JP4692473B2

JP4692473B2 - 放電灯点灯装置及び照明器具

Info

Publication number: JP4692473B2
Application number: JP2006319054A
Authority: JP
Inventors: 尚樹大西; 泰蒲原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: JP2008135234A

Description

本発明は、放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を用いた照明器具に関するものである。

従来から、例えば蛍光灯のような放電灯を点灯する放電灯点灯装置として、放電灯の累積点灯時間を計時し、放電灯の累積点灯時間の増加に伴う光束の低下を補うように放電灯への供給電力を徐々に増加させることにより、放電灯の光束を寿命初期から寿命末期まで略一定に保つ放電灯点灯装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。この種の放電灯装置では、放電灯の累積点灯時間が少ない寿命初期において放電灯の光出力を抑え、消費電力を低減することができる。

この種の放電灯点灯装置においては、放電灯が新品に交換された場合に累積点灯時間を０に戻す（リセットする）必要がある。このためには、例えば使用者によって所定の操作入力がなされたときに累積点灯時間をリセットすることも考えられるが、放電灯の交換の度に上記所定の操作入力を行う必要があり煩わしい。

そこで、上記特許文献１には、所定の条件で自動的に累積点灯時間をリセットすることが記載されている。上記リセットの条件としては、放電灯のエミレス状態や無負荷状態が検出されたときに放電灯が交換されると推定して累積点灯時間をリセットするというものが挙げられている。

しかし、エミレス状態を検出して累積点灯時間をリセットする場合、エミレス状態に至る前に放電灯が交換された場合には累積点灯時間がリセットされないことになる。また、無負荷状態が検出されたときに累積点灯時間をリセットする場合、無負荷状態を検出する手段が動作する状態で放電灯を取り外さなければならない上に、一度取り外された放電灯が再度取り付けられた場合にも累積点灯時間をリセットしてしまう。

そこで、放電灯が新品に交換されたと検出されたときに累積点灯時間をリセットすることが考えられる。放電灯の交換を検出する方法としては、放電灯の電流又は電圧を検出してその検出値に基づいて放電灯の交換を検出するという方法（例えば、特許文献２参照）や、フィラメントの抵抗値が所定幅以上変化したときに放電灯の交換を検出するという方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特開２００１−１５２７６号公報特開２００４−５５４２４号公報特開２００６−７３１９９号公報

しかし、放電灯の電流や電圧、フィラメントの抵抗値はいずれも周囲温度の影響を受けやすいため、これらをそのまま用いて放電灯の交換を検出すると誤検出の可能性が高くなってしまう。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放電灯の交換を精度よく検出することができる放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を用いた照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、放電灯を点灯させる点灯手段と、放電灯の累積点灯時間を計時する計時手段と、計時時間によって計時された累積点灯時間に応じて放電灯の光束の低下を補償するように点灯手段を制御する出力制御手段と、放電灯のフィラメントの電気抵抗を検出する抵抗検出手段と、放電灯の始動時において放電灯のフィラメントの予熱が行われる予熱時間内に、抵抗検出手段によって検出された電気抵抗の変化速度を検出する抵抗変化速度検出手段と、抵抗変化速度検出手段による検出値が格納される記憶手段と、少なくとも記憶手段から抵抗変化速度検出手段による検出値を得て、抵抗変化速度検出手段による検出値の変化に基づき、放電灯の交換を検出して計時手段における累積点灯時間をリセットするリセット手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、比較的に周囲温度の影響を受けにくい値である放電灯のフィラメントの電気抵抗の変化速度を用いることにより、ランプ電圧やランプ電流を用いる場合に比べて周囲温度の影響を受けにくい。また、検出値の変化に基づいて放電灯の交換を検出しているので、最新の検出値のみに基づいて放電灯の交換を検出する場合に比べて放電灯毎の特性のばらつきによる誤検出が生じにくい。以上により、放電灯の交換を精度よく検出することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、抵抗検出手段は、フィラメントの両端間の電圧とフィラメントに流れる電流との少なくとも一方を検出するものであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、リセット手段は、抵抗変化速度検出手段による検出値のうち最新の検出値と記憶手段に格納された前回の検出値との差が所定の閾値を上回ったときに、放電灯の交換を検出して計時手段における累積点灯時間をリセットすることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか記載の放電灯点灯装置と、ランプが取り付けられるとともに放電灯点灯装置に電気的に接続されたソケットと、放電灯点灯装置及びソケットをそれぞれ保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明は比較的に周囲温度の影響を受けにくい値である放電灯のフィラメントの電気抵抗の変化速度を用いることにより、ランプ電圧やランプ電流を用いる場合に比べて周囲温度の影響を受けにくい。また、検出値の変化に基づいて放電灯の交換を検出しているので、最新の検出値のみに基づいて放電灯の交換を検出する場合に比べて放電灯毎の特性のばらつきによる誤検出が生じにくい。以上により、放電灯の交換を精度よく検出することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、熱陰極放電灯からなるランプＬａに交流電力を供給して点灯させるものであって、交流電源ＡＣから入力された交流電力を直流電力に変換する直流電源回路１と、ランプＬａとともに共振回路を構成し直流電源回路１の出力を電源としてランプＬａに交流電力を供給するインバータ回路２とを備える。

