(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させる制御手段とを備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えないように予熱手段を制御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】
検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えないように予熱手段を制御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４】
検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えないように予熱手段を制御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５】
熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば始動手段を制御して放電灯の印加電圧を上昇させる制御手段とを備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項６】
検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた分Δρに対して始動時の印加電圧をΔＶ＝ＬｓΔρ／２ε0だけ上昇させるように始動手段を制御することを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた分ΔＴに対して始動時の印加電圧をβ(＝１０ΔT/112))倍とするように始動手段を制御することを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた分Δαに対して始動時の印加電圧をγ(＝１０2Δα)倍とするように始動手段を制御することを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項９】
熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば始動手段を制御して負の空間電位に相当する電圧を放電灯の印加電圧に重畳させる制御手段とを備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１０】
検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ρ／６ε0−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ε0ｓＶ0／Ｌρ)1/2)を加えるように始動手段を制御することを特徴とする請求項９記載の放電灯点灯装置。
【請求項１１】
検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓ、係数Ｆ(T)＝１．７４×１０-3exp(１．４７×１０-2Ｔ)としたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2Ｆ(T)／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／ＬＦ(T))1/2)を加えるように始動手段を制御することを特徴とする請求項９記載の放電灯点灯装置。
【請求項１２】
検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓ、係数ｆ(α)＝１．７４×１０-3exp(１．４７＋３．０６α)としたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ｆ(α)／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／Ｌｆ(α))1/2)を加えるように始動手段を制御することを特徴とする請求項９記載の放電灯点灯装置。
【請求項１３】
熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば放電灯に微放電を発生させる微放電発生手段とを備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１４】
検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた場合に微放電を発生させることを特徴とする請求項１３記載の放電灯点灯装置。
【請求項１５】
検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた場合に微放電を発生させることを特徴とする請求項１３記載の放電灯点灯装置。
【請求項１６】
検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた場合に微放電を発生させることを特徴とする請求項１３記載の放電灯点灯装置。
【請求項１７】
熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段とを備えた放電灯点灯装置の始動方法であって、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出し、負の空間電位が形成されたことを検出すれば予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させた後に始動手段により放電灯に高電圧を印加して始動することを特徴とする放電灯点灯装置の始動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置及びその始動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、熱陰極放電灯たる蛍光灯の始動に関しては、初期電子を確保するとともに自続放電への移行時に電極がイオン衝撃でダメージを受けないように、始動前に電極を先行予熱している。一般には、この先行予熱時に電極温度を８００℃程度以上にすることで始動時のイオン衝撃のダメージによる短寿命化は起らない、といわれている。先行予熱のための電流及び予熱時間は蛍光灯の種類（あるいはワット数）によって異なっている。また、先行予熱により電極の温度が高くなりすぎると電極に塗布された熱電子放射物質（エミッタ）が蒸発してなくなるので、これを防ぐために先行予熱時の最大電流も定められている。このように先行予熱時はエミッタの保護という観点で電極への入力が制限されているが、従来、電子を放出しすぎた場合に関しての制約条件はなく、もちろん予熱終了後に始動電圧印加までの過渡時間に関しての制約も一切設けられていない。
【０００３】
