放電灯安定器
【課題】本発明の目的はインバータ式安定器の利点を生かしつつ、放電灯と安定器の間の配線長を高い電力効率を維持したまま延ばすことが可能な放電灯安定器を提供することにある。
【解決手段】 所定周波数の交流電流を供給するインバータ部１４と、前記交流電流により放電灯３２を点灯する点灯回路部１６と、放電灯３２に並列接続された始動用コンデンサ３４を有する始動回路部と、を備え、
前記交流電流の周波数は１００Ｈｚ〜１ｋＨｚであり、前記点灯回路部１６は、放電灯３２の放電電流を限流するために、放電灯３２に対して直列接続されたチョークコイル２８を有し、該チョークコイル２８のインダクタンスが１ｍＨ〜数十ｍＨであることを特徴とする放電灯安定器１０。
【解決手段】 所定周波数の交流電流を供給するインバータ部１４と、前記交流電流により放電灯３２を点灯する点灯回路部１６と、放電灯３２に並列接続された始動用コンデンサ３４を有する始動回路部と、を備え、
前記交流電流の周波数は１００Ｈｚ〜１ｋＨｚであり、前記点灯回路部１６は、放電灯３２の放電電流を限流するために、放電灯３２に対して直列接続されたチョークコイル２８を有し、該チョークコイル２８のインダクタンスが１ｍＨ〜数十ｍＨであることを特徴とする放電灯安定器１０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電灯安定器、特にインバータ式安定器の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯安定器には、いわゆる銅鉄形安定器と、インバータ式安定器があり、銅鉄形安定器は部品点数が少なく比較的耐久性などにも優れる反面、大きさおよび重量が大きくなるという欠点がある。一方、インバータ式安定器では高周波点灯が行われるため、小型軽量化が図れるという利点がある。
たとえば、特許文献１などには、各種のインバータ式安定器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６８２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のインバータ式安定器で放電灯の始動を行うには、放電灯電極間の絶縁破壊を行うため、共振回路を設けてパルス状の高電圧を発生させるか、あるいは別途イグナイタを設け、高電圧を生成させる必要があった。その結果、回路構成の複雑化は避けられず、また高周波数領域で共振させた場合には放電灯と安定器間の配線長が長いと点灯が困難となるなど、各種の問題を残していた。特に配線長を長くできないことによって、屋外に放電灯を設置する等の場合でも放電灯と安定器とを隣接して配置しなければならないという不便が生じていた。
【０００５】
さらに、インバータ式安定器は、たとえば高圧放電灯を点灯した場合、放電管の構造により決まる共鳴周波数と点灯周波数が一致すると音響的共鳴を起こし、放電が不安定となるため、事実上数十ｋＨｚ以上の高周波点灯が要求され、装置の高額化が避けられない。一方、銅鉄形安定器でもチョークコイルへの交流電流通電により大きな振動、騒音を発生する場合があり、振動と騒音の低減は共通の大きな課題となっている。
【０００６】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたもので、その目的はインバータ式安定器の利点を生かしつつ、放電灯と安定器の間の配線長を高い電力効率を維持したまま延ばすことが可能な放電灯安定器を提供することにある。また、その第２の目的は騒音の少ない放電灯安定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の放電灯安定器は、オン作動およびオフ作動を１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数で逆位相制御される２つのスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の制御と同じ周波数の交流電圧を供給し、当該交流電圧の半周期中の波形を一矩形で形成するインバータ部と、
高圧放電灯に対して直列接続されたチョークコイルを有し前記インバータ部からの交流電圧により高圧放電灯を点灯する点灯回路部と、
高圧放電灯に並列接続されて前記チョークコイルとともに共振回路を形成し、インバータ部からの交流電圧によって始動用の高電圧パルスを発生する共振周波数となるように前記チョークコイルのインダクタンス値と合わせて調整されたキャパシタンスを持つ始動用コンデンサを有する始動回路部と、
高圧放電灯に流れるランプ電流を検知するランプ電流検知手段と、
前記ランプ電流検知手段が、波高率設定電流値を超える電流値を検出した場合に、前記インバータ部のスイッチング素子をオフ作動させ、ランプ電流が前記波高率設定電流値より下がった場合にオン作動させる磁気飽和防止手段と、を備え、
前記チョークコイルは、１ｍＨ〜数十ｍＨのインダクタンスを有し、前記高圧放電灯の定格電流の１．７倍以上の電流値で磁気飽和するものであり、
始動のための高電圧パルスを得る場合、前記共振回路は、前記インバータ部から供給される１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数を有する交流電圧により共振して、当該交流電圧の周波数に応じた幅広の高電圧パルスを生じて前記高圧放電灯を始動させ、
始動後は、前記チョークコイルは、高圧放電灯の放電電流を限流するとともに、前記波高率設定電流値はランプ電流の波高率が１．７以下となるよう設定され、前記チョークコイルの磁気飽和を防止することを特徴とする。
【０００８】
前記安定器において、前記チョークコイルのコアとしてトロイダルコアを用いることが好適である。
前記安定器において、高圧放電灯に流れるランプ電流を検知するランプ電流検知手段と、前記ランプ電流検知手段が、回路破壊危険電流値を超える電流値を検出した場合に、前記インバータ部のスイッチング素子をオフ作動させ、ランプ電流が回路破壊危険電流値より下がった場合にオン作動させる回路破壊防止手段と、を備えることが好適である。
上記の安定器において、チョークコイルの外周に近接配置された防振手段と、前記防振手段の外周に近接配置された良熱伝導手段と、を備えたことが好適である。
上記の安定器において、防振手段は、チョークコイルを挿入するチョーク収納部と、該チョーク収納部とチョークコイルとの間に充填・硬化された硬質樹脂または発泡樹脂、乃至チョークコイルまたはチョーク収納部を包む繊維状吸音材とを含み、良熱伝導手段は、軟質樹脂を含むことが好適である。
【０００９】
上記の安定器において、インバータ部、点灯回路部及び始動回路部は断面円形ないし楕円形ケースに装填されることが好適である。
上記の安定器において、ケース断面は、短軸／長軸が１／１〜１／２であること好適である。
上記の安定器において、高圧放電灯と安定器の間の配線長が１５ｍ以上であること好適である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明にかかる放電灯安定器によれば、放電灯点灯周波数を１００〜１ｋＨｚとし、点灯の安定化をチョークコイルにより行うことによって、放電灯と安定器の間の配線長を長くすることが可能となる。
また、前記チョークコイルのコアをトロイダル形状とすることで、コアの振動や、それに伴う騒音を抑えることが可能となった。
また、チョークコイルの外周に防振手段を近接配置することにより、騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる放電灯安定器の概略構成の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインバータ部の動作の説明図である。
【図３】従来の高周波点灯装置におけるインバータ部の動作の説明図である。
【図４】従来の高周波点灯装置におけるインバータ分の動作の説明図である。
【図５】本発明の放電灯安定器の他の実施形態例である。
【図６】本発明の放電灯安定器の他の実施形態例である。
【図７】トロイダルコアの斜視図である。
【図８】コアのギャップと磁束線との関係の説明図である。
