JP2004119038A - 無電極放電灯、無電極放電灯点灯装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【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で円筒状のコア4と、コア4の内側であってコア4と接触する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、断面視にてコア4の上端が部材5の上端よりも突出している。
【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。
【0002】
【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、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。
【0003】
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。
【0004】
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、特開平6−196006号公報のものが挙げられる。このものは、図12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)に側方に結合している。
【0005】
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。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第5006752号
【0007】
【特許文献2】
特開平6−196006号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこの従来例においては、コア(21)の上端と伝熱素子(23)の上端とが略同一となっているため、コア(21)の上端近傍から出た磁力線が伝熱素子(23)内等を通過してしまい再びコア(21)に戻ってこないので、コア(21)での電力損失が増大してしまう。すなわち、コア(21)の過度の温度上昇を防いでいる割には、コア(21)での電力損失を抑えることができない場合があった。
【0009】
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。
【0010】
【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で円筒状のコアと、コアの内側であってコアと接触する熱伝導性材料の部材と、を備えた無電極放電灯であって、断面視にてコアの上端が部材の上端よりも突出したことを特徴とするものである。
【0011】
このような無電極放電灯においては、コアの上端近傍から出入りする磁力線の表面積を大きくする。
【0012】
請求項2記載の無電極放電灯は、請求項1記載の無電極放電灯において、断面視にて部材の上端が誘導コイルの上端よりも突出したことを特徴とするものである。
【0013】
このような無電極放電灯においては、コアから出入りする磁力線の表面積を大きくする。
【0014】
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、空洞部とコアとの間に、空洞部及びコアと接触する弾性体を設けたことを特徴とするものである。
【0015】
このような無電極放電灯においては、弾性体によりコアの揺れを防止する。
【0016】
請求項4記載の無電極放電灯は、請求項1から3までのいずれかに記載の無電極放電灯において、誘導コイルとコアとを熱伝導性材料の樹脂で保持したことを特徴とするものである。
【0017】
このような無電極放電灯においては、熱伝導性材料の樹脂により誘導コイルの温度上昇を防止する。
【0018】
請求項5記載の無電極放電灯は、請求項4記載の無電極放電灯において、樹脂で誘導コイルを覆設したことを特徴とするものである。
【0019】
このような無電極放電灯においては、熱伝導性材料の樹脂により誘導コイルの温度上昇を防止する。
【0020】
請求項6記載の無電極放電灯は、請求項1記載の無電極放電灯において、コアは断面略コ字状であって、コ字状コアの窪み部に誘導コイルを巻回したことを特徴とするものである。
【0021】
このような無電極放電灯においては、コアから出入りする磁力線の表面積を大きくする。
【0022】
請求項7記載の無電極放電灯は、請求項1から6までのいずれかに記載の無電極放電灯において、部材は断面略凸状であって、凸状部材の凸部にコアを接触したことを特徴とするものである。
【0023】
このような無電極放電灯においては、コアから出入りする磁力線の表面積を大きくする。
【0024】
請求項8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7までのいずれか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。
【0025】
請求項9記載の照明装置は、請求項8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。
【0026】
【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5までを参照して説明する。図1は本実施の形態の断面図を示しており、図2は本実施の形態において距離bと誘導コイル3のQ値との関係を示している。また、図3は本実施の形態の要部の断面図を示しており、図4は高周波電源12の回路図を示している。さらに、図5は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の断面図を示している。
【0027】
以下、各部の構成を詳述する。
【0028】
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。
【0029】
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、一方は後述するコア4に巻回されており、他方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は銅又は銅合金による条材を所定回数巻回して形成している。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。
【0030】