そこで、先行予熱時あるいは先行予熱後の蛍光灯が始動するまでの過渡時間中に電極温度が上昇しすぎて電子が多く放出された場合（もちろん寿命に関しては問題を与えない条件で）について考察してみる。
【０００４】
まず始動前に電子が電極近傍に存在した場合、それによって生ずる電位の影響を考える。ここで、簡単化のために図１６に示すようなモデルを考える。図１６において、直管形の蛍光灯３における電極間距離をＬとし、一方の電極から距離ｓの空間に電子が存在しているとする。また、電子密度は電極から離れるに連れて直線的に減少しているとすると、このモデルの電位分布を中心軸に沿って一次元で解くと、以下の様になる。なお、一方の電極を原点としたときの中心軸に沿った距離（座標）をｘ（０≦ｘ≦Ｌ）とし、境界条件を、電極（ｘ＝０，Ｌ）における電位Ｖは各々０とＶ0、ｘ＝ｓ及びｘ＝Ｌ−ｓで電界が連続、ｘ＝０，Ｌにおける電子密度がｎ0、真空の誘電率をε0とする。
【０００５】
ポアソンの方程式より、∇2Ｖ＝−ρ／ε0
ここで、電荷密度ρ＝−ｅｎ(x)
ｎ(x)＝ｎ0(1-x/s)        （０≦ｘ≦ｓのとき）
ｎ(x)＝０                （ｓ≦ｘ≦Ｌ−ｓのとき）
ｎ(x)＝ｎ0(x-L＋s)／ｓ    （Ｌ−ｓ≦ｘ≦Ｌのとき）
ここで、ρc＝ｅｎ0／ε0とすると、上記各式は以下のように表せる。
【０００６】
∇2Ｖ＝ρc(1-x/s)        （０≦ｘ≦ｓのとき）
∇2Ｖ＝０                （ｓ≦ｘ≦Ｌ−ｓのとき）
∇2Ｖ＝ρc(x-L＋s)／ｓ    （Ｌ−ｓ≦ｘ≦Ｌのとき）
上記方程式を与えられた境界条件で解くと、
Ｖ(x)＝−ρcｘ3／６ｓ＋ρcｘ2／２＋(Ｖ0／Ｌ−ｓρc／２)ｘ
（０≦ｘ≦ｓのとき）
Ｖ(x)＝Ｖ0ｘ／Ｌ−ｓ2ρc／６
（ｓ≦ｘ≦Ｌ−ｓのとき）
Ｖ(x)＝ρcｘ3／６ｓ＋(Ｌ−ｓ)ρcｘ2／２ｓ＋(Ｖ0／Ｌ−(Ｌ−ｓ)2ρc／２ｓ)ｘ−ρc(Ｌ3／６ｓ−Ｌ(Ｌ−ｓ)／２)
（Ｌ−ｓ≦ｘ≦Ｌのとき）
よって、ｘ＝ｓ及びｘ＝Ｌ−ｓでの電位Ｖ(s)，Ｖ(L-s)は各々以下のようになる。
【０００７】
Ｖ(s)＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ρc／６
Ｖ(L-s)＝Ｖ0(Ｌ−ｓ)／Ｌ−ｓ2ρc／６
ここで、０≦ｘ≦ｓの領域について考える。この領域での電位Ｖ(x)は以下の式で表される。
【０００８】
Ｖ(x)＝−ρcｘ3／６ｓ＋ρcｘ2／２＋(Ｖ0／Ｌ−ｓρc／２)ｘ
上式をｘで微分すると下式が得られる。
【０００９】
Ｖ'(x)＝−ρcｘ2／２ｓ＋ρcｘ＋(Ｖ0／Ｌ−ｓρc／２)
＝−ρc／２ｓ｛ｘ−(ｓ−(２ｓＶ0／Ｌρc)1/2)｝｛ｘ−(ｓ＋(２ｓＶ0／Ｌρc)1/2)｝
ここで、ｓ＋(２ｓＶ0／Ｌρc）1/2＞０は常に成立しているので、（１）ｓ−(２ｓＶ0／Ｌρc）1/2＜０、（２）０＜ｓ＋(２ｓＶ0／Ｌρc）1/2＜ｓの２つの場合で電位分布が異なることとなる。
【００１０】
上記（１）の場合には図１７に示すように、陰極（ｘ＝０の位置に存在）の近傍に負の電位は存在しないが、（２）の場合には図１８に示すように、陰極近傍の空間電荷のために、陰極の前面に電位の谷が生じている。なお、図１８（ｂ）の負の区間電荷の電圧Ｖmin，電極からの距離ｘminは以下に示すとおりである。
【００１１】
ｘmin＝ｓ−(２ｓＶ0／Ｌρc)1/2
Ｖmin＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ρc／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／Ｌρc)1/2
上記電圧Ｖminを実際に計算により求める。そのためには電荷密度ρcを求める必要があるから、これについては以下で説明する。
【００１２】
まず、電極から放出される電子数を計算する。陰極からの放出電流密度ｊはリチャードソンの式より
ｊ＝ＡＴ2exp(−ｅΦ／ｋＴ)
Ａ＝O.18［Ａ／cm2Ｋ2］、Φ＝２．６Ｖ（出典：Dr.Phil.S.WAGENER,THE OXIDE-COATED CATHODE,VOLUME TWO,P103,P167）
ボルツマン定数ｋ＝１．３８×１０-23［Ｊ／Ｋ］，電子電荷（電気素量）
ｅ＝１．６０×１０-19［Ｃ］
ここで係数Ａと仕事関数Φの値は酸化バリウムに関してのものである。実際はエミッタにカルシウムやストロンチウムが含まれているために上記数値は若干異なるし、また仕事関数Φは経時的に若干変化するが、代表的な値を用いて計算を行っている。ここで、ｊ＝ｅｎ0(３ｋＴ／ｍe)1/2、ρc＝ｅｎ0／ε0であり、電子の質量ｍe＝９．１１×１０-31［Ｋｇ］、Ｔ［Ｋ］は電極温度である。これらに基づいて実際に計算を行なう。そのためには蛍光灯３のランプ長さＬと電子の存在領域ｓが必要である。今回一例として計算には、基本的に細管の蛍光灯（例えば、ＪＩＳ  Ｃ７６０１のスリムライン形蛍光ランプ）のスペックを想定し、Ｌ＝７０［ｃｍ］、ｓ＝１［ｃｍ］の値を利用した。また、始動時に電極間に印加する電圧（始動電圧）をＶ0＝８００［Ｖ］とした。この条件で、ｘmin＝ｓ−(２ｓＶ0／Ｌρc)1/2＞０となるには、ρc＞２Ｖ0／Ｌｓ＝２．２９×１０5でなければならない。この範囲における電極温度と電子電流密度ｊ、陰極近傍の電子密度ｎ0、並びに電荷を真空の誘電率ε0で除したρc（＝ｅｎ0／ε0）を算出した結果を下記の表に示す。なお、計算は全てＭＫＳＡ単位系で行った。
【００１３】
【表１】
0003978967.tif 000002
【００１４】
次に上記条件でＶminを算出する。
【００１５】
Ｖmin＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ρc／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／Ｌρc)1/2
＝(０．０１／０．７)×８００−(１×１０-4／６)ρc−(１６００／２．１)(１６／０．７ρc)1/2
＝１１．４３−１．６７×１０-5ρc−(１６００／２．１)(２２．８６／ρc)1/2
＝１１．４３−１．６７×１０-5ρc−３６４２．８３×(１／ρc)1/2
