(57)【要約】無電極蛍光ランプ３と点灯回路４と口金とが一体に構成された電球形無電極蛍光ランプである。点灯回路４は、ＡＣ／ＤＣ変換部５と、無電極蛍光ランプ３を間欠駆動させる構成を有する、ＤＣ／ＡＣ変換部６と、位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、ＤＣ／ＡＣ変換部６に点灯期間と消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する構成を有する、調光制御部７とを含んでいる。そして、調光制御部７は、無電極蛍光ランプ３の点灯が不安定になる前に無電極蛍光ランプ３を消灯させる信号を出力する構成を有している。
2003105541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電極蛍光ランプと、
前記無電極蛍光ランプに高周波電圧を印加する点灯回路と、
前記点灯回路に電気的に接続された口金と
を備え、
前記無電極蛍光ランプと前記点灯回路と前記口金とは一体に構成されており、
前記点灯回路は、
位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部であって、当該高周波電圧を前記無電極蛍光ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記無電極蛍光ランプを消灯する消灯期間とによって、前記無電極蛍光ランプを間欠駆動させる構成を有する、ＤＣ／ＡＣ変換部と、
前記位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する構成を有する、調光制御部と
を含んでおり、
前記調光制御部は、前記無電極蛍光ランプの点灯が不安定になる前に前記無電極蛍光ランプを消灯させる信号を出力する構成を有している、無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項２】
前記調光制御部は、
第１の調光制御信号入力部および第２の調光制御信号入力部と、
のこぎり波を発生するのこぎり波発生回路と、
調光指令信号を発生する調光指令信号発生回路と
を含んでおり、
前記第１の調光制御信号入力部は、フォトカプラを介して、前記のこぎり波発生回路に接続されており、
前記第２の調光制御信号入力部は、前記調光指令信号発生回路に接続されている、請求項１に記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項３】
前記のこぎり波発生回路および前記調光指令信号発生回路は、コンパレータに接続されている、請求項２に記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項４】
前記調光制御部は、さらに、前記ターン・オンと前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有している、請求項１に記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項５】
前記調光制御部は、コンデンサと抵抗とから構成された微分回路を含む、のこぎり波発生回路を有しており、
前記微分回路は、前記位相制御された交流電圧のターン・オンおよびターン・オフに同期したパルス波を発生するトランジスタのコレクタ端子に接続されており、
前記微分回路の出力端子には、ダイオードのアノード側が接続されており、そして、前記ダイオードのカソード側には、放電用トランジスタのベース端子が接続されており、
前記放電用トランジスタのエミッタ端子には、電位調整用ダイオードが接続されており、
前記放電用トランジスタのコレクタ端子とエミッタ端子間には、充放電用コンデンサが接続されており、それによって、前記位相制御された電圧のターン・オンに同期した、のこぎり波が発生される、請求項１に記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項６】
前記位相制御された交流電圧は、調光器によって位相制御された調光器出力電圧である、請求項１から５の何れか一つに記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項７】
放電ランプと、
位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部であって、当該高周波電圧を前記放電ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記放電ランプを消灯する消灯期間とによって、前記放電ランプを間欠駆動させる、ＤＣ／ＡＣ変換部と、
前記位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部と
を備え、
前記放電ランプは、無電極の放電ランプであり、
前記調光制御部は、前記放電ランプの点灯が不安定になる前に前記放電ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する、放電ランプ点灯装置。
【請求項８】
前記調光制御部は、さらに、前記ターン・オンと前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有する、請求項７に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項９】
前記放電ランプは、凹入部を有する放電バルブを有しており、
前記放電バルブの前記凹入部には、誘導コイルが挿入されている、請求項７または８に記載の放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、放電ランプ点灯装置に関する。特に、無電極蛍光ランプを調光することができる無電極電球形蛍光ランプに関する。
背景技術
蛍光ランプは、白熱電球に比べて効率が高く、且つ長寿命であることから地球環境保護並びに経済性の観点から広く普及している。そして近年、電極の無い無電極電球形蛍光ランプが、従来の有電極の電球形蛍光ランプに比べて寿命が数倍も長いことから経済的な光源として注目され、需要が増加する傾向にある。
また、蛍光ランプと点灯回路とが一体化された電球形蛍光ランプが、住宅、ホテル、レストランなどで省エネルギー光源として注目され、電球に代えてそのまま利用できる手軽さもあり普及しつつある。この電球形蛍光ランプは、有電極の蛍光ランプに加えて、無電極の蛍光ランプについても開発されている。
電球形蛍光ランプが普及するにつれ、調光可能な白熱電球と同様に、電球形蛍光ランプについても調光を行いたいというニーズが生まれてきている。より詳しく述べると、住宅やホテルでは、読書をしたり、あるいは家族との団欒を楽しんだりと人々は色々な生活行為を行っており、これらの生活行為に合わせた快適な光環境とするため、それぞれの場にふさわしい明るさとすることをユーザは望み、そのような機能を求める。電球は、放電により発光している訳でないので、単に供給電力を調整するだけで容易に調光することができる。一方、蛍光ランプの発光は、放電によるものであるので、電球のように供給電力を単に調整するだけでは、実際に使用できるレベルの、調光可能な蛍光ランプを実現することは難しい。
最近、電球の場合と同様に既存の電球用調光器を利用して明るさを変えたいというユーザーのニーズに応えて、電球用調光器に接続して調光点灯できる有電極の電球形蛍光ランプが開発された（例えば、特開平１１−１１１４８６号公報参照）。しかしながら、無電極の電球形蛍光ランプで調光可能なものは、いまだ開発されていないのが実情である。
また、有電極の電球形蛍光ランプでは、電極から電子を放出するため電極の予熱が必要であり、そのためにはある程度の大きさの電圧が必要となる。従って、有電極蛍光ランプを用いて調光を深くしていくと、調光電圧が電極の予熱に必要な電圧より低くなった途端に消灯してしまい、スムーズな調光を行うことができない。
本願出願人は、無電極電球形蛍光ランプでありながら、調光可能なものを開発して、そのようなランプを完成させることに成功したが、それでもなお、まだ不十分なところがある。例えば、低調光の場合においてランプの立ち消えやチラツキが生じ、スムーズな調光動作を実現することができないことがある。
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、スムーズな調光動作を実現できる無電極電球形蛍光ランプおよび放電ランプ点灯装置を提供することにある。
発明の開示
本発明による無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプと、前記無電極蛍光ランプに高周波電圧を印加する点灯回路と、前記点灯回路に電気的に接続された口金とを備え、前記無電極蛍光ランプと前記点灯回路と前記口金とは一体に構成されており、前記点灯回路は、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、前記直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部であって、当該高周波電圧を前記無電極蛍光ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記無電極蛍光ランプを消灯する消灯期間とによって、前記無電極蛍光ランプを間欠駆動させる構成を有する、ＤＣ／ＡＣ変換部と、前記位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部とをを含んでおり、前記調光制御部は、前記無電極蛍光ランプの点灯が不安定になる前に前記無電極蛍光ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する。
ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、第１の調光制御信号入力部および第２の調光制御信号入力部と、のこぎり波を発生するのこぎり波発生回路と、調光指令信号を発生する調光指令信号発生回路とを含んでおり、前記第１の調光制御信号入力部は、フォトカプラを介して、前記のこぎり波発生回路に接続されており、前記第２の調光制御信号入力部は、前記調光指令信号発生回路に接続されている。
ある好適な実施形態において、前記のこぎり波発生回路および前記調光指令信号発生回路は、コンパレータに接続されている。
ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、さらに、前記ターン・オンと前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有している。
ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、コンデンサと抵抗とから構成された微分回路を含む、のこぎり波発生回路を有しており、前記微分回路は、前記位相制御された交流電圧のターン・オンおよびターン・オフに同期したパルス波を発生するトランジスタのコレクタ端子に接続されており、前記微分回路の出力端子には、ダイオードのアノード側が接続されており、そして、前記ダイオードのカソード側には、放電用トランジスタのベース端子が接続されており、前記放電用トランジスタのエミッタ端子には、電位調整用ダイオードが接続されており、前記放電用トランジスタのコレクタ端子とエミッタ端子間には、充放電用コンデンサが接続されており、それによって、前記位相制御された電圧のターン・オンに同期した、のこぎり波が発生される。
ある好適な実施形態において、前記位相制御された交流電圧は、調光器によって位相制御された調光器出力電圧である。
