JPH08330085A - 無電極ランプ点灯装置、無電極ランプ用点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】無電極ランプの始動性を向上できる無電極ラン
プ点灯装置、無電極ランプ用点灯装置、およびこれを用
いた照明装置を提供することを目的とする。 【構成】発光管に始動補助細管６が配設された無電極ラ
ンプ５と；無電極ランプを励起する励起コイル４と；無
電極ランプの始動時に、始動補助細管内にグロー放電を
生起させる電圧を印加する始動回路９と；始動回路の出
力電圧位相に対して、電流位相が９０〜１８０度進んだ
高周波を励起コイルに供給する高周波発生手段と；を備
える。 【効果】始動回路の出力電圧位相に対して、励起コイル
に供給する電流位相を９０〜１８０度進ませたため、無
電極ランプの始動性をより向上できる無電極ランプ点灯
装置、無電極ランプ用点灯装置が提供できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、励起コイルにより無電
極ランプを励起させる無電極ランプ点灯装置、無電極ラ
ンプ用点灯装置およびこれを用いた照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無電極ランプは、発光ガスまたは発光金
属が封入された発光管の周囲に励起コイルがまかれ、こ
の励起コイルから発光管内のリングプラズマに高周波電
力を供給して高周波点灯するものであり、高輝度、高演
色、高効率、長寿命のランプとして開発が進められてい
るる 図４に、例えば特願平６−２１０６８号に記載された従
来の無電極ランプ点灯装置を示す。この図で、商用交流
電源６を整流平滑して得た直流電源VBは、インバータ回
路８によって高周波に変換される。インバータ回路８の
出力端子は、マッチング回路１２を介して励起コイル１
６に接続される。このマッチング回路１２は、例えば励
起コイル１６に対して直列に接続されるインダクタ１３
とコンデンサ１５との直列回路、励起コイル１６に対し
て並列に接続されるコンデンサ１５により構成されてい
る。

【０００３】また、励起コイル１６の高圧側（ホット
側）は、コンデンサ３６を介して始動回路ＳＣ６に接続
され、共振回路を構成するこの始動回路ＳＣ６の高圧出
力端が、無電極ランプＬＰの発光管１に突設された始動
用細管２の頂部にプローブ４５を介して接続されてい
る。

【０００４】始動回路ＳＣ６は、直列接続されるコンデ
ンサ３６と、抵抗３７、インダクタ３８、コンデンサ５
０の並列回路と、この並列回路の共通接続点を始動用細
管４５に接続する始動用スイッチ１８から構成される。

【０００５】このように構成される無電極ランプ点灯装
置では、ランプ始動時に始動用スイッチ１８がオンされ
ると、始動回路ｓｃ６で発生した始動用の高電圧が始動
用細管２に印加され、始動用細管２、発光管１、励起コ
イル１６の低電位側の間に補助放電であるグロー放電が
形成される。この発光管１内に形成された補助放電が契
機となつて、励起コイル１６により発光管１内に投入さ
れる高周波電力によって、管内にリングプラズマが形成
され、ランプは点灯状態に移行する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、始動用細管に生起したグロー放電が契機となって、
発光管内にプラズマが発生するため、始動用細管を設け
ないものに比べて、ランプの始動性が向上するという利
点がある。

【０００７】しかしながら、始動時に発生する高周波雑
音を低減することや、印加する電圧を低下させることが
切望されており、そのためには、始動性をより一層向上
することが課題であった。

【０００８】そこで、本発明は、始動補助細管に印加す
る電圧と、励起コイルに供給する高周波電流に着目し、
より一層始動性を向上できる無電極ランプ点灯装置、無
電極ランプ用点灯装置、およびこれを用いた照明装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の無電極ラ
ンプ点灯装置は、発光管に始動補助細管が配設された無
電極ランプと；無電極ランプを励起する励起コイルと；
無電極ランプの始動時に、始動補助細管内にグロー放電
を生起させる電圧を印加する始動回路と；始動回路の出
力電圧位相に対して、電流位相が９０〜１８０度進んだ
高周波を励起コイルに供給する高周波発生手段と；を具
備していることを特徴とする。

【００１０】ここで、上述及び後述の請求項に記載の発
明において、無電極ランプとは、電極が封装されていな
いランプを意味し、発光金属や発光ガスが低圧または高
圧状態に封入されているものをすべて含む。また、高周
波とは、可聴周波数領域以上の交流を意味する。

