JP2004055525A

JP2004055525A - Electrodeless discharge lamp

Info

Publication number: JP2004055525A
Application number: JP2003140067A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kurachi; 倉地　敏明; Kenji Itaya; 板谷　賢二
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP4119785B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrodeless discharge lamp in which inductance irregularity in an induction coil can be restricted to provide a secure start. <P>SOLUTION: This electrodeless discharge lamp is provided with the induction coil comprising a core 123 and a winding wound around the core 123 to generate an electromagnetic field inside a bulb 110, an insertion part 163 provided inside the core 123, and a flat surface part 165 to let heat from the insertion part 163 out of a case 140. An interval is formed between the end of the core 123 on the side of a flat surface 165 and the flat surface 165, so that inductance irregularity in the induction coil 120 is reduced to provide the secure start. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルブに設けられた凹入部に誘導コイルを配置している無電極放電ランプに関し、特に熱伝導部材を有する無電極放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導結合を用いた無電極放電ランプは、長寿命であることから保守管理コストの低減を主な目的として道路や橋梁といった公共施設の照明用に用いられてきた。しかし、近年では、無電極放電ランプは、高効率、長寿命であることからホテルやレストランなどにおいて電球代替用光源として普及する趨勢にある。この無電極放電ランプの開発にあたっては、始動性が良く、効率が高いランプとするための努力、すなわち、商用電源から電源回路を介して放電バルブに供給する電力をできるだけ効率的に供給するための努力がされてきた。
【０００３】
従来、無電極放電ランプの放電バルブに効率的に電磁エネルギーを供給するためには、電源回路に含まれるインバータ回路と負荷共振回路（整合回路）とのインピーダンス整合をはかり、これにより誘導コイルに最大電力が供給されるようにするのが一般的である。この場合、誘導コイルを介して放電バルブに供給される電磁エネルギーは、負荷共振回路に含まれる誘導コイルのインダクタンスの値によって大きく影響を受ける。すなわち、誘導コイルのインダクタンスが設計値から少し（たとえば２〜３％）でも外れると、これによって負荷共振回路の共振周波数がインバータ回路の動作周波数（スイッチング素子の駆動周波数）とずれてしまう。このように、２つの周波数が少しでもずれると、誘導コイル両端に印加される共振電圧が著しく低下し、無電極放電ランプは始動できなくなる。
【０００４】
このため負荷共振回路を構成するインピーダンス素子は、共振周波数を一定にするよう、特性の点でバラツキがないことが望まれる。このような背景から誘導コイルのインピーダンスのバラツキを微調整することを目的としたコイルインダクタンス微調用の可動シリンダーが、開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、無電極放電ランプの動作や効率は、誘導コイルのコアとして用いる磁性材料であるフェライトの温度特性によって影響を受ける。誘導コイルのコアで発生する熱によってコアの温度が上昇するとコアの透磁率が低下する。この温度上昇による透磁率低下を防止するために、コアで発生する熱を効率よく放散するための熱伝導部材を配設した無電極放電ランプが実用化されている。例えば、円筒状コアの長さの主要部分に沿って棒状の熱伝導部材を配設した無電極放電ランプが開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、前記特許文献２では、棒状または筒状の熱伝導部材に伝達されたコアの熱を、コアに垂直に配置された平面状の熱伝導部材を介してケースに伝達し、ケース外へと放熱する構成も開示されている。
【０００６】
また、誘導コイルの発生熱を効果的に放散するために、コアの内側に沿って筒状の伝熱体を配し、この伝熱体を、電源ユニットを内蔵した金属ハウジングと電気的に絶縁することで始動電圧の低減を図った無電極放電ランプが、開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−６９９９２号公報
【特許文献２】
実公平６−６４４８号公報
【特許文献３】
特公平５−２７９４５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
無電極放電ランプの始動を確実なものにするためには、放電バルブへの供給電力をできるだけ大きくすることが必要であり、このためには誘導コイルのインダクタンスのバラツキを抑えることが重要である。これについては、先に、従来技術の項で述べた。また誘導コイルのインダクタンスは、無電極放電ランプに放熱のために設けた熱伝導部材と誘導コイルとの配置関係によっても影響を受ける。
【０００９】
しかしながら、熱伝導部材と誘導コイルとの配置関係によって生じるインダクタンスのバラツキを抑えるために具体的にどうすればよいかについての報告は今までになかった。
【００１０】
本発明は、誘導コイルのインダクタンスのバラツキを抑え、これによって確実な始動を可能とする無電極放電ランプを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明の第１の無電極放電ランプは、放電ガスが封入され、凹入部を有する略球状のバルブと、磁性材料からなり略筒形のコアと当該コアの周囲に巻かれた巻線を有し、前記凹入部に配置され、前記バルブ内部に電磁界を発生させる誘導コイルと、前記コアの筒穴に一部が挿入される挿入部と、当該コアの外部に配置され当該挿入部の端部から鍔状に張り出している平面部と、を有する熱伝導部材と、を備える無電極放電ランプであって、前記コアの前記平面部側の端部と前記平面部とは、第１の間隔を設けて配置されている。
【００１２】
前記第１の間隔は、５．０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１３】
前記第１の間隔は、７．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１４】
本願発明の第２の無電極放電ランプは、放電ガスが封入され、凹入部を有する略球状のバルブと、磁性材料からなり略筒形のコアと当該コアの周囲に巻かれた巻線を有し、前記凹入部に配置され、前記バルブ内部に電磁界を発生させる誘導コイルと、前記コアの筒穴に一部が挿入される挿入部と、当該コアの外部に配置され当該挿入部の端部から鍔状に張り出している平面部と、を有する熱伝導部材と、前記コアと前記平面部との間に前記平面部と平行に配置された略平板状の磁性材料からなるシールド材と、を備える無電極放電ランプであって、前記コアの前記平面部側の端部と前記シールド材とは、第２の間隔を設けて配置されている。
【００１５】
前記第２の間隔は、４．０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
前記第２の間隔は、５．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１７】
前記シールド材は、フェライトまたは鉄を含むことが好ましい。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記第１の間隔又は前記第２の間隔は、突起物であるスペーサーにより形成されている。
【００１９】
前記突起物は、樹脂材料からなることが好ましい。
【００２０】
前記誘導コイルに電力を供給するための基板を有した電源回路と、前記基板を保持するための保持部材と、をさらに備え、前記突起物は、前記保持部材に一体に形成されていることが好ましい。
【００２１】
前記挿入部と前記平面部とは、接合されており、前記挿入部と前記平面部とを接合する接続部の曲率半径が２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記平面部には、複数の孔が設けられている。
【００２３】
前記平面部の外径は、前記シールド材の外径以上であることが好ましい。
【００２４】
前記熱伝導部材には、前記平面部からの熱を外部に逃がす円筒状の円筒部が、当該平面部の外周と熱的に接続されていることが好ましい。
【００２５】
前記電源回路を覆うケースをさらに備え、前記円筒部は、前記ケースと熱的に接続されていることが好ましい。
【００２６】
商用電力を受け取るための口金をさらに有し、前記バルブと、前記誘導コイルと、前記電源回路と、前記口金とが一体に形成されていることが好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係わる無電極放電ランプついて図１を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本実施の形態に係る無電極放電ランプ１０の概略構成を示す要部断面図である。図１において、無電極放電ランプ１０は、ソーダガラスでできた透光性の電球状のバルブ１１０を有し、このバルブ１１０は、凹入部１１５を有する。このバルブ１１０の内部には、主たる発光物質として水銀が（図示せず）、バッファガスとしてアルゴンやクリプトンなどの希ガス（図示せず）が封入されている。また、このバルブ１１０の内側面には、蛍光体を塗布した蛍光体層（図示せず）が形成されており、バルブ１１０内に封入した水銀の励起作用によって発生する紫外放射が、この蛍光体層で可視放射に変換される。バルブ１１０の凹入部１１５には、筒状をした磁性材料であるフェライトからなるコア１２３とコア１２３の周囲に巻かれた巻線１２５とで構成された誘導コイル１２０が配置してある。なお、図１の巻線１２５は、巻線１２５の断面を示している。コア１２３の長さＬは、４５ｍｍで、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト（透磁率　約２，３００）を使用している。巻線１２５としては、リッツ線を使用し、その巻数は４２ターンである。
【００３０】
巻線１２５は、誘導コイル１２０に高周波電流を供給するための電源回路１３０に接続されている。電源回路１３０は、半導体・コンデンサ・抵抗・チョークコイルなどの電子部品とこれらの電子部品を配設するためのプリント基板とを含んでいる。電源回路１３０は、図示はしないが、整流回路と、平滑コンデンサと、平滑化された直流を交流に変換するインバータ回路と、バルブ１１０内の放電ガスを励起するための電力を誘導コイル１２０を介して供給する負荷共振回路とで構成されており、インバータ回路の駆動周波数は４２５ｋＨｚである。
【００３１】
電源回路１３０は、電気絶縁性が高く、耐熱性の優れた樹脂、例えばポリブチレンテレフタレートでできたケース１４０で覆われており、この電源回路１３０への入力電力は、口金１５０を介して供給される。なお、入力電力は商用電力である。このように、本実施形態の無電極放電ランプ１０は、バルブ１１０と誘導コイル１２０と電源回路１３０と口金１５０とが一体に形成された電球形無電極放電ランプである。
【００３２】
本実施形態では、コア１２３の熱をコア１２３の外部に逃がすために熱伝導部材１６０が無電極放電ランプ１０内に配置されている。コア１２３の筒穴内には、コア１２３からの熱を逃がす熱伝導性の高い銅製のパイプ状の挿入部１６３がコア１２３に熱的に接する形で挿入されている。この挿入部１６３は、バルブ１１０の底部において挿入部１６３の端部から鍔状に張り出した熱伝導性の高い銅製の平面部１６５と接合されている。平面部１６５は、挿入部１６３とは略直交するように配置されている。この平面部１６５は、挿入部１６３からの熱をケース１４０外部に逃がす働きをする。
【００３３】
さらにこの平面部１６５は、平面部１６５からの熱をケース１４０外部に逃がしやすくするように銅製の円筒状の円筒部１６７に連結してある。本実施形態では、円板状の平面部１６５の外周から略直角に円筒部１６７が延びている。円筒部１６７の延びる方向は、平面部１６５から挿入部１６３が延びる方向とは反対方向である。この円筒部１６７は、ケース１４０に接触させることにより、ケース１４０と熱的に接続してあり、熱を外部に逃がしやすくしている。なお、ここでは接触させることにより熱的に接続しているが、円筒部１６７とケース１４０とを機械的に接続させたり、グリース等を介して熱を伝導させるようにして熱的に接続してもよい。また、図１においては、平面部１６５と円筒部１６７とは断面を記載しており、挿入部１６３は、断面で表されてはいない。
【００３４】
誘導コイル１２０で発生した熱は、先ず銅製の挿入部１６３に伝達され、さらに銅製の平面部１６５を介して銅製の円筒部１６７に伝達される。円筒部１６７に伝達された熱は、ケース１４０を介して無電極放電ランプ１０の外に放熱される。このように挿入部１６３と、平面部１６５とで熱伝導部材１６０を構成し、さらに円筒部１６７からケース１４０を介して誘導コイル１２０で発生する熱を無電極放電ランプ１０の外に効率よく放散するようにしてある。
【００３５】
本実施の形態１の無電極放電ランプ１０では、誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキを抑えるために、誘導コイル１２０のコア１２３の平面部１６５に近い方の端部１２７と平面部１６５との間の間隙Ｄ１（第１の間隔）を８ｍｍに設定している。以降、特に明記しない限りコア１２３の「端部１２７」とはコア１２３の平面部１６５に近い方の端部を指す。
【００３６】
以下、間隙Ｄ１をこのように設定した理由について説明する。
【００３７】
コア１２３の端部１２７と平面部１６５との間隙Ｄ１を変化させると誘導コイル１２０のインダクタンスが変化する。
【００３８】
本発明にあたり発明者らは、コア１２３の端部１２７近傍に導電性物質が置かれたときに誘導コイル１２０のインダクタンスが受ける影響について実験的検討を行い、インダクタンスの安定のためには、コア１２３の端部１２７と導電性物質との間に間隙を設けることが重要であることを見出した。
【００３９】
次に、誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキを押さえるために、コア１２３と導電性物質である熱伝導部材１６０の平面部１６５との位置関係をどのようにすべきかについて実験検討を行った。その結果を、図２に示す。図２において、横軸は、コア１２３の端部１２７と平面部１６５との間の間隙Ｄ１（ｍｍ）を、縦軸は、誘導コイル１２０のインダクタンスの値であって、間隙Ｄ１が０ｍｍのときの値を１に正規化して表した値を示している。なお、実験で用いた誘導コイル１２０及び熱伝導部材１６０の材料、構成は、先に述べた通りであり重複して説明しない。
【００４０】
図２から分かるようにコア１２３の端部１２７と平面部１６５との間の間隙Ｄ１が５．０ｍｍ以上になると、間隙が１ｍｍ変化したとき、誘導コイル１２０のインダクタンスの変動率は１％以下となり、さらに間隙Ｄ１が７．５ｍｍ以上ではインダクタンスの変動率は０．５％以下となる。
【００４１】
誘導コイル１２０のインダクタンスが変化すると、共振負荷回路の共振周波数が変わることになり、インバータ回路の駆動周波数と負荷共振回路の共振周波数が僅かながらずれることになる。従って、誘導コイル１２０のインダクタンスの値が僅か変化しても、始動時に誘導コイル１２０の両端に印加される共振電圧（以下、簡単に「始動コイル電圧」と呼ぶ）は大きく変化する。
【００４２】
本発明者らは、間隙Ｄ１の種々の値に対して始動コイル電圧がどのように変化するかについて実験検討を行った。図３は、実験結果の一例を示したもので、図３の横軸は、コア１２３の端部１２７と平面部１６５との間隙Ｄ１（ｍｍ）を、縦軸は、始動コイル電圧の値であって、間隙Ｄ１が０ｍｍとしたときの始動コイル電圧の値を１に正規化して示している。図２及び図３から分かるように、間隙Ｄ１が変化することによって誘導コイル１２０のインダクタンスがほんの僅かでも変化すると、始動コイル電圧は大きく変化する。例えば、コア１２３と平面部１６５との間の間隙Ｄ１が０．７ｍｍとなると、始動コイル電圧は、間隙Ｄ１が０ｍｍのときの約０．３３倍になり無電極放電ランプ１０は始動できない。このことは、誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキを押さえ、一定値に保つようにしなければ、誘導コイル１２０を介して始動に必要な大きな電磁エネルギーをバルブ１１０内に供給することができないことを意味している。したがって、誘導コイル１２０のインダクタンスがコア１２３の取付け方によって変化しないようにすることが極めて重要である。
【００４３】
無電極放電ランプ１０を組み立てる際にコア１２３の端部１２７と平面部１６５との間隙Ｄ１が多少変動しても、誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキがほとんど生じないようにするためには、図２から分かるように、コア１２３の端部１２７と平面部１６５との間隙Ｄ１を５．０ｍｍ以上、できれば７．５ｍｍ以上とすることが好ましい。間隙Ｄ１をこのように設定することで、ランプ組立の際に間隙Ｄ１が設定よりも多少ずれても、誘導コイル１２０のインダクタンスの設定値からのずれは非常に小さいものとなる。本実施の形態では、間隙Ｄ１を８ｍｍとすることで取り付け時のインダクタンスのバラツキを間隔Ｄ１が１ｍｍずれたときに０．５％以下に抑え、これによって高い始動コイル電圧を確保し、確実な点灯を実現すると同時に、高い光出力を実現している。
