JP3587127B2

JP3587127B2 - 放電灯点灯装置

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Publication number: JP3587127B2
Application number: JP2000123029A
Authority: JP
Inventors: 啓介佐藤; 誠二浜端
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2020-04-24
Also published as: JP2001307680A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電灯を高周波により点灯させる装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
省エネルギーのニーズが高まるなか、照明においては放電灯の高効率点灯のため様々な方式の高周波インバータが用いられるようになってきた。また、放電灯においても高効率でコンパクトな設計のものが登場してきており、その一例としては、ＪＩＳＣ７６０１によれば、蛍光ランプでは図２０に示すようなものがある。これらの放電灯は、いずれも複数の細いガラス管を接合し、それぞれの放電空間を結合し発光管としていることが特徴であり、外形はコンパクトながらもその放電長を長くすることが可能なので、典型的には同等の明るさを持つ一般白熱電球と比べ、約四分の一から五分の一の電力消費で良く、幅広い用途に用いることができる。上記インバータと上記放電灯を組み合わせれば、高効率化あるいは高光束化によりエネルギー消費効率の高い照明の実現が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、放電灯の始動には、定常点灯時のランプ電圧より高い始動電圧を必要とする。上記の組合わせにおいても、発光管は年々コンパクト化しており、その始動電圧は高くなり、さらに図２０からも分かるように、その口金内の電極間距離も短くなる傾向にある。
【０００４】
図２１は、種々のコンパクト蛍光ランプについて、その電極間距離と、始動時に要する高周波のランプ電圧を電極間距離で割った値、即ちランプ始動時の電極間電位傾度との関係を示したものである。図中、Ａ，Ｂ，Ｃは現行では最もコンパクトなＨ形ランプ（高周波点灯専用６本管形）を示し、Ｄ，Ｅ，Ｆは最も電極間距離が長いＭ形ランプ（４本管形）を示している。この図から分かるように、ランプの電極間の電界強度は発光管のコンパクト化とともに急上昇する傾向にある。
【０００５】
これに対し上記のようなコンパクト蛍光ランプの口金には、一般的にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等が用いられ、発光管との接着剤には、シリコーン等の有機高分子材料が用いられることが多い。前記インバータとコンパクト蛍光ランプの組み合わせにおいては、その高電圧端子近辺の絶縁材料表面に衝撃性の高電圧が加わるため、アークにさらされる可能性がある。特に前記高分子材料が有機材料の場合、このようなアークにさらされると分解生成物（炭化物等）を生じ、導電性のトラックが電極間に伸び、最終的にそれらを連結するトラッキングの可能性がある。特に、フェニル基を含む有機材料はこのトラッキングの性質が大きい。
【０００６】
また、不平等電界下で電極への印加電圧が上昇した場合には、高電界側で局部的に絶縁破壊が起こり放電するという、コロナ放電が発生する可能性も考えねばならない。このコロナ放電は、印加電圧が上昇すると放電部分が低電界部へ伸び全路破壊に至ることもあるし、これにさらされると前記高分子材料のような絶縁材料は炭化、エロージョンやオゾンき裂等の劣化現象を生じる可能性もある。また、空気中で一旦コロナ放電が発生すると化学的に活性なＯ_３やＮＯ，ＮＯ_２等のガスが生成されることが良く知られており、これらは特に有機化合物と反応し酸化物となって絶縁物内部へ浸透していき、やはり導電路を形成する可能性がある。
【０００７】
これに加え、上記のようなコンパクト蛍光ランプはその表面温度も高く、上記口金高分子材料も１５０℃前後で使用されているものもある。多くの高分子は、加熱されると含有水分の蒸発や軟化等の吸熱過程を経て、熱分解、酸化分解、解重合等を起こして、気体（ガス）成分と炭素のような固体残さを含む生成物をつくる可能性がある。
【０００８】
更に、放電灯はその高周波点灯の寿命末期において、一時的に電極周囲のガラス管や口金の温度上昇を起こすことが知られている（ＪＩＳＣ７６０１解説より）。これは、一般的に寿命末期に電極の電子放出能力が低下すると、放電プラズマ内の電極前面の電圧降下が大きくなり、電極がイオン衝撃を受けるためと考えられる。この温度上昇で、口金の絶縁材料は上記の余分なストレスを受けないようにしなければならない。
【０００９】
また、このとき放電電圧も上昇するため、電極間の電界強度が大きくなるという放電灯の性質上避けられない現象があり、その絶縁材料には耐コロナや耐アーク性が必要とされる。例えば上記温度上昇への対策としては、口金内部に温度ヒューズ等の熱素子を装備し、寿命末期時に温度により切断し、ランプと回路を切り離すという手段が考えられる。しかし、これはヒューズのコストが高く、口金を専用設計にしなければならない、また、器具もその動作保証をするために専用設計としなければならないという不都合があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、放電灯とインバータの組合わせにおいて放電灯のコンパクト化による電極間の電気的、あるいは熱的なストレスを考慮して絶縁性能を良好にし、また熱素子のようなコスト高な部品なしに放電灯を使用することのできる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１は、一対の電極を有する放電灯と、前記放電灯の寿命末期時においてその主放電を停止し、且つ前記一対の電極間の抵抗にて発振を継続（連続および間欠を含む）するインバータとの組み合わせにおいて、前記放電灯寿命末期時のインバータの出力電圧Ｖ２は、前記一対の電極間交流破壊電圧Ｖｂ（商用周波数）の０．２５倍以下とし、前記インバータは、前記放電灯の電極間抵抗により発振停止する手段を有することを特徴とする。
