(57)【要約】【課題】フィラメントの種類に制限を受けることが少なく、したがって、測定が簡単な放電灯の状態判定方法を提供することを目的とする。【解決手段】ランプ電圧が急激に低下して予め設定された所定値にまで低下したことを電圧検出手段９が検出すると、このときのフィラメント電圧検出手段５の検出値および定電流源である電源３の電流値からフィラメントの温抵抗値（Ｒｈ）が求められる。そして、この温抵抗値（Ｒｈ）と予め測定されている冷抵抗値（Ｒｃ）との比（Ｒｈ/Ｒｃ）が求められる（図２）。寿命末期状態のフィラメントで同様に試験した場合を図３に示す。この（Ｒｈ/Ｒｃ）が急激に上昇するという現象は、フィラメントの仕様にかかわらずエミッタ表面積のある程度以上に減少すると生じることを本発明者は究明した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱陰極形の放電灯のフィラメントを予熱するステップと；
一対のフィラメント間に微少な放電電流を流す放電を生成するステップと；
放電灯のランプ電圧が予め設定した所定値に低下することを検知するステップと；
ランプ電圧が低下したときのフィラメント抵抗値を検出するステップと；
フィラメント抵抗値に応じて放電灯の劣化状態を判定するステップと；
を具備したことを特徴とする放電灯の状態判定方法。
【請求項２】
熱陰極形の放電灯にフィラメント予熱電力および点灯電力を供給可能な出力可変の点灯装置と；
フィラメントの抵抗値を検出する抵抗検出手段と；
放電灯のフィラメントを予熱するとともに微少な放電電流を流すように点灯装置の出力を制御し、かつ、この制御期間中のランプ電圧を検知し、ランプ電圧が予め設定した所定値に低下したときのフィラメント抵抗値に応じて放電灯の劣化状態を判定する制御手段と；
を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御手段は、フィラメントの冷抵抗値と放電電圧が予め設定した所定値に低下したときのフィラメント抵抗値との比に応じて放電灯の劣化状態を判定する請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御手段は、放電灯の劣化状態に基づき累積点灯時間を推定することを特徴とする請求項２または３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
照明器具本体と；
照明器具本体に装着された熱陰極形の放電灯と；
放電灯を点灯する請求項２〜４のいずれか１記載の放電灯点灯装置と；
を具備したことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントの状態から放電灯の劣化状態を判定する方法、熱陰極形の放電灯を点灯する放電灯点灯装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱陰極形の放電灯は、そのほとんどがフィラメントのエミッタが枯渇することにより寿命に至る。エミッタが無くなった放電灯を継続点灯すると、フィラメントが過度に温度上昇し、発光管端部のステムが溶融したり発光管が破損したりすることがある。このような場合、放電灯が器具から落下する事故につながる心配もある。
【０００３】
また、エミッタが無くなった放電灯を継続点灯すると、点灯装置にとって過負荷になり、点灯装置が破損することもある。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、本願出願人は、放電灯が寿命に近づいたことを上述のような問題が生じる前に判定できる放電灯点灯装置を提案した（特許文献１）。
【０００５】
また、放電灯の寿命を非破壊で検査する方法も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−２２１０２７号公報
【特許文献２】特許第３３１４４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、冷抵抗値（Ｒｃ）と予熱後の温抵抗値（Ｒｈ）との比（Ｒｈ/Ｒｃ）が予め設定された所定値に達するまでの時間が、予め設定された許容最小時間未満であれば寿命末期と判断するものである。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のものでは各種の放電灯に対応することが困難という点で十分ではなかった。すなわち、一種の点灯装置で点灯される放電灯の種類は一種類ではないことが多い。例えば、近時の蛍光ランプ点灯装置として、ＦＬ４０、ＦＬＲ４０、ＦＨＦ３２といった複数種の蛍光ランプを点灯対象とするものがある。また、ＦＬ４０であってもメーカーによってフィラメント設計が異なる。このため、冷抵抗値（Ｒｃ）と予熱後の抵抗値（Ｒｈ）との比（Ｒｈ/Ｒｃ）は、放電灯の種類、メーカーによって異なる。しかしながら、特許文献１のものでは、予めフィラメントの仕様（温抵抗値Ｒｈとエミッタ残存量との関係等）が分かっていないと対応できないため、各種のフィラメントの寿命末期を適切に判断することが困難である。