上述の表に基づいてＶminの値を計算し、Ｖminと電極温度Ｔの関係をグラフ化したものを図１９に示す。図１９より明らかなように、電極温度Ｔが高くなりすぎると電極近傍に負の空間電位（かなり高い値）が発生することが判る。このために蛍光灯が始動不良を引き起こす可能性がある。このように電極温度Ｔが高くなりすぎると、蛍光灯が始動しにくくなるという問題がある。一般のインバータ回路を用いた放電灯点灯装置においては、先行予熱時の電極への入力はコンパクト形蛍光灯の場合で２〜５ジュール程度である。この場合、電極温度Ｔは８００〜１０００Ｋであり、図１９において負の空間電位Ｖminが大きくなり始める温度である１３００Ｋ以下である。つまり、（１）ｓ−(２ｓＶ0／Ｌρc)1/2＜０を満たすように設計されており、上述のような問題は生じない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の放電灯点灯装置においても、先行予熱後の始動時に問題が発生する場合がある。ここで、図２０には実際に大方の放電灯点灯装置から蛍光灯に印加される始動時の電圧波形の例を示す。この時に電極を流れる電流は、設計に因って異なるが大部分の放電灯点灯装置では共振用のキャパシタが蛍光灯に並列に接続されているため、上記印加電圧に比例するものが多い。このような場合について以下に考察していく。
【００１７】
まず、図２０（ａ）に示すように、先行予熱後すぐに高電圧が印加される場合について考察する。この場合、上記高電圧が始動電圧より十分に高いならば、一般の蛍光灯では数十ｍ秒程度で点灯する。つまり、同図中の高電圧印加時間ｔign≦数十ｍ秒である。一方、電極にも上記高電圧に比例する大きな電流が流れるが、電極自身の熱的な時定数（電気的なエネルギを入力してから温度が上昇するまでの時間）は数百ｍ秒であるから、蛍光灯が始動するまでの数十ｍ秒程度では電極温度は殆ど上昇しないと考えて良い。したがって、この場合は上述の空間電荷による負の電位の影響を考えなくてよい。つまり始動時に悪影響を及ぼさない電圧印加の仕方であると考えられる。
【００１８】
次に図２０（ｂ）に示すように、先行予熱後、徐々に印加電圧を上昇していく場合について考察する。この場合、先行予熱終了から始動までの時間ｔignが数百ｍ秒以上である時、この印加電圧に比例した入力が陰極に入ることより電極温度が上昇する。
【００１９】
図１５はコンパクト形蛍光灯の電極への加熱入力と電極温度の関係を示している。ここで温度測定は赤外線放射温度計（ＡＧＥＭＡ社のＴＨＶ９００、測定波長２０００ｎｍ〜２２００ｎｍ）を用い、放射率は過去の経験から０．３とした。同図から明らかなように電極に５ジュールを超える入力が与えられると、電極温度が１３００Ｋを超えることがわかる。その結果、ｓ−(２ｓＶ0／Ｌρc)1/2＞０となる場合がある。この時、陰極から放出される電子による電荷密度のために陰極前面に大きなマイナスの電位が発生して始動しにくくなる。
【００２０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、陰極近傍に発生する負の空間電位による始動不良を防止した放電灯点灯装置及びその始動方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させる制御手段とを備えたことを特徴とし、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出し、制御手段により予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させることで負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができる。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えないように予熱手段を制御することを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００２３】
請求項３は、請求項１の発明において、検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えないように予熱手段を制御することを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００２４】
請求項４は、請求項１の発明において、検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えないように予熱手段を制御することを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００２５】
請求項５の発明は、上記目的を達成するために、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば始動手段を制御して放電灯の印加電圧を上昇させる制御手段とを備えたことを特徴とし、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出し、制御手段により始動手段を制御して放電灯の印加電圧を上昇させて負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができる。
【００２６】
請求項６は、請求項５の発明において、検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた分Δρに対して始動時の印加電圧をΔＶ＝ＬｓΔρ／２ε0だけ上昇させるように始動手段を制御することを特徴とし、請求項５の発明と同様の作用を奏する。
【００２７】
請求項７は、請求項５の発明において、検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた分ΔＴに対して始動時の印加電圧をβ(＝１０ΔT/112))倍とするように始動手段を制御することを特徴とし、請求項５の発明と同様の作用を奏する。
【００２８】
請求項８は、請求項５の発明において、検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた分Δαに対して始動時の印加電圧をγ(＝１０2Δα)倍とするように始動手段を制御することを特徴とし、請求項５の発明と同様の作用を奏する。
【００２９】
請求項９の発明は、上記目的を達成するために、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば始動手段を制御して負の空間電位に相当する電圧を放電灯の印加電圧に重畳させる制御手段とを備えたことを特徴とし、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出し、制御手段により始動手段を制御して負の空間電位に相当する電圧を放電灯の印加電圧に重畳させて負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができる。
【００３０】
