JP2009129776A

JP2009129776A - 無電極放電灯及び無電極放電灯の製造方法

Info

Publication number: JP2009129776A
Application number: JP2007304720A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Matsuo; 茂樹松尾
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】安定した始動及び点灯を行うことのできる無電極放電灯を提供すること。
【解決手段】無電極放電灯は、透光性材料によって形成された気密容器内に放電ガスが封入された放電管と、放電管の一部を囲む複数の誘導コイルと、を備え、誘導コイルにより形成された電磁界によって放電管内の放電ガスが励起し発光する。複数の誘導コイルは、当該無電極放電灯を製造するために用いられる誘導コイルのインダクタンスの製造ばらつきを示す分布上で、インダクタンスの大きさに応じて分けられた複数の領域からそれぞれ選択された誘導コイルである。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電ガスを封入した放電管内に電極を持たない無電極放電灯及び無電極放電灯の製造方法に関する。

無電極放電灯は、放電ガスを封入した放電管内に電極を持たず、誘導コイルに高周波電流を流すことによって発生した高周波電磁界を放電ガスに作用させることで放電ガスを励起させて発光する照明器具である。無電極放電灯は放電管内に電極を持たないため、電極の劣化による不点灯が発生せず、一般の蛍光灯に比べて寿命が長い。

特許文献１に開示された無電極蛍光ランプは、チューブ状の閉ループ構造を有し、水銀蒸気を含む放電ガスが封入された無電極のランプ容器と、ランプ容器を囲む２つのリング状の変成器コアと、各コアに巻装された巻線と、無線周波エネルギー（ＲＦ）を各コイルに供給するＲＦソースとを備える。

無電極放電灯を点灯するためには、コイルに電流を供給するための点灯回路が必要である。図４は、無電極放電灯のため用いられる点灯回路を示す回路図である。図４に示す点灯回路は、商用の交流電源ＡＣから直流出力を生成する直流電源５と、直流電源５からの直流出力を高周波出力に変換して、無電極放電灯６の近傍に配置された誘導コイル７に供給する電力変換回路８とを備える。

電力変換回路８は、直流電源５の出力端間に直列接続された一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有し、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２にインダクタＬｓ及びコンデンサＣｐ，Ｃｓから構成される共振回路が接続されたハーフブリッジ型のインバータ回路で構成されている。一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を、駆動回路９から出力される矩形波パルスの駆動信号Ｖ_ＤＨ，Ｖ_ＤＬにより交互にスイッチングすることで、共振回路を介して誘導コイル７に高周波出力を供給する。なお、スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動信号Ｖ_ＤＨとスイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動信号Ｖ_ＤＬは、略１８０度の位相差を有する。

特開平１０−１１６５９１号公報

上記説明した無電極放電灯は、放電灯内に電極を有する蛍光灯等の放電灯に比べて、始動時に大電力を必要とする。このため、安定した始動及び点灯を行うためには、点灯回路のインバータ回路が有する共振回路のＱ値を高く設定する必要がある。しかし、インバータ回路の負荷である誘導コイルのインダクタンスが無電極放電灯毎にばらつくと、点灯回路の出力電圧にもばらつきが生じるため、全ての無電極放電灯での安定した始動及び点灯が困難となる。

本発明の目的は、安定した始動及び点灯を行うことのできる無電極放電灯及び無電極放電灯の製造方法を提供することである。

本発明は、透光性材料によって形成された気密容器内に放電ガスが封入された放電管と、前記放電管の一部を囲む複数の誘導コイルと、を備え、前記誘導コイルにより形成された電磁界によって前記放電管内の前記放電ガスが励起し発光する無電極放電灯であって、前記複数の誘導コイルは、当該無電極放電灯を製造するために用いられる誘導コイルのインダクタンスの製造ばらつきを示す分布上で、インダクタンスの大きさに応じて分けられた複数の領域からそれぞれ選択された誘導コイルである無電極放電灯を提供する。

本発明は、透光性材料によって形成された気密容器内に放電ガスが封入された放電管と、前記放電管の一部を囲む複数の誘導コイルと、を備え、前記誘導コイルにより形成された電磁界によって前記放電管内の前記放電ガスが励起し発光する無電極放電灯の製造方法であって、当該無電極放電灯を製造するために用いられる誘導コイルのインダクタンスの製造ばらつきを示す分布上で、インダクタンスの大きさに応じて分けられた複数の領域からそれぞれ選択された誘導コイルを、前記複数の誘導コイルとして前記放電管に取り付ける無電極放電灯の製造方法を提供する。

