JP2009104981A - 無電極放電灯点灯装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な制御手段を用いることなく、周囲温度に対して光出力の変化が小さく、かつ早い光束立ち上がりが得られるとともに、電力効率も高まる無電極放電灯点灯装置および照明器具を提供する。
【解決手段】希ガスと水銀とが気密に充填され、内壁に蛍光体膜が塗布された透光ガラス製のバルブ２と、このバルブ２内に設けたアマルガム１１と、バルブ２近傍に配置された誘導コイル１０と、この誘導コイル１０に高周波電流を通電して、誘導コイル１０から誘起される電磁界によりバルブ２内に放電を発生させる点灯回路１６とを備えた無電極放電灯点灯装置において、アマルガム１１の近傍に設けたアマルガム加熱手段１５と、誘導コイル１０に電磁気的に結合する２次コイル３０と、加熱手段１５の近傍に設けたサーミスタ３１とで閉回路を形成して、２次コイル３０から加熱手段１５に給電するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電灯点灯装置および照明器具に関する。

従来、希ガスと水銀とが気密に充填され、内壁に蛍光体膜が塗布された透光ガラス製のバルブと、このバルブ内に設けたアマルガムと、バルブ近傍に配置された誘導コイルと、この誘導コイルに高周波電流を通電して、誘導コイルから誘起される電磁界によりバルブ内に放電を発生させる点灯回路とを備えた無電極放電灯点灯装置がある（特許文献１の図２１、図２２参照）。
特開２００３−２３４０８４号公報

しかしながら、背景技術には、加熱コイルでアマルガムを誘導加熱する技術やサーミスタで加熱期間を制御する技術が開示されているものの、制御手段が複雑になるという問題があった。

本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、複雑な制御手段を用いることなく、周囲温度に対して光出力の変化が小さく、かつ早い光束立ち上がりが得られるとともに、電力効率も高まる無電極放電灯点灯装置および照明器具を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、希ガスと水銀とが気密に充填され、内壁に蛍光体膜が塗布された透光ガラス製のバルブと、このバルブ内に設けたアマルガムと、バルブ近傍に配置された誘導コイルと、この誘導コイルに高周波電流を通電して、誘導コイルから誘起される電磁界によりバルブ内に放電を発生させる点灯回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記アマルガムの近傍に設けたアマルガム加熱手段と、前記誘導コイルに電磁気的に結合する２次コイルと、前記加熱手段の近傍に設けたサーミスタとで閉回路を形成して、２次コイルから加熱手段に給電するようにしたことを特徴とする無電極放電灯点灯装置を提供するものである。

請求項２のように、前記加熱手段は、ＰＴＣヒータであることが好ましい。

請求項３のように、前記加熱手段の近傍の閉回路に、所定の温度に達したときに閉回路を開くバイメタルスイッチを介設することが好ましい。

請求項４のように、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無電極放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする照明器具とすることができる。

本発明によれば、無電極放電灯に点灯回路から給電が開始された直後は、サーミスタの温度が低くて低インピーダンスとなっているから、点灯回路からの給電のほとんどは、加熱手段に供給されることで、アマルガムが急速に加熱されて水銀がバルブ内に放出されるようになる。この給電開始直後は、誘導コイルに高電圧が発生しないので、バルブ内に放電を発生させることができない。

その後、サーミスタが所定の温度に達すると抵抗値が急激に高まる（高インピーダンス）から、誘導コイルに高電圧が発生するようになるので、バルブ内に放電が発生して点灯するようになる。

このように、点灯回路の給電開始直後は、加熱手段に給電が行われ、サーミスタが所定の温度に達すると、誘導コイルの給電に自動的に切り替わるようになるから、複雑な制御手段を用いることなく、周囲温度に対して光出力の変化が小さく、かつ早い光束立ち上がりが得られるようになる。また、点灯の安定時には、加熱手段による電力ロスを無視できる程度に抑えることができるので、電力効率が高まるようになる。

請求項２によれば、加熱手段がＰＴＣヒータであると、ＰＴＣヒータが所定の温度に達すると、抵抗値が急激に高まる（高インピーダンス）ことで、誘導コイルに高電圧が発生するようになるから、ＰＴＣヒータがサーミスタとしても機能するので、サーミスタ素子を別に設ける必要がなくなる。

請求項３によれば、サーミスタが所定の温度に達すると、バイメタルスイッチが閉回路を開くから、２次コイルを含む閉回路の消費電力をほぼゼロにすることが可能となる。

請求項４によれば、光束立ち上がりが良く、周囲温度の変化に対して光出力変化の小さい照明器具となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は無電極放電灯１の断面図である。ガラス球状のバルブ２の基部２ａは口金３に連結されている。無電極放電灯１の内部中心にはキャビティ４と、このキャビティ４の底部分４ａから開口部分４ｂに向かって延在する排気細管５とが一体的に形成されている。

キャビティ４内には、排気細管５に挿入された状態の円筒状シリンダ６が設けられ、このシリンダ６は、キャビティ４の開口部分４ｂから外部に突出して、口金３に形成された穴３ａに嵌め合わされている。

