(57)【要約】【課題】周囲温度にかかわらず、熱陰極蛍光ランプの発光効率を常に最高効率とすることが可能な熱陰極蛍光ランプの点灯装置を提供する。【解決手段】熱陰極蛍光ランプ近傍に当該熱陰極蛍光ランプに非接触の状態で配置され、前記熱陰極蛍光ランプの周囲温度を検出する温度センサと、前記温度センサから逐次周囲温度を読み込み、前記熱陰極蛍光ランプの発光効率が最大の最適管壁温度となる管電流Ｉを、（式）Ｉ＝{（６．５ｌｎ（Ｐ）＋５６−Ｔｓ）／Ｃｐ}＾（１／ｎ）×Ｔｓ（但し、Ｐは予め格納された熱陰極放蛍光ランプのガス圧、Ｔｓは温度センサから読み込まれる周囲温度、Ｃｐは予め格納されたガス圧係数、定数ｎは予め格納された熱陰極蛍光ランプの管長及び管径から定まる定数）を用いて演算する手段と、前記演算された管電流Ｉとなるように、前記熱陰極蛍光ランプの管電流を制御する手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱陰極蛍光ランプ近傍に当該熱陰極蛍光ランプに非接触の状態で配置され、前記熱陰極蛍光ランプの周囲温度を検出する温度センサと、
前記温度センサから逐次周囲温度を読み込み、前記熱陰極蛍光ランプの発光効率が最大の最適管壁温度となる管電流Ｉを、（式）Ｉ＝{（６．５ｌｎ（Ｐ）＋５６−Ｔｓ）／Ｃｐ}＾（１／ｎ）×Ｔｓ（但し、Ｐは予め格納された熱陰極放蛍光ランプのガス圧、Ｔｓは温度センサから読み込まれる周囲温度、Ｃｐは予め格納されたガス圧係数、定数ｎは予め格納された熱陰極蛍光ランプの管長及び管径から定まる定数）を用いて演算する手段と、
前記演算された管電流Ｉとなるように、前記熱陰極蛍光ランプの管電流を制御する手段と、
を備えることを特徴とする熱陰極蛍光ランプの点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱陰極蛍光ランプの点灯装置に係り、特に熱陰極蛍光ランプの発光効率を常に最高効率とすることが可能な熱陰極蛍光ランプの点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、周囲温度変化に起因して蛍光ランプからの照明光が不安定となるのを防止し、安定した照明光を得るため、蛍光ランプの長手方向に延びる発熱抵抗層を含むテープ状ヒータを蛍光ランプに接着することが提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２５２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１においては、テープ状ヒータを蛍光ランプに接着する構成であるため、その分、光束が低下し、光利用効率が低下する、という問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、周囲温度にかかわらず、熱陰極蛍光ランプの発光効率を常に最高効率とすることが可能な熱陰極蛍光ランプの点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、熱陰極蛍光ランプ近傍に当該熱陰極蛍光ランプに非接触の状態で配置され、前記熱陰極蛍光ランプの周囲温度を検出する温度センサと、前記温度センサから逐次周囲温度を読み込み、前記熱陰極蛍光ランプの発光効率が最大の最適管壁温度となる管電流Ｉを、（式）Ｉ＝{（６．５ｌｎ（Ｐ）＋５６−Ｔｓ）／Ｃｐ}＾（１／ｎ）×Ｔｓ（但し、Ｐは予め格納された熱陰極放蛍光ランプのガス圧、Ｔｓは温度センサから読み込まれる周囲温度、Ｃｐは予め格納されたガス圧係数、定数ｎは予め格納された熱陰極蛍光ランプの管長及び管径から定まる定数）を用いて演算する手段と、前記演算された管電流Ｉとなるように、前記熱陰極蛍光ランプの管電流を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、温度センサから逐次周囲温度が読み込まれるごとに、熱陰極蛍光ランプの発光効率が最大の最適管壁温度Ｔとなる管電流Ｉとなるように熱陰極蛍光ランプの管電流が制御されるため、周囲温度にかかわらず、熱陰極蛍光ランプの発光効率を常に最高効率とすることが可能な熱陰極蛍光ランプの点灯装置を提供することが可能となる。