(57)【要約】【課題】殺菌装置の小型化を図りつつ、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを安定的に点灯させることができる放電ランプ点灯装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る放電ランプ点灯装置は、コンバータ回路と；前記コンバータ回路の出力側に電気的に接続され、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプに矩形波の電力を出力するインバータ回路と；を具備している。【選択図】図２
2017120727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータ回路と；
前記コンバータ回路の出力側に電気的に接続され、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプに矩形波の電力を出力するインバータ回路と；
を具備した放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記インバータ回路、および前記インバータ回路の出力側には、電流制御手段が設けられていない請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプには、長さおよび定格電力の少なくともいずれかが異なる前記高圧放電ランプまたは中圧放電ランプが含まれている請求項１または２に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
前記高圧放電ランプまたは中圧放電ランプは、安定点灯時におけるイオン化媒体の蒸気の圧力が６０Ｐａ以上である請求項１〜３のいずれか１つに記載の放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線殺菌装置には、複数の低圧放電ランプが設けられていた。  
近年においては、照射される光の輝度がより高い高圧放電ランプ（高輝度放電ランプ、ＨＩＤランプ（high intensity discharge lamp）などとも称される）や中圧放電ランプが用いられるようになってきている（例えば、特許文献１を参照）。  
ここで、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプの場合には、１つの放電ランプ点灯装置に１つの高圧放電ランプまたは中圧放電ランプが接続される。そのため、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプの数だけ放電ランプ点灯装置が必要となっていた。
【０００３】
そこで、複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを同時に点灯させることができ、且つ、定格電力の異なる高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを接続可能な放電ランプ点灯装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
しかしながら、この放電ランプ点灯装置は、複数のＬＣ共振回路を設け、各ＬＣ共振回路の出力端に１つの高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを接続している。すなわち、実質的には、１つの高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置を複数設けたものであった。つまり、複数の放電ランプ点灯装置を一体化したものであった。
【０００４】
ここで、１つの放電ランプ点灯装置により、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを同時に点灯させることができれば、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプと放電ランプ点灯装置を接続する配線数の削減や、殺菌装置の小型化などを図りつつ、複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを安定的に点灯させることができる放電ランプ点灯装置の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４１６３４号公報
【特許文献２】特開２００６−３３１８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、殺菌装置の小型化を図りつつ、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを安定的に点灯させることができる放電ランプ点灯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る放電ランプ点灯装置は、コンバータ回路と；前記コンバータ回路の出力側に電気的に接続され、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプに矩形波の電力を出力するインバータ回路と；を具備している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、殺菌装置の小型化を図りつつ、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを安定的に点灯させることができる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る放電ランプ点灯装置１を例示するためのブロック図である。
