無電極放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具
【課題】暗所や低温時等の始動困難な状況で良好な始動性を確保するとともに、回路を構成する部品へのストレスを低減し且つ点灯までに要する時間を短縮することのできる無電極放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】無電極放電灯４が始動しない程度の大きさの高周波電圧を誘導コイル３に印加する始動準備期間Ｔ１、及び無電極放電灯４が始動可能な大きさの高周波電圧を誘導コイル３に印加する始動期間Ｔ２を経て無電極放電灯４を始動させる始動回路５と、高周波電源回路２から誘導コイル３への電力供給の異常を検出すると直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させる保護期間Ｔ３に移行させ、始動準備期間Ｔ１、始動期間Ｔ２、保護期間Ｔ３を順番に繰り返させる保護回路９とを備え、始動回路５は、商用電源ＡＣ投入後の始動準備期間Ｔ１がそれ以外の始動準備期間Ｔ１よりも短くなるように駆動回路２０を制御する。
【解決手段】無電極放電灯４が始動しない程度の大きさの高周波電圧を誘導コイル３に印加する始動準備期間Ｔ１、及び無電極放電灯４が始動可能な大きさの高周波電圧を誘導コイル３に印加する始動期間Ｔ２を経て無電極放電灯４を始動させる始動回路５と、高周波電源回路２から誘導コイル３への電力供給の異常を検出すると直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させる保護期間Ｔ３に移行させ、始動準備期間Ｔ１、始動期間Ｔ２、保護期間Ｔ３を順番に繰り返させる保護回路９とを備え、始動回路５は、商用電源ＡＣ投入後の始動準備期間Ｔ１がそれ以外の始動準備期間Ｔ１よりも短くなるように駆動回路２０を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電極放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、透明な球状のガラスバルブ又は内壁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、金属蒸気などの放電ガス（例えば、水銀蒸気及び希ガス）が封入された無電極放電灯の近傍に誘導コイルを配置し、この誘導コイルに数十ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイルに高周波電磁界を発生させて無電極放電灯に高周波電力を供給し、無電極放電灯のガラスバルブ内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線若しくは可視光を発生させる無電極放電灯点灯装置が知られている。このような無電極放電灯点灯装置として、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。
【０００３】
この無電極放電灯点灯装置は、交流電源から供給される交流出力から所定の直流出力を作成する直流電源回路と、直流電源回路の直流出力を高周波出力に変換して無電極放電灯の近傍に配置された誘導コイルに供給する高周波電源回路とを備え、始動時における始動電圧を検出回路が検出し、制御回路によってフィードバックを行うことで所望の始動電圧が誘導コイルに印加されるように制御するもので、高周波電源回路の駆動回路は、始動回路が出力する第１の制御出力と、制御回路が出力する第２の制御出力とを加算した制御出力に応じて動作周波数を変化させる。これにより、始動回路によって無電極放電灯を安定して始動・点灯させることができるとともに、点灯後においては制御回路によってフィードバック制御が行われることで誘導コイルに印加される高周波電力が過度に増加又は減少するのを防ぐことができる。
【０００４】
ところで、無電極放電灯は内部に電極を有しないので、無電極放電灯の始動時には蛍光灯等よりも高い始動電圧を誘導コイルに印加する必要がある。このため、無電極放電灯の始動時における共振の鋭さを鋭くして（即ち、共振回路のＱ値を高く設定する）高い始動電圧を低損失で印加することのできる無電極放電灯点灯装置を設計する必要がある。ここで共振が鋭いとは、微小な周波数や回路を構成する素子のパラメータ等の変動に対して始動電圧が大きく変動する状態にあることを意味する。
【０００５】
また、始動時における無電極放電灯がインダクタ負荷であり、蛍光灯等の電極を有する他の放電灯に比較して、特に点灯していない状態（始動時や無負荷時等）に大きな電力を必要とするという問題がある。例えば、直流電源回路の出力を受けて高周波出力を出力する高周波電源回路の無負荷時における消費電力は通常点灯時の消費電力の２倍以上に達することもある。しかしながら、無電極放電灯点灯装置における直流電源回路は、装置のサイズやコストを考慮して通常点灯時の負荷状態を基準にして設計されるのが一般的である。したがって、始動時、特に暗所での点灯時や無負荷時では、重負荷のために直流電源回路の電圧レギュレーションが十分でなく直流電源回路の出力電圧が低下してしまう。その結果、十分な始動電圧を確保することができずに無電極放電灯が点灯しない等の不具合が発生する虞がある。
【０００６】
上記の不具合を解決するために、始動時に誘導コイルに高周波電圧を急峻に印加させるのではなく、始動前に所定出力の高周波電圧を予備出力として一定期間（以下、この期間を「始動準備期間」と呼ぶ）誘導コイルに印加させる構成が特許文献２に開示されている。この構成は、高周波電源回路に適度な負荷を与えることで始動時の急峻な負荷変動を抑え、始動時において誘導コイルに印加される高周波電圧のオーバーシュートを防止する効果を得るものであるが、同時に直流電源回路の制御も負荷変動についていき易いことから、直流電源回路の出力電圧の低下を抑えて高周波電源回路に安定して直流電圧を供給する効果も得ることができる。
【特許文献１】特開２００５−１５８４６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記後者の従来例では、始動準備期間において高い高周波電圧を誘導コイルに印加するために、回路を構成する部品に多大なストレスを与える虞があった。例えば図９に示すように、始動準備期間、誘導コイルに無電極放電灯が始動可能な大きさの高周波電圧を印加する始動期間、始動期間において無電極放電灯が点灯しない場合に直流電源回路及び高周波電源回路の動作を停止する保護期間を繰り返すことで無電極放電灯を点灯させる場合、暗所や低温時などの始動困難な状況では始動準備期間を必要とするが、停電後の再点灯時などの比較的始動させ易い状況では交流電源投入後の最初の始動準備期間を必要としない。このため、始動準備期間を設けることで回路を構成する部品に多大なストレスを与えてしまう。また、余分な始動準備期間を設けることで点灯までに要する時間が増大してしまうという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、暗所や低温時等の始動困難な状況で良好な始動性を確保するとともに、回路を構成する部品へのストレスを低減し且つ点灯までに要する時間を短縮することのできる無電極放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具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】
【０００９】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して出力する直流電源回路と、高周波でスイッチングされる１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源回路の出力電圧を高周波電圧に変換して無電極放電灯に近接配置された誘導コイルに供給する高周波電源回路と、スイッチング素子をスイッチングさせる駆動信号を出力する駆動回路と、駆動回路を制御して駆動信号の周波数を変化させることにより誘導コイルへの印加電圧を漸増させ、無電極放電灯が始動せず且つ高周波電界放電を発生させる大きさの高周波電圧を誘導コイルに印加する始動準備期間、及び無電極放電灯が始動可能で且つ高周波電磁界放電を発生させる大きさの高周波電圧を誘導コイルに印加する始動期間を経て無電極放電灯を始動させる始動回路と、高周波電源回路から誘導コイルへの電力供給の異常を検出すると直流電源回路及び高周波電源回路の動作を停止させる保護期間に移行させ、少なくとも始動準備期間、始動期間、保護期間を順番に繰り返させる保護回路とを備え、始動回路は、交流電源投入後の最初の始動準備期間が最初の始動準備期間を除いた他の始動準備期間よりも短くなるように駆動回路を制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、少なくとも無電極放電灯を保持する器具本体と、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する請求項１記載の無電極放電灯点灯装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、停電後の復帰時など比較的点灯させ易い状況において必要の無い始動準備期間を短縮できるので、回路を構成する部品へのストレスを低減するとともに点灯までに要する時間を短縮することができる。また、暗所や低温時などの点灯が困難な状況においても、交流電源投入後の始動準備期間のみを短くしているので、良好な始動性を確保することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果を奏する照明器具を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施形態１）
