JP2009129838A - 無電極放電ランプ及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲温度が低いときでも水銀アマルガム温度を十分に高くすることができる無電極放電ランプ及び照明器具を提供する。
【解決手段】水銀アマルガム４を収容した排気管３を、バルブ２に対して隣接配置させた２つのフェライトコア５ａ、５ｂ間に配置する。これにより、フェライトコア５ａ、５ｂのエネルギー損失により発生する熱が効率良く水銀アマルガム４に伝わり、水銀アマルガム４の温度を十分に高くすることができる。これにより、周囲温度が低いときでも光束を維持しやすく安定した光出力を得ることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線発光のための水銀アマルガムなどの紫外線発光材料が封入された無電極放電ランプ及び該無電極放電ランプを用いた照明器具に関する。

従来、バルブに封入したアルゴンなどの希ガスを励起発光させる無電極放電ランプが知られている。無電極放電ランプには、管体であるバルブの形状をループ状にしたものがある（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。この無電極放電ランプは、管体がループ形状に形成されてその内部に水銀蒸気及びアルゴンなどの希ガスが封入されたバルブと、このバルブを囲む２つのリング状のフェライトコアと、これらのフェライトコアのそれぞれに巻装された誘導コイルと、これらの誘導コイルのそれぞれに高周波電力を印加する点灯回路とを備えている。

上記各誘導コイルに数百ｋＨｚ程度の高周波電力が印加されると、電磁誘導によって電界が発生してバルブ内のガスに作用して放電が発生する。そして、発生した放電によってバルブ内に存在する水銀が励起されて紫外線が発生する。この場合、バルブ内面に蛍光物質が塗布されていれば、発生した紫外線を当該蛍光物質が可視光に変換する無電極蛍光ランプとなり、バルブ材であるガラスの紫外線透過性が良好でバルブ内面に蛍光物質が塗布されていなければ無電極紫外線ランプとなる。無電極放電ランプは、短寿命の要因である電極が存在しないので、長寿命であることが特徴として挙げられる。

無電極放電ランプでは、紫外線の発生に水銀アマルガムを用いたものが多い。その理由は、水銀アマルガムの蒸気圧温度が比較的広範囲の温度域で安定しており、光特性において温度特性が小さいからである。通常、水銀アマルガムを用いる場合、水銀蒸気圧を確保するため、その温度を常に約７０℃以上に保持する必要がある。なお、特に周囲温度が低い場合などで約７０℃以下になると、水銀蒸気圧が極端に低下する場合があり、そのような場合になると、発光効率が大幅に低下したり、水銀が蒸発せずアルゴンなどの希ガスのみの放電になったりする。

このようなことから水銀アマルガムを温度の高い箇所に固定する必要がある。上述した特許文献２は、フェライトコアの付近で排気管内部に固定する構造を採って、水銀アマルガム温度が高くなるようにしている。すなわち、鉄心リテーナと排気管との間に熱伝導性金属又は熱伝導性セメント等の熱伝導性材料で製造されたタブ（熱ブリッジ）を介在させて、変圧器鉄心と水銀アマルガムとの間の熱結合を行い、変圧器鉄心のエネルギー損失により発生する熱を水銀アマルガムに送るようにしている。

特表平１０−５１１８０６号公報 特開平１１−１９１３９８号公報

しかしながら、特許文献２に示されるように、水銀アマルガムを変圧器鉄心の付近で排気管内部に固定する構造を採る場合、変圧器鉄心で発生する熱を水銀アマルガムに熱輸送するタブが周囲温度の影響を受けることから、周囲温度が低いときに水銀アマルガム温度を十分に確保することができ難くなり、光束を維持し難くなって安定した光出力を得ることが困難になるという問題がある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、周囲温度が低いときでも水銀アマルガム温度を十分に高くすることができる無電極放電ランプ及び照明器具を提供することを目的とする。

本発明の無電極放電ランプは、透光性材料により形成された気密容器内に放電ガス及び位置固定された紫外線発光材料を封入して成るバルブを備え、誘導コイルを巻回した変成器コアにより形成される電磁界の作用により前記放電ガスを励起発光させる無電極放電ランプにおいて、前記紫外線発光材料を前記変成器コアに囲まれた位置に配置した。