【０００８】
特許文献２の方法は、フィラメントのエミッタのエネルギー収支計算を行うことにより消失したエミッタ量を測定するものである。
【０００９】
しかし、特許文献２のものは、フィラメントのエミッタの消失量を測定できるだけで、フィラメントの寿命ひいては放電灯の寿命を推定することはできないものであった。すなわち、初期のエミッタ量が不明であるため、エミッタの消失量を測定できたとしてもフィラメントが寿命状態であるかを判定することは不可能であった。初期のエミッタ量を測定しておくとしても、測定自体が容易ではないし、仮に測定可能であっても、前述のように、フィラメント個々の仕様により初期のエミッタ量が異なることになるから、仕様の異なるフィラメントを有する放電灯毎に基準値となる初期のフィラメントの測定を行わなければならないという問題がある。
【００１０】
本発明は、フィラメントの種類に制限を受けることが少なく、したがって、測定が簡単な放電灯の状態判定方法を提供することを目的とする。  
【００１１】
また、本発明は、放電灯の種類等に制限を受けることが少なく、放電灯の劣化状態判定または累積点灯時間を推定できる放電灯点灯装置および照明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】
【００１２】
請求項１記載の放電灯の状態判定方法は、熱陰極形の放電灯のフィラメントを予熱するステップと；一対のフィラメント間に微少な放電電流を流す放電を生成するステップと；放電灯のランプ電圧が予め設定した所定値に低下することを検知するステップと；ランプ電圧が低下したときのフィラメント抵抗値を検出するステップと；フィラメント抵抗値に応じて放電灯の劣化状態を判定するステップと；を具備したことを特徴とする。
【００１３】
請求項１記載の放電灯の状態判定方法および以下に記載の放電灯点灯装置は、原理的にはフィラメントからの熱電子電流が十分に得られるようになった時点のフィラメント温度に応じてエミッタの損耗程度ひいては放電灯の劣化状態を判定するものである。すなわち、フィラメントを予熱すると熱電子が放出されるようになるが、エミッタの損耗程度が軽度の状態では、約６００℃以上に熱せられると、放電灯がアーク放電するのに十分な熱電子電流が放出されることが知られている。このときの熱電子電流はリチャードソンダッシュマンの式によれば、数ｍｍＡである。
【００１４】
このようなアーク放電に十分な熱電子電流を放出するフィラメントの温度は放電灯の寿命中あまり変化しないが、寿命末期に近づくと（エミッタの損耗が重度になると）今まで以上に加熱しないと十分な熱電子電流を得られないことが分かった。この理由としては、エミッタの損耗によりエミッタが残存しているフィラメントの表面積が小さくなるため、その分温度を高くする必要があると考えられる。
【００１５】
したがって、アーク放電に十分な熱電子電流が放出される時点のフィラメントの温度を検知できれば、放電灯の劣化状態（エミッタの損耗程度）を判定できるのである。しかし、熱電子電流やフィラメント温度を直接検知することは、量産され低コスト化が要求される放電灯点灯装置では非常に困難である。
【００１６】
本発明は、熱電子電流が放出される時点をランプ電圧により、また、フィラメント温度をフィラメントの抵抗値により間接的に検知することによって、上記判定を実現したものである。
【００１７】
なお、本発明および以下の発明において、熱陰極形の放電灯のフィラメントを予熱するステップと、一対のフィラメント間に微少な放電電流を流す放電を生成するステップとの順序は、どちらが先でもあるいは同時でもよい。また、フィラメント抵抗値に応じて放電灯の劣化状態を判定するとは、ランプ電圧が低下したときのフィラメント抵抗値そのものであってもよいし、ランプ電圧が低下したときのフィラメント抵抗値（温抵抗値Ｒｈ）と予め測定したあるいは判定のための試験に先立ち測定した抵抗値（冷抵抗値Ｒｃ）との比に応じるものであってもよい。
【００１８】
また、ランプ電圧が低下したことを検知するための所定値は、ランプ電圧が急激に低下したことを検知できればよく厳密な境界を設定する必要はない。
【００１９】
請求項２記載の放電灯点灯装置は、熱陰極形の放電灯にフィラメント予熱電力および点灯電力を供給可能な出力可変の点灯装置と；フィラメントの抵抗値を検出する抵抗検出手段と；放電灯のフィラメントを予熱するとともに微少な放電電流を流すように点灯装置の出力を制御し、かつ、この制御期間中のランプ電圧を検知し、ランプ電圧が予め設定した所定値に低下したときのフィラメント抵抗値に応じて放電灯の劣化状態を判定する制御手段と；を具備したしたことを特徴とする。
