JP2003197390A

JP2003197390A - 放電灯の可変色制御装置

Info

Publication number: JP2003197390A
Application number: JP2001398616A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kitabayashi; 進北林; Ryohei Itaya; 良平板谷; Masatoshi Riyuuko; 雅俊竜子; Mitsuhiro Shimada; 充浩島田
Original assignee: Kimoto Sign Co Ltd
Current assignee: Kimoto Sign Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】赤の発光色を選択した場合は従来通りのネオ
ンの赤橙色の可視光を放射し、青の発光色を選択した場
合には、如何なる悪条件にても、純粋な水銀の青白色の
可視光を放射する放電灯の可変色制御装置を実現する。【解決手段】本発明に係る放電灯の可変色制御装置
は、青色点灯回路１８と赤色点灯回路２２を独立した回
路構成とすることにより、赤の発光色を選択した場合に
は、赤色点灯回路２２が作動してパルス電圧が赤色１次
巻線２０に生起し、放電管１０に従来通りのパルス放電
を行い、ネオンの赤橙色の可視光を放射する。特に、青
の発光色を選択した場合には、青色点灯回路１８が作動
して正弦波電圧が青色１次巻線１６に生起し、放電管１
０に正弦波の放電を行なう。この正弦波駆動により、ネ
オンの赤橙色可視光が混入しない純粋な水銀の青白色可
視光の放射を実現する。このとき、昇圧トランス４の漏
洩型の磁気回路により、低圧気体放電に相応しい出力特
性を実現することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ネオンサイン等の
放電管の点灯制御装置に関し、更に詳細には、１本の放
電管で青色の第１色発光と赤色の第２色発光に加えて、
これらの２色を混合して中間色発光を可能にする放電灯
の可変色制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】元来、放電管の励起による発光色はその
内部に封入されている気体の種類、それを封入している
ガラスの色及びその内壁に塗布されている蛍光体の種類
によって決定される。従って、放電管に固有の１色しか
発光しないのが通常である。そこで、現在の技術で多色
表示するには、発光色の異なる放電管を色の数だけ並設
し、これら複数の放電管を切り換える方式をとってい
る。看者が遠くにいる場合にはこれでもよいが、ネオン
サインの近傍にいる看者には色毎に発光位置が異なる事
が分かってしまうという欠点があった。

【０００３】この欠点を解決するために、特公昭５３−
４２３８６号公報では、１本の放電管に流す電流波形を
変えることにより、放電管内の電子エネルギーを制御し
て発光色を変化させる技術が開示されている。

【０００４】この原理を簡単に説明する。従来のネオン
サイン管にはネオンガス又は水銀だけが封入されている
が、これに対しネオンガス（Ｎｅ）と水銀（Ｈｇ）が一
緒に封入されている放電管を例にとって説明する。

【０００５】図９は水銀とネオンのエネルギー準位図で
ある。この図では、縦軸はエネルギーを電子ボルト単位
（ｅＶ）で示し、準位間の数字は発光波長をオングスト
ローム単位（Ａ）で示している。ネオンが赤色光を放射
するのに必要な励起エネルギーはおよそ１８ｅＶ付近で
あるのに対し、水銀の青色光の励起エネルギーは８ｅＶ
前後である。因みに水銀の紫外線（２５３７Ａ）の励起
エネルギーは４．８８ｅＶである。

【０００６】低圧気体放電においては、気体原子の励起
と電離に寄与するのは、主として運動エネルギーを持つ
自由電子である。水銀とネオンの混合気体の放電におい
ては、水銀を電離させるだけで放電を維持できるから、
直流や交流の定常放電では、電子のエネルギーはネオン
を電離させるに充分なほど高くならない。放電電流は電
子電流が支配的であり、電子電流は電子の密度と速度の
積に比例する。

【０００７】いま、電流を急増しようとすると、電子の
密度か速度のいずれか、或いは両方が増加しなければな
らない。増加するには遅れを伴い、遅れ時間は密度の方
が大きい。そのため、電流の増加は、まず電子の速度の
増加によって達成される。その結果、電流を急増すると
き、電子の運動エネルギーは過渡的に高くなる。放電電
流をいつまでも増加し続けることはできないので、電流
を急増させては放電を休止させ、再び電流を急増させて
は放電を休止させるパルス放電により、周期的に電子の
エネルギーを定常放電時より高くすることができる。

【０００８】この様に、水銀とイオンの混合気体を立ち
上がりの速いパルス放電をさせると、電子のエネルギー
がネオンの励起エネルギーまで高くなり、水銀のスペク
トルに加えて、ネオンのスペクトルが多数表れる。通常
温度ではネオンはガス化しているのに対し、水銀の蒸気
圧は小さい。従って、水銀の放射よりもネオンの放射の
方が圧倒的に強いから、赤色発光が視覚上の支配色にな
る。

