JP2008159436A

JP2008159436A - 無電極放電ランプ及び照明器具

Info

Publication number: JP2008159436A
Application number: JP2006347704A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Sakai; 和彦酒井; Yoshinori Tsuzuki; 佳典都築
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10
Also published as: US20100026200A1; EP2104131A1; KR20090081030A; KR101069467B1; CN101563755A; WO2008078734A1

Abstract

【課題】調光点灯時の再点弧電圧を低下させ、騒音レベルを低下させた無電極放電ランプとその照明器具を提供する。
【解決手段】透光性材料からなり内部に放電ガスおよび水銀が封入されるとともに内部に落ち窪んだ空洞部（キャビティ５）と外部に突出した突起部４を有する電球形状のバルブ１と、前記バルブ１の空洞部５内に収められるカプラ１８とからなり、前記カプラ１８はＰＷＭ制御された高周波電流を通電される誘導コイル１７と、誘導コイル１７の内部に配されるフェライトコアを備え、誘導コイル１７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、放電ガスとしてクリプトンを封入した。
【選択図】図１

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、誘導コイルにより高周波電流を通電することによって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およびこれを用いた照明器具に関するものである。

特開平７−２７２６８８号公報、実開平６−５００６号公報、特開２００１−３２５９２０号公報で開示されているような無電極放電灯は、放電ガスと水銀蒸気を封入したバルブと、誘導コイルからなり、誘導コイルに高周波電流を流すことで発生する高周波電磁界によって水銀蒸気を励起し、水銀蒸気により放射された紫外線が蛍光体による可視光に変換されるようになっている。この無電極放電灯は、内部に電極を持たない構造となっているため、電極の劣化による不点灯がなく、一般の蛍光灯に比べて長寿命である。

このうち、特開平７−２７２６８８号公報、実開平６−５００６号公報で開示されている無電極ランプでは、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ている。このアマルガムは、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という長所がある。

一方、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り、必要な温度に達するまでの時間がかかってしまう。したがって、立ち上がり時間が遅いという短所があり、ビスマス−インジウム−水銀アマルガムを使用する場合、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という結果が得られている。

このような問題に対し、特開２００１−３２５９２０号公報で開示されているランプでは、水銀滴を使用している。この出願の実施形態によれば、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。これは、水銀滴のほうが低い温度でも高い蒸気圧を得ることができ、必要な温度に達するまでの時間が短いからである。ただし、バルブの体積に対して入力電力が大きい高負荷のランプや、周囲温度が高い場合には、バルブの温度が高くなるため、水銀蒸気圧が高くなり過ぎて安定点灯中は光出力が低下してしまう。従って、水銀滴を使用する場合には、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。同公報では、バルブに突起部を設けて、その突起部を最冷点としている。

このように構成されたランプでは、周囲温度が極端に低下した場合にも、バルブ内に確実に水銀を放出することが可能であり、調光、つまりランプへの入力電力が低下した場合にも有効である。このような無電極ランプでは調光方式として、高周波点灯のＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＰＷＭ調光を採用している。
特開平７−２７２６８８号公報実開平６−５００６号公報特開２００１−３２５９２０号公報

しかしながら、このＰＷＭ調光方式では、ＯＦＦ時間が長いほど、再始動のたびに高い電圧が必要となる。これを再点弧電圧と称し、再点弧電圧が高いほど、キャビティ内部に挿入されたフェライトコアが振動し、分割して配置された他のフェライトコアや放熱用のシリンダと接触することにより騒音が発生する。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、調光点灯時の再点弧電圧を低下させ、騒音レベルを低下させた無電極放電ランプとその照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、透光性材料からなり内部に放電ガスおよび水銀が封入されるとともに内部に落ち窪んだ空洞部（キャビティ５）と外部に突出した突起部４を有する電球形状のバルブ１と、前記バルブ１の空洞部５内に収められるカプラ１８とからなり、前記カプラ１８はＰＷＭ制御された高周波電流を通電される誘導コイル１７と、誘導コイル１７の内部に配されるフェライトコアを備え、誘導コイル１７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、放電ガスとしてクリプトンを封入したことを特徴とするものである。

請求項２の発明では、クリプトンおよび他の放電ガスに関して、ガス圧をＰ（Ｐａ）、原子量をＭ、バルブ内径をｒ（ｍｍ）として、｛（Ｐ×Ｍ）の総和｝×ｒ²で算出される値が、６５〜２５０×１０⁶の範囲としたことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の無電極ランプと、電磁界を発生する誘導コイルと、高周波電流を発生する点灯回路とを備えた照明器具である。

請求項１の発明によれば、放電ガスとしてクリプトンを封入することにより、他のランプ特性を損なうことなく、再点弧電圧を低下でき、騒音レベルを低下させることが可能となる。

