JPH05325608A

JPH05325608A - 無電極放電ランプおよび無電極放電ランプ点灯装置および無電極放電ランプ点灯装置の調整方法

Info

Publication number: JPH05325608A
Application number: JP4232367A
Authority: JP
Inventors: Kenji Araki; 建次荒木; Ichiro Yokozeki; 一郎横関; Fumio Hirano; 文雄平野; Keiichi Shimizu; 恵一清水
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波電源とランプ負荷とのマッチングを良
好にとることができ、最適状態でのランプの始動および
点灯を可能とする。【構成】透光性のランプ外管２内に少なくとも放電性
ガスまた蒸気が封入されたランプ本体１と、このランプ
本体１の外周部に巻かれ、高周波電流を流すことにより
ランプ本体１内にプラズマリングを形成するとともに、
ランプ本体１内に形成したプラズマリングと磁気的に結
合して電力をランプ本体１内に供給する点灯用コイル３
と、この点灯用コイル３とランプ本体１との相対位置を
変化させて、高周波電源とランプ負荷とのマッチングの
調整を行なうための移動機構４とを備え、マッチング制
御信号によってマッチング回路を制御するか、この移動
機構４を介して点灯用コイル３とランプ本体１との相対
位置を変えてマッチングをとる。また、同様にしてラン
プの調光を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ランプ本体の周囲に巻
かれた点灯用コイルから、磁気的に結合するランプ本体
内のプラズマリングに高周波電力を入力してランプを点
灯させる無電極放電ランプおよびこの無電極放電ランプ
の点灯装置、さらにこの点灯装置の調整方法に関し、特
に高周波電源とランプ負荷とのマッチングの調整および
調光を良好に行なえるようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】無電極放電ランプは、石英ガラスからな
るランプ本体の外管が球状に形成され、このランプ本体
内にたとえばクリプトンガスや励起時に蒸気化する発光
金属が封入されている。この無電極放電ランプは、ラン
プ本体の周囲に点灯用コイルが数ターン程度（１ターン
から３ターン程度）巻かれており、この点灯用コイルに
数ＭＨｚ以上の短波帯の高周波電流を通じることによ
り、ランプ本体内の放電性ガスまたは蒸気が励起し、コ
イルと磁気的に結合するプラズマリングが形成される。
これにより点灯用コイルから、磁気的に結合するランプ
本体内のプラズマリングに高周波電力が供給され、無電
極放電ランプが高周波点灯される。このような無電極放
電ランプは、高効率、高輝度、高演色、長寿命などの優
れた特性を合せ持っている。

【０００３】図１８に、この無電極放電ランプを点灯さ
せるための一般的な点灯装置の概略的な構成を示す。こ
の図で、商用交流電源８１は直流電源部８２で整流・平
滑されることで直流電源に変換されたあと、インバータ
部８３でたとえば１３ＭＨｚ程度の高周波電源に変換さ
れる。このインバータ部８３の出力端子間には、マッチ
ング回路８４の一部を構成する直列共振コンデンサ８８
Ａを介して点灯用コイル８５が接続され、この点灯用コ
イル８５に並列共振コンデンサ８９が接続されている。
点灯用コイル８５は、ランプ本体８６の周囲に数ターン
巻き付けられる。直列共振コンデンサ８８Ａには、コン
デンサ８８Ｂが並列に接続されており、ランプ始動時と
通常点灯時でスイッチ９０によりこのコンデンサ８８Ｂ
の接続を入り切りすることにより、マッチング回路８４
の回路定数が変えられるようになっている。また、点灯
用コイル８５にはスタータ回路８７が接続されており、
ランプ始動時にこのスタータ回路８７から放電開始用の
高いエネルギをランプ本体８６内に注入することで、ラ
ンプ本体８６内に容易にプラズマリングが形成できるよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の無電
極放電ランプでは、点灯用コイル８５とランプ本体８６
とが共に固定されており、これらの相対位置を変えて点
灯用コイル８５とランプ本体８６との結合状態を調整で
きるものはなかった。このためマッチング回路８４のみ
を用いて高周波電源とランプ負荷とのインピーダンス整
合をとり、ランプ始動時と通常点灯時で生じるマッチン
グずれに対応していた。

【０００５】しかし、無電極放電ランプを点灯させるに
あたっては、点灯用コイル８５での損失を低く抑える必
要上、非常にＱ（共振の尖鋭度）の高い回路を使用して
おり、マッチング回路８４の構成素子の静電容量や点灯
用コイル８５のインダクタンスが、温度変化や経時変化
によって変動した場合に、回路特性が大きく変化するよ
うになる。このような回路特性の変化により、マッチン
グずれが生じると、高周波電力の入力波の一部が反射波
となって戻ったり、点灯用コイル８５でロスが生じ、ラ
ンプが始動しなかったり、インバータ部８３の素子の破
壊を招くようになる。また、ランプ点灯時に回路特性が
変化した場合には、電力ロスによりランプの点灯効率を
悪化し、光出力が低下するようになる。また、電源変動
が生じた場合はさらにランプの始動が難しくなったり、
光出力の変動を余儀なくされる。このため従来は、マッ
チング回路８４を構成する素子や点灯用コイル８５に±
０．５％という精度の高いものを使用しなければなら
ず、回路部品の選定や設計に多大な労力を費やす必要が
あった。なお、これらの回路部品の精度が±１％変動し
た場合は、２０％程度の出力変動が現れる。

【０００６】また、無電極放電ランプではランプ始動時
のプラズマリング形成前後、その後のランプウォーミン
グアップを経てランプが点灯されるまでの間に、インバ
ータ部８３から見たランプ負荷（マッチング回路８４、
点灯用コイル８５、スタータ回路８７およびランプ本体
８６を含む）のインピーダンスが刻々変化する。これ
は、ランプ始動前はランプ本体８６と結合しない点灯用
コイル８５のみが負荷となり、誘導性の負荷が強く現れ
ているが、ランプが点灯すると、点灯用コイル８５とラ
ンプ本体８６内のプラズマリングが結合してインダクタ
ンス分が少なくなり、抵抗性の負荷が加わるとともに、
ランプ本体８６内の放電性ガスや発光蒸気の励起状態が
刻々変化し、インピーダンスを変化させることによるも
のである。したがって、従来の点灯装置で採用している
ようなマッチング回路８４の回路定数を単にスイッチ９
０により切り替えるような対処方法では、ランプ始動時
と点灯時におけるマッチングずれを十分に吸収すること
は難しい。

【０００７】本発明は、このような従来の技術が有する
課題を解決するために提案されたものであり、以下に述
べるような目的を達成し得る優れた無電極放電ランプお
よび点灯装置および点灯装置の調整方法を提供するもの
である。（１）マッチング回路だけでなく、点灯用コイルとラン
プ本体との結合状態を変えることによっても、高周波電
源とランプ負荷とのマッチングがとれるようにし、さら
に調光も行なえるようにする。（２）ランプ始動時や、温度変化、経時変化で回路特性
が変化した場合に、予め決められた手順に基づいて自動
的にマッチングの調整が行なえるようにする。（３）インバータ部で得られる検出信号に基づいてマッ
チングの調整を行なえるようにする。（４）インバータ部での入出力電力を直接または間接に
比較してマッチングの調整を行なえるようにする。（５）ランプ本体に十分な電力を供給でき、ランプ始動
時に安定にプラズマリングが形成できるとともに、その
後のランプ点灯も良好に行なえるようにする。（６）マッチング回路とこれに接続される点灯用コイル
とのＱを非常に高く設定しても、安定にマッチングを行
なえるようにする。（７）マッチング回路と点灯用コイルとの同調範囲を広
くとれるようにし、回路動作の安定化を図れるようにす
る。（８）調整方法を改善することにより、マッチング回路
の素子や点灯用コイルに高精度のものを必要としなくな
り、素子の選定を容易にするとともに、回路の安定化を
図れるようにする。これらの目的が達成されることにより、ランプの始動の
容易化、インバータ素子の保護、ランプの点灯の安定
化、ランプの高効率化、光出力の一定化、回路部品の選
定の容易化などが可能となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明による無電極放電ランプは、透光性のランプ外
管内に少なくとも放電性ガスまた蒸気が封入されたラン
プ本体と、このランプ本体の外周部に巻かれ、高周波電
流を流すことによりランプ本体内にプラズマリングを形
成するとともに、ランプ本体内に形成したプラズマリン
グと磁気的に結合して電力をランプ本体内に供給する点
灯用コイルと、この点灯用コイルと上記ランプ本体との
相対位置を変化させて、高周波電源とランプ負荷とのマ
ッチングの調整またはランプの調光を行なうための移動
機構とを備える構成としてある。