コア4は、空洞部2の内部にコア4の一端がバルブ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、略円筒状であって後述する略円筒状の部材5の凸部5aの外面と接触するように設けられている。そして、コア4の一端である上端は、凸部5aの上端よりも高く設定されている。本実施の形態ではこのコア4の材料として、透磁率が略150である軟磁性体のニッケル亜鉛(NiZn)フィライトを用いている。もちろん、マンガン亜鉛(Mn−Zn)フェライト、軟磁性金属を含むものであればどのようなものでも構わない。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。
【0031】
部材5は、断面略凸状であって、この凸部5aの外側にコア4が接触するように設けられている。そして、部材5の上端は断面視にてコア4の上端よりも低く設定されている。ここで、図2にコア4の上端と部材5の上端との距離(mm)をbとしたときの距離bと誘導コイル3のQ値(Q値は、誘導コイル3の抵抗をR、インダクタスをL、角周波数をω(=2πf(f:周波数))とすると、Q=ωL/Rで表される。)との関係を示す。Q値が大きいということは、誘導コイル3の抵抗が小さい、すなわち、誘導コイル3での電力損失が小さいことを意味する。この図2からわかるように、距離bは0<b<10の範囲、特にb=5程度が望ましいといえる。Q値が大きいと誘導コイル3での電力損失が小さくなり、無電極放電灯の始動性を向上させることもできる。
【0032】
また、図3は図1に示す無電極放電灯の要部を示している。ここで、本実施の形態では、断面視にて部材5の上端が誘導コイル3の上端よりも突出しており、このように構成するとコア4の上端近傍から出入りする磁力線の表面積をより大きくすることができ、誘導コイル3での電力損失をより軽減することができる。もちろん、断面視にて部材5の上端と誘導コイル3の上端とを略等しくしても構わない。
【0033】
この誘導コイル3、コア4及び部材5によりバルブ1に高周波電力を供給する電力カプラを構成している。
【0034】
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。
【0035】
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4に示す。図4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。
【0036】
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5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。
【0037】
以上、本実施の構成によれば、断面視にてコア4の上端が部材5の上端よりも突出しているので、コア4の上端近傍から出入りする磁力線の表面積を大きくことができ、電力カプラの電力損失を軽減することができる。さらに、断面視にて部材5の上端が誘導コイル3の上端よりも突出しているので、コアの上端近傍から出入りする磁力線の表面積を大きくすることができ、電力カプラの電力損失をより軽減することができる。
(実施例2)
以下、本発明の第2の実施の形態を図6及び図7を参照して説明する。図6は本実施の形態の断面図を示しており、図7は本実施の形態の他の断面図を示している。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。
【0038】
図6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6に示す無電極放電灯では、空洞部2とコア4との間に、空洞部2及びコア4と接触する弾性体6を設け、無電極放電灯が揺れた場合に、緩衝材の役割を果たし、コア4の揺れを防止している点である。
【0039】
この弾性体6はさらに、コア4が空洞部2からずれることも防止する。さらにまた、ずれ防止のみならず、コア4と空洞部2との位置関係を固定し、電力カプラでの電力損失を軽減することもできる。本実施の形態ではこの弾性体6の材料として、熱可塑性のフッ素系樹脂を用いている。このような熱可塑性の材料は耐熱性があり、バルブ1が点灯し温度が上昇しても形状が変形しにくい。また、フッ素系樹脂は伸縮する性質があるので、コア4及び空洞部2の形状がばらついた場合においても、そのばらつき形状に応じて樹脂の長さが伸縮しコア4と空洞部2との位置関係を固定することができる。ここで弾性体6としてその他の熱可塑性、たとえば、シリコン系樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルサルホン(PES)等を用いてもよい。さらに弾性体6は光透過率がよく、かつバルブ1の光出力量への影響が少ないものを用いてもよい。その他シリコンゴムでもよい。
【0040】
ここで弾性体6としては、図7に示すように誘導コイル3を完全に覆設するものであってもよい。このように誘導コイル3を完全に覆設すると、たとえば、無電極放電灯が振動した場合においても、誘導コイル3のずれを防止し、固定することができる。
【0041】
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。
【0042】
(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は本実施の形態の断面図を示している。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。
【0043】
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、誘導コイル3とコア4とを熱伝導性材料の放熱用樹脂7で保持し、誘導コイル3の温度上昇を防止している点である。
【0044】
樹脂7は誘導コイル3とコア4とを接着し、誘導コイル3で発生した熱をコア4に伝えるものである。樹脂7の材料としては、セメントやシリコン系接着剤が用いられる。
【0045】
このように誘導コイル3とコア4との間に放熱用樹脂7を染み込ませると、誘導コイル3の過度の温度上昇を防ぐことができ、誘導コイル3の寿命を延ばしたり、さらには、誘導コイル3の線種として細いものを使用することができる。もちろん、誘導コイル3とコア4とを固定することもできる。
【0046】
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。
【0047】
(実施例4)
以下、本発明の第4の実施の形態を図9を参照して説明する。図9は本実施の形態の断面図を示している。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。
【0048】
図9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9に示す無電極放電灯では、コア4は断面略コ字状であって、コ字状コア4の窪み部8に誘導コイル3を巻回し、誘導コイル3をコア4に固定している点である。
