JP2006302838A

JP2006302838A - 無電極放電灯点灯装置及び照明器具

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Publication number: JP2006302838A
Application number: JP2005126868A
Authority: JP
Inventors: Shingo Masumoto; 進吾増本; Makoto Ukekawa; 信請川; Motohiro Saimi; 元洋齋見; Hiroshi Ogasawara; 宏小笠原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】全ての共振負荷部で無電極放電灯を確実に点灯させることができる無電極放電灯点灯装置及び照明器具を提供する。
【解決手段】それぞれ無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２に近接配置される誘導コイル３１，３２を含み互いに並列に接続された複数個の共振負荷部４１，４２を備える。また、直流電源部１からスイッチング部２を介して各共振負荷部４１，４２にそれぞれ供給される電力の周波数を、各共振負荷部４１，４２について少なくとも１部ずつ含む周波数範囲で掃引する制御部５を備える。１個の共振負荷部４１，４２から無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２へ供給される電力が不足して無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２が立ち消えても確実に再点灯されるから、全ての共振負荷部４１，４２で無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２を確実に点灯させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電灯点灯装置及び照明器具に関するものである。

従来から、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置、及び、無電極放電灯装置を用いた照明器具が提供されている。

具体的に説明すると、無電極放電灯は、例えばガラスのような透光性を有する材料からなるバルブに放電ガスが封入されてなる。放電ガスは、アルゴンやクリプトンといった不活性ガスや、水銀ガスやナトリウムガスといった金属蒸気で構成される。

無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルを有し、誘導コイルに高周波電力を供給して無電極放電灯のバルブ内に高周波電磁界を発生させることにより放電を発生させて紫外線を生じさせるものである。紫外線でなく可視光を利用する一般的な照明用の無電極放電灯では、紫外線を可視光に変換する蛍光体がバルブの内面に塗布される。

また、無電極放電灯点灯装置は、誘導コイルを含む共振回路からなる共振負荷部と、共振負荷部を介して無電極放電灯に高周波電力を供給する電源部と、電源部の出力の周波数を制御する制御部とを有する。制御部が電源部の出力の周波数を共振負荷部の共振周波数に対して変動させることにより、無電極放電灯に供給する電力が調整され、これによって無電極放電灯の始動・調光・消灯がなされる。

この種の無電極放電灯点灯装置において、１個の電源部に複数個の共振負荷部を互いに並列に接続することにより、複数個の共振負荷部を１個の電源部で動作させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成を採用すれば、共振負荷部毎に電源部を設ける場合に比べて部品点数を減少させて製造コストを低減することができる。
特開２０００−２１５８９号公報

ここで、共振負荷部を構成する回路部品の特性のばらつきにより、無電極放電灯が点灯するタイミングは共振負荷部間で互いにずれやすい。さらに、共振負荷部のインピーダンスは、無電極放電灯の点灯前後で大きく変化する。このため、先に点灯した無電極放電灯に供給される電力が、他の無電極放電灯が点灯したときに急激に減少し、先に点灯していた無電極放電灯が立ち消えてしまうことがあった。

各共振負荷部の特性を高い精度で互いに一致させれば、上記のタイミングのずれ及び立ち消えを防止することができるが、この場合は回路部品の特性に高い精度が要求される。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、全ての共振負荷部で無電極放電灯を確実に点灯させることができる無電極放電灯及び照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、透光性を有する材料からなるバルブに放電ガスが封入されてなる無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置であって、それぞれ無電極放電灯に近接配置される誘導コイルを有し少なくとも無電極放電灯の非点灯時の共振周波数がそれぞれ異なる複数個の共振負荷部と、各共振負荷部にそれぞれ高周波電力を出力する電源部と、電源部の出力の周波数を制御する制御部とを備え、制御部は、電源部の出力の周波数を、無電極放電灯を点灯維持可能な周波数範囲の少なくとも一部ずつを全ての共振負荷部についてそれぞれ含む周波数範囲で繰り返し掃引することを特徴とする。

この発明によれば、共振負荷部に供給される電力が不足して無電極放電灯が立ち消えても、次の掃引で再び共振負荷部に十分な電力が供給されることにより確実に無電極放電灯が再点灯されるから、全ての共振負荷部で無電極放電灯を確実に点灯させることができる。また、共振負荷部を構成する回路部品の特性に、特に高い精度は要求されない。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、無電極放電灯を点灯維持可能な入力電力の周波数範囲が共振負荷部間で互いに重複しないことを特徴とする。