上記構成によれば、この無電極放電ランプを動作させている間は常に変成器コアで発生する熱を水銀アマルガム等の紫外線発光材料に与えることができるので、紫外線発光材料の温度を十分に高くすることができ、周囲温度が低いときでも光束を維持しやすく安定した光出力を得ることが可能となる。しかも、特許文献２のタブ（熱ブリッジ）を用いて変圧器鉄心と水銀アマルガム間を熱結合するものではないので、周囲温度の影響を受け難くできる。

また、上記構成において、前記紫外線発光材料が前記気密容器に連通する排気管に収容されており、前記排気管は、隣接配置された２つの前記変成器コア間に配置されている。

上記構成によれば、水銀アマルガム等の紫外線発光材料を収容した排気管を隣接配置させた２つの変成器コア間に配置したので、２つの変成器コアで発生した熱を効率良く紫外線発光材料に与えることができる。

また、上記構成において、前記紫外線発光材料が前記気密容器に連通する排気管に収容されており、前記排気管は、前記変成器コアに覆われている。

上記構成によれば、水銀アマルガム等の紫外線発光材料を収容した排気管を変成器コアで覆うようにしたので、変成器コアで発生した熱を効率良く紫外線発光材料に与えることができる。

また、上記構成において、前記紫外線発光材料は、水銀アマルガムである。

上記構成によれば、この無電極放電ランプを動作させている間は常に変成器コアで発生する熱を水銀アマルガムに与えることができるので、水銀アマルガムの温度を十分に高くすることができ、周囲温度が低いときでも光束を維持しやすく安定した光出力を得ることが可能となる。

本発明の照明器具は、上記発明の無電極放電ランプを備えている。

上記構成によれば、安定した光出力が得られる。

本発明は、水銀アマルガム等の紫外線発光材料の温度を十分に高くすることができ、周囲温度が低いときでも光束を維持しやすく安定した光出力を得ることが可能となる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無電極放電ランプの概略構成を示す図である。図１において、本実施の形態の無電極放電ランプ１は、ガラス管を長方形のループ状に形成したバルブ２と、バルブ２に連通し紫外線発光材料としての水銀アマルガム４を収容した排気管３と、それぞれに誘導コイルを巻回した３つのフェライトコア（変成器コア）５ａ〜５ｃとを備えて構成される。バルブ２は、パイレックス管を曲げ加工によりＵ字状に形成したものを２つ接続することで形成したものである。バルブ２は、その内面に蛍光物質が塗布されており、またその内部に上述した水銀アマルガム４と共に放電ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスが封入されている。なお、フェライトコア５ａ〜５ｃは、トロイダル形状を有する。

排気管３は、上述したようにバルブ２に連通しその内部に水銀アマルガム４を収容する。排気管３は、バルブ２の短手方向の一方の直線部分２ａに外向きに設けられている。図２は排気管３の拡大図であり、この図に示すように排気管３の内部には水銀アマルガム４が収容されている。また、排気管３はその根元が少し絞られており、水銀アマルガム４がバルブ２内に入り込まないようになっている。

図１に戻り、フェライトコア５ａ、５ｂは、バルブ２の短手方向の一方の直線部２ａに排気管３を囲む（挟む）ようにして配置されている。フェライトコア５ｃは、バルブ２の短手方向の他方の直線部２ｂに配置されている。フェライトコア５ａ、５ｂは、平面視したときの面積がフェライトコア５ｃの約１／２になっている。すなわち、２個のフェライトコア５ａ、５ｂの大きさが１個のフェライトコア５ｃに相当する大きさになっている。

本来であれば、フェライトコア５ｃと同等のものを２個用意して、一方をバルブ２の短手方向の一方の直線部２ａに、他方をバルブ２の短手方向の他方の直線部２ｂにそれぞれ配置するが、本発明では、フェライトコアのエネルギー損失により発生する熱を効果的に水銀アマルガム４に与えることができるように、フェライトコアを２分割して水銀アマルガム４を囲むように配置するようにしている。本実施の形態では、排気管３をバルブ２の短手方向の一方の直線部２ａ側に設けたので、直線部２ａ側のフェライトコアを２分割してフェライトコア５ａ、５ｂとしている。

