JPH04324295A - 光放射電子管点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カソードとなるフィラ
メントと、フィラメントから放出された電子を加速する
加速用電極とが、加速電子の衝突により励起されて発光
する光放射気体を封入したバルブ内に対置された光放射
電子管を点灯させる光放射電子管点灯装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図９に示すような構造の光放
射電子管１が知られている（たとえば、特開昭５７−１
３０３６４号公報）。光放射電子管１は、ガラス等の透
光性材料により形成されたバルブ１の中に、熱電子放出
型のカソードとなるフィラメント１ｂと、フィラメント
１ｂから放出された電子を加速する加速用電極１ｃとを
対置した構成を有している。バルブ１ａの内部は、水銀
蒸気などの光放射気体および希ガスであるネオンの混合
ガスが数ミリＴｏｒｒ程度封入されて低真空になってい
る。 また、バルブ１ａの内周面には、紫外線を可視光線に変
換する蛍光体（図示せず）が塗布されている。

【０００３】光放射電子管１を点灯させるには、フィラ
メント１ｂの両端間に給電することによって電子を放出
させるとともに、フィラメント１ｂが負極、加速用電極
１ｃが正極となるようにフィラメント１ｂと加速用電極
１ｃとの間に加速用電圧を印加することによって電子を
加速する。加速電子は、バルブ１ａの中に封入された気
体の原子や分子に衝突することによって、電離させたり
励起したりするのであって、光放射気体が水銀蒸気であ
れば主として紫外線が放射されることになる。この紫外
線は蛍光体によって可視光線に変換され、バルブ１ａか
ら可視光線が放射されるのである。この光放射電子管１
は、小形、軽量、低コスト、高効率という長所を有し、
今後、需要が増加するものとして期待されている。

【０００４】ところで、光放射電子管点灯装置としては
、図１０に示す構成が考えられている。この光放射電子
管点灯装置は、直流電源Ｅを有する。直流電源Ｅの両端
間には、スイッチング素子ＱａとインダクタＬとの直列
回路が接続される。また、スイッチング素子Ｑｂとコン
デンサＣｂとの並列回路の一端が、ダイオードＤを介し
てスイッチング素子ＱａとインダクタＬの一端との接続
点に接続され、上記並列回路の他端が光放射電子管１の
フィラメント１ｂを介してインダクタＬの他端に接続さ
れる。さらに、光放射電子管１の加速用電極１ｃは、ダ
イオードＤとスイッチング素子Ｑｂとの接続点に接続さ
れる。各スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂは、制御回路Ｓに
よってオン、オフ制御される。直流電源Ｅは、交流電源
ＡＣ（たとえば、商用交流電源を降圧して得られる）を
ダイオードブリッジよりなるブリッジ整流器ＲＥにより
整流した後、コンデンサＣａによって平滑することによ
り得られる。

【０００５】この光放射電子管点灯装置では、フィラメ
ント１ｂと加速用電極１ｃとの間に加速用電圧を印加し
て光放射電子管１を点灯させるのに先立って、まずフィ
ラメント１ｂの予熱を行う。すなわち、スイッチング素
子Ｑｂをオンにした状態でスイッチング素子Ｑａをオン
、オフさせるのである。スイッチング素子Ｑａがオンで
ある期間には直流電源Ｅからの電流がインダクタＬに流
れてインダクタＬにエネルギが蓄積され、また、スイッ
チング素子Ｑｂがオフである期間にはインダクタＬに蓄
積されたエネルギによって、ダイオードＤ−スイッチン
グ素子Ｑｂ−フィラメント１ｂという経路で電流が流れ
てフィラメント１ｂが加熱される。このような予熱によ
って光放射電子管１が点灯可能な温度までフィラメント
１ｂを加熱した後、スイッチング素子Ｑｂをオフにした
状態でスイッチング素子Ｑａをオン、オフ制御する。 このとき、ダイオードＤを通過する電流のうち、交流成
分はコンデンサＣｂを通してフィラメント１ｂに流れる
からフィラメント１ｂが常時加熱されることになり、ま
た、直流成分によってフィラメント１ｂと加速用電極１
ｃとの間に加速用電圧が印加されるから光放射電子管１
が点灯する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構成から明らかな
ように、光放射電子管１が点灯している状態では、スイ
ッチング素子Ｑａをオン、オフする際のオンデューティ
やスイッチング周波数を制御回路Ｓによって変化させれ
ば、光放射電子管１に供給されるエネルギ量が変化する
から、光放射電子管１からの光出力を変化させて調光す
ることができることになる。