直流電源回路１は、交流電源ＡＣから入力された交流電流を全波整流するダイオードブリッジＤＢ１に、ダイオードブリッジＤＢ１の出力端間に接続されたインダクタＬ１とダイオードＤ１とコンデンサＣ１との直列回路と、インダクタＬ１とダイオードＤ１との接続点とダイオードブリッジＤＢ１の低電圧側の出力端との間に接続されたスイッチング素子Ｑ３とで構成された周知の昇圧チョッパ回路が接続されてなる。スイッチング素子Ｑ３は制御回路３によりオンオフ駆動され、このオンオフのデューティ比に応じた電圧値の直流電力がコンデンサＣ１の両端間に出力される。

インバータ回路２は、コンデンサＣ１の両端間に接続された２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２の両端間にランプＬａに直列に接続された共振用のインダクタＬ２と、ランプＬａの両端間に接続された予熱兼共振用のコンデンサＣ３とを備える。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と共振用のインダクタＬ２との間には、直流カット用のコンデンサＣ２が接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンオフ駆動されると、そのオンオフの周波数とインダクタＬ２，コンデンサＣ３並びにランプＬａが構成する共振回路の共振周波数との関係に応じた交流電力がランプＬａに供給される。

制御回路３は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をそれぞれ駆動し直流電源回路１及びインバータ回路２とともに点灯手段を構成する駆動部３１と、点灯時間を計時する点灯時間カウンタ３２と、例えばＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリからなり点灯時間カウンタ３２で計時された点灯時間が随時加算されて消灯後も保持される累積点灯時間が格納され点灯時間カウンタ３２とともに計時手段を構成する記憶部３３と、記憶部３３に格納された累積点灯時間に応じてランプＬａの光束の低下を補償するように（すなわち、累積点灯時間が増すほどランプＬａへの供給電力を増すように）駆動部３１を制御する出力制御手段としての出力制御部３４とを有する。より具体的には、出力制御部３４は例えば駆動部３１がインバータ部２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフする周波数（以下、「動作周波数」と呼ぶ。）を、ランプＬａと共振用のインダクタＬ２と予熱兼共振用のコンデンサＣ３とが構成する共振回路の共振周波数に近づける（一般的には動作周波数を低くする）ことにより、ランプＬａへの供給電力を増加させる。このような出力制御部３４は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明は省略する。

また、制御回路３は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧されて平滑コンデンサＣ４で平滑された電圧を検出することによりランプＬａの両端電圧の直流成分の絶対値（以下、単に「ランプ電圧直流成分」と呼ぶ。）Ｖｄに応じた出力を生成するランプ電圧検出部３５と、ランプ電圧検出部３５の出力に基づいて累積点灯時間を０に戻す（リセットする）リセット制御部３６とを備える。

図２を用いて制御回路３の動作を詳しく説明する。電源が投入されると（Ｓ１）、出力制御部３４は記憶部３３から累積点灯時間を読み込み（Ｓ２）、累積点灯時間が増すほど高い供給電力を指示する出力指令値を決定して駆動部３１に入力する（Ｓ３）。次に、点灯時間カウンタ３２が点灯時間をカウントし（Ｓ４）、カウントされた点灯時間が記憶部３３における累積点灯時間に加算される（Ｓ５）。次に、リセット制御部３６が、ランプ電圧検出部３５の出力からランプ電圧直流成分Ｖｄを得て（Ｓ６）、得られたランプ電圧直流成分Ｖｄを記憶部３３に格納するとともに、前回のランプ電圧直流成分Ｖｄと最新のランプ電圧直流成分Ｖｄとの差ΔＶｄを演算する（Ｓ７）。そして、演算の結果得られた差ΔＶｄを所定の閾値と比較し（Ｓ８）、差ΔＶｄが所定の閾値を上回った場合、すなわちランプ電圧直流成分Ｖｄが所定幅以上低下した場合には、ランプＬａが交換されたものと判定して記憶部３３を制御し累積点灯時間をリセットし（Ｓ９）、ステップＳ２に戻る。ステップＳ８において差Ｖｄが所定の閾値を下回っていた場合は、ランプＬａは交換されていないものと判定して累積点灯時間をリセットせずにそのままステップＳ２に戻る。つまり、ランプ電圧直流成分Ｖｄは定期的に検出される。なお、ステップＳ７において用いるランプ電圧直流成分Ｖｄは、上記のようにランプ電圧検出部３５から直接入力されたものであってもよいし、いったん記憶部３３に格納されたものを記憶部３３から読み出すようにしてもよい。

