JP2004087149A - 無電極放電灯、無電極放電灯点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コアの過度の温度上昇を防ぎつつ、コア等の電力カプラの電力損失を軽減した無電極放電灯、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置及び無電極放電灯と無電極放電灯点灯装置とを備えた照明装置を提供する。
【解決手段】少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部２を有する略球形状のバルブ１と、空洞部２内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイル３と、誘導コイル３が巻回される磁気性材料のコア４と、コア４の内側であってコア４と接触する円筒状の熱伝導性材料の部材５と、を備えた無電極放電灯であって、コア４は平面視にて略Ｃ字状で２つ以上の複数に分割されており、平面視にて該複数のコア４ａ及び４ｂで部材５の外周を囲繞している。
【選択図】　　　　図１

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は内部に放電ガスを封入したバルブに高周波電磁界を印加して発光させる無電極放電灯、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置、及び無電極放電灯と無電極放電灯点灯装置を備えた照明装置に関する。
【従来の技術】
無電極放電灯が点灯しているときにコアの温度が上昇してしまうと、コアの比透磁率が低下してしまい、コアでの電力損失が増加してしまう。そこで、無電極放電灯が点灯しているときのコアの過度の温度上昇を防ぐために、無電極放電灯に温度上昇防止手段を備えたものとして、たとえば、従来例１として米国特許第５００６７５２号に記載のものが挙げられる。このものは伝熱素子として、液体を含む中空パイプを有している。液体はコアに位置するパイプの領域で蒸発し、蒸気は放電灯容器の外側の領域で凝縮される。そして、凝縮熱はフランジによって周囲に伝えられる。コア領域への液体の流れ、コアの領域がフランジの上方にある場合には重力に抗しても、液体の流れを可能とするために、液体を上向きに吸い上げる毛細管構造を与えるようにパイプ内にガーゼを備えている。液体及びガーゼを有する管は非常に高い熱伝達能力を有するので、無電極放電灯が比較的高い効率で比較的大きな電力を消費することができる。
しかしながらこの無電極放電灯の欠点は、パイプが高価であることである。
この無電極放電灯のコストアップに対処したものとして、たとえば、従来例２として特開平６−１９６００６号公報のものが挙げられる。このものは、図９に示すように、管（２５）のフレア部分（２６）に融着されたバルブ（１）を有する。電力カプラ（２０）は、無電極放電灯容器に取外し可能に取付けられ、コイル（２２）で取囲まれた軟磁性体コア（２１）とこのコア内の伝熱素子（２３）とを有する。この伝熱素子は中実のロッドで、コイル（２２）は管（２５）のフレア部分（２６）に隣接した領域（２８）にあり、弾性材料がロッド（２３）をコア（２１）の側方に結合している。
このように構成することにより、コストアップを抑えつつ、無電極放電灯が点灯しているときのコア（２１）の過度の温度上昇を防いだ無電極放電灯を提供することができる。
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来例２においてはコア（２１）が一体成形されているために、従来例１よりも電力カプラ（２０）の温度上昇を抑えることはできるものの、やはりコア（２１）の比透磁率が低下してしまい、コア（２１）での電力損失が増加する場合があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、コアの過度の温度上昇を防ぎつつ、コア等の電力カプラの電力損失を軽減した無電極放電灯、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置及び無電極放電灯と無電極放電灯点灯装置とを備えた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の無電極放電灯は、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、誘導コイルが巻回される磁気性材料のコアと、コアの内側であってコアと接触する円筒状の熱伝導性材料の部材と、を備えた無電極放電灯であって、コアは平面視にて略Ｃ字状で２つ以上の複数に分割されており、平面視にて該複数のコアで部材の外周を囲繞したことを特徴とするものである。
このような無電極放電灯においては、コアと部材との接触面積が大きくなる。
請求項２記載の無電極放電灯は、請求項１記載のコアを部材の軸方向に沿って、２つ以上備えたことを特徴とするものである。
このような無電極放電灯においては、コアと部材との接触面積が大きくなる。
請求項３記載の無電極放電灯は、請求項１又は２記載の無電極放電灯において、部材の軸方向に沿ってコアの外周に少なくとも１つの溝を備えたことを特徴とするものである。
このような無電極放電灯においては、溝に誘導コイルが係合する。