【０００９】また、本発明による無電極放電ランプは、
透光性のランプ外管内に少なくとも放電性ガスまた蒸気
が封入されたランプ本体と、このランプ外管に形成した
凹部内またはランプ外管に形成した孔部内に装着され、
高周波電流を流すことによりランプ本体内にプラズマリ
ングを形成するとともに、ランプ本体内に形成したプラ
ズマリングと磁気的に結合して電力をランプ本体内に供
給する点灯用コイルと、この点灯用コイルと上記ランプ
本体との相対位置を変化させて、高周波電源とランプ負
荷とのマッチングの調整またはランプの調光を行なうた
めの移動機構とを備える構成としてある。

【００１０】また、本発明による無電極放電ランプは、
透光性のランプ外管内に少なくとも放電性ガスまた蒸気
が封入されたランプ本体と、このランプ本体の近傍に配
され、高周波電流を流すことによりランプ本体内にプラ
ズマリングを形成するとともに、ランプ本体内に形成し
たプラズマリングと磁気的に結合して電力をランプ本体
内に供給する点灯用コイルと、ランプ外管に形成した凹
部内またはランプ外管に形成した孔部内に装着され、点
灯用コイルとランプ本体との結合状態を変化できる結合
度調整用部材と、この結合度調整用部材と上記ランプ本
体との相対位置を変化させて、高周波電源とランプ負荷
とのマッチングの調整またはランプの調光を行なうため
の移動機構とを備える構成してある。

【００１１】また、本発明による無電極放電ランプは、
ランプ本体の外周部に巻いた点灯用コイルとランプ本体
との相対位置、および結合度調整用部材とランプ本体と
の相対位置を共に変えられるようになっている。

【００１２】また、本発明による無電極放電ランプは、
ランプ外管の凹部または孔部に装着した点灯用コイルと
ランプ本体との相対位置、および結合度調整用部材とラ
ンプ本体との相対位置を共に変えられるようになってい
る。

【００１３】また、本発明による無電極放電ランプで
は、上記結合度調整部材を鉄心によって構成してある。

【００１４】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、直流電源部と、この直流電源部からの直流電源
を高周波電源に変換する例えばハーフブリッジ式インバ
ータ部と、ランプ外管内に少なくとも放電性ガスまたは
蒸気が封入されたランプ本体と、ランプ本体の近傍また
はランプ本体内に配置され、上記インバータ部から高周
波電源が供給される点灯用コイルと、この点灯用コイル
に直列接続された共振用の直列コンデンサあるいは直列
コンデサおよび点灯用コイルに並列接続された共振用の
並列コンデンサにより少なくとも構成されたマッチング
回路とを有し、上記点灯用コイルと磁気的に結合するラ
ンプ本体内のプラズマリングを介して高周波電力をこの
ランプ本体内に入力することで、無電極放電ランプを点
灯させる点灯装置において、予め設定したマッチング調
整手順を記憶するメモリと、無電極放電ランプを点灯す
る際に、このメモリから読み出した手順に基づいて、上
記マッチング回路のインピーダンスまたは上記点灯用コ
イルのインピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ラ
ンプ本体との結合状態を自動調整し、上記高周波電源と
ランプ負荷とのマッチングがとれるように制御するマッ
チング制御回路とを備える構成としてある。なお、イン
バータ部としては、ハーフブリッジの他、プッシュプル
式等の種々の周知のインバータの構成であってもよい。

【００１５】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、上記インバータ部から得られる状態検出信号に
基づいて、上記高周波電源とランプ負荷とのマッチング
ずれを検出する検出回路と、この検出回路から出力され
る検出信号に基づいて、上記マッチング回路のインピー
ダンスまたは上記点灯用コイルのインピーダンスまたは
上記点灯用コイルと上記ランプ本体との結合状態を調整
し、上記高周波電源とランプ負荷とのマッチングがとれ
るように制御するマッチング制御回路とを備える構成と
してある。

【００１６】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、上記直流電源部から出力される電力を直接また
は間接に検出する検出回路と、この検出回路から出力さ
れる検出値と予め設定された基準値とを比較する比較回
路と、この比較回路から出力される比較信号に基づい
て、上記マッチング回路のインピーダンスまたは上記点
灯用コイルのインピーダンスまたは上記点灯用コイルと
上記ランプ本体との結合状態を調整し、上記高周波電源
とランプ負荷とのマッチングをとり、ランプ本体内に入
力される電力が常に一定となるように制御する制御回路
とを備える構成としてある。

【００１７】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、上記インバータ部に入力される電力を検出する
入力電力検出回路と、このインバータ部から出力される
電力を検出する出力電力検出回路と、これら検出回路か
ら出力される検出値を比較する比較回路と、この比較回
路から出力される比較信号に基づいて、上記マッチング
回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイルのインピ
ーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ランプ本体との
結合状態を調整し、上記高周波電源とランプ負荷とのマ
ッチングをとり、上記インバータ部での電力ロスを小さ
くするように制御する制御回路とを備える構成としてあ
る。

【００１８】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、上記インバータ部から出力される電力を検出す
る出力電力検出回路と、この検出回路から出力される検
出値と予め設定された基準値を比較する比較回路と、こ
の比較回路から出力される比較信号に基づいて、上記マ
ッチング回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイル
のインピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ランプ
本体との結合状態を調整し、上記高周波電源とランプ負
荷とのマッチングをとり、上記インバータ部での電力ロ
スを小さくするように制御する制御回路とを備える構成
としてある。

【００１９】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、入力される調光信号に基づいて、上記マッチン
グ回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイルのイン
ピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ランプ本体と
の結合状態を調整し、無電極放電ランプの調光を行なう
制御回路を備える構成としてある。

【００２０】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、無電極放電ランプの始動直後は、上記インバー
タ部の出力電圧波形と出力電流波形とをほぼ同相となる
ようにし、その後無電極放電ランプのウォーミングアッ
プに伴い、上記出力電流波形の位相を進ませ、ランプ点
灯時は、上記出力電圧波形がゼロクロスする地点とほぼ
同一地点で出力電流波形がゼロクロスするように、上記
マッチング回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイ
ルのインピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ラン
プ本体との結合状態を予め設定してある。

【００２１】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、直流電源部と、この直流電源部からの直流電源
を高周波電源に変換するインバータ部と、ランプ外管内
に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入されたランプ
本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内に配置さ
れ、上記インバータ部から高周波電源が供給される点灯
用コイルと、この点灯用コイルに直列接続された共振用
の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列接続された
共振用の第１の並列コンデンサにより少なくとも構成さ
れたマッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁気
的に結合するランプ本体内のプラズマリングを介して高
周波電力をこのランプ本体内に入力することで、無電極
放電ランプを点灯させる点灯装置において、上記直列コ
ンデンサと上記第１の並列コンデンサとの直列回路に対
して並列に第２の並列コンデンサを接続するとともに、
この第２の並列コンデンサに対してインダクタを直列に
接続することで上記マッチング回路を構成してある。

【００２２】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、上記マッチング回路の入力インピーダンスのリ
アクタンス成分が概略ゼロとしてある。

【００２３】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置は、上記直列コンデンサと上記第１の並列コンデン
サとの直列回路に対して並列に第２の並列コンデンサを
接続するとともに、上記直列コンデンサ、上記第１およ
び第２の並列コンデンサに対して第１乃至第３のインダ
クタＬ１，Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ直列に設けることで上
記マッチング回路を構成し、このマッチング回路を介し
て上記点灯用コイルに入力される高周波電源の励起周波
数をｆ（ＭＨｚ）としたときに、上記第１乃至第３のイ
ンダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３の値（ｎＨ）を、０．０１ｆ≦Ｌ１≦ｆ０．１ｆ≦Ｌ２≦１０ｆ
０．１ｆ≦Ｌ３≦１０ｆにそれぞれ設定してある。