【００４４】
コア１２３の端部１２７と平面部１６５との間隙Ｄ１を上述のように設定することにより、特許文献１における技術では必要であったランプ組立後のインダクタンス調整が、本実施形態では不要となり、製造時間の短縮化及び製造コストの低減も可能となる。
【００４５】
なお、コア１２３の端部１２７と平面部１６５との間隙Ｄ１は、例えば電球形無電極放電ランプの場合は、３０ｍｍ以下が好ましい。
【００４６】
次に、図１に示す構成とした実施の形態１の無電極放電ランプ１０の動作について説明する。
【００４７】
口金１５０から商用電力が供給されると、電源回路１３０のインバータ回路において、この商用電力が周波数４２５ｋＨｚの高周波電流に変換される。そして、この高周波電流が誘導コイル１２０に供給されることによりバルブ１１０内に交流電磁界が発生する。この交流電磁界が、バルブ１１０内の水銀を励起する。これによりバルブ１１０内に紫外放射が放射され、この紫外放射はバルブ１１０内表面に形成された蛍光体層で可視放射に変換され、バルブ１１０を通して外部に放射される。発光原理は、従来技術と同様である。電源回路１３０用として用いる具体回路としては従来技術のものが利用できる。
【００４８】
本発明に係わる実施の形態１の無電極放電ランプは、先述したように、コア１２３の長さＬを４５ｍｍ、コア１２３の端部と平面部１６５との間の間隙Ｄ１を８ｍｍ、平面部１６５とバルブ１１０の最大径部の面との距離Ｈを４５ｍｍとしてある。したがって、コア１２３の焼成や、その取り付けによって間隙Ｄ１に多少のバラツキがあっても誘導コイル１２０のインダクタンスの値はほぼ一定に保たれる。これにより本実施の形態１の構成の無電極放電ランプ１０においてはインバータ回路と負荷共振回路とのインピーダンス整合が行われ、負荷共振回路の共振周波数とインバータ回路の駆動周波数とを一致させることができるため常に無電極放電ランプの始動に必要な高い共振電圧（始動コイル電圧）を得ることができる。このことはまた、電源回路１３０の動作点が安定することから、反射電力による回路部品へのストレスが小さく、安定点灯時におけるエネルギー効率も高いことを意味する。
【００４９】
なお、従来技術の項で、特許文献３において、コアの発生熱を放散するためにコアに固定した筒状の伝熱体と電源回路を内蔵した金属ハウジングとを配設し、伝熱体の下端で伝熱体と金属ハウジングとを電気絶縁物により電気的に絶縁することにより始動電圧を低減させた無電極放電ランプが開示されていることを述べた。しかし、この特許文献３で開示された無電極放電ランプでは、誘導コイルのコアと金属ハウジングとの距離を一定に保つことについては何ら記載されていない。従って、この従来技術において、誘導コイルのコアと金属ハウジングとの距離がばらつくと、先に説明した実験結果から分かるように、誘導コイルのインダクタンスがばらつき、これによって負荷共振回路の共振周波数がインバータ回路の動作周波数とずれる。このため特許文献３で開示された無電極放電ランプでは、始動電圧の低減が図れたとしても、誘導コイルのインダクタンスのバラツキによる始動コイル電圧の非常に大きな低下を防止することはできない。すなわち、本発明の実施の形態１のように誘導コイルのインダクタンスのバラツキを抑えることにより、確実な始動を確保することはできない。さらに特許文献３の無電極放電ランプでは筒状の伝熱体と金属ハウジングとが電気絶縁物により絶縁されているのに対して、本実施の形態１の無電極放電ランプ１０では挿入部１６３と平面部１６５とが接続されており、本実施の形態１の無電極放電ランプ１０の方が誘導コイル１２０の熱放散の点で優れている。
【００５０】
（実施の形態２）
実施の形態２に係わる無電極放電ランプの概略構成を図４に示す。本実施の形態２の無電極放電ランプ２０の基本的構成は、実施の形態１の無電極放電ランプ１０の構成とほぼ同じであるが、平面部１６５の誘導コイル１２０側の面上に磁性材料からなるシールド材４２０が配置されている点が異なっている。なお、先に実施の形態１で説明したものと同じ構成要素については同一符号を用い、これらについては説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態２における誘導コイル１２０のコア１２３及び、巻線１２５に関する条件は、実施の形態１と同じである。すなわち、コア１２３の長さＬは、４５ｍｍで、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト（透磁率　約２，３００）を使用している。巻線１２５としては、リッツ線を使用し、その巻数は４２ターンである。
【００５２】
また、誘導コイル１２０から発生する交流電磁界から電源回路１３０を防護するシールド材４２０は、フェライトであり、コア１２３の平面部１６５に近い方の端部１２７とシールド材４２０との間の間隙Ｄ２（第２の間隔）は、８ｍｍであり、シールド材４２０からバルブ１１０の最大径部を含む平面との距離Ｈ２は、４５ｍｍである。
【００５３】
また、電源回路１３０の構成は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。なお、電源回路１３０のインバータ回路の駆動周波数は８８ｋＨｚである。
【００５４】
図４に示すようにシールド材４２０を配置する場合、コア１２３の端部１２７とシールド材４２０との間隙Ｄ２が組み立てにより僅かながらばらつく。これによって誘導コイル１２０のインダクタンスが僅かながらばらつき、負荷共振回路の共振周波数がインバータ回路の駆動周波数と僅かながらずれることになる。これによって始動時に誘導コイル１２０両端に印加される共振電圧、すなわち始動コイル電圧が極端に低下し、始動できなくなる。
【００５５】
このような問題を防止するためには、無電極放電ランプ２０の誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキを押さえ、インダクタンスが一定となるようにする必要がある。コア１２３の端部１２７とシールド材４２０との間隙Ｄ２が変動することにより、誘導コイル１２０のインダクタンスがどのように変化するかを実験的に求めた結果を図５に示す。図５において、縦軸は、間隙Ｄ２が０ｍｍである時のインダクタンスの値を１と正規化して表したインダクタンスの値を、横軸は、間隙Ｄ２を示している。また、間隙Ｄ２が変動することにより始動コイル電圧がどのように変化するかを実験的に求めた結果を図６に示す。図６において、縦軸は、間隙Ｄ２が０ｍｍのときの始動コイル電圧を１に正規化して表した始動コイル電圧の値を、横軸は、間隙Ｄ２を示している。
【００５６】
図５から、たとえば、間隙Ｄ２が、１．６５ｍｍのときのインダクタンスは、間隙Ｄ２が０ｍｍのときの０．８３倍となる。これにより負荷共振回路の共振周波数は、Ｄ２が０ｍｍのときの８８ｋＨｚから９６ｋＨｚにずれる。この共振周波数のずれにより、図６に示すように、始動コイル電圧がインピーダンス整合時の約４％にまで急落し、無電極放電ランプ２０は始動しない。
【００５７】
このため、無電極放電ランプ２０が安定して始動するようにするには、誘導コイル１２０の取り付け位置が組立により若干ズレたとしても誘導コイル１２０のインダクタンスの値が変化しないようにすることが重要である。間隙Ｄ２が１ｍｍずれたとしてもインダクタンスの値の変動率が１％以下となるようにするには、図５に示すように、間隙Ｄ２を４．０ｍｍ以上とすればよい。また間隙Ｄ２が１ｍｍずれたとしてもインダクタンスの値の変動率が０．５％以下となるようにするには、間隙Ｄ２を５．５ｍｍ以上とすればよい。このような背景から、実施の形態２の無電極放電ランプ２０では、間隙Ｄ２を８ｍｍとしてある。
【００５８】
なお、実施の形態２の無電極放電ランプ２０において、コア１２３の端部１２７とシールド材４２０との間隙Ｄ２がばらつくことによって誘導コイル１２０のインダクタンスがばらつき、始動コイル電圧が大きく変動する様相は、実施の形態１の無電極放電ランプ１０において、コア１２３の端部１２７と平面部１６５との間隙Ｄ１のバラツキによって誘導コイル１２０のインダクタンスがばらつき、共振電圧が大きく変動する様相と類似している。しかし、本実施の形態２の無電極放電ランプ２０では、シールド材４２０があるため、間隙Ｄ２の値を、実施の形態１の無電極放電ランプ１０における間隙Ｄ１の値よりも小さくすることができる。つまり、実施の形態２の方が実施の形態１よりも間隙の許容範囲を広く取ることができるというメリットがある。
【００５９】
本実施の形態２のような構成とすることで、ランプの組み立ての際、コア１２３の端部１２７とシールド材４２０との間隙Ｄ２を５．５ｍｍ以上に設定した場合、この間隙Ｄ２が設計仕様から±１ｍｍずれたとしても誘導コイル１２０のインダクタンスの変動率は０．５％以下に抑えることができる。これによって、無電極放電ランプ２０の始動に必要な十分な始動コイル電圧を供給することができ、高効率で高い光出力が得られる無電極放電ランプ２０を実現できる。
【００６０】
なお、シールド材４２０の材料として本実施の形態２ではフェライトを用いたが、フェライトの代わりに、例えば、鉄を含む材料のような、磁性をもつ材料を利用しても同様な効果を得ることができる。
【００６１】
また、誘導コイル１２０の熱は、熱伝導部材１６０から円筒部１６７を通り、ケース１４０を介して外部に放散される。従って、平面部１６５の外径がシールド材４２０の外径より小さいと、ケース１４０と円筒部１６７の間に隙間が発生し、外部への熱放散が効率的に行われなくなる恐れがある。上記の理由から、熱伝導部材１６０の平面部１６５の外径がシールド材４２０の外径以上とした無電極放電ランプ２０とすることが適切である。
【００６２】
なお、コア１２３の端部１２７とシールド材４２０との間隙Ｄ２は、例えば電球形無電極放電ランプの場合は、３０ｍｍ以下が好ましい。
【００６３】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３に係わる無電極放電ランプの構成について図７を用いて説明する。
【００６４】
図７において、実施の形態１および実施の形態２の無電極放電ランプ１０，２０の構成要素と基本的に同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
実施の形態３の無電極放電ランプ３０には、実施の形態２の無電極放電ランプ２０と同様に、誘導コイル１２０の熱を放散させるために、挿入部１６３、平面部１６５とからなる熱伝導部材１６０および円筒部１６７が設けられており、平面部１６５のバルブ１１０側の面上にはフェライト製で、ディスク状のシールド材４２０が配設してある。
【００６６】
さらに、図７に示すように、誘導コイル１２０のコア１２３に巻線を巻回するためのボビン７２０が備えてある。ボビン７２０には、巻線１２５としてリッツ線が巻数４２ターン巻いてある。また、バルブ１１０は、その底部周辺においてボビン７２０に接着されている。
【００６７】
また図７に示すように、電子部品と基板７７０とで構成された電源回路１３０を収容して保持するために、耐熱性樹脂でできた保持部材７３０が配設されており、電源回路１３０は、基板７７０の周辺部をこの保持部材７３０に設けた嵌合ツメにはめ合わせることにより固定してある。
【００６８】
また、本実施の形態３の無電極放電ランプ３０では、誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキを０．５％以下に押さえるために、コア１２３の平面部１６５に近い方の端部１２７とシールド材４２０との間隙Ｄ２を６ｍｍにしてある。間隙Ｄ２をこのような値にするために、コア１２３の端部１２７はスペーサー７５０により支持されている。このスペーサー７５０を用いることにより、簡単な方法で確実に間隙Ｄ２を一定にすることができる。
【００６９】
スペーサー７５０は、図８に示すように保持部材７３０に設けた複数本の突起物で構成されており、これらの突起物は保持部材７３０と一体成形により一体に形成されている。このように一体成形とすることでコストアップを押さえている。なお、この保持部材７３０は、ボビン７２０に設けた複数本の嵌合ツメ（図示せず）でボビン７２０と連結、固定してある。
【００７０】
本実施の形態３の無電極放電ランプ３０の電源回路１３０と駆動周波数は、実施の形態２の無電極放電ランプ２０の場合と同様であり、説明を省略する。
【００７１】
本実施の形態の無電極放電ランプ３０を用いると、実施の形態２と同様に誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキが押さえられ、始動時にランプの始動に必要とする十分な共振電圧が得られ確実な始動・点灯が可能である。このことは、図５、図６を用いた実施の形態２の説明が、本実施の形態にも当てはまるからである。
【００７２】
なおスペーサー７５０として用いた突起物の形状を本実施の形態では円柱としたが、コア１２３を支持できる形状であればどのようなものでもよく、例えば、多角柱状、円錐台または角錐台等の突起物を挙げることができる。
【００７３】
またこのスペーサー７５０は、電源回路１３０を収容した保持部材７３０と一体でなく、突起物のみからなるものとしたり、保持部材７３０とは別の部材に設けられた突起物からなるものとして構成してもよい。これについてはその具体的構成を含め当業者なら容易に具現できることであり特に説明しない。
【００７４】
さらにまたスペーサー７５０の役割を果たすものとして、樹脂製の突起物を用いる代わりに、図９に示すような樹脂製のバネ８５０を用いて間隙Ｄ２を確保する構成とすることもできる。また、樹脂製のバネ８５０の代わりに金属バネを利用することも考えられるが、この場合、本実施の形態３の構成とした無電極放電ランプ３０で得られるような、誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキを抑える効果は得られない。その理由は、間隙Ｄ２を保持するために用いた金属製のバネが誘導コイル１２０からの磁束に影響を与えるためである。ここで、スペーサー（バネを含む）の材質としては、セラミックやガラス等も磁束に影響を与えず、耐熱性が高いので採用しうる。しかし、寸法バラツキの点や、コストの点などから樹脂を用いることが好ましい。なお、図９は、ボビン７２０、コア１２３、挿入部１６３、およびバネ８５０のみを抜き出して図示している。
【００７５】
また保持部材７３０とボビン７２０とを固定するための嵌合ツメの形状も、固定するに十分なものであれば、どのような形状ものであってもよい。
【００７６】
（実施の形態４）
実施の形態４に係わる無電極放電ランプの構成は、実施の形態１において図１で示したものと基本的に同一である。ただし、唯一、平面部１６５の形状だけが実施の形態１の場合と異なっている。実施の形態４の無電極放電ランプの平面部１６５の上面からみた平面図を図１０に示す。
【００７７】
図１０に示すように、平面部１６５には複数のスリット９５０（孔）が設けてある。このように複数のスリット９５０を設けることにより銅製の平面部１６５の抵抗が大きくなり、これによって平面部１６５で発生する渦電流損失が実施の形態１の無電極放電ランプ１０に比べて小さくでき、始動性に優れ、より高効率の無電極放電ランプを実現できる。
【００７８】
なお、実施の形態２、３の構成の無電極放電ランプ２０，３０において、平面部１６５に図１０のようなスリット９５０を設けても、渦電流損失を抑えることができ、実施の形態４の無電極放電ランプと同様な効果が得られる。
【００７９】
また図１０に示したスリット９５０の形状は、一つの例を示したものに過ぎず、また、その数も一つの例に過ぎず、誘導コイル１２０から生じた磁束により平面部１６５で発生する渦電流を抑える効果があるものであればどんな形状であっても、いくつであってもよい。
【００８０】
（他の実施の形態）
実施の形態１〜４の無電極放電ランプにおいて、誘導コイル１２０で発生する熱をケース１４０の外に効率的に放熱するための熱伝導部材１６０の材料として銅を用いたが、これらの熱伝導部材１６０は熱伝導性のよい導電性金属であればよく、例えば、熱伝導部材１６０の材料としてアルミニウムを用いても実施の形態１〜４の無電極放電ランプと同様な効果を得ることができる。
【００８１】
また実施の形態１〜４の無電極放電ランプにおいて、熱伝導部材１６０の構成要素である挿入部１６３と平面部１６５とを一体成形する場合、挿入部１６３と平面部１６５とを接合する接続部にはある大きさの曲率ができる。この曲率を大きくすると等価的に誘導コイル１２０と平面部１６５が近づくことになり、誘導コイル１２０のインダクタンスのばらつきの原因になる。このため接続部の曲率半径を２ｍｍ以下とすることで誘導コイル１２０のインダクタンスのバラツキへの影響を押さえた無電極放電ランプとすることができる。
【００８２】
なお、実施の形態１〜４で述べた無電極放電ランプのバルブ１１０の形状は、直管、丸管、Ｕ字管などであってもよい。
【００８３】
さらに実施の形態１〜４で説明した無電極放電ランプは、いずれも口金１５０を備えた電球代替を目的とした電球型無電極放電ランプとして構成してあるが、口金を備えない構成の無電極放電ランプであっても勿論よい。
【００８４】
また実施の形態１〜４の無電極放電ランプにおいて、円筒部１６７の形状は、円筒に限る必要はなく、平面部１６５から伝達される熱をケース１４０の外に効果的に放熱できるものであればよい。たとえば、円筒部１６７の代わりに笠のような円錐台状部とすることによりケース１４０との接触面積を大きくし、放熱効果をより高めた無電極放電ランプを構成することができる。
【００８５】
また、実施の形態１〜４の無電極放電ランプにおいて、コア１２３の形状は円筒に限る必要はなく、多角筒状であったり、筒の一方の開口部が塞がれていても構わない。
【００８６】
なお本実施の形態１〜４の構成とした無電極放電ランプにおいて、円筒部１６７をもたないものも、本実施の形態１〜４の無電極放電ランプに比べて放熱効果の点で劣るものの、本発明の範囲に含まれる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成とした無電極放電ランプを利用すれば、誘導コイルのインダクタンスのバラツキが抑えられるとともに、これによって確実な始動が確保され、高光出力の無電極放電ランプが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無電極放電ランプの要部断面概略図である。
【図２】間隙Ｄ１と誘導コイルのインダクタンスとの関係を示す図である。
【図３】間隙Ｄ１と始動コイル電圧との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る無電極放電ランプの要部断面概略図である。