本発明による放電ランプ点灯装置は、放電ランプと、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、前記直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部であって、当該高周波電圧を前記放電ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記放電ランプを消灯する消灯期間とによって、前記放電ランプを間欠駆動させる、ＤＣ／ＡＣ変換部と、前記位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部とを備え、前記放電ランプは、無電極の放電ランプであり、前記調光制御部は、前記放電ランプの点灯が不安定になる前に前記放電ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する。
ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、さらに、前記ターン・オンと前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有する。
ある好適な実施形態において、前記放電ランプは、凹入部を有する放電バルブを有しており、前記放電バルブの前記凹入部には、誘導コイルが挿入されている。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
実施形態１
図１は、本発明の実施形態１にかかる放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示している。そして、図２は、本実施形態の放電ランプ点灯装置を、無電極電球形蛍光ランプとして構成したものの断面図である。
本実施形態の無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプ３と、無電極蛍光ランプ３に高周波電圧を印加する点灯回路４（回路基板５４）と、点灯回路４（回路基板５４）に電気的に接続された口金５６とを備えている。図２に示した回路基板５４には、図１に示した点灯回路４が形成されている。具体的には、回路基板５４には、点灯回路４に示した構成の配線が形成され、各々の回路部品が取り付けられている。
図２に示すように、無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプ３と点灯回路４（回路基板５４）と口金５６とは一体に構成されている。ここで、無電極蛍光ランプ３は、凹入部１７ａを有する放電バルブ１７を有しており、凹入部１７ａには、コア１６ａと巻線１６ｂとからなる誘導コイル１６が挿入されている。巻線１６ｂは、回路基板５４と電気的に接続されており、回路基板５４に周囲には、回路基板５４を収容するカバー５５が設けられている。カバー５５の下部には、口金５６（例えば、白熱電球用Ｅ２６型）が取り付けられており、口金５６は、回路基板５４と電気的に接続されている。この口金５６を白熱電球用ソケットにねじ込むことにより、電力が供給されて、無電極蛍光ランプ３を点灯させることができる。口金５６を通して入力される交流電圧は、例えば、外部の位相制御装置（図１中の調光器２、典型的には、白熱電球用調光器等）によって位相制御された交流電圧である。
図１に示した点灯回路４は、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部５と、ＡＣ／ＤＣ変換部５で変換された直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部６と、調光制御部７とを有している。なお、ＡＣ／ＤＣ変換部５、ＤＣ／ＡＣ変換部６および調光制御部７は、それぞれ、平滑化直流電圧変換部、インバータ部および検知部（検知手段）と称することも可能である。
点灯回路４は、商用電源１の電圧を位相制御する調光器２を介して、商用電源１に接続される。そして、点灯回路４は、調光器２で位相制御された電圧のターン・オンに応じて無電極蛍光ランプ３を点灯する。商用電源１は、例えば６０Ｈｚ、１００Ｖの交流電源であり、これに調光器２が接続される。調光器２は、トライアックを用いた位相制御を利用した調光器であり、典型的には、市販の白熱電球用調光器を用いることができる。
ＡＣ／ＤＣ変換部５は、調光器２から供給される位相制御された電圧を直流に変換する。このＡＣ／ＤＣ変換部５としては、例えばダイオード・ブリッジと平滑用コンデンサなど、を利用したものを用いることができる。ＤＣ／ＡＣ変換部６は、変換した高周波電圧を無電極蛍光ランプ３に印加して点灯させる点灯期間と、高周波電圧の発生を停止して無電極蛍光ランプ３を消灯する消灯期間とによって、無電極蛍光ランプ３を間欠駆動させる構成を有している。
図１に示すように、本実施形態のＤＣ／ＡＣ変換部６は、発振部８と、スイッチ回路９、駆動回路１０、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ１１、１２）、共振用インダクタ１３、共振用コンデンサ１４、１５とから構成されている。つまり、共振用コンデンサ１５に、誘導コイル１６が直列に接続され、さらに誘導コイル１６と共振用コンデンサ１５との直列回路は、共振用コンデンサ１４に並列接続されている。ここで、誘導コイル１６と無電極放電バルブ１７とによって、無電極蛍光ランプ３が構成される。誘導コイル１６は、フェライト磁芯１６ａと巻線１６ｂとで構成されており、放電バルブ１７が有する凹入部１７ａに配置されている。
調光制御部７は、位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、ＤＣ／ＡＣ変換部６（特に、スイッチ回路９）に点灯期間と消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する構成を有している。また、調光制御部７は、無電極蛍光ランプ３の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ３を消灯させる信号を出力する構成となっている。さらに、本実施形態の調光制御部７は、ターン・オンとＤＣ／ＡＣ変換部６の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成となっている。言い換えると、調光制御部７は、同期形デューティ変調回路と呼ぶことができる。
本実施形態の調光制御部７は、図１に示すように、調光制御信号入力部Ａ１８と、フォトカプラ１９と、のこぎり波発生回路２０と、調光指令信号入力部Ｂ２１と、調光指令信号発生回路２２と、コンパレータ２３（例えば、オペアンプを用いて構成されたコンパレータ）とから構成されている。フォトカプラ１９を用いることにより、調光制御信号入力部Ａ１８とのこぎり波発生回路２０との間を絶縁することとできるため、ノイズを低減することができ、性能を向上させることができる。調光器２により位相制御された電圧を入力する調光制御信号入力部Ａ１８と、フォトカプラ１９と、のこぎり波発生回路２０とによって、のこぎり波を発生する。さらに、調光指令信号入力部Ｂ２１と、調光指令信号発生回路２２とによって調光指令信号を発生し、そして、のこぎり波をコンパレータ２３の非反転入力端子に、調光指令信号をコンパレータ２３の反転入力端子に接続することによって、これらの差電圧から、コンパレータ２３は間欠調光信号を発生する。
以下、本実施形態１の構成の動作について簡単に説明する。
まず、商用電源１の出力電圧は、調光器２で位相制御され、次いで、この位相制御された交流電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換部５で直流電圧に変換される。
次に、発振部８の駆動周波数ｆ１（Ｈｚ）の出力で、ＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動回路１０が駆動して、２つのＭＯＳＦＥＴ１１，１２が交互にオン、オフすることによって、ＡＣ／ＤＣ変換部５によって平滑化された直流電圧は高周波電圧に変換される。
次いで、この高周波電圧は、共振用インダクタ１３，共振用コンデンサ１４、１５、誘導コイル１６からなる共振回路に印加される。誘導コイル１６を流れる電流によって、無電極放電バルブ１７内に交流電磁界が発生し、そして、この交流電磁界によって供給されるエネルギーにより、無電極放電バルブ内に封入されている発光ガス（図示せず）は励起して発光する。発光ガスとしては、例えば、水銀、クリプトン、キセノンなど、あるいはこれらの混合ガスが用いられる。場合によっては、水銀の無い、希ガスのみのガスを用いることも可能である。
なお、この場合、位相制御された電圧のターン・オンのタイミングは調光制御部７によって検出され、このターン・オンと同期した間欠指令信号のターン・オンが調光制御部７で発生され、スイッチ回路９に伝達される。間欠指令信号がスイッチ回路９に伝達されている期間（オン期間、または無電極蛍光ランプ３の点灯期間）においては、スイッチ回路９はオンとなり、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動回路１０をオンさせる。これに対して、間欠指令信号がスイッチ回路９に伝達されていない期間（オフ期間、または無電極蛍光ランプ３の消灯期間）では、スイッチ回路９はオフとなり、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動回路１０がオフとなる。スイッチ回路９がオンの期間中、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２は、駆動周波数ｆ１（Ｈｚ）で、交互に、オン・オフを繰り返す。調光器２によって位相制御された電圧の導通期間が変わることに応じて、調光制御部７からの間欠指令信号によって決まるスイッチ回路９のオン期間とオフ期間の比が変わり、これに応じてＭＯＳＦＥＴ１１、１２のオン期間とオフ期間の比（デューティ比と呼ぶ）が変わる。つまり、このデューティ比を変えることで無電極蛍光ランプ３への電気エネルギー入力が変わり、無電極蛍光ランプ３の調光が行われる。
以下、図３も加えて、調光制御部７の動作を詳しく説明する。図３は、位相制御信号ａ、ターン・オン検出信号ｂ、のこぎり波ｃ、調光指令信号ｄ、間欠指令信号ｅ、光出力ｆとの関係を示し、５つの図において、横軸は時間軸であり、この時間軸は、各図において共通尺度である。
図３中の位相制御電圧ａは、まず、図１の調光制御部７における調光制御信号入力部Ａ１８に入力される。そして、この調光制御信号入力部Ａ１８で全波整流され、次いで、フォトカプラ１９を駆動するに適当な電圧（例えば２Ｖ）に減圧されてフォトカプラ１９に印加される。
調光器２で位相制御された電圧がターン・オンすると同時に、フォトカプラ１９に入力される全波整流された電圧がターン・オンする。次いで、フォトカプラ１９の立ち上がり時間（例えば２０μｓ）後に、フォトカプラ１９に内蔵された発光ダイオードが発光する。
このダイオードの発光によってフォトカプラ１９を構成するトランジスタから、位相制御電圧ａのターン・オンおよびターン・オフに同期したパルス波が出力される。そして、のこぎり波発生回路２０において、単安定マルチバイブレータなどのＩＣにより、フォトカプラ１９からのターン・オン信号をトリガ入力とし、位相制御電圧ａのターン・オンのみに同期したターン・オン検出信号ｂを出力する。
このターン・オン検出信号ｂをトランジスタのベース端子に接続し、エミッタとコレクタ間に接続されたコンデサの充放電を行い、のこぎり波ｃが出力される。