【００２４】また、本発明による無電極放電ランプ点灯
装置の調整方法は、上記点灯用コイルに上記並列コンデ
ンサを接続した状態で、上記直列コンデンサまたはアー
ス回路を切り離し、上記並列コンデンサと上記点灯用コ
イルとの並列共振周波数が規定値となるように、上記並
列コンデンサの静電容量または上記点灯用コイルのイン
ダクタンスを調整する第１の調整手順と、上記点灯用コ
イルに上記並列コンデンサ、上記直列コンデンサおよび
アース回路を接続した状態で、上記直列コンデンサと上
記並列コンデンサおよび上記点灯用コイルの並列回路と
の直列共振周波数または上記直列コンデンサをアース回
路に短絡したときの並列共振周波数が概略規定値となる
ように、上記直列コンデンサの静電容量を粗調整する第
２の調整手順と、無電極放電ランプを点灯するか、無電
極放電ランプの代わりにダミーロードを接続して、上記
インバータ部から負荷への入力電力または入力電流が規
定値となるように、上記直列コンデンサを微調整する第
３の調整手順とからなる。なお第２の調整手順としてア
ース回路に短経するかわりに、インバータの出力容量を
等してアース回路に短絡しても良い。

【００２５】

【作用】上述した請求項１に対応する構成によれば、ラ
ンプ本体の外周部に巻いた点灯用コイルとランプ本体と
の相対位置を変化させることで、点灯用コイルとランプ
本体内のプラズマリングとの結合度を変化でき、マッチ
ングの調整またはランプの調光を行なえる。

【００２６】また、請求項２に対応する構成によれば、
ランプ外管の凹部または孔部に装着した点灯用コイルと
ランプ本体との相対位置を変化させることで、点灯用コ
イルとランプ本体内のプラズマリングとの結合度を変化
でき、マッチングの調整またはランプの調光を行なえ
る。

【００２７】また、請求項３に対応する構成によれば、
結合度調整用部材とランプ本体との相対位置を変化させ
ることで、点灯用コイルとランプ本体内のプラズマリン
グとの結合度を変化でき、マッチングの調整またはラン
プの調光を行なえる。

【００２８】また、請求項４に対応する構成によれば、
ランプ本体の外周部に巻いた点灯用コイルと結合度調整
用部材が、共にランプ本体に対しての相対位置を変えら
れるので、より高い確度でマッチングの調整またはラン
プの調光を行なえる。

【００２９】また、請求項５に対応する構成によれば、
ランプ外管の凹部または孔部に装着した点灯用コイルと
結合度調整用部材が、共にランプ本体に対しての相対位
置を変えられるので、より高い確度でマッチングの調整
またはランプの調光を行なえる。

【００３０】また、請求項６に対応する構成によれば、
結合度調整用部材を鉄心により構成することにより、こ
の結合度調整用部材をランプ本体の凹部または孔部に深
く差し込むことで、点灯用コイルとランプ本体との結合
度を高めることができ、結合度調整用部材を引き抜くこ
とにより、点灯用コイルとランプ本体との結合度を弱め
ることができる。

【００３１】また、請求項７に対応する構成によれば、
メモリに記憶した調整手段に基づいて高周波電源とラン
プ負荷とのマッチングの調整を自動的に行なえる。

【００３２】また、請求項８に対応する構成によれば、
インバータ部から得られる出力電圧や出力電流などの状
態検出信号に基づいてマッチングの調整を行なえる。

【００３３】また、請求項９に対応する構成によれば、
直流電源部から出力される電力値の基準値からのずれに
応じてマッチングの調整を行なうことで、ランプ本体内
に入力される電力を一定に保てる。

【００３４】また、請求項１０に対応する構成によれ
ば、インバータ部における入出力電力を比較し、この比
較出力に基づいてマッチングの調整を行なうことで、イ
ンバータ部での電力ロスを小さく抑えられる。

【００３５】また、請求項１１に対応する構成によれ
ば、インバータ部から出力される電力値の基準値からの
ずれに応じてマッチングの調整を行なうことで、インバ
ータ部での電力ロスを小さく抑えられる。

【００３６】また、請求項１２に対応する構成によれ
ば、調光信号に基づいてマッチング回路のインピーダン
スまたは点灯用コイルとランプ本体との結合状態などを
調整することにより、ランプの調光を行なえる。

【００３７】また、請求項１３に対応する構成によれ
ば、ランプ始動直後にインバータ部の出力電圧波形と出
力電流波形を同相とすることにより、十分なエネルギが
ランプ本体に供給され、安定にプラズマリングが形成で
きるとともに、このプラズマリングを安定に維持でき
る。その後、出力電圧波形がゼロクロスする地点で、出
力電流波形をゼロクロスさせてスイッチングさせること
により、点灯時のロスをゼロとすることができる。この
とき同位相の場合と比べて出力が低下するが、入力がそ
れ以上に低下するので、効率が最大となる。

【００３８】また、請求項１４に対応する構成によれ
ば、第２の並列コンデンサに対してインダクタを直列に
接続することにより、インバータ部とランプ負荷とを同
軸ケーブルで接続した場合に、インピーダンス整合を良
好に行なえる。

【００３９】また、請求項１５に対応する構成によれ
ば、インバータ部から見た入力インピーダンスのリアク
タンス成分をゼロとすることにより、ランプ負荷での電
力ロスを低く抑えられる。また、同軸ケーブルの長さを
任意に選べる。

【００４０】また、請求項１６に対応する構成によれ
ば、マッチング回路の各コンデンサに直列にインダクタ
ンスを接続することにより、同調曲線にリップルを生じ
させて、同調範囲を広くすることができ、マッチング回
路の特性を安定化できる。

【００４１】また、請求項１７に対応する構成によれ
ば、マッチング回路の素子や点灯用コイルのインダクタ
ンスを直接測定することは難しいが、共振周波数の測定
は容易であり、安定でしかも精度の高い調整を行なえ
る。

【００４２】

【実施例】以下、本発明による無電極放電ランプと点灯
装置並びに点灯装置の調整方法を図面に基づき詳細に説
明する。図１に、この無電極放電ランプの一実施例を示
す。この図で、ランプ本体１の透光性の外管２は石英ガ
ラスにより球形に形成され、このランプ本体１内にはた
とえば高圧のクリプトンガスやＮａＩなどが封入されて
いる。このランプ本体１の外周中央部には、帯状の導体
などからなる点灯用コイル３が数ターン（たとえば２タ
ーン）巻かれている。この点灯用コイル３には、直流電
源を高周波電源に変換するインバータ部で作られた数Ｍ
Ｈｚ以上の高周波電流が、コイル３を含む共振回路の点
灯回路部を介して供給される。点灯用コイル３に流され
る高周波電流によりランプ本体１内には、プラズマリン
グが形成される。点灯用コイル３は、このプラズマリン
グと磁気的に結合して、ランプ本体１内に点灯用の電力
を供給し、ランプを無電極放電により点灯する。ランプ
始動直後や経時変化などによって高周波電源とランプ負
荷とのマッチングにずれが生じると、ランプの光出力が
変化したり、インバータ部で電力ロスが生じ、インバー
タ部を構成するスイッチング素子の破壊を招くようにな
る。そこで、インバータ部の入出力電力の比較値などに
基き、例えばこの比較値が最小となるように点灯用コイ
ル３とランプ本体１との相対位置を変えると、両者の結
合状態が変化し、マッチングの調整を行なえる。また、
逆に点灯用コイル３とランプ本体１との相対位置を変化
させれば、プラズマリングに磁気的に結合する点灯用コ
イル３とランプ本体１との結合度を変えられ、コイル３
からランプ本体１に入力される電力を変化できるので、
ランプの調光を行なえる。このマッチングの調整とラン
プの調光を行なうにあたって、この実施例では点灯用コ
イル３を固定として、ランプ移動機構４によりコイル３
の軸方向に対してランプ本体１を上下動することで、両
者の相対位置を変化させている。

【００４３】図２は、ランプ本体１を上下動させるため
の具体的なランプ移動機構４を示している。この図で、
ランプ本体１の頂部には支持軸５が上方に突設されてお
り、ランプ本体１を包む透光性のカバー６が、この支持
軸５から横方向に延びるステー７によって固定されてい
る。点灯用コイル３は、このカバー６の外側に巻かれて
いる。支持軸５の上部にはラックギア８が固定されてお
り、モータ９の出力軸に固着されたピニオンギア１０が
このラックギア８に噛み合っている。これによりマッチ
ング制御信号または調光制御信号に基づく駆動信号によ
ってモータ９を所定量だけ回転させると、ランプ本体１
を点灯用コイル３に対して上下動でき、マッチングの調
整またはランプの調光を行なえる。

【００４４】なお、上述した実施例では点灯用コイル３
を固定してランプ本体１を移動させているが、ランプ本
体１を固定して点灯用コイル３を移動させることで両者
の相対位置を変化させてもよい。

