調光機能付蛍光ランプ点灯装置
【課題】特別な回路を付加することなく適正に蛍光ランプの予熱を行い蛍光ランプの寿命の減少を防止するとともに、省スペース、省コストで且つ調光制御信号設定の自由度が高い調光機能付蛍光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０によれば、ＯＦＦデューティ中に予熱デューティを設けこの予熱デューティの期間及び動作周波数を最適化することで、特別な回路を付加することなく蛍光ランプＦの寿命低下を防止することができる。よって、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０は、低コスト化、省スペース化が可能となり、様々な用途に適用可能な汎用性の高いものとなる。
【解決手段】本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０によれば、ＯＦＦデューティ中に予熱デューティを設けこの予熱デューティの期間及び動作周波数を最適化することで、特別な回路を付加することなく蛍光ランプＦの寿命低下を防止することができる。よって、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０は、低コスト化、省スペース化が可能となり、様々な用途に適用可能な汎用性の高いものとなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光ランプの明るさを変化させる調光機能付蛍光ランプ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から商品のショーケースや自動販売機においても蛍光ランプの明るさを段階的（もしくは連続的）に変化させることが可能な調光機能を備えた蛍光ランプ点灯装置が使用される傾向にある。これら調光機能付蛍光ランプ点灯装置は基本的に蛍光ランプの点灯、消灯を交互に高速で切り替え、蛍光ランプの点灯時間を短くするとともにその分だけ消灯時間を長くすることにより蛍光ランプの調光を行う方法が多く採用されている。尚ここでは、蛍光ランプの明るさを減少させ特に全光時の５０％以下にすることを深い調光と記すものとする。
【０００３】
この蛍光ランプの調光方法の代表的なものとして、間欠発振制御方式（例えば下記［特許文献１］）と周波数変調（ＰＷＭ）方式（例えば下記［特許文献２］）とが挙げられる。
【０００４】
ここで、従来の調光機能付蛍光ランプ点灯装置の調光動作を間欠発振制御方式のものを用いて説明する。
【０００５】
従来の調光機能付蛍光ランプ点灯装置の調光制御部には、蛍光ランプを消灯させるＯＦＦデューティと蛍光ランプを点灯させるＯＮデューティとを調光率に応じた比率で有し、ＯＮデューティ時における動作周波数が規定された例えば図１１に示すような調光制御信号が予め設定されている。蛍光ランプの調光はＯＮデューティ比（調光制御信号の周期をＴとした時のＯＮデューティの占める割合）によって制御され、ＯＮデューティ比が小さい程、深い調光となる。そして、調光制御信号の一般的な周期Ｔは、０．５ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃである。尚、図１１に示す調光制御信号は、ＯＮデューティ比が０．３、即ち調光率約３０％の例を示している。
【０００６】
従来の調光機能付蛍光ランプ点灯装置は、蛍光ランプが点灯した後に所定の調光（ここでは調光率３０％）を指示する信号を受けると、調光制御部が図１１に示すＯＦＦデューティの調光制御信号Ａ’を発振部に出力する。間欠発振制御方式の場合、発振部は調光制御信号Ａ’を受けてスイッチング信号をＯＦＦする。これにより、蛍光ランプへの高周波交流電力の供給が止まり、蛍光ランプのフィラメント電流（図１２（ａ）の領域Ａ’）及び管電流（図１２（ｂ）の領域Ａ’）の流下が停止する。よって、蛍光ランプが消灯する。
【０００７】
次に、調光制御部は再点弧デューティの調光制御信号Ｃを発振部に出力する。発振部は調光制御信号Ｃを受けて例えば動作周波数６３ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプにはキック電圧が印加され図１２（ｂ）の領域Ｃに示すように管電流（交流）が徐々に増加しある一定値を超えたところで蛍光ランプが点灯する。尚、ここでの再点弧デューティは動作周波数６３ｋＨｚで一定期間制御後、ＯＮデューティの動作周波数に徐々に移行するものとした。
【０００８】
次に、調光制御部はＯＮデューティの調光制御信号Ｄを発振部に出力する。発振部は調光制御信号Ｄを受けて例えば動作周波数５０ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプには図１２（ａ）、図１２（ｂ）の領域Ｄに示すように、約０．４００ＡＯ−Ｐのフィラメント電流（交流）と約０．３００ＡＯ−Ｐの管電流（交流）が流下し、蛍光ランプの点灯が維持される。
【０００９】
そして、繰り返し調光制御信号Ａ’、Ｃ、Ｄが出力されることで蛍光ランプは消灯、点灯が繰り返され、結果として蛍光ランプの照度は低下する。これにより、蛍光ランプＦは指示された調光率（本例では約３０％）で点灯する。
【００１０】
間欠発振制御方式の調光機能付蛍光ランプ点灯装置では、図１２に示すように、ＯＦＦデューティの期間ではフィラメント電流及び管電流が流下しない。このため省エネルギー効果は大きく、消費電力対照度比の効率は良好といえる。また、ＯＮデューティ比約５０％までの範囲の調光では、蛍光ランプの寿命への悪影響も少ない。
【００１１】
しかしながら、５０％を超える深い調光になると、フィラメント電流が流れないＯＦＦデューティの期間が長くなる。間欠発振制御方式ではＯＦＦデューティの期間にはフィラメント電流は流下しないためフィラメントの温度が徐々に低下する。
【００１２】
周知のように蛍光ランプのフィラメントには電子放射物質（エミッタ）が塗布されており、フィラメントが取り付けられた電極（陰極）に電流が流れるとこのフィラメントにフィラメント電流が流れ、これによりフィラメントが予熱される。そして、所定の電力が蛍光ランプの両電極に印加されると、予熱されたフィラメントから熱電子がもう一方の電極（陽極）に引かれて移動し放電が起こる。これにより蛍光ランプは点灯する。このときの適正なフィラメントの予熱温度は７００℃前後であり、この適正な予熱温度以下の温度で放電を行うと、電子放射物質の飛散量が増大し蛍光ランプの寿命が減少する。
【００１３】
そして、上記のようにＯＦＦデューティの期間が長い場合、フィラメントの温度が適正温度よりも低下する可能性がある。このため、間欠発振制御方式では５０％を超えるような深い調光を行うと蛍光ランプによってはその寿命が大きく減少する可能性がある。即ち、従来の間欠発振制御方式による調光はＯＦＦデューティ時の管電流を迅速に低下させることが可能で深い調光を容易に行うことができ、また省エネルギーの効果も高い反面、深い調光ではフィラメントの予熱温度が不足し蛍光ランプの寿命が減少するという問題点がある。
【００１４】
また、周波数変調方式では主に蛍光ランプの立ち消えを防止する為、図１３に示すように、ＯＦＦデューティ時に管電流の流下が停止する高い動作周波数（図１３では１６２ｋＨｚ）を印加して蛍光ランプを消灯する。
【００１５】
ここで、ＬＣ共振点灯方式における動作周波数と無放電状態の蛍光ランプへの出力電圧との関係は、ＬＣ共振回路を構成するインダクタ素子のインダクタ値と共振コンデンサの容量値とに依存し、インダクタ素子と共振コンデンサとが共振周波数をとるときに最大となる。そして、出力の最大電圧は電圧共振回路上の伝送インピーダンスで決定とともに、共振周波数ｆoはインダクタ素子のインダクタンス値をＬ、共振コンデンサの容量値をＣｆとした時に、以下の式で表される。
【００１６】
【数１】
また、蛍光ランプの非点灯時の出力電圧と動作周波数とのシミュレーション結果を図１４に示す。尚、シミュレーションの条件は、スイッチング出力電圧＝ＡＣ６０Ｖ、インダクタ素子のインダクタンス値Ｌ＝６２０μＨ、共振コンデンサの容量値Ｃｆ＝０．０１５μＦ、回路インピーダンス＝２０Ω、動作周波数＝４０ｋ〜１３５ｋHｚとした。尚、通常インダクタ素子には直流カットコンデンサが直列接続されるがこの直流カットコンデンサの容量は共振コンデンサの容量Ｃｆに対して十分大きい値として無視し、共振周波数を上記計算式により計算すると、共振周波数ｆo＝５２．２ｋHzとなる。
【００１７】
図１４の結果から、動作周波数が共振周波数ｆoよりも増加すると出力電圧が減少することがわかる。そして、周波数変調方式ではこの共振周波数ｆoよりも高い動作周波数を用いて蛍光ランプへの出力電圧を低下させ蛍光ランプの消灯又は減光を行う。
【００１８】
しかしながら、蛍光ランプ点灯装置では雑音端子電圧の自主規制規格が存在し、１５０ｋHｚ以上の周波数帯域を動作周波数として使用することは好ましくない。よって、実際にはＯＦＦデューティ時の動作周波数は１５０ｋＨｚ未満とすることが望ましい。しかしながら、蛍光ランプの点灯はアーク放電によるものであるから、ＯＦＦデューティ時の動作周波数を１５０ｋＨｚ未満（１２０ｋＨｚ〜１３０ｋＨｚ程度）とすると、ＯＮデューティ時からの続流電流により管電流が迅速に低下せず蛍光ランプが直ちに消灯しない。このためＯＮデューティ比と調光率との間にズレが生じ所望の調光率が得られない。従って、所望の調光率を得るためにはＯＮデューティの期間を短縮するなどしなければならないが、ＯＮデューティの期間の変化はフィラメントの予熱等にも関与し調光制御信号の設定が極めて煩雑となる。また、特に自動販売機に蛍光ランプ点灯装置を使用する場合には、自動販売機のデータ収集等の通信に使用する７０ｋHｚ近傍の周波数帯（６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚ）を動作周波数として恒常的に使用することができない。このことが、さらに調光制御信号の設定を煩雑としている。
【００１９】
ただし、周波数変調方式ではＯＦＦデューティの期間でもフィラメント電流は流下するから間欠発振制御方式と比較してフィラメントの温度低下も少ない。しかしながら、周波数変調方式であっても深い調光を行いＯＦＦデューティの期間を長くすれば、間欠発振制御方式と同様にフィラメントが適正温度よりも低下して蛍光ランプの寿命が減少する可能性がある。また、高い動作周波数のＯＦＦデューティの期間を長くすれば、スイッチング素子の高速動作期間も長くなり、特に無負荷時（蛍光ランプが外された場合、蛍光ランプが寿命等で動作しない場合）等にはスイッチング素子が発熱するという問題点がある。
【００２０】
従って、従来の周波数変調方式による調光はＯＦＦデューティ時におけるフィラメントの温度低下が比較的少ないものの、深い調光を行えば間欠発振制御方式と同様にフィラメントが適正温度よりも低下して蛍光ランプの寿命が減少する可能性がある。また、上記の禁止周波数帯域を避けて調光制御信号の動作周波数を設定する必要があるため調光制御信号の設定の自由度が低い。さらに、スイッチング素子の発熱が大きいという問題点がある。
【００２１】
調光動作による蛍光ランプの寿命低下は、仮にＯＦＦデューティ時に適正な予熱温度が得られるフィラメント電流の値が、蛍光ランプによらず統一されて示されていれば、ＯＦＦデューティ時の動作周波数を適切に設定することである程度防止することができる。さらに、場合によっては蛍光ランプの定格寿命を銅鉄チョーク比の寿命で２倍程度にすることも可能である。従って、蛍光ランプメーカの改善により予熱のための適正なフィラメント電流が、蛍光ランプメーカ、蛍光ランプの種類、蛍光ランプ自体のバラツキによらず統一的に示されることが理想であるが、現状そこまでには至っていない。
【００２２】