請求項１０の発明は、請求項９の発明において、検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ρ／６ε0−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ε0ｓＶ0／Ｌρ)1/2)を加えるように始動手段を制御することを特徴とし、請求項９の発明と同様の作用を奏する。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項９の発明において、検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓ、係数Ｆ(T)＝１．７４×１０-3exp(１．４７×１０-2Ｔ)としたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2Ｆ(T)／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／ＬＦ(T))1/2)を加えるように始動手段を制御することを特徴とし、請求項９の発明と同様の作用を奏する。
【００３２】
請求項１２の発明は、請求項９の発明において、検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓ、係数ｆ(α)＝１．７４×１０-3exp(１．４７＋３．０６α)としたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ｆ(α)／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／Ｌｆ(α))1/2)を加えるように始動手段を制御することを特徴とし、請求項９の発明と同様の作用を奏する。
【００３３】
請求項１３の発明は、上記目的を達成するために、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば放電灯に微放電を発生させる微放電発生手段とを備えたことを特徴とし、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出し、微放電発生手段により放電灯に微放電を発生させて負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができる。
【００３４】
請求項１４の発明は、請求項１３の発明において、検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた場合に微放電を発生させることを特徴とし、請求項１３の発明と同様の作用を奏する。
【００３５】
請求項１５の発明は、請求項１３の発明において、検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた場合に微放電を発生させることを特徴とし、請求項１３の発明と同様の作用を奏する。
【００３６】
請求項１６の発明は、請求項１３の発明において、検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた場合に微放電を発生させることを特徴とし、請求項１３の発明と同様の作用を奏する。
【００４０】
請求項１７の発明は、上記目的を達成するために、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段とを備えた放電灯点灯装置の始動方法であって、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出し、負の空間電位が形成されたことを検出すれば予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させた後に始動手段により放電灯に高電圧を印加して始動することを特徴とし、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、負の空間電位が形成されたことを検出し、予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させることで負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように交流電源ＡＣを全波整流する整流器１と、整流器１の直流出力を高周波の交流出力に変換して放電灯（蛍光灯）３に供給するインバータ回路２と、蛍光灯３のガラス管３ａ内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段４と、検出手段４により負の空間電位が形成されたことを検出すればインバータ回路２から蛍光灯３の電極（フィラメント）３ｂ，３ｂに供給される予熱電力を減少又は停止させる制御手段５とを備えている。インバータ回路２は１乃至複数個のスイッチング素子（図示せず）を高周波でスイッチングすることにより直流を交流に変換するとともに、制御手段５によってスイッチング素子のオンデューティ比やスイッチング周波数を可変することで交流出力を制御可能としたものであって、このような回路構成については従来周知であるから詳細な構成についての図示並びに説明を省略する。つまり、本実施形態ではインバータ回路２の出力を調整することで蛍光灯３の電極３ｂ，３ｂの先行予熱や始動を行っており、インバータ回路２が安定器だけでなく、予熱手段並びに始動手段を兼ねている。
【００４２】
本実施形態における蛍光灯３は、図２（ａ）に示すようにコンパクトタイプの直管形蛍光灯（所謂スリムライン形蛍光灯）であって、ガラス管３ａの両端にステム３ｃ，３ｃが封着され、リード線３ｄ，３ｄにより支持されたタングステンのフィラメント（電極）３ｂ，３ｂに、酸化バリウムを主体とする電子放射物質（エミッタ）が塗布され、さらに、ガラス管３ａ両端には一対の電極ピン３ｆ，３ｆを突出した口金３ｅ，３ｅが取着される。ここで、本実施形態における検出手段４はガラス管３ａの浮遊電位の変化から電極３ｂ近傍の電荷密度ρ［Ｃ／ｍ3］を検出するものであって、図２（ｂ）に示すようにガラス管３ａ外周面の電極３ｂの近傍に金属箔４ａを貼着し、この金属箔４ａと電極３ｂとの間の電位差がガラス管３ａ内部の管壁に付着する電子量に依存することから、上記電位差に基づいて電極（陰極）３ｂ近傍の電荷密度ρを検出する。
【００４３】
制御手段５はマイクロコンピュータを主構成とし、上述のようにインバータ回路２が具備するスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティ比を制御して蛍光灯３を先行予熱、始動及び安定点灯させるとともに、検出手段４の検出結果に応じてインバータ回路２の交流出力を減少あるいは停止させる機能を有する。
【００４４】