一方、位相制御電圧ａは、図１の調光制御部７における調光制御信号入力部Ｂ２１に入力され、この調光制御信号入力部Ｂ２１によって半波整流される。そして、調光指令信号発生回路２２で、位相制御された電圧の半波整流分が積分され、次いで、調光指令信号ｄが出力される。
コンパレータ２３では、非反転入力端子にのこぎり波ｃを入力し、反転入力端子に調光指令信号ｄを入力し、両信号の電位差により間欠指令信号ｅが出力される。
その後、間欠指令信号ｅは、スイッチ回路９に伝達され、間欠指令信号ｅがオン期間のあいだ、ＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１、１２が駆動周波数ｆ１（Ｈｚ）で駆動され、光出力ｆが得られる。
この間欠指令信号ｅのオン状態は、のこぎり波ｃの電位が調光指令信号ｄの電位より高くなるまで持続される。電位関係が反転すると、間欠指令信号ｅがオフとなり、スイッチ回路９に伝達され、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動が停止し、消灯する。
このようにして、のこぎり波ｃの電位と調光指令信号ｄの電位関係により間欠指令信号ｅのデュティが決まり、そして、間欠指令信号オンの期間点灯、オフの期間消灯が繰り返されて、間欠調光が可能となる。
さらに、のこぎり波発生回路２０では、充放電用コンデンサの電荷が完全に放電された場合でも、ある一定の電位を確保するように設定されている。例えば、エミッタ端子に順方向電圧約０．６Ｖのダイオードを３個接続すると、のこぎり波ｃの最低電位は約１．８Ｖとなる。また、のこぎり波は、位相制御された電圧のターン・オンの信号をトリガとし充放電を行うため、位相制御された電圧の導通角が変化しても一定の波形を維持する。一方、調光指令信号ｄは位相制御された電圧の半波整流分を積分しているため、その電位は変化し、のこぎり波ｃのある一定電位（最低電位）以下になると、間欠指令信号ｅが全てオフ期間となり、位相制御された電圧のある導通角以下では（のこぎり波ｃの最低電位と調光指令信号ｄの電位が等しくなる導通角以下では）、ＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動が停止し消灯する。
このように、のこぎり波の最低電位を調整することにより、調光器２からの位相制御された電圧の任意の位相レベルで、ＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１，１２の駆動を停止し、消灯することが可能となる。
次に、図４を加えて、本実施形態における位相制御された電圧の導通角と、間欠指令信号のオン・デュティとの関係を説明する。
図４（ａ）は、位相制御電圧ａと間欠指令信号ｅとの関係を示している。ここで、（ｉ）は、位相制御角が約０度、（ｉｉ）は位相制御角が約９０度、（ｉｉｉ）は位相制御角が約１２０度の場合を示している。そして、位相制御電圧ａ、間欠指令信号ｂの波形を示す６つの図における横軸は時間軸であり、この時間軸は各図において共通尺度である。
図４（ａ）の位相制御電圧ａは、まず、図１の調光制御部７における調光制御信号入力部８に入力され、この調光制御信号入力部Ａ１８で整流される。次に、間欠指令信号発生部１９を介して間欠指令信号ｂがスイッチ回路９に伝達され、これによってＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１、１２が駆動周波数ｆ１（Ｈｚ）で駆動する。
本実施形態では、図４（ａ）の（ｉｉｉ）から分かるように、位相制御電圧ａが残っていても、間欠指令信号ｅをオフにするようにしている。つまり、調光制御部７は、無電極蛍光ランプ３の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ３を消灯させる信号を出力する。
図４（ｂ）は、位相制御角とオン・デュティ比との関係を示しており、横軸は位相制御角［度］、縦軸はオン・デュティ比である。ここで、（Ｉ）は調光器２の調光度を深くした場合の電気エネルギー供給不足領域であり、この領域では蛍光ランプ３に印加される電圧が低く、立ち消えあるいはチラツキ等の現象が生じ得ることが本願発明者によって確認されている。
この電気エネルギー供給不足領域（Ｉ）は、位相制御角が１２０度以上の範囲である。位相制御角が１２０度以上になると、チラツキが現れ始める傾向があり、１５０度以上になると多くの人が不快に感じるようになり、より深い調光をすると立ち消えてしまう。無電極電球形蛍光ランプの特性のバラツキにより、位相制御角が１２０度を越えてもちらつかないものもあるが、全てのランプについて確実にチラツキがないようにするためには、電気エネルギー供給不足領域（Ｉ）を位相制御角が１２０度以上の範囲とすることが好ましい。
また、位相制御角が０から１２０度までの間、即ちオン・デュティ比が１００から０になるまでは、図４（ｂ）に示すように、位相制御角が大きくなるに従ってオン・デュティ比が直線的に減少する。つまり、この範囲において、位相制御角とオン・デュティ比とが、傾きが負の略一次関数の関係となっている。そのため、調光器を操作したときに、この範囲において、ランプの発光出力も略位相制御角が大きくなるにつれ、ほぼ線形的に減少するので、ランプの調光が行いやすい。
本実施形態では、電気エネルギー供給不足領域（Ｉ）までの間に、間欠指令信号ｅのオン・デュティ比を０として、無電極蛍光ランプ３を消灯させるため、チラツキや不点灯といった不具合を生じることはない。
なお、単安定マルチバイブレータのオン時間幅ｔは、ｔ＝０．６９３ＲＣ（ＩＣに付加される抵抗ＲとコンデンサＣ）によって自在に設定できるが、このオン時間幅が長い場合、充放電用のコンデンサの電荷が完全に放電され後も電荷の充電が開始されず、のこぎり波ｃのオフ期間（最低電位の期間）が長くなる。このため、のこぎり波ｃと調光指令信号ｄとの差電圧による間欠指令信号のオン期間の調整範囲は狭くなり、その結果、ＭＯＳＦＥＴの駆動期間の調整範囲が狭く、低い調光レベルが実現できなくなる。したがって、単安定マルチバイブレータのオン時間幅は、短ければ短いほど間欠調光指令信号のオン期間の調整範囲を広げることとなる。一方、のこぎり波は電荷の充放電による信号のため、安定したのこぎり波を得るためには、十分な放電時間を設定しなくてはいけない。そのため、例えばのこぎり波の最大出力レベルを約４Ｖとする場合、その放電時間を考慮して、約０．４ｍｓとすることが好ましい。
また、コンパレータ２３の代わりに、ヒステリシスをもつコンパレータを用いると、入力信号がノイズを含んでいる場合でも、不要な出力の反転が行われることがなく、その結果、チラツキが発生しない調光を行うことが可能となる。
以上、本実施形態１の電球形無電極蛍光ランプによれば、調光制御部７が、無電極蛍光ランプ３の点灯が不安定になる前に無電極蛍光ランプ３を消灯させる信号を出力する構成を有しているので、深い調光（低調光）を安定して行うことが可能となる。つまり、電球用調光器などで位相制御された交流電圧のターン・オンを正確に検出し駆動を開始し、かつ蛍光ランプの始動に必要な印加電圧が得られる範囲内で駆動を停止し、チラツキを生じない、スムーズな調光動作を実現することができる。
なお、本実施形態では、電球形無電極蛍光ランプの形態の構成を示したが、蛍光体を有していない電球形無電極放電ランプの形態にしてもよい。すなわち、殺菌ランプのように放電バルブに蛍光体を塗布しない放電ランプであってもよい。また、用途は、一般照明用に限定されず、例えば紅斑効果やビタミンＤの生成に有効な作用スペクトルを有する健康線ランプや、植物の光合成や形態形成に有効な作用スペクトルを有する植物育成用ランプを点灯するものであっても良い。さらに、図１に示した回路図からも分かるように、本実施形態の構成は、電球形に限らず、無電極蛍光ランプ３と点灯回路４とが別々になっているような放電ランプ点灯装置（無電極放電ランプ点灯装置）であってもよい。
ここで、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプにおいて点灯回路４が無電極蛍光ランプ３に印加する高周波電圧の周波数について簡単に説明する。本実施形態における当該周波数は、実用的に一般的に使用されているＩＳＭ帯の１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚと比べると、１ＭＨｚ以下（例えば、５０〜５００ｋＨｚ）の比較的低い周波数の領域となっている。この低周波数領域の周波数を使用する理由を述べると、次の通りである。まず、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚのような比較的高い周波数領域で動作させる場合、点灯回路（回路基板）内の高周波電源回路から発生するラインノイズを抑制するためのノイズフィルタが大型となり、高周波電源回路の体積が大きくなってしまう。また、ランプから放射または伝播されるノイズが高周波ノイズの場合、高周波ノイズには非常に厳しい規制が法令にて設けられているため、その規制をクリアーするには、高価なシールドを設けて使用する必要があり、コストダウンを図る上で大きな障害となる。一方、１ＭＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の周波数領域で動作させる場合には、高周波電源回路を構成する部材として、一般電子機器用の電子部品として使用されている安価な汎用品を使用することができるとともに、寸法の小さい部材を使用することが可能となるため、コストダウンおよび小型化を図ることができ、利点が大きい。ただし、本実施形態の無電極蛍光ランプは、１ＭＨｚ以下の動作に限らず、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚ等の周波数の領域においても動作させ得るものである。
実施の形態２
次に、図５を参照しながら、本発明の実施の形態２を説明する。本実施形態の放電ランプ点灯装置は、上記実施形態１で示した構成と類似しているが、位相制御された電圧のターン・オンを検出するのこぎり波発生回路２０の構成が上記実施形態１と異なり、本実施形態の構成では、ＩＣを使わず、安価に構成することができる。
図５は、本実施形態における位相制御された電圧のターン・オンを検出する回路を示しており、特に、のこぎり波発生回路２０の構成を示している。なお、上記実施形態１と同一の構成は、同一の符号を付して、重複する説明は省略することとする。
図５に示したのこぎり波発生回路２０は、微分回路２０１とダイオード２０２とトランジスタ２０３とコンデンサ２０４とを有しており、微分回路２０１は、コンデンサと抵抗とから構成されている。当該のこぎり波発生回路２０は、フォトカプラ１９を介して、調光制御信号入力部Ａ１８に接続されており、そして、調光制御信号入力部Ａ１８は調光器２に接続され、調光器２は商用電源１に電気的に接続されている。なお、フォトカプラ１９と微分回路２０１との間に電流増幅のためにトランジスタを配置してもよい。
本実施形態において、微分回路２０１は、位相制御された交流電圧のターン・オンおよびターン・オフに同期したパルス波を発生するフォトカプラ１９のトランジスタのコレクタ端子に接続されている。微分回路２０１の出力端子には、ダイオード２０２のアノード側が接続されており、そして、ダイオード２０２のカソード側には、放電用トランジスタ２０３のベース端子が接続されている。放電用トランジスタ２０３のコレクタ端子とエミッタ端子間には、充放電用コンデンサ２０４が接続されている。さらに、放電用トランジスタ２０３のエミッタ端子には、電位調整用ダイオード２０５が直列に３個接続している。なお、電位調整用ダイオード２０５のアノード端子が放電用トランジスタ２０３のエミッタ端子に接続している。このような構成により、のこぎり波発生回路２０は、位相制御された電圧のターン・オンに同期した、のこぎり波を発生することができる。
