(57)【要約】【課題】放電灯点灯初期から寿命末期まで短寿命を防止しながら点灯初期から寿命までのトータルにおいてフィラメントロスを軽減することができ、省エネできる放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具を提供する。【解決手段】放電灯点灯装置１０および照明器具１は、放電灯ＬＡの点灯時にフィラメントに所定の予熱電流を供給する予熱回路１５と、放電灯ＬＡの累積点灯時間を計時する計時手段１８と、放電灯ＬＡの累積点灯時間を記憶する記憶手段１９と、累積点灯時間に応じてランプ電流を増加させる制御手段１７とを備え、ランプ電流の低い時には、予熱電流とランプ電流との合成電流をフィラメントのスポット生成領域で制御し、ランプ電流が高くなるにつれて、合成電流をフィラメントのスポット非生成領域に近づけるように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯の点灯時にフィラメントに所定の予熱電流を供給する予熱回路と、
前記放電灯の累積点灯時間を計時する計時手段と、
前記放電灯の累積点灯時間を記憶する記憶手段と、
前記累積点灯時間に応じてランプ電流を増加させる制御手段とを備え、
前記ランプ電流の低い時には、前記予熱電流と前記ランプ電流との合成電流を前記フィラメントのスポット生成領域で制御し、前記ランプ電流が高くなるにつれて、前記合成電流を前記フィラメントのスポット非生成領域に近づけるように制御する放電灯点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放電灯点灯装置において、
前記ランプ電流の低い時には、前記合成電流を前記フィラメントの前記スポット生成領域で制御し、前記ランプ電流が最大となる時には、前記合成電流を前記フィラメントの前記非生成領域で制御する放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の放電灯点灯装置において、
前記放電灯の先行予熱時と点灯時とで、前記予熱電流の供給量を切り替える手段を備える放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置を備える照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯の点灯時に予熱電流を流す放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、陰極降下電圧検出手段により検出された陰極降下電圧が設定値よりも高いときに一対の電極に与えられる予熱電流を増大させる放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、予熱回路のスイッチング素子のオンおよびオフにより、先行予熱時と点灯時とで予熱電流の供給量を制御する放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、ランプ電流をモニターする手段とランプ識別手段とを有し、複数のランプを識別し、ランプ電流が異なる場合でも、ランプ電流がランプで決まる所定の閾値を下回った場合に、ランプ電流の増加、あるいは、予熱電流を供給する放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８１７３５９号公報（図１、請求項１）
【特許文献２】特開２００３−１６８５８２号公報（図１、請求項１）
【特許文献３】特開２０１０−３５６０号公報（図１、請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、熱陰極型の放電灯の寿命は、フィラメントに塗布してあるエミッタが消耗して無くなった時を指す。このエミッタは放電灯点灯装置を用いて放電灯を点灯させていくうちに徐々に滅少していくものであるが、その減少していく速さは、フィラメント温度と陰極降下電圧に依存することが知られている。
【０００７】
このフィラメント温度と陰極降下電圧とは、放電灯に流れるランプ電流と放電灯のフィラメントに流れるフィラメント電流とに依存するため、点灯時にもランプ電流に応じてフィラメントに電流(以下、常時予熱電流と言う。)を供給し、このランプ電流と常時予熱電流とを加えたトータル電流を調整することによりエミッタの減少していく速さを調整している。このトータル電流は、大きすぎても小さすぎてもエミッタの減少していく速さは大きくなってしまう。
【０００８】
図６にトータル電流に対するフィラメント温度の特性図を示し、図７にトータル電流に対する陰極降下電圧の特性図を示し、図８にトータル電流に対するフィラメント温度と陰極降下電圧との概念図を示す。
図６に示すように、トータル電流の増加に比例してフィラメント電流は上昇する。
図７に示すように、トータル電流の増加に比例して陰極降下電圧は下降する。
【０００９】