【図９】正常時のランプ電流変化の説明図である。
【図１０】短絡電流が流れたときの電流変化の説明図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る放電灯安定器の電流制御の説明図である。
【図１２】本発明の放電灯安定器の他の実施形態例である。
【図１３】ランプ電流が直流化した場合の説明図である。
【図１４】図１２の実施形態例による電流制御の説明図である。
【図１５】本発明の実施形態にかかる放電灯安定器のケースと各部品の配置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる放電灯安定器１０が示されている。
同図に示す放電灯安定器１０は、直流コンバータ部１２と、ハーフブリッジ型インバータ部１４と、点灯回路部１６とを備える。
前記コンバータ部１２は、交流商用電源１８より電力供給を受け、直流化する。
前記ハーフブリッジ型インバータ部１４は、スイッチング素子２０，２２の直列回路と、コンデンサ２４，２６の直列回路とをコンバータ部１２に対して並列接続して構成される。そして、駆動回路４２によって、スイッチング素子２０，２２のＯＮ／ＯＦＦを逆位相で同期して制御することで周波数制御された交流電流を点灯回路部１６に供給することができる。なお、本実施形態において、インバータ部１４の出力する電流の周波数は１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下、好ましくは３００Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下である。これらの周波数は、一般的に高周波点灯と言われる領域（数１０ｋＨｚ）と比較するときわめて低く、従来一般的に用いられる領域ではない。
【００１３】
一方、前記点灯回路部１６は、上記周波数領域で放電灯を点灯維持するためのチョークコイル２８を含む。そして、ランプ３２の一端は、チョークコイル２８を介して前記スイッチング素子２０，２２の間に、またランプ３２の他端は前記コンデンサ２４，２６の間にそれぞれ接続される。本実施形態において、チョークコイル２８のインダクタンスは１ｍＨ以上数十ｍＨ以下である。従来のインバータ式安定器では用いられていない大きさのインダクタンスとなっている。
また、ランプ３２と並列に始動用コンデンサ３４が接続されており、これが始動回路部を構成する。つまり、コンデンサ３４の一端はチョークコイル２８とランプ３２の一端の間に接続され、もう一端はランプ３２の他端の電極側に接続されている。
本実施形態にかかる放電灯安定器は概略以上のように構成され、次にその作用について説明する。
【００１４】
まず、電源が投入されると、前記コンバータ部１２により商用電源電流（周波数５０乃至６０Ｈｚ）は、直流電流に変換される。
このコンバータ部１２より供給される直流電流は、インバータ部１４により、たとえば５００Ｈｚに変換される。つまり、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動回路４２によってスイッチング素子２０，２２を交番周波数５００Ｈｚで交互にＯＮ，ＯＦＦを繰り返す。つまり、スイッチング素子の一方がＯＮのとき、他方がＯＦＦとなり、その結果、図２（Ｃ）に示すような周波数５００Ｈｚの矩形波交流電圧を得る。
【００１５】
そして、点灯回路部１６は、インバータ部１４からの５００Ｈｚの交流電流に基づき、通常の銅鉄形点灯回路と同様に機能し、ランプ３２の始動を行う。ランプ３２の始動の際にも、インバータ部１４の周波数は、図２で示したものと同じであり、スイッチング素子２０，２２の交番周波数は５００Ｈｚである。そして、本実施形態では、ランプ３２に並列に接続された始動用コンデンサ３４によって始動のための高電圧を得る。つまり、チョークコイル２８のインダクタンスＬの値と合わせて適切なキャパシタンスをもつ始動用コンデンサ３４を用いて共振周波数が調節されており、始動のための高圧パルスが得られる。
【００１６】
それに対して、一般的なインバータ式の安定器、例えば特許文献１などに開示される点灯方式では、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、ハーフブリッジ型インバータの２つのスイッチング素子の一方をＯＦＦとし、他方が数十ｋＨｚ（図では２０ｋＨｚ）の高周波でＯＮ／ＯＦＦする動作を、数十〜数１００Ｈｚ（図では１００Ｈｚ）の交番周波数でスイッチング素子の役割を交代しながら繰り返す。その結果、図３（Ｃ）に示すように従来の点灯方式では、点灯時でのインバータ部からの出力電圧波形は周波数１００Ｈｚの波形に２０ｋＨｚの高周波が重畳されたものとなる。また、放電灯の始動時には、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、２つのスイッチング素子は、数十ｋＨｚ（図では２０ｋＨｚ）の高周波で交互にＯＮ，ＯＦＦを繰り返し、図４（Ｃ）に示すように始動時のインバータ部からの出力電圧は、２０ｋＨｚの高周波となる。
【００１７】
このように、従来の高周波点灯方式では、点灯時、始動時にかかわらず、インバータ部からの出力電流が数十ｋＨｚの高周波を伴っており、誘電体損失等の理由により放電灯までの配線中での電力損失が大きい。また、始動パルスのパルス幅を大きくとることができないため、配線長を延ばすには別途イグナイタ等を放電灯側に取り付ける必要があり、効率も低いものであった。
しかしながら、本実施形態では、インバータ部１４からの交流電流の周波数を１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下、好ましくは３００Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下としている。さらにチョークコイル２８のインダクタンスを１ｍＨ以上数十ｍＨ以下のように大きくとっている。この結果、始動時のパルス幅も拡大し、始動性が有利となり、ランプ３２と安定器本体（コンバータ部１２，インバータ部１４，点灯回路部１６）との配線距離を長く取ることができる。
【００１８】
すなわち、本発明においては一般的なインバータ式電子安定器にはない大きなインダクタンスのチョークコイル２８を有するため、一般的な銅鉄形安定器と同程度にまで配線長を伸ばすことができる。たとえば数十ｋＨｚの矩形波およびサイン波により点灯させる高周波点灯型電子安定器では、別途イグナイタ等を設けることで通常５ｍ程度の配線長が確保できるのみであるが、本実施形態において、点灯時にパルス重畳した場合のパルス幅を３０μｓ（３３ｋＨｚ）とすると、始動開始配線長は１００ｍ程度にまで可能になる。しかも、高周波点灯型電子安定器とは異なり、高い効率を維持したまま配線を延ばすことが可能である。
また、一般の高周波発生用インバータと比較し、本実施形態にかかるインバータ部１４は、簡易な構成で、しかも耐久性も向上するという利点がある。
また、点灯回路部１６のチョークコイル２８は、商用周波数に対応した銅鉄形安定器よりははるかに小型、軽量化することができる。
【００１９】
すなわち、点灯周波数と、安定器の耐久性、所要重量には次のような関係がある。周波数を１００Ｈｚ以上、特に３００Ｈｚ以上にあげると、安定器の重量を大幅に低減させることができるが、１０００Ｈｚ以上にしても重量の低減効果はそれほど大きくない。一方で、耐久性は１０００Ｈｚ程度までであれば十分であるが、５０００Ｈｚになると低下し、装置も高額化する。さらに、８００Ｈｚ程度までであれば、安価でしかも効率のよいケイ素鋼板を鉄心に用いることができるが、１０００Ｈｚ以上となると比較的高価なアモルファスを鉄心に用いる必要が生じる。
したがって、本発明におけるインバータ部１４の出力周波数は１００〜１ｋＨｚ、好ましくは３００〜８００Ｈｚである。
【００２０】
また、図５、図６はそれぞれ本発明の他の実施形態例である。図１に対応する部分には、図５においては符号２００、図６においては符号３００を加え説明を省略する。図５、図６は始動回路部の変形例を示している。他の回路部については図１と同様である。
