JPH07288187A - 放電灯点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、回路を複雑化することなしに加熱電
力を低減することのできる放電灯点灯装置およびそれを
用いた照明装置を提供することを目的とする。 【構成】 一対のフィラメントｆａ，ｆｂを有した放電
灯ＦＬに点灯電力を安定に供給する点灯回路Ｂと、フィ
ラメントの一方に加熱電流を供給し、放電灯安定点灯中
のフィラメントを少なくとも４５０Ｋ以上に加熱可能な
フィラメント加熱回路３とを備えたことを特徴とする。 【効果】点灯中の放電特性の変動を来すことなく、加熱
に要する電力損失を大幅に低減することができる。ま
た、加熱時間制御回路を設ける必要がないため、回路の
複雑化を誘発することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば低圧水銀蒸気放
電灯等、一対のフィラメントを有した放電灯を点灯する
放電灯点灯装置、およびそれを利用した照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば熱陰極形の蛍光ランプ等の放電灯
は、その放電を生起させるために、周知のとおりフィラ
メントを加熱して熱電子を放出させることが実用上必要
である。ここで、通常の放電灯点灯装置においては、フ
ィラメントを８００℃程度に加熱赤熱させることによ
り、その輝点温度が１２００℃程度になるように設計す
ることが常套手段として知られている。しかしながら、
フィラメントの温度上昇に伴いフィラメントの寿命が短
くなるため、これを防止するため、例えば特開昭６３−
３０８８９５号公報に示されるようなものが知られてい
る。

【０００３】すなわち、このものは図５に示すとおり、
一対のフィラメントf3a,f3b、f3c,f3dを有する２本の放
電灯31,32に高周波電力を供給するインバータ33を接続
し、また、１次コイルT31が交流電源ACに接続されたフ
ィラメントトランスT3の２次側コイルT32を一対のフィ
ラメントf3a,f3b、f3c,f3dに各々接続して、放電灯31,3
2の点灯中、各フィラメントf3a,f3b、f3c,f3dを加熱す
るものである。このような構成により、放電灯の各フィ
ラメントf3a,f3b、f3c,f3dに、温度が１０５０℃以下と
いう比較的低温度の輝点を２つ生成させて放電灯31,32
を点灯させるものである。

【０００４】この従来技術によれば、フィラメントの輝
点温度が比較的低く設定されているため、フィラメント
に被着されたエミッタの早期劣化や飛散が低減できる。
しかしながら、フィラメントの双方を常時加熱している
ため、実質的に発光に寄与しない加熱電力の増大を誘発
させるものであった。つまり、通常、低圧放電灯のフィ
ラメント１つの加熱には、数ミリワット程度を要するも
のであるが、双方のフィラメントを常時加熱すると、ラ
ンプ電力に対してその加熱消費電力の割合が増大し、総
合的な電力効率の低下を招くものであった。特に例えば
定格ランプ電力が２０Ｗ以下という小型放電灯の場合、
その加熱に必要な電力損失が顕著となるものであった。

【０００５】また、実開平１−１１５１９８号公報に記
載されているように、低圧放電灯の点灯開始時、非アー
ス側のフィラメントにトリガー電圧を印加するトリガー
回路を設け、また点灯開始時にアース側のフィラメント
のみに加熱電流を流す加熱回路を備えた放電灯点灯装置
が知られている。より詳細に説明すれば、図６に示すよ
うに、高周波トランスT4を介して高周波電力が供給され
る放電灯FL4の非アース電位のフィラメントf4a側には、
トリガー電圧を印加するトリガー電極41を配設し、ま
た、他方のフィラメントf4bは、タイマー回路42を介し
て電源投入後の所定期間のみ加熱電流を供給する加熱回
路43が接続されているものである。

