JP3603625B2 - Electrodeless discharge lamp device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電極放電灯装置に関し、特に暗所での始動性を改善した無電極放電灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
蛍光灯等の放電ランプでは、ランプを始動させるためには、その放電空間の初期電子を利用して初期放電を発生させる必要がある。一般に、放電ランプは明るい場所に放置されている状態では、外部からの光の影響で放電空間内に初期電子が発生する確率が高く、また、頻繁に点滅を繰り返している場合も、前回点灯時の電子が放電空間内に残留して初期電子になるため始動性の問題は生じない。
【0003】
しかしながら、ランプが長期間点灯されず、かつ、暗所において最初の始動を行う場合には、初期電子が始動に必要な量だけ生成されにくいため、始動時間が長くなるという問題があった。
【0004】
このため、有電極型の蛍光灯では、始動時にフィラメントを加熱して熱電子を放出させ、始動に必要な量の初期電子を得ているが、無電極放電灯の場合には、発光管内部に電極が無いので、同様な手段は採用できない。
【0005】
そこで、従来の無電極放電灯では、発光管内部に放射性同位元素気体を封入するか、あるいは、放射性物質を塗布して初期電子を得るようにしていたが、安全性などの配慮が必要になるという問題があった。
【0006】
この問題を解決するために、特開平8−180840号、特開平6−223789号に開示されているように、発光管の近傍に始動補助用の光源を配置して、始動時にこの補助光源から主として短波長の光を照射して、発光管内に初期電子を発生させ、始動時間を短縮させる提案がなされている。また、始動補助光源により光色が変化しないように、始動補助光源を始動時のみ点灯する考え方も示されている。
【0007】
これらの先行例では、始動補助光源の電源は、駆動コイルに供給する高周波電力の一部を分岐配線し、これを整流して電源とするか、あるいは独立した補助光源用の電源からの配線により電源供給されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した先行例(特開平8−180840号)のように独立した始動補助光源用の電源を設けると、補助光源の電源部およびその電源供給線の引きまわしが余分に必要になり、また、主高周波電源との干渉を避けるためのシールド構造など、付加的な部材が必要になる。
【0009】
また、他の先行例(特開平6−223789号)のように、主高周波電源線からの分岐線を設けて、始動補助光源用の電源を得るようにすると、特に点灯時において、主高周波電源線の途中に設けた電源分岐部で発生する損失が問題になり、これを減少させるために、切り替え回路手段あるいは結合度可変回路手段が余分に必要となる。また、主高周波電源線に余分な回路手段を挿入すると、信頼性が低下する恐れがある。
【0010】
また、上述した先行例のいずれにおいても、消費電力を節減する、また始動補助光源による混色を避けるため、始動補助光源を始動時のみ点灯するための時限点灯装置が必要であるなど、装置全体の構造が複雑かつ高価になるという問題があった。
【0011】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は暗所での始動性が良好であり、構造が簡素で安価な無電極放電灯装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の請求項1の発明は、内部に放電ガスが封入され、内面に蛍光体が塗布された発光管と、前記発光管に近接して配置された発光管点灯用コイルと、前記発光管点灯用コイルに高周波電流を流す高周波電源とを備え、前記発光管点灯用コイルで発生する高周波電磁界により、前記発光管内部に高周波プラズマ環が生成され、前記高周波プラズマ環より放出される紫外線が前記蛍光体を励起発光させてなる無電極放電灯装置において、前記発光管の近傍に、始動補助用の始動補助光源と、前記発光管点灯用コイルと電磁結合される結合素子と、前記結合素子に誘起された高周波電力を電源として前記始動補助光源を点灯させるための電源回路部を備え、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルの結合度よりも、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルの結合度の方が小さくなるように配置されることを特徴とする。
【0013】
また、請求項2の発明は、前記結合素子および前記電源回路部の少なくとも一部で、前記高周波電源の基本波周波数に同調するバンドパスフィルタ回路を構成したことを特徴とする。
【0014】
また、請求項3の発明は、前記結合素子および前記電源回路部の少なくとも一部で、前記高周波電源の高調波周波数に選択的に同調するバンドパスフィルタ回路を構成したことを特徴とする。
【0015】
また、請求項4の発明は、前記発光管点灯用コイルを前記発光管の外部に巻き回し、前記結合素子を前記高周波プラズマ環よりも内側の位置に配置して、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルとの結合度を、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルとの結合度よりも小さくなるようにしたことを特徴とする。
【0016】
また、請求項5の発明は、前記結合素子を、前記発光管点灯用コイルの巻き回し面から、その軸方向に関して、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルとの距離よりも離して配置して、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルとの結合度を、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルとの結合度よりも小さくなるようにしたことを特徴とする。
【0017】
また、請求項6の発明は、前記結合素子の主軸を前記発光管点灯用コイルの主軸に対して、所定の角度傾けて配置して、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルとの結合度を、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルとの結合度よりも小さくなるようにしたことを特徴とする。
【0018】
また、請求項7の発明は、前記電源回路部は、前記結合素子に誘起される高周波電力を整流して直流電圧に変換すると共に、前記直流電圧のレベルを弁別する変換弁別回路を備え、前記レベルが所定の電圧レベル以下のときに前記始動補助光源を点灯しないようにしたことを特徴とする。
【0019】
また、請求項8の発明は、前記始動補助光源、前記結合素子、および前記電源回路部とが同一プリント基板上に配置され、前記結合素子がプリント配線で構成されることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
本発明の実施形態1に対応する外巻型の無電極放電灯装置の外観を図2に示す。図2において、1は内部に放電ガスが封入され、内面に蛍光体が塗布された発光管であり、その外部に発光管点灯用コイル2が巻回されている。5は、発光管点灯用コイル2に高周波電流を流す図示せぬ高周波電源および整合回路を収納する収納ケースであり、収納ケースに収納された図示せぬ高周波電源と発光管点灯用コイル2とがコイル導線3により接続されている。4は発光管1の排気チップ保護用のキャップである。