【００４５】つぎに、図３に示す他の実施例の無電極放
電ランプを説明する。この図で、ランプ本体１１の球形
をなす外管１２の上部には、筒状の凹部１４が中心を通
るように内部に向けて形成されている。この凹部１４内
には、図４に示すように同心状に点灯用コイル１３が入
れられており、この点灯用コイル１３に高周波電流が流
されることにより、ランプ本体１１内にはこのコイル１
３が作る磁束に結合するプラズマリングがコイル１３を
取り巻くように形成される。これによりランプが無電極
放電により点灯する。点灯コイル１３の軸心方向に入れ
られている磁性体などからなる棒状のコア１５は、コイ
ル１３とプラズマリングとの磁気的結合を強めるための
ものである。この実施例では、ランプ本体１１が固定さ
れ、コイル移動機構１６にマッチング制御信号または調
光制御信号に基づく駆動信号を入力することで、凹部１
４に入れられた点灯用コイル１３を上下方向に出し入れ
できるようになっている。これにより点灯用コイル１３
とランプ本体１１との結合状態を変えられ、高周波電源
とランプ負荷とのマッチングの調整やランプの調光を行
なえる。コイル移動機構１６は、点灯用コイル１３を取
り付けた支持軸１７の上部にラックギア１８が取り付け
られ、モータ１９側のピニオンギア２０がこのラックギ
ア１８に噛み合う構成となっている。なお、点灯用コイ
ル１３を固定しておき、ランプ本体１１をモータにより
上下動させる構成も可能である。

【００４６】つぎに、図５に示すさらに他の実施例の無
電極放電ランプを説明する。この実施例では、ランプ本
体２１の外周に点灯用コイル３が巻かれており、外管１
２の上部には中心方向に向けて凹部１４が形成され、こ
の凹部１４内には点灯用コイル３とランプ本体２１との
結合度を変化できる棒状の結合度調整用部材２２が出し
入れされるようになっている。この部材２２は、鉄心な
どのような透磁率の高い材質によって構成されるか、テ
フロン（デュポン社の商品名）などのような低損失の誘
導体によって構成される。点灯用コイル３とランプ本体
２１間には静電容量が形成されるので、テフロンなどの
結合度調整用部材２２を出し入れすることで、コイル３
とランプ本体２１との間の結合状態を変えられる。ま
た、鉄心からなる結合度調整用部材２２を凹部１４内に
差し入れると、点灯用コイル３とランプ本体２１との結
合度を高められ、逆にこの結合度調整用部材２２を引き
抜くと結合度を弱められる。この実施例では、図６に示
すようにランプ本体２１を固定しておき、マッチング制
御信号や調光制御信号に基づいてこれら棒状の部材２２
を移動機構２３によって出し入れすることにより、高周
波電源とランプ負荷とのマッチングの調整やランプの調
光を行なっている。ここで、移動機構２３はモータ２４
とピニオンギア２５、ラックギア２６の組み合わせから
なる。また、鉄心などのような透磁率の高い棒状の部材
２２をランプ始動時だけ凹部１４に挿入しておくこと
で、ランプ本体２１の結合度を始動時だけアップするよ
うにすれば、別途スタータ回路を設けることなくランプ
の始動が可能な点灯装置を構成できる。

【００４７】図５に示した実施例では、点灯用コイル３
が固定されているが、この点灯用コイル３を移動可能と
すれば、より広範囲にしかも確度の高いマッチングの調
整とランプの調光を行なえる。また、図３に例示した無
電極放電ランプで、凹部１４内に結合度調整用部材２２
を出し入れする構成も可能である。

【００４８】なお、上述した実施例ではランプ外管１２
に凹部１４を形成して点灯用コイル１３または結合度調
整用部材２２を装着しているが、ランプ外管１２を貫通
する孔部を形成して、この孔部に点灯用コイル１３また
は結合度調整用部材２２を装着してもよい。また、ラン
プ外管２，１２は球形に限定さず、他の形状であっても
よい。

【００４９】つぎに、図７に示す無電極放電ランプ点灯
装置を説明する。この図で、商用交流電源３１は、直流
電源部３２で整流・平滑されて直流電源にされ、この直
流電源がインバータ部３３で数ＭＨｚ以上の高周波電源
に変換される。インバータ部３３の出力端子は、マッチ
ング回路３４を介して点灯用コイル３５に接続され、こ
の点灯用コイル３５から高周波電力がランプ本体３６内
に入力されることで、無電極放電ランプが高周波点灯さ
れる。なお、スタータ回路３７からはランプ始動時に高
電圧がランプ本体３６に加えられる。マッチング回路３
４の例としては、図示のように点灯用コイル３５に直列
に接続される共振用の直列コンデンサ３８とコイル３５
に対して並列に接続される共振用の並列コンデンサ３９
とから構成されるものを挙げることができる。この例で
は、直列コンデンサ３８がバリコンによって構成され、
バリコンの回転軸がサーボモータ４３によって回転され
ることで、コンデンサ３８の静電容量が変えられるよう
になっている。また、温度変化や経時変化などでマッチ
ング回路３４の特性や点灯用コイル３５のインダクタン
スが変化した場合、マッチング回路３４と点灯用コイル
３５で決まる共振周波数が変化するが、検出回路４０で
はたとえばこの共振周波数が規定の共振周波数からどの
位ずれたかを検出することができ、検出出力がマッチン
グ制御回路４１に供給される。このマッチング制御回路
４１では検出信号を受けると、メモリ４１ａに予め記憶
されているマッチング用の調整手順を表すデータを読み
出し、この調整手順に基づいて駆動回路４２にコンデン
サ３８（バリコン）の回転角度を指令するための制御信
号を送出する。これによりサーボモータ４３が回転さ
れ、バリコンが所定角度回されることにより、マッチン
グ回路３４のインピーダンスが変えられ、共振周波数が
特定の周波数となるように自動調整される。この操作
で、高周波電源とランプ負荷とのマッチングがとられ、
ランプの始動を良好に行なえるようになるとともに、イ
ンバータ部３３のスイッチング素子に過大なストレスが
加わるのを防ぐことができる。また、光出力の安定化も
図れる。

【００５０】この実施例では、直列コンデンサ３８をバ
リコンによって構成しているが、コンデンサ３８の両電
極板間の距離を圧電素子によって変えられるようにした
容量可変型のコンデンサを用いてもよい。また、ヒータ
にバイメタルや形状記憶合金を組み合わせ、制御信号を
受けてヒータが発熱し、これによる温度上昇によりバイ
メタルや形状記憶合金を変形させ、これにより電極間距
離を変えて容量を可変しても良い。また、マッチング制
御回路４１の制御信号に基づいて、点灯用コイル３５の
インダクタンスを調整するか、点灯用コイル３５とラン
プ本体３６との結合状態を図１乃至図６で説明した手段
を用いて調整してもよい。

【００５１】つぎに、図８に示す無電極放電ランプ点灯
装置を説明する。この点灯装置では、検出回路４４によ
ってインバータ部３３のマッチングずれの状態を検出す
ることができ、検出回路４４からの状態検出信号がマッ
チング制御回路４５に供給される。マッチング制御回路
４５では、この検出信号に基づいてマッチング回路３４
のたとえば直列コンデンサ（図７中、符号３８に対応）
の静電容量を変化させることにより、マッチング回路３
４のインピーダンスが調整され、高周波電源とランプ負
荷とのマッチングがとられる。

【００５２】ここで、検出回路４４でインバータ部３３
におけるロスを検出できるようにした場合、マッチング
制御回路４５の制御動作により、インバータ部３３での
ロスが一定以下に抑えられるようにマッチング回路３４
を調整することができる。また、検出回路４４でインバ
ータ部３３の出力電圧と出力電流を検出できるようにし
た場合は、マッチング制御回路４５の動作により、イン
バータ部３３の出力電力が一定範囲に収まるようにマッ
チング回路３４を調整することができる。また、検出回
路４４でインバータ部３３の出力電圧と出力電流の位相
差を検出できるようにした場合には、マッチング制御回
路４５の動作により、インバータ部３３でゼロボルト・
スイッチング状態が維持できるようにマッチング回路３
４を調整することができる。また、検出回路４４でイン
バータ部３３の出力電流を検出できるようにした場合
は、マッチング制御回路４５によって、インバータ部３
３の出力電流が常に一定範囲に収まるマッチング回路３
４を調整することができる。また、検出回路４４でイン
バータ部３３の入力電流と出力電流を検出し、入出力電
流値の比較出力をマッチング制御回路４５に入力できる
ようにした場合は、マッチング制御回路４５の動作によ
り、インバータ部３３の消費電力が常に一定範囲に収ま
るようにマッチング回路３４を調整することができる。

