JP2006269211A - Electrodeless discharge lamp and luminaire comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放電ガスを封入したバルブ内に電極を持たず、誘導コイルにより形成した高周波電磁界を放電ガスに作用させることにより放電ガスを放電させる無電極放電ランプ及びそれを備えた照明器具に関する。 The present invention relates to an electrodeless discharge lamp that discharges a discharge gas by causing a high-frequency electromagnetic field formed by an induction coil to act on the discharge gas without having an electrode in a bulb in which the discharge gas is sealed, and a lighting apparatus including the same. .
従来から、両端に電極を配置した直管状叉は丸管状の低圧放電蛍光ランプが、一般家庭用の照明器具として広く知られている。これらの蛍光ランプは、バルブ内に水銀と希ガスを封入し、電極から電子を供給することによって、バルブ内で放電させる。放電によって励起した水銀原子から放射された紫外線を、蛍光体による可視光に変換される構造となっている。 Conventionally, a straight tubular or round tubular low pressure discharge fluorescent lamp in which electrodes are arranged at both ends is widely known as a general household lighting fixture. These fluorescent lamps discharge in the bulb by enclosing mercury and a rare gas in the bulb and supplying electrons from the electrodes. Ultraviolet rays emitted from mercury atoms excited by electric discharge are converted into visible light by a phosphor.
また、液晶ディスプレイのバックライト用として、低圧放電蛍光ランプが普及しているが、一般家庭用の蛍光ランプが電極を加熱することによって放出される熱電子を利用しているのに対し、バックライト用の低圧放電蛍光ランプは電極を加熱しない冷陰極タイプが多い。 In addition, low-pressure discharge fluorescent lamps are widely used as backlights for liquid crystal displays, but in contrast to general household fluorescent lamps that use thermal electrons emitted by heating electrodes, backlights are used. Many of the low-pressure discharge fluorescent lamps for use are cold cathode types that do not heat the electrodes.
一方、後記特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4に開示されているような、無電極放電ランプが知られている。この無電極放電灯は、外管バルブ内に封入した放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起し、放射された紫外線が外管バルブの内面に塗布された蛍光体によって可視光に変換されて発光する。この無電極放電灯は、内部に電極を持たないため、電極損耗による不点灯がなく、一般の蛍光ランプに比べて長寿命であり、また、小型、高出力である。
On the other hand, an electrodeless discharge lamp as disclosed in
このうち、特許文献1、特許文献2に開示されているような、無電極放電ランプでは、周囲温度25℃での光出力に対して、周囲温度が変化しても広い範囲で高い光出力が得られるように、封入物質としてビスマスーインジウムアマルガムを使用している。
Among these, the electrodeless discharge lamps disclosed in
安定点灯時の光出力に対して高い光出力を実現するには、高い水銀蒸気圧を確保する必要がある。ビスマスーインジウムアマルガムを使用する場合、例えば、安定点灯時の光出力に対して60%の光出力を確保するには、1分ほど時間がかかる。これは、ビスマスーインジウムアマルガムの温度が水銀を供給するのに必要な温度に達するのに必要な時間に相当する。つまり、このようなランプでは、立ち上がり時間が遅い。 In order to realize a high light output relative to the light output during stable lighting, it is necessary to ensure a high mercury vapor pressure. When using bismuth-indium amalgam, for example, it takes about one minute to secure 60% light output with respect to light output during stable lighting. This corresponds to the time required for the temperature of the bismuth-indium amalgam to reach the temperature required to supply mercury. That is, such a ramp has a slow rise time.
