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課題

無電極放電ランプを用いた照明装置において、周囲の温度が変化した場合や調光制御時、特に調光比が小さい場合においても安定した光出力が得られると共に、調光制御時における調光比の下限を拡大する。

解決手段

バルブ2の内部2bに放電ガス及びアマルガム8を封入すると共に、アマルガム8の近傍に温度センサ6及びヒータ7を設ける。温度センサ6により検出したアマルガム8の温度が所定温度よりも低いときはヒータ7をオンさせるように制御し、また、アマルガム8の温度が所定温度以上のときは、ヒータ7をオフさせるように制御することにより、周囲の温度に関わりなく、アマルガム8の温度が過度に高くなることを防止しつつ、アマルガム8の温度を所定温度以上に維持する。

概要

背景

無電極放電ランプは、一般的な蛍光灯などの放電ランプと異なり、発光管内電極が設けられておらず、発光管の外部に設けられたコイル高周波電力を供給することにより高周波磁界を発生させ、そのエネルギーによって水銀を励起して紫外線放射させ、その紫外線を蛍光物質によって可視光に変換して発光している。無電極放電ランプは、発光管の内部に電極が設けられていないため、電極切れによる不点灯がなく、一般的な蛍光灯などに比べて寿命が長いという特徴を有している。

無電極放電ランプは、水銀の励起発光を利用しているため、外部の温度やランプ点灯中におけるランプの内部及び外部の熱の輻射などの影響を受けやすく、発光に寄与する水銀蒸気分布が変動しやすい。そのため、ランプの発光特性を安定させるために、発光管内の水銀蒸気の圧力を一定の範囲に制御すべく、アマルガムが使用されている。しかしながら、アマルガムを使用した無電極放電ランプであっても、周囲の温度の影響を受けてアマルガムの温度が変化し、水銀蒸気圧を一定の範囲に制御することができず、発光特性が大きく変動する可能性がある。特に、アマルガムが固体化する低温領域では、点灯状態持続できなくなる可能性がある。

そこで、例えば特許文献1では、発光管の表面のうち、ランプ発光時に最も温度が低い箇所を保温部材で覆うことにより、ランプ外部の温度による影響を低減した無電極放電ランプが示されている。また、特許文献2では、発光管の内部に発熱用の金属部材を設け、発光管の外部に設けられた加熱用誘導コイルにも電力供給用の誘導コイルに通電される高周波電力を供給することにより、発光管内部の温度を上昇させる無電極放電ランプが示されている。

しかしながら、特許文献1の無電極放電ランプでは、単に発光管の最冷点付近保温しているだけであって、発光管内部の温度を測定し、必要に応じて加熱することにより、アマルガムの温度を制御しようとする概念は示されていない。また、特許文献2の無電極放電ランプでは、単に個別の加熱用電源を不要とするものであって、発光管内部の温度を測定し、必要に応じて加熱することにより、アマルガムの温度を制御しようとする概念は示されていない。さらに、特許文献1及び特許文献2の無電極放電ランプでは、周囲の温度が低温の場合についてのみ考慮されているため、周囲の温度が高温で、かつ、誘導コイルに連続して高周波電力を供給した場合、アマルガムの温度が過度に上昇し、発光管中の水銀蒸気圧が高くなりすぎて、かえって光出力が低下してしまう。従って、無電極放電ランプに、単に保温部材を設けたり、加熱機構を設けたりするだけでは、周囲の温度の変化に十分に対応しているとはいえない。

さらに、特許文献1及び特許文献2の無電極放電ランプでは、電力供給用の誘導コイルに供給される高周波電力を制御することによって無電極放電ランプの光出力を制御する調光制御の概念は示されていない。無電極放電ランプの調光制御は、例えば誘導コイルに供給する高周波電力の電圧を変化させるなどして、発光管から光が出力されているオン期間(点灯期間)と光が出力されていないオフ期間(休止期間)とのオンデユーティ比(調光比下位概念)を調節することによって、単位時間あたりの光出力(光量)を制御するものである。調光制御の際、オフ期間中は供給されるエネルギーが非常に少ないので、周囲の温度が低いときは、アマルガムの温度が低下し、発光管中の水銀蒸気圧が低くなりすぎて、光出力が制御できなくなる場合もあり得る。そのため、調光比を小さくする、すなわち、光出力を小さくするには一定の限界がある。特許文献1及び特許文献2の無電極放電ランプで調光制御を行なうと仮定すると、周囲の温度が低温のときには、保温部材や加熱機構により、調光比が小さいときでも安定した光出力が得られるなどの所望する効果が得られるが、周囲の温度が高温のときには、アマルガムの温度が過度に高くなりすぎて、上記光出力の低下により、調光制御が不能となる可能性がある。
特開2002−298791号公報(図1)
実開平6−5006号公報(図1)

