JP2006066159A - 無電極放電ランプ、及びこれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造容易な環状の無電極放電ランプを提供すること。
【解決手段】 略環状のバルブ１と、バルブ端部２に設置され、電気的に接続される一対の導体部３と、バルブ１と導体部３で構成される閉ループに沿って誘導電流を通電する誘導コイル４からなる誘導電界発生手段とを備えている。誘導コイル４の両端には例えば数ＭＨｚの高周波電流を供給する高周波電源７が接続される。バルブ１は、例えば透光性材料であるソーダガラスの筒体を全体が軟化する程度に加熱し、略Ｃ字形状に曲げ加工することにより形成する。導体部３は、例えば一般の環状蛍光ランプに用いるガラスステムと同様フレアを有しており、フレアをバルブの壁にバーナーで封着することによりバルブ１に固定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無電極放電ランプ、及びこれを用いた照明器具に関するものである。

無電極放電ランプに関する従来例としては、特開平０５−１９０１５５号公報に示されるものがある。このものは、透光性材料よりなるバルブの外周に巻線を巻回した誘導コイルに高周波電源より高周波電流を通電し、誘導コイルの径方向における巻線の内側に形成されている高周波電磁界をバルブ内に封入された放電ガスに作用させることによって放電ガスを励起発光させるもので、バルブは環状の管体であって誘導コイルの巻線はバルブの周方向に巻回されている。

この構成において、誘導コイルに高周波電流が通電されると誘導コイルに鎖交する高周波磁界が生じ、バルブ内には高周波磁界に鎖交するするリング状の誘導電界が生じて放電ガスを電離、発光させる。
特開平０５−１９０１５５号公報

前記従来例においては、バルブが環状になっており、高い効率を維持しながら平面型の光源を得ることができる。ところで、このようなランプに用いるバルブは一般にガラスで形成される。そして、その形成方法としては、１つのガラス筒を曲げてその両端を溶着する方法や、曲率を有する複数のガラス筒を溶着する方法が考えられるが、ガラス筒の端部を溶着して気密を保つことが非常に難しく製造上課題がある。

本発明は、このような課題を鑑みてなしたものであって、その目的とするところは、製造容易な環状の無電極放電ランプを提供することにある。

請求項１に係る発明は、放電ガスが封入されるバルブと、バルブに設けた少なくとも一対の導体部と、を備える無電極放電ランプであって、前記導体部をバルブ外部で電気的に接続するとともに、バルブと接続された導体部で構成される閉ループに誘導電界を発生させる誘導電界発生手段を設けたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、放電ガスが封入されるバルブと、バルブに設けた少なくとも一対の導体部と、を備える無電極放電ランプを複数設け、複数の無電極放電ランプの各導体部を接続して閉ループを形成し、該閉ループに誘導電界を発生させる誘導電界発生手段を設けたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、導体部は、バルブ内に封入されるものであることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、導体部は、バルブ外表面に配設されるものであることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記少なくとも一対の導体部間にインダクタとスイッチ素子の並列回路を設け、放電開始時にスイッチ素子をＯＦＦ、放電開始後にスイッチ素子をONするようにしたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記誘導電界発生手段は、導体部及びバルブで形成される閉ループに沿って巻回される誘導コイルであることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、誘導電界発生手段は、バルブが貫通する開口を有し誘導コイルが巻回される鉄心であることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、照明器具であって前記請求項１乃至７記載のいずれかの無電極放電ランプを備えることを特徴とする。

本発明によれば、バルブに一対の導体部を設け、導体部を接続することによりバルブと導体部とで電流が流れる閉ループを形成するようにしたため、バルブ端部どうしを溶着する必要がなく、容易に環状の無電極放電ランプを形成することができる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態の無電極放電ランプの平面図である。図２は、本実施形態に係る無電極放電ランプの別例の平面図である。

