光照射装置の安全性を高める安全向上用コンデンサ放電回路
【課題】低価格且つ簡易に、光照射装置の電源オフ時に電源用コンデンサを放電させることによって、光照射装置の安全性を高めることが可能な安全向上用コンデンサ放電回路を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る安全向上用コンデンサ放電回路１０は、電源用コンデンサ３に接続されたリレースイッチ１１及び半導体スイッチ１３と、リレー制御電圧を生成するリレー制御回路１２と、半導体制御信号を生成する半導体制御回路１４とを備え、光照射装置１の電源オフ時に、リレー制御回路１２は、リレー制御電圧の供給を停止することによってリレースイッチ１１の接点を閉じさせ、半導体制御回路１４は、半導体制御信号の供給を開始することによって、リレースイッチ１１の接点が閉じられる前に半導体スイッチ１３を導通させると共に、リレースイッチ１１におけるチャタリング発生期間、半導体スイッチ１３の導通を保持させる。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る安全向上用コンデンサ放電回路１０は、電源用コンデンサ３に接続されたリレースイッチ１１及び半導体スイッチ１３と、リレー制御電圧を生成するリレー制御回路１２と、半導体制御信号を生成する半導体制御回路１４とを備え、光照射装置１の電源オフ時に、リレー制御回路１２は、リレー制御電圧の供給を停止することによってリレースイッチ１１の接点を閉じさせ、半導体制御回路１４は、半導体制御信号の供給を開始することによって、リレースイッチ１１の接点が閉じられる前に半導体スイッチ１３を導通させると共に、リレースイッチ１１におけるチャタリング発生期間、半導体スイッチ１３の導通を保持させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光のために要する電力を一時保存するための電源用コンデンサを備える光照射装置の安全性を高める安全向上用コンデンサ放電回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療機器や美容機器などとして、レーザやキセノンフラッシュランプなどを用いた光照射装置が用いられている。この種の光照射装置では、発光のために要する大きな電力を一時保存するために、大容量のコンデンサが用いられることがある。大容量コンデンサを用いる光照射装置では、利用者の安全性の面から、電源をオフする際に電荷が残らないように大容量コンデンサを放電させるためのコンデンサ放電回路を備えることが好ましい。
【０００３】
この種のコンデンサ放電回路では、光照射装置の電源がオフ状態であっても導通状態を保持することが可能なリレースイッチを用いることが考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３２０６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、機械的なリレースイッチでは、光照射装置の電源がオフ状態であっても接点を閉じ続けることができる反面、接点の開閉切替動作の際にチャタリング現象が発生してしまう。特に、リレースイッチの接点に印加される電圧が直流の高電圧である場合には、スパークが発生し、接点が溶着してしまう可能性がある。その結果、コンデンサが再充電される際に、コンデンサ放電回路における回路素子に常時電流が流れ続け、回路素子が発熱などによって破損する恐れがある。
【０００５】
リレースイッチの接点におけるスパークを抑制するために、接点間にスナバ回路やバリスタなどを設けることが考えられるが、スパーク抑制効果は低い。また、接点部が真空状態であるリードタイプのリレースイッチを用い、接点の焼損を防止することが考えられるが、この種のリレースイッチは高価である。
【０００６】
また、リレースイッチに代えて半導体スイッチを用いることが考えられるが、チャタリング現象が発生しない反面、光照射装置の電源がオフ状態である場合に半導体スイッチのオン状態を保持するための電源の確保が困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、低価格且つ簡易に、光照射装置の電源オフ時に電源用コンデンサを放電させることによって、光照射装置の安全性を高めることが可能な安全向上用コンデンサ放電回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の安全向上用コンデンサ放電回路は、発光のために要する電力を一時保存するための電源用コンデンサを備える光照射装置の安全性を高める安全向上用コンデンサ放電回路において、（ａ）電源用コンデンサの一対の端子にそれぞれ接続された一対の接点端子を有するリレースイッチと、（ｂ）電源用コンデンサの一対の端子にそれぞれ接続された一対の電流端子を有する半導体スイッチと、（ｃ）リレースイッチの一対の接点端子間の接点の開閉を制御するためのリレー制御電圧をリレースイッチの一対のコイル端子間に供給するリレー制御回路と、（ｄ）半導体スイッチの一対の電流端子間の導通を制御するための半導体制御信号を半導体スイッチの一対の制御端子間に供給する半導体制御回路とを備え、（ｅ）リレー制御回路は、光照射装置の電源オフ時に、リレー制御電圧の供給を停止することによって一対の接点端子間の接点を閉じさせ、（ｆ）半導体制御回路は、光照射装置の電源オフ時に、半導体制御信号の供給を開始することによって、リレースイッチの一対の接点端子間の接点が閉じられる前に一対の電流端子を導通させると共に、リレースイッチにおけるチャタリング発生期間、一対の電流端子の導通を保持させる。
【０００９】
リレースイッチでは、電源オフ時であっても接点を閉じ続けることができる反面、接点開閉時にチャタリングが発生してしまう。一方、半導体スイッチでは、チャタリングが発生せず、導通−非導通切替速度が比較的速い反面、電源オフ時に導通を保持することが困難である。この点に着目し、この安全向上用コンデンサ放電回路では、リレースイッチと半導体スイッチとを並列に接続することによって、互いの短所を互いの長所で補い合うようにしている。
【００１０】
この安全向上用コンデンサ放電回路によれば、光照射装置の電源オフ時に、半導体スイッチがリレースイッチより先に導通し、リレースイッチにおけるチャタリング発生期間、導通を保持するので、リレースイッチの接点圧力が確定するまでリレースイッチの接点に流れる電流が減少する。その結果、リレースイッチにおけるチャタリングに起因する接点溶着を防止することができる。
【００１１】
また、この安全向上用コンデンサ放電回路によれば、リレースイッチは、接点圧力が確定して半導体スイッチが非導通となった後も、接点を閉じ続けることができるので、電源用コンデンサの電力量を安全な値まで、好ましくはゼロまで放電し切ることができる。したがって、高価な回路素子を用いることなく、比較的簡易な回路構成で、光照射装置の電源オフ時に電源用コンデンサを放電し切ることができ、その結果、光照射装置の安全性を高めることが可能である。
【００１２】
上記した半導体制御回路は、リレー制御回路からのリレー制御電圧によって充電される制御用コンデンサと、半導体スイッチの一対の制御端子を含み、光照射装置の電源オフ時に、制御用コンデンサを放電することによって放電電流を半導体制御信号として一対の制御端子に供給する放電経路とを有し、放電経路における放電時定数は、リレースイッチにおけるチャタリング発生期間より大きいことが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、光照射装置の電源オフ時に生成される制御用コンデンサの放電電流に基づいて半導体スイッチが導通する。この放電電流の放電時定数がリレースイッチにおけるチャタリング発生期間より大きいので、リレースイッチにおけるチャタリング発生期間、半導体スイッチが導通を保持することができる。
【００１４】
上記した制御用コンデンサの充電時定数は、放電時定数より小さいことが好ましい。これによれば、制御用コンデンサの充電が比較的早く行われるので、光照射装置の電源がオンする際に、比較的早く電源オフ時の電源用コンデンサの放電動作に備えることができる。
【００１５】
本発明の安全向上用コンデンサ放電回路は、電源用コンデンサの放電が開始されてから電源用コンデンサの電力量が所定値に達するまで、光照射装置の電源供給経路を切断するブレーカを更に備えることが好ましい。
【００１６】
光照射装置の電源が再投入されると、半導体スイッチが先に非導通状態に切り替わり、リレースイッチが遅れて開状態に切り替わる。このリレースイッチの開状態への切替時にもチャタリングが発生することがある。その際、電源用コンデンサに大きな電力が残っていると、あるいは残電力に再充電電力が加算されて電源用コンデンサの電力が大きくなると、リレースイッチにおいて接点溶着が発生する可能性がある。
【００１７】
しかしながら、この構成によれば、電源用コンデンサの電力量が所定値に放電されるまで、光照射装置の電源供給経路が切断されるので、電源が再投入されても、接点溶着が発生し得るまで電源用コンデンサの電力量が大きくなる前に、リレースイッチの開状態への切替を終了させることができる。
【００１８】
なお、所定値とは、接点溶着が発生し得るまで電源用コンデンサの電力量が大きくなる前に、リレースイッチの開状態への切替を終了させることができる電力量であり、電源用コンデンサの充電時定数、リレースイッチの最大定格電力及び接点開閉切替速度などから定まる値である。
