(57)【要約】【課題】フィラメント抵抗に起因する電気特性を検出し、定められた先行予熱時間に応じてフィラメントをエミッションに最適な状態まで加熱するように先行予熱量を制御する。【解決手段】直流電源Ｅの出力端に接続された少なくとも１つ以上のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなるインバータ部１と、そのスイッチングを制御する制御回路７と、熱陰極を有する放電灯Ｌａが接続可能な共振回路３を備え、インバータ部１の出力端に接続される負荷回路２と、放電灯Ｌａのフィラメントの予熱を行う予熱回路と、放電灯Ｌａのフィラメント抵抗に起因する電気特性を検出する検出回路４を具備し、この検出回路４によりフィラメント抵抗に起因する電気特性を検出し、フィラメント抵抗値と定められた先行予熱時間に応じて、フィラメントの熱間抵抗Ｒｈと冷間抵抗Ｒｃとの比が４．０以上５．５未満となるようにフィラメント先行予熱量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の出力端に接続された少なくとも１つ以上のスイッチング素子からなるインバータと、
前記インバータのスイッチングを制御する制御回路と、
熱陰極を有する放電灯が接続可能な共振回路を備え、前記インバータの出力端に接続される負荷回路と、
前記放電灯のフィラメントの予熱を行う予熱回路と、
前記放電灯のフィラメント抵抗に起因する電気特性を検出する検出回路を具備し、
前記検出回路によりフィラメント抵抗に起因する電気特性を検出し、フィラメント抵抗値と定められた先行予熱時間に応じて、フィラメントの熱間抵抗と冷間抵抗との比が４．０以上５．５未満となるようにフィラメント先行予熱量を制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
フィラメント抵抗に起因する電気特性は、ランプ点灯中である常時予熱時に検出され、予め記憶された先行予熱時のフィラメント電圧−フィラメント電流特性と常時予熱時のフィラメント抵抗に起因する電気特性の関係から、次回の先行予熱時の予熱電流量を決定することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項１または２に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動作が制御される放電灯とを含むことを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯を高周波電力により点灯させる放電灯点灯装置およびこれを用いた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の蛍光灯照明器具は個々に収納された放電灯点灯装置が定められた先行予熱電流をフィラメントに流し、先行予熱期間が終了すると放電灯へ始動電圧を印加し、点灯させるものが一般的である。先行予熱時のフィラメントの加熱状態は、ランプ寿命に影響をもたらすことが知られている。加熱不足でのランプ点灯（始動）はコールドスタートと呼ばれ、スパッタリングによるフィラメントの短寿命をもたらす。また、フィラメントの過剰加熱はフィラメントのエミッタ等を蒸発させ、やはり、短寿命をもたらす。
【０００３】
特許文献１（特開２００２−５６９９５号公報）では、フィラメントを電流源で予熱する予熱電源と、予熱電源の出力を制御する予熱制御回路と、フィラメント電圧検出回路を備え、先行予熱期間中にフィラメント電圧が予め設定された電圧を超えないように予熱電源の出力や先行予熱時間の長さを変化させることが提案されている。これにより、ランプ寿命を確保できるとしている。
【特許文献１】特開２００２−５６９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１（特開２００２−５６９９５号公報）では、フィラメント間でのエンドグローを回避するためにランプ電圧を検出し、所定の値以上にならないようにしているが、同じ種類のランプであっても、フィラメント抵抗値のばらつきにより、フィラメントの加熱状態が異なるから、最適なエミッション開始までのフィラメント加熱が行われない場合がある。例えば、ＦＨＰ３２の陰極特性（フィラメント特性）では、フィラメント電流が０．４Ａ時に抵抗値が９．０Ω〜１６．０Ωまでばらつきが発生する。従来例では先行予熱電流が定電流制御であるが、フィラメントのばらつきによりフィラメント電力が約１．８倍程度異なることになる。このため、先行予熱におけるフィラメントの加熱状態（電極温度）も異なることになり、フィラメントのばらつきによっては加熱不足（コールドスタート）が発生する場合がある。コールドスタートは放電灯の短寿命の原因となる。