このような問題に対し、特許文献3に開示されているランプでは、水銀滴を使用している。このランプによれば、ランプが始動した後、2〜3秒以内に最大出力の50%に達したと記載されている。しかし、このランプは、水銀滴を使用しているため、封入量の管理が難しい。水銀量は環境保護の点と蛍光体表面に付着すると光出力を遮ることになるため必要最小限にしたい。しかし、水銀はランプの長期使用中にナトリウムと合金を作ったり、酸化物になったりして消費されていくので、一定量以上封入したい。つまり、封入量の管理はランプ性能維持のために極めて重要である。アマルガムを使用した場合、上記のように周囲温度の変化に対して光出力の変化は小さくて済むが、水銀滴を使用する場合には周囲温度の変化に対して水銀の蒸気圧が大きく変化してしまい、光出力に大きな影響を及ぼす。従って、水銀滴を使用する場合、水銀の蒸気圧を制御する最冷部(バルブの表面の中で最も温度が低くなる点)の温度を管理する必要がある。その温度は35〜45℃程度の範囲である。
For such a problem, the lamp disclosed in
さらに、バルブ内の水銀は、ランプが振動した場合などにバルブ内を移動することで蛍光体を剥がすことがあり、また、ランプを製造する際には、バルブ内の真空度を高めるために、ランプを加熱した後、水銀を封入することになるが、水銀滴を封入する際に蒸発によって所望の水銀量が封入できない場合や、封入した水銀がランプ内で蒸発することでランプ表面に黒化として観測されるなどの問題がある。 Furthermore, mercury in the bulb may peel off the phosphor by moving in the bulb when the lamp vibrates, etc.In addition, when manufacturing the lamp, in order to increase the degree of vacuum in the bulb, After heating the lamp, mercury will be sealed, but when the mercury droplets are sealed, if the desired amount of mercury cannot be sealed due to evaporation, or the enclosed mercury evaporates in the lamp, the lamp surface will become blackened. There are problems such as being observed.
また、消費電力の小さいランプを実現する場合、バルブの体積が小さくなり、バルブの大きさに対して放電の体積が相対的に大きくなるため、点灯方向によらず最冷部の温度を一定に保つことが難しくなる。そのため、口金を下方にしたベースアップ点灯時におけるバルブの突起部の温度制御は、突起部の径や高さを変更することで可能であるが、口金を上方にしたベースダウン点灯時におけるネック部の温度制御が課題となる。
本発明は、上記のような問題を解決すためになされたものであり、ランプの点灯方向によらず光出力の高いランプを実現すること、つまり点灯上下方向に関係なく所定の水銀の蒸気圧を確保するために、バルブ内に所望の最冷点温度を確保できるようにした無電極放電ランプ及びそれを備えた照明器具を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and realizes a lamp having a high light output regardless of the lighting direction of the lamp, that is, a predetermined vapor pressure of mercury irrespective of the lighting vertical direction. Therefore, it is an object of the present invention to provide an electrodeless discharge lamp capable of securing a desired coldest spot temperature in a bulb and a lighting fixture including the same.
上述目的を達成するため、本発明は、透光性材料により形成された気密容器内に放電ガス及び最冷点温度で制御される水銀を封入して成るバルブを備え、誘導コイルにより形成される電磁界の作用により放電ガスを励起発光させる無電極放電ランプにおいて、前記カプラが嵌合され、前記バルブを保持する樹脂からなる口金の一部に、前記バルブに接触する金属部を設けたものである。
また、前記金属部が、フィン状であって、その長手方向がコイルの巻回方向に略直交するものとすることができる。
また、前記金属部のバルブ接触面が、コイルの巻回方向に略平行であるものとすることができる。
また、前記金属部が、口金の外方から挿入される金属ピンであって、その先端にある突起がバルブの凹み部と嵌合されるものとすることができる。
また、前記金属部が、口金の内面に設けた排気細管折れ防止用ガイドであるものとすることができる。
また、本発明は、前記のランプと、前記ランプに装着されるカプラと、前記カプラに電気接続された点灯回路とを備えた照明器具である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention includes a bulb formed by sealing a discharge gas and mercury controlled at the coldest point temperature in an airtight container formed of a light-transmitting material, and is formed by an induction coil. In an electrodeless discharge lamp that excites and emits a discharge gas by the action of an electromagnetic field, the coupler is fitted, and a metal part that contacts the bulb is provided in a part of a base made of a resin that holds the bulb. is there.
