JPH08203683A - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 暗所点灯時に無電極放電灯に適切な電力を供
給することが可能な無電極放電灯点灯装置を提供する。 【構成】 透明な球状のガラスバルブ内に放電ガスを封
入した無電極放電灯１と、この無電極放電灯１の球状の
外周に沿って近接配置された誘導コイル２と、誘導コイ
ル２に接続され高周波電力を誘導コイル２に供給する高
周波電源３と、誘導コイル２と高周波電源３との両方の
インピーダンスのマッチングをとって反射をなくし無電
極放電灯１に効率よく高周波電力を伝達するマッチング
回路４と、商用電源２０を直流電源に変換して高周波電
源３に供給するチョッパ回路５と、マッチング回路４の
反射電力を検出する検出回路８Ａと、検出回路８Ａの検
出出力を受けてチョッパ回路５の出力電圧を制御するチ
ョッパ制御回路９とからなる。 【効果】 暗所始動時に無電極放電灯に適切な電力を供
給することが可能な無電極放電灯点灯装置を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスバルブ内に不活
性ガス，金属蒸気等の放電ガスを封入した無電極放電灯
に高周波電磁界を印加して無電極放電灯を発光させる無
電極放電灯点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係る従来例として特開平６ー１
６３１７１号に示したものがある。

【０００３】無電極放電灯に高周波電磁界を印加して発
光させる従来のこの種の無電極放電灯点灯装置は（第１
従来例）、図５に示すように、透明な球状のガラスバル
ブまたは内面に蛍光体が塗布された球状のガラスバルブ
内に不活性ガス，金属蒸気等の放電ガス（例えば、水銀
および希ガス）を封入した無電極放電灯１と、この無電
極放電灯１の球状の外周に沿って近接配置された高周波
電力供給用コイル２（以下、誘導コイル２と呼ぶ。）
と、この誘導コイル２に接続され高周波電力を誘導コイ
ル２に供給する高周波電源３と、誘導コイル２と高周波
電源３との両方のインピーダンスのマッチングをとって
反射をなくし無電極放電灯１に効率よく高周波電力を伝
達するマッチング回路４と、高周波電源３に直流電圧を
印加するために商用電源２０を直流電源に変換するチョ
ッパ回路５とを備えて構成されている。

【０００４】そして、高周波電源３から誘導コイル２に
数ＭＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことによ
り、誘導コイル２に高周波電磁界を発生させ、無電極放
電灯１に高周波電力を供給し、無電極放電灯１内に高周
波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発
生させるようになっている。

【０００５】一般に、放電無電極放電灯は、未動作の状
態で暗所に長時間放置した後、その状態のまま点灯を試
みる（暗所点灯を試みる）と、暗所でない通常の状況下
に比べて始動が困難であるといった現象が知られてい
る。これは、管内の気体中には、光電効果，宇宙線，放
射性物質等が原因で必ず残留イオンが若干含まれている
が、放電無電極放電灯を未動作で暗所に放置することに
より、残留イオンがきわめて少なくなっているためであ
る。 図５の無電極放電灯点灯装置において、無電極放
電灯１の等価回路は、図６に示すように、等価インダク
タンス素子Ｌ０と等価抵抗ｒ０の並列回路で表すことが
でき、無電極放電灯始動時（無負荷時）は等価抵抗ｒ０
は無限大で、無電極放電灯点灯中は等価抵抗ｒ０が有限
値をもつことになる。このため、無電極放電灯１の点灯
時の誘導コイル２の両端電圧は、図７に示すようにな
る。

【０００６】図７では、時刻ｔ０に電源投入され、その
後の点灯所要時間Ｔの間無負荷状態が続き、点灯所要時
間Ｔの経過後の時刻ｔ１に無電極放電灯１が点灯して通
常点灯状態となっていることを示している。図７におい
て、電圧Ｖ０２は無負荷状態の２次電圧を示している。

