JP3846203B2

JP3846203B2 - 無電極放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP3846203B2
Application number: JP2001049214A
Authority: JP
Inventors: 祐二熊谷
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: JP2002252095A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電極放電灯点灯装置のユニット構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無電極放電灯点灯装置の一例の外観を図２１に示す。点灯ユニット本体１はアルミダイカストで出来ており、誘導コイル２が外周に巻かれた無電極放電灯３が点灯ユニット本体１に固定されている。誘導コイル２から発生するノイズ防止のため、無電極放電灯３の周囲は金属メッシュ４で囲まれている。点灯ユニット本体１は、さらに電源部収納ユニット１１（以下電源部ユニットと呼ぶ）と高周波回路部収納ユニット１２（以下高周波ユニットと呼ぶ）から構成されている。電源部ユニット１１には、商用電源を直流電圧に変換する回路、例えばコンデンサ平滑回路やチョッパ回路等を実装した電源部プリント基板１１０が収納されている。また高周波ユニット１２には、電源部からの直流電圧を受け、高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）を発生・増幅させる回路を実装したプリント基板１２０が収納されている。ここから出力された高周波電力が誘導コイル２に供給され、無電極放電灯３を点灯させる。
【０００３】
ここで、高周波回路部から高周波ノイズが発生するのであるが、それにより電源部が誤動作を起こしたり、電源線から発生するノイズが増大する場合がある。これを避けるため、各ユニット１１と１２を空間的に分離する金属製の仕切り板５が設けられている。ノイズ発生源である高周波回路部を囲うため、仕切り板５は高周波ユニット１２に固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、無電極放電灯の点灯回路のような高周波を発生・増幅させる回路は、動作周波数が高くなるほど、増幅回路のスイッチング素子のスイッチングロスが増加し、発熱が大きくなる。したがって、上記のように、電源部ユニット１１と高周波ユニット１２により点灯回路が構成されている場合、電源部ユニット１１に比べて高周波ユニット１２の方が温度が高くなる傾向にある。ここで、高周波回路部で発生した熱の電源部ユニット１１への伝わり方を考えてみると、高周波回路部で発生した熱は、内部エアを介して高周波ユニット１２と仕切り板５に伝わるが、高周波ユニット１２と電源部ユニット１１との間には若干の隙間があるため、高周波ユニット１２から電源部ユニット１１へは比較的熱が伝わりにくい。また、仕切り板５の熱は、仕切り板５と高周波ユニット１２の隙間と、高周波ユニット１２と電源部ユニット１１の隙間の２つの隙間を経由して電源部ユニット１１に伝わるため、前者よりもさらに伝わりにくい。ユニットが防水構造を必要とし、両ユニット間にゴムパッキンが必要な場合は猶更である。このような場合、各ユニット間の温度差はより顕著に現れる。そうすると、高周波回路部で発生した熱は高周波ユニット１２内にこもり、高周波ユニット１２の内部エアの温度を上昇させる。すると、高周波回路部を構成する素子が高温の状況下で動作するため、素子の寿命が短くなったり、異常動作を引き起こす可能性もある。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目し、高周波回路部で発生した熱を効率よくユニット全体に、具体的には電源部ユニットにも拡散させて放熱効果を向上させる手段を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の無電極放電灯点灯装置にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、商用電源を直流電圧に変換する電源部と、前記直流電圧から高周波電力を発生する高周波回路部と、前記高周波回路部の出力端に接続された誘導コイル２と、前記誘導コイル２の近傍に配置された無電極放電灯３と、前記電源部を収納する電源部ユニット１１と、前記電源部ユニット１１と接合され、前記高周波回路部を収納する高周波ユニット１２と、前記電源部ユニット１１に設けられ、前記電源部と前記高周波回路部を空間的に仕切る導電性の仕切り板５と、前記高周波回路部を構成する素子またはプリント基板１２０と前記仕切り板５との間に設けた放熱材料により構成されることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に実施形態１を示す。