図５では、チョークコイル２２８に中間タップを設け、該中間タップとランプ２３２の逆側電極との間に、ランプ２３２と並列に始動用コンデンサ２３４が接続されており、これが始動回路部を構成する。始動用コンデンサ２３４のＣ、及びチョーク２２８の中間タップまでの十分に大きなＬにより共振周波数を調整し、始動高電圧を得る。
図６では、始動用コンデンサ３３４として非線形コンデンサを用い、ランプ３３２に並列接続され、始動回路部が構成されている。そして、非線形コンデンサの持つ蓄積電荷と電圧との間の非線形な特性から、容易にパルス幅の大きい高圧パルスを得ることができる。
【００２１】
また、チョークコイルへの交流電流通電による大きな振動、騒音の低減のため、チョークコイルのコアとしてトロイダル形状のコアを用いることが好適である。次にこの点について説明を行う。
コイルの騒音の原因としては一般的にコアの材質のもつ磁歪、局所的な磁束の集中によるコアの振動が原因と考えられる。一般に外部磁場により多数の磁区が磁化方向を揃えようとするとき、コアの外形に歪みが生じる。ある部分の磁束密度が他の部分に比べて局所的に大きくなるとその部分の変形は他の部分よりも大きなものとなってしまう。この局所的な歪みが原因となってコアの振動が生じる。
【００２２】
そこで、本実施形態では、チョークコイルのコアとして、図７に示すような丸みのある略ドーナツ状の形状をしたトロイダルコアを用いた。このような角の少ないコアを用いることで磁束の集中を抑えることができ、コアの振動が少なくなる。
さらに、コアのギャップ部分を小さくすることでより好適に騒音を低減することができる。図８にコアのギャップ部分の磁束線の模式図を示す。図８に示すようにコアの外部の磁束線はコアの角(図８で点線の丸印で囲んだ部分)の周辺に集中し、角の部分の磁束密度は他の部分よりも相対的に大きくなる。ここで、ギャップが小さい場合(図８(ａ))と、大きい場合(図８(ｂ))とを比べるとギャップの小さい場合の方がコアの角部分への磁束の集中は少なく、コアの他の部分との差が小さい。このため、ギャップを小さくすることでコアの振動を抑えることができる。ただし、コアのギャップを小さくすることは、小さい電流量でコアが磁気飽和状態になることを意味する。通常の安定器では、チョークコイルのコアが磁気飽和しないように十分な余裕をもって設計されている。例えば、放電灯の定格電流（ただし、定格電流の値は実効値としての値である）の２倍以上の電流が流れても磁気飽和が起こらないよう設計するのが通常である。しかし、上記のようにギャップを少なくすると、コアの磁気飽和を引き起こす電流量の下限が小さいものとなる。また、コアの断面積を大きくすることで、磁気飽和を引き起こす電流量を大きくすることができるが、この場合コイルの大型化は避けられない。
【００２３】
つまり、騒音を減らすためにコアとして極力ギャップの少ないものを用いること、かつ安全のために電流量の余裕をとること、コイルをできるだけ小型化すること、という３点を同時に考慮に入れる必要がある。そこで、本発明者らが検討した結果、放電灯の定格電流の１．７倍以上で磁気飽和するチョークコイルを用いることが好適であることが分かった。ただし、ここで定格電流の値は実効値としての値を意味する。
また、図１に示すように、本実施形態おいては、コイルの磁気飽和を防ぐため、ランプ３２に流れる電流を検知するランプ電流検知手段３８と、磁気飽和防止手段４０とを備えている。該磁気飽和防止手段４０は、ランプ電流が所定の値に設定された波高率設定電流値を超える場合に、前記インバータ部１４の駆動回路４２に信号を出し、スイッチング素子２０，２２が強制的にオフされる。そして、ランプ電流値が前記波高率設定電流値以下に復帰すると、再び駆動回路４２に信号を出し、スイッチング素子２０，２２をオンの状態、すなわち通常の動作状態に復帰させる。そして、前記波高率設定電流値を適切な値に設定しておくことでランプ電流の波形を制御することができる。例えば、波高率設定電流値をチョークコイルの磁気飽和が起きる電流値より小さい値に設定しておけば、ランプ電流の波高率（＝最大値／実効値）を所定の値以下、好適には１．７以下、に抑えることができる。その結果、ランプに短絡電流が流れたときにもチョークコイルの磁気飽和を防ぐことができる。
【００２４】
つまり、正常時にはランプ電流は、図９に示すように電流値ゼロを基準とした交流である。しかしながら、放電灯の始動直後から安定動作に移るまでには、図１０に示すような波高の高い短絡電流が流れる。そのため、チョークコイルの磁気飽和が起こり、異常発熱の原因となり得る。しかしながら、本実施形態において、磁気飽和防止手段４０によって、ランプ電流を図１１に示すように、波高の高い部分をカットしてしまうため、コイルの磁気飽和を防ぐことができる。
他の実施形態例として、図１２に示すようなものも好適である。図１と同一の部材には符号４００を加え説明を省略する。図１２の放電灯安定器４１０は、ランプ４３２に流れる電流を検知するランプ電流検知手段４３８と、回路破壊防止手段４４４を備え、該回路破壊防止手段４４４は、ランプ電流が回路破壊危険電流値を超える場合に、前記インバータ部４１４の駆動回路４４２に指令を出し、スイッチング素子４２０，４２２を強制的にオフさせ、電流値が回路破壊危険電流値以下に復帰するとオンさせる。
【００２５】
つまり、ランプ寿命末期などには図１３に示すように中心電流値がどちらかに偏り、直流化する傾向にある。この場合にも、ランプ自体は点灯を維持することができるが、電子部品には過大の負荷を与え、場合によっては損傷する。これに対し、通常の安定器には安全機構として過大電流が流れた場合に安定器自体の機能を停止するものもあるが、これではランプの一時的な異常、あるいはまだ使用可能であるランプを早期に使用不可にしてしまう可能性があるなどの欠点がある。つまり、回路破壊防止手段４４４は、ランプ電流が回路破壊危険電流値以上となると、たとえば５００Ｈｚで作動しているスイッチング素子４２０，４２２を一時的に強制オフ作動させ、ランプ電流が正常領域に復帰すると強制オフ作動を解除する。その結果、図１４に示すように、ランプの性能劣化などによる一時的直流化などの場合にもランプを直ちに停止することなく、安定化する時間を付与することができる。
【００２６】
図１５には本実施形態にかかる放電灯安定器の構造が示されており、前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し、説明を省略する。なお、同図（Ａ）は安定器の長手方向断面図、同図（Ｂ）はＩ−Ｉ線断面図である。
本実施形態にかかる安定器１１０は、コンバータ部（１２）及びインバータ部（１４）の主要電子部品を載置する基板１５０と、点灯回路部（１６）のチョークコイル１２８が収納される有底筒状のチョーク収納部１５２と、これらの基板１５０及びチョーク収納部１５２を収納する断面楕円状の筒状ケース１５４とを備える。
【００２７】
本発明において特徴的なことは、チョークコイル１２８の外周に近接配置された防振手段と、前記防振手段の外周に近接配置された良熱伝導手段を含むことであり、このために本実施例においてはチョーク収納部１５２に防振性に優れた硬質ウレタン系樹脂（硬度７０以上）を充填、硬化させ、筒状ケース１５４内には熱伝導性に優れた軟質ウレタン系樹脂（硬度６０以下）を充填・硬化させている。
本実施形態において、筒状ケース１５４に充填する樹脂も硬質ウレタン樹脂とした場合には、基板１５０上に載置された電子部品に冷熱サイクルによる影響を与えるおそれがある。
また、本実施形態において用いられるインバータ周波数領域における音響的共鳴をさらに軽減するため、チョーク収納部１５２に充填する防振性樹脂に、次のようなものを用いることが好適である。
【００２８】
（表１）
本発明
ウレタン系樹脂 △
ウレタン系樹脂＋１０％ケイ砂 △
ウレタン系樹脂＋３０％ケイ砂 ○
ウレタン系樹脂＋５０％ケイ砂 ○
このように、ケイ砂を樹脂に混合することにより、本発明にかかる安定器の静音性をさらに高めることができる。
【００２９】
一方、筒状ケース１５４に充填される熱伝導性樹脂にケイ砂などを混入すると、電子部品に損傷を与えるおそれがあり、好ましくない。
