JP2010050057A - 無電極放電灯及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】高温時や低温時においてもランプ効率の低下を抑制可能な無電極放電灯及び照明器具を提供する。
【解決手段】無電極放電灯１０及び照明器具は、保護膜１２および蛍光体膜１３を内壁に塗布しているとともに放電ガスおよび水銀を封入しキャビティ１４を有するバルブ１１と、キャビティ１４の底部から天部に向けて開放された排気細管１５と、放電ガスを含み排気細管１５内に収容されたアマルガム１６と、バルブ１１内に誘導電界を発生する誘導コイル１８、誘導コイル１８を巻回したフェライトコア１９およびフェライトコア１９を冷却するための導体２０からなるカプラ１７と、高周波電流を発生する点灯回路２２と、を備え、点灯回路２２から与えられた高周波電流により誘導コイル１８の発生した電磁界の作用により放電ガスを励起発光させる。カプラ１７は放熱体２１を有し、放熱体２１とアマルガム１６とを断熱する断熱手段２３を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極を持たずに誘導コイルへの高周波電流の通電により形成される電磁界により放電ガスを励起発光させる無電極放電灯及び照明器具に関する。

従来の無電極放電灯及び照明器具の一例として、放電ガスと水銀を封入したバルブと、誘導コイルからなり、誘導コイルに高周波電流を流すことで発生する高周波電磁界によって水銀蒸気を励起し、水銀蒸気により放射された紫外線が蛍光体による可視光に変換されるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

従来の無電極放電灯及び照明器具の他の一例として、上記特許文献１と同様に構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。
このような無電極放電灯では、内部に電極を持たない構造となっているため、電極の劣化による不点灯がなく、一般の蛍光灯に比べて長寿命である。
特開平７−２７２６８８号公報（図１、段落番号００１４） 特開平６−５００６号公報（図１、段落番号００１３）

上記特許文献１および特許文献２に開示された無電極放電灯は、水銀蒸気の供給源として、ビスマス−インジウム−水銀アマルガムを使用している。このアマルガムは、封入されている金具容器に水銀が出入りできる小さな穴を開けているために、金属容器の温度によって水銀蒸気圧が制御されることにより、周回温度が変動しても広い範囲で高い光出力が得られる。
ところが、上記特許文献１および特許文献２に開示された無電極放電灯では、高い光出力を実現するのに、高い水銀蒸気圧を確保する必要があり、必要な温度に達するまでの時間がかかってしまう。したがって、立ち上がり時間が遅いという短所があり、具体的には、ビスマス−インジウム−水銀アマルガムを使用する場合、安定点灯時の光出力に対して６０％の光出力を確保するには１分ほど時間がかかる。
また、点灯中においてはカプラ温度が上昇するという問題があり、カプラのフェライトコアの温度がキュリー温度を超えるとフェライトコアが機能しなくなるため、その対策として銅パイプを用いて放熱を行っている。具体的には、フェライトコアの熱を銅パイプによってランプ口金付近に放熱することによりフェライトコアを冷却する。
しかしながら、周囲温度が高い場合はフェライトコアの温度は２００℃近くになり、その銅パイプの内部に位置する水銀アマルガムも高温になる。そのため、水銀アマルガムの温度が高くなりすぎるため、水銀蒸気圧が最適蒸気圧よりも大きく上昇し、紫外線発光効率が逆に低下してしまう。そのため、無電極放電灯の発光効率が下がってしまう虞がある。
このアマルガム水銀周辺の構造では、カプラの冷却手段である銅パイプの温度の影響を大きく受け、また銅パイプも周囲温度の影響を受けることから、周囲温度の変動に伴って水銀アマルガム温度も上下する。そのため周囲温度が高温時や低温時に発光効率が大きく低下する。

本発明は、前述した要望を満たすためになされたもので、その目的は、高温時や低温時においてもランプ効率の低下を抑制可能な無電極放電灯及び照明器具を提供することにある。