請求項５は、前記Ｖ２／Ｖｂ≦０．２５を達成するため、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６は、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の発光管と口金の接着材料を無機質材料で構成したことを特徴とする。
請求項７は、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金内部に電極導入線間を絶縁する壁を設けたことを特徴とする。
請求項８は、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金表面に少なくとも１つ以上のガス抜き穴を設けたことを特徴とする。
請求項９は、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金内部の電極導入線を無機質材料で被覆したことを特徴とする。
請求項１０は、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金内部の電極導入線間に無機質材料のスぺーサーを設置したことを特徴とする。
請求項１１は、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金を無機質材料で構成したことを特徴とする。
請求項１２は、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金と接続されるソケットの、少なくとも口金との接触面もしくは全体が無機質材料で構成されることを特徴とする。
請求項１３は、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金を無機充填材を入れた有機高分子か、フェニル基を含まない鎖状高分子で構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２は、前記インバータの発振を停止する手段は、前記放電灯の電極間抵抗が４００Ω以上、１０ＫΩ以下の範囲であることを検出することを特徴とする。
請求項３は、前記インバータの発振を停止する手段は、前記放電灯の電極間抵抗の時間に対する立ち下がりを検出することを特徴とする。
請求項４は、前記インバータの発振を停止する手段は、前記放電灯の電極間抵抗の時間に対する立ち上がりを検出することを特徴とする。
請求項１４は、前記放電灯寿命末期時のインバータの出力電圧Ｖ２は、前記一対の電極間交流破壊電圧Ｖｂ（商用周波数）の０．１倍以下とすることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
従来例でも述べたように、省エネルギーの観点から、照明では放電灯の高効率点灯のため高周波インバータとコンパクト蛍光ランプが組み合わされて用いられるようになってきた。また、このようなコンパクト蛍光ランプは配光制御が容易な上、省スペース、また高光束で消費電力も小さいというように多くのメリットがあり、電球のみならず低ワットの高輝度放電灯の代替としても、非常に幅広い用途で使用されてきている。
【００１５】
このため、蛍光灯の更なるコンパクト化や高出力化（高ワット化）が求められており、その設計には課題に述べたように、放電灯の始動電圧の上昇に伴い口金材料や構造においてより高い絶縁性能が要求されるし、表面温度上昇に伴う口金材料の選定も重要である。また、蛍光ランプの寿命末期時には電極のタングステンコイルに塗付された電子放射物質が消耗されてしまい、電子電流が稼げなくなるために陰極降下電圧が上昇し、ランプの放電維持電圧が高くなるため、一般にはランプは不点となる。
【００１６】
インバータ点灯の場合は、その出力電圧を容易に大きくすることができるため、始動電圧の高いコンパクトな蛍光ランプでも点灯できるのであるが、逆に上記のような状態のときも点灯させてしまわないために、インバータは数々の寿命末期の検知回路を備えている。ただ放電灯の寿命末期時には、一時的にせよ前記陰極降下電圧の上昇に伴い電極部での電力損失、即ち温度上昇が大きくなることは原理的に避けることができないため、やはり前記口金材料との関係が重要である。
【００１７】
本発明の最大のポイントは、放電灯のコンパクト化に伴い必要となる、放電灯寿命末期時のインバータの発振電圧と放電灯の絶縁性能（負荷抵抗）の関係を明らかにしたことである。この関係を把握したことで、放電灯としてコンパクト化に伴う寿命末期時の温度上昇を防止するために温度ヒューズ等のコストの高い部品を自身に組込む必要もなく、構造および材料的に電極間の絶縁破壊強度を上げるだけでよいというメリット、インバータとしては負荷抵抗の検出により確実なランプの寿命末期検出ができるというメリットが生じる。
【００１８】
（実施例１）
