JP2008053179A - 無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】定格負荷が大きい場合にも光出力が低下することのない無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】水銀を含む放電ガス２が封入される略電球形状のバルブ３と、バルブ３の内方に突出した略円筒状のキャビティ５と、バルブ３の一部に設けられてバルブ３の外側に向かって突出する突起部６とから成り、突起部６近傍のプラズマ１３の量を制御する制御手段として突起部６の外周を覆う略円環状の永久磁石１１を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具に関する。

従来から、コイルに高周波電流を通電することによって形成される電磁界をバルブ内に充填された放電ガスに作用させることで放電させ、放電に伴って放射される紫外線をバルブ内面に塗布した蛍光塗料に当てることで発光する無電極放電ランプが知られており、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。この無電極放電ランプは、内部に放電ガスを充填したバルブと、バルブ内に電磁界を生成するコイルと、バルブに形成されてバルブの外部に向けて突き出した隆起部とを備えている。この隆起部は、バルブを上向きにして点灯させた場合にバルブ表面において最も温度が低くなる部位、即ち最冷点となり、バルブ内の水銀蒸気圧を適正な値に制御する。したがって、ランプの光出力を増加させることができるという効果を奏するものである。
特開２００１−３２５９２０号公報

しかしながら、上記従来例では、バルブの体積に対して入力電力が大きい、即ち定格負荷が大きいランプを用いる場合には、バルブの温度が高くなるために水銀蒸気圧が必要以上に高くなり過ぎて光出力が低下するという問題があった。また、ランプの全点灯時に水銀蒸気圧が最適となるように隆起部の温度設計を行っているため、ランプの調光時には隆起部の温度が下がることで光出力が低下するという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、定格負荷が大きい場合にも光出力が低下することのない無電極放電ランプ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。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、透光性材料からなり水銀を含む放電ガスが封入されるバルブと、バルブ内方に突出し高周波電流が通電される誘導コイルが収納されるキャビティと、バルブのキャビティと略対向する位置に設けられてバルブの外側に突出する突起部とを備え、誘導コイルにより形成される電磁界の作用によって放電ガスを電離し、発生したプラズマによって励起発光させる無電極放電ランプであって、突起部近傍のプラズマの量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、放電ガスは、クリプトン又はキセノンを含むことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、制御手段は、突起部に近い側に設けられる第一の誘導コイルと、突起部から遠い側に設けられる第二の誘導コイルと、第一及び第二の誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とから成り、突起部を鉛直上方に向けて点灯する場合には第一の誘導コイルに通電し、突起部を鉛直下方に向けて点灯する場合には第二の誘導コイルに通電することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、制御手段は、突起部の外周を覆う補助コイルと、補助コイルに高周波電流を供給する高周波電源とから成り、調光時に補助コイルに通電することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１又は２の発明において、制御手段は、突起部に近い側に設けられる第一の誘導コイルと、突起部から遠い側に設けられる第二の誘導コイルと、第一及び第二の誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とから成り、突起部を鉛直上方に向けて点灯する場合には、調光時には第二の誘導コイルに通電して全点灯時には第一の誘導コイルに通電し、突起部を鉛直下方に向けて点灯する場合には、調光時には第一の誘導コイルに通電して全点灯時には第二の誘導コイルに通電することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１又は２の発明において、制御手段は、インダクタンスが相対的に高い第一の誘導コイルと、インダクタンスが相対的に低い第二の誘導コイルと、第一及び第二の誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とから成り、調光時には第一の誘導コイルに通電し、全点灯時には第二の誘電コイルに通電することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の無電極放電ランプと、誘導コイルを有し無電極放電ランプが装着されるカプラと、誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とを備えたことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項４記載の無電極放電ランプと、誘導コイルを有し無電極放電ランプが装着されるカプラと、誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、無電極放電ランプを囲む形状に形成され無電極放電ランプからの光を外部に採りだすための開口を有する器具本体と、器具本体に取り付けられて器具本体の開口を覆う透光性材料からなるカバーとを備え、無電極放電ランプの補助コイルの一端がカバーに固定されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、突起部近傍のプラズマの量を制御することで突起部の温度を調整することができ、したがって点灯状態に応じて光出力が低下するのを防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、従来放電ガスとして広く用いられているアルゴンと比べて重いためにプラズマの拡散を抑えることができ、したがって突起部へ近づくプラズマの量を抑えることができる。また、熱伝導率がアルゴンと比べて小さいためにプラズマの熱を突起部に伝えにくくすることができる。