このように、フェライトコアのエネルギー損失により発生する熱を水銀アマルガム４に効率よく行き渡るように、フェライトコア５ａ、５ｂ間に水銀アマルガム４を配置するようにした。なお、フェライトコア５ａ、５ｂで発生する熱を直接水銀アマルガム４に与えるので、タブ（熱ブリッジ）を用いて変圧器鉄心と水銀アマルガム間を熱結合する従来方法よりも周囲温度の影響を受け難くできる。また、フェライトコア５ａ、５ｂは、コア自身のエネルギー損失による発熱の他にランプからの輻射熱によって温度が高くなる。

因みに、実施例として、外径３８ｍｍ、長さ５００ｍｍのループ形状のバルブを用い、紫外線発光材料としてＢｉ-Ｉｎ-Ｈｇ粒（含有水銀量は約１０ｍｇ）、放電ガスとしてアルゴンガス（約１．０ｔｏｒｒ）を封入し、水銀の紫外線発光が最大になるようにした。フェライトコア５ａ、５ｂのそれぞれを内径４２ｍｍ、外径７２ｍｍ、幅１６ｍｍとし、フェライトコア５ｃを内径４２ｍｍ、外径７２ｍｍ、幅３２ｍｍとした。そして、フェライトコア５ａ〜５ｃのそれぞれに誘導コイルを巻回して、フェライトコア５ａ、５ｂ間で直列接続し、さらにフェライトコア５ｃと並列接続した。

各フェライトコア５ａ〜５ｃの誘導コイルに、点灯回路（図示略）から周波数が約１５０ｋＨｚの高周波電力を印加することで、無電極点灯が行われる。この際、各フェライトコア５ａ〜５ｃの誘導コイルに約１５０ｋＨｚの高周波電力を印加することで、電磁誘導による電界が発生してバルブ２内のアルゴンガスに作用して放電が発生し、発生した放電によってバルブ２内に存在する水銀が励起されて紫外線が発生する。そして、発生した紫外線を蛍光物質が可視光に変換する。バルブ２の内部に発生するプラズマがバルブ２の内部全域に発生して、バルブ２の形状と同様のループ形状になる。

このように、本実施の形態の無電極放電ランプ１によれば、水銀アマルガム４を収容した排気管３を、バルブ２に対して隣接配置させた２つのフェライトコア５ａ、５ｂ間に配置したので、２つのフェライトコア５ａ、５ｂのエネルギー損失により発生する熱を効率良く水銀アマルガム４に与えることができる。これにより、水銀アマルガム４の温度を十分に高くすることができ、しかも従来のようなタブ（熱ブリッジ）を用いてフェライトコアと水銀アマルガム間を熱結合するものではないので、周囲温度の影響を受け難くできるので、周囲温度が低いときでも光束を維持しやすく安定した光出力を得ることが可能となる。因みに、上述した実施例では、周囲温度が０℃においても光束は２５℃の場合の７０％程度であった。

なお、図３に示すように、排気管３をアルミナ繊維などの断熱材６で覆うことにより、水銀アマルガム４の保温と同時にそのクッション効果によりフェライトコア５ａ、５ｂと排気管６との衝突による排気管６の破壊を防ぐことが可能となる。

また、図４に示すように、フェライトコア５ａ、５ｂと排気管３の全体を覆ってそれらを保持するコア保持治具７を設けることで、良好な保温性が得られる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る無電極放電ランプの概略構成を示す図である。なお、この図において上述した図１と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。本実施の形態の無電極放電ランプ１０は、排気管３を内部に収容する円形の孔１１が形成されたフェライトコア５ｄを有する。図６は図５を矢印Ａ方向から見た図であり、フェライトコア５ｄは２つの部分から構成されており、それぞれの一方の端（図面では上側の下端及び下側の上端）の中央部分に、円形の孔１１を実現するための断面半円状の溝１１ａが形成されている。この２つの部分を連結させて一体化することで、内部に排気管３を収容できるフェライトコア５ｄが得られる。なお、フェライトコア５ｄは、トロイダル形状を有する。

