JPH09283292A

JPH09283292A - 無電極放電灯点灯装置および照明装置

Info

Publication number: JPH09283292A
Application number: JP9152796A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Yokozeki; 一郎横関; Tsutomu Kakiya; 勉垣谷; Kozo Kamimura; 幸三上村; Akihiro Inoue; 昭浩井上
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】無電極放電灯の放電の不安定化現象を抑制し
て安定した光出力が得られるとともに、無電極放電灯の
長寿命化を図ることができる無電極放電灯点灯装置を提
供する。【解決手段】整流回路１の全波整流出力をそのまま電
力変換回路３の入力電圧とし、この入力電圧をスイッチ
ングさせて、休止期間を持つことなく、かつ振幅の最大
値の１００〜７０％の範囲で脈動する高周波を得るよう
にした。この高周波を整合回路４を介して励磁コイル５
に印加する。高周波を脈動させた場合の励磁コイル５に
おけるコイル電圧は、エンベロープが１００Ｈｚもしく
は１２０Ｈｚ、搬送波がＭＨｚオーダー、変調度が
「１」の振幅変調波となる。また、高周波は無電極放電
灯６の放電を維持させるために最低でも１ＭＨｚとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無電極メタルハラ
イドランプ等の無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯
点灯装置および照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の無電極放電灯点灯装置は、例えば
図２０に示すように商用電源を全波整流する整流回路１
と、この整流回路１の整流出力を平滑して直流出力を得
る直流電源２と、この直流電源２の直流出力を１３．５
６ＭＨｚの高周波に変換する電力変換回路（所謂インバ
ータ）３と、この電力変換回路３と励起コイル５との間
のインピーダンス整合をとる整合回路４と、励起コイル
５で発生する電磁エネルギーが供給されることで点灯す
る無電極放電灯（例えば無電極メタルハライドランプ、
以下無電極ランプという）６とを有して構成されてい
る。この無電極放電灯点灯装置の各部の出力波形は図２
１に示すようになる。この図において、（ａ）は商用電
源の出力波形、（ｂ）は整流回路１の整流出力波形、
（ｃ）は直流電源２の出力波形、（ｄ）は電力変換回路
３の出力波形、（ｅ）は励磁コイル５におけるコイル電
圧波形である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の無電極放電灯点灯装置にあっては、次のような問題
点があった。すなわち、無電極ランプ６は長期間使用し
た場合にリング放電（または誘導性の無電極放電）が不
安定化するという現象があるが、従来の無電極放電灯点
灯装置では不安定化状態においてインピーダンス整合を
とれた状態を維持することできなかった。このための次
のような現象が生じていた。（イ）無電極ランプ６がちらついたり、立ち消えたりす
る。

【０００４】（ロ）リング放電の大きさや傾きが変化す
る瞬間に放電のインピーダンスが変わり、この際に場合
によっては電力変換回路３の出力電流の位相が出力電圧
の位相より進む所謂進相モードに陥ってしまうことがあ
り、このようになると電力変換回路３の半導体スイッチ
（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ）が破壊することがある。（ハ）上記のように、リング放電の大きさや傾きが変化
した場合に放電のインピーダンスが変化するので、無電
極ランプ６に印加する電力を一定に制御することができ
ず、平均的照度を確保することができない。

【０００５】そこで本発明は、無電極ランプのリング放
電の不安定化現象を抑制することができる無電極放電灯
点灯装置および照明装置を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、無電
極放電灯の近傍に配置された励磁コイルと；前記無電極
放電灯が消弧しない範囲で脈動するとともに、脈動波の
周波数が１ＭＨｚ以下となる波形の高周波を発生して前
記励磁コイルに供給する高周波発生手段と；を備えるも
のである。この構成によれば、励磁コイルに、無電極放
電灯が消弧しない範囲で脈動し、かつ脈動波の周波数が
１ＭＨｚ以下となる波形の高周波が印加される。コイル
電圧波形が脈動することにより、無電極ランプにおける
リング放電が管壁に近付いたり離れたりを繰り返しなが
ら維持される。このようにすることで、無電極ランプを
長期間点灯させても放電の不安定化現象がほとんど生じ
なくなり、しかもこれの反復再現性が得られる。ここ
で、無電極放電灯が消弧しない範囲とは、例えば高周波
の振幅の最大値の１００〜７０％である。また、高周波
発生手段は所謂インバータと呼ばれるものである。した
がって、無電極ランプの放電の不安定化現象が抑制され
て安定した光出力が得られるとともに、無電極ランプの
長寿命化が図れる。

【０００７】高周波の振幅を変化させる方法としては、
以下に示す方法が考えられる。（イ）高周波を発生する高周波発生手段に直流の代わり
に部分平滑波を供給する。これにより、高周波発生手段
からは部分平滑波により脈動した高周波が発生する。

