(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ガスが内部に封入された複数のフラッシュランプと、
このフラッシュランプに対して発光エネルギを供給する主コンデンサと、ランプ発光時において主コンデンサからの放電電流が供給側に逆流することを防止するダイオードより構成される発光回路を複数個有し、
各発光回路に含まれる主コンデンサに対して前記ダイオードを介して充電電流を供給する共通の充電回路と、
前記共通の充電回路から前記発光回路への充電動作中において、当該充電動作を一時的に停止する手段と、
この停止手段による充電動作の一時的な停止状態において、前記全ての発光回路に含まれる前記ダイオードの正極側電位を検知する手段と、
この検知する手段に基づいて、前記充電動作の一時的な停止に伴い、前記ダイオードの正極側電位が急激に低下していないことを検知することで前記ダイオードの故障を検知する手段と、
を有することを特徴とするフラッシュランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はフラッシュランプ点灯装置に関する。特に、食肉の殺菌や半導体ウエハの表面膜の熱処理において、フラッシュランプを複数本使って処理する装置のためのランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来のフラッシュランプ発光用点灯装置は、ランプに放電電流（発光エネルギー）を供給する主コンデンサを接続し、所定の高電圧まで充電されたらトリガー電圧をフラッシュランプに印加してランプを発光させる。
このようなフラッシュランプは、高速プリンターのトナー定着用光源として好適に用いられてきたものであるが、一例をあげると、発光周期４Ｈｚ、発光エネルギー４００Ｊ、主コンデンサの最高電圧値１８００Ｖというレベルであった。
【０００３】
そして、通常は、フラッシュランプを１本だけ使う場合が多く、この１本のフラッシュランプに対して主コンデンサが１つ接続され、さらに、主コンデンサを充電するための回路も必要とされていた。
【０００４】
しかしながら、最近では、より高い発光エネルギーが求められてきたことから１本のフラッシュランプだけでは不十分であり、複数のフラッシュランプを並べて全体として高い発光エネルギーを供給する装置が登場してきた。しかし、このような複数のフラッシュランプを並べて使う場合であっても、主コンデンサは各フラッシュランプ毎に設けなければならないが、主コンデンサを充電するための充電回路は、主コンデンサごとに（すなわち、フラッシュランプごと）に同じ数だけ設ける場合と、共通の充電回路を用意してそこから各々の主コンデンサへの充電を行う場合が考えられる。
【０００５】
前者の場合、個々の充電回路において部品故障等が生じた場合に、その充電回路のみが影響を受けるだけであって、他のフラッシュランプやその充電回路には影響を及ぼさないという利点がある。その一方で、充電回路をフラッシュランプの数だけ設ける必要があるため、充電回路のコストアップや電源装置全体としての大型化は避けられない。
【０００６】
また、フラッシュランプは、高速プリンターのトナー定着用以外に、最近では、食肉の殺菌や半導体ウエハの表面薄膜の熱処理という新規な分野に使う用途が生じており、このような用途の場合には、高速プリンターのときとは比較にならないぐらい、大きな発光エネルギーを必要とする場合が多く、そのような意味においても、フラッシュランプごとに充電回路を設けるということは現実的なことではない。このような理由から、複数のフラッシュランプを並べて発光させる点灯装置の場合には、各ランプに対して、主コンデンサ等の発光回路は個々に対応させて併設させているが、この発光回路に対する充電回路は個々に設けるのではなく共有のものとする構成が一般に受け入れられている。
【０００７】
図５に、このような複数のフラッシュランプに対して共通の充電回路を使った回路例を示す。
交流電源ＡＣに整流回路を介してスイッチングインバータ回路が接続される。このインバータ回路では整流回路からの直流出力をトランジスタ等のスイッチング素子により高周波でオンオフ制御して高周波交流を生成する。生成された高周波交流はトランスＴ１の一次側に供給され、巻線比に応じた電圧変換がされた後で、ダイオードブリッジＤ０、コンデンサＣ０と抵抗Ｒ０に流れていく。ここで、共通の充電回路とは交流電源に接続された整流回路からコンデンサＣ０、抵抗Ｒ０までの回路を意味している。ただし、必ずしも、このような回路構成のみを充電回路を称するのではなく、他の構成によるものでもよく、ようは後述する発光回路に対して充電機能を果たすことができればよい。