【００２０】
なお、請求項２記載の発明および以下の発明おいて、用語の定義または技術的意味はつぎのとおりである。熱陰極形の放電灯とは、予熱形のフィラメントを有するものであり、用途としては一般照明用、殺菌用、装飾用等どのようなものでもよく、形状的にはし直管形、円形、角形、いわゆるコンパクト形と称されるもの等どのようなものでもよい。
【００２１】
点灯装置は鉄・銅式のものでも電子式のものでもよいが、出力の変化を容易に行える点で電子式のものが有利である。例えば、高周波でスイッチングするスイッチング装置と共振回路とを備えたインバータ式のものは、スイッチング周波数やスイッチングのオンデューティ、あるいは入力の直流電圧値を変化させることにより、容易に出力値を変化することが可能である。しかし、本発明がインバータ式のものに限定されるものではなく、上記の鉄・銅式またはその他の形式のものであっても出力を本発明が規定するように変化できるものであればよい。
【００２２】
抵抗検出手段は、抵抗値を検出できるものであればどのようなものでもよい。実施上コストの点で最も有利なのは、フィラメント電流検出手段およびフィラメント両端間電圧検出手段の検出値からフィラメント抵抗値を算出することである。この場合、両検出値をそれぞれアナログ／デジタル変換し、ＩＣ、マイコン、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で演算処理させることができる。
【００２３】
放電灯に微少な放電電流を流すのは、放電灯がグロー放電している期間は陰極降下電圧が大きいため、大きい放電電流を流すと電力損失が大きくなりかつエミッタの損耗が大きくなるためである。微少の程度については、前記ＦＬ４０クラスの放電灯では１０ｍＡ以下、好ましくは５ｍＡ以下である。一般的には定格ランプ電流の数１０分の１〜数１００分の１である。また、微少電流を間欠的に流すようにしてもよいし、フィラメントが予熱によりある程度温度上昇してから流すようにしてもよい。さらに、本発明による寿命判定も始動毎ではなく、数回に１回とか数１０回に１回というように間欠的に行うのが好ましい。このようなきめ細かい制御を行わせるには、上記のマイコン、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いるのが好適である。
【００２４】
請求項２の発明は、放電灯のフィラメントを予熱するとともに一対のフィラメント間に絶縁破壊電圧を印加して放電させ、微少な放電電流を流す。初期にあってはフィラメントが十分に加熱されていないため熱電子の放出が不十分で、ランプ電圧も大きい。フィラメントの温度が次第に上昇し十分な熱電子放出温度に達すると、熱電子が放出され、ランプ電圧は急激に低下する。そして、ランプ電圧が予め設定した所定値になると、そのときのフィラメント抵抗値を検出する。この検出値に応じて放電灯の劣化状態を判定する。例えば、フィラメントの抵抗値が所定値以上の場合には、放電灯が寿命と判定して、点灯装置の作動を停止する。しかし、劣化状態の判定結果に基づいて、放電灯の累積点灯時間を推定するようにしてもよい。
【００２５】
請求項３に記載の放電灯点灯装置は、請求項２記載の発明において、制御手段が、フィラメントの冷抵抗値と放電電圧が予め設定した所定値に低下したきのフィラメント抵抗値との比に応じて放電灯の劣化状態を判定することを特徴とする。
【００２６】
本発明は、フィラメントの冷抵抗値と放電電圧が予め設定した所定値に低下したきのフィラメント抵抗値との比に応じて放電灯の劣化状態を判定するから、フィラメントの仕様、バラツキによる判定誤差を一層小さくできる。この場合、判定の度に冷抵抗値を測定するようにすると、周囲温度の影響を加味できてさらに判定精度を向上できる。
【００２７】
請求項４に記載の放電灯点灯装置は、請求項２または３記載の発明において、制御手段が、放電灯の劣化状態を判定した結果に基づき累積点灯時間を推定することを特徴とする。
【００２８】
累積点灯時間とは、放電灯が実際に点灯された時間の合計時間を意味する。累積点灯時間は放電灯の出射光束の減少と密接に関係する。近時、放電灯の初期時の光出力を抑えておき、累積点灯時間の経過とともに光出力を増加させることによって、光出力を放電灯の寿命中略一定化する点灯装置が採用されている。この場合、累積点灯時間を計測する手段としてはタイマが一般的であるが、格別なタイマが必要であり、また、ランプ交換毎にタイマをリセットするための手段が必要であるという問題があった。
【００２９】
本発明は、フィラメントの状態により累積点灯時間を推定するものであり、格別なタイマ、タイマのリセット手段が不要である。