【０００９】次に、パルス放電にて電子のエネルギーを
低くし、水銀のスペクトルのみを放射させるには、次の
ような方法がある。（１）パルス電流の立ち上がりの速さを遅くする。（２）パルス幅を大きくする。（３）パルスの繰返し周波数を高くする。（４）パルス電圧を低くする。

【００１０】（１）の方法は前述した事とは逆で、電子
エネルギーは低くなる。（２）の方法は、パルス幅を大
きくすると直流放電と同様に電子エネルギーは低下す
る。（３）の方法は、パルス数／秒を多くすると放電休
止期間が短くなり、前のパルス放電の残留イオン密度や
励起原子密度が高くなって、電子のエネルギーは低くな
る。（４）の方法は、パルス電圧を低くすると電流の立
ち上がりが遅くなり、（１）と同様になる。

【００１１】このように、前記特公昭５３−４２３８６
号公報では、電子エネルギーを高低制御することにより
放電管を可変色制御する原理だけが記載されており、具
体的な技術は提案されていない。そこで、本発明者等
は、特開昭６２−２７６７９５号及び特開昭６３−１９
８２９５号によりパルス制御方式を開示して、実用に供
し得る具体的な放電管の可変色制御装置を提案した。

【００１２】図１０はこれらの公開特許に開示されてい
る従来放電灯装置の回路図であり、これに基づいてその
基本動作を簡単に説明する。この従来放電灯装置は、直
流電源１１４、コンデンサ１１６、インダクタンス１１
７及び昇圧トランス１次側１５１を直列接続した直列回
路と、この直列回路と前記直流電源１１４の間に接続さ
れた第１のスイッチング素子１１８と、前記直列回路に
並列接続された第２のスイッチング素子１１９と、前記
インダクタンス１１７に並列接続された第３のスイッチ
ング素子１２０と、前記第１、第２及び第３のスイッチ
ング素子をオンオフ制御する制御回路１２１と、前記昇
圧トランス１１５の２次側１５２に並列接続されたネオ
ン管１２２を有する回路構成と成っている。この例で
は、スイッチング素子としてはトライアックが使用され
ている。

【００１３】第３のスイッチング素子１２０がオンのと
きは、インダクタンス１１７が短絡されているので、第
１のスイッチング素子１１８がオンになった過渡期にコ
ンデンサ１１６へ急激に充電電流が流れ込み、昇圧トラ
ンス１１５の１次電流が急峻なものとなってトランスの
２次側に高圧が発生する。第１のスイッチング素子１１
８がオフに戻った後第２のスイッチング素子１１９がオ
ンになると、同様に急激な放電電流が流れてトランスの
２次側に高圧が発生する。この様にして放電管１２２内
の電子エネルギーが高くなる。

【００１４】第３のスイッチング素子１２０がオフのと
きは、コンデンサ１１６と直列にインダクタンス１１７
が挿入されるから、第１のスイッチング素子１１８がオ
ンになった過渡期におけるコンデンサ１１６への充電電
流の立ち上がりは緩やかになり、トランスの２次側の電
圧も比較的低くなる。第１のスイッチング素子１１８が
オフに戻った後、第２のスイッチング素子１１９がオン
になったときのコンデンサ１１６の放電電流の立ち上が
りも緩やかになり、それによるトランス２次側の電圧も
比較的低くなる。この場合には、放電管１２２内の電子
エネルギーは比較的低くなる。

【００１５】図１１（Ａ）には、赤色発光させるときの
各スイッチング素子１１８、１１９、１２０の点弧信号
を示し、図１１（Ｂ）には、青色発光させるときの各ス
イッチング素子の点弧信号を（Ａ）と同じ時間座標で示
す。赤色発光のときは、Ｇ₁・Ｇ₂と同期してＧ₃を点弧
させることにより、第３のスイッチング素子１２０をオ
ン状態に維持させ、Ｇ₁とＧ₂を共に例えば３．９ｍｓの
周期で点弧して所定のエネルギーを昇圧トランス１１５
に入力する。青色発光のときは、Ｇ₃に全く点弧信号を
送出しないで第３のスイッチング素子１２０をオフ状態
に保ち、Ｇ₁とＧ₂を共に例えば１．２５ｍｓの周期で点
弧して、上記した赤色発光よりも少ないエネルギーを昇
圧トランス１１５に入力するものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】この先行技術の特徴
は、青の発光色を選択する場合には、第３のスイッチン
グ素子１２０をオフにして、コンデンサ１１６と直列に
インダクタンス１１７を挿入することである。その結
果、昇圧トランスの１次側１５１に流れるコンデンサ１
１６の充放電の過渡的電流の立ち上がりは緩やかにな
り、トランス２次側の放電電圧も比較的低くなる。更
に、コンデンサ１１６の充放電の周期を充分短くすれ
ば、放電管１２２内の電子エネルギーの平均値は充分に
低くできる。