以下、本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、交流電源である商用電源ＡＣの交流出力から所望の直流出力を作成する直流電源回路１と、直流電源回路１の直流出力を高周波出力に変換して無電極放電灯４の近傍に配置された誘導コイル３に供給する高周波電源回路２と、無電極放電灯４の始動時に高周波電源回路２の出力電圧（誘導コイル３への印加電圧）である高周波電圧Ｖｘを漸増させて無電極放電灯４を始動する始動回路５と、高周波電圧Ｖｘを検出する電圧検出回路７と、後述する共振回路２１に流れる共振電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路の検出電流を参照して高周波電圧Ｖｘが所望のレベルとなるように後述する駆動回路２０を制御して駆動信号ＶＤＨ，ＶＤＬの周波数（動作周波数）ｆｉｎｖを変化させる制御回路６とを備える。
【００１４】
直流電源回路１は、商用電源ＡＣの交流出力を整流する整流回路１０と、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、平滑コンデンサＣ１並びにスイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路１１を具備した従来周知の昇圧チョッパ回路から成り、直流電圧Ｖｄｃを出力する。
【００１５】
高周波電源回路２は、直流電源回路１の出力端間に直列接続された一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を具備し、ローサイドのスイッチング素子Ｑ３にインダクタＬｓ、コンデンサＣｐ，Ｃｓから成る共振回路２１が接続された所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路で構成され、電界効果トランジスタからなる一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を、駆動回路２０から出力される矩形波パルスの駆動信号ＶＤＨ，ＶＤＬにより交互にスイッチングすることで共振回路２１を介して誘導コイル３に高周波出力を供給する。尚、スイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動信号ＶＤＨとスイッチング素子Ｑ３を駆動する駆動信号ＶＤＬは略１８０度の位相差を有している。
【００１６】
尚、直流電源回路１及び高周波電源回路２の各駆動回路１１，２０と回路のグランドとの間には、それぞれコンデンサＣｃｐ，Ｃｉｎｖが挿入されており、これらコンデンサＣｃｐ，Ｃｉｎｖによって商用電源ＡＣからの電源供給が開始されてから各駆動回路１１，２０が開始するまでの時間を設定している。
【００１７】
共振回路２１の出力端には導電性を有する線材を複数ターン巻回して成る誘導コイル３が接続され、当該誘導コイル３に無電極放電灯４が近接配置される。無電極放電灯４は、図６（ａ）に示すように、不活性ガス・金属蒸気等の放電ガス（例えば、水銀及び希ガス）が封入された透明な略球状のバルブ４０と、バルブ４０に封止されてバルブ４０の内方に突出した略円筒状のキャビティ４１とから成り、キャビティ４１には、バルブ４０を保持するとともにバルブ４０に対する誘導コイル３の位置決めをするカプラ８が挿入される。
【００１８】
カプラ８は、図６（ｂ）に示すように、誘導コイル３を保持するボビン８０と、ボビン８０内部に収納された略筒状のコア８１とを備えている。コア８１は、例えば高周波磁気特性の良好な、Ｍｎ−Ｚｎのフェライトから成り、アルミ等の金属材料で形成された放熱体（図示せず）によって保持される。コア８１の発熱は、放熱体を介して台座部８２に捨てられる。尚、同図に示すように、本実施形態及び後述の実施形態２は何れもケース８３に収納され、誘導コイル３と出力線８４を介して電気的に接続されることで高周波出力を誘導コイル３に供給するようになっている。
【００１９】
電圧検出回路７は、整流用のダイオード、分圧用の抵抗、平滑用のコンデンサ等から成り、高周波電圧Ｖｘに応じた直流電圧である検出電圧Ｖｘｓを始動回路５に出力する。電流検出回路は、高周波電源回路２を構成するローサイドのスイッチング素子Ｑ３と回路のグランドとの間に接続された検出抵抗Ｒｄから成り、スイッチング素子Ｑ３に流れる高周波電流（共振回路２１に流れる共振電流）に応じた検出電圧ＶＲｄを制御回路６に出力している。
【００２０】
始動回路５は、直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃを降圧・安定化して得られる動作電圧Ｖｄにより感温抵抗Ｒ１を介して充電されるコンデンサＣ２と、オペアンプＯＰ１に入力抵抗及び帰還抵抗を接続して成り、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃと電圧検出回路７の検出電圧Ｖｘｓの差分を増幅する誤差増幅器と、コンデンサＣ２と並列に接続された分圧抵抗Ｒ２と、コンデンサＣ２と並列に接続された抵抗Ｒ３及び放電用のスイッチＳＷの直列回路とを具備し、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ２から成る充電回路の時定数に応じて出力電圧Ｖｆが徐々に上昇するものである。そして、始動回路５の出力電圧Ｖｆは駆動回路２０に入力されている。尚、本実施形態では、スイッチＳＷのオン／オフの切替は例えばマイコン等から成るスイッチ制御回路（図示せず）により制御され、装置が起動してから所定時間毎にオン／オフを切り替えるように予め設定されている。
【００２１】
制御回路６は、オペアンプＯＰ２に入力抵抗等を接続して成り、基準電圧Ｖｒｅｆと電流検出回路の検出電圧ＶＲｄの差分を増幅する誤差増幅器（差動増幅器）と、抵抗を介してオペアンプＯＰ２の出力端子にカソードが接続されたダイオードＤ３とを具備する。オペアンプＯＰ２は、基準電圧Ｖｒｅｆが非反転入力端子に入力されるとともに、反転入力端子と出力端子の間に抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３の並列回路から成る遅延回路が接続されている。また、始動回路５の誤差増幅器を構成するオペアンプＯＰ１の出力端子にも抵抗を介してダイオードＤ２のカソードが接続されており、これら２つのダイオードＤ２，Ｄ３のアノードが駆動回路２０の入力端子に並列接続されている。ここで、駆動回路２０の入力端子には定電圧（入力端子電圧）が印加されており、始動回路５の誤差増幅器の出力電圧（オペアンプＯＰ１の出力電圧Ｖｆ）が駆動回路２０の入力端子電圧よりも小さいときにダイオードＤ２が導通してその電位差に応じた第１の制御電流Ｉｓｗが流れるとともに、制御回路６の誤差増幅器の出力電圧（オペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎ）が駆動回路２０の入力端子電圧よりも小さいときにダイオードＤ３が導通してその電位差に応じた第２の制御電流Ｉｆｂが流れる。故に、駆動回路２０の入力端子から流れ出る制御電流Ｉｏの大きさは第１及び第２の制御電流Ｉｓｗ，Ｉｆｂの和となる。
【００２２】
一方、駆動回路２０は発振器を具備しており、入力端子から始動回路５並びに制御回路６の出力端子へ流れる制御電流Ｉｏに応じて発振器の発振周波数を変化させ、制御電流Ｉｏに比例して駆動信号ＶＤＨ，ＶＤＬの周波数（動作周波数）ｆｉｎｖを増減している。したがって、始動回路５並びに制御回路６の誤差増幅器の出力電圧Ｖｆ，Ｖｎが大きくなるほど駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖは減少することになる。
【００２３】
保護回路９は、非反転入力端子に電圧検出回路７の検出電圧Ｖｘｓが入力されるとともに、反転入力端子に基準電圧Ｖｂが入力されるオペアンプＯＰ３と、オペアンプＯＰ３の出力端子に接続される抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ４から成る遅延回路と、コンデンサＣ４の両端電圧が入力されて当該電圧に応じて直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させる停止回路９０とから構成される。基準電圧Ｖｂは、始動期間Ｔ２における高周波電圧Ｖｘに応じて設定され、始動期間Ｔ２に移行するとオペアンプＯＰ３の出力電圧がハイレベルとなるように設定されている。停止回路９０は、入力されるコンデンサＣ４の両端電圧が所定電圧を超えると直流電源回路１の駆動回路１１、及び高周波電源回路２の駆動回路２０に制御信号を与えて各回路の動作を一定期間停止させる。
【００２４】