概要

無電極放電ランプを用いた照明装置において、周囲の温度が変化した場合や調光制御時、特に調光比が小さい場合においても安定した光出力が得られると共に、調光制御時における調光比の下限を拡大する。バルブ2の内部2bに放電ガス及びアマルガム8を封入すると共に、アマルガム8の近傍に温度センサ6及びヒータ7を設ける。温度センサ6により検出したアマルガム8の温度が所定温度よりも低いときはヒータ7をオンさせるように制御し、また、アマルガム8の温度が所定温度以上のときは、ヒータ7をオフさせるように制御することにより、周囲の温度に関わりなく、アマルガム8の温度が過度に高くなることを防止しつつ、アマルガム8の温度を所定温度以上に維持する。

目的

本発明は、上記の従来例の問題を解決するためになされたものであり、周囲の温度が変化した場合や調光制御時、特に調光比が小さい場合においても安定した光出力が得られると共に、調光制御時における調光比の下限を拡大しうる無電極放電ランプを用いた照明装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

内部に放電ガス及びアマルガム封入された発光管を有する無電極放電ランプと、前記発光管の外部で、かつ、その近傍に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路と、前記アマルガムを加熱する加熱手段と、前記アマルガムの温度が所定の温度以上となるように前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする無電極放電ランプを用いた照明装置

請求項2

前記アマルガムの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記温度制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度に応じて、前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の無電極放電ランプを用いた照明装置。

請求項3

前記無電極放電ランプの光出力を制御する調光回路をさらに備え、前記温度制御手段は、前記調光回路による調光制御調光比が小さいほど、前記アマルガムの加熱量を増加させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無電極放電ランプを用いた照明装置。

請求項4

前記発光管は、その内部に放電ガスを封入するための通気管を有しており、前記アマルガムは、前記通気管の内部に設けられており、前記加熱手段は、前記通気管のうち前記アマルガムの近傍に巻回された補助巻線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ランプを用いた照明装置。

請求項5

前記調光回路による調光制御は、前記発光管が点灯可能な電圧となる点灯期間と、前記発光管の点灯を維持できない電圧となる休止期間とを交互に繰り返し、前記点灯期間と前記休止期間とのオンデューティ比を調節して前記高周波電源回路の出力を制御する時分割調光方式であり、前記温度制御手段は、前記休止期間中にのみ、前記加熱手段により前記アマルガムを加熱することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の無電極放電ランプを用いた照明装置。

請求項6

前記誘導コイルは前記加熱手段としても機能し、前記温度制御手段は、前記休止期間において、前記誘導コイルの両端の電圧を上昇させることにより前記アマルガムを加熱することを特徴とする請求項5に記載の無電極放電ランプを用いた照明装置。

請求項7

前記調光回路は、前記温度制御手段としても機能し、前記高周波電源回路の動作周波数を変化させることにより、前記高周波電源回路の出力及び前記誘導コイルの両端の電圧を制御することを特徴とする請求項6に記載の無電極放電ランプを用いた照明装置。

請求項8

前記無電極放電ランプの光出力を検出する光出力検出手段をさらに備え、前記温度制御手段は、前記光出力検出手段からの出力に応じて、前記高周波電源出力電圧補正することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の無電極放電ランプを用いた照明装置。

請求項9

前記高周波電源回路の動作周波数は、数十kHzから数十MHzの範囲であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の無電極放電ランプを用いた照明装置。

技術分野

0001

本発明は、無電極放電ランプを用いた照明装置に関する。

背景技術

0002

無電極放電ランプは、一般的な蛍光灯などの放電ランプと異なり、発光管内電極が設けられておらず、発光管の外部に設けられたコイル高周波電力を供給することにより高周波磁界を発生させ、そのエネルギーによって水銀を励起して紫外線放射させ、その紫外線を蛍光物質によって可視光に変換して発光している。無電極放電ランプは、発光管の内部に電極が設けられていないため、電極切れによる不点灯がなく、一般的な蛍光灯などに比べて寿命が長いという特徴を有している。

0003

無電極放電ランプは、水銀の励起発光を利用しているため、外部の温度やランプ点灯中におけるランプの内部及び外部の熱の輻射などの影響を受けやすく、発光に寄与する水銀蒸気分布が変動しやすい。そのため、ランプの発光特性を安定させるために、発光管内の水銀蒸気の圧力を一定の範囲に制御すべく、アマルガムが使用されている。しかしながら、アマルガムを使用した無電極放電ランプであっても、周囲の温度の影響を受けてアマルガムの温度が変化し、水銀蒸気圧を一定の範囲に制御することができず、発光特性が大きく変動する可能性がある。特に、アマルガムが固体化する低温領域では、点灯状態持続できなくなる可能性がある。