【００３０】
また、請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか１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放電灯を配設された照明器具本体とを備えた照明装置である。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１によれば、フィラメントの仕様にかかわらず放電灯の劣化状態を判定可能な放電灯の状態判定方法を提供できる。
【００３２】
請求項２ないし４記載の発明によれば、放電灯の種類によらず放電灯の劣化状態を判定が容易な放電灯点灯装置を提供できる。  
【００３３】
請求項５記載の発明によれば、２ないし４記載の発明の放電灯点灯装置を備えた照明装置を提供できる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明による放電灯の状態判定方法の第１の実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。図１は試験回路の構成を示す回路図、図２および図３は時間とランプ電圧、フィラメント抵抗値との関係を示す図、図４はフィラメントおけるエミッタ塗布面積とフィラメント抵抗値との関係を示す図である。
【００３５】
試験回路は、熱陰極形の放電灯１の一方のフィラメント２にフィラメント予熱電流を流すための電源３を備えている。電源３は例えば定電流電源である。４は電源３の入り切りを制御するスイッチ、５はフィラメント２両端間の電圧を検出する電圧検出手段である。
【００３６】
また、放電灯１の両端間には放電灯１に微少電流を流してグロー放電を生成させるための電源６例えば定電圧電源がスイッチ７および限流用の抵抗を介して設けられている。９は放電灯１のランプ電圧を検出するための電圧検出手段である。
【００３７】
本試験回路において、まず、スイッチ４を閉成してフィラメント２の予熱を開始する。ついで、スイッチ７を閉成して放電灯１をグロー放電させ、微少な放電電流を流す。この間、各電圧検出手段５、９はそれぞれフィラメント電圧、ランプ電圧を検出している。
【００３８】
フィラメント２が予熱により温度上昇すると、熱電子を放出するようになり、例えば図２に示すように放電電圧（ランプ電圧）が急激に低下する。なお、図２および図３において、横軸は時間、左側の縦軸は放電電圧（ランプ電圧）、右側の縦軸はフィラメント２の冷抵抗値（Ｒｃ）と温抵抗値（Ｒｈ）との比（Ｒｈ/Ｒｃ）を示している。図２はフィラメント２が初期状態の場合の試験結果を示し、図３はフィラメントのエミッタ残量がわずかで寿命末期状態の場合の試験結果を示している。
【００３９】
ランプ電圧が急激に低下して予め設定された所定値（例えば２００Ｖ）にまで低下したことを電圧検出手段９が検出すると、このときのフィラメント電圧検出手段５の検出値および定電流源である電源３の電流値からフィラメントの温抵抗値（Ｒｈ）が求められる。そして、この温抵抗値（Ｒｈ）と予め測定されている冷抵抗値（Ｒｃ）との比（Ｒｈ/Ｒｃ）が求められる。図２の初期状態のフィラメントの場合約３であった。
【００４０】
一方、寿命末期状態のフィラメントで同様に試験した場合は、図３に示すように、（Ｒｈ/Ｒｃ）は約５であった。
【００４１】
以上のような試験をフィラメントのエミッタ量（タングステン等フィラメント基材上のエミッタ表面積）を変化させて行い、（Ｒｈ/Ｒｃ）との関係を求めたのが図４である。図４から明らかなように、エミッタ表面積が減少していくと、ある時点から（Ｒｈ/Ｒｃ）が急激に上昇していくことが分かった。この（Ｒｈ/Ｒｃ）が急激に上昇するという現象は、フィラメントの仕様にかかわらずエミッタ表面積のある程度以上に減少すると生じることを本発明者は確認した。
【００４２】
したがって、この放電灯の状態判定方法によれば、フィラメントの種類ひいては放電灯の種類によらず劣化状態を判定できる。
【００４３】
つぎに、本発明による放電灯点灯装置の一実施形態を図５を参照して説明する。図５は放電灯点灯装置の一実施形態を示す回路図である。
【００４４】
直流電源装置２０にハーフブリッジ形の高周波インバータ回路からなる点灯装置２１が接続されている。点灯装置２１は、スイッチング素子として、１対のＭＯＳ型ＦＥＴ２２、２３の直列回路を前記直流電源装置２０に接続している。これら１対のＦＥＴ２２、２３は駆動手段２４からの信号に応じて交互にオンオフして直流電源装置２０の出力電圧をスイッチングする。一方のＦＥＴ２３のドレイン・ソースと並列に、直流カットコンデンサ２５、共振および限流用のインダクタ２６および蛍光ランプである熱陰極形の放電灯２７の直列回路が接続されている。放電灯２７の非電源側の一対のフィラメント間には共振および始動用のコンデンサ２８が接続されている。前記インダクタ２６と共振用のコンデンサ２８とは直列共振回路を形成し、高周波のスイッチング出力を供給されて、共振電圧を出力する。したがって、直列共振回路はスイッチング周波数に応じて出力を変化可能である。
