(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧チョッパ回路と；
昇圧チョッパ回路に接続されたスイッチング装置と、放電路長が１２００ｍｍ以上、内径２０ｍｍ以下、点灯時の単位長さ当たりの電力が０．３５Ｗ／ｃｍ以下で点灯時のランプ電流の１．３倍ないし１．８倍の予熱電流を１秒間流したときの温度が８５０℃以上となるフィラメントを有する放電ランプが接続されるインダクタおよびコンデンサの共振負荷回路とを備え、放電ランプの予熱電圧は一定でかつ出力電圧の基本波成分の実効値はＶac≧２５０Ｖであるインバータ回路と；を具備し、
点灯動作時の動作周波数は一定で、予熱時の予熱電圧は一定でかつ出力電圧の基本波成分の実効値はＶac≧２５０Ｖで、点灯時のランプ電流をＩL、点灯時のフィラメント電流をＩf1、放電ランプの始動前の予熱時のフィラメント電流をＩf2としたとき、Ｉf1／ＩL≦１、Ｉf2／ＩL≧１．３であり、スイッチング装置および共振負荷回路とにより直流電源の電圧を高周波電圧に変換して放電ランプに供給する
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
請求項１記載の放電灯点灯装置と；
この放電灯点灯装置で点灯される放電ランプが装着される器具本体と；
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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置および照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の放電灯点灯装置は、たとえば放電灯点灯装置の回路構成は回路構成毎に、放電灯点灯装置により点灯される放電ランプは放電ランプとして、それぞれ別個に高効率化を進めており、密接な関係にある放電灯点灯装置の回路構成と、この回路構成により点灯される放電ランプとを総合して高効率化を図っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、それぞれたとえば回路構成として高効率化が図れたり、放電ランプとして高効率化は図れるものの、回路構成および放電ランプの関連によるより総合的な高効率化が望まれている。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、高効率化を図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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の放電灯点灯装置は、昇圧チョッパ回路と；昇圧チョッパ回路に接続されたスイッチング装置と、放電路長が１２００ｍｍ以上、内径２０ｍｍ以下、点灯時の単位長さ当たりの電力が０．３５Ｗ／ｃｍ以下で点灯時のランプ電流の１．３倍ないし１．８倍の予熱電流を１秒間流したときの温度が８５０℃以上となるフィラメントを有する放電ランプが接続されるインダクタおよびコンデンサの共振負荷回路とを備え、放電ランプの予熱電圧は一定でかつ出力電圧の基本波成分の実効値はＶac≧２５０Ｖであるインバータ回路と；を具備し、点灯動作時の動作周波数は一定で、予熱時の予熱電圧は一定でかつ出力電圧の基本波成分の実効値はＶac≧２５０Ｖで、点灯時のランプ電流をＩL、点灯時のフィラメント電流をＩf1、放電ランプの始動前の予熱時のフィラメント電流をＩf2としたとき、Ｉf1／ＩL≦１、Ｉf2／ＩL≧１．３であり、スイッチング装置および共振負荷回路とにより直流電源の電圧を高周波電圧に変換して放電ランプに供給するもので、放電路長が１２００ｍｍ以上、内径２０ｍｍ以下、点灯時の単位長さ当たりの電力が０．３５Ｗ／ｃｍ以下で点灯時のランプ電流の１．３倍ないし１．８倍の予熱電流を１秒間流したときの温度が８５０℃以上となる放電ランプは効率が良く、また、点灯動作時の動作周波数は一定で、予熱時の予熱電圧は一定でかつ出力電圧の基本波成分の実効値はＶac≧２５０Ｖで、点灯時のランプ電流をＩL、点灯時のフィラメント電流をＩf1、放電ランプの始動前の予熱時のフィラメント電流をＩf2としたとき、Ｉf1／ＩL≦１、Ｉf2／ＩL≧１．３とすることにより、点灯時のフィラメント電力を低減しながら十分な予熱もできる。