ここで、ランプＬａのフィラメントには電子放射性物質であるエミッタが塗布されており、このエミッタは累積点灯時間の増加とともに消耗するが、この消耗の速さはフィラメント間で不均一となる。このため、ランプ電圧直流成分Ｖｄは、図３に示すように、累積点灯時間の増加に伴って増大し、ランプＬａが新品に交換されたときに急激に低下する。本実施形態は、このランプ電圧直流成分Ｖｄの低下に基づいて、ランプＬａが交換されたことを検出するものである。ランプ電圧直流成分Ｖｄが生じる向きは一定ではないため、ランプ電圧検出部３５は絶対値を検出するようになっている。

上記構成によれば、ランプ電圧直流成分Ｖｄを用いてランプＬａの交換を検出しているので、フィラメント抵抗値を用いる場合に比べて周囲温度の影響を受けにくい。また、ランプ電圧直流成分Ｖｄの変化量ΔＶｄに基づいてランプＬａの交換を検出しているので、ランプ電圧直流成分Ｖｄの最新の値のみに基づいてランプＬａの交換を検出する場合に比べ、例えばもともとランプ電圧直流成分Ｖｄが低いランプＬａが用いられているときにランプＬａが交換されていないにも関わらず累積点灯時間をリセットしてしまうといったような、ランプＬａ毎の特性のばらつきによる誤検出が生じにくい。以上により、ランプＬａの交換を精度よく検出することができる。

なお、本実施形態においては、ランプＬａの点灯中にランプＬａの交換の検出を繰り返し行っているが、ランプＬａが交換されるのは主にランプＬａの消灯中であるので、ランプＬａの交換の検出（ステップＳ７〜Ｓ９の動作）は、電源投入直後のみに行ってもよい。

また、ランプ電圧直流成分Ｖｄの前回の値と最新の値との差のみを用いる代わりに、複数回分のランプ電圧直流成分Ｖｄを記憶部３３に格納してそれら全てをランプＬａの交換の検出に用いてもよい。具体的には、例えば、記憶部３３に格納されたランプ電圧電圧Ｖｄのうち最も古いものと、記憶部３３に格納されたその他のランプ電圧直流成分Ｖｄ及び最新のランプ電圧直流成分Ｖｄとの差をそれぞれ演算し、演算によって得られた差の全て又は一定数以上が所定の閾値を上回ったときにのみランプＬａの交換を検出して累積点灯時間をリセットする。又は、ステップＳ８において比較するランプ電圧直流成分Ｖｄのうち一方又は両方に、複数回のランプ電圧直流成分Ｖｄの平均値を用いる。これらの構成のいずれかを採用すれば、電磁ノイズなどの瞬間的な要因による誤検出を低減して、ランプＬａの交換検出の精度をさらに向上することができる。

さらに、ランプ電圧直流成分Ｖｄの前回の値と最新の値との差ΔＶｄに代え、ランプ電圧直流成分Ｖｄの前回の値と最新の値との比（すなわち、前回の値を最新の値で除した数）を用い、この比が所定の閾値を上回ったときにランプＬａの交換を検出して累積点灯時間をリセットするようにしてもよい。この構成を採用すれば、誤検出の可能性は高くなるものの、特にランプＬａが寿命初期に交換された場合などランプ電圧直流成分Ｖｄの低下幅が小さい場合にランプＬａの交換を検出しやすくなる。

（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、図４に示すように、ランプ電圧直流成分Ｖｄを得るための分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２、平滑コンデンサＣ４、並びにランプ電圧検出部３５に代えて、ランプＬａの一方のフィラメントの両端電圧を検出するフィラメント電圧検出部３７と、フィラメント電圧検出部３７が接続されたフィラメントに流れる電流を検出するフィラメント電流検出部３８とを備える。