【０００６】この従来例によれば、一方のフィラメント
を電源投入の所定期間加熱するため、加熱消費電力の増
大が低減できるものの、加熱期間を定めるためタイマー
回路等の加熱時間制御回路を設ける必要があり、回路の
複雑化を招く不具合があった。さらに、例えば点灯装置
の出力を可変して調光したり、雰囲気温度が変化して点
灯中の放電電力が変動したりすると、点灯中に放電によ
り加熱されるフィラメント温度も変化するため、フィラ
メントを常時加熱するものに比較して、熱電子放出特性
が変化し、その結果、放電特性の変動を助長し易く、光
出力の変動等を招くという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のとおり従来技術
のものは、加熱に要する電力損失を増大させたり、また
回路の複雑化等を招くという問題があった。

【０００８】そこで、本発明は上記の従来技術における
課題を解決するためなされたもので、回路を複雑化する
ことなしに加熱電力を低減することのできる放電灯点灯
装置およびそれを用いた照明装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、フィラメントの加熱温度と、放電灯
の始動特性及び点灯中の放電特性の変動との相関につき
着目して種々実験したところ、フィラメントの加熱を行
わないものは、外界からの放射線入射がない状態、所謂
暗黒状態において、始動前に熱電子がないことに起因す
ると推察される始動不良が多発したものの、同一条件下
で加熱電流を変化させ供給してみたところ、従来設定さ
れていた点灯中のフィラメントの加熱温度よりも低温度
領域で放電が確実に生起されることが見出された。さら
に、一対のフィラメントの内、一方のみを点灯中におい
て安定的に加熱すれば、放電特性の変動も防止できるこ
とが確認されたものであり、そこで、本請求項１記載の
放電灯点灯装置は、これら本発明者らの実験により確認
された知見に基づき成されたもので、一対のフィラメン
トを有した放電灯に点灯電力を安定に供給する点灯回路
と、フィラメントの一方に加熱電流を供給し、放電灯安
定点灯中のフィラメントを少なくとも４５０Ｋ以上に加
熱可能なフィラメント加熱回路とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１０】本請求項２記載の放電灯点灯装置は、放電
灯安定点灯中のフィラメントを少なくとも４５０Ｋ乃至
７８０Ｋに加熱可能なフィラメント加熱可能なフィラメ
ント加熱回路とを備えたことを特徴とするものである。

【００１１】また、本請求項３記載の放電灯点灯装置
は、上記放電灯点灯装置において、その点灯回路は商用
電源を整流する整流回路と、この整流出力を平滑する平
滑回路と、この平滑回路の出力電圧を高周波電圧に変換
する周波数変換手段とを備えていることを特徴とする。

【００１２】本請求項４記載の照明装置は、上記放電灯
点灯装置と、放電灯を保持すると共にその点灯回路およ
びフィラメント加熱回路を収容する照明器具本体とを備
えたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記本発明による構成によれば、フィラメント
加熱回路は、加熱電流をフィラメントの一方に供給し、
さらに点灯中そのフィラメント温度を従来に比較して低
温度領域の少なくとも４５０Ｋ、好ましくは７８０Ｋ以
下の範囲で加熱するものであるため、点灯中の放電特性
の変動を来すことなく、加熱に要する電力損失を大幅に
低減することができる。また、加熱時間制御回路を設け
る必要がないため、回路の複雑化を誘発することがな
い。

【００１４】また、上記請求項３記載の発明によると、
点灯回路は高周波電圧に変換する周波数変換手段を備え
ているため、ランプ電流の増大が容易で高出力化が可能
である。そして、フィラメント加熱回路は、フィラメン
トを少なくとも４５０Ｋに加熱するものであるため、フ
ィラメントの過度の温度上昇が防止でき、よって放電灯
の高出力化に伴うフィラメントの劣化を低減できる。

【００１５】さらに、本発明の照明装置によれば、上記
放電灯点灯装置を用いているため、上記作用を有するも
のである。

【００１６】

【実施例】以下添付図面を参照して、本発明の実施例に
係る照明装置および放電灯点灯装置を説明する。

【００１７】図１は、本発明の照明装置の一実施例を示
すものであり、照明器具本体１は、例えば透光性の樹脂
材料で形成された略半球形の頂部を有するグローブ１ａ
と、そのグローブ１ａに取着され回路収容部１ｂを形成
する外囲器１ｃとを備え、さらにそのグローブ１ａと回
路収容部１ｂとを空間的に仕切る仕切板１ｄを有してい
る。

