JP5303018B2 - 点灯ユニット及びランプ - Google Patents
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Description
この電球形蛍光ランプは、発光管と、発光管をインバータ方式で点灯する点灯ユニットと、発光管を保持すると共に点灯ユニットを収納する樹脂ケースなどから構成されている(例えば、特許文献1参照)。
このような事態を回避するため、点灯ユニットに温度ヒューズを設けることが考えられる。しかしながら、温度ヒューズの動作速度は比較的遅いので、発熱した回路部品と樹脂ケースとの距離が近い場合など、樹脂ケースの変色及び変形を回避できない場合もありえる。特に、近年、ランプ形状、ひいては樹脂ケースが小型化される傾向にあるため、問題が発生しやすい。また、温度ヒューズの増設はコスト削減及びサイズの小型化の要請に反するので好ましい方法とは言えない。
そこで、本発明は、コスト及びサイズの増大を招かずに、樹脂ケースの変色及び変形を防止することができる点灯ユニット及びランプを提供することを目的とする。
したがって、コスト及びサイズの増大を招くことなく、樹脂ケースの変色及び変形を防止することができる。
なお、発明者は、箔タイプだけでなく、蒸着膜タイプのフィルムコンデンサの故障時の発熱についても調査している。しかしながら、蒸着膜タイプのフィルムコンデンサは、故障した場合に異常発熱を生じてしまうことが判明した。これは、蒸着膜タイプのフィルムコンデンサの故障モードが、点灯ユニットに使用した場合においては、完全ショートでもなく完全オープンでもない不安定な抵抗成分を有するモードとなることが原因であると考えられる。このように抵抗成分が存在すれば、コンデンサが故障して過電流が流れたときにコンデンサ自体が発熱してしまう。
なお、上記構成によれば、コンデンサの破損による樹脂ケースの変色及び変形を防止することが出来るだけでなく、点灯ユニット自体のあらゆる故障及び寿命や部品不良や点灯ユニットの誤使用や異常な場所での使用不具合などに対しても樹脂ケースや樹脂部品の変色及び変形を防止できる。
また、前記フィルムコンデンサにおいて、電極とリードとは溶接により接続されていることとしてもよい。
上記構成によれば、雑防コンデンサに、箔タイプのフィルムコンデンサを使用することとなる。このことにより、次のような効果が生じる。
(a)雑防コンデンサが破損したとしても樹脂ケースが変色及び変形することがない。この理由は、上述したとおりである。
(b)箔タイプのフィルムコンデンサは、故障モードが完全ショートモードなので、雑防コンデンサが故障したとき瞬時に大電流が流れることになる。したがって、電流ヒューズ素子が即座に溶断し、点灯動作を迅速に停止させることができる。
(c)箔タイプのフィルムコンデンサは、コンデンサ温度にほぼ反比例した耐圧特性を有する。したがって、点灯ユニットの周囲温度が高い場合に、当該コンデンサを他の回路部品よりも優先的に故障させることができる。その結果、点灯ユニットを保護することができる。
(d)箔タイプのフィルムコンデンサは、故障したときには必ず大電流が流れ、不安定な微弱電流が流れるようなことがない。したがって、電流ヒューズ素子に、微弱電流での溶断特性のばらつきが大きな素子でも使用することができる。例えば、電流が1A程度での溶断特性のばらつきが大きな1/2〜1W程度の電流ヒューズ巻線抵抗や単なる巻線抵抗を使用することができる。
上記構成によれば、雑防コンデンサは、整流出力側に配される。このことにより、次のような効果が生じる。
(a)ACラインから雑防コンデンサを排除できるので、プリント基板上でノイズを小さくするため及び電気安全法で定められた大きな絶縁距離を必要とするACパターンを非常に小型化することができる。その結果、プリント基板全体を小さくすることができる。
(b)点灯回路が調光器に誤って使用された場合でも調光器に進相電流をほとんど流さないので調光器の誤動作を少なくでき誤使用時の点灯回路入力電流を極度に増加しないようにできる。
