(57)【要約】【課題】無電極放電灯の低温始動時又は暗所始動時において、無電極放電灯の始動性を向上させるとともに無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかからない無電極放電灯点灯装置及び照明装置を提供する。【解決手段】第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の動作周波数を制御する周波数制御回路ＣＮと、無電極放電灯１ａの始動時に第１の動作周波数と第１の動作周波数よりも低い第２の動作周波数とを切り替える周波数切替手段ＣＮｆと、を備え、無電極放電灯１ａの始動期間内に周波数切替手段ＣＮｆにより、第１の動作周波数と第２の動作周波数とを２回以上切り替える制御をしている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、交互にオンオフ動作をする第１及び第２のスイッチング素子を有し直流電源からの直流電力を高周波電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路からの高周波電力を整合する整合回路と、整合回路からの高周波電力が印加される誘導コイルと、誘導コイルに近接配置され高周波電力により点灯する無電極放電灯と、第１及び第２のスイッチング素子の動作周波数を制御する周波数制御回路と、無電極放電灯の始動時に第１の動作周波数と第１の動作周波数よりも低い第２の動作周波数とを切り替える周波数切替手段と、を備え、無電極放電灯の始動期間内に周波数切替手段により、第１の動作周波数と第２の動作周波数とを２回以上切り替える制御をすることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項２】
第１の動作周波数と第２の動作周波数との間の周波数においては常に、電力変換回路側から無電極放電灯をみたインピーダンスが誘導性又は抵抗性であることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項３】
第１の動作周波数から第２の動作周波数に切り替えた後に一定時間、第２の動作周波数を維持し、一定時間経過後第１の動作周波数に切り替える制御をすることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項４】
第１の動作周波数から第２の動作周波数に切り替える際に一定時間、第１の動作周波数と第２の動作周波数との間の第３の動作周波数を維持する制御をすることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項５】
第１の動作周波数から第２の動作周波数に切り替えた後に一定時間、電力変換回路を停止させる制御をすることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項６】
第１の動作周波数と第２の動作周波数とを切り替える度に切替時間が長くなる制御をすることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項７】
第１の動作周波数と第２の動作周波数とを所定回数切り替えた場合において無電極放電灯が点灯しないときは、電力変換回路を停止させる制御をすることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項８】
動作周波数を連続的又は段階的に変化させる制御をすることを特徴とする請求項１から請求項７までに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項９】
電力変換回路側から無電極放電灯をみたインピーダンスが共振周波数を有し、該共振周波数が第１の動作周波数と第２の動作周波数との間にある場合において、動作周波数を連続的に変化させるときに、第１の動作周波数から共振周波数に近づくにつれて、変化させる時間を長くする制御をすることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項１０】
無電極放電灯が、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、誘導コイルが巻回される磁気性材料で円筒状のコアと、コアの内側であってコアと接触する熱伝導性材料の部材と、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項９までのいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を備え、請求項１０記載の無電極放電灯を点灯させる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】
本発明は内部に放電ガスを封入したバルブに高周波電磁界を印加して発光させる無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置及び照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来例として、特開平１０−２０８８９４号公報のものが挙げられる。このものは、図１９に示すように制御回路６Ｊ１は無電極放電灯１Ｊ１が点灯するまで徐々に周波数可変発振回路ＯＳＣ２Ｊ１からの出力周波数を変化させ、無電極放電灯１Ｊ１が点灯すると今度は点灯までとは逆向きに出力周波数を変化させ、基準周波数ｆあるいはその近傍まで周波数を戻す。その後スイッチＳＪ１を切替え、増幅回路５Ｊ１のスイッチング素子Ｑ１Ｊ１、Ｑ２Ｊ１のゲートにトランスＴＪ１を介して周波数固定発振回路ＯＳＣ１Ｊ１からの一定周波数の信号を与え、無電極放電灯１Ｊ１の点灯を維持する。このようにして周波数の切替時における無電極放電灯のちらつき発生や不安定になることを防止している（以下、従来例１という。）。
【０００３】