【００１７】しかし、基本的にパルス放電であるため
に、電子エネルギーの平均値は低くても、電子のエネル
ギー分布はかなり広くなっている。従って、青の発光色
を選択した時でもネオンを励起させるに必要な高い運動
エネルギーを持った電子も多少存在する事になる。その
結果、水銀のスペクトルに若干のネオンスペクトルが混
入した混合スペクトルを放射することになり、水銀の純
粋な青色（正確には青白色）の可視光が得にくいという
課題が残されている。

【００１８】特に、これが顕著になる条件が二つある。
その一つは、周囲温度が常温より低い場合である。温度
が低いほど放電管内の水銀の蒸気圧が低下し、水銀の原
子の数が減少するので水銀発光の輝度が下がる。輝度を
上げるために放電電流を増加すると、電子の密度よりも
速度の方が大きくなり、ネオンのスペクトルの混入比率
がより高くなるという前記問題が表面化する。このよう
にネオン発光が過剰に混じると、単に青色発光選択時の
みならず、青色と赤色の中間色発光選択時においても狙
い通りの中間色発光が困難になる。

【００１９】その二つは、放電管の形状に関するもの
で、全体に管径が細いか、部分的に細くなっていたり、
管が比較的小さい曲率で曲がっている場合がある。この
ような部位では、通電時に他の部分に比べて高い電圧降
下が生じるために電子エネルギーが高くなり、この部位
で上記問題が顕著に表れる。

【００２０】そこで、本発明の目的は、水銀とネオンの
混合ガスを励起して可変色制御する場合に、放電管の周
囲温度が常温以下であっても、また放電管の管径が細い
形状領域においても、或いは放電管が小さい曲率で曲が
っている部分においても、更にはその条件が重なった状
態にあっても、青色の発光色を選択した場合に水銀の純
粋な青白色の可視光が放射でき、また水銀とネオンの中
間の発光色を選択した場合でも、狙い通りの中間色を発
光できる放電管の可変色制御装置を提供することであ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の放電管の可変色
制御装置は、青の発光色を選択した場合、電子エネルギ
ーの平均値はネオンの励起エネルギー準位に比べ充分低
く、且つそのエネルギー分布をできるだけ狭くすること
である。そのために、青色発光においては連続した正弦
波で駆動放電される。何故なら、各種波形の周期が同じ
であれば、その立ち上がりの速さは、正弦波が最も遅い
からである。

【００２２】一方、赤の発光色を選択した場合は、ネオ
ンを励起発光させるため高い電子エネルギーが必要であ
り、そのためには先願発明で提案されている立ち上がり
の速いパルス電流による放電が不可欠である。

【００２３】従って、発光色の選択が青の場合も赤の場
合も、先願発明に開示されているような共通のパルス発
生回路を適用することを改め、青、赤の発光色によって
各々独立した回路構成を設けることを特徴とする。

【００２４】具体的には、昇圧トランスの１次側には、
夫々独立した２巻線を設け、その１巻線は正弦波発生イ
ンバータ回路の一構成要素となっており、他の１巻線は
パルス発生インバータ回路の一構成要素となっているこ
とを特徴としている。また、自励型インバータの構成要
素となっている巻線は、帰還用のベース巻線が付属して
いる。

【００２５】なお、昇圧トランスに関しては、青色発光
用の1次巻線と2次巻線の間に形成される磁気回路は、互
いに粗結合で漏洩型の特性を有し、一方、赤色発光用の
1次巻線と2次巻線は互いに密結合となる構造となってい
る。その結果、１次側の２巻線は互いに干渉しない特性
が得られ、また青の発光色を選択した場合には、２次側
から見た昇圧トランスのインピーダンスが高くなり、放
電管の長さが変わっても輝度が変わらないように放電電
流をほぼ一定に保つ定電流特性の実現と、2次側電圧を
低く押さえることに成功している。更に、赤の発光色を
選択した場合には、効率の良い高輝度発光を実現してい
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る放電灯の可
変色制御装置の基本構成図である。可変色制御装置２
は、昇圧トランス４を中心に、１次側回路と２次側回路
から構成される。昇圧トランス４の鉄心６の２次側に
は、２次巻線８と放電管１０が接続され、放電管１０の
中には水銀とネオンガスが封入されている。この２種混
合放電ガスに励起エネルギーを付与するため電極１２、
１２が配設されている。

