JP2009158185A - 無電極放電灯装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】暗所においても無電極放電灯を確実に始動させることができ、且つ長寿命化が可能な無電極放電灯装置および照明器具を提供することにある。
【解決手段】無電極放電灯装置１は、無電極放電灯２の気密容器２１の内部に高周波電磁界を発生させる誘導コイル１６とフェライトコア（図示せず）とを備えるカプラ１５と、誘導コイル１６に高周波電流を通電し高周波電磁界を発生させる点灯装置１９と、気密容器２１のバルブ３の周囲に配置され無電極放電灯２の始動を補助する２つの補助光源（電球）１７ａ，１７ｂとを備える。そして、無電極放電灯２の始動時において、まず、補助光源１７ａを点灯させ、補助光源１７ａの寿命終了時には、補助光源１７ｂを点灯させるように切り替える切替部（切替手段）１８が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電ガスを封入した気密容器内部には電極を持たず、誘導コイルに高周波電流を通電することにより発生する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灯装置およびこれを用いた照明器具に関するものである。

従来から、水銀蒸気と希ガス（アルゴン等）が封入されたバルブと、高周波電流を流すことで高周波電磁界を発生させる誘導コイルとを備え、バルブ内に発生した高周波電磁界によりバルブ内に封入された水銀蒸気が励起され、水銀蒸気から発生した紫外線がバルブの内壁に塗布された蛍光体に照射され可視光に変換される無電極放電灯が提案されている（特許文献１〜５参照）。この無電極放電灯は、内部に電極（フィラメント等）を持たない構造となっているため、一般の蛍光灯のように電極に塗布する電子放出物質の消耗により電極が劣化し点灯しなくなることがなく、一般の蛍光灯に比べて長寿命であるという特徴がある。

ここで、上述の特許文献３では、バルブ内への水銀蒸気の供給源として、ビスマス−インジウム−水銀合金を基体金属とするアマルガム（以下、ビスマス−インジウム−水銀アマルガムと称す）を使用した無電極放電灯が提案されている。この無電極放電灯において、高い光出力を得るためには、アマルガムを高い規定温度まで加熱して高い水銀蒸気圧を確保する必要がある。このため、特許文献３に記載の無電極放電灯では、アマルガムを加熱する時間が長くなる分、安定点灯するまでの立ち上がり時間が長くなるという短所があった。実際、ビスマス−インジウム−水銀アマルガムを使用した無電極放電灯では、安定点灯時の光出力に対して６０％の光出力を確保するまでには始動開始から１分程度の時間がかかるという結果が得られている。

これに対して、上述の特許文献４，５に示すように、水銀蒸気の供給源として水銀滴を使用した無電極放電灯が提案されている。この無電極放電灯では、バルブ内の水銀蒸気圧を高く維持するのに必要な水銀滴の規定温度は上述のビスマス−インジウム−水銀アマルガムに比べて低いので、上述のアマルガムを使用した無電極放電灯に比べて低い温度でもバルブ内の水銀蒸気を高く維持することができる。従って、水銀滴を必要な規定温度まで加熱する時間が短くなる分、安定点灯するまでの立ち上がり時間を短くできる。実際、始動した後、２〜３秒以内に光出力が最大光出力の５０％に達したことが報告されている。

また、特許文献４，５に記載された無電極放電灯では、バルブの周囲温度が極端に低下したときや、調光時（即ち、無電極放電灯への入力電力が低下した場合）でもバルブ内に確実に水銀蒸気を放出することが可能であり、光出力を安定させることができる。なお、このような無電極放電灯の調光方式としては、例えば、一定の間隔で点灯・消灯を繰り返すＰＷＭ調光が採用される。

