JP2009503798A - 誘導給電式ガス放電ランプ - Google Patents

Abstract

各フィラメントに対して関係付けられた給電コイル（１４）と加熱コイル（１６）とを含む、誘導給電式ガス放電ランプ（１０）である。加熱コイルによれば、給電コイルを介して始動電圧が印加される前に、フィラメントは予熱され得る。誘導給電コイルおよび誘導ヒータ・コイルはランプ・エンベロープ内に収容されることで、ランプは全体的にシールされ得る。ランプを調光する方法も開示される。ランプは、低電圧状態でアークが消えるのを阻止すべく、給電コイルに対して印加される電力を減少すると共に加熱コイルに対して印加される電力を増大することにより調光される。

Description

照明を提供するためにガス放電ランプは極めて一般的である。たとえばそれは、オフィス、家庭、工場、講堂および旅客機において使用される。

最も機能的な種類のガス放電ランプの内のひとつの種類では、「誘導給電式ランプ・アセンブリ」と称された米国特許第６，７３１，０７１号に記述されたように誘導的に給電される。このランプは、各フィラメントもしくは電極に給電するためにランプ・エンベロープ内にコイルを含んでいる。各コイルは、固定具内の電源に対して誘導結合される。任意選択的に、ランプのフィラメントは、ランプが始動される前にフィラメントを予熱するための予熱回路を備えている。この回路は、フィラメントに対する予熱電流を提供すべく閉成されるスイッチを含む。ランプ・フィラメントが十分に加熱された後、スイッチは開成されることでランプを励起する電圧が提供される。

誘導的に給電されないランプ（すなわちランプ・エンベロープから延在する従来の接続ピンを含むランプ）において、ランプ・フィラメントの加熱は一般的である。フィラメントを加熱すると、ランプを励起するために必要な電圧が低減されると共に、ランプの照度が維持される。付加的に、ランプ・フィラメントを加熱するとランプの調光の制御性が高められ得る。また蛍光ランプの強度を変更するためには、ランプに印加される電圧を変更する必要がある。しかし、ランプに印加される電圧が低下すると、ランプのフィラメントを通る電流が減少することで、ランプ・フィラメントの温度が変化する。もしフィラメント温度が過剰に低く下がるとランプは消えてしまう。なぜなら、各フィラメント間のアークが維持され得ないからである。故に、ランプに対する電圧が低下するにつれてフィラメントを通る電流を増大することにより蛍光ランプを調光するために、バラスト回路が開発されてきた。これらの回路によればランプは更に大きな範囲に亙り調光され得る。残念ながらこの手法は、誘導的に給電されるランプに対して直接的には適合され得ない。

フィラメント加熱を実現し得る能力を有する誘導給電式ガス放電ランプが望まれる。

上述の問題は、ランプに給電するための給電用誘導式コイルと、ランプのフィラメントもしくは電極を加熱するための加熱用誘導コイルとを含むガス放電ランプにより克服される。開示されたように、第１および第２の給電コイルは、ランプの第１および第２フィラメントに対して従来の様式で電力を提供する。付加的に、第１および第２ヒータ・コイルは第１および第２電極に対して加熱電流を提供することにより、給電コイルを通してフィラメントに対して励起電圧が印加される前に、フィラメントは予熱され得る。

本発明の更なる見地において給電コイルおよび加熱コイルは調和した様式で制御されることで調光を実現する。給電コイルを介して電極に印加される電圧は、加熱コイルを介して電極に対して印加される電流に反比例する。故にランプは、誘導的に給電されると共に調光可能でもある。

本発明のこれらのおよび他の目的、利点および特徴は、現在実施例の説明および図面を参照することで更に十分に理解かつ評価されよう。

本出願は、２００５年８月３日に出願されて「ガス放電ランプのためのコイル配置機構」と称された米国仮出願第６０／７０５，０１２号の優先権を主張する。

本発明の実施例により構成されたガス放電ランプは、図中に示されて１０と表されている。

図１に示すように、ランプ１０は、エンベロープ１５上に一対の誘導コネクタ・セクション１１および１２を有している。誘導コネクタ・セクション１２は、給電コイル１４およびヒータ・コイル１６を有する。誘導コネクタ・セクション１１は、誘導コネクタ・セクション１２と類似している。誘導コネクタ・セクション１２に対して誘導コネクタ・セクション１１を導電細片１８が接続する。図示されたランプ１０の物理的実施例は直線状の管であるが、このランプは当業者に公知である任意の種々の物理的形態を取り得る。