【００２７】昇圧トランス４の鉄心６の１次側には、青
色1次巻線１６と赤色1次巻線２０が巻回されている。青
色１次巻線１６には低電子エネルギーを付与する青色点
灯用回路１８が接続され、赤色１次巻線２０には高電子
エネルギーを付与する赤色点灯用回路２２が接続されて
いる。これらの点灯用回路１８、２２は具体的には電源
回路や波形整形回路などを含み、所定波形の電圧信号又
は電流信号を昇圧トランス４に入力できる電子回路であ
ればよい。

【００２８】後述するように、青色１次巻線１６と２次
巻線８により形成される磁気回路は互いに粗で漏洩型の
磁気特性を有するように構成されている。逆に、赤色１
次巻線２０と２次巻線８により形成される磁気回路は密
結合になるように構成されている。

【００２９】図２は、本発明に用いられる青色点灯用と
赤色点灯用の各回路の波形図である。図２（Ａ）は放電
管の電子に低エネルギーを付与する青色点灯用回路の波
形を示し、特に連続正弦波が使用されている。それ故、
２次側に接続されている放電管に流れる電流の立ち上が
り波形が正弦波となり、放電管内の電子のエネルギー分
布の幅が最も狭くなるので、ネオンガスの一部が同時に
励起されることはなく、水銀の青色光に赤色光が混入す
ることは無くなる。これを実現するために連続正弦波の
電流放電が行なわれる。

【００３０】一般に、昇圧トランスの磁気回路に使用さ
れている材料は、使用する周波数で振動するから、正弦
波の周波数は１５ｋＨｚ以下の可聴範囲では騒音の原因
となるので好ましくない。超音波領域である１５〜４０
ｋＨｚの周波数範囲では、騒音の原因とならずまた効率
もよいので好適である。４０ｋＨｚを超えると、昇圧ト
ランス２次側の放電管やリード線から空中への電磁波の
輻射が多くなり、それだけ損失が増加するので好ましく
ない。これらの条件を考慮しながら、正弦波の周波数は
選択される。

【００３１】この正弦波が昇圧トランス４によって昇圧
される２次電圧は、１ｍの長さの放電管の点灯状態で
０．５〜１ｋＶ_O-P位まで昇圧される。一般に放電電圧
は管長に比例して高くならない。また、放電管の管径や
接続本数によって放電電圧の大きさはかなり異なってく
る。

【００３２】図２（Ｂ）は、放電管の電子に高エネルギ
ーを付与する赤色点灯用回路の波形図であり、特にパル
スが使用されている。それ故、２次側に接続されている
放電管は、電流の立ち上がりの速いパルス放電となり、
電子に高エネルギーを付与することができる。

【００３３】このパルス信号の周波数は５００pulse/s
以下、即ちパルス間隔が約２ｍｓ以上が好ましい。パル
スとパルスの間は放電の休止期間であり、休止期間がこ
れより短いと、放電時に生じたイオン及び電子が消滅せ
ずに残留し、次の放電時には低い電圧降下で容易に電流
が流れ、従って電子エネルギーは高くならない。それ
故、イオン及び電子の寿命時間以上のパルス間隔が必要
であり、上記の周波数範囲が選択される事になる。この
パルスがトランスによって昇圧される２次電圧は、長さ
１ｍの放電管の点灯状態で３〜６ｋＶ_O-P位まで昇圧さ
れる。但し、放電電圧は管長に比例して高くならない
し、また放電管の管径や接続本数によってかなり異なっ
てくる。

【００３４】図３は、図１に示す放電灯の可変色制御装
置の具体的な回路図である。この可変色制御装置２の１
次側は、青色点灯用回路１８と赤色点灯用回路２２から
構成されている。端子Ｂ・Ｅには直流電源４２により直
流電圧が印加されている。赤色１次巻線２０は１個のコ
イルから形成される。これに対し、青色１次巻線は互い
に巻数の等しい２個のコレクター巻線１６ｃ１、１６ｃ
２と、ベース巻線１６ｂから構成されている。

【００３５】まず、青色点灯用回路１８はプッシュプル
同調型正弦波発振回路で、トランジスタ２４・２６・２
８、コンデンサ３０、チョークコイル３２及び抵抗３４
ａ・３４ｂ・３６・３８から構成されている。また、抵
抗３８には信号Ｇ₅が印加される。但し、トランジスタ
２４・２６は同一特性であり、抵抗３４ａ・３４ｂの抵
抗値は同じである。