また、上述の水銀滴を使用した無電極放電灯では、バルブ内部の水銀蒸気圧が高くなりすぎると安定点灯中の光出力が低下してしまう。具体的には、無電極放電灯が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である場合やバルブの周囲温度が高い場合は、バルブの温度が高くなり、バルブ内部の水銀蒸気圧が高くなりすぎて光出力が低下することがある。例えば、特許文献４に記載の無電極放電灯では、バルブの最冷部（即ち、バルブ表面中で最も温度が低くなる部分）が約４４℃〜５５℃よりも高くなると光出力が低下するが、バルブに突起部を設けて、その突起部を最冷部とすることによりバルブの最冷部の温度を低く（例えば、３５℃〜４４℃の範囲内）抑えることができる旨が記載されている。

ところで、冷陰極形低圧放電蛍光ランプや無電極放電灯は、熱電極のような初期電子発生源を有していないため、バルブ内に偶然存在する電子によって放電を開始する。従って、明所では、紫外線や可視光がバルブ内の放電ガスに照射されることにより、バルブ内の放電ガスがある程度電離しており、初期電子が比較的多く存在しているため、始動までの時間が比較的短い。一方、暗所ではバルブ内の放電ガスに照射される紫外線や可視光の量が少なく、バルブ内の放電ガスはほとんど電離していないので、初期電子が少なく、始動までの時間が長くなる。

これに対して、従来から、暗所での始動開始から点灯までの時間を短縮するために、暗所で電子を放出することにより上述の初期電子を増やす役割をする暗所始動補助材（暗所始動補助用フラグ）を使用した無電極放電灯が提案されている（特許文献６〜８参照）。ここで、上記特許文献６〜８に記載された無電極放電灯では、暗所始動補助材として例えばセシウムやナトリウムなどのアルカリ土類金属単体或いはその酸化物など、仕事関数の小さい物質が用いられており、バルブ内の適所に配置されている。

ところが、セシウムやナトリウムなどのアルカリ土類金属は吸湿性が強く、例えば、製造時において、これらの物質を長時間空気中に晒した後に暗所始動補助材として無電極放電灯内に入れると、吸収した水分（不純物）が無電極放電灯内に入ることにより、無電極放電灯の寿命が低下することがあった。そのため、これらの物質は、空気に触れないように取り扱う必要があり、取り扱いおよび管理が難しかった。

これに対して、暗所始動補助材を使用する代わりに、図５または図６に示すように、無電極放電灯２’，２”のバルブ３’，３”の近傍に暗所始動補助用の補助光源１７’，１７”を配設した無電極放電灯装置が提案されている（特許文献９，１０参照）。

図５に示す構成の無電極放電灯装置は、バルブ３’に形成されたキャビティ４’内に挿入された誘導コイル１６’と並列に補助光源（キセノンフラッシュランプ）１７’を接続し、無電極放電灯２’の始動時に補助光源１７’を点灯させるものである。

また、図６に示す構成の無電極放電灯装置では、補助光源（白熱電球）１７”と導体２２”とで構成された閉ループがバルブ３”近傍に配置され、始動時に誘導コイル１６”によって前記閉ループに誘起した電力により補助光源１７”を点灯させるものである。

しかして、図５や図６に示す無電極放電灯装置では、始動時に無電極放電灯２’，２”の放電空間に始動に必要な量の初期電子が生成されるので、始動性が向上する。
特開平７−２７２６８８号公報 実開平６−５００６号公報 特開平９−３２０５２３号公報 特開２００１−３２５９２０号公報 特開２００５−３４６９８３号公報 特開２００５−１２３１５７号公報 特開２００２−２６０５９４号公報 特開平１０−１２１９８号公報 特開平６−２２３７８９号公報 特開２００５−５６８０３号公報

しかしながら、無電極放電灯は一般の蛍光灯や白熱電球に比べて格段に寿命が長く、図５または図６に示す構成の無電極放電灯装置や当該無電極放電灯装置を用いた照明器具において、補助光源１７’，１７”として一般の蛍光灯や白熱電球を採用した場合、補助光源１７’，１７”のみを交換することができないため、暗所における始動性が良好に維持される期間が補助光源１７’，１７”の寿命に制限されるということがあった。