図８に示すように、トータル電流が大きすぎる場合（過熱領域）、フィラメントの温度が高くなってしまい、エミッタの蒸発が起こり、エミッタの消耗が激しくなり、放電灯の寿命が短くなる。逆に、トータル電流が小さすぎる場合（スポット生成領域）、陰極降下電圧が高くなり、スパッタリングによるエミッタの飛散が起こり、早期黒化をまねき、短寿命の原因となる。さらに、ランプ電流の小さくなる調光時には、さらに陰極降下電圧が高くなるため、より短寿命となる。これらの現象を考慮して、フィラメント温度および陰極降下気圧が高くならずに適切に予熱できるスポット非生成領域でトータル電流を制御していた。
同じランプ電流で常時予熱電流を変化させた場合（図８中のＡ２点，Ｂ２点）のフィラメント温度は、適切に常時予熱電流を供給した場合には、スポットはなくフィラメント全体が加熱される。小さな常時予熱電流を供給した場合には、スポットが生成される。
【００１０】
このように、前述した特許文献１に記載された放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具は、定常点灯時における常時予熱電流は短寿命の防止には寄与するものの、先行予熱時と点灯時とで、予熱電流を切り替えずに十分に先行予熱電流を流すために、点灯時の常時予熱電流も大きくなってしまい、フィラメントロスが大きくなって出力効率が低下する。
【００１１】
一方、前述した特許文献２に記載された放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具は、予熱回路のスイッチング素子のオンおよびオフにより、先行予熱時と点灯時とで予熱電流の供給量を制御することにより、消費電力を低減させ、省エネルギーを可能にしている。
【００１２】
しかし、前述した特許文献２に記載された放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具は、放電灯を調光する場合に、ランプ電流に応じた最適な常時予熱電流の制御ができない。全調光範囲において、ランプ寿命を重視し、適切にフィラメントを予熱する場合には、ランプ電流の小さい調光時の常時予熱電流を大きくする必要があり、フィラメントロスが大きくなる。
【００１３】
他方、前述した特許文献３に記載された放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具は、スパッタリングによるエミッタ飛散が起こるスパッタ領域から適正領域に近づける制御を行なうことにより、スパッタによる早期黒化を防止し、かつ、点灯時のフィラメントロスの低減を可能にしている。
【００１４】
しかし、前述した特許文献３に記載された放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具は、検出回路を必要とし、常時適正領域で予熱するために、それ以上の省エネを図れない。
【００１５】
本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、放電灯点灯初期から寿命末期まで短寿命を防止しながら点灯初期から寿命までのトータルにおいてフィラメントロスを軽減することができ、省エネできる放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る放電灯点灯装置は、放電灯の点灯時にフィラメントに所定の予熱電流を供給する予熱回路と、放電灯の累積点灯時間を計時する計時手段と、放電灯の累積点灯時間を記憶する記憶手段と、累積点灯時間に応じてランプ電流を増加させる制御手段とを備え、ランプ電流の低い時には、予熱電流とランプ電流との合成電流をフィラメントのスポット生成領域で制御し、ランプ電流が高くなるにつれて、合成電流をフィラメントのスポット非生成領域に近づけるように制御する。
【００１７】
本発明に係る放電灯点灯装置は、ランプ電流の低い時には、合成電流をフィラメントのスポット生成領域で制御し、ランプ電流が最大となる時には、合成電流をフィラメントの非生成領域で制御する。
【００１８】
本発明に係る放電灯点灯装置は、放電灯の先行予熱時と点灯時とで、予熱電流の供給量を切り替える手段を備える。
【００１９】
本発明に係る照明器具は、放電灯点灯装置を備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具によれば、放電灯点灯初期から寿命末期まで短寿命を防止しながら点灯初期から寿命までのトータルにおいてフィラメントロスを軽減することができ、省エネできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る一実施形態の放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具における放電灯点灯装置を具備する照明器具の回路図
【図２】図１の放電灯点灯装置の制御回路の制御図
【図３】図１の放電灯点灯装置の制御回路の制御図
【図４】図１の放電灯点灯装置の制御動作を説明するタイミングチャート
【図５】図１の放電灯点灯装置の常時予熱電流の設定図