【0021】
図3は、高周波電源の周辺回路、および始動補助光源の周辺回路を示した回路図であり、所定の入力信号に応じて動作し、高周波電源を構成する直列接続された出力トランジスタ6a、6bの接続点に結合コンデンサ7の一端が接続されている。そして、この結合コンデンサ7の他端とグランド間には同調回路の共振コンデンサ8aが接続されると共に、もう一つの共振コンデンサ8bと図2で示した発光管点灯用コイル2の直列回路が接続されている。
【0022】
また、10は発光管点灯用コイル2で発生する発光管1の点灯時に、発光管1の内部に生成される高周波プラズマ環15の等価インダクタンスであり、その両端にはプラズマ環の等価抵抗9が接続される。この高周波プラズマ環15より放出される紫外線が発光管1の内面に塗布された蛍光体を励起発光する。
【0023】
そしてまた、11は発光管点灯用コイル2と電磁結合されるループアンテナで構成された結合素子であり、その両端には同調用コンデンサ12が接続されると共に、高周波整流回路を含む始動補助光源の電源部13を介して始動補助光源14が接続されており、これら結合素子11と、同調用コンデンサ12と電源部13からなる電源回路部と、始動補助光源14により始動用補助光源部が構成される。このとき、結合素子11としてループアンテナを用いることで、薄型のものを選択して装置にコンパクトに組み込むことができるという利点がある。
【0024】
図3において、共振コンデンサ8a、8bと発光管点灯用コイル2とで形成される共振回路の同調周波数は、発光管1の点灯時に高周波電源の周波数に等しくなるように設定されている。従って、始動時にはインダクタンス10と抵抗9より成る2次回路が形成されていないため、同調周波数は点灯時に比べて低くなり、同調回路のQは高くなる。
【0025】
発光管1の点灯時には高周波プラズマ環が生成されて、インダクタンス10と抵抗9より成る2次回路が形成され、共振回路の同調周波数は、発光管1の点灯時に高周波電源の周波数に等しくなると共に、同調回路のQは大幅に低下する。高周波電源の周波数が13.56MHzの場合の一例を挙げると、発光管1の点灯時の同調回路のQは、始動時のQの1/8に低下する。ただし、前述のように、始動時は離調状態にあるため、結合素子の同調回路の同調周波数を高周波電源の周波数に一致させても、結合素子部への誘起電圧は数倍程度しか変化しない。
【0026】
また、後述するように、高周波プラズマ環15と発光管点灯用コイル2の結合度よりも、結合素子11と発光管点灯用コイル2の結合度の方が小さくなるような配置にする。これにより、始動時は始動補助光源14が点灯し、発光管1の点灯時には、高周波プラズマ環が新たに介在することにより、結合素子11への高周波電源の結合量が減少して、始動補助光源14が自動的に消灯する。
【0027】
ここで、結合素子11と同調用コンデンサ12は発光管点灯用コイル2を駆動する高周波電源の基本波周波数(F0)に同調したバンドパスフィルタ回路を構成するようにする。これにより、勢力の強い基本波成分により始動補助光源を点灯すると共に、発光管1の点灯時には、高周波プラズマ環が新たに介在することにより、結合素子11への高周波電源の結合量が減少して、始動補助光源14が自動的に消灯する。
【0028】
このとき、結合素子11と同調用コンデンサ12は発光管点灯用コイル2を駆動する高周波電源の高調波周波数(F0×n:nは整数)に選択的に同調するようなバンドパスフィルタ回路を構成するようにしてもよい。これにより、始動時には離調状態にある発光管点灯用コイル2から高勢力で輻射される高次高調波により始動補助光源14を点灯し、発光管1の点灯時は発光管点灯用コイル2が基本波成分に同調するため、高次高調波の勢力が大幅に減少して、始動補助光源が自動的に消灯する。
【0029】
図4は、基本波周波数が13.56MHzの場合について、発光管点灯用コイル2から輻射される基本波、第2次高調波、第3次高調波成分の相対レベルを、始動時と発光管1の点灯時について実測したデータの例である。図4において、基本波では6dBのレベル差があり、第2次高調波、第3次高調波では10dBの差があるので、このレベル差を利用して、始動補助光源を点滅させることができる。また、高次高調波のみを利用すれば、基本波のみを利用する場合に比べてレベル差が大きいので、発光管1の点灯時に始動補助光源を確実に消灯することができる。
【0030】
尚、このとき始動補助光源14の代わりに電子スイッチを接続して、この電子スイッチの出力を検出端子とすれば、光学的手段によらず、ランプ破損、その他による発光管1すなわち無電極放電灯の不点灯状態を検出することができ、他用途への展開が可能になる。
【0031】
図5は、図3で示した始動用補助光源部の詳細を示す回路図であり、図3と同じものには同じ符号を付している。図3での結合素子11として磁界結合用のループアンテナ21を使用し、その両端には同調用コンデンサ12が接続される。また、同調用コンデンサ12の両端には、整流ダイオード22と平滑用コンデンサ23が直列接続され、平滑コンデンサ23の両端には電流制限抵抗24と発光ダイオード25が直列接続される。
【0032】
このとき、ループアンテナ21のインダクタ成分と同調用コンデンサ12のキャパシタンスとで同調周波数が決定され、ループアンテナ21に誘起される高周波電力が整流ダイオード22で整流され、平滑コンデンサ23で平滑されて発生する直流電圧が、電流制限抵抗24を介して発光ダイオード25へ供給される。
【0033】
尚、発光ダイオード25は、点灯する一定のスレショールド電圧(約2V)を有しているので、ループアンテナ21に誘起される電圧レベルの判定手段を設けなくても、このスレショールド電圧を始動時と、発光管1の点灯時の判定に利用すれば、始動補助光源の自動点滅が可能になる。
【0034】
図6は図5のループアンテナ21を電界結合用のダイポールアンテナ27としたときの始動用補助光源部の構成を示した回路図を示したものであり、ダイポールアンテナ27の電気長が短い場合は延長コイル28が追加される。図6で図5と同じものには同じ符号を付している。このダイポールアンテナ型の結合素子は薄型を選択することができ、装置をコンパクトに組み込むことができるという利点がある。
【0035】
次に、図1の断面図にて無電極放電灯の一例を示す。外側に発光管点灯用コイル34が巻回された発光管30の内側に凹部を設けて内管31とし、例えば青色の発光ダイオードを用いた始動補助光源35と始動補助光源35用の電源回路33が配置される。このとき、電源回路33には図3で示した結合素子11も含まれている。すなわち、電源回路33は結合素子11、同調用コンデンサ12、電源部13により構成される。
【0036】
また、32は発光管1の点灯時に発光管30内部に生成される高周波プラズマ環である。このように、結合素子11を高周波プラズマ環32よりも内側に配置して、結合素子11と発光管点灯用コイル34との結合度を、高周波プラズマ環32と発光管点灯用コイル34との結合度よりも小さくしている。
【0037】
また、図1に示した配置によれば、始動補助光源35、電源回路33を有する前述した始動用補助光源部、すなわち始動補助光源一式が発光管30の内管31、つまり内部に収納されるため、始動補助光源一式が発光管30の発光面を遮蔽することがなく高効率となり、また外観も優美になる。
【0038】
