JP2010287399A - 無電極放電灯及びこれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率の高い無電極放電灯を提供する。
【解決手段】キャビティ２の内部に誘導コイル１６を配設する無電極放電灯において、誘導コイル１６の巻線１３とキャビティ２の管壁とを近接させる、近接手段を設けた。これは、巻線１３が巻回された円筒状のフェライトコア１２に、円筒の軸方向に沿ったスリット１２ｂを設け、拡張部材１５や熱膨張性素材１７によってスリット１２ｂの幅を押し広げて巻線１３の巻き径を拡張させることや、熱膨張性素材１７に巻線１３を巻回し、熱膨張性素材１７を膨張させて巻線１３の巻き径を拡張させることによって、実現される。このように巻線１３をキャビティ２の管壁に近接させることによって、誘導コイル１６から発生する誘導電磁界をバルブ３内部に有効に鎖交させることができ、高い発光効率を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブの内側に誘導コイルを配設した無電極放電灯及び、これを用いた照明器具に関するものである。

誘導コイルによる誘導電磁界でバルブ内部にプラズマを発生させて発光する無電極放電灯は、通常の有電極ランプのような電極の消耗がなく、有電極ランプよりも長寿命であるという特徴がある。

このような無電極放電灯において、誘導コイルにフェライトコアなどの鉄芯を用いた場合には、誘導コイルに通電する高周波電流の周波数が数１００ｋＨｚ程度と比較的低周波数であっても、バルブ内部に誘導電磁界を効率よく与えることが可能となる。これによって、点灯回路での電力ロスが軽減され、また高周波用の特殊な素子が不要になることから低コストで点灯装置を実現することができる。

従来、上記のようにフェライトコアなどの鉄芯を用いた無電極放電灯において、その始動性や発光効率を向上させるために、誘導コイルで発生させた誘導電磁界をバルブ内部に効率よく与えるように構成したものが提供されている。例えば特許文献１には（図１０参照）、バルブ２の内部に向かって落ち窪んだ管状の窪み部（以下キャビティとも称する）３を形成し、このキャビティ３内に誘導コイル１６を配設する無電極放電灯において、磁性材料からなる円筒状のコア１２内に熱伝導部材１１を配設し、コア１２の上端を熱伝導部材１１の上端よりも突出させた（図１０中のＡ参照）無電極放電灯が記載されている。本従来例では、磁力線の出入りするコア１２の表面積を大きくすることで、カプラ部４での電力損失を軽減することができる。また特許文献２には、キャビティの管壁と誘導コイルとの間に誘電体を介在させ、始動性の向上を図った無電極放電灯が記載されている。

ところで、誘導コイルで発生させた誘導電磁界をバルブ内部に効率よく伝えるには、誘導コイルの巻線をバルブに近接させた方がよい。この思想に基づいて、特許文献３には、バルブの外周に誘導コイルの巻線を巻回する無電極放電灯において、保持手段を用いて巻線をバルブに近接させた無電極放電灯が記載されている。

特開２００４−１１９０３８号公報 特開２００７−２７３１３７号公報 特開２００１−３５４４９号公報

ところが、一般に、誘導コイルに用いられるフェライトコアなどの鉄芯は焼結させたものであることから、寸法のバラツキが大きいものである。また、キャビティを構成するガラス部材も、製造の際に寸法のバラツキが生じやすい。従って、フェライトコアなどの鉄芯を用いた誘導コイルをキャビティの内部に配設する無電極放電灯では、キャビティ内に誘導コイルを配設する際にキャビティの管壁と誘導コイルとが接触しないように、設計上、キャビティの管壁と誘導コイルとの間に充分な隙間を取る必要がある。従って、このような無電極放電灯では誘導コイルとキャビティの管壁との間にはある程度の間隔が生じることとなり、発光効率を低下させることになっていた。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、発光効率の高い無電極放電灯及び、この無電極放電灯を備えた照明器具を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内部に向かって落ち窪んだ管状の窪み部を有し、透光性材料から形成され内部に放電ガスが充填された気密なバルブと、前記窪み部内に配設された誘導コイルとを備え、この誘導コイルに高周波電流を通電することにより誘起される電磁界によって前記バルブ内部に放電を発生させる無電極放電灯において、前記窪み部内に配設された誘導コイルの巻線の巻き径を前記窪み部内に配設する前の巻き径よりも拡張させて、この巻線を前記窪み部の管壁に近接させる、近接手段を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、誘導コイルの巻線の巻き径を拡張させ、巻線を窪み部の管壁に近接させることによって、誘導コイルから発生する誘導電磁界をバルブ内部に有効に鎖交させることができ、高い発光効率を得ることができる。