【０００６】
請求項２記載の照明装置は、請求項１記載の放電灯点灯装置と；この放電灯点灯装置で点灯される放電ランプが装着される器具本体とを具備したもので、その放電灯点灯装置の作用を奏する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の照明装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００８】
図２は照明装置の外観を示す斜視図で、図２に示すように、この照明装置１は天井埋込型下面開放器具で、長手状の器具本体２を有し、この器具本体２は下面に照射開口３を有する薄箱型で、器具本体２の内部に反射面４が形成され、この反射面４の一端側にソケット５が設けられ、他端にランプ保持部材６が取り付けられている。そして、図３は蛍光ランプにランプ保持部材を装着したランプ保持部材を切欠いて示す平面図、図４は蛍光ランプにランプ保持部材を装着した縦断面図で、これら図３および図４に示すように、ソケット５に放電ランプとしての２本の直管７，７を並列に配設しこれら直管７，７の一方の接続部８で放電路が折り返されるように連通させたコンパクト型の蛍光ランプFLの口金９が取り付けられ、口金と反対側の最冷部となる接続部８の近傍はソケット５とともに蛍光ランプFLを保持するランプ保持部材６で保持される。また、蛍光ランプFLの図１に示す電極であるフィラメントFLa，FLbは、室温状態、すなわち室温で長時間放置した場合のフィラメントFLa，FLbの抵抗値がＲc、定格ランプ電流の１．３倍ないし１．８倍の予熱電流を１秒間流したときのフィラメントFLa，FLbの抵抗値がＲhで、Ｒh／Ｒc≧４であり、温度が８５０℃以上となる。
【０００９】
そして、ランプ保持部材６は、２本の直管７，７の直径よりやや径大なそれぞれ直管７を収容可能な円柱状の２つの凹部10，10を有するキャップ状の本体11を有している。また、凹部10，10の深さは直管７の接続部８より先端の長さよりやや短く、本体11に接続部８が当接することにより、直管７の凹部10への挿入量が規制される。
【００１０】
また、蛍光ランプFLは、放電路長が１２００ｍｍ以上、たとえば２４００ｍｍで、内径が２０ｍｍ以下、たとえば１５．５ｍｍあるいは１６ｍｍである。そして、定格点灯時の単位長さ当たりの電力が０．３５Ｗ／ｃｍ以下、定格ランプ電流が約１６５ｍＡである。なお、放電路長は２４００ｍｍ±２０％、内径は１５．５ｍｍ±２０％であればよい。また、蛍光ランプFLの高効率化には、長路化、低電流化、細管化などがある。そして、このような放電路長が１２００ｍｍ以上の長路化した蛍光ランプFLの場合には、ランプ電力が一定のもとでは、図５に示すように、ランプ長をある程度まで長くすることにより陰極降下電圧による損失の割合が減少し、さらにランプ効率が向上する。ランプ長が長すぎる場合、つまり低電流化の場合にはランプ温度の低下が大きく、最適動作温度を得ることが難しく効率は低下してしまい、環境面などを考慮して細管化すると、ランプ表面積が小さくなるので、ランプ温度は上昇するものの、最適動作温度までは上昇しない。
【００１１】
そこで、蛍光ランプFLを器具本体２内に収容することにより、蛍光ランプFLの自己発熱により器具本体２は保温機能を有するとともに、蛍光ランプFLの最冷部である接続部８の付近をランプ保持部材８に収容して保持することにより、最冷部の温度が上昇してランプ効率は上昇する。また、蛍光ランプFLを発熱体と考えると、同じランプ電力ならばそれぞれ内径１５．５ｍｍの場合で放電路長を６００ｍｍとした直管型より３００ｍｍを２本にしたコンパクト型の方が、蛍光ランプFLの最冷部の温度上昇は大きい。
【００１２】
ここで、蛍光ランプFLの温度上昇についての実験結果について説明する。
【００１３】