【図６】従来の放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具のトータル電流に対するフィラメント温度の特性図
【図７】従来の放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具のトータル電流に対する陰極降下電圧の特性図
【図８】従来の放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具のトータル電流に対するフィラメント温度と陰極降下電圧との概念図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る一実施形態の放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本発明に係る一実施形態の放電灯点灯装置１０および放電灯点灯装置１０を備える照明器具１において照明器具１は、放電灯点灯装置１０と、放電灯ＬＡとを備える。
【００２３】
放電灯点灯装置１０は、整流回路１１と、チョッパ回路１２と、インバータ回路１３と、共振回路１４と、予熱回路１５と、ドライバ１６と、制御回路（制御手段）１７と、カウンタ（計時手段）１８と、記憶回路（記憶手段）１９とを備える。
放電灯点灯装置１０は、入力に交流電源ＶがスイッチＳを介して接続され、出力に放電灯ＬＡが接続される。
【００２４】
整流回路１１は、例えばダイオードブリッジから構成されており、交流電源Ｖから供給された電圧を直流に変換する。
チョッパ回路１２は、チョッパチョークＬ１と、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１と、ダイオードＤ１と、電解コンデンサＣ１とを備え、ドライバ１６によりスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１をスイッチングして直流電圧を昇圧して力率を改善する。
インバータ回路１３は、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２,Ｑ３を備え、ドライバ１６によりスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２,Ｑ３をスイッチングしてチョッパ回路１２から供給された直流電圧を高周波電圧に変換し、バラストチョークＬ２と、コンデンサＣ２,Ｃ３とを備える共振回路１４を介して、放電灯ＬＡへ電力を供給する。この電力の供給により放電灯ＬＡが点灯される。
【００２５】
制御回路１７は、ドライバ１６を介しインバータ回路１３のスイッチング周波数を調整することにより放電灯ＬＡの調光比の制御を行う。また、制御回路１７は、放電灯ＬＡの点灯時間を累積点灯時間として計時する。この計時は一定周期でカウントを行う例えばクロックタイマ等のカウンタ１８のカウント値に基づく。
この累積点灯時間に基づいて、放電灯ＬＡの調光比を制御するが、調光比の決定は、制御回路１７において累積点灯時間と調光比とを関連付けたデータテーブルを用いてもよいし、所定の演算式により算出してもよい。
【００２６】
図２および図３に示すように、放電灯点灯装置１０は、点灯初期の定格より高い余分な光出力を抑え、累積点灯時間に応じて減退する放電灯ＬＡの光束を補うように徐々に調光比を上げていき、出力を略一定に保つように値を決定する。放電灯点灯装置１０が行うこの動作を、以下では初期照度補正動作と呼ぶ。
【００２７】
図１に戻り、制御回路１７は、計時した累積点灯時間を不揮発性の記憶回路１９へ書き込む。累積点灯時間の記憶回路１９への書き込みは随時行ってもよいし、電源のオンオフを検出し、電源のオフ時に行ってもよい。電源投入され、放電灯点灯装置１０が動作を開始する時に、制御回路１７は記憶回路１９から累積点灯時間を読み出し、その値から初期照度補正動作を継続する。
【００２８】
予熱回路１５は、トランスＬ３を有して構成され、トランスＬ３の１次側巻線ｎ１の一端は直流カット用のコンデンサＣ６を介してインバータ回路１３の出力段に接続されている。また、トランスＬ３の２次側には放電灯ＬＡの２つの電極ＬＡ１，ＬＡ２をそれぞれ別個に加熱できるように巻線ｎ２，ｎ３が設けられており、それぞれの電極ＬＡ１，ＬＡ２にコンデンサＣ４，Ｃ５を介して接続されている。また、コンデンサＣ７を介してＭＯＳＦＥＴ等のスイッチンダ素子Ｑ４が設けられており、トランスＬ３の１次側巻線ｎ１の他端とインバータ回路１３の出力段との間に並列に接続されている。
【００２９】
予熱回路１５は、制御回路１７により、スイッチング素子Ｑ４をオンオフすることにより、所定の予熱電流を供給できるように制御している。スイッチング素子Ｑ４がオンの時には、トランスＬ３によって二次側に発生する電圧を電源として放電灯ＬＡの各電極ＬＡ１，ＬＡ２を予熱する。コンデンサＣ４，Ｃ５は、各フィラメントの予熱電流Ｉｆの減流インピーダンスとして機能する。スイッチング素子Ｑ４がオフの時には、矩形波の殆どの電圧をコンデンサＣ７が保持するため、トランスＬ３の二次側には殆ど電圧が発生しない。そのため、放電灯ＬＡの各電極ＬＡ１，ＬＡ２を予熱する電流を抑えることができる。