【０００７】しかしながら、上記構成では、スイッチン
グ素子Ｑａのオンデューティを小さくすることによって
、光放射電子管１のフィラメント１ｂと加速用電極１ｃ
との間に流れる管電流を減少させて光出力を小さくする
と、フィラメント１ｂに流れる加熱電流も減少するから
、電子の放出量が減少する。その結果、点灯状態を維持
できなくなるという問題が生じる。また、周囲温度が低
いときにも、フィラメント２の温度を高めることができ
ないから、フィラメント２からの電子の放出量が少なく
なり、点灯状態を維持できないという問題が生じる。

【０００８】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、加速用電圧とは独立してフィラメントへの加
熱電流を確保できるようにし、フィラメントから常に十
分な量の電子を放出させることにより、光出力が小さい
ときや周囲温度が低いときでも光放射電子管の点灯状態
を維持できるようにした光放射型電子管点灯装置を提供
しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、カソードとなるフィラメント
と、フィラメントから放出された電子を加速する加速用
電極とが、加速電子の衝突により励起されて発光する光
放射気体を封入したバルブ内に対置された光放射電子管
を点灯させる光放射電子管点灯装置において、フィラメ
ントと加速用電極との間にフィラメントから放出された
電子を加速する加速用電圧を印加する点灯用給電手段と
、フィラメントへの通電電流を調節することにより管電
力を制御するフィラメント加熱手段とを具備しているの
である。

【００１０】請求項２の発明では、フィラメント加熱手
段は、フィラメントへの通電電流を大小２段階に切り換
えることによって光放射電子管を点滅させる。

【００１１】

【作用】請求項１の構成によれば、フィラメントへの通
電電流を制御することによって、管電力を制御するので
あって、調光時に光出力を小さくしたり、周囲温度が低
いときなどにも、十分な量の電子がフィラメントから放
出されるようにして点灯状態を維持することができるの
である。

【００１２】請求項２の構成によれば、フィラメントへ
の通電電流を大小２段階に切り換えることによって、光
放射電子管の管電力を２段階に切り換えて、光放射電子
管を点滅させるのである。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）図１に示すように、図９に示した光放射電
子管１に対して、フィラメント１ｂと加速用電極１ｃと
の間に加速用電圧を印加する点灯用給電手段である点灯
用給電源２と、フィラメント１ｂの両端間に加熱用の電
力を供給するフィラメント加熱手段であるフィラメント
加熱回路３とが設けられる。点灯用給電源２の出力は定
電圧の直流であって、フィラメント１ｂを負極、加速用
電極１ｃを正極に接続することによって、加速用電圧を
印加する。また、フィラメント加熱回路３は、フィラメ
ント１ｂへの通電電流を調節できるように構成されてい
る。

【００１４】図２は、図１に対応する具体回路である。 フィラメント加熱回路３は、スイッチングレギュレータ
用の集積回路ＩＣ１　（たとえば、ＮＥＣ製のμＰＣ４
９４）を主構成要素とするものであって、８番端子と１
１番端子とから矩形波が出力されるようになっている。 矩形波の周波数は、コンデンサＣ１　と抵抗Ｒ１　とに
より決定され、オンデューティは０〜１００％の範囲で
制御可能となっている。８番端子と１１番端子との出力
は、反転回路ＩＣ２　（たとえば、ＮＥＣ製のμＰＣ４
０４９）を通して反転されるとともに波形整形がなされ
、ＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ１　がオン
、オフ制御される。スイッチング素子Ｑ１　は、加熱ト
ランスＴ１　の１次巻線に対してダイオードＤ１　を介
して直列に接続され、この直列回路は直流電源ＤＣの両
端間に接続される。また、加熱トランスＴ１　の１次巻
線にはコンデンサＣ２　が並列に接続される。

【００１５】スイッチング素子Ｑ１　がオンになると加
熱トランスＴ１　の１次巻線に電流が流れると同時にコ
ンデンサＣ２　が充電され、スイッチング素子Ｑ１　が
オフになると１次巻線に蓄えられたエネルギが放出され
るとともに、コンデンサＣ２　に蓄積された電荷が放出
されるのである。したがって、加熱トランスＴ１　の２
次巻線には交流電圧が誘起される。すなわち、加熱トラ
ンスＴ１　、スイッチング素子Ｑ１　、ダイオードＤ１
　、コンデンサＣ２　によって１石式のインバータ回路
よりなるインバータ回路が構成され、インバータ回路の
出力が、集積回路ＩＣ１　および反転回路ＩＣ２　を主
構成要素とする制御回路の出力によって制御されるので
ある。ここにおいて、スイッチング素子Ｑ１　のオン時
間が長いほど加熱トランスＴ１　の２次巻線からの出力
電力が大きくなる。加熱トランスＴ１　の２次巻線は、
結合トランスＴ２　を介してフィラメント１ｂに接続さ
れる。結合トランスＴ２　の２次巻線はセンタタップを
有し、このセンタタップに電流検出抵抗Ｒ０　を介して
点灯用給電源２の負極が接続される。

