JP2008545245A - ガス放電ランプの点火 - Google Patents

Abstract

照明システムの照明装置４の、ガスを有する主要空間と２個の内部電極とを有するガス放電ランプの点火は、高周波数共振回路を用い達成される。共振回路は、内部電極と交流供給電圧を供給する電源装置２とに接続される。外部電極２２は、内部電極の１つ及び共振回路の節点の近くに配置される。供給電圧を供給すると、外部電極で高電圧交流バーストが生成される。これは、主要空間内でガスの放電を生じる。また、これは残りのガスの放電を引き起こす。次に供給電圧周波数は増大し、及び共振回路に流れるのは小さい無効電流のみである。

Description

本発明は、請求項１及び６のそれぞれの前文に記載されたガス放電ランプの点火、及び請求項１２及び１６のそれぞれの前文に記載されたランプ電源装置及び照明システムに関する。

特許文献１は、給電回路部、ガス放電ランプと起動回路とを含むランプ装置、を有する照明システムを開示している。起動回路は、給電回路部に含まれる起動装置駆動部と、ランプ装置に含まれる高電圧生成部とに分けられる。給電回路部は、交流供給電圧をランプ装置へ供給する給電回路、及び起動装置駆動部、を更に有する。ランプ装置は、ランプ及び高電圧生成部を有する。ランプの内部電極は、ランプ装置の２個の端子を介し、及び給電回路部の２個の端子を介し、電源と接続される。ランプの外部補助電極及びランプの内部電極は、ランプ装置の高電圧生成部と接続される。高電圧生成部は、ランプ装置の２個の端子を介し給電回路部の起動装置駆動部と接続される。２個の端子の１つは給電回路部の端子を介し内部電極とも接続される。起動装置駆動部は、交流供給電圧により電力供給される。起動装置駆動部は、電子スイッチ及びキャパシターを有し、当該キャパシターを交互に充電及び放電する。それにより、高電圧生成部の変圧器は、ランプの外部電極へ供給される高電圧パルスのシーケンスを生じる。当該パルスは、当該外部電極と内部電極の１つとの間にあるランプに含まれたガスの一部を放電して良い。これは内部電極間の放電を引き起こし、ランプを点火する。結果として、ランプへ供給される交流供給電圧は低減される。結果として起動装置駆動部の電子スイッチはもはや導通せず、従ってランプの外部電極への高電圧パルスの供給は終了する。電子スイッチはサイリスタ又はＳＩＤＡＣを有して良い。つまり起動回路及び結果として開示されたシステムは、全体として比較的低周波数で動作する。５００ｋＨｚより低い周波数は、特許文献１では低いと考えられている。

従来技術の不利点は、起動回路を設けるために、高電圧変圧器及び電子スイッチのようなかなりのハードウェアを必要とすることである。従来技術の別の不利点は、給電回路部をランプ装置と接続するために３本の導体を必要とし、そのうち１本の導体がランプを点火する１秒未満の間しか使用されないことである。結果として、給電回路部をランプ装置と接続するために専用の高価なケーブルが必要とされる。従来技術の更なる不利点は、例えば２ＭＨｚより上の高周波数を有するランプへの供給電圧の使用が、多くの場合、非常に高価であることである。起動回路のハードウェアがこのような高周波数での動作に適合される場合、３本の導体を有する一層多くの専用の高周波数ケーブルが必要である。

上述の種類のガス放電ランプは、特許文献１に示された、及び特許文献２により詳細に記載された起動促進手段を有し得る。従って、電極毎に、ランプは泊の形式の電気導体を内蔵した密閉部を有して良い。泊は主要空間又はランプ管の内部の電極を、密閉部から外側へ突き出る金属線と接続する。密閉部は、ガス状構成要素、例えば水銀蒸気を有する空洞を有する。空洞は、当該空洞に渡り電圧が印加されると、起動促進手段をＵＶ放射源として構成する。ＵＶ放射源は、ＵＶ増強器として参照される。
米国特許第６７３４６４３号明細書 米国特許第６５６３２６７号明細書