コンパクト型と直管型との蛍光ランプFLの放電路長が同じである場合、それぞれこれらコンパクト型と直管型を器具本体２内に収容した場合と、器具本体２が無限遠にあるとした裸の場合とについてそれぞれの実験結果を図６に示す。この実験によると、ランプ電流を変化させ、単位長さあたりの電力を変化させた場合に、裸の直管型Ｓnの場合には裸のコンパクト型Ｃnの場合に比べて蛍光ランプFLの最冷部の温度上昇が大きいものの、器具本体２内に収容した直管型Ｓiより器具本体２内に収容したコンパクト型Ｃiの方が温度上昇が大きい。したがって、コンパクト型の蛍光ランプFLを器具本体２内に収容して構成することにより、蛍光ランプFLの最冷部の温度を効果的に上昇でき、さらに装置をより小型化できる。
【００１４】
また、放電路長が２４００ｍｍ、内径が１５．５ｍｍの蛍光ランプFLに定格ランプ電流１６５ｍＡを供給すると、裸の状態では約４０℃で器具本体２内に収容することにより１３．３℃温度が上昇するので、図７に示す効率が最も良くなるランプ温度が５５℃付近となる。したがって、器具本体２内にコンパクト型の蛍光ランプFLを収容することにより、ランプの効率を最大化できる。
【００１５】
なお、蛍光ランプFLは直管２本を並列に配設して一方の接続部で接続したものに限らず、１本の直管を中央で折り曲げてＵ字状にしたものでも同様の効果を得ることができる。
【００１６】
そして、器具本体２内には図１に示す蛍光ランプFLを予熱、始動および点灯させる放電灯点灯装置21が収納されている。
【００１７】
図１は放電灯点灯装置を示す回路図で、この放電灯点灯装置21は、図１に示すように、商用交流電源ｅにノイズ除去用のフィルタ回路22が接続され、このフィルタ回路22には全波整流回路23の入力端子が接続され、この全波整流回路23の出力端子にはアクティブフィルタとしても機能する昇圧チョッパ回路24が接続されている。この昇圧チョッパ回路24は、全波整流回路23の出力端子にインダクタL1およびスイッチング素子としての電界効果トランジスタQ1の直列回路が接続され、この電界効果トランジスタQ1にはダイオードD1および平滑用のコンデンサC1の直列回路が接続されている。なお、この昇圧チョッパ回路24は商用交流電源ｅの実効電圧が１００Ｖの場合には、出力電圧が１６０Ｖから２４０Ｖ、商用交流電源ｅの実効電圧が２００Ｖの場合には出力電圧が３２０Ｖから４７０Ｖ程度が好ましい。
【００１８】
また、昇圧チョッパ回路24にはハーフブリッジ型のインバータ回路25が接続され、このインバータ回路25はコンデンサC1に対して並列にスイッチング装置としての電界効果トランジスタQ2および電界効果トランジスタQ3が直列に対をなして接続されている。さらに、電界効果トランジスタQ3には共振負荷回路26が接続されている。この共振負荷回路26は、電界効果トランジスタQ3に直流カット用のコンデンサC2、バラストチョークL2および昇圧用のトランスTr1の一次巻線Tr1aの直列回路が接続され、このトランスTr1の二次巻線Tr1bには蛍光ランプFLのフィラメントFLa，FLbのそれぞれの一端に接続され、これらフィラメントFLa，FLbの他端にはコンデンサ予熱用の始動用のコンデンサC3が接続されている。また、共振負荷回路26は、インバータ回路25側から見た定格動作時のインピーダンスの偏角が２０°以下に設定され、損失が低減されて高効率化する。
【００１９】
そして、この放電灯点灯装置21は、商用交流電源ｅの交流電圧を全波整流回路23で全波整流し、電界効果トランジスタQ1をスイッチング制御して昇圧チョッパ回路24で高調波を減少させるとともに昇圧し、電界効果トランジスタQ2，Q3を交互に高周波でオン、オフさせることによりインバータ回路25で高周波交流に変換して、蛍光ランプFLを高周波点灯させている。
【００２０】
なお、放電灯点灯装置21の基本的な構成を、昇圧チョッパ回路24、共振負荷回路26を有するインバータ回路25で構成することにより、簡単な構成で高効率化を図れる。
【００２１】
また、昇圧チョッパ回路24の直流電圧の範囲を設定することにより、損失が比較的大きい昇圧チョッパ回路24の高効率化を図ることができるとともに、インバータ回路25の共振負荷回路26に昇圧用のトランスTr1を接続することにより、インバータ回路25の高効率化を図れる。