【００３６】この青色点灯用回路１８は、信号Ｇ₅を
“Ｌ”にしたときに正弦波発振し、信号Ｇ₅を“Ｈ”に
したときに正弦波発振を停止する。信号Ｇ₅を“Ｌ”に
すると、トランジスタ２８にベース電流が流れ、そのコ
レクターエミッタ間が導通状態になる。

【００３７】上記青色点灯用回路１８の詳細な動作説明
は省略するが、トランジスタ２４、２６のプッシュプル
動作はコンデンサ３０の充放電特性により決まり、発振
周波数も１次巻線１６ｃ（１６ｃ１と１６ｃ２）とコン
デンサ３０により構成されるタンク回路に依存する。こ
のようにして、１次巻線１６ｃ（１６ｃ１と１６ｃ２）
に発生した正弦波電圧が昇圧トランス４により増幅され
て２次巻線８から出力され、放電管１０に印加される。

【００３８】この正弦波の周波数は可聴域より高い１５
〜４０ｋＨｚに設定され、放電管を流れる電流は２０〜
３０ｍＡ（実効値）に調整される。このとき放電管電圧
（２次電圧）は管長１ｍの場合０．５〜１．０ｋＶ_O-P
となり、放電管１０内の電子エネルギーは水銀の励起準
位を満たしているが、ネオンの励起準位より低い。ま
た、正弦波駆動により放電管内の電子のエネルギー分布
の広がりは狭くなり、ネオンガスの同時励起を抑えて水
銀ガスだけを選択的に励起し、純粋な青色発光を生起す
ることができる。

【００３９】赤色点灯用回路２２はスイッチング素子１
個からなる他励型シングルインバータ回路で、赤色１次
巻線２０にトランジスタ４０を直列に接続し、そのベー
ス端子に例えば幅が５０〜１００μｓで周期が約２ｍｓ
のパルス信号Ｇ₄を入力して構成される。信号Ｇ₄が
“Ｈ”になるとトランジスタ４０がオンされ、端子Ｂか
ら赤色１次巻線２０のインダクタンスを介して端子Ｅに
コレクタ電流が徐々に増加しながら流れる。次に信号Ｇ
₄が“Ｌ”になり、コレクタ電流が遮断される過渡期
に、赤色１次巻線２０に蓄積された電磁エネルギーが放
出され、この１次巻線に非常に大きな逆起電力を誘起す
る。赤色点灯用回路２２はこれを利用したものである。

【００４０】更に詳しく説明すると、赤色１次巻線２０
のインダクタンスをＬ、流れる電流をｉとすると、赤色
１次巻線２０の両端にはＬｄｉ／ｄｔの電圧が誘起され
る。パルスの立下り時に、電流ｉは急激にゼロになり、
その変化率が極めて大きいから、非常に大きな負のパル
ス電圧が誘起される。この電圧は昇圧トランス４により
昇圧されて２次巻線８に出力され、放電管１０に印加さ
れる。この放電管１０に印加されるパルス電圧は放電管
長が１ｍの場合には３〜６ｋＶ_O-Pになる。

【００４１】上記駆動パルスはパルス電流の立ち上がり
が速く、パルス幅は数μｓと短く、パルスの周期が約２
ｍｓと長い高電圧のパルス放電である。従って、過渡的
且つ周期的に放電管１０の内部の電子エネルギーは定常
放電の場合より非常に高くなり、ネオンガスを周期的に
励起して赤色発光を生起する。このとき、水銀ガスも励
起されるが、水銀の蒸気圧は通常の温度では小さく、ネ
オン原子の数密度は水銀蒸気の原子の数密度に比して遥
かに大きく、ネオンの赤色発光が支配的になる。水銀原
子の青色発光はほとんど目につかないから、ほぼ純粋な
赤色発光が実現可能となる。

【００４２】以上をまとめると、信号Ｇ₅が“Ｈ”のと
きには青色点灯回路１８は作動を停止するから、パルス
信号Ｇ₄を入力して放電管１０に赤色発光を生起させ
る。青色発光が必要なときには、信号Ｇ₄を“Ｌ”にし
て同時に信号Ｇ₅を“Ｌ”にすると青色点灯回路１８だ
けが作動し、正弦波により放電管１０を駆動し、水銀原
子だけが選択的に励起されて純粋な青色発光を生起す
る。このように、本発明によれば、純粋な赤色発光を実
現できるだけでなく、従来困難であった純粋な青色発光
も実現できる。