本実施形態の無電極放電ランプは、図１に示すように略環状のバルブ１と、バルブ壁の一部であるバルブ端部２に設置され、電気的に接続される一対の導体部３と、バルブ１と導体部３で構成される閉ループに沿って誘導電流を通電する誘導コイル４からなる誘導電界発生手段とを備えている。

バルブ１は、一部を切り欠いた環状に形成されている。このバルブ１は、例えば透光性材料であるソーダガラスの筒体を全体が軟化する程度に加熱し、略Ｃ字形状に曲げ加工することにより形成する。また、バルブ端部２には、バルブ１内に封入されバルブ端部２を貫通してバルブ１外に延在する例えば鉄―ニッケルからなる導入部分５と、電子放射性物質が塗布されたタングステン等の融点の高い材料からなり、導入部分５の先に接続された先端部分６と、からなる導体部３が取り付けられ、一対の導体部３は導入部分５でもって電気的に接続されている。この導体部３は、例えば一般の環状蛍光ランプに用いるガラスステムと同様、フレアを有しており、フレアをバルブの壁にバーナーで封着することによりバルブ１に固定される。

バルブ１の内部には放電ガスとしてアルゴン等の不活性ガス及び水銀が封入されている。バルブ１内面には、バルブ１から析出されるナトリウムとバルブ１内の水銀との反応を抑制するため、例えば酸化アルミニウムからなる保護膜（図示しない）が塗布されている。保護膜のさらに内側には、水銀が放射する紫外線を可視光に変換する蛍光体層（図示しない）が形成されている。蛍光体層は、例えば赤色蛍光体であるＹ₂Ｏ₃：Ｅｕ、緑色蛍光体であるＬａＰＯ₄：Cｅ.Ｔｂ、青色蛍光体であるＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕをブレンドして形成される。

誘導電界発生手段は、バルブ１の形状に沿って周状に２ターン巻回される誘導コイル４であって、誘導コイル４の両端には例えば数ＭＨｚの高周波電流を供給する高周波電源７が接続される。高周波電源７は、例えば図示しない数ＭＨｚの高周波信号を出力する発振器と、発振器が出力する高周波信号を増幅する増幅回路と、増幅回路に接続され始動時に誘導コイル４に高周波の高電圧を発生し、安定点灯時に所望の電力を効率よくランプに供給するマッチング回路とで構成される。そして、以上に示した無電極放電ランプ及び高周波電源７に、例えば一般の環状の蛍光ランプが装着されるペンダント型のかさ（図示しない）を取り付けることで照明器具を構成する。

上述の構成において、高周波電源７により誘導コイル４に数ＭＨｚの高周波電流が通電されると、誘導コイル４に沿って誘導電界が誘起される。この誘導電界によりバルブ１内に存在す偶存電子加速されて放電ガスに衝突し、電子を電離させることによりバルブ１内の電子が増加する。増加した電子は誘導コイル４に沿って加速されるが、バルブ端部２の導体部３は電気的に接続されていることから、バルブ１内部及び導体部３で電流が流れる閉ループが形成される。この閉ループのバルブ１の部分に存在する電子は水銀を励起し、励起された水銀は紫外線を放出する。この紫外線は、バルブ１の壁に形成された蛍光体層により可視光に変換される。このように、バルブ１と導体部３とで電流が流れる閉ループが形成されるため、導体部３を接続しない状態に比べて効率の高い誘導型の放電が形成される。ちなみに、バルブ端部２を有さない完全な環状の無電極放電ランプと、バルブ端部２及び一対の導体部３を有するが導体部３どうしを接続しない無電極放電ランプと、本実施形態の無電極放電ランプを比較したところ、相対的な発光効率は端部を有さない完全な環状の無電極放電ランプの発光効率を１００％とすると、それぞれ５５％、９５％であった。

以上に示したように、本実施形態においては、バルブ端部２どうしを気密が保たれるように溶着しなくても良いため、発光効率の低下を抑制しつつ、容易に環状の無電極放電ランプを製造することができる。また、上記無電極放電ランプ及び高周波電源７に、例えば一般の環状の蛍光ランプが装着されるペンダント型のかさ（図示しない）を取り付けることで全体として製造容易な照明器具を提供することができる。

