JP2007242553A

JP2007242553A - 無電極放電ランプ及びそれを用いる照明器具

Info

Publication number: JP2007242553A
Application number: JP2006066407A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Sakai; 和彦酒井; Shigeki Matsuo; 茂樹松尾; Yoshinori Tsuzuki; 佳典都築
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】バルブの構造を簡素化するとともに、ランプの点灯方向によらず一定の光出力が得られる無電極放電ランプ及びそれを用いる照明器具を提供する。
【解決手段】無電極放電ランプＬａは、透光性材料で形成された電球形状の外殻部９と、外殻部９の底部に封着されて外殻部９の内側に突出した凹部５とを有し、内部に放電ガスを封入して成るバルブ１を備えている。バルブ１及び凹部５の内面には保護膜２，６及び蛍光体膜３，７が塗布されている。また最冷点を確保するために、バルブ１の頂部２２及びバルブネック部１２にそれぞれ外側に突出した突起部４ａ及び４ｂが設けられており、さらにそれぞれの突起部の頂部には、放電ガスの封入時に放電ガスの流入用、不純物の排気用として用いる通気管８ａ及び８ｂが溶着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電ランプ及びそれを用いる照明器具に関するものである。

従来より、バルブの内部に放電ガス及び水銀蒸気が封入された無電極放電ランプが提供されている。このような無電極放電ランプでは、バルブに近接配置された誘導コイルに高周波電流を流して、電磁誘導により高周波電磁界を発生させて、水銀蒸気を励起し、このとき放射された紫外線をバルブの内面に塗布された蛍光体により可視光に変換する。この無電極放電ランプは、バルブの内部に電極を持たない構造であり、電極の劣化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る（例えば特許文献１参照）。

従来の無電極放電ランプには、水銀蒸気の供給源として、ビスマス−インジウム−水銀アマルガムを使用したものがある。このアマルガムは周囲温度が変化しても、広い温度範囲で高い光出力が得られるが、高い光出力を実現するためには高い水銀蒸気圧を確保する必要がある。この無電極放電ランプでは、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分ほどかかる。これはアマルガムの温度が、水銀蒸気を供給するために必要な温度に達するまでに時間がかかるからである。つまりランプの立ち上がりが遅いという問題があった。

そこで、ランプの立ち上がり時間を短縮するために、水銀蒸気の供給源として、純粋な水銀滴を使用した無電極放電ランプが提案されている。水銀滴は上述のアマルガムに比べて、低い温度でも高い水銀蒸気圧を得ることができるため、必要な温度に達するまでの時間が短く、ランプの立ち上がり時間を短縮できる。この無電極放電ランプでは、ランプが始動した後２〜３秒以内に最大光出力の５０％に達したことが示されている。その一方でバルブの体積に対して入力電力が大きかったり、周囲温度が高い場合には、バルブの温度が高くなるため、内部の水銀蒸気圧が高くなり過ぎてしまい、逆に光出力が低下してしまうという問題があった。そのため水銀滴を使用する場合には、水銀蒸気圧を制御するために、最冷点の温度を管理する必要がある。最冷点とは、バルブの表面で最も温度が低くなる点であり、その温度は３５℃〜４５℃程度である。従来の無電極放電ランプでは、バルブに突起部を備え、この突起部を最冷点としているものが示されている。
特開２００１−２５６９２７号公報（第５頁−第６頁、及び、第１図）

上述した後者の無電極放電ランプでは、電磁誘導により気密容器内に高周波電磁界を発生させる誘導コイルとフェライトコアとを有するカプラを挿入するための凹部がバルブに設けられており、この凹部の中央にはバルブ内の不純物を排出するため、凹部の底部から凹部の開口に向かって排気管が設けられている。またバルブの頂部には、バルブの一部を外側に突出させた突起部が設けられている。このバルブを製作する際、凹部の底部に排気管を溶着する工程があり、その加工に手間がかかってしまう。

またカプラには、バルブの凹部に設けられた排気管を通すため、中央部に空間を設ける必要がある。そのためカプラを構成するフェライトコアの断面積が小さくなり、ランプの発光効率や始動性が低下してしまう。またバルブ及びカプラを高い精度で加工しないと、バルブをカプラに装着する際に排気管とカプラが接触して排気管が折れてしまう可能性もある。さらにバルブの容積に対して排気管が細いため、十分な排気を実施するのに時間がかかってしまう。またランプが取り付けられたベースを上向きに取り付けた場合の点灯（以下、この点灯方向をベースアップ点灯という）では、バルブに設けられた突起部が最冷点となり所定の最冷点温度を確保することができるが、ランプが取り付けられたベースを下向きに取り付けた場合の点灯（以下、この点灯方向をベースダウン点灯という）では、突起部が上側になるため所定の最冷点温度を確保することができず、光出力が低下するという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、バルブの構造を簡素化するとともに、ランプの点灯方向によらず一定の光出力が得られる無電極放電ランプ及びそれを用いる照明器具を提供することである。