この点、［特許文献２］には、蛍光ランプを点灯もしくは消灯させる動作周波数に応じて、予熱電流の供給量を増減させる第１の供給源と第２の供給源とを備えた放電灯点灯装置に関する発明が開示されている。この［特許文献２］に開示された発明によれば、調光率が深くＯＦＦデューティの期間が長い場合でも、十分なフィラメントの予熱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】実開昭５８−６２５９２号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら［特許文献２］に開示された発明は、予熱電流の供給量を増減させるためのトランス等の第１の供給源及び第２の供給源を必要とするため、特に蛍光ランプを複数点灯させる場合、その各々の点灯部に第１の供給源及び第２の供給源が必要となりコストの増加及び設置スペースが増大するという問題点がある。
【００２５】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、特別な回路を付加することなく適正に蛍光ランプの予熱を行い蛍光ランプの寿命の減少を防止するとともに、省スペース、省コストで且つ調光制御信号設定の自由度が高い調光機能付蛍光ランプ点灯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】
【００２６】
本発明は、
（１）商用電源１を直流化する直流化回路４０と、当該直流化回路４０からの直流電流を平滑化する直流電源部４２と、調光率を指示する調光信号を出力する調光信号出力手段４５と、蛍光ランプＦを消灯させるＯＦＦデューティと当該蛍光ランプＦを点灯させるＯＮデューティとを調光率に応じた比率で有する調光制御信号を、前記調光信号を受けて出力する調光制御部３６と、前記調光制御信号に応じて所定の動作周波数のスイッチング信号を出力する発振部３３と、当該スイッチング信号に応じたスイッチング制御により前記直流電源部４２からの電力を高周波交流電力として出力端Ｐに出力するスイッチング部４４と、前記出力端Ｐと前記蛍光ランプＦの一方のフィラメントＦｒａとの間に接続されるインダクタ素子Ｌと前記蛍光ランプＦの他方のフィラメントＦｒｂを前記直流電源部４２に接続しさらに前記蛍光ランプＦの両方のフィラメントＦｒａ、Ｆｒｂを介して前記蛍光ランプＬと並列接続される共振コンデンサＣｆとを備えたＬＣ共振点灯方式の蛍光ランプ点灯部４６と、を有する調光機能付蛍光ランプ点灯装置において、
前記ＯＦＦデューティが予熱デューティと消灯デューティとで構成され、当該消灯デューティに基づく調光制御信号Ａにより前記蛍光ランプＦを消灯するとともに、前記予熱デューティに基づく調光制御信号Ｂにより前記蛍光ランプＦの消灯を維持しながら前記フィラメントＦｒａ、Ｆｒｂの予熱を行うことを特徴とする調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）ＯＮデューティの直後に消灯デューティを設けたことを特徴とする上記（１）記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）ＯＮデューティ、消灯デューティ、予熱デューティによる動作周波数を６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲以外に設定することを特徴とする上記（１）又は（２）記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）ＯＮデューティの動作周波数を前記インダクタ素子Ｌと前記共振コンデンサＣｆとの共振周波数近傍に設定し、予熱デューティの動作周波数を当該共振周波数及び７５ｋＨｚよりも高い周波数に設定することで、６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲のノイズ成分を低減することを特徴とする上記（３）記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）調光制御部３６の出力する調光制御信号が、消灯デューティにおけるスイッチング信号を蛍光ランプの消灯する動作周波数とし、消灯デューティ、予熱デューティ、ＯＮデューティのそれぞれの動作周波数を連続して周期的に出力する周波数変調方式の調光制御信号であることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（６）蛍光ランプ点灯部４６を出力端Ｐと直流電源部４２との間に複数並列接続したことを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（７）直流化回路４０が全波整流回路もしくは倍電圧整流回路で構成され且つ直流電源部４２がコンデンサインプット方式、アクティブフィルタ方式又は部分平滑方式であることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置は、ＯＦＦデューティ中に予熱デューティを設けてこの予熱デューティで蛍光ランプの予熱を行うことで、特別な回路を付加することなく深い調光をした場合でも蛍光ランプの寿命の減少を防止することができる。また、特別な回路を付加する必要がないため、省スペース化と省コスト化とを図ることができる。さらに、予熱デューティを設けることで、蛍光ランプの予熱を他のデューティから独立して制御することが可能となり、調光制御信号の設定の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る実施例１の調光制御信号を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施例１の調光制御信号によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図４】蛍光ランプ間にかかる出力周波数の測定結果を示すグラフである。
【図５】本発明に係る予熱デューティ比とフィラメント電力要素との関係を示すグラフである。
【図６】本発明に係る実施例２の調光制御信号を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施例２の調光制御信号によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図８】比較例１の調光制御信号を説明する図である。
【図９】比較例１の調光制御信号によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施例及び比較例とフィラメント電力要素との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の調光制御信号を説明する図である。
【図１２】従来の調光制御信号の間欠発振制御方式によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図１３】従来の調光制御信号の周波数変調方式によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図１４】動作周波数と出力電圧の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１に示す本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０は、商用電源１を直流化する直流化回路４０と、直流化回路４０からの直流電流を平滑化した上で後述のスイッチング部４４に供給する直流電源部４２と、調光率を指示する調光信号を後述の調光制御部３６に出力する調光信号出力手段４５と、蛍光ランプＦを消灯させる消灯デューティと蛍光ランプＦのフィラメントを予熱するための予熱デューティと蛍光ランプＦを点灯させるＯＮデューティとを有する調光制御信号を出力する調光制御部３６と、調光制御信号に応じた動作周波数のスイッチング信号を出力する発振部３３と、スイッチング信号に応じたスイッチング制御により直流電源部４２からの電力を高周波交流電力として出力端Ｐに出力するスイッチング部４４と、スイッチング部４４からの高周波交流電力により蛍光ランプＦの点灯及び消灯を行う蛍光ランプ点灯部４６と、を有している。
【００３０】
直流化回路４０としては、図１に示す全波整流回路の他、周知の倍電圧整流回路を使用することができる。また、直流電源部４２としては、周知のコンデンサインプット方式、アクティブフィルタ方式、部分平滑方式のものを用いることができる。
【００３１】
スイッチング部４４はスイッチング信号が入力するゲート端子が後述の絶縁素子３７を介して発振部３３に接続された２つのＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２を有している。そして一方のＦＥＴ素子Ｑ１のソース端子が直流電源部４２に接続され、他方のＦＥＴ素子Ｑ２のドレイン端子が直流電源部４２に接続され、ＦＥＴ素子Ｑ１のドレイン端子とＦＥＴ素子Ｑ２のソース端子とが出力端Ｐ接続されている。
【００３２】
蛍光ランプ点灯部４６はＬＣ共振点灯方式の蛍光ランプ点灯装置で構成され、出力端Ｐと蛍光ランプＦの一方のフィラメントＦｒａとの間に接続されるインダクタ素子Ｌ及び直流カットコンデンサＣと、蛍光ランプＦの他方のフィラメントＦｒｂを直流電源部４２に接続した上で、さらに前記蛍光ランプＦの両方のフィラメントＦｒａ、Ｆｒｂを介して蛍光ランプＬと並列接続される共振コンデンサＣｆと、を備えている。また、蛍光ランプ点灯部４６は１つとは限らず、複数の蛍光ランプ点灯部４６を出力端Ｐと直流電源部４２との間に並列に接続することができる。尚、図１では蛍光ランプ点灯部４６を４つ並列接続した例を示す。
【００３３】
調光制御部３６と発振部３３とは調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の制御部５０内に設置される。そして、制御部５０には調光制御部３６と発振部３３との他に、例えばスイッチング電源用の汎用ＩＣ等により構成され所定のクロック信号（例えば２．２５ｋＨｚ）を出力するクロック発振部３４と、例えば汎用カウンターＩＣ等により構成されクロック発振部３４からのクロック信号を例えば１／１０に分周して調光制御部３６に出力する分周部３５と、蛍光ランプＦを初めに点灯する際の始動制御信号を発振部３３に出力する始動制御部３２と、発振部３３からのスイッチング信号を各部と分離し絶縁状態でスイッチング部４４のＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２のゲート電圧として出力する例えば信号用パルストランス等の絶縁素子３７と、直流化回路４０からの直流電流を小容量の制御回路用の電力に変換して制御部５０の各部に供給する制御回路用電源３１と、を有している。尚、図１においては、制御回路用電源３１からの各部への電源供給ラインの記載は省略する。
【００３４】
次に、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の動作を説明する。先ず、図示しない点灯スイッチ等がＯＮされると、始動制御部３２が発振部３３に例えば発振周波数を動作周波数６７ｋＨｚに変調する始動制御信号を１秒間出力する。発振部３３は始動制御信号を受けて動作周波数６７ｋＨｚのスイッチング信号を１秒間出力する。スイッチング部４４は絶縁素子３７を介して取得された動作周波数６７ｋＨｚのスイッチング信号によりＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２を１秒間スイッチング制御する。このスイッチング制御により出力端Ｐに直流電源部４２からの電力が動作周波数６７ｋＨｚで１秒間出力される。出力端Ｐから出力される高周波交流電力は蛍光ランプ点灯部４６に供給され蛍光ランプＦの両フィラメントＦｒａ、Ｆｒｂを予熱する。次に、始動制御部３２は例えば動作周波数４２ｋHzの制御信号を発振部３３に出力する。これにより、蛍光ランプＦは全光状態で点灯する。
【００３５】