このような予熱回路１５を構成することにより、スイッチング素子Ｑ４のオン時の電流供給量＞スイッチング素子Ｑ４のオフ時の電流供給量となり、スイッチング素子Ｑ４により予熱電流の供給量を制御することができる。
【００３０】
図４に放電灯点灯装置１０の制御動作を示す。
図４に示すように、放電灯点灯装置１０は、時点Ｔ１において電源投入があると、放電灯ＬＡを始動させるときの先行予熱時にスイッチング素子Ｑ４をオンさせ、その後の時点Ｔ２において、点灯時にスイッチング素子Ｑ４をオフすることにより、大きな予熱電流を必要とする先行予熱時と点灯時とを別々に制御でき、点灯時の常時予熱電流を先行予熱電流に依存せず設定することができる。
【００３１】
前述したように、放電灯ＬＡの寿命を確保するためには、ランプ電流に応じた常時予熱電流を流す必要があり、ランプ電流と常時予熱電流を加えたトータル電流は、大きすぎても小さすぎてもエミッタの減少していく速さは大きくなってしまう。トータル電流が大きすぎる場合（過熱領域）、フィラメントの温度が高くなってしまい、エミッタの蒸発が起こり、エミッタの消耗が激しくなり、放電灯ＬＡの寿命が短くなる。これとは逆に、トータル電流が小さすぎる場合（スポット生成領域）、陰極降下電圧が高くなり、スパッタリングによるエミッタの飛散が起こり、早期黒化を招き、短寿命の原因となる。常時予熱を流せばスポットが生成されない安全なエリア（スポット非生成領域）でフィラメントを予熱することができるが、流せば流すほど、電力ロスが大きくなる。
【００３２】
次に、放電灯点灯装置１０の常時予熱電流の設定について説明する。
図５に示すように、初期照度補正により、累積点灯時間＝０の点灯初期に、放電灯ＬＡを所定の調光比（例えば、７０％）で点灯させ、累積点灯時間に応じて徐々に調光比を上げていき、最終的には調光比１００％で点灯させる。
この調光比１００％で点灯させるときに、図５中のＡ１点において、スポット生成領域とスポット非生成領域との境界付近となるように常時予熱電流を供給する。
【００３３】
このため、放電灯点灯装置１０は、累積点灯時間＝０の点灯初期に、調光比１００％時よりもランプ電流値が小さい。これにより、図５中のＢ２点において、スポット生成領域となる。つまり、点灯初期は短寿命のリスクのあるスポット生成領域で制御することになるが、累積点灯時間が増えるに従い、安全なスポット非生成領域に近づくようになる。点灯初期は短寿命のリスクがあるが、エミッタが豊富であるため、リスクは軽減される。これとは逆に、エミッタの少ない寿命末期時には、スポットが生成されない安全な領域で放電灯を点灯させることができる。
【００３４】
このように、放電灯点灯装置１０は、短寿命のリスクを軽減しながら、放電灯ＬＡの寿命トータルにおいて、フィラメントでの電力ロスが軽減されることになり、省エネを図ることができる。
なお、放電灯点灯装置１０においては、寿命末期の調光比１００％時はスポット非生成領域で制御するようにしたが、トータル電流の低い側で制御することにより、さらに省エネできる。
【００３５】
以上、説明した本発明に係る一実施形態の放電灯点灯装置１０は、ランプ電流の低い時には、予熱電流とランプ電流との合成電流をフィラメントのスポット生成領域で制御し、ランプ電流が高くなるにつれて、合成電流をフィラメントのスポット非生成領域に近づけるように制御することにより、簡単な回路構成で、短寿命のリスクを調光比に合わせて軽減でき、放電灯ＬＡの寿命を確保しながら省エネできる。
【００３６】
また、本発明に係る一実施形態の放電灯点灯装置１０は、ランプ電流の低い時には、合成電流をフィラメントのスポット生成領域で制御し、ランプ電流が最大となる時には、合成電流をフィラメントの非生成領域で制御することにより、放電灯ＬＡの長寿命化を図り、省エネできる。
【００３７】
そして、本発明に係る一実施形態の放電灯点灯装置１０は、放電灯ＬＡの先行予熱時と点灯時とで、予熱電流の供給量を切り替えることにより、先行予熱電流に制限されることなく、放電灯ＬＡの短寿命を防止しながら、省エネできる。
【００３８】
本発明に係る一実施形態の照明器具１は、放電灯点灯装置１０により簡単な回路構成で、短寿命のリスクを調光比に合わせて軽減でき、放電灯ＬＡの寿命を確保しながら省エネできる。
【００３９】
なお、本発明の放電灯点灯装置および放電灯点灯装置を備える照明器具は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  照明器具
１０  放電灯点灯装置
１５  予熱回路
１７  制御回路（制御手段）
１８  カウンタ（計時手段）
１９  記憶回路（記憶手段）
ＬＡ  放電灯
【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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