JP2009289495A - 無電極放電灯および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力設計においてコンパクトにすることができる無電極放電灯を提供する。
【解決手段】無電極放電灯は、第１の無電極放電ランプ１および第２の無電極放電ランプ２の２つのランプと、当該２つのランプに高周波電力をそれぞれ供給する点灯回路４１とを備える。第１の無電極放電ランプ１は、管軸が円形となる形のループ管状に形成された第１バルブ１０と、点灯回路４１に接続され高周波電磁界を形成する第１誘導コイルとを備える。第２の無電極放電ランプ２は、電球形状に形成される第２バルブ２０と、点灯回路４１に接続され第２バルブ２０内に高周波電磁界を形成する第２誘導コイル２１とを備える。第２の無電極放電ランプ２は、第１バルブ１０を貫く形で配設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電灯および照明器具に関するものである。

従来から、バルブと誘導コイルとを備える無電極放電ランプと、無電極放電ランプを点灯させる点灯回路とを備える無電極放電灯が提供されている。バルブは、内部に希ガスおよび水銀からなる放電ガスが封入され、また、内面に蛍光体膜が形成されている。

点灯回路により誘導コイルに高周波電流が通電されると高周波電磁界が形成されバルブ内において希ガスによる放電が開始され、次いで水銀による放電が生じる。放電が生じると放電により水銀が励起され紫外線が放出される。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ず、無電極放電ランプは電極の劣化による不点灯が起きない。したがって、無電極放電ランプは熱陰極を備える蛍光ランプより長寿命である。

無電極放電ランプには、バルブを電球形状に形成したもの（例えば、特許文献１参照）や、バルブを管状に形成し、管軸が円形や長円形（トラック状）の閉ループを形成するようにした（以下、閉ループ管状と呼ぶ）ものがある（例えば、特許文献２参照）。

熱陰極を備える蛍光ランプにおいては、管の直径（以下、管径と呼ぶ）は発光効率の観点から約２５ｍｍまたはそれ以下に形成され、一方、バルブを閉ループ管状に形成した無電極放電ランプにおいては、発光効率の観点から管径は約５０ｍｍに形成される。

したがって、例えば、光出力が１万ルーメン以上となるような高出力の場合、バルブを閉ループ管状に形成した無電極放電ランプと、同様な形状にバルブを形成した環型蛍光ランプとを比較すると、管径が大きい分、無電極放電ランプの方が管軸方向の長さ寸法が小さくなる。

ここに、照明器具が備える灯体であって一端が開口する箱状の灯体内に無電極放電ランプや環型蛍光ランプを取り付けた場合であって、ランプを灯体の開口面に投影した形状における外形線に囲まれる面積を「ランプ面積」とし、バルブの管軸が形成する閉ループを含む平面が灯体の開口に平行になるように無電極放電ランプを灯体に取り付け、また、同様に環型蛍光ランプを灯体に取り付けた場合において両者のランプ面積を比較すると、光出力が高出力であると無電極放電ランプの方が管軸方向の長さ寸法が小さくなるから、ランプ面積は無電極放電ランプの方が小さくなる。すなわち、無電極放電ランプの方がコンパクトに設計できる。
特開平７−２７２６８８号公報 特開平１０−５１１８０６号公報

ところで、一般に、蛍光体の寿命の観点から、蛍光体膜における単位面積当たりの電力（管壁負荷：Ｗ／ｃｍ２）には設計上の上限がある。したがって、無電極放電ランプにおいて高出力設計を行う場合は、当該上限を超えないようにバルブ内面の表面積を大きくして蛍光体膜の表面積を大きくする必要がある。

バルブを電球形状に形成した無電極放電ランプについて具体的に説明すると、現行、定格電力が約２４０Ｗのものでバルブの直径（略球状の部分の直径）は約１６０ｍｍであり、これを、定格電力が約４００Ｗの高出力設計にするとバルブの直径は約２００ｍｍ以上にする必要がある。