また、別の従来例として、特開２００１−１１８６９５号公報のものが挙げられる。このものは、図２０に示すように整合回路４Ｊ２の入力電圧及び入力電流の位相が同位相となるように、又は高周波電源回路３Ｊ２のスイッチング素子８ｂＪ２がターンオン又はターンオフする瞬間の電流値を検出し、検出信号がゼロになるように発振周波数を制御しており、これにより、始動時は負荷の共振周波数付近、安定点灯時は整合回路４Ｊ２の入力電力が一定となるように発振周波数を制御することが可能となり、回路素子の値のばらつきによって負荷の状態がばらついても始動性及び消費電力安定性に優れた無電極放電ランプ点灯装置を実現している（以下、従来例２という。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２０８８９４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−１１８６９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１においては、無電極放電灯１Ｊ１の始動時に出力周波数を徐々に周波数可変発振回路ＯＳＣ２Ｊ１の発振周波数を増加方向に変化させ、無電極放電灯１Ｊ１が点灯すると今度は点灯までとは逆向きに出力周波数を変化させているが、無電極放電灯１Ｊ１の周囲温度が低い場合において、無電極放電灯１Ｊ１を始動させようとするとき（以下、低温始動時という。）や無電極放電灯１Ｊ１が長い間暗所に放置されていた場合において、無電極放電灯１Ｊ１を始動させようとするとき（以下、暗所始動時という。）には、無電極放電灯１Ｊ１が始動しにくい場合があった。また、無電極放電灯１Ｊ１を始動させるために上記のような周波数制御をすると、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかかる場合があった。
【０００７】
また、従来例２においては、無電極放電灯１Ｊ２の始動時に発振周波数を増加させ、共振周波数の一定値となるように制御しているが、従来例１と同様に無電極放電灯１Ｊ２の周囲温度が低いときや暗所始動のときには、無電極放電灯１Ｊ１が始動しにくい場合があり、共振周波数の一定値となるように制御すると無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかかる場合があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、無電極放電灯の低温始動時又は暗所始動時において、無電極放電灯の始動性を向上させるとともに無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかからない無電極放電灯点灯装置及び照明装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の無電極放電灯点灯装置は、直流電源と、交互にオンオフ動作をする第１及び第２のスイッチング素子を有し直流電源からの直流電力を高周波電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路からの高周波電力を整合する整合回路と、整合回路からの高周波電力が印加される誘導コイルと、誘導コイルに近接配置され高周波電力により点灯する無電極放電灯と、第１及び第２のスイッチング素子の動作周波数を制御する周波数制御回路と、無電極放電灯の始動時に第１の動作周波数と第１の動作周波数よりも低い第２の動作周波数とを切り替える周波数切替手段と、を備え、無電極放電灯の始動期間内に周波数切替手段により、第１の動作周波数と第２の動作周波数とを２回以上切り替える制御をすることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の動作周波数と第２の動作周波数との間の周波数においては常に、電力変換回路側から無電極放電灯をみたインピーダンスが誘導性又は抵抗性であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の動作周波数から第２の動作周波数に切り替えた後に一定時間、第２の動作周波数を維持し、一定時間経過後第１の動作周波数に切り替える制御をすることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の動作周波数から第２の動作周波数に切り替える際に一定時間、第１の動作周波数と第２の動作周波数との間の第３の動作周波数を維持する制御をすることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の動作周波数から第２の動作周波数に切り替えた後に一定時間、電力変換回路を停止させる制御をすることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の動作周波数と第２の動作周波数とを切り替える度に切替時間が長くなる制御をすることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の動作周波数と第２の動作周波数とを所定回数切り替えた場合において無電極放電灯が点灯しないときは、電力変換回路を停止させる制御をすることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１から請求項７までに記載の無電極放電灯点灯装置において、動作周波数を連続的又は段階的に変化させる制御をすることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、電力変換回路側から無電極放電灯をみたインピーダンスが共振周波数を有し、該共振周波数が第１の動作周波数と第２の動作周波数との間にある場合において、動作周波数を連続的に変化させるときに、第１の動作周波数から共振周波数に近づくにつれて、変化させる時間を長くする制御をすることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１０記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１から請求項９までのいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置において、無電極放電灯が、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、誘導コイルが巻回される磁気性材料で円筒状のコアと、コアの内側であってコアと接触する熱伝導性材料の部材と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１１記載の照明装置は、請求項１から請求項９までのいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を備え、請求項１０記載の無電極放電灯を点灯させることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施の形態を図１から図７までを参照して説明する。