JP2008091064A - 無電極放電灯点灯装置及びその照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】共振回路を備える電力変換回路の動作周波数を周期的に可変することで出力を制御する無電極放電灯点灯装置において、共振コンデンサの温度変化による共振特性の変化を抑制し、立ち消えを防止する。
【解決手段】誘導コイル１５と直列に接続される共振コンデンサＣｓと、誘導コイル１５及び共振コンデンサＣｓの直列回路と並列に接続される共振コンデンサＣｐと、共振コンデンサＣｐと直列に接続される共振チョークＬｓを近接配置し、共振コンデンサＣｐはリード端子を結ぶ直線が共振チョークＬｓとの対向面に対して略垂直に配置され、共振チョークＬｓから見て共振コンデンサＣｐよりも共振コンデンサＣｓの方が離れてプリント基板１上に実装されている。プリント基板１は金属ケース２内部に配置され、共振コンデンサＣｐと金属ケース２の壁の間に絶縁板７を配置し、その高さを共振コンデンサＣｐが傾いた時に絶縁板７と接する高さ以上とした。
【選択図】図１

Description

本発明は無電極放電灯点灯装置及びその照明器具に関するものである。

第１の従来例として特開２００５−１５８４６４号公報に示される無電極放電灯点灯装置がある。これは、共振回路を有する電力変換回路の出力を無電極放電灯に近接する誘導コイルに供給するものであり、図１４に示すように、動作周波数ｆｉｎｖが徐々に減少して始動周波数ｆｍに達すると、電力変換回路の出力電圧Ｖｃｏｉｌが始動電圧に達し、無電極放電灯が点灯して共振特性が無負荷時の曲線イから点灯時の曲線ロへ変化することで出力電圧Ｖｃｏｉｌが下降する。さらに無電極放電灯が点灯した後も動作周波数ｆｉｎｖは始動終了周波数ｆｅまで減少し、その後、動作周波数ｆｉｎｖは電力変換回路の共振電流が無電極放電灯の定格点灯時における所望のレベルになるように制御される。

第２の従来例として特開２０００−３５３６００号公報に示される無電極放電灯点灯装置がある。これは、無電極放電灯に近接する誘導コイルの両端電圧Ｖｃｏｉｌの振幅を間欠的に変化させ、高振幅の期間では無電極放電灯を点灯させ、低振幅の期間では誘導コイルの両端電圧を点灯維持電圧未満とすることで無電極放電灯を消灯させ、高振幅の期間と低振幅の期間の時間比率により無電極放電灯の点滅動作を行い、所望の出力を得ている。

第３の従来例として無電極放電灯の点灯装置ではないが、一般の蛍光灯用のインバータ照明器具の従来例として、特開平８−２０３６８２号公報には、インバータ回路を構成する共振用のチョークコイルとコンデンサがプリント基板上で近接して配置されている構成が開示されているが、高温発熱部品である共振用のチョークコイルに近接して配置されたコンデンサは、共振用のコンデンサではなく直流カット用のコンデンサであり、共振用のコンデンサはインバータ回路の外部に配置されている。
特開２００５−１５８４６４号公報 特開２０００−３５３６００号公報 特開平８−２０３６８２号公報

無電極放電灯では高い始動電圧を必要とするため、共振回路部のＱが高く設計される。そのため、共振コンデンサの僅かな容量値の変化により、共振特性の大きな変化が生じて、立ち消えという問題が発生する。