従来例と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。従来例と異なるのは、仕切り板５が電源部ユニット１１に固定されている点である。本案では、高周波回路部で発生した熱はまず高周波ユニット１２と仕切り板５に伝わる。ここまでは従来例と同じである。次に、高周波ユニット１２の熱は従来と同様に高周波ユニット１２と電源部ユニット１１の間の隙間を介するので、電源部ユニット１１に伝わりにくいが、仕切り板５へ伝わった熱は、高周波ユニット１２と電源部ユニット１１の間の隙間を介さずに、仕切り板５と電源部ユニット１１の隙間のみを介して電源部ユニット１１に伝わるから、従来例に比べて経由する隙間がひとつ減るため、電源部ユニット１１に熱が伝わりやすくなる。高周波ユニット１２と電源部ユニット１１の間に防水パッキンがある場合はこの効果はより高くなる。
【０００８】
本案により、従来例で述べたような、高周波ユニット１２の内部エアの温度上昇を抑制し、高周波回路部を構成する素子の特性劣化や異常動作を防止できる。
【０００９】
（実施形態２）
図２に実施形態２を示す。従来例と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。ここでは、電源部ユニット１１に、従来例で示した電源部ユニット１１と仕切り板５を一体成形したものを用い、電源部ユニット１１の、高周波ユニット１２と反対面に蓋を設けている。本案では、仕切り板５と電源部ユニット１１の隙間がないため、仕切り板５から電源部ユニット１１へ非常に効率よく熱を伝えることができる。これにより、実施形態１と同等か、それ以上の効果が得られる。
【００１０】
（実施形態３）
図３に実施形態３を示す。実施形態２と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。ここでは、電源部ユニット１１と高周波ユニット１２を同じ型のダイカストを利用して作製している。高周波ユニット１２の、無電極放電灯３を配置する面を、電源部ユニット１１では仕切り板５として利用する。これにより、実施形態２と同様の放熱効果が得られるとともに、ダイカストの型が一つで済むのでコストが削減できる。
【００１１】
（実施形態４）
図４〜図８に実施形態４を示す。実施形態１と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。実施形態１と異なるのは、高周波回路部のプリント基板１２０と仕切り板５との間に放熱材料１００〜１０２を挟み込んだ点である。実施形態１では、ＴＯ−２２０パッケージのような部品は高周波ユニットに直接ビス止めして放熱したりできるが、部品形状や配置によっては発熱の大きい部品でもユニットへの直接放熱が困難な場合がある。本案は、そのような配置や形状によりユニットへの放熱が困難な場合に、部品の放熱を効果的に行なうものである。
【００１２】
図４〜図７の例では、高周波回路部のプリント基板１２０のはんだ面が仕切り板５と向かい合うように配置されている。図４では、はんだ面に実装されたチップ部品に放熱シート１００を当てたものである。放熱シート１００の代わりに図５のような導電性の材質で出来たバネ１０１を用いてもよい。図６では、部品面に実装された部品の熱を、プリント基板１２０のはんだ面から放熱しようとするものである。この場合、部品のリード線に放熱シート１００が刺さる形になるので、柔軟性のある材料を使うとよい。柔軟性のある材料が使用できない場合は、図７のように、高温になる部品の実装位置近傍に放熱シート１００を当ててもよいが、この際、その部品のはんだ面の銅箔パターンを広くとり、その部分に放熱シート１００が当たるようにすると、より効率よく放熱できる。図６、図７の例では、部品の自己発熱だけでなく、プリント基板１２０から熱をもらっている場合に非常に効果が高い。図８の例では、高周波回路部のプリント基板１２０の部品面が仕切り板５と向かい合うように配置されている。この場合、部品に直接放熱シートを当てることは困難なので、部品に放熱補助板１０２を固定し、その放熱補助板１０２に放熱シート１００を当てる。