図7は、図1に示した無電極放電灯の発光管点灯用コイルと結合素子の配置を示す配置図であり、図1と同じものには同じ符号を付している。図7では図1の電源回路33内に含まれる結合素子としてループアンテナ37を用いており、その主軸39は発光管点灯用コイル34の主軸と一致し、さらにループアンテナ37と発光管点灯用コイル34のそれぞれのコイルの巻き回し面は、略同一平面内にある。そのため、それぞれのコイルの結合度が大きくなるという利点がある。
【0039】
また、38は始動補助光源35用の電源回路部であり、結合素子であるループアンテナ37を含んでいない点が図1で示した電源回路33と異なる。そして、36は発光管点灯用コイル2の高周波電源端子である。
【0040】
図8は図1に示した無電極放電灯の結合素子をダイポールアンテナとしたときの構造を示す断面図であり、図1と同じものには同じ符号を付しその説明を省略する。図8では発光管30の内側に設けられた内管41に細型のダイポールアンテナ42が設けられ、ダイポールアンテナ42から導出された導出線43が、内管41の外部で始動補助光源35の電源回路用の電源回路基板44と接続されている。
この無電極放電灯は内管41の内径が細くなっているため、発光管30の製作は容易であり、細型のダイポールアンテナ42を用いているので収納は容易である。また、図8における無電極放電灯においても、ダイポールアンテナ42を高周波プラズマ環32よりも内側の位置に配置して、結合素子であるダイポールアンテナ42と発光管点灯用コイル34との結合度を、高周波プラズマ環32と発光管点灯用コイル34との結合度よりも小さくなるようにしている。また、図8の無電極放電灯においても、ダイポールアンテナ42、導出線43、電源回路基板44、始動補助光源35からなる始動補助光源一式が発光管30の発光面を遮蔽していない。
【0041】
また、図9は図1に示した無電極放電灯の内管がない場合の各構成部品の配置を示した断面図であり、図1と同じものには同じ符号を付しその説明を省略する。図1と異なる点は、始動補助光源35とその電源回路部33からなる始動補助光源一式が、発光管30の下部に設けられた保護キャップ48の内部に収納される点である。
【0042】
図10は図9で示した無電極放電灯の発光管点灯用コイルと結合素子の配置を示す配置図であり、図9と同じものには同じ符号を付している。図10では図9の電源回路33内に含まれる結合素子としてループアンテナ50を用いており、その主軸は発光管点灯用コイル34の主軸53と略一致しており、さらに両者は主軸53の軸方向に隔離して配置されている。尚、52は、発光管点灯用コイル34の高周波電源端子である。
【0043】
このとき、ループアンテナ50を発光管点灯用コイル34の巻き回し面から主軸53方向に、図9で示す高周波プラズマ環32と発光管点灯用コイル34の距離よりも大きい距離だけ離して配置し、ループアンテナ50と発光管点灯用コイル34との結合度を、高周波プラズマ環32と発光管点灯用コイル34との結合度よりも小さくなるようにしている。また、図9、図10に示したように、始動補助光源35、電源回路部33からなる始動補助光源一式は発光管30の下部に配置されるので、始動補助光源一式が発光管30の発光面を遮蔽することがないという利点がある。
【0044】
次に図11に、図5のループアンテナ21をコアに巻回した例を示す。図11において図5と同じものには同じ符号を付している。コア57に巻回されたループアンテナ21の両端には同調用コンデンサ12が接続されており、その両端には電流制限抵抗24と発光ダイオード25の直列回路が接続されている。このとき、発光ダイオード25は整流ダイオードを兼ねており、部品点数の削減が図られている。また、ループアンテナ21がコア57に巻回されており、インダクタンスが増大され、低周波数帯にも対応できる。
【0045】
また、図12は図5で始動補助光源として使用される発光ダイオードを白熱電球にしたときの回路図であり、図5と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図5と異なる点は、平滑コンデンサ23の両端に並列に接続されている電流制限抵抗24と発光ダイオード25の直列回路にかえて、図12ではツェナーダイオード60と電流制限抵抗24と白熱電球61からなる直列回路が接続されている。
【0046】
ここで、ループアンテナ21に誘起された高周波電力が、整流ダイオード22で整流され、平滑用コンデンサ23で平滑されて直流電圧に変換される。この直流電圧がツェナーダイオード60のツェナー電圧以下のときは、始動補助光源である白熱電球61は点灯しない。すなわち、白熱電球61は発光ダイオード25とは違い、点灯するための一定のスレショールド電圧を有しておらず、ツェナーダイオード60を介在させることで、スレショールド電圧を与えている。これにより、発光管の点灯時にループアンテナ21への前述した結合量が減少したとき、確実に始動補助光源が消灯するようにできる。またこのとき、整流ダイオード22、平滑コンデンサ23、ツェナーダイオード60により変換弁別回路が構成される。
【0047】
(実施形態2)
次に、発光管点灯用コイルが発光管の内側に巻かれた場合(以下、内巻型と呼ぶ)の無電極放電灯の外観を図13の斜視図にて示す。発光管の内側に図示せぬ発光管点灯用コイルが巻回された発光管65の下部に保護キャップ66を介して、高周波電源などを収納する収納ケース67が配置されている。本図の無電極放電灯では、発光管65の外部に発光管点灯用コイルが露出していないので外観が優美である。
【0048】
次に、内巻型の場合の無電極放電灯の構造を図14の断面図を用いて説明する。発光管70の内側に設けられた内管73に発光管70の発光管点灯用コイル74が設けられており、発光管点灯用コイル74から内管73の外部に導出線71が導出されている。また、発光管点灯用コイル74が配置されている内管73の上部には始動補助光源76とその電源回路75が配置される。このとき、電源回路75は図3に示す結合素子11、同調用コンデンサ12、電源部13により構成される。
【0049】
また、72は発光管70の点灯時に生成される高周波プラズマ環である。本図の無電極放電灯において、始動補助光源76と電源回路75からなる始動補助光源一式が内管73の上部に配置されており、外部へ露出していないので、外観が優美であり、また発光管70の発光面を遮蔽することもない。
【0050】
そして次に、内巻型の場合の無電極放電灯の第2の構造を図15の断面図に示す。図15において図14と同じものには同じ符号を付しその説明を省略する。図15において図14と異なる点は、図15では内管73に配置された発光管点灯用コイル74がコア79に巻回されている点である。またコア79を通じての発光管点灯用コイル74の放熱作用を妨げないようにするため、結合素子であるループアンテナ80がコア79の一部に巻回されて、始動補助光源81の電源を搭載したプリント基板82と内管73の外部で接続されている点も異なる。
【0051】
このとき、ループアンテナ80、始動補助光源81、プリント基板82からなる始動補助光源一式は、発光管70の下部に設けられる図示せぬ保護キャップに収納されるので、外観は優美であり、発光管70の発光面を遮蔽することもない。また、発光管点灯用コイル74をコア79に巻回しているので、インダクタンスが増大し、高周波電源の周波数が低い場合でも対応できる。
【0052】
そして次に、内巻型の場合の無電極放電灯の第3の構造を図16の断面図に示す。図16において図15と同じものには同じ符号を付しその説明を省略する。図16において図15と異なる点は、結合素子としてループアンテナを用いるかわりに、図16ではダイポールアンテナ85を用いており、プリント基板82を中心にダイポールアンテナ85が表と裏に対称的に配置されている。このとき、コア79を通じての発光管点灯用コイル74の放熱作用を妨げないようにするために、発光管点灯用コイル74を巻き回したコア79の表面にダイポールアンテナ85を沿わせて配置している。