本発明に係る無電極放電灯及び無電極放電灯の製造方法によれば、複数の誘導コイルの合成インダクタンスのばらつきを小さくできるため、無電極放電灯の始動及び点灯の安定性が向上する。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、一実施形態の無電極放電灯を示す概略上面図である。図２は、図１に示した無電極放電灯のＡ−Ａ線断面図である。図１及び図２に示す無電極放電灯は、ループ状の放電管１０１と、誘導コイル１０２，１０３と、高周波電源１０４とを備える。なお、高周波電源１０４は、放電管１０１及び誘導コイル１０２，１０３とは別体として設けられている。

放電管１０１は、ガラス等の透光性材料によって形成された管状の気密容器であって、不活性ガス（ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等）や水銀蒸気等の放電ガスが封入されている。誘導コイル１０２，１０３は、放電管１０１の一部を囲む磁性体（亜鉛、マンガン、ニッケル、鉄等の金属化合物であるフェライト）のコア１２１，１３１と、各コアの少なくとも一部に巻装された巻線１２３，１３３から構成されている。誘導コイルの数は２つに限らず３つ以上でも良い。高周波電源１０４は、誘導コイル１０２，１０３の巻線１２３，１３３に高周波電流を供給する。

コア１２１，１３１は、２つの半円状のコアに分割可能なトロイダルコアである。コア１２１，１３１の内側に放電管１０１が貫装される。本実施形態では高周波電源１０４に対して誘導コイル１０２，１０３は電気的に並列に接続されているが、直列接続でも良い。高周波電源１０４は、インバータ回路によって構成された共振回路を内部に有する。なお、図１に示す放電管１０１は楕円形であるが、円形や球形でも良い。

本実施形態の無電極放電灯の動作について説明する。高周波電源１０４から誘導コイル１０２，１０３に例えば１３５ｋＨｚの高周波電流を流すと、コア１２１，１３１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って放電管１０１内の電子が加速され、加速された電子と不活性ガスが衝突することにより電離が起こり放電する。放電によって水銀原子が励起し、基底状態に戻る際に２５４ｎｍの紫外線を発生する。この紫外線は、放電管１０１の内壁に塗布された蛍光体によって可視光に変換され、可視光は、透光性材料を透過して外部に放出される。

上述したように、無電極放電灯は始動時に大電力を必要とする。このため、無電極放電灯が安定して始動及び点灯するために、高周波電源１０４が有する共振回路のＱ値は高く設定されている。但し、高周波電源１０４の負荷である誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスが無電極放電灯毎にばらつくと、高周波電源１０４の出力電圧もばらつき、無電極放電灯の始動及び点灯の安定性が低下する。このため、誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスは、製造されたどの無電極放電灯でも一定であることが理想である。

しかし、現実には、誘導コイルの製造工程で、コアのサイズや透磁率、巻線にばらつきが生じる。このため、下記式（１）によって示される誘導コイルのインダクタンスＬには、図３に示すような製造ばらつきがある。図３は、誘導コイルのインダクタンスの製造ばらつきを示す図である。図３に示すグラフの横軸は誘導コイルのインダクタンスＬの大きさを示し、縦軸は誘導コイルの製造数Ｍを示す。

（但し、Ｎは巻数、Φは磁束、Ｉは電流、Ｓはコアサイズ、Ｂは磁束密度、μは透磁率、Ｈは磁場の強さを示す。）

図３に示すように、誘導コイルのインダクタンスのばらつきは正規分布で表される。本実施形態では、便宜上、正規分布の中心値以上のインダクタンスを有する誘導コイルを誘導コイルＬ１、中心値未満のインダクタンスを有する誘導コイルを誘導コイルＬ２という。本実施形態の無電極放電灯の製造時、誘導コイル１０２，１０３として誘導コイル群Ｌ１，Ｌ２の中からそれぞれ１つの誘導コイルが選択され、放電管１０１に取り付けられる。

この結果、誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスは、製造された無電極放電灯間でのばらつきが小さくなる。例えば、インダクタンスが１、２、３、４、５、６、７、８（μＨ）の８個の誘導コイルがあり、インダクタンスが１、２、３、４（μＨ）の誘導コイルを誘導コイルＬ１とし、インダクタンスが５、６、７、８（μＨ）の誘導コイルを誘導コイルＬ２とする。誘導コイル１０２，１０３として誘導コイル群Ｌ１，Ｌ２の中から任意に選択すると、直列接続された誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスの最小値は１＋２＝３（μＨ）となり、最大値は７＋８＝１５（μＨ）となる。このときの最小値と最大値の差は１２（μＨ）である。

