JP2008053187A - 無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】コアに複雑な加工を施すことなく、コアを低体積化するとともにコアのエネルギーロスを低下させ、且つランプの発光効率を向上させるとともにランプを安定点灯できる無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】無電極放電ランプＡは、透光性材料により閉ループ形状に形成され内部に放電ガスが封入されたバルブ２と、磁性体からなりバルブ２が貫通した状態でバルブ２に取着されるコア１と、コア１に巻回される誘導コイル３とを備えている。バルブ２は円管であって略コ字状に形成された一対の主発光部２ｂと、主発光部２ｂよりも径が大きい一対の直管部２ａとで１つの連続した放電空間を形成しており、直管部２ａにはコア１が取着されている。また無電極放電ランプＡと、誘導コイル３に高周波電流を印加してバルブ２の内部に高周波電磁界を発生させる点灯回路４とで照明器具Ｂを構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光灯または紫外線滅菌用として用いられる無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来より、閉ループ形状に形成されたバルブを用いた無電極放電ランプがあった。この無電極放電ランプは、閉ループ形状であって横長に形成されたバルブを有しており、バルブ内部には放電ガス及び水銀蒸気が封入されている。またバルブの長手方向両端寄りには、バルブを取り囲むリング状のフェライトコアがそれぞれ１つずつ取着されている。さらに各フェライトコアには誘導コイルがそれぞれ巻回されており、各誘導コイルは高周波電源に接続されている。

この無電極放電ランプでは、数百ｋＨｚ程度の高周波電流を誘導コイルに通電すると、電磁誘導によって発生した高周波電磁界により放電ガスの放電が起こり、この放電中に水銀蒸気が励起されて紫外線が発生する。さらにバルブ内面に蛍光物質が塗布されている場合には、紫外線が蛍光物質により可視光に変換され、バルブを透過して可視光が外部に放出される。

この無電極放電ランプでは、径が小さく、全長が長いバルブを比較的低い点灯周波数で用いる場合、プラズマを点灯維持するために比較的大きな断面積のフェライトコアが必要となる（例えば、バルブ径３８ｍｍ、全長６００ｍｍのバルブを点灯周波数１５０ｋＨｚで点灯させる場合、必要なコア断面積は１２ｃｍ^２以上となる。）。またランプの寿命末期での安定点灯を考慮すると、フェライトコアのエネルギーロスを小さくする必要があり、さらに大きな断面積のフェライトコアが必要となる。この場合、フェライトコアの大形化に伴いフェライトコアによる光のけられが発生し、またフェライトコアの製作コストも高くなってしまうという問題があった。

そこで、フェライトコアを小さくするために、バルブの一部の径を小さくして、この部位にフェライトコアを取着した無電極放電ランプが提案されている。この無電極放電ランプでは、フェライトコアを取着する部位の径をバルブの他の部位よりも小さくすることで、フェライトコアの外径を小さくすることができる。しかしこの場合、バルブ径が小さいのでフェライトコアがランプに与えるエネルギーの結合度が低下してしまい、ランプに十分なエネルギーを供給できなくなる。そのため、ランプに十分なエネルギーを与えるためにフェライトコアの幅を大きくする必要があるが、フェライトコアの幅を大きくするとフェライトコアによる光のけられが増加してしまう。さらにバルブ径が小さい部位が長くなると、この部位でのプラズマの電子と管壁との衝突回数が増加するので、エネルギーロスが増加しプラズマ自身の効率も低下する。その結果ランプの発光効率が低下してしまうという問題があった。

そこで、ランプの発光効率を向上させるために、矩形状の閉ループ形状に形成されたバルブの四隅にフェライトコアを取着した無電極放電ランプが提案されている（例えば特許文献１参照）。この無電極放電ランプでは、バルブを矩形状に形成しているので、フェライトコアが取着される四隅は他の部位に比べてバルブ径が大きくなっている。
特開２００３−８６１４５号公報（第４頁−第５頁、及び、第９図、第１０図）