しかも、請求項１に記載の発明によれば、温度センサは熱陰極蛍光ランプに非接触の状態で配置されているため（すなわち、熱陰極蛍光ランプに接着する構成ではないため）、従来のように光束が低下し、光利用効率が低下することがない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周囲温度にかかわらず、熱陰極蛍光ランプの発光効率を常に最高効率とすることが可能な熱陰極蛍光ランプの点灯装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態である熱陰極蛍光ランプ（Hot Cathode Fluorescent Lamp：HCFL）の点灯装置の構成を説明するための図である。
【図２】横軸が熱陰極蛍光ランプの管壁温度、縦軸が熱陰極蛍光ランプの発光効率である座標系に、実際に測定した管壁温度ごとの発光効率をプロットしたグラフである。
【図３】横軸が熱陰極蛍光ランプのガス圧（ガス圧上昇分の対数）、縦軸が熱陰極蛍光ランプの管壁温度である座標系に、実際に測定した熱陰極蛍光ランプ（ガス圧）ごとの最適管壁温度をプロットしたグラフである。
【図４】熱陰極蛍光ランプ（ガス圧）ごとの最適管壁温度（実験データ及び理論値）である。
【図５】比熱容量が主ガス（本実施形態ではＡｒ）と比較して２０％程度以上かつ混合組成が１５％以下のガス（本実施形態ではＮｅ）を混入したものであってもよいことを表すグラフである。
【図６】横軸が熱陰極蛍光ランプの管電流、縦軸が熱陰極蛍光ランプの管壁温度である座標系に、実際に測定した管電流ごとの管壁温度（実験データ）をプロットしたグラフである。
【図７】横軸が熱陰極蛍光ランプの管電流、縦軸が熱陰極蛍光ランプの管壁温度である座標系に、実際に測定した管電流ごとの管壁温度（式２によるデータ）をプロットしたグラフである。
【図８】ガス圧係数Ｃｐを説明するグラフである。
【図９】予め格納された熱陰極蛍光ランプの管長及び管径から定数ｎを求めるための表である。
【図１０】熱陰極蛍光ランプの点灯装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】熱陰極蛍光ランプの点灯装置１００により制御される管電流の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態である熱陰極蛍光ランプ（Hot Cathode Fluorescent Lamp：HCFL）の点灯装置について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
本実施形態の熱陰極蛍光ランプの点灯装置１００は、図１に示すように、従来の熱陰極蛍光ランプの点灯装置に対し、プログラム制御部１０、電源制御ユニット２０、温度センサ３０を追加した構成となっている。
【００１２】
プログラム制御部１０は、ＭＰＵやＣＰＵ等の演算・制御手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段等を含んでおり（いずれも図示せず）、当該演算・制御手段が記憶手段に読み込まれた所定プログラムを実行することにより、後述のように熱陰極蛍光ランプ４０の発光効率が最大の最適管壁温度Ｔ（Ｐ）となる管電流Ｉを演算する演算手段等として機能する。
【００１３】
電源制御ユニット２０は、後述のようにプログラム制御部１０により演算された管電流Ｉとなるように、熱陰極蛍光ランプ４０の管電流を制御する制御手段等として機能する。
【００１４】
温度センサ３０は、熱陰極蛍光ランプ４０の周囲温度を検出するための温度センサ（例えばサーミスタ）であり、熱陰極蛍光ランプ４０近傍に当該熱陰極蛍光ランプ４０に非接触の状態で配置されている（図１参照）。
【００１５】
熱陰極蛍光ランプ４０は、ＨＣＦＬ（Hot Cathode Fluorescent Lamp）であり、そのガス種類については、Ａｒが１００％のものであってもよいし、図５に示すように、比熱容量が主ガス（本実施形態ではＡｒ）と比較して２０％程度以上かつ混合組成が１５％以下のガス（本実施形態ではＮｅ）を混入したものであってもよい。