本願発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、暗所においても無電極放電灯を確実に始動させることができ、且つ長寿命化が可能な無電極放電灯装置および照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、透光性材料により形成され内壁側に蛍光体膜が形成されたバルブを有し内部に水銀を含む放電ガスが封入された気密容器を備えた無電極放電灯と、気密容器の内部に高周波電磁界を発生させるための誘導コイルとフェライトコアとを備えるカプラと、誘導コイルに高周波電流を通電して高周波電磁界を発生させる点灯装置と、無電極放電灯のバルブの周囲に配置され無電極放電灯の始動を補助する補助光源とを備え、誘導コイルで発生した高周波電磁界が放電ガスに作用して放電ガスを励起して発生した紫外線が蛍光体膜に照射され可視光に変換されるものであって、補助光源は複数設けられ、そのうちの１つの補助光源を無電極放電灯の始動時に点灯させ、当該１つの補助光源の寿命終了後には、他の補助光源を点灯させる切替手段を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、無電極放電灯の始動を補助する複数の補助光源を設け、そのうちの１つの補助光源が無電極放電灯の始動時に点灯し、暗所においても無電極放電灯を確実に始動させることができる。また、当該１つの補助光源の寿命終了後には、他の補助光源を点灯させる切替手段を設けているので、無電極放電灯装置の寿命が１つの補助光源の寿命に制限されることがないようにすることで無電極放電灯装置の長寿命化が可能になる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の無電極放電灯装置を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上述の無電極放電灯装置を備えているので、暗所においても確実に始動させることができ、無電極放電灯装置の寿命が１つの補助光源の寿命に制限されることがなく長寿命化が可能な照明器具を提供することができる。

請求項１の発明によれば、暗所においても無電極放電灯を確実に始動させることができ、且つ長寿命化が可能な無電極放電灯装置を提供す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、暗所においても確実に始動させることができ、且つ長寿命化が可能な照明器具を提供することができる。

（実施形態１）
以下、本実施形態の無電極放電灯装置１について図１〜図３に基づいて説明する。

本実施形態の無電極放電灯装置１は、図１および図２に示すように、無電極放電灯２の気密容器２１の内部に高周波電磁界を発生させる誘導コイル（以下、第１の誘導コイルと称す）１６とフェライトコア（図示せず）とを備えたカプラ１５と、カプラ１５に高周波電流を供給することで無電極放電灯２を点灯させる点灯装置１９とを備えている。

上述の気密容器２１は、透光性材料（例えば、ガラス等）により形成された電球形状のバルブ３に第１の誘導コイル１６を装着したカプラ１５が挿入されるキャビティ４が形成されてなる。ここにおいて、気密容器２１の内部には、水銀蒸気および希ガス（クリプトン或いはアルゴン等）からなる放電ガスが封入されている。ここで、気密容器２１は、バルブ３の内径が１１０ｍｍに設定されており、バルブ３の内壁には、保護膜３１と蛍光体膜３２とが積層する形で形成されている。なお、保護膜３１と蛍光体膜３２について、図１には一部のみ図示してあるが、実際にはバルブ３の内壁のほぼ全面に形成されている。

キャビティ４は、透光性材料（例えば、ガラス等）で形成され一端側を閉塞して底部が形成されるとともに他端側を開口した円筒状部材をバルブ３の一部に形成された開口部からバルブ３内部に挿入し、バルブ３の開口部の周縁と前記円筒状部材の開口部の周縁とを溶着することにより形成されている。しかして、バルブ３の開口部周縁と前記円筒状部材の開口部周縁との間に封止部９が形成されている。ここで、前記円筒状部材におけるバルブ３の内壁に対向する外周壁には、保護膜４１と蛍光体膜４２とが積層する形で形成されている。なお、保護膜４１と蛍光体膜４２について、図１には一部のみ図示してあるが、実際には前記円筒状部材におけるバルブ３の内壁に対向する外周壁のほぼ全面に形成されている。

ここで、上述の保護膜３１，４１は、水銀蒸気とバルブ３および前記円筒状部材の材料であるガラスとの反応を抑えることにより、バルブ３の光束維持率を向上させるものであり、上述の蛍光体膜３２，４２は、紫外線を可視光に変換するものである。