【００１３】
以上のように、仕切り板５と放熱したい部品やプリント基板１２０との間に放熱シート１００を挟むと、熱は仕切り板５を通じて電源部ユニット１１へ伝わり、効率よく放熱できる。
【００１４】
（実施形態５）
図９に実施形態５を示す。実施形態２と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。ここでは、実施形態４で用いた放熱シート１００の使用面積をできるだけ小さくして、コストダウンを図る。
【００１５】
従来例で示したような無電極放電灯の点灯回路を例に挙げると、主回路の動作周波数は数十ＭＨｚから数百ＭＨｚという高周波で動作し、一方、制御回路が数百ｋＨｚで動作しており、主回路、制御回路ともに高温になる部品が存在するとする。使用する放熱シートの面積をできるだけ小さくしようとすると、これらの部品を一箇所に密集させればよいが、高周波回路部で発生するノイズが制御回路の異常動作を引き起こす可能性が大きくなる。そこで、主回路内の高温部品を一箇所に、制御回路の高温部品をもう一箇所に、別々に集めて実装し、それぞれに放熱シートを設けて放熱する。これにより、回路動作に悪影響を及ぼすことなく効果的に放熱でき、放熱シートの使用面積を比較的小さくできる。
【００１６】
（実施形態６）
図１０と図１１に実施形態６を示す。実施形態４と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。ここでは、仕切り板５の、放熱シート１００が当たる面に、凹凸加工を設けている。これにより、仕切り板５と放熱シート１００の接触面積が増え、放熱効率が向上するので、放熱シート１００が小さくできる。
【００１７】
放熱シート１００のつけ方によっては仕切り板５との間に空気が入ってしまうことがあるが、その場合、放熱シート１００と仕切り板５の間の熱抵抗が大きくなり、放熱効率が下がってしまう。そこで、図１１のように、仕切り板５の放熱シート１００が当たる部分に数個の穴を設けると、空気を挟み込みそうになっても穴から反対側へ抜けるため、確実に放熱シート１００と仕切り板５を密着させることができ、つけ方によって放熱効果を下げることがない。
【００１８】
（実施形態７）
図１２に実施形態７を示す。実施形態４と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。柔軟性のある放熱シートを用いる際、放熱したい部品がシートの中央付近になるようにすると、その部品の熱が拡散しやすいので放熱効率が上がるが、より放熱しやすくするには、放熱シートを圧縮して部品との密着度を上げるのが好ましい。このとき、押しつぶされた放熱シートは周辺に逃げようとするが、これを妨げるような部品が近接配置されていると、プリント基板に大きなストレスがかかってしまう。そこで本案では、放熱したい部品の周辺の部品を、放熱シートの逃げをできるだけ妨げない方向に配置したことを特徴とする。具体的には、放熱したい部品に、周辺の部品の短辺が向くように配置する。理想的には放熱したい部品を中心として放射線状に周辺部品が配置されるが、それが困難な場合は、放熱したい部品を中心として十字の方向に周辺部品の短辺が向くように配置するのが好ましい。これにより、放熱効率を上げるために放熱シートを圧縮しても、プリント基板にかかるストレスを最小限に抑えることができる。
【００１９】
（実施形態８）
図１３に示す実施形態８は、実施形態７と同じく、放熱シートを圧縮した際にプリント基板にかかるストレスを最小限に抑えるための案である。放熱シートを圧縮すると、背の高い部品が実装されている部分はその他の部分より圧縮率が高くなり、プリント基板へのストレスも大きくなってしまう。そこで、実施形態６で述べた仕切り板の凹凸や穴加工を利用し、背の高い部品が実装されている部分に対応する仕切り板の位置に前記加工を増やす。すると、その加工自身が放熱シートの逃げの場所として働き、プリント基板にかかるストレスを最小限に抑えることができる。
【００２０】
（実施形態９）