【図５】間隙Ｄ２と誘導コイルのインダクタンスとの関係を示す図である。
【図６】間隙Ｄ２と始動コイル電圧との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る無電極放電ランプの要部断面概略図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る無電極放電ランプのスペーサーの斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る無電極放電ランプの別のスペーサの概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る無電極放電ランプの熱伝導部材における平面部の概略図である。
【符号の説明】
１１０　バルブ
１２０　誘導コイル
１２３　コア
１２５　巻線
１３０　電源回路
１４０　ケース
１５０　口金
１６３　挿入部
１６５　平面部
１６７　円筒部
４２０　シールド材
７２０　ボビン
７３０　保持部材
７５０　スペーサー
７７０　プリント基板
８５０　バネ
９５０　スリット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrodeless discharge lamp having an induction coil disposed in a recess provided in a bulb, and particularly to an electrodeless discharge lamp having a heat conducting member.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an electrodeless discharge lamp using inductive coupling has been used for lighting public facilities such as roads and bridges, mainly for the purpose of reducing maintenance costs because of its long life. However, in recent years, electrodeless discharge lamps have been in widespread use as light sources for replacing light bulbs in hotels and restaurants because of their high efficiency and long life. In the development of this electrodeless discharge lamp, efforts are made to provide a lamp with good startability and high efficiency, that is, to supply power supplied from a commercial power supply to a discharge bulb through a power supply circuit as efficiently as possible. Effort has been made.
[0003]
Conventionally, in order to efficiently supply electromagnetic energy to a discharge bulb of an electrodeless discharge lamp, impedance matching between an inverter circuit included in a power supply circuit and a load resonance circuit (matching circuit) is performed, thereby maximizing an induction coil. Generally, power is supplied. In this case, the electromagnetic energy supplied to the discharge bulb via the induction coil is greatly affected by the value of the inductance of the induction coil included in the load resonance circuit. That is, if the inductance of the induction coil deviates even slightly from the design value (for example, 2 to 3%), the resonance frequency of the load resonance circuit deviates from the operating frequency of the inverter circuit (the driving frequency of the switching element). As described above, if the two frequencies deviate even slightly, the resonance voltage applied to both ends of the induction coil is significantly reduced, and the electrodeless discharge lamp cannot be started.
[0004]
Therefore, it is desired that the impedance elements constituting the load resonance circuit have no variation in characteristics so as to keep the resonance frequency constant. From such a background, a movable cylinder for fine adjustment of the coil inductance has been developed for the purpose of finely adjusting the variation of the impedance of the induction coil (for example, see Patent Document 1).
[0005]
The operation and efficiency of the electrodeless discharge lamp are affected by the temperature characteristics of ferrite, which is a magnetic material used as the core of the induction coil. When the temperature of the core increases due to heat generated in the core of the induction coil, the magnetic permeability of the core decreases. In order to prevent a decrease in magnetic permeability due to the temperature rise, an electrodeless discharge lamp provided with a heat conducting member for efficiently dissipating heat generated in the core has been put to practical use. For example, there is disclosed an electrodeless discharge lamp in which a rod-shaped heat conductive member is disposed along a main portion of the length of a cylindrical core (for example, see Patent Document 2). Further, in Patent Document 2, the heat of the core transmitted to the rod-shaped or cylindrical heat-conducting member is transmitted to the case via a planar heat-conducting member arranged perpendicularly to the core, and is transmitted to the outside of the case. A configuration for dissipating heat is also disclosed.
[0006]
In order to effectively dissipate the heat generated by the induction coil, a cylindrical heat transfer element is arranged along the inside of the core, and this heat transfer element is electrically insulated from the metal housing containing the power supply unit. An electrodeless discharge lamp in which the starting voltage is reduced by doing so is disclosed (for example, see Patent Document 3).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-10-69992
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 6-6448
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 5-27945
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In order to reliably start the electrodeless discharge lamp, it is necessary to increase the power supplied to the discharge bulb as much as possible. To this end, it is important to suppress the variation in the inductance of the induction coil. This has been described above in the section of the prior art. The inductance of the induction coil is also affected by the positional relationship between the heat conduction member provided for the electrodeless discharge lamp for heat dissipation and the induction coil.
[0009]
However, there has been no report on what to do specifically to suppress the variation in inductance caused by the positional relationship between the heat conducting member and the induction coil.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrodeless discharge lamp that suppresses variations in inductance of an induction coil and thereby enables reliable starting.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The first electrodeless discharge lamp of the present invention has a substantially spherical bulb filled with a discharge gas and having a concave portion, a substantially cylindrical core made of a magnetic material, and a winding wound around the core. An induction coil that is disposed in the recess and generates an electromagnetic field inside the valve; an insertion portion that is partially inserted into a cylindrical hole of the core; and an end of the insertion portion that is disposed outside the core. And a heat conductive member having a flat portion that protrudes in a flange shape from the portion, wherein the flat portion side end of the core and the flat portion have a first distance. Are arranged.
[0012]
The first interval is preferably equal to or greater than 5.0 mm.
[0013]
Preferably, the first interval is not less than 7.5 mm.
[0014]
The second electrodeless discharge lamp of the present invention has a substantially spherical bulb filled with a discharge gas and having a concave portion, a substantially cylindrical core made of a magnetic material, and a winding wound around the core. An induction coil that is disposed in the recess and generates an electromagnetic field inside the valve; an insertion portion that is partially inserted into a cylindrical hole of the core; and an end of the insertion portion that is disposed outside the core. A heat conducting member having a flat portion that protrudes in a flange shape from the portion, and a shield material made of a substantially flat magnetic material disposed in parallel with the flat portion between the core and the flat portion, Wherein the end of the core on the side of the flat portion and the shield material are arranged at a second interval.
[0015]
The second interval is preferably equal to or greater than 4.0 mm.
[0016]
The second interval is preferably equal to or greater than 5.5 mm.
[0017]
Preferably, the shielding material contains ferrite or iron.
[0018]
In a preferred embodiment, the first interval or the second interval is formed by a spacer that is a protrusion.
[0019]
The protrusion is preferably made of a resin material.
[0020]
A power supply circuit having a substrate for supplying power to the induction coil; and a holding member for holding the substrate, wherein the protrusion is formed integrally with the holding member. preferable.
[0021]
It is preferable that the insertion portion and the flat portion are joined, and a radius of curvature of a connecting portion joining the insertion portion and the flat portion is 2 mm or less.