以下、本発明について図１に示す第１の実施例に基づき説明する。図１はコンパクト形蛍光ランプのＨ形（６本管形）の口金構造を示したものであり、（ａ）はその上面図、（ｂ）は（ａ）をＡ−Ａ’の位置にて切断したときの断面図を示す。図において、符号１は電極が気密に封止されたガラス管よりなる発光管であり、見やすいように電極を封止してある以外の残り４本のガラス管は図示していない。この発光管の端部は、ケース２に接着剤４で６本のガラス管全てをケース２内周に沿って接着されている。ケース３はケース２を気密に保つよう接着され、ソケットと発光管を接続するためのピン６が埋め込まれている。符号５、５’は発光管内の１対のフィラメント電極に接続される電極の外部導入線であり、それぞれの間にインバータ出力電圧が印加される。これらの導入線はソケット接続ピン６を貫通し、ピン内部で電気的に接続されている。符号７は電極の外部導入線５と５’を絶縁するために設けられた、絶縁壁である。
【００１９】
このように構成された蛍光ランプは、長期に点灯するとケース２、３や接着剤４が何らかの有機高分子で構成されていた場合、徐々に熱劣化を起こし熱分解して炭素のような固体残さをつくることがある。
またインバータとの組合わせにおいては、外部導入線５−５’間に絶えず高電圧が印加されているので、仮に発光管１が緩慢なリークなどによりその維持電圧が高くなった場合、そこが絶縁破壊せずに、上記固体残さを起点に口金内でアーク、あるいはコロナ放電が起こる可能性がある。
【００２０】
この時の放電は、外部導入線５−５’間の気中放電路に、直列に発光管１のガラスや接着剤４からなる絶縁物即ち誘電体層を介在している複合誘電体の放電であるために、気中の間隙が放電電圧に達して放電が始まっても、すぐ絶縁物上に電荷が蓄積して気中間隙に加わる電圧が０に近づき放電は停止し、印加される高周波電圧の上昇を待って再び放電しその放電エネルギーは、次式のように印加電圧の周波数に比例して大きくなる。
【００２１】
Ｗ＝４×（√２）×ｆＣＶｉ（Ｖ−Ｖｉ）
ただし、Ｗ：放電電力、ｆ：周波数、Ｃ：誘電体層の静電容量、Ｖｉ：気中間隙の放電維持電圧、Ｖ：交流印加電圧（実効値）。
【００２２】
しかしながら、上記第１実施例の場合は、導入線５−５’間に絶縁性の壁を設けたから、仮にランプが長期点灯後に上記のような熱劣化に伴う炭化物を生成しても、導入線５−５’間のアークあるいはコロナ放電の発生電圧を上昇させることができる。
【００２３】
この結果、ランプ口金内の交流破壊電圧Ｖｂが向上し、この絶縁壁を設けないランプに対し同様の発振電圧Ｖ２を有するインバータとの組合わせにおいて、そのＶ２／Ｖｂ比が０．２５以下であればアーク、あるいはコロナ放電は非常に起こり難くなること、更には０．１以下にすることができれば、そのような放電現象は全く確認されなくなることを見出した。
【００２４】
この状態を図２にて説明する。グラフは横軸に口金内のＡＣ絶縁破壊電圧（６０Ｈｚ）Ｖｂ、縦軸に組み合わされるインバータの発振電圧Ｖ２と破壊電圧Ｖｂの比をとって、ランプ毎にそれがどう変化するかを示すものである。なおこの試験をする際には、発光管内の放電空間が絶縁破壊しないように予めガラス管を完全にリークしてある。
【００２５】
図中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、ぞれぞれコンパクト形蛍光ランプのＨ形（６本管形）３２Ｗのサンプル毎のプロットであり、Ａは対策前の未点灯サンプル、Ｂは対策前の寿命末期サンプル、Ｃは対策前の未点灯サンプルにおいて、口金内の電極導入線間距離を故意に１／２にしたサンプル、そしてＤは本発明による電極導入線間に絶縁性の壁を設けたサンプルである。
【００２６】
この図から分かるように、一つの種類のランプのＶｂとＶ２／Ｖｂの関係は一直線上で変化し、口金内の絶縁性能を上げることで、そのＶ２／Ｖｂ比を０．２５以下にすることが可能になる。
【００２７】
このような絶縁壁は、電極間の破壊距離を実質的に大きくすることが目的であるから、材質は前記高分子材料で構成し、口金ケースと一体成形してもよいし、口金組み立て時に挿入する方法でもよい。また、後から挿入する方法においては、その材質は有機、無機を問わず自由に選択できるから、有機材料のみでなく、耐コロナ性の高い無機材料、例えばマイカやセラミックス等を使用してもよいし、図３のように電極の外部導入線５、５’を包囲するようなスリーブ８にして設置してもよい。
【００２８】
以上の構成は、両電極間に電圧が印加される放電ランプであれば全てに応用できるし、口金の材質（金属、非金属）や、ピン埋め込み式やＥベース、片口金および両口金等、形状を一切問うものではない。
【００２９】
（実施例２）
図４は本発明の第２の実施例を示す。この実施例は、電極の外部導入線５と５’の間に絶縁スペーサー９を設けたものである。このスペーサーは、口金組み立て時に後から挿入できるから、材質は有機、無機を問うものではないので、高分子材料やマイカ、ガラス、あるいはセラミックス等でよい。このようにしても、外部導入線５−５’間は空気層とスペーサーで高度に絶縁されるから、仮に口金材料の一部が長期点灯後に上記のような熱劣化に伴う炭化物を生成しても、外部導入線５−５’間のアークあるいはコロナ放電の発生電圧を上昇させることができる。
【００３０】
また、セラミックスのような耐熱性の高いものであれば、温度上昇に伴う熱劣化の問題はなくなるため、ランプの寿命末期の口金加熱に対しても二重の効果が期待できる。また、接着剤４を無機質に、例えばセラミックス接着剤にすることで、このようなスペーサーの効果を同時に発揮させることもできる。
【００３１】
以上の構成は、両電極間に電圧が印加される放電ランプであれば全てに応用できるし、口金の材質（金属、非金属）や、ピン埋め込み式やＥベース、片口金および両口金等、形状を一切問うものではない。