ここで、一般に、ランプＬａの始動のためには、フィラメントをある程度加熱（予熱）した後に、ランプＬａの始動に必要な始動電圧以上の電圧をランプＬａの両端間に印加する必要がある。本実施形態において、電源投入直後の所定の予熱時間（例えば１秒程度）の間は、ランプＬａの両端電圧は始動電圧よりも低い電圧に維持される。この間、共振用のインダクタＬ２と予熱兼共振用のコンデンサＣ３とで構成される共振回路の共振電流により、ランプＬａの各フィラメントがそれぞれ予熱される。この間、フィラメントに流れる電流の実効値は略一定となり、図５に示すように時間の経過とともに温度の上昇に伴ってフィラメントの抵抗値（以下、「フィラメント抵抗」と呼ぶ。）Ｒｆが増加することによりフィラメントの両端電圧は次第に上昇する。これは、フィラメントが正の温度特性を有するタングステンからなるためである。さらに、フィラメントには電子を放射する物質であるエミッタが塗布されているが、累積点灯時間が増加するとエミッタが消耗することによりフィラメントの熱容量が小さくなる。従って、図６に示すように、上記予熱の過程におけるフィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔは、累積点灯時間の増加に伴って上昇し、ランプＬａが交換されたときに低下する。すなわち、予熱の過程におけるフィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔに基づいて放電灯Ｌａの交換を検出することができる。

本実施形態は、上記事項に着目し、ランプ電圧直流成分Ｖｄに代えて、予熱時間におけるフィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔに基づいてランプＬａの交換を検出するものである。

具体的に説明すると、本実施形態のリセット制御部３６は、電源が投入される度に、予熱時間の開始直後と終了直前とにそれぞれフィラメント電圧検出部３７の出力とフィラメント電流検出部３８の出力とに基づいてフィラメント抵抗Ｒｆを演算し、さらに得られたフィラメント抵抗Ｒｆの差を各フィラメント抵抗Ｒｆが検出された時間の差で除することによりフィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔを演算し、記憶部３３に格納する。さらに、記憶部３３に既に格納されている前回の増加速度ｄＲｆ／ｄｔと最新の増加速度ｄＲｆ／ｄｔとの差を演算し、この差が所定の閾値を上回ったときにランプＬａの交換を検出して累積点灯時間をリセットする。つまり、リセット制御部３６とフィラメント電圧検出部３７とフィラメント電流検出部３８とが請求項における抵抗検出手段を構成し、リセット制御部３６が請求項における抵抗変化速度検出手段を構成する。

上記構成によれば、予熱時間終了時のフィラメントの温度が７００℃〜９００℃程度まで高くなることにより、上記増加速度ｄＲｆ／ｄｔは予熱開始時点でのフィラメント抵抗Ｒｆよりも周囲温度の影響を受けにくいから、予熱開始時点でのフィラメント抵抗Ｒｆのみを用いてランプＬａの交換を検出する場合に比べて周囲温度の変動による誤検出が生じにくい。また、フィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔの変化に基づいてランプＬａの交換を検出しているので、フィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔの最新の値のみに基づいてランプＬａの交換を検出する場合に比べ、例えばもともとフィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔが低いランプＬａが用いられているときにランプＬａが交換されていないにも関わらず累積点灯時間をリセットしてしまうといったような、ランプＬａ毎の特性のばらつきによる誤検出が生じにくい。以上により、ランプＬａの交換を精度よく検出することができる。

なお、本実施形態においては、既に述べたように予熱時間中のフィラメント電流が略一定となるので、フィラメント電流検出部３８を省いてフィラメント電圧検出部３７の出力のみを用いてもよい。また、本実施形態とは逆に、二次巻線がフィラメントの両端間に接続されるトランスを用いた場合などでフィラメント電圧が略一定となる場合には、フィラメント電圧検出部３７を省いてフィラメント電流検出部３８の出力のみを用いてもよい。

さらに、フィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔを演算するに当たっては、予熱時間中にフィラメント抵抗Ｒｆを３回以上検出し、それらの複数通りの組合せからそれぞれフィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔを演算し、得られた複数通りの増加速度ｄＲｆ／ｄｔの平均値をその時点でのフィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔとしてランプＬａの交換の検出に用いるようにしてもよい。

