JP4487589B2 - 希ガス蛍光ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ファクシミリ、複写機、イメージリーダ等の原稿照明用の希ガス蛍光ランプ、あるいは、液晶パネルディスプレイのバックライト等に利用される希ガス蛍光ランプの点灯装置に関する。

従来、ファクシミリ、複写機、イメージリーダ等の情報機器における原稿照明用に希ガス蛍光ランプが採用されており、また、液晶パネルディスプレイのバックライトにも希ガス蛍光ランプが採用されてきた。この希ガス蛍光ランプは、放電容器を形成する直管状のガラス管と、このガラス管の外壁に管軸方向に延びる一対の帯状電極を配設する、いわゆる外部電極型蛍光ランプである。

近年、複写機で使用される希ガス蛍光ランプの光量特性がよりシビアに要求されている。これは一般利用者のコピー画像に対する要求が厳しくなったことによるものであり、具体的には、1回の原稿スキャンにおいて、スキャン初期のランプ光量に対してスキャン終期のランプ光量が極めて小さく、その光量変動が大きいという問題である。従来は、このような光量変動を避けるべく、原稿に対してランプによる照明を行なった後で何らかの画像処理による光量補正を行っていた。しかし、最近では、このような光量補正だけでは十分に対処できなくなっている。
特開平０８−２７３８６３号

本発明の課題は、インバータ回路を使用した希ガス蛍光ランプ点灯装置において光量安定性のよい希ガス蛍光ランプ点灯装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、入力コネクターとインバータ回路とトランスから構成された原稿照明装置に使われる希ガス蛍光ランプ点灯装置において、前記希ガス蛍光ランプは誘電体バリア放電により発光するランプであって、前記入力コネクターの後段に、ランプ点灯の毎に外部からの信号を受けてオン／オフ制御するスイッチ素子を有し、この点灯スイッチと前記インバータ回路の間に、１回の原稿スキャンの間で、時間の経過と共に当該インバータ回路への入力電流を増加させるパワーサーミスタを具備したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記パワーサーミスタは、１℃の温度上昇で抵抗値が３％以上低下するものであることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、前記インバータ回路はプッシュプル回路であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、前記インバータ回路はフライバック回路であることを特徴とすう。

本願発明はパワーサーミスタを使うことで放電ランプに流れる電流量の自動的に調整している。すなわち、パワーサーミスタは、負の温度係数を有するセラミック半導体であるため、サーミスタに電流が流れると時間経過とともに、サーミスタ自身が発熱して抵抗値を低下させるため、初期の突入電流を抑制することができる。
特に、本願発明は、一般の電気機械のように主電源の投入時のみに突入電流を抑制するのではなく、複写機の使うために原稿をセットして蛍光ランプを点灯する毎に突入電流を抑制することを特徴とする。

図１は本発明の希ガス蛍光ランプ点灯装置の概略構成を示す。
点灯装置は、入力コネクターＣＮ１、インバータ回路を構成するプッシュプル回路部、トランスＴ１、トランスＴ１の二次側に接続された出力コネクターＣＮ２から構成される。希ガス蛍光ランプ１は出力コネクターＣＮ２に接続される。
入力コネクターＣＮ１は、例えば２４Ｖの直流電圧が端子Ｖinと端子ＧＮＤの間に供給される。また、入力コネクターＣＮ１には、複写機などの外部信号の入力端Ｓ１を有する。この入力端子Ｓ１に入力されるオン／オフ信号は、ブース抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してスイッチ素子Ｑ１のベースに接続される。

スイッチ素子Ｑ１は、トランジスタなどの半導体素子であり、複写機などの外部装置からの信号により導通制御される。具体的には、スイッチ素子Ｑ１にオン信号が入力されると、スイッチ素子Ｑ１は導通状態となって後段に対し電流が流れる。このスイッチ素子は複写機に原稿をセットしたランプを点灯するたびにオンするものであり、１回の原稿露光が終了するとスイッチ素子Ｑ１はオフする。なお、スイッチ素子Ｑ１の周囲にはバイアス抵抗Ｒ４、静電防止のコンデンサＣ２が接続される。また、スイッチ素子Ｑ１はトランジスタに限定されずＦＥＴなどを使うこともできる。