【００２２】
ここで、この構成の具体例について説明する。
【００２３】
まず、蛍光ランプFLは、放電路長２４００ｍｍ、内径１５．５ｍｍ、定格ランプ電力ＷLが５７Ｗのものを用いる。この場合、ランプ電圧は３４０Ｖで、単位長さ当たりの電力は０．２３８Ｗ／ｃｍである。
【００２４】
また、昇圧チョッパ回路24は、商用交流電源ｅの電圧の実効値１００Ｖを入力し、直流電圧１６０Ｖないし２４０Ｖを出力する。なお、昇圧チョッパ回路24は直流電圧の設定値が低いほど回路効率は向上する。また、昇圧チョッパ回路24の直流電圧は、商用交流電源ｅの実効電圧を１００Ｖまたは２００Ｖとしたとき、直流出力電圧の範囲は、最低値は±１０％の電源変動を考慮したときのピーク値であり、上限値は出力電圧を下限値に設定したときの昇圧チョッパ回路24の損失が２０％増加する値で決定される。
【００２５】
さらに、インバータ回路25は、周波数ｆｓの矩形波電圧を出力する。フーリエ級数展開したときの基本波成分の実効値になる。
【００２６】
そして、共振負荷回路26の定数を設定するに際しては、インバータ回路25の出力である矩形波電圧をフーリエ級数展開し、その基本波成分の実効値をＶac、定格ランプ電圧ＷL、蛍光ランプFLの等価抵抗RLおよびインバータ回路25の出力から見た共振負荷回路26の偏角ａｒｇ（Ｚ）により、基本的な構成となる巻線部品のバラストチョークL2およびコンデンサC3の値が決定する。
【００２７】
また、蛍光ランプFLの予熱電圧Ｖphを一定としたとき、点灯時のフィラメント電流をＩf1、蛍光ランプFLの始動前の予熱時のフィラメント電流をＩf2としたとき、実効値Ｖacに対してバラストチョークL2のインダクタンスおよびコンデンサC3のキャパシタンスを算出し、各定数を用いこれら点灯時のフィラメント電流Ｉf1、蛍光ランプFLの始動前の予熱時のフィラメント電流Ｉf2を計算し、定格ランプ電流に対してプロットしたとき図８に示すようになる。なお、図８のＶ250はインバータ回路25の出力電圧の基本波成分の実効電圧が２５０Ｖ、Ｖ200は２００Ｖ、Ｖ100は１００Ｖを意味する。
【００２８】
そして、蛍光ランプFLの定格点灯時にはＩf1／ＩL≦１とすることでフィラメントFLa，FLbの電力を削減できる。また、蛍光ランプFLの予熱時にフィラメント電流Ｉf2を大きくすれば予熱しやすく、具体的にはＩf2／ＩL≧１．３が望ましい。さらに、Ｉf1／ＩL≦１とできるのはインバータ回路25の出力電圧の基本波成分の実効値Ｖacが、Ｖac≧２５０Ｖのときである。
【００２９】
したがって、
Ｖac≧２５０Ｖ、
Ｉf1／ＩL≦１、
Ｉf2／ＩL≧１．３
の場合に、フィラメントFLa，FLbの加熱条件を最適化できる。このように、フィラメントFLa，FLbの加熱条件を最適化することにより、たとえばこの蛍光ランプFLについて点灯時間１２０００時間経過後の光束を７０％以上に維持できる。
【００３０】
次に、他の実施の形態の放電灯点灯装置を図９を参照して説明する。
【００３１】
図９は放電灯点灯装置を示す回路図で、この図９に示す放電灯点灯装置21は、図１に示す放電灯点灯装置21において、バラストチョークL2をトランスTr1の一次巻線Tr1a側に代えて、二次巻線Tr1b側に接続したものである。
【００３２】
そして、基本的な動作、作用は図１に示す放電灯点灯装置21と同様である。
【００３３】
ここで、図１に示すようにバラストチョークL2をトランスTr1の一次巻線Tr1aの一次巻線Tr1a側に接続したものと、図９に示すように二次巻線Tr1b側に接続したものとについて、図１０を参照して説明する。
【００３４】
この図１０は共振負荷回路26のインピーダンスの偏角をパラメータとしてバラストチョークL2とトランスTr1の容量ＶＡの和を表しているが、バラストチョークL2をトランスTr1の一次巻線Tr1a側に接続した実線１の方が、トランスTr1の二次巻線Tr1b側に接続した実線２より、容量を小さくできるのでバラストチョークL2をトランスTr1の一次巻線Tr1a側に接続した方が好適である。