Moreover, the said metal part shall be fin shape, and the longitudinal direction shall shall be substantially orthogonal to the winding direction of a coil.
Further, the valve contact surface of the metal part may be substantially parallel to the coil winding direction.
Moreover, the said metal part is a metal pin inserted from the outer side of a nozzle | cap | die, Comprising: The protrusion in the front-end | tip can be fitted with the recessed part of a valve | bulb.
Further, the metal part may be an exhaust pipe breakage preventing guide provided on the inner surface of the base.
Moreover, this invention is a lighting fixture provided with the said lamp | ramp, the coupler with which the said lamp | ramp is mounted | worn, and the lighting circuit electrically connected to the said coupler.
本発明の無電極放電ランプ及び照明器具によれば、バルブを保持し、カプラと嵌合する樹脂からなる口金の一部に、バルブに接触する金属部を設けたことにより、ベースアップ点灯は勿論、ベースダウン点灯においても所定の最冷点温度が確保でき、点灯方向によらず一定の光出力が得られる。 According to the electrodeless discharge lamp and the lighting fixture of the present invention, the base-up lighting is of course achieved by providing a metal part that contacts the bulb in a part of the base made of resin that holds the bulb and fits with the coupler. Even in base-down lighting, a predetermined coldest spot temperature can be secured, and a constant light output can be obtained regardless of the lighting direction.
以下、本発明の各種実施形態に係る無電極放電ランプと同ランプを備えた照明器具について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an electrodeless discharge lamp according to various embodiments of the present invention and a lighting fixture including the lamp will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、実施形態1の無電極放電ランプを、図2は同ランプの口金部の詳細を示す。無電極放電ランプは、透光性材料により形成された気密容器23内に放電ガスを封入して成るバルブ1を備える。このバルブ1には、誘導電界を発生する誘導コイルとフェライトコアにより構成されるカプラ26(図には二点鎖線で示す)が嵌合される凹部キャビティ5と、このキャビティ5の底部からキャビティ5の開口に向かって内部に排気細管8とが形成されている。放電空間となる気密容器23は、バルブ1に排気細管8を溶着したキャビティ5が封着されることで形成される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an electrodeless discharge lamp according to
バルブ1は、気密容器23の内壁に保護膜2及び蛍光体膜3を塗布している。キャビティ5の周壁には、保護膜6及び蛍光体膜7を塗布している(図示では一部のみを示す)。バルブ1の頂部には、突起部4を設けている。バルブ1の底部付近はバルブネック部14とされ、樹脂材から成る口金15が取り付けられている。バルブ1の下端部は、キャビティ5の封止部11となっている。本発明では、カプラ26が嵌合され、バルブ1を保持する樹脂からなる口金15の一部に、バルブ1に接触する金属部17として放熱フィンを設けた(図1には図示なし)。金属部17は、その長手方向がコイルの巻回方向に略直交しており、放熱板16に熱接触している。バルブ1のキャビティ5にカプラ26が嵌合されることで、照明器具が構成される。
In the
照明器具を構成したときの構成を図6に示している。図6は、後述する実施形態5であるが、ここで同図を流用して説明する。カプラ26には、高周波電流を通電する点灯回路25が管灯線24を介して接続される。カプラ26は、バルブ1の口金15に嵌合させるとキャビティ5に嵌合され、カプラ26に設けられた誘導コイルにより形成される電磁界の作用により、気密容器23内に封入された放電ガスを励起発光させる。カプラ26及び口金15は放熱板16に固定される。