本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解決することである。

上述の本発明の目的は、請求項１に記載された方法を提供することにより達成される。

それによりガス放電ランプの点火は簡略化される。共振回路は、ランプの内部電極間のガスが放電すると自動的に動作を停止する。従って点火後、共振回路は有意なエネルギー量を消費も消散もしない。結果として、当該エネルギーを扱う共振回路の部品の寸法決めには、点火のためのほんの一瞬だけが考慮される。結果として、共振回路は小型且つ安価に製造され得、ランプの近くに配置され得、ランプと一緒に統合照明装置を形成することが可能である。２本の導体のみが、当該照明装置の点火及び電力供給に必要である。同軸ケーブルを用い、電源装置と照明装置との間に、比較的簡易で安価な接続手段が設けられる。更に当該接続手段は、電磁妨害（ＥＭＩ）に対し優れた遮蔽を提供する。

本発明の上述の課題はまた、請求項６に記載の点火回路、請求項１２に記載の照明装置、及び請求項１６に記載の照明システムを設けることにより達成される。

上述の特許文献２は、当該密閉部の空洞に渡り密閉部の外側に配置された外部電極又はアンテナの使用を開示している。外部電極は、他の密閉部を通じて延在する電極と接続される。外部電極は、ランプが消灯された直後のランプの再点火時に起こり得る点火遅延を短縮する。この効果はホットリストライクとして参照される。

本発明は、添付の図面と関連した例である説明から明らかになる。

図１は、本発明が適用される照明システムの第１の実施例の図を示す。システムは、主要構成要素として、電源装置２及び照明装置４を有する。電源装置２は、電源装置２の端子６、８に交流電圧を供給する。照明装置４は、空間又は管を有するガス放電ランプ１０を有する。ガス放電ランプ１０は、ガス及び２個の内部電極を有する。内部電極は照明装置４の端子１２及び１４と接続される。ランプ１０をまたいで、ランプ１０は、水銀蒸気のようなガス状構成要素を含む空洞を有する細長い密閉部１５を有して良い。例えばモリブデン泊は、空洞の長さに沿って延在する。このような密閉部１５を有する構成は、ＵＶ増強器と称される。ＵＶ増強器の使用は、特許文献２により開示されている。ＵＶ増強器は、当該空洞に渡り電圧が印加されると、起動促進手段をＵＶ放射源として構成する。

留意すべき点は、本発明がＵＶ増強器を設けられたガス放電ランプへの適用に限定されないことである。従って、内部電極は、ＵＶ増強器が用いられるか否かに関わらず、ランプの主要空間又は管の内部からランプの外部へ延在すると考えられる。

電源装置２は、２本の導体により照明装置４の端子１２及び１４と接続される。特に当該導体は、同軸ケーブル１６により設けられる。照明装置４は、インダクター１８（一般に誘導性素子）とキャパシター２０（一般に容量性素子）との直列回路を更に有する。直列回路は、照明装置４の端子１２及び１４と接続される。インダクター１８とキャパシター２０との接続節点は、補助外部電極２２と接続される。補助外部電極２２は、ランプ１０の外側に、ランプ１０の第１の内部電極の近くに配置される。結果として、当該第１の内部電極及び外部電極２２は、容量性素子を形成する。このような外部電極２２はアンテナとも称されて良い。

ランプ１０、インダクター１８、キャパシター２０、並びに外部電極２２及び第１の内部電極は、共振回路を形成する。直列共振回路の共振に近い周波数を有する交流供給電圧を照明装置４に印加すると、共振回路は外部電極で高電圧を生成する。それにより、第１の電極と外部電極との間に強い強度の電界が生成される。適切な大きさの電界を生成すると、これら電極の近くにあるガスの一部は放電し、一方でランプ１０の（主要）空間内のガスの放電を引き起こす。

特に、ランプ１０は高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ、場合によっては超高圧（ＵＨＰ）ＨＩＤランプである。電源装置２に含まれるような駆動装置の価格を低減するために、電源装置２により供給される動作周波数は長い間に増大され、そして今後更に増大することが予想される。現在、通常動作周波数は、一般にＨＩＤランプでは５０ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの範囲内であり、特にＵＨＰランプでは２ＭＨｚ乃至５０ＭＨｚの範囲内である。通常動作中、ランプ１０の点火後、内部電極間のピーク電圧はガスの放電を維持するため、数百ボルトになり得る。しかしながら、点火は、２．５ｋＶ乃至２５ｋＶの範囲の更に高い電圧を必要とする。従来技術によると、点火変圧器は高電圧点火パルスを供給する必要がある。代わりに、本発明によると、上述の簡易な共振回路が高電圧点火パルスを生成するために用いられる。