次に、ユーザが調光スイッチを操作したりタイマ等のＯＮ動作により所定の信号が調光信号出力手段４５に入力すると、調光信号出力手段４５は調光制御部３６に対し調光率を指示する調光信号を出力する。調光制御部３６には、分周部３５からの分周されたクロック信号に基づいて形成されたＯＮデューティ、予熱デューティ、消灯デューティを有する例えば図２に示す調光制御信号が予め設定されている。そして、調光制御部３６は調光信号を受けて調光制御信号及びこの調光制御信号と対応した変調信号を順次、発振部３３に出力する。尚、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０が複数の調光率に対応可能な場合には、調光信号出力手段４５は指示された調光率の調光信号を出力し、調光制御部３６はこの調光信号に応じた調光制御信号を選択して出力する。また、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を段階的な調光率ではなく連続的な調光率に対応させる場合には、調光信号出力手段４５をボリューム等で構成し、調光制御部３６は調光信号の調光率に応じた調光制御信号をマイコン等によりその都度形成して出力する。
【実施例１】
【００３６】
次に、図２を用いて調光制御部３６が出力する調光制御信号及びこの調光制御信号による調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の動作をさらに詳しく説明する。尚、図２に示す調光制御信号は、蛍光ランプ点灯部４６を４つ並列接続した上で蛍光ランプＦにＦＬ２０ＳＳ管を用い、直流電源部４２に平滑コンデンサ５６０μＦ／２００Ｖのコンデンサインプット式のものを採用し、インダクタ素子Ｌのインダクタ値を６２０μＨ、共振コンデンサＣｆの容量値を０．０１５μＦとし、さらにＯＮデューテ比が０．３（調光率約３０％）の条件時に好適なものである。
【００３７】
上記の調光制御信号の特に予熱デューティの期間及び動作周波数は、予め予備実験を行い最適な期間及び動作周波数を求めた上で、調光制御部３６に設定しておく。また、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０が複数の調光率に対応可能な場合には、その調光率毎に最適な予熱デューティの期間及び動作周波数を求め調光制御部３６に設定しておく。尚、予熱デューティの期間及び動作周波数は、使用する蛍光ランプＦの種類、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の各回路の構成、即ち直流化回路４０、直流電源部４２、スイッチング部４４等の構成、インダクタ素子Ｌのインダクタ値、共振コンデンサＣｆの容量値等により異なる。
【００３８】
図２に示す調光制御信号は、蛍光ランプＦを点灯させるＯＮデューティの調光制御信号Ｄ（ＯＮデューテ比：０．３ 動作周波数：５０ｋＨｚ）と、蛍光ランプＦを消灯させる消灯デューティの調光制御信号Ａ（スイッチング信号：ＯＦＦ信号 間欠発振制御方式）と、蛍光ランプＦの消灯を維持しながら蛍光ランプＦのフィラメントに電流を流下しフィラメントの予熱を行う予熱デューティの調光制御信号Ｂ（予熱デューテ比：０．４２８ 動作周波数：９２ｋＨｚ）とを有している。そして、消灯デューティと予熱デューティとがＯＦＦデューティを構成し、ＯＦＦデューティとＯＮデューティとを含めた調光制御信号の周期Ｔは０．５ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ（１００Ｈｚ〜２ｋＨｚ）である。尚、予熱デューテ比は（予熱デューティ）/（ＯＦＦデューティ）で表される。また、図２に示す調光制御信号には蛍光ランプＦの再点灯時のキック電圧を印加する再点弧デューティの調光制御信号Ｃ（動作周波数６３ｋＨｚで一定期間制御後、ＯＮデューティの動作周波数に徐々に移行）を有している。ただし、この再点弧デューティは調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の回路構成、使用する蛍光ランプＦの種類によっては無くとも良い。
【００３９】
ここで、調光信号出力手段４５から調光信号が出力されると、調光制御部３６は先ず図２に示す消灯デューティの調光制御信号Ａ及びスイッチング信号をＯＦＦするＯＦＦ信号を発振部３３に出力する。発振部３３は調光制御信号Ａ及びＯＦＦ信号を受けて消灯デューティの期間、スイッチング信号をＯＦＦする。これにより、蛍光ランプＦへの高周波交流電力の供給が止まり、蛍光ランプＦのフィラメント電流（図３（ａ）の領域Ａ）及び管電流（図３（ｂ）の領域Ａ）の流下が停止する。よって、蛍光ランプＦが消灯する。
【００４０】
次に、調光制御部３６は予熱デューティの調光制御信号Ｂ及び発振周波数を動作周波数９２ｋＨｚに変調する変調信号を発振部３３に出力する。発振部３３は調光制御信号Ｂ及びこの変調信号を受けて予熱デューティの期間、動作周波数９２ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプＦのフィラメントには図３（ａ）の領域Ｂに示すように約０．３００ＡＯ−Ｐのフィラメント電流（交流）が流下し、蛍光ランプＦの蛍光管には図３（ｂ）の領域Ｂに示すように約０．０５ＡＯ−Ｐの管電流（交流）が流下する。この管電流では蛍光ランプＦはほとんど点灯に至らないため、蛍光ランプＦは消灯が維持されながら、蛍光ランプＦのフィラメントにフィラメント電流（交流）が流下する。この場合、フィラメントは抵抗体となるからフィラメント電流が流下することで動作周波数９２ｋＨｚの実効値に相当するジュール熱が発生する。これによりフィラメントは、適切な温度（約７００℃程度）に予熱される。尚、実効値はある期間に流れる電流を自乗した値を全体の期間で平均化した値の平方根である。
【００４１】
ここで仮に、周波数変調方式のようにＯＦＦデューティ時にもフィラメント電流を流下する場合を考える。そして、ＯＦＦデューティ時におけるフィラメントの適切な予熱にＯＦＦデューティ全体で０．２５Ａｒｍｓの電流が必要とする場合、これをＯＦＦデューティ全体で印加すると蛍光ランプＦが直ちに消灯せず指示された調光を行えない可能性がある。このため、本発明では消灯デューティにより蛍光ランプＦを消灯した後に予熱デューティを設け、この予熱デューティ期間に０．２５Ａｒｍｓに相当する電流（例えば、予熱デューティがＯＦＦデューティの半分の期間とした場合、約０．３５３Ａｒｍｓの電流）を流下することで、フィラメントの適切な予熱を行う。
【００４２】
次に、調光制御部３６は再点弧デューティの調光制御信号Ｃ及び調光制御信号Ｃに対応した変調信号を発振部３３に出力する。尚、ここでの変調信号は、発振周波数を動作周波数６３ｋＨｚに所定期間変調した上で５０ｋＨＺに徐々に変調する信号の例を示す。発振部３３は調光制御信号Ｄ及びこの変調信号を受けて動作周波数６３ｋＨｚ（所定期間経過後５０ｋＨＺに徐々に変調する）のスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプＦにはキック電圧が印加され図３（ｂ）の領域Ｃに示すように管電流（交流）が徐々に増加し蛍光ランプＦが点灯する。
【００４３】
次に、調光制御部３６はＯＮデューティの調光制御信号Ｄ及び発振周波数を動作周波数５０ｋＨｚに変調する変調信号を発振部３３に出力する。尚、この動作周波数５０ｋＨｚはインダクタ素子Ｌと共振コンデンサＣｆとの共振周波数ｆo（ｆo＝５２．５ｋHz）近傍の周波数である。発振部３３は調光制御信号Ｄ及びこの変調信号を受けてＯＮデューティの期間、動作周波数５０ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプＦには図３（ａ）、図３（ｂ）の領域Ｄに示すように、約０．４００ＡＯ−Ｐのフィラメント電流（交流）と約０．３００ＡＯ−Ｐの管電流（交流）が流下し、蛍光ランプＦの点灯が維持される。
【００４４】
そして、繰り返し調光制御信号Ａ〜Ｄ及びこれらと対応する変調信号が出力されることで蛍光ランプＦは消灯、点灯が繰り返され、結果として蛍光ランプＦの照度は低下する。これにより、蛍光ランプＦは指示された調光率（本例では約３０％）で点灯する。
【００４５】
ここで、図１１に示す従来の間欠発振制御方式の調光制御信号による調光動作時と、図２に示す本発明にかかる調光制御信号による調光動作時と、における蛍光ランプＦ（４灯）間にかかる出力周波数を測定した結果を図４に示す。尚、図４（ａ）が従来の間欠発振制御方式による周波数測定結果、図４（ｂ）が本発明にかかる調光制御信号による周波数測定結果である。
【００４６】
図４（ａ）、図４（ｂ）では、ともにＯＮデューティ時の動作周波数が５０ｋＨｚ、再点弧デューティ時の動作周波数が６３ｋＨｚであるためこの範囲の周波数成分が高くなっている。また、図４（ｂ）では、予熱デューティの動作周波数が９２ｋＨｚであるためこの近傍の周波数成分にピークが存在している。ただし、図４（ａ）では、６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの動作周波数を使用していないにもかかわらず、ＯＮデューティ時の動作周波数及び再点弧デューティ時の動作周波数の高調波成分により６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの周波数成分（ノイズ成分）が高いレベルで存在している。前述のように自動販売機では７０ｋＨｚの信号を内部の通信に使用しており、この６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚのノイズ成分の存在は自動販売機の通信に悪影響を及ぼし誤作動の原因となる可能性があり好ましいものではない。
【００４７】
しかしながら、図４（ｂ）では、６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚのノイズ成分が低減していることがわかる。ここで、９２ｋＨｚの動作周波数の予熱デューティは共振周波数よりも高い動作周波数で、かつ蛍光ランプＦの消灯時のもののため高調波成分が少ない比較的ｓｉｎ波に近いものと考えられる。従って、高調波成分の少ない予熱デューティが存在することにより、結果として６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚのノイズ成分が低減するものと考えられる。このことから、予熱デューティ時の動作周波数を７５ｋＨｚよりも高い領域でかつ適切に設定することで、自動販売機の禁止周波数帯域である６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚのノイズ成分を低減することができる。
【００４８】
次に、調光制御信号の予熱デューティを設定するための予備実験に関して説明する。尚、ここでは、以下の条件で実験を行った。
商用電源：１００Ｖ、５０Hz
直流電源部：平滑コンデンサ５６０μＦ／２００Ｖのコンデンサインプット式
スイッチング部：８．５Ａ／２００ＶのＦＥＴ
絶縁素子：信号用パルストランス
クロック信号：２．２５ｋＨｚ
インダクタ素子Ｌ：６２０μＨ
直流カットコンデンサＣ：１μＦ
共振コンデンサＣｆ：０．０１５μＦ
共振周波数ｆo：５２．５ｋＨｚ（標準値）
蛍光ランプ：ＦＬ２０ＳＳ管（４灯並列接続）
ＯＮデューティ比：３０％（再点弧時間含む）
ＯＮデューティの動作周波数：５０ｋＨｚ
再点弧デューティ：有り
調光制御信号周期：４．４５ｍｓｅｃ（２２５Ｈｚ）
予熱デューティ動作周波数：９２ｋＨｚ
予熱デューティ比（％）：０．０％、１４．３％、２８．６％、４２．８％、５７．１％
そして、このときにかかる蛍光ランプ（４灯）の管電流、フィラメント電流、合成電流、を測定した。この結果を、表１及び図５に示す。尚、合成電流は理想的には（（フィラメント電流）２＋（管電流）２）１／２で表されるものであるが、蛍光ランプの抵抗値等があるため実際にはこの値となっていない。
【００４９】
【表１】
ここで、図５の横軸は蛍光ランプの明るさを示す指標であり管電流要素（比）と記す。この管電流要素（比）は調光率とほぼ一致し、フィラメントの温度が７００℃になるときのフィラメント電流をＩ（７００）としたときに
