの図中下面周縁部に、一端(図1では下端)側に突出する円筒状の円筒部5bを一体に連成し、この円筒部5bの図1中開口下端を、カバー本体3aの凸状段部3c上に載置し接着剤等により固着している。
ホルダ5は、基板部5a上に、発光管4の一対の電極封止端部4a,4bを載置させて支持する支持凹部と、これら電極封止端部4a,4b同士の間隙内に突出して、その径方向のずれを規制する筒状突部5cを突設している。基板部5aは、その筒状突部5cの外側にて、挿通孔5d,5eをそれぞれ形成し、これら挿通孔5d,5eには、発光管4の一対の電極封止端部4a,4bからその外方へ突出する細管4cと図2で示すアウタワイヤ4d,4dをそれぞれ挿通させるようになっている。
グローブ6は、透明または光拡散性を有するガラスや合成樹脂などの材質により、白熱電球などの一般照明用電球のガラス球の形状に近い滑らかな曲面状に形成されている。すなわち、グローブ6は、ほぼ球状に形成された球状部6aの図1中下端部に、この球状部6aの直径よりも小径に漸次縮径されたほぼ円筒状の縮径部6bを一体に連成しており、球状部6aはグローブ6の最大径を示す最大径部6cを有する。縮径部6bは、グローブ6の一端部(図1中下端部)に開口端部6dが形成され、この開口端部6dの縁部がカバー3の開口取付端部3bの内側に嵌合されて例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤により接着固定されている。
発光管4は、その図1中上部の螺旋形部4eと、下部の直状部4fとを有し、これらを一体に連結している。螺旋形部4eは、外径が例えば10mmの直状円管状のガラスバルブ4gをほぼ等分の2つ折りに折曲し、その等分位置の折返し部4hを頂端として図示しない金型に巻き付けて2重螺旋形にモールド成形することにより形成される。
ガラスバルブ4gは、その内面に、希土類等の蛍光体膜をほぼ全長に亘って形成し、軸方向両端部には、一対の電極4i,4jをそれぞれ封装して電極封止端部4a,4bをそれぞれ形成している。一対の電極4i,4jは、例えばタングステン製のコイル電極が使用されており、例えばビーズガラスにより仮止めされた状態でガラスバルブ4gの両端部に封着されている。ガラスバルブ4g内には、アルゴンやクリプトンガス等の放電媒体が封入されており、一対の電極封止端部4a,4bの外面には、その内部に連通する細管4cが突設されている。細管4c内には水銀またはアマルガムが収容されている。
点灯装置7は、後述する点灯回路パターン70を形成した回路基板7aをホルダ5内面の一対の縦溝内に嵌入して固定している。すなわち、ホルダ5は、その内面に、その直径方向で対向する一対の縦溝をホルダ5の軸方向に形成し、この縦溝内に回路基板7aの幅方向両側縁部を嵌入させて固定している。回路基板7aは片面または両面基板に構成され、その実装面には、電解コンデンサ等のリード部品、トランジスタやセラミックチップコンデンサ等のチップ部品等の点灯回路部品である複数の電子部品7b,7b,…が実装されている。
図3に示すように点灯装置7の点灯回路70は、商用交流電源eにヒューズF1を介してフィルタを構成するコンデンサC1を接続し、このコンデンサC1にはフィルタを構成するインダクタL1を介して全波整流器71の入力端子を接続している。また、この全波整流器71の出力端子には平滑用の電解コンデンサC2が接続されて入力電源回路Eが構成され、この入力電源回路Eの平滑用の電解コンデンサC2には高周波を発生する交流電源としてのハーフブリッジ形のインバータ回路72のインバータ主回路73が接続されている。
このインバータ主回路73は、平滑用の電解コンデンサC2に対して並列に、スイッチング素子である互いに相補形となるMOS形のNチャネルのトランジスタとしての第1の電界効果トランジスタQ1およびMOS形のPチャネルのトランジスタとしての第2の電界効果トランジスタQ2が直列に接続されている。Nチャネルの第1の電界効果トランジスタQ1およびPチャネルの第2の電界効果トランジスタQ2は互いのソースが接続されている。
第2の電界効果トランジスタQ2のドレイン、ソース間には、共振インダクタとしてのバラストチョークを構成するトランスCTの一次巻線L2、直流カット用のセラミックチップコンデンサC3が接続され、このセラミックチップコンデンサC3には発光管4としての蛍光ランプFLの両端のフィラメントとしての電極フィラメントコイルFLa,FLbの一端、例えばF1aがそれぞれ接続され、一方の電極フィラメントコイルFLaの他端と他方の電極フィラメントコイルFLbとの他端間には共振に寄与する予熱兼始動用のセラミックチップコンデンサC5が接続されている。なお、電極フィラメントコイルFLa,FLbにはエミッタが塗布されている。また、上記直流カット用と予熱兼始動用のセラミックチップコンデンサC3,C5は、積層セラミックチップコンデンサなどとも呼ばれるもので、誘電体シートに金属ペーストを印刷したものを層状に重ねて焼成し、この積層体の両端に電極を接続して構成される。例えば、発光管4の寿命末期の不点灯状態の継続により、長時間始動用の電圧が加わると、セラミックの薄膜が破損して、短絡した状態で破壊する可能性があり、さらに、短絡した状態で過大な電流が流れ続けると、過度に温度が上昇して周囲の部品に熱的な影響を及ぼす可能性がある。