[0022]
In a preferred embodiment, the plane portion has a plurality of holes.
[0023]
It is preferable that the outer diameter of the flat portion is equal to or larger than the outer diameter of the shield material.
[0024]
It is preferable that the heat conduction member is provided with a cylindrical portion for releasing heat from the flat portion to the outside, and is thermally connected to an outer periphery of the flat portion.
[0025]
It is preferable that the power supply circuit further includes a case, and the cylindrical portion is thermally connected to the case.
[0026]
It is preferable that the power supply apparatus further include a base for receiving commercial power, and the valve, the induction coil, the power supply circuit, and the base be formed integrally.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0028]
(Embodiment 1)
Hereinafter, an electrodeless discharge lamp according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0029]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing a schematic configuration of an electrodeless discharge lamp 10 according to the present embodiment. In FIG. 1, the electrodeless discharge lamp 10 has a light-transmitting bulb-shaped bulb 110 made of soda glass, and this bulb 110 has a recess 115. The bulb 110 is filled with mercury (not shown) as a main luminescent substance and a rare gas (not shown) such as argon or krypton as a buffer gas. Further, a phosphor layer (not shown) coated with a phosphor is formed on the inner surface of the bulb 110, and the ultraviolet radiation generated by the excitation action of the mercury sealed in the bulb 110 emits this phosphor. Converted to visible radiation at the layer. An induction coil 120 composed of a core 123 made of ferrite, which is a cylindrical magnetic material, and a winding 125 wound around the core 123 is arranged in the recess 115 of the valve 110. In addition, the winding 125 of FIG. 1 shows a cross section of the winding 125. The length L of the core 123 is 45 mm, and uses Mn-Zn-based ferrite (permeability: about 2,300). A litz wire is used as the winding 125, and the number of turns is 42 turns.
[0030]
The winding 125 is connected to a power supply circuit 130 for supplying a high-frequency current to the induction coil 120. The power supply circuit 130 includes electronic components such as a semiconductor, a capacitor, a resistor, and a choke coil, and a printed circuit board on which these electronic components are provided. Although not shown, the power supply circuit 130 includes a rectifier circuit, a smoothing capacitor, an inverter circuit for converting the smoothed direct current to alternating current, and power for exciting the discharge gas in the valve 110 via the induction coil 120. And a load resonance circuit for supplying the power to the inverter circuit. The drive frequency of the inverter circuit is 425 kHz.
[0031]
The power supply circuit 130 is covered with a case 140 made of a resin having high electric insulation and excellent heat resistance, for example, polybutylene terephthalate. The input power to the power supply circuit 130 is supplied through a base 150. You. The input power is commercial power. As described above, the electrodeless discharge lamp 10 of the present embodiment is a bulb-type electrodeless discharge lamp in which the bulb 110, the induction coil 120, the power supply circuit 130, and the base 150 are integrally formed.
[0032]
In the present embodiment, the heat conductive member 160 is disposed inside the electrodeless discharge lamp 10 to release the heat of the core 123 to the outside of the core 123. In the cylindrical hole of the core 123, a copper pipe-shaped insertion portion 163 having a high thermal conductivity for releasing heat from the core 123 is inserted so as to be in thermal contact with the core 123. The insertion portion 163 is joined to a copper-made flat portion 165 having a high thermal conductivity and protruding in a flange shape from the end of the insertion portion 163 at the bottom of the bulb 110. The flat portion 165 is disposed so as to be substantially orthogonal to the insertion portion 163. The flat portion 165 functions to release heat from the insertion portion 163 to the outside of the case 140.
[0033]
Further, the flat portion 165 is connected to a cylindrical portion 167 made of copper so that heat from the flat portion 165 can be easily released to the outside of the case 140. In the present embodiment, the cylindrical portion 167 extends substantially perpendicularly from the outer periphery of the disk-shaped flat portion 165. The direction in which the cylindrical portion 167 extends is opposite to the direction in which the insertion portion 163 extends from the flat portion 165. The cylindrical portion 167 is thermally connected to the case 140 by making contact with the case 140, so that heat can be easily released to the outside. Note that, here, the thermal connection is made by contact, but the cylindrical portion 167 and the case 140 are mechanically connected, or thermally connected by conducting heat through grease or the like. Is also good. Further, in FIG. 1, the cross section of the flat portion 165 and the cylindrical portion 167 is shown, and the insertion portion 163 is not shown in a cross section.
[0034]
The heat generated by the induction coil 120 is first transmitted to the copper insertion portion 163, and further transmitted to the copper cylindrical portion 167 via the copper flat portion 165. The heat transmitted to the cylindrical portion 167 is radiated outside the electrodeless discharge lamp 10 via the case 140. Thus, the heat conducting member 160 is constituted by the insertion portion 163 and the flat portion 165, and the heat generated in the induction coil 120 from the cylindrical portion 167 via the case 140 is efficiently radiated out of the electrodeless discharge lamp 10. I have to do it.
[0035]
In the electrodeless discharge lamp 10 according to the first embodiment, in order to suppress variation in inductance of the induction coil 120, the distance between the end 127 of the core 123 of the induction coil 120 closer to the plane 165 and the plane 165 is reduced. The gap D1 (first interval) is set to 8 mm. Hereinafter, unless otherwise specified, the “end 127” of the core 123 refers to the end of the core 123 that is closer to the plane portion 165.
[0036]
Hereinafter, the reason why the gap D1 is set in this manner will be described.
[0037]
When the gap D1 between the end portion 127 of the core 123 and the flat portion 165 is changed, the inductance of the induction coil 120 changes.
[0038]
In the present invention, the inventors conducted an experimental study on the effect of the inductance of the induction coil 120 when a conductive substance was placed near the end 127 of the core 123. It has been found that it is important to provide a gap between the end portion 127 and the conductive material.
[0039]
Next, in order to suppress the variation of the inductance of the induction coil 120, an experimental study was conducted on how the positional relationship between the core 123 and the flat portion 165 of the heat conductive member 160, which is a conductive material, should be determined. The result is shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the gap D1 (mm) between the end portion 127 of the core 123 and the flat portion 165, and the vertical axis represents the inductance value of the induction coil 120 when the gap D1 is 0 mm. Is normalized to 1 and represented. The materials and configurations of the induction coil 120 and the heat conducting member 160 used in the experiment are as described above, and will not be described again.
[0040]
As can be seen from FIG. 2, when the gap D1 between the end portion 127 of the core 123 and the flat portion 165 becomes 5.0 mm or more, when the gap changes by 1 mm, the variation rate of the inductance of the induction coil 120 becomes 1% or less. When the gap D1 is 7.5 mm or more, the variation rate of the inductance is 0.5% or less.
[0041]
