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技術 キセノンフラッシュランプ及びそれを用いた擬似太陽光照射装置

出願人 岩崎電気株式会社
発明者 竹永麻紀小林茂法金井正樹
出願日 2008年10月17日 (12年4ヶ月経過) 出願番号 2008-268542
公開日 2010年4月30日 (10年9ヶ月経過) 公開番号 2010-097847
状態 特許登録済
技術分野 放電ランプ高周波または変換器直流点灯回路 各種放電ランプと付属装置
主要キーワード キセノンガス圧 ディレーティング スペクトル合致度 最大定格電圧 ランプ形状 矩形波電流 ランプ長 太陽光パネル
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この項目の情報は公開日時点(2010年4月30日)のものです。
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図面 (9)

課題

点灯回路主回路に用いる半導体の耐圧に対して適正な範囲のランプ電圧となるようにキセノンフラッシュランプを設計する。

解決手段

キセノンフラッシュランプにおいて、キセノンフラッシュランプの管径をD(mm)、キセノンガス圧をP(torr)、1本あたりの発光長をL(mm)、nを1以上の整数、1本当たりのランプ電圧をVとした場合に、1000≦n×L≦3000であり、ランプ電流が60A以下の場合に、n×V≦800となるようにD、P及びLが選択される構成とした。

概要

背景

擬似太陽光照射装置用の光源として従来からキセノンフラッシュランプが使用されている。キセノンフラッシュランプはその発光特性太陽光に近いこと、照度立ち上がりが速いこと(閃光点灯が可能なこと)、及びランプ形状についても太陽光パネルのサイズに合わせてアーク長を長くすることが可能なことから、特に擬似太陽光照射装置用の光源に適している(例えば、特許文献1)。

図2はキセノンフラッシュランプの一般的な点灯回路を説明する図である。点灯回路3は直流電源部31、コンデンサ32、スイッチング素子33、整流素子34、電流検出部35及び制御部36からなる。ランプ1は必要に応じてn本(nは1以上の整数)が直列接続される。なお、整流素子34はなくても動作可能である。制御部36は、検出電流に基づいて、キセノンフラッシュランプ1に供給される直流電流電流値一定の矩形波(幅10m〜120ms)となるようにスイッチング素子33の動作を制御する。
特開2006−108128号公報

概要

点灯回路の主回路に用いる半導体の耐圧に対して適正な範囲のランプ電圧となるようにキセノンフラッシュランプを設計する。キセノンフラッシュランプにおいて、キセノンフラッシュランプの管径をD(mm)、キセノンガス圧をP(torr)、1本あたりの発光長をL(mm)、nを1以上の整数、1本当たりのランプ電圧をVとした場合に、1000≦n×L≦3000であり、ランプ電流が60A以下の場合に、n×V≦800となるようにD、P及びLが選択される構成とした。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

キセノンフラッシュランプであって、該キセノンフラッシュランプの管径をD(mm)、キセノンガス圧をP(torr)、1本あたりの発光長をL(mm)、nを1以上の整数、1本あたりのランプ電圧をVとした場合に、1000≦n×L≦3000であり、ランプ電流が60A以下の場合に、n×V≦800となるように前記D、P及びLが選択されたキセノンフラッシュランプ。

請求項2

点灯回路によって直流電流通電されるキセノンフラッシュランプであって、該キセノンフラッシュランプの管径をD(mm)、キセノンガス圧をP(torr)、1本あたりの発光長をL(mm)、nを1以上の整数、1本あたりのランプ電圧をVとした場合に、1000≦n×L≦3000であり、ランプ電流が60A以下の場合に、n×Vの値が、前記点灯回路の主回路に使用される半導体素子最大定格電圧の80%以下となるように前記D、P及びLが選択されたキセノンフラッシュランプ。

請求項3

請求項2記載のキセノンフラッシュランプにおいて、前記半導体素子の最大定格電圧が1000V以上1500V以下であるキセノンフラッシュランプ。

請求項4

請求項1又は2記載のキセノンフラッシュランプにおいて、6.0≦D≦20.5、30≦P≦120、600≦L≦1050であるキセノンフラッシュランプ。

請求項5

請求項1又は2記載のキセノンフラッシュランプにおいて、12.5≦D≦20.5、30≦P≦100、600≦L≦1050であるキセノンフラッシュランプ。

請求項6

請求項1から5いずれか一項に記載のキセノンフラッシュランプ、及び該キセノンフラッシュランプに直流矩形波電流を通電するための点灯回路からなる擬似太陽光照射装置

技術分野

0001

本発明はキセノンフラッシュランプに関し、特に擬似太陽光照射装置に用いるキセノンフラッシュランプに関する。

背景技術

0002

擬似太陽光照射装置用の光源として従来からキセノンフラッシュランプが使用されている。キセノンフラッシュランプはその発光特性太陽光に近いこと、照度立ち上がりが速いこと(閃光点灯が可能なこと)、及びランプ形状についても太陽光パネルのサイズに合わせてアーク長を長くすることが可能なことから、特に擬似太陽光照射装置用の光源に適している(例えば、特許文献1)。