本発明を実施するために必要な構成要素の大きさに関する効果を得るため、以下の例が与えられる。

ランプの点火前に、供給電圧は４００Ｖのピーク値を有し、及び当該供給電圧の周波数は１０ＭＨｚであると仮定する。更に、キャパシター２０は２０ｐＦの値を有すると仮定する。結果としてキャパシター２０は、当該周波数で７９６Ωのインピーダンスを有する。更に、電流が３．１８Ａのピーク値（２．５２Ａｒｍｓ）を有すると仮定すると、２５３０Ｖのピーク電圧がキャパシター２０に渡り及び外部電極２２に生成される。結果として、４００＋２５３０＝２９３０Ｖのインダクター１８に渡る電圧が当該電流を有するために生成されなければならない。従って、インダクター１８は９２２Ωのインピーダンスを有するべきである。従ってインダクター１８は１０ＭＨｚの周波数で１４．７μＨの値を有さなければならない。これらのインダクター１８及びキャパシター２０の値では、共振周波数は９．３９ＭＨｚになる。

ランプ１０を点火すると、ランプ１０のインピーダンスは減少する。同時に、供給電圧の動作周波数は１３．５６ＭＨｚに低下し、及び供給電圧は約１００Ｖに減少する。共振回路のインピーダンスは、約６６５Ωに増大する。結果として１５０ｍＡの無効電流が共振回路に流れる。その結果、電気的値が小さいだけでなく、共振回路の構成要素は小さい物理的寸法を有して良い。従って、共振回路はランプ１０の近くに簡単に設置され得、それと同時に統合照明装置４を形成する。

望ましくはキャパシター２０の値２０ｐＦは減少され、及び点火中により低い周波数が用いられる。従って点火に必要が電流及び共振回路を通じる無効電流は更に低減される。キャパシター２０の値の低減は、インダクター１８の大きさを増大し及び浮遊構成要素の感度を増大することにより制限される。これらを考慮に入れると、及び望ましくは、キャパシター２０は状況により省略されて良い。そして外部電極２２と外部電極２２の近くにある第１の内部電極とにより提供される容量は、本発明により高電圧点火パルスを生成するためだけに用いられ得る。

電源装置２を照明装置４に接続するために２本の導体のみが必要なので、接続ケーブルは簡易且つ安価になり得る。更に、図１にケーブル１６により示された同軸ケーブルを用いることにより、ＥＭＩ保護を簡易且つ安価にする。

図２は、本発明が適用される照明システムの第２の実施例の図を示す。図２は図１と異なり、（Ｉ）如何なる外部キャパシターも用いられず、共振はアンテナ２２とランプ接続／電極との間の固有容量で設計される、（ＩＩ）インダクタンス１８と端子１２との接続は、アンテナ２４を組み込まれた別のキャパシターにより置き換えられ、アンテナ２４は図１の第１の電極２２の近くにある内部電極とは別の内部電極の近くに配置される。第１の外部電極２２と同様に、第２の外部電極は、近くにある内部電極と一緒に容量を提供する。インダクター１８を２個の外部電極の間に接続することにより、図１のシステムと同様のシステムの起動中の効果が得られる。高電界（電圧）は、ランプの両側で提供される。２個の外部電極を有する図２の構成は、一層コスト効率が良い。ランプ及び製造過程により与えられる要件に依存して、図１及び２に基づく種々の混合解決法が当業者により導出され得る。例えば、図２で片側又は両側に追加外部キャパシターが追加され得る。

本発明が適用される照明システムの第１の実施例の図を示す。 本発明が適用される照明システムの第２の実施例の図を示す。

Claims (16)