ところで、無電極放電灯４の始動は、一般の有電極放電灯と違いバルブ４０と誘導コイル３とを一体として考慮する必要があり、以下の２つのモードの放電がある。その放電の順序として、誘導コイル３に高周波電圧Ｖｘが印加されると、誘導コイル３と無電極放電灯４のランプ管壁を介してバルブ４０内のガスが励起し、高周波電界放電（以下、「Ｅ放電」と呼ぶ）が発生して放電の種火が作られ、グロー放電状態となる。その後、更に誘導コイル３に高い高周波電圧Ｖｘが印加されると高周波電磁界放電（以下、「Ｈ放電」と呼ぶ）が発生し、無電極放電灯４が点灯して安定なアーク放電状態となる。
【００２５】
先ず、Ｅ放電について説明する。Ｅ放電とは、無電極放電灯４のランプ管壁の静電容量を介して放電電流が流れるものであり、誘導コイル３に高周波電圧Ｖｘを印加していくと、誘導コイル３と無電極放電灯４のランプ管壁の静電容量を介してバルブ４０内のガスが励起されて発光する。この放電は微放電（グロー放電状態）となり、誘導コイル３に印加する高周波電圧Ｖｘを高くしていくと主放電に移行する。
【００２６】
次に、Ｈ放電について説明する。Ｈ放電とは、誘導コイル３の電磁誘導で誘導電流を流すものであり、誘導コイル３を複数ターンの１次巻線とし、バルブ４０内に発生するプラズマリングを１ターンの２次巻線とするトランスとして理解できる。ここで、Ｈ放電は無電極放電灯４の発光に寄与する主放電（アーク放電状態）である。
【００２７】
本実施形態では、後述するように始動準備期間Ｔ１において誘導コイル３にＥ放電が発生し且つＨ放電が発生しない程度の大きさの高周波電圧Ｖｘを印加することでＥ放電を発生させ、始動期間Ｔ２において誘導コイル３にＨ放電が発生する程度の大きさの高周波電圧Ｖｘを印加することでＨ放電を発生させて無電極放電灯４を点灯させている。このため、始動準備期間Ｔ１において暗所や低温等周囲の状況によって多少ばらつきがあってもＥ放電を発生させることができる。また、Ｅ放電を発生させた後に始動期間Ｔ２に移行することから、直ぐにＨ放電を発生させることができて高電圧を誘導コイル３に印加する始動期間Ｔ２を短縮することができる。而して、始動準備期間Ｔ１を設けずに無電極放電灯４を始動させる場合と比較して無電極放電灯４の始動性を高めることができるとともに、回路を構成する部品へのストレスを低減することができる。
【００２８】
以下、本実施形態の動作について図２，図３を用いて説明する。図２は、横軸を駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖ、縦軸を高周波電圧Ｖｘとする高周波電源回路２の出力特性を示し、曲線イが無電極放電灯４が消灯している状態（無負荷時）、曲線ロが無電極放電灯４が点灯した状態（点灯時）の特性を表している。また、図３は、横軸を時間ｔ、縦軸をそれぞれ上から駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖ、高周波電圧Ｖｘ、直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃとしたタイムチャートを示している。
【００２９】
先ず、商用電源ＡＣから直流電源回路１への電源供給が開始されると、時刻ｔ１で直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが立ち上がり始めるとともに始動回路５が動作を開始する。ここで、スイッチＳＷはオンとなっており、始動回路５の出力電圧Ｖｆが動作電圧Ｖｄを抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で分圧した電圧値となる。この時の駆動回路２０から出力される駆動信号ＶＤＨ，ＶＤＬの周波数（高周波電源回路２の動作周波数）ｆｉｎｖは初期値（始動開始周波数）ｆ１で（図３参照）、始動開始周波数ｆ１は、図２に示すように無負荷時の共振周波数ｆ０よりも十分に高い周波数に設定されており、動作周波数ｆｉｎｖ＝ｆ１のときの高周波電圧Ｖｘは直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが所定電圧に達する時刻ｔ２まで漸増する（図３参照）。このスイッチＳＷがオンの期間は時刻ｔ２を経て時刻ｔ３まで続き、高周波電圧ＶｘがＥ放電を発生させる電圧となる時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間が始動準備期間Ｔ１となる。
【００３０】
次に、時刻ｔ３になるとスイッチＳＷがオフに切り替わり、出力電圧Ｖｆが動作電圧Ｖｄを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧値となる。この時の出力電圧Ｖｆは始動準備期間Ｔ１における出力電圧Ｖｆよりも大きくなるため、動作周波数ｆｉｎｖは、図２に示すように出力電圧Ｖｆの上昇に伴って始動開始周波数ｆ１よりも小さいｆ２となり、高周波電圧Ｖｘは始動準備期間Ｔ１における出力電圧Ｖｘよりも大きく且つＨ放電を発生させる電圧となる（図３参照）。このスイッチＳＷがオフの期間は時刻ｔ４まで続き、この期間が始動期間Ｔ２となる。この期間において高周波電圧Ｖｘが始動電圧に達して無電極放電灯４が点灯し、特性が曲線イから曲線ロへ変化することで出力電圧Ｖｘが下降し、点灯期間に移行する。尚、この始動期間Ｔ２で無電極放電灯４が点灯しない場合には、時刻ｔ４で保護回路９によって後述する保護期間Ｔ３に移行する。
【００３１】
一方、制御回路６では、時刻ｔ１の時点では高周波電源回路２の出力電流（共振電流）は略ゼロであるからその検出電圧ＶＲｄも略ゼロとなり、制御回路６の誤差増幅器を構成するオペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎは基準電圧Ｖｒｅｆに応じた初期値（最大値）となる。そして、時間の経過とともに高周波電源回路２の出力電流が増加して検出電圧ＶＲｄも増加するが、抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ３からなる遅延回路のはたらきでオペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎは初期値から減少せず、制御回路６の第２の制御電流Ｉｆｂもほぼゼロとなる。したがって、オペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎが駆動回路２０の入力端子電圧よりも高電圧である間は第２の制御電流Ｉｆｂが略ゼロとなり、制御出力Ｉｏが第１の制御出力Ｉｓｗとほぼ一致するため、制御回路６による動作周波数ｆｉｎｖのフィードバック制御が行われず、始動回路５から出力される第１の制御電流Ｉｓｗによって動作周波数ｆｉｎｖを徐々に減少させる制御のみが行われる。
【００３２】
ここで、制御回路６における遅延回路の遅延時間は、無電極放電灯４が始動点灯するまでに要する時間（時刻ｔ１からｔ４までの経過時間）程度に設定されており、時刻ｔ４以降はオペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎと駆動回路２０の入力端子電圧の電位差に応じて第２の制御電流Ｉｆｂが流れるため、制御電流Ｉｏの増加とともに動作周波数ｆｉｎｖも増加し、高周波電圧Ｖｘが減少することになる。尚、駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖは、共振電流が無電極放電灯４の定格点灯持における所望のレベルに一致するとき、すなわち、検出電圧ＶＲｄが基準電圧Ｖｒｅｆと一致するときの周波数（定格点灯周波数）に落ち着くことになる。これ以降、制御回路６は共振電流（高周波電源回路２の出力電流）を基準電圧Ｖｒｅｆで決まる所望のレベルに一致させるように駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖをフィードバック制御して無電極放電灯４を安定点灯させる。
【００３３】
ところで、無電極放電灯４が装着されていない無負荷等の異常があった場合には無電極放電灯４が点灯しないまま高い電圧が印加され続けて回路に悪影響を及ぼすため、始動期間Ｔ２が一定期間経過すると直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させるのが望ましい。そこで、本実施形態では、始動期間Ｔ２に移行すると保護回路９のコンデンサＣ４の充電が開始され、一定期間を経てコンデンサＣ４の両端間電圧が所定電圧を超えると停止回路９０が各駆動回路１１，２０に制御信号を与えて直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させ、保護期間Ｔ３に移行する。保護期間Ｔ３に移行した後、停止回路９０で定められた一定期間が経過すると再び直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作が開始され、以下上述の一連の動作が繰り返される。尚、本実施形態では、上述の一連の動作が３回繰り返されると停止回路９０の機能により無負荷と判定され、直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作が完全に停止して回路が保護される。
【００３４】