【０００８】（ロ）高周波発生手段から発生する高周波
が休止期間を持つことなく、かつ振幅の最大値の１００
〜７０％の範囲で脈動するように高周波発生手段を制御
する。この場合、次に示す方法が考えられる。１）高周波発生手段を駆動する駆動信号の振幅を変え
る。例えば高周波発生手段を駆動する駆動回路の電源電
圧の大きさを変える。これにより、高周波発生手段から
発生する高周波の振幅が変化する。２）高周波発生手段を構成するスイッチ素子のバイアス
量（例えばＦＥＴであればゲートバイアス）を変える。
例えば、ＦＥＴのゲートに負バイアスを印加してその量
を変えるようにする。スイッチ素子のバイアス量を変え
ることにより、高周波発生手段にて発生する高周波の振
幅が変化する。

【０００９】３）高周波発生手段を構成するスイッチ素
子に供給する矩形波の駆動信号のデューティを変える。
これにより、高周波発生手段から発生する高周波のレベ
ルが変化する。４）高周波発生手段の直流の入力電圧の大きさを変え
る。すなわち、高周波発生手段の前段の直流出力手段の
出力を変える。これにより、高周波発生手段から発生す
る高周波のレベルが変化する。

【００１０】（ハ）高周波発生手段を駆動する駆動回路
にダンピング抵抗を介挿したり、外したりする。ダンピ
ング抵抗を駆動回路に介挿することにより駆動信号の振
幅が小さくなり、外すと元の大きさに戻る。これによ
り、高周波発生手段にて発生する高周波の振幅が変化す
る。なお、ダンピング抵抗としては通常の抵抗素子の他
にトランジスタなどの半導体の使用も可能である。

【００１１】（ニ）高周波発生手段と励磁コイルとの間
に介挿する整合手段にインピーダンス反転特性となる長
さの同軸ケーブルを介挿する。整合手段をインピーダン
ス反転特性とすることで、出力側の負荷インピーダンス
が大きいときには入力側のインピーダンスが小さくな
り、出力側の負荷インピーダンスが小さいときには入力
側のインピーダンスが大きくなる。無電極ランプは無点
灯時にインピーダンスが大きくなり、点灯時に小さくな
る負性特性を有していることから、整合回路は無電極ラ
ンプのインピーダンスが大きくなっているときに入力イ
ンピーダンスが小になり、無電極ランプのインピーダン
スが小さくなっているときに入力インピーダンスが大に
なる。これにより、定電圧を出力する直流出力手段は無
電極ランプのインピーダンスが大きくなっているときに
出力電流を増加し、インピーダンスが小さくなっている
ときに出力電流を減少させることになる。したがって、
無電極ランプの放電が変動しても常に最適な電力が供給
されることから、不安定化現象が抑制されて安定した光
出力が得られるとともに、無電極ランプの長寿命化が図
れる。

【００１２】ここで、（ロ）〜（ニ）の場合では、外部
からの制御により高周波発生手段にて発生する高周波の
振幅を変化させることが可能であり、励磁コイルのコイ
ル電圧が所定値を超えたときに開始するようにすればよ
い。また、高周波の周波数は無電極ランプの点灯を維持
させるために最低でも１ＭＨｚとする。また、振幅を変
化させたときの高周波の包絡線の周波数は１ＭＨｚ以下
とする。なお、（イ）項では、高周波に部分平滑波を変
調したようになるので、この場合は包絡線というより振
幅変調波の信号波の周波数と呼ぶのが相応しいと言え
る。この場合、高周波に変調をかける信号としては、正
弦波、矩形波、台形波、パルス状波、三角波またはラン
プ状波のいずれであってもよい。

【００１３】ところで、調光、滅光する提案として、平
成５年度照明学会全国大会において報告された『無電極
蛍光ランプにおける調光方法の一検討』（中野智之、岡
本太志、水本武茂の各氏）があり、これは、”直流電源
を断続的に供給し、その供給期間のデューティを可変す
ることで負荷への供給電力を可変する”ようにしたもの
である。この提案は一見本発明と同一のように見える
が、あくまでも調光、滅光を意図して高周波を周期的に
変動させるようにしたものである。これに対して、本発
明は、定常的な光出力を安定させるために必要な手段を
提供したものであり、上記提案とは異なるものである。
とはいえ、本発明の手段によっても若干の光出力の低下
は生ずることがある。そこで、両者の技術的境界線とし
て、本発明は、定常光出力の減量を、定常時（１００
％）の７０％以上とし、１００〜７０％の範囲で光出力
を安定に得られるようにした。この場合、７０％の論拠
は、多くの光源でこれを寿命とする境界線であるからで
ある（意図しない減光量の技術的境界線）。