(c)インバータ回路をハーフブリッジ型にした場合には、一対のコンデンサが一対のスイッチ素子に並列に接続される。一方、フィルタコイルは一対のスイッチ素子に対して直列に接続される。すなわち、一対のコンデンサと整流平滑回路用の電解コンデンサとフィルタコイルとでパイ型LCフィルタが構成される。したがって、上記一対のコンデンサが本来の結合機能に加えて雑防コンデンサとしての機能も兼ねることとなる。その結果、通常であれば必要な交流電源側の雑防コンデンサを取り去ることができ、サイズの低減を図ることができる。
(d)雑防コンデンサの定格を低くできるとともに小型にできるので点灯ユニットを小型にできる。
上記構成により、点灯ユニットを非常に安価に得ることが出来る。
また、前記箔タイプのフィルムコンデンサのうち少なくとも一つは、U字状に屈曲した外形を有し、他の回路部品の少なくとも一部を囲繞するように配置されていることとしてもよい。
本発明に係る点灯ユニットは、交流電源から電力の供給を受けて、インバータ方式で光源を点灯させる点灯ユニットであって、複数の回路部品から構成される点灯回路を有し、当該点灯回路は、交流電源と整流平滑回路とを接続する配線に直列に挿設された電流ヒューズ素子と、前記整流平滑回路の整流出力側に並列に接続された雑防コンデンサとを備え、前記雑防コンデンサは、箔タイプのフィルムコンデンサである。
本発明に係る点灯ユニットは、交流電源から電力の供給を受けて、インバータ方式で光源を点灯させる点灯ユニットであって、複数の回路部品から構成される点灯回路を有し、当該点灯回路を構成する箔タイプのフィルムコンデンサ以外のコンデンサのうちのいずれかには、箔タイプのフィルムコンデンサが並列に接続されている。
また、前記箔タイプのフィルムコンデンサは、樹脂フィルムを第1及び第2の金属箔で挟んでなる積層シートからなることとしてもよい。
本発明に係る点灯ユニットは、交流電源から電力の供給を受けて、インバータ方式で光源を点灯させる点灯ユニットであって、複数の回路部品から構成される点灯回路を有し、当該点灯回路を構成するコンデンサのうち少なくとも一のコンデンサは、U字状に屈曲した外形を有する箔タイプのフィルムコンデンサであり、他の回路部品の少なくとも一部を囲繞するように配置されている。
本発明に係るランプは、光源と、交流電源から電力の供給を受けて、インバータ方式で前記光源を点灯させる点灯ユニットと、前記光源を保持するとともに前記点灯ユニットを収納するケースとを備え、前記点灯ユニットは、複数の回路部品から構成される点灯回路を有し、当該点灯回路を構成する50V以上の電圧が印加されるコンデンサは、平滑用電解コンデンサを除き、いずれも箔タイプのフィルムコンデンサである。
また、前記光源は、低圧水銀放電管であることとしてもよい。
上記構成により、安価にランプを構成できると共に、フィラメント電極を有するので発光管寿命末期や部品故障時にこのフィラメントが断線して回路発振を停止する最も簡単・安全なモードで回路停止できる。また、このとき、フィラメント電極を発熱させることが出来、前記停止までの時間を調整でき、かつ、回路温度自体を所定の温度にあげることが出来、前記保護動作をより確実に出来る。
上記構成によれば、電極部をプリント基板の直近に配置することが出来る。この場合、発光管寿命末期に発光管電極部での発熱が大きくなった際、プリント基板により早く熱を伝えやすく回路を早期に加熱できるので、前記寿命末期の箔コンデンサの効果をより顕著に効果的にできるとともに、ランプ全体の安全性をより向上できる。
1.ランプ1の全体構成
図1は、本発明に係るランプ1の側面図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いている。
ランプ1は、放電路が二重螺旋状に形成された発光管10と、発光管10を保持するためのホルダー20と、発光管10を点灯駆動するための点灯ユニット50と、一端に口金40が取り付けられホルダー20及び点灯ユニット50を覆うように設けられた樹脂ケース30とから構成されている。
ホルダー20は、PET(ポリエチレンテレフタレート)などの樹脂材から構成されており、発光管10における電極形成部分の近傍領域の形状に合わせた挿入孔を有している。発光管10は、ホルダー20における挿入孔に電極形成部分が挿入され、シリコーン樹脂などの材料からなる樹脂材21によりホルダー20内で固定されている。