請求項４記載の無電極放電灯点灯装置は、誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源を備え、請求項１から３までに記載の無電極放電灯を点灯させることを特徴とするものである。
請求項５記載の照明装置は、請求項４記載の無電極放電灯点灯装置を備え、無電極放電灯を点灯させることを特徴とするものである。
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施の形態を図１から図６までを参照して説明する。図１は本実施の形態の要部の断面図を示しており、図２は本実施の形態の断面図を示している。また、図３は本実施の形態においてコア４の外観図を示しており、図４は本実施の形態においてリッツ線７の断面図を示している。さらに、図５は本実施の形態において高周波電源１２の回路図を示しており、図６は本実施の形態において照明装置の断面図を示している。
以下、各部の構成を詳述する。
バルブ１は、略球形状であってその内部に少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスを封入しておくものであり、バルブ１の下端側には後述する有底状であって断面凹形状の空洞部２が設けられている。バルブ１の材料は石英ガラス等の透光性材料であり、放電ガスは水銀、希ガス及び金属ハロゲン化物である。一例として、略３００Ｔｏｒｒのキセノンガスと略１０ｍｇのナトリウム沃化物、タリウム沃化物及びインジウム沃化物の混合ガスとが用いられる。もちろん、封入する放電ガスは他の気体や金属を用いてもよい。また、バルブ１の内側は蛍光体１０及び保護膜１１が塗布されている。蛍光体１０は水銀からの放射された紫外線を可視光に変換するものであり、蛍光体１０の材料としてはハロ燐酸カルシウム、赤色蛍光体である（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、緑色蛍光体であるＣａＰＯ４、青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌｌ４Ｏ２３：Ｅｕが用いられる。保護膜１１は水銀とバルブ１の材料である石英ガラスとの反応を抑えることにより、バルブ１の光束維持率を向上させるものである。保護膜１１の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）等の微粒子が用いられる。保護膜１１は、通常のバルブ１では透過率が高い方が望ましいため、蛍光体１０に比べ薄くバルブ１内面に形成される。また、バルブ１の形状は略球形状でなくてもよく、たとえば円筒形のような他の形状であっても構わない。
誘導コイル３は、バルブ１内部の放電ガスに１３．５６ＭＨｚで発振する高周波電磁界を供給するものであり、後述するコア４に巻回されている。ここで、誘導コイル３の巻回態様として、図１に示すようにコア４の上方を高圧側としている。このように構成するとコア４をバルブ１に挿入したときに、バルブ１の中央部付近が高圧側をなり、放電ガスとコア４の高圧側との距離を短くすることができる。これにより、無電極放電灯の始動性を向上させることができる。また、誘導コイル３の一端は後述する高周波電源１２に接続されている。ここで、誘導コイル３の素線として、本実施の形態では図４に示すようなリッツ線７を用いている。このリッツ線７の素線は第二種のポリエステルイミド線φ０．１２を１９本撚りとしており、外皮はフッ素系樹脂ＰＦＡを１００μｍ圧に押出成形して作製している。特にリッツ線は単線に比べ、高周波の電流が流れた場合の電力損失が少ない。また、外皮のフッ素系樹脂ＰＦＡはＨ種以上なので耐熱性に優れており、十分な信頼性がある。さらに、素線とリッツ線７の外皮との二重絶縁構成をとっているため、耐圧性にも優れている。さらにまた、誘導コイル３の素線は半田付けが可能なＨ種のマグネットワイヤを用いているので、結線が容易である。もちろん、銅又は銅合金による条材を所定回数巻回して形成しても構わない。そして、誘導コイル３には高周波電源１２が動作すると高周波電流が流れ、誘導コイル３の周りに高周波電磁界が発生するように構成されている。つぎに、発生した高周波電磁界によりバルブ１内部の電子が加速され、放電ガスの原子に衝突して放電ガスを電離させ、新たな電子を発生させる。このようにして発生した電子は、誘導コイル３の周りに発生した高周波電磁界によりエネルギ−を受け取り、放電ガス原子に衝突しエネルギ−を与える。放電プラズマ内の原子は、電離したり励起したりする。励起された原子は、基底状態に戻るときに発光する。この発光を光エネルギ−として利用するのである。
コア４は、空洞部２の内部に一端がバルブ１の中心に向かうようにコア４の他端が後述する基台９に固定され立設おり、略円筒状であって、これも後述する略円筒状の部材５と接触するように設けられている。このコア４の材料として本実施の形態では、ＴＤＫ株式会社製のマンガン亜鉛（ＭｎＺｎ）フェライトコアＰＥ２２を用いている。その他透磁率が略１５０の軟磁性体であるニッケル亜鉛（ＮｉＺｎ）フィライト、あるいは軟磁性金属を含むフィライトでも構わない。また、軟磁性金属単体でもよい。ここで、軟磁性体とはバルク状態での保磁力Ｈｃが１０Ｏｅ程度以下のものである。
