JP2009289488A - 無電極放電ランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】従来構成よりもより広い温度範囲で光出力を安定させることができる無電極放電ランプを提供することを目的とする。
【解決手段】無電極放電ランプは、バルブ１と、バルブ１内に高周波電磁界を形成する誘導コイル２４とを備える。バルブ１は連通管１２を備え、誘導コイル２４は連通管１２の周囲に巻回される。誘導コイル２４と連通管１２との間には放熱体２２が配設され、誘導コイル２４の熱は放熱体２２に伝えられる。連通管１２内であって誘導コイル２４に囲まれる部位にはアマルガムを収容するアマルガム用容器１３が配設される。連通管１２と放熱体２２との間には隙間４２が形成され、隙間４２に熱スイッチ１４が配設される。熱スイッチ１４は可動部１４ｂを備える。可動部１４ｂは、連通管１２と放熱体２２との間を高温時に橋絡し、低温時に分離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブ内に収容されるアマルガムを備える無電極放電ランプおよび照明器具に関するものである。

従来から、ガラスなどの透光性材料からなるバルブと、高周波電流が通電されることによりバルブ内に高周波電磁界を形成する誘導コイルとを備える無電極放電ランプが提供されている。バルブ内には希ガスおよび水銀などからなる放電ガスが封入され、また、バルブの内面には蛍光体膜が形成されている。

バルブ内に高周波電磁界が形成されると希ガスによる放電が生じ、生じた放電によりバルブが加熱されて水銀が蒸気化する。蒸気化した水銀は放電を行うとともに放電により励起され紫外線を放出する。放出された紫外線は蛍光体膜により可視光に変換される。

無電極放電ランプは誘導コイルを用いてバルブ内に放電を発生させるから、熱陰極を備える蛍光ランプのように放電を発生させるための電極を有さない。したがって、無電極放電ランプは電極切れやエミッタ（熱電子放射物質）の消耗による不点灯が起きず、熱陰極を備える蛍光ランプより長寿命である。

無電極放電ランプでは、バルブ内にアマルガムを封入する技術が提供されている。バルブ内に封入されたアマルガムは、放電により加熱されたバルブにより暖められることによりバルブ内に水銀蒸気を供給する。アマルガムによりバルブ内に水銀蒸気を供給する場合は、水銀単体によりバルブ内に水銀蒸気を供給する場合に比べて周囲温度の違いによる水銀の蒸気圧の変化が少なく、広い温度範囲で光出力が所定の範囲内になり光出力が安定する。

しかしながら、アマルガムを用いた無電極放電ランプにおいては、上述の温度範囲の下限温度よりも低い温度である低温環境下で使用する場合や調光点灯を行う場合ではアマルガムを十分に暖めることができず、バルブ内の水銀蒸気が不足することがある。

そこで、誘導コイルの熱をアマルガムに伝えてアマルガムを暖め、低温環境下などにおいて水銀の蒸気圧を上げることができる無電極放電ランプが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の構成では、図８に示すように、バルブ１は電球形状に形成され、バルブ１の底面（図８の下面）には誘導コイル２４を収納する凹所１１が凹設されている。アマルガムはアマルガム用容器１３内に収容され、アマルガム用容器１３は、凹所１１の底面に突設される連通管１２内に収容されている。誘導コイル２４は、筒状に形成されたフェライトコア２１とフェライトコア２１の周囲に巻回される巻線２０とを備える。フェライトコア２１と連通管１２との間には放熱体２２が配設されている。

特許文献１に記載の構成では、誘導コイル２４の熱が放熱体２２を介して連通管１２に伝わるから、放電による熱に加えて誘導コイル２４の熱によっても連通管１２が加熱され、アマルガムが暖められる。
特開２００５−１９７０３１号公報

ところで、アマルガムの温度が高くなりすぎると、アマルガムからバルブ１内に過剰に水銀蒸気が供給され、水銀の蒸気圧が上がりすぎて光出力が低下することがある。

特許文献１に記載された構成ではアマルガムには常に誘導コイル２４の熱が伝わるから、低温環境下などの場合において誘導コイル２４の熱をアマルガムに伝えない構成よりも光出力を高めることができる一方、周囲温度が高い場合においてはアマルガムに誘導コイル２４の熱を伝えない構成よりも光出力が低くなる虞があるという問題があった。