バルブの直径が約２００ｍｍ以上になるとバルブの加工の難易度が高くなり、バルブの量産が困難になるといった問題が生じる。

また、バルブの直径が約２００ｍｍ以上になると、発光効率を考慮した希ガスの最適圧力を低く（例えば、１０Ｐａ以下）する必要がある。希ガスの圧力が低くなると不純ガスの影響が大きくなり、光束が低下したり始動性が悪化するといった問題が生じる虞がある。また、希ガスの最適圧力が低くなると、封入時における希ガスの圧力のばらつきが大きくなりやすく、量産における性能ばらつきが大きくなるといった問題が生じる虞もある。

したがって、バルブを電球形状に形成した無電極放電ランプにおいて、バルブの直径を大きくして高出力設計とすることには支障がある。

一方、バルブを閉ループ管状に形成した無電極放電ランプにおいて高出力設計を行う場合も、蛍光体膜における管壁負荷が設計上の上限を超えないようにするためバルブ内面の表面積を大きくする必要がある。したがって、管径を大きくするか、管軸方向の長さ寸法を大きくする必要がある。管径や管軸方向の長さ寸法が大きくなるとランプ面積が大きくなる。

バルブをループ管状に形成した無電極放電ランプのランプ面積と、バルブを電球形状に形成した無電極放電ランプにおいてバルブを球状とみなした場合のランプ面積とを比較すると、球状のバルブとループ管状のバルブとの比較であるから、内面の表面積が同じ場合バルブをループ管状に形成した方が、ランプ面積が大きくなる。

したがって、バルブをループ管状に形成した無電極放電ランプにおいて高出力とすると、ランプ面積がかなり大きくなるという問題が生じる。ランプ面積が大きくなると、灯体も大きくする必要があり、器具効率の観点から非常に使いにくい。

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、量産性を確保しつつも、バルブをループ管状に形成した従来構成において高出力設計とする場合よりもランプ面積を小さくできる無電極放電灯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とともに内面に蛍光体膜が形成された管状のバルブであって１つの平面内で管軸が閉ループを形成することにより管壁の外側においてバルブに包囲される包囲空間を形成する第１バルブと高周波電流が通電されることにより高周波電磁界を形成し第１バルブ内において放電ガスを励起発光させる第１誘導コイルとを備える第１の無電極放電ランプと、内部に放電ガスが封入されるとともに内面に蛍光体膜が形成される第２バルブと高周波電流が通電されることにより高周波電磁界を形成し第２バルブ内において放電ガスを励起発光させる第２誘導コイルとを備え第１の無電極放電ランプとともに取付基台に保持される第２の無電極放電ランプと、第１誘導コイルと第２誘導コイルとに高周波電力を供給する点灯回路とを備え、第２バルブは、少なくとも一部が包囲空間内に位置する形で配設されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、第１の無電極放電ランプと第２の無電極放電ランプとは、第２バルブの内部に形成される放電路が第１バルブの内部に形成される放電路に沿って形成される位置関係に配設され、第１誘導コイルと第２誘導コイルとは、第１の無電極放電ランプと第２の無電極放電ランプとの放電電流が互いに逆方向となるように点灯回路に接続されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の無電極放電灯と、取付基台を備える灯体とから成ることを特徴とする。

請求項１，３の発明の構成によれば、第１バルブと第２バルブとの２つのバルブを備えるから、定格が同じ場合、個々のバルブの内面の表面積を電球形状に形成したバルブのみを備える従来構成に比べ小さくすることができ、前記従来構成において高出力設計とする場合よりも良好な量産性を確保することができるという利点がある。また、第１バルブは、１つの平面内で管軸が閉ループを形成することにより管壁の外側においてバルブに包囲される包囲空間を形成し、第２の無電極放電ランプは、少なくとも一部が包囲空間に位置する形で配設されるから、ループ管状に形成したバルブのみを備える従来構成において高出力とする場合に比べ、ランプ面積を小さくすることができるという利点がある。