特に、数百ｋＨｚ程度の比較的に低い高周波電力で動作する無電極放電灯では、共振回路部に大容量・高耐圧のコンデンサが必要となり、間欠点灯方式で出力電力を制御する場合には、より高耐圧のコンデンサが必要となる。このため、共振コンデンサとしてサイズの大きいフィルムコンデンサを使用することになる。しかも、高い始動電圧を必要とするため、プリント基板上のパターン配線は短くする必要があるので、共振チョークと共振コンデンサを近接して配置することになる。このため、フィルムコンデンサが組み立て工程やランプ点灯中に振動等により傾き、高温発熱部品である共振チョークに近づいたり、または共振チョークと接触した場合、共振コンデンサの温度が上昇するという問題がある。共振コンデンサの温度が上昇すると、温度特性により共振コンデンサの容量値が変化することになり、共振特性が変化して、立ち消えという問題が発生する。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共振回路を備える電力変換回路の動作周波数を周期的に可変することで出力を制御する無電極放電灯点灯装置において、共振コンデンサの温度変化による共振特性の変化を抑制し、立ち消えを防止することにある。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図５に示すように、少なくともスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と共振回路（Ｌｓ，Ｃｓ，Ｃｐ）を含み、直流電力ＶＤＣを高周波電力Ｖｃｏｉｌに変換して無電極放電灯１６に近接配置される誘導コイル１５に高周波電力Ｖｃｏｉｌを供給する電力変換回路１３を備え、前記電力変換回路１３の動作周波数を周期的に変化させて無電極放電灯１６を視覚的に感じない速さで点滅させることで出力を制御する無電極放電灯点灯装置であって、前記共振回路は、前記誘導コイル１５と直列に接続される第１の共振コンデンサＣｓと、前記誘導コイル１５及び第１の共振コンデンサＣｓの直列回路と並列に接続される第２の共振コンデンサＣｐ（Ｃｐ１，Ｃｐ２）と、第２の共振コンデンサＣｐと直列に接続される共振チョークＬｓとを含み、図１〜図４に示すように、第２の共振コンデンサＣｐが前記共振チョークＬｓと近接配置されると共に第２の共振コンデンサＣｐの２本のリード端子６を結ぶ直線が第２の共振コンデンサＣｐと前記共振チョークＬｓの対向面に対して略垂直となるよう配置され、第１の共振コンデンサＣｓは第２の共振コンデンサＣｐと近接配置され、前記共振チョークＬｓと第２の共振コンデンサＣｐ間の距離よりも前記共振チョークＬｓと第１の共振コンデンサＣｓ間の距離の方が離れてプリント基板１上に実装されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、図１〜図３に示すように、前記プリント基板１が金属ケース２内部に配置され、前記電力変換回路１３の共振チョークＬｓの少なくとも１つと前記共振コンデンサＣｐの少なくとも１つが前記金属ケース２の壁と近接設置され、該共振コンデンサＣｐと前記金属ケース２の壁の間に絶縁板７を有し、図２（ｂ）に示すように、前記絶縁板７の高さを前記金属ケース２の壁と近接配置された共振コンデンサが傾いた時に前記絶縁板７と接する高さ以上としたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、図３に示すように、前記共振コンデンサが複数存在し、前記プリント基板１が金属ケース２の内部に配置され、前記金属ケース２に近接配置された共振コンデンサＣｐ１のサイズが、他の共振コンデンサＣｐ２のサイズよりも小さいことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、図１（ｂ）または図３（ｂ）に示すように、前記共振コンデンサの本体部分５が樹脂９で埋まらないよう高さ制限を設けて樹脂充填を行うことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、図３（ａ）または図４（ａ），（ｂ）に示すように、前記共振チョークＬｓと近接配置された共振コンデンサＣｐを含め、共振回路を形成する複数個のコンデンサが列状に実装され、すべてのコンデンサの向き及び中心線をおよそ合わせて配置することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を備えた照明器具である。

請求項１の発明によれば、共振チョークとこの共振チョークに近接配置された共振コンデンサを略垂直に配置することで、共振コンデンサが傾いても、共振チョークと接触することを防止できる。これにより、共振コンデンサの加熱、温度特性による容量値の変化を防ぎ、Ｑの大きい共振回路の特性変化を防止して、無電極放電灯の立ち消えを防止できる。また、共振チョーク、第２の共振コンデンサ、第１の共振コンデンサの順で配置することにより、誘導コイルと直接接続される第１の共振コンデンサは、高温発熱部品である共振チョークからの熱を受けにくくなり、温度特性の影響を抑えることができる。これにより、特性変化を防止して、無電極放電灯の立ち消えを防止できる。

請求項２の発明によれば、共振チョークと共振コンデンサを金属ケースに近接させて熱がケース外部に逃げやすい構造にすると共に、共振コンデンサと金属ケース間に所定の高さの絶縁板を設けることで、共振コンデンサが傾いても金属ケースと直接接することがないので、共振コンデンサが金属ケースに地絡する恐れが無い。

請求項３の発明によれば、共振コンデンサのうちサイズが小さい方を金属ケース側に配置することで、全体として温度上昇の影響を受けにくくすることができ、また、サイズの小さいコンデンサは同じ角度の傾きでもサイズの大きいコンデンサに比べて金属ケースに接触しにくいので、より地絡を起こりにくくすることができる。

請求項４の発明によれば、樹脂充填の高さを制限することで、充填材を通じて高温発熱部品である共振チョークから共振コンデンサへの熱伝導を抑えることができ、共振コンデンサの特性変化を抑制できる。

請求項５の発明によれば、すべてのコンデンサの向き及び中心線をおよそ合わせることにより、コンデンサ間の隙間が他のコンデンサによって遮られない構造となるため、コンデンサ周辺の対流をスムーズに流すことができ、コンデンサの温度上昇を抑制し、容量値を一定に保つことが可能となる。