図１は本実施の形態の回路図を示しており、図２は無電極放電灯１ａの断面図を示している。また、図３は照明装置の断面図を示しており、図４は経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示している。さらに、図５はインダクタＬ、コンデンサＣ、コンデンサＣ３及びＣ４から構成される回路の入力インピーダンスの周波数特性を示しており、図６は動作周波数ｆと誘導コイル１ｂの両端電圧との関係を示している。さらにまた、図７は本実施の応用形態の回路図を示している。
【００２１】
以下、各部の構成を説明する。
【００２２】
交流電源ＡＣは、商用の交流電源であり、電圧は、たとえば、１００Ｖ、２００Ｖ又は２４０Ｖである。
【００２３】
整流回路ＤＢは、交流電源ＡＣからの交流電圧を脈流状の直流電圧に整流し出力するものであり、たとえば、ダイオードブリッジで構成する。交流電源ＡＣの電圧が１００Ｖの場合、ダイオードブリッジの代わりに、たとえば、倍電圧整流回路を用いてもよい。倍電圧整流回路を用いると、交流電源ＡＣの電圧が実質的に２００Ｖと同等とみなせ、倍電圧整流回路以後に接続されている回路に流れる電流が、ダイオードブリッジを用いた場合と比べ約半分となるので、無電極放電灯点灯装置の効率を上げることができる。
【００２４】
チョッパ回路は、整流回路ＤＢからの脈流状の直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するものであり、スイッチング素子Ｓｃ、ダイオードＤｃ、インダクタＬｃ及びコンデンサＣｃ及びスイッチング素子Ｓｃの動作周波数を制御するチョッパ制御回路ＣＮｃと、から構成されている。ここで、チョッパ制御回路ＣＮｃは、たとえば、モトローラ社製の集積回路ＭＣ３４２６１から構成されており、該集積回路の１番ピンをスイッチング素子Ｓｃのゲートに接続し動作周波数を制御する。また、コンデンサＣｃは、チョッパ回路の出力電圧を平滑するものであり、たとえば、電解コンデンサで構成されている。
【００２５】
このチョッパ回路として本実施の形態では、昇圧チョッパ回路を用いている。
もちろんチョッパ回路は、その他、昇降圧チョッパ回路であっても構わない。要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換し出力するものであれば、どのような回路構成でも構わない。
【００２６】
この交流電源ＡＣ、整流回路ＤＢ及びチョッパ回路により直流電源Ｅを構成している。
【００２７】
つぎに、電力変換回路２は、コンデンサＣｃからの直流電圧をスイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオン／オフ動作により矩形波電圧に変換するものであり、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は、たとえば、電界効果トランジスタで構成する。電力変換回路２として本実施の形態では、いわゆるハーフブリッジ型のインバータ回路を用いている。もちろん電力変換回路２は、その他フルブリッジ型、１石型、あるいは、プッシュプル型であってもよい。
【００２８】
インダクタＬ及びコンデンサＣは、直列共振回路を構成するものであり、この直列共振回路の共振動作により、始動時に、後述する無電極放電灯１ａに数ｋＶの高電圧が印加され、無電極放電灯１ａは点灯を開始する。
【００２９】
整合回路３は、電力変換回路２と後述する誘導コイル１ｂとの間のインピーダンスを整合し、電力変換回路２からの高周波電力を効率よく誘導コイル１ｂに伝達するものであり、本実施の形態ではコンデンサＣ３及びＣ４から構成されている。
【００３０】
無電極放電灯１ａは、後述する誘導コイル１ｂに近接配置され高周波電力により点灯するものである。ここで無電極放電灯１ａを図２を参照して、さらに詳しく説明する。
【００３１】
この無電極放電灯１ａは少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部４５を有する略球形状のバルブ４１と、空洞部４５内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイル１ｂと、誘導コイル１ｂが巻回される磁気性材料で円筒状のコア４３と、コア４３の内側であってコア４３と接触する熱伝導性材料の部材４２と、を備えている。
【００３２】
バルブ４１は、略球形状であってその内部に少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスを封入しておくものであり、バルブ４１の下端側には有底状であって断面凹形状の空洞部４５が設けられている。バルブ４１の材料は石英ガラス等の透光性材料であり、放電ガスは水銀、希ガス及び金属ハロゲン化物である。また、バルブ４１の内側は蛍光体３６及び保護膜３７が塗布されている。蛍光体３６は水銀からの放射された紫外線を可視光に変換するものであり、蛍光体３６の材料としてはハロ燐酸カルシウム、赤色蛍光体である（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、緑色蛍光体であるＣａＰＯ４、青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌｌ４Ｏ２３：Ｅｕが用いられる。保護膜３７は水銀とバルブ４１の材料である石英ガラスとの反応を抑えることにより、バルブ４１の光束維持率を向上させるものである。保護膜３７の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）等の微粒子が用いられる。保護膜３７は、通常のバルブ４１では透過率が高い方が望ましいため、蛍光体３６に比べ薄くバルブ４１内面に形成される。