FIG. 6 shows a configuration when the lighting fixture is configured. FIG. 6 shows a fifth embodiment which will be described later. Here, FIG. The
バルブ1をさらに詳細説明する。バルブ1の気密容器23内には、アルゴンやクリプトンなどの希ガスが収められ、キャビティ5内に臨む排気細管8内には、水銀を放出させるための総量が略17mg、重量比で50:50のZn−Hgアマルガムが封入された、鉄−ニッケル合金製の金属容器13が挿入されている。また、排気細管8内には金属容器13の位置を決定するためのガラスロッド12が配設されている。なお、排気細管8には、窪み部9、チップオフ部10が設けられている。
The
このようなバルブ1をカプラ26に嵌合した照明器具において、誘導コイルに高周波電流を流すと、誘導コイルの周囲に高周波電磁界が発生する。誘導コイルに通電する高周波電流は、数百kHzという低い周波数であるため、誘導コイルの内側にフェライトコアの磁芯を設けている。この高周波電磁界により気密容器23内の電子が加速され、電子の衝突によりガスが電離されて放電が発生する。放電中、希ガスは励起され、励起された原子は基底状態に戻るときに紫外線を発生する。この紫外線はバルブ1の内壁に塗布された蛍光体膜3、及びキャビティ5の周壁に塗布された蛍光体膜7により可視光に変換される。変換された可視光は、バルブ1を透過して外部に放出される。
In a lighting fixture in which such a
なお、蛍光体の結着剤としてはAl2O3のような金属酸化物を用い、その添加量を増やすことで、キャビティ5の蛍光体膜7を保護し、蛍光体の劣化を防いでいる。結着剤として用いる金属酸化物は、Al2O3のほか、Y2O3やMgOを用いてもよい。
Note that a metal oxide such as Al2O3 is used as the phosphor binder, and the
上記のように構成されたランプにおいては、バルブ1を保持し、カプラ26と嵌合する樹脂からなる口金15の一部に、バルブ1に接触する金属部17を設けたことにより、バルブネック部14の熱を放熱板16及び外部に伝えることができ、これにより、バルブネック部14の温度が低下し、ベースダウン点灯では、バルブネック部14が最冷部となり、ベースアップ点灯では、突起部4が最冷部となり、ランプの最冷点温度は点灯方向による違いが殆どないことを確認した。
In the lamp configured as described above, the bulb neck portion is formed by providing the
また、この結果は、バルブ1の突起部4の、開口径dが10mm、深さHが10mmの場合を示している。開口径dは15mmまで、深さHは15mmまでの種々のランプを試作してバルブ1の温度、光出力について測定した結果、同様の効果を確認している。
In addition, this result shows a case where the projection 4 of the
(実施形態2)
図3は、実施形態2の無電極放電ランプの口金部を示す。バルブ1に接触する金属部17の形状による効果を確認するために、実施形態2に示す構成を検討した。この実施形態2においては、フィン状の金属部17のバルブ接触面18をコイルの巻回方向と略平行にしている。その他の構成は実施形態1と同等である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a base part of the electrodeless discharge lamp of the second embodiment. In order to confirm the effect of the shape of the
このように構成された無電極放電ランプを製作し、バルブ1の最冷点温度、光出力を測定したところ、バルブ1の最冷点部位は広がるが、光出力は変化しないことを確認した。つまり、点灯方向により光出力が殆ど変化することのない点灯が可能となる。ただし、金属部17のバルブ接触面18をバルブ1の巻回方向に1周すると、金属部17に誘導電流が発生するためランプが消灯してしまうため、巻回方向への長さはバルブネック部14の長さよりも短くする必要がある。
The electrodeless discharge lamp configured as described above was manufactured, and the coldest spot temperature and light output of the
(実施形態3)
図4は、実施形態3の無電極放電ランプの口金部を示す。この実施形態3においては、金属部17として、フィン状ではなく(実施形態1及び2とは異なり)、口金15の外方から挿入される金属ピン20であって、その先端にある突起21がバルブ1の凹み部19と嵌合するものとした。その他の構成は、実施形態1と同等である。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows a base part of the electrodeless discharge lamp of the third embodiment. In the third embodiment, the
このように構成された無電極放電ランプを製作し、バルブ1の最冷点温度、光出力を測定したところ、バルブ1の最冷点は、金属ピン20の先端の突起21と接触するバルブ1の一部となり、点灯方向により光出力が殆ど変化することのない点灯が可能となる。金属ピン20の先端の突起21は、その数が多いほど最冷点温度となる部位が多くなり安定した最冷点温度が確保できるが、あまりに多いと構造が複雑となる。