請求項６の発明によれば、照明器具に請求項１〜５のいずれかに示す無電極放電灯点灯装置を用いることにより、特性変化が少なく、立ち消えしにくい、信頼性の高い照明器具を提供することが可能となる。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る無電極放電灯点灯装置のプリント基板１を金属ケース２に収納した構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。プリント基板１には、無電極放電灯点灯装置を構成する複数の回路素子が実装されている。

その回路構成の一例を図５に示す。交流電源ＡＣからの電力供給を受けて、直流電圧ＶＤＣを出力する直流電源１０と、直流電源１０からの電力供給を受けて高周波電圧Ｖｃｏｉｌを出力するインバータ回路１３と、インバータ回路１３を駆動するドライブ回路１４と、インバータ回路１３の出力に接続されるフェライトコアを有する誘導コイル１５と、誘導コイル１５に近接配置される無電極放電灯１６から構成され、無電極放電灯１６を装備される照明器具に搭載される。

無電極放電灯１６は、透明な球状のガラスバルブまたは内面に蛍光体が塗布された球状のガラスバルブ内に不活性ガス・金属蒸気等の放電ガス（例えば、水銀及び希ガス）が封入されている。

直流電源１０は、整流用ダイオードブリッジ１１とスイッチング素子Ｑ１０、インダクタＬ１０、ダイオードＤ１０、制御回路１２及び平滑用コンデンサＣ１０からなる昇圧チョッパ回路で構成される。

インバータ回路１３は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、共振チョークＬｓ、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、Ｃｓから構成されており、誘導コイル１５に対して数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル１５に高周波電磁界を発生させて無電極放電灯１６に高周波電力を供給する。これに応じて、無電極放電灯１６内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発生させるようになっている。

図１の実装図に戻って、図中のＣｓは誘導コイル１５と直列に接続される第１の共振コンデンサ、Ｃｐ１，Ｃｐ２は誘導コイル１５及び第１の共振コンデンサＣｓの直列回路と並列に接続される第２の共振コンデンサ、Ｌｓは第２の共振コンデンサＣｐと直列に接続される共振チョークＬｓである。

共振回路は高い始動電圧を出すために、共振チョークＬｓ、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２，Ｃｓをコンパクトに配置するのが望ましい。また、同時に共振回路は温度上昇の抑制、特性変化の抑制のため、共振チョークＬｓ、共振コンデンサＣｐ１を金属ケース２に近接させて熱がケース外部に逃げやすい構造にすることが好ましい。

特に共振チョークＬｓは高温発熱部品であり、少なくとも一辺を金属ケース２と近接させる、また、出来ればケース角部に配置することで二辺を金属ケース２と近接させることで、大きな温度低減効果が得られる。これにより、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２が共振チョークＬｓから熱をもらいにくくすることができる。

本実施形態では、高温発熱部品である共振チョークＬｓの二辺を金属ケース２の角部に配置することで、放熱効果を高めている。また、共振チョークＬｓ、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、共振コンデンサＣｓの順で配置している。共振コンデンサＣｓは誘導コイル１５と直列に接続されるので、出力側の管灯線３の近くに配置されている。入力側の電源線４は管灯線３とは反対側から導出されており、管灯線３の高周波ノイズが電源線４に漏洩しにくい構造となっている。

共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２，Ｃｓはフィルムコンデンサよりなり、図２（ａ）に示すように、コンデンサ本体５から２本のリード端子６が導出されている。各リード端子６はプリント基板１のホールに挿入されて半田付けにより固定される。共振コンデンサＣｐ１は共振チョークＬｓと近接配置されると共に共振コンデンサＣｐ１の２本のリード端子６を結ぶ直線が共振コンデンサＣｐ１と共振チョークＬｓの対向面に対して略垂直となるよう配置されている。共振コンデンサＣｐ２についても同様である。

この実施形態によれば、共振チョークＬｓとこの共振チョークＬｓに近接配置された共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２を略垂直に配置することで、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２が傾いても、共振チョークＬｓと接触することを防止できる。つまり、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２が傾くとしても、図１（ａ）の太い矢印に示す方向にのみ傾くので、共振チョークＬｓと接触することは回避できる。したがって、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２の加熱、温度特性による共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２の容量値の変化を防止できる。これにより、Ｑの大きい共振回路の特性変化を防ぎ、立ち消えを防止できる。

次に、第１の共振コンデンサＣｓは、管灯線３を介して誘導コイル１５と直接接続されるため、少しの特性変化でも無電極放電灯の特性が大きく変わる。例えば、共振コンデンサＣｓの電圧変化がそのまま誘導コイル１５の電圧変化になる。これを抑えるため、共振チョークＬｓ、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、共振コンデンサＣｓの順で配置する。これにより共振コンデンサＣｓは高温発熱部品である共振チョークＬｓからの熱を受けにくくなり、温度特性の影響を抑えることができる。したがって、より特性変化、立ち消えを起こりにくくすることが可能である。

