JP2011204481A - 無電極放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱体にかかるコストを抑制しつつも放熱性能を維持することができ、更には、ランプが高出力化された場合であっても放熱体の放熱性能を確保できる無電極放電ランプを提供する。
【解決手段】透光性材料により形成されて内壁に蛍光体膜が形成され、希ガスが封入されると共に凹部１１１が形成されるバルブ１１と、一端部が凹部１１１の開口１１１ｂよりも凹部１１１の底面１１１ａ側で封止され、他端部が凹部１１１の底面１１１ａに接続されてバルブ１１内に連通する排気管１２と、バルブ１１内に配設されるアマルガムを収納する金属容器１３と、一端面が凹部１１１の開口１１１ｂよりも凹部１１１の底面１１１ａ側に挿入されて排気管１２の一端部に対向する中実棒状の放熱体１４と、凹部１１１内に配設されて放熱体１４の周囲に軸方向に沿って巻回される誘導コイル１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電ランプに関するものである。

従来から用いられている無電極放電ランプＤとして図４に示すような、透光性材料から略球状に形成されて内側に窪んだ凹部３１１が形成されるバルブ３１と、一端が封止され、他端が凹部３１１の底面３１１ａに接続してバルブ３１の内部に連通する排気管３２と、凹部３１１内に配設される誘導コイル３３と、誘導コイル３３が巻回するコア３４と、バルブ３１の凹部３１１内に挿入されて誘導コイル３３で発生する熱を凹部３１１から外部へ放出する放熱体３５と、排気管３２内に配設される金属カプセル３６と、凹部３１１の開口３１１ｂ側のバルブ３１の外周部に嵌合する口金３７とを備えたものが提供されている。

バルブ３１は、内部に例えばアルゴン等の希ガスが封入され、内壁に保護膜と蛍光体膜とが形成されている。また、凹部３１１は、バルブ３１の表面から当該バルブ３１内部に突出して形成される。

排気管３２は、一端が凹部３１１の底面３１１ａの略中央に接続されて、他端が凹部３１１の開口３１１ｂに位置する略円筒状に形成されている。そして、排気管３２は、一端が溶着により閉塞され、内部がバルブ３１内と連通している。

コア３４は、フェライト等の磁性材料により略円筒状に形成されて外周に沿って誘導コイル３２が巻回され、凹部３１１内に配設される。

放熱体３５は、銅等の良好な熱伝導率を有する金属から中空略円筒状に形成されて一端側から凹部３１１内に挿入され、コア３４の内径部を挿通する。また、放熱体３５は、内径部が排気管３２に挿通される。

金属カプセル３６は、例えばビスマスとインジウムとの合金からなる基体金属に水銀を３．５％添加したアマルガムを収納し、表面に図示しない挿通孔が形成されている。そして、無電極放電ランプＤの点灯時に、アマルガムから上記挿通孔を介してバルブ３１内に水銀蒸気が放出されてバルブ３１内の水銀蒸気圧が制御される。

上記構成からなる従来例の無電極放電ランプＤでは、誘電コイル３３に高周波電流を流すと誘導コイル３３の周囲に高周波電磁界が発生し、バルブ３１内にプラズマが発生する。そして、プラズマが発生すると、アマルガムから放出された水銀原子が励起され、励起された水銀原子が基底状態に戻る際に紫外線を放射する。続いて、紫外線がバルブ３１の内壁に塗布された蛍光体膜によって可視光に変換されてバルブ３１外部に放出される。

また、上記無電極放電ランプＤとは別形態の無電極放電ランプとして、金属カプセル３６を、排気管３２の軸方向において、誘導コイル３２よりも凹部３１１の底面３１１ａ側に配設したものがあった（例えば、特許文献１参照）。この無電極放電ランプでは、調光時におけるバルブ内の水銀蒸気圧を安定して確保することができる。

特開２００８―５３１７８号公報

上記従来例における無電極放電ランプＤでは、排気管３２が凹部３１１の底面３１１ａから当該凹部３１１の開口３１１ｂにまで形成されていることから、凹部３１１内に挿入される放熱体３５は、中空略円筒状に形成する必要があった。そのため、放熱体３５は、少ない断面積で放熱性能を確保できる熱伝導率の高い材料（例えば銅等）から形成されていたが、コストがかかるといった問題があった。