上述の特許文献１に示した無電極放電ランプでは、バルブの四隅が他の部位に比べて径が大きく形成されており、このバルブの四隅にフェライトコアを配置することでランプの発光効率の向上が期待できる。しかしながらこの部位はバルブの軸方向に沿う長さが極端に短いので、バルブ径を大きくする効果が小さく、ランプの発光効率を向上させる効果が不十分であった。またこの場合、バルブの四隅の形状に応じたフェライトコアを設置することが望ましいが、リング状コアの内面は一般的にリング孔の軸方向に平らであり、バルブの四隅の形状に合わせる場合には、フェライトコアに複雑な加工が必要となり、コスト高にな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、コアに複雑な加工を施すことなく、コアを低体積化するとともにコアのエネルギーロスを低下させ、且つランプの発光効率を向上させるとともにランプを安定点灯できる無電極放電ランプ及びそれ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、透光性材料により閉ループ形状に形成された管体であって内部に放電ガスが封入されたバルブと、磁性体からなりバルブが貫通した状態でバルブに取着されるコアと、コアの少なくとも一部に巻回される誘導コイルとを備え、バルブは、コアの取着される部位が直管状に形成されるとともに、直管部分の最小幅寸法をバルブの他の部位の最大幅寸法よりも大きく形成したことを特徴とする。

請求項２の発明は、直管部分と他の部位とは別体に形成されており、直管部分と他の部位とを接続することによりバルブを形成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、コアは、直管部分の軸方向において複数に分割された分割コアからなり、各分割コアをそれぞれ直管部分に並べて取着したことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の無電極放電ランプと、誘導コイルに高周波電流を印加して電磁誘導により放電ガスを励起発光させるための高周波電源とを備えてなることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、バルブにおいて直管部分の最小幅寸法を他の部位の最大幅寸法よりも大きく形成することによってバルブとコアのエネルギー結合度を大きくすることができるので、ランプの発光効率を向上させることができ、且つランプを安定点灯させることができるという効果がある。またバルブ内のエネルギーロスを考慮した場合、封入した放電ガス圧が高すぎるとイオンの弾性衝突ロスが増加し、低すぎると管壁でのイオンの拡散ロスが増加するので、バルブ内の放電ガス圧を発光効率が最高となる放電ガスの最適圧に設定する必要がある。ここに発光効率が最高となる放電ガスの最適圧はバルブ径に応じて変化し、バルブ径が小さいと高めに、バルブ径が大きいと低めに設定される。今、バルブ内部に封入される放電ガス圧をバルブの他の部位に合わせて設定すると、直管部分では放電ガスが最適圧よりも高めになるが、放電ガス圧が高くなるとコアのエネルギーロスを小さくすることができる。一方、放電ガス圧が高くなるとイオンの弾性衝突ロスが増加するので発光効率は減少するが、直管部分からの発光は元々コアによってけられるので発光効率には寄与していない。従って全体としてコアのエネルギーロスの減少分だけランプの発光効率を向上させることができるという効果がある。さらにバルブの直管部分にコアを配置することによってコアに複雑な加工を施すことなく、一般に使用される低コストのリング状のコアを用いることができ、且つランプの発光効率を向上させることができるという効果がある。またコアの体積を小さくするとコアのエネルギーロスは大きくなるが、バルブの直管部分を大きく形成することによってコアのエネルギーロスを小さくすることができる。従ってバルブの直管部分を大きく形成することによってコアの体積を小さくすることができ、且つコアのエネルギーロスを小さく抑えることができるという効果がある。

請求項２の発明によれば、バルブにおいて直管部分と他の部位とは幅寸法が異なっているので、直管部分と他の部位とを別々に形成するとともに、バルブを形成する際に直管部分と他の部位とを接続することによって、バルブを容易に製造することができるという効果がある。

請求項３の発明によれば、コアを直管部分の軸方向において複数の分割コアに分割することによって、各分割コアに巻回する誘導コイルの巻径を小さくすることができるので、コア全体でコア内部に均一な磁界を発生させることができる。従ってコアのエネルギーロスを低減させることができるので、ランプの発光効率を向上させることができるという効果がある。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載の無電極放電ランプを用いているので、ランプの発光効率を向上させた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）
第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。本発明に係る無電極放電ランプＡは、蛍光灯または紫外線殺菌用として用いられるのであるが、以下の実施形態では蛍光灯として用いられる場合について説明する。尚、図３〜図６において誘導コイル３及び点灯回路４は省略してある。

この無電極放電ランプＡは、図１に示すように透光性材料（例えばガラスなど）により閉ループ形状に形成され内部に放電ガス（例えばアルゴンガス）が封入されたバルブ２と、磁性体からなりバルブ２が貫通した状態でバルブ２に取着されるフェライトコア１（以下コア１という）と、コア１に巻回される誘導コイル３とを備えている。ここに無電極放電ランプＡと、誘導コイル３に高周波電流を印加してバルブ２の内部に高周波電磁界を発生させる点灯回路４（高周波電源）とで照明器具Ｂを構成している。

