JP2010287347A - 無電極放電灯点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 間欠点灯動作における消灯期間中の電磁ノイズの強度が抑えられ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】 無電極放電灯が点灯する程度に無電極放電灯への出力電力を大きくする点灯期間Ｐ１と、無電極放電灯が消灯する程度に無電極放電灯への出力電力を小さくする消灯期間Ｐ２とを周期的に繰り返す間欠点灯動作を行う無電極放電灯装置において、消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆを周期的に変動させるようにした。これにより、消灯期間Ｐ２中に発生する電磁ノイズの周波数が分散されるから、消灯期間Ｐ２中の電磁ノイズの強度が抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電灯点灯装置及び該無電極放電灯点灯装置を用いた照明器具に関するものである。

従来から、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無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置が提供されている。この種の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に対して高周波の交流電力を供給することにより、無電極放電灯のバルブ内に高周波電磁界を発生させるものである。高周波電磁界によって無電極放電灯のバルブ内にアーク放電が発生すると、励起された放電ガスが紫外線を放出する。無電極放電灯のバルブの内面には蛍光体が塗布されており、この蛍光体によって上記紫外線が可視光に変換されることにより、無電極放電灯は発光する。

この種の無電極放電灯点灯装置として、無電極放電灯を間欠的に点灯させる間欠点灯動作を行い、この間欠点灯動作中のオンデューティの変更により、無電極放電灯の光出力を変更可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３５３６００号公報

ところで、一般に電気機器では、他の電気機器の動作等に悪影響を与えないように、電磁ノイズの抑制が求められる。

上記のような間欠点灯動作を行う無電極放電灯点灯装置においては、間欠点灯動作中に無電極放電灯を点灯する点灯期間では、無電極放電灯内のプラズマによる吸収で電磁ノイズは抑えられるものの、間欠点灯動作中に無電極放電灯を消灯する消灯期間では、無電極放電灯内にプラズマが存在しないことにより、外部に放射される電磁ノイズ（輻射ノイズ）の強度が比較的に高くなってしまう。

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、間欠点灯動作における消灯期間中の電磁ノイズの強度が抑えられる無電極放電灯点灯装置及び照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、直流電力を出力する直流電源部と、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルとともに共振回路を構成する共振部と、直流電源部と共振部との電気的な接続を周期的に切り換えることで誘導コイルに交流電力を供給するスイッチング部と、スイッチング部が直流電源部と共振部との電気的な接続を切り換える周波数である動作周波数を制御することにより共振部から誘導コイルへの出力電力を制御する制御部とを備え、制御部は、無電極放電灯が点灯する程度に動作周波数を前記共振回路の共振周波数に対して近くする点灯期間と、無電極放電灯が消灯する程度に動作周波数を前記共振回路の共振周波数に対して高くする消灯期間とを周期的に交互に繰り返す間欠点灯動作が可能であって、間欠点灯動作における消灯期間中には、動作周波数を周期的に変化させることを特徴とする。

この発明によれば、消灯期間中に動作周波数を周期的に変化させることで、消灯期間中に発生する電磁ノイズの周波数が分散されるから、消灯期間中に動作周波数を変化させない場合に比べて電磁ノイズの強度が抑えられる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御部は、点灯期間と消灯期間との切換時には動作周波数の周期的な変化を停止させることを特徴とする。

この発明によれば、点灯期間と消灯期間との切換に伴う動作周波数の増減と動作周波数の周期的な変化による動作周波数の増減とが互いに相殺されてしまうことがない。

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、間欠点灯動作における消灯期間中に動作周波数が取りうる範囲の中央値は点灯期間中の動作周波数の２倍以上であることを特徴とする。

この発明によれば、消灯期間中に動作周波数が取りうる範囲の中央値を点灯期間中の動作周波数の２倍未満とする場合に比べ、共振部と誘導コイルとが構成する共振回路の共振周波数に対して消灯期間中の動作周波数をより大きく離すことになるから消灯期間中の出力電力が低下することにより電磁ノイズの強度が抑えられることに加え、消灯期間中に動作周波数がとり得る範囲をより大きくして電磁ノイズの周波数をより分散して電磁ノイズの強度をより低く抑えることができる。

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、間欠点灯動作における消灯期間中の動作周波数の最低値は、誘導コイルに出力される電圧の振幅が点灯期間中の２分の１となるような動作周波数であって点灯期間中の動作周波数よりも高い動作周波数よりも高くされていることを特徴とする。