【００４５】
そして、一方のフィラメントにはフィラメントの電圧を検出するフィラメント電圧検出手段３０が設けられ、非電源側の一対のフィラメント間にはフィラメントに流れる電流を検出する電流検出手段３１が設けられている。また、放電灯２７と並列にはランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段３２が設けられている。これら検出手段３０、３１、３２の出力はアナログ/デジタル変換器３３に入力され、このアナログ/デジタル変換器３３の出力は演算手段３４に入力されるようになっている。
【００４６】
演算手段３４は、ＩＣ、マイコン、デジタルシグナルプロセッサ等によって構成されており、演算部３４ａ、記憶部３４ｂ、計時部３４ｃ、インターフェイス３４ｄを有している。そして、演算手段３４は、前記各検出手段３０、３１、３２の出力を演算して、フィラメント抵抗値を求めるとともに記憶する。したがって、本実施形態においては、抵抗検出手段はフィラメント電圧検出手段３０、電流検出手段３１および演算手段３４によって形成されている。
【００４７】
また、演算手段３４は、点灯装置２の駆動手段２４を制御してその出力信号の周波数を変化させる機能を備えている。
【００４８】
つぎに本実施形態の作用を説明する。まず、熱陰極形の放電灯２７のフィラメントを予熱しつつ放電灯２７の一対のフィラメント間に微少な放電電流を流す放電を生成させるように点灯装置２の出力を制御する。そして、フィラメントが上昇して熱電子を放出すると、放電灯２７のランプ電圧は図２に示す傾向と同様に急激に低下する。このようなランプ電圧はランプ電圧検出手段３２によって検出され演算手段３４に入力される。電圧検出手段３２が放電灯２７のランプ電圧が急激に低下したことを検出すると、演算手段３４はその時点のフィラメント抵抗値を演算する。すなわち、フィラメント電圧値をフィラメント電流値で除算することによりフィラメント抵抗値を求める。そして、フィラメント抵抗値がいくつかに応じて放電灯２７の劣化状態を判定する。本実施形態においては、ランプ電圧が急激に低下したときの温抵抗値（Ｒｈ）と予熱を開始する以前のあるいは予熱開始時点の冷抵抗値（Ｒｃ）との比（Ｒｈ）/（Ｒｃ）に応じて劣化状態を判定するようにしている。
【００４９】
劣化状態の判定結果に基づき、例えば放電灯２７が寿命と判定されれば、点灯装置２１の作動を停止してすなわち駆動手段２４の出力を停止して、放電灯２７を始動点灯させない。
【００５０】
また、放電灯２７が寿命末期ではないが、累積点灯時間をに応じて光出力が低下していると判定された場合には、駆動手段２４の出力を制御して光出力低下分を補償するように点灯装置２１の出力を制御する。
【００５１】
つぎに、本発明による照明装置の一実施形態を図６を参照して説明する。図６の場合、照明装置は天井直付形の照明器具である。６０は照明器具本体、６１は照明器具本体６０に設けられたソケット、６２は反射板、６３はソケット６１に装着された熱陰極形の放電灯、６４は照明器具本体６０に内蔵された放電灯点灯装置である。
【００５２】
このような構成の照明装置は、フィラメントひいては放電灯６３の寿命末期あるいは累積点灯時間を推定でき、これにより、寿命末期状態の放電灯６３を継続点灯することによる不都合の発生や不意の消灯といったことが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による放電灯の状態判定方法の一試験回路の構成を示す回路図
【図２】同試験結果の時間とランプ電圧、フィラメント抵抗値との関係を示す図、
【図３】同試験結果の時間とランプ電圧、フィラメント抵抗値との関係を示す図
【図４】図４はフィラメントおけるエミッタ塗布面積とフィラメント抵抗値との関係を示す図
【図５】本発明による放電灯点灯装置の一実施形態を示す回路図
【図６】本発明による照明装置の一実施形態を示す斜視図
【符号の説明】
【００５４】
１…直流電源、２…高周波インバータ回路、３，４…ＭＯＳ型ＦＥＴ、６…インダクタ、７…放電灯、８…第２のキャパシタ、１３…ＣＰＵ、１８…メモリ、２１…正弦波電圧源、２２…三角波信号源、２３…コンパレータ。
【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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