図１４〜図１６に実施形態９を示す。実施形態４と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。本案の特徴は、放熱シートを柔軟性のあるタイプ（放熱シート１００）と、それより硬めのタイプ（放熱シート１０３）の２種類のものを用いた点である。一般にこのような放熱シートは、熱伝導率が同じ場合、柔軟性があるほどコストが高くなる傾向がある。そこで、硬めの放熱シートを採用した方がコストが安く済むのであるが、本実施形態に示すように、プリント基板のはんだ面のチップ部品とディスクリート部品のリードの両方に放熱シートを当てたい場合、硬めの放熱シートを用いると十分に接触せずに部品温度が上昇し過ぎたり、リード部に過剰なストレスがかかり、はんだクラックを起こすといった不具合を引き起こす。それを避けるため、はんだ面には十分な柔軟性を持った放熱シートを使用するのが好ましい。一方、仕切り板５に平板を用いた場合、硬めの放熱シートでも十分に密着するので問題ない。したがって、放熱シートを、プリント基板１２０側には柔軟性の高いもの、仕切り板５側にはより硬めのものを使用することにより、コストダウンが達成できる。
【００２１】
また、図１５のように硬めの放熱シート１０３を柔軟性のある放熱シート１００より大きい面積にすると、発熱部品から仕切り板５への熱伝導や熱拡散がスムーズになり、コストアップを抑えつつ、放熱効果を向上させることができる。
【００２２】
また、プリント基板１２０から仕切り板５までの距離があまりとれず、間に絶縁シート１０４が必要な場合、図１６に示すように放熱シート１００と放熱シート１０３の間に絶縁板１０４を挟むと、絶縁板１０４と仕切り板５の微小の凹凸を各放熱シートがより吸収し、それぞれが密着するので、絶縁板１０４の使用による熱伝導率の低下を最小限に抑えることができる。
【００２３】
（実施形態１０）
図１７及び図１８に実施形態１０を示す。実施形態４と同一箇所には同一符号を用いて重複する説明を省略する。これまでの例では、高周波回路部のプリント基板１２０が高周波ユニット１２に固定されており、仕切り板５は電源部ユニット１１に固定されていた。そのため、放熱シートは厚みバラツキに加え、高周波ユニット１２と電源部ユニット１１のそれぞれのプリント基板取り付け位置のバラツキが影響するため、バラツキ最悪を考えた場合、放熱シートと仕切り板またはプリント基板の間に隙間が生じて放熱効果が著しく低下したり、逆に放熱シートが過剰に圧縮されてプリント基板に過剰ストレスが加わったりする可能性がある。そこで、本案では、高周波回路部のプリント基板１２０を高周波ユニット１２には固定せず、仕切り板５に固定するようにした。これにより、放熱に関するバラツキは、放熱シート１００の厚みと、高周波回路部のプリント基板１２０と仕切り板５の間のスぺーサ１０５の高さの２つを考えればよく、ユニットの寸法バラツキを考慮しなくてもよくなるので、安定した放熱効果が得られる。
【００２４】
図１８の例では、上記に加え、高周波回路部のプリント基板１２０と仕切り板５の距離を調整する機能を設けている。具体的には、柔軟性のある放熱シート１００と同素材でプリント基板１２０と仕切り板５の間のスペーサを構成する、あるいは放熱シート１００の一部をスペーサとして用いる、等が考えられる。本例では、放熱に関するバラツキは、放熱シート１００の厚みのみを考えればよく、ユニット１１，１２の寸法バラツキやプリント基板１２０と仕切り板５の距離のバラツキを考慮しなくてもよくなるので、さらに安定した放熱効果が得られる。図１９に本実施形態の全体斜視図、図２０に分解斜視図を示す。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のように、電源部を収納する電源部ユニットと、高周波回路部を収納する高周波ユニットが接合された構成を成す無電極放電灯点灯装置において、電源部ユニットの側に、電源部と高周波回路部を空間的に仕切る導電性の仕切り板を設置し、高周波回路部を構成する素子またはプリント基板と前記仕切り板との間に放熱材料を設けることで、高周波回路部で発生した熱を放熱材料と仕切り板を介して電源部ユニットに放熱することにより、高周波ユニットの内部エアや部品温度を低減させることができ、高周波回路部を構成する素子の特性劣化や異常動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の断面図である。
【図２】本発明の実施形態２の断面図である。
【図３】本発明の実施形態３の断面図である。
【図４】本発明の実施形態４の要部断面図である。
【図５】本発明の実施形態４の一変形例の要部断面図である。
【図６】本発明の実施形態４の他の変形例の要部断面図である。
【図７】本発明の実施形態４のさらに他の変形例の要部断面図である。
【図８】本発明の実施形態４の別の変形例の要部断面図である。
【図９】本発明の実施形態５の要部断面図である。
【図１０】本発明の実施形態６の要部断面図である。
【図１１】本発明の実施形態６の一変形例の要部断面図である。
【図１２】本発明の実施形態７の平面図である。