さらに、チョーク収納部１５２には、チョークコイル１２８の巻き線の隙間にまで樹脂を充填し、振動抑制効果、耐久性を向上させるため、減圧充填を行うことが好ましい。
これに対し、筒状ケース１５４へ熱伝導性樹脂を充填する際、減圧にすると電子部品の損傷が懸念され、好ましくない。
このように本実施形態においては、振動および熱の発生源であるチョークコイル１２８は、防振性の高い硬質樹脂、チョーク収納部１５２、熱伝導性の高い軟質樹脂、筒状ケース１５４の四重構造で外界と隔離されており、防振性が極めて高く、さらに電子部品に過度の負荷をかけることもない。
【００３０】
さらに本発明者らが検討したところ、防振性樹脂またはチョーク収納部１５２自体を発泡樹脂で形成し、あるいはチョークコイル１２８またはチョーク収納部１５２を発泡ウレタン樹脂、スチールウールなどの吸音材で包み込むことも好適である。また、チョーク収納部１５２を防振塗料、防振材貼付、収納部１５２内面の凹凸加工などにより防振構造とすることができる。
また、チョークコイル１２８をチョーク収納部１５２へ挿入配置する際、チョークコイル１２８が収納部１５２の壁面に直接接触すると、防振性が低下する恐れがあるため、収納部１５２内部あるいはチョークコイル１２８に突起を設け、チョークコイル１２８と収納部１５２内面が一定の離隔距離を取るように調整することが好適である。
また、本発明者らが検討したところ、筒状ケース１５４を用いることにより、特に１００〜１０００Ｈｚ程度の点灯周波数で点灯した場合に、優れた静音効果が得られることが明らかとなった。
【００３１】
（表２）
楕円 矩形
２０ｋＨｚ × ×
５００Ｈｚ ○ ×
上記表２より明らかなように、２０ｋＨｚで駆動した場合には、楕円形筒状ケースを用いても、あるいは矩形筒状ケースを用いても、静音効果には大きな影響はなかった。しかしながら、５００Ｈｚで駆動した場合には、楕円形筒状ケースを用いると優れた静音効果が発揮される一方、矩形筒状ケースを用いた場合には、静音効果は限られたものとなった。
【００３２】
この点について本発明者らがさらに検討したところ、短軸／長軸が１／１（真円）〜１／２程度、長軸径が２００ｍｍ程度まで高い静音効果が示された。これらの結果より、静音効果は、５００Ｈｚ程度と低周波数の場合に円形あるいは楕円形のケースは共振を防止するためと考えられる。
本実施形態にかかる安定器１１０を組み立てる際には、前述したようにチョーク収納部１５２にチョークコイル１２８を挿入した後に防振性樹脂を充填・硬化させ、さらにこの収納部１５２に対して基板１５０及び左端蓋１５８を取り付け、この組み立て体を筒状ケース１５４に挿入する。そして、左端蓋１５８を筒状ケース１５４の左端開口部に固定することで、チョーク収納部１５２及び基板１５０もケース１５４内にしっかりと固定されることとなる。そして、必要に応じ前記樹脂を充填し、右端蓋１６０を取り付ける。また、さらに基板１５０背面をケース１５４内面に密着させて放熱性を向上させるため、基板１５０の右端を筒状ケース１５４の内側へネジ止め１６２することが好適である。これらのネジ止めあるいは取付金具による固定は、いずれもケース１５４の左端開口より容易に行うことができる。むろん、ケース１５４は、特に基板１５０に対応する外面に放熱フィン１６６を密に設けている。以上のように、本実施形態にかかる安定器によれば、組み立て効率の向上を図ることができる。
【００３３】
また、本実施形態にかかる組み立て方法によれば、アルミベース基板に限らず、通常の基板に放熱フィン付のケースを取り付ける際にも応用可能であり、チョーク収納部のような大きな部品がない場合には、たとえば左端蓋に基板固定用の金具を設置して実施することもできる。
また、本発明において、インバータ部と点灯回路部を別体に構成し、一のインバータ部から供給される１００〜１ｋＨｚに周波数制御された電力を複数の点灯回路部に供給することもできる。この場合には、各点灯回路部には供給される電力の周波数に応じたチョークコイル、位相制御コンデンサなどを設ければよく、一層の装置小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 放電灯安定器
１４ インバータ部
１６ 銅鉄形点灯回路部
２８ チョークコイル
３４ 始動用コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電灯安定器、特にインバータ式安定器の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯安定器には、いわゆる銅鉄形安定器と、インバータ式安定器があり、銅鉄形安定器は部品点数が少なく比較的耐久性などにも優れる反面、大きさおよび重量が大きくなるという欠点がある。一方、インバータ式安定器では高周波点灯が行われるため、小型軽量化が図れるという利点がある。
たとえば、特許文献１などには、各種のインバータ式安定器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６８２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のインバータ式安定器で放電灯の始動を行うには、放電灯電極間の絶縁破壊を行うため、共振回路を設けてパルス状の高電圧を発生させるか、あるいは別途イグナイタを設け、高電圧を生成させる必要があった。その結果、回路構成の複雑化は避けられず、また高周波数領域で共振させた場合には放電灯と安定器間の配線長が長いと点灯が困難となるなど、各種の問題を残していた。特に配線長を長くできないことによって、屋外に放電灯を設置する等の場合でも放電灯と安定器とを隣接して配置しなければならないという不便が生じていた。
【０００５】
さらに、インバータ式安定器は、たとえば高圧放電灯を点灯した場合、放電管の構造により決まる共鳴周波数と点灯周波数が一致すると音響的共鳴を起こし、放電が不安定となるため、事実上数十ｋＨｚ以上の高周波点灯が要求され、装置の高額化が避けられない。一方、銅鉄形安定器でもチョークコイルへの交流電流通電により大きな振動、騒音を発生する場合があり、振動と騒音の低減は共通の大きな課題となっている。
【０００６】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたもので、その目的はインバータ式安定器の利点を生かしつつ、放電灯と安定器の間の配線長を高い電力効率を維持したまま延ばすことが可能な放電灯安定器を提供することにある。また、その第２の目的は騒音の少ない放電灯安定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の放電灯安定器は、オン作動およびオフ作動を１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数で逆位相制御される２つのスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の制御と同じ周波数の交流電圧を供給し、当該交流電圧の半周期中の波形を一矩形で形成するインバータ部と、
高圧放電灯に対して直列接続されたチョークコイルを有し前記インバータ部からの交流電圧により高圧放電灯を点灯する点灯回路部と、
高圧放電灯に並列接続されて前記チョークコイルとともに共振回路を形成し、インバータ部からの交流電圧によって始動用の高電圧パルスを発生する共振周波数となるように前記チョークコイルのインダクタンス値と合わせて調整されたキャパシタンスを持つ始動用コンデンサを有する始動回路部と、
高圧放電灯に流れるランプ電流を検知するランプ電流検知手段と、
前記ランプ電流検知手段が、波高率設定電流値を超える電流値を検出した場合に、前記インバータ部のスイッチング素子をオフ作動させ、ランプ電流が前記波高率設定電流値より下がった場合にオン作動させる磁気飽和防止手段と、を備え、
前記チョークコイルは、１ｍＨ〜数十ｍＨのインダクタンスを有し、前記高圧放電灯の定格電流の１．７倍以上の電流値で磁気飽和するものであり、