以下、本実施形態の動作について簡単に説明する。なお、本実施形態の構成でも、放電ランプの点灯原理は、上記実施形態１の場合と同じであるので、重複した説明は省略する。
フォトカプラ１９からのパルス波により、微分回路２０１の出力信号はパルス波の立上がりと立下りに同期した微分波となり、漏れ電流の低いダイオード２０２を用いることにより立ち上がりに同期した微分波のみが、トランジスタ２０３のベース端子に入力され、前記トランジスタ２０３のコレクタ端子とエミッタ端子間に接続されたコンデンサ２０４は、フォトカプラ１９の立上がりをトリガとして充放電を繰り返し、のこぎり波を発生する構成となっている。そして、放電用トランジスタ２０３のエミッタ端子に、例えば順方向電圧約０．６Ｖの電位調整用ダイオード２０５を３個接続しているので、のこぎり波の最低電位は約１．８Ｖとなって、のこぎり波のベース電圧を底上げできる。また、のこぎり波は、位相制御された電圧のターン・オンの信号をトリガとし充放電を行うため、位相制御された電圧の導通角が変化しても一定の波形を維持する。
本実施形態２の構成にすると、高価なＩＣ部品を使わず、安価な部品で構成することが可能である。本実施形態では、電位調整用ダイオード２０５を３個用いたが、４個以上でもよいし、１個または２個でもよい。また、ダイオードの替わりに定電圧電源を用いてもよい。なお、バッファ回路を付加し、出力インピーダンスを高めればなお良い。
参考形態
図６は、本発明の実施形態と比較のために示す、参考形態としての有電極の放電ランプ点灯装置の回路図である。上述した実施形態１と異なる点は、放電バルブ１７’が有電極であり、この有電極の蛍光ランプ３’を点灯するために負荷共振回路の構成が異なる点だけである。なお、上記実施形態１と同様の構成は、同一符号を付してその説明を省略する。
本参考形態の構成では、図６に示すように、蛍光ランプ３’、共振用インダクタ１３、共振用コンデンサ１５、共振兼余熱用のコンデンサ１４とによって構成されたＬＣ共振回路が、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子とソース端子間に接続されている。
本参考形態の構成において、ＬＣ共振回路のコンデンサ１４の両端に共振電圧として高電圧が発生すると、放電バルブ１７’内の２つの電極への余熱電流によって電極の温度が上昇し、そして、電極から熱電子が発生しやすくなると、放電バルブ１７’は絶縁破壊を起こし放電を開始する。放電バルブ１７’が放電を始めると共振用インダクタ１５により放電バルブ１７’を流れる電流を制限し安定した放電が維持される。
本参考形態の調光制御部７の構成と動作は、上記実施形態１の場合と同様である。放電ランプ点灯装置の構成を図６のような構成とすることにより、調光が比較的浅いときには、有電極の蛍光ランプを安定して調光点灯できる。しかし、調光が深くなると、電極の予熱が不十分となって電子が放出されないようになり、ある程度の明るさから突然消灯してしまい、スムーズに調光できない。この点が本発明の放電ランプ点灯装置と異なる点である。
本参考形態の放電ランプ点灯装置は、有電極の蛍光ランプ３’を含むものであるため、間欠駆動を行う点灯回路４においては、本参考形態の有電極の蛍光ランプ３’との組み合わせはあまり適しておらず、上記実施形態１及び２の無電極蛍光ランプ３と組み合わせる方がより適している。つまり、間欠駆動はオンオフを繰り返す動作であるので、有電極の蛍光ランプ３’の場合にはその電極の消耗が激しく、寿命が短くなってしまうという問題が生じる。ここで、無電極放電ランプ３の場合には、そもそも電極が存在しないので、そのような問題は生じない。
なお、本発明の上記実施形態１では、調光制御部は７は、ターン・オンとＤＣ／ＡＣ変換部６の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有しているが、これは、同期させた方がより良好に調光動作を実行させることができるからである。
図７に示した構成は、間欠駆動の点灯回路４’でありながら、ターン・オンとＤＣ／ＡＣ変換部６の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させることを意図していないものである。上記実施形態１の構成と異なるのは、調光制御信号を発生させ、ＤＣ／ＡＣ変換部（インバータ回路）６に調光指令信号を送る調光制御部７’の構成である。
調光制御部７’は、調光信号発生部７４とＤＣ／ＡＣ変換部６に調光指令信号を送る調光指令信号部１０とで構成されている。トライアックで位相制御された調光器２からの出力は、半端整流器７１を介して半端整流され、その出力電圧（１２０Ｈｚ）と、基準周波数（１２０Ｈｚ）の基準電圧を発生する三角波発生回路７２の出力電圧とが、比較器７３で比較され、比較器７３から周波数が一定で、パルス波状の調光信号が出力される。この調光信号を調光指令信号部１０を介してＤＣ／ＡＣ変換部６に送り、ＤＣ／ＡＣ変換部６のオン時間とオフ時間とを変えて無電極蛍光ランプ３の調光を行った。放電ランプとしては無電極蛍光ランプを用い、インバータ回路のスイッチング周波数ｆ１は２００ｋＨｚとし、スイッチング素子としてはＭＯＳＦＥＴを用いている。
図７に示した構成の実験結果を図８に示す。ここで、図８に示した内容とともに、図７に示した放電ランプ点灯装置の動作と特性についても説明する。
図８は、ａからｄの波形を示す波形図であり、横軸は時間軸であり、その時間軸は各波形図において共通尺度である。
図８中のａは、調光器２で位相制御された電圧の波形を示している。この図からわかるように、調光器２のトライアックの導通角はπに近づいており、したがって、かなり深い調光が行われている。図８のｂは、図８のａのような位相制御された電圧が点灯回路４に入力されたとき、調光制御部７からＤＣ／ＡＣ変換部６に送られる調光指令信号を示している。
図８のａとｂとを比較すると分かるように、ここでは、位相制御電圧のターン・オンと、調光指令信号のターン・オンとは同期が取れていない。すなわち、位相制御電圧がターン・オンした後、調光制御部７からの調光指令信号は時間Δｔだけ遅れてＤＣ／ＡＣ変換部に送られている。ＭＯＳＦＥＴ１１、１２のドレイン電流は、無電極蛍光ランプ３が始動するために大きなエネルギーを必要とし、図８のｃに示すように点灯する瞬間大きな電流が流れる。調光指令信号のターン・オンが、位相制御電圧のターン・オンからΔｔ時間だけ遅れることにより、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２のドレイン電流の立ち上がりが遅れ、その分だけ無電極蛍光ランプ３に供給される高周波電力の供給時間が減少し発光時間が短くなるだけでなく、位相制御電圧がターン・オンした直後の位相制御電圧がもっとも高い状態でＤＣ／ＡＣ変換部の駆動が停止しているため、無電極放電ランプの発光出力の低下が大きい。
調光器２によってさらに深い調光をしていくと、ＭＯＳＯＳＦＥＴ１１、１２のドレイン電流が減少し、その結果、無電極蛍光ランプ３に供給される高周波電力が低減し、点灯するか消灯するかの閾状態に近い状態となる。
他の例では、図９のようにずれが生じ、この例でも、同期がとれていないので、同様に、無電極蛍光ランプ３に供給される高周波電力が低減し、点灯するか消灯するかの閾状態に近い状態となる。このような状態では、チラツキや立ち消えが生じ易くなり、また、深い調光を行う場合に、ずれ時間Δｔがあまりに大きくなると、無電極蛍光ランプがまったく点灯できない状態となる。
そのような不安定の状態が存在しても、本発明によれば、調光制御部は、ランプの点灯が不安定になる前にランプを消灯させる信号を出力する構成を有しているので、スムーズな調光を行うことができる。さらに、ここで、同期をとれば、より深い調光にしても不安定の状態が生じにくくすることができるため、それだけ実際の明るさを可変できる範囲（実際の調光の範囲）を広くとることができ、その結果、より優れた、調光可能な無電極放電ランプを実現することができるので好適となる。つまり、上記各実施形態に示した放電ランプ点灯装置（例えば、電球形無電極蛍光ランプ）よれば、調光器により位相制御された電圧を蛍光ランプに入力し、蛍光ランプを調光する場合、位相制御された電圧のターン・オンとＤＣ／ＡＣ変換部６を間欠駆動させるための間欠指令信号のターン・オンのタイミングを同期させ、位相制御された電圧の導通角がπに近づきランプ印加電圧が低下することに起因して放電ランプの点灯が不安定になる前に、蛍光ランプの消灯することができるので、安定な調光動作を実現することができる。
本発明の電球形無電極蛍光ランプおよび放電ランプ点灯装置によれば、調光制御部が、無電極蛍光ランプ（または放電ランプ）の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ（または放電ランプ）を消灯させる信号を出力する構成を有しているので、チラツキを生じない、スムーズな調光動作を実現することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、無電極の放電ランプに適用する場合に有用であり、特に調光器に接続された無電極電球形蛍光ランプをちらつき無しでスムーズに調光させることができる点で産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態１にかかる電球形無電極蛍光ランプ（放電ランプ点灯装置）の回路構成図である。
図２は、実施形態１の電球形無電極蛍光ランプの構成を模式的に示す断面図である。
図３は、実施形態１の構成における各種波形を示す波形図である。
図４（ａ）は、位相制御角とオン・デュテイ比率との関係を示す波形図であり、図４（ｂ）は、位相制御角ととオン・デュテイ比率との関係を示すグラフである。
図５は、本発明の実施形態２にかかる放電ランプ点灯装置の回路構成図である。
図６は、参考形態にかかる放電ランプ点灯装置の回路構成図である。
図７は、非同期タイプの放電ランプ点灯装置の回路構成図である。
図８は、図７に示した放電ランプ点灯装置の各種波形図である。
図９は、図７に示した放電ランプ点灯装置の各種波形図である。
【図１】
2003105541.tif 000003
【図２】
2003105541.tif 000004
【図３】
2003105541.tif 000005
【図４】
2003105541.tif 000006
【図５】
2003105541.tif 000007
【図６】
2003105541.tif 000008
【図７】
2003105541.tif 000009
【図８】
2003105541.tif 000010
【図９】
2003105541.tif 000011
【図１０】
2003105541.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月26日(2004.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電極蛍光ランプと、
前記無電極蛍光ランプに高周波電圧を印加する点灯回路と、
前記点灯回路に電気的に接続された口金と
を備え、
前記無電極蛍光ランプと前記点灯回路と前記口金とは一体に構成されており、
前記点灯回路は、
位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部であって、当該高周波電圧を前記無電極蛍光ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記無電極蛍光ランプを消灯する消灯期間とによって、前記無電極蛍光ランプを間欠駆動させる構成を有する、ＤＣ／ＡＣ変換部と、
