JP3900636B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネオン管を用いた放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車産業、情報機器産業などの表示装置に用いる光源は多様化してきており、これらの光源の一種として、低圧ネオン放電灯がある。ネオン管は、目立つ赤橙色の発光色であるため、例えば、ネオンサインや自動車のブレーキ灯などに使用される。このような用途では、いわゆる高周波インバータの出力側にネオン管を接続して、高周波電圧を印加することによってネオン管を点灯させている。ところが、一般の高周波インバータを用いた点灯装置では、縞模様や移動縞の問題がある。すなわち、高周波インバータを作動させ、所定の高周波電圧をネオン管に印加すると、ネオン管の管長方向に明暗の縞模様が発生し、その縞模様が移動したり、静止したりして、発光むらが生じるという問題がある。
【０００３】
このようなネオン管の点灯時における明暗の縞の発生や移動縞を回避あるいは防止する対策として、高周波インバータの出力電圧を正負非対称にして点灯させる方式が提案されている。例えば、特開平８−２８８０８４号では、図１１に示すような点灯装置において、トランスＴｆの１次巻線のセンタータップに定電流化インダクタンスＬと直列接続した補助巻線を巻装することにより、ネオン管２に印加される電圧の正負の非対称率（図１２のＶ１：Ｖ２）を適正な範囲に設定して、縞模様の発生を回避あるいは防止させようとするものである。
【０００４】
また、一般の正弦波出力の高周波インバータでネオン管を点灯させた場合、ネオン管の発光効率が低くなる場合がある。ネオン管の場合、点灯電圧（電流）波形によって、つまり、波高率（＝ピーク値／実効値）の違いによって、発光効率が変化し、正弦波よりも、歪み波形の方がランプの輝度が高くなるときがある。このような現象に対して、特開平８−９６９７６号では、図１３のような波高率２．１以上の点灯電圧波形にすることで、波高率１．４の正弦波点灯時よりも発光輝度を向上できると示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示した特開平８−２８８０８４号の方式では、電圧波形の正負の非対称率を上げるにつれて、縞模様の移動速度が速くなり、縞模様や移動縞などの発光むらを目に見えなくすることはできるが、ネオン管の管径、管長、ガス圧等の条件あるいは温度などの環境の変化や特性変化により縞模様や移動縞が発生する場合がある。このように、従来例では、縞模様、移動縞を完全に防止するには不十分であった。
【０００６】
また、特開平８−９６９７６号に提案されている図１３のような点灯電圧波形は、正弦波よりも発光効率を向上できるが、波形は正負対称となっているため、縞模様や移動縞の発光むらが発生しやすく、また、ちらつきも起こりやすい問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ネオン管の縞模様や移動縞のような発光むらを完全に防止し、かつ、発光効率を正弦波点灯よりも向上させることができるネオン管の点灯装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図５に示すように、ネオン管２を点灯する放電灯点灯装置において、ネオン管２に流れる電流が一方向にしか流れない脈動直流波形であり、脈動直流波形は半波整流波形を平滑用コンデンサＶＣにより平滑した波形であって、該平滑用コンデンサＶＣの容量は可変とされていることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（前提となる構成）
本発明の前提となる回路構成を図１及び図２に示す。図中のネオン管２は、例えば、自動車用ストップランプ等に用いられるような低圧ネオン放電灯であり、形状は管径１０ｍｍ以下で管長１０００ｍｍ以下である。また、ガス圧は５０Ｔｏｒｒ以下である。図１及び図２の電源１は、共に高周波の高電圧を発生し、ネオン管２を点灯する機能を持つ。図１の回路は、電源１の出力インピーダンスが低い場合であり、定電圧源としての特性を持つ。この電源１とネオン管２の間にダイオードＤを直列に接続したものである。この回路におけるネオン管２に流れる電流波形又は印加される電圧波形は、図３に示される半波波形となる。
【００１０】
図２の回路は、電源１の出力インピーダンスが高い場合であり、定電流源としての特性を持つ。この電源１とネオン管２とダイオードＤをそれぞれ並列に接続したものである。この回路におけるネオン管２に流れる電流波形又は印加される電圧波形は、図３に示される半波波形となる。
【００１１】