【００１９】
上記したブレーカは、電源用コンデンサの放電電流が流れる一対のコイル端子と光照射装置の電源供給経路に直列に接続された一対の接点端子とを有し、放電電流に基づいて一対の接点端子の導通を切断するリレースイッチを含むことが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、簡易な回路構成で、上記したように電源再投入時のリレースイッチにおける接点溶着を防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、低価格且つ簡易に、光照射装置の電源オフ時に電源用コンデンサを放電させることによって、光照射装置の安全性を高めることが可能な安全向上用コンデンサ放電回路を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るコンデンサ放電回路を備えた光照射装置を示す回路図である。図１に示す光照射装置１は、本実施形態では美容機器であり、キセノンフラッシュランプ光を肌に照射することによって、肌のしみや、そばかす、しわを除去したり、脱毛を施したりすることができる。そのために、光照射装置１は、主要部２と、電源用コンデンサ３と、本発明の実施形態に係るコンデンサ放電回路１０とを備えている。
【００２４】
主要部２は、電力変換回路を有しており、コンデンサ放電回路１０におけるブレーカ１５を含む電源供給経路Ａを介して受ける商用電力（ＡＣ入力）を直流電力に変換する。主要部２は、この直流電力を用いて電源用コンデンサ３を充電すると共に、この直流電力をコンデンサ放電回路１０に供給する。
【００２５】
また、主要部２は、キセノンフラッシュランプと光照射スイッチとを有しており、光照射スイッチの押下操作に基づいて電源用コンデンサ３に一時保存された電力をキセノンフラッシュランプに供給して、キセノンフラッシュランプにパルス光を発生させる。
【００２６】
電源用コンデンサ３は、キセノンフラッシュランプにパルス光を発生させるために必要な電力を一時保存する。電源用コンデンサ３は、本実施形態では約数万μＦと大容量であり、電源用コンデンサ３の端子間電圧は１００Ｖ以上にも達する。したがって、電源用コンデンサ３の電力を早く放電するためには、その放電電流を約数Ａにする必要がある。
【００２７】
コンデンサ放電回路１０は、光照射装置１の主電源（図示せず）がオフ状態であるときに、電源用コンデンサ３の電荷を放電する。そのために、コンデンサ放電回路１０は、リレースイッチ１１と、リレー制御回路１２と、半導体スイッチ１３と、半導体制御回路１４と、ブレーカ１５とを備えている。
【００２８】
リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂは、それぞれ電源用コンデンサ３の一対の端子に接続されている。具体的には、一方の接点端子１１ａは電源用コンデンサ３の一方の端子に接続されており、他方の接点端子１１ｂは抵抗素子１６及びブレーカ１５の一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄを介して電源用コンデンサ３の他方の端子に接続されている。なお、抵抗素子１６は、電源用コンデンサ３の放電電流を制限するために設けられている。
【００２９】
リレースイッチ１１は、一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間に接点を有し、一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄ間のコイルに流れる電流に応じてこの接点を開閉する。一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄは、それぞれリレー制御回路１２の出力端子に接続されている。また、一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄ間には、ダイオード１７が接続されている。具体的には、ダイオード１７のカソードが一方のコイル端子１１ｃに接続されており、アノードが他方のコイル端子１１ｄに接続されている。ダイオード１７は、一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄ間のコイルに発生する逆起電力を抑制するために設けられている。
【００３０】
リレー制御回路１２は、主要部２から直流電力を受けて、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点の開閉を制御するためのリレー制御電圧を生成し、リレースイッチ１１の一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄ間に供給する。具体的には、リレー制御回路１２は、光照射装置１の主電源オン時には、リレー制御電圧を生成することによってリレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点を開き、光照射装置１の主電源オフ時には、リレー制御電圧の生成を停止することによってリレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点を閉じる。
【００３１】
半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂは、それぞれ電源用コンデンサ３の一対の端子に接続されている。具体的には、一方の電流端子１３ａは電源用コンデンサ３の一方の端子に接続されており、他方の電流端子１３ｂは抵抗素子１６及びブレーカ１５の一対のコイル端子１５ａ，１５ｂを介して電源用コンデンサ３の他方の端子に接続されている。すなわち、半導体スイッチ１３は、リレースイッチ１１に並列に接続されている。
【００３２】
半導体スイッチ１３は、本実施形態ではフォトカップラーであり、一方の制御端子１３ｃから他方の制御端子１３ｄへ向けて電流が流れるときに、一対の電流端子１３ａ，１３ｂを導通させる。一対の制御端子１３ｃ，１３ｄは、それぞれ半導体制御回路１４の出力端子に接続されている。
【００３３】
ここで、導通時の半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間のインピーダンスは、接点が閉じているときのリレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間のインピーダンスの約１０倍以下であることが好ましい。一般的には、接点が閉じているときのリレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間のインピーダンスは数ｍΩ程度であり、導通時の半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間のインピーダンスは数十ｍΩ程度である。
【００３４】
半導体制御回路１４の入力端子は、それぞれリレー制御回路１２の出力端子に接続されている。半導体制御回路１４は、リレー制御回路１２からリレー制御電圧を受けて、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間の導通を制御するための半導体制御信号を生成し、半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄ間に供給する。
【００３５】
具体的には、半導体制御回路１４は、光照射装置１の主電源オン時には、半導体制御信号の供給を停止することによって半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間を非導通とし、光照射装置１の主電源オフ時には、半導体制御信号の供給を開始することによって、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点が閉じる前に半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂを導通すると共に、リレースイッチ１１におけるチャタリング発生期間、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂの導通を保持する。
【００３６】
本実施形態では、半導体制御回路１４は、ダイオード２１，２２と、抵抗素子２３，２４と、制御用コンデンサ２５とを有している。
【００３７】
ダイオード２１のアノードはリレー制御回路１２のプラス出力端子に接続されており、カソードとリレー制御回路１２のマイナス出力端子との間には抵抗素子２３が接続されている。また、ダイオード２１のカソードは抵抗素子２４を介して制御用コンデンサ２５の一方の端子に接続されており、制御用コンデンサ２５の他方の端子は、半導体スイッチ１３のマイナス制御端子１３ｄに接続されている。また、制御用コンデンサ２５の他方の端子にはダイオード２２のアノードが接続されており、ダイオード２２のカソードはリレー制御回路１２のマイナス出力端子及び半導体スイッチ１３のプラス制御端子１３ｃに接続されている。
【００３８】