【００１６】
熱陰極蛍光ランプの点灯装置１００は、熱陰極蛍光ランプ４０の発光効率が最大の最適管壁温度Ｔ（Ｐ）となる管電流Ｉとなるように熱陰極蛍光ランプ４０の管電流を制御することで、熱陰極蛍光ランプの発光効率が常に最高効率となるようにしようとするものであり、本出願の発明者らが実験により見出した以下の知見に基づいている。
【００１７】
本出願の発明者らは、周囲温度が２５℃、４０℃、５０℃、６０℃それぞれの環境下で、ガス圧（管内ガス圧）が２Ｔｏｒｒ、４Ｔｏｒｒ、８Ｔｏｒｒ、１６Ｔｏｒｒそれぞれの熱陰極蛍光ランプを用い、管電流を２０ｍＡから４５ｍＡまで５ｍＡ単位で増加し、各熱陰極蛍光ランプ４０の管壁温度と発光効率とを測定した。
【００１８】
上記測定の結果、本出願の発明者らは、図２に示すように、熱陰極蛍光ランプ４０の発光効率は管壁温度に依存すること、熱陰極蛍光ランプ４０（ガス圧）ごとに発光効率が最もよくなる管壁温度（以下最適管壁温度と称す）が存在すること、最適管壁温度と熱陰極蛍光ランプのガス圧（ガス圧上昇分の対数）との間には比例関係があること、を見出した。図２は、横軸が熱陰極蛍光ランプの管壁温度、縦軸が熱陰極蛍光ランプの発光効率である座標系に、上記実際に測定した管壁温度ごとの発光効率をプロットしたグラフであり、熱陰極蛍光ランプ４０の発光効率は管壁温度に依存すること、熱陰極蛍光ランプ４０（ガス圧）ごとに発光効率が最大の管壁温度（以下最適管壁温度と称す）が存在すること、を表している。図３は、横軸が熱陰極蛍光ランプのガス圧（ガス圧上昇分の対数）、縦軸が熱陰極蛍光ランプの管壁温度である座標系に、上記実際に測定した熱陰極蛍光ランプ（ガス圧）ごとの最適管壁温度をプロットしたグラフであり、最適管壁温度と熱陰極蛍光ランプのガス圧（ガス圧上昇分の対数）との間には比例関係があること、を表している。
【００１９】
図３に示した最適管壁温度と熱陰極蛍光ランプのガス圧（ガス圧上昇分の対数）との関係は、Ｐ＝２ｎ、Ｔ＝Ａｎ＋Ｂとなり、ｎにより整理すると、Ｔ（Ｐ）＝Ｃ×ｌｎＰ＋Ｄとなる。この関係と図４に示すデータとから、比例定数はＣ＝６．５、Ｄ＝５６となる。以上により、最適管壁温度Ｔ（Ｐ）と熱陰極蛍光ランプのガス圧Ｐ（ガス圧上昇分の対数）との関係は、次の近似式で表される。
【００２０】
Ｔ（Ｐ）＝６．５×ｌｎ（Ｐ）＋５６…（式１）
但し、Ｐは、熱陰極蛍光ランプ４０のガス圧である。
【００２１】
なお、熱陰極蛍光ランプ４０のガス種については、Ａｒが８５％以上（残り１５％の組成はＮｅ、Ｅｒ、Ｘｅの単一ガス、もしくは混合ガス）の場合も、同様の式が成り立つ（図５参照）。
【００２２】
また、上記測定の結果、本出願の発明者らは、図６に示すように、熱陰極蛍光ランプの管電流と管壁温度との間には比例関係があること、を見出した。図６は、横軸が熱陰極蛍光ランプの管電流、縦軸が熱陰極蛍光ランプの管壁温度である座標系に、上記実際に測定した管電流ごとの管壁温度をプロットしたグラフであり、熱陰極蛍光ランプの管電流と管壁温度との間には比例関係があること、を表している。
【００２３】
図６に示した熱陰極蛍光ランプの管電流Ｉと管壁温度Ｔｋとの関係は、次の近似式で表される。
【００２４】
Ｔｋ＝Ｔｓ＋Ｃｐ（Ｉ／Ｔｓ）＾ｎ・・・（式２）
但し、Ｔｓ＝周囲温度、Ｉ＝管電流である。Ｃｐは、周囲温度と管電流の関係の実験データから定義した値（ガス圧係数）であり（図８参照）、次の近似式で表される。図７は、横軸が熱陰極蛍光ランプの管電流、縦軸が熱陰極蛍光ランプの管壁温度である座標系に、上記式２により演算された管電流ごとの管壁温度をプロットしたグラフである。
【００２５】
Ｃｐ＝−０．００２２×Ｐ３＋０．０６Ｐ２−０．６５Ｘ＋２７．６
上記式１、式２から、特定ガス圧Ｐの熱陰極蛍光ランプ４０が最適管壁温度となる管電流Ｉは、次の式で表される。
【００２６】
Ｉ＝{（６．５ｌｎ（Ｐ）＋５６−Ｔｓ）／Ｃｐ}＾（１／ｎ）×Ｔｓ・・・（式３）
