JP2002324520A - 無電極放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランプにおける点灯の上下方向によって発生
するランプ発光効率の変動を抑制できる無電極放電ラン
プを提供する。 【解決手段】 ランプ容器１内壁に、誘導コイル２の巻
回軸から等距離の閉曲線上に配置した対流を抑制する対
流抑制手段９を設けることで、ランプ容器１内部の放電
ガスの対流を抑制し、ランプの点灯方向によるランプの
発光効率の変動を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はランプ内部に電極を
用いずに、高周波を用いて放電を発生、維持させる形式
の放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、省資源化、省エネルギー化への関
心が高くなっており、それにともなって照明用光源に対
しても、長寿命、高効率の要請が強くなっている。こう
した要請に応えうる有効な手段として、ランプの動作空
間内部に電極を用いない、無電極の放電ランプが有望視
されている。

【０００３】無電極放電ランプの、ランプ内の動作空間
への電力供給方式として最も一般的なものは、誘導コイ
ルに高周波電流を供給することによって生じる誘導電磁
場によって動作空間内の可電離気体を電離し、安定した
プラズマを持続させるものである。誘導コイルの内部に
フェライト等の透磁性材料のコアを配置することで、誘
導電磁場を強化することも可能である。

【０００４】この方式を蛍光ランプに応用する場合、可
電離気体として水銀と希ガスを封入した概略球形または
回転楕円体形の、旧来の白熱電球に近似したランプ容器
を使用し、その内部に誘導コイル及びフェライト等の磁
性体のコアを配置する形態がしばしば用いられる。

【０００５】従来のこうした形式の放電ランプとして
は、例えば米国特許第５，７５１，１１０号に記載され
たものが知られている。以下、このような誘導コイルを
用いた無電極の電球型放電ランプを例にとって、従来の
技術について説明する。

【０００６】図７に、従来の無電極放電ランプの構造を
示す。ソーダライムガラスなどの光透過性の材質で気密
に封止成形されたランプ容器１の内部に水銀とクリプト
ン等の希ガス（図示しない）が封入され、また内壁には
蛍光体層が塗布されている。誘導コイル２はフェライト
のコア３に巻回され、ランプ容器１に設けられた円筒状
の凹部に収容されている。導線４ａと導線４ｂとは、合
成樹脂で成形されたランプハウジング５に納められた高
周波電源６からの電力を、誘導コイル２に供給する。排
気管８はランプ容器１を真空排気し、しかるのちに希ガ
スを所望の圧力封入するためのものである。高周波電源
６はランプハウジング５の内部でランプ口金７に接続
（接続の状況は図示しない）され、ランプ口金７を点灯
器具の白熱電球用ソケット（図示しない）に挿入するこ
とで、商用電源から供給される電力を数１０ｋＨｚ〜数
１０ＭＨｚの高周波に変換して誘導コイル２へと供給す
る。

【０００７】このような構成によってなる放電ランプ
は、そのまま白熱電球用のソケットに接続して点灯する
ことが可能である。また外形も概略白熱電球に近似した
形状を呈することから、従来白熱電球が使用されていた
点灯器具をそのまま使用することが出来る。これによっ
て白熱電球を、遙かに寿命の長い無電極放電ランプへと
容易に代替することが可能である。

【０００８】図７に示すような無電極放電ランプにおい
ては、動作時には高周波電源６から供給される電流によ
って、誘導コイル２が高周波磁場を発生し、それによっ
てランプ容器１内に誘導される誘導高周波電磁場が封入
された希ガス及び水銀を電離することでプラズマを形成
する。プラズマ中では水銀の原子が電子によって共鳴準
位に励起され、その励起された水銀原子が基底状態に脱
励起する際に主に紫外線を放射する。この紫外線のう
ち、主に波長２５３．７ｎｍの共鳴線がランプ容器１の
内壁に塗布された蛍光体層９によって可視光に変換され
ることで、無電極の蛍光ランプとして発光する。プラズ
マが発生し、維持される位置は、ランプ容器１の内部の
放電空間での、Ｐｏｙｎｔｉｎｇ ｖｅｃｔｏｒとして
表現される誘導高周波電磁場が運ぶエネルギーの流れの
分布によって決定され、図７に示したように概ね誘導コ
イル２の全長の中心付近の誘導コイル２近傍に形成され
る。