ところで、図１の配置において、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２と共振チョークＬｓを垂直に配置したことで、共振コンデンサＣｐ１が傾くと金属ケース２の壁と接触し、地絡する恐れが生じる。そこで、共振コンデンサＣｐ１と金属ケース２の間に絶縁板７を敷く。絶縁板７の高さは今までとおり導通部のリード端子６までの高さがあればよいのではなく、図２（ｂ）に示すように、共振コンデンサＣｐ１が傾いても金属ケース２と直接接することのない高さまで設ける必要がある。一方、絶縁板７の高さが高すぎると、組み立て時に邪魔になる。よって、絶縁板７の高さは共振コンデンサＣｐ１が傾いたときに絶縁板７に接する高さより若干高い程度にするのが良い。これにより組み立て性が向上する利点がある。

なお、無電極放電灯は用途的に屋外仕様であることが多く、プリント基板１の半田面に設置されたチップ部品８等の湿気対策のため樹脂充填をすることが多い。本実施形態では、プリント基板１の半田面で所定の高さまで樹脂９を充填しており、これによりチップ部品８の防湿効果が得られる。

（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係る無電極放電灯点灯装置のプリント基板１を金属ケース２に収納した構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

本実施形態でも共振コンデンサＣｐ１とＣｐ２が並列接続されており、共振チョークＬｓ、共振コンデンサＣｐ１、Ｃｐ２が近接配置されている。実施形態１との相違点として、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２をアンバランスにし、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２のうち、サイズが小さい方を金属ケース２側に配置した点が異なる。これはサイズの大きい共振コンデンサＣｐ２が金属ケース２に近接した場合、接触する恐れのある面積が大きくなるうえに、小さな角度の傾きでも金属ケース２に接触してしまうという不利な点があるためである。このように、サイズの小さいコンデンサＣｐ１を金属ケース２側に配置することで、より地絡を起こりにくくすることができる。これにより、安全性を向上させることができる効果がある。さらにサイズの小さいコンデンサＣｐ１の方がサイズの大きいコンデンサＣｐ２よりも温度の影響を受けやすい。よって、このサイズの小さいコンデンサＣｐ１を金属ケース２の壁に近づけることで温度の影響を受けにくくし、全体として温度特性の影響を小さくすることができる。

上述のように、無電極放電灯は用途的に屋外仕様であることが多く、プリント基板１の半田面に設置されたチップ部品８等の湿気対策のため樹脂充填をすることが多い。このとき、樹脂９の充填の高さを、図３（ｂ）に示すように、フィルムコンデンサ本体の一部が埋まらないようフィルムコンデンサ本体の下部以下とする。充填の高さは、充填時に、樹脂硬化前の表面張力による樹脂の吸い上がりでフィルムコンデンサ下部と接触する分は問題ないと言える。この程度であれば、熱が伝わる断面積は小さく、悪影響は無視できる。また、表面張力による樹脂９の吸い上がりを防止するのも困難である。

図３（ｃ）は比較例（悪い例）であり、この高さまで充填材としての樹脂９で共振コンデンサの本体５が埋まると共振コンデンサの表面積が大きいので、共振チョークＬｓからの熱がかなり伝わってしまう。したがって、共振コンデンサの本体５が樹脂９で埋まらないよう高さ制限を設けて樹脂充填を行うことが好ましい。

もしくは、上述の実施形態１の図１（ｂ）に示したように、プリント基板１の半田面側に薄く充填する方式をとる。これにより共振チョークＬｓと共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２が近接していても、充填材を通じて高温発熱部品である共振チョークＬｓの熱が表面積の大きいコンデンサに伝わるのを抑えることができ、よりコンデンサの容量値を一定に保つことが可能となる。これにより特性変化を抑制し、立ち消えを防止できる。

また、図３（ａ）に示すように、複数の共振コンデンサがある場合、回路図通り、共振チョークＬｓ、コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、Ｃｓの順にそれぞれ近接させて実装する。このとき、すべてのコンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、Ｃｓの向き及び中心線をおよそ合わせる。それによりコンデンサ間の隙間が他のコンデンサによって遮られない構造となるため、図３（ａ）の破線の矢印で示すように、コンデンサ周辺の対流をスムーズに流すことができる。これによって、コンデンサの温度を余り上げることなく、容量値を一定に保つことが可能である。