但し、Ｐは記憶手段に予め格納された熱陰極放蛍光ランプのガス圧、Ｔｓは温度センサから逐次読み込まれる周囲温度、Ｃｐは記憶手段に予め格納されたガス圧係数（図６参照）、定数ｎは記憶手段に予め格納された熱陰極蛍光ランプの管長及び管径から定まる定数（ｎ＝ρＬ／Ｓ）である（図９参照）。ｎは電子とガスの衝突のしやすさを表す量であり、ｎが大きくなることで管壁温度の上昇率が高くなる。ｎは管長が長くなると大きく、管径が太くなると小さくなる。Ｌは熱陰極蛍光ランプの長さ、Ｓは熱陰極蛍光ランプの断面積、ρは実験的に求めた値（０．０６５）である。Ｌ＝７２５ｍｍ、Ｓ＝π×０．５２の場合には、ｎ＝０．６となる。ｎ＝ρＬ／Ｓの式は、ｎが０．３〜０．８、熱陰極蛍光ランプの長さ（管長）が４００〜８００ｍｍ、熱陰極蛍光ランプの内径（管径）が４〜６ｍｍの範囲で適用可能である。具体的な値は、図９に示す通りである。
【００２７】
次に、上記構成の熱陰極蛍光ランプの点灯装置１００の動作について図１０を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、プログラム制御部１０は、記憶手段から予め格納されている熱陰極蛍光ランプ４０のガス圧Ｐを読み込み、上記式１を用いて、最適管壁温度Ｔ（Ｐ）を演算する。又は、最適管壁温度Ｔ（Ｐ）については、記憶手段に予め格納しておき、これを読み込むようにしてもよい。
【００２９】
次に、プログラム制御部１０は、温度センサ３０から検出データ（周囲温度Ｔｓ）を読み込み（ステップＳ１０）、ガス圧Ｐの熱陰極蛍光ランプ４０の発光効率が最大の最適管壁温度Ｔ（Ｐ）となる管電流Ｉを、上記式３を用いて演算する（ステップＳ１２）。次に、電源制御ユニット２０は、当該演算された管電流Ｉとなるように、熱陰極蛍光ランプ４０の管電流を制御する（図１１参照）。以後、上記ステップＳ１０〜Ｓ１２の処理を繰り返す。
【００３０】
これにより、温度センサ３０から逐次周囲温度が読み込まれるごとに、熱陰極蛍光ランプ４０の発光効率が最大の最適管壁温度となる管電流Ｉとなるように熱陰極蛍光ランプ４０の管電流が制御されるため、周囲温度にかかわらず、熱陰極蛍光ランプの発光効率を常に最高効率とすることが可能な熱陰極蛍光ランプの点灯装置を提供することが可能となる。しかも、温度センサ３０は熱陰極蛍光ランプ４０に非接触の状態で配置されているため（すなわち、熱陰極蛍光ランプ４０に接着する構成ではないため）、従来のように光束が低下し、光利用効率が低下することがない。
【００３１】
次に、実施例について説明する。
【００３２】
本実施例では、管長：７２５ｍｍ、管内径：５ｍｍ、ガス種：アルゴン１００％、ガス圧Ｐ：８Ｔｏｒｒの熱陰極蛍光ランプ（周囲温度５０℃）を用い、当該熱陰極蛍光ランプの発光効率が最大の最適管壁温度となるように管電流を制御した。
【００３３】
但し、ガス圧係数Ｃｐ＝２５．２、定数ｎ＝ρＬ／Ｓ＝０．０６５×７２５／（π×５２）≒０．６、最適管壁温度Ｔ（Ｐ）＝６．５×ｌｎ（８）＋５６≒６９．５２である。
【００３４】
これらを上記式３に代入すると、熱陰極蛍光ランプが最適管壁温度となる管電流Ｉ＝{（６．５×ｌｎ（８）＋５６−５０）／２５．２）＾（１／０．６）×５０≒５１．０１ｍＡとなる。
【００３５】
本実施例の場合、周囲温度が最適管壁温度より小さいため、管電流Ｉを大きく流すことで管壁温度を上げる。この電流が５１．０１ｍＡとなる。また電流変化後は、管壁温度により周囲温度も上昇するので、さらに管電流Ｉを演算する。これを繰り返すことで最適管壁温度を保つ管電流を得ることが可能となった。
【００３６】
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００…熱陰極蛍光ランプの点灯装置、１０…プログラム制御部、２０…電源制御ユニット、３０…温度センサ、４０…熱陰極蛍光ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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