(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に数ＭＨｚ以上の動作周波数で無電極放電灯を先行放電させる空芯の補助誘導コイルを設けたことを特徴とする無電極放電灯装置。
【請求項２】
前記補助誘導コイルは、前記凹部内又は凹部外で前記無電極放電灯の近傍に設けるようにしたことを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯装置。
【請求項３】
前記誘導コイルに装着された鉄芯の材質をＭｎ系フェライトコアとし、前記補助誘導コイルにＮｉ系フェライトコアからなる鉄芯を装着するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無電極放電灯装置。
【請求項４】
前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
【請求項５】
前記補助誘導コイルへの電力供給を、始動用高周波電源回路を別途設けて行うようにした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無電極放電灯装置。
【請求項６】
前記誘導コイルは、前記凹部内で無電極放電灯に密着させないように配置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無電極放電灯装置。
【請求項７】
前記補助誘導コイルは、前記無電極放電灯に密着させるようにして配置した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無電極放電灯装置。
【請求項８】
前記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に、インピーダンスを整合させるためのマッチング回路を設けるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
【請求項９】
凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に数ＭＨｚ以上の動作周波数で無電極放電灯を先行放電させる空芯の補助誘導コイルを前記凹部内で無電極放電灯に密着して設けるとともに、前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたことを特徴とする無電極放電灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電源回路からの高周波出力を無電極放電灯の近傍に配置された誘導コイルに供給し高周波電磁界を誘起して、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の無電極放電灯装置は、図１１に示すように、無電極放電灯１と、誘導コイル２と点灯装置３とを備えて構成されている。
【０００３】
無電極放電灯１は、略球状であって、その一方側に凹部１ａが形成されてなる透光性のバルブ１ｂの内部に、不活性ガスや金属蒸気を含む放電ガスが封入されてなり、また、誘導コイル２はバルブ１ｂの凹部１ａに収容されるようになっている。また、 点灯装置３は、商用電源ＡＣを整流する整流回路４と、チョッパ回路５と、マッチング回路６を含む高周波電源回路７を備えて構成されており、誘導コイル２に高周波電流を通電することができるようになっている。
【０００４】
しかしながら、上述のように構成された無電極放電灯装置にあっては、誘導コイル２が空芯である場合には、図１２に示すように、高周波電源回路７の共振用コンデンサＣ２とマッチング回路６のコンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ５の合成容量Ｃと始動電圧Ｖとの関係が、同図に示すカーブａのように、鉄芯入りの誘導コイル２を用いたカーブｂと比べてかなり急峻となって、所定の始動電圧を得ようとすると、共振電圧カーブの急峻なポイントで動作させなければならなくなる。このため、始動電圧を得るための回路電流が大きくなり、始動時に高周波電源回路７のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２であるＭＯＳＦＥＴへのストレスが大きくなるほか、高周波電源回路７と誘導コイル２及びランプ負荷とのマッチング状態が敏感に変化し、安定な動作を得ようとすると、マッチング回路６を含む高周波電源回路７に使用するＬ、Ｃ素子を、温度的にも経時的にも全く変化の生じないような非現実的な素子とする必要があり、さもなければ、マッチング状態の変化により例えば始動電圧が低下する等、安定した動作を得ることができないという問題があった。
【０００５】