【0049】
このように誘導コイル3コ字状コア4の窪み部8に巻回すると、コア4から出た磁力線がコア4に戻ってくる表面積が大きくなり、コア4等の電力カプラでの電力損失を軽減することができる。
【0050】
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5)
以下、本発明の第4の実施の形態を図10及び図11を参照して説明する。図10は本実施の形態の断面図を示しており、図11は距離aと誘導コイル3のQ値との関係を示している。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。
【0051】
図10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10に示す無電極放電灯では、部材5が断面略凸状であって、凸状部材5の凸部5aにコア4を接触している点である。
【0052】
このように部材5を断面略凸状とすることによって、部材5が外気と接触する接触面積を大きくすることができ、電力カプラ全体の過度の温度上昇を防止することができる。
【0053】
ここで、図11にコア4の下端と部材5aの下端との距離(mm)をaとしたときの距離aと誘導コイル3のQ値との関係を示す。この図11からわかるように、距離aは、10<aの範囲が望ましいといえる。Q値が大きいと誘導コイル3での電力損失が小さくなり、第1の実施の形態と同様に無電極放電灯の始動性を向上させることもできる。
【0054】
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。
【0055】
【発明の効果】
請求項1記載の無電極放電灯は、断面視にてコアの上端が部材の上端よりも突出しているので、コアの上端近傍から出入りする磁力線の表面積を大きくすることができ、電力カプラの電力損失を軽減することができる。
【0056】
請求項2記載の無電極放電灯は、請求項1記載の無電極放電灯において、断面視にて部材の上端が誘導コイルの上端よりも突出しているので、請求項1記載の無電極放電灯よりもさらに、コアの上端近傍から出入りする磁力線の表面積を大きくすることができ、電力カプラの電力損失を軽減することができる。
【0057】
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、空洞部とコアとの間に、空洞部及びコアと接触する弾性体を設けているので、弾性体によりコアの揺れを防止することができる。
【0058】
請求項4記載の無電極放電灯は、請求項1から3までのいずれかに記載の無電極放電灯において、誘導コイルとコアとを熱伝導性材料の樹脂で保持しているので、熱伝導性材料の樹脂により誘導コイルの温度上昇を防止することができる。
【0059】
請求項5記載の無電極放電灯は、請求項4記載の無電極放電灯において、樹脂で誘導コイルを覆設しているので、誘導コイルの温度上昇を防止することができる。
【0060】
請求項6記載の無電極放電灯は、請求項1記載の無電極放電灯において、コアは断面略コ字状であって、コ字状コアの窪み部に誘導コイルを巻回しているので、請求項1記載の無電極放電灯よりもさらに、コアの上端近傍から出入りする磁力線の表面積を大きくすることができ、電力カプラの電力損失を軽減することができる。
【0061】
請求項7記載の無電極放電灯は、請求項1から6までのいずれかに記載の無電極放電灯において、部材は断面略凸状であって、凸状部材の凸部にコアを接触しているので、請求項1から6までのいずれかに記載の無電極放電灯よりもさらに、コアから出入りする磁力線の表面積を大きくすることができ、電力カプラの電力損失を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態を示す断面図である。
【図2】第1の実施の形態において距離bと誘導コイル3のQ値との関係を示す図である。
【図3】第1の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図4】高周波電源を示す回路図である。
【図5】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の断面図である。
【図6】第2の実施の形態を示す断面図である。
【図7】第2の実施の形態を示す他の断面図である。
【図8】第3の実施の形態を示す断面図である。
【図9】第4の実施の形態を示す断面図である。
【図10】第5の実施の形態を示す断面図である。
【図11】第5の実施の形態において距離aと誘導コイル3のQ値との関係を示す図である。
【図12】従来例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
5a 凸部
6 弾性体
7 樹脂
8 窪み部
10 高周波電源
Claims (9)
- 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で円筒状のコアと、コアの内側であってコアと接触する熱伝導性材料の部材と、を備えた無電極放電灯であって、断面視にてコアの上端が部材の上端よりも突出したことを特徴とする無電極放電灯。
- 断面視にて部材の上端が誘導コイルの上端よりも突出したことを特徴とする請求項1記載の無電極放電灯。
- 空洞部とコアとの間に、空洞部及びコアと接触する弾性体を設け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。
- 誘導コイルとコアとを熱伝導性材料の樹脂で保持したことを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の無電極放電灯。
- 樹脂で誘導コイルを覆設したことを特徴とする請求項4記載の無電極放電灯。
- コアは断面略コ字状であって、コ字状コアの窪み部に誘導コイルを巻回したことを特徴とする請求項1記載の無電極放電灯。
- 部材は断面略凸状であって、凸状部材の凸部にコアを接触したことを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の無電極放電灯。
- 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7までのいずれか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。
- 請求項8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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