本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、低温環境下での使用や調光点灯を行う場合においても、周囲温度が高い状況下で使用する場合においても安定した光出力を得ることができる無電極放電ランプ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、内部に放電ガスが封入されるバルブであって１つの中心軸に沿って凹設された凹所を管壁に備えるバルブと、凹所内に収納され高周波電流が通電されることによりバルブ内に高周波電磁界を形成して放電ガスを励起発光させる誘導コイルと、誘導コイルに一部が囲まれるとともに内部空間がバルブの内部と連通する連通管と、連通管内における誘導コイルに囲まれる位置に配置されるとともにバルブ内に放電ガスの一成分となる水銀蒸気を供給するアマルガムを内部に収容するアマルガム用容器と、誘導コイルと連通管との間に配設され誘導コイルの熱を受け取るとともに一部が凹所から露出する放熱体と、放熱体からアマルガム用容器へ移動する単位時間当たりの熱量を多くする橋絡位置と少なくする非橋絡位置との間で変位する可動部を備える熱スイッチとを備え、バルブ内の水銀の蒸気圧が所定の範囲内になるアマルガムの温度の範囲に対応する熱スイッチの温度範囲の下限温度より熱スイッチの温度が低くなる場合は、可動部は橋絡位置にあり、前記温度範囲の上限温度より熱スイッチの温度が高くなる場合は、可動部は非橋絡位置にあることを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記可動部は、バイメタルで形成されることを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１または請求項２に記載の無電極放電ランプと無電極放電ランプを保持する灯体とを備えることを特徴とする。

請求項１，３の構成によると、放熱体からアマルガム用容器へ移動する単位時間当たりの熱量を多くする橋絡位置と少なくする非橋絡位置との間で変位する可動部を備える熱スイッチを備え、バルブ内の水銀の蒸気圧が所定の範囲内になるアマルガムの温度の範囲に対応する熱スイッチの温度範囲の下限温度より熱スイッチの温度が低くなる場合は、可動部は橋絡位置にあり、前記温度範囲の上限温度より熱スイッチの温度が高くなる場合は、可動部は非橋絡位置にあるから、前記温度範囲の下限温度より熱スイッチの温度が低くなる場合は、アマルガム用容器に移動する単位時間当たりの熱量が多くなってアマルガムが暖められ、低温環境下などにおける光出力を、アマルガムに誘導コイルの熱を伝えない従来構成よりも高めることができ、一方、前記温度範囲の上限温度より熱スイッチの温度が高くなる場合は、アマルガム用容器に移動する単位時間当たりの熱量が少なくなってアマルガムの温度が上がりすぎることが抑制され、周囲温度が高い状況下における光出力を、アマルガムに誘導コイルの熱を常に伝える従来構成よりも高めることができるという利点がある。

請求項２の構成では、可動部はバイメタルで形成されるから、可動部を金属以外で形成する構成よりも、可動部が橋絡位置にある場合の放熱体からアマルガム用容器へ移動する単位時間当たりの熱量を多くすることができ、アマルガムをより早く暖めることができるという利点がある。

本実施形態では、図２に示すように灯体３を備える照明器具に取り付けられて使用される無電極放電ランプＡを例示する。灯体３は、無電極放電ランプＡを点灯させる点灯回路４１を収容する空間を内部に備える本体部３１と、本体部３１の下方に配設される無電極放電ランプＡを保持する取付部３３と、無電極放電ランプの周囲を覆い内面が反射面である反射鏡部３２とを備える。

反射鏡部３２は開口が下になるわん状に形成され、前記開口には透光性材料からなるパネル３４が配設される。反射鏡部３２の底部（図における上部）には上部開口が開設され、取付部３３は前記上部開口に配設される。

無電極放電ランプＡは、図３に示すように、略円筒状に形成され取付部３３（図２参照）に一端部（図における下端部）が保持されるカプラ２と、口金１７によりカプラ２に取り付けられるバルブ１とから構成される。バルブ１は、ガラスなどの透光性材料で形成され、内部に放電ガスとして希ガスや水銀が封入され、内面に蛍光体膜１５が形成される。希ガスとしては、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどが単体若しくは混合して用いられる。また、水銀に加えて、ナトリウム、カドミウム、亜鉛等の金属を封入することもできる。