この発明によれば、無電極放電灯の点灯前後の共振負荷部のインピーダンス変化による立ち消えが発生しない。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、制御部が掃引する周波数範囲は、各共振負荷部における無電極放電灯の非点灯時の共振周波数のうち最も低い周波数よりも低い周波数から、各共振負荷部における無電極放電灯の非点灯時の共振周波数のうち最も高い周波数よりも高い周波数までであることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、共振負荷部のうち複数個について、各誘導コイルがそれぞれ共通の無電極放電灯に近接配置されることを特徴とする。

この発明によれば、１個の無電極放電灯に対して複数個の誘導コイルが配置されるから、１個の無電極放電灯に対して誘導コイルを１個とする場合に比べ、無電極放電灯のより広い範囲を発光させることができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、制御部は、周波数の掃引を１秒間に１００回以上繰り返すことを特徴とする。

この発明によれば、無電極放電灯のちらつきを十分に小さくすることができる。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか記載の無電極放電灯点灯装置と、無電極放電灯点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

本発明は、制御部が、電源部の出力の周波数を、無電極放電灯を点灯維持可能な周波数範囲の少なくとも一部ずつを全ての共振負荷部についてそれぞれ含む周波数範囲で繰り返し掃引するので、共振負荷部に供給される電力が不足して無電極放電灯が立ち消えても、次の掃引で再び共振負荷部に十分な電力が供給されることにより確実に無電極放電灯が再点灯されるから、全ての共振負荷部で確実に無電極放電灯を点灯させることができる。また、共振負荷部を構成する回路部品の特性に、特に高い精度は要求されない。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、図１に示すように、交流電源ＡＣを電源として直流電力を生成する直流電源部１と、直流電源部１の出力端間に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフする駆動部２１とからなるスイッチング部２と、無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２に近接配置される誘導コイル３１，３２をそれぞれ含む共振負荷部４１，４２と、駆動部２１がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフする周波数（以下、「動作周波数」と呼ぶ。）を制御する制御部５とを備える。すなわち、直流電源部１とスイッチング部２とで請求項における電源部が構成されているのであって、動作周波数は請求項における電源部の出力の周波数となる。

詳しく説明すると、直流電源部１は、交流電源ＡＣの出力を全波整流するダイオードブリッジ１１と、ダイオードブリッジ１１の出力を平滑する平滑コンデンサＣ１と、ダイオードブリッジ１１の高電圧側の出力端と平滑コンデンサＣ１との間に接続されたインダクタＬ１とダイオードＤ１との直列回路と、インダクタＬ１とダイオードＤ１との接続点に一端が接続され他端が接地されたスイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ３をオンオフ制御することにより平滑コンデンサＣ１の両端電圧を制御する電圧制御部１２とを備える。

各共振負荷部４１，４２は、それぞれ、誘導コイル３１，３２に直列に接続されるインダクタＬｓ１，Ｌｓ２と直列コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２との直列回路と、誘導コイル３１，３２と直列コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２との直列回路に対し並列に接続された並列コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２とを備える共振回路である。

制御部５は、制御端子ＲＯから流出する電流Ｉｓｗに応じた周波数でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオンオフされるように駆動部２１を制御する周波数制御部５１を備える。周波数制御部５１の制御端子ＲＯには、オペアンプＩＣ１の出力端子が、抵抗Ｒ３とダイオードＤ２とを介して接続されている。オペアンプＩＣ１は負の入力端子が抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３との並列回路を介して出力端子に接続されるとともに抵抗Ｒ５を介して接地された非反転増幅回路を構成している。また、オペアンプＩＣ１の正の入力端子には、一端が接地されたコンデンサＣ２の他端が接続されている。また、直流電源部１の出力を電源とし、コンデンサＣ２に並列に接続された抵抗Ｒ２に抵抗Ｒ１を介して電流を供給することにより、コンデンサＣ２を充電する電流供給部５２を備える。電流供給部５２は、電流の出力と停止とを周期的に繰り返す。