【００３３】
誘導コイル１ｂは、バルブ４１内部の放電ガスに１３．５６ＭＨｚで発振する高周波電磁界を供給するものであり、一方は後述するコア４３に巻回されており、他方は整合回路３に接続されている。本実施の形態では、放電ガスに１３．５６ＭＨｚの高周波電磁界を供給しているが、放射雑音による他の電気機器への悪影響を少なくできる２．６ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ程度であれば、他の周波数でもよい。ここで、誘導コイル１ｂは銅又は銅合金による条材を所定回数巻回して形成している。そして、誘導コイル１ｂには電力変換回路２が動作すると高周波電流が流れ、誘導コイル１ｂの周りに高周波電磁界が発生するように構成されている。つぎに、発生した高周波電磁界によりバルブ４１内部の電子が加速され、放電ガスの原子に衝突して放電ガスを電離させ、新たな電子を発生させる。このようにして発生した電子は、誘導コイル１ｂの周りに発生した高周波電磁界によりエネルギーを受け取り、放電ガス原子に衝突しエネルギーを与える。放電プラズマ内の原子は、電離したり励起したりする。励起された原子は、基底状態に戻るときに発光する。この発光を光エネルギーとして利用するのである。
【００３４】
部材４２は、断面略凸状であって、部材４２の凸部４２ａの外側にコア４３が接触するように設けられている。
【００３５】
コア４３は、空洞部４５の内部にコア４３の一端がバルブ４１の中心に向かうようにコア４３の他端が基台４８に固定され立設おり、略円筒状であって略円筒状の部材４２の凸部４２ａの外面と接触するように設けられている。本実施の形態ではこのコア４３の材料として、透磁率が略１５０である軟磁性体であるニッケル亜鉛（ＮｉＺｎ）フィライトを用いている。もちろん、マンガン亜鉛（Ｍｎ−Ｚｎ）フェライト、軟磁性金属を含むものであればどのようなものでも構わない。また、軟磁性金属単体でもよい。ここで、軟磁性体とはバルク状態での保磁力Ｈｃが１０Ｏｅ程度以下のものである。
【００３６】
基台４８は、アルミダイカストにて形成された上面開口の有底状の略円筒体で、この基台４８の底面には、上述した部材４２がバルブ４１の中心に向かうように立設固定されている。さらに、底部には蓋体（図示しない）が設けられている。
【００３７】
ここで２１は、整流回路ＤＢ、チョッパ回路等から構成される無電極放電灯点灯装置を示している。本実施の形態では、無電極放電灯点灯装置２１を基台４８内に収納している。もちろん、無電極放電灯点灯装置２１を基台４８の外部に設けても構わない。
【００３８】
また、この無電極放電灯１ａと無電極放電灯点灯装置２１とから図３に示すような照明装置が構成されている。この照明装置はバルブ４１の上方を取り外し自在であって、無電極放電灯１ａからの放射ノイズ等を吸収するシールドケース４０が覆っており、基台４８には部材４２が立設固定されている。もちろん、無電極放電灯１ａを点灯させる照明装置としては、このものに限られない。
【００３９】
周波数制御回路ＣＮは、基準クロック信号を発生させるクロック信号生成部（図示しない）と、該基準クロック信号を受けてスイッチング素子Ｑ１及びＱ２のゲートにドライブ信号を出力するドライブ部（図示しない）とから構成されている。
【００４０】
クロック信号生成部は、無電極放電灯１ａが始動及び点灯しているときにスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の周波数（以下、動作周波数という。）を制御するものであり、本実施の形態では日本電気株式会社製のμＰＣ１９３４を用いている。このμＰＣ１９３４は低電圧入力の２出力ＤＣ−ＤＣコンバータ制御用ＩＣであり、１番ピン（図示しない）に接続するコンデンサの容量値、あるいは２番ピン（図示しない）に接続する抵抗の抵抗値を変えるだけで、７番ピン（図示しない）あるいは１０番ピン（図示しない）から出力される基準クロック信号の周波数を変化させることができる。そして、この基準クロック信号をドライブ部に入力する。
【００４１】
ドライブ部は、クロック信号生成部からの基準クロック信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１及びＱ２を交互にオン／オフ動作させるために、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のゲートにドライブ信号を出力するものであり、本実施の形態では、三菱電機株式会社製の高耐圧ハーフブリッジドライバＭ６３９９１を用いている。そして、基準クロック信号の周波数が変化するとスイッチング素子Ｑ１及びＱ２のゲートへのドライブ信号の周波数が変化し、無電極放電灯１ａの出力を変化させることができる。
【００４２】
電圧検出回路９は、無電極放電灯１ａが始動状態から点灯状態に移行したときの誘導コイル１ｂの両端電圧を検出するものである。この電圧検出回路９は、抵抗Ｒ９２からＲ９４までと、ダイオードＤ９２及びＤ９３と、コンデンサＣ９１からＣ９５までと、ツェナ−ダイオードＺＤ９１と、トランジスタＱ９１と、から構成されている。
【００４３】
なお、本実施の形態では、コンデンサＣ９４の一端を誘導コイル１ｂの一端と接続しているが、コンデンサＣ９４の一端を接続する箇所は、コンデンサＣ１とＣ２との接続点でもよい。要は、誘導コイル１ｂの両端に印加される電圧に比例又は反映する電圧が発生する箇所であれば、いなかる箇所でもよい。