1. 方法であって、ガス放電ランプを点火し、前記ガス放電ランプはガスと互いに離れた２個の内部電極とを有するガス放電空間を有し、前記方法は：
   前記ガス放電空間の外側に、前記内部電極の第１の電極の近くに外部電極を設ける段階；
   供給電圧周波数を有する交流供給電圧を前記内部電極に印加する段階；
   前記内部電極間のガスが放電していない間、点火電圧を前記外部電極に印加する段階；を有し、
   前記点火電圧は、前記第１の内部電極と前記外部電極との間の前記ガスを放電するために適合され、
   共振回路が前記点火電圧を生成するために用いられ、前記共振回路の共振周波数は前記供給電圧周波数と異なるように生成される、方法。
2. 前記共振回路は、前記第１の内部電極、前記外部電極、及びそれら電極の間の前記ランプの壁により設けられる容量を備えられる、請求項１記載の方法。
3. 前記共振回路は前記第１の内部電極と前記外部電極とに接続されるキャパシターを設けられる、請求項１記載の方法。
4. 前記共振回路は、前記第１の内部電極と異なる他の内部電極の近くに配置された第２の外部電極を設けられ、及び前記共振回路のインダクターは２個の外部電極の間に接続される、前記請求項の何れか１項記載の方法。
5. 前記共振回路は、供給電圧周波数の２０％及びそれ以上の範囲にある共振周波数を有するよう構成される、前記請求項の何れか１項記載の方法。
6. 点火回路であって、ガス放電ランプを点火し、前記ガス放電ランプはガスと互いに離れた２個の内部電極とを有するガス放電空間を有し、前記点火回路は：
   前記ガス放電空間の外側に、前記内部電極の第１の電極の近くにある外部電極、
   供給電圧周波数を有する交流供給電圧を受信する前記内部電極と接続された供給端子、及び
   前記電極と接続され前記空間内のガスの放電を引き起こす起動回路、を有し、
   前記起動回路は共振回路を有し、及び共振周波数は前記供給電圧周波数と異なる、点火回路。
7. 前記共振回路は、前記第１の内部電極、前記外部電極、及びそれら電極の間のランプの壁により設けられる容量を有する、請求項６記載の点火回路。
8. 前記共振回路は前記第１の内部電極と前記外部電極とに接続されるキャパシターを有する、請求項６又は７記載の点火回路。
9. 前記共振回路は、前記第１の内部電極と異なる他の内部電極の近くに配置された第２の外部電極を有し、及び前記共振回路のインダクターは２個の外部電極の間に接続される、請求項６乃至８の何れか１項記載の点火回路。
10. 前記共振周波数は、供給電圧周波数の２０％及びそれ以上の範囲にある、請求項６乃至１０の何れか１項記載の点火回路。
11. 照明装置であって、外部電源装置と接続する端子、前記端子と接続された２個の内部電極を有するガス放電ランプ、高電圧生成点火部、を有し、前記高電圧生成点火部は前記ランプの内部電極、前記ランプの第１の外部電極、及び前記電源装置と接続する端子と接続され、前記高電圧生成点火部は、前記内部電極、前記外部電極、及び端子を有し、前記端子のみが前記内部電極と接続され、共振周波数は前記ランプの通常動作周波数と異なる、照明装置。
12. 前記共振回路は、前記第１の内部電極、前記外部電極、及びそれら電極の間のランプの壁により設けられる容量を有する、請求項１１記載の照明装置。
13. 前記共振回路は前記第１の内部電極と前記外部電極とに接続されるキャパシターを有する、請求項１１又は１２記載の照明装置。
14. 前記共振回路は、前記第１の内部電極と異なる他の内部電極の近くに配置された第２の外部電極を有し、及び前記共振回路のインダクターは２個の外部電極の間に接続される、請求項１１乃至１３の何れか１項記載の照明装置。
15. 前記共振周波数は、供給電圧周波数の２０％及びそれ以上の範囲にある、請求項１１乃至１４の何れか１項記載の照明装置。
16. 照明システムであって、照明装置及び電源装置を有し、
    前記照明装置は、前記照明装置を前記電源装置と接続する端子、２個の内部電極と外部電極とを有するガス放電ランプ、内部電極及び前記外部電極に接続された高電圧生成点火部、を有し、
    前記内部電極及び前記点火部は、前記端子と接続され、
    前記点火部は共振回路を有し、前記点火部が接続される端子は、前記ランプの前記内部電極が接続される端子と同一であり、及び前記照明装置は同軸ケーブルにより前記電源装置に接続される、照明システム。
    

Images