請求項２の発明によれば、クリプトンおよび他の放電ガスに関して、ガス圧をＰ（Ｐａ）、原子量をＭ、バルブ内径をｒ（ｍｍ）として、｛（Ｐ×Ｍ）の総和｝×ｒ²で算出される値が、６５〜２５０×１０⁶の範囲とすれば、他のランプ特性を損なうことなく、再点弧電圧を低下でき、騒音レベルを低下させることが可能となる。

請求項３の発明によれば、ランプの周囲温度が高くなるような密閉型の照明器具内で用いた場合でも、点灯方向によらず一定の最冷点温度が確保でき、光出力の変化を抑えることが可能となる。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の詳細な構成を示す断面図である。本実施形態の無電極放電ランプは、バルブ１とカプラ１８とで構成される。図１におけるバルブ１とカプラ１８を分離した状態を図２に示す。

バルブ１はガラスのような透光性材料によって電球形状に形成され、バルブ１の底に取り付けられた略円筒形の口金１５を有する。バルブ１の封止部１１には内部に落ち窪んだ円筒形の空洞部（キャビティ）５が溶着され、さらにキャビティ５の底には内部空間がバルブ１内の放電空間と連通した管状部（排気細管）８が溶着されて、放電空間となる気密容器１４を形成している。

気密容器１４の内部には、クリプトン、あるいはアルゴンなどの希ガスが封入されている。バルブ１の頂部には突起部４が設けられ、バルブ１および突起部４の内面には、保護膜２を介して蛍光体膜３が塗布されている。また、キャビティ５の放電空間側である外壁には保護膜６を介して蛍光体膜７が塗布されている。図１、図２では、構造を分かりやすくするために、保護膜２，６と蛍光体膜３，７の一部分のみを極端に厚く描いてあるが、実際の製品では、バルブ１の放電空間側である内壁の全域にわたり保護膜２、蛍光体膜３が薄く形成され、また、キャビティ５の放電空間側である外壁の全域にわたり保護膜６、蛍光体膜７が薄く形成されることは言うまでもない。

排気細管８はバルブ１内を排気するために用いられるものであって、その下端部がバルブ１の底から外部に引き出され、バルブ１内を排気した後、アマルガムを収納した金属容器１３とガラス製のロッド１２を収めた状態で下端部がチップオフ部１０として封止されてバルブ１が密閉される。

排気細管８内には水銀を放出されるための総量が略２０ｍｇ、重量比で５０：５０のＺｎ−Ｈｇ（亜鉛−水銀）化合物が鉄−ニッケル合金製の金属容器１３の中に収められている。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が配置されている。排気細管８の上部及び中間部には内向きに突出するくぼみ部９が形成されており、中間部のくぼみ部９とチップオフ部１０の間にガラスロッド１２を介して金属容器１３が保持されている。

なお、排気細管８の上部のくぼみ部９には、コ字状に形成された支持体の一端部が係止され、排気細管８からバルブ１内に導出されたコ字状支持体の他端部には仕事関数が小さい金属化合物（例えば、水酸化セシウム）を塗布した暗所始動補助フラグ１６が固着されている。暗所始動補助フラグ１６に塗布された金属化合物は無電極蛍光ランプの始動時における電子の数を増やす役割を担っている。

一方、カプラ１８は、下端に外鍔部を有する円筒形の放熱シリンダと、放熱シリンダの上端付近に固定された円筒形のフェライトコア（図２の破線で示す）と、このフェライトコアの外周に巻回されたソレノイド（誘導コイル）１７とを具備する。そして、排気細管８を円筒形のフェライトコアの内側に挿通するようにして放熱シリンダ、フェライトコア並びに誘導コイル１７をキャビティ５内に挿入してカプラ１８がバルブ１に装着されるものである。

図３は、本実施形態のランプを備えた無電極ランプ点灯装置を示す。カプラ１８には高周波電流を通電する点灯回路２１が管灯線２０を介して接続される。１９は放熱フィンである。点灯回路２１からカプラ１８の誘導コイル１７に高周波電流（例えば、周波数が数百ｋＨｚの正弦波電流）を流すことでバルブ１内の放電空間に放電を生じさせて点灯するものである。

次に、この無電極放電ランプの動作を説明する。誘導コイル１７に高周波電流を流すと誘導コイル１７の周囲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１４内の電子が加速され、電子の衝突によりガスが電離し放電が発生する。また、放電中は希ガスが励起され、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およびキャビティ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。

点灯中はプラズマの熱でバルブ１は高温となるが、突起部４を設けることで、口金上方（ＢＵ）点灯の場合には、この突起部４を最冷点にすることで、気密容器１４内の蒸気圧を低下させることができる。