この発明によれば、間欠点灯動作における消灯期間中に誘導コイルに出力される電圧の振幅の最大値は、点灯期間中に誘導コイルに出力される電圧の振幅の２分の１未満となるから、消灯期間中に誘導コイルに出力される電圧の振幅の最大値を、点灯期間中に誘導コイルに出力される電圧の振幅の２分の１以上とする場合に比べ、消灯期間中の電磁ノイズの強度がより低く抑えられる。

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、消灯期間中の動作周波数の変動幅は、消灯期間中の動作周波数の変化の周波数の６倍以上であることを特徴とする。

この発明によれば、消灯期間中の動作周波数の変動幅を、消灯期間中の動作周波数の変化の周波数の６倍未満とする場合に比べ、消灯期間中の電磁ノイズの周波数がより分散されるから、消灯期間中の電磁ノイズの強度がより低く抑えられる。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、消灯期間の開始直後と終了時とには、それぞれ、動作周波数は、消灯期間中に動作周波数がとり得る範囲の最低値とされることを特徴とする。

この発明によれば、消灯期間の開始直後や終了時に動作周波数が消灯期間中に動作周波数がとり得る範囲の最低値以外とされる場合に比べ、点灯期間と消灯期間との相互の移行に伴う動作周波数の変動幅すなわち誘導コイルへの出力電力の変動幅が抑えられることにより、回路部品にかかる電気的なストレスが抑えられる。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置と、無電極放電灯点灯装置の共振部に接続された誘導コイルと、無電極放電灯点灯装置と誘導コイルとをそれぞれ保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、消灯期間中に動作周波数を周期的に変化させることで、消灯期間中に発生する電磁ノイズの周波数が分散されるから、消灯期間中に動作周波数を変化させない場合に比べて電磁ノイズの強度が抑えられる。

請求項２の発明によれば、制御部は、点灯期間と消灯期間との切換時には動作周波数の周期的な変化を停止させるので、点灯期間と消灯期間との切換に伴う動作周波数の増減と動作周波数の周期的な変化による動作周波数の増減とが互いに相殺されてしまうことがない。

請求項３の発明によれば、間欠点灯動作における消灯期間中に動作周波数が取りうる範囲の中央値は点灯期間中の動作周波数の２倍以上であるので、消灯期間中に動作周波数が取りうる範囲の中央値を点灯期間中の動作周波数の２倍未満とする場合に比べ、共振部と誘導コイルとが構成する共振回路の共振周波数に対して消灯期間中の動作周波数をより大きく離すことになるから消灯期間中の出力電力が低下することにより電磁ノイズの強度が抑えられることに加え、消灯期間中に動作周波数がとり得る範囲をより大きくして電磁ノイズの周波数をより分散して電磁ノイズの強度をより低く抑えることができる。

請求項４の発明によれば、間欠点灯動作における消灯期間中の動作周波数の最低値は、誘導コイルに出力される電圧の振幅が点灯期間中の２分の１となるような動作周波数であって点灯期間中の動作周波数よりも高い動作周波数よりも高くされているので、間欠点灯動作における消灯期間中に誘導コイルに出力される電圧の振幅の最大値は、点灯期間中に誘導コイルに出力される電圧の振幅の２分の１未満となるから、消灯期間中に誘導コイルに出力される電圧の振幅の最大値を、点灯期間中に誘導コイルに出力される電圧の振幅の２分の１以上とする場合に比べ、消灯期間中の電磁ノイズの強度がより低く抑えられる。

請求項５の発明によれば、消灯期間中の動作周波数の変動幅は、消灯期間中の動作周波数の変化の周波数の６倍以上であるので、消灯期間中の動作周波数の変動幅を、消灯期間中の動作周波数の変化の周波数の６倍未満とする場合に比べ、消灯期間中の電磁ノイズの周波数がより分散されるから、消灯期間中の電磁ノイズの強度がより低く抑えられる。

請求項６の発明によれば、消灯期間の開始直後と終了時とには、それぞれ、動作周波数は、消灯期間中に動作周波数がとり得る範囲の最低値とされるので、消灯期間の開始直後や終了時に動作周波数が消灯期間中に動作周波数がとり得る範囲の最低値以外とされる場合に比べ、点灯期間と消灯期間との相互の移行に伴う動作周波数の変動幅すなわち誘導コイルへの出力電力の変動幅が抑えられることにより、回路部品にかかる電気的なストレスが抑えられる。