また、同時に共振チョークＬｓから見て共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、Ｃｓが全て垂直配置かつ隙間が連続して続くのに加え、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、Ｃｓが共振チョークＬｓに対し平行配置したときよりも隙間数も多いことで、より共振チョークＬｓの熱をスムーズに流すことができ、良好な温度低減効果も期待できる。

また、フィルムコンデンサのループの向きを考えると、共振チョークＬｓとすべての共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、Ｃｓが垂直配置されることで、フィルムコンデンサの作る磁束が共振チョークＬｓにあたることはなく、インダクタンス値に干渉することはない。よって、共振チョークＬｓのインダクタンス値変化や誤動作を防ぐことができ、より特性変化を抑制し、立ち消えを防止できる。

図４はその他の配置例を示している。図４（ａ）は共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２のみならず、共振コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２も並列構成としたものであり、この場合にも、すべてのコンデンサＣｐ１，Ｃｐ２、Ｃｓ１，Ｃｓ２の向き及び中心線をおよそ合わせることにより、コンデンサ間の隙間が他のコンデンサによって遮られない構造となるため、破線の矢印で示すように、コンデンサ周辺の対流をスムーズに流すことができる。これによって、コンデンサの温度を余り上げることなく、容量値を一定に保つことが可能である。

図４（ｂ）は共振コンデンサＣｓのみならず共振コンデンサＣｐも各１個のコンデンサで構成したものであり、この場合にも、共振チョークＬｓ、共振コンデンサＣｐ、共振コンデンサＣｓの順に配置するのが良い。また、共振コンデンサＣｐと共振コンデンサＣｓは、その向き及び中心線をおよそ合わせることが好ましく、これにより、破線の矢印で示すように、コンデンサ周辺の対流をスムーズに流すことができる。

図４（ｃ）は比較例（悪い例）であり、図３の構成において、共振コンデンサＣｐ１，Ｃｐ２の向きと垂直に共振コンデンサＣｓを配置した例である。この場合、共振コンデンサＣｓの配置が通風の妨げとなっており、対流がスムーズに流れないことが分かる。

（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１，２で用いる図５の点灯装置の回路構成について補足説明する。この点灯装置は、電力変換回路としてのインバータ回路１３の動作周波数を周期的に変化させて無電極放電灯１６を視覚的に感じない速さで点滅させることで出力を制御する無電極放電灯点灯装置である。

間欠点灯しない連続点灯の場合であれば、通常、高い誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌが必要となるのは初回始動時のみである。よって、回路素子が劣化しない程度に電圧印加時間を長くとることで、良好な始動性が得られる。しかし、間欠点灯させる場合、通常点灯中も常に高い再点弧電圧が必要となるのに加え、電力を変化させずに間欠点灯のＯＮ期間を長くとるとすると、それに合わせて間欠点灯のＯＦＦ期間も長くする必要があり、再点弧電圧が上がり、カプラで騒音発生等の問題も生じる。よって、再点弧時間はそれほど長く取ることができず、この分、始動性は不利となる。

さらに回路動作中だと部品温度も高く、ただでさえ共振曲線にずれが生じる。このうえ、上述のような要因でさらに温度特性に変化があった場合、共振曲線のずれはさらに大きくなり、再点弧電圧が出せなくなる。その結果、立ち消えという問題が発生する。また、間欠発振動作では、ただでさえ点灯・消灯を繰り返し、周期的に再点弧電圧が発生するため、電力制御が難しく、電気特性が大きくばらつく。よって、これを抑えるためにも共振曲線を変化させたくない。

さらに、間欠発振動作では、共振曲線のずれによりＯＦＦ期間の動作ポイントが共振曲線の高い側にずれた場合、効率の低下、雑音の増大という問題が生じる。また、駆動周波数が共振曲線上の出力の小さい側に変化すると、ＯＦＦ期間のランプ入力電力は低下する。このとき、生成されるプラズマが少なくなるので、ＯＦＦ期間でのプラズマ拡散は早くなる。よって、再点弧電圧が上がり、カプラ、回路素子への連続的なストレスの印加、騒音の増大につながる。共振点付近で動作させるときは、共振曲線上の左右どちら側にずれても、この問題が発生する。

本実施形態では、始動スイープ回路１７や時定数可変回路１８を設けることで、間欠発振動作を安定させている。これにより、上述の各実施形態で述べた温度特性の変化を抑制する手段の効果と相俟って、信頼性の高い点灯装置を実現している。