このように、ネオン管２に流れる電流が半波波形となるということは、電流は一方向にしか流れないことになる。ネオン管の縞模様、あるいは、この縞の移動が見られるのは、ネオン管内を流れる電流の方向が激しく変化し、その影響を受けて強く発光する部位と弱く発光する部位とに分かれるためである、と考えられるが、電流が一方向にしか流れなければ、縞模様自体発生しないことになる。このように、ネオン管の電流波形を半波波形にすることにより、ランプや環境等の条件によらず、縞模様や移動縞を完全に防止することができる。
【００１２】
また、図３の半波波形でネオン管を点灯したときの発光効率は従来の正弦波点灯よりも非常に高くなる場合があることを見いだした。例えば、管径４ｍｍ、管長４００ｍｍ、ガス圧３０Ｔｏｒｒのネオン管において、ダイオード無しの従来の正弦波点灯の場合と、本構成の半波点灯の場合の発光効率の比較を示すと、正弦波点灯の発光効率を１としたとき、本構成の半波点灯の発光効率は約２．５倍となった。ただし、ランプ電流の実効値は同じ８ｍＡとしている。
【００１３】
以上のように、本構成によれば、縞模様、移動縞の完全な防止だけでなく、正弦波点灯よりも発光効率を高くできるという利点がある。また、高周波電源にダイオード１個を付加するだけで良く、回路構成が簡易である。さらに、半波波形のみでなく、一方向のみに流れる脈動直流波形であれば、半波波形と同様に縞模様、移動縞の完全な防止が可能であり、且つ正弦波点灯よりも発光効率が良いという効果があることを見いだした。
【００１４】
図４は管径４ｍｍ、管長４００ｍｍ、ガス圧３０Ｔｏｒｒのネオン管を用いて、その点灯電流波形を一方向にのみ電流が流れる脈動直流波形として、波高率を変化させた場合の発光効率を調べた結果である。図中、比較のために、波高率１．４の正弦波点灯の発光効率を１として示した。脈動直流波形は、例えば、波高率＝１が完全な直流波形、波高率＝２が半波波形である。ただし、ランプ電流はいずれも８ｍＡとした。
【００１５】
図４の結果より、脈動直流波形は縞模様、移動縞の防止ができるだけでなく、正弦波点灯よりも発光効率が高くなることが分かる。ただし、波高率＝１の完全な直流波形の場合は、ネオン管のカタホリシス等の現象が起こりやすくなり、安定発光は困難である。また、波高率が３以上になると、高調波成分が非常に多くなり、ノイズが大きくなり過ぎる点と、発光効率が急速に低下してくる問題がある。よって、本発明での脈動直流波形とは、波高率が１より大きく、３より小さい範囲のものとする。以下に、それらの実施例を示す。
【００１６】
（実施例１）
図５に本発明の実施例１の回路構成を示す。この実施例では、上述の半波電流を流す回路構成において、平滑用コンデンサを挿入して、ネオン管２に流れる電流波形を半波波形に直流成分を重畳させた波形（１＜波高率＜２）とするものである。この構成により、ネオン管２に脈動直流電流を流すことができ、本発明の効果が得られる。さらに、この実施例の場合、半波波形に比べて、直流成分が増えるので、高調波成分の割合が減ることになり、ランプから発生するノイズを低減できるという利点がある。また、平滑用コンデンサを可変容量ＶＣとしたものである。この可変容量ＶＣを変化させることにより、図６のａ，ｂ，ｃに示すように、脈動直流電流波形の波高率が変化し、調光できる。すなわち、平滑コンデンサを可変容量とするだけで容易に調光できる。
【００１７】
本発明では、図４で示したように、脈動直流電流波形の波高率が変化すると、発光効率が変化することも見い出している。つまり、電流波形を変えるだけで調光ができることになる。例えば、共振を利用したインバータ回路を高周波電源１に用いた場合などでは、周波数を変化させて調光することは困難であり、周波数一定で調光する必要がある。本実施例の場合、脈動直流電流の波形を変化させることにより、周波数が一定のままで調光ができる。
【００１８】
また、図７のように、可変容量ＶＣの代わりに、コンデンサＣ１とＣ２の直列回路を接続し、一方のコンデンサＣ２と並列にスイッチＳを接続して、スイッチＳのオン・オフにより容量を切り換え、つまり、脈動直流電流の波形を切り換えて、調光する場合もある。
【００１９】
次に、本発明の前記実施例で用いる高周波電源１について説明する。
（実施例２）
図８にチョッパー回路で構成された高周波電源１の一例を示す。この図８の回路は、直流電源Ｅと、フライバックトランスＴｆと、スイッチング素子Ｓとからなるフライバックタイプのチョッパー回路であり、スイッチング素子Ｓを高周波でオン・オフさせることにより、フライバックトランスＴｆの２次側に高周波電圧を出力するものである。高周波電源１にチョッパー回路を用いた場合、このように少ない部品で構成でき、回路の小型化や部品コストの低減が可能となる。他のチョッパー回路でも同様の効果がある。