請求項２の発明の構成によれば、第２バルブの内部に形成される放電路は前記第１バルブの内部に形成される放電路に沿って形成され、かつ、第１バルブの内部に形成される放電電流と第２バルブの内部に形成される放電電流とが逆方向であるから、第１の無電極放電ランプにおいて生じる電磁ノイズと第２の無電極放電ランプにおいて生じる電磁ノイズとが相互に打消し合って電磁ノイズが低減するという利点がある。

本実施形態では、図１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灯を例示する。灯体３は、円筒状に形成され下端に開口を備える本体３１と、反射鏡３２と、無電極放電灯が取り付けられる取付基台３３とを備える。

反射鏡３２は、開口が下になるわん状に形成され、底部（図における上部）には上部開口が形成される。反射鏡３２は、上部開口の開口面が本体３１の開口面に重なる形で配設される。取付基台３３は本体３１の上部開口に取り付けられる。

本実施形態では取付基台３３は本体３１に取り付けられる構成であるが、反射鏡３２に取り付けられる構成や、取付基台３３が本体３１または反射鏡３２と一体である構成であってもよい。

無電極放電灯は、取付基台の下面に取り付けられる第１の無電極放電ランプ１および第２の無電極放電ランプ２の２つのランプと、本体３１内に収容される形で取付基台３３の上面に取り付けられ第１の無電極放電ランプ１および第２の無電極放電ランプ２を点灯させる点灯回路４１とを備える。

第１の無電極放電ランプ１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ガラスなどの透光性材料で形成される管状のバルブであって１つの平面内で管軸が閉ループを形成することにより管壁の外側においてバルブに包囲される包囲空間４４を形成する形（以下、閉ループ管状と呼ぶ）に形成された第１バルブ１０と、第１バルブ１０に取り付けられる２個の第１カプラ１４とを備える。

第１バルブ１０は、加工性を考慮すると、管軸が円形や長円形（トラック状）となる閉ループ管状に形成することが望ましい。本実施形態では第１バルブ１０は、管軸が円形となるように形成される。

第１の無電極放電ランプ１は、図１に示すように管軸が形成する円が反射鏡３２の開口に略平行になる形に配設され、複数個の支持部材４２を用いて取付基台３３に取り付けられる。

第１バルブ１０内には放電ガスとして、アルゴンやクリプトンなどの希ガスおよび水銀が封入される。また、第１バルブ１０の内面には蛍光体膜および保護膜が形成される。

第１バルブ１０の管軸が形成する円形の外側における第１バルブ１０の外面には、図２（ａ），（ｂ）に示すように内部空間が第１バルブ１０の内部に連通する第１排気管１３が突設される。第１排気管１３は第１バルブ１０内に希ガスを封入するために用いられ、希ガスの封入後先端が閉塞される。また、第１排気管１３内には第１バルブ１０内に水銀蒸気を供給するとともに水銀の蒸気圧を広い温度範囲で安定に保つアマルガム（図示せず）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の合金からなる基体金属に５％の含有率で水銀を含有するものが使用される。

第１カプラ１４は、磁性体からなりリング状に形成されるコア１２と、点灯回路に接続され高周波電流が通電される第１誘導コイル１１とからなる。

第１バルブ１０の管壁であって管軸が形成する円の直径を含む直線上にある２つの部位には、各第１カプラ１４がそれぞれ巻き付けられる巻付凹部１５が設けられる。各巻付凹部１５は、管軸に直交する断面が円形状に形成される。

第１誘導コイル１１は、リング状のコア１２を貫く形でコア１２に巻回され、第１誘導コイル１１により生じる磁束はコア１２内に形成される。したがって、第１の無電極放電ランプ１においては、磁路は閉磁路となる。

点灯回路４１により第１誘導コイル１１に高周波電流が通電されると、第１バルブ１０内に第１バルブ１０の管軸に沿った放電が生じる。放電が生じると放電により水銀が励起され、励起された水銀は基底状態に戻る際に紫外線を放出する。放出された紫外線は蛍光体膜で可視光に変換される。可視光は第１バルブ１０の管壁を通過してバルブの外部に出る。