図５のドライブ回路１４は、図６に示すように、ホロワアンプＱ１１、定電圧源Ｅｓ、電圧制御発振器ＶＣＯ、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２、ダイオードＤ１１で構成される。電圧制御発振器ＶＣＯの入力端子ＶＩには、定電圧源Ｅｓの出力電圧が抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で分圧されて与えられており、その分圧点から後述する制御電圧Ｖｆに応じてホロワアンプＱ１１が抵抗Ｒ１２、ダイオードＤ１１を介して電流Ｉｖｆを引き抜く。従って、電圧制御発振器ＶＣＯの入力端子ＶＩには制御電圧Ｖｆに応じた電圧が入力され、電圧制御発振器ＶＣＯはそれに応じた動作周波数ｆｉｎｖでＨｏｕｔ端子とＨ−ＧＮＤ端子間、Ｌｏｕｔ端子とＬ−ＧＮＤ端子間に、相互に位相が略１８０°ずれたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に対する略矩形波状の駆動信号を出力する。

始動スイープ回路１７は直流電圧Ｅ１、オペアンプＱ８、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１からなる積分回路、コンデンサＣ１の電荷放電のためのスイッチング素子Ｑ７、抵抗Ｒ２、Ｒ３（Ｒ３＜Ｒ２）等から構成される。

また、点滅調光制御を行うためにＰＷＭの始動制御信号である電圧Ｖｐｗｍを出力する図外の制御信号発生装置がある。

始動スイープ回路１７の動作について説明すると、始動制御信号Ｖｐｗｍがスイッチング素子Ｑ７の制御端子に入力され、スイッチング素子Ｑ７がＯＮ→ＯＦＦに変化すると、直流電圧Ｅ１からの電力供給を受けて抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１を充電し、コンデンサＣ１の両端電圧ＶＣ１をオペアンプＱ８の非反転入力端子に印加し、その出力である制御電圧Ｖｆをドライブ回路１４に出力する。その結果、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１により決定される時定数τ＝τ１〔＝Ｃ１×Ｒ１〕に応じて動作周波数ｆｉｎｖは開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで徐々にスイープする（図８参照）。

いま、ドライブ回路１４において制御電圧Ｖｆと動作周波数ｆｉｎｖの関係が図７の特性に設定されている場合、動作周波数ｆｉｎｖは減少方向にスイープすることとなり、インバータ回路１３の共振曲線が図１４であるとすると、スイープに応じて誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌが増加し、無電極放電灯６の点弧始動が可能となる。

一方、スイッチング素子Ｑ７がＯＦＦ→ＯＮに変化すると、コンデンサＣ１の電荷が抵抗Ｒ３、スイッチング素子Ｑ７を介して放電され、コンデンサＣ１の両端電圧ＶＣ１のレベルは抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２//Ｒ３の分圧で決定され、誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｓｔ１となり、誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌが減少するので、無電極放電灯６の点灯維持に必要な電圧より下回ることで消灯する。

従って、始動制御信号Ｖｐｗｍにより周期的にＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことにより点滅調光が可能となり、始動制御信号ＶｐｗｍのＯＮデューティを可変することにより、無電極放電灯１６に対する平均的な電力が全点灯時よりも低くなり、その結果、無電極放電灯１６が調光可能となる。

本回路で注目すべき点は、始動スイープの時定数を可変制御可能な時定数可変回路１８を有することである。時定数可変回路１８はコンデンサＣ１に並列接続されたコンデンサＣ０、トランジスタＱ９の直列回路等から構成され、スイープの時定数はトランジスタＱ９の制御入力に印加される時定数可変信号Ｖｔによって制御され、トランジスタＱ９がＯＮのとき、時定数τ＝τ０〔＝（Ｃ０＋Ｃ１）×Ｒ１〕、ＯＦＦの時、時定数τ＝τ１〔＝Ｃ１×Ｒ１〕となる。

図８を用いて時定数可変回路１３の動作について説明する。時間ｔ＝ｔ０で交流電源ＡＣを投入してから一定時間後のｔ＝ｔ４まで、時定数可変信号ＶｔをＨレベルとすることでスイープの時定数τ＝τ０となり、その後、時定数可変信号ＶｔをＬレベルとすることでスイープの時定数τ＝τ１（＜τ０）と時定数は減少する。

即ち、時間ｔ＝ｔ１で始動制御信号ＶｐｗｍがＨ→Ｌレベルになり、無電極放電灯１６の初期点弧のスイープを行い、電圧Ｖｃｏｉ＝Ｖｉｇｎ１で点弧するが、このときは時定数τ＝τ０である。時間ｔ＝ｔ３で始動制御信号ＶｐｗｍがＬ→Ｈレベルになり、誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｓｔ１と無電極放電灯１６の点灯に必要な電圧以下となり、消灯する。

その後、時間ｔ＝ｔ５で再び始動制御信号ＶｐｗｍがＨ→Ｌレベルになり、無電極放電灯１６の再点弧のスイープを行い、電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｉｇｎ２で再点弧するが、このときは時定数τ＝τ１であり、これ以降は点滅周波数である始動制御信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍが１００Ｈｚ〜数ｋＨｚの一定値で時定数τ＝τ１として動作する。