このようにして、リレー制御回路１２からリレー制御電圧が供給されると、ダイオード２１と、抵抗素子２４と、制御用コンデンサ２５と、ダイオード２２とで形成される充電経路Ｃによって制御用コンデンサ２５が充電される。一方、リレー制御回路１２からリレー制御電圧の供給が停止されると、制御用コンデンサ２５と、抵抗素子２４と、抵抗素子２３と、半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄとで形成される放電経路Ｄによって制御用コンデンサ２５が放電される。
【００３９】
すなわち、半導体制御回路１４は、光照射装置１の電源オフ時に、制御用コンデンサ２５の放電電流を半導体制御信号として半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄに供給する。
【００４０】
ここで、放電経路Ｄの放電時定数は、制御用コンデンサ２５と抵抗素子２４，２３とによって決定され、この放電時定数は、リレースイッチ１１におけるチャタリング発生期間より大きく設定されている。一方、充電経路Ｃの充電時定数は、制御用コンデンサ２５と抵抗素子２４とによって決定され、放電経路Ｄの放電時定数より小さくなっている。
【００４１】
なお、ダイオード２１は、制御用コンデンサ２５の放電電流がリレー制御回路１２へ回り込むことを防止するために設けられており、ダイオード２２は、半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄ間に過大な逆電圧が加わることを防止するために設けられている。
【００４２】
ブレーカ１５は、本実施形態ではリレースイッチである。ブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂは、光照射装置１の電源供給経路Ａに直列に接続されている。ブレーカ１５は、一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄに電流が流れていないときに一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点を閉じ、一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄに電源用コンデンサ３の放電電流が流れているときに一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点を開く。すなわち、ブレーカ１５は、電源用コンデンサ３の放電が開始されてから電源用コンデンサ３が放電し切るまで、光照射装置１の電源供給経路Ａを切断し続ける。
【００４３】
次に、本実施形態の光照射装置１及び本実施形態のコンデンサ放電回路１０の動作を説明する。
【００４４】
図２は、図１に示すコンデンサ放電回路の各部信号波形を示すタイミングチャートである。図２（ａ）には、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点の開閉状態が示されており、ハイレベルが閉状態を示し、ローレベルが開状態を示している。図２（ｂ）には、制御用コンデンサ２５の充放電電流Ｉ２５（極性は図１の矢印に対応）が示されており、図２（ｃ）には、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間の電流Ｉ１３（極性は図１の矢印に対応）が示されており、図２（ｄ）には、電源用コンデンサ３の充放電電流Ｉ３（極性は図１の矢印に対応）が示されている。図２（ｅ）には、ブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点の開閉状態が示されており、ハイレベルが閉状態を示し、ローレベルが開状態を示している。
（光照射装置１の主電源オン時）
【００４５】
まず、電源用コンデンサ３が放電し切られている状態、すなわちブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点が閉じられている状態において、主電源がオン状態とされ、商用電力が光照射装置１の主要部２に供給されると、主要部２によって、電源用コンデンサ３が充電されると共にコンデンサ放電回路１０に直流電力が供給される。
【００４６】
すると、リレー制御回路１２によってリレー制御電圧が生成され、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点では開状態が保持される。また、半導体制御回路１４によって半導体制御信号が生成されず、すなわち放電経路Ｄ及び半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄ間に制御用コンデンサ２５の放電電流が流れず、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間では非導通状態が保持される。なお、半導体制御回路１４では、充電経路Ｃに充電電流が流れ、制御用コンデンサ２５が充電される。
【００４７】
ここで、主要部２における光照射スイッチの押下操作が行われると、電源用コンデンサ３に一時保存された電力が主要部２におけるキセノンフラッシュランプに供給され、パルス光が出力される。パルス光の出力が終了すると、再び電源用コンデンサ３が充電され、次の光照射スイッチの押下操作、すなわちパルス光出力に備える。
（光照射装置１の主電源オフ時）
【００４８】
図２における時点ｔ１において、主電源がオフ状態とされると、主要部２の動作が停止し、電源用コンデンサ３の充電が停止されると共に、コンデンサ放電回路１０への直流電力の供給が停止される。
【００４９】
すると、リレー制御回路１２によるリレー制御電圧の生成が停止され、半導体制御回路１４によって半導体制御信号が生成される。すなわち、放電経路Ｄ及び半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄ間に制御用コンデンサ２５の放電電流Ｉ２５が流れる（図２（ｂ））。その結果、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間が導通し、抵抗素子１６及びブレーカ１５の一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄ間のコイルを介して、電源用コンデンサ３が放電される（図２（ｄ））。
【００５０】
時点ｔ１から時間Δｔ１後、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点が閉じ、チャタリングが発生する（図２（ａ））。しかしながら、少なくともチャタリング発生期間Δｔ２を含む時間Δｔ３、制御用コンデンサ２５の放電電流Ｉ２５が流れているので（図２（ｂ））、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間の導通が保持され（図２（ｃ））、リレースイッチ１１の接点に流れる電流が減少される。
【００５１】
ここで、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間のインピーダンスは、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間のインピーダンスに比べて大きいが、電源用コンデンサ３の放電電流が半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間に流れる期間はリレースイッチ１１の接点がチャタリングによって開いているときの短期間であり、リレースイッチ１１の接点が閉じているときには、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間には電源用コンデンサ３の放電電流の１／１０程度しかながれないので、半導体スイッチ１３による損失は非常に小さい。
【００５２】
その後、時刻ｔ２において、制御用コンデンサ２５の放電電流Ｉ２５が半導体スイッチの閾値に達すると（図２（ｂ））、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間が非導通となる。しかしながら、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点では閉状態が保持されるので、電源用コンデンサ３の放電が継続され、放電し切ることができる（図（ｄ））。
【００５３】
ところで、時刻ｔ１〜ｔ３では、電源用コンデンサ３の放電電流Ｉ３がブレーカ１５の一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄ間に流れ、ブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点の開状態が保持される。すなわち、電源用コンデンサ３が放電し切るまで、電源供給経路Ａが切断され続ける。なお、電源用コンデンサ３の放電電流Ｉ３がリレースイッチの閾値に達する時点ｔ３において、ブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点が閉じられ、電源の再投入が可能となる。
【００５４】
その後、時点ｔ４において、光照射装置１の主電源が再びオン状態とされると、主要部２によって、電源用コンデンサ３が再充電されると共に、リレー制御回路１２によってリレー制御電圧が生成される。すると、制御用コンデンサ２５が充電され、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間では非導通が保持される。一方、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間では接点が遅れて閉じられる。