【００４４】
周波数切替手段ＣＮｆは、電圧検出回路９からの検出信号を受けて無電極放電灯１ａが始動状態であることを検知し、周波数制御回路ＣＮのクロック信号生成部に基準クロック信号の周波数の変更信号を送信するものであり、本実施の形態では、マイクロプロセッサ等により構成されている演算回路（ＣＰＵ）、メモリ及びインターフェイス回路を備えたマイコンを使用している。そして、この種のマイコンとして、ＳＴマイクロエレクトロニクス製のＳＴ７２Ｇシリーズを用いている。このようなマイコンを用いると、プログラムを設定するだけで上述ような制御を簡単に行うことができる。
【００４５】
つぎに、本実施の形態の動作を図１及び図４を参照して説明する。
【００４６】
ｔ＝０において、交流電源ＡＣが投入されると、チョッパ制御回路ＣＮｃ、周波数制御回路ＣＮ及び周波数切替手段ＣＮｆに電力が供給され動作を開始し、無電極放電灯１ａの始動期間が開始する。すると、コンデンサＣ９４及びコンデンサＣ９５の分圧電圧を電源として、ダイオードＤ９２を介しコンデンサＣ９３が充電される。コンデンサＣ９３の電圧がツェナ−ダイオードＺＤ９１のオン電圧を超えるとトランジスタＱ９１がオンし、周波数切替手段ＣＮｆにロー信号が入力される。
【００４７】
ｔ＝ｔ１において、周波数切替手段ＣＮｆにロー信号が入力されると、周波数切替手段ＣＮｆは、第１の基準クロック周波数から第１の基準クロック周波数よりも低い第２の基準クロック周波数に一定の時間内に連続的に変化を開始する。
【００４８】
周波数切替手段ＣＮｆからの基準クロック信号の変化を受けて、周波数制御回路ＣＮは、図４に示すようにスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の動作周波数を、第１の動作周波数ｆ１から第１の動作周波数ｆ１よりも低い第２の動作周波数ｆ２へ一定の時間内（ｔ２−ｔ１）に連続的に変化させる。このときの動作周波数の変化態様は、時間の経過とともに動作周波数が反比例するように変化させている。
【００４９】
ここで、第２の動作周波数ｆ２の設定条件を考える。図５にインダクタＬ、コンデンサＣ、コンデンサＣ３及びＣ４から構成される回路の入力インピーダンスの周波数特性を示す。│Ｚ│は入力インピーダンスの絶対値を示しており、θは入力インピーダンスの位相角を示している。図５からわかるように、θ＝０となる共振周波数が３つ存在する。最も低い共振周波数を、２番目に高い共振周波数をＦ０、最も高い共振周波数をｆ０とする。本実施の形態のように、電力変換回路２として、ハーフブリッジ型のインバータ回路を用いた場合、電力変換回路２から無電極放電灯１ａをみたインピーダンスが容量性になると、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２が同時にオンしてしまい、交流電源ＡＣから大きな電流が流れ、無電極放電灯点灯装置を構成する部品に過大なストレスを与えてしまう場合がある。
【００５０】
このような場合を回避するために、電力変換回路２から無電極放電灯１ａをみたインピーダンスを誘導性（θ＞０）又は抵抗性（θ＝０）にする必要がある。
図５に示す入力インピーダンスの場合、インピーダンスが容量性になる周波数ｆは、Ｆ０＜ｆ＜ｆ０である。すなわち、第２の動作周波数ｆ２＞共振周波数ｆ０と設定しておくと、インピーダンスが容量性になることはない。
【００５１】
そして、第２の動作周波数ｆ２になると再び第１の動作周波数ｆ１に離散的に変化させる。以上の動作を繰り返す。そして、図６に示すように無電極放電灯１ａが点灯し、無電極放電灯１ａの両端電圧Ｖ０２が低下すると、コンデンサＣ９３の電圧がツェナ−ダイオードＺＤ９１のオン電圧に達することができず、トランジスタＱ９１はオフし、動作周波数の変化は終了し、無電極放電灯１ａは所定の周波数で安定点灯に移行する。
【００５２】
ここで、図７に示すように誘導コイル１ｂの両端電圧を検出する代わりに、インダクタＬに２次巻線を設けるとともに、この２次巻線の巻数を適宜設定し、２次巻線に発生する電圧を周波数切替手段ＣＮｆに直接入力してもよい。このようにすると、誘導コイル１ｂの両端に発生する高電圧を検出する電圧検出回路９を設ける必要がない。さらに、周波数切替手段ＣＮｆに入力される信号の配線長を短くすることができ、配線による雑音を抑制することができる。
【００５３】
また、別途タイマー回路を設けるか、あるいは、マイコン機能を有する周波数切替手段ＣＮｆにタイマー機能をプログラミングにより付加し、一定時間周波数変化を繰り返しても無電極放電灯１ａが点灯しない場合は、無電極放電灯点灯装置が異常状態にあるとみなし、電力変換回路２又はチョッパ回路を停止させてもよい。さらに、タイマー回路を用いずに、周波数可変回数をカウントし、周波数変化の回数が、ある一定の回数に達すると電力変換回路２又はチョッパ回路を停止させてもよい。
【００５４】
さらにまた、本実施の形態では、周波数切替手段ＣＮｆのみをマイコン化したが、もちろん、チョッパ制御回路ＣＮｃ、周波数制御回路ＣＮ及び電圧検出回路９をすべてマイコン化してもよい。このように制御回路をすべてマイコン化すると、無電極放電灯点灯装置をコンパクトにすることができる。
【００５５】
以上、本実施の形態によれば、無電極放電灯１ａの始動時に、無電極放電灯１ａに印加する電圧に変化を与えているので、無電極放電灯の始動性を向上させることができる。特に、低温始動時又は暗所始動時には有効である。また、無電極放電灯１ａの始動時に、無電極放電灯１ａに高電圧を印加し続ける必要がないので、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかかることもない。
【００５６】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施の形態を図８及び図９を参照して説明する。図８は経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示しており、図９は本実施の形態の応用形態における経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００５７】