上述のように、商用電源ＡＣ投入後に直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが所定電圧に達するまでに始動回路５を動作させることで、従来のように直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが所定電圧に達した後に始動回路５を動作させる場合と比較して商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を短縮することができ、点灯までに要する時間を短縮することができる。また、始動準備期間Ｔ１が短縮されることから回路を構成する部品へのストレスも低減することができる。更に、暗所や低温時などの点灯が困難な状況下においても、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１のみを短くしているので、良好な始動性を確保することができる。
【００３５】
（実施形態２）
以下、本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。本実施形態は、実施形態１と同様の回路構成であって、図５に示すように、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を極限まで短くして略零にする、即ち、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を省略したことに特徴がある。
【００３６】
本実施形態では、上述のように商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を省略するために、図４に示すように実施形態１の回路に新たな回路を追加している。この回路は、直流電源回路１の後段に設けられて直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃを分圧する抵抗Ｒ６，Ｒ７から成る回路と、当該分圧電圧が入力される抵抗Ｒ８及びコンデンサＣ５から成る遅延回路と、非反転入力端子に遅延回路の出力電圧が入力されるとともに、反転入力端子に基準電圧Ｖｂ’が入力されるオペアンプＯＰ４とから構成される。オペアンプＯＰ４の出力電圧はスイッチＳＷに与えられ、オペアンプＯＰ４の出力電圧がローレベルの場合にスイッチＳＷを強制的にオフに切り替え、ハイレベルの場合にはスイッチＳＷの切替動作に関与しないようになっている。
【００３７】
以下、本実施形態の動作について説明する。先ず、商用電源ＡＣから直流電源回路１への電源供給が開始されると、直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが立ち上がり始める。ここで、実施形態１では直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが立ち上がり始めるとともに始動回路５を動作させていたが、本実施形態では、直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが所定電圧に達して一定期間経過した時刻ｔ３で始動回路５の動作を開始する。この時、コンデンサＣ５は充電されておらず、その両端間電圧が基準電圧Ｖｂ’よりも低いためにオペアンプＯＰ４の出力電圧はローレベルとなる。このため、スイッチＳＷが強制的にオフに切り替えられることで動作周波数ｆｉｎｖがｆ２となり、始動準備期間Ｔ１を設けずに始動期間Ｔ２から開始される。そして、時刻ｔ４までに無電極放電灯４が点灯しなかった場合には、実施形態１と同様に保護回路９が直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させて保護期間Ｔ３に移行する。ここで、１回目の保護期間Ｔ３が終了するまでの間にコンデンサＣ５が充電され、その両端間電圧が基準電圧Ｖｂ’を超えてオペアンプＯＰ４の出力電圧がハイレベルとなるため、１回目の保護期間Ｔ３以降は、実施形態１と同様に始動準備期間Ｔ１、始動期間Ｔ２、保護期間Ｔ３が繰り返される。
【００３８】
尚、商用電源ＡＣがオフとなり一定期間が経過した場合には、コンデンサＣ５がダイオードＤ４を介して放電されるため、次回の商用電源ＡＣ投入時には再び始動準備期間Ｔ１を設けずに始動期間Ｔ２から開始される。
【００３９】
上述のように、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１が無いために回路を構成する部品へのストレスが小さく、１回目の保護期間Ｔ３を短縮することができるので、次回以降の始動準備期間Ｔ１、始動期間Ｔ２、保護期間Ｔ３を前倒しにすることができる。したがって、点灯までに要する時間を短縮することができる。また、停電後の再点灯時などの点灯し易い状況においては始動準備期間Ｔ１を経ずとも点灯が容易であるため、始動準備期間Ｔ１を省くことで回路を構成する部品へのストレスを低減するとともに、点灯までに要する時間を短縮することができる。更に、暗所や低温時などの点灯が困難な状況下においても、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１のみを無くしているので、良好な始動性を確保することができる。尚、本実施形態では新たに回路を追加することで商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を省略しているが、例えばマイコンを用いて間欠発振の保護期間Ｔ３の後のみ、他の始動期間Ｔ２の開始タイミングと区別するように構成しても構わない。
【００４０】
尚、上記各実施形態は、無電極放電灯４とともに街路灯や防犯灯等の照明器具の器具本体に搭載されて用いられる。例えば、図７（ａ）に示すように、道路上に設けられた電柱等の支柱１０１に無電極放電灯４を収納した器具本体１００を取り付けて成る防犯灯や、図７（ｂ）に示すように、笠形の器具本体２００、反射部を構成するプリズム２０１、プリズム２０１の基部に設けられたランプソケット部２０２、ランプソケット部２０２の下方に設けられた回路収納部２０３から成る防犯灯などに用いられる。
【００４１】
また、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、扁平な箱形の器具本体３００と、無電極放電灯４からの光を反射する反射板３０１とを備えたトンネル灯に上記何れかの実施形態の無電極放電灯点灯装置Ａを搭載してもよい。尚、無電極放電灯４は長寿命で且つメンテナンスの頻度が少なくて済むという利点があり、メンテナンスが面倒なトンネル灯に採用するメリットが大きい。また、トンネル灯はトンネル内の安全性を向上するために、停電後出来る限り早く復帰して再点灯することが望まれる。ここで、上記各実施形態の無電極放電灯点灯装置を採用すれば、停電後の再点灯時においても点灯までに要する時間を短縮することができるために、より信頼性の高いトンネル灯を提供することができる。
【００４２】
勿論、上記各実施形態が搭載される照明器具は上記のものに限定される必要は無く、少なくとも無電極放電灯４を保持する器具本体（図示せず）と、無電極放電灯４に近接配置される誘導コイル３とを備えた照明器具であればよい。また、上記各実施形態は始動準備期間Ｔ１における回路を構成する部品へのストレスを低減できるものであるから、例えばセンサに人が接近すると点灯し、離れると消灯することで省エネを図る照明システム等、電源のオン／オフの頻度が高い照明装置に対しても好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態１を示す回路図である。
【図２】同上の高周波電圧の周波数特性を示す動作特性図である。
【図３】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図４】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態２を示す回路図である。
【図５】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の無電極放電灯点灯装置に関連する部位の説明図で、（ａ）は無電極放電灯の断面図で、（ｂ）はカプラの斜視図である。
【図７】本発明の無電極放電灯点灯装置を用いる照明器具を示す図で、（ａ）は防犯灯の側面図で、（ｂ）は（ａ）とは異なる防犯灯の一部破断した正面図である。
【図８】同上のトンネル灯を示す図で、（ａ）は正面図で、（ｂ）は側面図で、（ｃ）は（ｂ）とは異なる方向から見た側面図である。
【図９】従来の無電極放電灯点灯装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１ 直流電源回路
２ 高周波電源回路
２０ 駆動回路
２１ 共振回路
３ 誘導コイル
４ 無電極放電灯
５ 始動回路
９ 保護回路
ＡＣ 商用電源（交流電源）
Ｑ２，Ｑ３ スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電極放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、透明な球状のガラスバルブ又は内壁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、金属蒸気などの放電ガス（例えば、水銀蒸気及び希ガス）が封入された無電極放電灯の近傍に誘導コイルを配置し、この誘導コイルに数十ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイルに高周波電磁界を発生させて無電極放電灯に高周波電力を供給し、無電極放電灯のガラスバルブ内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線若しくは可視光を発生させる無電極放電灯点灯装置が知られている。このような無電極放電灯点灯装置として、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。