【００５５】
このように、本実施形態のコンデンサ放電回路１０では、電源オフ時であっても接点を閉じ続けることができる反面、接点開閉時にチャタリングが発生してしまうリレースイッチ１１と、チャタリングが発生せず、導通−非導通切替速度が比較的速い反面、電源オフ時に導通を保持することが困難である半導体スイッチ１３とを並列に接続することによって、互いの短所を互いの長所で補い合うようにしている。
【００５６】
本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、光照射装置１の電源オフ時に、半導体スイッチ１３がリレースイッチ１１より先に導通し、リレースイッチ１１におけるチャタリング発生期間、導通を保持するので、リレースイッチ１１の接点圧力が確定するまでリレースイッチ１１の接点に流れる電流が減少する。その結果、リレースイッチ１１におけるチャタリングに起因する接点溶着を防止することができる。
【００５７】
また、本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、リレースイッチ１１は、接点圧力が確定して半導体スイッチ１３が非導通となった後も、接点を閉じ続けることができるので、電源用コンデンサ３の電力量を安全な値まで、好ましくはゼロまで放電し切ることができる。したがって、高価な回路素子を用いることなく、比較的簡易な回路構成で、光照射装置１の電源オフ時に電源用コンデンサ３を放電し切ることができ、その結果、光照射装置１の安全性を高めることが可能である。
【００５８】
また、本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、電源用コンデンサ３の電力が放電し切るまで、光照射装置１の電源供給経路Ａが切断されるので、電源が再投入されても、接点溶着が発生し得るまで電源用コンデンサ３の電力量が大きくなる前に、リレースイッチ１１の開状態への切替を終了させることができる。その結果、電源再投入時のリレースイッチ１１におけるチャタリングに起因する接点溶着を防止することができる。
【００５９】
また、本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、突然停電になった場合でも、電源オフ時と同一の動作をおこなうことができるので、光照射装置１の安全性を高めることが可能である。
【００６０】
更には、本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、光照射装置１の電源オフ時に、リレースイッチ１１によって電源用コンデンサ３を完全に放電し切ることができるので、誤って電源用コンデンサ３の端子をショートさせても大きな電流が流れることがなく、光照射装置１の安全性を高めることが可能である。
【００６１】
半導体スイッチだけでは、光照射装置１の電源オフ時に、導通状態を保持することができないので、電源用コンデンサ３に電力が残留してしまい、電源用コンデンサ３がショートしてしまうと、大電流が流れてしまい危険である。半導体スイッチの制御信号として電源用コンデンサ３の電力を用いることが考えられるが、半導体スイッチの閾値程度の電力が電源用コンデンサ３に残留してしまう。
【００６２】
半導体スイッチに代えてサイリスタを用いればアノード保持電流閾値まで導通状態を保持することができるが、イレギュラーな原因によってアノード電流が微小に残っている状態で電源用コンデンサ３が再充電されると、サイリスタが導通したままであるので、大電流が流れてしまい危険である。また、サイリスタでも、やはりアノード保持電流閾値に起因して電源用コンデンサ３に電力が残留してしまう。
【００６３】
更に、電源用コンデンサ３の残留電荷を検出しようとした場合、小さな電圧を放電用大電流制御するための回路及び回路電源を確保するために、複雑な回路構成になってしまう。
【００６４】
ところで、一般に、機械的なリレースイッチでは、その接点材料や形状、接点圧力、接点ギャップによって最大使用電圧及び最大使用電流が決定される。リレースイッチに交流電力が入力される場合、電流及び電圧がゼロになる期間が存在するので、スパークの発生が断続的であり、接点破壊の度合いが小さい。一方、リレースイッチに直流電力が入力される場合、スパークが連続して発生するので、最大使用電圧及び最大使用電流を大きく超えてしまい、接点が大きく破壊する恐れがある。しかしながら、本実施形態では、リレースイッチに直流電力が入力されても、接点破損を防止することができる。
【００６５】
また、使用するリレースイッチ１１の仕様では、最大使用電流を注意すればよく、最大使用電圧はそれほど注意する必要がないので、リレースイッチ１１の選択が広げられる。一方、半導体スイッチ１３はリレースイッチ１１を補足するものであり、半導体スイッチ１３に電流が流れる時間は長くても数ｍｓと短いので、半導体スイッチ１３としては仕様的に最大損失の大きなものでなくてもよく、半導体スイッチ１３の選択が広げられる。
【００６６】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、半導体スイッチ１３としてフォトカップラーを例示したが、半導体スイッチ１３にはパワートランジスタなどが適用されてもよい。なお、半導体スイッチ１３にパワーＦＥＴが用いられる場合には、半導体制御回路１４は、光照射装置１の電源オフ時に、半導体スイッチ１３に半導体制御信号としてパワーＦＥＴをオンさせるために必要な電圧を供給すればよい。
【００６７】
また、本実施形態では、ブレーカ１５としてリレースイッチを例示したが、ブレーカ１５にはマイコンが用いられ、電源供給が制御されてもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、コンデンサ放電回路１０を備える光照射装置１として美容機器を例示したが、本実施形態のコンデンサ放電回路１０は、医療機器など、発光のために要する電力を一時保存するための電源用コンデンサを備える光照射装置全てに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係るコンデンサ放電回路を備える本実施形態の光照射装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコンデンサ放電回路の各部信号波形を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１…光照射装置、２…主要部、３…電源用コンデンサ、１０…コンデンサ放電回路、１１…リレースイッチ、１１ａ，１１ｂ…一対の接点端子、１１ｃ，１１ｄ…一対のコイル端子、１２…リレー制御回路、１３…半導体スイッチ、１３ａ，１３ｂ…一対の電流端子、１３ｃ，１３ｄ…一対の制御端子、１４…半導体制御回路、１５…ブレーカ、１５ａ，１５ｂ…一対の接点端子、１５ｃ，１５ｄ…一対のコイル端子、１６…抵抗素子、１７…ダイオード、２１，２２…ダイオード、２３，２４…抵抗素子、２５…制御用コンデンサ、Ａ…電源供給経路、Ｃ…充電経路、Ｄ…放電経路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光のために要する電力を一時保存するための電源用コンデンサを備える光照射装置の安全性を高める安全向上用コンデンサ放電回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療機器や美容機器などとして、レーザやキセノンフラッシュランプなどを用いた光照射装置が用いられている。この種の光照射装置では、発光のために要する大きな電力を一時保存するために、大容量のコンデンサが用いられることがある。大容量コンデンサを用いる光照射装置では、利用者の安全性の面から、電源をオフする際に電荷が残らないように大容量コンデンサを放電させるためのコンデンサ放電回路を備えることが好ましい。
【０００３】
この種のコンデンサ放電回路では、光照射装置の電源がオフ状態であっても導通状態を保持することが可能なリレースイッチを用いることが考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３２０６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、機械的なリレースイッチでは、光照射装置の電源がオフ状態であっても接点を閉じ続けることができる反面、接点の開閉切替動作の際にチャタリング現象が発生してしまう。特に、リレースイッチの接点に印加される電圧が直流の高電圧である場合には、スパークが発生し、接点が溶着してしまう可能性がある。その結果、コンデンサが再充電される際に、コンデンサ放電回路における回路素子に常時電流が流れ続け、回路素子が発熱などによって破損する恐れがある。
【０００５】
リレースイッチの接点におけるスパークを抑制するために、接点間にスナバ回路やバリスタなどを設けることが考えられるが、スパーク抑制効果は低い。また、接点部が真空状態であるリードタイプのリレースイッチを用い、接点の焼損を防止することが考えられるが、この種のリレースイッチは高価である。
【０００６】