【０００９】プラズマ中で励起された水銀原子が、望ま
しい波長２５３．７ｎｍの共鳴線を効率よく放射するに
は、最適な水銀蒸気圧の条件があることが知られてい
る。この条件は、主にランプ容器１の器壁の温度によっ
て支配され、ランプ容器１外部の温度環境以外にも、プ
ラズマとランプ容器１の器壁との熱収支とその分布によ
って大きく左右される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな形態の無電極放電ランプでは、放電空間が球形に近
いため、プラズマと放電管壁との平均距離が遠くなり、
放電空間内での気体の温度が著しく不均一となる。具体
的には熱源であるプラズマと誘導コイル２が存在する、
ランプ容器１の中心のプラズマ近傍の空間の温度は非常
に高く、逆に外気に直接さらされるランプ容器１の外壁
の温度は低い。また、ランプ容器１のランプ口金７と反
対側の頂部は常に外気によって冷却されるのに対して、
ランプハウジング５の内部に納められた高周波電源６
は、動作中は熱源として働くため、ランプ容器１のラン
プハウジング５に近い側の温度は、反対側の頂部に比べ
て高い。この結果、ランプ容器１の内部には強い対流が
生じる。これ以外にもプラズマには対流と同じ方向に浮
力が働く。気体はランプ容器壁で冷却されるため、対流
は上向き点灯、すなわちランプ容器１が上、ランプ口金
７が下になるような点灯方向の場合、図７に示す方向と
なり、常にプラズマの位置を鉛直上方、すなわちランプ
容器１の頂部の方向へと持ち上げる効果をもたらす。下
向き点灯、すなわちランプ容器１が下、ランプ口金７が
上になるような点灯方向の場合には逆となり、ランプハ
ウジング６の方向へプラズマを押しやる効果が発生す
る。この結果、上向き点灯の場合にはプラズマの熱がラ
ンプ容器１の、温度が低い側に強く伝わることになり、
ランプ容器１の器壁を均熱化し、また平均の温度を上げ
ることになる。一方下向き点灯の場合にはプラズマはラ
ンプ頂部から離れるため頂部の温度は低下することにな
る。

【００１１】水銀の蒸気圧は、ランプ容器１の器壁の最
冷点の温度によって支配されるため、従来の無電極放電
ランプでは点灯方向によってランプ容器１内の水銀の蒸
気圧が大きく変化し、所望の波長２５３．７ｎｍの紫外
線の放射効率、ひいては可視光の発光効率が大きく変動
するという問題を有していた。

【００１２】これまでに述べたように、従来の白熱電球
代替用の無電極放電ランプでは、ランプの点灯方向によ
って発光効率が大きく変わるという問題点があった。白
熱電球代替を目的とした場合、白熱電球が使用される様
々な点灯器具に対して適合性があることが求められる。
天井取り付け型のダウンライトとして使用される場合は
下向き点灯となることが多いが、シャンデリアや電気ス
タンドに取り付けられる場合には上向き点灯で使用され
ることも多い。また日本国内では下向き点灯での使用が
多いのに対し、欧米では上向き点灯でも多く使用され
る。従って、白熱電球代替を考慮する場合、点灯方向に
よってランプの発光効率が変動しないことが重要とな
る。