始動のための高電圧パルスを得る場合、前記共振回路は、前記インバータ部から供給される１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数を有する交流電圧により共振して、当該交流電圧の周波数に応じた幅広の高電圧パルスを生じて前記高圧放電灯を始動させ、
始動後は、前記チョークコイルは、高圧放電灯の放電電流を限流するとともに、前記波高率設定電流値はランプ電流の波高率が１．７以下となるよう設定され、前記チョークコイルの磁気飽和を防止することを特徴とする。
【０００８】
前記安定器において、前記チョークコイルのコアとしてトロイダルコアを用いることが好適である。
前記安定器において、高圧放電灯に流れるランプ電流を検知するランプ電流検知手段と、前記ランプ電流検知手段が、回路破壊危険電流値を超える電流値を検出した場合に、前記インバータ部のスイッチング素子をオフ作動させ、ランプ電流が回路破壊危険電流値より下がった場合にオン作動させる回路破壊防止手段と、を備えることが好適である。
上記の安定器において、チョークコイルの外周に近接配置された防振手段と、前記防振手段の外周に近接配置された良熱伝導手段と、を備えたことが好適である。
上記の安定器において、防振手段は、チョークコイルを挿入するチョーク収納部と、該チョーク収納部とチョークコイルとの間に充填・硬化された硬質樹脂または発泡樹脂、乃至チョークコイルまたはチョーク収納部を包む繊維状吸音材とを含み、良熱伝導手段は、軟質樹脂を含むことが好適である。
【０００９】
上記の安定器において、インバータ部、点灯回路部及び始動回路部は断面円形ないし楕円形ケースに装填されることが好適である。
上記の安定器において、ケース断面は、短軸／長軸が１／１〜１／２であること好適である。
上記の安定器において、高圧放電灯と安定器の間の配線長が１５ｍ以上であること好適である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明にかかる放電灯安定器によれば、放電灯点灯周波数を１００〜１ｋＨｚとし、点灯の安定化をチョークコイルにより行うことによって、放電灯と安定器の間の配線長を長くすることが可能となる。
また、前記チョークコイルのコアをトロイダル形状とすることで、コアの振動や、それに伴う騒音を抑えることが可能となった。
また、チョークコイルの外周に防振手段を近接配置することにより、騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる放電灯安定器の概略構成の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインバータ部の動作の説明図である。
【図３】従来の高周波点灯装置におけるインバータ部の動作の説明図である。
【図４】従来の高周波点灯装置におけるインバータ分の動作の説明図である。
【図５】本発明の放電灯安定器の他の実施形態例である。
【図６】本発明の放電灯安定器の他の実施形態例である。
【図７】トロイダルコアの斜視図である。
【図８】コアのギャップと磁束線との関係の説明図である。
【図９】正常時のランプ電流変化の説明図である。
【図１０】短絡電流が流れたときの電流変化の説明図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る放電灯安定器の電流制御の説明図である。
【図１２】本発明の放電灯安定器の他の実施形態例である。
【図１３】ランプ電流が直流化した場合の説明図である。
【図１４】図１２の実施形態例による電流制御の説明図である。
【図１５】本発明の実施形態にかかる放電灯安定器のケースと各部品の配置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる放電灯安定器１０が示されている。
同図に示す放電灯安定器１０は、直流コンバータ部１２と、ハーフブリッジ型インバータ部１４と、点灯回路部１６とを備える。
前記コンバータ部１２は、交流商用電源１８より電力供給を受け、直流化する。
前記ハーフブリッジ型インバータ部１４は、スイッチング素子２０，２２の直列回路と、コンデンサ２４，２６の直列回路とをコンバータ部１２に対して並列接続して構成される。そして、駆動回路４２によって、スイッチング素子２０，２２のＯＮ／ＯＦＦを逆位相で同期して制御することで周波数制御された交流電流を点灯回路部１６に供給することができる。なお、本実施形態において、インバータ部１４の出力する電流の周波数は１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下、好ましくは３００Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下である。これらの周波数は、一般的に高周波点灯と言われる領域（数１０ｋＨｚ）と比較するときわめて低く、従来一般的に用いられる領域ではない。
【００１３】
一方、前記点灯回路部１６は、上記周波数領域で放電灯を点灯維持するためのチョークコイル２８を含む。そして、ランプ３２の一端は、チョークコイル２８を介して前記スイッチング素子２０，２２の間に、またランプ３２の他端は前記コンデンサ２４，２６の間にそれぞれ接続される。本実施形態において、チョークコイル２８のインダクタンスは１ｍＨ以上数十ｍＨ以下である。従来のインバータ式安定器では用いられていない大きさのインダクタンスとなっている。
また、ランプ３２と並列に始動用コンデンサ３４が接続されており、これが始動回路部を構成する。つまり、コンデンサ３４の一端はチョークコイル２８とランプ３２の一端の間に接続され、もう一端はランプ３２の他端の電極側に接続されている。
本実施形態にかかる放電灯安定器は概略以上のように構成され、次にその作用について説明する。
【００１４】
まず、電源が投入されると、前記コンバータ部１２により商用電源電流（周波数５０乃至６０Ｈｚ）は、直流電流に変換される。
このコンバータ部１２より供給される直流電流は、インバータ部１４により、たとえば５００Ｈｚに変換される。つまり、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動回路４２によってスイッチング素子２０，２２を交番周波数５００Ｈｚで交互にＯＮ，ＯＦＦを繰り返す。つまり、スイッチング素子の一方がＯＮのとき、他方がＯＦＦとなり、その結果、図２（Ｃ）に示すような周波数５００Ｈｚの矩形波交流電圧を得る。
【００１５】
そして、点灯回路部１６は、インバータ部１４からの５００Ｈｚの交流電流に基づき、通常の銅鉄形点灯回路と同様に機能し、ランプ３２の始動を行う。ランプ３２の始動の際にも、インバータ部１４の周波数は、図２で示したものと同じであり、スイッチング素子２０，２２の交番周波数は５００Ｈｚである。そして、本実施形態では、ランプ３２に並列に接続された始動用コンデンサ３４によって始動のための高電圧を得る。つまり、チョークコイル２８のインダクタンスＬの値と合わせて適切なキャパシタンスをもつ始動用コンデンサ３４を用いて共振周波数が調節されており、始動のための高圧パルスが得られる。
【００１６】
それに対して、一般的なインバータ式の安定器、例えば特許文献１などに開示される点灯方式では、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、ハーフブリッジ型インバータの２つのスイッチング素子の一方をＯＦＦとし、他方が数十ｋＨｚ（図では２０ｋＨｚ）の高周波でＯＮ／ＯＦＦする動作を、数十〜数１００Ｈｚ（図では１００Ｈｚ）の交番周波数でスイッチング素子の役割を交代しながら繰り返す。その結果、図３（Ｃ）に示すように従来の点灯方式では、点灯時でのインバータ部からの出力電圧波形は周波数１００Ｈｚの波形に２０ｋＨｚの高周波が重畳されたものとなる。また、放電灯の始動時には、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、２つのスイッチング素子は、数十ｋＨｚ（図では２０ｋＨｚ）の高周波で交互にＯＮ，ＯＦＦを繰り返し、図４（Ｃ）に示すように始動時のインバータ部からの出力電圧は、２０ｋＨｚの高周波となる。
【００１７】