または、上記のように複数通りの組み合わせのフィラメント抵抗Ｒｆから得られた複数通りの増加速度ｄＲｆ／ｄｔをそれぞれランプＬａの交換の検出に用い、所定数以上の増加速度ｄＲｆ／ｄｔにおいてランプＬａの交換が検出された場合に、最終的にランプＬａの交換を検出して累積点灯時間をリセットするようにしてもよい。この場合において、比較の対象となる前回の増加速度ｄＲｆ／ｄｔとしては、前回得られた複数通りの増加速度ｄＲｆ／ｄｔのうちのいずれか１個を用いてもよいし、前回の始動時間において対応するタイミングのフィラメント抵抗Ｒｆを用いて演算された増加速度ｄＲｆ／ｄｔを用いてもよい。上記のように複数通りの増加速度ｄＲｆ／ｄｔを平均値や複数回検出という形で用いれば、電磁ノイズなどの瞬間的な要因による誤検出を低減して、ランプＬａの交換検出の精度をさらに向上することができる。

また、フィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔの前回の値と最新の値との差に代え、フィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔの前回の値と最新の値との比（すなわち、前回の値を最新の値で除した数）を用い、この比が所定の閾値を上回ったときにランプＬａの交換を検出して累積点灯時間をリセットするようにしてもよい。この構成を採用すれば、誤検出の可能性は高くなるものの、特にランプＬａが寿命初期に交換された場合などフィラメント抵抗Ｒｆの増加速度ｄＲｆ／ｄｔの低下幅が小さい場合にランプＬａの交換を検出しやすくなる。

実施形態１及び本実施形態の放電灯点灯装置は、例えば図７に示すような照明器具に用いることができる。図７の照明器具は、放電灯点灯装置が収納されるとともに天井面に固定される器具本体４１と、それぞれ器具本体４１に保持されインバータ回路２に電気的に接続されるとともに直管型のランプＬａの軸方向の一方ずつの端子に電気的且つ機械的に接続される２個のソケット４２とを備える。

本発明の実施形態１を示す回路ブロック図である。同上の制御部の動作を示す流れ図である。ランプ電圧直流成分と累積点灯時間との関係を示す説明図である。本発明の実施形態２を示す回路ブロック図である。ランプが長期使用されている場合と新品の場合とのそれぞれについて予熱時間中のフィラメント抵抗と時間との関係を示す説明図である。フィラメント抵抗の増加速度と累積点灯時間との関係を示す説明図である。同上を用いた照明器具の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１直流電源回路（請求項における点灯手段）
２インバータ回路（請求項における点灯手段）
３制御回路
３１駆動部（請求項における点灯手段）
３２点灯時間カウンタ（請求項における計時手段）
３３記憶部（請求項における計時手段と記憶手段）
３４出力制御部
３５ランプ電圧検出部
３６リセット制御部（請求項におけるリセット手段と抵抗検出手段と抵抗変化速度検出手段）
３７フィラメント電圧検出部（請求項における抵抗検出手段）
３８フィラメント電流検出部（請求項における抵抗検出手段）
４１器具本体
４２ソケット
Ｌａランプ（請求項における放電灯）

Claims

放電灯を点灯させる点灯手段と、
放電灯の累積点灯時間を計時する計時手段と、
計時時間によって計時された累積点灯時間に応じて放電灯の光束の低下を補償するように点灯手段を制御する出力制御手段と、
放電灯のフィラメントの電気抵抗を検出する抵抗検出手段と、
放電灯の始動時において放電灯のフィラメントの予熱が行われる予熱時間内に、抵抗検出手段によって検出された電気抵抗の変化速度を検出する抵抗変化速度検出手段と、
抵抗変化速度検出手段による検出値が格納される記憶手段と、
少なくとも記憶手段から抵抗変化速度検出手段による検出値を得て、抵抗変化速度検出手段による検出値の変化に基づき、放電灯の交換を検出して計時手段における累積点灯時間をリセットするリセット手段とを備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
抵抗検出手段は、フィラメントの両端間の電圧とフィラメントに流れる電流との少なくとも一方を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
リセット手段は、抵抗変化速度検出手段による検出値のうち最新の検出値と記憶手段に格納された前回の検出値との差が所定の閾値を上回ったときに、放電灯の交換を検出して計時手段における累積点灯時間をリセットすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放電灯点灯装置。
請求項１〜３のいずれか記載の放電灯点灯装置と、ランプが取り付けられるとともに放電灯点灯装置に電気的に接続されたソケットと、放電灯点灯装置及びソケットをそれぞれ保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。