また、排気細管５の先端（チップオフ部）５ａは、キャビティ４の開口部分４ｂから外部に突出して、口金３の穴３ａに嵌め合わされているシリンダ６の内部に臨まされている。

バルブ２の内面には、その一部だけを図示するように、保護膜７と蛍光体膜８とが形成されている。また、キャビティ４のバルブ２内の周面にも、その一部だけを図示するように、保護膜７と蛍光体膜８とが形成されている。

キャビティ４内の上部には、シリンダ６の外周に嵌め込まれた状態でフェライトコア９と誘導コイル１０とが設けられている。フェライトコア９は、誘導コイル１０に通電する高周波電流が数百ＫＨｚという低い周波数であるために必要とするものである。このフェライトコア９や誘導コイル１０等は、カプラを構成する。

バルブ２内には、放電ガスとして、アルゴン等の希ガスが封入されている。また、排気細管５内には、バルブ２内に水銀を放出させるためのアマルガム１１が設けられている。このアマルガム１１は、排気細管５内で窪み５ｂと先端５ａとの間の入れられた上下一対のガラスロッド１２によって、上下位置が位置決めされている。

そして、誘導コイル１０に高周波電流を通電すると、誘導コイル１０の周囲に誘導電界（高周波電磁界）が発生し、この誘導電界をバルブ２に作用させることでプラズマを発生させ、水銀原子から発生する紫外線がバルブ２の蛍光体膜８で可視光に変換され、バルブ２を透過して外部に放出されることで点灯するようになる。

図２は点灯回路１６の構成図である。点灯回路１６は直流電源１７と高周波電源回路１８とを備え、交流を直流に変換した後、数百ＫＨｚの高周波電流に変換して、この高周波電流を誘導コイル１０に供給するようになる。

（実施形態１）
図３に実施形態１の原理図を示すように、図１を参照すれば、フェライトコア９の誘導コイル１０の近傍には、２次コイル３０が設けられ、この２次コイル３０は誘導コイル１０と電磁気的に結合されている。また、アマルガム１１を加熱するヒータ１５の近傍にはサーミスタ３１が設けられている。この２次コイル３０とヒータ１５とサーミスタ３１とで閉回路が形成されている。

そして、点灯回路１６から無電極放電灯１に給電が開始された直後は、サーミスタ３１の温度が低くて低インピーダンスとなっているから、点灯回路１６からの給電のほとんどは、誘導コイル１０と電磁気的に結合された２次コイル３０からヒータ１５に供給されることで、アマルガム１１が急速に加熱されて水銀がバルブ２内に放出されるようになる。この給電開始直後は、誘導コイル１０に高電圧が発生しないので、バルブ２内に放電を発生させることができない。

その後、ヒータ１５とアマルガム１１の温度上昇に伴ってサーミスタ３１が所定の温度に達すると抵抗値が急激に高まる（高インピーダンス）から、誘導コイル１０に高電圧が発生するようになるので、バルブ２内に放電が発生して点灯するようになる。

このヒータ１５の加熱に要する時間は、点灯回路１６やアマルガム１１の周辺の熱容量によるが、電源投入直後は、サーミスタ３１が低インピーダンスになっているため、高い突入電流が得られ、数秒程度でもかなり高い温度まで加熱することが可能であるから、このプロセスによる放電開始遅れは実用上問題にならない。

そして、バルブ２内に放電が発生した際には、既にバルブ２内には水銀が放出されており、充分な水銀蒸気圧が得られるため、周囲温度に対して光出力の変化が小さく、かつ早い光束立ち上がりが得られるようになる。また、いったん放電を開始すると、誘導コイル１０に発生する電圧は再び下がることと相俟って、ヒータ１５とサーミスタ３１はバルブ２内の放電からの熱により適切な温度を維持して、高インピーダンスを保つために、点灯の安定時には、ヒータ１５による電力ロスを無視できる程度に抑えることができるので、電力効率が高まるようになる。

このように、点灯回路１６の給電開始直後は、ヒータ１５に給電が行われ、サーミスタ３１が所定の温度に達すると、誘導コイル１０の給電に自動的に切り替わるようになるから、複雑な制御手段を用いることなく、周囲温度に対して光出力の変化が小さく、かつ早い光束立ち上がりが得られるようになる。

（実施形態２）
図４に実施形態２の原理図を示すように、実施形態１と相違するのは、アマルガム１１を加熱するヒータとしてＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータ１５´を用いて、サーミスタ３１を省略した点である。

ＰＴＣヒータ１５´は、図５に示すような抵抗値の温度特性を有し、ある温度に達すると急激に抵抗値が上昇することから、アマルガム１１の予熱を所望の温度に設定することが可能となる。

