JP2010198879A - 無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】高温時でも高い発光効率を得ることができ且つ所望の発光色を実現することのできる無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】透光性材料から成るバルブ１と、バルブ１と一体に形成され且つバルブ１内方に突出し高周波電流が通電される誘導コイル２が配設されるキャビティ１０とから成り、バルブ１とキャビティ１０とで形成される気密空間に水銀を含む放電ガスを封入して構成され、バルブ１及びキャビティ１０の気密空間側の表面に発光層３を設け、キャビティ１の前記表面であって且つ誘導コイル２に近接した箇所に設けられた第１の発光層３０は、他の箇所に設けられた第２の発光層３１と比べて高温時における発光効率の低下が小さい発光材料から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具に関する。

従来から、誘導コイルに高周波電流を通電することによって形成される電磁界でプラズマを発生させて発光する無電極放電ランプが知られている。このような無電極放電ランプでは、有電極放電ランプのように電極の消耗が無いことから、有電極放電ランプと比べて長寿命という特徴を有する。また、外部電極からの静電結合による電界でプラズマを発生させる静電結合方式よりも高い発光効率である。特に、低圧無電極放電ランプは、水銀を励起させて紫外線を発生させ、その紫外線をバルブ内周面に設けられた発光層で可視光線に変換するものであり、長寿命であって且つ高い発光効率を有する光源である。

誘導コイルにより形成される電磁界を放電ガスに効率良く作用させるためには、無電極放電ランプに近接して誘導コイルを配設するのが有効であるが、誘導コイルに近接したバルブ管壁は誘導コイルの影響により高温となる。更に、誘導コイルにより形成される電磁界は誘導コイルに近い程強く、発生するプラズマは誘導コイルに近接したバルブ管壁の近傍に集中する。この結果、有電極放電ランプと比べてバルブ管壁の一部が非常に高温となり、１５０〜２００℃を超える温度となる場合がある。

このような無電極放電ランプに使用する発光層の発光材料には、高い変換効率だけではなく、高負荷時でも良好な特性を維持できることが求められる。そして、高効率な発光を実現する発光材料として、それぞれ赤色、青色、緑色に発光する３種類の蛍光体を用いる３波長蛍光ランプが実用化されている。このような３波長蛍光ランプに用いられる３つの発光材料はそれぞれ特性が異なり、発光効率と温度との関係（温度特性）も異なる。例えば、発光材料として青色蛍光体である２価のユーロピウムにより活性化されたバリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体（ＢＡＭ）と、緑色蛍光体である三価のセリウム及びテルビウムにより活性化されたリン酸ランタン蛍光体（ＬＡＰ）と、赤色蛍光体である３価のユーロピウムにより活性化された酸化イットリウム蛍光体（ＹＯＸ）とを使用する場合、ＬＡＰでは温度が１５０℃を超えると発光効率が低下する、所謂温度消光という現象が顕著である。一般に有電極放電ランプではこのような高温となることは無いが、特に前記のような無電極放電ランプでは、誘導コイル近傍にＬＡＰを塗布した場合に温度消光が発生し、発光効率が低下するという問題が起こる。そこで、上記の問題を解決するものとして、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。

特許文献１に記載の無電極放電ランプは、電球状の透光性バルブと、バルブの中心に形成されて誘導コイルが配設されるキャビティとによって形成される気密空間に放電ガスを封入したものであって、バルブ及びキャビティの気密空間側の表面にそれぞれ複数種類の希土類蛍光体から成る蛍光体皮膜を形成している。そして、複数種類の希土類蛍光体のうち、最も発光輝度の劣化が小さい蛍光体の配合比率について、バルブ表面での配合比率よりもキャビティ表面での配合比率の方が高くなるようにしている。而して、キャビティに形成した蛍光体皮膜の劣化を最小限に留め、ランプ全体としての光束劣化を低減させている。