請求項１の発明は、透光性材料により形成され紫外線を可視光に変換する蛍光体膜を内面に備えた気密容器を具備し、前記気密容器の内部に放電ガスを封入したバルブを備え、前記気密容器内に高周波電磁界を発生させる誘導コイルとフェライトコアとを有するカプラが挿入される凹部を前記気密容器の外表面に設けるとともに、前記気密容器の外表面において前記凹部の開口の周縁部と、前記凹部の底部に対向する部位とに、前記気密容器内に前記放電ガスを封入する際に前記気密容器の内部と外部との間で気体を通過させるための通気部を外側に向かって突設したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の無電極放電ランプと、前記カプラと、前記誘導コイルに高周波電流を印加する点灯回路とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、放電ガスの封入時に放電ガスの流入及び不純物の排出に用いられる通気部を凹部の中央部ではなく、気密容器の外表面において凹部の開口の周縁部と凹部の底部に対向する部位とにそれぞれ設けることで、バルブの構造が簡素化されて加工が容易になり、且つバルブにカプラを挿入する際に通気管が折れるのを防止できるという効果がある。またカプラを構成するフェライトコアの断面積を大きくすることができ、ランプの発光効率及び始動性を高めることができるという効果がある。さらに通気部をバルブの両端に設けて、一方を放電ガスの流入用に、他方を不純物の排出用に用いることで、排気効率を高めることができるという効果がある。またベースダウン点灯では、気密容器の外表面において凹部の開口の周縁部に設けた通気部で最冷点温度が確保され、ベースアップ点灯では、気密容器の外表面において凹部の底部に対向する部位に設けた通気部で最冷点温度が確保されるため、ランプの点灯方向によらず一定の光出力が得られるという効果がある。

請求項２の発明によれば、請求項１に記載の無電極放電ランプを用いることにより、点灯方向によらず一定の光出力が得られる照明器具を提供できるという効果がある。

（第１の実施形態）
以下に本発明の実施の形態を図１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断面図である。

本実施形態の無電極放電ランプＬａは、透光性材料（例えばガラスなど）により形成された気密容器１０内に希ガスなどの放電ガスを封入して成るバルブ１を備えている。このバルブ１には、電磁誘導により気密容器１０の内部に高周波電磁界を発生させる誘導コイル１８とフェライトコア１９とを有するカプラ２０が挿入される凹部５が設けられている。この凹部５は、一方の端部が封止された筒状の部材を電球形状に形成された外殻部９の底部に、封止された面が内側になるように封着することで形成され、同時に放電空間となる気密容器１０が形成される。この気密容器１０の内部にはアルゴンやクリプトンなどの希ガスが封入されている。またバルブ１及び凹部５の内面全体に、それぞれ保護膜２，６及び蛍光体膜３，７が塗布されている。尚、図１は図示を簡単にするために、バルブ１及び凹部５の内面の一部しか保護膜２，６及び蛍光体膜３，７を塗布していない図を示してあるが、実際は内面全体に塗布してある。ここで蛍光体の結着剤としてはＡｌ_２Ｏ_３のような金属酸化物を用いており、その添加量を増やすことで、凹部５の内面に塗布した蛍光体膜７を保護し劣化を防いでいる。結着剤として用いる金属酸化物はＡｌ_２Ｏ_３のほか、Ｙ_２Ｏ_３やＭｇＯを用いてもよい。

バルブ１の外表面において凹部５の底部と対向する部位である頂部２２に、外側に突出したドーム状の突起部４ａが形成されており、この突起部４ａの頂部に通気管８ａが溶着されている。またバルブ１の外表面において凹部５の開口の周縁部であるバルブネック部１２に、外側に突出したドーム状の突起部４ｂが形成されており、この突起部４ｂの頂部に通気管８ｂが溶着されている。これらの通気管８ａ及び８ｂにより、放電ガス封入時に気密容器１０の内部と外部との間で封入ガスや排出ガスを通過させる通気部が構成され、一方から気密容器１０内に希ガスを流入させるとともに、他方から気密容器１０内の不純物を排出した後、通気管８ａ及び８ｂを所定の長さに溶断し封止される。また通気管８ｂの内部には水銀蒸気を放出させるため、例えば総量が約１０ｍｇ、重量比で５０：５０のＺｎ−Ｈｇアマルガムを収納した鉄−ニッケル合金製の金属容器１３が収められている。さらにバルブ１の底部には樹脂材からなる口金１４が取り付けられており、この口金１４にシリンダ２１を嵌合させると、凹部５の内部にカプラ２０が挿入され、無電極放電ランプＬａがカプラ２０に保持される。

ところで従来の無電極放電ランプでは、バルブの頂部に設けた突起部を最冷点としているため、突起部の加工には高い精度が要求される。それに対して本実施形態の無電極放電ランプＬａでは、突起部４ａ，４ｂと通気管８ａ，８ｂとで最冷点を構成しており、突起部に比べて通気管８ａ，８ｂは寸法管理が容易なので、突起部４ａ，４ｂの加工に従来のような高い精度は必要なく、加工の手間を省くことができる。