上述のように、第１の無電極放電ランプ１は、第１バルブ１０の管軸に沿って閉ループ状の放電路が形成されるトカマク型の無電極放電ランプである。

一方、第２の無電極放電ランプ２は、図３に示すように、ガラスなどの透光性材料で略円筒状に形成され一端が取付基台３３に取り付けられる第２カプラ２３と、電球形状に形成され口金２２により第２カプラ２３に取り付けられる第２バルブ２０とを備える。

第２カプラ２３は、点灯回路４１に接続され高周波電流が通電されることにより第２バルブ２０内に高周波電磁界を形成する第２誘導コイル２１と、略円筒状に形成され第２誘導コイル２１が一端部に巻回される保持部材２７とを備える。

第２バルブ２０の内面には蛍光体膜および保護膜が形成される。また、第２バルブ２０内には、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２６が配設される。フラグ２６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。

第２バルブ２０には、第２カプラ２３の一端部が挿入される凹所２０ａが底面（図における下端面）に凹設される。第２バルブ２０は、第２カプラ２３の一端部が凹所２０ａ内に挿入された状態で口金２２により第２カプラ２３に取り付けられる。このとき、第２誘導コイル２１は、凹所２０ａ内に収容される形となる。

凹所２０ａの底面には、内部空間が第２バルブ２０の内部に連通し第２カプラ２３の内側を貫く形となる直管状の第２排気管２４が突設される。第２排気管２４は第２バルブ２０内に希ガスを封入するために用いられ、希ガスの封入後先端が閉塞される。第２排気管２４は第２カプラ２３を貫く形で形成されるから、第２誘導コイル２１は第２排気管２４の周囲に巻回された形となる。したがって、第２誘導コイル２１により形成される磁束は連通管１２の管軸に沿う形となり、第２の無電極放電ランプ２における磁路は開磁路となる。第２排気管２４の内部には前述と同様な機能を有するアマルガムが収容された金属容器４３が配設される。

第２の無電極放電ランプ２は、図１に示すようにカプラ２３の中心軸が反射鏡３２の開口に直交する形で、かつ、第２バルブ２０が包囲空間４４を貫く形で反射鏡３２内に配設される。

点灯回路４１により第２誘導コイル２１に高周波電流が通電され第２バルブ２０内に高周波電磁界が形成されると、第２バルブ２０内で放電が生じ、前述と同様に紫外線が放出され、放出された紫外線が蛍光体膜で可視光に変換される。変換された可視光は第２バルブ２０の管壁を通過して外部にでる。

本実施形態において、第１バルブ１０に、管径（管の直径）が５５ｍｍであり管軸が形成する円に沿った内径が２１０ｍｍ、外径が３２０ｍｍとなる形で形成した定格２００Ｗのものを用い、第２の無電極放電ランプ２に、第２バルブ２０の球状部の直径が１６０ｍｍで定格２４０Ｗのものを用い、第１の無電極放電ランプ１に２００Ｗ、第２の無電極放電ランプ２に２４０Ｗの電力を投入したところ、約３６０００ルーメン（１００時間値）となる高出力の光出力を得た。

上述のように本実施形態では、蛍光体膜が内面に形成される第１バルブ１０と第２バルブ２０との２つのバルブを用いるから、個々のバルブの大きさ（内面の表面積の大きさ）を、電球形状に形成したバルブのみを用いて高出力とする場合のバルブの大きさに比べ小さくすることができる。したがって、バルブの生産性を、定格が２００Ｗや２４０Ｗ程度の低い定格のバルブの生産性と同程度にすることができ、高出力設計においてもバルブの生産性を良好に保つことができる。