また、リレースイッチに代えて半導体スイッチを用いることが考えられるが、チャタリング現象が発生しない反面、光照射装置の電源がオフ状態である場合に半導体スイッチのオン状態を保持するための電源の確保が困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、低価格且つ簡易に、光照射装置の電源オフ時に電源用コンデンサを放電させることによって、光照射装置の安全性を高めることが可能な安全向上用コンデンサ放電回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の安全向上用コンデンサ放電回路は、発光のために要する電力を一時保存するための電源用コンデンサを備える光照射装置の安全性を高める安全向上用コンデンサ放電回路において、（ａ）電源用コンデンサの一対の端子にそれぞれ接続された一対の接点端子を有するリレースイッチと、（ｂ）電源用コンデンサの一対の端子にそれぞれ接続された一対の電流端子を有する半導体スイッチと、（ｃ）リレースイッチの一対の接点端子間の接点の開閉を制御するためのリレー制御電圧をリレースイッチの一対のコイル端子間に供給するリレー制御回路と、（ｄ）半導体スイッチの一対の電流端子間の導通を制御するための半導体制御信号を半導体スイッチの一対の制御端子間に供給する半導体制御回路とを備え、（ｅ）リレー制御回路は、光照射装置の電源オフ時に、リレー制御電圧の供給を停止することによって一対の接点端子間の接点を閉じさせ、（ｆ）半導体制御回路は、光照射装置の電源オフ時に、半導体制御信号の供給を開始することによって、リレースイッチの一対の接点端子間の接点が閉じられる前に一対の電流端子を導通させると共に、リレースイッチにおけるチャタリング発生期間、一対の電流端子の導通を保持させる。
【０００９】
リレースイッチでは、電源オフ時であっても接点を閉じ続けることができる反面、接点開閉時にチャタリングが発生してしまう。一方、半導体スイッチでは、チャタリングが発生せず、導通−非導通切替速度が比較的速い反面、電源オフ時に導通を保持することが困難である。この点に着目し、この安全向上用コンデンサ放電回路では、リレースイッチと半導体スイッチとを並列に接続することによって、互いの短所を互いの長所で補い合うようにしている。
【００１０】
この安全向上用コンデンサ放電回路によれば、光照射装置の電源オフ時に、半導体スイッチがリレースイッチより先に導通し、リレースイッチにおけるチャタリング発生期間、導通を保持するので、リレースイッチの接点圧力が確定するまでリレースイッチの接点に流れる電流が減少する。その結果、リレースイッチにおけるチャタリングに起因する接点溶着を防止することができる。
【００１１】
また、この安全向上用コンデンサ放電回路によれば、リレースイッチは、接点圧力が確定して半導体スイッチが非導通となった後も、接点を閉じ続けることができるので、電源用コンデンサの電力量を安全な値まで、好ましくはゼロまで放電し切ることができる。したがって、高価な回路素子を用いることなく、比較的簡易な回路構成で、光照射装置の電源オフ時に電源用コンデンサを放電し切ることができ、その結果、光照射装置の安全性を高めることが可能である。
【００１２】
上記した半導体制御回路は、リレー制御回路からのリレー制御電圧によって充電される制御用コンデンサと、半導体スイッチの一対の制御端子を含み、光照射装置の電源オフ時に、制御用コンデンサを放電することによって放電電流を半導体制御信号として一対の制御端子に供給する放電経路とを有し、放電経路における放電時定数は、リレースイッチにおけるチャタリング発生期間より大きいことが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、光照射装置の電源オフ時に生成される制御用コンデンサの放電電流に基づいて半導体スイッチが導通する。この放電電流の放電時定数がリレースイッチにおけるチャタリング発生期間より大きいので、リレースイッチにおけるチャタリング発生期間、半導体スイッチが導通を保持することができる。
【００１４】
上記した制御用コンデンサの充電時定数は、放電時定数より小さいことが好ましい。これによれば、制御用コンデンサの充電が比較的早く行われるので、光照射装置の電源がオンする際に、比較的早く電源オフ時の電源用コンデンサの放電動作に備えることができる。
【００１５】
本発明の安全向上用コンデンサ放電回路は、電源用コンデンサの放電が開始されてから電源用コンデンサの電力量が所定値に達するまで、光照射装置の電源供給経路を切断するブレーカを更に備えることが好ましい。
【００１６】
光照射装置の電源が再投入されると、半導体スイッチが先に非導通状態に切り替わり、リレースイッチが遅れて開状態に切り替わる。このリレースイッチの開状態への切替時にもチャタリングが発生することがある。その際、電源用コンデンサに大きな電力が残っていると、あるいは残電力に再充電電力が加算されて電源用コンデンサの電力が大きくなると、リレースイッチにおいて接点溶着が発生する可能性がある。
【００１７】
しかしながら、この構成によれば、電源用コンデンサの電力量が所定値に放電されるまで、光照射装置の電源供給経路が切断されるので、電源が再投入されても、接点溶着が発生し得るまで電源用コンデンサの電力量が大きくなる前に、リレースイッチの開状態への切替を終了させることができる。
【００１８】
なお、所定値とは、接点溶着が発生し得るまで電源用コンデンサの電力量が大きくなる前に、リレースイッチの開状態への切替を終了させることができる電力量であり、電源用コンデンサの充電時定数、リレースイッチの最大定格電力及び接点開閉切替速度などから定まる値である。
【００１９】
上記したブレーカは、電源用コンデンサの放電電流が流れる一対のコイル端子と光照射装置の電源供給経路に直列に接続された一対の接点端子とを有し、放電電流に基づいて一対の接点端子の導通を切断するリレースイッチを含むことが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、簡易な回路構成で、上記したように電源再投入時のリレースイッチにおける接点溶着を防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、低価格且つ簡易に、光照射装置の電源オフ時に電源用コンデンサを放電させることによって、光照射装置の安全性を高めることが可能な安全向上用コンデンサ放電回路を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るコンデンサ放電回路を備えた光照射装置を示す回路図である。図１に示す光照射装置１は、本実施形態では美容機器であり、キセノンフラッシュランプ光を肌に照射することによって、肌のしみや、そばかす、しわを除去したり、脱毛を施したりすることができる。そのために、光照射装置１は、主要部２と、電源用コンデンサ３と、本発明の実施形態に係るコンデンサ放電回路１０とを備えている。
【００２４】
主要部２は、電力変換回路を有しており、コンデンサ放電回路１０におけるブレーカ１５を含む電源供給経路Ａを介して受ける商用電力（ＡＣ入力）を直流電力に変換する。主要部２は、この直流電力を用いて電源用コンデンサ３を充電すると共に、この直流電力をコンデンサ放電回路１０に供給する。
【００２５】
また、主要部２は、キセノンフラッシュランプと光照射スイッチとを有しており、光照射スイッチの押下操作に基づいて電源用コンデンサ３に一時保存された電力をキセノンフラッシュランプに供給して、キセノンフラッシュランプにパルス光を発生させる。
【００２６】
電源用コンデンサ３は、キセノンフラッシュランプにパルス光を発生させるために必要な電力を一時保存する。電源用コンデンサ３は、本実施形態では約数万μＦと大容量であり、電源用コンデンサ３の端子間電圧は１００Ｖ以上にも達する。したがって、電源用コンデンサ３の電力を早く放電するためには、その放電電流を約数Ａにする必要がある。
【００２７】
コンデンサ放電回路１０は、光照射装置１の主電源（図示せず）がオフ状態であるときに、電源用コンデンサ３の電荷を放電する。そのために、コンデンサ放電回路１０は、リレースイッチ１１と、リレー制御回路１２と、半導体スイッチ１３と、半導体制御回路１４と、ブレーカ１５とを備えている。
【００２８】
リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂは、それぞれ電源用コンデンサ３の一対の端子に接続されている。具体的には、一方の接点端子１１ａは電源用コンデンサ３の一方の端子に接続されており、他方の接点端子１１ｂは抵抗素子１６及びブレーカ１５の一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄを介して電源用コンデンサ３の他方の端子に接続されている。なお、抵抗素子１６は、電源用コンデンサ３の放電電流を制限するために設けられている。
【００２９】