【0053】
本図においても図15と同様に始動補助光源一式は、発光管70の下部に設けられた図示せぬ保護キャップ内部に収納されるので、外観は優美であり、発光管70の発光面を遮蔽することもない。しかし、発光管70の下部への突出量が図15の場合に比べて大きくなるので、プリント基板82の下部に展長したダイポールアンテナ85の片側の素子線の代わりに、プリント基板82の裏面(下部)をグランド面としたモノポールアンテナを用いれば、図15と同様の寸法の保護キャップ内に始動補助光源一式が収納でき、外観が優美になる。
【0054】
そしてまた、図17は内巻型の無電極放電灯の第4の構造を示す断面図であり、図14の結合素子としてダイポールアンテナを用いたものであり、図14と同じものには同じ符号を付しその説明を省略する。89は結合素子であるダイポールアンテナであり、発光管70の下部にその長手方向が、内管73内に設けられた点灯用コイル74の主軸方向に略一致するよう設けられている。
【0055】
また、88は始動補助光源76の電源回路部であり、図3に示す同調用コンデンサ12、電源部13により構成される。本図においても始動補助光源76、電源回路部88、ダイポールアンテナ89からなる始動補助光源一式は、発光管70の下部に設けられる図示せぬ保護キャップ内に収納されるが、コアを用いていない点が図16と異なりプリント基板の表裏に対称的にダイポールアンテナが配置される構成でないため、収納する保護キャップの寸法を大きくすることもなく、外観が優美であり、発光管70の発光面を遮蔽することもない。
【0056】
また、図18は内巻型の無電極放電灯の第5の構造を示す断面図であり、図14の結合素子としてループアンテナを用い、その主軸を発光管点灯用コイルの主軸に対して一定の角度傾けた例であり、図14と同じものには同じ符号を付しその説明を省略する。93はコアに巻回されたループアンテナであり、ループアンテナ93、始動補助光源76、始動補助光源76の電源回路部92を有する始動補助光源一式は、発光管70の内管73に設けられた発光管点灯用コイル74の上部に配置されている。このとき、電源回路部92は図3の同調用コンデンサ12、電源部13から構成される。
【0057】
ここで、ループアンテナ93の主軸95は発光管点灯用コイル74の主軸94から一定の角度傾けられるように構成される。これにより、始動補助光源一式の収納部が発光管点灯用コイル74に近接している場合に、結合素子であるループアンテナ93の発光管点灯用コイル74に対する結合度を低減させる効果がある。このとき、主軸94と主軸95の角度を調整することで、発光管点灯用コイル74とループアンテナ93の結合度を調整でき、発光管点灯用コイル74とループアンテナ93との結合度を、高周波プラズマ環72と発光管点灯用コイル74との結合度よりも小さくなるようにできる。
【0058】
また、図14から図18に示した無電極放電灯において、ループアンテナやダイポールアンテナなどの結合素子を、発光管点灯用コイル74の巻き回し面から軸方向に関して、発光管点灯用コイル74と高周波プラズマ環72との距離よりも大きな距離だけ離すように配置することで、結合素子と発光管点灯用コイル74との結合度を、高周波プラズマ環72と発光管点灯用コイル74との結合度よりも小さくなるようにできる。
【0059】
次に、上述した始動補助光源、結合素子、電源回路部からなる始動用補助光源部である始動補助光源一式を1枚のプリント基板上に配置した例を図19に示す。102はプリント基板101上にプリント配線で構成されたループアンテナであり、103はプリント基板101上に配置された始動補助光源である。この始動補助光源103は、前述したプリント基板101上に配置された電源回路部を構成する電子部品104を介してループアンテナ102に接続される。このように、始動補助光源一式がプリント基板101上に配置されることで小型にまとまるため、無電極放電灯の組立が容易になるという利点がある。
【0060】
また、図20に始動補助光源一式を1枚のプリント基板上に配置した他の例を示す。112はプリント基板111上にプリント配線で構成されたダイポールアンテナであり、プリント基板111上に配置された始動補助光源113と電源回路部を構成する電子部品114を介して接続されている。このとき、ダイポールアンテナ112の長手方向を、発光管点灯用コイルの主軸方向と略一致させる必要があるため、発光管点灯用コイルの平面と直交する方向にプリント基板111を配置する。この場合も、始動補助光源一式がプリント基板111上に配置されることで小型にまとまるため、無電極放電灯の組立が容易になるという利点がある。
【0061】
【発明の効果】
本発明の請求項1記載の無電極放電灯点灯装置においては、内部に放電ガスが封入され、内面に蛍光体が塗布された発光管と、前記発光管に近接して配置された発光管点灯用コイルと、前記発光管点灯用コイルに高周波電流を流す高周波電源とを備え、前記発光管点灯用コイルで発生する高周波電磁界により、前記発光管内部に高周波プラズマ環が生成され、前記高周波プラズマ環より放出される紫外線が前記蛍光体を励起発光させてなる無電極放電灯装置において、前記発光管の近傍に、始動補助用の始動補助光源と、前記発光管点灯用コイルと電磁結合される結合素子と、前記結合素子に誘起された高周波電力を電源として前記始動補助光源を点灯させるための電源回路部を備え、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルの結合度よりも、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルの結合度の方が小さくなるように配置されるため、前記高周波電源から分岐線を引き出すことなく、前記始動補助光源、結合素子、電源回路部を設けることができるので、配線および引き回しが簡単になり、また高周波電源との干渉を避けるためのシールド構造が不用となるため、小型かつ安価に始動特性を改善できる。また、高周波電源の電源線からの分岐線を設けていないので、発光管の点灯時において分岐部で発生する損失がなく、損失を減少させるために切り替え回路手段や結合度可変回路手段を設ける必要がなく、信頼性が向上するという効果があり、発光管点灯時には始動補助光源が自動的に消灯するため、余分な時限点灯装置を必要としない。
【0062】
また、本発明の請求項2記載の発明においては、前記結合素子および前記電源回路部の少なくとも一部で、前記高周波電源の基本周波数に同調するバンドパスフィルタ回路を構成したため、請求項1と同様の効果が得られる。
【0063】
また、本発明の請求項3記載の発明においては、前記結合素子および前記電源回路部の少なくとも一部で、前記高周波電源の高調波周波数に選択的に同調するバンドパスフィルタ回路を構成したため、基本波に同調する場合に比べて同調回路定数が小さくてよく、部品が小型、軽量、安価になるという効果がある。また、発光管点灯用コイルから輻射される高調波周波数成分の始動時と発光管点灯時のレベル差が基本波に比べて大きいので、始動補助光源を発光管点灯時に確実に消灯することができる。
【0064】
また、本発明の請求項4記載の発明においては、前記発光管点灯用コイルを前記発光管の外部に巻き回し、前記結合素子を前記高周波プラズマ環よりも内側の位置に配置して、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルとの結合度を、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルとの結合度よりも小さくなるようにしたため、始動補助光源を点滅させるための余分な時限点灯装置を必要としないので、装置全体の構造が簡易かつ安価になる効果があり、また発光管の外部発光面を遮蔽することなく、結合素子を配置することができ効率が向上する。