【図２】放電ランプ点灯装置１を例示するための模式回路図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、ランプ電圧（出力電圧）を例示するための模式図である。（ａ）は、ＬＣ共振回路などの共振回路を設け、ＬＣ共振回路などの共振回路から電圧が出力される場合や、交流で使用されるトランスなどのコイルから出力される場合である。（ｂ）は、インバータ回路の出力側にＬＣ共振回路などの共振回路を設けず、インバータ回路６から電力が出力される場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態に係る発明は、コンバータ回路と；前記コンバータ回路の出力側に電気的に接続され、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプに矩形波の電力を出力するインバータ回路と；を具備した放電ランプ点灯装置である。  
この放電ランプ点灯装置によれば、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを安定的に点灯させることができる。
【００１１】
また、前記インバータ回路、および前記インバータ回路の出力側には、電流制御手段が設けられていないようにすることができる。
電流制御に用いる手段を設けないようにすれば、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプに、矩形波の電圧を印加することができる。そのため、ランプ照度の安定化を図ることが容易となる。
【００１２】
また、前記直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプには、長さおよび定格電力の少なくともいずれかが異なる前記高圧放電ランプまたは中圧放電ランプが含まれているようにすることができる。  
長さや定格電力が異なると高圧放電ランプまたは中圧放電ランプの点灯中のインピーダンスは異なるものとなる。そのため、長さや定格電力の異なる複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを直列接続すると、点灯が不安定となるおそれがある。  
放電ランプ点灯装置は前述した構成を有しているので、長さや定格電力の異なる複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプを直列接続する場合であっても点灯の安定化を図ることが可能となる。
【００１３】
また、前記高圧放電ランプまたは中圧放電ランプは、安定点灯時におけるイオン化媒体の蒸気の圧力が６０Ｐａ以上となるものとすることができる。  
放電ランプ点灯装置は前述した構成を有しているので、安定点灯時におけるイオン化媒体の蒸気の圧力が６０Ｐａ以上の放電ランプであっても安定的に点灯させることができる。
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本実施の形態に係る放電ランプ点灯装置１を例示するためのブロック図である。
図２は、放電ランプ点灯装置１を例示するための模式回路図である。  
図１および図２に示すように、放電ランプ点灯装置１には、フィルタ回路２、整流回路３、平滑回路４、コンバータ回路５、インバータ回路６、および制御回路７が設けられている。
【００１５】
フィルタ回路２の入力側は、電源１００と電気的に接続されている。フィルタ回路２は、例えば、電源１００から供給された交流電力に含まれるノイズの抑制や放電ランプ点灯装置１から出るノイズを抑制する。  
フィルタ回路２は、例えば、コンデンサＣ１とインダクタＬ１から構成されたものとすることができる。
【００１６】
整流回路３の入力側は、フィルタ回路２の出力側と電気的に接続されている。整流回路３は、フィルタ回路２を介して入力された交流電圧を整流して直流電圧に変換する。整流回路３は、例えば、４つの整流素子Ｄ１を組み合わせたダイオードブリッジを有するものとすることができる。ダイオードブリッジを用いる場合には、整流回路３は、全波整流器となる。
【００１７】
平滑回路４の入力側は、整流回路３の出力側と電気的に接続されている。平滑回路４は、整流回路３から出力された直流電圧を平滑する。平滑回路４は、例えば、電解コンデンサＣ２を用いたものとすることができる。
【００１８】
コンバータ回路５の入力側は、平滑回路４の出力側と電気的に接続されている。コンバータ回路５は、平滑回路４から出力された直流電圧を所望の電圧に変換する。すなわち、コンバータ回路５は、ＤＣ−ＤＣコンバータである。また、コンバータ回路５は、インバータ回路６に入力される直流電圧および電流を制御することにより、ランプ電圧および電流、すなわち電力を変化させる。すなわち、コンバータ回路５は、ランプ電流を制御する電流制御手段を有する。コンバータ回路５は、例えば、昇圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路、ハーフブリッジ回路、フルブリッジ回路などを用いたものや、前述した回路を組み合わせたものとすることができる。なお、昇圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路、ハーフブリッジ回路、フルブリッジ回路には既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。
【００１９】
インバータ回路６の入力側は、コンバータ回路５の出力側と電気的に接続されている。インバータ回路６は、直流を交流に変換し、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２に交流を印加する。後述するように、インバータ回路６は、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２に矩形波の電力を出力する。  
インバータ回路６は、４つのスイッチング素子Ｓ１を組み合わせたフルブリッジ回路を有している。スイッチング素子Ｓ１は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）、バイポーラトランジスタ（Bipolar transistor）などとすることができる。ただし、スイッチング素子Ｓ１は、これらに限定されるわけではない。
【００２０】
コンバータ回路５は、電流制限手段を有していることから、インバータ回路６は、電流制御を行わないものとすることができる。つまり、インバータ回路６には、電流制御手段が設けられていない。
