JP2008010215A - 無電極放電灯及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定な始動及び再始動が可能な無電極放電灯及び該無電極放電灯を用いた照明器具を提供する。
【解決手段】 バルブ２に設けられ外面に凸部を構成するとともに内面に凹部を構成する突起部２２の突出寸法Ｙ（ｍｍ）を、無電極放電灯１の定格電力をバルブ２の表面積で除した管壁負荷Ｘ（Ｗ／ｃｍ２）を用いて、２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋５３≦Ｙ≦２４×Ｌｎ（Ｘ）＋９５と表される範囲内とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電灯及び該無電極放電灯を用いた照明器具に関するものである。

従来から、例えばガラスのような透光性を有する材料からなり内面に蛍光体が塗布されたバルブに放電ガスが封入されてなる無電極放電灯が提供されている。放電ガスは、希ガスと水銀蒸気とが混合されてなる。この種の無電極放電灯は、誘導コイルに近接配置して用いられる。すなわち、誘導コイルに高周波電力が供給されると、発生した高周波電磁界によって水銀が励起され、励起された水銀が紫外線を放射し、放射された紫外線が蛍光体によって可視光に変換されることにより、無電極放電灯は発光する。無電極放電灯は、内部に電極を有さないので、電極の劣化による不点灯が寿命となる熱陰極放電灯などに比べ、長寿命となる。

ところで、上記無電極放電灯において、水銀蒸気の蒸気圧には最適値がある。この種の無電極放電灯として、水銀蒸気の圧力を上記最適値に保つために、外向きに突出して内面に凹部を形成する突起部をバルブに設けたものがある（例えば、特許文献１並びに特許文献２参照）。すなわち、突起部の温度がバルブの他の部位の温度よりも低くなることにより、突起部において水銀が液化する。突起部の突出寸法を大きくすれば、突起部の先端部の温度が低くなることにより突起部において液化する水銀が増加するから、バルブ内の水銀の圧力が低下する。逆に、突起部の突出寸法を小さくすれば、突起部の先端部の温度が高くなることにより突起部において液化する水銀が減少するから、バルブ内の水銀の圧力が上昇する。
特開２００１−３２５９２０号公報 特開２００５−３４６９８３号公報

上記のような無電極放電灯では、突起部の突出寸法を大きくしすぎると水銀の圧力が低くなりすぎて低温時の始動性が悪化し、突起部の突出寸法を小さくしすぎると水銀の圧力が高くなりすぎて高温時の再始動性が悪化してしまう。

本発明は上記自由に鑑みて為されたものであり、その目的は、安定な始動及び再始動が可能な無電極放電灯及び該無電極放電灯を用いた照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、透光性を有する材料からなる中空のバルブに、希ガスと水銀とが封入されてなる無電極放電灯であって、バルブには、外面に凸部を構成するとともに内面に凹部を構成する突起部が設けられ、無電極放電灯の定格電力をバルブの表面積で除した管壁負荷Ｘ（Ｗ／ｃｍ２）と、バルブの外側への突起部の突出寸法Ｙ（ｍｍ）とが、
２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋５３≦Ｙ≦２４×Ｌｎ（Ｘ）＋９５
の関係を満たすことを特徴とする。

この発明によれば、安定な始動及び再始動が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、無電極放電灯の定格電力をバルブの表面積で除した管壁負荷Ｘ（Ｗ／ｃｍ２）と、バルブの外側への突起部の突出寸法Ｙ（ｍｍ）とが、
２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋６４≦Ｙ≦２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋７４
の関係を満たすことを特徴とする。

この発明によれば、高い光出力を確保することができる。

請求項３の発明は、透光性を有する材料からなる中空のバルブに、希ガスと水銀とが封入されてなる無電極放電灯であって、バルブには、外面に凸部を構成するとともに内面に凹部を構成する突起部が設けられ、周囲温度２５℃の環境下での定格点灯時の突起部の基部の温度Ｔ（℃）と、バルブの外側への突起部の突出寸法Ｙ（ｍｍ）とが、
２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋５３≦Ｙ≦２４×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋９５
の関係を満たすことを特徴とする。

この発明によれば、安定な始動及び再始動が可能となる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、周囲温度２５℃の環境下での定格点灯時の突起部の基部の温度Ｔ（℃）と、バルブの外側への突起部の突出寸法Ｙ（ｍｍ）とが、
２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋６４≦Ｙ≦２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋７４の関係を満たすことを特徴とする。