【００１８】ここで、その仕切板１ｄのグローブ１ａ側
の側面は光を反射させるように例えば白色を成してお
り、また、その側面に一対のタングステン等の高融点金
属よりなるフィラメントｆａ，ｆｂを有した蛍光ランプ
ＦＬが固定されている。なお、上記蛍光ランプＦＬは、
図示したとおり放電路が鞍形に屈曲されたコンパクト形
のものであり、放電空間内部には、発光金属としての水
銀の他、希ガスとして約２５０Ｐａ程度のアルゴンガス
が封入されているものである。

【００１９】また、グローブ側１ａとは反対の回路収容
部１ｂには、図２に一実施例を示すような放電灯点灯装
置Ａが収容されている。

【００２０】以下に、この放電灯点灯装置Ａについて説
明する。図２に示すように、商用交流電源ＡＣに接続さ
れるダイオードブリッジ等からなる整流装置２の出力端
間には、平滑コンデンサＣ１が並列に接続され、またイ
ンダクタＬ１およびコンデンサＣ２の直列回路が同様に
並列に接続されている。また、このインダクタL1とコン
デンサＣ２との直列回路と並列を成すように、直流電圧
を２０〜１００ＫＨｚ程度の高周波電圧、好ましくは４
５ＫＨｚ程度の高周波電圧に変換する周波数変換手段Ｂ
を構成する一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が直列に
接続され、さらに、インダクタL1およびコンデンサC1の
接続点は、ダイオードＤ１を介してスイッチング素子Ｑ
１，Ｑ２との中点に接続されると共に、トリガ素子Ｑ３
を介してスイッチング素子Ｑ２の制御端子に接続されて
いる。

【００２１】ここで本実施例においては、上記スイッチ
ング素子Ｑ１，Ｑ２として、電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）を用いている。

【００２２】また、その電界効果トランジスタＱ１のゲ
ート、ソース間には、抵抗Ｒ１を介して可飽和電流トラ
ンスＣＴの二次巻線ＣＴ2aが接続されている。また、電
界効果トランジスタＱ２のゲート、ソース間にも可飽和
電流トランスの二次巻線ＣＴ2bが接続され、さらに、逆
特性に直列接続されたツェナーダイオードＺＤ1,ＺＤ2
とコンデンサＣ３との並列回路からなる定電圧回路が接
続されている。

【００２３】またトランジスタＱ１，Ｑ２の接続中点
に、可飽和電流トランスＣＴの一次巻線ＣＴ1、インダ
クタＬ２、コンデンサＣ４および放電灯ＦＬが接続さ
れ、これら直列回路は一方のトランジスタＱ２に対して
並列に接続されている。ここで、このコンデンサＣ４
は、例えば４７μＦの静電容量を有し、放電灯ＦＬのカ
タホリシス現象を誘発する直流電流を阻止する直流カッ
トコンデンサとして作用し、また、インダクタＬ２は誘
導性限流素子として作用するチョークコイルである。

【００２４】さらに、放電灯ＦＬの非安定電位側のフィ
ラメントｆａ電極間には、例えば１μＦの静電容量の分
流用コンデンサＣ５が並列に接続され、フィラメント加
熱回路３を形成している。そして、放電灯ＦＬと並列を
なすように、共振用のコンデンサＣ６が接続されてい
る。

【００２５】以下、この回路の動作について説明する。
整流回路２および平滑回路Ｃ１を介して直流電圧が供給
されると、インダクタＬ１を介してコンデンサＣ２が充
電されると共に、ダイオードＤ１、電流トランスの一次
巻線ＣＴ１、チョークコイルＬ２、直流カットコンデン
サＣ４、分流用コンデンサＣ５と一方のフィラメントｆ
ａとの並列回路、共振コンデンサＣ６を経路とする導電
路が形成され、この際、直流カットコンデンサＣ４およ
び共振用コンデンサＣ６は充電される。

