JP4788613B2 - 無電極放電灯点灯装置および照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、無電極放電灯点灯装置および照明器具に関するものである。

従来より、誘導コイルに高周波電磁界を誘起して無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置が種々提案されており、例えば、水銀蒸気および緩衝ガスを封印したループ状の無電極放電灯の近傍に、誘導巻線を巻回したコアを配設し、電源回路から誘導巻線に高周波電力を供給することによって、無電極放電灯内に放電ループが形成される（例えば、特許文献１参照）。そして、無電極放電灯点灯装置の誘導コイルに使用されるコアの材料には、一般的なマンガン系フェライトが用いられている（例えば、特許文献２参照）。

また、このような無電極放電灯点灯装置と無電極放電灯とを筐体内に組み込むことで照明器具が構成されている。
特開平１０−１１６５９１号公報 特開２００３−１０９５４７号公報

無電極放電灯点灯装置において、無電極放電灯を始動させる際には（無電極放電灯が点灯前である無負荷状態）、大きな電磁界をランプ内に発生させる必要がある。このため、コア内にも大きな磁束を発生させる必要があり、この大きな磁束によってコア内で発生する損失も大きくなる。したがって、このコア内での損失を補って大きな磁束を発生させるために、電源回路には、大出力が可能で、ストレスに強いものが必要となり、大型で複雑な構成になっていた。

例えば、無電極放電灯を始動させるのに必要な電圧を１４００Ｖとした場合、誘導巻線とコアの組み合わせのリアクタンス値がｊ３００（Ω）、リアクタンス値と損失との比であるＱ値を１００とすると、損失＝［１４００^２／｛３００×１００｝］＝６５（Ｗ）となり、始動時には６５（Ｗ）もの損失が発生して、電源回路にもこの損失を補うだけの電力容量が求められる。この損失は、無電極放電灯が点灯中に電源回路から供給される電力に略等しくなる。

また、一般的なマンガン系フェライトを材料とするコアは、高温時や低温時に損失が増加する特性があり、低温時や高温時におけるコアでの損失増加を考慮すると、電源回路には、より大出力のものが必要になる。

したがって、始動時におけるコアでの損失、およびコアでの損失の温度特性を考慮し、周囲温度が低いことによる低温時での始動や、点灯状態から消灯した直後に再始動させることによる高温時での始動等のように広範囲の温度条件での始動を確実に行うためには、電源回路は、始動時の広範囲の温度条件におけるコアでの損失を補うだけの大出力が求められるため、大型で高価なものになっていた。これを避けるために、装置の使用温度を狭い範囲に制限することもあった。

さらに、図４は、無電極放電灯を始動させるために誘導巻線に印加する始動電圧の温度特性を示しており、低温時には始動電圧が高くなることからコアでの損失が一層増加し、低温時の始動性を考慮すると、電源回路には、より大出力のものが必要になる。また、電源回路に用いられている各素子は高温時にストレス耐量が低下することから、高温時に使用する電源回路の各素子にはストレスに強い大型のものが必要になる。したがって、始動電圧の温度特性、および高温時の素子のストレス耐量を考慮すると、さらに大型で高価なものになっていた。

なお、コアで発生する損失を低減させるためには、一般的にはコアを大型化して磁束密度を下げる方法が考えられるが、無電極放電灯点灯装置の場合、コアの大型化は、無電極放電灯からの光出力を構造的に妨げることになり、この方法には限界があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、始動時の使用温度条件を広範囲に設定できる小型且つ安価な無電極放電灯点灯装置および照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、高周波電力を発生させる電源回路と、ループ状に形成されて内部に放電ガスを封入した無電極放電灯の近傍に配設されたコアと、コアに巻回して電源回路から高周波電力を供給される誘導巻線とを備える無電極放電灯点灯装置において、コアは、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガンを主成分とする磁性フェライト材料であり、コバルトを含有することを特徴とする。