【００３２】
（実施例３）
図５は本発明の第３の実施例を示す。この実施例は、口金ケース２、３の表面にガス抜き用の貫通穴１０を設けたものである。この貫通穴は、コロナ放電が発生するときに発生する化学的に活性なＯ_３等の生成ガスを口金外部へ放出するためのものである。これにより、ガスによる絶縁物の劣化に伴う外部導入線５−５’間の導通路（トラック）形成や、高分子の加熱分解による生成ガスを原因として起こる破壊現象を抑制することができる。
【００３３】
以上の構成は、両電極間に電圧が印加される放電ランプであれば全てに応用できるし、口金の材質（金属、非金属）や、ピン埋め込み式やＥベース、片口金および両口金等、形状を一切問うものではない。
【００３４】
（実施例４）
図６は本発明の第４の実施例を示す。本実施例は、電極の外部導入線５と５’の表面に無機質の被覆１１を設けたものである。この被覆は、加熱分解等による炭素やガスの生成を防止し、更に外部導入線５−５’間を絶縁するためのものであるから、溶融したガラスをコーティングしてもよいし、あるいはセラミックスのチューブを口金組み立て時に挿入してもよい。
【００３５】
このようにしても、外部導入線５−５’間は空気層と被覆１１で高度に絶縁されるから、仮に口金材料の一部が長期点灯後に上記のような熱劣化に伴う炭化物を生成しても、外部導入線５−５’間のアークあるいはコロナ放電の発生電圧を上昇させることができる。
【００３６】
以上の構成は、両電極間に電圧が印加される放電ランプであれば全てに応用できるし、口金の材質（金属、非金属）や、ピン埋め込み式やＥベース、片口金および両口金等、形状を一切問うものではない。
【００３７】
（実施例５）
図７は本発明の第５の実施例を示す。この実施例は、口金ケース２、３および接着剤４、絶縁壁７、電極の外部導入線の被覆１１、ソケットの材質を全て無機充填材を入れた有機高分子、あるいはフェニル基を含まない鎖状高分子とし、口金ケース２および３にガス抜き用の貫通穴１０を設けたものである。耐アーク性は無機充填材を入れる程よく、５０％近く入れると急激に上昇する。具体的には、シリカやマイカ、アルミナ等何でもよく、これらは同時に樹脂の補強効果や熱変形温度の向上という役目も果たすことができる。
【００３８】
また、フェニル基を含む有機材料は、アークによる分解生成物が材料に結合しやすいため耐アーク性が悪いのに対し、メラニン樹脂や尿素樹脂では、ともに分子中の窒素含有率が高く、アークによる表面の炭化物生成が少なく、しかもアークによってそれは飛散しやすい。さらにこれらは熱硬化性でもあり、放電灯の寿命末期時の口金温度上昇にも有効である。
【００３９】
口金構成材料にこのような高分子材料を用いれば、耐アーク性や耐トラッキング性を高めることができる上、構造的にも絶縁壁や導入線被覆で口金内部は絶縁破壊し難くなる。さらに口金内部で生成ガスなどがあっても、貫通穴を通してそれは外部に放出されるので絶縁性能は向上し、アークあるいはコロナ放電の発生電圧を上昇させることができる。
以上の構成は、両電極間に電圧が印加される放電ランプであれば全てに応用できるし、片口金、両口金等の形状も一切問うものではない。
【００４０】
（実施例６）
図８は本発明の第６の実施例を示す。この実施例は、口金ケース２、３および接着剤４、電極の外部導入線の被覆１１、ソケット１２の材質を全て無機質としたものである。このことにより、有機高分子材料のような加熱分解等による炭素やガスの生成が完全に防止され、外部導入線５−５’間の絶縁性は非常に高いものとなり、アークあるいはコロナ放電の発生電圧を上昇させることができる。また、この材質がセラミックスのようなものであれば、常時あるいは寿命末期時の口金温度上昇に伴う熱劣化の問題はなくなるため、二重の効果が期待できる。
以上の構成は、両電極間に電圧が印加される放電ランプであれば全てに応用できるし、片口金、両口金等の形状も一切問うものではない。
【００４１】
（実施例７）
図９はＬＣ共振方式のインバータを模式的に示したものであり、図中Ｖ２は高周波の電圧出力、ｆはその発振周波数、Ｌはバラストチョーク、Ｒは放電灯負荷、Ｉは回路に流れる電流、Ｃは始動用のコンデンサを表している。本方式においては、放電灯はＬＣ共振を利用してその電流Ｉを上昇させ、当初Ｒ＝∞であった放電灯がその電極間の印加電圧で絶縁破壊すると負荷Ｒが一定値に低下、その結果安定点灯させることができるのである。
【００４２】
そのプロセスを、ＬＣ共振回路における発振周波数ｆと電流Ｉの関係で表せば、およそ図１０のように書き表される。図中Ｒ＝０のラインは、共振回路が形成されないので発振周波数が高いほど、バラストチョークＬのインピーダンスが高くなり、電流Ｉが下がることを示している。一方Ｒ≠０であれば、共振回路が形成されるので、Ｒの大きさによって相似的に共振カーブがＲ＝０のラインに漸近しながら変化し、それぞれの電流Ｉは共振周波数ｆ０＝１／２π×√（ＬＣ）でピークとなる。共振周波数ｆ０より高い遅相の場合、インバータは発振周波数ｆをｆ１（予熱）→ｆ２（始動）→ｆ３（定常点灯）と負荷Ｒに伴いスイープさせることにより、放電灯は点灯するのである。つまり、放電灯の負荷Ｒの変化によってインバータの動作は支配されるといえる。
【００４３】
この観点から、以下、本発明の第７の実施例である放電灯点灯装置の動作原理を、コンパクト形蛍光ランプのＨ形（６本管形）３２Ｗの例に基づき説明する。図１１は蛍光灯の寿命末期における、放電灯の負荷抵抗Ｒと点灯時間との関係を示す。図中、▲１▼の区間は始動時、▲２▼は安定点灯時、▲３▼は寿命末期の放電維持電圧上昇時、そして▲４▼はコロナ又はアークが電極導入線間で発生した時を示す。放電灯の正常点灯時の負荷抵抗Ｒは、定格のランプ電圧とランプ電流より求められ、その範囲はほぼ２００〜３００Ωの範囲である。