この結果、時定数τ＝τ０として初期点弧することによって、時定数τ＝τ１で初期点弧する場合と比較して、初期点弧時の最高電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｉｇｎ１を低減することが可能となる。

ただし、点滅調光時における消灯時の誘導コイル電圧Ｖｃｏｉｌ＝Ｖｓｔ１のレベルは、過大に高くしてもインバータ回路１３や、誘導コイル１５等での損失が増大するため、調光による省エネルギー効果は得られないので、実質的に該損失が僅かとなる程度とする。

なお、点滅調光の消灯については、インバータ回路１３の動作周波数ｆｉｎｖの制御により誘導コイル１５の電圧Ｖｃｏｉｌを点灯維持に必要な電圧未満とする方法以外にも、インバータ回路１３の出力を停止させる方法（図示はしない）であっても構わない。

この結果、点滅調光を行う無電極放電灯１６の初期点弧時において誘導コイル１５の最高電圧が抑制でき、インバータ回路１３の構成部品の電圧ストレスが小さく、また、誘導コイル１５にフェライトコアを用いる場合も磁気飽和を低減できるという効果がある。

図９は発明者が行った実験結果を示している。横軸は時定数τ（ｍｓ）、縦軸は始動電圧Ｖｉｇｎ（ｋＶｏ−ｐ）と始動時間（ｍｓ）である。ｆｐｗｍ：数百Ｈｚ〜数ｋＨｚの範囲では、再点滅調光時の時定数τ１は数ｍｓ以下である必要がある。また、点弧始動時の時定数τ０は点滅調光時（再点弧始動時）の時定数τ１よりも大きく設定し、時定数τ０＝３５ｍｓ、時定数τ１＝０．４ｍｓ、始動制御信号Ｖｐｗｍの周波数ｆｐｗｍ＝５００Ｈｚ、インバータ回路１３の動作周波数ｆｉｎｖ＝１３５ｋＨｚの条件で従来技術の場合（即ち初期点弧時、再点弧時ともスイープの時定数τ＝τ１）は初期点弧時の最高電圧Ｖｉｇｎ１＝１．６５ｋＶｏ−ｐであったのに対し、本実施形態の場合は、最高電圧Ｖｉｇｎ１＝１．１５ｋＶｏ−ｐと顕著な発生電圧低減効果を確認した。

始動スイープ回路１７の時定数可変手段としては、コンデンサ以外にも図１０のように抵抗を可変するものであってもよく、同様の効果が得られる。図１０において、図５との相違点は、時定数可変回路１８は抵抗Ｒ１に並列接続された抵抗Ｒ４、トランジスタＱ９の直列回路等から構成され、スイープの時定数はトランジスタＱ９の制御入力に印加される時定数可変信号Ｖｔによって制御され、トランジスタＱ９がＯＮのとき、時定数τ＝τ０〔＝Ｃ１×Ｒ１〕、ＯＦＦのとき、時定数τ＝τ１〔＝Ｃ０×（Ｒ１//Ｒ４）〕となり、図５と同様に、τ０＞τ１の関係を有する。ただし、このとき、トランジスタＱ９のエミッタ・ベース間電流は無視できるくらい小さいものとする。

（実施形態４）
図１１は本発明の無電極放電灯点灯装置で用いるバルブの断面図である。この図１１に示すように、無電極放電灯１６は、断面凹形状の空洞部１６ｂを有し、内部に放電ガスが封入されてなる略球状のバルブ１６ａから構成されるもので、フェライトコアを有する誘導コイル１５は、バルブ１６ａの空洞部１６ｂ内に挿入されるものである。

誘導コイル１５は、無電極放電灯１６の内部に封入された放電ガスに高周波電磁界を供給するものであり、導電性を有する線材が複数ターン巻回されたコイル本体１５ａと、コイル本体１５ａを保持するボビン１５ｂと、ボビン１５ｂ内部に収納された略筒状のコア１５ｃとを備えている。コア１５ｃは、例えば高周波磁気特性の良好な、Ｍｎ−Ｚｎのフェライトからなり、アルミ等の金属材料で形成された放熱体２１によって保持される。コア１５ｃの発熱は、放熱体２１を介して台座部２０に捨てられる。なお、コア１５ｃと放熱体２１の間に金属の板材を丸めて渦巻き状にしたバネ部材２２を介在させ、コア１５ｃと放熱体２１とを熱的に接続してある。