そして、平滑用の電解コンデンサC2と第1の電界効果トランジスタQ1のゲートおよび第2の電界効果トランジスタQ2のゲートとの間には、起動回路75を構成する起動用の抵抗R1が接続され、これら第1の電界効果トランジスタQ1のゲートおよび第2の電界効果トランジスタQ2のゲートと第1の電界効果トランジスタQ1および第2の電界効果トランジスタQ2のソースとの間に、コンデンサC6およびコンデンサC7の直列回路が接続され、これらコンデンサC6およびゲート制御手段としてのゲート制御回路77のコンデンサC7の直列回路に対して並列に第1の電界効果トランジスタQ1および第2の電界効果トランジスタQ2のゲート保護のためのツェナダイオードZD1およびツェナダイオードZD2の直列回路が接続されている。また、トランスCTの一次巻線L2には、二次巻線L3が磁気的に結合して設けられ、この二次巻線L3は一端がコンデンサC6およびコンデンサC7の接続点に接続されたインダクタL4の他端と放電用抵抗R2との接続点に接続されている。また、コンデンサC6は起動回路75のトリガ素子を構成するものでもあり、このコンデンサC6とインダクタL4との直列回路に対して並列に、起動回路75の放電用抵抗R2が接続されている。さらに、第2の電界効果トランジスタQ2のドレイン、ソース間には、起動回路75の抵抗R3およびスイッチング改善用のコンデンサC8の並列回路が接続されている。
図1(A)は、上記直流カット用セラミックチップコンデンサC3と予熱兼始動用のセラミックチップコンデンサC5の一方を電子部品7bの一種として回路基板7aにそれぞれ実装した状態の要部拡大平面図、同図(B)は同図(A)のIB−IB線断面図である。
これら図1(A),(B)に示すようにこれら直流カット用,予熱兼始動用のセラミックチップコンデンサC3,C5は、そのコンデンサ本体aの両端に一対の電極b,cをそれぞれ配設している。回路基板7aは、絶縁基板7cの回路部品実装面上に、点灯回路70の通電路としての回路パターン76と、一対の半田パッド7d,7eを形成している。
これら一対の半田パッド7d,7e上には、セラミックチップコンデンサC3,C5の一対の電極b,cが載置されて半田dにより固着され、電気的にも接続されている。絶縁基板7cの回路部品実装面には電気絶縁膜7fが被覆されている。
そして、これらセラミックチップコンデンサC3,C5のコンデンサ本体aの図1(B)中下面の直下または、その近傍下方にて、電気絶縁膜7fを介して通電路76の一部である回路パターンの一部76a,76bがコンデンサ本体aの径(幅)方向に延在するように配設されている。
図3に示すように、例えば直流カット用セラミックチップコンデンサC3には、その下面下方において、その一方の電極bまたはcに接続された回路パターン76の一部76aを近接した状態で通しており、この直流カット用セラミックチップコンデンサC3の短絡時の高温の異常発熱により、この回路パターンの一部76aを焼き切るようになっている。
同じように、予熱兼始動用のセラミックチップコンデンサC5についても、その下面直下または、その近傍下方において、その一方の電極bまたはcに接続された回路パターンの一部76bを近接させた状態で通しており、この予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC5の短絡時の高温の異常発熱により、この回路パターンの一部76bを焼き切るようになっている。
次に、点灯装置7の動作について説明する。
まず、電源が投入されると、商用交流電源eの電圧が全波整流器71で全波整流され、平滑用の電解コンデンサC2で平滑されて直流に変換される。
この直流電圧は起動回路75の抵抗R1を介してNチャンネルの第1の電界効果トランジスタQ1のゲートに印加され、第1の電界効果トランジスタQ1がオンする。第1の電界効果トランジスタQ1のオンにより、トランスCTの一次巻線L2、直流カット用コンデンサC3、共振セラミックチップコンデンサC5の閉路に電圧が印加され、トランスCTの一次巻線L2、直流カット用コンデンサC3、共振セラミックチップコンデンサC5は直列共振する。また、トランスCTの一次巻線L2のインダクタンス成分の共振波形に応じた電圧がトランスCTの二次巻線L3に誘起され、ゲート制御回路77のコンデンサC7とインダクタL4とのLC直列回路が固有共振して略一定の周波数で第1の電界効果トランジスタQ1をオンさせ、第2の電界効果トランジスタQ2をオフさせる電圧を発生する。