管電流要素（比）＝管電流／Ｉ（７００） となる。
尚、管電流要素（比）の１．０が管電流がフィラメント７００℃比１００％時である。また、図５の縦軸はフィラメントの予熱に関わる電力の指標でありフィラメント電力要素（比）と記す。このフィラメント電力要素（比）は合成電流をＩ（合）とし共振コンデンサＣｆに流れる電流をＩ（Ｃｆ）としたときに
フィラメント電力要素（比）＝(I（合）/I（７００）)２+(I（Ｃｆ）/I（７００）)２ となる。
また、図５中の斜線で示す領域はフィラメントに対して適正な予熱の行われるフィラメント電力要素の範囲を示す。よって、図５中の斜線で示す領域から下方に乖離するに従い、フィラメントの予熱が不足し蛍光ランプＦの寿命が低下する。尚、この適正フィラメント予熱電流の評価指標はランプ業界で懸案中のものであるが、本願発明者は上記のもの（管電流要素（比）及びフィラメント電力要素（比））を指標として検証を行ってきた。
【００５０】
表１及び図５に示すように、上記の条件において調光率３０％、予熱デューティ時の動作周波数９２ｋHzの場合、予熱デューティ比が２８．６％〜５７．１％の範囲でそのフィラメント電力要素は適正な予熱の行われる領域内にあることが判る。このフィラメント電力要素は、同一規格の蛍光ランプＦを用いても多少のバラつきが存在するため、予熱デューティ比の設定は図５中の鎖線で示すセンター値近傍に設定することが好ましい。よってこの場合、予熱デューティ比を４２．８％と設定する。
【実施例２】
【００５１】
次に、予熱デューティ比を４２．８％（動作周波数９２ｋＨｚ）とし、予熱デューティの位置を図６に示すように２つの消灯デューティの調光制御信号Ａの間に設けた例を示す。この場合でも図７（ａ）（ｂ）の領域Ａ１に示すように、ＯＮデューティの直後に設けられた第１の消灯デューティの調光制御信号Ａにより、フィラメント電流及び管電流の流下は停止し蛍光ランプＦは確実に消灯する。よって、この場合でもＯＮデューティ直後の続流電流を考慮に入れることなくフィラメントの予熱を適切に行うことができる。
【００５２】
（比較例１）
次に、予熱デューティ比を４２．８％（動作周波数９２ｋＨｚ）とし、予熱デューティの位置を図８に示すようにＯＮデューティの直後に設けた例を示す。この場合、ＯＮデューティの直後に予熱デューティが設けられているため、予熱デューティの動作周波数が蛍光ランプＦの消灯領域のものであっても、ＯＮデューティ時から続く続流電流により図９（ｂ）の領域Ｂに示すように管電流は直ぐに減少せず蛍光ランプＦは迅速に消灯しない。よって、指示された調光率と実際の調光率とにズレが生じることとなる。従って、ＯＮデューティの直後には所定の期間の消灯デューティを設け、その後に予熱デューティを設けることが好ましい。
【００５３】
次に、実施例１、実施例２の調光制御信号で調光動作をしたときと、以下の比較例２、３、４で調光動作をしたときとの、管電流要素（比）とフィラメント電力要素との関係を図１０に、そのときの管電流、フィラメント電流、合成電流の測定結果を表２に示す。
【００５４】
（比較例２）
実施例１、実施例２と同様の回路構成で図１１に示す調光制御信号で間欠発振制御方式による調光動作（図１２参照）を行った。
【００５５】
（比較例３）
実施例１、実施例２と同様の回路構成で図１１に示す調光制御信号で周波数変調方式による調光動作（図１３参照）を行った。
【００５６】
（比較例４）
直流化回路４０として倍電圧整流回路を使用し、図１１に示す調光制御信号で間欠発振制御方式による調光動作を行った。
【００５７】
【表２】
図１０、表２より、実施例１、実施例２のものは適切な予熱デューティを有しているため、調光率３０％の深い調光であってもそのフィラメント電力要素は適正な予熱の行われる領域のセンター値近傍に位置していることがわかる。これにより、フィラメントの電子放射物質の消耗が抑制され蛍光ランプＦの寿命低下の防止が期待できる。
【００５８】
しかしながら、予熱デューティを備えていない比較例２、比較例３のものの調光率３０％におけるフィラメント電力要素は適正な予熱の行われる領域の境界近傍で且つ境界外に位置している。この場合、蛍光ランプＦによっては大幅に適正な予熱の行われる領域を逸脱し、著しく寿命が低下する可能性がある。
【００５９】
さらに、比較例４のもののフィラメント電力要素は適正な予熱の行われる領域から大きく乖離している。本願発明者が比較例４の条件による蛍光ランプＦの不灯になるまでの点灯累計時間を測定したところ２,０００〜４,０００時間であった。実験に使用したＦＬ２０ＳＳ管のＪＩＳ規格の定格寿命値は６,０００時間であるから、比較例４の条件で上記の調光動作を行うと蛍光ランプＦ（ＦＬ２０ＳＳ管）の寿命は凡そ半減することがわかる。また、比較例４の条件では調光率が約４０％となっており、調光率３０％を達成するためには更なるＯＮデューティ期間の短縮が必要である。そして、ＯＮデューティ期間が短縮すれば、そのフィラメント電力要素はさらに適正な予熱の行われる領域から乖離しそれに伴い蛍光ランプＦの寿命も減少することが予想される。
【００６０】
尚、図１０、表２には示していないが、比較例４の倍電圧整流回路及びその他の直流化回路４０を使用したものであっても、期間及びその動作周波数が最適化された予熱デューティを設けることで、調光率３０％の深い調光を行った場合でもそのフィラメント電力要素を適正な予熱の行われる領域のセンター値近傍に位置させることができる。
【００６１】
また、本例では消灯デューティ時にスイッチング信号をＯＦＦする間欠発振制御方式の例を示しているが、本発明は周波数変調方式にも適用が可能である。この場合、消灯デューティ時に蛍光ランプＦが消灯する高い動作周波数（例えば１６２ｋＨｚ）の調光制御信号Ａを出力すれば、蛍光ランプＦは直ちに消灯する。また、禁止周波数帯域を考慮して消灯デューティ時の動作周波数を１５０ｋＨｚ未満とし、調光率の調整のためＯＮデューティの期間を短くしても、蛍光ランプＦのフィラメントの予熱を行う予熱デューティは他デューティから独立して設定することが可能なため調光制御信号の設定を比較的自由に行うことができる。さらに、予熱デューティが存在することで動作周波数の高い消灯デューティの期間が短縮され、スイッチング部４４を構成するスイッチング素子（ＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２）の発熱を抑制することができる。
【００６２】
以上のように、本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０によれば、ＯＦＦデューティ中に予熱デューティを設けこの予熱デューティの期間及び動作周波数を最適化することで、特別な回路を付加することなく蛍光ランプＦの寿命低下を防止することができる。よって、本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０は、低コスト化、省スペース化が可能となり、様々な用途に適用可能な汎用性の高いものとなる。
【００６３】
また、蛍光ランプの予熱を行う予熱デューティの設定は他のデューティから独立して行うことができるため、蛍光ランプの種類等や調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の各部の構成等に応じて適切な予熱デューティの設定を行うことができる。さらに、予熱デューティを設けることにより、蛍光ランプの予熱を考慮することなく他のデューティの設定を行うことができるため、調光制御信号の設定の自由度及び調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の各部の回路設計の自由度を向上させることができる。
【００６４】
尚、上記の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０は本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置の好適な一例であるから、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の各部の構成及び動作等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。さらに、本例で示した予熱デューティの期間及び動作周波数は、本例の条件で好適なものであり、調光機能付蛍光ランプ点灯装置の回路構成、調光率、使用する蛍光ランプによって適宜変化する。
【符号の説明】
【００６５】
１ 商用電源
３３ 発振部
３６ 調光制御部
４０ 直流化回路
４２ 直流電源部
４４ スイッチング部
４５ 調光信号出力手段
４６ 蛍光ランプ点灯部
８０ 調光機能付蛍光ランプ点灯装置
Ｃｆ 共振コンデンサ
Ｌ インダクタ素子
Ｆ 蛍光ランプ
Ｆｒａ、Ｆｒｂ フィラメント
Ｐ 出力端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光ランプの明るさを変化させる調光機能付蛍光ランプ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から商品のショーケースや自動販売機においても蛍光ランプの明るさを段階的（もしくは連続的）に変化させることが可能な調光機能を備えた蛍光ランプ点灯装置が使用される傾向にある。これら調光機能付蛍光ランプ点灯装置は基本的に蛍光ランプの点灯、消灯を交互に高速で切り替え、蛍光ランプの点灯時間を短くするとともにその分だけ消灯時間を長くすることにより蛍光ランプの調光を行う方法が多く採用されている。尚ここでは、蛍光ランプの明るさを減少させ特に全光時の５０％以下にすることを深い調光と記すものとする。
【０００３】
この蛍光ランプの調光方法の代表的なものとして、間欠発振制御方式（例えば下記［特許文献１］）と周波数変調（ＰＷＭ）方式（例えば下記［特許文献２］）とが挙げられる。
【０００４】
ここで、従来の調光機能付蛍光ランプ点灯装置の調光動作を間欠発振制御方式のものを用いて説明する。
【０００５】
従来の調光機能付蛍光ランプ点灯装置の調光制御部には、蛍光ランプを消灯させるＯＦＦデューティと蛍光ランプを点灯させるＯＮデューティとを調光率に応じた比率で有し、ＯＮデューティ時における動作周波数が規定された例えば図１１に示すような調光制御信号が予め設定されている。蛍光ランプの調光はＯＮデューティ比（調光制御信号の周期をＴとした時のＯＮデューティの占める割合）によって制御され、ＯＮデューティ比が小さい程、深い調光となる。そして、調光制御信号の一般的な周期Ｔは、０．５ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃである。尚、図１１に示す調光制御信号は、ＯＮデューティ比が０．３、即ち調光率約３０％の例を示している。
【０００６】
従来の調光機能付蛍光ランプ点灯装置は、蛍光ランプが点灯した後に所定の調光（ここでは調光率３０％）を指示する信号を受けると、調光制御部が図１１に示すＯＦＦデューティの調光制御信号Ａ’を発振部に出力する。間欠発振制御方式の場合、発振部は調光制御信号Ａ’を受けてスイッチング信号をＯＦＦする。これにより、蛍光ランプへの高周波交流電力の供給が止まり、蛍光ランプのフィラメント電流（図１２（ａ）の領域Ａ’）及び管電流（図１２（ｂ）の領域Ａ’）の流下が停止する。よって、蛍光ランプが消灯する。
【０００７】
次に、調光制御部は再点弧デューティの調光制御信号Ｃを発振部に出力する。発振部は調光制御信号Ｃを受けて例えば動作周波数６３ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプにはキック電圧が印加され図１２（ｂ）の領域Ｃに示すように管電流（交流）が徐々に増加しある一定値を超えたところで蛍光ランプが点灯する。尚、ここでの再点弧デューティは動作周波数６３ｋＨｚで一定期間制御後、ＯＮデューティの動作周波数に徐々に移行するものとした。