【００１３】本発明は、このような要請に対し、点灯方
向の上向き、下向きにかかわらずランプの発光効率の変
動を最小限に抑えた無電極放電ランプを提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明における解決手段は、金属蒸気
と希ガスとを少なくとも含む封入物を封入したランプ容
器と、高周波電源に接続されて前記ランプ容器の内部に
誘導高周波電磁場を誘起する誘導コイルとを備え、放電
中に生じる前記封入物の対流を妨げる対流抑制手段をラ
ンプ容器内に設けた無電極放電ランプである。ランプ容
器内の放電空間に生じる対流を妨げる対流抑制手段を設
けることで、対流によるプラズマの位置の変動を抑制で
きる。プラズマの位置変動を抑制することによって、点
灯方向の変化によるランプの放電空間の熱条件の変化を
抑制することができ、発光効率の変化を最小限にとどめ
る効果を得ることが出来る。

【００１５】請求項２に係る発明における解決手段は、
請求項１に係る発明における対流抑制手段が、ランプ容
器の器壁の放電空間に面した表面上、かつ、誘導コイル
の巻回軸及びその延長線上の任意の点から等距離にある
閉曲線上に配設された無電極放電ランプである。

【００１６】請求項３に係る発明における解決手段は、
請求項１に係る発明における対流抑制手段が、電気絶縁
性部材よりなる無電極放電ランプである。たとえば、対
流抑制手段をランプ容器と同一の材質とすることで、製
造を容易とすることができる。

【００１７】請求項４に係る発明における解決手段は、
請求項２に係る発明における対流抑制手段が、閉曲線の
全長に渡って形成された構造体である。ランプ容器の放
電空間に面する表面上で誘導コイルの巻回軸から等距離
の閉曲線の全面に渡って対流抑制手段を配置した構造と
することによって放電空間全体で一様な効果を得ること
が出来る。

【００１８】請求項５に係る発明における解決手段は、
請求項４に係る発明における構造体の放電空間に露出し
た縁部に電気的導体部を配置し、電気的導体部の全長の
少なくとも一部分に間隙部を設けた無電極放電ランプで
ある。電気的導体部の少なくとも一部分に間隙部を設け
ることで、間隙間に火花放電が発生し、ランプの始動を
容易にすることができる。

【００１９】請求項６に係る発明における解決手段は、
請求項１から請求項５までに係る発明において、封入物
が水銀と少なくとも一種類以上の希ガスよりなり、ラン
プ容器の器壁の放電空間に接する面及び対流抑制手段の
表面の少なくとも一部分に蛍光体層と光反射膜層のいず
れかまたは両方を塗布したものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図６を用いて説明する。

【００２１】（第１の実施形態）図１は本発明にかかる
無電極放電ランプの第１の実施の形態を、上向き点灯の
場合について示す。図１においてソーダライムガラスや
ホウ珪酸ガラスなどで成形した気密なランプ容器１の内
部には水銀と、アルゴン、クリプトン、キセノンなど一
種類または複数種類の希ガスを封入している。誘導コイ
ル２はリッツ線を、フェライトコア３の周囲に巻回する
ことで形成され、導線４ａと導線４ｂによって高周波電
源６に接続され、高周波電源６から供給される高周波電
流によって誘導高周波電磁場をランプ容器１内に励起す
る。高周波電源６は合成樹脂で成形されたランプハウジ
ング５に収容されている。口金７は従来の白熱電球の口
金と互換があり、点灯器具（図示しない）のソケットに
挿入することで商用電源電力を高周波電源６に供給し、
また無電極放電ランプ全体を点灯器具に固定する。排気
管８はランプ容器１を真空に排気し、しかるのちに所望
の圧力の希ガスを封入するためのものである。対流抑制
手段９は、ランプ容器１と同じ材質よりなる誘導コイル
２の巻回軸から等距離の閉曲線上に配設されている。

【００２２】以上のように構成された無電極放電ランプ
について、以下その動作を述べる。点灯中は、誘導コイ
ル２によって誘起される誘導高周波電磁場によって、ラ
ンプ容器１内部にプラズマ１０が形成、維持される。プ
ラズマ１０が形成、維持される位置は、誘導高周波電磁
場のＰｏｙｎｔｉｎｇ Ｖｅｃｔｏｒの分布によって定
まり、図１に示すように概略励起コイル２の全長の中心
付近の誘導コイル２近傍に形成される。