樹脂ケース30の大径部30bの内周面にはホルダー20が、そして、小径部30aの外周面には口金40がそれぞれ取着されている。なお、ここでの説明では、ホルダー20の外周が樹脂ケース30の大径部30bに被着されているが、例えば、樹脂ケースとホルダーとが一体になったものでもよい。
口金40は、例えば、金属筒の側壁外面にねじ溝が刻まれたものであり、ここでは、E17タイプが用いられている。口金40は、E17タイプに限定するものではなく、例えばE26タイプでもよいし、B形でもよい。
2.点灯ユニット50の全体構成
図2は、本発明に係る点灯ユニット50の外観を示す斜視図である。
図3は、点灯ユニット50を含むランプ1の回路構成を示す図である。
点灯ユニット50は、点灯回路を備えており、当該点灯回路は、主に、整流平滑回路100、インバータ回路110、共振回路120及び予熱回路130から構成されている。
整流平滑回路100は、商用低周波交流を整流、平滑して直流に変換して出力するものであって、ダイオードブリッジ及び電解コンデンサから構成されている。なお、倍電圧方式を採用しているため、整流平滑回路100の出力電圧は、入力電圧(実効値)の約2.8倍となる。例えば、商用電源の電圧(実効値)が100Vであれば、整流平滑回路100の出力電圧は約280Vとなる。
インバータ回路110は、2個のスイッチ素子(トランジスタQ1、Q2)と、2個の結合コンデンサC5、C8とでハーフブリッジ型のインバータが構成されてなる。本明細書では、「ハーフブリッジ型のインバータ」の用語には、2個のスイッチ素子と2個のコンデンサとでブリッジが構成されるインバータのみが含まれ、2個のスイッチ素子と1個のコンデンサとからなる変形ハーフブリッジ型インバータは含まれないものとする。インバータ回路110は、負荷回路(ここでは、共振回路120、予熱回路130及び発光管10)に高周波(例えば、50kHz)の電力を供給する機能を有する。
二次コイルは、一次コイルに流れた負荷電流の大きさ及び向きに応じた電圧をそれぞれ誘起する。図3に示す構成によれば、トランジスタQ1がオンのときに流れた負荷電流によって二次コイルに電圧が誘起され、トランジスタQ1がオフになるとともにトランジスタQ2がオンになる。一方、トランジスタQ2がオンのときに流れた負荷電流によって二次コイルに電圧が誘起され、トランジスタQ2がオフとなるとともにトランジスタQ1がオンとなる。これにより、上記スイッチング動作が可能となる。
予熱回路130は、共振コンデンサC6に並列に接続され、点灯始動時の初期に共振回路120の共振周波数を下げるための補助コンデンサC7を有する。
次に、発光管10の寿命末期における点灯ユニット50の回路動作について説明する。
発光管10の寿命末期には、エミレス等の現象により発光管10の電圧が上昇し、さらには点灯しにくくなって光束低下やちらつきや点滅が生じる。このとき、点灯ユニット50の回路動作は、発光管電圧の上昇により通常点灯時よりも共振が大きくなる。すなわち、共振回路電流が大きく増大し、コンデンサC5、C8、C6、C7やさらにはCD1、CD2の電流が増大し損失も増大する。そのため、これらコンデンサはダメージを受けると共に温度が上昇し故障しやすくなる。
また、さらには、発光管放電が立ち消えた後すぐに再始動するということを繰り返す異常状態が発生し始める。
5.検証結果
図4は、本発明に係るランプ1における各コンデンサの発熱状況を検証した結果を示す図である。
結合コンデンサC8については、結合コンデンサC5の場合と同様である。
強制破壊品の場合に75℃となるのは、共振コンデンサC6が完全ショートとなるので自己発熱はないが、フィラメント電流によりフィラメントコイルが発熱したことによるものと考えられる。なお、共振コンデンサC6が破損すればフィラメントコイル間の電圧が低減するので発光管は消灯する。その後、フィラメント電流が流れ続けることによりフィラメントが断線し、点灯ユニット50の回路動作は停止状態となる。
このように、破損時の発熱を考慮する必要がないので、点灯ユニット50が樹脂ケース30に収納された状態において、各コンデンサを樹脂ケース30の内壁に近接配置することができる。例えば、図1では、結合コンデンサC5、C8及び共振コンデンサC6が樹脂ケース30の内壁に近接配置されている。したがって、ランプ1全体のサイズの増大を招くことはない。また、箔タイプは蒸着膜タイプに比べて低価格である。したがって、ランプ1全体のコストを低減することができる。