【０００３】
この無電極放電灯点灯装置は、交流電源から供給される交流出力から所定の直流出力を作成する直流電源回路と、直流電源回路の直流出力を高周波出力に変換して無電極放電灯の近傍に配置された誘導コイルに供給する高周波電源回路とを備え、始動時における始動電圧を検出回路が検出し、制御回路によってフィードバックを行うことで所望の始動電圧が誘導コイルに印加されるように制御するもので、高周波電源回路の駆動回路は、始動回路が出力する第１の制御出力と、制御回路が出力する第２の制御出力とを加算した制御出力に応じて動作周波数を変化させる。これにより、始動回路によって無電極放電灯を安定して始動・点灯させることができるとともに、点灯後においては制御回路によってフィードバック制御が行われることで誘導コイルに印加される高周波電力が過度に増加又は減少するのを防ぐことができる。
【０００４】
ところで、無電極放電灯は内部に電極を有しないので、無電極放電灯の始動時には蛍光灯等よりも高い始動電圧を誘導コイルに印加する必要がある。このため、無電極放電灯の始動時における共振の鋭さを鋭くして（即ち、共振回路のＱ値を高く設定する）高い始動電圧を低損失で印加することのできる無電極放電灯点灯装置を設計する必要がある。ここで共振が鋭いとは、微小な周波数や回路を構成する素子のパラメータ等の変動に対して始動電圧が大きく変動する状態にあることを意味する。
【０００５】
また、始動時における無電極放電灯がインダクタ負荷であり、蛍光灯等の電極を有する他の放電灯に比較して、特に点灯していない状態（始動時や無負荷時等）に大きな電力を必要とするという問題がある。例えば、直流電源回路の出力を受けて高周波出力を出力する高周波電源回路の無負荷時における消費電力は通常点灯時の消費電力の２倍以上に達することもある。しかしながら、無電極放電灯点灯装置における直流電源回路は、装置のサイズやコストを考慮して通常点灯時の負荷状態を基準にして設計されるのが一般的である。したがって、始動時、特に暗所での点灯時や無負荷時では、重負荷のために直流電源回路の電圧レギュレーションが十分でなく直流電源回路の出力電圧が低下してしまう。その結果、十分な始動電圧を確保することができずに無電極放電灯が点灯しない等の不具合が発生する虞がある。
【０００６】
上記の不具合を解決するために、始動時に誘導コイルに高周波電圧を急峻に印加させるのではなく、始動前に所定出力の高周波電圧を予備出力として一定期間（以下、この期間を「始動準備期間」と呼ぶ）誘導コイルに印加させる構成が特許文献２に開示されている。この構成は、高周波電源回路に適度な負荷を与えることで始動時の急峻な負荷変動を抑え、始動時において誘導コイルに印加される高周波電圧のオーバーシュートを防止する効果を得るものであるが、同時に直流電源回路の制御も負荷変動についていき易いことから、直流電源回路の出力電圧の低下を抑えて高周波電源回路に安定して直流電圧を供給する効果も得ることができる。
【特許文献１】特開２００５−１５８４６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記後者の従来例では、始動準備期間において高い高周波電圧を誘導コイルに印加するために、回路を構成する部品に多大なストレスを与える虞があった。例えば図９に示すように、始動準備期間、誘導コイルに無電極放電灯が始動可能な大きさの高周波電圧を印加する始動期間、始動期間において無電極放電灯が点灯しない場合に直流電源回路及び高周波電源回路の動作を停止する保護期間を繰り返すことで無電極放電灯を点灯させる場合、暗所や低温時などの始動困難な状況では始動準備期間を必要とするが、停電後の再点灯時などの比較的始動させ易い状況では交流電源投入後の最初の始動準備期間を必要としない。このため、始動準備期間を設けることで回路を構成する部品に多大なストレスを与えてしまう。また、余分な始動準備期間を設けることで点灯までに要する時間が増大してしまうという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、暗所や低温時等の始動困難な状況で良好な始動性を確保するとともに、回路を構成する部品へのストレスを低減し且つ点灯までに要する時間を短縮することのできる無電極放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具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】
【０００９】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して出力する直流電源回路と、高周波でスイッチングされる１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源回路の出力電圧を高周波電圧に変換して無電極放電灯に近接配置された誘導コイルに供給する高周波電源回路と、スイッチング素子をスイッチングさせる駆動信号を出力する駆動回路と、駆動回路を制御して駆動信号の周波数を変化させることにより誘導コイルへの印加電圧を漸増させ、無電極放電灯が始動せず且つ高周波電界放電を発生させる大きさの高周波電圧を誘導コイルに印加する始動準備期間、及び無電極放電灯が始動可能で且つ高周波電磁界放電を発生させる大きさの高周波電圧を誘導コイルに印加する始動期間を経て無電極放電灯を始動させる始動回路と、高周波電源回路から誘導コイルへの電力供給の異常を検出すると直流電源回路及び高周波電源回路の動作を停止させる保護期間に移行させ、少なくとも始動準備期間、始動期間、保護期間を順番に繰り返させる保護回路とを備え、始動回路は、交流電源投入後の最初の始動準備期間が最初の始動準備期間を除いた他の始動準備期間よりも短くなるように駆動回路を制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、少なくとも無電極放電灯を保持する器具本体と、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する請求項１記載の無電極放電灯点灯装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、停電後の復帰時など比較的点灯させ易い状況において必要の無い始動準備期間を短縮できるので、回路を構成する部品へのストレスを低減するとともに点灯までに要する時間を短縮することができる。また、暗所や低温時などの点灯が困難な状況においても、交流電源投入後の始動準備期間のみを短くしているので、良好な始動性を確保することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果を奏する照明器具を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施形態１）
以下、本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、交流電源である商用電源ＡＣの交流出力から所望の直流出力を作成する直流電源回路１と、直流電源回路１の直流出力を高周波出力に変換して無電極放電灯４の近傍に配置された誘導コイル３に供給する高周波電源回路２と、無電極放電灯４の始動時に高周波電源回路２の出力電圧（誘導コイル３への印加電圧）である高周波電圧Ｖｘを漸増させて無電極放電灯４を始動する始動回路５と、高周波電圧Ｖｘを検出する電圧検出回路７と、後述する共振回路２１に流れる共振電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路の検出電流を参照して高周波電圧Ｖｘが所望のレベルとなるように後述する駆動回路２０を制御して駆動信号ＶＤＨ，ＶＤＬの周波数（動作周波数）ｆｉｎｖを変化させる制御回路６とを備える。
【００１４】
直流電源回路１は、商用電源ＡＣの交流出力を整流する整流回路１０と、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、平滑コンデンサＣ１並びにスイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路１１を具備した従来周知の昇圧チョッパ回路から成り、直流電圧Ｖｄｃを出力する。
【００１５】
高周波電源回路２は、直流電源回路１の出力端間に直列接続された一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を具備し、ローサイドのスイッチング素子Ｑ３にインダクタＬｓ、コンデンサＣｐ，Ｃｓから成る共振回路２１が接続された所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路で構成され、電界効果トランジスタからなる一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を、駆動回路２０から出力される矩形波パルスの駆動信号ＶＤＨ，ＶＤＬにより交互にスイッチングすることで共振回路２１を介して誘導コイル３に高周波出力を供給する。尚、スイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動信号ＶＤＨとスイッチング素子Ｑ３を駆動する駆動信号ＶＤＬは略１８０度の位相差を有している。
