JP3409472B2 - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無電極放電灯に高周波
電磁界を印加して発光させる無電極放電灯点灯装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の無電極放電灯点灯装置の一
例を示すもので、使用する無電極放電灯１は、石英やセ
ラミクスなどの透光性材料で気密に形成されたバルブの
内部に希ガスあるいは希ガスの放電によって励起発光す
る物質又は金属蒸気などを封入し、内管面には必要に応
じて蛍光体が塗布されている。無電極放電灯１の外周に
は、導電性の良い金属などで形成された高周波電磁界印
加手段（誘導コイル）２が近接して配設されている。こ
の誘導コイル２に高周波電力を供給する高周波発振回路
４と、交流電源ＡＣの交流電圧を直流電圧に変換して高
周波発振回路４に供給する直流電源５と、無電極放電灯
１及び誘導コイル２と高周波発振回路４とを整合させる
マッチング回路３とを接続し、無電極放電灯点灯装置を
構成している。そして、高周波発振回路４から誘導コイ
ル２に数ＭＨｚから数１００ＭＨｚの高周波電流を流す
ことにより、誘導コイル２に高周波電磁界を発生させ、
無電極放電灯１に高周波電力を供給し、無電極放電灯１
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
視光を発生する。ここで、マッチング回路３は、無電極
放電灯１の点灯安定時に効率よく高周波電力を送ること
ができるように、無電極放電灯１の点灯安定時において
高周波発振回路４からみた負荷インピーダンスが適正値
になるように設計されている。

【０００３】しかし、マッチング回路３から見た誘導コ
イル２の入力インピーダンスは無電極放電灯１の状態に
より大きく変化する。具体的には、誘導コイル２の入力
インピーダンスは、無電極放電灯１の始動時には無電極
放電灯１と結合しない誘導コイル２のみが負荷となるた
め、インピ−ダンス成分が小さいと共に誘導成分が大き
いのに対し、無電極放電灯１の点灯時には、誘導コイル
２が無電極放電灯１の内部に発生したプラズマと結合
し、インピ−ダンス成分が大きくなる。また、無電極放
電灯の点灯直後から点灯安定状態に至るまでにも、マッ
チング回路３からみた誘導コイル２の入力インピーダン
スは変化する。

【０００４】上述の様な、マッチング回路３からみた誘
導コイル２の入力インピーダンスの変化のため、無電極
放電灯１の点灯安定時に、高周波発振回路４からみたマ
ッチング回路３の入力インピーダンスが適正値になるよ
うに調整した場合、無電極放電灯１の始動時及び点灯直
後から点灯安定時に至るまでの間は、高周波発振回路４
からみたマッチング回路３の入力インピーダンスが適正
値からずれてしまう。この適正値からのずれが大きい場
合、無電極放電灯１の始動時及び点灯直後から点灯安定
に至るまでの間に、高周波発振回路４に過大なストレス
がかかる。

【０００５】このため、無電極放電灯１の点灯安定時
に、高周波発振回路４から見たマッチング回路３の入力
インピーダンスを適正値に調整し、かつ無電極放電灯１
の始動時及び点灯直後から点灯安定に至るまでの間の、
高周波発振回路４から見たマッチング回路３の入力イン
ピーダンスの適正値からのずれを小さくするために、図
７に示す様にマッチング制御回路６により回転量を制御
されたモータ（図示せず）でバリコンＶＣを駆動してマ
ッチング回路３ｃの入力インピーダンスを可変する。も
しくは、図８に示す様に、マッチング回路３ｄにスイッ
チＳＷを設け、マッチング制御回路６からの外部入力で
スイッチＳＷをオン・オフ制御してマッチング回路３ｄ
の入力インピーダンスを可変するものがある。図７，８
に示す回路により、無電極放電灯１の点灯安定時に於け
る、マッチング回路３ｃ、３ｄの入力インピーダンスを
適正値にし、かつ無電極放電灯１の始動時及び点灯直後
から点灯安定に至るまでの間のマッチング回路３ｃ、３
ｄの入力インピーダンスの適正値からのずれを小さくす
ることが可能となる（実開平５−２０２９７号公報、特
開平５−２７５１８４号公報等参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図７の回路に
示す様なバリコンＶＣを使用したマッチング回路３ｃで
は、バリコンＶＣを設けたことによるマッチング回路３
ｃの大型化してしまう。また、無電極放電灯１の変化に
よる誘導コイル２の入力インピーダンスの変化の要因
が、主にインピ−ダンス成分の変化であるためにバリコ
ンＶＣのみを変化させても、マッチング回路３ｃの入力
インピーダンスの適正値からのずれを十分に小さくする
ことが難しい、という第１の問題点が生じてしまう。

