JP4365631B2

JP4365631B2 - 電球形蛍光ランプおよび点灯回路

Info

Publication number: JP4365631B2
Application number: JP2003190666A
Authority: JP
Inventors: 暁良高橋; 正芳業天; 剛荒川; 健一郎高橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP2005026085A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電球形蛍光ランプおよび点灯回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギーの要請により、照明分野においても一般の白熱電球に代えていわゆる電球形蛍光ランプが普及しつつある。
通常、このような電球形蛍光ランプは、発光管と、これを保持すると共に内部に点灯回路を収納する筒状のケースと、当該筒状ケースの前記発光管を保持する側と反対側の開口部に被着された口金とを備える。
【０００３】
このような電球形蛍光ランプの放電管として、従来の有電極の低圧水銀蛍光灯の放電管を湾曲させてＵ字管形状ものや螺旋形状にしたものがあり、最近では、管球（バルブ）内に封入された放電ガスを電磁誘導により励起してプラズマを発生し、プラズマの紫外線で管球内面に塗布された蛍光体から可視光を発光させる無電極の放電管なども使用されている。
【０００４】
いずれの放電管を使用するにしても点灯回路が必要となり、上記筒状のケースの中に当該点灯回路の配線基板が収納されている（例えば、Ｕ字型の発光管を使用した電球形蛍光ランプの例として特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−１００１０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白熱電球との代替性の観点から、電球形蛍光ランプの寸法を全体として小型化して白熱電球の大きさに近付けることが望まれており、点灯回路を収納する筒状ケースもできるだけ小さくなるように設計されている。
そのため、点灯回路の収納スペースを大きく取ることができず、点灯回路の電子部品自身の発熱および発光管の発熱により電子部品の温度が上昇する。
【０００７】
点灯回路には共振回路が含まれており、一般に、この共振回路に使用されるコンデンサとして高周波特性が良好で比較的電気容量が大きくとれるフィルムコンデンサが使用されている。
定格１２Ｗ程度の低出力の電球形蛍光ランプについては、長時間点灯しても筒状ケースの内部温度はせいぜい１１０℃程度に上昇するに止まり、当該フィルムコンデンサの電気特性にそれほど影響を与えないが、定格２０Ｗ以上の高出力のものについては、内部温度が１２０℃まで上昇する場合もある。
【０００８】
フィルムコンデンサは、誘電体として樹脂フィルムを使用し、これを金属箔などを電極として巻き込み、その外周をエポキシ樹脂などでコーティングして形成されているが、筒状ケース内部の温度上昇に伴って、巻き込んでいる樹脂フィルムがそれぞれ厚み方向に膨張しようとして熱応力が生じ、１２０℃の高温になるとついにはエポキシ樹脂のコーティングを押し広げるようにして外部に膨出してしまう。
【０００９】
これによりフィルムコンデンサの電気容量が大きく変化して、当初の回路設計値と大きく異なってしまい点灯回路が正常に動作しにくくなるおそれがある。
この問題を解決するため、筒状ケースのサイズを大きくして点灯回路の収納スペースを拡大し、内部の放熱性を向上させると共に、配線基板における部品配置に余裕を持たせて相互の熱の影響を受けにくくすることが考えられるが、上述のように電球形蛍光ランプにおいては小型化の強い要請がある上、製造コストの面から定格出力の大きさにかかわらず筒状ケースや配線基板を共通化することが望ましいため、そのような筒状ケースや配線基板の設計変更による解決は望ましくない。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、筒状ケースや配線基板を大きくすることなく、内部温度が上昇しても適正に動作する点灯回路を備えた電球形蛍光ランプおよび当該点灯回路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、本発明に係る電球形蛍光ランプは、発光管と、前記発光管を点灯させるための点灯回路と、前記発光管を保持すると共に内部に前記点灯回路を収容する筒状ケースと、前記筒状ケースの前記発光管を保持する側と反対側に被着される口金とを備える電球形蛍光ランプであって、前記点灯回路は、樹脂ケース内にフィルム状誘電体を有するフィルムコンデンサ本体が収容されたフィルムコンデンサを備え、前記フィルムコンデンサは、前記筒状ケースに接触していることを特徴とする。