0003

図2はキセノンフラッシュランプの一般的な点灯回路を説明する図である。点灯回路3は直流電源部31、コンデンサ32、スイッチング素子33、整流素子34、電流検出部35及び制御部36からなる。ランプ1は必要に応じてn本(nは1以上の整数)が直列接続される。なお、整流素子34はなくても動作可能である。制御部36は、検出電流に基づいて、キセノンフラッシュランプ1に供給される直流電流電流値一定の矩形波(幅10m〜120ms)となるようにスイッチング素子33の動作を制御する。
特開2006−108128号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、ランプの管径ガス圧及び発光長の選択次第では、ランプ電圧複数本を直列接続する場合には合計ランプ電圧)が高くなり、点灯回路に使用する半導体の耐圧に対してディレーティングがとれない場合があった。また、ランプ電圧が高くなる場合に対応するために、より高い耐圧の半導体素子を点灯回路に用いる必要があり、点灯回路が高価になるという問題があった。

0005

そこで、点灯回路の主回路に用いる半導体の耐圧に対して適正な範囲の合計ランプ電圧となるように、ランプを設計する必要がある。

課題を解決するための手段

0006

本発明の第1の側面は、キセノンフラッシュランプであって、キセノンフラッシュランプの管径をD(mm)、キセノンガス圧をP(torr)、1本あたりの発光長をL(mm)、nを1以上の整数、1本あたりのランプ電圧をVとした場合に、1000≦n×L≦3000であり、ランプ電流が60A以下の場合に、n×V≦800となるようにD、P及びLが選択されたキセノンフラッシュランプである。

0007

本発明の第2の側面は、点灯回路によって直流電流が通電されるキセノンフラッシュランプであって、キセノンフラッシュランプの管径をD(mm)、キセノンガス圧をP(torr)、1本あたりの発光長をL(mm)、nを1以上の整数、1本あたりのランプ電圧をVとした場合に、1000≦n×L≦3000であり、ランプ電流が60A以下の場合に、n×Vの値が、点灯回路の主回路に使用される半導体素子の最大定格電圧の80%以下となるようにD、P及びLが選択されたキセノンフラッシュランプである。
ここで、上記半導体素子の最大定格電圧を1000V以上1500V以下とするのが望ましい。

0008

また、上記第1及び第2の側面において、6.0≦D≦20.5、30≦P≦120、600≦L≦1050とすればよく、より好ましくは、12.5≦D≦20.5、30≦P≦100、600≦L≦1050とするのが望ましい。

0009

本発明の第3の側面は、上記第1及び第2の側面のキセノンフラッシュランプ、及びそのキセノンフラッシュランプに直流矩形波電流を通電するための点灯回路からなる擬似太陽光照射装置である。

発明の効果

0010

上記のようにキセノンフラッシュランプを設計することにより、ランプ電圧(合計ランプ電圧)を点灯回路の半導体素子の耐圧に対して余裕を持った値とすることができる。
また、点灯回路の半導体素子の耐圧を低いものとし、高電流タイプ又は低価格な半導体を用いることができ、点灯回路の負荷コストを低減することができる。

発明を実施するための最良の形態

0011

図1は本発明の擬似太陽光照射装置100を模擬的に示す図である。図において、照射対象の太陽光パネル2が本発明のキセノンフラッシュランプ1(以下、「ランプ1」という)及びその反射板5によって照射される。ランプ1は点灯回路3によって通電され、太陽光パネル2には測定手段4が接続されている。点灯回路3は上述した図2のものと同様である。

0012

次に、ランプ1の設計について説明する。
ランプ1の発光特性及びパネル2に対する好適な配置関係を確保するのに必要な検討事項として、(1)ランプの管径D(mm)、(2)内部のガス圧P(torr)、並びに(3)発光長L(mm)及び直列接続する本数nがある。以下、1本あたりの単位発光長をL、合計発光長をnLで表す。