このように、従来の高周波点灯方式では、点灯時、始動時にかかわらず、インバータ部からの出力電流が数十ｋＨｚの高周波を伴っており、誘電体損失等の理由により放電灯までの配線中での電力損失が大きい。また、始動パルスのパルス幅を大きくとることができないため、配線長を延ばすには別途イグナイタ等を放電灯側に取り付ける必要があり、効率も低いものであった。
しかしながら、本実施形態では、インバータ部１４からの交流電流の周波数を１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下、好ましくは３００Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下としている。さらにチョークコイル２８のインダクタンスを１ｍＨ以上数十ｍＨ以下のように大きくとっている。この結果、始動時のパルス幅も拡大し、始動性が有利となり、ランプ３２と安定器本体（コンバータ部１２，インバータ部１４，点灯回路部１６）との配線距離を長く取ることができる。
【００１８】
すなわち、本発明においては一般的なインバータ式電子安定器にはない大きなインダクタンスのチョークコイル２８を有するため、一般的な銅鉄形安定器と同程度にまで配線長を伸ばすことができる。たとえば数十ｋＨｚの矩形波およびサイン波により点灯させる高周波点灯型電子安定器では、別途イグナイタ等を設けることで通常５ｍ程度の配線長が確保できるのみであるが、本実施形態において、点灯時にパルス重畳した場合のパルス幅を３０μｓ（３３ｋＨｚ）とすると、始動開始配線長は１００ｍ程度にまで可能になる。しかも、高周波点灯型電子安定器とは異なり、高い効率を維持したまま配線を延ばすことが可能である。
また、一般の高周波発生用インバータと比較し、本実施形態にかかるインバータ部１４は、簡易な構成で、しかも耐久性も向上するという利点がある。
また、点灯回路部１６のチョークコイル２８は、商用周波数に対応した銅鉄形安定器よりははるかに小型、軽量化することができる。
【００１９】
すなわち、点灯周波数と、安定器の耐久性、所要重量には次のような関係がある。周波数を１００Ｈｚ以上、特に３００Ｈｚ以上にあげると、安定器の重量を大幅に低減させることができるが、１０００Ｈｚ以上にしても重量の低減効果はそれほど大きくない。一方で、耐久性は１０００Ｈｚ程度までであれば十分であるが、５０００Ｈｚになると低下し、装置も高額化する。さらに、８００Ｈｚ程度までであれば、安価でしかも効率のよいケイ素鋼板を鉄心に用いることができるが、１０００Ｈｚ以上となると比較的高価なアモルファスを鉄心に用いる必要が生じる。
したがって、本発明におけるインバータ部１４の出力周波数は１００〜１ｋＨｚ、好ましくは３００〜８００Ｈｚである。
【００２０】
また、図５、図６はそれぞれ本発明の他の実施形態例である。図１に対応する部分には、図５においては符号２００、図６においては符号３００を加え説明を省略する。図５、図６は始動回路部の変形例を示している。他の回路部については図１と同様である。
図５では、チョークコイル２２８に中間タップを設け、該中間タップとランプ２３２の逆側電極との間に、ランプ２３２と並列に始動用コンデンサ２３４が接続されており、これが始動回路部を構成する。始動用コンデンサ２３４のＣ、及びチョーク２２８の中間タップまでの十分に大きなＬにより共振周波数を調整し、始動高電圧を得る。
図６では、始動用コンデンサ３３４として非線形コンデンサを用い、ランプ３３２に並列接続され、始動回路部が構成されている。そして、非線形コンデンサの持つ蓄積電荷と電圧との間の非線形な特性から、容易にパルス幅の大きい高圧パルスを得ることができる。
【００２１】
また、チョークコイルへの交流電流通電による大きな振動、騒音の低減のため、チョークコイルのコアとしてトロイダル形状のコアを用いることが好適である。次にこの点について説明を行う。
コイルの騒音の原因としては一般的にコアの材質のもつ磁歪、局所的な磁束の集中によるコアの振動が原因と考えられる。一般に外部磁場により多数の磁区が磁化方向を揃えようとするとき、コアの外形に歪みが生じる。ある部分の磁束密度が他の部分に比べて局所的に大きくなるとその部分の変形は他の部分よりも大きなものとなってしまう。この局所的な歪みが原因となってコアの振動が生じる。
【００２２】
そこで、本実施形態では、チョークコイルのコアとして、図７に示すような丸みのある略ドーナツ状の形状をしたトロイダルコアを用いた。このような角の少ないコアを用いることで磁束の集中を抑えることができ、コアの振動が少なくなる。
さらに、コアのギャップ部分を小さくすることでより好適に騒音を低減することができる。図８にコアのギャップ部分の磁束線の模式図を示す。図８に示すようにコアの外部の磁束線はコアの角(図８で点線の丸印で囲んだ部分)の周辺に集中し、角の部分の磁束密度は他の部分よりも相対的に大きくなる。ここで、ギャップが小さい場合(図８(ａ))と、大きい場合(図８(ｂ))とを比べるとギャップの小さい場合の方がコアの角部分への磁束の集中は少なく、コアの他の部分との差が小さい。このため、ギャップを小さくすることでコアの振動を抑えることができる。ただし、コアのギャップを小さくすることは、小さい電流量でコアが磁気飽和状態になることを意味する。通常の安定器では、チョークコイルのコアが磁気飽和しないように十分な余裕をもって設計されている。例えば、放電灯の定格電流（ただし、定格電流の値は実効値としての値である）の２倍以上の電流が流れても磁気飽和が起こらないよう設計するのが通常である。しかし、上記のようにギャップを少なくすると、コアの磁気飽和を引き起こす電流量の下限が小さいものとなる。また、コアの断面積を大きくすることで、磁気飽和を引き起こす電流量を大きくすることができるが、この場合コイルの大型化は避けられない。
【００２３】
つまり、騒音を減らすためにコアとして極力ギャップの少ないものを用いること、かつ安全のために電流量の余裕をとること、コイルをできるだけ小型化すること、という３点を同時に考慮に入れる必要がある。そこで、本発明者らが検討した結果、放電灯の定格電流の１．７倍以上で磁気飽和するチョークコイルを用いることが好適であることが分かった。ただし、ここで定格電流の値は実効値としての値を意味する。
また、図１に示すように、本実施形態おいては、コイルの磁気飽和を防ぐため、ランプ３２に流れる電流を検知するランプ電流検知手段３８と、磁気飽和防止手段４０とを備えている。該磁気飽和防止手段４０は、ランプ電流が所定の値に設定された波高率設定電流値を超える場合に、前記インバータ部１４の駆動回路４２に信号を出し、スイッチング素子２０，２２が強制的にオフされる。そして、ランプ電流値が前記波高率設定電流値以下に復帰すると、再び駆動回路４２に信号を出し、スイッチング素子２０，２２をオンの状態、すなわち通常の動作状態に復帰させる。そして、前記波高率設定電流値を適切な値に設定しておくことでランプ電流の波形を制御することができる。例えば、波高率設定電流値をチョークコイルの磁気飽和が起きる電流値より小さい値に設定しておけば、ランプ電流の波高率（＝最大値／実効値）を所定の値以下、好適には１．７以下、に抑えることができる。その結果、ランプに短絡電流が流れたときにもチョークコイルの磁気飽和を防ぐことができる。
【００２４】
つまり、正常時にはランプ電流は、図９に示すように電流値ゼロを基準とした交流である。しかしながら、放電灯の始動直後から安定動作に移るまでには、図１０に示すような波高の高い短絡電流が流れる。そのため、チョークコイルの磁気飽和が起こり、異常発熱の原因となり得る。しかしながら、本実施形態において、磁気飽和防止手段４０によって、ランプ電流を図１１に示すように、波高の高い部分をカットしてしまうため、コイルの磁気飽和を防ぐことができる。
他の実施形態例として、図１２に示すようなものも好適である。図１と同一の部材には符号４００を加え説明を省略する。図１２の放電灯安定器４１０は、ランプ４３２に流れる電流を検知するランプ電流検知手段４３８と、回路破壊防止手段４４４を備え、該回路破壊防止手段４４４は、ランプ電流が回路破壊危険電流値を超える場合に、前記インバータ部４１４の駆動回路４４２に指令を出し、スイッチング素子４２０，４２２を強制的にオフさせ、電流値が回路破壊危険電流値以下に復帰するとオンさせる。