ここで、インバータ回路は制御回路からの信号により駆動するものであって、制御回路に充電動作指令信号が送信されると制御回路はインバータ回路のスイッチング素子を駆動するのである。
【０００８】
充電回路の後段には、フラッシュランプごとに設けられた発光回路Ｈ（Ｈ１、Ｈ２…）が接続される。
各発光回路Ｈ（Ｈ１、Ｈ２…）は、逆流防止ダイオードＤ（Ｄ１、Ｄ２…）と電圧検出用抵抗回路Ｒ（Ｒ１、Ｒ２…）、主コンデンサＣ（Ｃ１、Ｃ２…）、チョークコイルＬ（Ｌ１、Ｌ２…）から構成され、この発光回路Ｈ（Ｈ１、Ｈ２…）にフラッシュランプＸ（Ｘ１、Ｘ２…）が接続される。
【０００９】
各フラッシュランプＸ（Ｘ１、Ｘ２…）には、トリガー回路ＴＲ（ＴＲ１、ＴＲ２…）が併設され、各トリガー回路ＴＲ（ＴＲ１、ＴＲ２…）からのトリガ線ＴＲＬ（ＴＲＬ１、ＴＲＬ２…）が各フラッシュランプＸの外表面に接触、あるいは巻き付けられている。
なお、図５では、便宜上、発光回路Ｈ（Ｈ１、Ｈ２…）は、２つしか明示されていないが、実際には２０〜３０個接続されて、フラッシュランプＸも同じ数だけすなわち２０〜３０個用意される。
【００１０】
発光回路Ｈの動作を説明すると、充電回路からの充電電流がダイオードＤを介して主コンデンサＣに充電される。主コンデンサＣの充電電圧は抵抗Ｒ１（Ｒ１１、Ｒ１２）の分圧により検出され、その検出値は電圧比較回路２に送信される。電圧比較回路２には図示略のオペアンプ等が内蔵されており、制御回路からこのオペアンプの基準電圧Ｖｓ2が送信されるとともに、オペアンプで測定した結果の出力信号２を制御回路に送信する。そして、制御回路において、主コンデンサＣの充電電圧がフラッシュランプを発光できるだけの値に到達すると、制御回路からインバータ回路へ停止信号を送信し、これにより充電動作を停止させる。
なお、発光回路を構成する素子のバラツキ等により主コンデンサが充電する時間は若干異なるが、制御回路からの停止信号はすべての発光回路の主コンデンサの充電が終了したときに発信される。また、電圧比較回路２は便宜上１つしか記載されていないが、実際には発光回路Ｈの数だけ対応して存在する。
そして、充電動作の停止後、発光指令信号が制御回路に送信させると制御回路からトリガー信号を送信してトリガ電圧を各フラッシュランプに印加することで、各フラッシュランプが絶縁破壊して、主コンデンサＣからの放電電流が流れて各フラッシュランプが発光する。
【００１１】
このようにして複数のフラッシュランプには同時にトリガ信号が印加されて同時に発光をする。ここで、各発光回路Ｈに含まれるダイオードＤは主コンデンサに充電された電流が再び充電回路側、あるいは他の充電回路に流れないように電流の方向を規制する逆流防止の機能を有する。
【００１２】
しかしながら、ダイオードＤは何らかの原因でダイオードとしての機能、すなわち、整流作用を失い、短絡状態になる場合がある。このような故障は、外部回路からの異常電圧の印加や長時間の過酷な使用により異常化して発生する場合が考えられる。
このような故障が発生した場合、共通の充電回路から各発光回路への充電動作は正常時と同様に続けることが可能であるが、発光回路による発光動作には大きな問題を引き起こしてしまう。具体的には、主コンデンサＣからの放電電流は、フラッシュランプに流れることなく、他の発光回路に流れこんでしまうということである。
【００１３】
このような状態を図によって説明する。図５は発光回路Ｈ１のダイオードＤ１が短絡故障した場合を説明するための図であって、主コンデンサＣ１に充電された電流がフラッシュランプＸ１に流れるのではなく、発光回路Ｈ２のフラッシュランプＸ２に流れる様子を太線で示している。
これはフラッシュランプＸ２の方が早く発光した場合に、主コンデンサＣ２の電圧が主コンデンサＣ１の電圧より低くなり、同じ発光回路に接続されたフラッシュランプＸ１よりも発光回路Ｘ２に流れ易くなるからである。
ここで、前記したように制御回路から各トリガ回路ＴＲ（ＴＲ１、ＴＲ２…）へのトリガ信号の送信は同時に行っている。しかし、たとえ同時にトリガー信号を発信させたとしても、フラッシュランプ内の発光用ガスの状態やトリガ線のランプへの接触状態など各フラッシュランプごとに発光時間を微妙に変化させる要因があり、これらの要因によって、全てのフラッシュランプは完全に同時発光していない。