請求項３の発明によれば、突起部を鉛直上方に向けて点灯する場合に、突起部近傍でプラズマを発生させることでバルブの底部を最冷点とすることができる。また、突起部を鉛直下方に向けて点灯する場合に、突起部から離れた部位でプラズマを発生させることで突起部を最冷点とすることができ、何れの場合においても光出力の低下を防ぐことができる。

請求項４の発明によれば、突起部においてもプラズマを発生させることができ、したがってプラズマの熱によって調光時における突起部の温度を保つことができ、光出力の低下を防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、突起部を鉛直上方に向けて点灯する場合では、調光時には第二の誘導コイルに高周波電流を供給することでプラズマがバルブの底部に近づき、全点灯時には第一の誘導コイルに高周波電流を供給することでプラズマがバルブの底部から離れるので、バルブの底部の温度を一定に保つことができる。また、突起部を鉛直下方に向けて点灯する場合では、調光時には第一の誘導コイルに高周波電流を供給することでプラズマが突起部に近づき、全点灯時には第二の誘導コイルに高周波電流を供給することでプラズマが突起部から離れるので、突起部の温度を一定に保つことができる。したがって、何れの場合においても良好な光出力を得ることができる。

請求項６の発明によれば、調光時において誘導コイル両端に高電圧を発生させることができるので、低いランプ電力まで放電を維持することができる。また、全点灯時においては、誘導コイルにおける損失を最小にするインダクタンスに設計することができ、したがって良好な光出力を得ることができる。

請求項７の発明によれば、請求項１乃至６の何れか１項の効果を奏する照明器具を実現することができる。

請求項８の発明によれば、請求項４の効果を奏する照明器具を実現することができる。また、カバーに補助コイルの一端を固定しているので、カバーを器具本体に取り付けるだけで突起部の外周に補助コイルを容易に配設することができる。

（実施形態１）
以下、本発明に係る無電極放電ランプの実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、水銀を含む放電ガス２が封入される略電球形状のバルブ３と、バルブ３に封止されてバルブ３の内方に突出した略円筒状のキャビティ５と、バルブ３の一部に設けられてバルブ３の外側に向かって突出する突起部６とから成り、突起部６近傍のプラズマ１３の量を制御する制御手段として突起部６の外周を覆う略円環状の永久磁石１１を設けている。

バルブ３は、例えばガラス等の透明材料を略電球形状に加工したもので、バルブ３の図１（ａ）における下側の頂部には、バルブ３の外側に向かって突出する突起部６が設けられており、バルブ３及び突起部６の内面には保護膜３ａ及び蛍光体膜３ｂ（図示では一部のみ）が塗布されている。また、バルブ３の図１（ａ）における上端部（以下、「バルブ３の底部」と呼ぶ）には、バルブ３と後述するカプラ８とを嵌合させるための口金８ａが取り付けられている。

キャビティ５には、図１（ａ）における上底部から下側の開口に向かって略円筒状に形成された排気管７が溶着されている。排気管７の内部には、水銀を蒸発させて点灯に必要な水銀蒸気圧を確保するためのアマルガム１が封入されている。尚、本実施形態のアマルガム１は亜鉛（Ｚｎ）及び水銀（Ｈｇ）の合金である。また、キャビティ５の外面にもバルブ３及び突起部６の内面と同様に保護膜３ａ及び蛍光体膜３ｂ（図示では一部のみ）が塗布されている。