【００２５】
つまり、ランプ寿命末期などには図１３に示すように中心電流値がどちらかに偏り、直流化する傾向にある。この場合にも、ランプ自体は点灯を維持することができるが、電子部品には過大の負荷を与え、場合によっては損傷する。これに対し、通常の安定器には安全機構として過大電流が流れた場合に安定器自体の機能を停止するものもあるが、これではランプの一時的な異常、あるいはまだ使用可能であるランプを早期に使用不可にしてしまう可能性があるなどの欠点がある。つまり、回路破壊防止手段４４４は、ランプ電流が回路破壊危険電流値以上となると、たとえば５００Ｈｚで作動しているスイッチング素子４２０，４２２を一時的に強制オフ作動させ、ランプ電流が正常領域に復帰すると強制オフ作動を解除する。その結果、図１４に示すように、ランプの性能劣化などによる一時的直流化などの場合にもランプを直ちに停止することなく、安定化する時間を付与することができる。
【００２６】
図１５には本実施形態にかかる放電灯安定器の構造が示されており、前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し、説明を省略する。なお、同図（Ａ）は安定器の長手方向断面図、同図（Ｂ）はＩ−Ｉ線断面図である。
本実施形態にかかる安定器１１０は、コンバータ部（１２）及びインバータ部（１４）の主要電子部品を載置する基板１５０と、点灯回路部（１６）のチョークコイル１２８が収納される有底筒状のチョーク収納部１５２と、これらの基板１５０及びチョーク収納部１５２を収納する断面楕円状の筒状ケース１５４とを備える。
【００２７】
本発明において特徴的なことは、チョークコイル１２８の外周に近接配置された防振手段と、前記防振手段の外周に近接配置された良熱伝導手段を含むことであり、このために本実施例においてはチョーク収納部１５２に防振性に優れた硬質ウレタン系樹脂（硬度７０以上）を充填、硬化させ、筒状ケース１５４内には熱伝導性に優れた軟質ウレタン系樹脂（硬度６０以下）を充填・硬化させている。
本実施形態において、筒状ケース１５４に充填する樹脂も硬質ウレタン樹脂とした場合には、基板１５０上に載置された電子部品に冷熱サイクルによる影響を与えるおそれがある。
また、本実施形態において用いられるインバータ周波数領域における音響的共鳴をさらに軽減するため、チョーク収納部１５２に充填する防振性樹脂に、次のようなものを用いることが好適である。
【００２８】
（表１）
本発明
ウレタン系樹脂 △
ウレタン系樹脂＋１０％ケイ砂 △
ウレタン系樹脂＋３０％ケイ砂 ○
ウレタン系樹脂＋５０％ケイ砂 ○
このように、ケイ砂を樹脂に混合することにより、本発明にかかる安定器の静音性をさらに高めることができる。
【００２９】
一方、筒状ケース１５４に充填される熱伝導性樹脂にケイ砂などを混入すると、電子部品に損傷を与えるおそれがあり、好ましくない。
さらに、チョーク収納部１５２には、チョークコイル１２８の巻き線の隙間にまで樹脂を充填し、振動抑制効果、耐久性を向上させるため、減圧充填を行うことが好ましい。
これに対し、筒状ケース１５４へ熱伝導性樹脂を充填する際、減圧にすると電子部品の損傷が懸念され、好ましくない。
このように本実施形態においては、振動および熱の発生源であるチョークコイル１２８は、防振性の高い硬質樹脂、チョーク収納部１５２、熱伝導性の高い軟質樹脂、筒状ケース１５４の四重構造で外界と隔離されており、防振性が極めて高く、さらに電子部品に過度の負荷をかけることもない。
【００３０】
さらに本発明者らが検討したところ、防振性樹脂またはチョーク収納部１５２自体を発泡樹脂で形成し、あるいはチョークコイル１２８またはチョーク収納部１５２を発泡ウレタン樹脂、スチールウールなどの吸音材で包み込むことも好適である。また、チョーク収納部１５２を防振塗料、防振材貼付、収納部１５２内面の凹凸加工などにより防振構造とすることができる。
また、チョークコイル１２８をチョーク収納部１５２へ挿入配置する際、チョークコイル１２８が収納部１５２の壁面に直接接触すると、防振性が低下する恐れがあるため、収納部１５２内部あるいはチョークコイル１２８に突起を設け、チョークコイル１２８と収納部１５２内面が一定の離隔距離を取るように調整することが好適である。
また、本発明者らが検討したところ、筒状ケース１５４を用いることにより、特に１００〜１０００Ｈｚ程度の点灯周波数で点灯した場合に、優れた静音効果が得られることが明らかとなった。
【００３１】
（表２）
楕円 矩形
２０ｋＨｚ × ×
５００Ｈｚ ○ ×
上記表２より明らかなように、２０ｋＨｚで駆動した場合には、楕円形筒状ケースを用いても、あるいは矩形筒状ケースを用いても、静音効果には大きな影響はなかった。しかしながら、５００Ｈｚで駆動した場合には、楕円形筒状ケースを用いると優れた静音効果が発揮される一方、矩形筒状ケースを用いた場合には、静音効果は限られたものとなった。
【００３２】
この点について本発明者らがさらに検討したところ、短軸／長軸が１／１（真円）〜１／２程度、長軸径が２００ｍｍ程度まで高い静音効果が示された。これらの結果より、静音効果は、５００Ｈｚ程度と低周波数の場合に円形あるいは楕円形のケースは共振を防止するためと考えられる。
本実施形態にかかる安定器１１０を組み立てる際には、前述したようにチョーク収納部１５２にチョークコイル１２８を挿入した後に防振性樹脂を充填・硬化させ、さらにこの収納部１５２に対して基板１５０及び左端蓋１５８を取り付け、この組み立て体を筒状ケース１５４に挿入する。そして、左端蓋１５８を筒状ケース１５４の左端開口部に固定することで、チョーク収納部１５２及び基板１５０もケース１５４内にしっかりと固定されることとなる。そして、必要に応じ前記樹脂を充填し、右端蓋１６０を取り付ける。また、さらに基板１５０背面をケース１５４内面に密着させて放熱性を向上させるため、基板１５０の右端を筒状ケース１５４の内側へネジ止め１６２することが好適である。これらのネジ止めあるいは取付金具による固定は、いずれもケース１５４の左端開口より容易に行うことができる。むろん、ケース１５４は、特に基板１５０に対応する外面に放熱フィン１６６を密に設けている。以上のように、本実施形態にかかる安定器によれば、組み立て効率の向上を図ることができる。
【００３３】
また、本実施形態にかかる組み立て方法によれば、アルミベース基板に限らず、通常の基板に放熱フィン付のケースを取り付ける際にも応用可能であり、チョーク収納部のような大きな部品がない場合には、たとえば左端蓋に基板固定用の金具を設置して実施することもできる。
また、本発明において、インバータ部と点灯回路部を別体に構成し、一のインバータ部から供給される１００〜１ｋＨｚに周波数制御された電力を複数の点灯回路部に供給することもできる。この場合には、各点灯回路部には供給される電力の周波数に応じたチョークコイル、位相制御コンデンサなどを設ければよく、一層の装置小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 放電灯安定器
１４ インバータ部
１６ 銅鉄形点灯回路部
２８ チョークコイル
３４ 始動用コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オン作動およびオフ作動を１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数で逆位相制御される２つのスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の制御と同じ周波数の交流電圧を供給し、当該交流電圧の半周期中の波形を一矩形で形成するインバータ部と、
高圧放電灯に対して直列接続されたチョークコイルを有し前記インバータ部からの交流電圧により高圧放電灯を点灯する点灯回路部と、
高圧放電灯に並列接続されて前記チョークコイルとともに共振回路を形成し、インバータ部からの交流電圧によって始動用の高電圧パルスを発生する共振周波数となるように前記チョークコイルのインダクタンス値と合わせて調整されたキャパシタンスを持つ始動用コンデンサを有する始動回路部と、
