JPS6120118B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は放電灯を高周波電力で点灯する高圧放
電灯点灯装置に関する。 一般に、放電灯を高周波電力すなわち数ＫHz以
上の電力で点灯すると、商用交流電力による点灯
に比し発光効率を向上でき、かつ、安定器を小
形、軽量化できることが知られている。 一方、水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メ
タルハライドランプ等高圧放電灯と称されるもの
は、付勢電圧の周波数によつては音響的共鳴現象
と称される不安定な状態になることも知られてい
る。前記音響的共鳴現象によつて放電灯のアーク
柱がゆらいだり、アーク柱が管壁に付着したり、
さらには立ち消えたりすることがある。このよう
な音響的共鳴現象が発生する理由は、ガスを封入
した管内の音波が付勢される高周波電圧の波形と
共鳴するためであるとされているが、明らかでは
ない。しかしながら、発生理由の如何によつて本
発明の成立が否定されるべきではない。 前記音響的共鳴現象を呈する周波数は、放電灯
の種類によつて異なり、また同一種類の放電灯で
あつても、定格、形状の違いにより異なるもので
ある。さらに、種類、定格、形状が同じでも、個
別には若干異なるものである。本発明者はこの点
を実験により確認した。一例として第１〜第３図
に付勢電圧の周波数と点灯状態との関係を示す。
第１図は水銀ランプ（東芝製250W）、第２図は高
圧ナトリウムランプ（東芝製250W）、第３図はメ
タルハライドランプ（東芝製250W）の上記関係
をそれぞれ示すものであり、それぞれ空白部はア
ークが安定であつた周波数領域、斜線部はアーク
が不安定であつた周波数領域、格子部はアークが
極めて不安定であつたり立消えたりした周波数領
域である。各図から明らかなように、安定な周波
数領域は商用周波を含む相対的に低い周波数領
域、100KHzを含む相対的に高い周波数領域、お
よび前記両者の中間において不安定領域と交互に
存在する狭い領域である。したがつて、これら安
定領域のいずれかの周波数を有する電圧で付勢す
れば、音響的共鳴現象を生じることがなく、アー
クが不安定になることはない。しかしながら、前
記相対的に低い周波数領域の電圧で点灯すれば、
前述の高周波点灯による効果を十分に得られない
ことは明らかであり、さらには可聴周波数領域で
あるための大きな可聴音を発生する不都合があ
る。また、相対的に高い周波数領域の電圧で点灯
すれば、いわゆるラジオノイズと称される高周波
雑音の雑音源となるとともに、高周波電源装置が
半導体スイツチング素子を主として構成されてい
る場合、このスイツチング素子によるスイツチン
グロスが大きくなるという不都合がある。さら
に、中間に不安定領域を交互に存在する領域は幅
が狭く、しかも、前述のように放電灯個々により
安定領域に偏差があるため、付勢電圧の周波数を
これら中間における特定の安定な周波数に選定
し、設定することは極めて困難である。特に大量
生産には全く不向きである。 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
高周波点灯による効果を十分得られるとともに、
雑音の問題も生じることがなく、しかも厳密な周
波数選択、設定を要さずに放電灯を音響的共鳴現
象を生じることなく安定に点灯できる放電灯点灯
装置を提供することを目的とするものである。 本発明は、音響効共鳴現象は原因が生じてから
アークが不安定になるまでにはある程度の時間を
要し、アークが不安定になるまで原因を取除けば
音響的共鳴現象は生じないという発見のもとづい
てなされたもので、放電灯が安定に点灯する周波
数を含むある周波数領域内において放電灯を付勢
する電圧の周波数を周期的に変化させることを特
徴とし、これによつて不安定状態になる周波数領
域の電圧で付勢する期間があつても、つぎに安定
な周波数の電圧で付勢して、放電灯のアークを不
安定にすることを防止したものである。 以下、本発明の一実施例を第４〜８図を参照し
て説明する。１は高周波電源装置である。この電
源装置１はたとえばトランジスタインバータ回路
２を有してなるもので、直流電源３の出力を高周
波電力に変換するものである。このインバータ回
路２は出力電圧の周波数を変化可能に構成される
もので、本実施例においては他励式インバータで
あり、一対のトランジスタ４，５、インバータト
ランス６を主として構成されるものを示す。すな
わち、本実施例においては前記トランジスタ４，
５のON―OFFを制御する制御装置として変調装
置７を用い、この変調装置７の出力により前記ト
ランジスタインバータ回路２の出力の周波数を周
期的に変化させるものである。この変調装置７に
ついては後述する。前記インバータ回路２は周知
のものであるため、簡略化して示すとともに詳細