【００１４】一方、無電極ランプの放電の不安定化現象
を抑制する提案として、特開平７−６８８７号に開示さ
れたものがあり、これはアーク管内で放電を励起するた
めに使用されるＲＦ周波数よりも低い音響共鳴帯の周波
数でＲＦ信号を変調するようにしたものである。しかし
ながら、この方式では、変調をかける信号を音響共鳴周
波数のみに限定しており、このため、音響共鳴周波数の
信号を発生するための音響変調信号発生器を有してい
る。これに対して、本発明では、音響共鳴周波数に限定
していなく、１ＭＨｚ以下としており、これによって商
用電源そのものを変調用の信号として使用できるので、
コストの削減を図ることができるという利点を有してい
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。（I ）無電極放電灯点灯装置の実施の形態 ( ａ) 実施の形態１図１は本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形態
１の構成を示すブロック図である。なお、上述した図２
０と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省
略する。この実施の形態１の無電極放電灯点灯装置７
は、図１に示すように整流回路（整流手段）１の全波整
流出力をそのまま電力変換回路（高周波発生手段）３の
入力電圧とし、これによって振幅が周期的に変化する高
周波を得るようにしたものである。高周波を脈動させた
場合の励磁コイル５におけるコイル電圧は、エンベロー
プが１００Ｈｚもしくは１２０Ｈｚ、搬送波がＭＨｚオ
ーダー、変調度が「１」の振幅変調波となる。この場
合、エンベロープは商用電源周波数が５０Ｈｚの場合に
１００Ｈｚになり、６０Ｈｚの場合に１２０Ｈｚにな
る。高周波は無電極ランプ６の放電を維持させるために
最低でも１ＭＨｚとする。

【００１６】図２は整流回路１の出力波形であり、また
図３はコイル電圧波形である。この場合、図３に示すよ
うに、コイル電圧は高周波を商用電源周波数の２倍の周
波数の信号で変調した振幅変調波になっている。コイル
電圧による電磁エネルギーが無電極ランプ６に供給され
ることで、リング放電が管壁に近付いたり離れたりを繰
り返しながら維持されることになる。これにより、無電
極ランプ６を長期間点灯させても不安定化現象がほとん
ど生じなくなり、しかもこれの反復再現性が得られる。
この実施の形態１では、高周波に変調をかけるための信
号として商用電源を利用したので、変調をかける信号を
発生させるための専用の回路を必要とせず、しかも直流
電源２（図２０参照）を省略することができるので、コ
ストの大幅な低減を図ることができる。

【００１７】( ｂ) 実施の形態２図４は本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形態
２の構成を示すブロック図である。この場合も上述した
図２０と共通する部分には同一の符号を付している。こ
の実施の形態２の無電極放電灯点灯装置１４は、整流回
路１と電力変換回路３との間にショットニーの分電圧回
路と呼ばれる部分平滑回路（部分平滑手段）８を介在さ
せて、この部分平滑回路８の平滑出力を電力変換回路３
の入力電圧とし、これにより脈動させた高周波を得るよ
うにしたものである。この部分平滑回路８は、３個のダ
イオード９〜１１と２個のコンデンサ１２、１３とを有
し、図示のように、ダイオード９とコンデンサ１２とが
直列接続され、またこれらダイオード９とコンデンサ１
２との接続関係を逆にしてダイオード１１とコンデンサ
１３とが直列接続され、さらにダイオード９とコンデン
サ１２との共通接続部分とダイオード１１とコンデンサ
１３との共通接続部分との間にダイオード１０が介挿さ
れた構成になっている。

【００１８】図５は部分平滑回路８の出力波形であり、
また図６はコイル電圧波形である。この場合、図６に示
すようにコイル電圧は高周波を部分平滑波の信号で変調
した振幅変調波になっている。この場合も上記実施の形
態１の無電極放電灯点灯装置７と同様にコイル電圧によ
る電磁エネルギーが無電極ランプ６に供給されること
で、リング放電が管壁に近付いたり離れたりを繰り返し
ながら維持される。これにより、無電極ランプ６を長期
間点灯させても不安定化現象がほとんど生じなくなり、
しかもこれの反復再現性が得られる。この実施の形態２
では、高周波に変調をかけるための信号として商用電源
を利用したので、変調をかける信号を発生させるための
専用の回路を必要とせず、しかも直流電源２（図２０参
照）に代わって構成が簡素な部分平滑回路８でよいの
で、コストの低減を図ることができる。なお、部分平滑
波形が得られればよいのでショットニーの分電圧回路に
限定されるものではない。

【００１９】( ｃ) 実施の形態３図７は本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施例３の
構成を示すブロック図である。この場合も上述した図２
０と共通する部分には同一の符号を付している。この実
施の形態３の無電極放電灯点灯装置１５は、高周波に変
調をかけるのではなく、電力変換回路３を制御部１００
により制御して高周波そのものを脈動させようにしたも
のである。この場合、制御部１００は、電力変換回路３
から発生する高周波が休止期間を持つことなく、かつ振
幅の最大値の１００〜７０％の範囲で脈動するように制
御する。高周波そのものの振幅を変化させる方法として
は、次のものが考えられる。・ドライブ波形の振幅変化・負バイアス量の変化・矩形波デューティの変化