図１２は本発明の無電極放電灯点灯装置で用いるカプラの斜視図である。カプラとは誘導コイル１５とその周辺部材のことであり、図中、１５ａはコイル本体、１５ｂはボビン、１５ｃはコア、２０は台座である。インバータ回路は金属ケース２に収納されて、管灯線３を介してカプラのコイル本体１５ａに給電している。このカプラは上述の無電極放電灯１６を構成するバルブ１６ａの空洞部１６ｂに挿入されて、管灯線３を介してインバータ回路からコイル本体１５ａに高周波電力が供給されることでバルブ１６ａ内に高周波電磁界が発生し、内部の放電ガスが放電するものである。

（実施形態５）
図１３は無電極放電灯点灯装置と無電極放電灯１６から構成される照明器具の具体的構成例を示している。図示された照明器具は、反射部を構成するプリズム３０と、プリズム３０の基部に設けられたランプソケット部３１と、ランプソケット部３１の下方に設けられた回路収納部３２と、全体を覆う笠３３とを含んで構成されている。ランプソケット部３１に無電極放電灯１６が装着され、回路収納部３２に無電極放電灯点灯装置を構成する回路が収納されるものである。

本実施形態によれば、照明器具に実施形態１〜４の無電極放電灯点灯装置を用いることにより、特性変化が少なく、立ち消えしにくい、信頼性の高い照明器具を提供することが可能である。

本発明の実施形態１の実装状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面側から見た断面図である。 本発明の実施形態１の絶縁板の配置を示す図であり、（ａ）は右側面から見た断面図、（ｂ）は正面側から見たときの作用説明図である。 本発明の実施形態２の実装状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面側から見た断面図、（ｃ）は比較例の要部断面図である。 本発明の実施形態２の変形例と比較例を示す平面図である。 本発明の実施形態３の回路図である。 本発明の実施形態３のドライブ回路の回路図である。 本発明の実施形態３の電圧制御発振回路の特性図である。 本発明の実施形態３の動作波形図である。 本発明の実施形態３の時定数可変回路の動作説明図である。 本発明の実施形態３の一変形例の要部回路図である。 本発明の実施形態４のバルブの断面図である。 本発明の実施形態４のカプラとインバータの斜視図である。 本発明の実施形態５の照明器具の一部破断せる正面図である。 従来例の共振特性を示す特性図である。

符号の説明

１ プリント基板
２ 金属ケース
７ 絶縁板
１３ 電力変換回路
１５ 誘導コイル
１６ 無電極放電灯
Ｌｓ 共振チョーク
Ｃｓ 第１の共振コンデンサ
Ｃｐ 第２の共振コンデンサ

Claims (6)

1. 少なくともスイッチング素子と共振回路を含み、直流電力を高周波電力に変換して無電極放電灯に近接配置される誘導コイルに高周波電力を供給する電力変換回路を備え、前記電力変換回路の動作周波数を周期的に変化させて無電極放電灯を視覚的に感じない速さで点滅させることで出力を制御する無電極放電灯点灯装置であって、
   前記共振回路は、前記誘導コイルと直列に接続される第１の共振コンデンサと、前記誘導コイル及び第１の共振コンデンサの直列回路と並列に接続される第２の共振コンデンサと、第２の共振コンデンサと直列に接続される共振チョークとを含み、
   第２の共振コンデンサが前記共振チョークと近接配置されると共に第２の共振コンデンサの２本のリード端子を結ぶ直線が第２の共振コンデンサと前記共振チョークの対向面に対して略垂直となるよう配置され、
   第１の共振コンデンサは第２の共振コンデンサと近接配置され、前記共振チョークと第２の共振コンデンサ間の距離よりも前記共振チョークと第１の共振コンデンサ間の距離の方が離れてプリント基板上に実装されていることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 前記プリント基板が金属ケース内部に配置され、前記電力変換回路の共振チョークの少なくとも１つと前記共振コンデンサの少なくとも１つが前記金属ケース壁と近接設置され、該共振コンデンサと前記金属ケース壁間に絶縁板を有し、前記絶縁板の高さを前記金属ケース壁と近接配置された共振コンデンサが傾いた時に前記絶縁板と接する高さ以上とした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。
3. 前記共振コンデンサが複数存在し、前記プリント基板が金属ケース内部に配置され、前記金属ケースに近接配置された共振コンデンサのサイズが、他の共振コンデンサのサイズよりも小さいことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
4. 前記共振コンデンサの本体部分が樹脂で埋まらないよう高さ制限を設けて樹脂充填を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
5. 前記共振チョークと近接配置された共振コンデンサを含め、共振回路を形成する複数個のコンデンサが列状に実装され、すべてのコンデンサの向き及び中心線をおよそ合わせて配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を備えた照明器具。

Images