カプラ８は、バルブ３を保持すると共に誘導コイル４のバルブ３に対する位置決めをするもので、高周波電力を供給されることにより高周波電磁界を発生して放電ガス２を励起させる誘導コイル４と、誘導コイル４が巻設されるコア９と、誘導コイル４及びコア９が発生する熱を放熱する熱伝導体１０とから成る。熱伝導体１０は、アルミ等の良好な熱伝導率を有する金属を用いて略円筒状に形成され、その上端は径方向に広がっている。熱伝導体１０はキャビティ５内に挿入されており、その内部には排気管７が挿通している。熱伝導体１０の下端側の側面には、上記のコア９が取り付けられている。コア９は、高周波磁気特性の良好なＭｎ−Ｚｎフェライト材料を略円筒状に加工したものである。コア９の側面には、高周波電源１４から高周波電流が通電されてバルブ３内に高周波電磁界を発生させる誘導コイル４が絶縁層（図示せず）を介して巻設されている。

尚、高周波電源１４は、図１（ｂ）に示すように、カプラ８が嵌合された口金８ａと出力線１５を介して接続されており、該口金８ａを介してカプラ８の誘導コイル４に高周波電流を供給するとともに、動作周波数を間欠的に変化させることで誘導コイル４への入力電力を調整するものである。

以上の構成において、誘導コイル４に高周波電流を流すと誘導コイル４の周囲に高周波電磁界が発生する。この高周波電磁界によりバルブ３内の電子が加速され、電子の衝突により放電ガス２が電離してプラズマ１３が発生する。プラズマ１３が発生するとアマルガム１中の水銀原子が励起され、励起された水銀原子は基底状態に戻る際に波長２５４ｎｍの紫外線を放射する。この紫外線は、バルブ３及び突起部６の内面、並びにキャビティ５の外面に塗布された蛍光体膜３ｂにおいて可視光線に変換され、バルブ３を透過して外部に放出される。

通常、点灯中はプラズマ１３の熱によってバルブ３は高温となるため、突起部６を最冷点とすることで水銀蒸気圧を下げているが、バルブ３の体積に対して入力電力の大きい、即ち定格負荷が大きい場合には突起部６を設けるだけでは不十分である。そこで上記のように突起部６の外周に永久磁石１１を設けると、永久磁石１１から生じる磁力線に沿ってプラズマ１３中の電子が螺旋運動をするので、突起部６にプラズマ１３が近づかないようにすることができる。このため、突起部６近傍のプラズマ１３の量を抑えることで突起部６の温度が必要以上に高くなるのを防ぎ、したがって定格負荷が大きい場合でも光出力が低下することなく良好な光出力を得ることができる。尚、本実施形態では突起部６と永久磁石１１をバルブ３に１つずつ設けているが、複数箇所に設けるようにしても構わない。

ところで、本実施形態では放電ガス２としてアルゴンを用いているが、アルゴンの代わりにキセノン又はクリプトンを用いてもよい。キセノン及びクリプトンは、アルゴンと比較して重いためにプラズマ１３が拡散し難く、したがって突起部６に近づくプラズマ１３の量を抑えることができる。また、アルゴンと比較して熱伝導率が小さいため、プラズマ１３の熱が突起部６に伝わりにくくすることができる。

（実施形態２）
以下、本発明に係る無電極放電ランプの実施形態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、実施形態１と共通の部位には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図２（ａ）に示すように、制御手段として突起部６に近い側に設けられた第一の誘導コイル４ａと、突起部６から離れた側に設けられた第二の誘導コイル４ｂとがそれぞれコア９の外側面に巻設されており、突起部６を上側に向けて点灯する場合には第一の誘導コイル４ａに、突起部６を下側に向けて点灯する場合には第二の誘導コイル４ｂに高周波電源１４から高周波電流が供給されるようになっている。尚、本実施形態では、制御手段を構成する第一の誘導コイル４ａ及び第二の誘導コイル４ｂをカプラ８の誘導コイルと兼用している。

上記のように構成すると、突起部６を上側に向けて点灯する場合には、突起部６に近い第一の誘導コイル４ａ近傍にプラズマ１３が発生するので、バルブ３の底部が最冷点となって水銀蒸気圧を下げることができる（図２（ａ）参照）。また、突起部６を下側に向けて点灯する場合には、第二の誘導コイル４ｂ近傍にプラズマ１３が発生するので、突起部６が最冷点となって水銀蒸気圧を下げることができる（図２（ｂ）参照）。したがって、何れの場合においても良好な光出力を得ることができる。