【００２０】以下、各場合について説明する。（イ）ドライブ波形の振幅変化電力変換回路３は、実際には図８の回路図に示す駆動回
路１６によって駆動されるようになっており、この駆動
回路１６の電源電圧Ｖ2 を制御部１００Ａからの制御信
号により変化させることで駆動正弦波形の振幅が変化
し、電力変換回路３のＦＥＴ３Ａ、３Ｂのゲート印加電
圧が変化する。これにより、電力変換回路３の出力が変
化する。この場合、電力変換回路３はその前段に設けら
れた直流電源２からの直流出力を入力し、この直流出力
をスイッチングすることで高周波を得るようにしてい
る。電圧Ｖ1 が直流電源２の直流出力である。

【００２１】（ロ）負バイアス量の変化図９は負バイアス量を制御できるようにした電力変換回
路２０の構成を示す回路図であり、上述した電力変換回
路３にコンデンサ２１、抵抗２２、トランジスタ２３お
よびダイオード２４を追加したものである。コンデンサ
２１と抵抗２２は並列接続されてパルストランス１７の
二次巻線１７Ｂの一端と接地との間に直列に介挿されて
いる。トランジスタ２３はそのコレクタがダイオード２
４を介してパルストランス１７の二次巻線１７Ｂの他端
とＦＥＴ２０Ｂのゲートとの間に接続されており、エミ
ッタが接地されている。トランジスタ２３のベースには
制御部１００Ｂから制御信号（直流電圧）が印加され
る。ダイオード２４は、そのカソードをトランジスタ２
３側に向けて介挿されている。このダイオード２４はト
ランジスタ２３のコレクタ・エミッタ間に逆電圧が印加
された際の保護として使用される。

【００２２】コンデンサ２１はＦＥＴ２０Ｂに負バイア
スをかけるためのものである。ＦＥＴ２０Ｂは正弦波で
駆動されることから、コンデンサ２１は図示のようにト
ランジスタ２３のエミッタ側が正になるように充電され
る。充電された電荷は抵抗２２により放電されてコンデ
ンサ２１の直流電圧が低下する。コンデンサ２１の直流
電圧が低下すると、トランジスタ２３がオンし、コンデ
ンサ２１の充電を開始する。これにより、再びコンデン
サ２１の直流電圧が上がる。この動作を繰り返してコン
デンサ２１の充電量が一定値に収束する。

【００２３】この状態でトランジスタ２３のベースバイ
アスを変化させると導通状態が変化し、これによってコ
ンデンサ２１の充電量が変化するので、コンデンサ２１
の直流電圧が以前とは異なる値になる。コンデンサ２１
の直流電圧が変わることで駆動正弦波が図１０に示すよ
うに、全体のレベルが変化し、電力変換回路２０の出力
が変化する。このように、トランジスタ２３のベースバ
イアスを制御部１００Ｂにより制御することで電力変換
回路２０の出力が変化する。

【００２４】（ハ）矩形波デューティの変化図１１に示すように、電力変換回路３のＦＥＴ３Ａ、３
Ｂのゲート印加電圧のデューティを制御部１００Ｃによ
り変化させることで、電力変換回路３の出力の振幅が変
化する。この場合、ＦＥＴ３Ａ、３Ｂのゲートに印加す
る電圧の波形が矩形波であり、駆動回路２５より出力さ
れる。この実施の形態３においても、コイル電圧による
電磁エネルギーが無電極ランプ６に供給されることで、
リング放電が管壁に近付いたり離れたりを繰り返しなが
ら維持される。これにより、無電極ランプ６を長期間点
灯させても不安定化現象がほとんど生じなくなり、しか
もこれの反復再現性が得られる。この実施の形態３で
は、電力変換回路３の駆動回路１６の電源電圧を変化さ
せたり、電力変換回路３における負バイアス量を変化さ
せたり、あるいは電力変換回路３への矩形波のデューテ
ィを変化させるだけの簡単な構成でよいので、コストの
上昇を低く抑えることができる。

【００２５】( ｄ) 実施の形態４図１２は本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形
態４の構成を示すブロック図である。この場合も上述し
た図２０と共通する部分には同一の符号を付している。
この実施の形態４の無電極放電灯点灯装置２７は、直流
電源２６の直流出力の大きさを変させることにより、脈
動した高周波を得るようにしたものである。すなわち、
直流電源２６は制御部１１０からの制御信号を入力する
ことで例えば５０Ｖ→４０Ｖ→５０Ｖ→・・・のよう
に、高い電圧と低い電圧（あくまでも相対的関係）を交
互に繰り返す。直流電源２６の直流出力の大きさが変わ
ることにより、電力変換回路３の高周波が脈動する。こ
の場合、電力変換回路３から発生する高周波が休止期間
を持つことなく、かつ振幅の最大値の１００〜７０％の
範囲で脈動するように制御する。

【００２６】この実施の形態４においても、コイル電圧
による電磁エネルギーが無電極ランプ６に供給されるこ
とでリング放電が管壁に近付いたり離れたりを繰り返し
ながら維持される。これにより、無電極ランプ６を長期
間点灯させても不安定化現象がほとんど生じなくなり、
しかもこれの反復再現性が得られる。この実施の形態４
では、直流電源２６の出力を変化させるだけの簡単な構
成でよいので、コストの上昇を低く抑えることができ
る。