【００２３】点灯中に生じる対流は、対流抑制手段９に
よってその流路を遮られる。このため図１に矢印で示す
ように、対流抑制手段９付近で対流の速度は急激に減少
し、また対流抑制手段９を避けるために渦を生じるた
め、ランプ容器１内の対流は著しく減殺される。このた
め、プラズマに働く鉛直上方への力は小さくなり、対流
抑制手段９を持たない場合に比べてプラズマの位置は、
Ｐｏｙｎｔｉｎｇ Ｖｅｃｔｏｒによって定まる本来の
位置に近づくことになる。

【００２４】次に図２は下向き点灯の場合を示したもの
である。図中の指示番号の示す内容は、図１と同一であ
る。この場合の対流は図示したとおりとなり、図１に示
した上向き点灯の場合と同様の効果が得られることが判
る。

【００２５】この効果によって、ランプの点灯方向によ
らず点灯中のプラズマの位置は安定し、従ってランプ容
器１の表面の温度分布が一定となるため、ランプの発光
効率の変動を防ぐことが可能となる。

【００２６】（第２の実施形態）図３は、本発明にかか
る無電極放電ランプの、ランプ容器１内に設けた対流抑
制手段９の第２の実施形態である。図３において対流抑
制手段９は、誘導コイル２の巻回軸に対して軸対称な形
状のランプ容器１と同じ、ソーダライムガラスよりなる
円筒であり、誘導コイル２と同心円をなすようにしてラ
ンプ容器１の器壁に融着されている。このように構成す
ることで、均一な対流抑制効果を得ることが出来、製造
も容易となる。

【００２７】（第３の実施形態）図４は、本発明にかか
る無電極放電ランプの、ランプ容器１内に設けた対流抑
制手段のの第３の実施形態である。図４において、対流
抑制手段９ａ〜９ｆ（９ｆは誘導コイル２の後ろに位置
するため図示しない）は、誘導コイル２の巻回軸から等
距離の閉曲線上に、お互いに同じ間隔をおいて配置され
た、ランプ容器１と同じソーダライムガラスで形成した
板状部材よりなる。各々の板状部材の高さおよび幅は同
一とし、その大きさと間隔によって、対流抑制の効果の
大きさを調節することが可能である。なお、図４では対
流抑制手段９ａ〜９ｆとして６枚の板状部材を配置する
場合を図示したが、各々の板状部材が誘導コイル２の巻
回軸を中心とする正ｎ角形の頂点に位置する任意のｎ
枚、または誘導コイル２の巻回軸に対して対称に配置さ
れた２枚でも可能である。

【００２８】（第４の実施形態）図５は、本発明にかか
る無電極放電ランプの、ランプ容器１内に設けた対流抑
制手段の第４の実施形態である。図５において、対流抑
制手段９は誘導コイルの巻回長の、ランプベース（図示
しない）側の端の部分のランプ容器１の器壁に設けた、
ランプ容器１と同じソーダライムガラスよりなる円板で
ある。ランプ容器１内部での対流は、誘導コイル２に沿
った鉛直方向の流れが最も速度が大きくなるため、図５
の形に対流抑制手段９を設けることで、より大きな対流
抑制効果を得ることが出来る。また、対流抑制手段９の
位置を、誘導コイル２の巻回長の、ランプベース（図示
しない）側の端としたことで、対流抑制手段が点灯中の
プラズマに与える影響を最小に抑えることが可能であ
る。

【００２９】（第５の実施形態）図６は、本発明にかか
る無電極放電ランプの、ランプ容器１内に設けた対流抑
制手段の第５の実施形態である。図６において、対流抑
制手段９はランプ容器１と同じソーダライムガラスによ
って形成された円筒状部材であり、そのプラズマに近い
側の上縁部に、間隙部９ｇをもつタングステンなどの導
電性部材よりなる電気的導体部９ｈを設けている。間隙
部９ｇの間隔は、ランプ始動時に誘導コイル２によって
ランプ容器１内に誘導される誘導電場の、電気的導体部
９ｈの位置における最大値によって決定され、間隙部９
ｇの両端間に誘導電場によって火花放電が発生可能な最
大間隔となるように決定する。