本発明の実施形態において出力電圧の絶対値｜Ｖｘ｜と動作周波数ｆとの時間変化を示す説明図である。 同上を示す回路ブロック図である。 同上を用いた照明器具の一例を示す一部破断した正面図である。

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。

本実施形態の無電極放電灯点灯装置１は、図２に示すように、外部の交流電源ＡＣを電源とし、無電極放電灯６に近接配置される誘導コイル５に接続して用いられるものであって、交流電源ＡＣから入力された交流電力を所定電圧の直流電力に変換する直流電源部２と、直流電源部２が出力した直流電力を高周波の交流電力に変換して誘導コイル５に出力する電力変換部３と、電力変換部３を制御する制御部４とを備える。

無電極放電灯６は、例えばガラスのような透明な材料からなる中空のバルブに、不活性ガスと水銀蒸気とを含む放電ガスが封入されてなる。無電極放電灯６のバルブには、水銀蒸気の濃度を一定に保つためのアマルガムが封入されている。さらに、無電極放電灯６のバルブの内面には蛍光体膜（図示せず）が設けられており、誘導コイル５が発生させる高周波電磁界によってバルブ内にアーク放電が発生すると、発生した紫外線が上記の蛍光体膜において可視光に変換されることにより、無電極放電灯６は発光する。

直流電源部２は、例えば、交流電源ＡＣから入力された交流電力を全波整流するダイオードブリッジ（図示せず）と、このダイオードブリッジの直流出力を電源として所定電圧の直流電力を生成する周知のＤＣ−ＤＣコンバータ回路（図示せず）とで構成することができ、周知技術で実現可能であるので詳細な図示並びに説明は省略する。

電力変換部３は、誘導コイル５に接続されて誘導コイル５とともに共振回路を構成する共振部３２と、共振部３２と直流電源部２との間に介在し共振部３２と直流電源部２との接続を周期的に切り換えることで共振部３２から誘導コイル５に高周波電力を出力させるスイッチング部３１とを備える。

スイッチング部３１は、直流電源部２の出力端間に接続された２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路からなる。

共振部３２は、スイッチング部３１の２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と誘導コイル５の一端との間に接続されたインダクタＬ１と直列コンデンサＣｓとの直列回路と、一端がインダクタＬ１と直列コンデンサＣｓとの接続点に接続されるとともに他端が誘導コイル５の他端とともに直流電源部２の低電圧側の出力端（すなわち回路のグランド）に接続された並列コンデンサＣｐとからなる。つまり、共振部３２はスイッチング部３１の低電圧側（ローサイド）のスイッチング素子Ｑ２の両端間に接続されている。

制御部４は、スイッチング部３１の２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフ駆動する駆動部４１を備える。すなわち、駆動部４１がスイッチング部３１の２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフすれば、共振部３２と誘導コイル５とが構成する共振回路の共振により、共振部３２から誘導コイル５に交流電力が出力される。このような駆動部４１は周知の電子回路で実現可能であるので詳細な図示並びに説明は省略する。図１に示すように、共振部３２から誘導コイル５への出力電圧（すなわち誘導コイル５の両端電圧、以下、単に「出力電圧」と呼ぶ。）Ｖｘの振幅（以下、「出力振幅」と呼ぶ。）は、駆動部４１がスイッチング部３１の２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフする周波数（すなわち電力変換部２の出力電圧の周波数。以下、「動作周波数」と呼ぶ。）ｆが、上記の共振回路の共振周波数（以下、単に「共振周波数」と呼ぶ。）に近いほど大きくなる。

また、駆動部４１は、コンデンサＣ１を介してグランドに接続された端子と、第１抵抗Ｒ１を介してグランドに接続された制御端子とを有し、制御端子から流出する電流が多いほど動作周波数ｆを高くする。上記の第１抵抗Ｒ１にはさらに第２抵抗Ｒ２と制御用交流電源ＶｆｍとスイッチＳＷとの直列回路が並列に接続されている。そして、スイッチＳＷがオフされている期間には動作周波数ｆは出力振幅を無電極放電灯６が点灯する程度に大きくする所定の点灯周波数ｆ１とされ、スイッチＳＷがオンされている期間には動作周波数ｆは点灯周波数ｆ１よりも高周波数側において無電極放電灯６が消灯する程度に出力振幅を小さくする範囲内で制御用交流電源Ｖｆｍの出力により周期的に変動する。つまり、スイッチＳＷがオフされている期間が点灯期間Ｐ１であり、スイッチＳＷがオンされている期間が消灯期間Ｐ２である。また、制御用交流電源Ｖｆｍの出力の周波数が、すなわち消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの変動の周波数（以下、「変動周波数」と呼ぶ。）ｆｆｍとなる。いうまでもなく、点灯期間Ｐ１と消灯期間Ｐ２との繰り返しの周波数（ＰＷＭ周波数）、並びに、変動周波数ｆｆｍは、それぞれ点灯周波数ｆ１に対して十分に低くされる。また、消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの変動の周期Ｔｆｍ＝１／ｆｆｍは消灯期間Ｐ２の流さよりも長くされる。本実施形態では、上記のように消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆが周期的に変動することで、消灯期間Ｐ２中に発生する電磁ノイズの周波数が分散されるから、消灯期間Ｐ２中の電磁ノイズの強度が抑えられている。