When the inductance of the induction coil 120 changes, the resonance frequency of the resonance load circuit changes, and the drive frequency of the inverter circuit slightly deviates from the resonance frequency of the load resonance circuit. Therefore, even if the value of the inductance of the induction coil 120 slightly changes, the resonance voltage applied to both ends of the induction coil 120 at the time of starting (hereinafter, simply referred to as “starting coil voltage”) greatly changes.
[0042]
The present inventors have conducted an experimental study on how the starting coil voltage changes for various values of the gap D1. FIG. 3 shows an example of the experimental result. The horizontal axis of FIG. 3 represents the gap D1 (mm) between the end 127 of the core 123 and the flat portion 165, and the vertical axis represents the value of the starting coil voltage. In addition, the value of the starting coil voltage when the gap D1 is 0 mm is normalized to 1. As can be seen from FIGS. 2 and 3, if the inductance of induction coil 120 changes by a small amount due to the change in gap D1, the starting coil voltage changes significantly. For example, when the gap D1 between the core 123 and the flat portion 165 is 0.7 mm, the starting coil voltage is about 0.33 times that when the gap D1 is 0 mm, and the electrodeless discharge lamp 10 cannot be started. This means that large electromagnetic energy required for starting cannot be supplied into the valve 110 via the induction coil 120 unless variation in inductance of the induction coil 120 is suppressed and kept at a constant value. ing. Therefore, it is extremely important that the inductance of the induction coil 120 does not change depending on how the core 123 is attached.
[0043]
If the gap D1 between the end portion 127 of the core 123 and the flat portion 165 fluctuates slightly when assembling the electrodeless discharge lamp 10, in order to make the inductance of the induction coil 120 hardly vary, FIG. As can be seen from FIG. 5, the gap D1 between the end 127 of the core 123 and the plane portion 165 is preferably at least 5.0 mm, and preferably at least 7.5 mm. By setting the gap D1 in this way, even if the gap D1 slightly deviates from the set value during lamp assembly, the deviation of the inductance of the induction coil 120 from the set value is very small. In the present embodiment, by setting the gap D1 to 8 mm, the variation in inductance at the time of mounting is suppressed to 0.5% or less when the gap D1 is shifted by 1 mm, thereby securing a high starting coil voltage and ensuring lighting. And at the same time, achieve a high light output.
[0044]
By setting the gap D1 between the end portion 127 of the core 123 and the plane portion 165 as described above, the inductance adjustment after assembling the lamp, which is required in the technique of Patent Document 1, becomes unnecessary in the present embodiment, and the manufacturing is completed. It is also possible to reduce the time and the manufacturing cost.
[0045]
The gap D1 between the end portion 127 of the core 123 and the flat portion 165 is preferably 30 mm or less in the case of a bulb-type electrodeless discharge lamp, for example.
[0046]
Next, the operation of the electrodeless discharge lamp 10 according to the first embodiment having the configuration shown in FIG. 1 will be described.
[0047]
When commercial power is supplied from the base 150, the commercial power is converted into a high-frequency current having a frequency of 425 kHz in the inverter circuit of the power supply circuit 130. When the high-frequency current is supplied to the induction coil 120, an AC electromagnetic field is generated in the valve 110. This alternating electromagnetic field excites mercury in the bulb 110. As a result, ultraviolet radiation is radiated into the bulb 110, and the ultraviolet radiation is converted into visible radiation by the phosphor layer formed on the inner surface of the bulb 110, and is radiated outside through the bulb 110. The principle of light emission is the same as in the prior art. As a specific circuit used for the power supply circuit 130, a conventional circuit can be used.
[0048]
As described above, the electrodeless discharge lamp according to the first embodiment of the present invention has a length L of the core 123 of 45 mm, a gap D1 between the end of the core 123 and the flat portion 165 of 8 mm, and a flat portion 165. The distance H between the surface of the largest diameter portion of the valve 110 is set to 45 mm. Therefore, even if there is some variation in the gap D1 due to the firing or attachment of the core 123, the value of the inductance of the induction coil 120 is kept substantially constant. Thus, in the electrodeless discharge lamp 10 having the configuration of the first embodiment, impedance matching between the inverter circuit and the load resonance circuit is performed, and the resonance frequency of the load resonance circuit and the drive frequency of the inverter circuit can be matched. Therefore, a high resonance voltage (starting coil voltage) necessary for starting the electrodeless discharge lamp can be always obtained. This also means that since the operating point of the power supply circuit 130 is stable, the stress on the circuit components due to the reflected power is small, and the energy efficiency during stable lighting is high.
[0049]
In the related art, in Patent Document 3, a tubular heat transfer body fixed to a core for dissipating heat generated from the core and a metal housing containing a power supply circuit are disposed, and It has been described that an electrodeless discharge lamp has been disclosed in which the starting voltage is reduced by electrically insulating the heat transfer member and the metal housing at the lower end with an electrical insulator. However, in the electrodeless discharge lamp disclosed in Patent Document 3, there is no description about keeping the distance between the core of the induction coil and the metal housing constant. Therefore, in this conventional technique, when the distance between the core of the induction coil and the metal housing varies, as can be seen from the experimental results described above, the inductance of the induction coil varies, and this causes the resonance frequency of the load resonance circuit to be reduced by the inverter circuit. Operating frequency. For this reason, in the electrodeless discharge lamp disclosed in Patent Document 3, even if the starting voltage is reduced, it is not possible to prevent a very large decrease in the starting coil voltage due to the variation in the inductance of the induction coil. That is, as in the first embodiment of the present invention, it is not possible to secure a reliable start by suppressing the variation of the inductance of the induction coil. Further, in the electrodeless discharge lamp of Patent Document 3, the tubular heat transfer body and the metal housing are insulated by an electric insulator, whereas in the electrodeless discharge lamp 10 of the first embodiment, the insertion portion 163 is The flat portion 165 is connected, and the electrodeless discharge lamp 10 of the first embodiment is superior in heat dissipation of the induction coil 120.
[0050]
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows a schematic configuration of the electrodeless discharge lamp according to the second embodiment. The basic configuration of the electrodeless discharge lamp 20 according to the second embodiment is substantially the same as the configuration of the electrodeless discharge lamp 10 according to the first embodiment, except that a magnetic material is provided on the surface of the flat portion 165 on the side of the induction coil 120. Is different in that a shield material 420 made of The same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0051]
The conditions regarding the core 123 and the winding 125 of the induction coil 120 in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. That is, the length L of the core 123 is 45 mm, and Mn-Zn based ferrite (permeability of about 2,300) is used. A litz wire is used as the winding 125, and the number of turns is 42 turns.
[0052]