When the electrodeless discharge lamp configured as described above was manufactured and the coldest spot temperature and light output of the
(実施形態4)
図5(a),図5(b),図5(c)は、実施形態4による無電極放電ランプの各種例を示す。これらの例は、上記金属部17の機能を、口金15の内面に設けた排気細管折れ防止用ガイド22a,22b,22c(総称して22)に持たせたものである。ガイド22は、口金15の内面に、カプラ挿入時に排気細管8が折れるのを防止するために設けられる。カプラをバルブ1に装着する際、カプラの先端はまずこのガイド22に接触する。ガイド22はある程度の長さを有し、カプラとバルブ1の軸がずれている場合にも、このガイド22に沿ってカプラを挿入すれば、排気細管8の先端が折れるのを防止することができる。
(Embodiment 4)
FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C show various examples of the electrodeless discharge lamp according to the fourth embodiment. In these examples, the function of the
図5(a)の例では、ガイド22aは、樹脂製で一部に金属を使用し、キャビティ5の開口部近傍でランプの封止部11に接触し、さらに口金15の外周に配され、放熱板16と熱接触されており、ランプの熱を伝導するものとされている。
In the example of FIG. 5 (a), the
図5(b)の例では、口金15の構造を簡略化する目的で、ガイド22bは、全て金属で構成し、キャビティ5の開口部近傍と接触することで、上記ガイド22aと同様の効果を果たすものとしている。
In the example of FIG. 5B, for the purpose of simplifying the structure of the
図5(c)の例では、口金15の構造をさらに簡略化する目的で、ガイド22cは、全て金属で構成し、口金15の底面を成し、その放熱板16との接触面積を大きくすることで、放熱効果を大きくしている。
In the example of FIG. 5C, for the purpose of further simplifying the structure of the
このように構成されたガイド22a,22b,22cを持つ無電極放電ランプを製作し、バルブ1の最冷点温度、光出力を測定したところ、バルブ1の最冷点は封止部11近傍となり、点灯方向により光出力が殆ど変化することのない点灯が可能となる。
When an electrodeless discharge lamp having the
(実施形態5)
図6は、実施形態5としての照明器具を示す。照明器具の無電極放電ランプは、上記実施形態1乃至4に記載したものであり、ランプにはそれぞれの実施形態で使用した口金15が取り付けられている。カプラ26は、管灯線24を介して点灯回路25へ電気接続されている。これらのランプ、カプラ26、及び点灯回路25を備えた種々の照明器具内において、バルブ1の最冷点温度、光出力を測定したところ、バルブ1の最冷点は実施形態1乃至4に記載した部位で所定の温度を確保でき、点灯方向により光出力が殆ど変化することのない点灯が可能となる。
(Embodiment 5)
FIG. 6 shows a luminaire as a fifth embodiment. The electrodeless discharge lamp of the lighting fixture is the one described in the first to fourth embodiments, and the base 15 used in each embodiment is attached to the lamp. The
本発明は、上記実施例の構成に限られることなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
1 バルブ(ランプ)
5 キャビティ
8 排気細管
14 バルブネック部
15 口金
17 金属部(放熱フィン)
18 バルブ接触面
19 バルブ凹み部
20 金属ピン
21 金属ピンの突起部
22a,22b,22c 排気細管折れ防止用ガイド
23 気密容器
24 管灯線
25 点灯回路
1 Bulb (lamp)
5
18
Claims (6)
前記カプラが嵌合され、前記バルブを保持する樹脂からなる口金の一部に、前記バルブに接触する金属部を設けたことを特徴とする無電極放電ランプ。 A valve formed by sealing discharge gas and mercury controlled at the coldest point temperature in an airtight container formed of a translucent material is provided, and the discharge gas is excited and emitted by the action of an electromagnetic field formed by an induction coil. In electrodeless discharge lamps,
An electrodeless discharge lamp, wherein a metal portion that contacts the bulb is provided in a part of a base made of a resin that holds the bulb and to which the coupler is fitted.
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