この発明によれば、コバルトを含有したマンガン系の磁性フェライト材料をコアに用いることで、始動時にコアで発生する損失が小さくなるため、この損失の減少分だけ電源回路の出力を低減でき、電源回路を小型且つ安価に構成できる。特に低温時における損失がコバルトを含有しない従来のマンガン系フェライトに比べて低減しており、始動電圧が高くなる低温時での始動では、コアで発生する損失が特に小さくなる。また、高温時での損失も小さくなっており、電源回路に用いられている各素子（半導体素子、受動素子等）へのストレスも小さくなる。したがって、周囲温度が低いことによる低温時での始動や、点灯状態から消灯した直後に再始動させることによる高温時での始動等のように広範囲の温度条件での始動を確実に行うことができる無電極放電灯点灯装置が小型且つ安価に構成される。

請求項２の発明は、請求項１において、前記電源回路は、本装置の温度が高いほど、始動時に前記誘導巻線に印加する電圧を低下させる電圧制御手段を備えることを特徴とする。

この発明によれば、誘導巻線に印加する始動電圧を、高温時には低下させることによって、電源回路に用いられている各素子へのストレスを低減させて、各素子に小型で安価なものを用いることができる。

請求項３の発明は、無電極放電灯と、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置を備える照明器具において、無電極放電灯点灯装置は、請求項１または２に記載の無電極放電灯点灯装置であることを特徴とする。

この発明によれば、請求項１と同様に、周囲温度が低いことによる低温時での始動や、点灯状態から消灯した直後に再始動させることによる高温時での始動等のように広範囲の温度条件での始動を確実に行うことができる照明器具が小型且つ安価に構成される。

以上説明したように、本発明では、始動時の使用温度条件を広範囲に設定できる小型且つ安価な無電極放電灯点灯装置および照明器具を提供できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、図１に示すように、ループ状に形成されて内部に水銀蒸気および緩衝ガス等の放電ガスを封入した無電極放電灯Ｌａを点灯させるものであり、高周波電力を発生する電源回路１と、無電極放電灯Ｌａの近傍に配設された一対のコア２と、各コア２に巻回して電源回路１から高周波電力を供給される誘導巻線３とで構成される。そして、コア２に巻回された各誘導巻線３は互いに並列または直列に接続されており、電源回路１から誘導巻線３に高周波電力が供給されると、無電極放電灯Ｌａ内に放電ループが形成され、励起された水銀蒸気に電子が衝突することにより紫外線が発生し、紫外線が無電極放電灯Ｌａの内側に塗布された蛍光体を照射することにより無電極放電灯Ｌａは可視光を発生する。

コア２は、環状に形成されて、無電極放電灯Ｌａに外嵌して、誘導巻線３からの高周波電力を無電極放電灯Ｌａに供給するものであり、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガンを主成分とする磁性フェライト材料で形成され、さらにコバルトを含有している。このようにコバルトを含有した磁性フェライト材料としては、例えばＴＤＫ株式会社製のＰＣ９５材がある。なお、コア２の形状はロ字状でもよく、無電極放電灯Ｌａの近傍に配設されて誘導巻線３からの高周波電力を無電極放電灯Ｌａへ供給可能な形状、大きさであればよい。

そして、無電極放電灯Ｌａを始動させる際には、大きな電磁界をランプ内に発生させるために、コア２内にも大きな磁束を発生させる必要があるが、コバルトを含有した磁性フェライト材料をコア２に用いることで、コア２で発生する損失は、コバルトを含有しない従来のマンガン系フェライトを材料とするコアに比べて、広い温度範囲に亘って低減する。したがって、始動時にコア２で発生する損失が小さくなるため、この損失の減少分だけ電源回路１の出力を低減でき、電源回路１を小型且つ安価に構成できる。特に低温時における損失がコバルトを含有しない従来のマンガン系フェライトに比べて低減しており、始動電圧が高くなる低温時での始動では、コア２で発生する損失が特に小さくなる。また、高温時での損失も小さくなっており、電源回路１に用いられている各素子（半導体素子、受動素子等）へのストレスも小さくなる。