【００５３】なお、マッチング制御回路４５の制御信号
に基づいて、点灯用コイル３５のインダクタンスを調整
するか、点灯用コイル３５とランプ本体３６との結合状
態を調整してもよい。

【００５４】このような調整を行なうことにより、ラン
プの始動の容易化、温度変化や経時変化に対する回路の
安定化、低損失化、製造時の調整手順の簡略化などを図
ることができる。

【００５５】つぎに、図９に示す無電極放電ランプ点灯
装置を説明する。この点灯装置では、検出回路４６にお
いて直流電源部３２から出力される電力が直接または間
接に検出され、この検出値が比較回路４８において基準
値４７と比較される。この比較出力が取り込まれるマッ
チング制御回路４９では、比較誤差に基づいてマッチン
グ回路３４のたとえば直列コンデンサの静電容量を変化
させ、マッチング回路３４のインピーダンスを調整する
ことで、高周波電源とランプ負荷とのマッチングを行な
う。これにより、ランプ本体３６内に入力される電力が
常に一定となるように制御できる。

【００５６】つぎに、図１０に示す無電極ランプ点灯装
置を説明する。この点灯装置では、入力電力検出回路５
０でインバータ部３３に入力される電力が検出され、出
力電力検出回路５１でインバータ部３３から出力される
電力が検出される。入力電力の検出値と出力電力の検出
値は、比較回路５２で比較され、この比較出力がマッチ
ング制御回路５３に供給される。マッチング制御回路５
３では、入出力電力の比較誤差が最小となるようにマッ
チング回路３４のたとえば直列コンデンサの静電容量を
変化させ、マッチング回路３４のインピーダンスを調整
することで、高周波電源とランプ負荷とのマッチングを
行なう。これにより、インバータ部３３での電力ロスが
最小となるように制御できる。

【００５７】つぎに、図１１に示す無電極ランプ点灯装
置を説明する。この点灯装置では、インバータ部３３の
出力電力値が出力電力検出回路５１で検出され、この検
出値と基準値５４とが比較回路５５において比較され
る。この比較出力が取り込まれるマッチング制御回路５
６では、比較誤差が最小となるようにマッチング回路３
４のインピーダンスを調整することにより、高周波電源
とランプ負荷とのマッチングをとる。これにより、イン
バータ部３３での電力ロスが最小となるように制御でき
る。

【００５８】なお、マッチング制御回路４９，５３，５
６の制御信号に基づいて、点灯用コイル３５のインダク
タンスを調整するか、点灯用コイル３５とランプ本体３
６との結合状態を調整してもよい。また、マッチング制
御回路４９，５３，５６を調光・マッチング制御回路と
し、この制御回路に入力される調光信号に基づいてマッ
チング回路３４のインピーダンスまたは点灯用コイル３
５とランプ本体３６との結合状態を変えることで、無電
極放電ランプの調光を行なえる構成とすることもでき
る。

【００５９】つぎに、図１２に示す無電極ランプ点灯装
置を説明する。この点灯装置では、ランプの始動直後
は、図１３（ａ）に示すようにインバータ部３３の出力
電圧波形Ｗ１と出力電流波形Ｗ２とをほぼ同相となるよ
うにし、その後ランプのウォーミングアップに伴い、図
１３（ｂ）に示すように出力電流波形Ｗ２の位相を進ま
せ、出力電圧波形Ｗ１がゼロクロスする地点とほぼ同一
地点でゼロクロスするようにスイッチングさせている。
ランプ始動直後にインバータ部３３の出力電圧波形Ｗ１
と出力電流波形Ｗ２を同相とすることは、十分なエネル
ギをランプ本体３６に供給でき、安定にプラズマリング
を形成でき、形成したプラズマリングを安定に維持でき
る。その後ランプ点灯時は、出力電圧波形Ｗ１がゼロク
ロスする地点で、出力電流波形Ｗ２をゼロクロスせてス
イッチングさせることで、インバータ部３３でのロスを
理論的にゼロとすることができる。このとき同位相の場
合と比べて出力が低下するが、入力がそれ以上に低下す
るので、効率が最大となる。このような動作条件は、マ
ッチング回路３４のインピーダンス、点灯用コイル３５
のインピーダンス、点灯用コイル３５とランプ本体３６
との結合状態を適当に設定することで得られる。

【００６０】つぎに、この動作条件を得るための回路定
数の設定方法について説明する。まず、図１２の無電極
ランプ点灯装置の構成を説明する。インバータ部３３
は、ドライブ回路３３Ｄによって駆動されるＦＥＴから
なるスイッチング素子３３ａ，３３ｂを直列接続したハ
ーフブリッジ型に構成されている。インバータ部３３に
は、マッチング回路３４を介して点灯用コイル３５が接
続されている。このマッチング回路３４は、直列コンデ
ンサ３８と並列コンデンサ３９からなる。また、スター
タ回路３７は直列共振コンデンサ６０と並列共振回路か
らなり、これらの接続点がランプ本体３６のメインチュ
ーブ３６ａの頂部から延びる始動用細管３６ｂに接続さ
れている。並列共振回路は、スタータコイル６１と並列
共振コンデンサ６２からなる。これらのコンデサは浮遊
容量にて形成してもよい。ランプ始動時に、このスター
タ回路３７からキック状の高電圧が始動用細管３６ｂに
加えられることで、メインチューブ３６ａ内でのプラズ
マリングの形成を容易にしている。

【００６１】つぎに、各素子の値をつぎのように定め
る。Ｚ；インバータ部３３から見たランプ負荷のインピー
ダンスの値Ｐo ；インバータ部３３の出力電力の値ＩL ；インバータ部３３の出力電流の値Ｒe(z)；複素インピーダンスＺの実部Ｉm(z)；複素インピーダンスＺの虚部 φL ；Ｚの偏角Ｃs ；直列コンデンサ３８の静電容量の値Ｒs ；直列コンデンサ３８の寄生抵抗５７の値Ｌs ；直列コンデンサ３８の寄生インダクタンス５８の
値Ｃp ；並列コンデンサ３９の静電容量の値Ｌm ；点灯用コイル３５のインダクタンスの値Ｒm ；点灯用コイル３５の寄生抵抗５９の値Ｃg ；始動用細管３６ｂにグロー電流が流れたときの等
価静電容量６４の値Ｃsts ；始動用の寄生直列コンデンサ６０の値Ｌst；スタータコイル６１のインダクタンスの値Ｃstp ；始動用の寄生並列コンデンサ６２の値Ｒst；並列共振回路の寄生抵抗６３の値

【００６２】以下、回路定数の設定方法を述べる。ま
ず、始動直後のランプ本体３６内のプラズマリングと点
灯用コイル３５との結合係数をｋ，αとしたとき、ラン
プ本体３６のメインチューブ３６ａ内にクリプトンガス
（Ｋｒ）を２５０トル（torr）のみ封入し、発光金属を
封入しない場合についての結合定数ｋ´，α´測定す
る。これは、プラズマリングが形成された直後のランプ
を想定したものである。なお、αはランプ抵抗をＲa 、
ランプインダクタンスをＬa とした場合、 α＝Ｒa ／ωＬa で与えられる。メインチューブ３６ａの内径が１２ｍｍ
のランプでは、ｋ´＝０．２１０ α´＝２．７８と測定される。

【００６３】続いて、始動用細管３６ｂにグロー電流が
流れたときの等価静電容量６４の値Ｃg を測定すると、Ｃg ＝１．０ｐＦが得られる。

【００６４】続いて、数式１に示される連立方程式を満
たすようなＣs ，Ｃp を求める。数式１１は、点灯時に
適正な電力を入力でき、スイッチングロスを十分に少さ
くするという条件を与えるものである。