次いで、トランスCTの一次巻線L2、コンデンサC3、共振セラミックチップコンデンサC5の共振電圧が反転すると二次巻線L3には前回と逆向の電圧が発生し、ゲート制御回路77は第1の電界効果トランジスタQ1をオフさせ、第2の電界効果トランジスタQ2をオンさせる電圧を発生する。さらに、トランスCTの一次巻線L2、コンデンサC3、共振セラミックチップコンデンサC5の共振電圧が反転すると、第1の電界効果トランジスタQ1がオンするとともに、第2の電界効果トランジスタQ2がオフする。以後、同様に、第1の電界効果トランジスタQ1および第2の電界効果トランジスタQ2が交互にオン、オフして、共振電圧が発生し、共振電流が流れる。
また、蛍光ランプFLの電極フィラメントコイルFLa,FLbを介して、共振コンデンサであるセラミックチップコンデンサC5に共振電流が流れるため、電極フィラメントコイルFLa,FLbは共振電圧が上昇するまで十分な時間をかけて直接予熱される。そして、共振電流が増加するとともに、バラストチョークを構成するトランスCTの一次巻線L2が飽和し、ランプ始動に必要な電圧まで電圧が上昇すると、蛍光ランプFLは放電を開始し、始動、点灯する。
この点灯中、何らかの理由により直流カット用コンデンサC3と予熱兼始動用コンデンサC5の少なくとも一方が故障し短絡すると、この直流カット用コンデンサC3と予熱兼始動用コンデンサC5の少なくとも一方が異常発熱し、その高温発熱により、この直流カット用コンデンサC3と予熱兼始動用コンデンサC5の少なくとも一方の一端にそれぞれ接続された回路パターンの一部76a,76bの少なくとも一方が焼き切られる。
このために、この回路パターンの一部76aまたは76bを通して蛍光ランプFLにそれぞれ供給されていた電力の供給が遮断されるので、蛍光ランプFLの点灯が強制的に停止される。
これにより、直流カット用コンデンサC3と予熱兼始動用コンデンサC5の少なくとも一方が故障して異常発熱しても蛍光ランプFLが点灯を続行する場合の蛍光ランプFL等の異常昇温を未然に防止することができるので、安全性を向上させることができる。
また、蛍光ランプFLの寿命・末期等によりランプ電圧が上昇して直流カット用コンデンサC3と予熱兼始動用コンデンサC5の少なくとも一方が短絡するような故障が発生した場合、電球形蛍光ランプ1は蛍光ランプFLと点灯装置70が一体に構成されているために、蛍光ランプFLのみを交換して点灯装置70の使用を続行することはないので、蛍光ランプFLの寿命が尽きるのとほぼ同時に点灯装置70を自損させてもコスト増を招くことはない。
さらに、予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC5をセラミックチップコンデンサにより構成するので、フィルムコンデンサを使用する場合に比して小形化を図ることができる。また、この電球形蛍光ランプ1によれば、直流カット用コンデンサC3と予熱兼始動用コンデンサC5の少なくとも一方の短絡等により発生する過電流から点灯回路70を保護する保護回路等を別途設ける必要がないので、点灯装置70の小形化とコスト低減を共に図ることができる。
図4は本発明の第2の実施形態に係る点灯回路70Aの回路図である。この点灯回路70Aは、蛍光ランプFLの非電源側にも予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4を並列に接続することにより、蛍光ランプFLの電源側と非電源側の両者に予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4,C5を設けた点に特徴がある。これ以外の構成は図3で示す点灯回路70と同一の構成である。
そして、この電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4についても、上記セラミックチップコンデンサC5と同様に、その一端側に接続された回路パターンの一部76cが図1(A),(B)に示すようにこの電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4のコンデンサ本体aの直下または近傍下方を電気絶縁膜75を介して通るように基板7a上に実装しており、この電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4が短絡等により異常発熱したときに、この高温発熱によりこの回路パターンの一部76cを焼き切るようになっている。なお、この電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4の下方に通される回路パターンの一部76cは、この予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4の一端に接続された回路パターンの一部に限定されるものではなく、蛍光ランプFLに電流を供給する主電流回路パターンの一部であればよい。