【００１２】
これによりフィルムコンデンサの誘電体として使用されている樹脂フィルムが、温度上昇により膨張し、特に厚み方向に膨らもうとしても、外装した樹脂ケースにより当該膨張が阻止され、電気容量が大きく変化するようなことがなくなる。
ここで、前記フィルムコンデンサは、前記筒状ケースの内壁面に近接する位置に設置されていることが望ましい。
【００１３】
これにより、フィルムコンデンサを発熱源である他の電子部品、特に、その構成上配線基板の中央部に配置せざるを得ないチョークコイルからできるだけ離れた位置に配することが可能となり、フィルムコンデンサの温度上昇の程度を和らげることができる。
また、ここで、前記フィルムコンデンサ本体を収容する樹脂ケースの頂部に、Ｒが形成されていることが望ましい。
【００１４】
これによりフィルムコンデンサ本体を筒状ケース内に収納しやすくなる。
ここで、前記樹脂ケースの材料の荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ荷重）は、１２０℃以上であることが望ましく、また、前記樹脂ケースのフィルムコンデンサ本体の厚み方向における肉厚は、０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲であることが望ましい。
【００１５】
これによりフィルムコンデンサ周囲の温度が１２０℃まで上昇しても、しっかりと内部のフィルムコンデンサ本体が膨張しないように抑えこむことができる。
また、本発明は、前記点灯回路が、チョークコイルを備え、当該チョークコイル１次側の巻線として、１２本を超える本数の素線が撚り合わされたリッツ線が用いられていることを特徴としている。
【００１６】
これにより、１本のリッツ線の表面積が増大し、高周波電流通電時における表皮作用に起因して生ずるチョークコイルの発熱量の増加を抑えることができる。
また、本発明に係る点灯回路は、電球形蛍光ランプの筒状ケース内に収納される点灯回路であって、出力側に共振回路を含み、当該共振回路に使用されるフィルムコンデンサが、当該フィルムコンデンサのフィルム状誘電体の厚み方向の膨張を抑える樹脂ケース内に収納されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電球形蛍光ランプを、無電極放電ランプを例にして説明する。
（無電極放電ランプ１の構成）
図１は、実施の形態に係る定格２０Ｗの無電極放電ランプ１の構成図である。
【００１８】
同図に示されるように、この無電極放電ランプ１は、全体形状が白熱電球形状に近似するように形成されており、放電バルブ１０と、この放電バルブ１０内に交流電磁界を発生させるためのコイルユニット２０と、点灯回路ユニット３０などから構成されている。
放電バルブ１０にはさらに、点灯回路ユニット３０を覆うように設けられた筒状ケース４０を介して、商用電源から電力供給される口金５０が装着され、口金５０から点灯回路ユニット３０にはリード線６１，６２を介して電力が供給される。
【００１９】
なお、コイルユニット２０、筒状ケース４０、口金５０は、基本的に、管軸Ｚを軸として略回転体形状である。
また、筒状ケース４０は、樹脂などの絶縁性材料で形成され、その先端部４１の開口部４２を閉塞するように口金５０が装着されている。
（放電バルブ１０及びコイルユニット２０）
放電バルブ１０は、透明性のガラスで形成された管球であって、壁面が内方に凹んだ凹入部１１が管軸Ｚに沿って形成されている。そして、放電バルブ１０内には発光物質として水銀とアルゴン、クリプトンが封入され、またバルブ内面には、蛍光体が塗布されて蛍光体層１２が形成されている。なお、凹入部１１の中央には管軸Ｚに沿って、放電バルブ１０と連通する排気管１３が取り付けられている。
【００２０】
コイルユニット２０は、放電バルブ１０に装着されているボビン２１と、このボビン２１に巻回された励起コイル２２と、磁性体（フェライト）からなるコア２３とから構成されている。
ボビン２１は、放電バルブ１０のネック部分１０ａを覆うように取り付けられた円環状の底板部２１ａと、当該底板部２１ａの中央から突出する円筒部２１ｂとからなり、この円筒部２１ｂが凹入部１１に挿入されている。そして、励起コイル２２は、凹入部１１内において円筒部２１ｂの外周面上に巻回され、コア２３は、排気管１３を囲む円筒体であって、凹入部１１内において円筒部２１ｂの内側に挿入されている。
【００２１】
また、点灯回路ユニット３０の配線基板３１は、台座２５を介して底板部２１ａの、ボビン２１とは反対側に取着されている。この台座は、ボビン２１からの放熱を促進させるヒートシンク材料で形成されてもよい。
（点灯回路ユニット３０の構成）