導体１８はランプ１０の内面上に形成される。一実施例によれば導体１８は、ランプ１０の内側面に対して塗付された導電塗料である。別の実施例によれば導体１８は、ランプ１０の内側面に対して接着剤により取付けられた金属細片である。その場合には、導体１８の全体にわたり、絶縁材料の層が適用され得る。代替的に導体１８は、ランプ１０の内側面上でまたはランプ１０の外側面に沿い、誘導コネクタ・セクション１１から誘導コネクタ・セクション１２まで延在する導電ワイヤとされ得る。

誘導コネクタ・セクション１１および１２が全体的にランプ１０内に形成される場合、ランプ１０は完全にシールされ得る。代替的に誘導体コネクタ・セクション１１および１２は、従来のガス放電ランプの端部コネクタに対して使用されるのと類似した様式で、ランプ管上に載置され得る。

誘導コネクタ・セクション１２は、図２において更に詳細に示される。給電コイル１４はヒータ・コイル１６に対してコンデンサ２０を経由して接続される。ヒータ・コイル１６はランプ・フィラメント２２に対して接続される。

図３は、ランプ固定具内におけるランプ１０に対する電気的な概略図を示している。ランプ・フィラメント２２および２４は、ヒータ・コイル１６および２８と直列的に接続される。給電コイル１４および３２はランプ・フィラメント２２および２４に対してコンデンサ２０および３６を経由して接続される。給電コイル１４および３２は、導体１８により相互に対して電気的に連結される。

ヒータ・コイル１６および２８に対してはバラスト・ヒータ・コイル３８および４０が誘導的に電力を提供する一方、給電コイル１４および３２に対してはバラスト給電コイル４２および４４が誘導的に電力を提供する。バラスト給電コイル４２および４４ならびにバラスト・ヒータ・コイル３８および４０はインバータ４６に対して接続される一方、インバータ４６は電源４８に対して接続される。インバータ４６および電源４８は、任意の公知のインバータおよび電源ガス放電ランプとされ得る。たとえばインバータ４６は、２トランジスタ式ハーフブリッジ・インバータとされ得る。

作動時にインバータ４６はまず、バラスト・ヒータ・コイル３８および４０に対して電力を供給することで、フィラメント２２および２４を暖める。所定の期間の後でインバータ４６は、バラスト・ヒータ・コイル３８および４０に対する電力を減少すると共にバラスト給電コイル４２および４４を励起することで、フィラメント２２とフィラメント２４との間にアークを引き起こす。励起の後、インバータ４６により供給される電力は、ランプ１０の定常状態動作のために減少される。

フィラメントを予熱すると、フィラメントの寿命が延ばされ、故に上記ランプの寿命が延ばされる。上記の予熱電流は典型的に、フィラメントが遭遇する最高レベルの電流である。予熱の後、ランプに対して完全な動作電圧が印加されるなら、予熱電流はほとんど完全に排除される。

ヒータ・コイル１６および２８はフィラメント２２および２４の一端から他端にわたり結合されることから、フィラメントの加熱は、ランプにおけるアークの保持のためにフィラメントに対して供給される電力とは別個である。故に、異なる状況に対してフィラメントの加熱を調節すべく制御回路（図示せず）が用いられる。本開示に鑑みれば、制御回路の構成およびプログラミングは当業者にとり容易に明らかであろう。

本実施例において制御回路は、上記ランプの調光を可能とする。公知であるように、各フィラメント間の電圧と、フィラメントの温度との両方が、ガス放電ランプ内におけるアークを持続し得ないレベルへと降下したならば該ランプは消える。しかしフィラメントを加熱すれば、２つのフィラメント間の電位が低下したとしてもガス放電ランプ内のアークを維持することが可能である。