なお、本実施の形態では、インバータ方式としてハーフブリッジ型を採用している。この構成によれば、ハーフブリッジ型のインバータ回路が有する2個の結合コンデンサC5、C8と、フィルタコイルNFと、電解コンデンサCD1、CD2とでパイ型LCフィルタが構成される。すなわち、上記結合コンデンサC5、C8が本来の容量結合機能に加えて雑防コンデンサとしての機能も兼ねることとなる。したがって、通常であれば必要な交流電源側の雑防コンデンサを取り去ることができる。なお、結合コンデンサを雑防コンデンサとして兼用することの可否については、点灯ユニット50が電気用品安全法の規定を満足するか否かにより判定できる。
(1)実施の形態では、スナバコンデンサC4を箔タイプのフィルムコンデンサとしている。しかし、スナバコンデンサC4は、セラミックコンデンサでもかまわない。スナバコンデンサC4が故障(絶縁破壊)した場合、トランジスタQ2に瞬間的に大電流が流れてトランジスタが故障し、その結果、電流ヒューズ要素P2が即座に溶断する。または、スナバコンデンサC4が故障したとき電流ヒューズ要素P2を溶断させるほどにまで電流が流れない場合には、トランジスタQ2が故障することなくオフになると共にトランジスタQ1がオンとなり、スナバコンデンサC4に印加された電圧が除去される。その結果、スナバコンデンサC4に流れる電流がなくなり、スナバコンデンサC4は耐圧を回復(オープンとなるため静電容量はほとんどなし)する。これ以後はスナバコンデンサC4での発熱はなくなる。
(2)実施の形態では、起動用コンデンサC3を箔タイプのフィルムコンデンサとしている。しかし、起動用コンデンサC3は、通常点灯時にはトリガダイオード(ダイアック)が並列に接続されているので、トリガダイオードのトリガ電圧(25、27、32、35、38、42、48Vなど、各種存在する。)を超えて電圧が印加されることはない。故障時においても起動用コンデンサC3には電圧が50V未満、電流が10mA以下しか供給されない。そのため、樹脂ケースを変色、変形させるほどの発熱量には至らないと考えられる。したがって、起動用コンデンサC3については、箔タイプのフィルムコンデンサ以外のものを使用してもかまわない。箔タイプのフィルムコンデンサよりもサイズの小さなコンデンサを採用することで、ランプ全体の小型化を図ることができる。このように、点灯ユニットにおいては、50V未満の部分に使用されるコンデンサや他の回路部品は、故障時樹脂ケースを変色や変形させるほどの熱量を発生するものはない。また、バッテリーやDC電源をエネルギー供給源とする点灯ユニットでは、低圧大電力部分であっても、そこに使用されるコンデンサは性能が良いものが安価に簡単にできるので、箔タイプのコンデンサである必要はないが、箔タイプのコンデンサを使用しても問題ない。
(3)実施の形態では、補助コンデンサC7を有する回路構成で説明したが、補助コンデンサC7が無い回路構成であってもかまわない。この場合、予熱回路130は正温度特性抵抗素子PTCのみから構成されることとなる。また、PTCもなくてもかまわない。
(4)実施の形態では、インバータ方式としてハーフブリッジ型を採用しているが、これに限らない。例えば、シリーズインバータ方式であってもよい。ただし、この場合には、インバータ回路が有する結合コンデンサに雑防コンデンサとしての効果を期待できないため、交流電源側、または、整流平滑後のフィルタの後に別途、雑防コンデンサを設ける必要がある。また、一石インバータでもプッシュプルインバータさらには高調波対策タイプのインバータでも良い。
当該点灯ユニット50は、インバータ方式としてシリーズインバータ方式を採用している。
雑防コンデンサC1は、抵抗P2と整流平滑回路200との間に、整流平滑回路200に並列に接続されている。また、雑防コンデンサC1には箔タイプのフィルムコンデンサを採用することが望ましい。
(5)実施の形態では、すべてのコンデンサに箔タイプのフィルムコンデンサを採用しているが、以下のようにすれば、箔タイプ以外のコンデンサを採用したとしても発熱を防止することができる。