【００２７】( ｅ) 実施の形態５図１３は本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形
態５の構成を示すブロック図である。この場合も上述し
た図２０と共通する部分には同一の符号を付している。
この実施の形態５の無電極放電灯点灯装置３２は、直流
電源２の出力を断続させることによって脈動した高周波
を得るようにしたものである。直流電源２の出力の断続
は、直流電源２と電力変換回路３との間に介挿したスイ
ッチ３０を制御部１２０によってオン／オフさせること
により行う。この場合、制御部１２０は、電力変換回路
３から発生する高周波が休止期間を持つことなく、かつ
振幅の最大値の１００〜７０％の範囲で脈動するように
制御する。

【００２８】この実施の形態５においても、コイル電圧
による電磁エネルギーが無電極ランプ６に供給されるこ
とでリング放電が管壁に近付いたり離れたりを繰り返し
ながら維持される。これにより、無電極ランプ６を長期
間点灯させても不安定化現象がほとんど生じなくなり、
しかもこれの反復再現性が得られる。この実施の形態５
では、直流電源２の出力を断続させるだけの簡単な構成
でよいので、コストの上昇を低く抑えることができる。

【００２９】( ｆ) 実施の形態６図１４は本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形
態６の構成を示すブロック図である。この場合も上述し
た図２０と共通する部分には同一の符号を付している。
この実施の形態６の無電極放電灯点灯装置３３は、通常
は脈動のない高周波を発生し、無電極ランプ６が不安定
化した場合に脈動した高周波を発生するようにしたもの
である。すなわち、コイル電圧を検出することで無電極
ランプ６の放電の不安定化を検出し、不安定化したとき
に電力変換回路３を駆動するための正弦波に電源周波の
信号を重畳させ、これによって脈動させた高周波を得
る。

【００３０】この図において、発振部４０は電力変換回
路３を正弦波駆動するための正弦波を発生するものであ
る。分圧器４１は全波整流出力を分圧するものであり、
外部よりオン／オフ制御可能なスイッチ４２を介して整
流回路１の出力端に接続されている。スイッチ４２の分
圧器４１側と発振部４０との間にはコンデンサ４３が介
挿されている。このコンデンサ４３により、分圧器４１
にて分圧された全波整流出力が発振部４０からの正弦波
信号に重畳される。検出部４４はコイル電圧を分圧して
整流・平滑する。比較部４５は検出部４４の検出出力と
基準値とを比較し、検出出力が基準値を超えたときに出
力を”Ｈ”レベルにする。

【００３１】このような構成において、無電極ランプ６
のリング放電の不安定化が生ずると、コイル電圧が通常
時に比べて高くなったり、低くなったりする。この状態
になると検出部４４の検出出力が比較部４５の基準値を
超えて、出力が”Ｈ”レベルになり、スイッチ４２がオ
フする。これにより、分圧器４１にて分圧された全波整
流出力が発振部４０からの正弦波信号に重畳され、電力
変換回路３の高周波が図１５に示すように脈動する。こ
の結果、無電極ランプ６のリング放電の不安定化現象が
抑制される。

【００３２】( ｇ) 実施の形態７図１６は本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形
態７の構成を示す回路図である。この図では、電力変換
回路３およびこの電力変換回路３を駆動する駆動回路５
０のみを示したものである。この実施の形態７の無電極
放電灯点灯装置５３は、駆動回路５０にダンピング抵抗
５１を介挿したり、外したりすることにより、駆動回路
５０の出力を変化させて、脈動した高周波を発生するよ
うにしたものである。ダンピング抵抗５１の駆動回路５
０への介挿／取り外しは、ダンピング抵抗５１と直列に
接続したスイッチ５２をオン／オフすることにより行
う。このオン／オフ制御は制御部１３０によって行わ
れ、制御部１３０は電力変換回路３から発生する高周波
が休止期間を持つことなく、かつ振幅の最大値の１００
〜７０％の範囲で脈動するように制御する。スイッチ５
２を動作させるタイミングは実施の形態６と同様に無電
極ランプ６の放電が不安定化したときでよい。

【００３３】この実施の形態７においても、コイル電圧
による電磁エネルギーが無電極ランプ６に供給されるこ
とでリング放電が管壁に近付いたり離れたりを繰り返し
ながら維持される。これにより、無電極ランプ６を長期
間点灯させても不安定化現象がほとんど生じなくなり、
しかもこれの反復再現性が得られる。この実施の形態で
は、駆動回路５０にダンピング抵抗を介挿させたり、外
したりするだけの簡単な構成でよいので低コスト化を実
現できる。