【図１３】本発明の実施形態８の要部断面図である。
【図１４】本発明の実施形態９の要部断面図である。
【図１５】本発明の実施形態９の一変形例の要部断面図である。
【図１６】本発明の実施形態９の他の変形例の要部断面図である。
【図１７】本発明の実施形態１０の断面図である。
【図１８】本発明の実施形態１０の一変形例の断面図である。
【図１９】本発明の実施形態１０の全体斜視図である。
【図２０】本発明の実施形態１０の分解斜視図である。
【図２１】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１点灯ユニット本体
２誘導コイル
３無電極放電灯
４金属メッシュ
５仕切り板
１１電源部ユニット
１２高周波ユニット

Claims

商用電源を直流電圧に変換する電源部と、前記直流電圧から高周波電力を発生する高周波回路部と、前記高周波回路部の出力端に接続された誘導コイルと、前記誘導コイルの近傍に配置された無電極放電灯と、前記電源部を収納する電源部ユニットと、前記電源部ユニットと接合され、前記高周波回路部を収納する高周波ユニットと、前記電源部ユニットに設けられ、前記電源部と前記高周波回路部を空間的に仕切る導電性の仕切り板と、前記高周波回路部を構成する素子と前記仕切り板との間に設けた放熱材料により構成されることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
商用電源を直流電圧に変換する電源部と、前記直流電圧から高周波電力を発生する高周波回路部と、前記高周波回路部の出力端に接続された誘導コイルと、前記誘導コイルの近傍に配置された無電極放電灯と、前記電源部を収納する電源部ユニットと、前記電源部ユニットと接合され、前記高周波回路部を収納する高周波ユニットと、前記電源部ユニットに設けられ、前記電源部と前記高周波回路部を空間的に仕切る導電性の仕切り板と、前記高周波回路部のプリント基板と前記仕切り板との間に設けた放熱材料により構成されることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
前記高周波回路部を構成する素子のうち、主な発熱部品を動作周波数の違いにより少なくとも２箇所に集めて配置した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。
前記仕切り板と前記放熱材料との接触面において、その接触面積を増やすように前記仕切り板の表面を加工した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。
前記放熱材料は柔軟性のあるシート状の材料よりなり、該シートの略中央に発熱部品が位置するようにし、周辺の部品はシートが圧縮された際の逃げを妨げない方向に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。
前記放熱材料は柔軟性のあるシート状の材料よりなり、前記仕切り板と前記放熱材料との接触面において、前記放熱材料がより強く圧縮される個所における前記仕切り板の表面加工をその周辺より多くしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
前記放熱材料として、プリント基板側に柔軟性のある第一の放熱材料を、仕切り板側に第一の放熱材料よりも固めの第二の放熱材料を使用したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
前記第二の放熱材料が前記仕切り板と接する面積は、前記第一の放熱材料が前記第二の放熱材料と接する面積と同等以上であることを特徴とする請求項７記載の無電極放電灯点灯装置。
前記第一の放熱材料と前記第二の放熱材料との間に絶縁板を設けたことを特徴とする請求項８記載の無電極放電灯点灯装置。
前記電源部ユニットと前記仕切り板を一体構造としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
前記電源部ユニットと前記高周波回路部ユニットを、同一金型により作製したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
前記高周波回路部のプリント基板は前記仕切り板に固定されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
前記高周波回路部のプリント基板と前記仕切り板との距離を調整する機能を有することを特徴とする請求項１２記載の無電極放電灯点灯装置。