【００１４】
そして、主コンデンサＣ１から放電した電流が、フラッシュランプＸ２及び主コンデンサＣ２に流れると、フラッシュランプＸ１が予定していた発光（光量あるいは発光エネルギー）が得られないだけでなく、フラッシュランプＸ２、主コンデンサＣ２、さらには発光回路Ｈ２を構成するその他の部品が余分に供給される電流に耐えられなくなり、破壊に導かれることになる。
【００１５】
さらに、このような瞬間的に発光するフラッシュランプの場合は、比較的長い時間、例えば、数１００ｍ秒〜数１００秒、かけて主コンデンサに充電を行い、トリガ信号の印加によって、極めて短い時間、例えば、数１００μ秒〜数ｍ秒で放電を行う。つまり、充電時間に比較して放電時間は極めて短く、放電電流（数１００Ａ〜１０００Ａの最大ピーク値）が流れる各発光回路Ｈの主コンデンサＣ、チョークコイルＬ１および配線材料は、この放電電流に対して十分に低抵抗になるように設計されている。
その一方で、主コンデンサＣへの充電電流は小さい電流が時間をかけて流れるため充電回路を構成する逆流防止ダイオードＤ、主コンデンサＣへの配線は、放電回路のような配線抵抗や接続部品の接触抵抗の低減という配慮はなされていない。
そして、他の発光回路の主コンデンサからの巨大な放電電流が、このように放電電流が流れることを想定していない部分に流れてしまうと当該部分の故障を招くことになる。具体的には、逆流防止ダイオードは正常時における小さな電流しか流れることを想定していないため大きな放電電流が流れこむと、本来、正常であったダイオードまでもが破損してしまう。さらに、逆流ダイオード以外にもコネクタ等（図示略）等の大きなピーク電流に耐えられない部品が使用されている場合に、接触端子において焼損、発火の危険もある。
【００１６】
特に、図５に示す実施例では発光回路が２つだけ示されているが、現実には２０〜３０個並列に接続されており、フラッシュランプの発光始動時のズレと相俟って、このような問題は顕著に生じるものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、複数のフラッシュランプとその各々に主コンデンサを有する発光回路が併設された点灯装置において、各発光回路の入口に設けられた逆流防止用ダイオードが短絡故障したときに、その影響を他の発光回路に及ぼすことを良好に防止できるフラッシュランプ用点灯装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、この発明のフラッシュランプ点灯装置は、発光ガスが内部に封入された複数のフラッシュランプと、このフラッシュランプに対して発光エネルギを供給する主コンデンサと、ランプ発光時において主コンデンサからの放電電流が供給側に逆流することを防止するダイオードより構成される発光回路を複数個有し、各発光回路に含まれる主コンデンサに対して前記ダイオードを介して充電電流を供給する共通の充電回路と、前記共通の充電回路から前記発光回路への充電動作中において、当該充電動作を一時的に停止する手段と、この停止手段による充電動作の一時的な停止状態において、前記全ての発光回路に含まれる前記ダイオードの正極側電位を検知する手段と、この検知する手段に基づいて、前記充電動作の一時的な停止に伴い、前記ダイオードの正極側電位が急激に低下していないことを検知することで前記ダイオードの故障を検知する手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の一形態を示す。図１において図５と同一番号は同一のものを示し、本回路は図５に示す回路と比較して抵抗Ｒｘ、Ｒｙ及び電圧比較回路１を設けた以外は回路構成としては同一であり、図５の説明した共通の充電回路と各発光回路Ｈ（Ｈ１，Ｈ２…）の機能は基本的に同じである。
このような抵抗Ｒｘ、Ｒｙは逆流防止ダイオードＤ（Ｄ１，Ｄ２…）の正極（アノード）側電圧を分圧して測定するものであり、この検出された電圧値Ｖｘが電圧比較回路１において基準電圧Ｖｓ１と比較される。
【００２０】
具体的には、共通の充電回路から各発光回路Ｈ（H1、Ｈ２…）の主コンデンサＣ（Ｃ１、Ｃ２…）への充電動作中に制御回路からインバータ回路への制御信号によって、インバータ回路の動作を停止させて、これにより充電動作を一時的に停止させるのであり、このときの逆流防止ダイオードＤの正極側電圧Ｖｘを検出する。この充電動作の停止は、前記電圧比較回路２を使った主コンデンサの充電電圧を利用してもよいし、インバータ回路を駆動させて充電を開始した時からの経過時間を利用してもよい。