請求項２の発明は、請求項１記載の無電極放電灯において、前記誘導コイルの巻線は、底面に開口が形成され且つこの開口から軸方向に沿ってスリットが設けられた筒状の被巻回部に巻回されており、前記近接手段は、前記被巻回部と、この被巻回部の開口に対向して配設され、この被巻回部の開口に向かってその径が徐々に減少する、略錐体状の拡張部材とからなることを特徴とする。

請求項２の発明では、筒状の被巻回部の底面に形成された開口に、略錐体状の拡張部材を押込むことにより、開口から延設された被巻回部のスリットが径方向外方へと押し広げられる。これにより、被巻回部に巻回された巻線の径が拡張され、巻線を窪み部の管壁に近接させることができる。

請求項３の発明は、請求項１記載の無電極放電灯において、前記誘導コイルの巻線は、筒または棒状の鉄芯に巻回されており、前記近接手段は、前記誘導コイルの巻線と前記鉄芯との間に介装され、熱が加えられることにより膨張してこの巻線の巻き径を拡張させる熱膨張性素材からなることを特徴とする。

請求項３の発明では、鉄芯の外周に熱膨張性素材が配設され、熱膨張性素材の外周に巻線が巻回されている。従って、熱膨張性素材に熱を加えることによって巻線の巻き径が拡張されるため、巻線を窪み部の管壁に近接させることができる。

請求項４の発明は、請求項１記載の無電極放電灯において、前記誘導コイルの巻線は、軸方向に沿って複数に分割された中空筒状の鉄芯に巻回され、且つこの鉄芯には放熱部材が挿通されており、前記近接手段は、前記鉄芯と、この鉄芯と前記放熱部材との間に介装され、熱が加えられることにより膨張してこの鉄芯を径方向外方へと変位させる熱膨張性素材とからなることを特徴とする。

請求項４の発明では、筒または棒状の放熱部材の周りに熱膨張性素材が配設され、複数に分割された筒状の鉄芯が熱膨張性素材の周りに配設され、鉄芯の外周に巻線が巻回されている。従って、熱膨張性素材に熱を加えることによって鉄芯が径方向外方へと変位し、巻線の巻き径が拡張されるため、巻線を窪み部の管壁に近接させることができる。

請求項５の発明は、請求項１記載の無電極放電灯において、前記誘導コイルの巻線は、軸方向に沿ってスリットが設けられた筒状の被巻回部に巻回されており、前記近接手段は、前記被巻回部と、この被巻回部のスリット内に配設され、熱が加えられることにより膨張してこのスリットのスリット幅を拡張させる熱膨張性素材とからなることを特徴とする。

請求項５の発明では、被巻回部の軸方向に沿って形成されたスリット内に、熱膨張性素材が配設されている。従って、熱膨張性素材に熱を加えることによって被巻回部のスリットが押し広げられて巻線の巻き径が拡張されるため、巻線を窪み部の管壁に近接させることができる。

請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれか記載の無電極放電灯において、前記熱膨張性素材は、熱が加えられることにより膨張して硬化する、熱硬化性を有する素材であることを特徴とする。