前記位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する構成を有する、調光制御部と
を含んでおり、
前記調光制御部は、前記無電極蛍光ランプの点灯が不安定になる前に前記無電極蛍光ランプを消灯させる信号を出力する構成を有している、無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項２】
前記調光制御部は、
第１の調光制御信号入力部および第２の調光制御信号入力部と、
のこぎり波を発生するのこぎり波発生回路と、
調光指令信号を発生する調光指令信号発生回路と
を含んでおり、
前記第１の調光制御信号入力部は、フォトカプラを介して、前記のこぎり波発生回路に接続されており、
前記第２の調光制御信号入力部は、前記調光指令信号発生回路に接続されている、請求項１に記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項３】
前記のこぎり波発生回路および前記調光指令信号発生回路は、コンパレータに接続されている、請求項２に記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項４】
前記調光制御部は、さらに、前記ターン・オンと前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有している、請求項１に記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項５】
前記調光制御部は、コンデンサと抵抗とから構成された微分回路を含む、のこぎり波発生回路を有しており、
前記微分回路は、前記位相制御された交流電圧のターン・オンおよびターン・オフに同期したパルス波を発生するトランジスタのコレクタ端子に接続されており、
前記微分回路の出力端子には、ダイオードのアノード側が接続されており、そして、前記ダイオードのカソード側には、放電用トランジスタのベース端子が接続されており、
前記放電用トランジスタのエミッタ端子には、電位調整用ダイオードが接続されており、
前記放電用トランジスタのコレクタ端子とエミッタ端子間には、充放電用コンデンサが接続されており、それによって、前記位相制御された電圧のターン・オンに同期した、のこぎり波が発生される、請求項１に記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項６】
前記位相制御された交流電圧は、調光器によって位相制御された調光器出力電圧である、請求項１から５の何れか一つに記載の無電極電球形蛍光ランプ。
【請求項７】
放電ランプと、
位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部であって、当該高周波電圧を前記放電ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記放電ランプを消灯する消灯期間とによって、前記放電ランプを間欠駆動させる、ＤＣ／ＡＣ変換部と、
前記位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部と
を備え、
前記放電ランプは、無電極の放電ランプであり、
前記調光制御部は、前記放電ランプの点灯が不安定になる前に前記放電ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する、放電ランプ点灯装置。
【請求項８】
前記調光制御部は、さらに、前記ターン・オンと前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有する、請求項７に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項９】
前記放電ランプは、凹入部を有する放電バルブを有しており、
前記放電バルブの前記凹入部には、誘導コイルが挿入されている、請求項７または８に記載の放電ランプ点灯装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプ点灯装置に関する。特に、無電極蛍光ランプを調光することができる無電極電球形蛍光ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプは、白熱電球に比べて効率が高く、且つ長寿命であることから地球環境保護並びに経済性の観点から広く普及している。そして近年、電極の無い無電極電球形蛍光ランプが、従来の有電極の電球形蛍光ランプに比べて寿命が数倍も長いことから経済的な光源として注目され、需要が増加する傾向にある。
【０００３】
また、蛍光ランプと点灯回路とが一体化された電球形蛍光ランプが、住宅、ホテル、レストランなどで省エネルギー光源として注目され、電球に代えてそのまま利用できる手軽さもあり普及しつつある。この電球形蛍光ランプは、有電極の蛍光ランプに加えて、無電極の蛍光ランプについても開発されている。
【０００４】
電球形蛍光ランプが普及するにつれ、調光可能な白熱電球と同様に、電球形蛍光ランプについても調光を行いたいというニーズが生まれてきている。より詳しく述べると、住宅やホテルでは、読書をしたり、あるいは家族との団欒を楽しんだりと人々は色々な生活行為を行っており、これらの生活行為に合わせた快適な光環境とするため、それぞれの場にふさわしい明るさとすることをユーザは望み、そのような機能を求める。電球は、放電により発光している訳でないので、単に供給電力を調整するだけで容易に調光することができる。一方、蛍光ランプの発光は、放電によるものであるので、電球のように供給電力を単に調整するだけでは、実際に使用できるレベルの、調光可能な蛍光ランプを実現することは難しい。
【０００５】
最近、電球の場合と同様に既存の電球用調光器を利用して明るさを変えたいというユーザーのニーズに応えて、電球用調光器に接続して調光点灯できる有電極の電球形蛍光ランプが開発された（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、無電極の電球形蛍光ランプで調光可能なものは、いまだ開発されていないのが実情である。
【０００６】
また、有電極の電球形蛍光ランプでは、電極から電子を放出するため電極の予熱が必要であり、そのためにはある程度の大きさの電圧が必要となる。従って、有電極蛍光ランプを用いて調光を深くしていくと、調光電圧が電極の予熱に必要な電圧より低くなった途端に消灯してしまい、スムーズな調光を行うことができない。
【特許文献１】特開平１１−１１１４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願出願人は、無電極電球形蛍光ランプでありながら、調光可能なものを開発して、そのようなランプを完成させることに成功したが、それでもなお、まだ不十分なところがある。例えば、低調光の場合においてランプの立ち消えやチラツキが生じ、スムーズな調光動作を実現することができないことがある。
【０００８】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、スムーズな調光動作を実現できる無電極電球形蛍光ランプおよび放電ランプ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプと、前記無電極蛍光ランプに高周波電圧を印加する点灯回路と、前記点灯回路に電気的に接続された口金とを備え、前記無電極蛍光ランプと前記点灯回路と前記口金とは一体に構成されており、前記点灯回路は、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、前記直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部であって、当該高周波電圧を前記無電極蛍光ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記無電極蛍光ランプを消灯する消灯期間とによって、前記無電極蛍光ランプを間欠駆動させる構成を有する、ＤＣ／ＡＣ変換部と、前記位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部とをを含んでおり、前記調光制御部は、前記無電極蛍光ランプの点灯が不安定になる前に前記無電極蛍光ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する。
【００１０】
ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、第１の調光制御信号入力部および第２の調光制御信号入力部と、のこぎり波を発生するのこぎり波発生回路と、調光指令信号を発生する調光指令信号発生回路とを含んでおり、前記第１の調光制御信号入力部は、フォトカプラを介して、前記のこぎり波発生回路に接続されており、前記第２の調光制御信号入力部は、前記調光指令信号発生回路に接続されている。
【００１１】
ある好適な実施形態において、前記のこぎり波発生回路および前記調光指令信号発生回路は、コンパレータに接続されている。
【００１２】
ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、さらに、前記ターン・オンと前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有している。
【００１３】
ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、コンデンサと抵抗とから構成された微分回路を含む、のこぎり波発生回路を有しており、前記微分回路は、前記位相制御された交流電圧のターン・オンおよびターン・オフに同期したパルス波を発生するトランジスタのコレクタ端子に接続されており、前記微分回路の出力端子には、ダイオードのアノード側が接続されており、そして、前記ダイオードのカソード側には、放電用トランジスタのベース端子が接続されており、前記放電用トランジスタのエミッタ端子には、電位調整用ダイオードが接続されており、前記放電用トランジスタのコレクタ端子とエミッタ端子間には、充放電用コンデンサが接続されており、それによって、前記位相制御された電圧のターン・オンに同期した、のこぎり波が発生される。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記位相制御された交流電圧は、調光器によって位相制御された調光器出力電圧である。
【００１５】
本発明による放電ランプ点灯装置は、放電ランプと、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、前記直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部であって、当該高周波電圧を前記放電ランプに印加して点灯させる点灯期間と、前記高周波電圧の発生を停止して前記放電ランプを消灯する消灯期間とによって、前記放電ランプを間欠駆動させる、ＤＣ／ＡＣ変換部と、前記位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、前記ＤＣ／ＡＣ変換部に前記点灯期間と前記消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する、調光制御部とを備え、前記放電ランプは、無電極の放電ランプであり、前記調光制御部は、前記放電ランプの点灯が不安定になる前に前記放電ランプを消灯させる信号を出力する構成を有する。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記調光制御部は、さらに、前記ターン・オンと前記ＤＣ／ＡＣ変換部の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有する。