【００２１】
検出された電圧値Ｖｘは電圧比較回路１に送信され、図示略のオペアンプを使って基準電圧Ｖｓ１と比較することで検出電圧Ｖｘの変化を認識することができる。ここで、逆流防止ダイオードＤが正常であれば充電動作の停止に伴なって、逆流防止ダイオードの正極側ではインバータ回路からの電流の供給が停止されることになる。これによって正極側の電位は急激に下がり、検出電圧Ｖｘも低下する。具体的には、充電動作の停止後数ｍ秒以下で停止前の１０％以下となる。そして、検出電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｓ１を再び下回ると、電圧比較回路１からその出力信号が制御回路に送信される。このような変化を検知することで制御回路は、逆流ダイオードが正常であると認識して、主コンデンサの充電動作を再開させるべくインバータ回路に制御信号を発信する。
【００２２】
次に、逆流防止ダイオードＤのいずれかが短絡故障をしている場合について説明する。前記と同様に、所定のタイミングで制御回路からインバータ回路に信号を発信させてインバータ回路を停止させることで充電動作を一旦停止させる。しかし、逆流防止ダイオードＤが短絡故障していれば、インバータ回路からの電流の供給が停止したとしても、ダイオードは実質的に短絡状態であるので、その正極側には主コンデンサＣの充電電圧、あるいはそれに近い値が印加されていることになる。そして、この充電電圧は主コンデンサＣの容量の大きさから長時間低下することはない（最低でも数分は持続する）。すなわち、検出電圧Ｖｘとしては主コンデンサＣの充電電圧にほぼ等しい値の分圧値として検知するため、電圧比較回路１においては基準値Ｖｓ１を下回るということはなく、結果として、電圧比較回路１からは反転信号を出力することはない。制御回路では、このような状態を検知することで、逆流防止ダイオードＤの故障を認識することができると、制御回路を介してインバータをそのまま停止させることで前記した被害を未然に防止することができる。なお、逆流防止ダイオードは各発光回路に各々存在するが、いずれか一つでも短絡故障するとその発光回路において検出電圧Ｖｘは高い値を示すので対応した電圧比較回路１の出力信号から制御回路は短絡故障を認識することができる。共通の充電回路から発光回路への充電動作中において、各発光回路に対して充電電圧を一時的に停止する手段やダイオードの故障を発見する手段は、回路全体の機能として生じるものであるが制御回路において行われる。
【００２３】
次に、図２、図３、図４を使って、このような主コンデンサの電圧変動と各信号の状態を説明する。
まず、図２を使って主コンデンサＣの充電とランプの発光までの状態を説明する。図２において、（ａ）は主コンデンサの充電電圧の変動を表し、（ｂ）は外部装置から制御回路に入力する充電指令信号を示す。（ｃ）は電圧比較回路２からの比較出力を示し、（ｄ）は制御回路から各ランプに対するトリガ信号ＴＲを示す。また、（ｅ）はインバータ回路の駆動状態を示す。
【００２４】
図２において、時間Ｔ１で充電指令信号が制御回路に入力すると、制御回路からインバータ回路に制御信号を送りインバータ回路が駆動する。これによって充電回路が働いて、各発光回路の主コンデンサＣの充電を行う。主コンデンサＣの充電電圧は電圧検出抵抗Ｒ１、Ｒ２によって検出され電圧比較回路２に入力する。電圧比較回路２では各主コンデンサＣの電圧を所定の基準値Ｖｓ２と比較する。時間Ｔ２になって充電電圧が基準値Ｖｓ２に到達すると電圧比較回路２から出力信号としてオン信号（充電完了）を発信する。なお、電圧比較回路２は図においては、便宜上一つしか記載されていないが機能としては発光回路の数だけ対応して存在することになる。電圧比較回路２からの出力信号を受ける制御回路では全ての主コンデンサの充電を確認すると、外部装置に充電完了信号を送り、同時に制御回路からインバータ回路への制御信号によってインバータ回路の動作を停止させる。そして、時間Ｔ３において制御回路から各発光回路Ｈに対してトリガ信号ＴＲを発信することで各ランプは発光する。なお、本発明では、充電動作中にインバータ回路の駆動を一旦停止させる。図においてＡ点でインバータを一度停止させている。このため、インバータの駆動停止に伴なって、例えば、主コンデンサの充電電圧も一時的に上昇を停止するが、図２においては便宜上このような事情を無視している。