0004

そこで、例えば特許文献1では、発光管の表面のうち、ランプ発光時に最も温度が低い箇所を保温部材で覆うことにより、ランプ外部の温度による影響を低減した無電極放電ランプが示されている。また、特許文献2では、発光管の内部に発熱用の金属部材を設け、発光管の外部に設けられた加熱用誘導コイルにも電力供給用の誘導コイルに通電される高周波電力を供給することにより、発光管内部の温度を上昇させる無電極放電ランプが示されている。

0005

しかしながら、特許文献1の無電極放電ランプでは、単に発光管の最冷点付近保温しているだけであって、発光管内部の温度を測定し、必要に応じて加熱することにより、アマルガムの温度を制御しようとする概念は示されていない。また、特許文献2の無電極放電ランプでは、単に個別の加熱用電源を不要とするものであって、発光管内部の温度を測定し、必要に応じて加熱することにより、アマルガムの温度を制御しようとする概念は示されていない。さらに、特許文献1及び特許文献2の無電極放電ランプでは、周囲の温度が低温の場合についてのみ考慮されているため、周囲の温度が高温で、かつ、誘導コイルに連続して高周波電力を供給した場合、アマルガムの温度が過度に上昇し、発光管中の水銀蒸気圧が高くなりすぎて、かえって光出力が低下してしまう。従って、無電極放電ランプに、単に保温部材を設けたり、加熱機構を設けたりするだけでは、周囲の温度の変化に十分に対応しているとはいえない。

0006

さらに、特許文献1及び特許文献2の無電極放電ランプでは、電力供給用の誘導コイルに供給される高周波電力を制御することによって無電極放電ランプの光出力を制御する調光制御の概念は示されていない。無電極放電ランプの調光制御は、例えば誘導コイルに供給する高周波電力の電圧を変化させるなどして、発光管から光が出力されているオン期間(点灯期間)と光が出力されていないオフ期間(休止期間)とのオンデユーティ比(調光比下位概念)を調節することによって、単位時間あたりの光出力(光量)を制御するものである。調光制御の際、オフ期間中は供給されるエネルギーが非常に少ないので、周囲の温度が低いときは、アマルガムの温度が低下し、発光管中の水銀蒸気圧が低くなりすぎて、光出力が制御できなくなる場合もあり得る。そのため、調光比を小さくする、すなわち、光出力を小さくするには一定の限界がある。特許文献1及び特許文献2の無電極放電ランプで調光制御を行なうと仮定すると、周囲の温度が低温のときには、保温部材や加熱機構により、調光比が小さいときでも安定した光出力が得られるなどの所望する効果が得られるが、周囲の温度が高温のときには、アマルガムの温度が過度に高くなりすぎて、上記光出力の低下により、調光制御が不能となる可能性がある。
特開2002−298791号公報(図1
実開平6−5006号公報(図1

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は、上記の従来例の問題を解決するためになされたものであり、周囲の温度が変化した場合や調光制御時、特に調光比が小さい場合においても安定した光出力が得られると共に、調光制御時における調光比の下限を拡大しうる無電極放電ランプを用いた照明装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するため、請求項1の発明は、無電極放電ランプを用いた照明装置であって、内部に放電ガス及びアマルガムが封入された発光管を有する無電極放電ランプと、前記発光管の外部で、かつ、その近傍に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路と、前記アマルガムを加熱する加熱手段と、前記アマルガムの温度が所定の温度以上となるように前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする。

0009

請求項2の発明は、請求項1の無電極放電ランプを用いた照明装置において、前記アマルガムの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記温度制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度に応じて、前記加熱手段を制御することを特徴とする。

0010

請求項3の発明は、請求項1又は請求項2の無電極放電ランプを用いた照明装置において、前記無電極放電ランプの光出力を制御する調光回路をさらに備え、前記温度制御手段は、前記調光回路による調光制御の調光比が小さいほど、前記アマルガムの加熱量を増加させることを特徴とする。

0011

請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかの無電極放電ランプを用いた照明装置において、前記発光管は、その内部に放電ガスを封入するための通気管を有しており、前記アマルガムは、前記通気管の内部に設けられており、前記加熱手段は、前記通気管のうち前記アマルガムの近傍に巻回された補助巻線であることを特徴とする。

0012

請求項5の発明は、請求項3又は請求項4の無電極放電ランプを用いた照明装置において、前記調光回路による調光制御は、前記発光管が点灯可能な電圧となる点灯期間と、前記発光管の点灯を維持できない電圧となる休止期間とを交互に繰り返し、前記点灯期間と前記休止期間とのオンデューティ比を調節して前記高周波電源回路の出力を制御する時分割調光方式であり、前記温度制御手段は、前記休止期間中にのみ、前記加熱手段により前記アマルガムを加熱することを特徴とする。

0013

請求項6の発明は、請求項5の無電極放電ランプを用いた照明装置において、前記誘導コイルは前記加熱手段としても機能し、前記温度制御手段は、前記休止期間において、前記誘導コイルの両端の電圧を上昇させることにより前記アマルガムを加熱することを特徴とする。