【００１７】
ある好適な実施形態において、前記放電ランプは、凹入部を有する放電バルブを有しており、前記放電バルブの前記凹入部には、誘導コイルが挿入されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電球形無電極蛍光ランプおよび放電ランプ点灯装置によれば、調光制御部が、無電極蛍光ランプ（または放電ランプ）の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ（または放電ランプ）を消灯させる信号を出力する構成を有しているので、チラツキを生じない、スムーズな調光動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２０】
実施形態１
図１は、本発明の実施形態１にかかる放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示している。そして、図２は、本実施形態の放電ランプ点灯装置を、無電極電球形蛍光ランプとして構成したものの断面図である。
【００２１】
本実施形態の無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプ３と、無電極蛍光ランプ３に高周波電圧を印加する点灯回路４（回路基板５４）と、点灯回路４（回路基板５４）に電気的に接続された口金５６とを備えている。図２に示した回路基板５４には、図１に示した点灯回路４が形成されている。具体的には、回路基板５４には、点灯回路４に示した構成の配線が形成され、各々の回路部品が取り付けられている。
【００２２】
図２に示すように、無電極電球形蛍光ランプは、無電極蛍光ランプ３と点灯回路４（回路基板５４）と口金５６とは一体に構成されている。ここで、無電極蛍光ランプ３は、凹入部１７ａを有する放電バルブ１７を有しており、凹入部１７ａには、コア１６ａと巻線１６ｂとからなる誘導コイル１６が挿入されている。巻線１６ｂは、回路基板５４と電気的に接続されており、回路基板５４に周囲には、回路基板５４を収容するカバー５５が設けられている。カバー５５の下部には、口金５６（例えば、白熱電球用Ｅ２６型）が取り付けられており、口金５６は、回路基板５４と電気的に接続されている。この口金５６を白熱電球用ソケットにねじ込むことにより、電力が供給されて、無電極蛍光ランプ３を点灯させることができる。口金５６を通して入力される交流電圧は、例えば、外部の位相制御装置（図１中の調光器２、典型的には、白熱電球用調光器等）によって位相制御された交流電圧である。
【００２３】
図１に示した点灯回路４は、位相制御された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部５と、ＡＣ／ＤＣ変換部５で変換された直流電圧を高周波電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部６と、調光制御部７とを有している。なお、ＡＣ／ＤＣ変換部５、ＤＣ／ＡＣ変換部６および調光制御部７は、それぞれ、平滑化直流電圧変換部、インバータ部および検知部（検知手段）と称することも可能である。
【００２４】
点灯回路４は、商用電源１の電圧を位相制御する調光器２を介して、商用電源１に接続される。そして、点灯回路４は、調光器２で位相制御された電圧のターン・オンに応じて無電極蛍光ランプ３を点灯する。商用電源１は、例えば６０Ｈｚ、１００Ｖの交流電源であり、これに調光器２が接続される。調光器２は、トライアックを用いた位相制御を利用した調光器であり、典型的には、市販の白熱電球用調光器を用いることができる。
【００２５】
ＡＣ／ＤＣ変換部５は、調光器２から供給される位相制御された電圧を直流に変換する。このＡＣ／ＤＣ変換部５としては、例えばダイオード・ブリッジと平滑用コンデンサなど、を利用したものを用いることができる。ＤＣ／ＡＣ変換部６は、変換した高周波電圧を無電極蛍光ランプ３に印加して点灯させる点灯期間と、高周波電圧の発生を停止して無電極蛍光ランプ３を消灯する消灯期間とによって、無電極蛍光ランプ３を間欠駆動させる構成を有している。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態のＤＣ／ＡＣ変換部６は、発振部８と、スイッチ回路９、駆動回路１０、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ１１、１２）、共振用インダクタ１３、共振用コンデンサ１４、１５とから構成されている。つまり、共振用コンデンサ１５に、誘導コイル１６が直列に接続され、さらに誘導コイル１６と共振用コンデンサ１５との直列回路は、共振用コンデンサ１４に並列接続されている。ここで、誘導コイル１６と無電極放電バルブ１７とによって、無電極蛍光ランプ３が構成される。誘導コイル１６は、フェライト磁芯１６ａと巻線１６ｂとで構成されており、放電バルブ１７が有する凹入部１７ａに配置されている。
【００２７】
調光制御部７は、位相制御された交流電圧のターン・オンを検出し、且つ、ＤＣ／ＡＣ変換部６（特に、スイッチ回路９）に点灯期間と消灯期間との比を変える間欠指令信号を出力する構成を有している。また、調光制御部７は、無電極蛍光ランプ３の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ３を消灯させる信号を出力する構成となっている。さらに、本実施形態の調光制御部７は、ターン・オンとＤＣ／ＡＣ変換部６の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成となっている。言い換えると、調光制御部７は、同期形デューティ変調回路と呼ぶことができる。
【００２８】
本実施形態の調光制御部７は、図１に示すように、調光制御信号入力部Ａ１８と、フォトカプラ１９と、のこぎり波発生回路２０と、調光指令信号入力部Ｂ２１と、調光指令信号発生回路２２と、コンパレータ２３（例えば、オペアンプを用いて構成されたコンパレータ）とから構成されている。フォトカプラ１９を用いることにより、調光制御信号入力部Ａ１８とのこぎり波発生回路２０との間を絶縁することとできるため、ノイズを低減することができ、性能を向上させることができる。調光器２により位相制御された電圧を入力する調光制御信号入力部Ａ１８と、フォトカプラ１９と、のこぎり波発生回路２０とによって、のこぎり波を発生する。さらに、調光指令信号入力部Ｂ２１と、調光指令信号発生回路２２とによって調光指令信号を発生し、そして、のこぎり波をコンパレータ２３の非反転入力端子に、調光指令信号をコンパレータ２３の反転入力端子に接続することによって、これらの差電圧から、コンパレータ２３は間欠調光信号を発生する。
【００２９】
以下、本実施形態１の構成の動作について簡単に説明する。
【００３０】
まず、商用電源１の出力電圧は、調光器２で位相制御され、次いで、この位相制御された交流電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換部５で直流電圧に変換される。
【００３１】
次に、発振部８の駆動周波数ｆ１（Ｈｚ）の出力で、ＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動回路１０が駆動して、２つのＭＯＳＦＥＴ１１,１２が交互にオン、オフすることによって、ＡＣ／ＤＣ変換部５によって平滑化された直流電圧は高周波電圧に変換される。
【００３２】
次いで、この高周波電圧は、共振用インダクタ１３，共振用コンデンサ１４、１５、誘導コイル１６からなる共振回路に印加される。誘導コイル１６を流れる電流によって、無電極放電バルブ１７内に交流電磁界が発生し、そして、この交流電磁界によって供給されるエネルギーにより、無電極放電バルブ内に封入されている発光ガス（図示せず）は励起して発光する。発光ガスとしては、例えば、水銀、クリプトン、キセノンなど、あるいはこれらの混合ガスが用いられる。場合によっては、水銀の無い、希ガスのみのガスを用いることも可能である。
【００３３】
なお、この場合、位相制御された電圧のターン・オンのタイミングは調光制御部７によって検出され、このターン・オンと同期した間欠指令信号のターン・オンが調光制御部７で発生され、スイッチ回路９に伝達される。間欠指令信号がスイッチ回路９に伝達されている期間（オン期間、または無電極蛍光ランプ３の点灯期間）においては、スイッチ回路９はオンとなり、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動回路１０をオンさせる。これに対して、間欠指令信号がスイッチ回路９に伝達されていない期間（オフ期間、または無電極蛍光ランプ３の消灯期間）では、スイッチ回路９はオフとなり、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動回路１０がオフとなる。スイッチ回路９がオンの期間中、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２は、駆動周波数ｆ１（Ｈｚ）で、交互に、オン・オフを繰り返す。調光器２によって位相制御された電圧の導通期間が変わることに応じて、調光制御部７からの間欠指令信号によって決まるスイッチ回路９のオン期間とオフ期間の比が変わり、これに応じてＭＯＳＦＥＴ１１、１２のオン期間とオフ期間の比（デューティ比と呼ぶ）が変わる。つまり、このデューティ比を変えることで無電極蛍光ランプ３への電気エネルギー入力が変わり、無電極蛍光ランプ３の調光が行われる。
【００３４】
以下、図３も加えて、調光制御部７の動作を詳しく説明する。図３は、位相制御信号ａ、ターン・オン検出信号ｂ、のこぎり波ｃ、調光指令信号ｄ、間欠指令信号ｅ、光出力ｆとの関係を示し、５つの図において、横軸は時間軸であり、この時間軸は、各図において共通尺度である。
【００３５】
図３中の位相制御電圧ａは、まず、図１の調光制御部７における調光制御信号入力部Ａ１８に入力される。そして、この調光制御信号入力部Ａ１８で全波整流され、次いで、フォトカプラ１９を駆動するに適当な電圧（例えば２Ｖ）に減圧されてフォトカプラ１９に印加される。
【００３６】
調光器２で位相制御された電圧がターン・オンすると同時に、フォトカプラ１９に入力される全波整流された電圧がターン・オンする。次いで、フォトカプラ１９の立ち上がり時間（例えば２０μｓ）後に、フォトカプラ１９に内蔵された発光ダイオードが発光する。
【００３７】
このダイオードの発光によってフォトカプラ１９を構成するトランジスタから、位相制御電圧ａのターン・オンおよびターン・オフに同期したパルス波が出力される。そして、のこぎり波発生回路２０において、単安定マルチバイブレータなどのＩＣにより、フォトカプラ１９からのターン・オン信号をトリガ入力とし、位相制御電圧ａのターン・オンのみに同期したターン・オン検出信号ｂを出力する。
【００３８】
このターン・オン検出信号ｂをトランジスタのベース端子に接続し、エミッタとコレクタ間に接続されたコンデサの充放電を行い、のこぎり波ｃが出力される。
【００３９】
一方、位相制御電圧ａは、図１の調光制御部７における調光制御信号入力部Ｂ２１に入力され、この調光制御信号入力部Ｂ２１によって半波整流される。そして、調光指令信号発生回路２２で、位相制御された電圧の半波整流分が積分され、次いで、調光指令信号ｄが出力される。
【００４０】
コンパレータ２３では、非反転入力端子にのこぎり波ｃを入力し、反転入力端子に調光指令信号ｄを入力し、両信号の電位差により間欠指令信号ｅが出力される。