請求項６の発明では、請求項３〜５に記載された構成の無電極放電灯において、上記の熱膨張性素材を、熱が加えられることにより膨張して硬化する熱硬化性を有する素材とし、誘導コイルを窪み部内に配設した後に熱膨張性素材に熱を加える構成となっている。これにより、窪み部内に誘導コイルを配設する際の容易性が確保できるとともに、ランプ点灯時には巻線が窪み部の管壁に近接しているので、高い発光効率を得ることができる。

請求項７の発明は、請求項３〜５のいずれか記載の無電極放電灯において、前記熱膨張性素材は、体積が温度に対して可逆的に変化し、温度が上昇するに従って体積が増加し温度が低下するに従って体積が減少する性質を有した素材であることを特徴とする。

請求項７の発明では、請求項３〜５に記載された構成の無電極放電灯において、上記の熱膨張性素材を、温度が上昇するに従って体積が増加し温度が低下するに従って体積が減少する性質を有した素材としている。これにより、ランプ点灯時には巻線が窪み部の管壁に近接するので高い発光効率を得ることができ、且つランプ消灯時には巻線の巻き径が縮小するので、誘導コイルをキャビティから容易に取り外すことができる。

請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか記載の無電極放電灯を備えた照明器具である。

請求項８の発明によれば、請求項１〜７の発明と同様の作用を奏する無電極放電灯を備えた照明器具を提供することができる。

本発明は、発光効率の高い無電極放電灯及び、この無電極放電灯を備えた照明器具を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る無電極放電灯の断面図である。 同上のカプラ部４の模式図である。 本発明の実施形態２に係る無電極放電灯の断面図である。 同上のカプラ部４の断面の模式図である。 本発明の実施形態３に係る無電極放電灯の断面図である。 同上のカプラ部４の断面の模式図である。 本発明の実施形態４に係る無電極放電灯の断面図である。 同上のカプラ部４の模式図である。 本発明の実施形態５に係る照明器具の外観図である。 従来例の断面図である。

（実施形態１）
本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。

本実施形態の無電極放電灯１は、ガラスなどの透光性を有する材料から、内部に向かって落ち窪んだ円管状のキャビティ２を有し電球状に形成された気密なバルブ３と、キャビティ２の内部に配設されるカプラ部４とを備えている。

キャビティ２の底面２ａの中央部からは、キャビティ２の内部を通りバルブ３の外方へ向かって排気細管５が突設されている。この排気細管５は、バルブ３の内部から空気を排気すると共に、バルブ３の内部に水銀蒸気を含む放電ガス及び希ガスを充填するために用いられる。また排気細管５の内部には、バルブ３内部の水銀蒸気圧を制御するためのアマルガムを収納した金属容器６と、この金属容器６を適正な位置に保持するためのガラスロッド７が配設されている。バルブ３の内面及びキャビティ２の外面には、保護膜８及び蛍光体膜９が形成されており、バルブ３の下端には口金１０が設けられている。

カプラ部４は、銅などの熱伝導率の高い材料から円筒状に形成された放熱パイプ１１と、放熱パイプ１１の上部に嵌装された円筒状のフェライトコア１２と、フェライトコア１２の外周に巻回された巻線１３と、放熱パイプ１１を保持する放熱シリンダ１４と、拡張部材１５とを備えている。なお、誘導コイル１６は上記フェライトコア１２及び巻線１３からなる。

放熱パイプ１１とフェライトコア１２とは一体に結合され、その底面には、図２（ａ）に示すように円形の開口１１ａ及び１２ａが形成されている。また、放熱パイプ１１の内部は排気細管５が挿通できるように中空になっている。そして、この放熱パイプ１１及びフェライトコア１２は、開口１１ａ及び１２ａから円筒の軸方向に沿って設けられたスリット１１ｂ及び１２ｂによって、軸方向に２つに分割されている。この分割された放熱パイプ１１は、放熱シリンダ１４に挿通されて保持されている。また放熱パイプ１１の上方には、円筒部１５ａ及び円錐部１５ｂからなり内部に排気細管５が挿通される孔が形成された、拡張部材１５が配設されている。ただし円錐部１５ｂは、排気細管５を挿通する孔が中心に形成されているため、厳密には円錐形ではない。巻線１３は、フェライトコア１２に巻回され、図示しない導線を介してランプ外部の点灯回路に接続されており、この点灯回路から高周波電流を通電されてバルブ３の内部に誘導電磁界を誘起する。なお上記導線は、巻線１３の上側及び下側でその長さを余らせてあり（以下この余り部分を余長部と称する）、後述するように巻線１３の巻き径が拡張する時には、この余長部から導線が供給される。