ランプの調光の間、共振回路は実質的にオフレゾナンス（ｏｆｆ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）で機能することで、ランプに掛かる電圧を低下させる。ランプ電圧を低下させる一方でフィラメント加熱電流を維持もしくは増大することにより、非常に低い調光レベルを提供することが可能である。扱いにくいランプ形式の故に付加的な安定性もしくは調光範囲が必要とされるなら、ランプ電圧が低下するにつれて予熱が強化されることで、安定的であると共に明滅のない光が提供され得る。

付加的に、定常状態動作の間におけるフィラメントの加熱はランプの使用済み期間により変更されることで、ランプの有効寿命が延ばされ得る。ランプが使用されるにつれ、フィラメントは表面が削られてランプ壁部に向けて減耗して行く。ランプ壁部上の物質は水銀を吸着して汚染を引き起こす。水銀が減少し又はランプの内部ガスが汚染されたとき、ランプは始動することが困難となり、通常の動作電圧においてランプ安定性に悪影響を及ぼし得る。ランプの動作電圧を検知することにより制御システムは、ランプのインピーダンスの変化に順応することができる。例えばシステムは、ランプが始動し難い又は動作モードが不安定であると決定されたとき、予熱電流を増大しもしくは予熱持続時間を延長することにより、ランプに対する加熱変化特性（ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｆｉｌｅ）を変更することができる。上記時間の延長もしくは予熱電流の増大によれば、システムの不安定性に対する順応が助力される。

バラスト給電コイル４４およびバラスト・ヒータ・コイル３８は、固定具コネクタ５０内に収容される。同様に、バラスト給電コイル４２およびバラスト・ヒータ・コイル４０は固定具コネクタ５２内に収容される。

固定具コネクタ５２は図４に示される。固定具コネクタ５２は、バラスト給電コイル４２と同軸状のバラスト・ヒータ・コイル４０を備える。バラスト・ヒータ・コイル４０およびバラスト給電コイル４２は同軸状である。故に固定具コネクタ５２は誘導コネクタ１２上を摺動することで、バラスト・ヒータ・コイル４０をヒータ・コイル２８の近傍にかつバラスト給電コイル４２を給電コイル３２の近傍に載置する。

図２に示すように、給電コイル１４は、エンベロープ１５の外壁の周囲に沿い円周方向に位置決めされる。給電コイル１４は、エンベロープ１５の内面上またはエンベロープ１５の外面上とされ得る。ヒータ・コイル１６は、エンベロープ１５から延在するプラトー１７の内部または外部のいずれかに載置される。プラトー１７は概略的に円筒状であると共に、エンベロープ１５の外壁部分１９に対して同軸状である。バラスト・ヒータ・コイル３８およびバラスト給電コイル４２の同軸状配置以外の構成は、選択的とされ得る。図５には一例が示される。

図５は上記ランプの代替実施例１０’の端面図を示しており、給電コイル１４’およびヒータ・コイル１６’は同一平面上でありかつエンベロープ１５の頂部内に載置される。同様に、固定具コネクタに対する固定具は、同一平面上のバラスト給電コイルおよび同一平面上のバラスト・ヒータ・コイルを有する。

図６は、複数の加熱コイルを含む上記ランプの別の代替実施例１０”の端面図を示している。ランプ１０の端部の周縁部の回りには、給電コイル１４”が配置される。給電コイル１４”内には、ヒータ・コイル１６ａ”、１６ｂ”、１６ｃ”および１６ｄ”が配置される。給電コイル１４”ならびにヒータ・コイル１６ａ”、１６ｂ”、１６ｃ”および１６ｄ”は同一平面上である。この構成においてヒータ・コイル１６ａ”、１６ｂ”、１６ｃ”および１６ｄ”は、ランプ・フィラメントと並列に接続される。

図７は、バラスト給電コイル、バラスト・ヒータ・コイル、ヒータ・コイルおよび給電コイルを整列して保持する手段を示している。固定具コネクタ８０および８２は磁性材料８４および８６を含んでいる。誘導導体セクション１１および１２は磁性材料９２および９４を収容する。磁性材料８４、８６、９２および９４は、整列を引き起こすための磁石および他の磁性材料の組み合わせである。