0014

請求項7の発明は、請求項6の無電極放電ランプを用いた照明装置において、前記調光回路は、前記温度制御手段としても機能し、前記高周波電源回路の動作周波数を変化させることにより、前記高周波電源回路の出力及び前記誘導コイルの両端の電圧を制御することを特徴とする。

0015

請求項8の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれかの無電極放電ランプを用いた照明装置において、前記無電極放電ランプの光出力を検出する光出力検出手段をさらに備え、前記温度制御手段は、前記光出力検出手段からの出力に応じて、前記高周波電源出力電圧補正することを特徴とする。

0016

請求項9の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の無電極放電ランプを用いた照明装置において、前記高周波電源回路の動作周波数は、数十kHzから数十MHzまでの範囲であることを特徴とする。

発明の効果

0017

請求項1の発明によれば、無電極放電ランプを用いた照明装置は、アマルガムを加熱する加熱手段と、アマルガムの温度が所定の温度以上となるように加熱手段を制御する温度制御手段とを備えているので、アマルガムの温度が所定温度よりも低いときは、温度制御手段により加熱手段をオンさせるように制御し、また、アマルガムの温度が所定温度以上のときは、温度制御手段により加熱手段をオフさせるように制御することにより、周囲の温度にかかわらず、アマルガムの温度を所定温度以上に維持することができる。特に、特許文献1の無電極放電ランプのような保温部材を用いておらず、また、特許文献2の無電極放電ランプのように常時アマルガムを加熱し続けないので、周囲の温度が高い場合などであっても、アマルガムの温度が過度に上昇することによる光出力の低下を防止することができる。その結果、周囲の温度が変化した場合であっても、安定した光出力が得られる。加熱手段の位置や種類は特に限定されず、アマルガムを加熱できればよい。また、必ずしもアマルガム自体又はその付近の温度を測定する必要はなく、あらかじめ実験などにより加熱手段のオン/オフのタイミングとアマルガムの温度の相関を求めておいて、アマルガムの温度が所定温度以上となるように加熱手段をオン/オフ制御してもよい。

0018

請求項2の発明によれば、アマルガムの温度を検出し、検出された温度に応じて、加熱手段を制御するので、正確にアマルガムの温度を所定温度以上に維持することができる。

0019

請求項3の発明によれば、無電極放電ランプの光出力を制御する調光回路をさらに備え、調光制御時の調光比が小さいほど、アマルガムの加熱量を増加させるので、特に、周囲の温度が低く、かつ、調光比が小さい場合であっても安定した光出力が得られる。その結果、調光制御時における調光比の下限を拡大することが可能となる。

0020

請求項4の発明によれば、アマルガムが、発光管の内部に放電ガスを封入するための通気管の内部に設けられており、アマルガムの近傍の通気管に加熱手段である補助巻線を巻回しているので、非常に効率良く、かつ、直接的にアマルガムを加熱することができる。また、アマルガム及び補助巻線を通気管の部分に設けているので、発光管又は無電極放電ランプの大型化を回避することができる。

0021

請求項5の発明によれば、時分割調光における休止期間中にのみ、加熱手段によりアマルガムを加熱するので、特許文献2の無電極放電ランプのように常時アマルガムを加熱し続ける場合と比較して、周囲の温度が高い場合などであっても、アマルガムの温度が過度に上昇することによる光出力の低下を防止することができる。また、調光比が小さいほど休止期間が長くなり、それに応じてアマルガムの加熱時間が長くなるので、調光比が小さいときほどアマルガムの加熱量が増加する。その結果、エネルギーの供給が少ない休止期間中におけるアマルガムの温度低下を防止することができる。また、この構成によれば、温度検出手段が不要となり、無電極放電ランプ及びそれを用いた照明装置の構成を簡略化することができる。

0022

請求項6の発明によれば、誘導コイルを加熱手段としても機能させ、時分割調光における休止期間中に、休止期間中に誘導コイルの両端の電圧を上昇させて、誘導コイルなどによる損失を増加させ、その熱によりアマルガムを加熱するので、補助巻線などのような独立した加熱手段が不要となる。その結果、無電極放電ランプ及びそれを用いた照明装置の構成を簡略化することができる。

0023

請求項7の発明によれば、調光回路を温度制御手段としても機能させ、高周波電源回路の動作周波数を変化させることにより、高周波電源回路の出力及び誘導コイルの両端の電圧を制御するので、独立した温度制御手段(ハードウエア)を設けることなく、従来の無電極放電ランプを用いた照明装置の調光回路の制御プログラムソフトウエア)を変更するだけで、容易に上記の効果を得ることができる。

0024

請求項8の発明によれば、例えば光センサなどの光出力検出手段により無電極放電ランプの光出力を直接検出し、その出力に応じて高周波電源の出力電圧を補正するので、無電極放電ランプの明るさがほぼ一定となるように制御することができる。