本発明の無電極放電灯は、保護膜および蛍光体膜を内壁に塗布しているとともに放電ガスおよび水銀を封入しキャビティを有するバルブと、前記キャビティの底部から天部に向けて開放された排気細管と、前記放電ガスを含み前記排気細管内に収容されたアマルガムと、前記バルブ内に誘導電界を発生する誘導コイル、前記誘導コイルを巻回したフェライトコアおよび前記フェライトコアを冷却するための導体からなるカプラと、高周波電流を発生する点灯回路と、を備え、前記点灯回路から与えられた前記高周波電流により前記誘導コイルの発生した電磁界の作用により前記放電ガスを励起発光させる無電極放電灯において、前記カプラは放熱体を有し、前記放熱体と前記アマルガムとを断熱する断熱手段を備えていることを特徴とする。

本発明においては、カプラの内部に設けられた放熱体と排気細管内に設けられたアマルガムとを断熱する断熱手段を備えることによって、アマルガムを放熱体から熱的に遮断または鈍感にする。また、アマルガムの位置を排気細管のチップオフ部分より遠ざけてバルブに近づける。
よって、アマルガムの温度は、プラズマからの熱に支配され、プラズマ自体の熱は放熱体の熱ほど周囲温度に影響されないようになり、温度の変動幅が小さくなって周囲温度の変動時の光出力の安定化が可能になることにより、高温時や低温時においてもランプ効率の低下を抑制可能となる。

本発明の無電極放電灯は、前記断熱手段は、前記放熱体と前記アマルガムとの間に配置された断熱材であることを特徴とする。

本発明においては、断熱手段として例えばアルミナ繊維等の断熱材を適用することにより、放熱体の影響を小さくし、アマルガムの位置を最適化することによって周囲温度の変動時の光出力の安定化が可能となる。

本発明の無電極放電灯は、前記断熱手段は、前記排気細管内の前記アマルガムを覆う真空層であることを特徴とする。

本発明においては、断熱手段として真空層を適用することにより、真空層により熱の伝導を抑制し、アマルガムの位置を最適化することによって周囲温度の変動化時の光出力の安定化が可能となる。

本発明の無電極放電灯は、前記断熱手段は、前記アマルガムを封入する金属容器に組み付けられた断熱部材であることを特徴とする。

本発明においては、断熱手段としての断熱部材を、アマルガムを封入する金属容器に組み付けることにより、周回温度の変動時の光出力の安定化が可能となる。

本発明の照明器具は、本発明の無電極放電灯を用いたことを特徴とする。

本発明においては、本発明の無電極放電灯を用いることにより、高温時や低温時においてもランプ効率の低下を抑制可能な照明器具を提供することができる。

本発明の無電極放電灯及び照明器具によれば、カプラは放熱体を有し、放熱体とアマルガムとを断熱する断熱手段を備えた。
これにより、高温時や低温時においてもランプ効率の低下を抑制可能にすることができるという効果を有する。

以下、本発明の複数の実施形態に係る無電極放電灯及び照明器具について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態の無電極放電灯１０は、保護膜１２および蛍光体膜１３を内壁にそれぞれ塗布しているとともに放電ガスおよび水銀を封入しキャビティ１４を有するバルブ１１と、キャビティ１４の底部から天部に向けて開放された排気細管１５と、放電ガスを含み排気細管１５内に収容されたアマルガム１６と、バルブ１１内に誘導電界を発生する誘導コイル１８、誘導コイル１８を巻回したフェライトコア１９およびフェライトコア１９を冷却するための導体２０および放熱体２１を有するカプラ１７と、高周波電流を発生する点灯回路２２と、放熱体２１とアマルガム１６とを断熱する断熱材２３と、を備え、バルブ１１とキャビティ１４とでランプ部２４を構成し、これらにカプラ１７が分離可能に組み付けられている。なお、照明器具は無電極放電灯１０を収容して構成されるために図示は省略する。

バルブ１１は、透光性材料を用いて内径寸法１１０ｍｍに形成されており、その中央部に有天のキャビティ１４を溶着して気密容器を構成している。バルブ１１内には、クリプトンやアルゴンなどの希ガスからなる放電ガスが封入されている。