【００４４】
▲１▼の始動時においては一旦Ｒ＝∞から数１０Ωまで低下するが、即座にバラストチョークによって限流され一定値に安定する（▲２▼）。放電灯の正常時には、この始動のプロセスが繰り返されるのみで負荷抵抗Ｒは殆ど一定である。しかし、放電灯が寿命末期に近づくと、電極に塗付された電子放射性物質が消耗してしまい、電子の放出能力が著しく低下して、それを補うため陰極降下電圧が上昇してランプ電圧が高くなる（▲３▼）。
【００４５】
インバータの場合、先に述べたような性質から、一定の発振周波数において定電流性を持っているため、放電灯への入力が大きくなり、管端部のガラスや口金の温度上昇が起こる。このとき、放電灯はランプ電圧がインバータの発振電圧より高くなれば立ち消えするし、熱のためにガラス管にクラック等が入りリークしても、やはりランプ電圧が高くなるため立ち消えしてしまう。しかし、インバータの発振電圧は設計によって異なるため、自然に放電灯が立ち消えするとは限らないし、寿命末期のランプ電圧は非定常で不安定且つ放電灯の種類により全く異なるため、そのしきい値を定量化することは容易ではない。さらに▲３▼の状態で長い間放置されると、電極間に高電界が印加され続けるため先の加熱により生じた電極の外部導入線間の炭化物などを起点にアークやコロナ放電が起こり、電極間の抵抗は再度低下し、安定点灯時▲２▼より高い値で推移するようになる（▲４▼）。
【００４６】
本発明による放電灯点灯装置では、放電灯の寿命末期をこの負荷抵抗Ｒで判定し、発振を停止する機能を備えたので、放電灯の種類によらない安定した動作が可能である。実験によれば、その動作範囲は４００Ω以上、１０ＫΩ以下であれば良いことが分かった。本装置によれば、いかなる構造の放電灯であっても、その寿命末期にインバータは発振停止することができるので、インバータの発振電圧Ｖ２と電極間の絶縁破壊電圧Ｖｂとの比Ｖ２／Ｖｂはアークやコロナ放電の起こらない０．１以下にすることができる。
【００４７】
更に、望ましくはインバータを完全に発振停止せず、出力抑制することでＶ２／Ｖｂを０．０５以下にする手段を用いれば多様な用途に対応可能である。即ち、インバータはチョッパーやスイッチング用の制御ブロックを持っており、その制御用電源は常に確保しておかねばならない。特に一般家庭用の多灯用並列インバータ等においては、放電灯負荷が並列に存在する上に、その制御は１個所で行うため、１灯が不点となったときも他のランプは点灯させ続けなければならない場合がある。しかし、本例によればあらゆる状況において制御電源を確保しつつ、寿命末期となった放電灯だけをその電極間の絶縁破壊を起こさないレベルで通電しておくことができるので、非常に動作の安定した良質の放電灯点灯装置を得ることができるのである。
【００４８】
本実施例の対象範囲は、インバータで放電灯を点灯させるものであればどんな組合わせでもよいため、放電灯は蛍光ランプや高輝度放電灯でも良く、インバータの回路方式も一石式や一石兼用方式、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ方式、高周波充電方式、高周波重畳方式、フルブリッジ方式など特に限定するものではない。
【００４９】
（実施例８）
次に、本発明の第８の実施例を図１２により説明する。本実施例は、図１１で示した点灯時間に伴う放電灯の負荷抵抗の変化ΔＲ／Δｔから、その立ち下がりを検出してインバータを発振停止させるものである。放電灯の負荷抵抗Ｒは、始動時以外でそれが立ち下がることは電極間に何らかの異常な放電、即ちアークやコロナ放電の発生のような現象がなければ起こり得ない。従ってこのような現象が仮に起こっても、本実施例の方式であればそれを検知することで直ちにインバータを発振停止することが可能となる。
【００５０】
更にこの検知は、負荷抵抗の立ち下がりだけでなく、立ち上がりについても同様に用いることができる。前者がコロナやアーク放電のような異常を検知するのに対し、後者は寿命末期のランプ電圧上昇や、ガラス管のリーク等の異常を検知できるからである。これらを併用して放電灯の寿命末期を検知すれば、更に有効であることは言うまでもない。また、この方法であれば負荷抵抗の変化率を検知するのであるから、全光時だけでなく調光時のように負荷抵抗Ｒが高いときであっても、放電灯の寿命末期の検出が可能である。
【００５１】
なお、検出値を放電灯始動時の負荷抵抗の変化と区別させるためには、起動初期の周波数スイープ時は、定常点灯の動作周波数になるまで負荷抵抗の検出値を無視するようにすればよい。
【００５２】
本実施例の対象範囲は、インバータで放電灯を点灯させるものであればどんな組合わせでもよいため、放電灯は蛍光ランプや高輝度放電灯でも良く、インバータの回路方式も一石式や一石兼用方式、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ方式、高周波充電方式、高周波重畳方式、フルブリッジ方式など特に限定するものではない。
【００５３】
（比較例１）
次に、本発明に対する比較例としての放電灯点灯装置について図１３で説明する。本例は、寿命末期時の放電灯のランプ電圧の不安定性を検知する手段として、放電灯に並列にコンデンサを設けたものである。図中Ｖ２は高周波の電圧出力、ｆはその発振周波数、Ｌはバラストチョーク、Ｒは放電灯負荷、Ｉは回路に流れる電流、Ｃ１は放電灯寿命末期検出用コンデンサ、Ｃ２は始動用のコンデンサを表している。先にも述べたように、寿命末期の放電灯は、陰極降下電圧の上昇やガラス管リークに加え、発光管内部での不純ガス（Ｏ、ＣＯ₂等）の増加等のために、そのランプ電圧が急激に増加する。