特開平１０−２４１６３４号公報

しかしながら、上記従来例では、キャビティの気密空間側の表面全体に最も発光輝度の劣化が小さい蛍光体の配合比率の高い蛍光体皮膜を形成しているため、誘導コイル近傍のみならず点灯中に高温とならない箇所にも上記蛍光体皮膜が形成されてしまう。このため、蛍光体皮膜における発光材料の組成の自由度が低くなり、所望の発光色を実現することができないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、高温時でも高い発光効率を得ることができ且つ所望の発光色を実現することのできる無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、透光性材料から成るバルブと、バルブと一体に形成され且つバルブ内方に突出し高周波電流が通電される誘導コイルが配設されるキャビティとから気密空間を形成するとともに気密空間に放電ガスが封入され、誘導コイルに高周波電流を通電することにより形成される電磁界の作用によって放電ガスを電離し、発生したプラズマによって励起発光させる無電極放電ランプであって、バルブ及びキャビティの気密空間側の表面には、放電に伴って放射される紫外線を可視光線に変換する発光層が設けられており、キャビティの前記表面であって且つ誘導コイルに近接した箇所に設けられた発光層は、他の箇所に設けられた発光層と比べて高温時における発光効率の低下が小さい発光材料から成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、発光層は１乃至複数種類の発光材料から成り、キャビティの前記表面であって且つ誘導コイルに近接した箇所に設けられた発光層は、他の箇所に設けられた発光層と比べて高温時における発光効率の低下が最も大きい発光材料の配合比率が小さいことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、発光層は、２価のユーロピウムにより活性化されたバリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体、３価のセリウム及びテルビウムにより活性化されたリン酸ランタン蛍光体、３価のユーロピウムにより活性化された酸化イットリウム蛍光体のうち少なくとも何れか１種類の発光材料から成り、キャビティの前記表面であって且つ誘導コイルに近接した箇所に設けられた発光層は、他の箇所に設けられた発光層と比べてリン酸ランタン蛍光体の配合比率が小さいことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の無電極放電ランプと、無電極放電ランプを収納する器具本体と、無電極放電ランプに近接配置される誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する無電極放電灯点灯装置とを備えたことを特徴とする。

請求項１，２の発明によれば、点灯中の温度上昇が顕著なキャビティの気密空間側の表面であって且つ誘導コイルに近接した箇所において、高温時における発光材料の温度消光の影響を小さくすることができ、したがって高い発光効率を得ることができる。また、点灯中の温度上昇が顕著なキャビティの気密空間側の表面であって且つ誘導コイルに近接した箇所のみに高温時における発光効率の低下が小さい発光材料から成る発光層を設けるので、従来例と比較して他の箇所における発光層の組成の自由度を高めることができ、したがって所望の発光色を実現することができる。

請求項３の発明によれば、３価のセリウム及びテルビウムにより活性化されたリン酸ランタン蛍光体による温度消光の影響を小さくすることができ、したがって高い発光効率を得ることができる。

請求項４の発明によれば、請求項１乃至３に記載の無電極放電ランプを用いた照明器具を実現することができる。

本発明に係る無電極放電ランプの実施形態を示す断面図である。 同上の分解断面図である。 同上の点灯時における各部の温度を示す表である。 同上が用いられる照明器具の概略図である。

以下、本発明に係る無電極放電ランプの実施形態について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図１における上下を上下方向と定めるものとする。本実施形態は、図１に示すように、透光性材料から成るバルブ１と、バルブ１と一体に形成され且つバルブ１内方に突出し高周波電流が通電される誘導コイル２が配設されるキャビティ１０とから成り、バルブ１とキャビティ１０とで形成される気密空間に水銀を含む放電ガスを封入して構成される。

バルブ１は、例えばガラス等の透光性材料を略電球形状に加工して成り、図１，２に示すように、その内周面には後述する発光層３のうち第２の発光層３１が設けられている。また、バルブ１の下端部には、バルブ１と後述するカプラ４とを嵌合させるための口金６が取り付けられている。

キャビティ１０には、図１，２に示すように、下底部から上側の開口に向かって略円筒状に形成された排気管１１が溶着されている。排気管１１は、バルブ１内部の空間から空気を排気するとともに放電ガスを封入するために用いられる。また、排気管１１の上下方向における略中央部には、放電ガスの蒸気圧を制御するための亜鉛及び水銀の合金から成るアマルガムが封入された金属容器５が設けられている。尚、排気管１１の内周面には、金属容器５を位置決めするための突部１１ａが設けられている。また、キャビティ１０の気密空間側の表面にもバルブ１の内周面と同様に第２の発光層３２が設けられており、更に誘導コイル２に近接した箇所には第１の発光層３１が設けられている。

発光層３は、放電に伴って放射される紫外線を可視光線に変換するもので、青色蛍光体である２価のユーロピウムにより活性化されたバリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体（ＢＡＭ）と、緑色蛍光体である３価のセリウム及びテルビウムにより活性化されたリン酸ランタン蛍光体（ＬＡＰ）と、赤色蛍光体である３価のユーロピウムにより活性化された酸化イットリウム蛍光体（ＹＯＸ）のうち少なくとも何れか１種類の発光材料から成る。本実施形態の発光層３は、図１，２に示すように、キャビティ１０の気密空間側の表面における誘導コイル２に近接した箇所に設けられた第１の発光層３０と、キャビティ１０の前記表面における前記箇所を除いた箇所、及びバルブ１の内周面に設けられた第２の発光層３１とから構成され、それぞれ発光材料の配合比率が異なっている。尚、発光材料の配合比率については後述する。