また、第１バルブ１０は、管軸が円形のループ管状に形成され、第２の無電極放電ランプ２は、第２バルブ２０が包囲空間４４を貫く形で配設されるから、無電極放電ランプを反射鏡３２の開口に投影した形状の外形線で囲われる面積を「ランプ面積」とすると、本実施形態でのランプ面積は、バルブをループ管状に形成し定格が２００Ｗである無電極放電ランプにおけるランプ面積と同じとなり、ループ管状に形成したバルブのみを備える無電極放電灯において高出力とする従来構成よりもランプ面積を小さくすることができる。

上述のように、本実施形態では、定格が２００Ｗである無電極放電ランプと同程度のランプ面積で、約３６０００ルーメン（１００時間値）となる高出力の光出力が得られた。

ところで、上述したように第２の無電極放電ランプ２の構成のような無電極放電ランプにおいては、磁路は開磁路となり、反射鏡が鉄やアルミニウムなどの導体で形成され、かつ、反射鏡がバルブの近傍にある場合、磁界が反射鏡の影響を受け始動性が悪くなることがある。本実施形態では、第２の無電極放電ランプ２の周囲には、上述したように磁路が閉磁路となる第１の無電極放電ランプ１が配設される形となっているから、第２の無電極放電ランプ２と反射鏡３２との間の距離が十分確保され、反射鏡３２が鉄やアルミニウムなどの導体で形成されている場合にあっても、反射鏡３２による磁界への影響が少なく、始動性が悪化する虞がない。

また、上述のように第２の無電極放電ランプ２には、電球形状に形成したバルブを用いているが、図４に示すように、第１の無電極放電ランプ１と同様にバルブをループ管状に形成した無電極放電ランプを第２の無電極放電ランプ２’として用いてもよい。

第２の無電極放電ランプ２’が備える第２バルブ２０’は、管軸が円形となるループ管状に、かつ、管軸が形成する円に沿った第２バルブ２０’の外径が、第１バルブ１０の管軸に沿った第１バルブ１０の内径よりも小さく形成され、第２の無電極放電灯２’は包囲空間４４内に配設される。

第２の無電極放電ランプ２’が備える２個の第２カプラ２３’は、第２バルブ２０’の管壁であって第２バルブ２０’の管軸が形成する円の直径を含む直線上にある２つの部位にそれぞれ形成された巻付凹部２８にそれぞれ巻き付けられる。また、第２の無電極放電ランプ２’は、２個の第１誘導コイル１１を結ぶ直線と２個の第２カプラ２３’とを結ぶ直線とが略直交する形で配設される。

第２バルブ２０’が外面において備える第２排気管２４’は、第２バルブ２０’の管軸が形成する円形の閉ループの内側に形成される。すなわち、第２排気管２４’は第１の無電極放電ランプ１に接触することがない。

第２の無電極放電ランプ２’は、第１の無電極放電ランプ１と同様に複数個の支持部材（図示せず）で支持される。

第２の無電極放電ランプ２’を用いる場合、無電極放電灯における高さ方向（反射鏡３２の開口に直交する方向）の寸法が、第２の無電極放電灯２を用いる場合に比べ小さくなる。

ところで、放電灯においては、放電ガスの放電による放電電流により発生する電磁ノイズを、他の機器などに影響を及ぼさないように少なくする必要がある。本実施形態では、図２，３に示すように、第１バルブ１０内に形成される放電路が第１バルブ１０の管軸方向に沿うように第１誘導コイル１１が配設され、第２バルブ２０内に形成される放電路が、第２誘導コイル２１が収容される凹所２０ａの周囲に略円形状に形成されるように第２誘導コイル２１が配設され、第１の無電極放電ランプ１と第２の無電極放電ランプ２とは、第１バルブ１０内に形成される放電路を含む平面と第２バルブ２０内に形成される放電路を含む平面とが略平行になる形の位置関係で配設されている。