リレースイッチ１１は、一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間に接点を有し、一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄ間のコイルに流れる電流に応じてこの接点を開閉する。一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄは、それぞれリレー制御回路１２の出力端子に接続されている。また、一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄ間には、ダイオード１７が接続されている。具体的には、ダイオード１７のカソードが一方のコイル端子１１ｃに接続されており、アノードが他方のコイル端子１１ｄに接続されている。ダイオード１７は、一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄ間のコイルに発生する逆起電力を抑制するために設けられている。
【００３０】
リレー制御回路１２は、主要部２から直流電力を受けて、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点の開閉を制御するためのリレー制御電圧を生成し、リレースイッチ１１の一対のコイル端子１１ｃ，１１ｄ間に供給する。具体的には、リレー制御回路１２は、光照射装置１の主電源オン時には、リレー制御電圧を生成することによってリレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点を開き、光照射装置１の主電源オフ時には、リレー制御電圧の生成を停止することによってリレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点を閉じる。
【００３１】
半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂは、それぞれ電源用コンデンサ３の一対の端子に接続されている。具体的には、一方の電流端子１３ａは電源用コンデンサ３の一方の端子に接続されており、他方の電流端子１３ｂは抵抗素子１６及びブレーカ１５の一対のコイル端子１５ａ，１５ｂを介して電源用コンデンサ３の他方の端子に接続されている。すなわち、半導体スイッチ１３は、リレースイッチ１１に並列に接続されている。
【００３２】
半導体スイッチ１３は、本実施形態ではフォトカップラーであり、一方の制御端子１３ｃから他方の制御端子１３ｄへ向けて電流が流れるときに、一対の電流端子１３ａ，１３ｂを導通させる。一対の制御端子１３ｃ，１３ｄは、それぞれ半導体制御回路１４の出力端子に接続されている。
【００３３】
ここで、導通時の半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間のインピーダンスは、接点が閉じているときのリレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間のインピーダンスの約１０倍以下であることが好ましい。一般的には、接点が閉じているときのリレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間のインピーダンスは数ｍΩ程度であり、導通時の半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間のインピーダンスは数十ｍΩ程度である。
【００３４】
半導体制御回路１４の入力端子は、それぞれリレー制御回路１２の出力端子に接続されている。半導体制御回路１４は、リレー制御回路１２からリレー制御電圧を受けて、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間の導通を制御するための半導体制御信号を生成し、半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄ間に供給する。
【００３５】
具体的には、半導体制御回路１４は、光照射装置１の主電源オン時には、半導体制御信号の供給を停止することによって半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間を非導通とし、光照射装置１の主電源オフ時には、半導体制御信号の供給を開始することによって、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点が閉じる前に半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂを導通すると共に、リレースイッチ１１におけるチャタリング発生期間、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂの導通を保持する。
【００３６】
本実施形態では、半導体制御回路１４は、ダイオード２１，２２と、抵抗素子２３，２４と、制御用コンデンサ２５とを有している。
【００３７】
ダイオード２１のアノードはリレー制御回路１２のプラス出力端子に接続されており、カソードとリレー制御回路１２のマイナス出力端子との間には抵抗素子２３が接続されている。また、ダイオード２１のカソードは抵抗素子２４を介して制御用コンデンサ２５の一方の端子に接続されており、制御用コンデンサ２５の他方の端子は、半導体スイッチ１３のマイナス制御端子１３ｄに接続されている。また、制御用コンデンサ２５の他方の端子にはダイオード２２のアノードが接続されており、ダイオード２２のカソードはリレー制御回路１２のマイナス出力端子及び半導体スイッチ１３のプラス制御端子１３ｃに接続されている。
【００３８】
このようにして、リレー制御回路１２からリレー制御電圧が供給されると、ダイオード２１と、抵抗素子２４と、制御用コンデンサ２５と、ダイオード２２とで形成される充電経路Ｃによって制御用コンデンサ２５が充電される。一方、リレー制御回路１２からリレー制御電圧の供給が停止されると、制御用コンデンサ２５と、抵抗素子２４と、抵抗素子２３と、半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄとで形成される放電経路Ｄによって制御用コンデンサ２５が放電される。
【００３９】
すなわち、半導体制御回路１４は、光照射装置１の電源オフ時に、制御用コンデンサ２５の放電電流を半導体制御信号として半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄに供給する。
【００４０】
ここで、放電経路Ｄの放電時定数は、制御用コンデンサ２５と抵抗素子２４，２３とによって決定され、この放電時定数は、リレースイッチ１１におけるチャタリング発生期間より大きく設定されている。一方、充電経路Ｃの充電時定数は、制御用コンデンサ２５と抵抗素子２４とによって決定され、放電経路Ｄの放電時定数より小さくなっている。
【００４１】
なお、ダイオード２１は、制御用コンデンサ２５の放電電流がリレー制御回路１２へ回り込むことを防止するために設けられており、ダイオード２２は、半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄ間に過大な逆電圧が加わることを防止するために設けられている。
【００４２】
ブレーカ１５は、本実施形態ではリレースイッチである。ブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂは、光照射装置１の電源供給経路Ａに直列に接続されている。ブレーカ１５は、一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄに電流が流れていないときに一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点を閉じ、一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄに電源用コンデンサ３の放電電流が流れているときに一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点を開く。すなわち、ブレーカ１５は、電源用コンデンサ３の放電が開始されてから電源用コンデンサ３が放電し切るまで、光照射装置１の電源供給経路Ａを切断し続ける。
【００４３】
次に、本実施形態の光照射装置１及び本実施形態のコンデンサ放電回路１０の動作を説明する。
【００４４】
図２は、図１に示すコンデンサ放電回路の各部信号波形を示すタイミングチャートである。図２（ａ）には、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点の開閉状態が示されており、ハイレベルが閉状態を示し、ローレベルが開状態を示している。図２（ｂ）には、制御用コンデンサ２５の充放電電流Ｉ２５（極性は図１の矢印に対応）が示されており、図２（ｃ）には、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間の電流Ｉ１３（極性は図１の矢印に対応）が示されており、図２（ｄ）には、電源用コンデンサ３の充放電電流Ｉ３（極性は図１の矢印に対応）が示されている。図２（ｅ）には、ブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点の開閉状態が示されており、ハイレベルが閉状態を示し、ローレベルが開状態を示している。
（光照射装置１の主電源オン時）
【００４５】
まず、電源用コンデンサ３が放電し切られている状態、すなわちブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点が閉じられている状態において、主電源がオン状態とされ、商用電力が光照射装置１の主要部２に供給されると、主要部２によって、電源用コンデンサ３が充電されると共にコンデンサ放電回路１０に直流電力が供給される。