カプラ４は、バルブ１を保持すると共に高周波電力を供給されることにより高周波電磁界を発生して放電ガスを励起させる誘導コイル２のバルブ１に対する位置決めをするもので、図１，２に示すように、誘導コイル２が巻設されるコア４０と、誘導コイル２及びコア４１が発生する熱を放熱する熱伝導体４１とから成る。熱伝導体４１は、アルミ等の良好な熱伝導率を有する金属を用いて略円筒状に形成され、その下端部は径方向に広がっている。熱伝導体４１はキャビティ１０内に挿入されており、その内部には排気管１１が挿通している。熱伝導体４１の上端側の側面には、上述のコア４０が嵌装されている。コア４０は、高周波磁気特性の良好なＭｎ−Ｚｎフェライト材料を略円筒状に加工したものであり、コア４０の側面には、誘導コイル２が絶縁層（図示せず）を介して巻装されている。

以上の構成において、誘導コイル２に高周波電流を通電すると誘導コイル２の周囲に高周波電磁界が発生し、この高周波電磁界のエネルギーを受けて放電ガスが電離してプラズマが発生する。プラズマが発生するとアマルガム中の水銀原子が励起され、励起された水銀原子は基底状態に戻る際に紫外線を放射する。この紫外線は、バルブ１の内周面及びキャビティ１０の気密空間側の表面に設けられた発光層３において可視光線に変換され、バルブ１を透過して外部に放出される。

ところで、背景技術でも述べたように、本実施形態のような構成の無電極放電ランプでは、点灯中にバルブ１の管壁、特にキャビティ１０の管壁の温度が非常に高くなるという問題がある。例えば、本実施形態に１５０Ｗの高周波電力を供給した場合、図３に示すように、キャビティ１０の管壁のうち誘導コイル２に近接した箇所の温度が非常に高くなり、１５０〜２００℃を超える。これは、高周波電磁界の強い誘導コイル２に近接した箇所でプラズマの電流密度が高くなることや、キャビティ１０に誘導コイル２が配設されるために放熱性が悪くなることが理由に挙げられる。

背景技術でも記載したように、発光材料としてＢＡＭ、ＬＡＰ、ＹＯＸを用いた３波長蛍光ランプは良好な発光効率と寿命特性を持つが、これらの発光材料のうちＬＡＰは他の発光材料と比較して高温での発光効率の低下、即ち温度消光が顕著である。特に、２００℃以上の温度における発光効率は、２５℃における発光効率に比べて数十％以上低下すると言われている。したがって、本実施形態のような無電極放電ランプでは、ＬＡＰを用いることによる温度消光を無視することができない。このため、温度特性の良好な発光材料を用いることが考えられ、例えば本実施形態の無電極放電ランプと同様に点灯時に高温となる高輝度放電灯の外管バルブにおいても性能を発揮できるように温度特性を改善した蛍光体が開発されている。しかしながら、このような蛍光体であっても、発光効率の面で上記に挙げたＢＡＭ、ＬＡＰ、ＹＯＸには及ばない。

そこで、本実施形態では、キャビティ１０の気密空間側の表面であって誘導コイル２に近接した箇所に設けられる第１の発光層３０を、ＬＡＰの配合比率が第２の発光層３１におけるＬＡＰの配合比率よりも小さくなるように、或いはＬＡＰを全く含まないように組成している。このように構成することで、第１の発光層３０では第２の発光層３１と比較してＢＡＭ、ＹＯＸを多く含むため、高温時における発光効率の低下が小さくなる。而して、点灯中の温度上昇が顕著なキャビティ１０の気密空間側の表面であって且つ誘導コイル２に近接した箇所において、高温時における発光材料の温度消光の影響を小さくすることができ、したがって高い発光効率を得ることができる。

ところで、図３に示すように、キャビティ１０の前記表面における口金６近傍の点灯中の温度はバルブ１の最大径部における点灯中の温度よりも低く、高温となることがない。このため、従来例のようにキャビティ１０の前記表面全体に高温時における温度特性を考慮した発光層３を設ける必要が無く、発光層３における発光材料の組成の自由度が低くなってしまう。

