特許 7592240 放電点灯装置、および光照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【発明の名称】放電点灯装置、および光照射装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 41/24 20060101AFI20241125BHJP

【ＦＩ】

H05B41/24

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021034074

(22)【出願日】2021-03-04

(65)【公開番号】P2022134724

(43)【公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-11-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003757

【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【氏名又は名称】白井 達哲

(74)【代理人】

【識別番号】100176751

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 耕平

(72)【発明者】

【氏名】石川 達章

(72)【発明者】

【氏名】長野 信久

【審査官】谷口 東虎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１０７４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５２６４１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ４１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

出力電圧を制御可能な直流電源と；
前記直流電源の出力側に電気的に接続され、放電ランプを出力側に電気的に接続可能なインバータと；
前記放電ランプのランプ電流、およびランプ電圧の少なくともいずれかを検出可能な検出部と；
前記検出部により検出された検出値と、予め定められた閾値と、に基づいて、前記放電ランプの調光制御方式を切り替え可能な制御部と；
を具備し、
前記制御部は、
前記検出値が前記閾値未満の場合には、前記インバータに設けられたスイッチング素子のスイッチングにおけるデューティ比を変化させる第１の調光制御を行い、
前記検出値が前記閾値以上の場合には、前記デューティ比を一定とし、前記直流電源の前記出力電圧の波高値を変化させる第２の調光制御を行う放電点灯装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１の調光制御において、前記出力電圧の前記波高値を一定とし、前記スイッチングにおける前記デューティ比を変化させる請求項１記載の放電点灯装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１の調光制御において、前記スイッチングにおけるＯＮ時間を一定とし、ＯＦＦ時間を変化させる請求項１または２に記載の放電点灯装置。

【請求項4】

前記閾値は、デューティ比５０％である請求項１～３のいずれか１つに記載の放電点灯装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１つに記載の放電点灯装置を具備した光照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放電点灯装置、および光照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

放電ランプを点灯させる放電点灯装置がある。放電点灯装置は、放電ランプの光出力の調整、すなわち、調光を行うこともできことが求められている。
そのため、出力電圧を制御可能な直流電源と、直流電源の出力側に電気的に接続されたインバータと、を有する放電点灯装置が提案されている。
出力電圧を制御可能な直流電源が設けられていれば、直流電源の出力電圧を変化させることで、放電ランプの光出力の調整を行うことができる。

【0003】

しかしながら、この様な放電点灯装置において、光出力を小さくするために（明るさを暗くするために）、直流電源の出力電圧を小さくすると、直流電源に設けられた整流ダイオードにおける損失が大きくなる。そのため、放電点灯装置の効率が低下するという新たな問題が生じる。また、放電ランプを点灯させるのに必要な電圧の確保も困難となる。
そこで、光出力を小さくした際の放電点灯装置の効率の低下を防ぐことができ、且つ、ランプを点灯させるのに必要な電圧を確保することができる技術の開発が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－０１５８９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、光出力を小さくした際の放電点灯装置の効率の低下を防ぐことができ、且つ、ランプを点灯させるのに必要な電圧を確保することができる放電点灯装置、および光照射装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係る放電点灯装置は、出力電圧を制御可能な直流電源と；前記直流電源の出力側に電気的に接続され、放電ランプを出力側に電気的に接続可能なインバータと；前記放電ランプのランプ電流、およびランプ電圧の少なくともいずれかを検出可能な検出部と；前記検出部により検出された検出値と、予め定められた閾値と、に基づいて、前記放電ランプの調光制御方式を切り替え可能な制御部と；を具備している。前記制御部は、前記検出値が前記閾値未満の場合には、前記インバータに設けられたスイッチング素子のスイッチングにおけるデューティ比を変化させる第１の調光制御を行い、前記検出値が前記閾値以上の場合には、前記デューティ比を一定とし、前記直流電源の前記出力電圧の波高値を変化させる第２の調光制御を行う。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態によれば、光出力を小さくした際の放電点灯装置の効率の低下を防ぐことができ、且つ、ランプを点灯させるのに必要な電圧を確保することができる放電点灯装置、および光照射装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る光照射装置を例示するための模式回路図である。

【図2】直流電源を例示するための模式回路図である。

【図3】インバータを例示するための模式回路図である。

【図4】放電ランプの調光制御方式の切り替えを例示するための模式図である。

【図5】放電点灯装置（インバータ）から出力される電圧の波形を例示するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施形態に係る光照射装置１００を例示するための模式回路図である。
図１に示すように、光照射装置１００には、例えば、放電ランプ２００、および放電点灯装置１を設けることができる。