【００１６】
尚、直流電源回路１及び高周波電源回路２の各駆動回路１１，２０と回路のグランドとの間には、それぞれコンデンサＣｃｐ，Ｃｉｎｖが挿入されており、これらコンデンサＣｃｐ，Ｃｉｎｖによって商用電源ＡＣからの電源供給が開始されてから各駆動回路１１，２０が開始するまでの時間を設定している。
【００１７】
共振回路２１の出力端には導電性を有する線材を複数ターン巻回して成る誘導コイル３が接続され、当該誘導コイル３に無電極放電灯４が近接配置される。無電極放電灯４は、図６（ａ）に示すように、不活性ガス・金属蒸気等の放電ガス（例えば、水銀及び希ガス）が封入された透明な略球状のバルブ４０と、バルブ４０に封止されてバルブ４０の内方に突出した略円筒状のキャビティ４１とから成り、キャビティ４１には、バルブ４０を保持するとともにバルブ４０に対する誘導コイル３の位置決めをするカプラ８が挿入される。
【００１８】
カプラ８は、図６（ｂ）に示すように、誘導コイル３を保持するボビン８０と、ボビン８０内部に収納された略筒状のコア８１とを備えている。コア８１は、例えば高周波磁気特性の良好な、Ｍｎ−Ｚｎのフェライトから成り、アルミ等の金属材料で形成された放熱体（図示せず）によって保持される。コア８１の発熱は、放熱体を介して台座部８２に捨てられる。尚、同図に示すように、本実施形態及び後述の実施形態２は何れもケース８３に収納され、誘導コイル３と出力線８４を介して電気的に接続されることで高周波出力を誘導コイル３に供給するようになっている。
【００１９】
電圧検出回路７は、整流用のダイオード、分圧用の抵抗、平滑用のコンデンサ等から成り、高周波電圧Ｖｘに応じた直流電圧である検出電圧Ｖｘｓを始動回路５に出力する。電流検出回路は、高周波電源回路２を構成するローサイドのスイッチング素子Ｑ３と回路のグランドとの間に接続された検出抵抗Ｒｄから成り、スイッチング素子Ｑ３に流れる高周波電流（共振回路２１に流れる共振電流）に応じた検出電圧ＶＲｄを制御回路６に出力している。
【００２０】
始動回路５は、直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃを降圧・安定化して得られる動作電圧Ｖｄにより感温抵抗Ｒ１を介して充電されるコンデンサＣ２と、オペアンプＯＰ１に入力抵抗及び帰還抵抗を接続して成り、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃと電圧検出回路７の検出電圧Ｖｘｓの差分を増幅する誤差増幅器と、コンデンサＣ２と並列に接続された分圧抵抗Ｒ２と、コンデンサＣ２と並列に接続された抵抗Ｒ３及び放電用のスイッチＳＷの直列回路とを具備し、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ２から成る充電回路の時定数に応じて出力電圧Ｖｆが徐々に上昇するものである。そして、始動回路５の出力電圧Ｖｆは駆動回路２０に入力されている。尚、本実施形態では、スイッチＳＷのオン／オフの切替は例えばマイコン等から成るスイッチ制御回路（図示せず）により制御され、装置が起動してから所定時間毎にオン／オフを切り替えるように予め設定されている。
【００２１】
制御回路６は、オペアンプＯＰ２に入力抵抗等を接続して成り、基準電圧Ｖｒｅｆと電流検出回路の検出電圧ＶＲｄの差分を増幅する誤差増幅器（差動増幅器）と、抵抗を介してオペアンプＯＰ２の出力端子にカソードが接続されたダイオードＤ３とを具備する。オペアンプＯＰ２は、基準電圧Ｖｒｅｆが非反転入力端子に入力されるとともに、反転入力端子と出力端子の間に抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３の並列回路から成る遅延回路が接続されている。また、始動回路５の誤差増幅器を構成するオペアンプＯＰ１の出力端子にも抵抗を介してダイオードＤ２のカソードが接続されており、これら２つのダイオードＤ２，Ｄ３のアノードが駆動回路２０の入力端子に並列接続されている。ここで、駆動回路２０の入力端子には定電圧（入力端子電圧）が印加されており、始動回路５の誤差増幅器の出力電圧（オペアンプＯＰ１の出力電圧Ｖｆ）が駆動回路２０の入力端子電圧よりも小さいときにダイオードＤ２が導通してその電位差に応じた第１の制御電流Ｉｓｗが流れるとともに、制御回路６の誤差増幅器の出力電圧（オペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎ）が駆動回路２０の入力端子電圧よりも小さいときにダイオードＤ３が導通してその電位差に応じた第２の制御電流Ｉｆｂが流れる。故に、駆動回路２０の入力端子から流れ出る制御電流Ｉｏの大きさは第１及び第２の制御電流Ｉｓｗ，Ｉｆｂの和となる。
【００２２】
一方、駆動回路２０は発振器を具備しており、入力端子から始動回路５並びに制御回路６の出力端子へ流れる制御電流Ｉｏに応じて発振器の発振周波数を変化させ、制御電流Ｉｏに比例して駆動信号ＶＤＨ，ＶＤＬの周波数（動作周波数）ｆｉｎｖを増減している。したがって、始動回路５並びに制御回路６の誤差増幅器の出力電圧Ｖｆ，Ｖｎが大きくなるほど駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖは減少することになる。
【００２３】
保護回路９は、非反転入力端子に電圧検出回路７の検出電圧Ｖｘｓが入力されるとともに、反転入力端子に基準電圧Ｖｂが入力されるオペアンプＯＰ３と、オペアンプＯＰ３の出力端子に接続される抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ４から成る遅延回路と、コンデンサＣ４の両端電圧が入力されて当該電圧に応じて直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させる停止回路９０とから構成される。基準電圧Ｖｂは、始動期間Ｔ２における高周波電圧Ｖｘに応じて設定され、始動期間Ｔ２に移行するとオペアンプＯＰ３の出力電圧がハイレベルとなるように設定されている。停止回路９０は、入力されるコンデンサＣ４の両端電圧が所定電圧を超えると直流電源回路１の駆動回路１１、及び高周波電源回路２の駆動回路２０に制御信号を与えて各回路の動作を一定期間停止させる。
【００２４】
ところで、無電極放電灯４の始動は、一般の有電極放電灯と違いバルブ４０と誘導コイル３とを一体として考慮する必要があり、以下の２つのモードの放電がある。その放電の順序として、誘導コイル３に高周波電圧Ｖｘが印加されると、誘導コイル３と無電極放電灯４のランプ管壁を介してバルブ４０内のガスが励起し、高周波電界放電（以下、「Ｅ放電」と呼ぶ）が発生して放電の種火が作られ、グロー放電状態となる。その後、更に誘導コイル３に高い高周波電圧Ｖｘが印加されると高周波電磁界放電（以下、「Ｈ放電」と呼ぶ）が発生し、無電極放電灯４が点灯して安定なアーク放電状態となる。
【００２５】
先ず、Ｅ放電について説明する。Ｅ放電とは、無電極放電灯４のランプ管壁の静電容量を介して放電電流が流れるものであり、誘導コイル３に高周波電圧Ｖｘを印加していくと、誘導コイル３と無電極放電灯４のランプ管壁の静電容量を介してバルブ４０内のガスが励起されて発光する。この放電は微放電（グロー放電状態）となり、誘導コイル３に印加する高周波電圧Ｖｘを高くしていくと主放電に移行する。
【００２６】
次に、Ｈ放電について説明する。Ｈ放電とは、誘導コイル３の電磁誘導で誘導電流を流すものであり、誘導コイル３を複数ターンの１次巻線とし、バルブ４０内に発生するプラズマリングを１ターンの２次巻線とするトランスとして理解できる。ここで、Ｈ放電は無電極放電灯４の発光に寄与する主放電（アーク放電状態）である。
【００２７】
本実施形態では、後述するように始動準備期間Ｔ１において誘導コイル３にＥ放電が発生し且つＨ放電が発生しない程度の大きさの高周波電圧Ｖｘを印加することでＥ放電を発生させ、始動期間Ｔ２において誘導コイル３にＨ放電が発生する程度の大きさの高周波電圧Ｖｘを印加することでＨ放電を発生させて無電極放電灯４を点灯させている。このため、始動準備期間Ｔ１において暗所や低温等周囲の状況によって多少ばらつきがあってもＥ放電を発生させることができる。また、Ｅ放電を発生させた後に始動期間Ｔ２に移行することから、直ぐにＨ放電を発生させることができて高電圧を誘導コイル３に印加する始動期間Ｔ２を短縮することができる。而して、始動準備期間Ｔ１を設けずに無電極放電灯４を始動させる場合と比較して無電極放電灯４の始動性を高めることができるとともに、回路を構成する部品へのストレスを低減することができる。
【００２８】
以下、本実施形態の動作について図２，図３を用いて説明する。図２は、横軸を駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖ、縦軸を高周波電圧Ｖｘとする高周波電源回路２の出力特性を示し、曲線イが無電極放電灯４が消灯している状態（無負荷時）、曲線ロが無電極放電灯４が点灯した状態（点灯時）の特性を表している。また、図３は、横軸を時間ｔ、縦軸をそれぞれ上から駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖ、高周波電圧Ｖｘ、直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃとしたタイムチャートを示している。