【００１６】ところで、集積回路ＩＣ１　は、１４番端
子であるリファレンス端子から５Ｖの基準電圧が出力さ
れており、結合トランスＴ２　の２次巻線のセンタタッ
プと電流検出抵抗Ｒ０　との接続点より検出される電圧
を可変抵抗器ＶＲによって分圧した電圧を２番端子に入
力し、基準電圧を１番端子に入力することによって、１
番端子と２番端子との入力電圧の差に応じて出力信号の
オンデューティを制御する。すなわち、可変抵抗器ＶＲ
により分圧された電圧が基準電圧よりも高く、その差が
大きいほど集積回路ＩＣ１　から出力される矩形波のオ
ンデューティが小さくなるのである。集積回路ＩＣ１　
から出力される矩形波は反転回路ＩＣ２　によって反転
されるから、管電圧が高いほど電流検出抵抗Ｒ０　の端
子電圧が下がることによって、スイッチング素子Ｑ１　
のオン時間が長くなり、結果的にフィラメント１ｂへの
通電電流が増加するのである。電流検出抵抗Ｒ０　によ
って検出される電圧は、光放射電子管１のフィラメント
１ｂと加速用電極１ｃとの間に流れる電流、すなわち管
電流に対応するから、管電流が増加すると（すなわち、
管電圧が低下すると）フィラメント１ｂへの通電電流が
減少するのである。

【００１７】ここにおいて、調光のために可変抵抗器Ｖ
Ｒを調節してフィラメント１ｂへの通電電流を増加させ
ると、フィラメント１ｂと加速用電極１ｃとの間の電圧
である管電圧が低下し、点灯用給電源２の出力電圧が一
定電圧であることによって、管電流が増加することにな
る。すなわち、フィラメント１ｂへの通電電流の増減に
伴って管電流が増減するのである。したがって、管電流
検出抵抗Ｒ０　によって管電流を検出し、管電流の増減
に応じてフィラメント１ｂへの通電電流を増減させるよ
うにフィードバック制御を行えば、管電流をほぼ一定に
保つことができ、点灯状態が安定するのである。集積回
路ＩＣ１　の４番端子には、基準電圧を抵抗Ｒ２　，Ｒ
３　によって分圧した電圧が印加され、集積回路ＩＣ１
　から出力される矩形波のオンデューティの下限値を制
限することによって、フィラメント１ｂへの通電電流が
過大になるのを防止している。

【００１８】本実施例では、電流検出抵抗Ｒ０　によっ
て管電流を検出するように構成しているが、電流検出抵
抗Ｒ０　に代えて変流器を用いることによって管電流を
検出するように構成してもよい。 （実施例２）本実施例は、図３に示すように、点灯用給
電源２の主部分を、ハーフブリッジ式のインバータ回路
によって構成したものである。

【００１９】すなわち、商用交流電源などの交流電源Ａ
Ｃを電源スイッチＳＷを介して、ダイオードブリッジよ
りなるブリッジ整流器ＲＥ１　によって全波整流した後
、コンデンサＣ５　によって平滑化することによって直
流電圧を得る。コンデンサＣ５　の両端間には、スイッ
チング素子となる一対のトランジスタＱ２　，Ｑ３　の
コレクタ−エミッタ間の直列回路が接続され、各トラン
ジスタＱ２　，Ｑ３　のコレクタ−エミッタ間にはダイ
オードＤ２　，Ｄ３　が逆並列に接続される。また、一
方のトランジスタＱ２　のコレクタ−エミッタ間には、
コンデンサＣ６　−出力トランスＴ３　の１次巻線−イ
ンダクタＬ１　−帰還トランスＴ４　の１次巻線の直列
回路が接続され、出力トランスＴ３　の１次巻線にはコ
ンデンサＣ７　が並列接続される。帰還トランスＴ４　
は一対の２次巻線を備え、それぞれ各トランジスタＱ２
　，Ｑ３　のベース−エミッタ間に接続される。各２次
巻線は互いに逆極性になるように巻回され、一方の２次
巻線に誘起される電流が対応するトランジスタＱ２　，
Ｑ３　に対して順バイアスであるときに、他方のトラン
ジスタＱ２　，Ｑ３　に対しては逆バイアスとなるよう
にしてある。トランジスタＱ３　のベースには、抵抗Ｒ
５　およびコンデンサＣ８　とともに起動回路を構成す
るトリガ素子（ダイアック）Ｑ４　の一端が接続される
。