な説明を省略する。このインバータ回路２は他の
周知のインバータに代えてもよい。前記直流電源
３はたとえば商用電源８と、整流装置９と、平滑
回路１０とから構成されるものであるが、畜電池
であつてもよい。 前記変調装置７はたとえば第５図に示されるも
のである。この変調装置７は50Hz商用電源の半サ
イクルすなわち10msecの周期で周波数を変化す
るものである。７０１はたとえば前記商用電源８
と同じである商用電源、７０２は降圧トランス、
７０３は全波整流器、７０４は直流電源である。
７０５はVFコンバータで、入力信号の電圧値に
応じて出力信号を変化するものであり、第６図ａ
に示す前記全波整流器７０３の出力電圧と前記直
流電源の出力電圧との和の電圧を入力信号として
いる。このVFコンバータ７０５は第７図のよう
に、入力信号の電圧値と出力信号の周波数とは比
例している。このようなVFコンバータ７０５と
してはたとえばナシヨナルセミコンダクター製の
NE／SE５６６がある。コンデンサ７０６と抵抗
７０７とは前記VFコンバータ７０５の出力信号
の基準周波数を決定するためのものである。７０
８は絶縁トランスであつて、前記VFコンバータ
７０５の出力信号を前記トランジスタインバータ
回路２のベースに供給するためのものである。
今、VFコンバータ７０５の基準周波数を25KHz
とすれば、VFコンバータ７０５は前記第６図ａ
に示す入力信号に応じて出力信号の周波数を25K
Hzから連続的に変化する。ただし、前記全波整流
器７０３の出力電圧における各半サイクル間の零
点においては連続に変化しない。前記第６図ａに
示す入力信号において最大値（Ｖ_P）のとき40K
Hz、最大値（Ｖ_S）のとき25KHzとなるように設
定すれば、VFコンバータ７０５の出力信号は第
６図ｂに示すように25KHz〜40KHzの間を前記
10msecの周期で連続的に変化するものとなる。
したがつて、前記トランジスタインバータ回路２
は、25KHz〜40KHz間を連続的に変化する周波数
の高周波電圧を出力するのである。 このような高周波電源装置１に放電灯１１が安
定装置１２を介して接続されている。前記安定装
置１２はたとえばインダクタである。この放電灯
１１はたとえば水銀ランプ（東芝製250W）であ
つて、第１図のように付勢電圧の周波数に応じて
アークが不安定になる音響的共鳴現象を生じるも
のである。前記安定装置１２はたとえばインダク
タであるが、この他、前記インバータトランス６
にリーケージインダクタンスを形成し、このリー
ケージインダクタンスを安定装置として利用して
もよく、また、コンデンサ、抵抗あるいはこれら
を組合わせて安定装置を形成してもよい。 つぎに作用を説明する。高周波電源装置１は、
変調装置７により商用電源７０１の２倍すなわち
100Hzのサイクルで25KHz〜40KHzの間を連続的
に変化する制御信号を供給される。したがつて、
高周波電源装置１は、前記制御信号によりトラン
ジスタインバータ回路２の一対のトランジスタ
４，５が交互にON―OFFし、第８図ａに示すよ
うな25KHz〜40KHzの間を連続的に変化する周波
数の電圧を出力する。放電灯１１はこの出力電圧
によつて付勢されて始動、点灯する。このときの
放電灯１１のランプ電流波形は第８図ｂのように
なる。すなわち、安定装置２としてインダクタを
用いているため、周波数が高いときは高インピー
ダンスになるから、ランプ電流は付勢電圧の周波
数が25KHzのとき最大、40KHzのとき最小とな
る。なお、この場合、放電灯１１である水銀ラン
プは、第１図のように25KHz〜40KHzの間に安定
に点灯する周波数領域と、不安定状態になる周波
数領域とを含むものである。すなわち、水銀ラン
プは第１図示のように25KHz近辺〜28KHz近辺
間、31KHz近辺〜39KHz近辺間に不安定なる周波
数領域を有する。したがつて、水銀ランプはこれ
ら不安定な周波数領域でアークがゆらいだり、管
壁に付着したり、あるいは立消えたりすると考え
られる。しかしながら、放電灯１１を付勢する電
圧の周波数は、ある幅を持つた領域すなわち実施
例において25KHz〜40KHz間を連続的に変化する
ものであるから、前記不安定状態になる領域と、
第１図示のように30KHz近辺および40KHz近辺の
安定な領域とが交互にあらわれるものである。こ
のため、放電灯１１が不安定状態になる領域の周
波数の電圧により付勢されて、不安定状態になろ
うとしても、短期間でこの領域を通過し、つぎに
安定な領域の周波数の電圧によつて付勢されるか
ら、放電灯１１は不安定な状態に達することがで
きない。すなわち、早期に音響的共鳴現象が生じ
る原因が取除かれることになるから、放電灯１１
は音響的共鳴現象により不安定状態になることが
なく、安定に点灯し続けるのである。 つぎに、本実施例による実験結果を示す。放電