【0010】

放電ランプ２００は、例えば、筒状の発光管、および、発光管に設けられた一対の電極を有している。放電ランプ２００の種類には特に限定がなく、例えば、光照射装置１００の用途に応じて適宜変更することができる。例えば、光照射装置１００が、紫外線硬化型のインク、塗料、接着剤などの硬化に用いられる場合、光配向法による配向処理に用いられる場合、処理物の表面の改質、浄化、殺菌などに用いられる場合などには、紫外線を含む光を照射する放電ランプ２００とすることができる。例えば、光照射装置１００が、処理物の乾燥、加熱などに用いられる場合には、可視光を含む光を照射する放電ランプや、赤外線を含む光を照射する放電ランプとすることができる。
なお、放電ランプ２００の種類や用途は、例示をしたものに限定されるわけではない。また、放電ランプ２００の構成には、既知の技術を適用することができるので、詳細な説明は省略する。

【0011】

図１に示すように、放電点灯装置１には、例えば、直流電源１０、インバータ２０、検出部３０、および制御部４０を設けることができる。

【0012】

直流電源１０は、出力電圧を制御することができる。直流電源１０は、いわゆる出力可変の直流電源とすることができる。直流電源１０の出力電圧を制御することで、光出力の調整、すなわち、調光を行うことができる。

【0013】

図２は、直流電源１０を例示するための模式回路図である。
図２に示すように、直流電源１０には、例えば、交流電源１１、整流回路１２、およびコンバータ１３を設けることができる。
交流電源１１は、例えば、商用電源とすることができる。交流電源１１は、直流電源１０の外部に設けることもできる。例えば、放電点灯装置１に設けられる直流電源には、整流回路１２およびコンバータ１３が設けられ、商用電源などの交流電源１１が整流回路１２に電気的に接続されるようにしてもよい。

【0014】

整流回路１２の入力側は、例えば、交流電源１１と電気的に接続される。整流回路１２は、例えば、交流電源１１により印加された交流電圧を全波整流する。整流回路１２は、例えば、ダイオードブリッジなどを有する。

【0015】

コンバータ１３の入力側は、例えば、整流回路１２の出力側と電気的に接続される。コンバータ１３の出力側は、例えば、インバータ２０と電気的に接続される。コンバータ１３は、整流回路１２により全波整流された電圧を、所定の直流電圧に変換する。そのため、コンバータ１３により、直流電源１０の出力電圧を制御することができる。コンバータ１３は、例えば、スイッチング回路を有する。コンバータ１３は、例えば、フライバックコンバータを有するものであってもよい。コンバータ１３は、例えば、昇圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路、昇圧チョッパと降圧チョッパとを組み合わせた回路のいずれかを有するものであってもよい。

【0016】

インバータ２０は、直流電源１０の出力側に電気的に接続され、放電ランプ２００を出力側に電気的に接続可能である。

【0017】

図３は、インバータ２０を例示するための模式回路図である。
図３に示すように、インバータ２０には、例えば、スイッチング素子２１、スイッチング素子２２、およびトランス２３が設けられている。

【0018】

スイッチング素子２１とスイッチング素子２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどのトランジスタとすることができる。スイッチング素子２１とスイッチング素子２２は、直列接続されている。

【0019】

トランス２３は、例えば、絶縁型のトランスであり、１次コイルＬ１、Ｌ２および２次コイルＬ３によって構成される。
１次コイルＬ１の一端には、スイッチング素子２１のドレインが接続され、また、１次コイルＬ２の一端には、スイッチング素子２２のドレインが接続される。
１次コイルＬ１、Ｌ２の中点には、直流電源１０の正極側が接続される。直流電源１０の負極側は、スイッチング素子２１のソースおよびスイッチング素子２２のソースに接続される。
２次コイルＬ３は、放電ランプ２００に接続される。

【0020】

スイッチング素子２１のゲートＡ、および、スイッチング素子２２のゲートＢは、制御部４０に接続される。
スイッチング素子２１のゲートＡ、および、スイッチング素子２２のゲートＢに、制御部４０からそれぞれ制御信号を入力することで、トランス２３を介して、放電ランプ２０へ交流の出力電圧を供給できる。

【0021】

制御部４０は、例えば、操作者や他の機器などから入力された情報に基づいて、直流電源１０の出力電圧、およびインバータ２０（スイッチング素子２１、２２）のスイッチングの少なくともいずれかを制御することで、装着された放電ランプ２００を調光する。

【0022】

制御部４０は、例えば、直流電源１０の出力電圧、およびインバータ２０のスイッチングにおけるデューティ比の少なくともいずれかを制御することで、調光制御を行う。

【0023】

例えば、制御部４０は、スイッチング素子２１、２２のスイッチングを制御する。例えば、制御部４０は、スイッチング素子２１、２２を高周波で交互にオン・オフする。スイッチング素子２１、２２を高周波で交互にオン・オフすることで発生した高周波電圧は、トランス２３を介して、放電ランプ２００の一対の電極に、点灯を維持するのに十分な電圧を印加することができる。

【0024】

また、制御部４０は、スイッチング素子２１、２２のスイッチングにおけるデューティ比（スイッチングにおけるＯＮ時間／スイッチングの周期）を制御することで、光出力の調整、すなわち、調光を行うこともできる。例えば、スイッチング素子２１、２２のスイッチングにおけるＯＮ時間を一定とし、ＯＦＦ時間を変化させることで調光制御を行うことができる。この場合、ＯＦＦ時間を長くすれば光出力を小さく（明るさを暗く）することができ、ＯＦＦ時間を短くすれば光出力を大きく（明るさを明るく）することができる。