また、前記円筒状部材には、前記円筒状部材の底部に溶着され前記円筒状部材の開口部に向かって延出した排気細管７が形成されている。ここで、排気細管７は前記円筒状部材の底部に溶着された一端側が気密容器２１内に開放されるとともに他端側が封止されており、当該開放部分から気密容器２１内の放電空間に水銀蒸気を供給する。また、排気細管７内部には、水銀が収納された鉄−ニッケル合金製の金属容器１１と、当該金属容器１１を排気細管７の長手方向の両側から挟持するようにガラスロッド１０，１０が収められている。排気細管７には、一端側が金属容器１１に対向する各ガラスロッド１０，１０の他端側近傍の側壁に排気細管７に凹設された窪み部７１，７１が形成されている。しかして、金属容器１１は、排気細管７の長手方向の両側から当該金属容器１１を挟持するガラスロッド１０，１０が窪み部７１，７１に係止されることで、排気細管７の長手方向における所定の位置に固定される。

また、暗所始動補助フラグ１４は、一端側に暗所始動補助材が塗布されたメッシュ状の保持部１４ａが溶着されており、他端側にフック１４ｃが形成されたワイヤ１４ｂを有し、ワイヤ１４ｂの保持部１４ａが連結された一端側が前記円筒状部材の外周壁に沿って配置され、フック１４ｃが形成された他端側が排気細管７内に挿入された形で配置される。そして、フック１４ｃが排気細管７に形成された窪み部７２に掛合することで、ワイヤ１４ｂが排気細管７から抜けないように固定されている。ここで、暗所始動補助材として、水酸化セシウム（ＣｓＯＨ）を用いている。

カプラ１５は、アルミニウム等の金属で形成された基台部１５ａと基台部１５ａから突出し、一部に第１の誘導コイル１６が巻回された円筒状の突出部１５ｂとから構成され、突出部１５ｂが気密容器２１のバルブ３に形成されたキャビティ４に挿入されるとともに基台部１５ａが円筒状の口金１３の基端側に当接した形で配置される。また、カプラ１５の第１の誘導コイル１６に通電する高周波電流は数百ｋＨｚの周波数であるため、第１の誘導コイル１６が空芯では、入力インピーダンスが小さく放電ガスへの電力供給が困難になる。そこで、カプラ１５では、突出部１５ｂにおいて第１の誘導コイル１６が巻回される部分にフェライトコアの磁芯（図示せず）が設けられている。

点灯装置１９は、例えばインバータ回路で構成される点灯回路を備えるものであってカプラ１５の第１の誘導コイル１６に高周波電流を供給する。ここで、点灯装置１９は管灯線２０を介してカプラ１５と接続され、電源線１９２を介して電源プラグ１９１に接続されている。しかして、点灯装置１９には、電源プラグ１９１が商用電源（図示せず）に接続されることで、商用電源から電源線１９２を介して電力が供給される。

ここにおいて、点灯装置１９から第１の誘導コイル１６に高周波電流を流すと、キャビティ４に挿入された第１の誘導コイル１６が、気密容器２１内部に高周波電磁界を発生させる。この高周波電磁界が気密容器２１内の水銀蒸気を含む放電ガスに作用して放電ガスが励起される。そして、放電ガスを励起して発生した紫外線が気密容器２１のバルブ３の内壁側に形成された蛍光体膜３２に照射され、可視光に変換される。そして、当該可視光は、気密容器２１のバルブ３の内壁に形成された保護膜３１およびバルブ３を透過して無電極放電灯２の外部に放射される。

ここで、本実施形態の無電極放電灯装置１では、暗所での始動性を良好にするために、気密容器２１のバルブ３の周囲に配置され無電極放電灯２の始動を補助する複数（ここでは、２つ）の補助光源（電球）１７ａ，１７ｂを有する補助光源ユニット２３を備えている。