なお、本実施形態においては、バルブ端部２に導体部３を備えるステムを溶着するようにしたが、バルブ端部２を溶融させて導体部３をピンチングするようにして導体部３をバルブ端部２に固定するようにしても良い。また、本実施形態においては、バルブ１の形状を略Ｃ字形状としたが、図２に示すように略コの字形状としても良い。バルブ１の形状を略コの字形状とすることで、直線状の無電極放電ランプを容易に作ることができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態を図３〜５に基づいて説明する。図３は、本実施形態の無電極放電ランプの平面図である。図４、５は、本実施形態に係る無電極放電ランプの別例の平面図である。

本実施形態の無電極放電ランプは、第１の実施形態で示した無電極放電ランプを複数個接続して電流が流れる閉ループを形成している点が第１の実施形態と異なり、他は同じである。すなわち、図３に示すように、円弧の形状に形成された複数のバルブ１に設けた導体部３を直列に接続して環状に形成している。そして、誘導コイル４を複数の無電極放電ランプで形成された閉ループに沿って巻回している。

この構成において誘導コイル４に高周波電流を通電すると、第１の実施形態と同様にバルブ１と導体部３とで電流が流れる閉ループが形成される。

このようにバルブ１を複数接続して閉ループを形成することにより、図３に示した形状に限らず、複雑な形状に合わせて自由度の高い形状に無電極放電ランプを形成することができる。例えば、図４に示すように略コの字形状に形成されたバルブ１を、その凹部が向かい合うようにして、導体部３をそれぞれ接続するようにしてもよい。そしてまた、図５に示すようにしてもよい。すなわち、２個の環状のバルブ１を重ねて配設し、これらのバルブ端部３に設けた導体部３を、２つのバルブ１が直列になるように接続する。そして、誘導コイル４を２個のバルブ１の間に挟み込んでバルブ１の形状に沿うように設置している。このようにバルブ１間に誘導コイル４を設置することで、誘導コイル４とバルブ１との結合が密になり、発光効率を向上させることができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、本実施形態の無電極放電ランプの平面図である。

本実施形態の無電極放電ランプは、バルブ端部２の導体部３をバルブ１内に封入せず、バルブ端部２の表面に設置した点が第１の実施形態と異なる。すなわち、図６に示すようにバルブ端部２の外表面を覆うようにして一対の導体部３を取り付け、それぞれの導体部３を接続しているのである。

この形状により、第１の実施形態と同様に誘導コイル４に高周波電流が通電されてバルブ１内に放電が発生すると、導体部３とバルブ１内の放電とが静電容量により結合されて、電流が流れる閉ループが形成される。

このように、バルブ端部２の外表面に導体部３を取り付ける場合には、バルブ１内部に導体部３を封入しなくても良いため、より容易にランプを製造することができる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態の無電極放電ランプの平面図である。

本実施形態においては、誘導電界発生手段として、鉄心８を設けた点が第１の実施形態と異なり、他は同じである。鉄心８は、例えばニッケル亜鉛（ＮｉＺｎ）やマンガン亜鉛（ＭｎＺｎ）等の材料からなるリング状のフェライトコアであって、その鉄心８の一部分には高周波電源７に接続されて高周波電流が通電される誘導コイル４が巻回されている。そして、鉄心８の開口には環状のバルブ１が貫通して設置されている。ここで、鉄心８の開口にバルブ１を貫通させる為には、導体部３どうしを接続する前に導体部３間に形成される隙間から、鉄心８を挿入し、導体部３どうしを接続するようにすればよい。