【０００８】
次に、調光制御部はＯＮデューティの調光制御信号Ｄを発振部に出力する。発振部は調光制御信号Ｄを受けて例えば動作周波数５０ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプには図１２（ａ）、図１２（ｂ）の領域Ｄに示すように、約０．４００ＡＯ−Ｐのフィラメント電流（交流）と約０．３００ＡＯ−Ｐの管電流（交流）が流下し、蛍光ランプの点灯が維持される。
【０００９】
そして、繰り返し調光制御信号Ａ’、Ｃ、Ｄが出力されることで蛍光ランプは消灯、点灯が繰り返され、結果として蛍光ランプの照度は低下する。これにより、蛍光ランプＦは指示された調光率（本例では約３０％）で点灯する。
【００１０】
間欠発振制御方式の調光機能付蛍光ランプ点灯装置では、図１２に示すように、ＯＦＦデューティの期間ではフィラメント電流及び管電流が流下しない。このため省エネルギー効果は大きく、消費電力対照度比の効率は良好といえる。また、ＯＮデューティ比約５０％までの範囲の調光では、蛍光ランプの寿命への悪影響も少ない。
【００１１】
しかしながら、５０％を超える深い調光になると、フィラメント電流が流れないＯＦＦデューティの期間が長くなる。間欠発振制御方式ではＯＦＦデューティの期間にはフィラメント電流は流下しないためフィラメントの温度が徐々に低下する。
【００１２】
周知のように蛍光ランプのフィラメントには電子放射物質（エミッタ）が塗布されており、フィラメントが取り付けられた電極（陰極）に電流が流れるとこのフィラメントにフィラメント電流が流れ、これによりフィラメントが予熱される。そして、所定の電力が蛍光ランプの両電極に印加されると、予熱されたフィラメントから熱電子がもう一方の電極（陽極）に引かれて移動し放電が起こる。これにより蛍光ランプは点灯する。このときの適正なフィラメントの予熱温度は７００℃前後であり、この適正な予熱温度以下の温度で放電を行うと、電子放射物質の飛散量が増大し蛍光ランプの寿命が減少する。
【００１３】
そして、上記のようにＯＦＦデューティの期間が長い場合、フィラメントの温度が適正温度よりも低下する可能性がある。このため、間欠発振制御方式では５０％を超えるような深い調光を行うと蛍光ランプによってはその寿命が大きく減少する可能性がある。即ち、従来の間欠発振制御方式による調光はＯＦＦデューティ時の管電流を迅速に低下させることが可能で深い調光を容易に行うことができ、また省エネルギーの効果も高い反面、深い調光ではフィラメントの予熱温度が不足し蛍光ランプの寿命が減少するという問題点がある。
【００１４】
また、周波数変調方式では主に蛍光ランプの立ち消えを防止する為、図１３に示すように、ＯＦＦデューティ時に管電流の流下が停止する高い動作周波数（図１３では１６２ｋＨｚ）を印加して蛍光ランプを消灯する。
【００１５】
ここで、ＬＣ共振点灯方式における動作周波数と無放電状態の蛍光ランプへの出力電圧との関係は、ＬＣ共振回路を構成するインダクタ素子のインダクタ値と共振コンデンサの容量値とに依存し、インダクタ素子と共振コンデンサとが共振周波数をとるときに最大となる。そして、出力の最大電圧は電圧共振回路上の伝送インピーダンスで決定とともに、共振周波数ｆoはインダクタ素子のインダクタンス値をＬ、共振コンデンサの容量値をＣｆとした時に、以下の式で表される。
【００１６】
【数１】
また、蛍光ランプの非点灯時の出力電圧と動作周波数とのシミュレーション結果を図１４に示す。尚、シミュレーションの条件は、スイッチング出力電圧＝ＡＣ６０Ｖ、インダクタ素子のインダクタンス値Ｌ＝６２０μＨ、共振コンデンサの容量値Ｃｆ＝０．０１５μＦ、回路インピーダンス＝２０Ω、動作周波数＝４０ｋ〜１３５ｋHｚとした。尚、通常インダクタ素子には直流カットコンデンサが直列接続されるがこの直流カットコンデンサの容量は共振コンデンサの容量Ｃｆに対して十分大きい値として無視し、共振周波数を上記計算式により計算すると、共振周波数ｆo＝５２．２ｋHzとなる。
【００１７】
図１４の結果から、動作周波数が共振周波数ｆoよりも増加すると出力電圧が減少することがわかる。そして、周波数変調方式ではこの共振周波数ｆoよりも高い動作周波数を用いて蛍光ランプへの出力電圧を低下させ蛍光ランプの消灯又は減光を行う。
【００１８】
しかしながら、蛍光ランプ点灯装置では雑音端子電圧の自主規制規格が存在し、１５０ｋHｚ以上の周波数帯域を動作周波数として使用することは好ましくない。よって、実際にはＯＦＦデューティ時の動作周波数は１５０ｋＨｚ未満とすることが望ましい。しかしながら、蛍光ランプの点灯はアーク放電によるものであるから、ＯＦＦデューティ時の動作周波数を１５０ｋＨｚ未満（１２０ｋＨｚ〜１３０ｋＨｚ程度）とすると、ＯＮデューティ時からの続流電流により管電流が迅速に低下せず蛍光ランプが直ちに消灯しない。このためＯＮデューティ比と調光率との間にズレが生じ所望の調光率が得られない。従って、所望の調光率を得るためにはＯＮデューティの期間を短縮するなどしなければならないが、ＯＮデューティの期間の変化はフィラメントの予熱等にも関与し調光制御信号の設定が極めて煩雑となる。また、特に自動販売機に蛍光ランプ点灯装置を使用する場合には、自動販売機のデータ収集等の通信に使用する７０ｋHｚ近傍の周波数帯（６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚ）を動作周波数として恒常的に使用することができない。このことが、さらに調光制御信号の設定を煩雑としている。
【００１９】
ただし、周波数変調方式ではＯＦＦデューティの期間でもフィラメント電流は流下するから間欠発振制御方式と比較してフィラメントの温度低下も少ない。しかしながら、周波数変調方式であっても深い調光を行いＯＦＦデューティの期間を長くすれば、間欠発振制御方式と同様にフィラメントが適正温度よりも低下して蛍光ランプの寿命が減少する可能性がある。また、高い動作周波数のＯＦＦデューティの期間を長くすれば、スイッチング素子の高速動作期間も長くなり、特に無負荷時（蛍光ランプが外された場合、蛍光ランプが寿命等で動作しない場合）等にはスイッチング素子が発熱するという問題点がある。
【００２０】
従って、従来の周波数変調方式による調光はＯＦＦデューティ時におけるフィラメントの温度低下が比較的少ないものの、深い調光を行えば間欠発振制御方式と同様にフィラメントが適正温度よりも低下して蛍光ランプの寿命が減少する可能性がある。また、上記の禁止周波数帯域を避けて調光制御信号の動作周波数を設定する必要があるため調光制御信号の設定の自由度が低い。さらに、スイッチング素子の発熱が大きいという問題点がある。
【００２１】
調光動作による蛍光ランプの寿命低下は、仮にＯＦＦデューティ時に適正な予熱温度が得られるフィラメント電流の値が、蛍光ランプによらず統一されて示されていれば、ＯＦＦデューティ時の動作周波数を適切に設定することである程度防止することができる。さらに、場合によっては蛍光ランプの定格寿命を銅鉄チョーク比の寿命で２倍程度にすることも可能である。従って、蛍光ランプメーカの改善により予熱のための適正なフィラメント電流が、蛍光ランプメーカ、蛍光ランプの種類、蛍光ランプ自体のバラツキによらず統一的に示されることが理想であるが、現状そこまでには至っていない。
【００２２】
この点、［特許文献２］には、蛍光ランプを点灯もしくは消灯させる動作周波数に応じて、予熱電流の供給量を増減させる第１の供給源と第２の供給源とを備えた放電灯点灯装置に関する発明が開示されている。この［特許文献２］に開示された発明によれば、調光率が深くＯＦＦデューティの期間が長い場合でも、十分なフィラメントの予熱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】実開昭５８−６２５９２号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら［特許文献２］に開示された発明は、予熱電流の供給量を増減させるためのトランス等の第１の供給源及び第２の供給源を必要とするため、特に蛍光ランプを複数点灯させる場合、その各々の点灯部に第１の供給源及び第２の供給源が必要となりコストの増加及び設置スペースが増大するという問題点がある。
【００２５】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、特別な回路を付加することなく適正に蛍光ランプの予熱を行い蛍光ランプの寿命の減少を防止するとともに、省スペース、省コストで且つ調光制御信号設定の自由度が高い調光機能付蛍光ランプ点灯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】
【００２６】
本発明は、
（１）商用電源１を直流化する直流化回路４０と、当該直流化回路４０からの直流電流を平滑化する直流電源部４２と、調光率を指示する調光信号を出力する調光信号出力手段４５と、蛍光ランプＦを消灯させるＯＦＦデューティと当該蛍光ランプＦを点灯させるＯＮデューティとを調光率に応じた比率で有する調光制御信号を、前記調光信号を受けて出力する調光制御部３６と、前記調光制御信号に応じて所定の動作周波数のスイッチング信号を出力する発振部３３と、当該スイッチング信号に応じたスイッチング制御により前記直流電源部４２からの電力を高周波交流電力として出力端Ｐに出力するスイッチング部４４と、前記出力端Ｐと前記蛍光ランプＦの一方のフィラメントＦｒａとの間に接続されるインダクタ素子Ｌと前記蛍光ランプＦの他方のフィラメントＦｒｂを前記直流電源部４２に接続しさらに前記蛍光ランプＦの両方のフィラメントＦｒａ、Ｆｒｂを介して前記蛍光ランプＬと並列接続される共振コンデンサＣｆとを備えたＬＣ共振点灯方式の蛍光ランプ点灯部４６と、を有する調光機能付蛍光ランプ点灯装置において、
前記ＯＦＦデューティが予熱デューティと消灯デューティとで構成され、当該消灯デューティに基づく調光制御信号Ａにより前記蛍光ランプＦを消灯するとともに、前記予熱デューティに基づく調光制御信号Ｂにより前記蛍光ランプＦの消灯を維持しながら前記フィラメントＦｒａ、Ｆｒｂの予熱を行うことを特徴とする調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）ＯＮデューティの直後に消灯デューティを設けたことを特徴とする上記（１）記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）ＯＮデューティ、消灯デューティ、予熱デューティによる動作周波数を６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲以外に設定することを特徴とする上記（１）又は（２）記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）ＯＮデューティの動作周波数を前記インダクタ素子Ｌと前記共振コンデンサＣｆとの共振周波数近傍に設定し、予熱デューティの動作周波数を当該共振周波数及び７５ｋＨｚよりも高い周波数に設定することで、６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲のノイズ成分を低減することを特徴とする上記（３）記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）調光制御部３６の出力する調光制御信号が、消灯デューティにおけるスイッチング信号を蛍光ランプの消灯する動作周波数とし、消灯デューティ、予熱デューティ、ＯＮデューティのそれぞれの動作周波数を連続して周期的に出力する周波数変調方式の調光制御信号であることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（６）蛍光ランプ点灯部４６を出力端Ｐと直流電源部４２との間に複数並列接続したことを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（７）直流化回路４０が全波整流回路もしくは倍電圧整流回路で構成され且つ直流電源部４２がコンデンサインプット方式、アクティブフィルタ方式又は部分平滑方式であることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置は、ＯＦＦデューティ中に予熱デューティを設けてこの予熱デューティで蛍光ランプの予熱を行うことで、特別な回路を付加することなく深い調光をした場合でも蛍光ランプの寿命の減少を防止することができる。また、特別な回路を付加する必要がないため、省スペース化と省コスト化とを図ることができる。さらに、予熱デューティを設けることで、蛍光ランプの予熱を他のデューティから独立して制御することが可能となり、調光制御信号の設定の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る実施例１の調光制御信号を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施例１の調光制御信号によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図４】蛍光ランプ間にかかる出力周波数の測定結果を示すグラフである。