すなわち、コバルトを含有した磁性フェライト材料をコア２に用いることで、周囲温度が低いことによる低温時での始動や、点灯状態から消灯した直後に再始動させることによる高温時での始動等のように広範囲の温度条件での始動を確実に行うことができる無電極放電灯点灯装置が小型且つ安価に構成されるのである。

（実施形態２）
本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、図２に示すように、電源回路１が、高周波電力供給回路１ａと、発振回路１ｂと、電圧制御回路１ｃとで構成される。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

高周波電力供給回路１ａは、直流電圧を出力する直流電源Ｅ１と、直流電源Ｅ１の出力端間に接続されたハイサイド側のスイッチング素子Ｑ１とローサイド側のスイッチング素子Ｑ２の直列回路と、スイッチング素子Ｑ２の両端間に接続されたインダクタＬ１とコンデンサＣ１の直列回路と、インダクタＬ１とコンデンサＣ１の接続点に一端を接続したコンデンサＣ２とで構成される。誘導巻線３は、コンデンサＣ２の他端と直流電源Ｅ１の低圧側との間に接続されており、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフすることで発生する高周波電力を供給される。なお、直流電源Ｅ１としては、商用電源を整流、平滑した電源や、電池等で構成される。

発振回路１ｂは、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Ｋ１０と、始動時の駆動部Ｋ１０によるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数を設定するためのコンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１とで構成され、コンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１０はグランドに接続され、抵抗Ｒ１１は電圧制御回路１ｃの出力に接続されており、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の合成抵抗値は電圧制御回路１ｃの出力によって変動する。したがって、発振回路１ｂは、電圧制御回路１ｃの出力によって始動時の駆動周波数が決定され、この駆動周波数制御によって、誘導巻線３に印加する始動電圧が制御されている。

そして、電圧制御回路１ｃは、電圧検出回路１ｄと、基準電圧発生回路１ｅと、比較回路１ｆとで構成されており、まず、電圧検出回路１ｄは、コンデンサＣ２と誘導巻線３との接続点とグランドとの間に接続された抵抗Ｒ２０，Ｒ２１の直列回路と、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１の接続点からダイオードＤ２０を介して抵抗Ｒ２１の両端間に接続されたコンデンサＣ２０と、抵抗Ｒ２１に並列接続されたダイオードＤ２１とで構成され、コンデンサＣ２０の両端電圧が、誘導巻線３への印加電圧の検出値として出力される。

基準電圧発生回路１ｅは、直流電源Ｅ２と、直流電源Ｅ２間に接続された感温抵抗Ｒａと抵抗Ｒ３０との直列回路とで構成され、無電極放電灯点灯装置の温度（例えば、筐体内の温度や、コア２の温度や、電源回路１の素子の温度や、無電極放電灯Ｌａの温度）によって感温抵抗Ｒａの抵抗値が変化するので、直流電源Ｅ２の電圧を感温抵抗Ｒａと抵抗Ｒ３０とで分圧した電圧も無電極放電灯点灯装置の温度によって変化し、この分圧電圧を基準電圧として出力する。本実施形態では、温度が上昇すると感温抵抗Ｒａの抵抗値が増大して、基準電圧が低下し、温度が低下すると感温抵抗Ｒａの抵抗値が減少して、基準電圧が上昇する。また、感温抵抗Ｒａの代わりに温度によって抵抗値が変化するサーミスタや、温度特性を有するダイオードまたは定電圧ダイオード等の半導体素子であってもよい。

比較回路１ｆは、抵抗Ｒ４０を介した電圧検出回路１ｄの検出出力を反転入力端子に接続し、基準電圧発生回路１ｅの基準電圧出力を非反転入力端子に接続し、反転入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ４１を接続したオペアンプＯＰ１で構成され、両入力の差に応じたオペアンプＯＰ１の出力は発振回路１ｂの抵抗Ｒ１１の一端に接続される。

そして始動時において、発振回路１ｂは、無電極放電灯点灯装置の温度が高いとき（すなわち、基準電圧が低いとき）は、比較回路１ｆの出力に応じて誘導巻線３に印加する始動電圧が減少するように駆動周波数を制御し、無電極放電灯点灯装置の温度が低いとき（すなわち、基準電圧が高いとき）は、比較回路１ｆの出力に応じて誘導巻線３に印加する始動電圧が増大するように駆動周波数を制御するように設定されている。