高圧放電灯に流れるランプ電流を検知するランプ電流検知手段と、
前記ランプ電流検知手段が、波高率設定電流値を超える電流値を検出した場合に、前記インバータ部のスイッチング素子をオフ作動させ、ランプ電流が前記波高率設定電流値より下がった場合にオン作動させる磁気飽和防止手段と、
を備え、
前記チョークコイルは、１ｍＨ〜数十ｍＨのインダクタンスを有し、前記高圧放電灯の定格電流の１．７倍以上の電流値で磁気飽和するものであり、
始動のための高電圧パルスを得る場合、前記共振回路は、前記インバータ部から供給される１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数を有する交流電圧により共振して、当該交流電圧の周波数に応じた幅広の高電圧パルスを生じて前記高圧放電灯を始動させ、
始動後は、前記チョークコイルは、高圧放電灯の放電電流を限流するとともに、前記波高率設定電流値はランプ電流の波高率が１．７以下となるよう設定され、前記チョークコイルの磁気飽和を防止することを特徴とする放電灯安定器。
【請求項２】
請求項１記載の安定器において、前記チョークコイルのコアとしてトロイダルコアを用いることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項３】
請求項１または２記載の安定器において、
高圧放電灯に流れるランプ電流を検知するランプ電流検知手段と、
前記ランプ電流検知手段が、回路破壊危険電流値を超える電流値を検出した場合に、前記インバータ部のスイッチング素子をオフ作動させ、ランプ電流が回路破壊危険電流値より下がった場合にオン作動させる回路破壊防止手段と、
を備えることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項４】
請求項１〜３記載の安定器において、
チョークコイルの外周に近接配置された防振手段と、
前記防振手段の外周に近接配置された良熱伝導手段と、
を備えたことを特徴とする放電灯安定器。
【請求項５】
請求項４記載の安定器において、
防振手段は、チョークコイルを挿入するチョーク収納部と、該チョーク収納部とチョークコイルとの間に充填・硬化された硬質樹脂または発泡樹脂、乃至チョークコイルまたはチョーク収納部を包む繊維状吸音材とを含み、
良熱伝導手段は、軟質樹脂を含むことを特徴とする放電灯安定器。
【請求項６】
請求項１〜５記載の安定器において、インバータ部、点灯回路部及び始動回路部は断面円形ないし楕円形ケースに装填されることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項７】
請求項６に記載の安定器において、ケース断面は、短軸／長軸が１／１〜１／２であることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項８】
請求項１〜７記載の安定器において、高圧放電灯と安定器の間の配線長が１５ｍ以上であることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項１】
オン作動およびオフ作動を１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数で逆位相制御される２つのスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の制御と同じ周波数の交流電圧を供給し、当該交流電圧の半周期中の波形を一矩形で形成するインバータ部と、
高圧放電灯に対して直列接続されたチョークコイルを有し前記インバータ部からの交流電圧により高圧放電灯を点灯する点灯回路部と、
高圧放電灯に並列接続されて前記チョークコイルとともに共振回路を形成し、インバータ部からの交流電圧によって始動用の高電圧パルスを発生する共振周波数となるように前記チョークコイルのインダクタンス値と合わせて調整されたキャパシタンスを持つ始動用コンデンサを有する始動回路部と、
高圧放電灯に流れるランプ電流を検知するランプ電流検知手段と、
前記ランプ電流検知手段が、波高率設定電流値を超える電流値を検出した場合に、前記インバータ部のスイッチング素子をオフ作動させ、ランプ電流が前記波高率設定電流値より下がった場合にオン作動させる磁気飽和防止手段と、
を備え、
前記チョークコイルは、１ｍＨ〜数十ｍＨのインダクタンスを有し、前記高圧放電灯の定格電流の１．７倍以上の電流値で磁気飽和するものであり、
始動のための高電圧パルスを得る場合、前記共振回路は、前記インバータ部から供給される１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数を有する交流電圧により共振して、当該交流電圧の周波数に応じた幅広の高電圧パルスを生じて前記高圧放電灯を始動させ、
始動後は、前記チョークコイルは、高圧放電灯の放電電流を限流するとともに、前記波高率設定電流値はランプ電流の波高率が１．７以下となるよう設定され、前記チョークコイルの磁気飽和を防止することを特徴とする放電灯安定器。
【請求項２】
請求項１記載の安定器において、前記チョークコイルのコアとしてトロイダルコアを用いることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項３】
請求項１または２記載の安定器において、
高圧放電灯に流れるランプ電流を検知するランプ電流検知手段と、
前記ランプ電流検知手段が、回路破壊危険電流値を超える電流値を検出した場合に、前記インバータ部のスイッチング素子をオフ作動させ、ランプ電流が回路破壊危険電流値より下がった場合にオン作動させる回路破壊防止手段と、
を備えることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項４】
請求項１〜３記載の安定器において、
チョークコイルの外周に近接配置された防振手段と、
前記防振手段の外周に近接配置された良熱伝導手段と、
を備えたことを特徴とする放電灯安定器。
【請求項５】
請求項４記載の安定器において、
防振手段は、チョークコイルを挿入するチョーク収納部と、該チョーク収納部とチョークコイルとの間に充填・硬化された硬質樹脂または発泡樹脂、乃至チョークコイルまたはチョーク収納部を包む繊維状吸音材とを含み、
良熱伝導手段は、軟質樹脂を含むことを特徴とする放電灯安定器。
【請求項６】
請求項１〜５記載の安定器において、インバータ部、点灯回路部及び始動回路部は断面円形ないし楕円形ケースに装填されることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項７】
請求項６に記載の安定器において、ケース断面は、短軸／長軸が１／１〜１／２であることを特徴とする放電灯安定器。
【請求項８】
請求項１〜７記載の安定器において、高圧放電灯と安定器の間の配線長が１５ｍ以上であることを特徴とする放電灯安定器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−３０２０７５（Ｐ２００９−３０２０７５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２８８０８（Ｐ２００９−２２８８０８）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【分割の表示】特願２００３−３９０９３８（Ｐ２００３−３９０９３８）の分割
【原出願日】平成１５年１１月２０日（２００３．１１．２０）
【出願人】（０００１２６２７４）株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【分割の表示】特願２００３−３９０９３８（Ｐ２００３−３９０９３８）の分割
【原出願日】平成１５年１１月２０日（２００３．１１．２０）
【出願人】（０００１２６２７４）株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Ｆターム（参考）】
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