【００３５】
また、他の実施の形態の放電灯点灯装置を図１１を参照して説明する。
【００３６】
図１１はまた他の放電灯点灯装置を示す回路図で、この図１１に示す放電灯点灯装置21は、図１に示す放電灯点灯装置21において、トランスTr1をなくし、構成を簡単にしたものである。
【００３７】
そして、基本的な動作、作用は図１に示す放電灯点灯装置21と同様である。
【００３８】
ここで、この構成の具体例について説明する。
【００３９】
まず、蛍光ランプFLは、放電路長２４００ｍｍ、内径１５．５ｍｍ、定格ランプ電力ＷLが５６Ｗのものを用いる。この場合、ランプ電圧は周囲温度が室温の２５℃で３４２Ｖである。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の放電灯点灯装置によれば、放電路長が１２００ｍｍ以上、内径２０ｍｍ以下、点灯時の単位長さ当たりの電力が０．３５Ｗ／ｃｍ以下で点灯時のランプ電流の１．３倍ないし１．８倍の予熱電流を１秒間流したときの温度が８５０℃以上となる放電ランプは効率が良く、また、点灯動作時の動作周波数は一定で、予熱時の予熱電圧は一定でかつ出力電圧の基本波成分の実効値はＶac≧２５０Ｖで、点灯時のランプ電流をＩL、点灯時のフィラメント電流をＩf1、放電ランプの始動前の予熱時のフィラメント電流をＩf2としたとき、Ｉf1／ＩL≦１、Ｉf2／ＩL≧１．３とすることにより、放電ランプの予熱時および点灯時のフィラメントの加熱も最適化できる。
【００４１】
請求項２記載の照明装置によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置で点灯される放電ランプが装着される器具本体とを具備したので、その放電灯点灯装置の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の放電灯点灯装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】  同上照明装置の外観を示す斜視図である。
【図３】  同上蛍光ランプにランプ保持部材を装着したランプ保持部材を切欠いて示す平面図である。
【図４】  同上蛍光ランプにランプ保持部材を装着した縦断面図である。
【図５】  同上蛍光ランプのランプ電力一定のもとの放電炉長とランプ効率との関係を示すグラフである。
【図６】  同上蛍光ランプのランプ電力一定のもとの単位長さあたりの電力と温度上昇との関係を示すグラフである。
【図７】  同上蛍光ランプの最冷部温度と効率の関係を示すグラフである。
【図８】  同上点灯時のフィラメント電流Ｉf1と蛍光ランプFLの始動前の予熱時のフィラメント電流Ｉf2との関係を示すグラフである。
【図９】  同上他の実施の形態の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図１０】  同上偏角とトランスおよびチョークコイルの容量の関係を示すグラフである。
【図１１】  同上また他の実施の形態の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１    照明装置
２    器具本体
21    放電灯点灯装置
24 昇圧チョッパ回路
25    インバータ回路
26    共振負荷回路
FL    放電ランプとしての蛍光ランプ
Q2，Q3    スイッチング装置としての電界効果トランジスタ
【図１】
0004092535.tif 000002
【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】
0004092535.tif 000007
【図７】
0004092535.tif 000008
【図８】
0004092535.tif 000009
【図９】
0004092535.tif 000010
【図１０】
0004092535.tif 000011
【図１１】
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