スイッチ素子Ｑ１の後段にはパワーサーミスタＴＨ１が接続される。このパワーサーミスタＴＨ１は、負の温度係数を有するセラミック半導体からなり、サーミスタに流れる電流によりサーミスタ自身が発熱し、サーミスタ自身の抵抗値が低下する。これによりサーミスタに流れる電流量が増加して後段のインバータ回路に流れる電流量を時間経過とともに変化させることができる。
さらに、パワーサーミスタＴＨ１の後段には、抵抗６、コンデンサＣ１を介して、インバータ回路であるプッシュプル回路が接続される。

プッシュプル回路は、チョークコイルＬ１、トランジスタＱ２，トランジスタＱ３、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ３とトランスＴ１から構成される。この回路は、いわゆる自励型スイッチング回路であり、トランジスタＱ２とトランジスタＱ３が交互にオン、オフのスイッチング動作を行なう。具体的には、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ５を通って流れる各ベース電流によってトランジスタＱ２、トランジスタＱ３の増幅率の差により、増幅率の高いトランジスタが先にＯＮし、片方のトランジスタはＯＦＦ状態になる。そして、コンデンサＣ３によって電圧は共振し正弦波となり、その電圧に応じた電圧は帰還巻線に発生し、トランジスタＱ２、トランジスタＱ３は交互にＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。
トランスＴ１の２次側の端子間に一次側巻線との巻数比に応じた正弦波電圧を出力し、出力コネクターＣＮ２に接続された希ガス蛍光ランプ１を点灯する。
数値例をあげると、周波数２９Ｈｚ〜３９Ｈｚ、定格電圧１２００〜１４００Ｖで点灯する。

パワーサーミスタＴＨ１は、スイッチ素子Ｑ１とインバータ回路の間に接続され、具体的には、トランジスタＱ１のコレクタ端子とコイルＬ１に直列に接続される。
入力コネクターＣＮ１の端子Ｓ１に、複写機などの外部装置からランプ点灯の信号が入力されるとトランジスタＱ１がオンすることでインバータ回路へ電流が流れ始める。
通常、電流が流れ始めると突入電流として初期に大電流が流れる。しかしながら、パワーサーミスタ自身が有する特性により、点灯初期に電流量を大きく抑制するとともに、その後、抵抗値の低下に伴い電流流を大きくすることができる。従って、初期の突入電流とその後の電流量の変化量を小さく制限することができ、変化量の小さい電流を後段のインバータ回路に流すことで光量変化の小さい蛍光ランプの発光が可能となる。

ここで、電気回路構成素子を保護するために、パワーサーミスタを電気回路の入力部に設けて突入電流を防止すること自体は従来から広く知られている。しかしながら、これら技術は、主電源をオンしたときに流れる突入電流を抑えることを目的とするものである。
一方、本発明は、ランプ点灯の信号を受けて導通制御されるスイッチ素子の後段に、パワーサーミスタを配置することを特徴としている。従って、主電源をオンした後においても、ランプ点灯に伴いスイッチ素子のオンオフが繰り返されるたびにも、パワーサーミスタは機能することとなる。
つまり、本発明は、電気回路素子の保護をいうレベルではなく、複写機の１回の原稿スキャンという極めて短い時間の光量変化を問題とするものであり、１回の原稿照明におけるランプの発光光量を一定にすることを目的としている。

パワーサーミスタは、複写機の原稿照明という短い時間の中で抵抗値が変化するものが必要となり、例えば、初期の抵抗値が常温で５Ω、１０秒後に６０℃に上昇して抵抗値がゼロΩになるものが適用される。より具体的には、村田製作所製Ｂ５７２３５Ｓ５０９Ｍが採用される。