【００２６】そして、コンデンサＣ２の電位がトリガー
素子Ｑ３のブレーク電圧に達すると、このトリガー素子
Ｑ３を介してトランジスタＱ２がオンされる。すると、
直流カットコンデンサＣ４および共振用コンデンサＣ６
はチョークコイルＬ２、電流トランスＣＴの一次巻線Ｃ
Ｔ1、トランジスタＱ２、共振コンデンサＣ６、分流用
コンデンサＣ５と一方のフィラメントｆａとの並列回路
よりなる閉回路で放電する。 このとき、この放電電流
は電流帰還用の電流トランスＣＴの一次巻線ＣＴ1を流
れるから、この電流トランスＣＴはやがて飽和し、電流
トランスＣＴによる帰還電圧がトランジスタＱ１には順
電圧、トランジスタＱ２には逆電圧となり、トランジス
タＱ２は急速にオフし、トランジスタＱ１がオンする。
トランジスタＱ１がオンすると、平滑コンデンサＣ１か
ら、トランジスタＱ１、電流トランスＣＴの一次巻線Ｃ
Ｔ1、直流カットコンデンサＣ４、分流用コンデンサＣ
５と一方のフィラメントｆａとの並列回路、共振コンデ
ンサＣ６を通電経路とする電流が流れて、再度電流トラ
ンスＣＴが飽和して逆のトランジスタＱ２をオンするよ
うになる。

【００２７】このように、電流トランスＣＴの帰還電流
により、一対のスイッチング素子であるトランジスタＱ
１，Ｑ２は、自励動作を繰り返すものである。そして、
放電灯ＦＬの始動前においては、インバータ回路の出力
端子間に２次電圧が発生しているため、トランジスタＱ
２の制御端子に接続されたツェナーダイオードＺＤ１，
ＺＤ２がオン状態となって、トランジスタＱ２のオン、
オフ周期が短くなり、インバータ回路Ｂの発振周波数が
低下するので、チョークコイルＬ２を介して供給される
インバータ出力が増加するものである。また、一方のフ
ィラメントｆａにフィラメント電流が流れると、そのフ
ィラメントｆａが瞬時に加熱され、初期熱電子が瞬時に
放出される。これにより、共振用コンデンサＣ６の電圧
が印加された放電灯ＦＬは放電を開始するものである。

【００２８】また、放電灯ＦＬが始動すると、インバー
タ回路Ｂの２次電圧がなくなるため、ツェナーダイオー
ドＺＤ１，ＺＤ２がいずれも逆阻止状態となって、トラ
ンジスタＱ２のオン、オフ周期が長くなり、インバータ
回路の発振出力が低下するように動作する。

【００２９】以上の放電灯点灯装置において、本発明者
らは、定格ランプ入力電力２３Ｗの蛍光ランプを使用し
て、分流用コンデンサＣ５の容量を種々変化させること
により、フィラメント加熱電流を変化させ、放電灯の始
動特性を観測したところ、表１に示すとおりの結果を得
た。すなわち、一方のフィラメントｆａに並列に（Ａ）
０．３２μＦの分流用コンデンサを接続したもの、
（Ｂ）０．６８μＦの分流用コンデンサを接続したも
の、（Ｃ）１μＦの分流用コンデンサを接続したもの、
（Ｄ）１．６８μＦの分流用コンデンサを接続したも
の、（Ｅ）２μＦの分流用コンデンサを接続したもの、
（Ｆ）分流用コンデンサを接続しなかったもの、および
（Ｇ）フィラメント間を短絡したものについて各々暗黒
状態においてその始動特性を確認したところ、（Ｅ）の
ものは、電源投入から１秒以内に放電が開始しないもの
が多くみられ、また、（Ｇ）のものは放電を開始せず
に、共振コンデンサおよびチョークコイルによる共振電
圧に起因するものと推察されるスイッチング素子の破損
が生じた。そして、それ以外のものは、電源投入から数
マイクロ秒以内に放電が開始されることが確認された。
さらに、上記（Ａ）〜（Ｅ）の分流用コンデンサを他方
のフィラメント間にも並列に接続させ、双方のフィラメ
ントを加熱したものについてもその始動特性を観察した
ところ、一方のフィラメントのみを加熱したものと同等
の特性であることを確認した。