ところで、電極３ｂ（陰極）の近傍に負の空間電位が生じない状態（図１７参照）から負の空間電位が生じる状態（図１８参照）に変化する条件は、従来技術で説明したようにρc＞２Ｖ0／Ｌｓ（但し、ρc＝ｅｎ0／ε0）であるから、これを変形して電荷密度ρ＞２Ｖ0ε0／Ｌｓ（＝ρ0）の関係が成立することである。従って、制御手段５では検出手段４で検出する電荷密度ρを上記閾値ρ0と比較し、電荷密度ρが閾値ρ0を超えたら、図１８に示すように負の空間電位が生じているものと判断して出力を減少あるいは停止するようにインバータ回路２を制御し、電極３ｂ，３ｂに供給する予熱電力を低下又は停止させる。その結果、電極３ｂ，３ｂから放出される熱電子が減少して負の空間電位が消滅し、始動不良を防ぐことができる。なお、上記閾値ρ0の値は蛍光灯３の電極３ｂ，３ｂの距離Ｌ、電子の存在領域（ガラス管３ａの半径）ｓ並びに蛍光灯３の始動に要する始動電圧Ｖ0によって決まるものであるから、蛍光灯３の種類に応じて予め電荷密度ρと始動電圧Ｖ0との関係を調べて決定すればよい。
【００４５】
ここで、図３に示すようにステム３ｃの先端部分に電極（フィラメント）３ｂと対向する検出用電極（プローブ）４ｂを設けた蛍光灯３’の場合、電極３ｂと検出用電極４ｂとの電位差に基づいて電荷密度ρを検出することも可能である。この場合には検出用電極４ｂで電極３ｂの近傍の電位が直接測定できるから、電荷密度ρの検出が容易になるという利点がある。
【００４６】
（実施形態２）
本実施形態は、図４に示すように基本的な構成が実施形態１と共通になっており、検出手段６が電極３ｂの温度Ｔを検出し、電極温度Ｔが所定値Ｔ0を超えないようにインバータ回路２の出力を制御する点に特徴がある。なお、電極３ｂの温度と電極３ｂの近傍の管壁温度との関係を予め測定しておき、検出手段６により電極３ｂの近傍の管壁温度を検出することで電極温度Ｔを間接的に検出するようにしている。
【００４７】
ここで、本実施形態の蛍光灯３において電荷密度ｅｎ0を真空の誘電率ε0で除したものρc（＝ｅｎ0／ε0）と電極温度Ｔ［Ｋ］との関係を調べた結果を図５に示す。図５では横軸をρ0の常用対数、縦軸を電極温度Ｔとしており、この測定結果から両者の関係を直線で近似すれば下式が得られる。
【００４８】
Ｔ＝６６２＋１１２log(ρ／ε0)
また、実施形態１で説明したように負の空間電位を発生させる電荷密度ρがρ0（＝２Ｖ0ε0／Ｌｓ）であることから、この電荷密度ρ0を上式に代入して下式を得る。
【００４９】
Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)
従って、制御手段５では検出手段６で検出する電極温度Ｔを上記閾値Ｔ0と比較し、電極温度Ｔが閾値Ｔ0を超えたら、出力を減少あるいは停止するようにインバータ回路２を制御し、電極温度Ｔが閾値Ｔを超えないようにしている。この結果、電極温度Ｔが閾値Ｔ0よりも上昇することが無く、電極３ｂの近傍に負の空間電位が発生するのを防止して始動不良を防ぐことができる。
【００５０】
（実施形態３）
本実施形態は、図６に示すように基本的な構成が実施形態１と共通になっており、検出手段７が電極３ｂの抵抗値を検出し、電極３ｂの抵抗値が常温Ｔｓにおける抵抗値のα0倍を超えないようにインバータ回路２の出力を制御する点に特徴がある。なお、検出手段７は電極ピン３ｆ，３ｆ間の抵抗値により電極３ｂの抵抗値を間接的に検出している。
【００５１】
ここで、電極３ｂを形成するタングステンの温度に対する抵抗値の変化率を常温（２５℃）を基準にして測定した結果を図７に示す。図７では横軸を絶対温度［Ｋ］、縦軸を抵抗変化率としており、この測定結果から両者の関係を直線で近似すれば下式が得られる。
【００５２】
α0＝−０．４７＋４．８×１０-3×Ｔ0
ここで、実施形態１で説明した電極温度Ｔの閾値Ｔ0（＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を代入して上式を変形すれば、下式が得られる。
【００５３】
α0＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ)
従って、制御手段５では検出手段７で検出する電極３ｂの抵抗値が常温での抵抗値から変化した率（抵抗変化率）αを算出し、この抵抗変化率αが上記閾値α0を超えたら、出力を減少あるいは停止するようにインバータ回路２を制御し、抵抗変化率αが閾値α0を超えないようにしている。この結果、抵抗変化率αが閾値α0よりも上昇することが無く、電極３ｂの近傍に負の空間電位が発生するのを防止して始動不良を防ぐことができる。
【００５４】
（実施形態４）
本実施形態は実施形態１と同一の構成を有しているので、各構成の図示並びに説明は省略し、本実施形態の特徴となる動作についてのみ説明する。
【００５５】
本実施形態においては、制御手段５が検出手段４で検出する電荷密度ρを閾値ρ0と比較し、電荷密度ρが閾値ρ0を超えたら、負の空間電位が生じているものと判断し、図８に示すように蛍光灯３の印加電圧をΔＶだけ上昇させるようにインバータ回路２の出力を制御している。ここで、電荷密度ρが閾値ρ0を超えた分Δρに対して下式により上記差電圧ΔＶを求める。
【００５６】
ΔＶ＝ＬｓΔρ／２ε0
すなわち、負の空間電位が生じていることが検出されれば、制御手段５によりインバータ回路２を制御して蛍光灯３の印加電圧をΔＶだけ上昇させることで負の空間電位を消去し、蛍光灯３の電位分布を図１８の状態から図１７の状態に戻して始動不良を防ぐことができる。
【００５７】
（実施形態５）
本実施形態は実施形態２と同一の構成を有しているので、各構成の図示並びに説明は省略し、本実施形態の特徴となる動作についてのみ説明する。
【００５８】
本実施形態においては、制御手段５が検出手段６で検出する電極温度Ｔを上記閾値Ｔ0と比較し、電極温度Ｔが閾値Ｔ0を超えたら、負の空間電位が生じているものと判断して正常時の始動電圧Ｖ0のβ倍の始動電圧Ｖ（＝βＶ0）を蛍光灯３に印加するようにインバータ回路２の出力を制御している。ここで、電極温度Ｔが閾値Ｔ0を超えた分ΔＴに対して下式により上記βを求める。
【００５９】
β＝１０ΔT/112
すなわち、負の空間電位が生じていることが検出されれば、制御手段５によりインバータ回路２を制御して蛍光灯３に印加する始動電圧Ｖを正常時のβ倍とすることで負の空間電位を消去し、蛍光灯３の電位分布を図１８の状態から図１７の状態に戻して始動不良を防ぐことができる。
【００６０】
（実施形態６）
本実施形態は実施形態３と同一の構成を有しているので、各構成の図示並びに説明は省略し、本実施形態の特徴となる動作についてのみ説明する。
【００６１】
本実施形態においては、制御手段５が検出手段７で検出する電極３ｂの抵抗値が常温での抵抗値から変化した率（抵抗変化率）αを算出し、この抵抗変化率αが上記閾値α0を超えたら、負の空間電位が生じているものと判断して正常時の始動電圧Ｖ0のγ倍の始動電圧Ｖ（＝γＶ0）を蛍光灯３に印加するようにインバータ回路２の出力を制御している。ここで、抵抗変化率αが閾値α0を超えた分Δαに対して下式により上記γを求める。
【００６２】
γ＝１０2Δα
すなわち、負の空間電位が生じていることが検出されれば、制御手段５によりインバータ回路２を制御して蛍光灯３に印加する始動電圧Ｖを正常時のγ倍とすることで負の空間電位を消去し、蛍光灯３の電位分布を図１８の状態から図１７の状態に戻して始動不良を防ぐことができる。