【０００７】また、無電極放電灯１が点灯するのに必要
な２次電圧Ｖ０２の振幅と点灯所要時間Ｔの関係は、図
８のように推測される。つまり、２次電圧Ｖ０２の振幅
と点灯所要時間Ｔは反比例関係にあると推測される。上
記した暗所点灯のような始動困難な状況下では、一定の
点灯所要時間Ｔで無電極放電灯１を点灯させるのに必要
な２次電圧Ｖ０２は、暗所点灯でない通常点灯の場合に
比べて高くなる。

【０００８】フィラメントのある放電無電極放電灯で
は、フィラメントが予熱されて熱電子が発生するため放
電しやすいが、無電極放電灯には、フィラメントがな
く、前述のような始動困難な状況が顕著に現れることに
なる。

【０００９】実際に、無電極放電灯を未動作のまま長時
間暗所に放置し、その状態で点灯を試みると、通常の明
所では瞬時に点灯するものが、数秒後に点灯したり、あ
るいは無電極放電灯を明所に置くと通常通り瞬時点灯す
るという現象が起こる、という第１の問題点が生じる。

【００１０】上記第１の問題点を解決する手段として、
図９〜図１１にしめしたものがあり、以下に説明する。
（第２従来例） 本無電極放電灯点灯装置は、図９に示すように、ガラス
バルブ内に不活性ガス，金属蒸気等の放電ガスを封入し
た無電極放電灯１に沿って誘導コイル２を近接配置し、
この誘導コイル２に高周波電力を供給する高周波電源３
を設け、高周波電源３と誘導コイル２との間にインピー
ダンス整合をとるマッチング回路４Ａを設け、暗所点灯
困難時に無電極放電灯１に対し通常より大きな電力を供
給するようにマッチング回路４Ａを制御する制御回路６
を設けている。

【００１１】この図９の構成によれば、制御回路６によ
り暗所点灯困難時に無電極放電灯１に対し通常より大き
な電力を供給するようにマッチング回路４Ａを制御する
ことにより、無電極放電灯１が暗所に長時間放置されて
管内の残留イオン量が少なくなっている場合にも、無電
極放電灯１を速やかに点灯させるのに十分な電力を無電
極放電灯１に供給することができ、したがって、無電極
放電灯１の暗所点灯を容易かつ速やかに行うことができ
る。 以下に、具体的に説明する。

【００１２】この無電極放電灯点灯装置において、図５
に示す第１従来例との相違点は、マッチング回路４に代
えて、少なくとも１個のスイッチング素子により回路定
数を切替可能なマッチング回路４Ａを使用し、無電極放
電灯１の発光を検出する受光素子７を設け、受光素子７
の出力信号に応じてマッチング回路４Ａのスイッチング
素子のオンオフを制御することにより誘導コイル２に供
給する電力、つまり、無電極放電灯１に供給する電力を
変化させる制御回路６を設けたことである。

【００１３】マッチング回路４Ａは、図９では、４個の
キャパシタンス素子Ｃ１〜Ｃ４と２個のスイッチング素
子Ｓ１，Ｓ２とからなる。上記以外の構成は図５の無電
極放電灯点灯装置と同様である。

【００１４】つぎに、動作を簡単に説明する。通常の状
態（明所）では、スイッチング素子Ｓ１がオフ、スイッ
チング素子Ｓ２がオンになっており、誘導コイル２の両
端には、まず無負荷２次電圧Ｖ０２が発生し、無電極放
電灯点灯と同時に電圧は下がり、安定する（電圧Ｖ
０）。