インバータ回路６の出力側には、同時に点灯させる複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２が直列接続されている。また、インバータ回路６の出力側には、電流制御手段が設けられていない。なお、図１および図２においては、一例として、２つの高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２が直列接続される場合を例示したが、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２の数はこれに限定されるわけではない。高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２の数は、２つ以上であればよい。
【００２１】
ここで、インバータ回路６の出力側にＬＣ共振回路などの共振回路、コンデンサのみを有する回路（Ｃバラスト）、インダクタのみを有する回路（Ｌバラスト）などを設けることも考えられる。  
しかしながら、調光時には複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２のインピーダンスが変わる。そのため、ＬＣ共振回路などの共振回路、コンデンサのみを有する回路（Ｃバラスト）、インダクタのみを有する回路（Ｌバラスト）などでは、調光時に電流を一定にすることが難しい。すなわち、１台の放電ランプ点灯装置で点灯させた複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２のそれぞれを同じ電流で制御できなくなる。
【００２２】
図３（ａ）、（ｂ）は、ランプ電圧（出力電圧）を例示するための模式図である。  
なお、図３（ａ）は、ＬＣ共振回路などの共振回路を設け、ＬＣ共振回路などの共振回路から電圧が出力される場合や、交流で使用されるトランスなどのコイルから出力される場合である。図３（ｂ）は、インバータ回路の出力側にＬＣ共振回路などの共振回路を設けず、インバータ回路６から電力が出力される場合である。  
図３（ａ）に示すように、ＬＣ共振回路などの共振回路を設けると、ランプ電圧は略正弦波となる。  
これに対して、ＬＣ共振回路などの共振回路を設けず、インバータ回路６から電力が直接出力される場合には、図３（ｂ）に示すように、ランプ電圧は略矩形波となる。
なお、図３（ａ）、（ｂ）においては、一例として、ランプ電圧の波形を例示したが、電流の波形も同様である。
【００２３】
前述したように、放電ランプ点灯装置１には、同時に点灯させる複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２が直列接続される。ここで、従来例として、図３（ａ）に示した略正弦波で点灯した場合、複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２を直列接続すると、１つの高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２を接続する場合と比べて、点灯やランプ照度が不安定になりやすくなるおそれがある。
すなわち、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２は、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２におけるアークの状態や点灯後の立ち上がりの不均衡などにより、点灯やランプ照度が不安定になりやすくなる。
【００２４】
ここで、本実施形態として、図３（ｂ）に示すように、ランプ電圧が矩形波になると、ピーク電圧を抑えることができる。また、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２に最適な再点弧電圧を印加することが可能となる。さらに、配線や浮遊容量による電圧降下も抑制が可能となる。  
それにより、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２における再点弧やアークの状態の安定化を図ることができる。すなわち、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２に、矩形波の電力を印加すると、点灯やランプ照度の安定化を図ることが可能となる。  
ランプ電圧が矩形波になると、ピーク電圧や余分な電圧降下を抑制できるため、放電ランプ点灯装置１におけるロスを減らすことができる。
特許文献２に記載の発明の場合には、限流要素（本実施形態の電流制御手段に相当する）が高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２の数だけ必要となる。これに対し、本実施に形態に係る放電ランプ点灯装置１によれば、１つの電流制御手段が設けられていればよい。そのため、放電ランプ点灯装置１の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００２５】
ここで、長さや定格電力が異なると高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２のインピーダンスは異なるものとなる。そのため、長さや定格電力の異なる複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２を直列接続すると、点灯がさらに不安定になるおそれがある。  
特に、複数の高圧・中圧ランプ１０２に供給する定格電力よりも低いランプ電力で点灯させる、いわゆる調光点灯においては、複数の高圧・中圧ランプ１０２に流れるランプ電流を同一にすることが困難となる。
本実施の形態に係る放電ランプ点灯装置１においては、フルブリッジ回路を有するインバータ回路６の出力側に、同時に点灯させる直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２が直接電気的に接続されるようにしている。すなわち、フルブリッジ回路には、電流制御のための共振回路が設けられていない。  