バルブ２は、円管であって略コ字状に形成された一対の主発光部２ｂ（他の部位）（バルブ径３８ｍｍ）と、主発光部２ｂよりも径が大きい一対の直管部２ａ（バルブ径４５ｍｍ）とを有しており、両直管部２ａ，２ａを間にして両側から各主発光部２ｂが接続され、長さが約６００ｍｍの矩形状の閉ループ形状に形成されている。またバルブ２の内部にはアルゴンガス及び水銀蒸気が封入されており、バルブ２の内壁には蛍光体６が塗布されている。尚、アルゴンガスのガス圧は主発光部２ｂにおいて最適値となるように設定されている。

次にコア１は、外径が８０ｍｍ、内径が５０ｍｍ、長さが４０ｍｍのリング状に形成されており、図１に示すように各直管部２ａにそれぞれ取着されている。このコア１の少なくとも一部には、誘導コイル３がそれぞれ巻回されており、各誘導コイル３はそれぞれ点灯回路４に接続されている。

ここで、照明器具Ｂの動作について説明する。点灯回路４をオンにすると、両誘導コイル３，３に高周波電流が印加され、電磁誘導によりバルブ２の内部に高周波電磁界が発生する。さらに高周波電磁界によりアルゴンガスの放電が起こり、この放電中に水銀蒸気が励起され紫外線が発生する。そして紫外線はバルブ２の内壁に塗布された蛍光体６によって可視光に変換され、バルブ２を透過して可視光が外部に放出される。

図２（ａ）は入力電力に対するコア１のエネルギーロス（以下コアロスという）を、図２（ｂ）は無電極放電ランプＡの発光効率のデータを示している。尚、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、データａはバルブ径が３８ｍｍの従来の無電極放電ランプ（以下無電極放電ランプＡ’という）を示しており、データｂは本発明に係る無電極放電ランプＡを示している。図２（ａ）より、例えば入力電力が１００Ｗの場合には、従来の無電極放電ランプＡ’はコアロスが約１３Ｗであるのに対して、本実施形態の無電極放電ランプＡはコアロスが約８Ｗに減少している。また図２（ｂ）より、従来の無電極放電ランプＡ’は入力電力が約１３０Ｗで発光効率が最高値となっているのに対して、本実施形態の無電極放電ランプＡはコアロスが減少した効果によって発光効率が最高値となる入力電力が約１１０Ｗに減少している。さらに入力電力が１２０Ｗ以下では従来の無電極放電ランプＡ’に比べて発光効率が向上している。

この無電極放電ランプＡでは、バルブ２の直管部２ａの最小幅を主発光部２ｂの最大幅よりも大きく、すなわち断面積を大きくすることによって、主発光部２ｂの外径を変えることなくバルブ２とコア１とのエネルギー結合度を大きくすることができるので、コアロスを低下させることができる。従ってランプの発光効率を向上させることができ、且つランプを安定点灯させることができる。またバルブ２の内部に封入されるアルゴンガス圧は主発光部２ｂに合わせて設定されるので、直管部２ａでは圧力が最適値よりも高めになるが、アルゴンガスの圧力が高くなるとコアロスは小さくなる。一方、アルゴンガス圧が最適値よりも高めになるので発光効率は減少するが、直管部２ａからの発光は元々コア１によってけられるので発光効率には寄与していない。従って全体としてコアロスの減少分だけランプの発光効率をさらに向上させることができる。

さらに直管部２ａにコア１を配置することによってコア１に複雑な加工を施すことなく、一般に使用される低コストのリング状のコア１を用いることができ、且つランプの発光効率を向上させることができる。またコア１の体積を小さくするとコアロスは大きくなるが、直管部２ａを大きく形成することによってコアロスを小さくすることができる。従って直管部２ａを大きく形成することによってコア１の体積を小さくすることができ、且つコアロスを小さく抑えることができる。また無電極放電ランプＡを用いることによって、ランプの発光効率を向上させた照明器具Ｂを提供することができる。

ところで上述の無電極放電ランプＡでは、コ字状の主発光管２ｂ，２ｂを用いているが、図３に示すように直管バルブを曲げ加工することによってＵ字状に形成された主発光部２ｂを用いてもよい。また図４に示すように図１に示す無電極放電ランプＡにおいて、バルブ２の長手方向両端側にバルブ２を保持するための保持具５を取付けてもよい。