【００３０】なお、上記（Ａ）〜（Ｆ）のものは、フィ
ラメントに流れる加熱電流に換算すれば、（Ａ）は３７
９ｍＡ、（Ｂ）は２６０ｍＡ、（Ｃ）は１８０ｍＡ、
（Ｄ）は１０３ｍＡ、（Ｅ）は３４ｍＡ、（Ｆ）は４７
４ｍＡであり、また点灯中のフィラメント温度は、夫々
略８６０Ｋ、７８０Ｋ、６２０Ｋ、４５０Ｋ、３２０
Ｋ、９５０Ｋであった。

【００３１】また、上記と同様の実験を定格ランプ入力
電力が１６Ｗ、３０Ｗ、４０Ｗの蛍光ランプについて各
々実施したところ、点灯中のフィラメント温度が４５０
Ｋ未満に相当する加熱の場合には、いずれの放電灯にお
いても始動特性の顕著な悪化が見られ、放電灯を確実に
始動させるためには、少なくとも点灯中のフィラメント
温度に換算して４５０Ｋの加熱が必要であることを究明
したものである。

【００３２】そしてさらに、室温状態において点灯中の
フィラメント温度が４５０Ｋを維持するように一方のフ
ィラメントのみを加熱させながら、放電灯の入力電力を
定格値の６０％まで調光させた場合においても、放電の
立ち消えは発生せず、安定した放電が得られることを見
出した。

【００３３】また、一方のフィラメントのみを加熱する
上記（Ａ）〜（Ｅ）のものについて、点灯中の加熱電力
について表１に示すように実測したところ、（Ａ）は
０．２４Ｗ、（Ｂ）は０．１９Ｗ、（Ｃ）は０．１６
Ｗ、（Ｄ）は０．１２Ｗ、（Ｅ）は０．０８Ｗ、（Ｆ）
は０．３２Ｗであり、また、双方のフィラメントを加熱
した場合には、夫々２倍程度の電力が消費されていた。

【００３４】

【表１】 したがって、加熱電力の損失を一層低減させ、ランプ定
格入力電力に比較して１％以内という好ましい範囲に抑
制するためには、上記実験結果より、一方のフィラメン
トのみを室温状況下の安定点灯中に７８０Ｋ以下に加熱
するように設定すれば良いことを確認した。

【００３５】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図３は、図１に示した照明装置において放電灯の暗
黒特性を改善するために、少なくとも放電灯の始動時に
放電灯ＦＬに光を照射するネオン管ＮＥを仕切板１ｄに
取着したものである。すなわち、このものによれば、仕
切板１ｄに設けた小孔Ｈを介してネオン管ＮＥの発光が
放電灯ＦＬに照射されるため、放電灯の始動性が一層向
上するという利点がある。また、上記実施例によれば、
ネオン管ＮＥが仕切板１ｄにより放電灯から熱的に遮蔽
されているため、そのネオン管の過度の温度が防止でき
劣化を防止できるという利点もある。

【００３６】なお、少なくとも放電灯の始動時にネオン
管を発光させるための放電灯点灯装置は、例えば図４に
示すように放電灯の両端にネオン管を並列に接続すれば
良いものである。ここで、同図に示すとおり、ネオン管
ＮＥと抵抗素子との直列体を放電灯に並列に接続するこ
とにより、放電灯の始動時にはそのネオン管が正常発光
し、また、放電灯が安定点灯した後は、ネオン管を微少
放電または消灯させることもできるもので、このように
すれば、ネオン管の消費電力を低減できるという利点が
ある。