The shield member 420 that protects the power supply circuit 130 from the AC electromagnetic field generated from the induction coil 120 is ferrite, and a gap D2 between the end portion 127 of the core 123 closer to the flat portion 165 and the shield member 420. The (second interval) is 8 mm, and the distance H2 from the shield material 420 to the plane including the maximum diameter portion of the bulb 110 is 45 mm.
[0053]
Further, the configuration of power supply circuit 130 is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted. Note that the driving frequency of the inverter circuit of the power supply circuit 130 is 88 kHz.
[0054]
When the shield member 420 is arranged as shown in FIG. 4, the gap D2 between the end 127 of the core 123 and the shield member 420 slightly varies due to assembly. As a result, the inductance of the induction coil 120 slightly varies, and the resonance frequency of the load resonance circuit slightly deviates from the drive frequency of the inverter circuit. As a result, the resonance voltage applied to both ends of the induction coil 120 at the time of starting, that is, the starting coil voltage is extremely reduced, and the starting cannot be performed.
[0055]
In order to prevent such a problem, it is necessary to suppress the variation of the inductance of the induction coil 120 of the electrodeless discharge lamp 20 so that the inductance is constant. FIG. 5 shows the results of experimentally determining how the inductance of the induction coil 120 changes when the gap D2 between the end 127 of the core 123 and the shield member 420 changes. In FIG. 5, the vertical axis represents the inductance value obtained by normalizing the inductance value when the gap D2 is 0 mm to 1, and the horizontal axis represents the gap D2. FIG. 6 shows the results of experimentally determining how the starting coil voltage changes as the gap D2 changes. In FIG. 6, the vertical axis represents the starting coil voltage value obtained by normalizing the starting coil voltage when the gap D2 is 0 mm to 1, and the horizontal axis represents the gap D2.
[0056]
From FIG. 5, for example, when the gap D2 is 1.65 mm, the inductance is 0.83 times that when the gap D2 is 0 mm. As a result, the resonance frequency of the load resonance circuit shifts from 88 kHz when D2 is 0 mm to 96 kHz. Due to the shift of the resonance frequency, as shown in FIG. 6, the starting coil voltage drops sharply to about 4% of the impedance matching, and the electrodeless discharge lamp 20 does not start.
[0057]
Therefore, in order to start the electrodeless discharge lamp 20 stably, it is important that the inductance value of the induction coil 120 does not change even if the mounting position of the induction coil 120 is slightly shifted due to assembly. It is. Even if the gap D2 is shifted by 1 mm, the variation rate of the inductance value can be set to 1% or less, as shown in FIG. 5, by setting the gap D2 to 4.0 mm or more. Even if the gap D2 is shifted by 1 mm, the gap D2 may be set to 5.5 mm or more so that the variation rate of the inductance value is 0.5% or less. From such a background, the gap D2 is set to 8 mm in the electrodeless discharge lamp 20 of the second embodiment.
[0058]
In the electrodeless discharge lamp 20 of the second embodiment, the inductance of the induction coil 120 varies due to the variation of the gap D2 between the end 127 of the core 123 and the shield member 420, and the starting coil voltage greatly varies. In the electrodeless discharge lamp 10 according to the first embodiment, the inductance of the induction coil 120 varies due to the variation of the gap D1 between the end 127 of the core 123 and the flat portion 165, which is similar to a mode in which the resonance voltage greatly varies. However, in the electrodeless discharge lamp 20 of the second embodiment, since the shield material 420 is provided, the value of the gap D2 can be made smaller than the value of the gap D1 in the electrodeless discharge lamp 10 of the first embodiment. . That is, the second embodiment has an advantage that the allowable range of the gap can be made wider than that of the first embodiment.
[0059]
With the configuration as in the second embodiment, when the gap D2 between the end portion 127 of the core 123 and the shield member 420 is set to 5.5 mm or more at the time of assembling the lamp, the gap D2 is set to the design specification. Even if it deviates from ± 1 mm, the variation rate of the inductance of the induction coil 120 can be suppressed to 0.5% or less. As a result, a sufficient starting coil voltage necessary for starting the electrodeless discharge lamp 20 can be supplied, and the electrodeless discharge lamp 20 can be realized with high efficiency and high light output.
[0060]
In the second embodiment, ferrite is used as the material of the shield material 420. However, similar effects can be obtained by using a magnetic material such as a material containing iron instead of ferrite. Can be.
[0061]
The heat of the induction coil 120 is radiated from the heat conducting member 160 to the outside via the cylindrical portion 167 and the case 140. Therefore, if the outer diameter of the flat portion 165 is smaller than the outer diameter of the shield member 420, a gap may be generated between the case 140 and the cylindrical portion 167, and heat may not be efficiently radiated to the outside. For the above reasons, it is appropriate to use the electrodeless discharge lamp 20 in which the outer diameter of the flat portion 165 of the heat conductive member 160 is equal to or larger than the outer diameter of the shield member 420.
[0062]
The gap D2 between the end 127 of the core 123 and the shield member 420 is preferably 30 mm or less in the case of a bulb-type electrodeless discharge lamp, for example.
[0063]
(Embodiment 3)
Hereinafter, the configuration of the electrodeless discharge lamp according to Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
[0064]
In FIG. 7, components having basically the same functions as those of the electrodeless discharge lamps 10 and 20 of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0065]
Like the electrodeless discharge lamp 20 of the second embodiment, the electrodeless discharge lamp 30 of the third embodiment has a heat conduction including an insertion portion 163 and a flat portion 165 in order to dissipate the heat of the induction coil 120. A member 160 and a cylindrical portion 167 are provided, and a disk-shaped shield material 420 made of ferrite is provided on the surface of the flat portion 165 on the valve 110 side.
[0066]
Further, as shown in FIG. 7, a bobbin 720 for winding a winding around the core 123 of the induction coil 120 is provided. The bobbin 720 is wound with 42 turns of a litz wire as the winding 125. The valve 110 is bonded to the bobbin 720 around the bottom.
[0067]
As shown in FIG. 7, a holding member 730 made of a heat-resistant resin is provided for housing and holding a power circuit 130 composed of an electronic component and a substrate 770. The peripheral portion of the substrate 770 is fixed by being fitted to a fitting claw provided on the holding member 730.
[0068]
Further, in the electrodeless discharge lamp 30 of the third embodiment, in order to suppress the variation in inductance of the induction coil 120 to 0.5% or less, the end 127 of the core 123 closer to the plane portion 165 and the shielding material 420 Is set to 6 mm. The end 127 of the core 123 is supported by the spacer 750 in order to set the gap D2 to such a value. By using the spacer 750, the gap D2 can be reliably made constant by a simple method.
[0069]
The spacer 750 includes a plurality of protrusions provided on the holding member 730 as shown in FIG. 8, and these protrusions are integrally formed with the holding member 730 by integral molding. The integral molding suppresses cost increase. The holding member 730 is connected to and fixed to the bobbin 720 by a plurality of fitting claws (not shown) provided on the bobbin 720.
[0070]
The power supply circuit 130 and the driving frequency of the electrodeless discharge lamp 30 of the third embodiment are the same as those of the electrodeless discharge lamp 20 of the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0071]