代替的に、または磁石に加え、誘導体コネクタ・セクションおよび固定具コネクタは、相互係合キー機構を備え得る。別の実施例に依れば固定具コネクタ８０および８２は、固定具コネクタ８０および８２に対して所定位置にランプ１０を保持し得るスプリングもしくは他の弾性機構を含む。当業者であれば、バラスト給電コイル４２および４４はそれぞれ給電コイル３２および１４の近傍でありかつバラスト・ヒータ・コイル４０および３８はそれぞれヒータ・コイル２８および１６の近傍であるように、固定具コネクタ８０および８２に対して所定位置にランプ１０を保持すべく多くの異なる機械的手段が使用され得ることは明らかであろう。

図８は、誘導結合式ガス放電ランプに給電する代替的な回路構成を示している。この構成においてマイクロコントローラ１００は２つの駆動回路１０２および１０４に対して結合され、それらを制御する。駆動回路１０２は給電コイル４２および４４の専用である一方、駆動回路１０４はヒータ・コイル３８および４０の専用である。駆動回路１０２により給電コイル４２および４４に対して供給される電力が減少するにつれ、駆動回路１０４はヒータ・コイル３８および４０に対する電力を増加することで、各電極に対する付加的な加熱を提供する。

図９は、誘導結合式ガス放電ランプに給電する更なる代替的な回路を示している。マイクロコントローラ１１０は、駆動回路１１２およびスイッチ１１６に対して結合され、それらを制御する。スイッチ１１６は、駆動回路１１２により提供される電力を給電コイル４２および４４ならびにヒータ・コイル３８および４０に対して結合する。給電コイル４２もしくは４４またはヒータ・コイル３８もしくは４０に対して提供される電力の量は、マイクロコントローラ１１０により制御される。給電コイル４２および４４に対して提供される電力の量が減少するにつれ、ヒータ・コイル３８および４０に対して供給される電力の量は増加される。ヒータ・コイル１１８に対する増加電力により、ランプの電極の温度は高められる。

上記の説明は、本発明の実施例の説明である。均等論の原則を含む特許法の原理に従い解釈されるべき添付の各請求項に定義された本発明の精神および広範な見地から逸脱せずに、種々の改変および変更がなされる。請求項の要素に対して例えば「ひとつの（ａ）」、「ひとつの（ａｎ）」、「上記」または「前記」という冠詞を用いた単数形での一切の言及は、その要素を単数に限定すると解釈されてはならない。

誘導結合されるガス放電ランプを示す図である。 ガス放電ランプの誘導コネクタ・セクションを示す図である。 ガス放電ランプおよびランプ固定具の電気的な概略図である。 ガス放電ランプに対する固定具コネクタを示す図である。 ガス放電ランプの端面図である。 ガス放電ランプに対するコイルの付加的構成を示す図である。 ガス放電ランプの整列を支援する手段を示す図である。 誘導結合されるガス放電ランプに給電する回路を示す図である。 誘導結合されるガス放電ランプに給電する第２の回路を示す図である。

Claims (38)