なお、電圧制御部１２、駆動部２１、周波数制御部５１、及び電流供給部５２については、いずれも周知技術で実現可能であるので、詳細な図示及び説明を省略する。

制御部５の動作を説明する。電流供給部５２によってコンデンサＣ２の充電が開始されると、オペアンプＩＣ１の出力電圧が高くなり周波数制御部５１の制御端子ＲＯから流出する電流Ｉｓｗが減少することにより動作周波数が徐々に低くなる。やがて電流供給部５２の出力が停止すると、抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ２が放電されることによりオペアンプＩＣ１の出力電圧が低下し、上記とは逆に動作周波数が徐々に高くなる。やがて再び電流供給部５２によってコンデンサＣ２の充電が開始され、上記の動作を繰り返す。

各共振負荷部４１，４２について、動作周波数を横軸にとり、共振負荷部４１，４２に供給される電力を縦軸にとったグラフを図２に示す。各共振負荷部４１，４２において、無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２の点灯維持に最低限必要な電力Ｗｏｆｆ以上の電力が供給されるような（すなわち、無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２を点灯維持可能な）周波数の範囲（以下、「点灯周波数範囲」と呼ぶ。）は互いに重ならないようにしてある。つまり、無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２の非点灯時の共振周波数（以下、単に「共振周波数」と呼ぶ。）ｆｒ１，ｆｒ２がより高い第１の共振負荷部の点灯周波数範囲の下限（以下、「下限周波数」と呼ぶ。）ｆｌ１を、共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２がより低い第２の共振負荷部の点灯周波数範囲の上限（以下、「上限周波数」と呼ぶ。）ｆｈ２よりも高くしてある。また、電流供給部５２の出力の電流値や動作の周期、及びコンデンサＣ２の容量値や抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は、図３のグラフに示すように、第１の共振負荷部の共振周波数ｆｒ１よりも高く上限周波数ｆｈ１よりも低い周波数と、第２の共振負荷部の共振周波数ｆｒ２よりも低く下限周波数ｆｌ２よりも高い周波数との間で、動作周波数が掃引されるように設計してある。ここで、図３のグラフでは、時間を横軸にとり、動作周波数を縦軸にとっており、図３のグラフの下側には、各共振負荷部での無電極放電灯の点灯状態を示している。これは、後述する図６〜図８でも同様である。

また、コンデンサＣ２には、抵抗Ｒ６とスイッチング素子Ｑ４との直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ４は、周波数制御部５１の所定の端子ＯＯからの出力によりオンオフされる。つまり、周波数制御部５１の出力でスイッチング素子Ｑ４をオンすることにより、コンデンサＣ２の放電を促進して動作周波数の変化を速めることができる。

上記構成によれば、１個の共振負荷部４１，４２から無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２へ供給される電力が不足して無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２が立ち消えても、次の掃引で再び十分な電力が供給されることにより確実に無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２が再点灯されるから、全ての共振負荷部４１，４２で無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２を確実に点灯させることができる。

また、各共振負荷部４１，４２で無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２が点灯するタイミングを一致させる場合と違い、共振負荷部４１，４２を構成する回路部品の特性に特に高い精度は要求されない。

本実施形態は、直流電源部１，スイッチング部２，共振負荷部４１，４２，及び制御部５が収納された器具本体（図示せず）と、無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２と、器具本体に取り付けられ無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２の光を反射する反射板（図示せず）とを備える例えば２灯用モールライトのような多灯用の照明器具（図示せず）に用いることができる。このような照明器具は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明及び図示は省略する。

ここで、無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２を点灯維持可能な周波数範囲が共振負荷部４１，４２間で一部重なる場合でも、各共振負荷部４１，４２で確実に無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２を点灯させることはできるが、無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２を点灯維持可能な周波数範囲が重なる領域で立ち消えが発生して電力のロスが大きくなる可能性がある。従って、本実施形態のように、無電極放電灯Ｌａ１，Ｌａ２を点灯維持可能な周波数範囲が共振負荷部４１，４２間で互いに重ならないようにすることが望ましい。

なお、共振負荷部４１，４２の数は２個に限られず、３個以上としてもよい。また、図４や図５に示すように、１個の無電極放電灯Ｌａに２個以上の誘導コイル３１，３２，３３を近接させて配置してもよい。この構成を採用すれば、１個の無電極放電灯Ｌａ付近に誘導コイル３１，３２，３３を１個のみ配置する場合に比べ、より広範囲にわたって無電極放電灯Ｌａを発光させることができる。このように、複数個の共振負荷部４１，４２を用いて大型の無電極放電灯Ｌａを点灯させる照明器具は、トンネル照明のような広範囲を照明する用途に適する。