【００４３】本発明は純粋な赤色発光と純粋な青色発光
を実現できるから、赤色と青色の任意の中間色も鮮やか
に発光させることが可能になる。例えば、２５ｍｓの周
期で赤色発光と青色発光を交互に切り換えながら発光を
繰り返せば、赤色と青色の１：１混合比率による中間色
発光が可能となる。混合比率は時間比率に対応するか
ら、赤色発光と青色発光の時間比率を変化させることに
より、中間色の色調を自在に変更することが可能とな
る。

【００４４】放電管１０の内部に水銀とネオンを封入す
るだけでなく、放電管１０の内面に蛍光体膜を形成する
ことも行なわれる。このような放電管では水銀やネオン
の放電発光に加えて、蛍光発光が同時に生起する。この
場合の詳細を以下に述べる。

【００４５】まず、赤色点灯回路２２を駆動して、赤の
発光色を選択した場合に、水銀は青色の可視発光と同時
に紫外線のスペクトルも放射する。常温ではガス化して
いる水銀の原子数はネオンの原子数に比較して極めて少
ないため、放電色としてはネオンの赤色発光が支配色と
なる。この光が放電管の内壁の蛍光体膜を通して外部に
放射する。一方、水銀の紫外線により蛍光体が励起さ
れ、その蛍光体に固有の可視光を放射する。この蛍光体
の放射光と前記蛍光体膜透過光の混合した光を放射す
る。

【００４６】次に、青色点灯回路１８を駆動して青の発
光色を選択した場合に、本発明の効果が発揮される。正
弦波電圧により水銀だけが選択的に励起され、水銀から
青色発光と紫外線が放射される。紫外線は蛍光体を励起
して蛍光体膜からその蛍光物質に固有の発光色を生起す
る。蛍光体膜が厚い場合には、青色光はほとんどが蛍光
体に吸収されるため、放電管１０の外部に放射されるこ
とは殆どない。従って、この場合には純水の蛍光色が支
配色となる。他方、蛍光体膜が薄い場合には、若干の青
色光が外部に透過するが、青色光の光強度が弱いため蛍
光色が支配色となる場合が多い。

【００４７】青の発光色を選択した場合、従来技術の駆
動方法では、基本的にパルス放電により水銀を励起する
から、水銀のスペクトルに多少ネオンのスペクトルが混
入し、ネオンの赤色光が管内壁の蛍光体膜を通して外部
に放射する。従って、放電管１０の発光色は、蛍光体の
発光色に若干ネオンの赤色光が混じるため、純水の蛍光
体色を発色できないという欠点があった。本発明では正
弦波放電によりネオンのスペクトルが放射しないから、
純水の蛍光体色を発現させることができる。

【００４８】この実施形態では、パルス放電時には低輝
度の蛍光体の発光とネオンの赤色発光の蛍光体膜透過光
の混合色を発色し、正弦波放電時には純粋の蛍光体色を
発色できるから、目標色を発色させるために、放電管の
内面に塗布される蛍光体の選択が容易となる。従って、
正確な発光色の実現が可能となり、ネオンサインの多色
化と多機能化に貢献できる。

【００４９】例えば、蛍光体として冷白色の蛍光を発光
するパロ燐酸カルシウム[３Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂・Ｃａ（Ｆ,
Ｃｌ）₂／Ｓｂ,Ｍｎ]を使用した場合、従来の技術では
青色発光を選択しても冷白色を発色させることはできな
かった。本発明によれば、設計通りに蛍光体固有の冷白
色を放射できるのである。

【００５０】図４は本発明に用いられる昇圧トランスの
具体的構成図である。昇圧トランス４は、Ｅ字型の鉄心
６ａ、６ｂを相互に対向接触させて構成され、真中にあ
る中間突起６ｃと中間突起６ｄの間には空隙部６ｅが離
間形成されている。また、中間突起６ｄには漏洩磁路
（バイパス磁路）６ｆが形成されている。

【００５１】２次巻線８はそれを貫く磁束が空隙部６ｅ
を通過するよう巻回されており、その外周に赤色１次巻
線２０が巻回されている。従って、赤色１次巻線２０と
２次巻線８は相互に密結合の磁気回路を形成している。
つまり、赤色１次巻線２０を貫く１次磁束はほとんど漏
洩することなく２次巻線８を貫き、入力パルス電力を効
率よく昇圧して放電管に供給できる。

【００５２】一方、青色１次巻線１６ｂ、１６ｃは漏洩
磁路６ｆに対し１次巻線２０、２次巻線８とは反対側に
巻回されている。青色1次巻線１６ｂ、１６ｃと２次巻
線８が形成する磁気回路は、空隙部６ｅ及び漏洩磁路６
ｆが存在することによって、２次側の負荷の状態により
１次側で発生した磁束を漏洩させる構造となっている。
つまり、青色１次巻線１６ｂ、１６ｃと２次巻線８は負
荷の状態で変わるものの互いに粗結合で、且つ２次側の
出力インピーダンスは高インピーダンス、即ち定電流特
性になっている。