また、特開平１０−２２０８６号公報には、誘導コイル２が空芯であっても、誘導コイル２に高い電圧を印加させる必要のない無電極放電灯装置が提案されている。この本無電極放電灯装置は、図１３に示すように、商用電源ＡＣに、ダイオードブリッジからなる整流回路４を介してトランスＬ１、スイッチング素子Ｑ３、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、制御回路ＣＣを有するチョッパ回路５（図１３の場合は、降圧チョッパ回路）が接続され、商用電源ＡＣを整流した直流電圧を降圧した直流電圧に変換している。チョッパ回路５の出力端にはスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２及びインダクタＬ２、コンデンサＣ２からなる所謂Ｄ級増幅回路である高周波電源回路７が接続されており、誘導コイル２に高周波電力を供給する。また、駆動トランスＴ１の１次巻線ｎ０の両端には高周波の略正弦波電圧を発生させ高周波電源回路７のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動させるためのドライブ回路１０が接続されている。誘導コイル２と高周波電源回路７の間には、両方のインピーダンスを整合し無電極放電灯１に効率良く高周波電力を伝達するためのコンデンサＣ３〜Ｃ５からなるマッチング回路６が接続されている。
【０００６】
また、透光性のバルブ１ｂ内部に不活性ガス、金属蒸気等の放電ガスを封入した無電極放電灯１は凹部１ａを有し、凹部１ａに誘導コイル２を配設している。凹部１ａには、無電極放電灯１の始動時において、バルブ１ｂ内で先行放電させるためのフェライト等の材料からなる鉄芯８ａを装着した補助誘導コイル８が配設されている。補助誘導コイル８はチョッパ回路５のインダクタＬ１の２次巻線ｎ３と遮断手段９を介して接続されている。
【０００７】
以下に、上述の無電極放電灯装置の動作を説明する。まず、チョッパ回路５のインダクタＬ１の２次巻線ｎ３から遮断手段９を介して補助誘導コイル８に高周波電圧を印加させて、無電極放電灯１に先行放電を生じさせる。その後、高周波電源回路７から誘導コイル２に数百ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、無電極放電灯１に高周波電磁界を発生させ、無電極放電灯１を点灯させる。その後、遮断手段９によりインダクタＬ１の２次巻線ｎ３から補助誘導コイル８への高周波電圧の供給を遮断させる。
【０００８】
従って、本従来例に係る無電極放電灯装置においては、補助誘導コイル８を用いることにより、簡単な構成で無電極放電灯１を先行放電させることができる。また、補助誘導コイル８により無電極放電灯１を先行放電させているので、無電極放電灯１の点灯状態を維持させる誘導コイル２には高い電圧を印加させる必要がなく、空芯であっても十分に電力供給が可能となる。
【０００９】
しかしながら、誘導コイル２として空芯コイルを使用している限りは、所定の始動電圧を得ようとするためには図１２に示すように、共振電圧カーブの急峻なポイントで動作させなければならず、高周波電源回路７に使用されるスイッチング素子にストレスがかかってしまうのである。
【００１０】
そこで、誘導コイル２にフェライト等の鉄芯を装着することにより、上述の問題点を改善することが考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、誘導コイル２にフェライト等の鉄芯を装着した場合には、以下のような問題が発生する。つまり、一般に、有電極の放電灯においては、点灯周波数は数十ｋＨｚから百ｋＨｚ程度であるが、無電極放電灯１における点灯周波数は数百ｋＨｚから数百ＭＨｚとなり、有電極の放電灯と比べ、より高い点灯周波数が必要となる。点灯周波数が高いと点灯装置３の回路効率の低下につながる。
【００１２】
しかし、点灯周波数を下げると、つまり、高周波電源回路７の動作周波数を下げると、点灯装置３の効率は向上するが、以下のような問題が発生する。高周波電源回路７の動作周波数と無電極放電灯１の始動に必要な電力の関係は図１４に示すように、高周波電源回路７の動作周波数を下げていくと、無電極放電灯１の始動に必要な電力が急激に増加し、結局、点灯装置３自体が大型化し、大きな始動電力を供給できるようにする必要を生じ、コストアップにもつながるという問題があった。従って、高周波電源回路７の動作周波数の低減にも限界があることになる。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、高周波電源回路の回路効率が高く、小型化でき、無電極放電灯を良好に始動することのできる無電極放電灯装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に数ＭＨｚ以上の動作周波数で無電極放電灯を先行放電させる空芯の補助誘導コイルを設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記補助誘導コイルは、前記凹部内又は凹部外で前記無電極放電灯の近傍に設けるようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記誘導コイルに装着された鉄芯の材質をＭｎ系フェライトコアとし、前記補助誘導コイルにＮｉ系フェライトコアからなる鉄芯を装着するようにしたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記補助誘導コイルへの電力供給を、始動用高周波電源回路を別途設けて行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記誘導コイルは、前記凹部内で無電極放電灯に密着させないように配置したことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、前記補助誘導コイルは、前記無電極放電灯に密着させるようにして配置したことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発明において、記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に、インピーダンスを整合させるためのマッチング回路を設けるようにしたことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項９記載の発明は、凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に数ＭＨｚ以上の動作周波数で無電極放電灯を先行放電させる空芯の補助誘導コイルを前記凹部内で無電極放電灯に密着して設けるとともに、前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づき説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図であり、図２は部分拡大図である。本実施形態の無電極放電灯装置の基本的構成は、図１３で示した無電極放電灯装置と同等であるので、同一個所には同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
本実施形態の無電極放電灯装置は、図１３で示した無電極放電灯装置において、誘導コイル２に鉄芯２ａを装着し、補助誘導コイル８を空心コイルとするとともに、始動用高周波電源回路１２を付加し、始動用高周波電源回路１２により補助誘導コイル８に高周波電力を供給するようにしている。
【００２６】
本実施形態の動作を説明する。まず、補助誘導コイル８に、始動用高周波電源回路１２により高周波電圧が印加され、補助誘導コイル８によって、無電極放電灯１の内部の補助誘導コイル８の近傍で先行放電となる環状放電が生じる。この時、鉄芯２ａを装着した誘導コイル２に高周波電源回路７から高周波電流を通電すると、誘導コイル２により、誘導コイル２の近傍で環状放電が維持されることになり、この環状放電によって放電ガスの励起による発光が生じて、無電極放電灯１は点灯状態になる。
【００２７】
本実施形態によれば、誘導コイル２には鉄芯２ａを装着しているので、空芯コイルの場合のように所定の始動電圧を得るために共振電圧カーブの急峻なポイントで動作させる必要がなくなり、高周波電源回路７に使用されるスイッチイング素子Ｑ１、Ｑ２にストレスがかかることがなくなる。また、無電極放電灯１の始動時において、高周波電源回路７の動作周波数を下げても、補助誘導コイル８には始動用高周波電源回路１２により高周波電圧が印加され先行放電しているので、高周波電源回路７自体には多大な始動電力を必要としない。
【００２８】
従って、高周波電源回路７の回路効率を向上し、小型化でき、無電極放電灯を良好に始動することができるのである。
【００２９】
図３は本発明の第１の参考例に係る無電極放電灯装置の概略構成図であり、図４は部分拡大図である。本参考例では、第１の実施形態の無電極放電灯装置において、補助誘導コイル８に鉄芯８ａを装着し、始動用高周波電源回路１２から補助誘導コイル８への電力供給を遮断するスイッチ等の遮断手段１３を付加し、インダクタやコンデンサからなるフィルタ回路１１を商用電源ＡＣと整流回路４との間に付加し、さらに、チョッパ回路５の回路構成を降圧チョッパ回路から昇圧チョッパ回路に変更したものである。
【００３０】
本実施形態の点灯動作は第１の実施形態の場合と同等であるが、無電極放電灯１が点灯移行後は、遮断手段１３により補助誘導コイル８への電力供給を停止するようにしている。補助誘導コイル８に鉄芯８ａを装着しているので、始動用高周波電源回路１２の回路効率も向上でき、小型化可能となる。また、フィルタ回路１１により、他の機器からＡＣ電源ラインを介して入り込む高周波ノイズや無電極放電灯装置側からＡＣ電源側へ高周波ノイズが漏れるのを防止するようにしている。
【００３１】
図５は本発明の第２の実施形態に係る無電極放電灯装置の概略構成図であり、図６は部分拡大図である。本実施形態では、第１の参考例の無電極放電灯装置において、補助誘導コイル８を空芯コイルとし、無電極放電灯１のバルブ１ｂの外周近傍に配置するとともに、高周波電源回路７にコンデンサＣ６を付加しマッチング回路６を除去した構成になっている。
【００３２】
本実施形態では、補助誘導コイル８を空芯コイルとし、無電極放電灯１のバルブ１ｂの外周近傍に配置しているが、補助誘導コイル８を凹部１ａ内に配置した場合と同様に、先行放電となる環状放電を生じさせることができるのである。また、コンデンサＣ６により、マッチング回路６での整合作用を代用している。
【００３３】
図７は本発明の第３の実施形態に係る無電極放電灯装置の概略構成図であり、図８は部分拡大図である。本実施形態では、第１の参考例の無電極放電灯装置において、補助誘導コイル８を空芯コイルとし、無電極放電灯１のバルブ１ｂの凹部１ａに密着するように配置するとともに、補助誘導コイル８に対して、チョッパ回路５のインダクタＬ３の２次巻線の出力から高周波電圧を印加するようにしている。
【００３４】