【0065】
また、本発明の請求項5記載の発明においては、前記結合素子を、前記発光管点灯用コイルの巻き回し面から、その軸方向に関して、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルとの距離よりも離して配置して、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルとの結合度を、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルとの結合度よりも小さくなるようにしたため、始動補助光源を点滅させるための余分な時限点灯装置を必要としないので、装置全体の構造が簡易かつ安価になる効果がある。
【0066】
また、本発明の請求項6記載の発明においては、前記結合素子の主軸を前記発光管点灯用コイルの主軸に対して、一定の角度傾けて配置して、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルとの結合度を、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルとの結合度よりも小さくなるようにしたため、始動補助光源を点滅させるための余分な時限点灯装置を必要としないので、装置全体の構造が簡易かつ安価になる効果がある。
また、本発明の請求項7記載の発明においては、前記電源回路部は、前記結合素子に誘起される高周波電力を整流して直流電圧に変換すると共に、前記直流電圧のレベルを弁別する変換弁別回路を備え、前記レベルが所定の電圧レベル以下のときに前記始動補助光源を点灯しないようにしたため、発光管が点灯した際には、始動補助光源を自動的かつ確実に始動補助光源を消灯させることができる。
【0067】
また、本発明の請求項8記載の発明においては、前記始動補助光源、前記結合素子、および前記電源回路部とが同一プリント基板上に配置され、前記結合素子がプリント配線で構成されるため、プリント基板を利用して結合素子を始動補助光源及び電源回路手段と共に一体に小型に構成できるので、製造が容易で、安価な装置を実現でき、また他の回路部とは完全に切り離され独立した構成であるため、感電などの恐れもないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に対応する外巻型の無電極放電灯の構造を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態1に対応する外巻型の無電極放電灯装置の外観を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施形態1、2に対応する高周波電源、始動補助光源の周辺回路を示す回路図である。
【図4】始動時と発光管の点灯時のそれぞれにおける発光管点灯用コイルから輻射される各周波数成分の相対レベルを示した関係図である。
【図5】本発明の実施形態1、2に対応する始動用補助光源部の詳細を示す回路図である。
【図6】本発明の実施形態1、2に対応する他の始動用補助光源部の詳細を示す回路図である。
【図7】図1における無電極放電灯の発光管点灯用コイルと結合素子の配置を示す配置図である。
【図8】本発明の実施形態1に対応する外巻型の無電極放電灯の他の構造を示す断面図である。
【図9】本発明の実施形態1に対応する外巻型の無電極放電灯の更に他の構造を示す断面図である。
【図10】図9における無電極放電灯の発光管点灯用コイルと結合素子の配置を示す配置図である。
【図11】図5におけるループアンテナをコアに巻回した例を示す回路図である。
【図12】本発明の実施形態1、2に対応する始動用補助光源部の詳細を示す他の回路図である。
【図13】本発明の実施形態2に対応する内巻型の無電極放電灯装置の外観を示す斜視図である。
【図14】本発明の実施形態2に対応する内巻型の無電極放電灯の構造を示す断面図である。
【図15】本発明の実施形態2に対応する内巻型の無電極放電灯の第2の構造を示す断面図である。
【図16】本発明の実施形態2に対応する内巻型の無電極放電灯の第3の構造を示す断面図である。
【図17】本発明の実施形態2に対応する内巻型の無電極放電灯の第4の構造を示す断面図である。
【図18】本発明の実施形態2に対応する内巻型の無電極放電灯の第5の構造を示す断面図である。
【図19】本発明の実施形態1、2に対応する始動用補助光源部をプリント基板に配置した斜視図である。
【図20】本発明の実施形態1、2に対応する始動用補助光源部をプリント基板に配置した他の斜視図である。
【符号の説明】
30 発光管
31 内管
32 高周波プラズマ環
33 電源回路
34 発光管点灯用コイル
35 始動補助光源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to electrodeless discharge lamp apparatus, and a electrodeless discharge lamp device which is particularly improved startability of the dark.
[0002]
[Prior art]
In a discharge lamp such as a fluorescent lamp, in order to start the lamp, it is necessary to generate an initial discharge using initial electrons in the discharge space. In general, when the discharge lamp is left in a bright place, the probability that initial electrons are generated in the discharge space due to the influence of external light is high. These electrons remain in the discharge space and become initial electrons, so that the problem of startability does not occur.
[0003]
However, when the lamp is not turned on for a long time and the first startup is performed in a dark place, it is difficult to generate initial electrons in an amount required for the startup, so that there is a problem that the startup time becomes long.
[0004]
For this reason, in the electrode type fluorescent lamp, the filament is heated at the time of starting to emit thermoelectrons, and an initial amount of electrons required for starting is obtained. Since there are no electrodes, similar means cannot be adopted.