【００６３】
（実施形態７）
本実施形態は実施形態１と同一の構成を有しているので、各構成の図示並びに説明は省略し、本実施形態の特徴となる動作についてのみ説明する。
【００６４】
本実施形態においては、制御手段５が検出手段４で検出する電荷密度ρを閾値ρ0と比較し、電荷密度ρが閾値ρ0を超えたら、負の空間電位が生じているものと判断し、図９に示すように発生した負の空間電位の電圧Ｖminを蛍光灯３の印加電圧に重畳させるようにインバータ回路２の出力を制御している。ここで、上記電圧Ｖminは従来技術で説明したように下式により求めることができる。
【００６５】
Ｖmin＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ρ／６ε0−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ε0ｓＶ0／Ｌρ)1/2
すなわち、負の空間電位が生じていることが検出されれば、制御手段５によりインバータ回路２を制御して負の空間電位に相当する電圧Ｖminを蛍光灯３の始動電圧Ｖに重畳させることで負の空間電位を消去し、蛍光灯３の電位分布を図１８の状態から図１７の状態に戻して始動不良を防ぐことができる。
【００６６】
（実施形態８）
本実施形態は実施形態２と同一の構成を有しているので、各構成の図示並びに説明は省略し、本実施形態の特徴となる動作についてのみ説明する。
【００６７】
本実施形態においては、制御手段５が検出手段６で検出する電極温度Ｔを上記閾値Ｔ0と比較し、電極温度Ｔが閾値Ｔ0を超えたら、負の空間電位が生じているものと判断し、発生した負の空間電位の電圧Ｖminを蛍光灯３の印加電圧に重畳させるようにインバータ回路２の出力を制御している。ここで、上記電圧Ｖminは従来技術で説明したように下式により求めることができる。
【００６８】
Ｖmin＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2Ｆ(T)／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／ＬＦ(T))1/2
ここで、電荷ｅｎ0を誘電率ε0で除したρcと電極温度Ｔとの関係を測定した結果を図１０に示す。この図１０に示した曲線から上式の係数Ｆ(T)が下式のように求められる。
【００６９】
Ｆ(T)＝１．７４×１０-3exp（１．４７×１０-2Ｔ）
すなわち、負の空間電位が生じていることが検出されれば、制御手段５によりインバータ回路２を制御して負の空間電位に相当する電圧Ｖminを蛍光灯３の始動電圧Ｖに重畳させることで負の空間電位を消去し、蛍光灯３の電位分布を図１８の状態から図１７の状態に戻して始動不良を防ぐことができる。
【００７０】
（実施形態９）
本実施形態は実施形態３と同一の構成を有しているので、各構成の図示並びに説明は省略し、本実施形態の特徴となる動作についてのみ説明する。
【００７１】
本実施形態においては、制御手段５が検出手段７で検出する電極３ｂの抵抗値が常温での抵抗値から変化した率（抵抗変化率）αを算出し、この抵抗変化率αが上記閾値α0を超えたら、負の空間電位が生じているものと判断し、発生した負の空間電位の電圧Ｖminを蛍光灯３の印加電圧に重畳させるようにインバータ回路２の出力を制御している。ここで、上記電圧Ｖminは従来技術で説明したように下式により求めることができる。
【００７２】
Ｖmin＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ｆ(α)／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／Ｌｆ(α))1/2ここで、図７に示したタングステンの温度に対する抵抗値の変化率を常温（２５℃）を基準にして測定した結果から、上式の係数ｆ(α)が下式のように求められる。
【００７３】
ｆ(α)＝１．７４×１０-3exp（１．４４＋３．０６α）
すなわち、負の空間電位が生じていることが検出されれば、制御手段５によりインバータ回路２を制御して負の空間電位に相当する電圧Ｖminを蛍光灯３の始動電圧Ｖに重畳させることで負の空間電位を消去し、蛍光灯３の電位分布を図１８の状態から図１７の状態に戻して始動不良を防ぐことができる。
【００７４】
（実施形態１０）
本実施形態は、図１１に示すように実施形態１と共通の整流器１、インバータ回路２、検出手段４と、インバータ回路２を制御する制御手段５と、検出手段４により負の空間電位が形成されたことを検出すれば蛍光灯３に微放電を発生させる微放電発生手段８とを備えている。
【００７５】
従来技術で説明したように、電極３ｂの近傍に負の空間電位が発生するのは電子電流密度ｊが１［Ａ／ｍ2］以下のときであり（表参照）、ガラス管３ａの管径が数ｃｍの蛍光灯３においては数百μＡの放電電流に相当する。つまり、本実施形態においては、負の空間電位が発生した場合に微放電を起こして上記放電電流を流すことにより負の空間電位を消去するようにしている。
【００７６】
本実施形態における微放電発生手段８は、図１２に示すようにガラス管３ａ外周面の電極３ｂの近傍に金属箔４ａを貼着し、この金属箔４ａと電極ピン３ｆとの間にスイッチＳＷを介してインバータ回路２の出力電流の一部を流すことでガラス管３ａ内の電極３ｂの近傍に微放電を発生させるものである。而して、制御手段５が検出手段４で検出する電荷密度ρを閾値ρ0と比較し、電荷密度ρが閾値ρ0を超えたら、負の空間電位が生じているものと判断し、微放電発生手段８のスイッチＳＷをオンして電極３ｂの近傍に微放電を発生させる。すなわち、負の空間電位が生じていることが検出されれば、微放電発生手段８により微放電を発生させて負の空間電位を消去し、蛍光灯３の電位分布を図１８の状態から図１７の状態に戻して始動不良を防ぐことができる。
【００７７】
なお、本実施形態では負の空間電位が発生しているか否かを実施形態１と同様に電荷密度ρで検出する検出手段４を用いたが、実施形態２の電極温度Ｔで検出する検出手段６や、実施形態３の電極３ｂの抵抗変化率αで検出する検出手段７を用いても同様の作用効果を奏する。また、微放電により流す電流は非常に微少な値でよいから、本実施形態のようにガラス管３ａに金属箔４ａを設けずに金属製の部材（例えば、本実施形態の放電灯点灯装置を有する照明器具の器具本体）を蛍光灯３の電極３ｂ付近に近接配置しておくだけでも微放電を発生させることが可能である。
【００７８】
従来技術で説明したように、一般のインバータ回路を用いた放電灯点灯装置においては、先行予熱時の電極への入力はコンパクト形の蛍光灯３の場合で２〜５ジュール程度であり、電極温度は８００〜１０００Ｋであるから、図１９において負の空間電位が大きくなり始める温度である１３００Ｋ以下である。但し、この値は始動電圧が８００［Ｖ］の場合であって、蛍光灯の印加電圧に応じて変化するものである。