【００２０】この構成によれば、電源の投入によって起
動回路からトリガ信号が出力されてトランジスタＱ２　
がオンになり、コンデンサＣ６　−出力トランスＴ３　
の１次巻線およびコンデンサＣ７　−インダクタＬ１　
−帰還トランスＴ４　の１次巻線−トランジスタＱ２　
という経路で電流が流れ、以後は周知のように帰還トラ
ンスＴ４　の作用によって両トランジスタＱ２　，Ｑ３
　が交互に選択的にオンになるように発振動作が行われ
るのである。ここに、発振周波数は数十ｋＨｚに設定さ
れている。出力トランスＴ３　の２次巻線はセンタタッ
プを有し、出力トランスＴ３　に誘起された高周波は、
ダイオードＤ４　，Ｄ５　によって全波整流される。ま
た、整流後にコンデンサＣ９　によって平滑化され、コ
ンデンサＣ９　の両端電圧が光放射電子管１に加速用電
圧として印加される。

【００２１】一方、コンデンサＣ５　の両端電圧は、抵
抗Ｒ６　とコンデンサＣ１０との直列回路に印加され、
コンデンサＣ１０の両端電圧によってフィラメント加熱
回路３に給電される。実施例１では、電流検出抵抗Ｒ０
　の両端電圧を可変抵抗器ＶＲによって分圧した電圧を
基準電圧と比較するようになっていたが、本実施例では
、コンデンサＣ１０の両端電圧を、抵抗Ｒ７　と可変抵
抗器ＶＲとによって分圧した電圧を基準電圧と比較する
。ここに、コンデンサＣ１０の両端電圧は、管電圧が上
昇すると低下するから、管電圧が上昇すれば集積回路Ｉ
Ｃ１　から出力される矩形波のオンデューティは大きく
なる。また、集積回路ＩＣ１　の出力は、反転回路では
なくバッファＩＣ３　（たとえば、ＮＥＣ製のμＰＣ４
０５０）を通してスイッチング素子Ｑ１　を制御する。 したがって、管電圧が高くなると集積回路ＩＣ１　から
出力される矩形波のオンデューティが大きくなることに
よってフィラメント１ｂへの通電電流が増加するのであ
る。また、調光のために、可変抵抗器ＶＲを調節するこ
とによって、集積回路ＩＣ１　から出力される矩形波の
オンデューティを小さくすれば、光放射電子管１の管電
流が減少し、光出力を減少させることができるのである
。

【００２２】本実施例では、管電流が減少すると管電圧
が上昇するから、バルブ１ａの中に封入されている希ガ
スの発光が生じる。たとえば、希ガスがネオンであれば
、赤色の発光色が得られるのである。したがって、管電
流を調節して光出力を低減させると同時に発光色が変化
することになり、調光と調色とが同時に行われること０
なる。他の構成および動作は実施例１と同様であるから
説明を省略する。

【００２３】（実施例３）本実施例は、図４に示すよう
に、実施例２におけるフィラメント加熱回路３に対して
無安定マルチバイブレータ３ａを付加したものである。 無安定マルチバイブレータ２ａは、汎用のタイマ用集積
回路ＩＣ４　（たとえば、ＮＥＣ製のμＰＤ５５５５）
に周辺部品を付加した構成される。また、集積回路ＩＣ
１　において基準電圧との比較対象になる電圧は、無安
定マルチバイブレータ３ａの３番端子の出力電圧を抵抗
Ｒ８　と可変抵抗器ＶＲとによって分圧した電圧になっ
ている。