【００１１】請求項２記載の無電極ランプ点灯用装置
は、発光管に始動補助細管が配設された無電極ランプを
励起する励起コイルと；無電極ランプの始動時に、始動
補助細管内にグロー放電を生起させる電圧を印加する始
動回路と；始動回路の出力電圧位相に対して、電流位相
が９０〜１８０度進んだ高周波を励起コイルに供給する
高周波発生手段と；を具備していることを特徴とする。

【００１２】請求項３記載の無電極ランプ点灯装置は、
発光管に始動補助細管が配設された無電極ランプと；無
電極ランプを励起する励起コイルと；無電極ランプの始
動時に、始動補助細管内にグロー放電を生起させる高周
波電圧を印加する始動回路と；始動回路の出力周波数と
は異なった周波数の高周波を励起コイルに供給する高周
波発生手段と；を具備していることを特徴とする。

【００１３】請求項４記載の無電極ランプ用点灯装置
は、発光管に始動補助細管が配設された無電極ランプを
励起する励起コイルと；無電極ランプの始動時に、始動
補助細管内にグロー放電を生起させる高周波電圧を印加
する始動回路と；始動回路の出力周波数とは異なった周
波数の高周波を励起コイルに供給する高周波発生手段
と；を具備していることを特徴とする。

【００１４】請求項５記載の照明装置は、発光管に始動
補助細管が配設された無電極ランプと；請求項２または
４記載の無電極ランプ用点灯装置と；無電極ランプを収
容する照明器具と；を具備していることを特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明によれば、無電極ランプ始
動時に、始動回路は、始動補助細管に電圧を印加させ
る。また、高周波発生手段は、励起コイルに高周波を供
給するよう動作する。すると、始動補助細管内に絶縁破
壊が生じてグロー放電が形成されて、このグロー放電
は、無電極ランプの発光管に侵入する。これに伴って励
起コイルに発生する電磁エネルギーが無電極ランプの発
光管に有効に供給されるようになり、発光管内部では、
グローアーク転移が生じて、リングプラズマが形成され
るようになる。

【００１６】ここで、始動回路の出力電圧位相と励起コ
イルの電流位相との関係に基づく作用について説明す
る。すなわち、発光管の内部ガス圧が１２５〜６００To
rrの範囲で種々異なる無電極ランプについて、始動回路
の出力電圧位相と励起コイルに流す電流位相の位相差
と、励起コイルに供給する高周波電流値との関係を観察
したところ、図１に示すとおりの実験結果が得られた。
ここで、この実験結果は、発光管にグローアーク転移を
生じさせるために要した励起コイルに流す高周波の電流
値をプロットしたもので、その電流が小さい程、無電極
ランプの始動性が優れていることを意味している。同図
に示した結果から判明したとおり、始動回路の出力電圧
位相に対して、励起コイルに供給する電流位相を９０〜
１８０度進ませると、同図に示したすべての無電極ラン
プについて、高周波電流が著しく低減することが見いだ
されたものである。このように、特定の位相差領域にお
いて、無電極ランプの始動性が向上する理由や、位相差
に起因して始動性が変化することの理論解析は、十分に
究明されていないが、始動細管と励起コイル間の電位勾
配は、その位相差によって相対的に変化することに起因
するものと推察している。

【００１７】なお、励起コイル、始動細管および発光管
の配設位置や構造などによって、始動細管と励起コイル
間の電位勾配の絶対値は変わると考えられるが、図１に
示した始動特性は、同様の傾向を示すことを確認してい
る。

【００１８】また、請求項２記載の発明の作用は、上記
請求項１に記載した発明の作用である。

【００１９】請求項３に記載した発明においては、無電
極ランプ始動時に、始動回路は、始動補助細管に電圧を
印加させる。また、高周波発生手段は、励起コイルに高
周波を供給するよう動作する。すると、始動補助細管内
に絶縁破壊が生じてグロー放電が形成されて、このグロ
ー放電は、無電極ランプの発光管に侵入する。これに伴
って励起コイルに発生する電磁エネルギーが無電極ラン
プの発光管に有効に供給されるようになり、発光管内部
では、グローアーク転移が生じて、リングプラズマが形
成されるようになる。

【００２０】また、高周波発生手段は、始動回路の出力
周波数とは異なった周波数の高周波を励起コイルに供給
するため、始動回路により始動補助細管に印加される電
圧と、励起コイルに供給される高周波電流との位相差は
時間的に遷移する。つまり、始動回路の高周波電圧位相
に対して、励起コイルに流れる高周波電流の位相が、９
０〜１８０度進んだ状態が周期的に現れるようになる。
したがって、上記請求項１に記載の発明と同様の作用が
奏される。