【００４６】
すると、リレー制御回路１２によってリレー制御電圧が生成され、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点では開状態が保持される。また、半導体制御回路１４によって半導体制御信号が生成されず、すなわち放電経路Ｄ及び半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄ間に制御用コンデンサ２５の放電電流が流れず、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間では非導通状態が保持される。なお、半導体制御回路１４では、充電経路Ｃに充電電流が流れ、制御用コンデンサ２５が充電される。
【００４７】
ここで、主要部２における光照射スイッチの押下操作が行われると、電源用コンデンサ３に一時保存された電力が主要部２におけるキセノンフラッシュランプに供給され、パルス光が出力される。パルス光の出力が終了すると、再び電源用コンデンサ３が充電され、次の光照射スイッチの押下操作、すなわちパルス光出力に備える。
（光照射装置１の主電源オフ時）
【００４８】
図２における時点ｔ１において、主電源がオフ状態とされると、主要部２の動作が停止し、電源用コンデンサ３の充電が停止されると共に、コンデンサ放電回路１０への直流電力の供給が停止される。
【００４９】
すると、リレー制御回路１２によるリレー制御電圧の生成が停止され、半導体制御回路１４によって半導体制御信号が生成される。すなわち、放電経路Ｄ及び半導体スイッチ１３の一対の制御端子１３ｃ，１３ｄ間に制御用コンデンサ２５の放電電流Ｉ２５が流れる（図２（ｂ））。その結果、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間が導通し、抵抗素子１６及びブレーカ１５の一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄ間のコイルを介して、電源用コンデンサ３が放電される（図２（ｄ））。
【００５０】
時点ｔ１から時間Δｔ１後、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点が閉じ、チャタリングが発生する（図２（ａ））。しかしながら、少なくともチャタリング発生期間Δｔ２を含む時間Δｔ３、制御用コンデンサ２５の放電電流Ｉ２５が流れているので（図２（ｂ））、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間の導通が保持され（図２（ｃ））、リレースイッチ１１の接点に流れる電流が減少される。
【００５１】
ここで、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間のインピーダンスは、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間のインピーダンスに比べて大きいが、電源用コンデンサ３の放電電流が半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間に流れる期間はリレースイッチ１１の接点がチャタリングによって開いているときの短期間であり、リレースイッチ１１の接点が閉じているときには、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間には電源用コンデンサ３の放電電流の１／１０程度しかながれないので、半導体スイッチ１３による損失は非常に小さい。
【００５２】
その後、時刻ｔ２において、制御用コンデンサ２５の放電電流Ｉ２５が半導体スイッチの閾値に達すると（図２（ｂ））、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間が非導通となる。しかしながら、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間の接点では閉状態が保持されるので、電源用コンデンサ３の放電が継続され、放電し切ることができる（図（ｄ））。
【００５３】
ところで、時刻ｔ１〜ｔ３では、電源用コンデンサ３の放電電流Ｉ３がブレーカ１５の一対のコイル端子１５ｃ，１５ｄ間に流れ、ブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点の開状態が保持される。すなわち、電源用コンデンサ３が放電し切るまで、電源供給経路Ａが切断され続ける。なお、電源用コンデンサ３の放電電流Ｉ３がリレースイッチの閾値に達する時点ｔ３において、ブレーカ１５の一対の接点端子１５ａ，１５ｂ間の接点が閉じられ、電源の再投入が可能となる。
【００５４】
その後、時点ｔ４において、光照射装置１の主電源が再びオン状態とされると、主要部２によって、電源用コンデンサ３が再充電されると共に、リレー制御回路１２によってリレー制御電圧が生成される。すると、制御用コンデンサ２５が充電され、半導体スイッチ１３の一対の電流端子１３ａ，１３ｂ間では非導通が保持される。一方、リレースイッチ１１の一対の接点端子１１ａ，１１ｂ間では接点が遅れて閉じられる。
【００５５】
このように、本実施形態のコンデンサ放電回路１０では、電源オフ時であっても接点を閉じ続けることができる反面、接点開閉時にチャタリングが発生してしまうリレースイッチ１１と、チャタリングが発生せず、導通−非導通切替速度が比較的速い反面、電源オフ時に導通を保持することが困難である半導体スイッチ１３とを並列に接続することによって、互いの短所を互いの長所で補い合うようにしている。
【００５６】
本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、光照射装置１の電源オフ時に、半導体スイッチ１３がリレースイッチ１１より先に導通し、リレースイッチ１１におけるチャタリング発生期間、導通を保持するので、リレースイッチ１１の接点圧力が確定するまでリレースイッチ１１の接点に流れる電流が減少する。その結果、リレースイッチ１１におけるチャタリングに起因する接点溶着を防止することができる。
【００５７】
また、本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、リレースイッチ１１は、接点圧力が確定して半導体スイッチ１３が非導通となった後も、接点を閉じ続けることができるので、電源用コンデンサ３の電力量を安全な値まで、好ましくはゼロまで放電し切ることができる。したがって、高価な回路素子を用いることなく、比較的簡易な回路構成で、光照射装置１の電源オフ時に電源用コンデンサ３を放電し切ることができ、その結果、光照射装置１の安全性を高めることが可能である。
【００５８】
また、本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、電源用コンデンサ３の電力が放電し切るまで、光照射装置１の電源供給経路Ａが切断されるので、電源が再投入されても、接点溶着が発生し得るまで電源用コンデンサ３の電力量が大きくなる前に、リレースイッチ１１の開状態への切替を終了させることができる。その結果、電源再投入時のリレースイッチ１１におけるチャタリングに起因する接点溶着を防止することができる。
【００５９】
また、本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、突然停電になった場合でも、電源オフ時と同一の動作をおこなうことができるので、光照射装置１の安全性を高めることが可能である。
【００６０】
更には、本実施形態のコンデンサ放電回路１０によれば、光照射装置１の電源オフ時に、リレースイッチ１１によって電源用コンデンサ３を完全に放電し切ることができるので、誤って電源用コンデンサ３の端子をショートさせても大きな電流が流れることがなく、光照射装置１の安全性を高めることが可能である。
【００６１】
半導体スイッチだけでは、光照射装置１の電源オフ時に、導通状態を保持することができないので、電源用コンデンサ３に電力が残留してしまい、電源用コンデンサ３がショートしてしまうと、大電流が流れてしまい危険である。半導体スイッチの制御信号として電源用コンデンサ３の電力を用いることが考えられるが、半導体スイッチの閾値程度の電力が電源用コンデンサ３に残留してしまう。
【００６２】
半導体スイッチに代えてサイリスタを用いればアノード保持電流閾値まで導通状態を保持することができるが、イレギュラーな原因によってアノード電流が微小に残っている状態で電源用コンデンサ３が再充電されると、サイリスタが導通したままであるので、大電流が流れてしまい危険である。また、サイリスタでも、やはりアノード保持電流閾値に起因して電源用コンデンサ３に電力が残留してしまう。
【００６３】
更に、電源用コンデンサ３の残留電荷を検出しようとした場合、小さな電圧を放電用大電流制御するための回路及び回路電源を確保するために、複雑な回路構成になってしまう。
【００６４】
ところで、一般に、機械的なリレースイッチでは、その接点材料や形状、接点圧力、接点ギャップによって最大使用電圧及び最大使用電流が決定される。リレースイッチに交流電力が入力される場合、電流及び電圧がゼロになる期間が存在するので、スパークの発生が断続的であり、接点破壊の度合いが小さい。一方、リレースイッチに直流電力が入力される場合、スパークが連続して発生するので、最大使用電圧及び最大使用電流を大きく超えてしまい、接点が大きく破壊する恐れがある。しかしながら、本実施形態では、リレースイッチに直流電力が入力されても、接点破損を防止することができる。