また、一般的に無電極放電ランプの高出力化に伴ってバルブが大型化して排気管の長さが長くなると、放熱体３５の長さも長くなって放熱性能が低下してしまうといった問題もあった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱体にかかるコストを抑制しつつも放熱性能を確保できる無電極放電ランプを提供することにある。

上記課題を解決するために第１の発明は、透光性材料により形成されて内壁に蛍光体膜が形成され、内部に希ガスが封入されると共に内側に窪んだ凹部が形成されるバルブと、封止される一端部が前記凹部の開口よりもこの凹部の底面側に位置し、他端部が前記凹部の底面に接続されて前記バルブ内に連通する排気管と、前記バルブ内に配設される水銀を含有するアマルガムと、一端面が前記凹部の開口よりもこの凹部の底面側に挿入されて前記排気管の一端部に当該一端面が対向する中実棒状の放熱体と、前記凹部内に配設されて前記放熱体の周囲にこの放熱体の軸方向に沿って巻回される誘導コイルとを備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記アマルガムは、前記排気管内に配設され、前記放熱体は、一端面から筒状の壁部が形成され、この壁部に前記排気管が挿通することで前記アマルガムが当該壁部に覆われることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、前記アマルガムは、前記排気管内に配設され、磁性材料から筒状に形成されて外周面に前記誘導コイルが巻回するコアが設けられ、このコアは、前記放熱体が一端から挿通して他端が前記放熱体の一端面よりも前記排気管側へ突出し、当該コアの他端側に前記排気管が挿通することで前記アマルガムが当該コアに覆われることを特徴とする。

本発明では、放熱体にかかるコストを抑制しつつも放熱性能を確保できる無電極放電ランプを提供することができるという効果がある。

本発明の実施形態１における無電極放電ランプの断面図を示す。 本発明の実施形態２における無電極放電ランプの断面図を示す。 本発明の実施形態３における無電極放電ランプの断面図を示す。 従来例における無電極放電ランプの断面図を示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の無電極放電ランプＡについて図１を用いて説明を行う。

本実施形態の無電極放電ランプＡは、図１に示すように、略球状に形成されて内側に窪んだ凹部１１１を有するバルブ１１と、一端（図１における下端）部１２ａが封止されると共に、他端（図１における上端）部が、凹部１１１の底面１１１ａに連続一体に連結されてバルブ１１内の放電空間１１０に連通する排気管１２と、排気管１２内に配置されてアマルガムを収納する金属容器１３と、一端側から凹部１１１内に挿入される略円柱状の放熱体１４と、放熱体１４が挿通する略円筒状のコア１５と、コア１５の周囲に当該コア１５の軸方向に沿って巻回される誘導コイル１６と、一部が凹部１１１内に挿入するカプラ１７と、当該カプラ１７とバルブ１１とを接続固定する円筒状の口金１８とを備えている。

バルブ１１は、ガラスなどの透光性材料により略球状に形成されて内部に放電ガスとしてアルゴンガス等の希ガスが封入される。また、バルブ１１の内壁には、アルミナなどから形成された図示しない保護膜が形成され、当該保護膜上に積層する形で蛍光体膜が形成されている。

また、バルブ１１は、一端側の外壁の一部が他端側へ向けて窪むことで略円柱状の凹部１１１が形成されている。

また、バルブ１１の一端側（凹部１１１の開口１１１ｂ側）の外周面には、周方向の全集に亘って内側に窪んだ係合凹部１１ａが形成されている。そして、バルブ１１の一端側に略円環状の口金１８が配設されて、当該口金１８の内周面から突出する係合凸部１８ａが、バルブ１１の係合凹部１１ａに係合することで、バルブ１１に口金１８が固定される。