このコア４は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように分割された平面視にて略Ｃ字状の２つのコア４ａ及び４ｂから構成されている。そしてコア４ａ及び４ｂを係合させると図１（ｂ）に示すように平面視にて略Ｃ字状の溝６を有するコア４が形成される。ここで、溝６には図１（ａ）に示すように後述する高周波電源１２に接続される誘導コイル３の一線が配置される。
このコア４の構成をさらに詳述すると、コア４は図３（ｂ）に示すように、その軸方向に２つのスリット１３を有する円筒状のコア４を成形燒結し、機械的な分割をすることによって形成された平面視にて略Ｃ字状の２つのコア４ａ及び４ｂからなる。すなわち溝６の幅は２つのスリット１３の幅となるのである。このようにコア４を分割して部材５に密着させると、たとえば、分割していない平面視にて略円状のコアよりも密着度を向上させることができる。さらに、密着度が向上するとコア４からの熱を効果的に後述する部材５に放熱することができる。さらにまた、コア４ａ及び４ｂは１つの円筒状のコア４を分断することにより作製しているので、コア４ａ及び４ｂをそれぞれ個別に成形する場合に比べ、コアのそり、変形等を少なくすることができる。
部材５は、コア４からの熱を放熱する熱伝導体であって、図２に示すように断面略凸状である。そしてこの凸部５ａの外側にコア４ａ及び４ｂが接触するように設けられている。この部材５の材料として本実施の形態では、延性の銅製パイプを用いている。このような銅製パイプは、伸銅製品として安価なので無電極放電灯をコストダウンすることができる。
基台９は、アルミダイカストにて形成された上面開口の有底状の略円筒体で、その内部には高周波電源１２を備えている。そして、この基台９の底面には、上述した誘導コイル３がバルブ１の中心に向かうように立設固定されている。さらに、底部には蓋体（図示しない）が設けられている。
高周波電源１２は、誘導コイル３に高周波電流を供給するものであり、本実施の形態では特開平６―１８８４３４号公報に示したものを用いている。その回路図を図５に示す。図５において高周波電源１２は、チョッパ回路３１、発振回路３２、プリアンプ３３、フィルタ回路３４、メインアンプ３５、整合回路３６から構成されている。３２は水晶振動子Ｘを用いた発振回路３２であり、インダクタンス素子Ｌ６とキャパシタンス素子Ｃ１５とにより低Ｑの同調回路を構成し、無調整の発振器としている。発振回路３２の発振出力を増幅するプリアンプ３３はスイッチング素子Ｑ４によりＣ級増幅を行っており、インダクタンス素子Ｌ５とキャパシタンス素子Ｃ１７とにより発振周波数に同調するように構成している。抵抗Ｒ８〜Ｒ１０からなる回路は減衰器を構成しており、抵抗Ｒ１１はインダクタンス素子Ｌ５のＱを下げるために挿入されている。フィルタ回路３４は、インダクタンス素子Ｌ３とキャパシタンス素子Ｃ４とから構成され、高周波がいわゆるチョッパ回路３１に帰還することを防いでいる。プリアンプ３３の出力をさらに高周波電力を増幅するメインアンプ３５は、パワーＭＯＳＦＥＴ（以下、スイッチング素子と呼ぶ。）Ｑ５による増幅器となっている。インダクタンス素子Ｌ７はスイッチング素子Ｑ５の入力キャパシタンスを打ち消すために挿入してあり、抵抗Ｒ１２はスイッチング素子Ｑ５の入力キャパシタンスをプリアンプ３３の出力と整合させるために接続してある。整合回路３６は、キャパシタンス素子Ｃ１８〜Ｃ２０などで構成され、メインアンプ３５の出力とバルブ１及び誘導コイル３とのインピーダンス整合を行っている。ここで、高周波電源１２としては、バルブ１内部の放電ガスに１３．５６ＭＨｚで発振する高周波電磁界を供給するものであれば、このものに限られない。
この高周波電源１２と無電極放電灯とから無電極放電灯点灯装置が構成されており、この無電極放電灯点灯装置を備え無電極放電灯を点灯させる照明装置として、たとえば、図６に示すものが挙げられる。このものはバルブ１の上方をシールドケース１３が覆っており、基台９の下方には高周波電源１２に電力を供給する電源回路等１４が備えられている。もちろん、無電極放電灯を点灯させる照明装置としては、このものに限られない。
以上、本実施の形態の構成によれば、分割した２つのコア４ａ及び４ｂにより部材５の外面を囲っているので、コア４ａ及び４ｂと部材５との接触面積を大きくすることができ、コア４ａ及び４ｂから発生する熱を効果的に放熱することができる。
また、溝６に誘導コイル３の一線が配置されているので、誘導コイル３の巻回態様を均一でコンパクトにすることができる。
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施の形態を図７を参照して説明する。図７は本実施の形態の外観図を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
図７示す無電極放電灯と図１に示す無電極放電灯との相違点は、図７に示す無電極放電灯では、コア４が分割された平面視にて略Ｃ字状の３つのコア４ａ、４ｂ及び４ｃから構成されている点、部材５が断面視にて凸状であり、下方に台座部５ｂを有して一体成形されている点である。
ここで本実施の形態において、誘導コイル３の素線としてはＦ種のポリエステルワイヤで外皮はポリエステルワニス、リッツ線としては東京特殊電線株式会社製のＯ−ＳＦ．ＢＷＨＬＺ（φ０．１２の７本撚り）を用いている。また、コア４の材料として、トミタ電機株式会社製のニッケル亜鉛（ＮｉＺｎ）フィライトコア５Ｋを用いている。さらに、部材５はアルミダイキャスト合金であり、部材５と台座部５ｂとの連結部分に誘導コイル３を保持する端子台としての保持部１５を有している。