[0005]
Therefore, in conventional electrodeless discharge lamps, a radioisotope gas is sealed inside the arc tube or a radioactive substance is applied to obtain initial electrons, but consideration must be given to safety and the like. There was a problem.
[0006]
In order to solve this problem, as disclosed in JP-A-8-180840 and JP-A-6-223789, a light source for starting assistance is arranged near the arc tube, and the auxiliary light source is provided at the time of starting. Proposals have been made to mainly irradiate light of a short wavelength to generate initial electrons in an arc tube and to shorten a starting time. Further, the light colors so as not to change, is also shown idea of lighting only when starting the start-up the auxiliary light source by the starting auxiliary light source.
[0007]
In these prior examples, the power supply of the starting auxiliary light source is obtained by branching and wiring a part of the high-frequency power supplied to the drive coil and rectifying it to be a power supply, or by wiring from an independent auxiliary light source power supply. Power is being supplied.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, if an independent power source for the starting auxiliary light source is provided as in the above-mentioned prior example (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-180840), an extra power source portion of the auxiliary light source and its power supply line are additionally required, and However, additional members such as a shield structure for avoiding interference with the main high-frequency power supply are required.
[0009]
If a branch line from the main high-frequency power supply line is provided to obtain a power supply for a starting auxiliary light source as in another prior example (Japanese Patent Laid-Open No. 6-223789), the main high-frequency loss generated in the power branching section middle provided the line becomes a problem, in order to reduce this, the switching circuit means or coupling degree variable circuit means becomes additionally required. Further, when inserting an extra circuit means in the main high-frequency power source line, there is a possibility that reliability is lowered.
[0010]
In addition, in any of the above-described prior examples, a timed lighting device for lighting the starting auxiliary light source only at the time of starting is necessary to save power consumption and to avoid color mixing by the auxiliary starting light source. There was a problem that the structure was complicated and expensive.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an inexpensive electrodeless discharge lamp device which has good starting performance in a dark place, has a simple structure, and is inexpensive.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to
[0013]
The invention of
[0014]
The invention according to
[0015]
The invention according to claim 4 is characterized in that the arc tube lighting coil is wound around the outside of the arc tube, and the coupling element is arranged at a position inside the high-frequency plasma ring. The coupling degree with the lighting coil is made smaller than the coupling degree between the high-frequency plasma ring and the arc tube lighting coil.
