JP2000133483A - 無電極放電灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 凹部１ａを有した無電極放電灯１と、凹
部１ａに配置される鉄芯２ａを装着した誘導コイル２
と、誘導コイル２に高周波電力を供給する高周波電源回
路７とを備えた無電極放電灯装置において、無電極放電
灯１の始動時に無電極放電灯１を先行放電させる補助誘
導コイル８を設けた。

Description

【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１
ａ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Ｃ
３、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Ｍ
ＯＳＦＥＴ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Ｑ
３、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Ｌ
２、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５に記載の
発明において、前記高周波電源回路の動作周波数を数十
ｋＨｚから数百ｋＨｚとし、前記始動用高周波電源回路
の動作周波数を数ＭＨｚ以上と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。

【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、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。

【００２２】請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求
項８のいずれかに記載の発明において、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
特徴とするものである。

【００２３】請求項１０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４は部分拡大図で
ある。本実施形態では、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６は部分拡大図で
ある。本実施形態では、第２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４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２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５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１０は部分拡大図
である。本実施形態では、第４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４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２の実施形態にお
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８記載の発明によれば、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、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４】同上の部分拡大図である。

【図５】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６】同上の部分拡大図である。

【図７】本発明の第４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５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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K072 AA16 BA03 BA05 BB01 BB10 BC01 BC03 DD10 GA03 GB12 GC04 HB03 5C039 NN01 NN02 NN07

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   ことを特徴とする無電極放電灯装置。
2. 【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。
3. 【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Ｎ
   ｉ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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【請求項６】 前記高周波電源回路の動作周波数を数十
   ｋＨｚから数百ｋＨｚとし、前記始動用高周波電源回路
   の動作周波数を数ＭＨｚ以上としたことを特徴とする請
   求項５記載の無電極放電灯装置。
7. 【請求項７】 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６のいずれかに記載の無電極放電灯
   装置。
8. 【請求項８】 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７のいずれかに記載の無電極放電灯装
   置。
9. 【請求項９】 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８のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
10. 【請求項１０】 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。