キャビティ１４の外側面には、保護膜２５および蛍光体膜２６がそれぞれ塗布されている。

排気細管１５は、キャビティ１４の中央部に有底に形成されており、この排気細管１５内に、水銀を放出させるための例えばビスマスとインジウムの合金からなる基体金属に５．０％の含有率で水銀を含有したアマルガム１６が，鉄−二ッケルの合金製の金属容器２７の中に収められている。

また、排気細管１５内には、金属容器２７の位置を決定するためのガラスロッド２８，２９が金属容器２７の上下に組み込まれている。

カプラ１７は、銅パイプである放熱体２１の外周面にフェライトコア１９を熱的に接続している。そして、フェライトコア１９における保護膜２５および蛍光体膜２６の近傍に誘導コイル１８を巻回固定しており、放熱体２１の内周側に放熱体２１に熱的に遮断された断熱材２３を内装している。

カプラ１７は、放熱体２１とフェライトコア１９と誘導コイル１８と断熱材２３とをキャビティ１４内に収容してなる。

ここで、点灯回路２２から誘導コイル１８に通電される高周波電流が数百ｋＨｚという低い周波数のために、誘導コイル１８の内側にフェライトコア１９の磁芯を配置している。

ランプ部２４の基部には、口金３０が組み付けられており、口金３０によってランプ部２４とカプラ１７とが結合されている。

断熱材２３は、アルミナ繊維を素材として放熱体２１の高さ寸法に略同一の長さ寸法を有して筒形状に形成されている。断熱材２３は、アマルガム１６の位置を、口金３０から遠ざけるように高い位置に配置している。
よって、断熱材２３は、アルミナ繊維によって放熱体２１の熱的影響を少なくし、また熱源としての銅パイプと比較して変化の少ないプラズマからの幅射熱に接近させることにより、低温時においても発光効率を低下させないようにすることができる。

このような無電極放電灯１０は、点灯回路２２から誘導コイル１８に高周波電流を流すことにより、誘導コイル１８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１１内の電子が加速され、それら電子の衝突によりガスが電離して放電が発生する。放電中は希ガスが励起され、励起された原子は基底状態に戻るときに紫外線を発生する。この紫外線は、バルブ１１の内壁に塗布された蛍光体膜１３およびキャビティ１４の周壁に塗布された蛍光体膜２６により可視光に変換される。そして、変換された可視光は、バルブ１１を透過して外部に放出される。

このとき、断熱材２３がアマルガム１６を放熱体２１から熱的に遮断し、ガラスロッド２８，２９によりアマルガム１６の位置を排気細管１５のチップオフ部分より遠ざけてバルブ１１に近づけている。
よって、アマルガム１６の温度は、プラズマからの熱に支配され、プラズマ自体の熱は放熱体２１の熱ほど周囲温度に影響されることがない。

前述した第１実施形態の無電極放電灯１０によれば、カプラ１７の内部に設けられた放熱体２１と排気細管１５内に設けられたアマルガム１６とを断熱する断熱材２３を備えることによって、アマルガム１６を放熱体２１から熱的に遮断した。また、アマルガム１６の位置を排気細管１５のチップオフ部分より遠ざけてバルブに近づけた。
これにより、アマルガム１６の温度は、プラズマからの熱に支配され、プラズマ自体の熱は放熱体の熱ほど周囲温度に影響されないようになる。
よって、温度の変動幅が小さくなって周囲温度の変動時の光出力の安定化が可能になることにより、高温時や低温時においてもランプ効率の低下を抑制可能となる。

また、無電極放電灯１０によれば、アルミナ繊維等の断熱材２３を適用することにより、放熱体２１の影響を小さくし、アマルガム１６の位置を最適化することによって周囲温度の変動時の光出力の安定化が可能となる。

第１実施形態の照明器具によれば、無電極放電灯１０を用いることにより、高温時や低温時においてもランプ効率の低下を抑制可能な照明器具を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の無電極放電灯及び照明器具について説明する。なお、以下の各実施形態において、上述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。

図２に示すように、本発明の第２実施形態の無電極放電灯４０は、アマルガム１６を収容した金属容器２７の周りにのみ配置された断熱材４１を備えている。

第２実施形態の無電極放電灯４０によれば、アマルガム１６に対する放熱体２１からの影響を集中的に小さくして、周囲温度の変動時の光出力の安定化が可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の無電極放電灯及び照明器具について説明する。