発熱防止フィルム60は、ポリエステルフィルムD1、D2、D3及び金属箔M1、M2が重ね合わされ(図6(a))、それぞれ貼りあわされた構成となっている(図6(b))。金属箔M1、M2には、それぞれリードが設けられている。この構成により、発熱防止フィルム60は、箔タイプのフィルムコンデンサとしても働く。発熱防止フィルム60は、ポリエステルフィルムが130℃乃至270℃の温度環境では短時間で熱収縮するため、その耐電圧が低下して完全ショートとなる。
図7は、発熱防止フィルムで囲まれた蒸着膜タイプのフィルムコンデンサを示す図である。
蒸着膜タイプのフィルムコンデンサC12は、その周囲に発熱防止フィルム60が設けられるとともに(図7(a))、そのリードに発熱防止フィルム60のリードが基板上で接続された構成となっている(図7(b))。ここでは、発熱防止フィルム60は、U字状に屈曲しており、蒸着膜タイプのフィルムコンデンサC12を囲繞するように配置されている。
さらに、コンデンサC12を囲繞するように配置しているので、コンデンサC12の外部の電界強度がコンデンサC12の欠陥によらず均一となり、ノイズ放射の乱れを小さくすることができる。
また、この発熱防止フィルムは、コンデンサ蒸着膜の内側にあっても良い。この場合、コンデンサ外部に対する発熱は多少有るが、より小型に出来る。
図8は、変形例に係るランプ1の側面図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いている。
図8に示すランプ1は、発熱防止フィルム60を備える点のみ、図1に示すランプ1と構成が異なる。発熱防止フィルム60は、樹脂ケース30の内壁を覆うように設けられている。発熱防止フィルム60のリードは、それぞれ図3における抵抗P2よりも発光管側に電源または整流出力電圧に対して並列に接続される。この構成により、点灯ユニット50の回路部品が発熱しその熱が樹脂ケース30に伝わったとしても、樹脂ケース30が変形する前に発熱防止フィルム60がショートする。その結果、抵抗P2が溶断して回路動作が停止する。この場合、発熱防止フィルムの電位は、交流電源または整流平滑後の安定DC電位に接続されることになるので、インバータによるノイズ電磁界を遮蔽する効果もあり、よりノイズが低減できる。そのため、光源が無電極放電するものや、LEDを高周波チョッパするタイプの回路により効果がある。
(6)実施の形態は、低圧水銀放電ランプを例に説明したが、本発明はこれに限らない。低圧水銀放電ランプ以外のランプ、すなわちLEDランプ、ハロゲンランプ、HIDランプなどでも適用可能である。
20 ホルダー
21 樹脂材
30 樹脂ケース
31 係止部
40 口金
50 点灯ユニット
51 プリント基板
100 整流平滑回路
110 インバータ回路
120 共振回路
130 予熱回路
Claims (4)
- 交流電源から電力の供給を受けて、インバータ方式で光源を点灯させる点灯ユニットであって、
複数の回路部品から構成される点灯回路を有し、当該点灯回路を構成するコンデンサのうち少なくとも一のコンデンサは、U字状に屈曲した外形を有するとともに電極の金属箔とリードの金属線とが溶接されてなる箔タイプのフィルムコンデンサであり、他の回路部品の少なくとも一部を囲繞するように配置されていること
を特徴とする点灯ユニット。 - 前記箔タイプのフィルムコンデンサのリードは、前記複数の回路部品が接続される基板に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の点灯ユニット。
- 光源と、請求項1または2に記載の点灯ユニットとを有することを特徴とするランプ。
- 前記点灯ユニットは、樹脂ケースの内部に収納され、
前記箔タイプのフィルムコンデンサは、樹脂フィルムと金属箔とが積層された構造であり、
前記樹脂フィルムが熱収縮する温度は、前記樹脂ケースの溶融温度よりも低いことを特徴とする請求項3に記載のランプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011208757A JP5303018B2 (ja) | 2005-03-02 | 2011-09-26 | 点灯ユニット及びランプ |
Applications Claiming Priority (3)
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