【０００７】また、図８の回路に示す様なスイッチＳＷ
を使用したマッチング回路３ｄでは、一般的なスイッチ
では外部容量が大きいことや双方向性の問題が無視でき
ず、理想的なオン・オフ特性が得られないため、マッチ
ング回路３ｄの入力インピーダンスの適正値からのずれ
を十分に小さくする様な、マッチング回路３ｄの設計・
調整が困難である、という第２の問題点が生じてしま
う。

【０００８】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、無電極放電灯の始動時
から点灯安定に至るまでの間の高周波発振回路へのスト
レスを低減すると共に、無電極放電灯の始動及び安定点
灯を可能にする無電極放電灯点灯装置を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
れば、ガラスバルブ内に放電ガスを封入した無電極放電
灯と、無電極放電灯に高周波電磁界を印加する高周波電
磁界印加手段と、高周波電磁界印加手段を介して無電極
放電灯に高周波電力を供給する高周波発振装置と、高周
波電磁界印加手段と高周波発振装置とのインピーダンス
を整合させるための、受動素子から構成されるマッチン
グ回路とを備えた無電極放電灯点灯装置において、マッ
チング回路は、少なくとも受動素子とＰＩＮダイオード
から構成されると共に、高周波信号に対するＰＩＮダイ
オードの抵抗値を制御する制御手段を設け、制御手段
は、マッチング回路の入力インピーダンスの変動を小さ
くする様に、高周波信号に対する抵抗値を制御し、これ
に加えて無電極放電灯の点灯安定時に於ける抵抗値を最
小にするものであることを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明によれば、ガラスバル
ブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯と、無電極放電
灯に高周波電磁界を印加する高周波電磁界印加手段と、
高周波電磁界印加手段を介して無電極放電灯に高周波電
力を供給する高周波発振装置と、高周波電磁界印加手段
と高周波発振装置とのインピーダンスを整合させるため
の、受動素子から構成されるマッチング回路とを備えた
無電極放電灯点灯装置において、マッチング回路は、少
なくとも受動素子とＰＩＮダイオードから構成されると
共に、高周波信号に対するＰＩＮダイオードの抵抗値を
制御する制御手段を設け、制御手段は、マッチング回路
の入力インピーダンスの変動を小さくする様に、高周波
信号に対する抵抗値を制御し、これに加えて高周波信号
に対する抵抗値が、無電極放電灯の始動時もしくは点灯
安定時のいずれか一方に於いて最大となると共に、他方
に於いて最小になることを特徴とする。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明によれば、無電極放電灯の
始動時は、ＰＩＮダイオードの高周波信号に対する抵抗
値を大きくする様にＰＩＮダイオードに印加する直流電
圧を制御する。無電極放電灯の点灯安定時は、ＰＩＮダ
イオードの高周波信号に対する抵抗値を小さくすると共
に、誘導コイル２とＰＩＮダイオードとのインピーダン
ス値の総和がほぼ一定となる様にＰＩＮダイオードに印
加する直流電圧を制御し、ＰＩＮダイオードＤ１の高周
波信号に対する抵抗値を最小にする。

【００１４】

【００１５】請求項２の記載の発明によれば、 ＰＩＮ
ダイオードに印加する直流電圧を、無電極放電灯の始動
時と無電極放電灯の点灯安定時とで２段階に制御する。
つまり、無電極放電灯の始動時に於いて、ＰＩＮダイオ
ードの高周波信号に対する抵抗値が最小で、無電極放電
灯の点灯安定時に於いて最大になる様にＰＩＮダイオー
ドに印加する直流電圧を制御する。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）図１に、本発明に係る第１実施例のブロッ
ク構成図を示し、図２に、マッチング回路３ａの回路図
を示す。

【００１７】図７，８に示す従来例と異なる点は、マッ
チング回路３ａに於いて、誘導コイル２にＰＩＮダイオ
ードＤ１を直列に接続すると共に、マッチング制御回路
６によりＰＩＮダイオードＤ１にＤＣバイアス電圧を印
加することであり、その他の従来例と同一構成には同一
符号を付すことにより説明を省略する。