本実施の形態においては、図８に示すようにスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の動作周波数を、第１の動作周波数ｆ１から第１の動作周波数ｆ１よりも低い第２の動作周波数ｆ２へ一定の時間内（ｔ２−ｔ１）に連続的かつ、時間の経過とともに動作周波数が直線的ではなく、いわゆるスイープするように変化させている。そして、ｔ＝ｔ２において、第２の動作周波数ｆ２から第１の動作周波数ｆ１に離散的に変化させている。
【００５８】
このような制御によると、無電極放電灯１ａの始動性を向上させるとともに無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかかることがない。
【００５９】
また、本実施の応用形態として、図８に示すように第２の動作周波数ｆ２から第１の動作周波数ｆ１に変化する場合に、一定の時間内（ｔ３−ｔ２）に連続的かつスイープするように変化させてもよい。
【００６０】
このような制御によると、一定の時間内（ｔ３−ｔ２）に無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品にかかるストレスを抑えることができる。
【００６１】
なお、本実施の形態で特に言及していない作用・効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施の形態を図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示しており、図１１は本実施の形態の応用形態における経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００６３】
本実施の形態においては、図１０に示すようにスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の動作周波数を、第１の動作周波数ｆ１から第２の動作周波数ｆ２へ所定の時間内（ｔ２−ｔ１）にスイープするように変化させている。そして、ｔ＝ｔ２において、第２の動作周波数ｆ２から第１の動作周波数ｆ１に離散的に変化させている。さらに、第１の動作周波数ｆ１から第２の動作周波数ｆ２へ所定の時間内（ｔ３−ｔ２）にスイープするように変化させている。このとき、（ｔ２−ｔ１）＜（ｔ３−ｔ２）となる、すなわち、第１の動作周波数ｆ１から第２の動作周波数ｆ２へ変化するごとにスイープ時間が長くなるように変化させている。
【００６４】
このような制御によると、無電極放電灯１ａが比較的点灯しやすい状態では、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品にかかるストレスを抑えられ、無電極放電灯１ａが点灯しくにい状態では、無電極放電灯１ａに高電圧が印加される時間が徐々に長くなり、より確実に無電極放電灯１ａを点灯させることができる。
【００６５】
また、本実施の応用形態として、図１１に示すように、所定の時間内（ｔ２−ｔ１）に第１の動作周波数ｆ１から第４の動作周波数ｆ４へ変化させ、つぎに、所定の時間内（ｔ３−ｔ２）に第１の動作周波数ｆ１から第３の動作周波数ｆ３へ変化させてもよい（ただし、ｆ１＞ｆ４＞ｆ３＞ｆ２。）。
【００６６】
このような制御によると、無電極放電灯１ａが比較的点灯しやすい状態では、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品にかかるストレスを抑えられ、無電極放電灯１ａが点灯しくにい状態では、動作周波数が徐々に低くなる、すなわち、無電極放電灯１ａに印加される電圧が徐々に大きくなり、より確実に無電極放電灯１ａを点灯させることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態で特に言及していない作用・効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００６８】
（実施例４）
以下、本発明の第４の実施の形態を図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示しており、図１３は本実施の形態の応用形態における経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００６９】
本実施の形態においては、図１２に示すようにスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の動作周波数を、第１の動作周波数ｆ１から第２の動作周波数ｆ２へ所定の時間内（ｔ２−ｔ１）にスイープするように変化させている。そして、所定の時間内（ｔ３−ｔ２）において、第２の動作周波数ｆ２を維持し続けている。
【００７０】
このような制御によると、所定の時間内（ｔ３−ｔ２）において、第２の動作周波数ｆ２を維持し続けているので、所定の時間内（ｔ３−ｔ２）には、無電極放電灯１ａに印加される電圧が大きい状態が維持され、より確実に無電極放電灯１ａを点灯させることができる。
【００７１】
また、本実施の応用形態として、図１３に示すように、第２の動作周波数ｆ２を維持し続ける時間を、周期ごとに徐々に長くしていってもよい。
【００７２】
なお、本実施の形態で特に言及していない作用・効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
（実施例５）
以下、本発明の第５の実施の形態を図１４を参照して説明する。図１４は経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００７４】
本実施の形態においては、図１４に示すように第２の動作周波数ｆ２を共振周波数ｆ０よりも低く設定し、しかも、電力変換回路２から無電極放電灯１ａをみたインピーダンスが容量性にならないように、第２の動作周波数ｆ２を共振周波数ｆ０’よりも低く設定する。
【００７５】