図２は点灯回路ユニット３０の回路図の１例である。
【００２２】
点灯回路ユニット３０は、配線基板３１（図１、図３参照）上に、整流回路３２、高周波回路３３を設けて構成される。
整流回路３２は、フィルター用のコンデンサ３２１や、ブリッジ形の全波整流部３２２および平滑コンデンサ（電解コンデンサ）３２３などからなり、家庭用の交流電圧を整流して直流電圧を出力する。
【００２３】
また、高周波発振回路３３は、ＭＯＳ型トランジスターからなる１対のスイッチング素子３３１、３３２、コイル３３５およびチョークコイル３３６などからなり、出力側に共振回路３４を有する。
チョークコイル３３６の一次側に所定方向の電流が流れると、２次側コイルにその電流の方向に応じて所定の起電力が生じ、これが反転電圧としてＱ点に接続されたスイッチング素子３３１、３３２のゲートに印加される。
【００２４】
スイッチング素子３３１、３３２は前者がＮＭＯＳ、後者がＰＭＯＳからなりそのゲートに印加される反転電圧の極性により交互にＯＮになり、これにより励磁コイル２２に所定の周波数（一般に６０ｋＨｚ〜５２６ｋＨｚまたは２．７ＭＨｚ、１３．５ＭＨｚ）の交流電圧が供給される。なお、図の３３３、３３４はツェナーダイオードであり、スイッチング素子３３１、３３２のゲートに印加される電圧が過剰になるのを阻止し、当該スイッチング素子３３１、３３２を保護する。
【００２５】
また、出力側の共振回路３４は、励磁コイル２２、コンデンサ３４１、３４２からなる。
この共振用のコンデンサ３４１、３４２として、後述するように樹脂ケースで外装されたフィルムコンデンサが使用され、耐熱性が向上されている。
なお、他のコンデンサは、電解コンデンサである平滑用コンデンサ３２３を除き、積層型のセラミックコンデンサなどが使用される。他の箇所でもフィルムコンデンサが使用される場合もあるが、それらの電気容量が変化したとしても、上記共振用のコンデンサ３４１、３４２の容量変化の場合ほど重大な影響を及ぼさないので、特に樹脂ケースで外装するには及ばない。
【００２６】
図３は、点灯回路ユニット３０の配線基板３１を図１のＡ方向から見たとき主な電子部品の配置を示す図である。同図に示すように、配線基板３１は、ほぼ円板状の基板であって、一番背の高い平滑コンデンサ３２３や比較的背の高いチョークコイル３３６を配線基板３１のほぼ中央部に配して、口金５０内の空間に配することにより（図１参照）、できるだけ筒状ケース４０のＺ軸方向の長さを短くできるように工夫されている。
【００２７】
共振用のコンデンサ３４１、３４２は、それぞれチョークコイル３３６に対して、配線基板３１に実装可能な範囲でできるだけ配線基板３１の端の位置、すなわち筒状ケース４０の内壁に近い側に配置されている。このようにすることにより発熱量が多いチョークコイル３３６から少しでも遠ざけることができ、熱の影響を受けにくくしている。
【００２８】
図４は、共振用のコンデンサ３４１の拡大斜視図である。同図に示すようにコンデンサ３４１は、樹脂ケース３４１１内にフィルムコンデンサ本体３４１２を収納してなる。３４１２ａ、３４１２ｂは、内部のフィルムコンデンサ本体３４１２から引き出されたリード線である。樹脂ケース３４１１は、荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ荷重、試験方法ＪＩＳＫ７２０７）が１２０℃以上の樹脂材料からなり、射出成形などにより形成される。なお、本実施の形態では、当該樹脂材料としてＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート：融点１５４℃）を使用している。
【００２９】
図５は、図４においてコンデンサ３４１をＢ方向から見たときの図であり、内部の様子が分かるように樹脂ケース３４１１の一部を切り欠いて示している。同図に示すように樹脂ケース３４１１の下方の開口部を塞ぐように樹脂材料３４１３が注入されて封止されている。
本実施の形態では、この封止用の樹脂材料として熱硬化性のエポキシ樹脂が使用されている。この材料は常温で液状であり、６０℃から８０℃程度の熱を加えることにより硬化するので、封止時にフィルムコンデンサ本体３４１２に悪影響を及ぼさない。その上、接着性および絶縁性の点でも優れ、硬化後は融点が高く１２０℃以上になっても軟化しないので電子部品の封止材料として適している。
【００３０】
このようにフィルムコンデンサ本体３４１２がしっかりとした樹脂ケース３４１１内に収納されているので、当該フィルムコンデンサの誘電体として使用されている樹脂フィルムが熱膨張しようとしても、樹脂ケース３４１１に拘束されて膨張できず、これにより熱膨張に起因する電気容量の変動を効果的に抑えることができる。
【００３１】