When the electrodeless discharge lamp 30 of the present embodiment is used, the variation of the inductance of the induction coil 120 is suppressed as in the case of the second embodiment, and a sufficient resonance voltage required for starting the lamp can be obtained at the time of starting. Starting and lighting are possible. This is because the description of the second embodiment using FIGS. 5 and 6 also applies to the present embodiment.
[0072]
Although the shape of the protrusion used as the spacer 750 is a column in this embodiment, any shape may be used as long as it can support the core 123, for example, a protrusion such as a polygonal column, a truncated cone, or a truncated pyramid. Things can be mentioned.
[0073]
Further, the spacer 750 is not integrated with the holding member 730 accommodating the power supply circuit 130, and may be composed of only a projection or a projection provided on a member different from the holding member 730. Is also good. This can be easily realized by those skilled in the art, including its specific configuration, and will not be described.
[0074]
Further, instead of using the resin projection, the gap D2 may be secured by using a resin spring 850 as shown in FIG. 9 to serve as the spacer 750. It is also conceivable to use a metal spring in place of the resin spring 850, but in this case, the inductance of the induction coil 120 as obtained by the electrodeless discharge lamp 30 having the configuration of the third embodiment is used. The effect of suppressing variation cannot be obtained. The reason is that the metal spring used to hold the gap D2 affects the magnetic flux from the induction coil 120. Here, as a material of the spacer (including a spring), ceramic, glass, or the like does not affect the magnetic flux and has high heat resistance, so that it can be used. However, it is preferable to use a resin in terms of dimensional variation, cost, and the like. FIG. 9 illustrates only the bobbin 720, the core 123, the insertion portion 163, and the spring 850.
[0075]
Further, the shape of the fitting claw for fixing the holding member 730 and the bobbin 720 may be any shape as long as it is sufficient for fixing.
[0076]
(Embodiment 4)
The configuration of the electrodeless discharge lamp according to the fourth embodiment is basically the same as that shown in FIG. 1 in the first embodiment. However, only the shape of the flat portion 165 is different from that of the first embodiment. FIG. 10 shows a plan view of the flat part 165 of the electrodeless discharge lamp according to the fourth embodiment as viewed from above.
[0077]
As shown in FIG. 10, a plurality of slits 950 (holes) are provided in the plane portion 165. By providing the plurality of slits 950 in this manner, the resistance of the copper flat portion 165 is increased, and the eddy current loss generated in the flat portion 165 can be reduced as compared with the electrodeless discharge lamp 10 of the first embodiment. An electrodeless discharge lamp with excellent startability and higher efficiency can be realized.
[0078]
In the electrodeless discharge lamps 20 and 30 having the configurations of the second and third embodiments, the eddy current loss can be suppressed even if the slit 950 as shown in FIG. The same effect as the electrodeless discharge lamp can be obtained.
[0079]
Further, the shape of the slit 950 shown in FIG. 10 is merely an example, and the number thereof is also only one example, and the vortex generated in the flat portion 165 by the magnetic flux generated from the induction coil 120 is shown. Any shape and any shape may be used as long as it has the effect of suppressing the current.
[0080]
(Other embodiments)
In the electrodeless discharge lamps of the first to fourth embodiments, copper is used as the material of the heat conductive member 160 for efficiently radiating the heat generated by the induction coil 120 to the outside of the case 140. The member 160 may be a conductive metal having good heat conductivity. For example, even if aluminum is used as the material of the heat conductive member 160, the same effects as those of the electrodeless discharge lamps of Embodiments 1 to 4 can be obtained. .
[0081]
In the electrodeless discharge lamps according to the first to fourth embodiments, when the insertion portion 163 and the flat portion 165 that are components of the heat conductive member 160 are integrally formed, a connection portion that joins the insertion portion 163 and the flat portion 165. Has a certain amount of curvature. If the curvature is increased, the induction coil 120 and the plane portion 165 are equivalently closer to each other, which causes a variation in inductance of the induction coil 120. Therefore, by setting the radius of curvature of the connection portion to 2 mm or less, it is possible to obtain an electrodeless discharge lamp in which the influence on the variation in inductance of the induction coil 120 is suppressed.
[0082]
The shape of the bulb 110 of the electrodeless discharge lamp described in the first to fourth embodiments may be a straight pipe, a round pipe, a U-shaped pipe, or the like.
[0083]
Further, the electrodeless discharge lamps described in the first to fourth embodiments are each configured as a bulb-type electrodeless discharge lamp for the purpose of replacing a bulb with a base 150, but the electrodeless discharge lamp without a base is configured. Of course, it may be a discharge lamp.
[0084]
In the electrodeless discharge lamps of Embodiments 1 to 4, the shape of cylindrical portion 167 need not be limited to a cylindrical shape, but may be any shape that can effectively radiate heat transmitted from flat portion 165 to outside of case 140. Just fine. For example, by using a frustoconical portion such as a cap instead of the cylindrical portion 167, the contact area with the case 140 can be increased, and an electrodeless discharge lamp with a higher heat radiation effect can be configured.
[0085]
In the electrodeless discharge lamps of Embodiments 1 to 4, the shape of the core 123 does not need to be limited to a cylinder, and may be a polygonal cylinder or one of the openings of the cylinder may be closed.
[0086]
In the electrodeless discharge lamps having the configurations of the first to fourth embodiments, those without the cylindrical portion 167 are also inferior in the heat radiation effect as compared with the electrodeless discharge lamps of the first to fourth embodiments. , Within the scope of the present invention.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, if the electrodeless discharge lamp having the configuration of the present invention is used, the variation in inductance of the induction coil can be suppressed, and thereby, a reliable start can be ensured, and the electrodeless discharge lamp with high light output can be realized. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an electrodeless discharge lamp according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a gap D1 and an inductance of an induction coil.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a gap D1 and a starting coil voltage.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a main part of an electrodeless discharge lamp according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a gap D2 and an inductance of an induction coil.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a gap D2 and a starting coil voltage.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a main part of an electrodeless discharge lamp according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a spacer of the electrodeless discharge lamp according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view of another spacer of the electrodeless discharge lamp according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram of a plane portion of a heat conduction member of an electrodeless discharge lamp according to Embodiment 4 of the present invention.
[Explanation of symbols]
110 valve
120 induction coil
123 core
125 winding
130 Power supply circuit
140 cases
150 bases
163 insertion section
165 flat part
167 cylindrical part
420 shield material
720 bobbin
730 holding member
750 spacer
770 Printed circuit board
850 spring
950 slit