そして、点灯回路１６から無電極放電灯１に給電が開始された直後は、ＰＴＣヒータ１５´の温度が低くて低インピーダンスとなっているから、実施形態１と同様に、点灯回路１６からの給電のほとんどは、ＰＴＣヒータ１５´に供給されることで、アマルガム１１が急速に加熱されて水銀がバルブ２内に放出されるようになる。その後、ＰＴＣヒータ１５´の温度上昇に伴って抵抗値が急激に高まる（高インピーダンス）から、誘導コイル１０に高電圧が発生するようになるので、バルブ２内に放電が発生して点灯するようになる。

このように、加熱手段としてＰＴＣヒータ１５´を用いると、ＰＴＣヒータ１５´がサーミスタとしても機能するので、サーミスタ素子を別に設ける必要がなくなる。特に、図１のような構成の場合、排気細管５の周辺には限られた空間しかなく、サーミスタ素子が不要であることの利点は大きい。

（実施形態３）
図６に実施形態３の原理図を示すように、実施形態２と相違するのは、ＰＴＣヒータ１５の近傍の閉回路に、所定の温度に達したときに閉回路を開くバイメタルスイッチ３２を介設した点である。なお、バイメタルスイッチ３２は、実施形態１のような閉回路にも介設することができる。

バイメタルとは、２枚の熱膨張率が異なる金属を貼り合わせたものであり、温度が変化することによって湾曲度が変化する。バイメタルスイッチ３２はこの特性を利用したものであり、バイメタルの材質や接点の配置を適切に設定することにより、所望の温度でスイッチを開閉することが可能となる。この実施形態３では、室温レベルを含む低温では接点が閉に、アマルガム１１から立ち上がり特性改善に必要な水銀蒸発が得られる温度以上では接点が開になるように設定している。

そして、点灯回路１６から無電極放電灯１に給電が開始された直後は、アマルガム１１の周辺は室温状態であり、ＰＴＣヒータ１５´およびバイメタルスイッチ３２も室温状態で、バイメタルスイッチ３２は閉の状態である。

この状態では、ＰＴＣヒータ１５´の温度が低くて低インピーダンスとなっているから、実施形態２と同様に、点灯回路１６からの給電のほとんどは、ＰＴＣヒータ１５´に供給されることで、アマルガム１１が急速に加熱されて水銀がバルブ２内に放出されるようになる。このとき、ＰＴＣヒータ１５´の近傍のバイメタルスイッチ３２の温度も上昇されるので、バイメタルスイッチ３２の温度が予め設定された値に達した時点で、バイメタルスイッチ３２は開となる。

これにより、２次コイル３０を含む回路は開回路となるため、誘導コイル１０に発生する電圧は高くなり、バルブ２内に放電が発生して点灯するようになる。

また、放電が開始された後は、アマルガム１１、ＰＴＣヒータ１５´、バイメタルスイッチ３２の周辺は放電からの熱により高温に保たれ、バイメタルスイッチ３２は開の状態を維持する。この場合、バイメタルスイッチ３２のインピーダンスはほぼ無限大であり、２次コイル３０を含む回路の消費電力はほぼゼロとなるので、実施形態１、２よりも消費電力を低く抑えることが可能となる。

（実施形態４）
図７は、実施形態１〜３の無電極放電灯点灯装置を備えた照明器具の一例であり、反射板２３と前面パネル２４とを備えている。

このような照明器具では、光束立ち上がりが良く、周囲温度の変化に対して光出力変化の小さい照明器具となる。

本発明の実施形態１に係る無電極放電灯の断面図である。 実施形態１の無電極放電灯点灯装置の構成図である。 実施形態１の無電極放電灯点灯装置の動作原理図である。 本発明の実施形態２に係る無電極放電灯点灯装置の動作原理図である。 ＰＴＣヒータの温度特性グラフである。 本発明の実施形態３に係る無電極放電灯点灯装置の動作原理図である。 本発明の実施形態４に係る照明器具の斜視図である。

符号の説明

１ 無電極放電灯
２ バルブ
９ フェライトコア
１０ 誘導コイル
１１ アマルガム
１５ ヒータ（加熱手段）
１５´ ＰＴＣヒータ（加熱手段）
１６ 点灯回路
３０ ２次コイル
３１ サーミスタ
３２ バイメタルスイッチ

Claims (4)

1. 希ガスと水銀とが気密に充填され、内壁に蛍光体膜が塗布された透光ガラス製のバルブと、このバルブ内に設けたアマルガムと、バルブ近傍に配置された誘導コイルと、この誘導コイルに高周波電流を通電して、誘導コイルから誘起される電磁界によりバルブ内に放電を発生させる点灯回路とを備えた無電極放電灯装置において、
   前記アマルガムの近傍に設けたアマルガム加熱手段と、前記誘導コイルに電磁気的に結合する２次コイルと、前記加熱手段の近傍に設けたサーミスタとで閉回路を形成して、２次コイルから加熱手段に給電するようにしたことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 前記加熱手段は、ＰＴＣヒータであることを特徴とする請求項１に記載の無電極放電灯点灯装置。
3. 前記加熱手段の近傍の閉回路に、所定の温度に達したときに閉回路を開くバイメタルスイッチを介設したことを特徴とする請求項１または２に記載の無電極放電灯点灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の無電極放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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