さらに、制御部４は、無電極放電灯６の光出力を指示する信号である調光信号を受信するとともに、受信された調光信号によって指示された光出力が低いほど高いオンデューティでスイッチＳＷを周期的にオンオフ駆動する間欠点灯動作を行う調光信号受信部４２を備える。調光信号は有線で送受信される電気信号であってもよいし、電波や赤外光を媒体として送受信されるワイヤレス信号であってもよい。いずれの場合にも調光信号受信部４２は周知技術で実現可能であるので詳細な図示並びに説明は省略する。

ここで、本実施形態では、点灯周波数ｆ１は１２５ｋＨｚとされ、消灯期間Ｐ２中に動作周波数ｆがとり得る範囲の中央値（以下、「消灯周波数」と呼ぶ。）ｆ２は２８０ｋＨｚとされている。このように消灯周波数ｆ２を点灯周波数ｆ１の２倍以上としていることにより、消灯周波数ｆ２を点灯周波数ｆ１の２倍未満とする場合に比べ、消灯期間Ｐ２中の出力振幅がより小さくなること、並びに、消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの変動幅をより大きくして電磁ノイズの周波数をより分散させることができることにより、電磁ノイズの強度をより低く抑えることができる。

また、スイッチＳＷのオフにより第２抵抗Ｒ２と制御用交流電源Ｖｆｍとが同時に駆動部４１から切り離され、つまり第２抵抗Ｒ２の切り離しによる動作周波数ｆの遷移と制御用交流電源Ｖｆｍの切り離しによる動作周波数ｆの周期的変動の停止とが同時になされるから、点灯期間Ｐ１と消灯期間Ｐ２との間の動作周波数ｆの切換時には動作周波数ｆの周期的変動も停止されることになる。これにより、点灯期間Ｐ１と消灯期間Ｐ２との間の動作周波数ｆの遷移と、動作周波数ｆの周期的変動とが、互いに打ち消しあってしまうようなことがない。

さらに、消灯期間Ｐ２中の出力振幅の最大値は、点灯期間Ｐ１中の出力振幅の２分の１未満とされている。つまり、消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの最低値は、出力振幅が点灯期間Ｐ１中の出力振幅の２分の１となるような動作周波数ｆよりも高くされている。定数ｍと変動周波数ｆｆｍとを用いて消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの変動幅が２×ｍ×ｆｆｍと表され、すなわち消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの最低値がｆ２−ｍ×ｆｆｍと表される場合において、動作周波数ｆが点灯周波数ｆ１であるときに比べて出力振幅が２分の１となるような動作周波数ｆであって点灯周波数ｆ１より高い動作周波数ｆをｆ１＋Δｆ１とおくと、上記の条件は、ｆ２−ｍ×ｆｆｍ＞ｆ１＋Δｆ１と表される。さらに、点灯周波数ｆ１が共振周波数であるという条件のもとでは、共振部３２と誘導コイル５とが構成する共振回路の共振の鋭さ（Ｑ値）をＱ１とおくと、定義によりＱ１＝ｆ１／（２×Δｆ１）であり、すなわちΔｆ１＝ｆ１／（２×Ｑ１）であるので、上記の式は、ｆ２−ｍ×ｆｆｍ＞（１＋１／（２×Ｑ１））ｆ１と書き換えることができる。これにより、消灯期間Ｐ２中の出力振幅の最大値を点灯期間Ｐ１中の出力振幅の２分の１以上とする場合に比べ、消灯期間Ｐ２中の出力振幅の低下により直接的に消灯期間Ｐ２中の電磁ノイズの強度が抑えられる。