【００６５】続いて、測定されたｋ´，α´，Ｃg に対
して数式２に示される連立方程式を解き、φL ＝０とな
るＣsts ，Ｌstを求める。

【００６６】

【数１】

【００６７】

【数２】

【００６８】以上の演算により、各回路定数の値をつぎ
のように設定できる。まず、第１の数値例としては、ｋ´＝０．２１ α´＝２．７８ｋ＝０．２６６ α＝２．１４Ｌm ＝１６５ｎＨＲm ＝５０ｍΩ Ｃp ＝４３３．８ｐＦＣs ＝３４０ｐＦＲs ＝１７０ｍΩ Ｌs ＝１７ｎＨＣsts ＝２ｐＦＣstp ＝６ｐＦＬst＝１５μＨＲst＝１０ｋΩ のとき、始動時の直列コンデンサ３８の値をＣs ´＝３
７０ｐＦとし、始動後は並列接続の３０ｐＦを切り離し
て、Ｃs ＝３４０ｐＦとする。第２の数値例としては、ｋ´＝０．２１ α´＝２．７８ｋ＝０．２６６ α＝２．１４Ｌm ＝１６５ｎＨＲm ＝５０ｍΩ Ｃp ＝４３３．８ｐＦＣs ＝３４０ｐＦＲs ＝１７０ｍΩ Ｌs ＝１７ｎＨのとき、Ｃsts ＝２ｐＦＣstp ＝６ｐＦＬst＝１５μＨＲst＝５００ｋΩ とすれば、始動時のみスタータ回路３７を接続し、始動
後はスタータ回路３７を切り離すことで自動的にマッチ
ングがとれる。

【００６９】つぎに、図１４に示す無電極放電ランプ点
灯装置を説明する。この点灯装置では、インバータ部３
３の出力端子がたとえば５０Ωの同軸ケーブル６８によ
ってマッチング回路６７に接続され、このマッチング回
路６７が点灯用コイル３５に接続されている。このマッ
チング回路６７は、点灯用コイル３５に直列に接続され
る直列コンデンサ３８、コイル３５に対して並列に接続
される第１の並列コンデンサ３９、これらコンデンサ３
８，３９に対して並列に接続される第２の並列コンデン
サ６５、この第２の並列コンデンサ６５に対して直列に
設けられるインダクタンス６６から構成されている。こ
こで、各コンデンサ３８，３９，６５はバリコンやトリ
マコンデンサなどからなる容量可変型のコンデンサによ
って構成されている。また、インバータ部３３から見た
入力インピーダンスのリアクタンス成分は概略ゼロとし
てある。点灯用コイル３５のインダクタンスＬｍが１６
０ｎＨであるとき、直列コンデンサ３８の静電容量Ｃs
を略４００ｐＦ、第１の並列コンデンサ３９の静電容量
Ｃp1を略４００ｐＦ、第２の並列コンデンサ６５の静電
容量Ｃp2を略９００ｐＦ、インダクタンス６６の値Ｌp
を７０ｎＨとして、各コンデンサ３８，３９，６５を微
調すれば、マッチング回路６７を規定の特性に調整でき
る。

【００７０】このように、第２の並列コンデンサ６５と
インダクタンス６６を接続したことにより、マッチング
回路６７と点灯用コイル３５による共振回路のＱが非常
に高い場合でも、高周波電源とランプ負荷とのマッチン
グを安定にとることができ、ランプを安定に始動でき
る。

【００７１】つぎに、図１５に示す無電極放電ランプ点
灯装置を説明する。この点灯装置でも、インバータ部３
３の出力端子がたとえば５０Ωの同軸ケーブル６８によ
ってマッチング回路６９に接続され、このマッチング回
路６９が点灯用コイル３５に接続されている。このマッ
チング回路６９は、点灯用コイル３５に直列に接続され
る直列コンデンサ３８、コイル３５に対して並列に接続
される第１の並列コンデンサ３９、これらコンデンサ３
８，３９に対して並列に接続される第２の並列コンデン
サ６５、各コンデンサ３８，３９，６５にそれぞれ直列
に設けられる第１乃至第３のインダクタンスＬ１，Ｌ
２，Ｌ３から構成されている。これらインダクタンスＬ
１，Ｌ２，Ｌ３は、直列に接続されるインダクタまた寄
生インダクタンスによって構成できる。ここで、マッチ
ング回路６９を介して点灯用コイル３５に入力される高
周波電源の励起周波数をｆ（ＭＨｚ）としたときに、第
１乃至第３のインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３の値（ｎＨ）
は、０．０１ｆ≦Ｌ１≦ｆ０．１ｆ≦Ｌ２≦１０ｆ
０．１ｆ≦Ｌ３≦１０ｆにそれぞれ設定されている。

【００７２】このように、各コンデンサ３８，３９，６
５に直列にインダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３を接続する
とともに、これらのインダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３の
値を上式のように設定することにより、マッチング回路
６９と点灯用コイル３５とからなる共振回路の同調曲線
にリップルを生じさせ、同調範囲を広くとることができ
る。これにより、安定にマッチングの調整を行なえる。
なお、第１および第２のインダクタンスＬ１，Ｌ２をあ
まり小さくすると効果が少なくなり、インダクタンスＬ
１，Ｌ２を大きくとると、回路としての安定性が少しず
つ減少していく。直列コンデンサ３８および並列コンデ
ンサ３９は、インダクタンスＬ１，Ｌ２の作用を打ち消
せるように大きめに設定する。また、特に上記入力イン
ピーダンスのリアクタンス成分が概略ゼロにしておく
と、同軸ケーブル６８に対し、マッチングがとりやすく
なり、しかも、その長さを任意に選べる。例えば直流電
源部３２、インバータ部３３を別置きにし、灯具内に設
置された、その先の回路へ任意の長さの同軸ケーブル６
８で給電が可能となる。これにより灯具のデザインの自
由度が大幅に増す。

【００７３】つぎに、無電極放電ランプ点灯装置の調整
方法を図１６に基づいて説明する。まず、調整の第１手
順では、図中Ａ−Ａ線で回路を切断して、直列コンデン
サ３８とアース回路７０を切り離し、点灯用コイル３５
に並列コンデンサ３９を接続した状態で、並列コンデン
サ３９と点灯用コイル３５との並列共振周波数ｆpが規
定値となるように、並列コンデンサ３９の静電容量Ｃp
を調整する。このときの共振周波数ｆp は、

【数３】によって決められる。なお、並列コンデンサ３９を調整
する代わりに点灯用コイル３５のインダクタンスＬm を
調整してもよい。続いて、直列コンデンサ３８とアース
回路７０を接続した状態で、直列コンデンサ３８と並列
コンデンサ３９および点灯用コイル３５の並列回路との
直列共振周波数が概略規定値となるように、直列コンデ
ンサ３８の静電容量Ｃs を粗調整する。または、図中Ｂ
−Ｂ間をショートし、直列コンデンサ３８をアース回路
７０に短絡したときの点灯用コイル３５と直列コンデン
サ３８および並列コンデンサ３９との並列共振周波数ｆ
s が、略規定値となるように直列コンデンサ３８の静電
容量Ｃs を粗調整してもよい。このときの並列共振周波
数ｆs は、

【数４】によって決められる。または、図中Ｂ−Ｂ間をショート
する代わりに、インバータ部３３のスイッチング素子の
出力容量Ｃo を利用して、数式３で決められる共振周波
数ｆs ´となるように直列コンデンサ３８の静電容量Ｃ
s を粗調整してもよい。続いて、無電極放電ランプを点
灯するか、無電極放電ランプの代わりにダミーロードを
接続して、インバータ部３３から負荷への入力電力また
は入力電流が規定値となるように、直列コンデンサ３８
の静電容量Ｃs を微調整するこれらの調整手順を経て、
この点灯装置の調整が完了する。

【００７３】なお、直列コンデンサ３８および並列コン
デンサ３９の静電容量Ｃs ，Ｃp は数式４に示す連立方
程式の解として求めることができる。

【００７４】

【数５】

【００７５】

【数６】

【００７６】このような調整方法を採用することによ
り、つぎに述べるような利点が得られる。まず、共振周
波数を測定して調整を行なうことは、マッチング回路３
４の各コンデンサ３８，３９の静電容量Ｃs ，Ｃp や点
灯用コイル３５のインダクタンスＬm を直接測定するよ
りも、安定性がよく、しかも精度の高い測定を容易に行
なうことができる。また、点灯用コイル３５のインダク
タンスＬm が±１０％程度ずれていたとしても、共振周
波数が規定値となるように並列コンデンサ３９の静電容
量を設定することができ、点灯用コイル３５のインダク
タンスＬm のずれを補償できる。また、各コンデンサ３
８，３９に従来のように±０．５％というような高精度
なものが必要なく、部品の選定が容易となる。また、回
路定数の変化に敏感な入力電力を規定値となるように調
整することは、自動的にマッチング条件が整い、ランプ
の効率および光出力値も適正化できる。また、入力電力
の測定には通常の直流用計器を使用することができ、安
定な測定を簡単に行なえる。