フェライトコア５ｄの内部に排気管３を収容することで、フェライトコア５ｄで発生した熱がそのまま排気管３に伝わるため高い保温性が得られる。したがって、上述した実施の形態１の無電極放電ランプ１と略同様の効果が得られる。また、この場合も実施の形態１の無電極放電ランプ１と同様に排気管３をアルミナ繊維などの断熱材６で覆うことにより、排気管３の破壊を防ぐことができると共に一層の保温性が得られ、水銀アマルガム４を高温に保つことが可能となる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る無電極放電ランプの概略構成を示す図である。なお、この図において上述した図１と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。本実施の形態の無電極放電ランプ２０は、排気管３を収容する断面Ｕ字状の溝２１が形成されたフェライトコア５ｅを有する。図８は図７を矢印Ａ方向から見た図であり、フェライトコア５ｅは２つの部分からできており、それぞれの一方の端（図面では上側の下端及び下側の上端）の一方の端の部分に、断面Ｕ字状の溝２１を実現するための断面Ｊ字状の溝２１ａが形成されている。この２つの部分を連結させて一体化することで排気管３を収容できるフェライトコア５ｅが得られる。なお、フェライトコア５ｅは、トロイダル形状を有する。

フェライトコア５ｅに排気管３を収容することで、フェライトコア５ｅで発生した熱がそのまま排気管３に伝わるため、高い保温性が得られる。この場合、排気管３は、フェライトコア５ｅの内部であっても端の部分に配置されることから、排気管３の周囲全てが覆われるのではないので、フェライトコア５ｅに覆われていない面に対しては、上述したアルミナ繊維などの断熱材６やコア保持治具７などで覆うことにより排気管３の保温性を保つことができる。

したがって、本実施の形態の無電極放電ランプ２０においても上述した実施の形態１の無電極放電ランプ１と略同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態１、２では、短手方向に直線部分を有するループ形状のバルブ２を有したが、図９に示すように、短手方向に直線部分を有しないループ形状のバルブ３１の場合は、短手部分（曲線部分）に２つのフェライトコア５ａ、５ｂを配置することは困難であるので、長手部分の短手部分側に配置すれば良い。この場合、排気管３は内向きに設ける。このようにしても実施の形態１、２と略同様の効果が得られる。なお、この例でも排気管３をアルミナ繊維などの断熱材６やコア保持治具７などで覆うことで、保温性の向上が図れる。

また、図９に示す無電極放電ランプ３０も含めて実施の形態１、２の無電極放電ランプ１、１０、２０と、これらに高周波電力を印加する点灯回路と組み合わせることで、照明器具を実現できる。

本発明は、周囲温度が低いときでも水銀アマルガム温度を十分に高くすることができるといった効果を有し、無電極放電ランプへの適用が可能である。

本発明の実施の形態１に係る無電極放電ランプの概略構成を示す図 図１の無電極放電ランプの排気管の拡大図 図１の無電極放電ランプの応用例の概略構成を示す図 図１の無電極放電ランプの応用例の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２に係る無電極放電ランプの概略構成を示す図 図５の無電極放電ランプのフェライトコアを矢印Ａ方向から見た図 本発明の実施の形態３に係る無電極放電ランプの概略構成を示す図 図７の無電極放電ランプのフェライトコアを矢印Ａ方向から見た図 図１の無電極放電ランプの応用例の概略構成を示す図

符号の説明

１、１０、２０、３０ 無電極放電ランプ
２、３１ バルブ
３ 排気管
４ 水銀アマルガム
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ フェライトコア
６ 断熱材
７ コア保持治具

Claims (5)

1. 透光性材料により形成された気密容器内に放電ガス及び位置固定された紫外線発光材料を封入して成るバルブを備え、誘導コイルを巻回した変成器コアにより形成される電磁界の作用により前記放電ガスを励起発光させる無電極放電ランプにおいて、
   前記紫外線発光材料を前記変成器コアに囲まれた位置に配置した無電極放電ランプ。
2. 前記紫外線発光材料が前記気密容器に連通する排気管に収容されており、
   前記排気管は、隣接配置された２つの前記変成器コア間に配置されている請求項１に記載の無電極放電ランプ。
3. 前記紫外線発光材料が前記気密容器に連通する排気管に収容されており、
   前記排気管は、前記変成器コアに覆われている請求項１に記載の無電極放電ランプ。
4. 前記紫外線発光材料は、水銀アマルガムである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無電極放電ランプ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無電極放電ランプを備えた照明器具。

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