この補助光源ユニット２３は、補助光源１７ａ，１７ｂと、図１に示すように、導電性の線材をＣ字状に曲成してなり気密容器２１のバルブ３の周囲を取り巻くように配置された第２の誘導コイル２２の両端間に、補助光源１７ａとスイッチ１８１および補助光源１７ｂからなる直列回路とが並列に接続されている。ここで、図３に示すように、スイッチ１８１と、補助光源１７ａから発せられる光を受光するように配置され補助光源１７ａが点灯しているときには、補助光源１７ａからの光を受光してスイッチ１８１に信号を出力する光センサ（フォトダイオード）１８２と、補助光源１７ｂから発せられて光センサ１８２に向かう光を遮光する遮光部材（遮光手段）１８３とから無電極放電灯２の始動時に点灯させる補助光源１７ａ，１７ｂを切り替える切替部（切替手段）１８が構成されている。しかして、第１の誘導コイル１６に発生する磁界によって第２の誘導コイル２２に発生した誘導起電力を利用して補助光源１７ａ，１７ｂを点灯させる。なお、本実施形態の補助光源ユニット２３は、第２の誘導コイル２２からの誘導起電力を利用して補助光源１７ａ，１７ｂに電力を供給するものであるが、補助光源１７ａ，１７ｂへの電力の供給方法はこれに限定されるものではなく、例えば、補助光源１７ａと補助光源１７ｂおよびスイッチ１８１の直列回路とを第１の誘導コイル１６の両端間に並列に接続し、点灯装置１９から電力を供給するものであってもよい。

補助光源ユニット２３では、無電極放電灯２の始動時において、まず、補助光源１７ａのみが点灯する。補助光源１７ａが点灯しているときは、光センサ１８２は補助光源１７ａから発せられた光を受光してスイッチ１８１に信号を出力し、当該信号を受けたスイッチ１８１はオフとなる。しかして、無電極放電灯２の始動時において、スイッチ１８１がオフとなるので、スイッチ１８１に直列に接続された補助光源１７ｂは点灯せず、補助光源１７ａのみが点灯する。

ここで、補助光源１７ａが寿命終了により点灯しなくなったときには（つまり、補助光源１７ａが不点となったときには）、光センサ１８２は補助光源１７ａからの光を受光しなくなるので、スイッチ１８１に信号を出力しなくなり、スイッチ１８１はオンに切り替わる。しかして、スイッチ１８１に直列に接続された補助光源１７ｂが点灯するようになる。ここで、補助光源１７ｂから発せられて光センサ１８２に向かう光は遮光部材１８３により遮光されているので、補助光源１７ｂが点灯していても光センサ１８２は補助光源１７ｂからの光を受光することはなく、光センサ１８２からスイッチ１８１に信号が出力されることはない。

なお、本実施形態の補助光源ユニット２３は、２つの補助光源１７ａ，１７ｂが並列に接続されるものであるが、これに限定されるものではなく、３つ以上の補助光源を備えるものであってもよい。補助光源を３つ以上備える補助光源ユニット２３の具体例について以下に説明する。補助光源ユニット２３では、第２の誘導コイル２２の両端間に第１の補助光源が接続されており、これと並列に第１の補助光源からの光を受光する第１の光センサから信号が入力されているときにはオフし当該信号が入力されないときはオンする第１のスイッチおよび第２の補助光源からなる１段目の直列回路が接続されている。ここで、１段目の直列回路を構成する第１のスイッチと第２の補助光源との間の接続点と、一端に第１のスイッチが接続される第２の誘導コイル２２の他端との間には、第２の補助光源からの光を受光する第２の光センサからの信号が入力されているときにはオフし当該信号が入力されないときはオンする第２のスイッチおよび第３の補助光源からなる２段目の直列回路が接続され、第２の補助光源から第１の光センサに向かう光を遮光する遮光部材が設けられている。また、ｎ（≧３）段目の直列回路は、第ｎの補助光源からの光を受光する第ｎの光センサからの信号が入力されているときにはオフし当該信号が入力されないときはオンする第ｎのスイッチおよび第ｎ＋１の補助光源から構成され、ｎ段目の直列回路の第ｎのスイッチと第ｎ＋１の補助光源との間の接続点と一端に第１のスイッチが接続される第２の誘導コイル２２の他端との間には、第ｎ＋１の補助光源からの光を受光する第ｎ＋１の光センサからの信号が入力されているときにはオフし当該信号が入力されないときはオンする第ｎ＋１のスイッチおよび第ｎ＋２の補助光源からなるｎ＋１段目の直列回路が接続され、第ｎ＋１の補助光源から第ｎの光センサに向かう光を遮光する遮光部材が設けられている。