次にランプの点灯動作について説明する。誘導コイル１８に高周波電流を流すと、電磁誘導により気密容器１０の内部に高周波電磁界が発生する。この高周波電磁界により、気密容器１０内の電子が加速され、電子の衝突により放電ガスが電離されて、放電が発生する。そして放電中に放電ガスが励起され、励起された原子は基底状態に戻るときに紫外線を放射する。放射された紫外線はバルブ１及び凹部５の内面に塗布された蛍光体膜３及び７により可視光に変換され、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。尚、誘導コイル１８に流す高周波電流は、数百ｋＨｚ程度の低い周波数であるため、誘導コイル１８をフェライトコア１９の磁心に巻きつけ、インダクタンスを大きくとり、発光効率を高くしている。

ところでバルブ１を製作する際、気密容器１０内の不純物を排出する方法として、気密容器１０を加熱しながら希ガスを流入させて気密容器１０内の不純物を排出する工程がある。本実施形態では、通気管８ａ又は８ｂのどちらか一方は希ガスを流入させる流入管として、他方を不純物を排出する排気管として用いることにより、従来に比べ不純物を早く取り除くことができた。また本実施形態のように、放電ガスの封入時に放電ガスの流入及び不純物の排出に用いられる通気部を凹部５の中央部ではなくバルブ１の外表面に設けることで、バルブ１の構造が簡素化されて加工が容易になり、且つバルブ１にカプラ２０を挿入する際に通気管８ａ及び８ｂが折れるのを防止することができる。さらにフェライトコア１９の断面積を大きくすることができるため、ランプの発光効率及び始動性を高めることができる。

尚、本実施形態では、通気管８ａ及び８ｂをバルブ１の外表面において凹部５の開口の周縁部と、凹部の底部に対向する部位とにそれぞれ１箇所ずつ設けたが、複数であってもよく、上述と同様の効果が得られる。さらに本実施形態では、バルブネック部１２に設けた通気管８ｂの内部にＺｎ−Ｈｇアマルガムを収納した金属容器１３が収められているが、バルブ１の頂部２２に設けた通気管８ａの内部に収めてもよく、上述と同様の効果が得られる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態において、第１の実施形態で説明した無電極放電ランプを用いた照明器具を図２に基づいて説明する。

図２は照明器具Ａの斜視図であり、照明器具Ａは無電極放電ランプＬａとカプラ２０と点灯回路１７とで構成されている。無電極放電ランプＬａが装着されたカプラ２０は放熱板１５に固定されており、誘導コイル１８に高周波電流を印加する点灯回路１７が管灯線１６を介して誘導コイル１８の端部に接続されている。

点灯回路１７により誘導コイル１８に高周波電流を印加して無電極放電ランプＬａを点灯させたところ、ベースダウン点灯では、バルブネック部１２に設けた突起部４ｂ及び通気管８ｂが最冷点となり、所定の最冷点温度が確保されることが確認できた。またベースアップ点灯では、バルブ１の頂部２２に設けた突起部４ａ及び通気管８ａが最冷点となり、所定の最冷点温度が確保されることが確認できた。このように突起部４ａ及び通気管８ａをバルブ１の頂部２２に、突起部４ｂ及び通気管８ｂをバルブネック部１２に設けることにより、ランプの点灯方向によらず所定の最冷点温度を確保することが可能になり、一定の光出力を得ることができる。

尚、上述の結果は、バルブ１の頂部２２に設けた突起部４ａの大きさが、開口径ｄが１０ｍｍ、深さＨが１５ｍｍの場合を示している。また、開口径ｄが１５ｍｍまで、深さＨが２０ｍｍまでのさまざまなランプを試作してバルブ１の温度、光出力についても測定しており、上述と同様の効果を確認している。

本発明の第１の実施形態における無電極放電ランプの断面図である。本発明の第２の実施形態における上記の無電極放電ランプを用いた照明器具の斜視図である。

符号の説明

１バルブ
２，６保護膜
３，７蛍光体膜
４ａ，４ｂ突起部
５凹部
８ａ，８ｂ排気管
９外殻部
１０気密容器
１２バルブネック部
２２頂部
Ｌａ無電極放電ランプ

Claims

透光性材料により形成され紫外線を可視光に変換する蛍光体膜を内面に備えた気密容器を具備し、前記気密容器の内部に放電ガスを封入したバルブを備え、前記気密容器内に高周波電磁界を発生させる誘導コイルとフェライトコアとを有するカプラが挿入される凹部を前記気密容器の外表面に設けるとともに、前記気密容器の外表面において前記凹部の開口の周縁部と、前記凹部の底部に対向する部位とに、前記気密容器内に前記放電ガスを封入する際に前記気密容器の内部と外部との間で気体を通過させるための通気部を外側に向かって突設したことを特徴とする無電極放電ランプ。
請求項１に記載の無電極放電ランプと、前記カプラと、前記誘導コイルに高周波電流を印加する点灯回路とを備えることを特徴とする照明器具。