図２は本発明に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置の他の実施例を示す。
図１に示した回路は、インバータ回路がプッシュプル回路であったのに対し、図２に示す回路はフライバック回路である点で相違している。
点灯装置は、入力コネクターＣＮ１、インバータ回路を構成するフライバック回路部、トランスＴ１、トランスＴ１の二次側に接続された出力コネクターＣＮ２から構成しており、出力コネクターＣＮ２に希ガス蛍光ランプ１が接続される。
入力コネクターＣＮ１は、直流電圧が端子Ｖinと端子ＧＮＤの間に供給される。また、入力コネクターＣＮ１は複写機などの外部信号の入力端ｓ１を有し、この外部信号によってスイッチ素子Ｑ１がオン／オフする。スイッチ素子Ｑ１は、例えばトランジスタからなり、その周囲には抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８が接続される。また、スイッチ素子Ｑ１の後段にはパワーサーミスタＴＨ１が接続される。
インバータ回路の前段部分の基本動作については、図１に示す回路と同様である。

パワーサーミスタＴＨ１の後段には、コンデンサＣ１を介して、トランスＴ１が接続される。また、スイッチ素子Ｑ１のコレクタ端子には駆動回路ＩＣが接続されて、インバータ回路のスイッチング素子８（ＦＥＴ）が接続される。
フライバック回路は、スイッチ素子８、トランスＴ１、駆動回路７から構成される。図１に示す回路が自励型であって２つのトランジスタが自動的にオン、オフを繰り返すのに対して、この回路はスイッチング素子が駆動回路からの信号によりオン、オフ制御される。

このように、インバータ回路として、フライバック回路を使うことの利点は、プッシュプル回路のように連続した交流高電圧を蛍光ランプに印加するのではなく、図に示しように、電流波形は最大ピークの後に漸次振幅が小さくなる振動波形を経て、休止期間が設けた後、次の最大ピークを印加する波形になることである。このような波形の場合は、エキシマ発光を有効利用できることからランプの発光効率が良いという利点がある。

次に、希ガス蛍光ランプ（以下、単に「蛍光ランプ」ともいう）について説明する。
図３は希ガス蛍光ランプを示し、（ａ）は蛍光ランプの全体図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
蛍光ランプ１は放電容器を構成する直管状のガラス管１１の外周壁面上に、管軸方向に伸びる一対の概略帯状の外部電極１２が形成される。ガラス管１１の内部にはキセノンなどの希ガスが封入されるとともに、ガラス管１１の内壁面には蛍光物質１３が塗布されている。さらに、外部電極１２を含みガラス管１１全体が保護膜１４で覆われている。ガラス管１１の端部には口金１５が設けられる。その一方からは給電線１６が伸びている。この給電線１６には図示略の給電装置が接続される。
数値例をあげると、ガラス管１１は外径８〜１２ｍｍの範囲から選択されて、例えば１０ｍｍ、長さは３５０〜４００ｍｍの範囲から選択されて、例えば３７０ｍｍ、キセノンガスは１０〜１５ｋＰａの範囲から選択されて、例えば１３ｋＰａ封入される。

この蛍光ランプ１は、一対の電極１２間に誘電体を兼ねるガラスが介在するので、電極間に電圧が印加されると、給電装置からの電流は直接放電空間に流れることはなく、誘電体を一種のコンデンサの機能として電流が流れる。そして、誘電体バリア放電によって、効率的に放射光を獲得するためには、放電後に一定の休止期間を設けて、一度生成したエキシマ放電を次の電圧印加で消滅させることなく利用することが好ましい。

なお、蛍光ランプを消灯後、短い時間（例えば、数分）で再点灯する場合は、パワーザーミスタは未だ温度が高いためその抵抗値は低い状態にある。しかしながら、蛍光ランプのインピーダンスそのものが高い状態であるため、インバータ回路に対しては突入電流が流れるものの、蛍光ランプに対する突入電流の流れが鈍くなり、結果として突入電流によるランプ発光を抑えることができる。

次に、本発明の点灯装置の効果を説明する。
図１に示した点灯装置と従来の点灯装置により、それぞれランプ光量の変化率を測定した。なお、従来の点灯装置は、図１に示した点灯装置において、パワーサーミスタＴＨ１を設けていないものであり、それ以外の構成は図１に示すものと同じである。
測定対象である希ガス蛍光ランプは、図３に示す構造のものであり、具体的には、キセノン・ネオンの混合ガスを発光ガスとして数十ｋＰａ封入し、鉛レスガラス製の放電容器を採用した。放電容器の外壁には、アルミニウム箔製の一対の帯状電極を付設しており、放電容器の内壁にＬａＰＯ４蛍光体を塗布している。
また、図１に点灯装置のパワーサーミスタはＥＰＣＯＳ製Ｂ５７２３６−Ｓを使用した。