また、本実施形態の補助光源ユニット２３では、補助光源１７ａ，１７ｂとして電球を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば一般の蛍光灯を採用してもよい。

しかして、補助光源ユニット２３は、無電極放電灯２の始動時において、まず、補助光源１７ａを点灯させ、補助光源１７ａの寿命終了時には、スイッチ１８１がオフ状態からオン状態に切り替わり、補助光源１７ｂを点灯させるので、無電極放電灯２の寿命が補助光源１７ａの寿命に制限されることがない。

（実施形態２）
図４に実施形態１で説明した無電極放電灯装置１を備えた照明器具５０を示す。

本実施形態の照明器具５０は、椀状の反射板５２と透光性材料で形成された前面パネル５３とで構成された器体５１と、器体５１の内部に配置された無電極放電灯２と、器体５１とは別の場所に配置され無電極放電灯２の気密容器２１の内部に高周波電磁界を発生させる第１の誘導コイル１６（図１参照）を備えたカプラ１５（図１参照）に高周波電流を供給することで無電極放電灯２を点灯させる点灯装置１９とを備え、点灯装置１９とカプラ１５とが管灯線２０を介して電気的に接続されてなるものである。また、点灯装置１９には、電源線１９２を介して電源プラグ１９１に接続されており、電源プラグ１９１が商用電源（図示せず）に接続されることで、商用電源から点灯装置１９に電力が供給される。なお、無電極放電灯２から出射される光は前面パネル５３を透過して外部に放射される。

しかして、本実施形態の照明器具５０は、暗所においても確実に始動することができ、また、無電極放電灯装置１の寿命は１つの補助光源の寿命に制限されることがないので、その分長寿命化が可能となる。

実施形態１の無電極放電灯装置の概略構成図を示す。 同上の無電極放電灯装置の概略斜視図を示す。 同上の要部概略回路図を示す。 実施形態２の照明器具の概略斜視図を示す。 従来例の無電極放電灯装置の概略構成図を示す。 他の従来例の無電極放電灯装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はバルブを取り外した状態の斜視図である。

符号の説明

１ 無電極放電灯装置
２ 無電極放電灯
３ バルブ
４ キャビティ
７ 排気細管
１１ 金属容器
１５ カプラ
１６ 誘導コイル
１７ａ，１７ｂ 補助光源
１８ 切替部（切替手段）
１９ 点灯装置
２１ 気密容器
２２ 第２の誘導コイル
３２，４２ 蛍光体膜
１８１ スイッチ
１８２ 光センサ（フォトダイオード）
１８３ 遮光部材（遮光手段）

Claims (2)

1. 透光性材料により形成され内壁側に蛍光体膜が形成されたバルブを有し内部に水銀を含む放電ガスが封入された気密容器を備えた無電極放電灯と、気密容器の内部に高周波電磁界を発生させるための誘導コイルとフェライトコアとを備えるカプラと、誘導コイルに高周波電流を通電して高周波電磁界を発生させる点灯装置と、無電極放電灯のバルブの周囲に配置され無電極放電灯の始動を補助する補助光源とを備え、誘導コイルで発生した高周波電磁界が放電ガスに作用して放電ガスを励起して発生した紫外線が蛍光体膜に照射され可視光に変換されるものであって、補助光源は複数設けられ、そのうちの１つの補助光源を無電極放電灯の始動時に点灯させ、当該１つの補助光源の寿命終了後には、他の補助光源を点灯させる切替手段を設けたことを特徴とする無電極放電灯装置。
2. 請求項１に記載の無電極放電灯装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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