例えば、無電極放電灯Ｌａの始動時には、周囲温度が高温で、且つ点灯状態から消灯した直後に再始動させることによる高温状態もあり、このときのコア２の温度は１００〜１５０℃に達することがある。このような高温状態では、電源回路１の各素子も高温によってストレス耐量が低下しているので、ストレスに強い、大型で高価な素子を用いる必要がある。しかし、本実施形態では、図４に示すように無電極放電灯Ｌａを始動させるための電圧特性が低温時に比べて高温時のほうが低くなることに着目して、誘導巻線３に印加する始動電圧を高温時には低下させることによって、電源回路１に用いられている各素子へのストレスを低減させて、各素子に小型で安価なものを用いることができるのである。一例として、無電極放電灯点灯装置の温度が６０℃のときの始動電圧を、−２０℃のときの始動電圧より１０％以上低下させることによって、電源回路１に用いられている各素子（半導体素子、受動素子等）へのストレスを２０％以上低減することができる。

また、駆動部Ｋ１０は、誘導巻線３に印加する始動電圧の上限値および最大印加時間が予め設定されており、無電極放電灯Ｌａが、寿命、割れ、リーク等の原因によって点灯しないときも、過大な電圧を誘導巻線３に印加することがなく、コア２に発生する損失の上限値が規定されており、さらに無電極放電灯Ｌａの異常時には点灯しないようにしている。したがって、電源回路１の出力の最大設計値をこの上限値に合わせて設定すればいいので、電源回路１を適切に設計でき、無電極放電灯点灯装置が小型且つ安価に構成できる。

なお、電源回路１の発振回路１ｂに温度特性を有する素子を用いて、発振電圧を温度によって変化させる構成でもよく、例えば、半導体素子の温度特性を利用したり、感温抵抗やサーミスタの温度による抵抗変化を利用したり、あるいはセラミックコンデンサの温度による容量変化を利用して実現できる。

（実施形態３）
本実施形態は、図３に示すように、無電極放電灯Ｌａと、無電極放電灯Ｌａを点灯させる無電極放電灯点灯装置を備える照明器具であり、無電極放電灯点灯装置は、実施形態１または実施形態２に記載のものである。

この照明器具の筐体４は一面を開口した函状に形成され、筐体４の底部には電源回路１および反射板６が収納され、反射板６内には、無電極放電灯Ｌａと、無電極放電灯Ｌａに外嵌した一対のコア２と、各コア２に巻回して電源回路１から高周波電力を供給される誘導巻線３とが配置されて、筐体４の開口には前面パネル５が設けられている。

そして、実施形態１または２と同様にコバルトを含有した磁性フェライト材料をコア２に用いることで、周囲温度が低いことによる低温時での始動や、点灯状態から消灯した直後に再始動させることによる高温時での始動等のように広範囲の温度条件での始動を確実に行うことができる照明器具が小型且つ安価に構成されるのである。

実施形態１の無電極放電灯点灯装置の構成を示す図である。 実施形態２の無電極放電灯点灯装置の構成を示す図である。 実施形態３の照明器具の構成を示す図である。 始動電圧の温度特性を示す図である。

符号の説明

１ 電源回路
２ コア
３ 誘導巻線
Ｌａ 無電極放電灯

Claims (3)

1. 高周波電力を発生させる電源回路と、ループ状に形成されて内部に放電ガスを封入した無電極放電灯の近傍に配設されたコアと、コアに巻回して電源回路から高周波電力を供給される誘導巻線とを備える無電極放電灯点灯装置において、コアは、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガンを主成分とする磁性フェライト材料であり、コバルトを含有することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 前記電源回路は、本装置の温度が高いほど、始動時に前記誘導巻線に印加する電圧を低下させる電圧制御手段を備え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. 無電極放電灯と、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置を備える照明器具において、無電極放電灯点灯装置は、請求項１または２に記載の無電極放電灯点灯装置であることを特徴とする照明器具。

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