そのため、直列接続された複数の高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２に、長さおよび定格電力の少なくともいずれかが異なる高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２が含まれている場合であっても点灯やランプ照度の安定化を図ることが可能となる。また、調光点灯においても、複数の高圧・中圧ランプ１０２のランプ電流を同一にすることが可能となる。
【００２６】
複数の高圧・中圧ランプ１０２の長さや定格電力が異なると、それぞれの高圧・中圧ランプ１０２のインピーダンスは異なるものとなる。特許文献２に記載の発明の場合には、ＬＣ共振回路の定数が、それぞれ異なるものとなる。そのため、特許文献２に記載の発明によれば、特に、調光点灯において、複数の高圧・中圧ランプ１０２に流れるランプ電流を同一にすることが困難となる。この場合、いずれかの高圧・中圧ランプ１０２が立ち消える場合もある。すなわち、照度が不安定になり、複数の高圧・中圧ランプ１０２を安定的に点灯することが困難となる。一方、本実施の形態に係る放電ランプ点灯装置１によれば、複数の高圧・中圧ランプ１０２が直列接続されているため、ランプ電流が常に均一になる。このため、複数の高圧・中圧ランプ１０２を安定的に点灯することが可能となる。
【００２７】
制御回路７の入力側は、制御装置１０１と電気的に接続されている。制御回路７の出力側は、整流回路３、コンバータ回路５、およびインバータ回路６と電気的に接続されている。制御回路７は、制御装置１０１からの信号（制御信号）に基づいて、放電ランプ点灯装置１の動作を制御する。制御回路７は、例えば、コンバータ回路５を制御して、電力値が所望の値となるようにする。制御回路７は、例えば、インバータ回路６に設けられたスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御して、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２に印加される電力を交流に変換する。
【００２８】
電源１００は、例えば、三相交流電源とすることができる。電源１００は、例えば、電圧が２００Ｖ〜２４０Ｖ程度の商用交流電源や船舶等の４４０Ｖ程度の交流電源とすることができる。  
なお、電源１００は、単相交流電源とすることもできるし、直流電源とすることもできる。電源１００を直流電源とする場合には、前述した整流回路３を省くことができる。  
【００２９】
制御装置１０１は、制御回路７に対して制御信号を出力し、制御信号を制御回路７に入力させる。制御信号は、例えば、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２の点灯と消灯に関するもの、放電ランプ点灯装置１の出力に関するものなどとすることができる。放電ランプ点灯装置１の出力に関するものは、例えば、コンバータ回路５における電力値の制御に関するもの、インバータ回路６における交流変換の制御に関するものなどとすることができる。
【００３０】
なお、インバータ回路６の出力側に図示しない検出装置を設け、検出装置の出力（検出値）を制御装置１０１に入力することもできる。この場合、制御装置１０１は、入力された検出値に基づいて、整流回路３、コンバータ回路５、およびインバータ回路６に向けて制御信号を出力する。
【００３１】
制御回路７は、例えば、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２の始動時と安定点灯時におけるランプ電圧や周波数などが適切なものとなるように、制御信号を出力する。
【００３２】
制御装置１０１は、例えば、スイッチなどの入力機器とすることもできるし、シーケンサやパーソナルコンピュータなどの制御機器などとすることもできる。  
また、１台の制御装置１０１に複数の放電ランプ点灯装置１が電気的に接続されるようにすることもできる。
【００３３】
高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２は、例えば、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどとすることができる。ただし、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２は、これらのものに限定されるわけではない。また、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２に封入されている不活性ガスやイオン化媒体（例えば、金属のハロゲン化物、ナトリウム、水銀など）の種類や成分比などにも特に限定はない。
【００３４】
本願明細書における「高圧放電ランプ」は、安定点灯時におけるイオン化媒体の蒸気の圧力が１００ｋＰａを超えるものとすることができる。そのため、「高圧放電ランプ」には、安定点灯時におけるイオン化媒体の蒸気の圧力が１０００ｋＰａを超える「超高圧放電ランプ」も含まれる。  
また、本願明細書における「中圧放電ランプ」は、安定点灯時におけるイオン化媒体の蒸気の圧力が６０Ｐａ以上、１００ｋＰａ以下となるものとすることができる。  
すなわち、高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ１０２は、安定点灯時におけるイオン化媒体の蒸気の圧力が６０Ｐａ以上のものとすることができる。
【００３５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  放電ランプ点灯装置、２  フィルタ回路、３  整流回路、４  平滑回路、５  コンバータ回路、６  インバータ回路、７  制御回路、１００  電源、１０１  制御装置、１０２  高圧放電ランプまたは中圧放電ランプ、Ｓ１  スイッチング素子
【図１】
2017120727.tif 000003
【図２】
2017120727.tif 000004
【図３】
2017120727.tif 000005