【００４１】
その後、間欠指令信号ｅは、スイッチ回路９に伝達され、間欠指令信号ｅがオン期間のあいだ、ＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１、１２が駆動周波数ｆ１（Ｈｚ）で駆動され、光出力ｆが得られる。
【００４２】
この間欠指令信号ｅのオン状態は、のこぎり波ｃの電位が調光指令信号ｄの電位より高くなるまで持続される。電位関係が反転すると、間欠指令信号ｅがオフとなり、スイッチ回路９に伝達され、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動が停止し、消灯する。
【００４３】
このようにして、のこぎり波ｃの電位と調光指令信号ｄの電位関係により間欠指令信号ｅのデュティが決まり、そして、間欠指令信号オンの期間点灯、オフの期間消灯が繰り返されて、間欠調光が可能となる。
【００４４】
さらに、のこぎり波発生回路２０では、充放電用コンデンサの電荷が完全に放電された場合でも、ある一定の電位を確保するように設定されている。例えば、エミッタ端子に順方向電圧約０．６Ｖのダイオードを３個接続すると、のこぎり波ｃの最低電位は約１．８Ｖとなる。また、のこぎり波は、位相制御された電圧のターン・オンの信号をトリガとし充放電を行うため、位相制御された電圧の導通角が変化しても一定の波形を維持する。一方、調光指令信号ｄは位相制御された電圧の半波整流分を積分しているため、その電位は変化し、のこぎり波ｃのある一定電位（最低電位）以下になると、間欠指令信号ｅが全てオフ期間となり、位相制御された電圧のある導通角以下では（のこぎり波ｃの最低電位と調光指令信号ｄの電位が等しくなる導通角以下では）、ＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１、１２の駆動が停止し消灯する。
【００４５】
このように、のこぎり波の最低電位を調整することにより、調光器２からの位相制御された電圧の任意の位相レベルで、ＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１，１２の駆動を停止し、消灯することが可能となる。
【００４６】
次に、図４を加えて、本実施形態における位相制御された電圧の導通角と、間欠指令信号のオン・デュティとの関係を説明する。
【００４７】
図４（ａ）は、位相制御電圧ａと間欠指令信号ｅとの関係を示している。ここで、（ｉ）は、位相制御角が約０度、（ii）は位相制御角が約９０度、（iii）は位相制御角が約１２０度の場合を示している。そして、位相制御電圧ａ、間欠指令信号ｂの波形を示す６つの図における横軸は時間軸であり、この時間軸は各図において共通尺度である。
【００４８】
図４（ａ）の位相制御電圧ａは、まず、図１の調光制御部７における調光制御信号入力部８に入力され、この調光制御信号入力部Ａ１８で整流される。次に、間欠指令信号発生部１９を介して間欠指令信号ｂがスイッチ回路９に伝達され、これによってＤＣ／ＡＣ変換部６のＭＯＳＦＥＴ１１、１２が駆動周波数ｆ１（Ｈｚ）で駆動する。
【００４９】
本実施形態では、図４（ａ）の（iii）から分かるように、位相制御電圧ａが残っていても、間欠指令信号ｅをオフにするようにしている。つまり、調光制御部７は、無電極蛍光ランプ３の点灯が不安定になる前に、無電極蛍光ランプ３を消灯させる信号を出力する。
【００５０】
図４（ｂ）は、位相制御角とオン・デュティ比との関係を示しており、横軸は位相制御角[度]、縦軸はオン・デュティ比である。ここで、（Ｉ）は調光器２の調光度を深くした場合の電気エネルギー供給不足領域であり、この領域では蛍光ランプ３に印加される電圧が低く、立ち消えあるいはチラツキ等の現象が生じ得ることが本願発明者によって確認されている。
【００５１】
この電気エネルギー供給不足領域（Ｉ）は、位相制御角が１２０度以上の範囲である。位相制御角が１２０度以上になると、チラツキが現れ始める傾向があり、１５０度以上になると多くの人が不快に感じるようになり、より深い調光をすると立ち消えてしまう。無電極電球形蛍光ランプの特性のバラツキにより、位相制御角が１２０度を越えてもちらつかないものもあるが、全てのランプについて確実にチラツキがないようにするためには、電気エネルギー供給不足領域（Ｉ）を位相制御角が１２０度以上の範囲とすることが好ましい。
【００５２】
また、位相制御角が０から１２０度までの間、即ちオン・デュティ比が１００から０になるまでは、図４（ｂ）に示すように、位相制御角が大きくなるに従ってオン・デュティ比が直線的に減少する。つまり、この範囲において、位相制御角とオン・デュティ比とが、傾きが負の略一次関数の関係となっている。そのため、調光器を操作したときに、この範囲において、ランプの発光出力も略位相制御角が大きくなるにつれ、ほぼ線形的に減少するので、ランプの調光が行いやすい。
【００５３】
本実施形態では、電気エネルギー供給不足領域（Ｉ）までの間に、間欠指令信号ｅのオン・デュティ比を０として、無電極蛍光ランプ３を消灯させるため、チラツキや不点灯といった不具合を生じることはない。
【００５４】
なお、単安定マルチバイブレータのオン時間幅ｔは、ｔ＝０．６９３ＲＣ（ＩＣに付加される抵抗ＲとコンデンサＣ）によって自在に設定できるが、このオン時間幅が長い場合、充放電用のコンデンサの電荷が完全に放電され後も電荷の充電が開始されず、のこぎり波ｃのオフ期間（最低電位の期間）が長くなる。このため、のこぎり波ｃと調光指令信号ｄとの差電圧による間欠指令信号のオン期間の調整範囲は狭くなり、その結果、ＭＯＳＦＥＴの駆動期間の調整範囲が狭く、低い調光レベルが実現できなくなる。したがって、単安定マルチバイブレータのオン時間幅は、短ければ短いほど間欠調光指令信号のオン期間の調整範囲を広げることとなる。一方、のこぎり波は電荷の充放電による信号のため、安定したのこぎり波を得るためには、十分な放電時間を設定しなくてはいけない。そのため、例えばのこぎり波の最大出力レベルを約４Ｖとする場合、その放電時間を考慮して、約０．４ｍｓとすることが好ましい。
【００５５】
また、コンパレータ２３の代わりに、ヒステリシスをもつコンパレータを用いると、入力信号がノイズを含んでいる場合でも、不要な出力の反転が行われることがなく、その結果、チラツキが発生しない調光を行うことが可能となる。
【００５６】
以上、本実施形態１の電球形無電極蛍光ランプによれば、調光制御部７が、無電極蛍光ランプ３の点灯が不安定になる前に無電極蛍光ランプ３を消灯させる信号を出力する構成を有しているので、深い調光（低調光）を安定して行うことが可能となる。つまり、電球用調光器などで位相制御された交流電圧のターン・オンを正確に検出し駆動を開始し、かつ蛍光ランプの始動に必要な印加電圧が得られる範囲内で駆動を停止し、チラツキを生じない、スムーズな調光動作を実現することができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、電球形無電極蛍光ランプの形態の構成を示したが、蛍光体を有していない電球形無電極放電ランプの形態にしてもよい。すなわち、殺菌ランプのように放電バルブに蛍光体を塗布しない放電ランプであってもよい。また、用途は、一般照明用に限定されず、例えば紅斑効果やビタミンＤの生成に有効な作用スペクトルを有する健康線ランプや、植物の光合成や形態形成に有効な作用スペクトルを有する植物育成用ランプを点灯するものであっても良い。さらに、図１に示した回路図からも分かるように、本実施形態の構成は、電球形に限らず、無電極蛍光ランプ３と点灯回路４とが別々になっているような放電ランプ点灯装置（無電極放電ランプ点灯装置）であってもよい。
【００５８】
ここで、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプにおいて点灯回路４が無電極蛍光ランプ３に印加する高周波電圧の周波数について簡単に説明する。本実施形態における当該周波数は、実用的に一般的に使用されているＩＳＭ帯の１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚと比べると、１ＭＨｚ以下（例えば、５０〜５００ｋＨｚ）の比較的低い周波数の領域となっている。この低周波数領域の周波数を使用する理由を述べると、次の通りである。まず、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚのような比較的高い周波数領域で動作させる場合、点灯回路（回路基板）内の高周波電源回路から発生するラインノイズを抑制するためのノイズフィルタが大型となり、高周波電源回路の体積が大きくなってしまう。また、ランプから放射または伝播されるノイズが高周波ノイズの場合、高周波ノイズには非常に厳しい規制が法令にて設けられているため、その規制をクリアーするには、高価なシールドを設けて使用する必要があり、コストダウンを図る上で大きな障害となる。一方、１ＭＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の周波数領域で動作させる場合には、高周波電源回路を構成する部材として、一般電子機器用の電子部品として使用されている安価な汎用品を使用することができるとともに、寸法の小さい部材を使用することが可能となるため、コストダウンおよび小型化を図ることができ、利点が大きい。ただし、本実施形態の無電極蛍光ランプは、１ＭＨｚ以下の動作に限らず、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚ等の周波数の領域においても動作させ得るものである。
【００５９】
実施の形態２
次に、図５を参照しながら、本発明の実施の形態２を説明する。本実施形態の放電ランプ点灯装置は、上記実施形態１で示した構成と類似しているが、位相制御された電圧のターン・オンを検出するのこぎり波発生回路２０の構成が上記実施形態１と異なり、本実施形態の構成では、ＩＣを使わず、安価に構成することができる。
【００６０】
図５は、本実施形態における位相制御された電圧のターン・オンを検出する回路を示しており、特に、のこぎり波発生回路２０の構成を示している。なお、上記実施形態１と同一の構成は、同一の符号を付して、重複する説明は省略することとする。
【００６１】
図５に示したのこぎり波発生回路２０は、微分回路２０１とダイオード２０２とトランジスタ２０３とコンデンサ２０４とを有しており、微分回路２０１は、コンデンサと抵抗とから構成されている。当該のこぎり波発生回路２０は、フォトカプラ１９を介して、調光制御信号入力部Ａ１８に接続されており、そして、調光制御信号入力部Ａ１８は調光器２に接続され、調光器２は商用電源１に電気的に接続されている。なお、フォトカプラ１９と微分回路２０１との間に電流増幅のためにトランジスタを配置してもよい。
【００６２】
本実施形態において、微分回路２０１は、位相制御された交流電圧のターン・オンおよびターン・オフに同期したパルス波を発生するフォトカプラ１９のトランジスタのコレクタ端子に接続されている。微分回路２０１の出力端子には、ダイオード２０２のアノード側が接続されており、そして、ダイオード２０２のカソード側には、放電用トランジスタ２０３のベース端子が接続されている。放電用トランジスタ２０３のコレクタ端子とエミッタ端子間には、充放電用コンデンサ２０４が接続されている。さらに、放電用トランジスタ２０３のエミッタ端子には、電位調整用ダイオード２０５が直列に３個接続している。なお、電位調整用ダイオード２０５のアノード端子が放電用トランジスタ２０３のエミッタ端子に接続している。このような構成により、のこぎり波発生回路２０は、位相制御された電圧のターン・オンに同期した、のこぎり波を発生することができる。