また、図６に示すように掃引範囲の最低値及び最高値においてそれぞれ動作周波数を所定の時間Ｔ１にわたって維持してもよい。この構成を採用すれば、無電極放電灯Ｌａに供給される電力の最大値の、掃引毎のばらつきを抑えることができる。

さらに、掃引の方法についても、適宜の変更が可能である。例えば、図７に示すように、動作周波数を高い周波数から徐々に低下させ、すぐに最大の周波数に戻すといったようにしてもよい。このような動作は、周波数制御部５１の動作によって実現できるほか、例えば抵抗とダイオードとからなりコンデンサＣ２の放電を促進する回路（図示せず）を設けることでも実現できる。

また、図８に示すように動作周波数の変化を時間に対して直線状としてもよい。図８の例は、共振周波数ｆｒ１が最も高い第１の共振負荷部と、共振周波数ｆｒ２が２番目に高く上限周波数ｆｈ２が第１の共振負荷部の下限周波数ｆｌ１よりも低い第２の共振負荷部と、共振周波数ｆｒ３が最も低く上限周波数ｆｈ３が第２の共振負荷部の下限周波数ｆｌ２よりも低い第３の共振負荷部との３個の共振負荷部を有する場合を示す。また、動作周波数の掃引範囲を、第１の共振負荷部の上限周波数ｆｈ１から第３の共振負荷部の下限周波数ｆｌ３までとしている。点灯周波数範囲の幅ｆｈ１−ｆｌ１，ｆｈ２−ｆｌ２，ｆｈ３−ｆｌ３が各共振負荷部で共通の場合、動作周波数の変動を図８のように直線状とすれば、掃引１回当たりの無電極放電灯Ｌａの点灯時間を各共振負荷部で均一とすることができる。

さらに、動作周波数を連続的に変化させる代わりに、動作周波数をステップ状に変化させてもよい。

ここで、掃引をどのように行う場合であっても、人の目にちらつきが感知されにくいように、掃引は１秒間に１００回以上行うことが望ましい。

本発明の実施形態を示す回路図である。同上において動作周波数を横軸にとり共振負荷部に供給される電力を縦軸にとった説明図である。同上の動作を示す説明図である。同上の別の形態の要部を示す回路図である。同上の更に別の形態の要部を示す回路図である。同上の別の形態の動作を示す説明図である。同上の更に別の形態の動作を示す説明図である。同上の別の形態の要部を示す説明図である。

符号の説明

１直流電源部
２スイッチング部
５制御部
３１，３２誘導コイル
４１，４２共振負荷部
Ｌａ１，Ｌａ２無電極放電灯

Claims

透光性を有する材料からなるバルブに放電ガスが封入されてなる無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置であって、
それぞれ無電極放電灯に近接配置される誘導コイルを有し少なくとも無電極放電灯の非点灯時の共振周波数がそれぞれ異なる複数個の共振負荷部と、各共振負荷部にそれぞれ高周波電力を出力する電源部と、電源部の出力の周波数を制御する制御部とを備え、
制御部は、電源部の出力の周波数を、無電極放電灯を点灯維持可能な周波数範囲の少なくとも一部ずつを全ての共振負荷部についてそれぞれ含む周波数範囲で繰り返し掃引することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
無電極放電灯を点灯維持可能な入力電力の周波数範囲が共振負荷部間で互いに重複しない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。
制御部が掃引する周波数範囲は、各共振負荷部における無電極放電灯の非点灯時の共振周波数のうち最も低い周波数よりも低い周波数から、各共振負荷部における無電極放電灯の非点灯時の共振周波数のうち最も高い周波数よりも高い周波数までである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点灯装置。
共振負荷部のうち複数個について、各誘導コイルがそれぞれ共通の無電極放電灯に近接配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の無電極放電灯点灯装置。
制御部は、周波数の掃引を１秒間に１００回以上繰り返すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の無電極放電灯点灯装置。
請求項１〜５のいずれか記載の無電極放電灯点灯装置と、無電極放電灯点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。