【００１８】次に、動作を簡単に説明する。このＰＩＮ
ダイオードＤ１は、印加されるＤＣバイアス電圧により
高周波信号に対する抵抗値が、例えば１Ω前後から１ｋ
Ω以上まで変化する様な純抵抗と見なすことができる。
それに対し、誘導コイル２の入力インピーダンスの変化
が大きい。その為に、無電極放電灯１の始動時は、誘導
コイル２の入力インピーダンスが微少するので、ＰＩＮ
ダイオードＤ１の高周波信号に対する抵抗値を大きくす
る様に、ＰＩＮダイオードＤ１に印加する直流電圧を制
御する。一方、無電極放電灯１の点灯安定時は、誘導コ
イル２の入力インピーダンスが大きくなるので、ＰＩＮ
ダイオードＤ１の高周波信号に対する抵抗値を小さくす
ると共に、誘導コイル２とＰＩＮダイオードＤ１との抵
抗値の総和がほぼ一定となる様に、ＰＩＮダイオードＤ
１に印加する直流電圧を制御する。

【００１９】この様に制御すれば、高周波発振回路４か
ら見たマッチング回路３ａの入力インピーダンスの適正
値からのずれを十分小さくすることが可能である。

【００２０】なお、直流電圧を決定するための検出手段
は、例えば無電極放電灯１の状態，誘導コイル２の状
態，入力インピーダンスなどが、直接的または間接的に
判断できる検出信号に対応してＰＩＮダイオードに印加
する直流電圧を制御するものであれば良い。

【００２１】また、図３に、本実施例における無電極放
電灯１並びに誘導コイル２の入力インピーダンス値（グ
ラフＧ１）と、マッチング制御回路６で制御されたＰＩ
ＮダイオードＤ１の高周波信号に対する入力インピーダ
ンス値（グラフＧ２）との時間変化を示す。

【００２２】次に、動作を簡単に説明する。グラフＧ1
に示す様に、無電極放電灯１並びに誘導コイル２の入力
インピーダンス値は、無電極放電灯１の始動時から無電
極放電灯１の点灯安定状態になるまでの間に最大値をと
る様に変化する。この場合、グラフＧ２に示す様に、Ｐ
ＩＮダイオードＤ１の高周波信号に対する抵抗値を、無
電極放電灯１の始動時から無電極放電灯１の点灯安定状
態になるまでの間に最小値をとる様に制御すれば、無電
極放電灯１並びに誘導コイル２とＰＩＮダイオードＤ１
との抵抗値の総和を、略一定にすることが可能であると
共に、高周波発振回路４から見たマッチング回路３ａの
入力インピーダンスの適正値からのずれを極力小さくす
ることが可能である。

【００２３】ところが、無電極放電灯１の点灯安定時に
ＰＩＮダイオードＤ１の高周波信号に対する抵抗値が大
きくなるので、ＰＩＮダイオードＤ１での電力ロスが大
きくなってしまい、無電極放電灯１の点灯安定時の効率
が下がる。そこで、グラフＧ３に示す様に、ＰＩＮダイ
オードＤ１の高周波信号に対する抵抗値を、無電極放電
灯１の点灯安定時に最小値となる様に制御すると共に、
無電極放電灯１の点灯安定時に整合するようにマッチン
グ回路を構成する。

【００２４】よって、無電極放電灯１の点灯安定時のの
効率の低下を抑えつつ、無電極放電灯１の高周波発振回
路４から見たマッチング回路３ａの入力インピーダンス
の適正値からのずれを小さくすることが可能となる。

【００２５】（実施例２） 図４に、本発明に係る第２実施例のブロック構成図を示
し、図５にマッチング回路３ｂの回路図を示す。

【００２６】図１，２に示す第１実施例と異なる点は、
マッチング回路３ｂに於いて、ＰＩＮダイオードＤ２を
マッチング回路３ｂの構成素子（この場合はコンデンサ
Ｃ6）に並列に接続すると共に、マッチング制御回路６
によりＰＩＮダイオードＤ２に直流電圧を印加すること
であり、その他の第１実施例と同一構成には同一符号を
付すことにより説明を省略する。

【００２７】本実施例に於いては、ＰＩＮダイオードＤ
２に印加する直流電圧を、無電極放電灯１の始動時と無
電極放電灯１の点灯安定時とで２段階に制御する。つま
り、無電極放電灯１の始動時に於いて、ＰＩＮダイオー
ドＤ２の高周波信号に対する抵抗値が最小で、無電極放
電灯１の点灯安定時に於いて最大になる様にＰＩＮダイ
オードＤ２に印加する直流電圧を制御する。

【００２８】ここで、無電極放電灯１の点灯安定状態に
於いては、ＰＩＮダイオードＤ２の高周波信号に対する
抵抗値が最大である時に高周波発振回路４と誘導コイル
２とがマッチングすると共に、無電極放電灯１の始動時
に於いては、ＰＩＮダイオードＤ２の高周波信号に対す
る抵抗値が最小である時に、高周波発振回路４から見た
マッチング回路３ｂの入力インピーダンスの適正値から
のずれが小さくなる様に、マッチング回路３ｂを構成す
るコンデンサＣ４〜Ｃ７の値を設定する。