【０００５】
また、従来は２つあるフィラメントのうち、片方のみのフィラメント電圧を検出していたが、必ずしもフィラメント特性が両方とも同じとは限らない。同じランプにおいて２つあるフィラメントがばらつきにより抵抗値が大きく異なる場合、片方はエンドグローが発生していなくても、もう片方のフィラメントにエンドグローが発生している可能性がある。このため、必ずしもランプ寿命を確保できない場合が起こり得る。
【０００６】
このように、従来例ではフィラメントのばらつきによっては寿命時間がランプ毎に異なる場合があり、ランプ寿命末期時には不点灯のランプを頻繁に交換する必要が生じる。よって、メンテナンス費用が増加することになる。
【０００７】
また、従来例では先行予熱時間がフィラメントのばらつきにより異なるため、複数の放電灯点灯装置を同じ照明空間で使用した場合、点灯（始動）するタイミングが異なることになり、使用者に違和感を与えるという問題が発生する。
【０００８】
以上のように従来例ではフィラメント間での放電現象であるエンドグローに着目し、フィラメント電圧をモニタし、一定以上にさせないことでエンドグローを回避しているが、ランプ毎のフィラメント（抵抗値）のばらつきによっては必ずしもエミッションに最適な加熱状態（電極温度）になるとは限らない。エミッションに最適なフィラメントの状態はあくまでも電極温度から規定されるべきものだからである。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、フィラメント抵抗に起因する電気特性を検出し、フィラメントをエミッションに最適な状態まで加熱し、フィラメント間のエンドグローやエミッタ蒸発が発生しないようにフィラメント予熱を制御することで、ランプ毎のフィラメントのばらつきに関係なく、常に先行予熱時間を同等とすることができ、定格ランプ寿命を満足させる放電灯点灯装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源Ｅの出力端に接続された少なくとも１つ以上のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなるインバータ部１と、前記インバータ部１のスイッチングを制御する制御回路７と、熱陰極を有する放電灯Ｌａが接続可能な共振回路３を備え、前記インバータ部１の出力端に接続される負荷回路２と、前記放電灯Ｌａのフィラメントの予熱を行う予熱回路と、前記放電灯Ｌａのフィラメント抵抗に起因する電気特性を検出する検出回路４を具備し、前記検出回路４によりフィラメント抵抗に起因する電気特性を検出し、フィラメント抵抗値と定められた先行予熱時間に応じて、フィラメントの熱間抵抗Ｒｈと冷間抵抗Ｒｃとの比が４．０以上５．５未満となるようにフィラメント先行予熱量を制御することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、フィラメント抵抗に起因する電気特性は、ランプ点灯中である常時予熱時に検出され、予め記憶された先行予熱時のフィラメント電圧−フィラメント電流特性と常時予熱時のフィラメント抵抗に起因する電気特性の関係から、次回の先行予熱時の予熱電流量を決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２に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動作が制御される放電灯とを含むことを特徴とする照明器具である（図８）。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、フィラメント抵抗に起因する電気特性を検出し、先行予熱期間のフィラメントの熱間抵抗と冷間抵抗との比を４．０以上５．５未満となるように予熱出力制御を行うため、フィラメント特性（抵抗値）のばらつきが大きい場合でも定格ランプ寿命を満足させることができる。したがって、ランプ寿命に伴うメンテナンス時間や費用を節減することができる。また、定められた先行予熱時間において、フィラメントの熱間抵抗と冷間抵抗との比が４．０以上５．５未満となるような予熱量に制御するため、多灯で使用してもランプが点灯するタイミングは同じであり、使用者は違和感なく使用することが出来る。
【００１４】