測定は、希ガス蛍光ランプの点灯開始０．１秒後の照度と、点灯開始３００秒後の照度を各々測定して、当該測定値からランプ光量の変化率を求めている。具体的には、点灯開始０．１秒後の照度をａとして、点灯開始後３００秒後の照度をｂとして、変化率（ΔＬｘ（％））は、（ａ−ｂ）／ａ×１００として求めている。
なお、照度ａは点灯開始後の光量の高いときの照度を表し、照度ｂは希ガス蛍光ランプが安定したときの照度を表している。また、照度ａ、照度ｂはともにランプから８ｃｍ離れた位置で測定された。

図４、図５は上記測定値を模式的に示すものであり、図４は本発明の点灯装置によりランプ光量の変化を示し、図５は従来の点灯装置によるランプ光量の変化を示す。両図とも（ａ）は希ガス蛍光ランプのオン、オフの状態を示し、（ｂ）はランプ光量の変化の状態を表す。（ａ）の縦軸は入力コネクターＣＮ１に入力されるオン／オフ信号を示し、横軸は時間を表す。（ｂ）の縦軸はランプ光量（Ｌｘ）を示し、横軸は（ａ）と同様に時間を表す。

上記測定結果より、本発明の点灯装置は、点灯初期に流れる電流がパワーサーミスタにより制限されるので点灯初期のランプ光量も制限できていることがわかる。結果として、ランプ光量の変化率が小さくなっている。
一方、従来の点灯装置は、点灯初期に過剰な突入電流が流れるため、点灯初期のランプ光量は突入電流により大きくなっている。結果として、ランプ光量の変化率が大きくなっている。

照度測定とその測定結果からの計算によると、従来の回路を使用し、点灯装置によれば、光量変化率ΔＬｘ（％）は８〜１０％におよび、本発明の点灯装置によれば、光量変動率ΔＬｘ（％）は３〜４％であった。いずれも安定時の照度は３００００ｌｘ（ルックス）であった。

本発明によれば、電力漸増素子を直流電源とインバータ回路の間に具備したことで、希ガス蛍光ランプへ供給される初期の電流を制限し、電力漸増素子の自己発熱作用を利用して、漸次電流を増加させることで希ガス蛍光ランプの光量が漸次増加し、光量安定性が改善される。

本発明の点灯装置を使用したときの蛍光ランプの光量変化を模式図で示す。 従来の点灯装置を使用したときの蛍光ランプの光量変化を模式図で示す。 本発明の点灯装置に係る回路の一実施例を示す。 本発明の点灯装置による効果を示す。 従来の点灯装置に効果を示す。

符号の説明

１ 希ガス蛍光ランプ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３ トランジスタ
ＴＨ１ パワーサーミスタ
Ｔ１ トランス
Ｌ１ チョークコイル
Ｒ 抵抗
Ｌ インダクタンス
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ コンデンサ
ＣＮ１ 入力コネクタ
ＣＮ２ 出力コネクタ

Claims (4)

1. 入力コネクターとインバータ回路とトランスから構成された希ガス蛍光ランプ点灯装置において、
   前記希ガス蛍光ランプは誘電体バリア放電により発光するランプであって、
   前記入力コネクターの後段に、ランプ点灯の毎に外部からの信号を受けてオン／オフ制御するスイッチ素子を有し、このスイッチ素子と前記インバータ回路の間に、１回の原稿スキャンの間で、時間の経過と共に当該インバータ回路への入力電流を増加させるパワーサーミスタを具備したことを特徴とする原稿照明装置に使われる希ガス蛍光ランプ点灯装置。
2. 前記パワーサーミスタは、１℃の温度上昇で抵抗値が３％以上低下するものであることを特徴とする請求項１の希ガス蛍光ランプ点灯装置。
3. 前記インバータ回路はプッシュプル回路であることを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ点灯装置。
4. 前記インバータ回路はフライバック回路であることを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ点灯装置。

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