排気管１２は、一端部１２ａが例えば溶着等により封止され、他端部が凹部１１１の底面１１１ａに連結されて、内部空間がバルブ１１の放電空間１１０に連通している。ここで、排気管１２は、製造時にバルブ１１内（放電空間１１０）を排気するために設けられており、製造時に一端部１２ａは開放されている。そして、排気管１２の一端部１２ａからバルブ１１内を排気した後に、排気管１２内に金属容器１３が収められ、その後に一端部１２ａが溶着により封止されてバルブ１１が封止される。ここで、排気管１２は、その寸法が、凹部１１１の深さ寸法の約２０％に設定されている。つまり、排気管１２の一端部１２ａは、凹部１１１の開口１１１ｂよりも内側（底面１１１ａ側）に位置している。なお、本実施形態では、排気管１２の寸法を凹部１１１の深さ寸法の約２０％としているが、排気管１２の寸法はこれに限定されず、凹部１１１の深さ寸法よりも短く設定されていればよい。

また、排気管１２の内壁には、図示しない突部が形成されており、当該突部と封止された一端部１２ａとの間に金属容器１３が配設されることで当該金属容器１３の移動が規制される。

金属容器１３は、内部が空洞のカプセル状に形成され、側面に形成される図示しない２つの孔を通じて、内部に収納されたアマルガムから出る水銀蒸気を通過させている。

アマルガムは、例えば、ビスマスとインジウムとの合金からなる基体金属に３．５％の含有比率で水銀を含有したものである。この水銀を含有するアマルガムを使用することにより、水銀単体を使用した場合に比較して、広い温度範囲でバルブ１１内の水銀蒸気圧を略一定に保つことができる。

放熱体１４は、銅よりも安価であるアルミニウムや真鍮等の金属から中実の円柱状に形成されて凹部１１１内に挿入される。そして、放熱体１４は、一端面１４ａが排気管１２の一端部１２ａに近接して対向する長さに設定されて、他端部が凹部１１１の外側に突出している。

コア１５は、例えば、フェライト等の磁性材料から円筒状に形成され、放熱体１４の一端側の所定の範囲が挿通する。そして、コア１５の外周面には、当該コア１５の軸方向に沿って誘導コイル１６が巻回される。

カプラ１７は、円環状の基台部１７１と、基台部１７１の内径の周縁部より当該基台部１７１の軸方に沿って延設される円環状の突台部１７２とから構成され、基台部１７１の内径部と突台部１７２の内径部とからなる挿通孔１７ａが形成される。ここで、突台部１７２は、外径が凹部１１１の内径に略等しく、挿通孔１７ａの外径が放熱体１４の外径と略等しくなるように形成されている。

そして、カプラ１７は、突台部１７２が凹部１１１に挿し込まれて凹部１１１の内壁と嵌合し、挿通孔１７ａに放熱体１４が挿し込まれて放熱体１４と嵌合する。

次に、本実施形態の無電極放電ランプＡの動作について説明する。

図示しない高周波電源から誘導コイル１６に高周波電流を流すと、誘導コイル１６は、高周波電流に対応する周期で交番する磁束を発生する。ここで、誘導コイル１６の内側にコア１５が配置されていることから、誘導コイル１６で発生した磁束がコア１５内を通り、バルブ１１内に効率よく交番磁束が発生する。そして、バルブ１１内に発生した交番磁束により、誘導コイル１６で発生した磁界に鎖交する方向、即ち、バルブ１１内における誘導コイル１６の周回方向に誘導電界が発生する。この誘導電界により、バルブ゛１１内の電子が加速され、電子はエネルギーを持った状態でバルブ１１内の水銀原子や希ガス原子に衝突する。そして、電子が衝突した水銀原子は、電離されたり、励起されたりする。

次に、水銀原子の電離によって生じた電子は、再び誘導電界により加速され、再び水銀原子に衝突する。そして、所定の数量以上の電子が生成したところで放電が持続する。一方、電子の衝突によって励起された水銀原子は紫外線を放射して基底状態に戻る。そして、水銀原子から放射された紫外線のうち、バルブ１１の内壁に到達したものは、当該バルブ１１の内壁に形成された蛍光体膜により可視光に変換されて外部に放射される。