図３に示すように、本発明の第３実施形態の無電極放電灯５０は、アマルガム１６の上下にアマルガム１６を覆う真空層５１，５２を配置した。真空層５１，５２は熱伝導率が低い。

第３実施形態の無電極放電灯４０によれば、断熱手段として真空層５１，５２を適用することにより、真空層５１，５２により熱の伝導を抑制し、アマルガム１６の位置を最適化することによって周囲温度の変動化時の光出力の安定化が可能となる。特に、本実施形態によれば、真空層５１，５２の作成を容易に行えるために、コスト面で有利に製造することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の無電極放電灯及び照明器具について説明する。

図４に示すように、本発明の第４実施形態の無電極放電灯６０は、アマルガム１６を封入している金属容器２７に断熱部材６１を組み付けた。

第４実施形態の無電極放電灯６０によれば、断熱手段としての断熱部材６１を、アマルガム１６を封入した金属容器２７に外装することにより、周回温度の変動時の光出力の安定化が可能となる。

（実施例）
次に、本発明の無電極放電灯１０及び照明器具の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
（効率の温度特性測定）
実施例では、本発明の無電極放電灯を用い、比較例として、放熱体とアマルガムとを断熱する断熱手段を備えていない無電極放電灯を用意し、周囲温度に対するランプ効率の変動を測定して比較例と比較した。測定結果を表１に示す。

表１により明らかなように、実施例は、周囲温度が−２０℃の低温時にランプ効率が５０％であり、周囲温度が６０℃の高温時にランプ効率が９０％であるのに対し、比較例は、周囲温度が−２０℃の低温時にランプ効率が約３０％であり、周囲温度が６０℃の高温時にランプ効率が７０％と、著しく低下しているのがわかる。これは、実施例が放熱体とアマルガムとを断熱する断熱手段を備えているからである。

なお、前記各実施形態で使用したバルブ１１、口金３０等は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。

本発明に係る第１実施形態の無電極放電灯の内部構造を説明する縦断面図 本発明に係る第２実施形態の無電極放電灯の内部構造を説明する縦断面図 本発明に係る第３実施形態の無電極放電灯の内部構造を説明する縦断面図 本発明に係る第４実施形態の無電極放電灯のアマルガム周りの断面図

符号の説明

１０、４０、５０、６０ 無電極放電灯
１１ バルブ
１２ 保護膜
１３ 蛍光体膜
１４ キャビティ
１５ 排気細管
１６ アマルガム
１７ カプラ
１８ 誘導コイル
１９ フェライトコア
２０ 導体
２１ 放熱体
２２ 点灯回路
２３、４１ 断熱材（断熱手段）
２７ 金属容器
５１、５２ 真空層（断熱手段）
６１ 断熱部材（断熱手段）

Claims (5)

1. 保護膜および蛍光体膜を内壁に塗布しているとともに放電ガスおよび水銀を封入しキャビティを有するバルブと、
   前記キャビティの底部から天部に向けて開放された排気細管と、
   前記放電ガスを含み前記排気細管内に収容されたアマルガムと、
   前記バルブ内に誘導電界を発生する誘導コイル、前記誘導コイルを巻回したフェライトコアおよび前記フェライトコアを冷却するための導体からなるカプラと、
   高周波電流を発生する点灯回路と、
   を備え、
   前記点灯回路から与えられた前記高周波電流により前記誘導コイルの発生した電磁界の作用により前記放電ガスを励起発光させる無電極放電灯において、
   前記カプラは放熱体を有し、
   前記放熱体と前記アマルガムとを断熱する断熱手段を備えていることを特徴とする無電極放電灯。
2. 前記断熱手段は、前記放熱体と前記アマルガムとの間に配置された断熱材であることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
3. 前記断熱手段は、前記排気細管内の前記アマルガムを覆う真空層であることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
4. 前記断熱手段は、前記アマルガムを封入する金属容器に組み付けられた断熱部材であることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の無電極放電灯を用いたことを特徴とする照明器具。

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