【００７９】
そこで、実施形態１と同様の整流器１、インバータ回路２、蛍光灯３並びに制御手段５で構成し、インバータ回路２の出力により始動直前の電極温度が上述の１３００Ｋを超えないような回路設計を行えば、負の空間電位が発生せず、始動不良を防ぐことができるものである。
【００８０】
また、実施形態１の構成において、制御手段５によって、電極３ｂの熱時定数ｔ0よりも短い時間で蛍光灯３への印加電圧を先行予熱時の電圧から始動に要する始動電圧まで徐々に上昇させるようにインバータ回路２を制御すれば、図１３に示すように電極（陰極）３ｂへの入力が増加しても電極温度Ｔが上昇するまでには電極３ｂの熱容量に基づく熱時定数ｔ0だけ時間遅れが生じることを利用し、電極温度Ｔが上昇して負の空間電位が発生する前に蛍光灯３を始動させることにより、始動不良を防ぐことができる。
【００８１】
上記熱時定数ｔ0は蛍光灯３の場合で数百ｍ秒と考えて良く、電極温度Ｔが上昇するような入力の増加があっても熱時定数ｔ0の数百ｍ秒の間は電極温度Ｔが上昇しないとみなすことができる。また、始動電圧が蛍光灯３に印加されてから放電が起るまでの時間が数十ｍ秒以内であることから、図１４に示すように制御手段５がインバータ回路２を制御して先行予熱終了から蛍光灯３の指導に十分な高電圧にまでインバータ回路２の出力を徐々に上昇させるまでの時間ｔingを、電極３ｂの熱時定数ｔ0よりも短くすることで電極３ｂの温度上昇を防ぎ、始動不良を起さないようにすることができる。
【００８２】
また、実施形態１の構成において、制御手段５によって、先行予熱から始動までの間に蛍光灯３の電極３ｂに供給されるエネルギが５ジュール以下となるようにインバータ回路２を制御してもよい。
【００８３】
図１５は蛍光灯３の電極３ｂへの加熱入力と電極温度の関係を示しており、従来技術で説明したように、電極３ｂに５ジュールを超える入力が与えられると電極温度が１３００Ｋを超えて電極３ｂの近傍に負の空間電位が発生し、始動不良が起こる可能性が高くなる。
【００８４】
よって、制御手段５で先行予熱から始動までの間に蛍光灯３の電極３ｂに供給されるエネルギが５ジュール以下となるようにインバータ回路２を制御し、電極３ｂへの入力が５ジュールを超えないようにすることで電極３ｂの近傍に負の空間電位が発生することを防止し、始動不良を防ぐことができる。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させる制御手段とを備えたので、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出し、制御手段により予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させることで負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができるという効果がある。
【００８６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えないように予熱手段を制御するので、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００８７】
請求項３は、請求項１の発明において、検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えないように予熱手段を制御するので、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００８８】
請求項４は、請求項１の発明において、検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えないように予熱手段を制御するので、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００８９】
請求項５の発明は、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば始動手段を制御して放電灯の印加電圧を上昇させる制御手段とを備えたので、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出し、制御手段により始動手段を制御して放電灯の印加電圧を上昇させて負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができるという効果がある。
【００９０】
請求項６は、請求項５の発明において、検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた分Δρに対して始動時の印加電圧をΔＶ＝ＬｓΔρ／２ε0だけ上昇させるように始動手段を制御するので、請求項５の発明と同様の効果を奏する。
【００９１】
請求項７は、請求項５の発明において、検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた分ΔＴに対して始動時の印加電圧をβ(＝１０ΔT/112))倍とするように始動手段を制御するので、請求項５の発明と同様の効果を奏する。
【００９２】
請求項８は、請求項５の発明において、検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた分Δαに対して始動時の印加電圧をγ(＝１０2Δα)倍とするように始動手段を制御するので、請求項５の発明と同様の効果を奏する。
【００９３】
請求項９の発明は、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば始動手段を制御して負の空間電位に相当する電圧を放電灯の印加電圧に重畳させる制御手段とを備えたので、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出し、制御手段により始動手段を制御して負の空間電位に相当する電圧を放電灯の印加電圧に重畳させて負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができるという効果がある。
【００９４】
請求項１０の発明は、請求項９の発明において、検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、制御手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ρ／６ε0−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ε0ｓＶ0／Ｌρ)1/2)を加えるように始動手段を制御するので、請求項９の発明と同様の効果を奏する。