したがって、樹脂ケース３４１１の特に厚み方向における肉厚も内部のフィルムコンデンサ本体３４１２の膨出しようとする力に抗するだけの厚みが必要であり、通常この種の共振回路に用いられる電気容量のコンデンサについては、０．１ｍｍ以上あるのが望ましい。また、必要以上に肉厚が大きくなれば限られた大きさの配線基板３1に実装することができないので、厚くても３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３２】
また、この樹脂ケース３４１１の頂部３４１１ａは、Ｒ（湾曲部）が形成されている。図１に示すように筒状ケース４０の、口金５０側の部分は中空の円錐台状であって徐々に径が小さくなっているが、コンデンサ３４１を筒状ケース４０の内壁に近接する位置に配置しても、その頂部にＲが形成されているので、上記筒状ケース４０に収納しやすい。
【００３３】
さらに、図１のＰの位置でコンデンサ３４１のＲ部と筒状ケース４０の円錐台部の内壁面に接触させることにより、この部分での放熱効果も得られる。他方のコンデンサ３４２も同様な形状である。このコンデンサ３４２についてもできるだけ筒状ケース４０の内壁面に近接させて配することが望ましいのは言うまでもない。
【００３４】
次に上記共振用のコンデンサ３４１の製造方法について簡単に説明する。
まず、射出成形により樹脂ケース３４１１を予め製造しておく。上述したようにこの樹脂材料として荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ荷重）がほぼ１２０℃以上のものが望ましく、さらには硬化後は剛性が高く、放熱のため熱伝導性に優れている方がよい。このような樹脂材料として上述のＰＢＴのほか例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などが用いられる。
【００３５】
また、耐熱性や剛性を強めるため、それらの樹脂材料に微小なガラス繊維を混入させてもよい。
そして、図６に示すようにこの樹脂ケース３４１１の内部にフィルムコンデンサ本体３４１２を挿入する。図６ではフィルムコンデンサ本体３４１２は、概略した形で示してあるが、一般的にフィルムコンデンサ本体は、２枚の金属箔を２枚の樹脂フィルム（例えばポリエチレンフィルム）を交互に重ねて巻き込む構造のものと、金属箔の代わりに樹脂フィルムの表面に金属を蒸着させて電極とするものがあり、本実施の形態では、高周波特性がより優れた後者のコンデンサを利用しており、巻き込まれた各層の厚み方向がリード線３４１２ａ、３４１２ｂの伸びる方向と直交するように形成されている。
【００３６】
樹脂ケース３４１１の内部の、特に厚み方向の寸法は、樹脂フィルムの膨張の阻止という観点からは、フィルムコンデンサ本体３４１２を収納したときにほとんど隙間が生じない程度の大きさであることが望ましいが、両者間にあまり隙間が少ないと収納作業の効率が悪くなるので、樹脂ケース３４１１の内部寸法は、フィルムコンデンサ本体３４１２より、若干大きめであってもよい。最終的にエポキシ樹脂を内部に流し込み、当該エポキシ樹脂を、樹脂ケース３４１１とフィルムコンデンサ本体３４１２との隙間に進入した状態で硬化させるので、特に問題は生じないからである。
【００３７】
このようにしてフィルムコンデンサ本体３４１２を樹脂ケース３４１１内に収納した後、図７に示すように樹脂ケース３４１１の開口部に液状のエポキシ樹脂３４１３を流し込んで、加熱し硬化させる。
なお、チョークコイル３３６の、特に１次側のコイルは巻数が多い上、大きな高周波電流に対する表皮作用により電流が巻き線の表層部分のみ流れるため、実効抵抗値が上がって、ますます発熱量が多くなる。そのため従来から１次側コイルの巻き線として素線を１２本撚り合わせたリッツ線が使用されているが、本実施の形態では１２本を超える本数の素線を撚り合せたリッツ線を使用している。これにより巻き線の表面積が増加し、表皮作用に起因する実効抵抗値の増加を抑え、発熱量を低減させることができる。
【００３８】
また、この素線の本数は１２本を超えれば、従来よりは発熱量低下の効果があり、素線の本数が多ければ多いほどよいが、その一方であまり本数が多いと、巻き線が太くなり過ぎ、チョークコイルが大型化して配線基板３１に部品を実装できなくなるおそれがあるので、最大でも２２本程度である。
なお、本実施の形態においては、素線の線径として、０．０８ｍｍの線を用いている。素線の線径は、必ずしもこの値に限られないが、０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内であることが望ましい。
【００３９】
素線の線径を、０．０５ｍｍ未満にすれば、巻線の際に切れやすいからであり、また、線径が０．１５ｍｍを超えた場合には、高周波での表皮効果による実効抵抗の増加を低減するため１２本を超える素線によりリッツ線を形成すると、チョークコイルが大きくなり過ぎ、配線基板３１内に実装できなくなってしまうからである。