1. 放電ガスを収容するエンベロープと、
   前記エンベロープ内の第１の電極と、
   前記エンベロープ内の第２の電極と、
   前記第１の電極に結合された第１の誘導給電コイルであって、誘導式電源から電力を受けて前記第１の電極に対して電力を供給する第１の誘導給電コイルと、
   前記第１の電極に接続された第１の誘導ヒータ・コイルであって、前記第１の電極に対して加熱電流を印加すると共に、前記誘導式電源から電力を受ける第１の誘導ヒータ・コイルと、
   を備えるガス放電ランプ。
2. 前記第１の誘導給電コイルと直列であるコンデンサを更に備える請求項１に記載のガス放電ランプ。
3. 前記第２の電極に接続された第２の誘導給電コイルであって、前記誘導式電源から電力を受ける第２の誘導給電コイルを更に備える請求項２に記載のガス放電ランプ。
4. 前記第２の電極に接続された第２の誘導ヒータ・コイルであって、前記誘導式電源から電力を受ける第２の誘導ヒータ・コイルを更に備える請求項３に記載のガス放電ランプ。
5. 前記ガス放電ランプは前記第１の誘導給電コイルに結合されたコンデンサを更に備え、
   前記第１の誘導給電コイルおよび前記コンデンサは共振回路を形成する請求項１に記載のガス放電ランプ。
6. 前記共振回路は直列共振回路および並列共振回路のうちの１つである請求項５に記載のガス放電ランプ。
7. 前記第１の誘導給電コイル、前記第２の給電誘導コイル、前記第１の誘導ヒータ・コイル、前記第２の誘導ヒータ・コイルおよび前記コンデンサは、前記エンベロープを貫通しないで該エンベロープ内に収容される請求項４に記載のガス放電ランプ。
8. 前記第１の誘導ヒータ・コイルは前記第１の誘導給電コイルの周縁部内に収容される請求項１に記載のガス放電ランプ。
9. 前記第１の誘導ヒータ・コイルは前記第１の誘導給電コイルの周縁部内に収容され、かつ、前記第２の誘導ヒータ・コイルは前記第２の誘導給電コイルの周縁部内に収容される請求項３に記載のガス放電ランプ。
10. 前記第１の誘導給電コイルを前記第２の誘導給電コイルに対して接続する導体を更に備える請求項３に記載のガス放電ランプ。
11. 前記導体は前記エンベロープ内にある請求項１０に記載のガス放電ランプ。
12. 前記導体は前記エンベロープに対して取付けられた導電材料の薄膜である請求項１１に記載のガス放電ランプ。
13. 前記第１の誘導ヒータ・コイルおよび前記第１の誘導給電コイルは同一平面上である請求項１に記載のガス放電ランプ。
14. 放電ガスを収容するシール済みエンベロープと、
    前記エンベロープ内の第１の電極および第２の電極と、
    前記第１の電極および第２の電極に対してそれぞれ結合され、前記第１の電極および前記第２の電極に対して電力をそれぞれ供給する第１の給電コイルおよび第２の給電コイルと、
    前記第１の電極および第２の電極に対してそれぞれ結合され、前記第１の電極および前記第２の電極に対して加熱電流をそれぞれ供給する第１の加熱コイルおよび第２の加熱コイルと、
    を備えるガス放電ランプ。
15. 前記第１の電極に近接した第１の磁性材料および前記第２の電極に近接した第２の磁性材料を更に備える請求項１４に記載のガス放電ランプ。
16. 前記第１の給電コイルを前記第２の給電コイルに対して接続する導電材料を更に備える請求項１５に記載のガス放電ランプ。
17. 前記導電材料は前記エンベロープに対して固着される請求項１６に記載のガス放電ランプ。
18. 前記第１の給電コイルは前記エンベロープの外壁上である請求項１４に記載のガス放電ランプ。
19. 前記ガス放電ランプは、前記エンベロープの前記外壁と略同軸状のプラトーを有し、かつ、前記第１の電極を加熱する前記第１のヒータ・コイルは前記プラトー内に位置される請求項１８に記載のガス放電ランプ。
20. 放電ガスを収容するエンベロープを有するガス放電ランプであって、第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極に対して結合された第１の給電コイルと、前記第２の電極に対して結合された第２の給電コイルと、前記第１の電極に対して結合された第１のヒータ・コイルと、前記第２の電極に対して結合された第２のヒータ・コイルとを更に有するガス放電ランプを提供するステップと、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間にアークを励起するに十分な電力を前記第１の給電コイルおよび前記第２の給電コイルに対して提供するステップと、
    前記第１の給電コイルおよび第２の給電コイルに対する電力を減少して前記ランプを調光するステップと、