【００２０】
（実施例３）
図９にインバータ回路で構成された高周波電源１の一例を示す。この図９の回路は、直流電源Ｅと限流用インダクタＬとトランスＴｆと共振用コンデンサＣとスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２からなるプッシュプルインバータ回路であり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を高周波で交互にオン・オフさせることにより、トランスＴｆの１次側インダクタンスとコンデンサＣが共振し、トランスＴｆの２次側に高周波の交流電圧を発生する。このように、高周波電源１にインバータ回路を用いた場合、ＬＣ共振を利用するため、回路の効率を向上できる利点がある。他のインバータ回路でも同様の効果がある。
【００２１】
（実施例４）
図１０に圧電トランスを用いたインバータ回路で構成された高周波電源１の一例を示す。この図１０の回路は、直流電源Ｅと、圧電トランス３と、圧電トランス駆動回路４とからなり、圧電トランス３の共振周波数付近の交流電圧で圧電トランス３を駆動することにより、高周波の交流電圧を発生するものである。圧電トランスは巻線トランスに比べて薄型であるので、器具の小型化・薄型化が可能になる。また、圧電トランスは不燃性という特徴があり、安全性の面でも有利である。
【００２２】
さらに、圧電トランスは負荷インピーダンスの大きさに応じて昇圧比が変わる特性があり、例えば、ネオン管の点灯中のインピーダンスが数十ＫΩの時には数倍〜数十倍の昇圧比となるが、無負荷時には数百倍の昇圧比が得られる。したがって、ランプ始動時の高電圧が得られやすく、例えば、ネオン管の長さが長くなり、始動電圧が上がった場合、巻線トランスでは巻数を増やしたり、絶縁性を確保するために大型化するか、あるいは、ネオン管の近傍に補助電極を設置して始動電圧を下げる必要があったが、圧電トランスの場合、そのようなことをしなくても容易に始動時の高電圧が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ネオン管の管径、管長、ガス圧等の条件あるいは温度などの環境の変化、特性の変化があっても、ネオン管の縞模様や移動縞等を完全に防止でき、かつ、従来の正弦波で点灯させる場合よりも発光効率を向上させ、高効率化あるいは小型化が達成できる。また、周波数を一定としたままで調光できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の前提となる一つの構成例を示す回路図である。
【図２】 本発明の前提となる他の構成例を示す回路図である。
【図３】 本発明の前提となる構成例の点灯電流の波形図である。
【図４】 本発明の点灯装置による波高率と効率の関係を示す特性図である。
【図５】 本発明の実施例１の回路図である。
【図６】 本発明の実施例１の動作波形図である。
【図７】 本発明の実施例１の一変形例の回路図である。
【図８】 本発明の高周波電源をチョッパー回路で構成した実施例２の回路図である。
【図９】 本発明の高周波電源をインバータ回路で構成した実施例３の回路図である。
【図１０】 本発明の高周波電源を圧電トランスを用いたインバータ回路で構成した実施例４の回路図である。
【図１１】 従来例の回路図である。
【図１２】 従来例の点灯電圧波形を示す波形図である。
【図１３】 従来例の点灯電流波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 電源
２ ネオン管
Ｄ ダイオード
ＶＣ 平滑コンデンサ

Claims (4)

1. ネオン管を点灯する放電灯点灯装置において、ネオン管に流れる電流が一方向にしか流れない脈動直流波形であり、脈動直流波形は半波整流波形を平滑用コンデンサにより平滑した波形であって、該平滑用コンデンサの容量は可変とされていることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 請求項１において、脈動直流波形の波高率が１より大きく３より小さい範囲であることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 請求項１または２において、ネオン管は管径１０ｍｍ以下、管長１０００ｍｍ以下、ガス圧５０Ｔｏｒｒ以下のものであることを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、ネオン管の点灯装置に用いる高周波電源がチョッパー回路又はインバータ回路で構成されることを特徴とする放電灯点灯装置。

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