0025

請求項9の発明によれば、高周波電源回路の動作周波数を数十kHzから数十MHzまでの範囲としているので、誘導コイルの巻き数を増加やコアの大型化による無電極放電ランプの大型化を防止しつつ、また、高周波電源回路における損失や表皮効果による誘導コイルの銅損を増加させることなく、無電極放電ランプに十分な高周波電力を供給することができる。

発明を実施するための最良の形態

0026

(第1の実施の形態)
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。本発明の第1の実施の形態に係る無電極放電ランプの構成を図1に示す。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」とする。

0027

図1に示すように、無電極放電ランプ1は、略球状のバルブ(発光管)2と、バルブ2の中央部に設けられ、内側に略円形断面を有する中空部3が形成されたステム4と、中空部3に嵌装されたパワーカプラ部20などで構成されている。バルブ2とステム4とでランプ部10を構成し、ランプ部10はパワーカプラ部20と分離可能である。

0028

ステム4は、例えば上端が塞がれた筒状体であり、その中央部にはアマルガム8を収容するための凹部5が形成されている。バルブ2及びステム4は共に透光性を有するガラスなどで形成され、バルブ2の下側のネック部2aとステム4の下端フランジ部4aとを溶融し、密封することにより、バルブ2の内部2bに密封された空間が形成されている。バルブ2の内面2cには、蛍光物質が塗布されている。また、ステム4の中空部3の上端近傍、すなわち、アマルガム8が収容された凹部5の近傍には、温度センサ6及びヒータ7が設けられている。温度センサ6及びヒータ7の種類は特に限定されず、それぞれ温度検出及び加熱ができるものであればよい。

0029

パワーカプラ部20は、円柱状の放熱部材21と、放熱部材21の上端側に嵌装され、例えばフェライトなどで形成された円筒状のコア22と、コアの外周部に巻回された誘導コイル23などで構成されている。コア22及び誘導コイル23で発生した熱は、放熱部材21を介して外部に放出される。パワーカプラ部20の各部は、略円形断面を周し、その外径は、それぞれステム4の中空部3の内径とほぼ等しく、かつ、それよりも若干小さくなるように設定されている。これにより、パワーカプラ部20をステム4の中空部3に嵌装することができる。なお、ランプ部10の下端には口金9が設けられており、これによってランプ部10とパワーカプラ部20とが結合されている。

0030

誘導コイル23に高周波電力を供給すると、誘導コイル23から高周波磁界が発生される。バルブ2の内部に充填された放電ガスは、高周波磁界のエネルギーを受けて励起され、放電し、紫外線を放射する。放射された紫外線は、バルブ2の内面2cに塗布された蛍光物質により可視光に変換される。無電極放電ランプは、バルブの内部に電極を持たないため、電極切れによる不点灯がなく、一般的な蛍光ランプに比べて寿命が長いという特徴を有している。

0031

次に、第1の実施の形態に係る無電極放電ランプを用いた照明装置のブロック構成図2に示す。照明装置30は、無電極放電ランプ1の他、無電極放電ランプ1の誘導コイル23に高周波電力を供給するための高周波電源回路31と、高周波電源回路31に直流電圧を供給するための直流電源32と、無電極放電ランプ1の光出力を制御するための調光回路33と、無電極放電ランプ1の状態を検出するための状態検出回路34などで構成されている。

0032

状態検出回路34は、温度センサ6により検出されたアマルガム8の温度(正確には、アマルガム8の近傍の温度である)に基づいて、アマルガム8の温度が所定温度以上となるように、ヒータ7のオン/オフを制御する。このように、温度センサ6を用いてアマルガム8の温度を直接的に検出し、アマルガム8の温度が所定温度よりも低いときは、状態検出回路34によりヒータ7をオンさせるように制御し、また、アマルガムの温度が所定温度以上のときは、ヒータ7をオフさせるように制御すれば、アマルガム8の温度を、過度に高くなることを防止しつつ、所定温度以上に維持することができる。その結果、周囲の温度が高い場合などであっても、アマルガム8の温度が過度に上昇することによる光出力の低下を防止することができる。また、周囲の温度が低い場合には、ヒータ7により、アマルガム8の温度が所定温度以上に加熱するので、周囲の温度にかかわらず、無電極放電ランプ1の光出力を安定させることができる。

0033

なお、高周波電源回路31による高周波電力の発信周波数fが数十kHzよりも小さい範囲では、無電極放電ランプ1に十分な高周波電力を供給するためには、誘導コイル23の巻き数を増加させるか、あるいは、コア22を大型化する必要がある。その結果、無電極放電ランプ1自体が大型化するため、あまり実用的ではない。一方、発信周波数fが数十MHz以上になると、高周波電源回路31における損失が増加するので、高周波電源回路31を大型化せざるを得ない。また、表皮効果により、誘導コイル23の銅損が増加する。従って、高周波電源回路31による高周波電力の発信周波数fが数十kHzから数十MHzまでの範囲であることが好ましい。