【００２５】
次に、図３を使って、逆流防止ダイオードＤが正常な場合の主コンデンサＣの充電動作と各信号の状態を示す。
（ａ）は主コンデンサＣの充電電圧の一部（図２におけるＡ点近傍）を示し、（ｂ）は逆流防止ダイオードの正側検出電圧Ｖｘの変位を示す。（ｃ）はインバータ回路の駆動状態を示し、（ｄ）は電圧比較回路１の出力信号を示す。
【００２６】
時間Ｔ４において、主コンデンサＣの充電電圧が、充電を一旦停止すべき電圧Ｖｔに達すると、電圧比較回路２の信号を受けて、制御回路を介してインバータ回路の駆動を停止させる。
これにより、主コンデンサＣへの充電動作が一時的に停止するので、逆流防止ダイオードＤが正常であれば、ダイオードの正極側電圧Ｖｘは、前述のように主コンデンサＣの充電電圧はダイオードにより電気的に隔離されているので正極側は電流の供給がなくなり、速やかに低下する。この状態が（ｂ）において時間Ｔ５からＴ６で示される。ダイオードの正極側電圧は検出値Ｖｘとして電圧比較回路１に入力して電圧比較回路１の基準電圧Ｖｓ１との比較を行う。そして、このような検出値Ｖｘの上昇と低下が発生することから電圧比較回路１の出力信号が（ｄ）で示すように、一旦オンになり、充電動作の停止に伴なってオフとなる。
制御回路において、このような電圧比較回路１からの出力信号の変化を受けて、ダイオードの正常を確認すると、インバータ回路に制御信号を送り、インバータ回路の駆動を再び開始させて、主コンデンサＣの充電も再開される。
【００２７】
次に、図４を使って、逆流防止ダイオードＤが短絡故障している場合の主コンデンサＣの充電動作と各信号の状態を示す。
（ａ）は主コンデンサＣの充電電圧の一部（図２におけるＡ点近傍）を示し、（ｂ）は逆流防止ダイオードの正側検出電圧Ｖｘの変位を示す。（ｃ）はインバータ回路の駆動状態を示し、（ｄ）は電圧比較回路１の出力信号を示す。
【００２８】
図において、主コンデンサＣの充電電圧が所定値Ｖｔに達すると電圧比較回路２、制御回路を介してインバータを停止させる（時間Ｔ４）。
そして、インバータ回路の停止によって、主コンデンサＣへの充電動作が一時的に停止する。ここで、逆流防止ダイオードＤが短絡故障しておれば、ダイオードの正極側電圧Ｖｘは主コンデンサＣの充電電圧とほぼ等しい電圧を維持するので、正常時のように低下することはない。この状態が（ｂ）において時間Ｔ５からＴ６で示される。
そして、検出電圧Ｖｘは、正常時のように低下しないので基準電圧Ｖｓ１を越えた状態が維持され、電圧比較回路１における出力信号はオンのままとなる。このような状態を制御回路が検出することでダイオードの短絡状態を認識することができる。
【００２９】
このように本発明では、主コンデンサの充電動作の途中で充電動作を停止させて、この時の逆流防止ダイオードの正極側電圧を検知することで逆流防止ダイオードの短絡故障を容易に検知することができる。
なお、充電動作の停止は、主コンデンサの充電電圧を基準に行ってもよいし、充電時間を基準に行ってもかまわない。また、停止のタイミングは特に限定されるものではなく、充電の開始から完了までに間の任意の時間で設定することができる。しかしながら、一例をあげると、充電電圧を基準に行う場合は最終充電電圧の１／３〜１／２充電した時点で行うことができ、また、充電時間を基準にする場合は全充電時間の１／４〜１／３ぐらいに行うことができる。
また、一時的に充電を停止する時間は全体の充電作業に影響を及ぼさない時間、例えば、約０．１秒以下を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフラッシュランプ点灯装置の全体回路図を示す。
【図２】本発明のフラッシュランプ点灯装置のタイムチャートを示す。
【図３】本発明のフラッシュランプ点灯装置のタイムチャートを示す。
【図４】本発明のフラッシュランプ点灯装置のタイムチャートを示す。
【図５】従来のフラッシュランプ点灯装置の全体回路図を示す。
【符号の説明】
Ｘ  フラッシュランプ
Ｈ  発光回路
【図１】
0003952688.tif 000002
【図２】
0003952688.tif 000003
【図３】
0003952688.tif 000004
【図４】
0003952688.tif 000005
【図５】
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