上記のカプラ部４をキャビティ２内に配設するには、まず、排気細管５を拡張部材１５及び放熱シリンダ１１に挿通し、カプラ部４をキャビティ２内に挿し込む。カプラ部４を図１の上方へ向かって押込むと、拡張部材１５の円筒部１５ａの底面がキャビティ２の底面２ａに当接する。ここからさらにカプラ部４を上方へ押込むと、図２（ｂ）に示すように、拡張部材１５の円錐部１５ｂによって放熱パイプ１１及びフェライトコア１２のスリット１１ｂ及び１２ｂが押し広げられる。この時巻線１３は、フェライトコア１２のスリット１２ｂが押し広げられるに従って、先述した余長部から導線が供給されてその巻き径が拡張される。従って、巻線１３とキャビティ２の管壁との間隔が狭められることになる。そして、放熱シリンダ１４を口金１０に嵌合させて、カプラ部４はバルブ３に結合される。

本実施形態では上記のようにして、巻線１３がキャビティ２の管壁に近接した無電極放電灯１を得ることができる。

本実施形態の巻線１３に高周波電流を通電すると、バルブ３内部に誘導電磁界が誘起される。これにより、バルブ３内部の水銀蒸気が励起発光して、主として紫外線を放射する。この紫外線は蛍光体膜９で可視光に変換され、この可視光がバルブ３外方へと放射されることにより、無電極放電灯１は発光する。

本実施形態では、従来の無電極放電灯よりも、巻線１３をキャビティ２の管壁に近接させることができる。よって、誘導コイル１６から発生する誘導電磁界がバルブ３内部に有効に供給されるため、従来の無電極放電灯よりもランプの発光効率を向上させることができる。

なお拡張部材１５は、上記のようにカプラ部４の一部として構成してもよいし、底面２ａに固設するなどキャビティ２の一部として構成してもよい。また、この拡張部材１５は、円筒部１５ａについてはカプラ部４をキャビティ２内に押し込む時にキャビティ２を破損しない程度の柔軟性を持ち円錐部１５ｂについては放熱パイプ１１のスリット１１ｂを継続して拡張させられるような適当な硬度を持っており、且つランプ点灯時の温度で充分な安定性を持つ部材で形成されていればよい。また、この拡張部材１５にある程度の柔軟性があれば、ランプ点灯時のフェライトコア１２の振動を抑制することもできる。

さらに、巻線１３の外周あるいはキャビティ２の内壁に、高い柔軟性を有するスペーサを設けて、巻線１３がキャビティ２の管壁に直接接触しないような構成にしてもよい。このような構成にすれば、巻線１３がキャビティ２の管壁に当接することによる管壁の破損を防止することができる。

また、上記実施形態では放熱パイプ１１及びフェライトコア１２を２分割したものを例示したが、放熱パイプ１１及びフェライトコア１２を３以上に分割してもよい。
（実施形態２）
本発明の第２の実施形態を、図３及び図４を参照して説明する。本実施形態は、カプラ部４の構成以外は実施形態１と同様であるので、共通の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のカプラ部４は、円筒状の放熱パイプ１１と、放熱パイプ１１の上部に嵌装された円筒状のフェライトコア１２と、フェライトコア１２の外周に円筒状に配設された熱膨張性素材１７と、熱膨張性素材１７の外周に巻回された巻線１３と、放熱パイプ１１を保持する放熱シリンダ１４とを備えている。ここで熱膨張性素材１７は、発泡シリコーンなどのように熱を加えると膨張して硬化する素材（以下、熱硬化性素材と称する）であってもよいし、高膨張率シリコーンなどのように温度が上昇すると膨張し温度が低下すると収縮する素材（以下、熱可塑性素材と称する）であってもよい。