そして、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の動作周波数を、第１の動作周波数ｆ１から第３の動作周波数ｆ３へ所定の時間内（ｔ２−ｔ１）にスイープするように変化させている。そして、ｔ＝ｔ２において、第３の動作周波数ｆ３から第３の動作周波数ｆ３よりも低い第４動作周波数ｆ４へ離散的に変化させ、さらに所定の時間内（ｔ３−ｔ２）において、第４の動作周波数ｆ４から第２の動作周波数ｆ２へ所定の時間内（ｔ３−ｔ２）にスイープするように変化させている。
【００７６】
このような制御によると、広範囲の動作周波数を使用していることになり、無電極放電灯点灯装置を設計する際に、設計の自由度を確保することができる。
【００７７】
ここで、図７に示したようにインダクタＬに２次巻線を設け、この２次巻線に流れる電流と、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の中点から検出されるスイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧に応じた電圧と、の位相差を比較することにより無電極放電灯１ａをみたインピーダンスが容量性になったことを検出し、インピーダンスが容量性になった場合には、無電極放電灯点灯装置を停止させる制御をしてもよい。
【００７８】
なお、図５に示したインピーダンス特性において、電力変換回路２から無電極放電灯１ａをみたインピーダンスが抵抗性又は誘導性となる動作周波数は、ｆ＞ｆ０及びｆ０’＜ｆ＜Ｆ０の場合が存在する。動作周波数がｆ０’＜ｆ＜Ｆ０の場合は、動作周波数がｆ＞ｆ０の場合よりも、動作周波数が低いため誘導コイル１ｂでの電力損失が大きくなるので、動作周波数をｆ＞ｆ０に設定するのが望ましい。
【００７９】
なお、本実施の形態で特に言及していない作用・効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００８０】
（実施例６）
以下、本発明の第６の実施の形態を図１５及び図１６を参照して説明する。図１５は経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示しており、図１６は本実施の形態の応用形態における経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態においては、図１５に示すようにスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の動作周波数を、第１の動作周波数ｆ１から第２の動作周波数ｆ２へ所定の時間内（ｔ６−ｔ１）にスイープするように変化させている。そして、この変化のある一定時間（ｔ３−ｔ２）又は（ｔ５−ｔ４）において、動作周波数を第４の動作周波数ｆ４又は第３の動作周波数ｆ３に保持している（ただし、ｆ１＞ｆ４＞ｆ３＞ｆ２＞ｆ０。）。
【００８２】
このような制御によると、無電極放電灯１ａが点灯しくにい状態では、無電極放電灯１ａに印加される電圧に変化を与えているので、印加する電圧が一定である場合に比べて、より確実に無電極放電灯１ａを点灯させることができる。
【００８３】
また、本実施の応用形態として、図１６に示すように、第１の動作周波数ｆ１から第２の動作周波数ｆ２へ所定の時間内（ｔ３−ｔ１）に段階的に変化させてもよい。
【００８４】
なお、本実施の形態で特に言及していない作用・効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００８５】
（実施例７）
以下、本発明の第６の実施の形態を図１７及び図１８を参照して説明する。図１７は経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示しており、図１８は本実施の形態の応用形態における経過時間ｔと動作周波数ｆとの関係を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００８６】
本実施の形態においては、図１７に示すようにスイッチング素子Ｑ１及びＱ２の動作周波数を、第１の動作周波数ｆ１から第２の動作周波数ｆ２へ所定の時間内（ｔ２−ｔ１）に、時間の経過とともに動作周波数が反比例するように連続的に変化させ、ある一定の時間（ｔ３−ｔ２）は、電力変換回路２を停止している。電力変換回路２を停止する区間を設けることで、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品にかかるストレスをより抑えることができる。
【００８７】
ここで、本実施の応用形態として、図１８に示すように、第１の動作周波数ｆ１から第２の動作周波数ｆ２へ一定の時間内（ｔ２−ｔ１）に連続的かつスイープするように変化させてもよい。
【００８８】
なお、本実施の形態で特に言及していない作用・効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００８９】
【発明の効果】
請求項１記載の無電極放電灯点灯装置は、第１及び第２のスイッチング素子の動作周波数を制御する周波数制御回路と、無電極放電灯の始動時に第１の動作周波数と第１の動作周波数よりも低い第２の動作周波数とを切り替える周波数切替手段と、を備え、無電極放電灯の始動期間内に周波数切替手段により、第１の動作周波数と第２の動作周波数とを２回以上切り替える制御をするので、無電極放電灯の始動性を向上させることができる。
【００９０】
請求項２記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の動作周波数と第２の動作周波数との間の周波数においては常に、電力変換回路側から無電極放電灯をみたインピーダンスが誘導性又は抵抗性であるので、請求項１に記載の発明が奏する効果に加え、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかかることを防ぐことができる。
【００９１】