【図５】本発明に係る予熱デューティ比とフィラメント電力要素との関係を示すグラフである。
【図６】本発明に係る実施例２の調光制御信号を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施例２の調光制御信号によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図８】比較例１の調光制御信号を説明する図である。
【図９】比較例１の調光制御信号によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施例及び比較例とフィラメント電力要素との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の調光制御信号を説明する図である。
【図１２】従来の調光制御信号の間欠発振制御方式によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図１３】従来の調光制御信号の周波数変調方式によるフィラメント電流及び管電流を示す図である。
【図１４】動作周波数と出力電圧の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１に示す本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０は、商用電源１を直流化する直流化回路４０と、直流化回路４０からの直流電流を平滑化した上で後述のスイッチング部４４に供給する直流電源部４２と、調光率を指示する調光信号を後述の調光制御部３６に出力する調光信号出力手段４５と、蛍光ランプＦを消灯させる消灯デューティと蛍光ランプＦのフィラメントを予熱するための予熱デューティと蛍光ランプＦを点灯させるＯＮデューティとを有する調光制御信号を出力する調光制御部３６と、調光制御信号に応じた動作周波数のスイッチング信号を出力する発振部３３と、スイッチング信号に応じたスイッチング制御により直流電源部４２からの電力を高周波交流電力として出力端Ｐに出力するスイッチング部４４と、スイッチング部４４からの高周波交流電力により蛍光ランプＦの点灯及び消灯を行う蛍光ランプ点灯部４６と、を有している。
【００３０】
直流化回路４０としては、図１に示す全波整流回路の他、周知の倍電圧整流回路を使用することができる。また、直流電源部４２としては、周知のコンデンサインプット方式、アクティブフィルタ方式、部分平滑方式のものを用いることができる。
【００３１】
スイッチング部４４はスイッチング信号が入力するゲート端子が後述の絶縁素子３７を介して発振部３３に接続された２つのＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２を有している。そして一方のＦＥＴ素子Ｑ１のソース端子が直流電源部４２に接続され、他方のＦＥＴ素子Ｑ２のドレイン端子が直流電源部４２に接続され、ＦＥＴ素子Ｑ１のドレイン端子とＦＥＴ素子Ｑ２のソース端子とが出力端Ｐ接続されている。
【００３２】
蛍光ランプ点灯部４６はＬＣ共振点灯方式の蛍光ランプ点灯装置で構成され、出力端Ｐと蛍光ランプＦの一方のフィラメントＦｒａとの間に接続されるインダクタ素子Ｌ及び直流カットコンデンサＣと、蛍光ランプＦの他方のフィラメントＦｒｂを直流電源部４２に接続した上で、さらに前記蛍光ランプＦの両方のフィラメントＦｒａ、Ｆｒｂを介して蛍光ランプＬと並列接続される共振コンデンサＣｆと、を備えている。また、蛍光ランプ点灯部４６は１つとは限らず、複数の蛍光ランプ点灯部４６を出力端Ｐと直流電源部４２との間に並列に接続することができる。尚、図１では蛍光ランプ点灯部４６を４つ並列接続した例を示す。
【００３３】
調光制御部３６と発振部３３とは調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の制御部５０内に設置される。そして、制御部５０には調光制御部３６と発振部３３との他に、例えばスイッチング電源用の汎用ＩＣ等により構成され所定のクロック信号（例えば２．２５ｋＨｚ）を出力するクロック発振部３４と、例えば汎用カウンターＩＣ等により構成されクロック発振部３４からのクロック信号を例えば１／１０に分周して調光制御部３６に出力する分周部３５と、蛍光ランプＦを初めに点灯する際の始動制御信号を発振部３３に出力する始動制御部３２と、発振部３３からのスイッチング信号を各部と分離し絶縁状態でスイッチング部４４のＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２のゲート電圧として出力する例えば信号用パルストランス等の絶縁素子３７と、直流化回路４０からの直流電流を小容量の制御回路用の電力に変換して制御部５０の各部に供給する制御回路用電源３１と、を有している。尚、図１においては、制御回路用電源３１からの各部への電源供給ラインの記載は省略する。
【００３４】
次に、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の動作を説明する。先ず、図示しない点灯スイッチ等がＯＮされると、始動制御部３２が発振部３３に例えば発振周波数を動作周波数６７ｋＨｚに変調する始動制御信号を１秒間出力する。発振部３３は始動制御信号を受けて動作周波数６７ｋＨｚのスイッチング信号を１秒間出力する。スイッチング部４４は絶縁素子３７を介して取得された動作周波数６７ｋＨｚのスイッチング信号によりＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２を１秒間スイッチング制御する。このスイッチング制御により出力端Ｐに直流電源部４２からの電力が動作周波数６７ｋＨｚで１秒間出力される。出力端Ｐから出力される高周波交流電力は蛍光ランプ点灯部４６に供給され蛍光ランプＦの両フィラメントＦｒａ、Ｆｒｂを予熱する。次に、始動制御部３２は例えば動作周波数４２ｋHzの制御信号を発振部３３に出力する。これにより、蛍光ランプＦは全光状態で点灯する。
【００３５】
次に、ユーザが調光スイッチを操作したりタイマ等のＯＮ動作により所定の信号が調光信号出力手段４５に入力すると、調光信号出力手段４５は調光制御部３６に対し調光率を指示する調光信号を出力する。調光制御部３６には、分周部３５からの分周されたクロック信号に基づいて形成されたＯＮデューティ、予熱デューティ、消灯デューティを有する例えば図２に示す調光制御信号が予め設定されている。そして、調光制御部３６は調光信号を受けて調光制御信号及びこの調光制御信号と対応した変調信号を順次、発振部３３に出力する。尚、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０が複数の調光率に対応可能な場合には、調光信号出力手段４５は指示された調光率の調光信号を出力し、調光制御部３６はこの調光信号に応じた調光制御信号を選択して出力する。また、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０を段階的な調光率ではなく連続的な調光率に対応させる場合には、調光信号出力手段４５をボリューム等で構成し、調光制御部３６は調光信号の調光率に応じた調光制御信号をマイコン等によりその都度形成して出力する。
【実施例１】
【００３６】
次に、図２を用いて調光制御部３６が出力する調光制御信号及びこの調光制御信号による調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の動作をさらに詳しく説明する。尚、図２に示す調光制御信号は、蛍光ランプ点灯部４６を４つ並列接続した上で蛍光ランプＦにＦＬ２０ＳＳ管を用い、直流電源部４２に平滑コンデンサ５６０μＦ／２００Ｖのコンデンサインプット式のものを採用し、インダクタ素子Ｌのインダクタ値を６２０μＨ、共振コンデンサＣｆの容量値を０．０１５μＦとし、さらにＯＮデューテ比が０．３（調光率約３０％）の条件時に好適なものである。
【００３７】
上記の調光制御信号の特に予熱デューティの期間及び動作周波数は、予め予備実験を行い最適な期間及び動作周波数を求めた上で、調光制御部３６に設定しておく。また、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０が複数の調光率に対応可能な場合には、その調光率毎に最適な予熱デューティの期間及び動作周波数を求め調光制御部３６に設定しておく。尚、予熱デューティの期間及び動作周波数は、使用する蛍光ランプＦの種類、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の各回路の構成、即ち直流化回路４０、直流電源部４２、スイッチング部４４等の構成、インダクタ素子Ｌのインダクタ値、共振コンデンサＣｆの容量値等により異なる。
【００３８】
図２に示す調光制御信号は、蛍光ランプＦを点灯させるＯＮデューティの調光制御信号Ｄ（ＯＮデューテ比：０．３ 動作周波数：５０ｋＨｚ）と、蛍光ランプＦを消灯させる消灯デューティの調光制御信号Ａ（スイッチング信号：ＯＦＦ信号 間欠発振制御方式）と、蛍光ランプＦの消灯を維持しながら蛍光ランプＦのフィラメントに電流を流下しフィラメントの予熱を行う予熱デューティの調光制御信号Ｂ（予熱デューテ比：０．４２８ 動作周波数：９２ｋＨｚ）とを有している。そして、消灯デューティと予熱デューティとがＯＦＦデューティを構成し、ＯＦＦデューティとＯＮデューティとを含めた調光制御信号の周期Ｔは０．５ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ（１００Ｈｚ〜２ｋＨｚ）である。尚、予熱デューテ比は（予熱デューティ）/（ＯＦＦデューティ）で表される。また、図２に示す調光制御信号には蛍光ランプＦの再点灯時のキック電圧を印加する再点弧デューティの調光制御信号Ｃ（動作周波数６３ｋＨｚで一定期間制御後、ＯＮデューティの動作周波数に徐々に移行）を有している。ただし、この再点弧デューティは調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の回路構成、使用する蛍光ランプＦの種類によっては無くとも良い。
【００３９】
ここで、調光信号出力手段４５から調光信号が出力されると、調光制御部３６は先ず図２に示す消灯デューティの調光制御信号Ａ及びスイッチング信号をＯＦＦするＯＦＦ信号を発振部３３に出力する。発振部３３は調光制御信号Ａ及びＯＦＦ信号を受けて消灯デューティの期間、スイッチング信号をＯＦＦする。これにより、蛍光ランプＦへの高周波交流電力の供給が止まり、蛍光ランプＦのフィラメント電流（図３（ａ）の領域Ａ）及び管電流（図３（ｂ）の領域Ａ）の流下が停止する。よって、蛍光ランプＦが消灯する。