【００２４】したがって、無安定マルチバイブレータ３
ａの出力がＬレベルであると（図５（ａ）参照）、スイ
ッチング素子Ｑ１　のオンデューティが非常に小さくな
るのであって、フィラメント１ｂに電流がほとんど流れ
なくなり（図５（ｂ）参照）、その結果、光放射電子管
１は消灯する。一方、無安定マルチバイブレータ３ａの
出力がＨレベルであると（図５（ａ）参照）、スイッチ
ング素子Ｑ１　のオンデューティは、可変抵抗器ＶＲに
よって設定された大きさになり（図５（ｂ）参照）、無
安定マルチバイブレータ３ａの３番端子の出力がＬレベ
ルである場合に比較すると、フィラメント１ｂへの通過
電流が増加するのである。このとき、フィラメント１ｂ
から放出される電子の量が増加して管電圧が低下するか
ら、管電圧がコンデンサＣ９　の両端電圧よりも下がる
と、光放射電子管１が点灯する。ここにおいて、無安定
マルチバイブレータ３ａの発振周波数は、数十Ｈｚ以下
に設定されているのであって、この周波数で光放射電子
管１が点滅することになる。なお、図５では、光放射電
子管１が消灯しているときにもフィラメント１ｂに電流
を流しているが、フィラメント１ｂへの電流を完全に０
にしてもよい。他の構成および動作は実施例２と同様で
あるから説明を省略する。

【００２５】（実施例４）本実施例では、図６に示すよ
うに、複数個の光放射電子管１を直列に接続した例を示
す。この場合には、各光放射電子管１の加速用電圧をＶ
ａとし、ｎ本の光放射電子管１を直列に接続しているも
のとすれば、点灯用給電源２の出力電圧は、ｎ×Ｖａが
必要になる。このように、複数個の光放射電子管１を直
列接続して点灯させることが可能である。

【００２６】（実施例５）本実施例は、光放射電子管１
を非常灯として用いる例を示すものであって、図７に示
すように、実施例２に示した点灯用給電源２を用いると
ともに、インダクタＬ１　に２次巻線を設け、この２次
巻線への誘起出力によってフィラメント１ｂを加熱して
いる。フィラメント１ｂの一端には、商用電源の停電時
に電源となる蓄電池Ｂの負極が接続され、蓄電池Ｂの正
極は停電時にオンになる非常用スイッチＳＷ１　を介し
て光放射電子管１の加速用電極１ｃに接続されている。

【００２７】したがって、通常時であって非常用スイッ
チＳＷ１　がオフであるときには、点灯用給電源２によ
って加速用電圧が印加されるとともに、フィラメント１
ｂに通電されて光放射電子管１が点灯するのである。ま
た、停電時には非常用スイッチＳＷ１　がオンになり、
蓄電池Ｂによって加速用電圧が印加されるとともに、イ
ンダクタＬ１　の２次巻線を通してフィラメント１ｂに
通電されて点灯状態が維持されるのである。

【００２８】（実施例６）本実施例は、図８に示すよう
に、点灯用給電源２を交流電源としたものであって、こ
の構成では、交流電源の半波でのみ光放射電子管１が点
灯する。他の構成および動作は実施例１と同様である。

【００２９】

【発明の効果】上述のように、請求項１の構成によれば
、フィラメントへの通電電流を制御することによって、
管電力を制御するのであって、調光時に光出力を小さく
したり、周囲温度が低いときなどにも、十分な管電流が
確保できるようにして点灯状態を維持することができる
という利点がある。

【００３０】請求項２の構成によれば、フィラメントへ
の供給電力を大小２段階に切り換えることによって、光
放射電子管の管電流を２段階に切り換えて、光放射電子
管を点滅させるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示すブロック図である。

【図２】実施例２を示す回路図である。

【図３】実施例３を示す回路図である。

【図４】実施例４を示す回路図である。

【図５】実施例４の動作説明図である。

【図６】実施例５を示す概略構成図である。

【図７】実施例６を示す回路図である。

【図８】実施例７を示すブロック図である。

【図９】本発明に係る光放射電子管を示す斜視図である
。

【図１０】従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

１　　　　光放射電子管 １ａ　　バルブ １ｂ　　フィラメント １ｃ　　加速用電極 ２　　　　点灯用給電源 ３　　　　フィラメント加熱回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　カソードとなるフィラメントと、フィ
   ラメントから放出された電子を加速する加速用電極とが
   、加速電子の衝突により励起されて発光する光放射気体
   を封入したバルブ内に対置された光放射電子管を点灯さ
   せる光放射電子管点灯装置において、フィラメントと加
   速用電極との間にフィラメントから放出された電子を加
   速する加速用電圧を印加する点灯用給電手段と、フィラ
   メントへの通電電流を調節することにより管電力を制御
   するフィラメント加熱手段とを具備することを特徴とす
   る光放射電子管点灯装置。
2. 【請求項２】　　フィラメント加熱手段は、フィラメン
   トへの通電電流を大小２段階に切り換えることによって
   光放射電子管を点滅させることを特徴とする請求項１記
   載の光放射電子管点灯装置。