【００２１】請求項４に記載した発明においても、上記
請求項３の発明として記載した作用と同様である。

【００２２】請求項５に記載した発明においては、上記
請求項１〜４に記載した発明と同一の作用が奏される。

【００２３】

【実施例】以下本発明について、図面に基づき実施例を
説明する。

【００２４】図２は、本発明の無電極ランプ点灯装置の
一実施例を示す回路図である。１はＦＥＴ２，３をスイ
ッチングするドライブ回路、２，３は高周波電流発生回
路を構成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、４は無
電極ランプ５に電磁エネルギーを供給する励起コイル、
５は無電極ランプ、６は無電極ランプの発光管内の始動
を補助する始動補助細管、７は始動補助細管６に高電圧
を印加する電極、８は始動回路をオンオフするスイッ
チ、９はコンデンサＣ01，Ｃ02とコイルＬ1，Ｌ2からな
る始動回路、１０は所定の直流を装置に供給する電源回
路である。また、1，Ｃ2はマッチング回路を構成するコ
ンデンサである。

【００２５】なお、ここで、励起コイル４は、高鈍度ア
ルミニウム、または銅、もしくは銀などの導電性に優れ
た金属よりなり、コイル素線は断面形状が非円形、例え
は偏平をなしている。また、発光管の一端に形成された
始動補助細管６は発光管と同一材料であることが望まし
く、発光管の内部に対して隔壁を介して隔離されてい
る。そして、この細管内には始動用希ガスとして例えば
アルゴンまたはクリプトンの少なくとも１種が封入され
ている。

【００２６】次に、本実施例の動作について説明する。
装置の電源がオンになると、電源回路１０から所定の直
流電圧がＦＥＴ２，３に供給される。これに伴って、ド
ライブ回路が起動し、ドライブ回路１からＦＥＴ２，３
のゲートにスイッチング制御信号が入力されると、ＦＥ
Ｔ２，３がスイッチングして例えば１３．５６ＭＨｚの
高周波を発生する。この高周波はコンデンサＣ１，Ｃ２
からなるマッチング回路を介して励起コイル４側に供給
される。当初、励起コイル４には大きな無効電流が流れ
るため、この励起コイル４の自己誘導によって両端に高
電圧が発生するが、当初スイッチ８がオンになっている
ため、励起コイル４に発生した高電圧は始動回路９側に
印加される。これにより、始動回路９は、その共振昇圧
作用により高い電圧を発生し、この高電圧が電極７に印
加される。このため、始動補助細管６にグロー放電が発
生し、このグロー放電が無電極ランプ５の発光管内に侵
入して、この無電極ランプ５内の希ガスを電離する。

【００２７】このような状態になると、励起コイル４に
も高周波電流が流れ始め、この励起コイル４により発生
される電界によって、無電極ランプ５内にリング状の放
電路が形成される。この時点で、電極７への高電圧印加
が停止される。無電極ランプ５内に形成されたリング状
の放電は、励起コイル４と磁気結合して、コイル４に流
れる高周波電流はさらに大きくなって、この励起コイル
４に発生する電磁エネルギーがリング状の放電を介して
通じて無電極ランプ５内に注入される。すると、リング
状の放電は、アーク転移し、この後、スイッチ８をオフ
にして、無電極ランプ５を安定的に点灯させる。

【００２８】ここで、本実施例のように、始動回路とし
て、コンデンサＣ01，Ｃ02とコイルＬ1，Ｌ2を用いたも
のは、電圧位相に対して電流位相が９０〜１８０度進相
となっている。

【００２９】次に、始動回路９の出力電圧位相と励起コ
イル４に流れる高周波電流の位相との関係に基づく作用
について説明する。前述の図１に示した結果から判明し
たとおり、始動回路の出力電圧位相に対して、励起コイ
ルに供給する電流位相を９０〜１８０度進ませると、同
図に示したすべての無電極ランプについて、高周波電流
が著しく低減することが見いだされたものである。この
ように、特定の位相差領域において、無電極ランプの始
動性が向上する理由や、位相差に起因して始動性が変化
することの理論解析は、十分に究明されていないが、始
動細管と励起コイル間の電位勾配は、その位相差によっ
て相対的に変化することに起因するものと推察してい
る。なお、励起コイル、始動細管および発光管の配設位
置や構造などによって、始動細管と励起コイル間の電位
勾配の絶対値は変わると考えられるが、図１に示した始
動特性は、同様の傾向を示すことを確認している。