ここで、無電極放電ランプＡを点灯させる際、凹部１１１の周囲にある部品（例えば、誘導コイル１６やコア１５）の温度上昇に伴って凹部１１１内の空気の温度が上昇するが、放熱体１４が凹部１１１内の空気から熱を奪って凹部１１１外へ放熱することで凹部１１１内における過度の温度上昇を防止している。

また、一般的に無電極放電ランプの動作は、バルブ１１内の水銀蒸気圧に依存し、バルブ１１内の水銀蒸気圧は、金属容器１３に収納されたアマルガムの温度で決まるため、当該アマルガムを収納する金属容器１３の周囲温度を安定させる必要がある。

そこで、本実施形態の無電極放電ランプＡは、排気管１２の長さ寸法が凹部１１１の深さ寸法に比べて短いことから、凹部１１１内に挿入する放熱体１４を中実の円柱状に形成することができる。

本実施形態の無電極放電ランプＡでは、放熱体１４が図４に示す従来例の無電極放電ランプＤで用いられる中空円筒状の放熱体３５に比べて断面積が大きい。従って、放熱体１４の材料として、銅よりも熱伝導率の低いアルミや真鍮等を用いた場合であっても、銅からなる中空円筒状の放熱体３５以上の放熱効率を得ることができる。

すなわち、本実施形態の無電極放電ランプＡは、銅よりも安価であるアルミや真鍮からなる円柱状の放熱体１４を備えることで、放熱体１４にかかるコストを抑制しつつも放熱性能を確保することができる。

ここで、一般的に、バルブ１１の大きさが大きくなる程、凹部１１１の径も大きくなって凹部１１１内に切断及び溶着のための器具を挿入し易くなり、排気管１２を切断して更に溶着し易くなる。すなわち、バルブ１１を大きくすれば、排気管１２の長さ寸法を容易に短くでき、本実施形態の構成が実施し易くなる。

また、図４に示す従来例の無電極放電ランプＤは、高出力化（例えば３００Ｗ程度）に伴ってバルブ３１のサイズが大きくなった場合、放熱体３５の長さが長くなって放熱効率が低下する。これにより、アマルガムの温度が過度に上昇して発光効率の低下や立ち消えが発生する虞がある。

一方、本実施形態の無電極放電ランプＡは、放熱体１４が中実状に形成されることで断面積が大きくなっており、銅よりも熱伝導率の低いアルミ等の金属から形成しても十分な放熱効率を有している。そのため、無電極放電ランプＡの高出力化に伴って放熱体１４の長さが長くなり、放熱体１４の放熱性能が低下したとしても十分な放熱性能を確保することができる。

従って、本実施形態の無電極放電ランプＡは、高出力化された場合であっても放熱体１４の放熱性能を確保できて安定した点灯を行うことができる。

（実施形態２）
本実施形態の無電極放電ランプＢについて図２を用いて説明を行う。

本実施形態の無電極放電ランプＢは、放熱体１４の一端面１４ａから筒状の壁部１４ｂが突設されている点のみが図１に示す実施形態１の無電極放電ランプＡと異なっている。なお、その他の構成については実施形態１と共通であるため、共通の符号を付して説明を省略する。

放熱体１４は、一端面１４ａの周縁部から放熱体１４の軸方向に沿って環状の壁部１４ｂが形成される。つまり、放熱体１４の一端に、一端面１４ａと壁部１４ｂとからなる凹部１４１が形成される。そして、当該凹部１４１内に排気管１２が挿通して当該排気管１２の周囲が、凹部１４１の内壁（壁部１４ｂ）によって覆われる。

また、壁部１４ｂの軸方向における寸法は、凹部１４１の開口１４１ａが排気管１２内に配設されている金属容器１３よりも凹部１１１の底面１１１ａ側となるように設定される。つまり、金属容器１３に収納されたアマルガムは、その周囲が凹部１４１によって覆われている。

ここで、凹部１４１と排気管１２との間には、略閉ざされた空間Ｓ１が形成され、無電極放電ランプＢの点灯時に、空間Ｓ１の周囲の部品（例えば、誘導コイル１６や、コア１５）の温度上昇に伴って、当該空間Ｓ１内における空気の温度が上昇する。そして、空間Ｓ１によって囲まれたアマルガムの温度は、当該空間Ｓ１内の空気の温度と略等しくなるため、空間Ｓ１内の空気の温度上昇に伴って上昇し、温度が上昇したアマルガムから水銀が放出されてバルブ１１内の水銀圧が上昇する。