この発明によれば、高い光出力を確保することができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無電極放電灯と、無電極放電灯に近接配置された誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、透光性を有する材料からなる中空のバルブに希ガスと水銀とが封入されてなる無電極放電灯において、バルブに設けられて外面に凸部を構成するとともに内面に凹部を構成する突起部の突出寸法を所定の範囲内としたことにより、安定な始動及び再始動が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の無電極放電灯１は、図１に示すように、ガラスからなり放電ガスが封入されたバルブ２を備える。放電ガスは、アルゴンやクリプトンなどの希ガスと水銀蒸気とで構成されている。以下、上下方向は図１を基準として説明する。

バルブ２には、下側に開口した接続凹部２０が設けられている。誘導コイル（図示せず）を保持した円筒形状のカプラ３が接続凹部２０に嵌合することにより、誘導コイルは無電極放電灯１に近接配置される。接続凹部２０の底面の中央部には、カプラ３に挿入される凸部２１が設けられている。凸部２１はバルブ２の内部の空間の下面に凹部を形成するものであって、バルブ２内において凸部２１の内側には、水銀を放出させるためのＺｎ−ＨｇＩ_２が封入された鉄―ニッケル合金製の容器１１が配置されている。また、凸部２１には、容器１３の上方への変位を制限する凸部を内側に形成する凹部２１ａが設けられている。

バルブ２の下端部には、例えば合成樹脂からなる筒形状の口金１２が取り付けられており、カプラ３と口金１２とは互いに嵌合して機械的に結合する形状となっている。

バルブ２の内面には、ガラスから析出したナトリウムと水銀との反応による黒化を抑制するための保護膜（図示せず）が設けられている。保護膜の材料としては例えばＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２を用いることができる。保護膜の上には、紫外光を可視光に変換する蛍光体で構成されたの蛍光膜（図示せず）が例えば塗布により重ねて設けられている。蛍光体を蛍光膜として固定する結着剤としては、Ａｌ_２Ｏ_３やＹ_２Ｏ_３やＭｇＯのような金属酸化物が添加されたものを用いることができる。上記金属酸化物には、添加量に応じて蛍光体の劣化を抑える効果もある。

カプラ３は図２に示すように例えば金属からなる放熱板４に固定され、電線５を介して高周波電源６に接続される。高周波電源６は例えば周知のインバータ回路を有して誘導コイルに高周波電力を供給することによって無電協放電灯１を点灯させるものであって、カプラ３と放熱板４と高周波電源６とで照明器具が構成される。

また、バルブ２の上端には、上方へ突出して内面に凹部を形成する突起部２２が設けられている。突起部２２は、約４０℃の部位（最冷点）を生じさせて水銀蒸気の蒸気圧を最適値である６×１０^−３Ｔｏｒｒ程度に制御するために設けられているものであり、この効果を得るためには突起部２２の突出寸法Ｙとして適切な値を選択する必要がある。

以下、本発明の要旨である、突起部２２の突出寸法（以下、「突起部長」と呼ぶ。）Ｙの決定方法について説明する。

本発明者は、突起部長Ｙがそれぞれ異なる複数個の無電極放電灯１のサンプルについて、それぞれランプ電力を変更しつつ、周囲温度−２０℃の環境下での始動の安定性と、周囲温度６０℃の環境下での再始動（すなわち、一度点灯して光出力が安定した後に、消灯してすぐの再始動）の安定性とを、入力電力を変更しつつ目視で評価するという実験を行った。始動の安定性の評価に当たっては、誘導コイルの両端電圧は１．６ｋＶとした。また、上記各サンプルについて、周囲温度２５℃の環境下で、入力電力を変更しつつ、光出力が最大値の９５％以上となるような管壁負荷の範囲を調べた。上記各サンプルにおいて、接続凹部２０の内面を含めた表面積は１６０６ｃｍ^２であり、突起部２２によってバルブ２の内面に形成される凹部の開口径は２８．２ｍｍであった。結果を図３に示す。図３では、無電極放電灯１に供給した電力をバルブ２の表面積で除した値である管壁負荷（Ｗ／ｃｍ^２）を横軸にとり、突起部長Ｙ（ｍｍ）を縦軸にとっている。また、点は測定点を示し、左側の実線で示された曲線は始動の安定性の評価において安定に始動する管壁負荷と始動が不安定となる管壁負荷との境界となる管壁負荷と突起部長Ｙとの関係を示し、右側の実線で示された曲線は再始動の安定性の評価において安定に再始動する管壁負荷と再始動が不安定となる管壁負荷との境界となる管壁負荷と突起部長Ｙとの関係を示す。また、中央の２本の破線は、それぞれ無電極放電灯１の光出力が最大値の９５％となるような管壁負荷の上限値及び下限値と、突起部長Ｙとの関係を示すものである。つまり、上記２本の破線に挟まれる範囲では、無電極放電灯１の光出力が最大値の９５％以上となる。