【0025】

また、スイッチング素子２１、２２のスイッチングにおけるデューティ比を制御したり、直流電源１０の出力電圧を制御したりすることで、放電ランプ２００の調光制御を行うことができる。

【0026】

直流電源１０の出力電圧を制御することで調光制御を行うと、光出力を小さくした際に、整流回路１２に設けられた整流ダイオードにおける損失が大きくなる。そのため、光出力を小さくすると（例えば、放電点灯装置１から出力されるランプ電流を小さくすると）、放電点灯装置１の効率が低下するという新たな問題が生じる。また、放電ランプ２００を点灯させるのに必要な電圧の確保も困難となる。

【0027】

そのため、放電点灯装置１には、検出部３０が設けられている。そして、制御部４０は、検出部３０により検出された検出値と、予め定められた閾値と、に基づいて、放電ランプ２００の調光制御方式を切り替える。
例えば、制御部４０は、直流電源１０の出力電圧を変化させる調光制御（第２の調光制御の一例に相当する）と、スイッチング素子２１、２２のスイッチングにおけるデューティ比を変化させる調光制御（第１の調光制御の一例に相当する）とを切り替える。

【0028】

次に、放電ランプ２００の調光制御方式の切り替えについてさらに説明する。
図１に示すように、検出部３０は、例えば、放電ランプ２００を装着するための一方の端子と、インバータ２０の一方の出力端子との間に電気的に接続されている。検出部３０は、放電ランプ２００のランプ電流、およびランプ電圧の少なくともいずれかを検出する。検出部３０は、例えば、電流計、電圧計、電力計などとすることができる。検出部３０により検出された検出値は、制御部４０に入力される。
なお、以下においては、一例として、検出部３０が放電ランプ２００のランプ電流を検出する場合を説明する。

【0029】

図４は、放電ランプ２００の調光制御方式の切り替えを例示するための模式図である。 図５は、放電点灯装置１（インバータ２０）から出力される電圧の波形を例示するための模式図である。
なお、図４において数字を付した部分の電圧の波形は、図５中の対応する数字における電圧の波形である。
また、図４および図５においては、スイッチング素子２１、２２のスイッチングにおけるデューティ比５０％を閾値としている。なお、図４および図５において、デューティ比５０％は、各図中における（３）の部分である。

【0030】

図４および図５に示すように、例えば、デューティ比が５０％未満の場合には、直流電源１０の出力電圧を一定にし、インバータ２０による調光制御を行うことができる。前述したように、インバータ２０による調光制御は、例えば、スイッチング素子２１、２２のスイッチングにおけるデューティ比を変化させることで行うことができる。

【0031】

例えば、図５の（１）、（２）に示すように、スイッチング素子２１、２２のスイッチングにおけるＯＮ時間を一定とし、ＯＦＦ時間を変化させることで調光制御を行うことができる。例えば、図５の（１）に示すように、ＯＦＦ時間を長くすれば光出力を小さく（明るさを暗く）することができる。例えば、図５の（２）に示すように、ＯＦＦ時間を短くすれば光出力を大きく（明るさを明るく）することができる。

【0032】

図４および図５に示すように、例えば、デューティ比が５０％となった場合には、デューティ比を一定（５０％）にし、直流電源１０による調光制御を行うことができる。前述したように、直流電源１０による調光制御は、例えば、直流電源１０の出力電圧を変化させることで行うことができる。

【0033】

例えば、図４および図５の（３）に示すように、直流電源１０の出力電圧を小さくすれば、波高値が低くなり、光出力を小さく（明るさを暗く）することができる。例えば、図４および図５の（４）に示すように、直流電源１０の出力電圧を（３）よりも大きくすれば、波高値が（３）よりも高くなり、光出力を（３）よりも大きく（明るさを明るく）することができる。例えば、図４および図５の（５）に示すように、直流電源１０の出力電圧を（４）よりも大きくすれば、波高値が（４）よりも高くなり、光出力を（４）よりも大きく（明るさを明るく）することができる。

【0034】

本実施の形態に係る放電点灯装置１とすれば、調光範囲の下限側の領域において光出力を小さくする場合には、インバータ２０による調光制御を行うことができる。そのため、直流電源１０（整流回路１２）に設けられた整流ダイオードにおける損失が大きくなるのを抑制することができ、ひいては、調光制御における効率を向上させることができる。
以上に説明した様に、本実施の形態に係る放電点灯装置１とすれば、光出力を小さくした際の放電点灯装置の効率の低下を防ぐことができ、且つ、ランプを点灯させるのに必要な電圧を確保することができる。

【0035】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0036】

１ 放電点灯装置、１０ 直流電源、１１ 交流電源、１２ 整流回路、１３ コンバータ、２０ インバータ、２１ スイッチング素子、２２ スイッチング素子、２３ トランス、３０ 検出部、４０ 制御部、１００ 光照射装置、２００ 放電ランプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】