【００２９】
先ず、商用電源ＡＣから直流電源回路１への電源供給が開始されると、時刻ｔ１で直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが立ち上がり始めるとともに始動回路５が動作を開始する。ここで、スイッチＳＷはオンとなっており、始動回路５の出力電圧Ｖｆが動作電圧Ｖｄを抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で分圧した電圧値となる。この時の駆動回路２０から出力される駆動信号ＶＤＨ，ＶＤＬの周波数（高周波電源回路２の動作周波数）ｆｉｎｖは初期値（始動開始周波数）ｆ１で（図３参照）、始動開始周波数ｆ１は、図２に示すように無負荷時の共振周波数ｆ０よりも十分に高い周波数に設定されており、動作周波数ｆｉｎｖ＝ｆ１のときの高周波電圧Ｖｘは直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが所定電圧に達する時刻ｔ２まで漸増する（図３参照）。このスイッチＳＷがオンの期間は時刻ｔ２を経て時刻ｔ３まで続き、高周波電圧ＶｘがＥ放電を発生させる電圧となる時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間が始動準備期間Ｔ１となる。
【００３０】
次に、時刻ｔ３になるとスイッチＳＷがオフに切り替わり、出力電圧Ｖｆが動作電圧Ｖｄを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧値となる。この時の出力電圧Ｖｆは始動準備期間Ｔ１における出力電圧Ｖｆよりも大きくなるため、動作周波数ｆｉｎｖは、図２に示すように出力電圧Ｖｆの上昇に伴って始動開始周波数ｆ１よりも小さいｆ２となり、高周波電圧Ｖｘは始動準備期間Ｔ１における出力電圧Ｖｘよりも大きく且つＨ放電を発生させる電圧となる（図３参照）。このスイッチＳＷがオフの期間は時刻ｔ４まで続き、この期間が始動期間Ｔ２となる。この期間において高周波電圧Ｖｘが始動電圧に達して無電極放電灯４が点灯し、特性が曲線イから曲線ロへ変化することで出力電圧Ｖｘが下降し、点灯期間に移行する。尚、この始動期間Ｔ２で無電極放電灯４が点灯しない場合には、時刻ｔ４で保護回路９によって後述する保護期間Ｔ３に移行する。
【００３１】
一方、制御回路６では、時刻ｔ１の時点では高周波電源回路２の出力電流（共振電流）は略ゼロであるからその検出電圧ＶＲｄも略ゼロとなり、制御回路６の誤差増幅器を構成するオペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎは基準電圧Ｖｒｅｆに応じた初期値（最大値）となる。そして、時間の経過とともに高周波電源回路２の出力電流が増加して検出電圧ＶＲｄも増加するが、抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ３からなる遅延回路のはたらきでオペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎは初期値から減少せず、制御回路６の第２の制御電流Ｉｆｂもほぼゼロとなる。したがって、オペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎが駆動回路２０の入力端子電圧よりも高電圧である間は第２の制御電流Ｉｆｂが略ゼロとなり、制御出力Ｉｏが第１の制御出力Ｉｓｗとほぼ一致するため、制御回路６による動作周波数ｆｉｎｖのフィードバック制御が行われず、始動回路５から出力される第１の制御電流Ｉｓｗによって動作周波数ｆｉｎｖを徐々に減少させる制御のみが行われる。
【００３２】
ここで、制御回路６における遅延回路の遅延時間は、無電極放電灯４が始動点灯するまでに要する時間（時刻ｔ１からｔ４までの経過時間）程度に設定されており、時刻ｔ４以降はオペアンプＯＰ２の出力電圧Ｖｎと駆動回路２０の入力端子電圧の電位差に応じて第２の制御電流Ｉｆｂが流れるため、制御電流Ｉｏの増加とともに動作周波数ｆｉｎｖも増加し、高周波電圧Ｖｘが減少することになる。尚、駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖは、共振電流が無電極放電灯４の定格点灯持における所望のレベルに一致するとき、すなわち、検出電圧ＶＲｄが基準電圧Ｖｒｅｆと一致するときの周波数（定格点灯周波数）に落ち着くことになる。これ以降、制御回路６は共振電流（高周波電源回路２の出力電流）を基準電圧Ｖｒｅｆで決まる所望のレベルに一致させるように駆動回路２０の動作周波数ｆｉｎｖをフィードバック制御して無電極放電灯４を安定点灯させる。
【００３３】
ところで、無電極放電灯４が装着されていない無負荷等の異常があった場合には無電極放電灯４が点灯しないまま高い電圧が印加され続けて回路に悪影響を及ぼすため、始動期間Ｔ２が一定期間経過すると直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させるのが望ましい。そこで、本実施形態では、始動期間Ｔ２に移行すると保護回路９のコンデンサＣ４の充電が開始され、一定期間を経てコンデンサＣ４の両端間電圧が所定電圧を超えると停止回路９０が各駆動回路１１，２０に制御信号を与えて直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させ、保護期間Ｔ３に移行する。保護期間Ｔ３に移行した後、停止回路９０で定められた一定期間が経過すると再び直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作が開始され、以下上述の一連の動作が繰り返される。尚、本実施形態では、上述の一連の動作が３回繰り返されると停止回路９０の機能により無負荷と判定され、直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作が完全に停止して回路が保護される。
【００３４】
上述のように、商用電源ＡＣ投入後に直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが所定電圧に達するまでに始動回路５を動作させることで、従来のように直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが所定電圧に達した後に始動回路５を動作させる場合と比較して商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を短縮することができ、点灯までに要する時間を短縮することができる。また、始動準備期間Ｔ１が短縮されることから回路を構成する部品へのストレスも低減することができる。更に、暗所や低温時などの点灯が困難な状況下においても、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１のみを短くしているので、良好な始動性を確保することができる。
【００３５】
（実施形態２）
以下、本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。本実施形態は、実施形態１と同様の回路構成であって、図５に示すように、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を極限まで短くして略零にする、即ち、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を省略したことに特徴がある。
【００３６】
本実施形態では、上述のように商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を省略するために、図４に示すように実施形態１の回路に新たな回路を追加している。この回路は、直流電源回路１の後段に設けられて直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃを分圧する抵抗Ｒ６，Ｒ７から成る回路と、当該分圧電圧が入力される抵抗Ｒ８及びコンデンサＣ５から成る遅延回路と、非反転入力端子に遅延回路の出力電圧が入力されるとともに、反転入力端子に基準電圧Ｖｂ’が入力されるオペアンプＯＰ４とから構成される。オペアンプＯＰ４の出力電圧はスイッチＳＷに与えられ、オペアンプＯＰ４の出力電圧がローレベルの場合にスイッチＳＷを強制的にオフに切り替え、ハイレベルの場合にはスイッチＳＷの切替動作に関与しないようになっている。
【００３７】