さらに図５に示すように、一方の主発光部２ｂをＩ字状に形成してもよい。この無電極放電ランプＡは、両直管部２ａ，２ａが一方側で略コ字状の主発光部２ｂと一体に接続されるとともに、他方側で略Ｉ字状の主発光部２ｂの両端側と一体に接続され、内部に１つの連続した放電空間を形成している。バルブ２以外の構成は図１に示す無電極放電ランプＡと同様である。また図６に示すように主発光部２ｂ，２ｂを直管状に形成してもよい。この無電極放電ランプＡは、直管状の主発光部２ｂを２本上下に並べて、その両端部にそれぞれ直管部２ａを接続して内部に１つの連続した放電空間を形成している。バルブ２以外の構成は図１に示す無電極放電ランプＡと同様である。

図３〜図６に示す無電極放電ランプＡは、図１に示す無電極放電ランプＡと同様にコア１を取着する直管部２ａの径を主発光部２ｂよりも大きく形成しているので、図１に示す無電極放電ランプＡと同様の効果が得られる。

尚、本実施形態では、リング状のコア１を用いて説明したが、コア１の形状は本実施形態に限定されるものではなく、角形状のコア１であってもよい。また本実施形態では、主発光部２ｂの径を３８ｍｍ、直管部２ａの径を４５ｍｍとしたバルブ２を用いて説明したが、主発光部２ｂの径を２５ｍｍ、直管部２ａの径を３８ｍｍとしたバルブ２を形成してもよい。主発光部２ｂの径が２５ｍｍの場合、通常は発光効率が低く期待できないが、コア１を取着する直管部２ａの径を３８ｍｍにすることで、無電極放電ランプＡの発光効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態を図７及び図８に基づいて説明する。図７及び図８に示す無電極放電ランプＡは、製造性を考慮したバルブ２を用いており、図７（ｂ）〜図７（ｄ）、図８（ｂ）〜図８（ｄ）にバルブ２の製造手順を示している。尚、図７及び図８において誘導コイル３及び点灯回路４は省略してある。

図７に示す無電極放電ランプＡは、直管バルブを曲げ加工することによってＵ字状に形成された主発光部２ｂと、金型を用いて形成された直管部２ａとを有している（図７（ａ）参照）。直管部２ａの主発光部２ｂ側の両端寄りには、主発光部２ｂと径を同じくする２つの突管２ｃがそれぞれ接続されている。以下製造手順について説明する。まず直管部２ａ及び主発光部２ｂの内壁にそれぞれ蛍光体６を塗布する（図７（ｂ）参照）。尚、図７（ｂ）〜図７（ｄ）において、斜線部分が蛍光体６を塗布した部位であり、主発光部２ｂの両端部と突管２ｃ，２ｃとの接合部分周辺（斜線のない部分）は蛍光体６を剥離している。続いて主発光部２ｂの両端部と直管部２ａの両突管２ｃ，２ｃをそれぞれ接続して内部に１つの連続した放電空間を形成する（図７（ｃ）参照）。そして直管部２ａに誘導コイル３を巻回したコア１を取付けると（図７（ｄ）参照）、無電極放電ランプＡが完成する。尚、アルゴンガス及び水銀蒸気は図７（ｃ）の接続時において、直管部２ａ及び主発光部２ｂ内の空気を抜きながら充填される。

次に図８に示す無電極放電ランプＡは、直管バルブを曲げ加工することによってＵ字状に形成された主発光部２ｂと、金型を用いて形成された一対の直管部２ａを有している（図８（ａ）参照）。各直管部２ａの主発光部２ｂ側には、主発光部２ｂと径を同じくする突管２ｃがそれぞれ接続されており、両直管部２ａ，２ａが反対側で一体に接続されている。以下製造手順について説明する。まず直管部２ａ及び主発光部２ｂの内壁にそれぞれ蛍光体６を塗布する（図８（ｂ）参照）。尚、図８（ｂ）〜図８（ｄ）において、斜線部分が蛍光体６を塗布した部位であり、主発光部２ｂの両端部と突管２ｃ，２ｃとの接合部分周辺（斜線のない部分）は蛍光体６を剥離している。続いて主発光部２ｂの両端部と直管部２ａの両突管２ｃ，２ｃをそれぞれ接続して内部に１つの連続した放電空間を形成する（図８（ｃ）参照）。そして直管部２ａに誘導コイル３を巻回したコア１を取付けると（図８（ｄ）参照）、無電極放電ランプＡが完成する。