【００５４】
これらに加え、特に一方の電極の電子放出能力が低くなった場合、放電灯のランプ電圧波形が図１４に示すような半波状態になることがある。そうなると、バラストチョークＬが場合によっては磁気飽和を起こし、回路に流れる電流Ｉが増加するため、先の電圧上昇も加わり、放電灯に過大な電力が供給される結果となり、ガラス管や口金に大きな熱エネルギーを与えてしまう可能性がある。しかも、寿命末期のランプ電圧は非定常で不安定且つ放電灯の種類により全く異なるためそのしきい値を定量化することは容易ではない。
【００５５】
以上の観点から本例の放電灯点灯装置では、寿命末期検出用にコンデンサを放電灯に並列に取り付けたものである。これによれば、放電灯の正常点灯時は正負対称な高周波電圧が印加されるため、コンデンサＣ１はチャージされないが、一旦、図１４に示すような波形の寿命末期の放電状態に入ると、その半波点灯区間で充電される。寿命末期の放電灯においてその電荷量を調べたところ、１００ｐＣ以上になると異常な放電になることが分かった。つまり、この電荷量を検知することで、放電灯の様々な寿命末期形態をコンデンサの電荷量という基準で扱うことができ、直ちにインバータを発振停止することができるので非常に有効である。
【００５６】
本例の対象範囲は、インバータで放電灯を点灯させるものであればどんな組合わせでもよいため、放電灯は蛍光ランプや高輝度放電灯でも良く、インバータの回路方式も一石式や一石兼用方式、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ方式、高周波充電方式、高周波重畳方式、フルブリッジ方式など特に限定するものではない。
【００５７】
（実施例９）
次に、本発明の第９の実施例である放電灯点灯装置について図１５により説明する。この放電灯点灯装置は、ＡＣ電源と、ヒューズＦと、整流回路２１と、平滑回路２２と、平滑回路２２により平滑された直流電圧をチャージする大型の電解コンデンサＣと、平滑回路２２を制御する制御回路２３と、電解コンデンサＣの直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路２４と、インバータ回路２４を制御する制御回路２５と、負荷の放電灯２６と、負荷抵抗Ｒの検出部２７と、負荷抵抗Ｒの検知回路２８より構成される。
【００５８】
更に具体化して説明すると、ＡＣ電源は１００Ｖ、６０Ｈｚの商用電源、整流回路２１はダイオードブリッジ、平滑回路２２は昇圧チョッパ回路、インバータ回路２４は他励式ハーフブリッジインバータ、放電灯２６はコンパクト形蛍先ランプのＨ形（６本管形）３２Ｗである。この点灯装置の動作を、以下に順に説明する。
【００５９】
放電灯始動時は、インバータ回路２４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数が定常点灯時の動作周波数になるまで、負荷抵抗検知回路２８はその検出値を無視する。スイッチング周波数が定常点灯時の動作周波数になった後、負荷抵抗検知回路２８は検知を開始し、もし負荷抵抗が一定のしきい値を越えることがあれば、即座にチョッパ制御回路２３およびインバータ制御回路２５に停止信号を送り、インバータ回路２４の発振を停止させる。この負荷抵抗検知のしきい値は、インバータ回路２４の設計、例えば全光や段調光、連続調光等の用途により４００Ω以上、１０ＫΩ以下の絶対値に設定しても良いし、負荷抵抗の立ち上がり又は立ち下がりの時間微分値が０でなくなった時に設定しても良い。
【００６０】
これにより、放電灯の寿命末期状態はどんな状態でも、例えば電子放射性物質の消耗やガラス管のリークでも、または電極導入線間に何らかの生成物ができたときでも、その初期において即座にインバータの発振を停止させることができるため、コロナやアーク放電などのような現象を完全に防止することができる。
【００６１】
（実施例１０）
次に、本発明の実施例１０について説明する。本実施例は高輝度放電灯の寿命末期時に起こる発光管破壊に伴う外管内の放電現象を抑制するものである。図１６に本実施例で用いた片口金形のメタルハライドランプの構造図を示す。図中、３１は発光金属のハロゲン化物と、数１００Ｔｏｒｒの希ガスと水銀からなるぺニングガスを封入した硬質ガラスより構成される発光管、３２および３２’は発光管３１に電源を供給するニッケルや鉄等から成る内部導入線を示している。ＪＥＬ２０８にも記載されているように、本放電灯は高効率、高演色を特徴とする高輝度放電灯であり、各種のハロゲン化物が発光管に封入され、複雑な構造をしており、万一のランプの破損に対処できるよう配慮が必要である。
【００６２】
高輝度放電灯の発光管は、その寿命末期においてクラックやそれに伴う破裂が起こることが一般に知られており、その対策として発光管外周に飛散防止用のスリーブを設置したり、外管外周に飛散防止フィルムを被覆したりする手段を用いている。これに対し、数ｃｃの発光管から破壊時に放出した発光管内のガス（主にペニングガス）は、直ちに外管内に拡散し、外管内が真空の場合は内部導入線間を数Ｔｏｒｒの圧力で満たす。従って、インバータが発振を継続する場合には、発振電圧次第ではこの内部導入線間が容易に絶縁破壊し、アークやグロー放電を継続する、所謂外管内放電が発生することがある。これが継続すると、陰極降下電圧が上昇したときと同様、放電管の管端部や口金が加熱されるため種々の弊害が起こる。
【００６３】