【００７７】図１７は、この調整方法で調整した点灯装
置の出力特性の測定結果を示したものであり、点灯用コ
イル３５のインダクタンスＬm が±２０％ずれたとして
も、出力電力の変動は±１０％以内に収められている。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、点
灯用コイルとランプ本体との相対位置を変えたり、点灯
用コイルとランプ本体との結合状態を変えられる部材を
ランプ本体内に出し入れすることによっても、高周波電
源とランプ負荷とのマッチングの調整を行なえるように
したので、単にマッチング回路だけで調整を行なうより
も、より精度の高い調整を行なうことができる。また、
このような操作により無極放電ランプの調光も可能とし
たので、無極放電ランプの用途を拡大できる。また、ラ
ンプ始動時や電源変動時、さらに温度変化、経時変化に
よって回路特性が変化した場合に、インバータ部から得
られる検出信号に基づいて自動的にマッチングがとれる
ようにしたので、始動時およびその後のランプ点灯時に
十分な電力をランプに供給することができ、安定にラン
プを始動をできるとともに、ランプ点灯時に光出力の一
定化も図れる。また、このように良好にマッチングがと
れることにより、ランプの高効率化を図ることができ、
さらにインバータ素子に過度なストレスが加わらないこ
とで、素子を破壊から保護できる。これにより、点灯装
置の信頼性を向上できる。また、適切な調整方法を採用
することで、従来に比べてマッチング回路の素子や点灯
用コイルに高精度なものを必要としなくなり、回路定数
が多少変動しても、回路の安定動作が確保できるととも
に、点灯出力をさらに安定化できる。また、従来に比べ
て、回路部品の選定が容易となり、製造時の調整も簡素
化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による無電極放電ランプの一実施例を示
す斜視図である。