したがって、蛍光ランプFLの寿命末期時等において過負荷になった場合、電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4が短絡する不具合が発生した場合には、この予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4の高温発熱により回路パターンの一部76cを焼き切って、蛍光ランプFLへの通電を遮断して、点灯を強制的に停止させることができる。
このために、この電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4の短絡によっても蛍光ランプFLの点灯を強制的に停止させることができるので、この分、安全性をさらに向上させることができる。
また、蛍光ランプFLの点灯時には、共振電流が電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4にも分流され、フィラメントFLa,FLbに流れる電流を減少させることができるので、その分、フィラメントロスを低減することができる。このために、点灯時のフィラメントロスを低減するために、例えばネガティブサーミスタ(NTC)等をフィラメントFLa,FLbに並列に接続する必要もなくなる。
そして、これら2つの予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4,C5の容量は互いに変えてもよい。この場合、容量の大きい方に3225サイズを使用し、容量の小さい方に3216サイズを使用することにより、これらセラミックチップコンデンサC4,C5を実装する基板7aの大形化を抑制することができる。
また、これらセラミックチップコンデンサC4,C5の容量比を、蛍光ランプFLのフィラメントFLa,FLbの断線時に共振が維持できなくなる値に設定してもよい。この場合は、蛍光ランプFLのフィラメントFLa,FLbの断線時に点灯回路70Aの共振が停止するので、蛍光ランプFLの点灯を強制的に停止させることができる。
さらに、これらセラミックチップコンデンサC4,C5の容量比を、蛍光ランプFLのフィラメントFLa,FLbの断線時に点灯回路が過負荷状態になるように設定してもよい。この場合は、蛍光ランプFLのフィラメントFLa,FLbの断線時に過電流が第1,第2のトランジスタQ1,Q2を流れてこれらQ1,Q2が破壊されるので、点灯回路70Aを停止させることができる。
例えば、電源側のセラミックチップコンデンサC4の容量を非電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC5の容量よりも大きく設定する(C4>C5)と、蛍光ランプFLのフィラメントFLa,FLbが寿命末期等で断線したときに、非電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC5が蛍光ランプFLから切り離される。
一方、このとき、電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4は共振を維持するので、過電流が第1,第2のトランジスタQ1,Q2に流れてこれらQ1,Q2を破壊させるので、点灯回路70Aの作動が短時間で停止する。
また、これとは逆に、電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4の容量を非電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC5の容量よりも小さく設定(C4<C5)すると、蛍光ランプFLのフィラメントFLa,FLbの断線時に、電源側の予熱兼始動用セラミックチップコンデンサC4の共振電流が小さくなって、共振が停止し、点灯回路70Aの作動が停止する。
なお、上記実施形態では発光管として螺旋形蛍光ランプを使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複数本のU字形バルブを並設して1本の放電路を形成した屈曲形の蛍光ランプでもよい。
さらに、発光管としてはLED(発光ダイオード)でもよく、この場合は、上記インバータ形の点灯回路70,70Aを使用できないが、コンデンサを有する点灯回路に使用できる。
1…電球形蛍光ランプ、4…蛍光ランプ、6…グローブ、7……点灯装置、7a…回路基板、7c…絶縁基板、7d…電極パッド、a…セラミックチップコンデンサの本体、b,c…セラミックチップコンデンサの一対の電極、70,70A…点灯回路、C3…直流カットセラミックチップコンデンサ、C4…電源側予熱兼始動用セラミックチップコンデンサ、C5…非電源側予熱兼始動用セラミックチップコンデンサ。