また、第１誘導コイル１１と第２誘導コイル２１とは、第１バルブ１０内の放電電流と第２バルブ２０内の放電電流とが逆方向となるように点灯回路４１に接続される。本実施形態では、第１誘導コイル１１の巻回方向と第２誘導コイル２１との巻回方向が、第１誘導コイル１１と第２誘導コイル２１とを並列に点灯回路４１に接続した場合に、第１バルブ１０内の放電電流と第２バルブ２０内の放電電流とが逆方向となるように決定されている。

本実施形態では、図５に示すように第１バルブ１０内に流れる放電電流の向き（図における矢印Ａ）と第２バルブ２０内に流れる放電電流の向き（図における矢印Ｂ）とが逆向きとなり、第１の無電極放電ランプ１において生じる電磁ノイズと第２の無電極放電ランプ２において生じる電磁ノイズとが互いに打ち消し合い、第１バルブ１０に流れる放電電流と第２バルブ２０に流れる放電電流とが同方向となる構成に比べ電磁ノイズが少なくなる。

なお、バルブをループ管状に形成した第２の無電極放電ランプ２’を用いる場合は、図６に示すように第１誘導コイル１１と第２誘導コイル２１（図３参照）とは、第１バルブ１０内の放電電流（図における矢印Ｃ）と第２バルブ２０’内の放電電流（図における矢印Ｄ）とが逆方向になるように点灯回路４１に接続される。

また、第２バルブ２０を電球形状に形成した場合においては、放出される可視光は第１の無電極放電ランプ１側にも放出される。したがって、光のけられのため無電極放電ランプ１と第２の無電極放電ランプ２とをそれぞれ単独で使用した場合に比べ得られる光出力が低下することがある。この光出力の低下を抑えるため、図７に示すように第２バルブ２０の外面における第１の無電極放電ランプ１側の一部（図における上部）に絶縁反射膜２５を形成することができる。絶縁反射膜２５は、第２の無電極放電ランプ２における第１の無電極放電ランプ１側に放出される光を反射鏡３２の開口側に反射し、光出力についての効率を上げる。絶縁反射膜としては、ＴｉＯ_２などの金属酸化物が用いられる。

実施形態の断面図である。 実施形態における第１の無電極放電ランプの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 実施形態における第２の無電極放電ランプの断面図である。 実施形態の別形態を示す平面図である。 実施形態の平面図である。 実施形態の別形態を示す平面図である。 実施形態における別仕様を示す断面図である。

符号の説明

１ 第１の無電極放電ランプ
２ 第２の無電極放電ランプ
３ 灯体
１０ 第１バルブ
１１ 第１誘導コイル
２０ 第２バルブ
２１ 第２誘導コイル
４１ 点灯回路
４４ 包囲空間

Claims (3)

1. 内部に放電ガスが封入されるとともに内面に蛍光体膜が形成された管状のバルブであって１つの平面内で管軸が閉ループを形成することにより管壁の外側においてバルブに包囲される包囲空間を形成する第１バルブと高周波電流が通電されることにより高周波電磁界を形成し第１バルブ内において放電ガスを励起発光させる第１誘導コイルとを備える第１の無電極放電ランプと、内部に放電ガスが封入されるとともに内面に蛍光体膜が形成される第２バルブと高周波電流が通電されることにより高周波電磁界を形成し第２バルブ内において放電ガスを励起発光させる第２誘導コイルとを備え第１の無電極放電ランプとともに取付基台に保持される第２の無電極放電ランプと、第１誘導コイルと第２誘導コイルとに高周波電力を供給する点灯回路とを備え、第２バルブは、少なくとも一部が包囲空間内に位置する形で配設されることを特徴とする無電極放電灯。
2. 前記第１の無電極放電ランプと前記第２の無電極放電ランプとは、前記第２バルブの内部に形成される放電路が前記第１バルブの内部に形成される放電路に沿って形成される位置関係に配設され、前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとは、第１の無電極放電ランプと第２の無電極放電ランプとの放電電流が互いに逆方向となるように前記点灯回路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の無電極放電灯。
3. 請求項１または請求項２に記載の無電極放電灯と、前記取付基台を備える灯体とから成ることを特徴とする照明器具。

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