バルブ１は、下部が円柱状であり上部が球状である電球形状に形成される。バルブ１は、カプラ２の一端部（図における上端部）が挿入される凹所１１と、内部空間がバルブ１の内部と連通する連通管１２とを備える。凹所１１は、バルブ１の下面の中央部から円柱状である下部の中心軸に沿って凹設される。連通管１２は、直管状に形成され凹所１１の底面の中央部に突設される。連通管１２は、バルブ１内に希ガスを封入するために用いられる排気管であって、希ガスの封入後、先端が閉塞される。

連通管１２内には、バルブ１内に水銀蒸気を供給するアマルガムが収容される。アマルガムは、例えばビスマスとインジウムからなる基体金属と水銀との合金からなる。

アマルガムは、図１に示すように、金属などからなり水銀蒸気が通過する通気口（図示せず）を備えるアマルガム用容器１３内に収容される。アマルガム用容器１３は、連通管１２の先端部内に収容される円柱状に形成された支持棒１６の上に載置される。連通管１２の管壁内面には、アマルガム用容器１３の上方への移動を制限する支持突起１２ａが突設される。また、アマルガム用容器１３は、外面が連通管１２の管壁に近接する形状で形成される。すなわち、アマルガム用容器１３は、支持棒１６と支持突起１２ａと連通管１２の管壁とにより連通管１２内に固定される。

また、バルブ１内には、図３に示すように、仕事関数が小さい水酸化セシウムなどの金属化合物が塗布されたフラグ２５が配設される。フラグ２５は第２の無電極放電ランプ２の始動時における電子の数を増やし始動性を良くする。

カプラ２は、高周波電流が通電されることによりバルブ１内に高周波電磁界を形成する誘導コイル２４と、伝熱材料からなり誘導コイル２４で発生する熱を無電極放電ランプＡの外部に放出する放熱体２２と、誘導コイル２４と放熱体２２とを保持する保持部材２３とを備える。

誘導コイル２４は、亜鉛、マンガン、ニッケル、鉄などを含むフェライトのような磁性体で筒状に形成されるコア２１と、メッキ線やリッツ線からなり点灯回路４１に接続されるとともにコア２１の周囲に巻回される巻線２０とを備える。放熱体２２は筒状に形成され、中心軸がコア２１の中心軸に一致する形でコア２１の内側に配設される。ここに、放熱体２２の外径はコア２１の内径と略同一寸法に形成され、放熱体２２には誘導コイル２４の熱が伝わる。

バルブ１は、カプラ２の一端部が凹所１１に収容された状態で口金１７によりカプラ２に取り付けられる。このとき、連通管１２の中心軸と放熱体２２の中心軸が一致する形にバルブ１は配設される。バルブ１がカプラ２に取り付けられると、誘導コイル２４が凹所１１内に収容される。また、連通管１２はカプラ２を貫き、誘導コイル２４および放熱体２２が連通管１２の一部の周囲を覆う形となる。

ここに、放熱体２２の一端部（図における下端部）が凹所１１から外部に露出する長さ寸法で放熱体２２は形成され、放熱体２２に伝えられた誘導コイル２４の熱は、凹所１１から外部に露出する放熱体２２の一端部において無電極放電ランプＡの外部に放出される。

点灯回路４１により誘導コイル２４に高周波電流が通電されバルブ１内に高周波電磁界が形成されると、バルブ１内の希ガスにより放電が開始され、放電により連通管１２を含むバルブ１が加熱される。上述したようにアマルガムを内部に収容するアマルガム用容器１３の外面は連通管１２の管壁に近接するから、加熱されたバルブ１によりアマルガムが暖められ、アマルガムによりバルブ１内に水銀蒸気が供給される。バルブ１内に供給された水銀蒸気は放電を行うとともに放電により励起されて紫外線を放出する。放出された紫外線は蛍光体膜１５により可視光に変換される。