0034

(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態に係る無電極放電ランプ1の構成を図3に示す。なお、図1に示す第1の実施の形態における無電極放電バルブ1と共通する部分については、その説明を省略する。

0035

図3に示す構成では、ステム4の中空部3に細い通気管11が設けられている。この通気管11を通って、バルブ2の内部2bの空気が排気され、バルブ2の内部2bに水銀などの放電ガスが充填される。このように、バルブ2に通気管11を連通させることにより、製造時における放電ガスの圧力制御やバルブ2の封止などが容易になる。なお、中空部3は、この通気管11の存在により、略ドーナツ状断面となる。そのため、放熱部材21は筒状となり、通気管11の外周部に嵌装されている。また、アマルガム8は、通気管11の内部で、かつ、下側に設けられている。さらに、アマルガム8の近傍で、かつ、通気管11の外周面には、補助巻線24が巻回されている。さらに、パワーカプラ20の組み立てを容易にするために、誘導コイル23は、ボビン25に巻回され、ボビン25を介して放熱部材21の外周部に嵌装されている。なお、第2の実施の形態では、アマルガム8の温度を検出するための温度センサは必ずしも必要でないため、省略されている。

0036

第2の実施の形態に係る照明装置30のブロック構成を図4に示す。直流電源32は、ダイオードブリッジ42、インダクタL1、ダイオードD1、スイッチング素子Q3、平滑コンデンサC1、電源制御回路41などで構成され、直流電圧VDCを出力する。高周波電源回路31は、スイッチング素子Q1及びQ2、インダクタLs、コンデンサCs及びCp、駆動回路43などで構成され、高周波電力を出力する。調光回路5には、例えば矩形波調光信号Vpwmが入力され、それに応じて制御信号Vc及びVfを出力する。直流電源32及び高周波電源回路31は、これらの制御信号Vc及びVfにより制御され、例えば図5に示すような電圧波形を有する高周波電力(電圧をVcoilとする)が誘導コイル23に供給される。その結果、無電極放電ランプ1が調光制御される。

0037

次に、調光回路33による調光制御について説明する。図5の(a)は、調光回路33に入力される調光信号の電圧波形を示し、(b)は高周波電源回路31から出力される高周波電力の電圧Vcoilの波形を示す。点灯期間を、誘導コイル23の両端の電圧Vcoilが始動電圧Vstを超えてから点灯維持電圧Voff未満となる期間と定義し、休止期間を誘導コイル23の両端の電圧Vcoilが点灯維持電圧Voff未満となってから始動電圧Vstを超えるまでの期間と定義する。このように、所定の周波数の調光信号を用いて無電極放電ランプ1の点灯及び消灯を繰り返すことにより、無電極放電ランプ1の光出力を制御することができる。

0038

次に、第2の実施の形態におけるアマルガム8の温度制御について説明する。図6の(a)は、図5の(a)と同様に調光信号の電圧波形を示し、(b)は補助巻線24に供給される電力の電圧波形を示す。第2の実施の形態においては、調光制御時における休止期間中に、補助巻線24に電力を供給して発熱させ、アマルガム8を加熱している。なお、点灯期間中は補助巻線24に電力を供給していないのでアマルガム8は加熱されないが、点灯期間中は誘導コイル23に高周波電力が供給され、バルブ2の内部2bの水銀が励起されて発光すると共に、誘導コイル23及びコア22での損失によって発熱しているので、バルブ2の内部2bの温度が上昇する。そのため、点灯期間中に加熱手段である補助巻線24への電力供給をオフすることにより、アマルガム8が過度に加熱され、その温度が必要以上に高くなるのを防止することができる。

0039

図7の(a)に調光制御時の休止期間中にアマルガムを加熱しなかった場合のアマルガム温度と調光比の関係を示し、(b)に第2の実施の形態によるアマルガムを加熱した場合のアマルガム温度と調光比の関係を示す。調光比が小さいほど、点灯期間が短く、休止期間が長いので、誘導コイル23を介して無電極放電ランプ1に供給されるエネルギーは少なくなる。これに対して、調光比が大きいほど、点灯期間が長く、休止期間が短いので、誘導コイル23を介して無電極放電ランプ1に供給されるエネルギーは多くなる。そのため、アマルガムを加熱しない場合、図7の(a)に示すように、調光比が小さいほどアマルガムの温度低く、調光比が大きくなるにつれてアマルガムの温度が上昇する。これに対して、第2の実施の形態によれば、調光比が小さいほど、補助巻線24に電力を供給する時間が長くなり、補助巻線24によるアマルガムの温度上昇分は多くなる。一方、調光比が大きいほど、補助巻線24に電力を供給する時間が短くなり、補助巻線24によるアマルガム8の温度上昇分は少なくなる。その結果、図7の(b)に示すように、調光比の変化に対するアマルガムの温度の変化は小さくなる。その結果、補助巻線24に供給する電力を適宜設定することにより、アマルガム8の温度を常時所定温度よりも高く維持することが可能となる。