【００１５】ところが、暗所に長時間放置された後は、
その状態で電源を投入しても、無電極放電灯１が瞬時に
は点灯しない。電源投入後一定時間ｔ０が経過しても、
受光素子７からの信号が制御回路６に入ってこない場
合、制御回路６によりスイッチング素子Ｓ１をオン、ス
イッチング素子Ｓ２をオフにする。この結果、マッチン
グ回路４に流れる電流が増加し、誘導コイル２の両端電
圧も大きくなる。したがって、無電極放電灯１に加わる
高周波電力が通常より増加し、暗所放置後における残留
イオン量の少ない無電極放電灯１を点灯させるのに十分
な電力が加わり、無電極放電灯１を点灯に至らせる。

【００１６】しかし、このままでは、点灯回路の入力，
出力ともに通常に比べて増加しているため、通常の電力
に戻す必要がある。そこで、受光素子７により無電極放
電灯点灯を確認すると、制御回路６によりスイッチング
素子Ｓ１をオフ、スイッチング素子Ｓ２をオンの状態に
戻す。すると、その後は通常の電力で点灯を維持するこ
とができる。

【００１７】これらの動作において、電源投入からの経
過時間ｔと誘導コイル２の両端電圧Ｖとの関係をグラフ
にすると図２に示すようになる。図２において、破線は
明所点灯の様子を示し、実線は暗所点灯の様子を示して
いる。また、ｔ０は電源投入後暗所点灯の状態、つまり
無電極放電灯１に対する電力供給が増加する状態となる
までの待ち時間である。 このように、暗所点灯困難な
場合に、誘導コイル２の両端電圧を挙げる制御回路６を
付加することにより、暗所でも確実に無電極放電灯１を
点灯できるようになる。

【００１８】マッチング回路４の構成としては、図９に
示したものだけでなく、以下のようなものでもよく、そ
れぞれの構成に応じて図１１のように、誘導コイル２の
両端電圧を制御してもよい。

【００１９】（１）複数個のマッチング用素子とスイッ
チング素子とを用いて、段階的に制御する。つまり、図
１におけるキャパシタンス素子Ｃ２とスイッチング素子
Ｓ１の直列回路を複数組並列に設けて各スイッチング素
子Ｓ１を時間の経過とともに順にオンまたはオンに切り
替えるとともに、キャパシタンス素子Ｃ４とスイッチン
グ素子Ｓ２の直列回路を複数組並列に設けて各スイッチ
ング素子Ｓ２を時間の経過とともに順にオンまたはオフ
にしていく。このときの電源投入からの経過時間ｔと誘
導コイル２の両端電圧Ｖとの関係をグラフにすると、図
１１（ａ）のようになる。

【００２０】（２）図９におけるキャパシタンス素子Ｃ
２及びキャパシタンス素子Ｃ４を可変コンデンサとし、
その容量を時間の経過とともに連続的に増加または減少
させるように制御する。このときの電源投入からの経過
時間ｔと誘導コイル２の両端電圧Ｖとの関係をグラフに
すると、図１１（ｂ）のようになる。

【００２１】なお、待ち時間ｔ０は必ずしも必要ではな
いが、待ち時間ｔ０を設けることにより明所点灯時に必
要以上に２次電圧Ｖ０２を上げずにすみ、点灯回路の消
費電力を増やさなくてすむという利点がある。

【００２２】また、マッチング回路４を制御する代わり
に、例えばチョッパ回路５のスイッチングのデューティ
を変え、直流電源電圧を制御することにより、誘導コイ
ル２の両端電圧を制御することも可能である。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記第１，第
２従来例に於ては、暗所点灯時に無電極放電灯１に大き
な電力を供給する必要があるが、供給電力が大きすぎる
と高周波電源３に大きなストレスがかかってしまう、と
いう第２の問題点が生じる。

【００２４】また、無電極放電灯１が点灯するのに必要
な２次電圧Ｖ０２は、複数の無電極放電灯間で固有のバ
ラツキがあり、暗所点灯時に於ては特にバラツキが大き
い。その為に、各々の無電極放電灯に適切な電力を供給
するのは困難であり、それを解決するために、全ての無
電極放電灯に大きな電力を供給する必要が生じるが、供
給電力が大きすぎると高周波電源３に大きなストレスが
かかってしまう、という第３の問題点が生じる。