【００３４】また、この実施の形態７では、次のような
利点も得られる。すなわち、無電極ランプ６の始動時に
は定常動作時よりも大きな電力を供給することが望まし
いが、無電極ランプ６が点灯していないときの整合回路
４以降のＱ値が非常に高くなっているので、このような
状態で設計値から外れた動作点をとってしまうと電力変
換回路３のＦＥＴ３Ａ、３Ｂの破壊につながる。そこ
で、始動時にのみダンピング抵抗５１を介挿してＱ値を
下げるようにし、始動した後はダンピング抵抗５１を外
してＱ値を上げるようにする。これにより、電力変換回
路３の各素子のバラツキによらず大電力を必要とする始
動時により正確な駆動電流を与えることができ、確実に
始動することができる。

【００３５】( ｈ) 実施の形態８図１７は本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形
態８の構成を示す回路図である。この図では、電力変換
回路３、整合回路６０および励磁コイル６９を示すとと
もに、無電極ランプ６の等価回路を示したものである。
この実施の形態８の無電極放電灯点灯装置７４は、イン
ピーダンス反転機能を有する整合回路６０を用いること
により、無電極ランプ６の不安定化を抑制するものであ
る。整合回路６０は、Ｌ型整合回路６１とπ型整合回路
６２とを組み合わせた構成になっており、さらにこれら
の間に所定の長さの同軸ケーブル（伝送線路）６８を介
挿している。Ｌ型整合回路６１はコイル６３とコンデン
サ６４とから構成され、π型整合回路６２はコイル６５
とコンデンサ６６、６７とから構成されている。Ｌ型整
合回路６１と電力変換回路３とはコンデンサ６９によっ
て接続されており、π型整合回路６２の出力側には抵抗
７０および励磁コイル７１がそれぞれ並列に接続されて
いる。無電極ランプ６をコイル７２と抵抗７３との等価
回路で表している。

【００３６】Ｌ型整合回路６１とπ型整合回路６２との
間に所定の長さの同軸ケーブル６８を設けることによっ
て、電力変換回路３と励磁コイル７１との間のインピー
ダンスの増減を反転させることが可能になる。すなわ
ち、整合回路６０の入力側から見たインピーダンスを入
力インピーダンスとし、負荷である無電極ランプ６のイ
ンピーダンスを出力インピーダンスとすると、負荷が大
のときに入力インピーダンスを小さくでき、負荷が小の
ときに入力インピーダンスを大きくできる。無電極ラン
プ６はインピーダンスが無点灯時に大きく、点灯時に小
さくなる負性特性を有していることから、無点灯時のイ
ンピーダンスが大きくなっているときに入力インピーダ
ンスが小になるので、定電圧を出力する直流電源は電流
の供給を増加することになり、逆に点灯時のインピーダ
ンスが小さくなっているときに入力インピーダンスが大
になるので、直流電源は電流の供給を減少することにな
る。整合回路６０の各素子の値は無電極ランプ６が点灯
したときに最適な電力の供給になるように決めておけば
よい。

【００３７】図１８は同軸ケーブル６８を設けた場合と
そうでない場合の負荷変動時の出力変動を示すグラフで
ある。この場合、横軸の規格化Ｒａは無電極ランプ６の
抵抗７３の抵抗値の変化の割り合いを示すものであり、
例えば定常時の抵抗値が２．０２１Ωであるときに３．
０００Ωに変化すると、その際の変化の割り合いは３．
０００／２．０２１＝１．４８４になる。他方、縦軸の
規格化Ｐｌｍｐは高周波の変化の割り合いを示すもので
あり、例えば定常時の高周波が３００Ｗであるときに２
７０Ｗに変化すると、その際の変化の割り合いは２７０
／３００＝０．９になる。

【００３８】このようにして、同軸ケーブル６８を設け
ない場合、すなわちケーブル長ｔd＝０の場合は”○”
で示すようにインピーダンスの反転が生じないが、ケー
ブル長ｔd ＝１８．４ｎｓｅｃの場合は”●”で示すよ
うにインピーダンスの反転が起こる。この場合の整合回
路６０の各素子の値は図中に示した通りである。インピ
ーダンス反転を起こさせることによって、負抵抗特性を
有する無電極ランプ６に安定して電力を供給することが
可能になる。つまり、無電極ランプ６の放電が不安定化
してもその都度最適な電力が供給されるから、結果的に
放電の不安定化現象が抑制される。

【００３９】なお、脈動させた高周波の包絡線の形状そ
のもの、または高周波を変調する信号の形状は、正弦波
状やパルス状以外にも矩形波状、台形波状、三角波状ま
たはランプ波状のいずれの形状であってもよいし、周期
は一定、不定いずれであってもよい。また、変調度も
「１」に限定しない。要は励磁コイル５に印加する高周
波が脈動していればよいのである。また、高周波は無電
極ランプ６を安定して点灯させるために少なくとも１Ｍ
Ｈｚ必要であり、また高周波の包絡線の周波数は１ＭＨ
ｚが好ましい。