（実施形態３）
以下、本発明に係る無電極放電ランプの実施形態３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、実施形態１と共通の部位には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図３に示すように、制御手段として実施形態１の永久磁石１１の代わりに、突起部６の外周を覆うようにソレノイドからなる補助コイル１２が巻設されており、誘導コイル４とは別に補助コイル１２に高周波電源１４から高周波電流を供給するようにしている。

通常、全点灯時に水銀蒸気圧が最適となるように突起部６の温度設計をした場合には、調光時において高周波電源１４からの入力電力が全点灯時と比較して小さくなるために突起部６の温度が下がりすぎてしまうが、上記のような構成にすると、調光時に補助コイル１２に高周波電流を供給することで電磁界を発生させて突起部６においてもプラズマ１３を発生させることができ、したがってプラズマ１３の熱によって突起部６の温度を最適に保つことができて調光時においても良好な光出力を得ることができる。

ところで、図４に示すように、無電極放電ランプを収納する下面が開口した略椀状の器具本体１６と、器具本体１６に取り付けられて器具本体１６の開口を覆う透光性材料から成る略円形状のカバー１７とで構成される照明器具に本実施形態を適用しても構わない。この場合、本実施形態の補助コイル１２の一端部をカバー１７に予め固定すれば、カバー１７を器具本体１６に取り付けるだけで補助コイル１２を突起部６の外周に容易に配設することができる。

（実施形態４）
以下、本発明に係る無電極放電ランプの実施形態４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２と共通であるので、実施形態２と共通の部位には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態は、実施形態２の無電極放電ランプと全く同じ構成であり、制御手段として第一及び第二の誘導コイル４ａ，４ｂを備え、調光時には第一の誘導コイル４ａに高周波電流を供給し、全点灯時には第二の誘導コイル４ｂに高周波電流を供給するようにしている。尚、本実施形態では、制御手段を構成する第一の誘導コイル４ａ及び第二の誘導コイル４ｂをカプラ８の誘導コイルと兼用している。

上記のように構成すると、調光時には突起部６に近い側でプラズマ１３を発生させるので、全点灯時と比べて温度が低くなる突起部６の温度を上昇させることができる（図５（ａ）参照）。また、全点灯時には突起部６から離れた側でプラズマ１３を発生させるので、調光時と比べて温度が高くなる突起部６の温度上昇を抑制することができる（図５（ｂ）参照）。したがって、調光時及び全点灯時の何れにおいても突起部６の温度を一定に保つことができ、良好な光出力を得ることができる。

尚、本実施形態では最冷点が突起部６となる場合、即ち突起部６を下側に向けて点灯する場合について述べたが、最冷点がバルブ３の底部となる場合、即ち突起部６を上側に向けて点灯する場合には、調光時に第二の誘導コイル４ｂ、全点灯時に第一の誘導コイル４ａに高周波電流を供給するようにすれば上記と同様の効果を奏することができる。

（実施形態５）
以下、本発明に係る無電極放電ランプの実施形態５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２と共通であるので、実施形態２と共通の部位には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図６（ａ）に示すように、透磁率が相対的に高い第一のコア９ａと、透磁率が相対的に低い第二のコア９ｂとがカプラ８の軸方向（同図の上下方向）に沿って配設され、制御手段として第一のコア９ａの外側面にはインダクタンスが相対的に高い第一の誘導コイル４ａが、第二のコア９ｂの外側面にはインダクタンスが相対的に低い第二の誘導コイル４ｂがそれぞれ巻設されている。また、第一の誘導コイル４ａ及び第一のコア９ａは、突起部６に近い側に配設され、第二の誘導コイル４ｂ及び第二のコア９ｂは、突起部６から離れた側に配設されている。尚、本実施形態では、制御手段を構成する第一の誘導コイル４ａ及び第二の誘導コイル４ｂをカプラ８の誘導コイルと兼用している。