本実施形態では、補助誘導コイル８を無電極放電灯１のバルブ１ｂの凹部１ａに密着するように配置したので、無電極放電灯１のバルブ１ｂと補助誘導コイル８間の電界が強まり、始動性がさらに向上するという効果がある。また、誘導コイル２を無電極放電灯１の凹部１ａでバルブ１ｂと密着させないようにしておけば、誘導コイル２とバルブ１ｂとの電界が弱まり、無電極放電灯１の寿命が長くなるという効果がある。
【００３５】
図９は本発明の第２の参考例に係る無電極放電灯装置の概略構成図であり、図１０は部分拡大図である。本実施形態では、第３の実施形態の無電極放電灯装置において、補助誘導コイル８に鉄芯８ａを装着した構成になっている。
【００３６】
本実施形態でも第３の実施形態と同様の効果が奏される。なお、本実施形態と第１の参考例においては、誘導コイル２に装着された鉄芯２ａと補助誘導コイル８に装着された鉄芯８ａに用いられるフェライトの材質は、各々高周波電源回路７と始動用高周波電源回路１２の動作周波数に適した損失の少ないものを選択すれば良い。例えば、高周波電源回路７の動作周波数を数十ｋＨｚから数百ｋＨｚに設定し、鉄芯２ａにはＭｎ系のフェライトを用い、始動用高周波電源回路１２の動作周波数を数ＭＨｚ程度に設定し、鉄芯８ａにはＮｉ系のフェライトを用いれば、各々のフェライトの損失を低減できるという効果を奏する。
【００３７】
以上の実施形態において、高周波電源回路７と始動用高周波電源回路１２の動作周波数の関係は特に述べていないが、図１４に示した点灯周波数と無電極放電灯１の始動に必要な電力の関係から、始動用高周波電源回路１２の動作周波数を高く設定すれば、始動に必要な電力は少なくて良いことは言うまでもない。
【００３８】
また、高周波電源回路７はＤ級増幅回路に限定されるものではなく、Ｃ級増幅回路やＥ級増幅回路でも良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に無電極放電灯を先行放電させる補助誘導コイルを設けたので、高周波電源回路の回路効率が高く、小型化でき、無電極放電灯を良好に始動することのできる無電極放電灯装置が提供できた。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記誘導コイルに装着された鉄芯の材質をＭｎ系フェライトコアとし、前記補助誘導コイルにＮｉ系フェライトコアからなる鉄芯を装着するようにしたので、各々のフェライトコアの損失を低減できる。
【００４１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたので、無電極放電灯が点灯後、遮断手段により補助誘導コイルへの電力供給を遮断すれば、省電力化が図れる。
【００４２】
請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記誘導コイルは、前記凹部内で無電極放電灯に密着させないように配置したので、誘導コイルと無電極放電灯との間の電界が弱まり、無電極放電灯の寿命が長くなる。
【００４３】
請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、前記補助誘導コイルは、前記無電極放電灯に密着させるようにして配置したので、無電極放電灯と補助誘導コイル間の電界が強まり、始動性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図２】同上の部分拡大図である。
【図３】本発明の第１の参考例に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図４】同上の部分拡大図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図６】同上の部分拡大図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図８】同上の部分拡大図である。
【図９】本発明の第２の参考例に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図１０】同上の部分拡大図である。
【図１１】従来例に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図１２】同上に係る合成容量と始動電圧との関係を示す特性図である。
【図１３】従来例に係る他の無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図１４】同上に係る点灯周波数と始動に必要な電力との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  無電極放電灯
１ａ  凹部
１ｂ  バルブ
２  誘導コイル
２ａ  鉄芯
３  点灯装置
４  整流回路
５  チョッパ回路
６  マッチング回路
７  高周波電源回路
８  補助誘導コイル
９  遮断手段
１０  ドライブ回路
１１  フィルタ回路
１２  始動用高周波電源回路
１３  遮断手段
ＣＣ  制御回路
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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