以上の観点から本実施例の放電灯点灯装置は、寿命末期に外管内放電が起こらないように、放電灯の外管内を不活性ガスで置換することによりその破壊電圧を向上させたものである。その効果を、放電灯のＷ数とその外管内放電の放電維持電圧の関係で図１７に示す。全てのサンプルは発光管を人為的に破損して、外管内にガスを拡散させている。図中、×は改善前のサンプルで、発光管破壊前に外管内が真空であったサンプル、○は不活性ガスを適度に充填した改善後のサンプルである。
【００６４】
これによれば、不活性ガスを外管内に充填したサンプルは、ランプのＷ数に関わらず、その外管内放電維持電圧Ｖｂは改善前の約２０倍以上に向上している。従って、その電圧をインバータの発振電圧Ｖ２との比で比較すれば図１８のようになり、全てのＷ数のランプに対し、改善サンプルのＶ２／Ｖｂ比は０．２５倍以下、略０．１以下とすることができた。
【００６５】
以上の構成は、両電極間に電圧が印加される放電ランプであれば全てに応用できるし、口金の材質（金属、非金属）や、ピン埋め込み式やＥベース、片口金および両口金等、形状を一切問うものではない。
【００６６】
（実施例１１）
次に、本発明の実施例１１について説明する。本実施例は高輝度放電灯の寿命末期時を検出し、その時起こる発光管破壊に伴う外管内の放電現象を、インバータの出力電圧を抑制又は停止させることにより直接抑制するものである。
【００６７】
この放電灯点灯装置について、図１９で説明する。本実施例は、寿命末期時の放電灯のランプ電圧不安定性を検知する手段として、放電灯に並列に負荷抵抗検出部３５を設けたものである。図中、Ｖ２は高周波の電圧出力、ｆはその発振周波数、Ｌはバラストチョーク、Ｒは放電灯負荷、Ｉは回路に流れる電流、ＩＧＮは始動用のパルス電圧を出力するイグナイタ、３３はインバータ発振電圧制御回路、３４はパルス電圧制御回路、３５は負荷抵抗検出部、３６は負荷抵抗検知回路を示している。
【００６８】
本実施例の回路は、寿命末期の負荷抵抗を検知し、インバータの発振あるいはイグナイタのパルスを制御するものであり、負荷抵抗の検知レベルは実施例７のように抵抗の絶対値で決めてもよいし、実施例８のように抵抗の立ち下がり又は立ち上がりの時間微分値で設定してもよい。
【００６９】
実施例１０では、放電灯自身の寿命末期時破壊電圧を高めることでＶ２／Ｖｂを低下させたのであるが、本実施例では負荷抵抗を検知して、それに応じてインバータの発振電圧、あるいはイグナイタのパルス電圧（パルス高さ、位相、発生数も含む）を低下させることでＶ２／Ｖｂを低下させることが特徴である。
【００７０】
本実施例によれば、いかなる放電灯においてもその寿命末期においてイグナイタ、インバータを別々に出力抑制、あるいは同時に出力抑制することで外管内の放電発生を完全に防止できるうえ、寿命末期のパルス停止機能という安全面からの付加価値も有するものである。無論、実施例１０のような寿命末期時の絶縁破壊電圧の高い放電灯と、本実施例の放電灯点灯装置を組み合わせれば、その効果を更に高めることができ、Ｖ２／Ｖｂを０．１倍、望ましくは０．０５倍以下とすることが可能であることは言うまでもない。
【００７１】
本実施例の対象範囲は、インバータで高輝度放電灯を点灯させるものであればどんな組み合わせでもよいため、インバータの回路方式も一石式や一石兼用方式、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ方式、高周波充電方式、高周波重畳方式、フルブリッジ方式など特に限定するものではない。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし１４の発明によれば、放電灯寿命末期時のインバータの発振電圧Ｖ２を放電灯口金内の電極間交流破壊電圧Ｖｂの０．２５倍以下、好ましくは０．１倍以下としたので、放電灯がコンパクト化して電極間の電界強度が高くなっても、コロナやアークの発生が抑制されるため、口金材料の劣化による破壊は起こり難くなる。
また、請求項６または９または１０または１１の発明によれば、口金、発光管と口金の接着剤、電極導入線の被覆、口金を接続するソケットなどを、耐コロナや耐アークに優れ、熱にも強い無機質材料で構成したので、材料の劣化がなくなり電極間の交流破壊電圧が高くなるからＶ２／Ｖｂ比を小さくすることができる。
請求項８の発明によれば、高分子材料がコロナ劣化した際に生成される活性ガスを抜くために口金表面に貫通穴を設けたので、電極間の交流破壊電圧が高くなる。
請求項７または１０の発明によれば、電極導入線の間を絶縁するために、壁や無機質材料のスペーサーを設けたので、やはり電極間の交流破壊電圧が高くなり、Ｖ２／Ｖｂ比を小さくすることができる。
請求項１３の発明によれば、口金の高分子材料に無機充填材を付加したり、フェニル基を含まない鎖状高分子を用いることで耐アーク性を高めたので、これも電極間の交流破壊電圧を高くし、Ｖ２／Ｖｂ比を小さくすることができる。
【００７３】
請求項１または２または３、４の発明によれば、インバータにより放電灯の電極間抵抗を検出し、その絶対値又は変化率により放電灯の寿命末期を判断し発振を停止するので、電極間でのアークやコロナ放電を抑制することができる。
【００７４】
本発明はコンパクト化された放電灯とインバータとの組合わせにおいて、寿命末期において電極間で起こるアークやコロナ放電といった問題を、インバータの発振電圧と放電灯の絶縁性能（負荷抵抗）の関係から、放電灯の構造及びインバータの検知回路に防止手段を施したため、放電灯の確実な寿命末期性能を確保することができる。