【００４０】
次に、調光制御部３６は予熱デューティの調光制御信号Ｂ及び発振周波数を動作周波数９２ｋＨｚに変調する変調信号を発振部３３に出力する。発振部３３は調光制御信号Ｂ及びこの変調信号を受けて予熱デューティの期間、動作周波数９２ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプＦのフィラメントには図３（ａ）の領域Ｂに示すように約０．３００ＡＯ−Ｐのフィラメント電流（交流）が流下し、蛍光ランプＦの蛍光管には図３（ｂ）の領域Ｂに示すように約０．０５ＡＯ−Ｐの管電流（交流）が流下する。この管電流では蛍光ランプＦはほとんど点灯に至らないため、蛍光ランプＦは消灯が維持されながら、蛍光ランプＦのフィラメントにフィラメント電流（交流）が流下する。この場合、フィラメントは抵抗体となるからフィラメント電流が流下することで動作周波数９２ｋＨｚの実効値に相当するジュール熱が発生する。これによりフィラメントは、適切な温度（約７００℃程度）に予熱される。尚、実効値はある期間に流れる電流を自乗した値を全体の期間で平均化した値の平方根である。
【００４１】
ここで仮に、周波数変調方式のようにＯＦＦデューティ時にもフィラメント電流を流下する場合を考える。そして、ＯＦＦデューティ時におけるフィラメントの適切な予熱にＯＦＦデューティ全体で０．２５Ａｒｍｓの電流が必要とする場合、これをＯＦＦデューティ全体で印加すると蛍光ランプＦが直ちに消灯せず指示された調光を行えない可能性がある。このため、本発明では消灯デューティにより蛍光ランプＦを消灯した後に予熱デューティを設け、この予熱デューティ期間に０．２５Ａｒｍｓに相当する電流（例えば、予熱デューティがＯＦＦデューティの半分の期間とした場合、約０．３５３Ａｒｍｓの電流）を流下することで、フィラメントの適切な予熱を行う。
【００４２】
次に、調光制御部３６は再点弧デューティの調光制御信号Ｃ及び調光制御信号Ｃに対応した変調信号を発振部３３に出力する。尚、ここでの変調信号は、発振周波数を動作周波数６３ｋＨｚに所定期間変調した上で５０ｋＨＺに徐々に変調する信号の例を示す。発振部３３は調光制御信号Ｄ及びこの変調信号を受けて動作周波数６３ｋＨｚ（所定期間経過後５０ｋＨＺに徐々に変調する）のスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプＦにはキック電圧が印加され図３（ｂ）の領域Ｃに示すように管電流（交流）が徐々に増加し蛍光ランプＦが点灯する。
【００４３】
次に、調光制御部３６はＯＮデューティの調光制御信号Ｄ及び発振周波数を動作周波数５０ｋＨｚに変調する変調信号を発振部３３に出力する。尚、この動作周波数５０ｋＨｚはインダクタ素子Ｌと共振コンデンサＣｆとの共振周波数ｆo（ｆo＝５２．５ｋHz）近傍の周波数である。発振部３３は調光制御信号Ｄ及びこの変調信号を受けてＯＮデューティの期間、動作周波数５０ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。これにより、蛍光ランプＦには図３（ａ）、図３（ｂ）の領域Ｄに示すように、約０．４００ＡＯ−Ｐのフィラメント電流（交流）と約０．３００ＡＯ−Ｐの管電流（交流）が流下し、蛍光ランプＦの点灯が維持される。
【００４４】
そして、繰り返し調光制御信号Ａ〜Ｄ及びこれらと対応する変調信号が出力されることで蛍光ランプＦは消灯、点灯が繰り返され、結果として蛍光ランプＦの照度は低下する。これにより、蛍光ランプＦは指示された調光率（本例では約３０％）で点灯する。
【００４５】
ここで、図１１に示す従来の間欠発振制御方式の調光制御信号による調光動作時と、図２に示す本発明にかかる調光制御信号による調光動作時と、における蛍光ランプＦ（４灯）間にかかる出力周波数を測定した結果を図４に示す。尚、図４（ａ）が従来の間欠発振制御方式による周波数測定結果、図４（ｂ）が本発明にかかる調光制御信号による周波数測定結果である。
【００４６】
図４（ａ）、図４（ｂ）では、ともにＯＮデューティ時の動作周波数が５０ｋＨｚ、再点弧デューティ時の動作周波数が６３ｋＨｚであるためこの範囲の周波数成分が高くなっている。また、図４（ｂ）では、予熱デューティの動作周波数が９２ｋＨｚであるためこの近傍の周波数成分にピークが存在している。ただし、図４（ａ）では、６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの動作周波数を使用していないにもかかわらず、ＯＮデューティ時の動作周波数及び再点弧デューティ時の動作周波数の高調波成分により６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの周波数成分（ノイズ成分）が高いレベルで存在している。前述のように自動販売機では７０ｋＨｚの信号を内部の通信に使用しており、この６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚのノイズ成分の存在は自動販売機の通信に悪影響を及ぼし誤作動の原因となる可能性があり好ましいものではない。
【００４７】
しかしながら、図４（ｂ）では、６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚのノイズ成分が低減していることがわかる。ここで、９２ｋＨｚの動作周波数の予熱デューティは共振周波数よりも高い動作周波数で、かつ蛍光ランプＦの消灯時のもののため高調波成分が少ない比較的ｓｉｎ波に近いものと考えられる。従って、高調波成分の少ない予熱デューティが存在することにより、結果として６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚのノイズ成分が低減するものと考えられる。このことから、予熱デューティ時の動作周波数を７５ｋＨｚよりも高い領域でかつ適切に設定することで、自動販売機の禁止周波数帯域である６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚのノイズ成分を低減することができる。
【００４８】
次に、調光制御信号の予熱デューティを設定するための予備実験に関して説明する。尚、ここでは、以下の条件で実験を行った。
商用電源：１００Ｖ、５０Hz
直流電源部：平滑コンデンサ５６０μＦ／２００Ｖのコンデンサインプット式
スイッチング部：８．５Ａ／２００ＶのＦＥＴ
絶縁素子：信号用パルストランス
クロック信号：２．２５ｋＨｚ
インダクタ素子Ｌ：６２０μＨ
直流カットコンデンサＣ：１μＦ
共振コンデンサＣｆ：０．０１５μＦ
共振周波数ｆo：５２．５ｋＨｚ（標準値）
蛍光ランプ：ＦＬ２０ＳＳ管（４灯並列接続）
ＯＮデューティ比：３０％（再点弧時間含む）
ＯＮデューティの動作周波数：５０ｋＨｚ
再点弧デューティ：有り
調光制御信号周期：４．４５ｍｓｅｃ（２２５Ｈｚ）
予熱デューティ動作周波数：９２ｋＨｚ
予熱デューティ比（％）：０．０％、１４．３％、２８．６％、４２．８％、５７．１％
そして、このときにかかる蛍光ランプ（４灯）の管電流、フィラメント電流、合成電流、を測定した。この結果を、表１及び図５に示す。尚、合成電流は理想的には（（フィラメント電流）２＋（管電流）２）１／２で表されるものであるが、蛍光ランプの抵抗値等があるため実際にはこの値となっていない。
【００４９】
【表１】
ここで、図５の横軸は蛍光ランプの明るさを示す指標であり管電流要素（比）と記す。この管電流要素（比）は調光率とほぼ一致し、フィラメントの温度が７００℃になるときのフィラメント電流をＩ（７００）としたときに
管電流要素（比）＝管電流／Ｉ（７００） となる。
尚、管電流要素（比）の１．０が管電流がフィラメント７００℃比１００％時である。また、図５の縦軸はフィラメントの予熱に関わる電力の指標でありフィラメント電力要素（比）と記す。このフィラメント電力要素（比）は合成電流をＩ（合）とし共振コンデンサＣｆに流れる電流をＩ（Ｃｆ）としたときに
フィラメント電力要素（比）＝(I（合）/I（７００）)２+(I（Ｃｆ）/I（７００）)２ となる。
また、図５中の斜線で示す領域はフィラメントに対して適正な予熱の行われるフィラメント電力要素の範囲を示す。よって、図５中の斜線で示す領域から下方に乖離するに従い、フィラメントの予熱が不足し蛍光ランプＦの寿命が低下する。尚、この適正フィラメント予熱電流の評価指標はランプ業界で懸案中のものであるが、本願発明者は上記のもの（管電流要素（比）及びフィラメント電力要素（比））を指標として検証を行ってきた。
【００５０】
表１及び図５に示すように、上記の条件において調光率３０％、予熱デューティ時の動作周波数９２ｋHzの場合、予熱デューティ比が２８．６％〜５７．１％の範囲でそのフィラメント電力要素は適正な予熱の行われる領域内にあることが判る。このフィラメント電力要素は、同一規格の蛍光ランプＦを用いても多少のバラつきが存在するため、予熱デューティ比の設定は図５中の鎖線で示すセンター値近傍に設定することが好ましい。よってこの場合、予熱デューティ比を４２．８％と設定する。
【実施例２】
【００５１】
次に、予熱デューティ比を４２．８％（動作周波数９２ｋＨｚ）とし、予熱デューティの位置を図６に示すように２つの消灯デューティの調光制御信号Ａの間に設けた例を示す。この場合でも図７（ａ）（ｂ）の領域Ａ１に示すように、ＯＮデューティの直後に設けられた第１の消灯デューティの調光制御信号Ａにより、フィラメント電流及び管電流の流下は停止し蛍光ランプＦは確実に消灯する。よって、この場合でもＯＮデューティ直後の続流電流を考慮に入れることなくフィラメントの予熱を適切に行うことができる。
【００５２】
（比較例１）
次に、予熱デューティ比を４２．８％（動作周波数９２ｋＨｚ）とし、予熱デューティの位置を図８に示すようにＯＮデューティの直後に設けた例を示す。この場合、ＯＮデューティの直後に予熱デューティが設けられているため、予熱デューティの動作周波数が蛍光ランプＦの消灯領域のものであっても、ＯＮデューティ時から続く続流電流により図９（ｂ）の領域Ｂに示すように管電流は直ぐに減少せず蛍光ランプＦは迅速に消灯しない。よって、指示された調光率と実際の調光率とにズレが生じることとなる。従って、ＯＮデューティの直後には所定の期間の消灯デューティを設け、その後に予熱デューティを設けることが好ましい。
【００５３】
次に、実施例１、実施例２の調光制御信号で調光動作をしたときと、以下の比較例２、３、４で調光動作をしたときとの、管電流要素（比）とフィラメント電力要素との関係を図１０に、そのときの管電流、フィラメント電流、合成電流の測定結果を表２に示す。
【００５４】
（比較例２）
実施例１、実施例２と同様の回路構成で図１１に示す調光制御信号で間欠発振制御方式による調光動作（図１２参照）を行った。
【００５５】
（比較例３）
実施例１、実施例２と同様の回路構成で図１１に示す調光制御信号で周波数変調方式による調光動作（図１３参照）を行った。
【００５６】
（比較例４）
直流化回路４０として倍電圧整流回路を使用し、図１１に示す調光制御信号で間欠発振制御方式による調光動作を行った。
【００５７】
【表２】
図１０、表２より、実施例１、実施例２のものは適切な予熱デューティを有しているため、調光率３０％の深い調光であってもそのフィラメント電力要素は適正な予熱の行われる領域のセンター値近傍に位置していることがわかる。これにより、フィラメントの電子放射物質の消耗が抑制され蛍光ランプＦの寿命低下の防止が期待できる。
【００５８】
しかしながら、予熱デューティを備えていない比較例２、比較例３のものの調光率３０％におけるフィラメント電力要素は適正な予熱の行われる領域の境界近傍で且つ境界外に位置している。この場合、蛍光ランプＦによっては大幅に適正な予熱の行われる領域を逸脱し、著しく寿命が低下する可能性がある。
【００５９】