0013

また、点灯回路3との関係において必要な検討事項としてランプ電圧がある。即ち、点灯回路3を安全に使用するためには、光束確保に必要な50〜60Aのランプ電流を通電した時のランプ電圧が点灯回路3の半導体素子(スイッチング素子33、整流素子34)の最大定格電圧に対して所定の余裕を持った値である必要がある。
一般的には半導体素子(33、34)の最大定格電圧は1000〜1500V程度のものが使用され、その素子に係る電圧、即ち、合計ランプ電圧nVは最大定格電圧の80%程度(70〜90%)以下とするのが信頼性確保の観点から望ましい。例えば、スイッチング素子33の最大定格電圧が1000Vである場合、nVは800V以下とするのが望ましい。

0014

(1)管径D
管径Dはランプ電圧V、スペクトル合致度、及び照度立ち上がりの速さに影響する。その関係をまとめると以下の表の通りとなる。

0015

0016

図3は、例えば、ガス圧P=100、合計発光長nL=1200(n=2、L=600)の場合の管径Dと合計ランプ電圧nVとの関係を各ランプ電流について示すグラフである。グラフは下に凸の二次曲線近似される。これらの二次曲線は、D=21付近極小点が存在し、このうちのランプ電流が60Aのものについては、
nV=2.88D2−125D+1720
で表され(有効数字3桁)、D=6.0付近で、nV=800となる。なお、極小点より左側がこの近似曲線有効範囲である。
従って、6.0≦D≦20.5が、上記条件におけるDの好適な範囲となる。

0017

(2)ガス圧P
ガス圧Pはランプ電圧V、ランプ寿命黒化の有無)、及び照度立ち上がりに影響する。その関係をまとめると以下の表の通りとなる。

0018

ここで、ガス圧の実用的な下限(スパッタによる黒化が問題とならない範囲)はP=30である。

0019

図4は、例えば、管径D=20.5、合計発光長nL=1600(n=2、L=800)の場合のガス圧Pと合計ランプ電圧nVとの関係を各ランプ電流について示すグラフである。グラフは上に凸の二次曲線で近似される。これらの二次曲線は、P=125付近に極大点が存在し、このうちのランプ電流が60Aのものについては、
nV=−0.155P2+3.93P+242
で表される(有効数字3桁)。なお、極大点より左側がこの近似曲線の有効範囲である。
従って、30≦P≦120が、上記条件におけるPの好適な範囲となる。

0020

(3)発光長
単位発光長L又は合計発光長nLはランプ電圧Vに影響するが、専らパネル2の寸法に従って決定される。当然に発光長が大きいほどランプ電圧は高くなる。
パネルの寸法は1000〜3000mmであるので、1000≦nL≦3000であればよい。従って、n=2(場合によってはn=1)として、600≦L≦1050とするのが好適である。

0021

図5は、例えば、管径D=20.5、ガス圧P=100の場合の合計ランプ長nLと合計ランプ電圧nVとの関係を示すグラフである。グラフは下に凸の二次曲線で近似される。このようなグラフに基づいて、単位発光長L(又は合計発光長nL)を決定することができる。

0022

図3〜5に示した例は、各パラメータについての測定結果の一例に過ぎない。また、合計ランプ電圧nVの上限を800Vとしたが、使用する半導体素子(33、34)の最大定格電圧によってこの値は適宜設定変更すればよい。

0023

表3に、ランプの管径D、内部のガス圧P、及び単位発光長Lを変化させた場合の実施例についての測定結果を示す。なお、いずれの実施例においても、n=2である。
これらの実施例では、いずれも合計ランプ電圧nVが800V以下となり、好適な結果が得られた。

0024

0025

なお、表3はランプ電流が50Aの場合についての合計ランプ電圧nV(n=2)を記載するものであるが、図6(a)〜(c)の電流−電圧特性のグラフより、ランプ電流が60Aの場合においてもnVが800V以下となることが予想できる。

0026

以上のようにランプを設計することにより、合計ランプ電圧を意図する電圧以下とすることができるとともに、点灯回路の高耐圧化を回避することができる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の擬似太陽光照射装置を示す図である。
キセノンフラッシュランプの一般的な点灯回路を示す図である。
本発明のキセノンフラッシュランプの管径とランプ電圧の関係を示す図である。
本発明のキセノンフラッシュランプのガス圧とランプ電圧の関係を示す図である。
本発明のキセノンフラッシュランプの発光長とランプ電圧の関係を示す図である。
本発明のキセノンフラッシュランプの電流−電圧特性を示す図である。
本発明のキセノンフラッシュランプの電流−電圧特性を示す図である。
本発明のキセノンフラッシュランプの電流−電圧特性を示す図である。

符号の説明

0028

1.キセノンフラッシュランプ
2.太陽光パネル
3.点灯回路
4.測定手段
5.反射板
31.直流電源部
32.コンデンサ
33.スイッチング素子
34.整流素子
35.電流検出部
36.制御部
100.擬似太陽光照射装置

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