請求項２の発明によれば、フィラメント特性（抵抗値）の検出を点灯中に行うため、次回のフィラメント先行予熱時の予熱出力を事前に設定しておくことができ、常に先行予熱時間を一定とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の回路図である。以下、その回路構成について説明する。本回路は、出力電圧一定の直流電源Ｅと、直流電源Ｅの出力端に接続されたインバータ部１と、インバータ部１の出力端に接続された共振回路３と放電灯Ｌａからなる負荷回路２と、フィラメント電圧検出回路４と、インバータ部１及び直流電源Ｅの制御回路７，８と、各制御回路７，８に指令信号を与えるマイコン６とから構成されている。
【００１６】
直流電源Ｅは昇圧チョッパを用いている。昇圧チョッパ回路は図示するように、商用交流電源Ｖｓを全波整流するダイオードブリッジＤＢ１と、その整流出力に接続されたインダクタＬ２とスイッチング素子Ｑ３の直列回路と、スイッチング素子Ｑ３の両端に接続されたダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ３の直列回路とから構成されている。スイッチング素子Ｑ３は制御回路８により交流電源Ｖｓよりも十分に高い周波数でオンオフ制御される。本回路を用いると、直流電源Ｅの出力電圧Ｖｄｃは商用交流電源Ｖｓのピーク値以上のある値で一定となる。マイコン６から制御回路８への指令により、チョッパ出力Ｖｄｃを一定にしたり、可変させたりすることができる。
【００１７】
インバータ部１は、直流電源Ｅの出力に並列に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路が接続され、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点とインダクタＬ１の間には直流カット用のコンデンサＣｄが接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は制御回路７により高周波で交互にオンオフ駆動される。
【００１８】
共振回路３はインダクタＬ１とコンデンサＣ１の直列共振回路を含み、インバータ部１の動作周波数が変化することにより、共振回路３の特性により放電灯Ｌａへの供給電力が変化することになる。先行予熱モードでは、インバータ部１の動作周波数は共振回路３の無負荷共振周波数よりも十分に高い周波数に設定され、放電灯Ｌａの両端には始動電圧よりも低い電圧が印加され、放電灯Ｌａの各フィラメントには共振用のコンデンサＣ１を介して予熱電流が流れる。つまり、放電灯Ｌａの両電極のフィラメントはコンデンサＣ１の両端と直列に接続されており、コンデンサＣ１に流れる電流が各フィラメントにも流れることにより各フィラメントが予熱される。これをコンデンサ予熱方式という。
【００１９】
先行予熱期間が終了して、始動モードに入ると、インバータ部１の動作周波数は共振回路３の無負荷共振周波数に近い周波数に低下し、放電灯Ｌａの両端には始動電圧よりも高い電圧が印加されて、放電灯Ｌａが点灯する。これにより放電灯Ｌａの両端間のインピーダンスは下がるので、共振回路３のＱが低下し、共振特性のピークが低くなると共に点灯時共振周波数は無負荷時共振周波数よりも低下する。放電灯Ｌａの点灯中は、インバータ部１の動作周波数は点灯時共振周波数よりも高い周波数（遅相モード）で放電灯Ｌａを全点灯ないしは調光点灯させるように周波数を適宜設定される。
【００２０】
フィラメント電圧検出回路４は先行予熱期間のフィラメント電圧Ｖｆをモニタし、フィラメント電圧検出回路４の出力はマイコン６を介して制御回路７へ出力される。
【００２１】
以下、本実施形態の基本動作を説明する。フィラメント温度はフィラメント特性である、熱間抵抗と冷間抵抗の比（Ｒｈ／Ｒｃ）で計算されることが知られている。図２のようにフィラメントに電流Ｉｆを通電したときのフィラメント電圧Ｖｆを測定することで、フィラメント温度（Ｔｈ）を知ることが出来る。熱間温度Ｔｈは、以下の式で表される。
【００２２】
Ｔｈ（Ｋ）＝Ｔｃ（Ｋ）×（Ｒｈ／Ｒｃ）0.814
Ｒｃ：冷間抵抗＝Ｒｈ（５ｍＡ時）
Ｔｃ：冷間温度（Ｋ；ケルビン）
Ｒｈ：熱間抵抗
Ｔｈ：熱間温度（Ｋ；ケルビン）
【００２３】
陰極として使用される金属（タングステン）の特性よりＲｈ／Ｒｃ＝４．０となる時の熱間温度（Ｔｈ）がエミッション開始温度、Ｒｈ／Ｒｃ＝５．５となる時の熱間温度（Ｔｈ）がエミッタ蒸発開始温度となる。従って、その中間であるＲｈ／Ｒｃ＝４．７５が最適な予熱状態と言えるのである。
【００２４】