【００４０】（II）照明装置の実施の形態図１９は本発明に係る照明装置の実施の形態の構成を示
す図である。この図において、耐熱プラスチックまたは
金属で円形状に形成された板部材としてのベースプレー
ト８０の下面中心には、ソケット８１を介して無電極ラ
ンプ（例えば無電極メタルハライドランプ）６が設けら
れている。この無電極ランプ６の頂部には、補助放電管
８２が突設されており、ベースプレート８０からは補助
放電管８２の先端部が突き出ている。また、ベースプレ
ート８０の下面には、励起コイル５の基端がビズ止めさ
れており、この励起コイル５が無電極ランプ６の外周部
に２回巻き付けられている。無電極ランプ６および励起
コイル５はアクリル樹脂で半球状に形成された下カバー
８３で覆われており、この下カバー８３の上端縁がベー
スプレート８０の外周部に固定されている。この下カバ
ー８３は、無電極ランプ６の配光を調整するとともに、
無電極ランプ６および励起コイル５に手が触れるのを防
いだり、塵埃や虫が侵入するのを防いでいる。ベースプ
レート８０と下カバー８３等が照明装置本体を構成して
いる。

【００４１】一方、ベースプレート８０の上面には実装
基板８４が立設されており、この実装基板４３には、図
１、図４、図８、図９、図１１、図１２、図１３、図１
４、図１６または図１７のいずれか一つに示した無電極
放電灯点灯装置７、１４、１５、２７、３２、３３、５
３、７４を構成する電子部品が搭載されている。無電極
放電灯点灯装置７、１４、１５、２７、３２、３３、５
３または７４から無電極ランプ６の補助放電管８２の先
端部の電極（図示略）に高電圧が印加されて補助放電管
８２に補助放電を起こさせた後、励起コイル５に高周波
電流が供給されて無電極ランプ６の発光管部が点灯され
る。８５は外部放熱器であり、ヒートパイプ８６を通し
て伝達されてくる無電極ランプ６の発熱を外部に放散す
る。８７は上カバーであり、下カバー８３に接続され
る。この実施の形態によれば、無電極放電灯点灯装置
７、１４、１５、２７、３２、３３、５３、７４に無電
極ランプ６の放電の不安定化現象を抑制する機能が設け
られているので、無電極ランプ６を長期間点灯させても
不安定化現象がほとんど生じなくなり、長期に亘って安
定して使用することができ、照明機器としての信頼性を
著しく高めることができる。

【００４２】

【発明の効果】請求項１、２の発明によれば、無電極ラ
ンプの近傍に配置される励起コイルに、無電極放電灯が
消弧しない範囲すなわち振幅の最大値の１００〜７０％
の範囲で脈動し、かつその脈動波の周波数が１ＭＨｚ以
下となる波形の高周波を印加するようにしたので、無電
極ランプの放電の不安定化現象が抑制されて安定した光
出力が得られるとともに、無電極ランプの長寿命化が図
れる。

【００４３】請求項３の発明によれば、全波整流出力を
部分平滑した部分平滑出力をスイッチングして高周波を
発生し、この高周波を励起コイルに印加するようにした
ので、無電極ランプの放電の不安定化現象が抑制されて
安定した光出力が得られるとともに、無電極ランプの長
寿命化が図れる。また、部分平滑手段（実施の形態にお
ける部分平滑回路８）で使用し、交流を直流に変換する
直流出力手段（実施の形態における直流電源２）を必要
としないので、装置のコストを低減することができる。
請求項４の発明によれば、少なくとも１ＭＨｚの高周波
を発生する高周波発生手段に対し、発生する高周波が休
止期間を持つことなく、かつ振幅の最大値の１００〜７
０％の範囲で脈動し、さらに脈動波の周波数が１ＭＨｚ
以下となるように制御するようにしたので、無電極ラン
プの放電の不安定化現象が抑制されて安定した光出力が
得られるとともに、無電極ランプの長寿命化が図れる。

【００４４】請求項５乃至６の発明によれば、励磁コイ
ルにおけるコイル電圧を検出し、その検出値が基準値を
超えたときに、発生する高周波が休止期間を持つことな
く、かつ振幅の最大値の１００〜７０％の範囲で脈動
し、さらに脈動波の周波数が１ＭＨｚ以下となるように
高周波発生手段を制御するようにしたので、無電極ラン
プの放電の不安定化現象が生じたときにその現象を抑制
して、その後も継続して安定した光出力を得ることがで
きる。請求項７の発明によれば、整合手段に、全体の特
性が放電インピーダンスに対してインピーダンス反転作
用を成す伝送線路を設けたので、負抵抗特性を有する無
電極ランプに安定して電力を供給でき、無電極ランプの
放電の不安定化現象が生じたときにその現象を抑制する
ことができる。この結果、無電極ランプの放電の不安定
化現象に伴う各種不具合を解消することができ、また整
合回路にインピーダンス反転作用を有する伝送線路を設
けるだけでよいので、装置のコスト上昇を大幅に低く抑
えることができる。

【００４５】請求項８乃至１０の発明によれば、請求項
１乃至７のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を用
いたので、無電極ランプの放電の不安化現象を抑制した
信頼性の高い照明装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形
態１の構成を示すブロック図である。