まず、熱膨張性素材１７が熱硬化性素材の場合について説明する。この場合には、キャビティ２内部にカプラ部４を配設した後に、熱膨張性素材１７に熱を加える。この熱は、ランプの製造工程で加えてもよいし、ランプを初めて点灯する際にランプから放出される熱を利用してもよい。この加熱プロセスにより、熱膨張性素材１７は図４（ａ）から図４（ｂ）に示すように膨張して硬化し、巻線１３の巻き径を拡張させる。よって、巻線１３とキャビティ２の管壁が近接するので、従来の無電極放電灯よりもランプの発光効率を向上させることができる。

なお、上記の熱硬化性素材は発泡シリコーンに限られず、硬化プロセスで膨張するものであって、ランプ点灯時の高温で充分安定な素材であればよい。また、一般に無電極放電灯１は長寿命光源であるためバルブ３のみを交換することが少ない。よって、加熱プロセスによってカプラ部４をバルブ３から分離することが困難になっても、実用上は特に問題ない。

一方、熱膨張性素材１７が熱可塑性素材である場合には、熱膨張性素材１７は、ランプ点灯時にはランプから放出される熱によって図４（ｂ）のように膨張し、ランプ消灯時には温度が低下して図４（ａ）のように収縮する。よってこの場合も、ランプ点灯時には巻線１３の巻き径が拡張して巻線１３がキャビティ２に近接するので、従来の無電極放電灯よりもランプの発光効率を向上させることができる。また消灯時には、熱膨張性素材１７が収縮して巻線１３の巻き径が縮小し、巻線１３とキャビティ２の管壁には充分な隙間が生じる。よって、カプラ部４とバルブ３とを容易に分離することができる。

なお、上記の熱可塑性素材は高膨張率シリコーンに限られず、温度が上昇するに従って膨張し、温度が低下するに従って収縮するものであって、ランプ点灯時の高温で充分安定な素材であればよい。
（実施形態３）
本発明の第３の実施形態を、図５及び図６を参照して説明する。本実施形態は、カプラ部４の構成以外は実施形態２と同様であるので、共通の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のカプラ部４は、円筒状の放熱パイプ１１と、放熱パイプ１１の周りに配設された熱膨張性素材１７と、軸方向に沿って２分割された円筒状で熱膨張性素材１７の周りに配設されたフェライトコア１２と、フェライトコア１２の外周に巻回された巻線１３と、放熱パイプ１１を保持する放熱シリンダ１４とを備えている。なお本実施形態の熱膨張性素材１７も、実施形態２と同様に、熱硬化性素材であってもよいし熱可塑性素材であってもよい。

本実施形態では、熱膨張性素材１７に熱を加えると、熱膨張性素材１７が膨張して図６（ｂ）に示すようにフェライトコア１２が径方向外方へと変位する。これにより、フェライトコア１２に巻回された巻線１３の巻き径が拡張され、巻線１３がキャビティ２の管壁に近接する。よって、従来の無電極放電灯よりもランプの発光効率を向上させることができる。
（実施形態４）
本発明の第４の実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態は、カプラ部４の構成以外は実施形態２と同様であるので、共通の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のカプラ部４は、軸方向に沿ったスリット１１ｂを有する円筒状の放熱パイプ１１と、軸方向に沿ったスリット１２ｂによって２分割された円筒状で放熱パイプ１１の上部に嵌装されたフェライトコア１２と、フェライトコア１２の外周に巻回された巻線１３と、放熱パイプ１１を保持する放熱シリンダ１４とを備えている。放熱パイプ１１は、スリット１１ｂの下方１１ｃでつながっており、分割されてはいない。そして、２本形成されたスリット１１ｂのそれぞれの下方には、熱膨張性素材１７が配設されている。なお本実施形態の熱膨張性素材１７についても、実施形態２と同様に熱硬化性素材であってもよいし熱可塑性素材であってもよい。