図７及び図８に示す無電極放電ランプＡでは、直管部２ａの径と主発光部２ｂの径とは異なっているので、直管部２ａと主発光部２ｂとを別々に形成するとともに、バルブ２を形成する際に直管部２ａと主発光部２ｂとを接続することによって、バルブ２を容易に製造することができる。また、第１の実施形態と同様の効果も得られる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態を図９に基づいて説明する。尚、図９において誘導コイル３及び点灯回路４は省略してある。

図９（ａ）は、コア１が軸方向において分割された２つの分割コア１ａ，１ａからなり、これら分割コア１ａ，１ａを直管部２ａに並べて配置した無電極放電ランプＡを示しており、コア１を２つに分割した以外の構成は図６に示す無電極放電ランプＡと同様である。また図９（ｂ）も、コア１が軸方向において分割された２つの分割コア１ａ，１ａからなり、これら分割コア１ａ，１ａを直管部２ａに並べて配置した無電極放電ランプＡを示しており、コア１を２つに分割した以外の構成は図８に示す無電極放電ランプＡと同様である。尚、２つの分割コア１ａ，１ａにそれぞれ巻かれた誘導コイル３，３は、互いに直列に接続されている。

ここにコア１に誘導コイル３を巻回した場合、誘導コイル３の中心部で磁界が最大となり、中心から離れるにつれて磁界が弱くなる。従ってコア１の全長が長くなると均一な磁界が発生しにくくなる。それに対して本実施形態では、コア１を軸方向において複数に分割して各分割コア１ａに誘導コイル３を巻回しているので、誘導コイル３の巻径を小さくすることができ、コア全体として磁界を均一にしている。

図９に示す無電極放電ランプＡでは、コア１を２つのコア１ａ，１ａに分割することによって、誘導コイル３を巻いた際に、誘導コイル３の巻径を小さくすることができ、コア１全体でコア内部に均一な磁界を発生させることができる。従って、コアロスを低減させることができるので、無電極放電ランプＡの発光効率を向上させることができる。

尚、本実施形態では、２つに分割した分割コア１ａ，１ａに巻く誘導コイル３，３は直列に接続しているが、並列に接続してもよい。

またバルブ２の形状及び寸法並びにコア１の寸法については、上記の各実施形態に限定されるものではない。

第１の実施形態の照明器具の概略図である。 （ａ）は同上の入力電力とコアロスとの関係を示すグラフである。（ｂ）は同上の入力電力とランプの発光効率との関係を示すグラフである。 同上の他の無電極放電ランプを用いた例を示す概略図である。 同上の他の無電極放電ランプを用いた別の例を示す概略図である。 同上の他の無電極放電ランプを用いたさらに別の例を示す概略図である。 同上のさらに他の無電極放電ランプを用いた別の例を示す概略図である。 第２の実施形態の照明器具の無電極放電ランプの製造手順を示す説明図である。 同上の他の無電極放電ランプの製造手順を示す説明図である。 （ａ）は第３の実施形態の照明器具の無電極放電ランプの概略図である。（ｂ）は同上の他の無電極放電ランプの概略図である。

符号の説明

１ フェライトコア
１ａ 分割コア
２ バルブ
２ａ 直管部
２ｂ 主発光部（他の部位）
３ 誘導コイル
４ 点灯回路（高周波電源）
Ａ 無電極放電ランプ
Ｂ 照明器具

Claims (4)

1. 透光性材料により閉ループ形状に形成された管体であって内部に放電ガスが封入されたバルブと、磁性体からなり前記バルブが貫通した状態で前記バルブに取着されるコアと、前記コアの少なくとも一部に巻回される誘導コイルとを備え、
   前記バルブは、前記コアの取着される部位が直管状に形成されるとともに、前記直管部分の最小幅寸法を前記バルブの他の部位の最大幅寸法よりも大きく形成したことを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 前記直管部分と前記他の部位とは別体に形成されており、前記直管部分と前記他の部位とを接続することにより前記バルブを形成したことを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
3. 前記コアは、前記直管部分の軸方向において複数に分割された分割コアからなり、前記各分割コアをそれぞれ前記直管部分に並べて取着したことを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の無電極放電ランプ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の無電極放電ランプと、前記誘導コイルに高周波電流を印加して電磁誘導により前記放電ガスを励起発光させるための高周波電源とを備えてなることを特徴とする照明器具。

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