【図２】実施の形態１における全波整流を示す図であ
る。

【図３】実施の形態１における高周波を示す図である。

【図４】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形
態２の構成を示すブロック図である。

【図５】実施の形態２における部分平滑波を示す図であ
る。

【図６】実施の形態２における高周波を示す図である。

【図７】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の形
態３の構成を示すブロック図である。

【図８】実施の形態３における高周波の制御方法を説明
するための回路図である。

【図９】実施の形態３における高周波の制御方法を説明
するための回路図である。

【図１０】実施の形態３における高周波の制御方法を説
明するための波形図である。

【図１１】実施の形態３における高周波の制御方法を説
明するための回路図である。

【図１２】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の
形態４の構成を示すブロック図である。

【図１３】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の
形態５の構成を示すブロック図である。

【図１４】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の
形態６の構成を示すブロック図である。

【図１５】実施の形態６における高周波を示す図であ
る。

【図１６】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の
形態７の構成を示すブロック図である。

【図１７】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施の
形態８の構成を示すブロック図である。

【図１８】実施の形態８におけるインピーダンス反転を
説明するための図である。

【図１９】本発明に係る照明装置の実施の形態の構成を
示す図である。

【図２０】従来の無電極放電灯点灯装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図２１】従来の無電極放電灯点灯装置の各部の波形を
示す図である。

【符号の説明】

１整流回路３電力変換回路４整合回路５励磁コイル６無電極ランプ７、１４、１５、２７、３２、３３、５３、７３無電
極放電灯点灯装置８部分平滑回路１６、２５、５０駆動回路３０、４２、５２スイッチ４０発振部４１分圧器４３コンデンサ４４検出部４５比較部５１ダンピング抵抗６０整合回路６８同軸ケーブル８０バースプレート８１ソケット８２補助放電管８３下カバー８４実装基板８５外部放熱器８６ヒートパイプ８７上カバー１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１１０、１２
０、１３０制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上昭浩東京都品川区東品川四丁目３番１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】無電極放電灯の近傍に配置された励磁コ
イルと；前記無電極放電灯が消弧しない範囲で脈動する
とともに、脈動波の周波数が１ＭＨｚ以下となる波形の
高周波を発生して前記励磁コイルに供給する高周波発生
手段と；を備えたことを特徴とする無電極放電灯点灯装
置。
【請求項２】前記高周波発生手段は、振幅の最大値の
１００〜７０％の範囲で高周波を発生することを特徴と
する請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項３】無電極放電灯の近傍に配置された励磁コ
イルと；交流を全波整流する整流手段と；この整流手段
からの整流出力を部分平滑する部分平滑手段と；この部
分平滑手段からの部分平滑出力を駆動信号にしたがって
スイッチングして高周波を発生して前記励磁コイルに供
給する高周波発生手段と；を備えたことを特徴とする無
電極放電灯点灯装置。
【請求項４】無電極放電灯の近傍に配置された励磁コ
イルと；入力電圧を駆動信号にしたがってスイッチング
して少なくとも１ＭＨｚの高周波を発生して前記励磁コ
イルに供給する高周波発生手段と；この高周波発生手段
から発生する高周波が休止期間を持つことなく、かつ振
幅の最大値の１００〜７０％の範囲で脈動し、さらに脈
動波の周波数が１ＭＨｚ以下となるように該高周波発生
手段を制御する制御手段と；を備えたことを特徴とする
無電力放電灯点灯装置。
【請求項５】前記励磁コイルにおけるコイル電圧を検
出するコイル電圧検出手段と；このコイル電圧検出手段
と所定の基準値とを比較する比較手段と；をさらに備
え、前記制御手段は、前記比較手段の比較結果から前記コイ
ル電圧検出手段の検出値が基準値を超えたと判断すると
制御を開始することを特徴とする請求項４記載の無電極
放電灯点灯装置。
【請求項６】前記比較手段における基準値は、前記無
電極放電灯の放電が不安定化したときのコイル電圧に基
づいて決定したことを特徴とする請求項５記載の無電極
放電灯点灯装置。
【請求項７】入力電圧を駆動信号にしたがってスイッ
チングして高周波を発生する高周波発生手段と；この高
周波発生手段と無電極放電灯との間のインピーダンス整
合をとる整合手段と；この整合手段を介して前記無電極
放電灯に電磁エネルギーを供給する励起コイルと；を備
え、前記整合手段は、全体の特性が放電インピーダンスに対
してインピーダンス反転作用を成す伝送線路を有するこ
とを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項８】無電極放電灯と；請求項１乃至７のいず
れかに記載の無電極放電灯点灯装置と；この無電極放電
灯点灯装置を搭載する基板と；前記無電極放電灯を始動
させるとともに、この無電極放電灯の発光を照明に用い
るための照明用部材と；を備えたことを特徴とする照明
装置。
【請求項９】前記無電極放電灯および基板が前記照明
用部材に一体に保持されていることを特徴とする請求項
８記載の照明装置。
【請求項１０】前記無電極放電灯は、無電極メタルハ
ライドランプであることを特徴とする請求項８乃至９の
いずれかに記載の照明装置。