【００３７】以上の実施例においては、具体的な回路構
成や、部品定数等を例示して説明しているが、例えば周
波数変換手段形式としてフルブリッジ形のものや、一石
式のもの等を使用することができ、さらには、既存の商
用電源周波数による点灯回路を適用させることもでき
る。また、インバータの発振動作についても、実施例で
示した電流トランスを用いた帰還方式の自励式に代え
て、外部の制御回路により動作制御される所謂他励式の
ものでも良い。さらに、放電灯として上記実施例におい
ては、放電路が鞍形に屈曲形成されたコンパクト形の蛍
光ランプについて説明しているが、例えば直管形やＵ字
状のもの等、少なくとも一対のフィラメントを有するも
のであれば良い。さらには、照明装置として前述実施例
においては、コンパクト形状の所謂電球形蛍光灯器具と
して応用したものについて例示しているが、例えばトラ
フ形等、既存の照明器具を成しても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィラメント加熱回路は、加熱電流をフィラメントの一方
に供給し、さらに点灯中そのフィラメント温度を従来に
比較して低温度領域の少なくとも４５０Ｋに加熱するも
のであるため、点灯中の放電特性の変動を来すことな
く、加熱に要する電力損失を大幅に低減することができ
る。また、加熱時間制御回路を設ける必要がないため、
回路の複雑化を誘発することがない。

【００３９】また、点灯回路は高周波電圧に変換する周
波数変換手段を備えているため、ランプ電流の増大が容
易で高出力化が可能である。そして、フィラメント加熱
回路は、フィラメントを少なくとも４５０Ｋに加熱する
ものであるため、フィラメントの過度の温度上昇が防止
でき、よって放電灯の高出力化に伴うフィラメントの劣
化を低減できる。

【００４０】さらに、本発明の照明装置は、上記放電灯
点灯装置を用いているため、上記放電灯点灯装置におけ
る効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る照明装置の一実施例を示
す概略図。

【図２】本発明の実施例に係る放電灯点灯装置の一実施
例を示す回路図。

【図３】本発明の他の実施例に係る照明装置の一実施例
を示す概略図。

【図４】本発明の他の実施例に係る放電灯点灯装置を示
す回路図。

【図５】従来の放電灯点灯装置を示す回路図。

【図６】従来の他の放電灯点灯装置を示す回路図。

【符号の説明】

１・・・・・・照明器具本体 ２・・・・・・整流回路 ３・・・・・・フィラメント加熱回路 ＣＴ・・・・・電流トランス ＦＬ，ＦＬ４・放電灯 Ｑ１，Ｑ２・・スイッチング素子 Ａ・・・・・・放電灯点灯装置 Ｂ・・・・・・点灯回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 健一 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対のフィラメントを有した放電灯に点灯
   電力を安定に供給する点灯回路と、 前記フィラメントの一方に加熱電流を供給し、放電灯安
   定点灯中の前記フィラメントを少なくとも４５０Ｋ以上
   に加熱可能なフィラメント加熱回路と、 を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】一対のフィラメントを有した放電灯に点灯
   電力を安定に供給する点灯回路と、 前記フィラメントの一方に加熱電流を供給し、放電灯安
   定点灯中の前記フィラメントを少なくとも４５０Ｋ〜７
   ８０Ｋの温度範囲に加熱可能なフィラメント加熱回路
   と、 を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】点灯回路は商用交流電源を整流する整流回
   路と、この整流出力を平滑する平滑回路と、この平滑回
   路の出力電圧を高周波電圧に変換する周波数変換手段と
   を有したことを特徴とする請求項１または２記載の放電
   灯点灯装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一記載の放電灯
   点灯装置と、 この放電灯点灯装置により点灯される一対のフィラメン
   トを有する放電灯と、 この放電灯を保持すると共に前記放電灯点灯装置を収容
   する照明器具本体と、 を備えたことを特徴とする照明装置。