以上の構成において、高周波電源７から誘導コイル４に高周波電流が通電されると、誘導コイル４が高周波で交代する磁束を発生させる。この磁束は鉄心８内部を通り、更に鉄心８の開口を貫通する方向に磁束が発生する。この磁束によりバルブ１内に誘導電界が発生し、この誘導電界によって、バルブ１内に放電が発生する。バルブ１内に発生した放電は、導体部３を介して電流が流れる閉ループを形成するので、第１の実施形態と同様に効率の高い誘導型の放電を形成することができる。また、鉄心８を用いることにより誘導コイル４に流す電流の周波数を下げることができるため、高周波電源７の変換効率の向上及び回路コストを低減させることができる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態を図８に基づいて説明する。図８は、本実施形態の無電極放電ランプの平面図である。

本実施形態においては、電気的に接続される導体部３間にインダクタ９とスイッチ素子１０の並列回路を接続した点が第１の実施形態と異なる。

この構成において、ランプ始動時にはスイッチ素子１０をＯＦＦにし、導体部３間にインダクタ９が接続された状態で誘導コイル４に高周波電流を通電する。これにより、バルブ１内に交番する磁束が発生して誘導電界が発生するとともに、インダクタ９においても誘電コイルが発生する磁束が発生して交番するため、インダクタ９の両端に高電圧が発生し、放電が開始する。放電が発生した後は、スイッチ素子１０をONすることでインダクタ９の両端を短絡し、等価的に第１の実施形態と同じ状態にする。なお、本実施形態において記載を省略しているが、スイッチ素子１０の切り替えは、例えば誘導コイル４に並列に２つの抵抗の直列回路を接続し、抵抗の両端の電圧を検出してこの検出値に基づいてスイッチ素子１０を切り替えるようにすれば良い。

このように、ランプ始動時にインダクタ９を導体部３間に接続し、ランプが始動した後はインダクタ９を短絡することで、誘導コイル４による誘導電界だけでなく、導体部３間にも高電圧が発生するため、始動性を向上させることができる。

第１の実施形態に係る無電極放電ランプの平面図である。 同実施形態に係る別例の無電極放電ランプの平面図である。 第２の実施形態に係る無電極放電ランプの平面図である。 同実施形態に係る別例の無電極放電ランプの平面図である。 同実施形態に係る別例の無電極放電ランプの斜視図である。 第３の実施形態に係る無電極放電ランプの平面図である。 第４の実施形態に係る無電極放電ランプの平面図である。 第５の実施形態に係る無電極放電ランプの平面図である。

符号の説明

１ バルブ
２ バルブ端部
３ 導体部
４ 誘導コイル
５ 導入部分
６ 先端部分
７ 高周波電源
８ 鉄心
９ インダクタ
１０ スイッチ素子

Claims (8)

1. 放電ガスが封入されるバルブと、バルブに設けた少なくとも一対の導体部と、を備える無電極放電ランプであって、前記導体部をバルブ外部で電気的に接続するとともに、バルブと接続された導体部で構成される閉ループに誘導電界を発生させる誘導電界発生手段を設けたことを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 放電ガスが封入されるバルブと、バルブに設けた少なくとも一対の導体部と、を備える無電極放電ランプを複数設け、複数の無電極放電ランプの各導体部を接続して閉ループを形成し、該閉ループに誘導電界を発生させる誘導電界発生手段を設けたことを特徴とする無電極放電ランプ。
3. 前記導体部は、バルブ内に封入されるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無電極放電ランプ。
4. 前記導体部は、バルブ外表面に配設されるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無電極放電ランプ。
5. 前記少なくとも一対の導体部間にインダクタとスイッチ素子の並列回路を設け、放電開始時にスイッチ素子をＯＦＦ、放電開始後にスイッチ素子をONするようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無電極放電ランプ。
6. 前記誘導電界発生手段は、導体部及びバルブで形成される閉ループに沿って巻回される誘導コイルであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無電極放電ランプ。
7. 前記誘導電界発生手段は、バルブが貫通する開口を有し誘導コイルが巻回される鉄心であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無電極放電ランプ。
8. 前記請求項１乃至７記載のいずれかの無電極放電ランプを備えることを特徴とする照明器具。

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