    前記第１のヒータ・コイルおよび前記第２のヒータ・コイルに対する電力を増加させて前記第１の電極および前記第２の電極を通る電流を増大させることで前記第１の電極および前記第２の電極の温度を高めるステップと、
    を備える、調光可能な誘導給電式ガス放電ランプを作動させる方法。
21. 前記電力は、前記ランプの給電と、前記第１の電極および前記第２の電極の加熱と、の間で切換えられる請求項２０に記載の方法。
22. 放電ガスを収容するエンベロープを有するガス放電ランプであって、第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極に対して接続された第１の給電コイルと、前記第２の電極に対して接続された第２の給電コイルと、前記第１の電極を加熱する第１のヒータ・コイルと、前記第２の電極を加熱する第２のヒータ・コイルとを更に有するガス放電ランプを提供するステップと、
    前記第１のヒータ・コイルおよび前記第２のヒータ・コイルに対して電力を印加して、前記第１の電極および前記第２の電極に対して加熱変化特性を提供するステップと、
    前記第１の給電コイルおよび前記第２の給電コイルに対して電力を印加して、前記ランプを励起するに十分な電圧を提供するステップと、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間でアークが開始される励起電圧を測定するステップと、
    前記ランプの次の始動において使用するために、前記励起電圧の関数として前記加熱変化特性を選択的に変更するステップと、
    を備えるガス放電ランプを作動させる方法。
23. 前記励起電圧を記憶するステップを更に備える請求項２２に記載の方法。
24. 以前の励起電圧を現在の励起電圧と比較するステップを更に備える請求項２３に記載の方法。
25. 第１の電極および第２の電極を有すると共に誘導給電式ガス放電ランプのための固定具であって、
    前記ガス放電ランプの第１の部分を受容する第１の固定具部分であって、前記ガス放電ランプを作動させるために前記第１の電極に対して電力を供給する第１の電力一次コイルと、前記第１の電極を加熱するために前記第１の電極に対して電力を提供する第１の加熱一次コイルとを有する第１の固定具部分と、
    前記ガス放電ランプの第２の部分を受容する第２の固定具部分であって、前記ガス放電ランプを作動させるために前記第２の電極に対して電力を供給する第２の電力一次コイルと、前記第２の電極を加熱するために前記第２の電極に対して電力を提供する第２の加熱一次コイルとを有する第２の固定具部分と、
    そ備える固定具。
26. 前記第１の電力一次コイルは前記第１の部分の周縁部の回りで円周方向に配設される請求項２５に記載の固定具。
27. 前記第２の部分は頂部を有し、かつ、前記第１の加熱一次コイルは前記頂部上に配置される請求項２６に記載の固定具。
28. 前記第１の加熱一次コイルは前記第２の部分の周縁部の回りに配設される請求項２６に記載の固定具。
29. エンベロープと、
    前記エンベロープ内の第１の電極と、
    第１の一次コイルから電力を誘導的に受けると共に前記第１の電極に対して接続された給電コイルと、
    第２の一次コイルから電力を誘導的に受けると共に前記第１の電極に対して接続されたヒータ・コイル、
    を備えるガス放電ランプ。
30. 前記エンベロープは頂部を有し、かつ、前記給電コイルは前記頂部内に配置される請求項２９に記載のガス放電ランプ。
31. 前記ヒータ・コイルは前記頂部内に配置される請求項３０に記載のガス放電ランプ。
32. 前記給電コイルは前記ヒータ・コイルと同軸状である請求項３１に記載のガス放電ランプ。
33. 前記給電コイルおよび前記ヒータ・コイルは実質的に同一平面上にある請求項３２に記載のガス放電ランプ。
34. 前記エンベロープは湾曲壁を有し、かつ、前記給電コイルは前記湾曲壁の回りで円周方向に配設される請求項３３に記載のガス放電ランプ。
35. 前記ガス放電ランプは第１の円筒状部分および第２の円筒状部分を有し、かつ、前記第１の円筒状部分は前記第２の円筒状部分と同軸状であると共に前記第２の円筒状部分から離間される請求項２９に記載のガス放電ランプ。
36. 前記給電コイルは前記第１の円筒状部分の回りで円周方向に配設される請求項３５に記載のガス放電ランプ。
37. 前記ヒータ・コイルは前記第２の円筒状部分の回りに配設される請求項３６に記載のガス放電ランプ。
38. 前記第１の円筒状部分は前記第２の円筒状部分よりも長寸である請求項３７に記載のガス放電ランプ。

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