【００２９】この様に構成したことにより、ＰＩＮダイ
オードＤ２の高周波信号に対する抵抗値の変化が、純抵
抗の変化に略等しくすることができ、マッチング回路３
ｂの設計・調整が容易になると共に、無電極放電灯１の
高周波発振回路４から見たマッチング回路３ａの入力イ
ンピーダンスの適正値からのずれを小さくすることが可
能となる。

【００３０】なお、無電極放電灯１の点灯安定状態に於
いては、ＰＩＮダイオードＤ２の高周波信号に対する抵
抗値が最大で、無電極放電灯１の始動時に於いては最小
となるように制御しても良い。また、ＰＩＮダイオード
Ｄ２に印加する直流電圧を３段階以上の他段階または連
続的に変化させても良い。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、無電極放
電灯の始動時及び点灯直後から点灯安定に至るまでの、
マッチング回路の入力インピーダンスの適正値からのず
れを低減することにより、高周波発振回路へのストレス
を低減すると共に、無電極放電灯の始動を容易に可能に
し、さらに無電極放電灯点灯安定時に於ける電力損失を
低減することの可能な無電極放電灯点灯装置を提供でき
る。

【００３２】

【００３３】請求項２記載の発明によれば、ＰＩＮダイ
オードの高周波信号に対する抵抗値の変化が、純抵抗の
変化に略等しくすることができ、マッチング回路の設計
・調整が容易になると共に、無電極放電灯の始動時及び
点灯直後から点灯安定に至るまでの、マッチング回路の
入力インピーダンスの適正値からのずれを低減すること
により、高周波発振回路へのストレスを低減すると共
に、無電極放電灯の始動を容易に可能にする無電極放電
灯点灯装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例１のブロック構成図である

【図２】上記実施例に係るマッチング回路の回路図であ
る

【図３】本発明に係る実施例１の、マッチング回路の入
力インピーダンス値と、ＰＩＮダイオードの高周波信号
に対するインピーダンス値との時間変化を示す図であ
る。

【図４】本発明に係る実施例２のブロック構成図である

【図５】上記実施例に係るマッチング回路の回路図であ
る

【図６】従来例を示す概略ブロック構成図である

【図７】本発明に係る従来例のブロック構成図である

【図８】本発明に係る別の従来例のブロック構成図であ
る

フロントページの続き (72)発明者 東坂 真吾 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 松尾 茂樹 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 山本 正平 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−172196（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−134705（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスバルブ内に放電ガスを封入した無
   電極放電灯と、前記無電極放電灯に高周波電磁界を印加
   する高周波電磁界印加手段と、前記高周波電磁界印加手
   段を介して前記無電極放電灯に高周波電力を供給する高
   周波発振装置と、前記高周波電磁界印加手段と前記高周
   波発振装置とのインピーダンスを整合させるための、受
   動素子から構成されるマッチング回路とを備えた無電極
   放電灯点灯装置において、 前記マッチング回路は、少なくとも前記受動素子とＰＩ
   Ｎダイオードとから構成されると共に、高周波信号に対
   する前記ＰＩＮダイオードの抵抗値を制御する制御手段
   を設け、制御手段は、前記マッチング回路の入力インピ
   ーダンスの変動を小さくする様に、高周波信号に対する
   前記抵抗値を制御し、これに加えて無電極放電灯の点灯
   安定時に於ける前記抵抗値を最小にするものであること
   を特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 ガラスバルブ内に放電ガスを封入した無
   電極放電灯と、前記無電極放電灯に高周波電磁界を印加
   する高周波電磁界印加手段と、前記高周波電磁界印加手
   段を介して前記無電極放電灯に高周波電力を供給する高
   周波発振装置と、前記高周波電磁界印加手段と前記高周
   波発振装置とのインピーダンスを整合させるための、受
   動素子から構成されるマッチング回路とを備えた無電極
   放電灯点灯装置において、 前記マッチング回路は、少なくとも前記受動素子とＰＩ
   Ｎダイオードとから構成されると共に、高周波信号に対
   する前記ＰＩＮダイオードの抵抗値を制御する制御手段
   を設け、 制御手段は、前記マッチング回路の入力インピ
   ーダンスの変動を小さくする様に、高周波信号に対する
   前記抵抗値を制御し、これに加えて高周波信号に対する
   前記抵抗値が、前記無電極放電灯の始動時もしくは点灯
   安定時のいずれか一方に於いて最大となると共に、他方
   に於いて最小になることを特徴とする無電極放電灯点灯
   装置。