さらに、消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの変動幅２×ｍ×ｆｆｍを変動周波数ｆｆｍの６倍以上とすれば、すなわち上記の定数ｍを３以上とすれば、上記の定数ｍを３未満とする場合に比べ、消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの変動幅２×ｍ×ｆｆｍをより大きくすることになり、つまり消灯期間Ｐ２中の電磁ノイズがより分散されるから、消灯期間Ｐ２中の電磁ノイズの強度がより抑えられる。

また、点灯期間Ｐ１から消灯期間Ｐ２への切換直後、並びに、消灯期間Ｐ２から点灯期間Ｐ１への切換直前における動作周波数ｆは、それぞれ、消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆがとり得る範囲の下限（上記の例ではｆ２−ｍ×ｆｆｍ）であることが、切換時の動作周波数ｆの変動幅すなわち誘導コイル５への出力電力の変動幅を小さくして回路部品への電気的なストレスを抑える観点では望ましい。消灯期間Ｐ２中に動作周波数ｆの周期的な変化を止めることがないとすると、上記の条件を満たすには、消灯期間Ｐ２の長さは、消灯期間Ｐ２中の動作周波数ｆの変動の周期Ｔｆｍ＝１／ｆｆｍの整数倍であることが必要条件となる。

上記の無電極放電灯点灯装置１は、図３に示すような照明器具７に用いることができる。図３の照明器具７は、無電極放電灯点灯装置１を収納及び保持したケース１０と、ケース１０が固定されるとともに誘導コイル５と無電極放電灯６とをそれぞれ放熱板７０を介して保持しケース１０及び放熱板７０とともに請求項における器具本体を構成するベース７１と、透光性を有する材料からなり無電極放電灯６を囲む筒形状であって放熱板７０に対して固定され無電極放電灯６の光を拡散させる拡散板７２と、透光性を有する材料からなり拡散板７２を囲む筒形状であって一方（図３での下側）の開口がベース７１により閉塞されたグローブ７３と、グローブ７３の他方（図３での上側）の開口を閉塞するカバー７４とを備える。無電極放電灯６は電球形状であって窪みを有し、誘導コイル５は無電極放電灯６の窪み内に挿入されることで無電極放電灯６に近接配置されている。上記のような照明器具７は周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。

１ 無電極放電灯点灯装置
２ 直流電源部
４ 制御部
５ 誘導コイル
６ 無電極放電灯
７ 照明器具
１０ ケース（請求項における器具本体）
３１ スイッチング部
３２ 共振部
７０ 放熱板（請求項における器具本体）
７１ ベース（請求項における器具本体）

Claims (7)

1. 直流電力を出力する直流電源部と、
   無電極放電灯に近接配置される誘導コイルとともに共振回路を構成する共振部と
   直流電源部と共振部との電気的な接続を周期的に切り換えることで誘導コイルに交流電力を供給するスイッチング部と、
   スイッチング部が直流電源部と共振部との電気的な接続を切り換える周波数である動作周波数を制御することにより共振部から誘導コイルへの出力電力を制御する制御部とを備え、
   制御部は、無電極放電灯が点灯する程度に動作周波数を前記共振回路の共振周波数に対して近くする点灯期間と、無電極放電灯が消灯する程度に動作周波数を前記共振回路の共振周波数に対して高くする消灯期間とを周期的に交互に繰り返す間欠点灯動作が可能であって、間欠点灯動作における消灯期間中には、動作周波数を周期的に変化させることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 制御部は、点灯期間と消灯期間との切換時には動作周波数の周期的な変化を停止させる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. 間欠点灯動作における消灯期間中に動作周波数が取りうる範囲の中央値は点灯期間中の動作周波数の２倍以上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。
4. 間欠点灯動作における消灯期間中の動作周波数の最低値は、誘導コイルに出力される電圧の振幅が点灯期間中の２分の１となるような動作周波数であって点灯期間中の動作周波数よりも高い動作周波数よりも高くされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置。
5. 消灯期間中の動作周波数の変動幅は、消灯期間中の動作周波数の変化の周波数の６倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置。
6. 消灯期間の開始直後と終了時とには、それぞれ、動作周波数は、消灯期間中に動作周波数がとり得る範囲の最低値とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の無電極放電灯点灯装置と、無電極放電灯点灯装置の共振部に接続された誘導コイルと、無電極放電灯点灯装置と誘導コイルとをそれぞれ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。

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