0040

なお、図3に示す第2の実施の形態に係る無電極放電バルブ1のアマルガム8の近傍に温度センサを設け、直接アマルガム8の温度を測定し、第1の実施の形態のように、アマルガム8の温度が所定温度未満のときに補助巻線24に電力を供給し、アマルガム8の温度が所定温度以上のときに補助巻線24への電力の供給を停止するように制御することも可能である。逆に、図1に示す第2の実施の形態に係る無電極放電バルブ1を用い、調光制御時の休止期間中にヒータ7に電力を供給するように制御することも可能である。

0041

(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3実施の形態について説明する。第3の実施の形態に係る無電極放電ランプの構成及び照明装置のブロック構成は、上記第1の実施の形態又は第2の実施の形態のものと同様である。そのため、共通する部分の説明を省略し、相違点のみを説明する。

0042

上記第2の実施の形態では、調光制御時の休止期間中に加熱手段である補助巻線24に電力を供給することにより、調光比が小さいほど補助巻線24への通電時間が長くなり、結果的にアマルガムの加熱量が多くなるように制御したが、図7の(b)に示すように、調光比が大きくなるにつれて、緩やかではあるがアマルガムの温度が増加している。そこで、第3の実施の形態では、図8に示すように、調光比が小さいほどアマルガムの加熱量が大幅に大きくなるように、調光比に反比例して、調光比が小さいほど補助巻線24に通電する電力が大きくなるように制御する。このように制御することにより、調光比の変化にかかわらず、アマルガムの温度をほぼ一定に維持することも可能である。調光比が小さいほどアマルガムの加熱量が大幅に大きくなるように制御するには、調光比に反比例して補助巻線24に通電する電流の値を大きくする方法などが考えられる。また、第1の実施の形態においても、調光比が小さいほどアマルガムの加熱量が大幅に大きくなるように、調光比が小さいほどヒータ7に供給する電力を大きくするように制御してもよい。

0043

(第4実施の形態)
次に、本発明の第4実施の形態について説明する。第4の実施の形態に係る無電極放電ランプの構成及び照明装置のブロック構成も、上記第1の実施の形態又は第2の実施の形態のものと同様である。そのため、共通する部分の説明を省略し、相違点のみを説明する。第4の実施の形態では、第1の実施の形態のヒータ7や第2の実施の形態の補助巻線24などのような独立した加熱手段を用いずに、誘導コイル23を加熱手段として兼用するものである。

0044

第4の実施の形態における調光信号と誘導コイル23の両端の電圧の関係を図9に示す。図9において、(a)は調光比が大きい場合の調光信号の電圧波形を示し、(b)は調光比が大きい場合の誘導コイルの両端の電圧(絶対値)の波形を示す。また、(c)は調光比が小さい場合の調光信号の電圧波形を示し、(d)は調光比が小さい場合の誘導コイルの両端の電圧(絶対値)の波形を示す。

0045

図9の(b)又は(d)に示すように、調光制御時の休止期間においても、誘導コイル23には高周波電力が供給されており、その両端の電圧を0とはしていない。そのため、誘導コイル23やコア22での損失により、バルブ2の内部2bの温度は、誘導コイル23の両端の電圧を0にした場合に比べて下がりにくい。このように、調光制御時の休止期間中に、点灯維持電圧Voffを超えない範囲で、調光比が小さいほど誘導コイル23の両端の電圧が高くなるように、高周波電力を供給することにより、アマルガム8の温度が急激に低下するのを防止することができる。また、誘導コイル23の両端の電圧を適宜選択することにより、周囲の温度が低い場合や調光比が小さい場合であっても、アマルガム8の温度を所定温度以上に維持することができる。その結果、周囲の温度や調光比にかかわらず、無電極放電ランプの光出力を安定させることができると共に、調光比の下限を拡大させることができる。

0046

次に、第4の実施の形態における制御について、図10を参照しつつ説明する。図10において、(a)は調光信号の電圧波形を示し、(b)は高周波電源回路31の動作周波数の変化を示し、(c)は誘導コイル23の両端の電圧波形を示す。

0047

図4に示す調光回路33に図10の(a)に示すような矩形波の調光信号が入力されると、調光回路33は、高周波電源回路31の動作周波数がf3及びf1となるように、高周波電源回路31を制御する。調光制御時の休止期間Toffにおいても、点灯期間Tonにおける動作周波数f1よりも高い動作周波数f3で、高周波電源回路31を微弱発振を継続させているので、スイッチング素子Q1及びQ2を完全にオフにした場合と比べると、指導機関Tstにおける誘導コイル23の両端電圧Vcoilを低く抑えることができる。また、ランプ始動電圧Vstが低くなるので、回路素子への負担を低減することができる。さらに、暗所や低温などの始動が困難な状況下であっても、無電極放電ランプ1の点灯が容易になる。さらに、ヒータや補助巻線などの独立した加熱手段を必要としないので、無電極放電ランプ1及びそれを用いた照明装置30の構成を簡単にすることも可能である。