そこで、本実施形態では、従来例のようにキャビティ１０の前記表面全体に同一組成の発光層３を設けるのではなく、上述のようにキャビティ１０の前記表面であって誘導コイル２に近接した箇所のみに第１の発光層３０を設け、他の箇所には組成の異なる第２の発光層３１を設けている。而して、第２の発光層３１では第１の発光層３０のように高温時における温度特性を考慮した組成にしなくてもよいため、所望の発光色に応じたＢＡＭ、ＬＡＰ、ＹＯＸの配合が可能となる。したがって、従来例と比較して他の箇所における発光層３の組成の自由度を高めることができ、所望の発光色を実現することができる。

尚、上記の発光材料のうちＹＯＸは他の発光材料と比較して高温での発光効率の向上が顕著であり、特に２００℃以上の温度における発光効率が２５℃における発光効率に比べて１０％以上向上すると言われている。したがって、第１の発光層３０におけるＹＯＸの配合比率を第２の発光層３１におけるＹＯＸの配合比率よりも大きくするのが望ましい。このように第１の発光層３０を組成することで、点灯中の温度上昇が顕著なキャビティ１０の気密空間側の表面であって且つ誘導コイル２に近接した箇所において、高温時における発光効率が向上するため、高い発光効率を得ることができる。

以下、上記実施形態の無電極放電ランプを用いた照明器具の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図４に示すように、上記実施形態の無電極放電ランプＡと、無電極放電ランプＡを収納する下面が開口した反射板から成る略椀状の器具本体７と、器具本体７に取り付けられて器具本体７の開口を覆う透光性材料から成る略円形状のカバー７０とから構成される。無電極放電ランプＡの口金６には、器具本体７の上側に設けられた挿通孔（図示せず）を介して導入される出力線８ａの一端が接続され、出力線８ａの他端を無電極放電灯点灯装置８に接続することで口金６を介して誘導コイル２に高周波電力を供給するようになっている。尚、無電極放電灯点灯装置８は外部電源（図示せず）からの電力を高周波電力に変換して誘導コイル２に供給するものであり、従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態は、器具本体７とカバー７０とで無電極放電ランプＡを密閉する構成となっているため、無電極放電ランプＡを点灯すると器具本体７内部の温度が上昇して無電極放電ランプＡの周囲温度が上昇する。しかしながら、上記実施形態の無電極放電ランプＡを用いることで、無電極放電ランプＡの周囲温度が高くなっても発光層３における温度消光の影響を小さくすることができるので、高効率の照明器具を実現することができる。尚、上記実施形態の無電極放電ランプＡを用いる照明器具としては本実施形態のような密閉型の照明器具に限定される必要は無く、他の構成を有する照明器具であっても構わない。

１ バルブ
１０ キャビティ
２ 誘導コイル
３ 発光層
３０ 第１の発光層
３１ 第２の発光層

Claims (4)

1. 透光性材料から成るバルブと、バルブと一体に形成され且つバルブ内方に突出し高周波電流が通電される誘導コイルが配設されるキャビティとから気密空間を形成するとともに気密空間に放電ガスが封入され、誘導コイルに高周波電流を通電することにより形成される電磁界の作用によって放電ガスを電離し、発生したプラズマによって励起発光させる無電極放電ランプであって、バルブ及びキャビティの気密空間側の表面には、放電に伴って放射される紫外線を可視光線に変換する発光層が設けられており、キャビティの前記表面であって且つ誘導コイルに近接した箇所に設けられた発光層は、他の箇所に設けられた発光層と比べて高温時における発光効率の低下が小さい発光材料から成ることを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 前記発光層は１乃至複数種類の発光材料から成り、キャビティの前記表面であって且つ誘導コイルに近接した箇所に設けられた発光層は、他の箇所に設けられた発光層と比べて高温時における発光効率の低下が最も大きい発光材料の配合比率が小さいことを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
3. 前記発光層は、２価のユーロピウムにより活性化されたバリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体、３価のセリウム及びテルビウムにより活性化されたリン酸ランタン蛍光体、３価のユーロピウムにより活性化された酸化イットリウム蛍光体のうち少なくとも何れか１種類の発光材料から成り、キャビティの前記表面であって且つ誘導コイルに近接した箇所に設けられた発光層は、他の箇所に設けられた発光層と比べてリン酸ランタン蛍光体の配合比率が小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の無電極放電ランプ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の無電極放電ランプと、無電極放電ランプを収納する器具本体と、無電極放電ランプに近接配置される誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する無電極放電灯点灯装置とを備えたことを特徴とする照明器具。

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