[0016]
The invention of
[0017]
The invention according to claim 6 is characterized in that a main axis of the coupling element is arranged at a predetermined angle with respect to a main axis of the arc tube lighting coil, and a degree of coupling between the coupling element and the arc tube lighting coil. and it is characterized in that to be smaller than the degree of coupling between the high frequency plasma ring and the light emitting tube lighting coil.
[0018]
The invention of
[0019]
The invention according to claim 8 is characterized in that the starting auxiliary light source, the coupling element, and the power supply circuit are arranged on the same printed circuit board, and the coupling element is configured by a printed wiring.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
The appearance of the outer winding type electrodeless discharge lamp device according to embodiments of the present invention shown in FIG. 2,
[0021]
Figure 3 is a circuit diagram showing a peripheral circuit of the peripheral circuit of the high-frequency power source and the starting auxiliary light source, operates in response to a predetermined input signal, the series connected
[0022]
[0023]
And also, 11 is a coupling element formed of a loop antenna that is electromagnetically coupled to the light emitting
[0024]
3, the tuning frequency of the resonant circuit formed by
[0025]
When the
[0026]
As described later, the high-
[0027]
Here, the
[0028]
At this time, the
[0029]
FIG. 4 shows the relative levels of the fundamental wave, the second harmonic, and the third harmonic component radiated from the arc
[0030]
In this case, if an electronic switch is connected in place of the starting auxiliary
[0031]
FIG. 5 is a circuit diagram showing the details of the starting auxiliary light source unit shown in FIG. 3, and the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. Using a
[0032]
At this time, the tuning frequency is determined by the inductor component of the
[0033]
Since the
[0034]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a starting auxiliary light source unit when the
[0035]
Next, an example of the electrodeless discharge lamp is shown in the sectional view of FIG. A concave portion is provided inside the
[0036]
[0037]
Further, according to the arrangement shown in FIG. 1, starting auxiliary
[0038]
Figure 7 is a layout view showing the arrangement of the coupling element and the light-emitting tube lighting coil of the electrodeless discharge lamp shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG 1. In FIG. 7, a
[0039]
[0040]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a structure when the coupling element of the electrodeless discharge lamp shown in FIG. 1 is a dipole antenna, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In FIG. 8, a
In this electrodeless discharge lamp, the inner diameter of the
[0041]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the arrangement of each component in the case where the inner tube of the electrodeless discharge lamp shown in FIG. 1 is not provided. I do. The difference from FIG. 1 is that a set of a starting auxiliary light source including a starting auxiliary
[0042]
Figure 10 is a layout diagram showing the arrangement of the coupling element and the light-emitting tube lighting coil of the electrodeless discharge lamp shown in FIG. 9, the same reference numerals are the same as the FIG. Uses a
[0043]
In this case, the
[0044]
Next, FIG. 11 shows an example in which the
[0045]
FIG. 12 is a circuit diagram in which the incandescent lamp is used as the light emitting diode used as the starting auxiliary light source in FIG. 5, and the same components as those in FIG. 5 is different from FIG. 5 in that a series circuit of a current limiting
[0046]
Here, the high frequency power induced in the
[0047]
(Embodiment 2)
Next, when the light emitting tube lighting coil is wound on the inside of the arc tube (hereinafter, referred to as inner winding type) the appearance of the electrodeless discharge lamp in perspective view in FIG. 13. Through the
[0048]
Next, the structure of the electrodeless discharge lamp in the case of the inner winding type will be described with reference to the sectional view of FIG. An arc
[0049]
[0050]
And then, the second structure of the electrodeless discharge lamp in the case of the inner coil former shown in the sectional view of FIG. 15. 15, the same components as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. 15 differs from FIG. 14 in that an arc
[0051]
In this case, the
[0052]
Next, a third structure of the electrodeless discharge lamp in the case of the inner winding type is shown in a sectional view of FIG. 16, the same components as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. 16 differs from FIG. 15 in that a
[0053]
In this figure, similarly to FIG. 15, the start-up auxiliary light source set is housed inside a protective cap (not shown) provided at the lower part of the
[0054]
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a fourth structure of the inner-wound type electrodeless discharge lamp, in which a dipole antenna is used as the coupling element in FIG. 14, and the same components as those in FIG. subjected the description thereof will be omitted.
[0055]
Further, 88 denotes a power supply circuit portion of the start-up auxiliary
[0056]
FIG. 18 is a sectional view showing a fifth structure of the inner-wound type electrodeless discharge lamp. A loop antenna is used as the coupling element in FIG. 14, and its main axis is fixed to the main axis of the arc tube lighting coil. The same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 14, and the description thereof will be omitted.
[0057]
Here, the
[0058]
In the electrodeless discharge lamps shown in FIGS. 14 to 18, the coupling element such as a loop antenna or a dipole antenna is connected to the arc
[0059]
Next, starting the auxiliary light source as described above, coupling element, an example in which the start-up auxiliary light source set on a single printed circuit board is a starting auxiliary light source unit comprising a power supply circuit unit in FIG. 19.
[0060]
FIG. 20 shows another example in which a set of starting auxiliary light sources is arranged on one printed circuit board.
[0061]
【The invention's effect】
In the electrodeless discharge lamp lighting apparatus according to a first aspect of the present invention, the discharge gas is sealed inside the inner surface to the arc tube phosphors are coated, closely spaced arc tube lights to the light-emitting tube And a high-frequency power supply for supplying a high-frequency current to the arc tube lighting coil. A high-frequency plasma ring is generated inside the arc tube by a high-frequency electromagnetic field generated by the arc tube lighting coil, and the high-frequency plasma is generated. in an electrodeless discharge lamp device which ultraviolet rays emitted from the ring is said phosphor was excited to emit light, in the vicinity of the arc tube, a starting auxiliary light source for starting aid is electromagnetically coupled with said light emitting tube lighting coil A coupling element; and a power supply circuit unit for lighting the starting auxiliary light source using high-frequency power induced by the coupling element as a power source, and coupling the high-frequency plasma ring and the arc tube lighting coil. Since the coupling element and the arc tube lighting coil are arranged so that the degree of coupling is smaller than that of the starting element, the starting auxiliary light source, the coupling element, and the power supply circuit unit can be provided without drawing a branch line from the high-frequency power supply. Can be provided, wiring and wiring can be simplified, and a shield structure for avoiding interference with a high-frequency power supply is not required. Also, since no branch line from the power line of the high-frequency power supply is provided, there is no loss occurring at the branch portion when the arc tube is lit, and it is necessary to provide switching circuit means and coupling degree variable circuit means to reduce the loss. Since the starting auxiliary light source is automatically turned off when the arc tube is turned on, there is no need for an extra timed lighting device.