【００６５】
また、使用するリレースイッチ１１の仕様では、最大使用電流を注意すればよく、最大使用電圧はそれほど注意する必要がないので、リレースイッチ１１の選択が広げられる。一方、半導体スイッチ１３はリレースイッチ１１を補足するものであり、半導体スイッチ１３に電流が流れる時間は長くても数ｍｓと短いので、半導体スイッチ１３としては仕様的に最大損失の大きなものでなくてもよく、半導体スイッチ１３の選択が広げられる。
【００６６】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、半導体スイッチ１３としてフォトカップラーを例示したが、半導体スイッチ１３にはパワートランジスタなどが適用されてもよい。なお、半導体スイッチ１３にパワーＦＥＴが用いられる場合には、半導体制御回路１４は、光照射装置１の電源オフ時に、半導体スイッチ１３に半導体制御信号としてパワーＦＥＴをオンさせるために必要な電圧を供給すればよい。
【００６７】
また、本実施形態では、ブレーカ１５としてリレースイッチを例示したが、ブレーカ１５にはマイコンが用いられ、電源供給が制御されてもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、コンデンサ放電回路１０を備える光照射装置１として美容機器を例示したが、本実施形態のコンデンサ放電回路１０は、医療機器など、発光のために要する電力を一時保存するための電源用コンデンサを備える光照射装置全てに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係るコンデンサ放電回路を備える本実施形態の光照射装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコンデンサ放電回路の各部信号波形を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１…光照射装置、２…主要部、３…電源用コンデンサ、１０…コンデンサ放電回路、１１…リレースイッチ、１１ａ，１１ｂ…一対の接点端子、１１ｃ，１１ｄ…一対のコイル端子、１２…リレー制御回路、１３…半導体スイッチ、１３ａ，１３ｂ…一対の電流端子、１３ｃ，１３ｄ…一対の制御端子、１４…半導体制御回路、１５…ブレーカ、１５ａ，１５ｂ…一対の接点端子、１５ｃ，１５ｄ…一対のコイル端子、１６…抵抗素子、１７…ダイオード、２１，２２…ダイオード、２３，２４…抵抗素子、２５…制御用コンデンサ、Ａ…電源供給経路、Ｃ…充電経路、Ｄ…放電経路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光のために要する電力を一時保存するための電源用コンデンサを備える光照射装置の安全性を高める安全向上用コンデンサ放電回路において、
前記電源用コンデンサの一対の端子にそれぞれ接続された一対の接点端子を有するリレースイッチと、
前記電源用コンデンサの一対の端子にそれぞれ接続された一対の電流端子を有する半導体スイッチと、
前記リレースイッチの前記一対の接点端子間の接点の開閉を制御するためのリレー制御電圧を前記リレースイッチの一対のコイル端子間に供給するリレー制御回路と、
前記半導体スイッチの前記一対の電流端子間の導通を制御するための半導体制御信号を前記半導体スイッチの一対の制御端子間に供給する半導体制御回路と、
を備え、
前記リレー制御回路は、前記光照射装置の電源オフ時に、前記リレー制御電圧の供給を停止することによって前記一対の接点端子間の接点を閉じさせ、
前記半導体制御回路は、前記光照射装置の電源オフ時に、前記半導体制御信号の供給を開始することによって、前記リレースイッチの前記一対の接点端子間の接点が閉じられる前に前記一対の電流端子を導通させると共に、前記リレースイッチにおけるチャタリング発生期間、前記一対の電流端子の導通を保持させる、
安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項２】
前記半導体制御回路は、
前記リレー制御回路からの前記リレー制御電圧によって充電される制御用コンデンサと、
前記半導体スイッチの前記一対の制御端子を含み、前記光照射装置の電源オフ時に、前記制御用コンデンサを放電することによって放電電流を前記半導体制御信号として前記一対の制御端子に供給する放電経路と、
を有し、
前記放電経路における放電時定数は、前記リレースイッチにおけるチャタリング発生期間より大きい、
請求項１に記載の安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項３】
前記制御用コンデンサの充電時定数は、前記放電時定数より小さい、
請求項２に記載の安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項４】
前記電源用コンデンサの放電が開始されてから前記電源用コンデンサの電力量が所定値に達するまで、前記光照射装置の電源供給経路を切断するブレーカを更に備える、
請求項１〜３の何れか１項に記載の安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項５】
前記ブレーカは、前記電源用コンデンサの放電電流が流れる一対のコイル端子と前記光照射装置の電源供給経路に直列に接続された一対の接点端子とを有し、該放電電流に基づいて該一対の接点端子の導通を切断するリレースイッチを含む、
請求項４に記載の安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項１】
発光のために要する電力を一時保存するための電源用コンデンサを備える光照射装置の安全性を高める安全向上用コンデンサ放電回路において、
前記電源用コンデンサの一対の端子にそれぞれ接続された一対の接点端子を有するリレースイッチと、
前記電源用コンデンサの一対の端子にそれぞれ接続された一対の電流端子を有する半導体スイッチと、
前記リレースイッチの前記一対の接点端子間の接点の開閉を制御するためのリレー制御電圧を前記リレースイッチの一対のコイル端子間に供給するリレー制御回路と、
前記半導体スイッチの前記一対の電流端子間の導通を制御するための半導体制御信号を前記半導体スイッチの一対の制御端子間に供給する半導体制御回路と、
を備え、
前記リレー制御回路は、前記光照射装置の電源オフ時に、前記リレー制御電圧の供給を停止することによって前記一対の接点端子間の接点を閉じさせ、
前記半導体制御回路は、前記光照射装置の電源オフ時に、前記半導体制御信号の供給を開始することによって、前記リレースイッチの前記一対の接点端子間の接点が閉じられる前に前記一対の電流端子を導通させると共に、前記リレースイッチにおけるチャタリング発生期間、前記一対の電流端子の導通を保持させる、
安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項２】
前記半導体制御回路は、
前記リレー制御回路からの前記リレー制御電圧によって充電される制御用コンデンサと、
前記半導体スイッチの前記一対の制御端子を含み、前記光照射装置の電源オフ時に、前記制御用コンデンサを放電することによって放電電流を前記半導体制御信号として前記一対の制御端子に供給する放電経路と、
を有し、
前記放電経路における放電時定数は、前記リレースイッチにおけるチャタリング発生期間より大きい、
請求項１に記載の安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項３】
前記制御用コンデンサの充電時定数は、前記放電時定数より小さい、
請求項２に記載の安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項４】
前記電源用コンデンサの放電が開始されてから前記電源用コンデンサの電力量が所定値に達するまで、前記光照射装置の電源供給経路を切断するブレーカを更に備える、
請求項１〜３の何れか１項に記載の安全向上用コンデンサ放電回路。
【請求項５】
前記ブレーカは、前記電源用コンデンサの放電電流が流れる一対のコイル端子と前記光照射装置の電源供給経路に直列に接続された一対の接点端子とを有し、該放電電流に基づいて該一対の接点端子の導通を切断するリレースイッチを含む、
請求項４に記載の安全向上用コンデンサ放電回路。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１９４２２４（Ｐ２００８−１９４２２４Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２３８６（Ｐ２００７−３２３８６）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【出願人】（５００２９０８８０）株式会社スカンジナビア (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【出願人】（５００２９０８８０）株式会社スカンジナビア (1)
【Ｆターム（参考）】
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