灯１１は水銀ランプ（東芝製250W）であり、付
勢電圧の周波数の領域を変えたときの放電灯１１
の点灯状態を調べたものである。

【表】 ○：アークが安定
×：アークが不安定
実験結果によれば、付勢電圧の周波数を28KHz
〜40KHz、28KHz〜45KHz、35KHz〜40KHz、35K
Hz〜45KHzの領域内で変化させれば放電灯は安定
に点灯するものである。しかしながら、前記４個
の各領域はいずれも不安定状態となる領域を含ん
でいることは第１図から明らかである。したがつ
て、安定点灯する周波数を含むある領域内で周波
数を変化させれば、不安定状態になる周波数領域
を含むにもかかわらず、放電灯を安定に点灯し続
けることができることを理解できる。このため、
本発明によれば、特定の周波数に設定するものに
対し、周波数の設定の裕度があり、また、放電灯
個々の偏差があつてもこれを吸収できるものであ
る。 つぎに高圧ナトリウムランプ（東芝製250W）
に対する実験結果を示す。

【表】

【表】 ○：アークが安定
×：アークが不安定
この実験結果および第２図からも、上述の水銀
ランプの場合と同様本発明による効果を十分理解
できるものである。 なお、変調の周期は短時間であればより効果的
であると考えられるが、上記実施例のように
10msecでも十分に効果があり、10msecよりある
程度長くても同様の効果が得られると考える。ま
た、この周期については選定する周波数領域等に
よつても許容範囲が異なると推察される。 第９図は本発明の他の実施例を示すものであ
る。本実施例は高周波電源装置２０として自励式
インバータ２１を用いたものを示す。すなわち、
インバータ２１は１対のトランジスタ２２，２
３、安定装置として利用するリーケージインダク
タンスを有するインバータトランス２４、共振用
のコンデンサ２５、および負荷変動に対しても一
定電流（実効値）を通流するための定電流用イン
ダクタ２６を有してなる。このようなインバータ
２１はインバータトランス２４のインダクタンス
と、共振用のコンデンサ２５との共振作用により
発振するものであり、インバータトランス２４に
設けたベース巻線２４ｃの出力により前記トラン
ジスタ２２，２３を自励発振させるものである。
また、本実施例において直流電源２７は商用電源
２８と、全波整流装置２９とからなり、前記イン
バータ２１には平滑化されない脈流電圧を供給す
るものである。したがつて、本実施例におけるイ
ンバータ２１は、基本的には前記全波整流装置２
９の出力を正負に線対称とした包絡線を有す高周
波交流電圧を出力するものである。 つぎに、３０は本実施例における変調装置であ
る。この変調装置３０は、前記全波整流装置２９
の出力端子間に設けられたコンデンサ３０１、ダ
イオード３０２および後述する磁気増幅器３０３
の一次巻線３０３ａの直列回路と、前記インバー
タトランス２２４に設けられた帰還巻線３０４
と、この帰還巻線３０４の両端子間に逆極性に設
けられたダイオード３０５，３０６と、これらダ
イオード３０５，３０６の接続点および前記コン
デンサ３０１の一端の間に設けられたインダクタ
３０７と、前記インバータトランス２４の入力巻
線２４ａに並列接続された前記磁気増幅器３０３
の二次巻線３０３ｂとからなり、前記帰還巻線３
０４の中間点を前記コンデンサ３０１の他端に接
続してなるものである。この変調装置３０は、常
時は帰還巻線３０４の中間点―コンデンサ３０１
―インダクタ３０７―ダイオード３０５，３０６
―帰還巻線３０４の閉回路により前記コンデンサ
３０１を充電している。そして、前記直流電源２
７の出力すなわち全波整流装置２９の出力である
脈流電圧が零電圧付近において、前記コンデンサ
３０１の電荷が、コンデンサ３０１―インバータ
ナランス２４の入力巻線２４ａ―トランジスタ２
２，２３―定電流用インダクタ２６―磁気増幅器
３０３の一次巻線３０３ａ―コンデンサ３０１の
閉回路で放電するものである。したがつて、前記
インバータ２１の出力は基本的には前述のように
正弦波の対称形を包絡線を持つものであるが、実
際には、正弦波の零電圧付近においては零にはな
らず、前記コンデンサ３０１の放電によつて持上
げられたものとなるのである。また、特に注目す
べきことは、前記コンデンサ３０１の放電時に
は、磁気増幅３０３の一次巻線３０３ａに電流が
流れ、これによつて二次巻線３０３ｂのインダク
タンスがインバータトランス２４の入力巻線２４
ａに並列に挿入されることになるから、このとき
はインバータトランス２４の入力側のインダクタ
ンスが減少することである。すなわち、コンデン
サ３０１が充電されているときと、放電している
ときとでは、前記インバータ２１において共振用
コンデンサ２５と共振するインダクタンスの値が
異なるのである。このような本実施例における高
周波電源装置２０の出力電圧を第１０図ａに示
す。第１０図ａからも明らかなように、変調装置