本実施形態の熱膨張性素材１７に熱を加えると、熱膨張性素材１７は膨張し、図８（ｂ）に示すようにスリット１１ｂ及び１２ｂのスリット幅が拡張される。これにより、フェライトコア１２に巻回された巻線１３の巻き径が拡張され、巻線１３がキャビティ２の管壁に近接する。よって、従来の無電極放電灯よりもランプの発光効率を向上させることができる。

なお熱膨張性素材１７は、スリット１１ｂ内であれば、どこに配設してもよい。ただし、上述のようにスリット１１ｂの下部に配設した方が、スリット１１ｂの上部に配設するよりも、同じ膨張率に対してスリット１１ｂ上側のスリット幅を大きく変化させることができる。
（実施形態５）
図９に、実施形態１〜４の無電極放電灯１を備えた照明器具を示す。

この照明器具は、反射鏡１８の内部に無電極放電灯１が配置され、無電極放電灯１は高周波電流を供給する点灯回路１９に接続されている。

本実施形態では、ランプとして上記実施形態１〜４の無電極放電灯１を用いることで、発光効率の高い照明器具が実現できる。

１ 無電極放電灯
２ バルブ
３ キャビティ
１１ 放熱パイプ
１１ａ 開口
１１ｂ スリット
１２ フェライトコア
１２ａ 開口
１２ｂ スリット
１３ 巻線
１５ 拡張部材
１６ 誘導コイル
１７ 熱膨張性素材

Claims (8)

1. 内部に向かって落ち窪んだ管状の窪み部を有し、透光性材料から形成され内部に放電ガスが充填された気密なバルブと、前記窪み部内に配設された誘導コイルとを備え、この誘導コイルに高周波電流を通電することにより誘起される電磁界によって前記バルブ内部に放電を発生させる無電極放電灯において、
   前記窪み部内に配設された誘導コイルの巻線の巻き径を前記窪み部内に配設する前の巻き径よりも拡張させて、この巻線を前記窪み部の管壁に近接させる、近接手段を設けたことを特徴とする無電極放電灯。
2. 前記誘導コイルの巻線は、底面に開口が形成され且つこの開口から軸方向に沿ってスリットが設けられた筒状の被巻回部に巻回されており、
   前記近接手段は、前記被巻回部と、この被巻回部の開口に対向して配設され、この被巻回部の開口に向かってその径が徐々に減少する、略錐体状の拡張部材とからなることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
3. 前記誘導コイルの巻線は、筒または棒状の鉄芯に巻回されており、
   前記近接手段は、前記誘導コイルの巻線と前記鉄芯との間に介装され、熱が加えられることにより膨張してこの巻線の巻き径を拡張させる熱膨張性素材からなることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
4. 前記誘導コイルの巻線は、軸方向に沿って複数に分割された中空筒状の鉄芯に巻回され、且つこの鉄芯には放熱部材が挿通されており、
   前記近接手段は、前記鉄芯と、この鉄芯と前記放熱部材との間に介装され、熱が加えられることにより膨張してこの鉄芯を径方向外方へと変位させる熱膨張性素材とからなることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
5. 前記誘導コイルの巻線は、軸方向に沿ってスリットが設けられた筒状の被巻回部に巻回されており、
   前記近接手段は、前記被巻回部と、この被巻回部のスリット内に配設され、熱が加えられることにより膨張してこのスリットのスリット幅を拡張させる熱膨張性素材とからなることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
6. 前記熱膨張性素材は、熱が加えられることにより膨張して硬化する、熱硬化性を有する素材であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか記載の無電極放電灯。
7. 前記熱膨張性素材は、体積が温度に対して可逆的に変化し、温度が上昇するに従って体積が増加し温度が低下するに従って体積が減少する性質を有した素材であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか記載の無電極放電灯。
8. 請求項１〜７のいずれか記載の無電極放電灯を備えた照明器具。

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