【００２５】更に、図１１（ａ），（ｂ）に示した様
に、誘導コイル２の両端電圧Ｖを徐々に上昇させると、
無電極放電灯１が点灯するまでに時間がかかってしま
う、という第４の問題点が生じる。

【００２６】本発明は、上記全ての問題点に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、暗所点灯時に無
電極放電灯に適切な電力を供給することが可能な無電極
放電灯点灯装置を提供することである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、請求項１記載の発明によれば、ガラスバルブ内に
不活性ガス，金属蒸気等の放電ガスを封入した無電極放
電灯と、無電極放電灯に沿って近接配置された高周波電
力供給用コイルと、高周波電力供給用コイルに高周波電
力を供給する高周波電源と、高周波電力供給用コイル及
び高周波電源の両方のインピーダンス整合をとるマッチ
ング回路とを備えた無電極放電灯点灯装置に於て、無電
極放電灯の始動に十分な電力を無電極放電灯に供給した
後に、無電極放電灯の暗所始動に十分な電力を無電極放
電灯に供給する様に、高周波電源を制御する制御手段を
設けたことを特徴とする。

【００２８】請求項２記載の発明によれば、制御手段
は、マッチング回路の反射電力を検出して、検出された
反射電力が一定値以上であると、無電極放電灯の暗所始
動に十分な電力を、無電極放電灯に供給する様に高周波
電源を制御するものであることを特徴とする。

【００２９】請求項３記載の発明によれば、制御手段
は、マッチング回路の反射電力を検出して、検出された
反射電力の変化に応じて、無電極放電灯の暗所始動に十
分な電力を、無電極放電灯に供給する様に高周波電源を
制御するものであることを特徴とする。

【００３０】請求項４記載の発明によれば、制御手段
は、マッチング回路の反射電力を検出して、高周波電源
より供給される電力を不連続にするものであることを特
徴とする。

【００３１】

【作用】請求項１記載の発明によれば、高周波電源よ
り、無電極放電灯の始動に十分な電力を無電極放電灯に
供給した後に、無電極放電灯の暗所始動に十分な電力を
無電極放電灯に供給する。無電極放電灯が点灯した後
は、無電極放電灯点灯維持に十分な値まで低下した電力
を無電極放電灯に供給する。

【００３２】請求項２記載の発明によれば、マッチング
回路の反射電力を検出し、検出した反射電力が一定値以
上であれば、高周波電源より無電極放電灯の暗所始動に
十分な電力を無電極放電灯に供給する。無電極放電灯が
点灯した後は、無電極放電灯点灯維持に十分な値まで低
下した電力を無電極放電灯に供給する。

【００３３】請求項３記載の発明によれば、マッチング
回路の反射電力を検出し、検出した反射電力値の変化に
応じて、高周波電源より無電極放電灯の暗所始動に十分
な電力を無電極放電灯に供給する。無電極放電灯が点灯
した後は、無電極放電灯点灯維持に十分な値まで低下し
た電力を無電極放電灯に供給する。

【００３４】請求項４記載の発明によれば、マッチング
回路の反射電力を検出し、高周波電源より供給される電
力を不連続にして、高周波電源かかるストレスを低減す
る。

【００３５】

【実施例】

（実施例１）本発明に係る第１実施例の回路図を図１に
示す。

【００３６】図５に示す第１従来例と異なる点は、マッ
チング回路４をクランプする、つまりマッチング回路４
の反射電力を検出する検出回路８Ａと、検出回路８Ａの
検出出力を受けてチョッパ回路５の出力電圧を制御する
チョッパ制御回路９とを設けたことであり、その他の第
１従来例と同一構成には同一符号を付すことにより説明
を省略する。