さらに、比較例４のもののフィラメント電力要素は適正な予熱の行われる領域から大きく乖離している。本願発明者が比較例４の条件による蛍光ランプＦの不灯になるまでの点灯累計時間を測定したところ２,０００〜４,０００時間であった。実験に使用したＦＬ２０ＳＳ管のＪＩＳ規格の定格寿命値は６,０００時間であるから、比較例４の条件で上記の調光動作を行うと蛍光ランプＦ（ＦＬ２０ＳＳ管）の寿命は凡そ半減することがわかる。また、比較例４の条件では調光率が約４０％となっており、調光率３０％を達成するためには更なるＯＮデューティ期間の短縮が必要である。そして、ＯＮデューティ期間が短縮すれば、そのフィラメント電力要素はさらに適正な予熱の行われる領域から乖離しそれに伴い蛍光ランプＦの寿命も減少することが予想される。
【００６０】
尚、図１０、表２には示していないが、比較例４の倍電圧整流回路及びその他の直流化回路４０を使用したものであっても、期間及びその動作周波数が最適化された予熱デューティを設けることで、調光率３０％の深い調光を行った場合でもそのフィラメント電力要素を適正な予熱の行われる領域のセンター値近傍に位置させることができる。
【００６１】
また、本例では消灯デューティ時にスイッチング信号をＯＦＦする間欠発振制御方式の例を示しているが、本発明は周波数変調方式にも適用が可能である。この場合、消灯デューティ時に蛍光ランプＦが消灯する高い動作周波数（例えば１６２ｋＨｚ）の調光制御信号Ａを出力すれば、蛍光ランプＦは直ちに消灯する。また、禁止周波数帯域を考慮して消灯デューティ時の動作周波数を１５０ｋＨｚ未満とし、調光率の調整のためＯＮデューティの期間を短くしても、蛍光ランプＦのフィラメントの予熱を行う予熱デューティは他デューティから独立して設定することが可能なため調光制御信号の設定を比較的自由に行うことができる。さらに、予熱デューティが存在することで動作周波数の高い消灯デューティの期間が短縮され、スイッチング部４４を構成するスイッチング素子（ＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２）の発熱を抑制することができる。
【００６２】
以上のように、本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０によれば、ＯＦＦデューティ中に予熱デューティを設けこの予熱デューティの期間及び動作周波数を最適化することで、特別な回路を付加することなく蛍光ランプＦの寿命低下を防止することができる。よって、本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０は、低コスト化、省スペース化が可能となり、様々な用途に適用可能な汎用性の高いものとなる。
【００６３】
また、蛍光ランプの予熱を行う予熱デューティの設定は他のデューティから独立して行うことができるため、蛍光ランプの種類等や調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の各部の構成等に応じて適切な予熱デューティの設定を行うことができる。さらに、予熱デューティを設けることにより、蛍光ランプの予熱を考慮することなく他のデューティの設定を行うことができるため、調光制御信号の設定の自由度及び調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の各部の回路設計の自由度を向上させることができる。
【００６４】
尚、上記の調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０は本発明に係る調光機能付蛍光ランプ点灯装置の好適な一例であるから、調光機能付蛍光ランプ点灯装置８０の各部の構成及び動作等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。さらに、本例で示した予熱デューティの期間及び動作周波数は、本例の条件で好適なものであり、調光機能付蛍光ランプ点灯装置の回路構成、調光率、使用する蛍光ランプによって適宜変化する。
【符号の説明】
【００６５】
１ 商用電源
３３ 発振部
３６ 調光制御部
４０ 直流化回路
４２ 直流電源部
４４ スイッチング部
４５ 調光信号出力手段
４６ 蛍光ランプ点灯部
８０ 調光機能付蛍光ランプ点灯装置
Ｃｆ 共振コンデンサ
Ｌ インダクタ素子
Ｆ 蛍光ランプ
Ｆｒａ、Ｆｒｂ フィラメント
Ｐ 出力端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を直流化する直流化回路と、
当該直流化回路からの直流電流を平滑化する直流電源部と、
調光率を指示する調光信号を出力する調光信号出力手段と、
蛍光ランプを消灯させるＯＦＦデューティと当該蛍光ランプを点灯させるＯＮデューティとを調光率に応じた比率で有する調光制御信号を、前記調光信号を受けて出力する調光制御部と、
前記調光制御信号に応じて所定の動作周波数のスイッチング信号を出力する発振部と、
当該スイッチング信号に応じたスイッチング制御により前記直流電源部からの電力を高周波交流電力として出力端に出力するスイッチング部と、
前記出力端と前記蛍光ランプの一方のフィラメントとの間に接続されるインダクタ素子と、前記蛍光ランプの他方のフィラメントを前記直流電源部に接続し、さらに前記蛍光ランプの両方のフィラメントを介して前記蛍光ランプと並列接続される共振コンデンサと、を備えたＬＣ共振点灯方式の蛍光ランプ点灯部と、
を有する調光機能付蛍光ランプ点灯装置において、
前記ＯＦＦデューティが予熱デューティと消灯デューティとで構成され、
当該消灯デューティに基づく調光制御信号により前記蛍光ランプを消灯するとともに、
前記予熱デューティに基づく調光制御信号により前記蛍光ランプの消灯を維持しながら前記フィラメントの予熱を行うことを特徴とする調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項２】
ＯＮデューティの直後に消灯デューティを設けたことを特徴とする請求項１記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項３】
ＯＮデューティ、消灯デューティ、予熱デューティによる動作周波数を６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲以外に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項４】
ＯＮデューティの動作周波数を前記インダクタ素子と前記共振コンデンサとの共振周波数近傍に設定し、予熱デューティの動作周波数を当該共振周波数及び７５ｋＨｚよりも高い周波数に設定することで、６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲のノイズ成分を低減することを特徴とする請求項３記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項５】
調光制御部の出力する調光制御信号が、消灯デューティにおけるスイッチング信号を蛍光ランプの消灯する動作周波数とし、消灯デューティ、予熱デューティ、ＯＮデューティのそれぞれの動作周波数を連続して周期的に出力する周波数変調方式の調光制御信号であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項６】
蛍光ランプ点灯部を出力端と直流電源部との間に複数並列接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項７】
直流化回路が全波整流回路もしくは倍電圧整流回路で構成され且つ直流電源部がコンデンサインプット方式、アクティブフィルタ方式又は部分平滑方式であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項１】
商用電源を直流化する直流化回路と、
当該直流化回路からの直流電流を平滑化する直流電源部と、
調光率を指示する調光信号を出力する調光信号出力手段と、
蛍光ランプを消灯させるＯＦＦデューティと当該蛍光ランプを点灯させるＯＮデューティとを調光率に応じた比率で有する調光制御信号を、前記調光信号を受けて出力する調光制御部と、
前記調光制御信号に応じて所定の動作周波数のスイッチング信号を出力する発振部と、
当該スイッチング信号に応じたスイッチング制御により前記直流電源部からの電力を高周波交流電力として出力端に出力するスイッチング部と、
前記出力端と前記蛍光ランプの一方のフィラメントとの間に接続されるインダクタ素子と、前記蛍光ランプの他方のフィラメントを前記直流電源部に接続し、さらに前記蛍光ランプの両方のフィラメントを介して前記蛍光ランプと並列接続される共振コンデンサと、を備えたＬＣ共振点灯方式の蛍光ランプ点灯部と、
を有する調光機能付蛍光ランプ点灯装置において、
前記ＯＦＦデューティが予熱デューティと消灯デューティとで構成され、
当該消灯デューティに基づく調光制御信号により前記蛍光ランプを消灯するとともに、
前記予熱デューティに基づく調光制御信号により前記蛍光ランプの消灯を維持しながら前記フィラメントの予熱を行うことを特徴とする調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項２】
ＯＮデューティの直後に消灯デューティを設けたことを特徴とする請求項１記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項３】
ＯＮデューティ、消灯デューティ、予熱デューティによる動作周波数を６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲以外に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項４】
ＯＮデューティの動作周波数を前記インダクタ素子と前記共振コンデンサとの共振周波数近傍に設定し、予熱デューティの動作周波数を当該共振周波数及び７５ｋＨｚよりも高い周波数に設定することで、６５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲のノイズ成分を低減することを特徴とする請求項３記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項５】
調光制御部の出力する調光制御信号が、消灯デューティにおけるスイッチング信号を蛍光ランプの消灯する動作周波数とし、消灯デューティ、予熱デューティ、ＯＮデューティのそれぞれの動作周波数を連続して周期的に出力する周波数変調方式の調光制御信号であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項６】
蛍光ランプ点灯部を出力端と直流電源部との間に複数並列接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【請求項７】
直流化回路が全波整流回路もしくは倍電圧整流回路で構成され且つ直流電源部がコンデンサインプット方式、アクティブフィルタ方式又は部分平滑方式であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の調光機能付蛍光ランプ点灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２４４９６６（Ｐ２０１０−２４４９６６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９４７７６（Ｐ２００９−９４７７６）
【出願日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（５９２０１９１９８）株式会社エスアイエレクトロニクス (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（５９２０１９１９８）株式会社エスアイエレクトロニクス (2)
【Ｆターム（参考）】
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