３０のコンデンサ３０１が充電されている間は出
力周波数が相対的に低く、コンデンサ３０１が放
電している間すなわち共振用のインダクタンス値
が減少している間は出力周波数が相対的に高いも
のである。なお、第１０図ａは無負荷電圧であ
り、第１０図ｂはコンデンサ３０１の放電電流を
示すものである。 本実施例においては、高周波電源装置２０の出
力周波数が連続的に変化するのではなく、２種の
周波数を段階的に変化するものである。（厳密に
はコンデンサ３０１の放電電流が一定ではなく、
この放電電流の大きさによつて出力周波数は異な
る。）しかしながら、２種のうち少なくとも一方
が放電灯１１を安定に点灯し得る周波数であれば
よいのである。このように２種の周波数を変化さ
せる場合でも、安定に点灯する周波数の近傍に選
定することにより、単一の周波数を設定するもの
に比し設計の裕度が高まることは明らかである。
なお、その他の構成は第１図示の実施例と同じで
あるので、説明を省略する。 なお、本発明は上記実施例のものに限られるも
のではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で
変形可能なものである。たとえば高周波電源装置
は、トランジスタインバータの他、サイリスタイ
ンバータ、チヨツパ等でもよい。また、変調装置
も高周波発生装置に対応して変形可能である。 以上詳述したように本発明は、付勢電圧の周波
数に応じて安定点灯あるいは不安定状態となる高
圧放電灯を点灯するものにおいて、前記放電灯を
付勢する高周波電源装置の出力周波数を安定点灯
し得る周波数を含む領域内において周期的に変化
させるようにしたから、高圧放電灯が不安定状態
となる周波数の電圧で付勢するようなことがあつ
ても、つぎに安定点灯する周波数の電圧で付勢す
ることにより、放電灯は音共的共鳴現象と称され
る状態に達することがないものである。したがつ
て、放電灯を安定に高周波点灯できるとともに、
設計裕度は高いもので、製作が容易となり、大量
生産にも適したものである。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は各種放電灯の付勢電圧周波数に対
する点灯状態を示す図、第４図は本発明の一実施
例を示す回路図、第５図は変調装置の一具体構成
を示す回路図、第６図は第５図示変調装置の作用
を説明するための電圧波形図、第７図はVFコン
バータの特性図、第８図は第４図示実施例の作用
を説明するための電圧および電源波形図、第９図
は本発明の他の実施例を示す回路図、第１０図は
第９図示実施例の作用を説明するための電圧およ
び電流波形図である。 １，２０…高周波電源装置、２，２１…インバ
ータ、７，３０…変調装置、１１…放電灯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 出力周波数を変化可能な高周波電源装置と、
   この電源装置の出力により付勢されるとともに付
   勢電圧の周波数によつて安定点灯あるいは不安定
   状態になる高圧放電灯と、 上記放電灯が安定点灯する周波数を含む領域内
   において上記高周波電源装置の出力周波数を周期
   的に変化させる変調装置とを具備したことを特徴
   とする放電灯点灯装置。 ２ 前記変調装置は前記高周波電源装置の出力周
   波数を連続的に変化させるものであることを特徴
   とする特許請求の範囲１記載の放電灯点灯装置。 ３ 前記変調装置は前記高周波電源装置の出力周
   波数を段階的に変化させるものであることを特徴
   とする特許請求の範囲１記載の放電灯点灯装置。 ４ 前記高周波電源装置は商用交流電源と、この
   商用交流電源の出力を整流する整流装置と、この
   整流装置の出力を入力とするインバータ回路とか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲１〜３い
   ずれか一記載の放電灯点灯装置。 ５ 前記インバータ回路は他励式インバータであ
   り、このインバータ回路の制御信号の周波数を変
   化することによつて前記高周波電源装置の周波数
   を変化するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲４記載の放電灯点灯装置。 ６ 前記変調装置は前記商用電源の各半サイクル
   内における電圧値に応じて周波数を変えるもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲４または５
   記載の放電灯点灯装置。 ７ 前記インバータ回路は共振形の自励式インバ
   ータであり、共振周波数を変化することによつて
   出力周波数を変化するものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲４記載の放電灯点灯装置。