【図２】他の実施例の無電極放電ランプを示す斜視図で
ある。

【図３】さらに他の実施例の無電極放電ランプを示す斜
視図である。

【図４】図３に示した無電極放電ランプの縦断面図であ
る。

【図５】さらに他の実施例の無電極放電ランプを示す斜
視図である。

【図６】図５に示した無電極放電ランプの縦断面図であ
る。

【図７】本発明による無極放電ランプ点灯装置の一実施
例を示すブロック図である。

【図８】他の実施例の無極放電ランプ点灯装置を示すブ
ロック図である。

【図９】さらに他の実施例の無極放電ランプ点灯装置を
示すブロック図である。

【図１０】さらに他の実施例の無極放電ランプ点灯装置
を示すブロック図である。

【図１１】さらに他の実施例の無極放電ランプ点灯装置
を示すブロック図である。

【図１２】さらに他の実施例の無極放電ランプ点灯装置
を示す回路図である。

【図１３】図１２の点灯装置の動作を説明するためのイ
ンバータ部の出力電圧および出力電流の波形図である。

【図１４】さらに他の実施例の無極放電ランプ点灯装置
を示す回路図である。

【図１５】さらに他の実施例の無極放電ランプ点灯装置
を示す回路図である。

【図１６】無極放電ランプ点灯装置の調整方法を説明す
るめの回路図である。

【図１７】この調整方法で調整した点灯装置の出力特性
図である。

【図１８】従来から一般に知られる無極放電ランプ点灯
装置のブロック図である。

【符号の説明】

１，１１，２１ランプ本体２，１２ランプ外管３，１３点灯用コイル４ランプ移動機構５，１７支持軸６透光性のカバー７ステー８，１８，２６ラックギア９，１９，２４モータ１０，２０，２５ピニオンギア１４凹部１５棒状のコア１６コイル移動機構２２結合度調整用部材２３移動機構３１商用交流電源３２直流電源部３３インバータ部３３ａ，３３ｂスイッチング素子３３Ｄドライブ回路３４，６７，６９マッチング回路３５点灯用コイル３６ランプ本体３７スタータ回路３８直列コンデンサ３９，６５並列コンデンサ４０，４４，４６検出回路４１，４５，４９，５３，５６マッチング制御回路４１ａメモリ４２駆動回路４３サーボモータ４７，５４基準値４８，５２，５５比較回路５０入力電力検出回路５１出力電力検出回路５７，５９，６３寄生抵抗５８寄生インダクタンス６０直列共振コンデンサ６１スタータコイル６２並列共振コンデンサ６４等価静電容量６６インダクタンス６８同軸ケーブルＬ１第１のインダクタンスＬ２第２のインダクタンスＬ３第３のインダクタンス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水恵一東京都港区三田一丁目４番28号東芝ライテック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性のランプ外管内に少なくとも放電
性ガスまた蒸気が封入されたランプ本体と、このランプ本体の外周部に巻かれ、高周波電流を流すこ
とによりランプ本体内にプラズマリングを形成するとと
もに、ランプ本体内に形成したプラズマリングと磁気的
に結合して電力をランプ本体内に供給する点灯用コイル
と、この点灯用コイルと上記ランプ本体との相対位置を変化
させて、高周波電源とランプ負荷とのマッチングの調整
またはランプの調光を行なうための移動機構とを備える
ことを特徴とする無電極放電ランプ。
【請求項２】透光性のランプ外管内に少なくとも放電
性ガスまた蒸気が封入されたランプ本体と、このランプ外管に形成した凹部内またはランプ外管に形
成した孔部内に装着され、高周波電流を流すことにより
ランプ本体内にプラズマリングを形成するとともに、ラ
ンプ本体内に形成したプラズマリングと磁気的に結合し
て電力をランプ本体内に供給する点灯用コイルと、この点灯用コイルと上記ランプ本体との相対位置を変化
させて、高周波電源とランプ負荷とのマッチングの調整
またはランプの調光を行なうための移動機構とを備える
ことを特徴とする無電極放電ランプ。
【請求項３】透光性のランプ外管内に少なくとも放電
性ガスまた蒸気が封入されたランプ本体と、このランプ本体の近傍に配され、高周波電流を流すこと
によりランプ本体内にプラズマリングを形成するととも
に、ランプ本体内に形成したプラズマリングと磁気的に
結合して電力をランプ本体内に供給する点灯用コイル
と、ランプ外管に形成した凹部内またはランプ外管に形成し
た孔部内に装着され、点灯用コイルとランプ本体との結
合状態を変化できる結合度調整用部材と、この結合度調整用部材と上記ランプ本体との相対位置を
変化させて、高周波電源とランプ負荷とのマッチングの
調整またはランプの調光を行なうための移動機構とを備
えることを特徴とする無電極放電ランプ。
【請求項４】請求項１および請求項３に記載される構
成要件からなる無電極放電ランプ。
【請求項５】請求項２および請求項３に記載される構
成要件からなる無電極放電ランプ。
【請求項６】上記結合度調整部材が鉄心によって構成
されていることを特徴とする請求項３記載の無電極放電
ランプ。
【請求項７】直流電源部と、この直流電源部からの直
流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ランプ
外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入された
ランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内に
配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給され
る点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続された
共振用の直列コンデンサにより少なくとも構成されたマ
ッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁気的に結
合するランプ本体内のプラズマリングを介して高周波電
力をこのランプ本体内に入力することで、無電極放電ラ
ンプを点灯させる点灯装置において、予め設定したマッチング調整手順を記憶するメモリと、無電極放電ランプを点灯する際に、このメモリから読み
出した手順に基づいて、上記マッチング回路のインピー
ダンスまたは上記点灯用コイルのインピーダンスまたは
上記点灯用コイルと上記ランプ本体との結合状態を自動
調整し、上記高周波電源とランプ負荷とのマッチングが
とれるように制御するマッチング制御回路とを備えるこ
とを特徴とする無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項８】直流電源部と、この直流電源部からの直
流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ランプ
外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入された
ランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内に
配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給され
る点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続された
共振用の直列コンデンサにより少なくとも構成されたマ
ッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁気的に結
合するランプ本体内のプラズマリングを介して高周波電
力をこのランプ本体内に入力することで、無電極放電ラ
ンプを点灯させる点灯装置において、上記インバータ部から得られる状態検出信号に基づい
て、上記高周波電源とランプ負荷とのマッチングずれを
検出する検出回路と、この検出回路から出力される検出信号に基づいて、上記
マッチング回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイ
ルのインピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ラン
プ本体との結合状態を調整し、上記高周波電源とランプ
負荷とのマッチングがとれるように制御するマッチング
制御回路とを備えることを特徴とする無電極放電ランプ
点灯装置。
【請求項９】直流電源部と、この直流電源部からの直
流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ランプ
外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入された
ランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内に
配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給され
る点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続された
共振用の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列接続
された共振用の並列コンデンサにより少なくとも構成さ
れたマッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁気
的に結合するランプ本体内のプラズマリングを介して高
周波電力をこのランプ本体内に入力することで、無電極
放電ランプを点灯させる点灯装置において、上記直流電源部から出力される電力を直接または間接に
検出する検出回路と、この検出回路から出力される検出値と予め設定された基
準値とを比較する比較回路と、この比較回路から出力される比較信号に基づいて、上記
マッチング回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイ
ルのインピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ラン
プ本体との結合状態を調整し、上記高周波電源とランプ
負荷とのマッチングをとり、ランプ本体内に入力される
電力が常に一定となるように制御する制御回路とを備え
ることを特徴とする無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項１０】直流電源部と、この直流電源部からの
直流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ラン
プ外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入され
たランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内
に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給さ
れる点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続され
た共振用の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列接
続された共振用の並列コンデンサにより少なくとも構成
されたマッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁
気的に結合するランプ本体内のプラズマリングを介して
高周波電力をこのランプ本体内に入力することで、無電
極放電ランプを点灯させる点灯装置において、上記インバータ部に入力される電力を検出する入力電力
検出回路と、このインバータ部から出力される電力を検出する出力電
力検出回路と、上記入力電力検出回路から出力される検出値と上記出力
電力検出回路から出力される検出値とを比較する比較回
路と、この比較回路から出力される比較信号に基づいて、上記
マッチング回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイ
ルのインピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ラン
プ本体との結合状態を調整し、上記高周波電源とランプ
負荷とのマッチングをとり、上記インバータ部での電力
ロスを小さくするように制御する制御回路とを備えるこ
とを特徴とする無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項１１】直流電源部と、この直流電源部からの
直流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ラン
プ外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入され
たランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内
に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給さ
れる点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続され
た共振用の直列コンデンサにより少なくとも構成された
マッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁気的に
結合するランプ本体内のプラズマリングを介して高周波
電力をこのランプ本体内に入力することで、無電極放電
ランプを点灯させる点灯装置において、上記インバータ部から出力される電力を検出する出力電
力検出回路と、この出力電力検出回路から出力される検出値と予め設定
された基準値を比較する比較回路と、この比較回路から出力される比較信号に基づいて、上記
マッチング回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイ
ルのインピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ラン
プ本体との結合状態を調整し、上記高周波電源とランプ
負荷とのマッチングをとり、上記インバータ部での電力
ロスを小さくするように制御する制御回路とを備えるこ
とを特徴とする無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項１２】直流電源部と、この直流電源部からの
直流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ラン
プ外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入され
たランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内
に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給さ
れる点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続され
た共振用の直列コンデンサにより少なくとも構成された
マッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁気的に
結合するランプ本体内のプラズマリングを介して高周波
電力をこのランプ本体内に入力することで、無電極放電
ランプを点灯させる点灯装置において、入力される調光信号に基づいて、上記マッチング回路の
インピーダンスまたは上記点灯用コイルのインピーダン
スまたは上記点灯用コイルと上記ランプ本体との結合状
態を調整し、無電極放電ランプの調光を行なう制御回路
を備えることを特徴とする請求項７または請求項８また
は請求項９または請求項１０または請求項１１記載の無
電極放電ランプ点灯装置。
【請求項１３】直流電源部と、この直流電源部からの
直流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ラン
プ外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入され
たランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内
に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給さ
れる点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続され
た共振用の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列接
続された共振用の並列コンデンサにより少なくとも構成
されたマッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁
気的に結合するランプ本体内のプラズマリングを介して
高周波電力をこのランプ本体内に入力することで、無電
極放電ランプを点灯させる点灯装置において、無電極放電ランプの始動直後は、上記インバータ部の出
力電圧波形と出力電流波形とをほぼ同相となるように
し、その後無電極放電ランプのウォーミングアップに伴
い、上記出力電流波形の位相を進ませ、ランプ点灯時
は、上記出力電圧波形がゼロクロスする地点とほぼ同一
地点で上記出力電流波形がゼロクロスするように、上記
マッチング回路のインピーダンスまたは上記点灯用コイ
ルのインピーダンスまたは上記点灯用コイルと上記ラン
プ本体との結合状態を予め設定してあることを特徴とす
る無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項１４】直流電源部と、この直流電源部からの
直流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ラン
プ外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入され
たランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内
に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給さ
れる点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続され
た共振用の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列接
続された共振用の第１の並列コンデンサにより少なくと
も構成されたマッチング回路とを有し、上記点灯用コイ
ルと磁気的に結合するランプ本体内のプラズマリングを
介して高周波電力をこのランプ本体内に入力すること
で、無電極放電ランプを点灯させる点灯装置において、上記直列コンデンサと上記第１の並列コンデンサとの直
列回路に対して並列に第２の並列コンデンサを接続する
とともに、この第２の並列コンデンサに対してインダク
タを直列に接続することで上記マッチング回路を構成し
たことを特徴とする無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項１５】上記マッチング回路の入力インピーダ
ンスのリアクタンス成分が概略ゼロであることを特徴と
する請求項１４記載の無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項１６】直流電源部と、この直流電源部からの
直流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ラン
プ外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入され
たランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内
に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給さ
れる点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続され
た共振用の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列接
続された共振用の第１の並列コンデンサにより少なくと
も構成されたマッチング回路とを有し、上記点灯用コイ
ルと磁気的に結合するランプ本体内のプラズマリングを
介して高周波電力をこのランプ本体内に入力すること
で、無電極放電ランプを点灯させる点灯装置において、上記直列コンデンサと上記第１の並列コンデンサとの直
列回路に対して並列に第２の並列コンデンサを接続する
とともに、上記直列コンデンサ、上記第１および第２の
並列コンデンサに対して第１乃至第３のインダクタＬ
１，Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ直列に設けることで上記マッ
チング回路を構成し、このマッチング回路を介して上記
点灯用コイルに入力される高周波電源の励起周波数をｆ
（ＭＨｚ）としたときに、上記第１乃至第３のインダク
タＬ１，Ｌ２，Ｌ３の値（ｎＨ）を、０．０１ｆ≦Ｌ１
≦ｆ０．１ｆ≦Ｌ２≦１０ｆ０．１ｆ≦Ｌ３≦
１０ｆにそれぞれ設定してあることを特徴とする無電極
放電ランプ点灯装置。
【請求項１７】直流電源部と、この直流電源部からの
直流電源を高周波電源に変換するインバータ部と、ラン
プ外管内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が封入され
たランプ本体と、ランプ本体の近傍またはランプ本体内
に配置され、上記インバータ部から高周波電源が供給さ
れる点灯用コイルと、この点灯用コイルに直列接続され
た共振用の直列コンデンサおよび点灯用コイルに並列接
続された共振用の並列コンデンサにより少なくとも構成
されたマッチング回路とを有し、上記点灯用コイルと磁
気的に結合するランプ本体内のプラズマリングを介して
高周波電力をこのランプ本体内に入力することで、無電
極放電ランプを点灯させる点灯装置において、上記点灯用コイルに上記並列コンデンサを接続した状態
で、上記直列コンデンサまたはアース回路を切り離し、
上記並列コンデンサと上記点灯用コイルとの並列共振周
波数が規定値となるように、上記並列コンデンサの静電
容量または上記点灯用コイルのインダクタンスを調整す
る第１の調整手順と、上記点灯用コイルに上記並列コンデンサ、上記直列コン
デンサおよびアース回路を接続した状態で、上記直列コ
ンデンサと上記並列コンデンサおよび上記点灯用コイル
の並列回路との直列共振周波数または上記直列コンデン
サをアース回路に短絡したときの並列共振周波数が概略
規定値となるように、上記直列コンデンサの静電容量を
粗調整するもしくは上記直列コンデサ及びマース回路を
インバータ部に接続した状態で、上記直列コンデサと上
記並列コンデサと出力側から見たインバータの容量、及
び上記点灯用コイルとの並列共振周波数が概略規定値と
なるように、上記直列コンデサの静電容量を粗調整する
第２の調整手順と、無電極放電ランプを点灯するか、無電極放電ランプの代
わりにダミーロードを接続して、上記インバータ部から
負荷への入力電力または入力電流が規定値となるよう
に、上記直列コンデンサを微調整する第３の調整手順と
からなることを特徴とする無電極放電ランプ点灯装置の
調整方法。