上記のように構成すると、調光時にはインダクタンスが相対的に高い第一の誘導コイル４ａに高周波電流を供給することで、誘導コイル４ａに高電圧を発生させることができ、したがって低い入力電力まで点灯を維持することができる（図６（ａ）参照）。また、全点灯時にはインダクタンスが相対的に低い第二の誘導コイル４ｂに高周波電流を供給することで、誘導コイル４を用いる場合と比較して損失を低減することができ、したがって良好な光出力を得ることができる（図６（ｂ）参照）。

本発明の実施形態１の無電極放電ランプを示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は高周波電源を含めた斜視図である。 本発明の実施形態２の無電極放電ランプを示す図で、（ａ）は突起部が鉛直上方に配置された場合の断面図で、（ｂ）は突起部が鉛直下方に配置された場合の断面図である。 本発明の実施形態３の無電極放電ランプを示す断面図である。 同上の無電極放電ランプを用いた照明器具を示す断面図である。 本発明の実施形態４の無電極放電ランプを示す図で、（ａ）は調光時の断面図で、（ｂ）は全点灯時の断面図である。 本発明の実施形態５の無電極放電ランプを示す図で、（ａ）は調光時の断面図で、（ｂ）は全点灯時の断面図である。

符号の説明

１ アマルガム
２ 放電ガス
３ バルブ
４ 誘導コイル
５ キャビティ
６ 突起部

Claims (8)

1. 透光性材料からなり水銀を含む放電ガスが封入されるバルブと、バルブ内方に突出し高周波電流が通電される誘導コイルが収納されるキャビティと、バルブのキャビティと略対向する位置に設けられてバルブの外側に突出する突起部とを備え、誘導コイルにより形成される電磁界の作用によって放電ガスを電離し、発生したプラズマによって励起発光させる無電極放電ランプであって、突起部近傍のプラズマの量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 前記放電ガスは、クリプトン又はキセノンを含むことを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
3. 前記制御手段は、突起部に近い側に設けられる第一の誘導コイルと、突起部から遠い側に設けられる第二の誘導コイルと、第一及び第二の誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とから成り、突起部を鉛直上方に向けて点灯する場合には第一の誘導コイルに通電し、突起部を鉛直下方に向けて点灯する場合には第二の誘導コイルに通電することを特徴とする請求項１又は２記載の無電極放電ランプ。
4. 前記制御手段は、突起部の外周を覆う補助コイルと、補助コイルに高周波電流を供給する高周波電源とから成り、調光時に補助コイルに通電することを特徴とする請求項１又は２記載の無電極放電ランプ。
5. 前記制御手段は、突起部に近い側に設けられる第一の誘導コイルと、突起部から遠い側に設けられる第二の誘導コイルと、第一及び第二の誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とから成り、突起部を鉛直上方に向けて点灯する場合には、調光時には第二の誘導コイルに通電して全点灯時には第一の誘導コイルに通電し、突起部を鉛直下方に向けて点灯する場合には、調光時には第一の誘導コイルに通電して全点灯時には第二の誘導コイルに通電することを特徴とする請求項１又は２記載の無電極放電ランプ。
6. 前記制御手段は、インダクタンスが相対的に高い第一の誘導コイルと、インダクタンスが相対的に低い第二の誘導コイルと、第一及び第二の誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とから成り、調光時には第一の誘導コイルに通電し、全点灯時には第二の誘電コイルに通電することを特徴とする請求項１又は２記載の無電極放電ランプ。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の無電極放電ランプと、誘導コイルを有し無電極放電ランプが装着されるカプラと、誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源とを備えたことを特徴とする照明器具。
8. 請求項４記載の無電極放電ランプと、誘導コイルを有し無電極放電ランプが装着されるカプラと、誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、無電極放電ランプを囲む形状に形成され無電極放電ランプからの光を外部に採りだすための開口を有する器具本体と、器具本体に取り付けられて器具本体の開口を覆う透光性材料からなるカバーとを備え、無電極放電ランプの補助コイルの一端がカバーに固定されることを特徴とする照明器具。
   

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