請求項３から請求項６までに記載の無電極放電灯点灯装置は、第１の動作周波数から第２の動作周波数に切り替えた後に一定時間、第２の動作周波数を維持し、一定時間経過後第１の動作周波数に切り替える制御をしたり、又は第１の動作周波数から第２の動作周波数に切り替える際に一定時間、第１の動作周波数と第２の動作周波数との間の第３の動作周波数を維持する制御等をしているので、請求項１に記載の発明よりも無電極放電灯の始動性を向上させることができる。
【００９２】
請求項７記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、第１の動作周波数と第２の動作周波数とを所定回数切り替えた場合において無電極放電灯が点灯しないときは、電力変換回路を停止させる制御をしているので、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかかることを防ぐことができる。
【００９３】
請求項９記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯点灯装置において、電力変換回路側から無電極放電灯をみたインピーダンスが共振周波数を有し、該共振周波数が第１の動作周波数と第２の動作周波数との間にある場合において、動作周波数を連続的に変化させるときに、第１の動作周波数から共振周波数に近づくにつれて、変化させる時間を長くする制御をしているので、無電極放電灯点灯装置を構成する電子部品に過度のストレスがかかることを防ぐことができる。
【００９４】
請求項１０記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１から請求項９までのいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置において、無電極放電灯が、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、誘導コイルが巻回される磁気性材料で円筒状のコアと、コアの内側であってコアと接触する熱伝導性材料の部材と、を備えており、無電極放電灯の空洞部内に誘導コイルが配設、収容されているので、無電極放電灯点灯装置全体の形状をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】無電極放電灯を示す断面図である。
【図３】照明装置を示す断面図である。
【図４】経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図５】インダクタＬ、コンデンサＣ、コンデンサＣ３及びＣ４から構成される回路の入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図６】動作周波数ｆと誘導コイル１ｂの両端電圧との関係を示す図である。
【図７】本実施の応用形態を示す回路図である。
【図８】第２の実施の形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図９】第２の実施の応用形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１１】第３の実施の応用形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１２】第４の実施の形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１３】第４の実施の応用形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１４】第５の実施の形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１５】第６の実施の形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１６】第６の実施の応用形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１７】第７の実施の形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１８】第７の実施の応用形態において、経過時間と動作周波数との関係を示す図である。
【図１９】従来例１を示す回路図である。
【図２０】従来例２を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｅ      直流電源
Ｑ１    第１のスイッチング素子
Ｑ２    第２のスイッチング素子
２      電力変換回路
３      整合回路
１ｂ    誘導コイル
１ａ    無電極放電灯
ＣＮ    周波数制御回路
ｆ１    第１の動作周波数
ｆ２    第２の動作周波数
ＣＮｆ  周波数切替手段
４１    バルブ
４２    部材
４３    コア
４５    空洞部
【図１】
2004199873.tif 000003
【図２】
2004199873.tif 000004
【図３】
2004199873.tif 000005
【図４】
2004199873.tif 000006
【図５】
2004199873.tif 000007
【図６】
2004199873.tif 000008
【図７】
2004199873.tif 000009
【図８】
2004199873.tif 000010
【図９】
2004199873.tif 000011
【図１０】
2004199873.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004199873.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2004199873.tif 000018
【図１７】
2004199873.tif 000019
【図１８】
2004199873.tif 000020
【図１９】
2004199873.tif 000021
【図２０】
2004199873.tif 000022