【００３０】ランプ始動時にはランプ容器１内部はプラ
ズマが存在せず、絶縁体となっているためインピーダン
スが非常に大きい状態である。この状態では非常に大き
な電流が誘導コイル２に流れ、それによってランプ容器
１内に誘導される誘導高周波電磁場は最大となる。この
時電気的導体部９ｈには渦電流が流れようとし、間隙部
９ｇ間には高電圧が発生する。ここで火花放電を生ぜし
めることで、ランプの始動を容易にすることが出来る。
点灯後はランプ容器１内のインピーダンスが小さくな
り、間隙部９ｇ間には火花放電は発生しなくなり、渦電
流も小さくなるため、電気的導体部９ｈのジュール損失
は低減できる。

【００３１】なお、以上の変形例で説明した対流抑制手
段９を構成する各部材の表面に蛍光体層を塗布し、ある
いは可視光や紫外線を反射する光反射膜層を塗布するこ
とで、対流抑制の効果を損なうことなく、光出力を増大
させることも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ランプ容
器内の放電空間に生じる対流を妨げる対流抑制手段を設
けることで、対流によるプラズマの位置の変動を抑制で
きる。プラズマの位置変動を抑制することによって、点
灯方向の変化によるランプの放電空間の熱条件の変化を
抑制することができ、発光効率の変化を最小限にとどめ
る効果を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における無電極放電
ランプの上向き点灯時を示す図

【図２】本発明の第1の実施の形態における無電極放電
ランプの下向き点灯時を示す図

【図３】本発明の第２の実施の形態における対流抑制手
段を示す斜視図

【図４】本発明の第３の実施の形態における対流抑制手
段を示す斜視図

【図５】本発明の第４の実施の形態における対流抑制手
段を示す斜視図

【図６】本発明の第５の実施の形態における対流抑制手
段を示す斜視図

【図７】従来の無電極放電ランプを示す図

【符号の説明】

１ ランプ容器 ２ 誘導コイル ３ フェライトコア ４ａ，４ｂ 導線 ５ ランプハウジング ６ 高周波電源 ７ 口金 ８ 排気管 ９ 対流抑制手段 １０ プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川▲さき▼ 充晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5C039 NN02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属蒸気と希ガスとを少なくとも含む封
   入物を封入したランプ容器と、 高周波電源に接続されて前記ランプ容器の内部に誘導高
   周波電磁場を誘起する誘導コイルとを備え、 放電中に生じる前記封入物の対流を妨げる対流抑制手段
   をランプ容器内に設けた無電極放電ランプ。
2. 【請求項２】 前記対流抑制手段が、前記ランプ容器の
   器壁の前記放電空間に面した表面上、かつ、前記誘導コ
   イルの巻回軸及びその延長線上の任意の点から等距離に
   ある閉曲線上に配設された、請求項１に記載の無電極放
   電ランプ。
3. 【請求項３】 前記対流抑制手段が電気絶縁性部材より
   なる、請求項１に記載の無電極放電ランプ
4. 【請求項４】 前記対流抑制手段が前記閉曲線の全長に
   渡って形成された構造体である、請求項２記載の無電極
   放電ランプ
5. 【請求項５】 前記構造体の、前記放電空間に露出した
   縁部に電気的導体部を配置し、前記電気的導体部の全長
   の少なくとも一部分に間隙部を設けた、請求項４記載の
   無電極放電ランプ。
6. 【請求項６】 前記封入物が水銀と少なくとも一種類以
   上の希ガスよりなり、前記ランプ容器の器壁の前記放電
   空間に接する面及び前記対流抑制手段の表面の少なくと
   も一部分に蛍光体層と光反射膜層のいずれかまたは両方
   を塗布した、請求項１から請求項５までのいずれかに記
   載の無電極放電ランプ。