一方、誘導コイル１０２，１０３として誘導コイル群Ｌ１，Ｌ２の中からそれぞれ１つの誘導コイルを選択すると、直列接続された誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスの最小値は１＋５＝６（μＨ）となり、最大値は４＋８＝１２（μＨ）となる。このときの最小値と最大値の差は６（μＨ）である。このように、誘導コイル１０２，１０３として誘導コイル群Ｌ１，Ｌ２の中からそれぞれ１つの誘導コイルを選択することによって、最小値と最大値の差の値を小さくでき、それに伴い、誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスのばらつきも小さくできる。

上記説明した合成インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２）は直列接続された誘導コイル１０２，１０３の値であるが、並列接続された誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンス（Ｌ１×Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２））に対しても同様の関係が成り立つ。

また、図３に示した例では、誘導コイルのインダクタンスの分布を２つの領域に分けたが、３つ以上の領域に分けても良い。例えば、４つ以上の領域Ｌ１〜Ｌ４に分けた場合、インダクタンスが１、２、３、４、５、６、７、８（μＨ）の８個の誘導コイルの内、インダクタンスが１、２（μＨ）の誘導コイルを誘導コイルＬ１とし、インダクタンスが３、４（μＨ）の誘導コイルを誘導コイルＬ２とし、インダクタンスが５、６（μＨ）の誘導コイルを誘導コイルＬ３とし、インダクタンスが７、８（μＨ）の誘導コイルを誘導コイルＬ４とする。

このとき、誘導コイルＬ１と誘導コイルＬ４又は誘導コイルＬ２と誘導コイルＬ３を組み合わせると、直列接続された誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスの最小値は１＋７＝８（μＨ）又は３＋５＝８（μＨ）となり、最大値は２＋８＝１０（μＨ）又は４＋６＝１０（μＨ）となる。このときの最小値と最大値の差は２（μＨ）であり、２つの領域に分けた場合よりも小さい。これに伴い、誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスのばらつきをさらに小さくできる。このように、誘導コイルのインダクタンスの分布を分ける領域の数を増すことによって、合成インダクタンスのばらつきをより小さくできる。

以上説明したように、本実施形態の無電極放電灯によれば、誘導コイル１０２，１０３として、インダクタンスの小さい誘導コイル群Ｌ１，Ｌ２の中からそれぞれ１つの誘導コイルが選択されているため、誘導コイル群Ｌ１，Ｌ２の中から任意に選択された場合と比較して、誘導コイル１０２，１０３の合成インダクタンスのばらつきを小さくできる。合成インダクタンスのばらつきが小さいと、高周波電源１０４の出力電圧のばらつきも小さくなるため、無電極放電灯の始動及び点灯の安定性が向上する。

本発明に係る無電極放電灯は、安定した始動及び点灯を行うことのできる無電極放電灯等として有用である。

一実施形態の無電極放電灯を示す概略上面図図１に示した無電極放電灯のＡ−Ａ線断面図誘導コイルのインダクタンスの製造ばらつきを示す図無電極放電灯のため用いられる点灯回路を示す回路図

符号の説明

１０１放電管
１０２，１０３誘導コイル
１０４高周波電源
１２１，１３１コア
１２３，１３３巻線

Claims

透光性材料によって形成された気密容器内に放電ガスが封入された放電管と、
前記放電管の一部を囲む複数の誘導コイルと、を備え、
前記誘導コイルにより形成された電磁界によって前記放電管内の前記放電ガスが励起し発光する無電極放電灯であって、
前記複数の誘導コイルは、当該無電極放電灯を製造するために用いられる誘導コイルのインダクタンスの製造ばらつきを示す分布上で、インダクタンスの大きさに応じて分けられた複数の領域からそれぞれ選択された誘導コイルであることを特徴とする無電極放電灯。
透光性材料によって形成された気密容器内に放電ガスが封入された放電管と、
前記放電管の一部を囲む複数の誘導コイルと、を備え、
前記誘導コイルにより形成された電磁界によって前記放電管内の前記放電ガスが励起し発光する無電極放電灯の製造方法であって、
当該無電極放電灯を製造するために用いられる誘導コイルのインダクタンスの製造ばらつきを示す分布上で、インダクタンスの大きさに応じて分けられた複数の領域からそれぞれ選択された誘導コイルを、前記複数の誘導コイルとして前記放電管に取り付けることを特徴とする無電極放電灯の製造方法。