0048

なお、上記第4の実施の形態の説明では、高周波電力回路31の動作周波数を変化させることにより、誘導コイル23の両端の電圧Vcoilを変化させる場合を例示したが、直流電源32の両端電圧VDCを変化させたり、あるいは高周波電力回路31の動作周波数と直流電源32の両端電圧VDCの両方を組み合わせて変化させた場合であっても同様に、誘導コイル23の両端の電圧Vcoilとして所望する波形を得ることができる。

0049

(第5の実施の形態)
次に、本発明の第5実施の形態について説明する。第5の実施の形態に係る無電極放電ランプの構成及び照明装置のブロック構成も、上記第1の実施の形態又は第2の実施の形態のものと同様である。そのため、共通する部分の説明を省略し、相違点のみを説明する。第5の実施の形態における状態検出回路34は、光センサを有し、無電極放電ランプ1のバルブ2からの光出力を検出する。そして、光出力の変化に応じて高周波電源回路31の出力を変化させることにより、光出力を一定に維持するように制御している。

0050

図11において、(a)は無電極放電ランプ1のバルブ2からの光出力の変化を示し、(b)は高周波電源回路31からの出力の変化を示す。また、図12は、アマルガム8の温度が一定温度以上である場合における周囲の温度と無電極放電ランプ1から出力される光の光束の関係を示すグラフである。図12から分かるように、周囲温度に応じて無電極放電ランプ1の光出力が変化するので、これを補正することが好ましい。第5の実施の形態によれば、周囲の温度にかかわらず、無電極放電ランプ1の光出力をほぼ一定に維持することが可能となる。また、第5の実施の形態では、無電極放電ランプ1からの光出力を検出したが、アマルガム8の温度を検出し、無電極放電ランプ1の安定点灯後にアマルガム8の温度が一定となるように制御しても同様の効果が得られる。

0051

なお、上記各実施の形態では、バルブ2と誘導コイル23が一体的に設けられた無電極放電ランプ1について説明したが、本発明に係る無電極放電ランプはこれに限定されるものではなく、少なくとも内部に放電ガス及びアマルガムが封入されたバルブ(発光管)を有していればよい。そして、無電極放電ランプとは別に設けられた誘導コイルから高周波磁界を発生させても、同様の効果を得ることができる。

図面の簡単な説明

0052

本発明の第1の実施の形態に係る無電極放電ランプの構成を示す断面図。
第1の実施の形態に係る無電極放電ランプを用いた照明装置の構成を示すブロック図。
本発明の第2の実施の形態に係る無電極放電ランプの構成を示す断面図。
第2の実施の形態に係る無電極放電ランプを用いた照明装置の構成を示すブロック図。
(a)は第2の実施の形態における調光回路に入力される調光信号の電圧波形図、(b)は高周波電源回路から出力される高周波電力の電圧波形図。
(a)は第2の調光信号の電圧波形図、(b)は補助巻線に供給される電力の電圧の波形図。
(a)は調光制御時の休止期間中にアマルガムを加熱しなかった場合のアマルガム温度と調光比の関係を示すグラフ、(b)は第2の実施の形態によるアマルガムを加熱した場合のアマルガム温度と調光比の関係を示すグラフ。
本発明の第3の実施の形態における制御する方法を説明するためのグラフ。
本発明の第4の実施の形態における調光信号と誘導コイルの両端の電圧の関係を示す図であり、(a)は調光比が大きい場合の調光信号の電圧波形図、(b)は調光比が大きい場合の誘導コイルの両端の電圧(絶対値)の波形図、(c)は調光比が小さい場合の調光信号の電圧波形図、(d)は調光比が小さい場合の誘導コイルの両端の電圧(絶対値)の波形図。
第4の実施の形態における制御方法を示す図であり、(a)は調光信号の電圧波形図、(b)は高周波電源回路の動作周波数の変化を示す図、(c)は誘導コイルの両端の電圧波形図。
本発明の第5の実施の形態における制御方法を説明するグラフであり、(a)は無電極放電ランプの光出力の変化を示す図、(b)は高周波電源回路からの出力の変化を示す図。
アマルガムの温度が一定温度以上である場合における周囲の温度と無電極放電ランプから出力される光の光束の関係を示すグラフ。

符号の説明

0053

1無電極放電ランプ
2バルブ(発光管)
3中空部
4ステム
5 凹部
6温度センサ(温度検出手段)
7ヒータ(加熱手段)
8アマルガム
10ランプ部
20パワーカプラ
21放熱部材
22コア
23誘導コイル
24補助巻線
30照明装置
31高周波電源回路
32直流電源
33調光回路
34状態検出回路(温度制御手段、光出力検出手段)

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