[0062]
In the invention according to
[0063]
In the invention according to
[0064]
Further, in the invention according to claim 4 of the present invention, the arc tube lighting coil is wound around the outside of the arc tube, and the coupling element is arranged at a position inside the high frequency plasma ring, and the coupling is performed. the degree of coupling between the element and the light emitting tube lighting coil, because the set to be smaller than the degree of coupling between the high frequency plasma ring and the light emitting tube lighting coil, extra timed lighting device for flashing a starting auxiliary light source Since there is no need for this, there is an effect that the overall structure of the apparatus is simple and inexpensive, and the coupling element can be arranged without shielding the external light emitting surface of the arc tube, thereby improving the efficiency.
[0065]
Further, in the invention according to
[0066]
Further, in the invention according to claim 6 of the present invention, a main axis of the coupling element is arranged at a predetermined angle with respect to a main axis of the arc tube lighting coil, and the coupling element and the arc tube lighting are arranged. Since the degree of coupling with the coil is made smaller than the degree of coupling between the high-frequency plasma ring and the arc tube lighting coil, an extra timed lighting device for blinking the start-up auxiliary light source is not required. This has the effect of simplifying the entire structure and reducing the cost.
Further, in the invention according to
[0067]
In the invention according to claim 8 of the present invention, the starting auxiliary light source, the coupling element, and the power supply circuit unit are disposed on the same printed circuit board, and the coupling element is configured by printed wiring. Since the coupling element can be integrally formed with the start-up light source and the power supply circuit means using a printed circuit board, it is easy to manufacture, an inexpensive device can be realized, and the circuit part is completely separated and independent. because of the configuration, there is an effect that there is no danger of electric shock.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of an outer-wound type electrodeless discharge lamp corresponding to
FIG. 2 is a perspective view showing an external appearance of an outer-wound type electrodeless discharge lamp device corresponding to
FIG. 3 is a circuit diagram showing peripheral circuits of a high-frequency power supply and a starting auxiliary light source corresponding to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a relationship diagram showing relative levels of respective frequency components radiated from an arc tube lighting coil at the time of starting and at the time of arc tube lighting.
5 is a circuit diagram showing the details of the starting auxiliary light source unit corresponding to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing details of another starting auxiliary light source unit corresponding to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 7 is an arrangement diagram showing an arrangement of an arc tube lighting coil and a coupling element of the electrodeless discharge lamp in FIG. 1;
FIG. 8 is a sectional view showing another structure of the outer-wound type electrodeless discharge lamp corresponding to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing still another structure of the outer-wound electrodeless discharge lamp according to the first embodiment of the present invention.
10 is a layout diagram showing the layout of the arc tube lighting coil and the coupling element of the electrodeless discharge lamp in FIG. 9;
11 is a circuit diagram showing an example of winding a loop antenna in the core in FIG.
FIG. 12 is another circuit diagram showing details of a starting auxiliary light source unit corresponding to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 13 is a perspective view showing the appearance of an inner-wound type electrodeless discharge lamp device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a structure of an inner winding type electrodeless discharge lamp corresponding to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a second structure of the inner-wound type electrodeless discharge lamp according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a third structure of the inner-wound type electrodeless discharge lamp according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a fourth structure of the inner-wound type electrodeless discharge lamp according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a sectional view showing a fifth structure of an inner-wound type electrodeless discharge lamp according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a perspective view in which a starting auxiliary light source unit corresponding to the first and second embodiments of the present invention is disposed on a printed circuit board.
FIG. 20 is another perspective view in which a starting auxiliary light source unit corresponding to the first and second embodiments of the present invention is disposed on a printed circuit board.
[Explanation of symbols]
30 light-emitting tube
31 inner tube
32 high-frequency plasma ring
33 power supply circuit
34 light-emitting tube lighting coil
35 start-up auxiliary light source
Claims (8)
前記発光管の近傍に、始動補助用の始動補助光源と、前記発光管点灯用コイルと電磁結合される結合素子と、前記結合素子に誘起された高周波電力を電源として前記始動補助光源を点灯させるための電源回路部を備え、前記高周波プラズマ環と前記発光管点灯用コイルの結合度よりも、前記結合素子と前記発光管点灯用コイルの結合度の方が小さくなるように配置されることを特徴とする無電極放電灯装置。Inside the discharge gas is enclosed, the high frequency flow and arc tube phosphor on the inner surface is coated, the luminous tube lighting coil disposed in proximity to the arc tube, a high-frequency current to the light emitting tube lighting coil power supply with the door, by a high frequency electromagnetic field generated by the arc tube lighting coil, the arc tube internal high-frequency plasma ring is generated, the high-frequency plasma ultraviolet emitted from the ring is said phosphor was excited to emit light continuously In the electrode discharge lamp device,
In the vicinity of the arc tube, a starting auxiliary light source for starting aid, a coupling element which is the light emitting tube lighting coil electromagnetically coupled to light the starting auxiliary light source a high-frequency power as the power supply induced in said coupling element a power supply circuit portion for, than the degree of coupling of the RF plasma ring and the light emitting tube lighting coil, that towards the coupling degree of said coupling element and said light-emitting tube lighting coil is arranged to be smaller Characteristic electrodeless discharge lamp device.
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