ところで、本実施形態では、アマルガム用容器１３が誘導コイル２４および放熱体２２に囲まれる位置に固定されるように、支持棒１６の長さ寸法と、支持突起１２ａの形成の位置が決められる。また、中心軸が連通管１２の中心軸と一致する形で保持部材２３に保持される放熱体２２の内径は連通管１２の外径よりも大きく形成され、放熱体２２と連通管１２との間には隙間４２（図１参照）が形成される。すなわち、アマルガム用容器１３は放熱体２２および誘導コイル２４に囲まれる一方、放熱体２２と連通管１２とは分離され、放熱体２２に伝えられた誘導コイル２４の熱は連通管１２に直接伝わらず、放熱体２２から連通管１２へ単位時間当たりに移動する熱量は、隙間４２を形成しない場合に比べて少ない。

本実施形態では、図１に示すように隙間４２に熱スイッチ１４が配設される。熱スイッチ１４は、連通管１２の管壁であってアマルガム用容器１３を囲む部位の外面に固着される板状の固定部１４ａと、固定部１４ａの一端に連続する可動部１４ｂとを備える。

可動部１４ｂはバイメタルで形成され、連通管１２の管壁に接触する固定部１４ａの温度（すなわち、熱スイッチ１４の温度）に応じて変位する。上述したようにアマルガムは連通管１２により暖められアマルガムの温度は連通管１２の温度に対応するから、熱スイッチ１４の温度はアマルガムの温度に対応する。

可動部１４ｂは、可動部１４ｂの先端部が放熱体２２に接触する橋絡位置と、可動部１４ｂの先端部が放熱体２２に接触しない非橋絡位置との間で変位するように形成される。すなわち、可動部１４ｂが橋絡位置にあるときは、放熱体２２に伝えられた誘導コイル２４の熱は熱スイッチ１４を伝熱経路として連通管１２に直接伝えられ、放熱体２２から連通管１２へ単位時間当たりに移動する熱量が多くなる。一方、可動部１４ｂが非橋絡位置にあるときは、誘導コイル２４の熱は連通管１２に直接伝わらず、放熱体２２から連通管１２へ単位時間当たりに移動する熱量が少なくなる。

ところで、無電極放電ランプにおいては、光出力はバルブ１内の水銀の蒸気圧に依存し、水銀の蒸気圧はアマルガムの温度に依存するから、光出力が設計時に規定した所定の光出力以上となるようなアマルガムの温度範囲が存在する。

本実施形態では、前記温度範囲の下限温度よりもアマルガムの温度が低くなる場合において可動部１４ｂは橋絡位置にあり、前記温度範囲の上限の温度よりもアマルガムの温度が高くなる場合において非橋絡位置にあるように、可動部１４ｂは形成される。

上述より、アマルガムの温度が前記温度範囲の下限温度より低く、光出力が前記所定の光出力より低くなる場合は、可動部１４ｂは橋絡位置にあり、放電により生じる熱に加えて誘導コイル２４の熱によってもアマルガムが暖められる。一方、アマルガムの温度が前記温度範囲の上限温度より高く、光出力が前記所定の光出力より低くなる場合は、可動部１４ｂは非橋絡位置にあり、アマルガムの温度の上昇を抑制する。

したがって、本実施形態では、アマルガムに誘導コイル２４の熱を直接伝えない従来構成よりも、低温環境下で使用する場合や調光点灯を行う場合の光出力を高めることができ、一方、アマルガムに誘導コイル２４の熱を常に直接伝える従来構成よりも、周囲温度が高い状況下での使用における光出力を高めることができる。結果、上記いずれの従来構成よりも広い温度範囲で光出力を安定させることができる。

本実施形態において、ビスマスとインジウムの合金からなる基体金属と水銀との合金からなるアマルガムを用い、熱スイッチ１４の温度が１１０℃以下のときに可動部１４ｂが橋絡位置にあり、１１０℃より高いときに可動部１４ｂが非橋絡位置にあるように熱スイッチ１４を形成したところ、最適な光出力を得ることができた。

なお、本実施形態では、熱スイッチ１４が備える固定部１４ａは連通管１２の管壁に固着される構成を示したが、固定部１４ａが放熱体２２に固着される構成であってもよい。

また、熱スイッチ１４は、上述した形状のバイメタルに限らない。例えば、図４に示すように、温度が高いときに板状（図における実線の形状）であって、温度が低くなると反るように変形して側面円弧状（図における２点鎖線の形状）になる形状の熱スイッチ５１や、図５に示すように、温度が高いときに、対向する２つの板状部５２ａ，５２ｂの一端同士を円弧部５２ｃで繋いだ側面Ｕ字状（図における実線の形状）であって、温度が低くなると２つの板状部５２ａ，５２ｂが互いに離れる向きに変形する形状（図における２点鎖線の形状）の熱スイッチ５２や、図６（ａ），（ｂ）に示すように、帯状のバイメタルをコイル状に形成し、さらにコイル状に形成したものを線材としてさらにコイル状に形成した２重コイル形状の熱スイッチ５３を用いてもよい。