【００３７】ここで検出回路８Ａは、誘導コイル２の両
端電圧ＶをダイオードＤ１１，キャパシタンス素子Ｃ１
１で整流平滑し、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，ツェナーダイオ
ードＺＤ１で分圧した電圧ＶＣ１１と、基準電圧Ｖ１０
とを比較器ＩＣ１０で比較出力して、電圧ＶＣ１１が基
準電圧Ｖ１０を上回るとハイ（Ｈ）レベル、電圧ＶＣ１
１が基準電圧Ｖ１０を下回るとロー（Ｌ）レベルとなる
矩形波の電圧Ｖ８を出力するものである。

【００３８】またチョッパ制御回路９は、電圧Ｖ８のＨ
レベルとＬレベルとに応じて、チョッパ回路５の出力電
圧を制御するものである。

【００３９】次に、動作を簡単に説明する。無電極放電
灯１の暗所点灯時には、つまりマッチング回路４の反射
電力が大きい時は、検出回路８ＡはＨレベルの電圧Ｖ８
を出力するので、チョッパ制御回路９によりチョッパ回
路５の出力電圧を大きくして、誘導コイル２の両端電圧
Ｖを大きくし、無電極放電灯１を始動させる。

【００４０】無電極放電灯１の始動後は、つまりマッチ
ング回路４の反射電力が小さい時は、検出回路８ＡはＬ
レベルの電圧Ｖ８を出力するので、チョッパ制御回路９
によりチョッパ回路５の出力電圧を小さくして、誘導コ
イル２の両端電圧Ｖを小さくし、無電極放電灯１を点灯
維持する。

【００４１】（実施例２）本発明に係る第２実施例の回
路図を図２に示す。

【００４２】図１に示す第１実施例と異なる点は、検出
回路８Ａの代わりにマッチング回路４を流れる電流を検
出する検出回路８Ｂを設けたことであり、その他の第１
実施例と同一構成には同一符号を付すことにより説明を
省略する。

【００４３】ここで検出回路８Ｂは、マッチング回路４
を構成するキャパシタンス素子Ｃ０に１次巻線を直列接
続された電流トランスＴ１０の２次巻線に流れる２次電
流により、ダイオードＤ１１，抵抗Ｒ１３を介してキャ
パシタンス素子Ｃ１２を充電し、キャパシタンス素子Ｃ
１２の両端電圧ＶＣ１２と、基準電圧Ｖ１０とを比較器
ＩＣ１０で比較出力して、電圧ＶＣ１２が基準電圧Ｖ１
０を上回るとＨレベル、電圧ＶＣ１２が基準電圧Ｖ１０
を下回るとＬレベルとなる矩形波の電圧Ｖ８を出力する
ものである。

【００４４】なお、上記第１，第２実施例に於て、チョ
ッパ回路５が連続的な直流電圧を得るものならば、無負
荷状態の場合、図３（ａ）の実線に示す様に、誘導コイ
ル２の両端電圧Ｖは常に電圧Ｖ１であるので、高周波電
源３にはストレスがかかってしまう。よって、無負荷状
態の場合に高周波電源３にかかるストレスを低減する為
に、図３（ｂ）に示す様に誘導コイル２の両端電圧Ｖを
不連続にすればよく、つまり、無負荷状態の場合にチョ
ッパ回路５が不連続的な直流電圧を得ることができるも
のに構成すればよい。

【００４５】有負荷状態の場合は、図３（ａ）の破線に
示す様に、無電極放電灯１が始動・点灯する時刻ｔ０
で、誘導コイル２の両端電圧ＶはＶ１からＶ０に低下す
る。

【００４６】上記第１，第２実施例に示した様に構成し
たことにより、無電極放電灯１の始動時のみ誘導コイル
２の両端電圧を大きくすることができる。

【００４７】（実施例３）本発明に係る第３実施例の回
路図を図４に示す。

【００４８】図１に示す第１実施例と異なる点は、比較
器ＩＣ１０の代わりにインピーダンス変換器ＩＣ２０を
設けて、電圧ＶＣ１１と電圧Ｖ８とを略等しくしたこと
であり、その他の第１実施例と同一構成には同一符号を
付すことにより説明を省略する。