【００９５】
請求項１１の発明は、請求項９の発明において、検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓ、係数Ｆ(T)＝１．７４×１０-3exp(１．４７×１０-2Ｔ)としたときに、制御手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2Ｆ(T)／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／ＬＦ(T))1/2)を加えるように始動手段を制御するので、請求項９の発明と同様の効果を奏する。
【００９６】
請求項１２の発明は、請求項９の発明において、検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓ、係数ｆ(α)＝１．７４×１０-3exp(１．４７＋３．０６α)としたときに、制御手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた場合に始動時の印加電圧にΔＶ(＝Ｖ0ｓ／Ｌ−ｓ2ｆ(α)／６−(２Ｖ0／３Ｌ)(２ｓＶ0／Ｌｆ(α))1/2)を加えるように始動手段を制御するので、請求項９の発明と同様の効果を奏する。
【００９７】
請求項１３の発明は、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段と、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出する検出手段と、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出すれば放電灯に微放電を発生させる微放電発生手段とを備えたので、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、検出手段により負の空間電位が形成されたことを検出し、微放電発生手段により放電灯に微放電を発生させて負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができるという効果がある。
【００９８】
請求項１４の発明は、請求項１３の発明において、検出手段は電極近傍の電荷密度ρを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、真空中の誘電率をε0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電荷密度ρが所定値ρ0＝２Ｖ0ε0／Ｌｓを超えた場合に微放電を発生させるので、請求項１３の発明と同様の効果を奏する。
【００９９】
請求項１５の発明は、請求項１３の発明において、検出手段は電極の温度Ｔを検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電極温度Ｔが所定値Ｔ0＝６６２＋１１２log(２Ｖ0／Ｌｓ)を超えた場合に微放電を発生させるので、請求項１３の発明と同様の効果を奏する。
【０１００】
請求項１６の発明は、請求項１３の発明において、検出手段は電極の抵抗値を検出してなり、始動手段が放電灯に印加する電圧をＶ0、電極間の長さをＬ、ガラス管の半径をｓとしたときに、微放電発生手段は電極の抵抗値が常温における抵抗値のα0(＝２．５０＋０．５０log(２Ｖ0／Ｌｓ))倍を超えた場合に微放電を発生させるので、請求項１３の発明と同様の効果を奏する。
【０１０４】
請求項１７の発明は、熱電子放射物質が塗布された電極をガラス管の両端部に具備する放電灯と、放電灯への供給電力を調整する安定器と、放電灯の始動前に電極を先行予熱する予熱手段と、先行予熱終了後に放電灯の始動電圧以上の高電圧を放電灯に印加する始動手段とを備えた放電灯点灯装置の始動方法であって、ガラス管内の電極近傍に負の空間電位が形成されたか否かを検出し、負の空間電位が形成されたことを検出すれば予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させた後に始動手段により放電灯に高電圧を印加して始動するので、始動時の電極の過加熱により陰極近傍に負の空間電位が発生した場合、負の空間電位が形成されたことを検出し、予熱手段から電極に供給される予熱電力を少なくとも減少させることで負の空間電位を消去し、始動不良を防ぐことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態１を示すブロック図である。
【図２】  （ａ）は同上における蛍光灯を示す一部破断した正面図、（ｂ）は同上における検出手段の概略構成図である。
【図３】  同上における検出手段の他の構成を示す概略図である。
【図４】  実施形態２を示すブロック図である。
【図５】  同上の説明図である。
【図６】  実施形態３を示すブロック図である。
【図７】  同上の説明図である。
【図８】  実施形態４の説明図である。
【図９】  実施形態７の説明図である。
【図１０】  実施形態８の説明図である。
【図１１】  実施形態１０を示すブロック図である。
【図１２】  同上における微放電発生手段の構成を示す概略図である。
【図１３】  同上の説明図である。
【図１４】  同上の説明図である。
【図１５】  同上の説明図である。
【図１６】  蛍光灯の電子密度分布を示す図である。
【図１７】  （ａ）は正常時における蛍光灯の軸方向電位分布を示す図、（ｂ）は同図（ａ）の要部拡大図である。
【図１８】  （ａ）は負の空間電位が発生した時の蛍光灯の軸方向電位分布を示す図、（ｂ）は同図（ａ）の要部拡大図である。
【図１９】  電極温度と負の空間電位との関係を示す図である。
【図２０】  （ａ）（ｂ）は従来例における蛍光灯の印加電圧を示す波形図である。
【符号の説明】
１  整流器
２  インバータ回路
３  蛍光灯
４  検出手段
５  制御手段
【図１】
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【図２】
0003978967.tif 000004
【図３】
0003978967.tif 000005
【図４】
0003978967.tif 000006
【図５】
0003978967.tif 000007
【図６】
0003978967.tif 000008
【図７】
0003978967.tif 000009
【図８】
0003978967.tif 000010
【図９】
0003978967.tif 000011
【図１０】
0003978967.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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