以下、本実施形態の動作について説明する。先ず、商用電源ＡＣから直流電源回路１への電源供給が開始されると、直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが立ち上がり始める。ここで、実施形態１では直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが立ち上がり始めるとともに始動回路５を動作させていたが、本実施形態では、直流電源回路１の出力電圧Ｖｄｃが所定電圧に達して一定期間経過した時刻ｔ３で始動回路５の動作を開始する。この時、コンデンサＣ５は充電されておらず、その両端間電圧が基準電圧Ｖｂ’よりも低いためにオペアンプＯＰ４の出力電圧はローレベルとなる。このため、スイッチＳＷが強制的にオフに切り替えられることで動作周波数ｆｉｎｖがｆ２となり、始動準備期間Ｔ１を設けずに始動期間Ｔ２から開始される。そして、時刻ｔ４までに無電極放電灯４が点灯しなかった場合には、実施形態１と同様に保護回路９が直流電源回路１及び高周波電源回路２の動作を停止させて保護期間Ｔ３に移行する。ここで、１回目の保護期間Ｔ３が終了するまでの間にコンデンサＣ５が充電され、その両端間電圧が基準電圧Ｖｂ’を超えてオペアンプＯＰ４の出力電圧がハイレベルとなるため、１回目の保護期間Ｔ３以降は、実施形態１と同様に始動準備期間Ｔ１、始動期間Ｔ２、保護期間Ｔ３が繰り返される。
【００３８】
尚、商用電源ＡＣがオフとなり一定期間が経過した場合には、コンデンサＣ５がダイオードＤ４を介して放電されるため、次回の商用電源ＡＣ投入時には再び始動準備期間Ｔ１を設けずに始動期間Ｔ２から開始される。
【００３９】
上述のように、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１が無いために回路を構成する部品へのストレスが小さく、１回目の保護期間Ｔ３を短縮することができるので、次回以降の始動準備期間Ｔ１、始動期間Ｔ２、保護期間Ｔ３を前倒しにすることができる。したがって、点灯までに要する時間を短縮することができる。また、停電後の再点灯時などの点灯し易い状況においては始動準備期間Ｔ１を経ずとも点灯が容易であるため、始動準備期間Ｔ１を省くことで回路を構成する部品へのストレスを低減するとともに、点灯までに要する時間を短縮することができる。更に、暗所や低温時などの点灯が困難な状況下においても、商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１のみを無くしているので、良好な始動性を確保することができる。尚、本実施形態では新たに回路を追加することで商用電源ＡＣ投入後の最初の始動準備期間Ｔ１を省略しているが、例えばマイコンを用いて間欠発振の保護期間Ｔ３の後のみ、他の始動期間Ｔ２の開始タイミングと区別するように構成しても構わない。
【００４０】
尚、上記各実施形態は、無電極放電灯４とともに街路灯や防犯灯等の照明器具の器具本体に搭載されて用いられる。例えば、図７（ａ）に示すように、道路上に設けられた電柱等の支柱１０１に無電極放電灯４を収納した器具本体１００を取り付けて成る防犯灯や、図７（ｂ）に示すように、笠形の器具本体２００、反射部を構成するプリズム２０１、プリズム２０１の基部に設けられたランプソケット部２０２、ランプソケット部２０２の下方に設けられた回路収納部２０３から成る防犯灯などに用いられる。
【００４１】
また、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、扁平な箱形の器具本体３００と、無電極放電灯４からの光を反射する反射板３０１とを備えたトンネル灯に上記何れかの実施形態の無電極放電灯点灯装置Ａを搭載してもよい。尚、無電極放電灯４は長寿命で且つメンテナンスの頻度が少なくて済むという利点があり、メンテナンスが面倒なトンネル灯に採用するメリットが大きい。また、トンネル灯はトンネル内の安全性を向上するために、停電後出来る限り早く復帰して再点灯することが望まれる。ここで、上記各実施形態の無電極放電灯点灯装置を採用すれば、停電後の再点灯時においても点灯までに要する時間を短縮することができるために、より信頼性の高いトンネル灯を提供することができる。
【００４２】
勿論、上記各実施形態が搭載される照明器具は上記のものに限定される必要は無く、少なくとも無電極放電灯４を保持する器具本体（図示せず）と、無電極放電灯４に近接配置される誘導コイル３とを備えた照明器具であればよい。また、上記各実施形態は始動準備期間Ｔ１における回路を構成する部品へのストレスを低減できるものであるから、例えばセンサに人が接近すると点灯し、離れると消灯することで省エネを図る照明システム等、電源のオン／オフの頻度が高い照明装置に対しても好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態１を示す回路図である。
【図２】同上の高周波電圧の周波数特性を示す動作特性図である。
【図３】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図４】本発明に係る無電極放電灯点灯装置の実施形態２を示す回路図である。
【図５】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の無電極放電灯点灯装置に関連する部位の説明図で、（ａ）は無電極放電灯の断面図で、（ｂ）はカプラの斜視図である。
【図７】本発明の無電極放電灯点灯装置を用いる照明器具を示す図で、（ａ）は防犯灯の側面図で、（ｂ）は（ａ）とは異なる防犯灯の一部破断した正面図である。
【図８】同上のトンネル灯を示す図で、（ａ）は正面図で、（ｂ）は側面図で、（ｃ）は（ｂ）とは異なる方向から見た側面図である。
【図９】従来の無電極放電灯点灯装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１ 直流電源回路
２ 高周波電源回路
２０ 駆動回路
２１ 共振回路
３ 誘導コイル
４ 無電極放電灯
５ 始動回路
９ 保護回路
ＡＣ 商用電源（交流電源）
Ｑ２，Ｑ３ スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して出力する直流電源回路と、高周波でスイッチングされる１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源回路の出力電圧を高周波電圧に変換して無電極放電灯に近接配置された誘導コイルに供給する高周波電源回路と、スイッチング素子をスイッチングさせる駆動信号を出力する駆動回路と、駆動回路を制御して駆動信号の周波数を変化させることにより誘導コイルへの印加電圧を漸増させ、無電極放電灯が始動せず且つ高周波電界放電を発生させる大きさの高周波電圧を誘導コイルに印加する始動準備期間、及び無電極放電灯が始動可能で且つ高周波電磁界放電を発生させる大きさの高周波電圧を誘導コイルに印加する始動期間を経て無電極放電灯を始動させる始動回路と、高周波電源回路から誘導コイルへの電力供給の異常を検出すると直流電源回路及び高周波電源回路の動作を停止させる保護期間に移行させ、少なくとも始動準備期間、始動期間、保護期間を順番に繰り返させる保護回路とを備え、始動回路は、交流電源投入後の最初の始動準備期間が最初の始動準備期間を除いた他の始動準備期間よりも短くなるように駆動回路を制御することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項２】
少なくとも無電極放電灯を保持する器具本体と、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する請求項１記載の無電極放電灯点灯装置とを備えたことを特徴とする照明器具。
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して出力する直流電源回路と、高周波でスイッチングされる１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源回路の出力電圧を高周波電圧に変換して無電極放電灯に近接配置された誘導コイルに供給する高周波電源回路と、スイッチング素子をスイッチングさせる駆動信号を出力する駆動回路と、駆動回路を制御して駆動信号の周波数を変化させることにより誘導コイルへの印加電圧を漸増させ、無電極放電灯が始動せず且つ高周波電界放電を発生させる大きさの高周波電圧を誘導コイルに印加する始動準備期間、及び無電極放電灯が始動可能で且つ高周波電磁界放電を発生させる大きさの高周波電圧を誘導コイルに印加する始動期間を経て無電極放電灯を始動させる始動回路と、高周波電源回路から誘導コイルへの電力供給の異常を検出すると直流電源回路及び高周波電源回路の動作を停止させる保護期間に移行させ、少なくとも始動準備期間、始動期間、保護期間を順番に繰り返させる保護回路とを備え、始動回路は、交流電源投入後の最初の始動準備期間が最初の始動準備期間を除いた他の始動準備期間よりも短くなるように駆動回路を制御することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項２】
少なくとも無電極放電灯を保持する器具本体と、無電極放電灯に近接配置される誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する請求項１記載の無電極放電灯点灯装置とを備えたことを特徴とする照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−７３６４６（Ｐ２０１０−７３６４６Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２９２２（Ｐ２００８−２４２９２２）
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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