【００４９】この様に構成したことにより、誘導コイル
２の両端電圧Ｖ、つまりマッチング回路４の反射電力の
変化に応じてチョッパ回路５の出力電圧が決定されるの
で、無電極放電灯１の始動時に無電極放電灯１により適
切な電力を供給することができる。

【００５０】なお、上記全ての実施例に於ては、高周波
電源３はハーフブリッジインバータ回路などの高周波電
力を供給できるものであれば、なんでもよい。また、チ
ョッパ回路５を制御する代わりに、例えばマッチング回
路４を制御したり、高周波電源３を制御して、無電極放
電灯１に供給される電力を制御してもよい。

【００５１】

【発明の効果】請求項１から請求項３記載の発明によれ
ば、暗所始動時に無電極放電灯に適切な電力を供給する
ことが可能な無電極放電灯点灯装置を提供できる。

【００５２】請求項４記載の発明によれば、高周波電源
にかかるストレスを低減可能であると共に、暗所始動時
に無電極放電灯に適切な電力を供給することが可能な無
電極放電灯点灯装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の回路図を示す。

【図２】本発明に係る第２実施例の回路図を示す。

【図３】無電極放電灯の高周波電力供給用コイルの両端
電圧の変化を示す、（ａ）第１，第２従来例に係る波形
図、（ｂ）上記第１，第２実施例に係る波形図である。

【図４】本発明に係る第３実施例の回路図を示す。

【図５】本発明に係る第１従来例の回路図を示す。

【図６】無電極放電灯の等価回路図を示す。

【図７】無電極放電灯の点灯時の高周波電力供給用コイ
ルの両端電圧の変化を示す波形図である。

【図８】無電極放電灯の点灯所要時間と点灯に要する２
次電圧との関係を示す特性図である。

【図９】本発明に係る第２従来例の回路図を示す。

【図１０】上記従来例に係る、無電極放電灯の暗所点灯
時及び明所点灯時の高周波電力供給用コイルの両端電圧
の変化を示す波形図である。

【図１１】上記従来例に係る、無電極放電灯の暗所点灯
時の高周波電力供給用コイルの両端電圧の変化の他の例
を示す波形図である。

【符号の説明】

１ 無電極放電灯 ２ 高周波電力供給用コイル ３ 高周波電源 ４ マッチング回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスバルブ内に不活性ガス，金属蒸気
   等の放電ガスを封入した無電極放電灯と、前記無電極放
   電灯に沿って近接配置された高周波電力供給用コイル
   と、前記高周波電力供給用コイルに高周波電力を供給す
   る高周波電源と、前記高周波電力供給用コイル及び前記
   高周波電源の両方のインピーダンス整合をとるマッチン
   グ回路とを備えた無電極放電灯点灯装置に於て、 前記無電極放電灯の始動に十分な電力を前記無電極放電
   灯に供給した後に、前記無電極放電灯の暗所始動に十分
   な電力を前記無電極放電灯に供給する様に、前記高周波
   電源を制御する制御手段を設けたことを特徴とする無電
   極放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記マッチング回路の
   反射電力を検出して、検出された反射電力が一定値以上
   であると、前記無電極放電灯の暗所始動に十分な電力
   を、前記無電極放電灯に供給する様に前記高周波電源を
   制御するものであ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。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記マッチング回路の
   反射電力を検出して、検出された反射電力の変化に応じ
   て、前記無電極放電灯の暗所始動に十分な電力を、前記
   無電極放電灯に供給する様に前記高周波電源を制御する
   ものであ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。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記マッチング回路の
   反射電力を検出して、前記高周波電源より供給される電
   力を不連続にするものであることを特徴とする請求項１
   乃至請求項３のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装
   置。