以上、本実施の形態の構成によれば、第１の実施の形態が奏する効果に加え、部材５をアルミダイキャスト合金であるため、端子台を台座部５ｂと一体とすることができるので、無電極放電灯のコストダウンを図ることができる。また、端子台を台座部５ｂに設けたので、無電極放電灯の形状をコンパクトにすることができる。
なお、上記説明で特に言及していない作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施の形態を図８を参照して説明する。図８は本実施の形態の外観図を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
図８に示す無電極放電灯と図１に示す無電極放電灯との相違点は、図８に示す無電極放電灯では、コア４を部材５の外周方向に沿って、コア４ａ、４ｂ及びコア４ｃ、４ｄに分割し、さらに部材５の軸方向に沿って、コア４ａ、４ｃ及びコア４ｂ、４ｄの４つに分割している点、部材５の下方に部材５と一体成形された台座部５ｃを設けた点、コア４ａ、４ｄに誘導コイル３を引き出す引出溝１６を設けた点、コア４ａ、４ｂの上面が部材５の上面よりも高い点である。
ここで本実施の形態において、誘導コイル３の素線としてはＦ種のポリエステルワイヤで外皮はポリエステルワニス、リッツ線としては東京特殊電線株式会社製のＦＥＰ（φ０．５の単線）を用いている。また、コア４の材料として、日立金属工業株式会社製のマンガン亜鉛（ＭｎＺｎ）フィライトコアＳＢ７Ｃを用いている。さらに、部材５は第２の実施の形態と同様にアルミダイキャスト合金である。
以上、本実施の形態の構成によれば、第１の実施の形態が奏する効果に加え、誘導コイル３を引き出す引出溝１６を設けているので、誘導コイル３の巻回固定する強度を上げることができる。
また、コア４ａ、４ｂの上面が部材５の上面よりも高いので、コア４ａ、４ｂの上面付近での磁束の減衰を抑えることができ、無電極放電灯の効率、及び始動性を改善することができる。
なお、上記説明で特に言及していない作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。
【発明の効果】
請求項１記載の無電極放電灯は、コアは平面視にて略Ｃ字状で２つ以上の複数に分割されており、平面視にて該複数のコアで部材の外周を囲繞しているので、コアと部材との接触面積を大きくすることができ、コアの過度の温度上昇を防止することができる。
請求項２記載の無電極放電灯は、請求項１記載のコアを部材の軸方向に沿って、２つ以上備えているので、コアと部材との接触面積を大きくすることができ、コアの過度の温度上昇を防止することができる。
請求項３記載の無電極放電灯は、請求項１又は２記載の無電極放電灯において、部材の軸方向に沿ってコアの外周に少なくとも１つの溝を備えているので、溝に誘導コイルを係合させることができ、誘導コイルの巻回態様を均一でコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態の示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態においてコアを示す外観図である。
【図４】第１の実施の形態においてリッツ線を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態において高周波電源を示す回路図である。
【図６】第１の実施の形態において照明装置を示す断面図である。
【図７】第２の実施の形態を示す外観図である。
【図８】第３の実施の形態を示す外観図である。
【図９】従来例２を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　　バルブ
２　　　　空洞部
３　　　　誘導コイル
４　　　　コア
５　　　　部材
６　　　　溝
１２　　　高周波電源

Claims (5)

1. 少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、誘導コイルが巻回される磁気性材料のコアと、コアの内側であってコアと接触する円筒状の熱伝導性材料の部材と、を備えた無電極放電灯であって、コアは平面視にて略Ｃ字状で２つ以上の複数に分割されており、平面視にて該複数のコアで部材の外周を囲繞したことを特徴とする無電極放電灯。
2. 請求項１記載のコアを部材の軸方向に沿って、２つ以上備えたことを特徴とする無電極放電灯。
3. 部材の軸方向に沿ってコアの外周に少なくとも１つの溝を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の無電極放電灯。
4. 誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源を備え、請求項１から３までに記載の無電極放電灯を点灯させることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
5. 請求項４記載の無電極放電灯点灯装置を備え、無電極放電灯を点灯させることを特徴とする照明装置。

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