図３は本実施形態での先行予熱期間におけるフィラメント電圧Ｖｆとフィラメント電流Ｉｆの波形図である。本実施形態の予熱回路はコンデンサ予熱方式であり、先行予熱期間中のインバータ動作周波数が一定であるため、先行予熱期間のフィラメント電流Ｉｆはほぼ定電流として動作する。従って、本実施形態では先行予熱開始直後のフィラメント電圧Ｖｆの約４倍から５．５倍となるまで予熱し続ける。先行予熱開始直後とは図３における区間Ａのことであり、最終的に区間Ｂのフィラメント電圧が区間Ａのフィラメント電圧の４倍から５．５倍の電圧となる。フィラメントのばらつきにより抵抗値が低い場合は予熱時間が増加することになる。
【００２５】
一定時間が経過してもＲｈ／Ｒｃ＝４．０以上とならない場合は、インバータ動作周波数を予熱電流が増加する方向（一般的な遅相動作であれば低周波側）へ変化させるか、チョッパ出力電圧Ｖｄｃを増加させてＲｈ／Ｒｃ＝４．０〜５．５とする。
【００２６】
また、フィラメントのばらつきにより抵抗値が高い場合は通常の先行予熱時間よりも短い時間で始動モードへと移行し、放電灯を点灯（始動）させ、エミッタの蒸発やエンドグローを回避させる。
【００２７】
ただし、次回の先行予熱からは定められた先行予熱時間（例えば１秒）でＲｈ／Ｒｃ＝４．０〜５．５となるように予熱電流を調整するのである。例えば、先行予熱時の周波数やチョッパ出力電圧Ｖｄｃを可変することで、先行予熱電流量を変化させることが出来る。マイコン６はフィラメント電圧検出回路４からの出力を受けて、記憶されたデータと比較し、次回の先行予熱電流は増加させるべきか、減少させるべきか、そのまま維持するかを決定する。
【００２８】
以上のように、本実施形態では熱間抵抗Ｒｈと冷間抵抗Ｒｃの比（Ｒｈ／Ｒｃ）を検出することで、電極温度を推定し、エミッションを開始するために最適な先行予熱を行うことができる。また、次回からの先行予熱電流を可変とすることにより、フィラメントのばらつきによらず、先行予熱時間を略一定とすることができる。
【００２９】
（実施形態２）
本発明の実施形態２の回路図を図４に示す。本実施形態の先の実施形態と異なる点は、フィラメント電圧検出回路４だけではなく、フィラメント電流検出回路５が具備されている点と、放電灯Ｌａの点滅回数をカウントする点滅カウンタ９を備えている点である。また、予熱回路はコンデンサ予熱方式ではなく、予熱トランス方式を用いている。予熱トランスの１次巻線はコンデンサＣ４を介してスイッチング素子Ｑ２の両端に接続されており、予熱トランスの一対の２次巻線はそれぞれ予熱コンデンサを介して放電灯Ｌａの各電極のフィラメントに接続されている。予熱トランス方式はコンデンサ予熱方式よりも一般的にコスト、部品面積は増加するが、予熱設計の余裕度が大きく、先行予熱電流と常時予熱電流の最適設計が行いやすいというメリットがある。
【００３０】
先の実施形態では、フィラメント電圧のみを検出していたが、本実施形態の予熱方式は予熱トランス方式であり、定電流制御ではないので、フィラメント電流Ｉｆとフィラメント電圧Ｖｆの両方を検出し、マイコン６の内部でフィラメント抵抗（Ｖｆ／Ｉｆ）を算出している。
【００３１】
図５に本実施形態の先行予熱期間でのフィラメント電圧Ｖｆとフィラメント電流Ｉｆの波形を示す。本実施形態は予熱トランス方式であるため、フィラメント電流Ｉｆが時間とともに変化する。フィラメントが加熱され、抵抗値が高くなると、フィラメント電流が減少し、それに伴いフィラメント電圧Ｖｆが増加するのである。従って、本実施形態ではフィラメント電流Ｉｆとフィラメント電圧Ｖｆの両方を検出し、マイコン６の演算機能でフィラメント抵抗値を算出する。
【００３２】
図５の区間Ａのフィラメント抵抗値をＲｃとし、区間Ｂの先行予熱時のフィラメント抵抗値をＲｈとしたときに、Ｒｈ／Ｒｃ＝４．０〜５．５となるまで予熱を続ける。
【００３３】
また、放電灯Ｌａの点滅回数を累積する点滅カウンタ９は所定の回数毎にマイコン６に信号を出力する。マイコン６はフィラメント特性（抵抗値）を検出し、定められた時間（例えば１．０秒）でＲｈ／Ｒｃ＝４．０〜５．５となるように先行予熱時のインバータ動作周波数を変化させて先行予熱出力を調整する。フィラメントはエミッタの減少とともに抵抗値（加熱状態）も変化するので、マイコン６は点滅カウンタ９により定期的にフィラメントの状態（エミッタの減少）を判定し、適切な先行予熱電流量に調整する。
【００３４】
以上のように、本実施形態ではフィラメント熱間抵抗Ｒｈと冷間抵抗Ｒｃとの比（Ｒｃ／Ｒｈ）を正確に検出することができるので、様々な予熱回路においても定格ランプ寿命を確保することができる。また、定期的にフィラメントの状態を検出するので、先の実施形態よりも正確に最適なフィラメント先行予熱を行うことが出来るほか、多灯で使用した場合にもランプが点灯するタイミングが同じであり、使用者に違和感なく、定格ランプ寿命を満足させることが出来る。