【００５３】従って、放電管の管長が多少変わっても、
流れる電流、即ち発光輝度は殆ど変わることはない。更
に、２次側出力電圧が低く押えられるため、電子エネル
ギーは低くなり、水銀の励起による青色発光には好適で
ある。尚、この昇圧トランス４では、赤色１次巻線２０
と青色１次巻線１６ｂ、１６ｃの間の相互干渉は殆んど
ない特徴を有している。

【００５４】[その他の実施例]上記実施形態において、
青色点灯回路１８は２個のスイッチング素子からなる自
励プッシュプル型インバータを使用し、赤色点灯回路２
２はスイッチング素子１個からなる他励シングル型イン
バータを使用している。

【００５５】しかし、本発明に用いられる点灯回路は、
他励型・自励型を問わず、スイッチング素子の配列構成
によって分類したインバータの種類、例えばシングル型
インバータ、プッシュプル型インバータ、フルブリッジ
型インバータ、ハーフブリッジ型インバータ、シングル
エンデッドプッシュプル（ＳＥＰＰ）型インバータ等が
ある。これらのインバータ回路を任意に組み合わせるこ
とにより本発明の点灯回路を構成する事ができる。

【００５６】更に具体的には、パルス発生回路は各イン
バータ回路におけるコンデンサへの充放電の過渡特性を
利用して構成される。また、正弦波発生回路は、各イン
バータ回路において昇圧トランスの１次側巻線を含むイ
ンダクタとキャパシタからなるタンク回路を形成し、ス
イッチング素子の電流又は電圧を正弦波状に変化させる
ことによって構成される。

【００５７】図５は、本発明の点灯回路として用いられ
る他励型ハーフブリッジ式インバータの回路図であり、
図６は自励型ハーフブリッジ式インバータの回路図であ
る。いずれもスイッチング素子をハーフブリッジ型に配
列して構成したものである。

【００５８】図７は、本発明の点灯回路として用いられ
る他励型シングルエンデッドプッシュプル（ＳＥＰＰ）
式インバータの回路図であり、図８は自励型シングルエ
ンデッドプッシュプル式インバータの回路図である。い
ずれもスイッチング素子をシングルエンデッド型に配列
して構成したものである。

【００５９】本発明は上記実施形態及び実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範
囲における種々の変形例、設計変更などもその技術的範
囲内に包含されることは云うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、昇圧トランスの１次側
には第１色発光用の1次巻線と第２色発光用の１次巻線
を独立して巻回し、昇圧トランスの２次側には放電管を
駆動する２次巻線を巻回しているから、第１色発光と第
２色発光を独立して制御でき、第１色と第２色の交互発
光や同時発光などのように、両発光色の加色混合を自在
に行なうことができる。

【００６１】本発明によれば、昇圧トランスの１次側に
は第１色点灯回路と第２色点灯回路を独立して設けてい
るから、第１色発光及び第２色発光に最も最適な放電波
形の形成が可能である。

【００６２】更に、第１色発光の１次巻線と２次巻線の
間に形成される磁気回路は互いに粗結合で漏洩型の磁気
特性を有し、第２色発光の１次巻線と２次巻線の間に形
成される磁気回路は密結合となるように構成されている
から、このような昇圧トランスの構造により、例えば第
１色発光である低圧気体放電に最適な出力特性を実現す
ると共に、第２色発光であるネオンの間欠放電（パルス
放電）には不可欠な効率の良い点灯回路の実現が可能と
なる。

【００６３】本発明によれば、第１色発光を正弦波電流
により行い、第２色発光をパルス電流により行なうか
ら、正弦波励起に基づく低電子エネルギーによる純粋な
第１色発光と、パルス励起に基づく高電子エネルギーに
よる第２色発光が得られ、正弦波励起とパルス励起を混
合することによって、第１色と第２色の自在な中間色の
形成を可能にする。

【００６４】また、本発明によれば、第１色発光は正弦
波放電により水銀原子だけを選択的に励起して純粋な水
銀のみの青色を実現し、第２色発光は立ち上がりの速い
パルス放電により水銀発光色の混入の少ないネオン原子
の赤色発光が実現可能となる。更に、両者を一定の周期
で時系列的に混合し、そのデューティー比を変えること
により、青から赤に至る選択幅の広い安定した中間色を
発現させることができる。