２重コイル形状の熱スイッチ５３は、温度が高い状態から温度が低い状態に移行すると、直径方向（図における矢印方向）の寸法が大きくなるように形成される。

図４に示す形状の熱スイッチ５１は、図７（ａ）に示すように中央部が固定部５１ａとなる形で連通管１２の管壁に固着され、両端部が放熱体２２に接触する可動部５１ｂとなる。

図５に示す形状の熱スイッチ５２は、図７（ｂ）に示すように板状部５２ａが固定部となる形で連通管１２の管壁に固着され、板状部５２ｂが可動部として放熱体２２に面接触する。

図６（ａ），（ｂ）に示す２重コイル形状の熱スイッチ５３は、図７（ｃ）に示すように連通管１２に貫かれる形で配設され、例えば、上端部や下端部などが固定部５３ａとして連通管１２の管壁に固着され、他の部位が可動部５３ｂとして放熱体２２に接触する。

上述のように、図４、図５、図６に示した何れかの形状の熱スイッチ５１，５２，５３を用いると、図１に示す形状の熱スイッチ１４よりも熱スイッチ５１，５２，５３と放熱体２２との接触面積が増え、より早くアマルガムを暖めることができる。

なお、本実施形態では、熱スイッチ１４を連通管１２と放熱体２２との間に配設する構成を例示したが、これに限るものではなく、アマルガム用容器１３と連通管１２との間に配設する構成であってもよい。

また、本実施形態では可動部１４ｂをバイメタルで形成する構成を示したが、これに限るものではなく、例えば、可動部１４ｂをトリメタルで形成する構成でもよい。

実施形態の要部の断面図である。 実施形態の無電極放電ランプを用いた照明器具の概略構成図である。 実施形態の断面図である。 実施形態の他の形態の熱スイッチを示す側面図である。 実施形態のさらに他の形態の熱スイッチを示す側面図である。 実施形態のさらに他の形態の熱スイッチを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は実施形態においてそれぞれ図４、図５、図６の熱スイッチを用いた場合の要部の断面図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ バルブ
２ カプラ
３ 灯体
１１ 凹所
１２ 連通管
１３ アマルガム用容器
１４ 熱スイッチ
１４ｂ 可動部
１５ 蛍光体膜
２４ 誘導コイル
４１ 点灯回路
５１、５２、５３ 熱スイッチ
５１ｂ、５３ｂ 可動部
５２ｂ 板状部（可動部）

Claims (3)

1. 内部に放電ガスが封入されるバルブであって１つの中心軸に沿って凹設された凹所を管壁に備えるバルブと、凹所内に収納され高周波電流が通電されることによりバルブ内に高周波電磁界を形成して放電ガスを励起発光させる誘導コイルと、誘導コイルに一部が囲まれるとともに内部空間がバルブの内部と連通する連通管と、連通管内における誘導コイルに囲まれる位置に配置されるとともにバルブ内に放電ガスの一成分となる水銀蒸気を供給するアマルガムを収容するアマルガム用容器と、誘導コイルと連通管との間に配設され一部が凹所から露出する放熱体と、放熱体からアマルガム用容器へ移動する単位時間当たりの熱量を多くする橋絡位置と少なくする非橋絡位置との間で変位する可動部を備える熱スイッチとを備え、バルブ内の水銀の蒸気圧が所定の範囲内になるアマルガムの温度の範囲に対応する熱スイッチの温度範囲の下限温度より熱スイッチの温度が低くなる場合は、可動部は橋絡位置にあり、前記温度範囲の上限温度より熱スイッチの温度が高くなる場合は、可動部は非橋絡位置にあることを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 前記可動部は、バイメタルで形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ。
3. 請求項１または請求項２に記載の無電極放電ランプと無電極放電ランプを保持する灯体とを備えることを特徴とする照明器具。

Images