【００３０】したがって、上記実施例によれば、無電極
ランプの始動性が一層向上する。

【００３１】なお、上記実施例においては、始動回路と
して、コンデンサＣ01，Ｃ02とコイルＬ1，Ｌ2を用い
て、始動回路の出力電圧位相に対して、励起コイルに供
給する電流位相を９０〜１８０度進ませているが、例え
ば既存のＰＬＬ制御技術を用いて、その位相差を制御し
てもよい。

【００３２】また、上記実施例においては、始動回路の
出力電圧位相に対して、励起コイルに供給する電流位相
を特定範囲の位相差にしているが、例えば図３に示すよ
うに、始動回路を高周波発生手段から電気的に独立させ
て、さらに、始動回路の出力周波数と高周波発生手段の
出力周波数を各々異ならせておけば、始動回路により始
動補助細管に印加される電圧と、励起コイルに供給され
る高周波電流との位相差は時間的に遷移する。つまり、
始動回路の高周波電圧位相に対して、励起コイルに流れ
る高周波電流の位相が、９０〜１８０度進んだ状態が周
期的に現れるようになる。したがって、上記実施例と同
様の作用が奏される。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び２の
発明によると、始動回路の出力電圧位相に対して、励起
コイルに供給する電流位相を９０〜１８０度進ませたた
め、無電極ランプの始動性をより向上できる無電極ラン
プ点灯装置、無電極ランプ用点灯装置が提供できる。

【００３４】請求項３及び４の発明によると、上記位相
差の状態が周期的に生じるため、無電極ランプの始動性
をより向上できる無電極ランプ点灯装置、無電極ランプ
用点灯装置が提供できる。

【００３５】請求項５の発明によると、上記請求項１〜
４の発明の効果を有する照明装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】始動回路の出力電圧位相と励起コイルに供給す
る電流位相との位相差に対する励起コイルの電流値を示
す特性図

【図２】本発明の一実施例を示す回路図。

【図３】本発明の他の実施例を示す回路図。

【図４】従来の無電極ランプ点灯装置を示す回路図。

【符号の説明】

４・・・励起コイル、５・・・無電極ランプ、６・・・
始動補助細管 ９・・・始動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 彰 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 (72)発明者 奥 重巳 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光管に始動補助細管が配設された無電極
   ランプと；無電極ランプを励起する励起コイルと；無電
   極ランプの始動時に、始動補助細管内にグロー放電を生
   起させる電圧を印加する始動回路と；始動回路の出力電
   圧位相に対して、電流位相が９０〜１８０度進んだ高周
   波を励起コイルに供給する高周波発生手段と；を具備し
   ていることを特徴とする無電極ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】発光管に始動補助細管が配設された無電極
   ランプを励起する励起コイルと；無電極ランプの始動時
   に、始動補助細管内にグロー放電を生起させる電圧を印
   加する始動回路と；始動回路の出力電圧位相に対して、
   電流位相が９０〜１８０度進んだ高周波を励起コイルに
   供給する高周波発生手段と；を具備していることを特徴
   とする無電極ランプ用点灯装置。
3. 【請求項３】発光管に始動補助細管が配設された無電極
   ランプと；無電極ランプを励起する励起コイルと；無電
   極ランプの始動時に、始動補助細管内にグロー放電を生
   起させる高周波電圧を印加する始動回路と；始動回路の
   出力周波数とは異なった周波数の高周波を励起コイルに
   供給する高周波発生手段と；を具備していることを特徴
   とする無電極ランプ点灯装置。
4. 【請求項４】発光管に始動補助細管が配設された無電極
   ランプを励起する励起コイルと；無電極ランプの始動時
   に、始動補助細管内にグロー放電を生起させる高周波電
   圧を印加する始動回路と；始動回路の出力周波数とは異
   なった周波数の高周波を励起コイルに供給する高周波発
   生手段と；を具備していることを特徴とする無電極ラン
   プ用点灯装置。
5. 【請求項５】発光管に始動補助細管が配設された無電極
   ランプと；請求項２または４記載の無電極ランプ用点灯
   装置と；無電極ランプを収容する照明器具と；を具備し
   ていることを特徴とする照明装置。