また、気密容器１４の長さ方向の寸法を規定することにより、口金下方（ＢＤ）点灯の場合には、口金１５の直上部が最冷点となり、気密容器１４内の蒸気圧を低下させることができる。

このように構成されたランプに対して、５０％光束となるように調光点灯したときの再点弧電圧および効率について、表１の結果を得た。調光方式としては、点灯回路２１からコイル１７に供給される高周波を断続させることにより、高周波点灯のＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＰＷＭ調光を採用している。点灯回路２１は一定周期で高周波出力をＯＮ−ＯＦＦさせ、一周期に占めるＯＮ期間の割合を増減することにより、ランプの光出力を増減させており、ＯＦＦ期間が長くなると、ランプの再始動時に高い電圧（再点弧電圧）が必要となる。

表１は、アルゴン（Ａｒ）とクリプトン（Ｋｒ）の封入量を変えたときの効率（ｌｍ／Ｗ）と再点弧電圧（Ｖｐｐ）の変化を示している。なお、バルブの内径ｒは、図４の通り、球状部の径（Ｒ＝ｒ／２）としてある。

このように、放電ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）を封入したランプでは表１の通り、ＰＷＭ調光時の再点弧電圧を低下させる効果があることを確認した。

また、放電ガスとして、クリプトンの圧力は４〜４０Ｐａの範囲、混合ガスとしてアルゴンを０〜８０％の範囲で変化させたランプ（Ｒ＝１１０ｍｍ）について確認したところ、図５および図６の結果を得た。

その結果、Σ（Ｐ×Ｍ）×ｒ²で算出される値が６５〜２５０×１０⁶である場合には、効率を大幅に損なうことなく、再点弧電圧を低下させることが可能であることを確認した。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。ここで使用しているランプは先の実施形態と類似形状で、バルブ１の径がＲ＝９５ｍｍ、気密容器１４内に封入されているＺｎ−Ｈｇ量が総量で略１０ｍｇである。

このように構成されたランプを５０％光束となるように調光点灯し、再点弧電圧および効率を測定したところ、図７および図８のように、バルブ内径が異なる場合にも同様の効果が得られることを確認した。

（実施形態３）
図９は、実施形態１，２に記載したランプを備えた照明器具を示す。２０は管灯線、２１は点灯回路、２２は反射板、２３は前面パネル、２４はランプである。

この照明器具は、ランプ２４が配置された空間が反射板２２と前面パネル２３とで密閉されているが、このような密閉型の照明器具に限らず、開放型の照明器具であっても適用可能であり、実施形態１または２のランプを用いれば、再点弧電圧を低下させることが可能であり、ランプ２４からの騒音レベルは低減される。

本発明の実施形態１、２による無電極ランプの詳細な構成を示す断面図である。図１の無電極ランプにおけるバルブとカプラを分離した状態を示す断面図である。本発明の実施形態１、２による無電極ランプ点灯装置の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施形態１、２による無電極ランプのバルブ内径の定義を示す説明図である。本発明の実施形態１における再点弧電圧の測定結果を示す図である。本発明の実施形態１における効率の測定結果を示す図である。本発明の実施形態２における再点弧電圧の測定結果を示す図である。本発明の実施形態２における効率の測定結果を示す図である。本発明の実施形態３による照明器具の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１バルブ
２バルブに塗布した保護膜
３バルブに塗布した蛍光体膜
４突起部
５キャビティ
６キャビティに塗布した保護膜
７キャビティに塗布した蛍光体膜
８排気細管
９排気細管のくぼみ部
１０チップオフ部
１１封止部
１２ガラスロッド
１３金属容器
１４気密容器
１５口金
１６暗所始動補助
１７コイル
１８カプラ
１９放熱フィン
２０管灯線
２１点灯回路
２２反射板
２３前面パネル
２４ランプ
Ｒ気密容器の内径

Claims

透光性材料からなり内部に放電ガスおよび水銀が封入されるとともに内部に落ち窪んだ空洞部と外部に突出した突起部を有する電球形状のバルブと、前記バルブの空洞部内に収められるカプラとからなり、前記カプラはＰＷＭ制御された高周波電流を通電される誘導コイルと、誘導コイルの内部に配されるフェライトコアを備え、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、放電ガスとしてクリプトンを封入したことを特徴とする無電極放電ランプ。
クリプトンおよび他の放電ガスのガス圧をＰ（Ｐａ）、原子量をＭ、バルブ内径をｒ（ｍｍ）として、{（Ｐ×Ｍ）の総和｝×ｒ²で算出される値が、６５〜２５０×１０⁶の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
請求項１または２に記載の無電極放電ランプと、その誘導コイルにＰＷＭ制御された高周波電流を流す点灯回路とを備えたことを特徴とする照明器具。