上記実験によれば、無電極放電灯１が管壁負荷がＸ（Ｗ／ｃｍ^２）となる定格電力を供給されて−２０℃の環境下で安定に始動し、且つ６０℃の環境下で安定に再始動するような突起部長Ｙ（ｍｍ）の範囲は、次式のようになる。
２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋５３≦Ｙ≦２４×Ｌｎ（Ｘ）＋９５・・・（式１）
また、２５℃の環境下での定格点灯時に無電極放電灯１の光出力が最大値の９５％以上となるような突起部長Ｙの範囲は、次式のようになる。
２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋６４≦Ｙ≦２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋７４・・・（式２）
また、本発明者は、図１の形状から突起部２２を省いたいわゆる球形状の無電極放電灯１において、管壁負荷と、突起部２２が設けられる上端部の管壁温度との関係を、それぞれ寸法が異なる複数通りのサンプルについて調べた。結果を図４に示す。図４において、点は測定点を示す。この測定の結果、管壁負荷Ｘ（Ｗ／ｃｍ^２）と管壁温度Ｔ（℃）との関係は次式で表されることがわかった。
Ｘ＝（Ｔ−２４）／２９９・・・（式３）
上式３を式１と式２とに代入すると、次の結果が得られる。
２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋５３≦Ｙ≦２４×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋９５・・・（式４）
２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋６４≦Ｙ≦２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋７４・・・（式５）
本発明者の実験の結果、管壁温度Ｔとして突起部２２を設けようとする部位の管壁温度を代入した上式４，５の結果は、図５に示すように上下方向に扁平な無電極放電灯１や、図６に示すような接続凹部２０を有さず誘導コイル３１が外側に配置される型の無電極放電灯１や、図７に示すような環形状の無電極放電灯１にも適用可能であることがわかった。

本発明の実施形態の構造を示す説明図である。 同上を用いた照明器具の構成を示す説明図である。 安定に始動や再点灯が可能な、又は光出力が高くなる管壁負荷と突起部長との関係を調べる実験の結果を示す説明図である。 管壁負荷と管壁温度との関係を調べる実験の結果を示す説明図である。 無電極放電灯の別の例を示す正面図である。 無電極放電灯の更に別の例を示す正面図である。 無電極放電灯の別の例を示す正面図である。

符号の説明

１ 無電極放電灯
２ バルブ
３ カプラ
６ 高周波電源
２２ 突起部
３１ 誘導コイル

Claims (5)

1. 透光性を有する材料からなる中空のバルブに、希ガスと水銀とが封入されてなる無電極放電灯であって、
   バルブには、外面に凸部を構成するとともに内面に凹部を構成する突起部が設けられ、
   無電極放電灯の定格電力をバルブの表面積で除した管壁負荷Ｘ（Ｗ／ｃｍ２）と、バルブの外側への突起部の突出寸法Ｙ（ｍｍ）とが、
   ２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋５３≦Ｙ≦２４×Ｌｎ（Ｘ）＋９５
   の関係を満たすことを特徴とする無電極放電灯。
2. 無電極放電灯の定格電力をバルブの表面積で除した管壁負荷Ｘ（Ｗ／ｃｍ２）と、バルブの外側への突起部の突出寸法Ｙ（ｍｍ）とが、
   ２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋６４≦Ｙ≦２３．５×Ｌｎ（Ｘ）＋７４
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
3. 透光性を有する材料からなる中空のバルブに、希ガスと水銀とが封入されてなる無電極放電灯であって、
   バルブには、外面に凸部を構成するとともに内面に凹部を構成する突起部が設けられ、
   周囲温度２５℃の環境下での定格点灯時の突起部の基部の温度Ｔ（℃）と、バルブの外側への突起部の突出寸法Ｙ（ｍｍ）とが、
   ２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋５３≦Ｙ≦２４×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋９５
   の関係を満たすことを特徴とする無電極放電灯。
4. 周囲温度２５℃の環境下での定格点灯時の突起部の基部の温度Ｔ（℃）と、バルブの外側への突起部の突出寸法Ｙ（ｍｍ）とが、
   ２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋６４≦Ｙ≦２３．５×Ｌｎ（（Ｔ−２４）／２９９）＋７４
   の関係を満たすことを特徴とする請求項３記載の無電極放電灯。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の無電極放電灯と、無電極放電灯に近接配置された誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを備えることを特徴とする照明器具。
   

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