【００６５】また、水銀とネオンを封入した放電管の内
面に蛍光体膜を形成することにより、ネオン励起時には
ネオンの赤色発光の蛍光体膜透過光と蛍光体の励起発光
の混合した光を放射し、水銀励起時には純粋に蛍光体の
励起発光だけを放射させることができる。それ故、目標
色に対する蛍光体の選択が容易となり、正確な発光色の
実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電灯の可変色制御装置の基本構
成図である。

【図２】本発明に用いられる青色点灯用と赤色点灯用の
各回路の波形図である。

【図３】図１に示す放電灯の可変色制御装置の具体的な
回路図である。

【図４】本発明に用いられる昇圧トランスの具体的構成
図である。

【図５】本発明の点灯回路として用いられる他励型ハー
フブリッジ式インバータの回路図である。

【図６】本発明の点灯回路として用いられる自励型ハー
フブリッジ式インバータの回路図である。

【図７】本発明の点灯回路として用いられる他励型シン
グルエンデッドプッシュプル（ＳＥＰＰ）式インバータ
の回路図である。

【図８】本発明の点灯回路として用いられる自励型シン
グルエンデッドプッシュプル（ＳＥＰＰ）式インバータ
の回路図である。

【図９】水銀とネオンのエネルギー準位図である。

【図１０】従来の放電灯装置の回路図である。

【図１１】（Ａ）には赤色発光時のスイッチング素子１
１８、１１９、１２０の点弧信号を示し、（Ｂ）には、
青色発光時の各スイッチング素子の点弧信号を示す。

【符号の説明】

２は可変色制御装置、４は昇圧トランス、６・６ａ・６
ｂは鉄心、６ｃ・６ｄは中間突起、６ｅは空隙部、６ｆ
は漏洩磁路、８は２次巻線、１０は放電管、１２は電
極、１４は放電ガス、１６・１６ｂ・１６ｃは青色１次
巻線、１８は青色点灯回路、２０は赤色１次巻線、２２
は赤色点灯回路、２４はトランジスタ、２６はトランジ
スタ、２８はトランジスタ、３０はコンデンサ、３２は
チョークコイル、３４ａ・３４ｂは抵抗、３６は抵抗、
３８は抵抗、４０はトランジスタ、４２は直流電源、５
２はトランジスタ、５４はトランジスタ、５６はコンデ
ンサ、５８はコンデンサ、６０はコンデンサ、１１１は
ダイオードブリッジ、１１２はコンデンサ、１１３は抵
抗、１１４は整流回路、１１５は昇圧トランス、１１６
はコンデンサ、１１７はチョークコイル、１１８は第１
スイッチング素子、１１９は第２スイッチング素子、１
２０は第３スイッチング素子、１２１は制御回路、１２
２は放電管、１５１は１次側コイル、１５２は２次側コ
イル。

フロントページの続き (72)発明者島田充浩大阪府大阪市東成区深江北２丁目４番28号株式会社キモトサイン内Ｆターム(参考） 3K073 AA11 AA12 AA48 AA84 AB02 AB05 CG12 CG43 CJ16 CK07 CL10 3K098 CC36 CC38 DD21 DD22 DD24 DD37 DD42 DD50 EE32 EE40 GG10 5H007 BB03 CA01 CB02 CB06 CB07 CB09 CB17 CC07 CC32 HA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ネオンサインの昇圧トランスの１次側に
は第１色発光を司る１次巻線と第２色発光を司る１次巻
線が独立して巻回され、前記昇圧トランスの２次側には
放電管を駆動する２次巻線が巻回されていることを特徴
とする放電灯の可変色制御装置。
【請求項２】前記第１色発光用の１次巻線を駆動する
第１色点灯回路と、前記第２色発光用の１次巻線を駆動
する第２色点灯回路が各々独立して設けられている請求
項１に記載の放電灯の可変色制御装置。
【請求項３】前記第１色発光用の１次巻線と２次巻線
の間に形成される磁気回路は互いに粗結合で漏洩型の磁
気特性を有し、前記第２色発光用の１次巻線と２次巻線
の間に形成される磁気回路は密結合となるように設計さ
れた昇圧トランスから成る請求項１に記載の放電灯の可
変色制御装置。
【請求項４】前記第１色点灯回路は第１色発光用の１
次巻線に正弦波電流を流し、前記第２色点灯回路は第２
色発光用の１次巻線にパルス電流を流す請求項２に記載
の放電灯の可変色制御装置。
【請求項５】前記第１色発光は水銀原子による青色発
光であり、前記第２色発光はネオン原子による赤色発光
である請求項４に記載の放電灯の可変色制御装置。
【請求項６】水銀とネオンが封入された放電管の内面
に蛍光体膜が形成され、放電発光と同時に蛍光発光を生
じる請求項５に記載の放電灯の可変色制御装置。