さらにこの放電灯点灯装置によれば、放電灯としてはコンパクト化に伴う寿命末期時の温度上昇を防止するために、温度ヒューズ等のコストの高い部品を自身に組込む必要もなく、構造および材料的に電極間の絶縁破壊強度を上げるだけでよいというメリット、インバータとしては負荷抵抗の検出により確実なランプの寿命末期検出ができるというメリットが生じるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の口金構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）をＡ−Ａ’の位置にて切断したときの断面図である。
【図２】本発明の数値限定の根拠を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例１の一変形例の口金構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例２の口金構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例３の口金構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例４の口金構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例５の口金構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例６の口金構造を示す断面図である。
【図９】ＬＣ共振方式のインバータの等価回路図である。
【図１０】ＬＣ共振方式のインバータの共振電流の周波数特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施例７の動作説明図である。
【図１２】本発明の実施例８の動作説明図である。
【図１３】本発明に対する比較例１の等価回路図である。
【図１４】本発明に対する比較例１の動作説明図である。
【図１５】本発明の実施例９の回路図である。
【図１６】本発明の実施例１０で用いたランプの正面図である。
【図１７】本発明の実施例１０の動作説明図である。
【図１８】本発明の実施例１０の動作説明図である。
【図１９】本発明の実施例１１の回路図である。
【図２０】従来の種々のコンパクト蛍光ランプの外観を示す説明図である。
【図２１】従来のコンパクト蛍光ランプの電極間距離と始動時の電極間電位傾度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１発光管
２ケース
３ケース
４接着剤
５電極の外部導入線
５’ 電極の外部導入線
６ピン
７絶縁壁

Claims

一対の電極を有する放電灯と、前記放電灯の寿命末期時においてその主放電を停止し且つ前記一対の電極間の抵抗にて発振を継続するインバータとの組合わせにおいて、前記放電灯寿命末期時のインバータの出力電圧Ｖ２は、前記一対の電極間交流破壊電圧Ｖｂの０．２５倍以下とし、前記インバータは、前記放電灯の電極間抵抗により発振停止する手段を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
前記インバータの発振を停止する手段は、前記放電灯の電極間抵抗が４００Ω以上、１０ＫΩ以下の範囲であること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。
前記インバータの発振を停止する手段は、前記放電灯の電極間抵抗の時間に対する立ち下がり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。
前記インバータの発振を停止する手段は、前記放電灯の電極間抵抗の時間に対する立ち上がり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。
前記Ｖ２／Ｖｂ≦０．２５の条件を満たすように、前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の発光管と口金の接着材料を無機質材料で構成したことを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金内部に電極導入線間を絶縁する壁を設けたことを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金表面に少なくとも１つ以上のガス抜き穴を設けたことを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金内部の電極導入線を無機質材料で被覆したことを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金内部の電極導入線間に無機質材料のスぺーサーを設置したことを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金を無機質材料で構成したことを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金と接続されるソケットの少なくとも口金との接触面もしくは全体が無機質材料で構成されることを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯の電極間交流破壊電圧を高くする手段として、前記放電灯の口金を無機充填材を入れた有機高分子、またはフェニル基を含まない鎖状高分子で構成したことを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯寿命末期時のインバータの出力電圧Ｖ２は、前記一対の電極間交流破壊電圧Ｖｂの０．１倍以下とすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。