【００４０】
（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施の形態においては、定格２０Ｗの無電極放電ランプについて説明したが、さらに高出力のランプについても、本発明の構成を適用することにより、従来のフィルムコンデンサを使用する場合よりも小さな寸法の筒状ケースを用いて点灯回路を正常に動作させることができる。
【００４１】
また、定格２０Ｗ未満の低出力のランプの場合でも、筒状ケースの寸法をさらに小さくするなどしてより小型な電球形蛍光ランプを得ようとする場合には、筒状ケース内の温度が上昇するので、この場合でも本発明の効果を享受できることはいうまでもない。
（２）また、電球形蛍光ランプの例として無電極放電ランプについて説明したが、その他、Ｕ字形状の放電管を連設したものや螺旋形状に湾曲された放電管を有する有電極のものであってもよい。後者の有電極の電球形蛍光ランプの場合、点灯回路の構成は上述したものと若干異なるが、高周波の共振回路を含むことには変わりはないからである。
【００４２】
（３）上記実施の形態においては、樹脂ケースを予め成形しておいて、これにフィルムコンデンサ本体を収納してエポキシ樹脂で封止する構成にしたが、リード線を金型で挟持して、フィルムコンデンサ本体を金型内に位置決めし、この金型に液状の樹脂を注入するような、いわゆるインサート成形により「樹脂ケース」の形成とフィルムコンデンサ本体の封止を同時に行うようにしてもよい。この場合、熱でフィルムコンデンサ本体が変形しないように、常温で液状の樹脂、例えば上述の常温硬化型のエポキシ樹脂などを用いるのが望ましいのは言うまでもない。なお、本発明では、このようなインサート成形によりフィルムコンデンサ本体の外周にモールドされた樹脂も、広く「樹脂ケース」の概念に含まれるものとしている。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、点灯回路における出力側の共振回路に使用されるフィルムコンデンサを、特にその厚み方向の膨張を阻止する樹脂ケース内に収納して形成しているので、筒状ケース内の点灯回路の収納スペースが小さくて内部の温度が上昇したとしても、フィルムコンデンサの電気容量が大きく変動することなく、発光管を安定して点灯させることができる。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る無電極放電ランプの構成図である。
【００４６】
【図２】上記無電極放電ランプに組み込まれている点灯回路ユニットの回路図である。
【００４７】
【図３】上記点灯回路ユニットの配線基板における各電子部品の実装位置を示す図である。
【００４８】
【図４】上記点灯回路ユニットにおける共振用のコンデンサの形状を示す斜視図である。
【００４９】
【図５】図４のコンデンサを矢印Ｂ方向から見たときの一部切り欠き図である。
【００５０】
【図６】上記共振用のコンデンサの製造方法を説明するための図である。
【００５１】
【図７】フィルムコンデンサ本体を樹脂ケースに収納後、開口部をエポキシ樹脂で封止した状態を示す図である。
【００５２】
【符号の説明】
１０放電バルブ
２０コイルユニット
２２励起コイル
３０点灯回路ユニット
３１配線基板
３２整流回路
３３高周波発振回路
３４共振回路
４０筒状ケース
５０口金
３３１、３３２スイッチング素子
３３６チョークコイル
３４１、３４２共振用コンデンサ

Claims

発光管と、前記発光管を点灯させるための点灯回路と、前記発光管を保持すると共に内部に前記点灯回路を収容する筒状ケースと、前記筒状ケースの前記発光管を保持する側と反対側に被着される口金とを備える電球形蛍光ランプであって、
前記点灯回路は、樹脂ケース内にフィルム状誘電体を有するフィルムコンデンサ本体が収容されたフィルムコンデンサを備え、
前記フィルムコンデンサは、前記筒状ケースに接触していることを特徴とする電球形蛍光ランプ。
前記樹脂ケースの頂部には、Ｒが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電球型蛍光ランプ。
前記樹脂ケースの材料の荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ荷重）は、１２０℃以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の電球形蛍光ランプ。
前記樹脂ケースの前記フィルムコンデンサ本体の厚み方向における肉厚は、０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電球形蛍光ランプ。