【００３５】
本実施形態では２つあるフィラメントのうち片方のみ（低圧側フィラメントのみ）にフィラメント電圧検出回路４とフィラメント電流検出回路５を設けているが、もう片方（高圧側フィラメント）にも同様の検出回路を設け、フィラメント毎に独立して予熱制御を行えば、フィラメントのばらつきの影響を受けず、さらに正確にフィラメント毎の最適な先行予熱を行うことができる。
【００３６】
また、フィラメント冷間抵抗Ｒｃの検出期間は先行予熱開始時（例えば図５の区間Ａ）とするのではなく、図６に示すように、先行予熱開始前にフィラメント冷間抵抗Ｒｃの検出区間を設け、定電流電源よりフィラメントに微小電流（例えば５ｍＡ）を流してフィラメント電圧を検出して、更に精度良く冷間抵抗Ｒｃを算出しても良い。
【００３７】
（実施形態３）
図７は本発明の実施形態３の動作説明図である。回路図は図４と同じでよい。本実施形態ではフィラメント特性（抵抗値）の検出を点灯時に行うため、次回の先行予熱時での予熱量を予め設定しておくことができる。図７はマイコン６に記憶された、点灯時のフィラメント電圧−フィラメント電流特性と先行予熱時間１秒間でＲｈ／Ｒｃ＝４．０〜５．５となるフィラメント電圧−フィラメント電流の比較テーブルである。本実施形態では電源がオフされる直前のフィラメント電圧Ｖｆ、フィラメント電流Ｉｆをマイコン６に記憶されたテーブルと比較し、先行予熱時のＲｈ／Ｒｃを推定しておく。
【００３８】
例えば、図７において、放電灯点灯装置の電源がオフされる直前のフィラメント電圧Ｖｆとフィラメント電流Ｉｆの値が点Ａであったとする。点Ａのフィラメント電流Ｉｆは常時予熱電流である。この場合、点Ａを通る曲線により先行予熱時間１秒間でＲｈ／Ｒｃ＝４．０〜５．５となる先行予熱電流が推定される。図７の例では、点Ａを通る曲線上の第１の白丸（先行予熱時間１秒間でＲｈ／Ｒｃ＝４．０となる）と第２の白丸（先行予熱時間１秒間でＲｈ／Ｒｃ＝５．５となる）の中間に次回の先行予熱電流を設定する。次回の電源投入時にはマイコン６は所望の先行予熱電流となるように、制御回路７へ先行予熱時のインバータ動作周波数の指令を与える、或いは制御回路８にチョッパ出力電圧Ｖｄｃを変化させる指令を与える。
【００３９】
以上のように本実施形態ではフィラメント特性を点灯時（常時予熱時）に取得しておくため、先行予熱時には毎回、定められた予熱時間（例えば１秒）で所望のフィラメント加熱を行うことが出来る。したがって、多灯で点灯させた場合、各照明器具の放電灯は一斉に点灯することになる。
【００４０】
（実施形態４）
実施形態１〜３の放電灯点灯装置を搭載された照明器具の外観を図８に示す。照明器具３０は、実施形態１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置を組み込んだ器具本体３１と、放電灯点灯装置と放電灯を電気的に接続するための一対のソケット３２とを備え、ソケット３２には熱陰極を有する放電灯２１のフィラメント電極が着脱自由に装着される。ここでは、負荷として直管型の蛍光灯を例示したが、丸型蛍光灯や二重環形蛍光灯の点灯装置に本発明を適用しても構わない。また、同じ照明空間に配置された複数台の照明器具３０を同じ電源系統に接続して、１つの壁スイッチあるいはセンサにより一斉に点灯可能な照明システムとして構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作説明のための特性図である。
【図３】本発明の実施形態１の動作を示す波形図である。
【図４】本発明の実施形態２の回路図である。
【図５】本発明の実施形態２の動作を示す波形図である。
【図６】本発明の実施形態２の別の動作を示す波形図である。
【図７】本発明の実施形態３の動作説明のための特性図である。
【図８】本発明の実施形態４の照明器具の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  インバータ部
２  負荷回路
３  共振回路
４  フィラメント電圧検出回路
５  フィラメント電流検出回路
６  マイコン
７  インバータ制御回路
８  チョッパ制御回路
９  点滅カウンタ
【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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