Claims

A substantially spherical bulb filled with a discharge gas and having a concave portion,
An induction coil having a substantially cylindrical core made of a magnetic material and having a winding wound around the core, disposed in the recess, and generating an electromagnetic field inside the valve;
An insertion portion that is partially inserted into the cylindrical hole of the core, and a heat conductive member having a flat portion that is disposed outside the core and protrudes in a flange shape from an end of the insertion portion,
An electrodeless discharge lamp comprising:
An electrodeless discharge lamp, wherein an end of the core on the plane portion side and the plane portion are arranged at a first interval.

The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein the first interval is equal to or greater than 5.0 mm.

The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein the first interval is equal to or greater than 7.5 mm.

A substantially spherical bulb filled with a discharge gas and having a concave portion,
An induction coil having a substantially cylindrical core made of a magnetic material and having a winding wound around the core, disposed in the recess, and generating an electromagnetic field inside the valve;
An insertion portion that is partially inserted into the cylindrical hole of the core, and a heat conductive member having a flat portion that is disposed outside the core and protrudes in a flange shape from an end of the insertion portion,
An electrodeless discharge lamp, comprising: a shield member made of a substantially flat magnetic material disposed between the core and the flat portion in parallel with the flat portion,
An electrodeless discharge lamp, wherein an end of the core on the plane portion side and the shield material are arranged at a second interval.

The electrodeless discharge lamp according to claim 4, wherein the second interval is equal to or greater than 4.0 mm.

The electrodeless discharge lamp according to claim 4, wherein the second interval is equal to or greater than 5.5 mm.

The electrodeless discharge lamp according to claim 4, wherein the shield material includes ferrite or iron.

The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein the first interval or the second interval is formed by a spacer that is a protrusion.

The electrodeless discharge lamp according to claim 8, wherein the protrusion is made of a resin material.

A power supply circuit having a substrate for supplying power to the induction coil,
And a holding member for holding the substrate, further comprising:
The electrodeless discharge lamp according to claim 8, wherein the protrusion is formed integrally with the holding member.

The insertion portion and the flat portion are joined,
The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein a radius of curvature of a connecting portion that joins the insertion portion and the flat portion is 2 mm or less.

The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein a plurality of holes are provided in the flat portion.

The electrodeless discharge lamp according to claim 4, wherein an outer diameter of the flat portion is equal to or larger than an outer diameter of the shield material.

14. The heat conductive member according to claim 1, wherein a cylindrical portion configured to release heat from the flat portion to the outside is thermally connected to an outer periphery of the flat portion. 15. Electrodeless discharge lamp.

Further comprising a case covering the power supply circuit,
The electrodeless discharge lamp according to claim 14, wherein the cylindrical portion is thermally connected to the case.

It further has a base for receiving commercial power,
The electrodeless discharge lamp according to any one of claims 10 to 15, wherein the bulb, the induction coil, the power supply circuit, and the base are integrally formed.