【００６３】
以下、本実施形態の動作について簡単に説明する。なお、本実施形態の構成でも、放電ランプの点灯原理は、上記実施形態１の場合と同じであるので、重複した説明は省略する。
【００６４】
フォトカプラ１９からのパルス波により、微分回路２０１の出力信号はパルス波の立上がりと立下りに同期した微分波となり、漏れ電流の低いダイオード２０２を用いることにより立ち上がりに同期した微分波のみが、トランジスタ２０３のベース端子に入力され、前記トランジスタ２０３のコレクタ端子とエミッタ端子間に接続されたコンデンサ２０４は、フォトカプラ１９の立上がりをトリガとして充放電を繰り返し、のこぎり波を発生する構成となっている。そして、放電用トランジスタ２０３のエミッタ端子に、例えば順方向電圧約０．６Ｖの電位調整用ダイオード２０５を３個接続しているので、のこぎり波の最低電位は約１．８Ｖとなって、のこぎり波のベース電圧を底上げできる。また、のこぎり波は、位相制御された電圧のターン・オンの信号をトリガとし充放電を行うため、位相制御された電圧の導通角が変化しても一定の波形を維持する。
【００６５】
本実施形態２の構成にすると、高価なＩＣ部品を使わず、安価な部品で構成することが可能である。本実施形態では、電位調整用ダイオード２０５を３個用いたが、４個以上でもよいし、１個または２個でもよい。また、ダイオードの替わりに定電圧電源を用いてもよい。なお、バッファ回路を付加し、出力インピーダンスを高めればなお良い。
【００６６】
参考形態
図６は、本発明の実施形態と比較のために示す、参考形態としての有電極の放電ランプ点灯装置の回路図である。上述した実施形態１と異なる点は、放電バルブ１７’が有電極であり、この有電極の蛍光ランプ３’を点灯するために負荷共振回路の構成が異なる点だけである。なお、上記実施形態１と同様の構成は、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
本参考形態の構成では、図６に示すように、蛍光ランプ３’、共振用インダクタ１３、共振用コンデンサ１５、共振兼余熱用のコンデンサ１４とによって構成されたＬＣ共振回路が、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子とソース端子間に接続されている。
【００６８】
本参考形態の構成において、ＬＣ共振回路のコンデンサ１４の両端に共振電圧として高電圧が発生すると、放電バルブ１７’内の２つの電極への余熱電流によって電極の温度が上昇し、そして、電極から熱電子が発生しやすくなると、放電バルブ１７’は絶縁破壊を起こし放電を開始する。放電バルブ１７’が放電を始めると共振用インダクタ１５により放電バルブ１７’を流れる電流を制限し安定した放電が維持される。
【００６９】
本参考形態の調光制御部７の構成と動作は、上記実施形態１の場合と同様である。放電ランプ点灯装置の構成を図６のような構成とすることにより、調光が比較的浅いときには、有電極の蛍光ランプを安定して調光点灯できる。しかし、調光が深くなると、電極の予熱が不十分となって電子が放出されないようになり、ある程度の明るさから突然消灯してしまい、スムーズに調光できない。この点が本発明の放電ランプ点灯装置と異なる点である。
【００７０】
本参考形態の放電ランプ点灯装置は、有電極の蛍光ランプ３’を含むものであるため、間欠駆動を行う点灯回路４においては、本参考形態の有電極の蛍光ランプ３’との組み合わせはあまり適しておらず、上記実施形態１及び２の無電極蛍光ランプ３と組み合わせる方がより適している。つまり、間欠駆動はオンオフを繰り返す動作であるので、有電極の蛍光ランプ３’の場合にはその電極の消耗が激しく、寿命が短くなってしまうという問題が生じる。ここで、無電極放電ランプ３の場合には、そもそも電極が存在しないので、そのような問題は生じない。
【００７１】
なお、本発明の上記実施形態１では、調光制御部は７は、ターン・オンとＤＣ／ＡＣ変換部６の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させる信号を出力する構成を有しているが、これは、同期させた方がより良好に調光動作を実行させることができるからである。
【００７２】
図７に示した構成は、間欠駆動の点灯回路４’でありながら、ターン・オンとＤＣ／ＡＣ変換部６の間欠駆動の点灯とのタイミングを同期させることを意図していないものである。上記実施形態１の構成と異なるのは、調光制御信号を発生させ、ＤＣ／ＡＣ変換部（インバータ回路）６に調光指令信号を送る調光制御部７’の構成である。
【００７３】
調光制御部７’は、調光信号発生部７４とＤＣ／ＡＣ変換部６に調光指令信号を送る調光指令信号部１０とで構成されている。トライアックで位相制御された調光器２からの出力は、半端整流器７１を介して半端整流され、その出力電圧（１２０Ｈｚ）と、基準周波数（１２０Ｈｚ）の基準電圧を発生する三角波発生回路７２の出力電圧とが、比較器７３で比較され、比較器７３から周波数が一定で、パルス波状の調光信号が出力される。この調光信号を調光指令信号部１０を介してＤＣ／ＡＣ変換部６に送り、ＤＣ／ＡＣ変換部６のオン時間とオフ時間とを変えて無電極蛍光ランプ３の調光を行った。放電ランプとしては無電極蛍光ランプを用い、インバータ回路のスイッチング周波数ｆ１は２００ｋＨｚとし、スイッチング素子としてはＭＯＳＦＥＴを用いている。
【００７４】
図７に示した構成の実験結果を図８に示す。ここで、図８に示した内容とともに、図７に示した放電ランプ点灯装置の動作と特性についても説明する。
【００７５】
図８は、ａからｄの波形を示す波形図であり、横軸は時間軸であり、その時間軸は各波形図において共通尺度である。
【００７６】
図８中のａは、調光器２で位相制御された電圧の波形を示している。この図からわかるように、調光器２のトライアックの導通角はπに近づいており、したがって、かなり深い調光が行われている。図８のｂは、図８のａのような位相制御された電圧が点灯回路４に入力されたとき、調光制御部７からＤＣ／ＡＣ変換部６に送られる調光指令信号を示している。
【００７７】
図８のａとｂとを比較すると分かるように、ここでは、位相制御電圧のターン・オンと、調光指令信号のターン・オンとは同期が取れていない。すなわち、位相制御電圧がターン・オンした後、調光制御部７からの調光指令信号は時間Δｔだけ遅れてＤＣ／ＡＣ変換部に送られている。ＭＯＳＦＥＴ１１、１２のドレイン電流は、無電極蛍光ランプ３が始動するために大きなエネルギーを必要とし、図８のｃに示すように点灯する瞬間大きな電流が流れる。調光指令信号のターン・オンが、位相制御電圧のターン・オンからΔｔ時間だけ遅れることにより、ＭＯＳＦＥＴ１１、１２のドレイン電流の立ち上がりが遅れ、その分だけ無電極蛍光ランプ３に供給される高周波電力の供給時間が減少し発光時間が短くなるだけでなく、位相制御電圧がターン・オンした直後の位相制御電圧がもっとも高い状態でＤＣ／ＡＣ変換部の駆動が停止しているため、無電極放電ランプの発光出力の低下が大きい。
【００７８】
調光器２によってさらに深い調光をしていくと、ＭＯＳＯＳＦＥＴ１１、１２のドレイン電流が減少し、その結果、無電極蛍光ランプ３に供給される高周波電力が低減し、点灯するか消灯するかの閾状態に近い状態となる。
【００７９】
他の例では、図９のようにずれが生じ、この例でも、同期がとれていないので、同様に、無電極蛍光ランプ３に供給される高周波電力が低減し、点灯するか消灯するかの閾状態に近い状態となる。このような状態では、チラツキや立ち消えが生じ易くなり、また、深い調光を行う場合に、ずれ時間Δｔがあまりに大きくなると、無電極蛍光ランプがまったく点灯できない状態となる。
【００８０】
そのような不安定の状態が存在しても、本発明によれば、調光制御部は、ランプの点灯が不安定になる前にランプを消灯させる信号を出力する構成を有しているので、スムーズな調光を行うことができる。さらに、ここで、同期をとれば、より深い調光にしても不安定の状態が生じにくくすることができるため、それだけ実際の明るさを可変できる範囲（実際の調光の範囲）を広くとることができ、その結果、より優れた、調光可能な無電極放電ランプを実現することができるので好適となる。つまり、上記各実施形態に示した放電ランプ点灯装置（例えば、電球形無電極蛍光ランプ）よれば、調光器により位相制御された電圧を蛍光ランプに入力し、蛍光ランプを調光する場合、位相制御された電圧のターン・オンとＤＣ／ＡＣ変換部６を間欠駆動させるための間欠指令信号のターン・オンのタイミングを同期させ、位相制御された電圧の導通角がπに近づきランプ印加電圧が低下することに起因して放電ランプの点灯が不安定になる前に、蛍光ランプの消灯することができるので、安定な調光動作を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、無電極の放電ランプに適用する場合に有用であり、特に調光器に接続された無電極電球形蛍光ランプをちらつき無しでスムーズに調光させることができる点で産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施形態１にかかる電球形無電極蛍光ランプ（放電ランプ点灯装置）の回路構成図である。
【図２】実施形態１の電球形無電極蛍光ランプの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態１の構成における各種波形を示す波形図である。
【図４】（ａ）は、位相制御角とオン・デュテイ比率との関係を示す波形図であり、図４（ｂ）は、位相制御角ととオン・デュテイ比率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態２にかかる放電ランプ点灯装置の回路構成図である。
【図６】参考形態にかかる放電ランプ点灯装置の回路構成図である。
【図７】非同期タイプの放電ランプ点灯装置の回路構成図である。
【図８】図７に示した放電ランプ点灯装置の各種波形図である。
【図９】図７に示した放電ランプ点灯装置の各種波形図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  電源
２  調光器
３  無電極蛍光ランプ
３'  蛍光ランプ
４  点灯回路
５  ＡＣ／ＤＣ変換部
６  ＤＣ／ＡＣ変換部
７  調光制御部
８  発信部
９  スイッチ回路
１０  駆動回路
１１、１２  ＭＯＳＦＥＴ
１３  共振用インダクタ
１４、１５  共振用コイル
１６  誘導コイル
１７  無電極放電バルブ
１８  調光制御信号入力部A
１９  フォトカプラ
２０  のこぎり波発生回路
２１  調光制御信号入力部B
２２  調光指令信号発生回路
２３  コンパレータ（オペアンプ）
５４  基板
５５  ケース
５６  口金
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2003105541.tif 000013
【図２】
2003105541.tif 000014
【図３】
2003105541.tif 000015
【図４】
2003105541.tif 000016
【図５】
2003105541.tif 000017
【図６】
2003105541.tif 000018
【図７】
2003105541.tif 000019
【図８】
2003105541.tif 000020
【図９】
2003105541.tif 000021
【国際調査報告】
2003105541.tif 000022
2003105541.tif 000023
2003105541.tif 000024
2003105541.tif 000025