この空間Ｓ１は、略閉空間となっていることから、当該空間Ｓ１内の空気の出入りは抑制されている。従って、本実施形態の電極放電ランプＢでは、照射方向を変えるためにバルブ１１の向きを変化（例えば、図２に示す方向とは１８０度反対方向）させたとしても、空間Ｓ１内の空気の温度変化は抑制されるため、アマルガムの温度も略一定となる。

従って、本実施形態の無電極放電ランプＢは、例えば、投光器などのように照射方向が変化する器具に適用してバルブ１１の向きを変化させた場合であっても、安定した点灯を行うことができる。

（実施形態３）
本実施形態の無電極放電ランプＣについて図３を用いて説明を行う。

本実施形態の無電極放電ランプＣは、コア１５の代わりに当該コア１５と長さのみが異なるコア１９を備えている点のみが図１に示す実施形態１の無電極放電ランプＡと異なっている。なお、その他の構成については実施形態１と共通であるため、共通の符号を付して説明を省略する。

コア１９は、例えば、フェライト等の磁性材料から円筒状に形成されている。そして、コア１９は、一端（図３における上端）が放熱体１４の一端面１４ａよりも排気管１２側へ突出している。そして、コア１９の一端側に排気管１２が挿通して当該排気管１２の周囲が、コア１９の一端側の内径部によって覆われる。

また、コア１９は、凹部２１の開口２１ａが、コア１９の軸方向において、排気管１２内に配設された金属容器１３よりも凹部１１１の底面１１１ａ側に位置するように形成されている。つまり、金属容器１３に収納されたアマルガムは、その周囲が凹部２１によって覆われている。

ここで、凹部２１と排気管１２との間には、略閉ざされた空間Ｓ２が形成され、無電極放電ランプＣの点灯時に、空間Ｓ２の周囲の部品（例えば、誘導コイル１６や、コア１５）の温度上昇に伴って、当該空間Ｓ２内における空気の温度が上昇する。そして、空間Ｓ２によって囲まれたアマルガムの温度は、当該空間Ｓ２内の空気の温度と略等しくなるため、空間Ｓ２内の空気の温度上昇に伴って上昇し、温度が上昇したアマルガムから水銀が放出されてバルブ１１内の水銀圧が上昇する。

この空間Ｓ２は、略閉空間となっていることから、当該空間Ｓ２内の空気の出入りは抑制されている。従って、本実施形態の電極放電ランプＣでは、配設される方向が変化（例えば、図２に示す方向とは１８０度反対方向）したとしても、空間Ｓ２内の空気の温度変化は抑制されるため、アマルガムの温度も略一定となる。

従って、本実施形態の無電極放電ランプＣは、例えば、投光器などのように照射方向が変化する器具に適用してバルブ１１の向きを変化させた場合であっても、安定した点灯を行うことができる。

また、本実施形態の無電極放電ランプＣは、実施形態２の無電極放電ランプＢのように、放熱体１４の一端面１４ａに壁部１４ｂを形成する必要がなく、コア１５に比べて長いコア１９を用いるだけで、安定した点灯を行うことができる。つまり、本実施形態の無電極放電ランプＣは、実施形態２の無電極放電ランプＢに比べて構造が簡単となり製造コストを低減することができる。

１１ バルブ
１２ 排気管
１２ａ 一端部
１４ 放熱体
１４ａ 一端面
１５ コア
１６ 誘導コイル
１１１ 凹部１１１
１１１ａ 底面
１４１ 壁部

Claims (3)

1. 透光性材料により形成されて内壁に蛍光体膜が形成され、内部に希ガスが封入されると共に内側に窪んだ凹部が形成されるバルブと、
   封止される一端部が前記凹部の開口よりもこの凹部の底面側に位置し、他端部が前記凹部の底面に接続されて前記バルブ内に連通する排気管と、
   前記バルブ内に配設される水銀を含有するアマルガムと、
   一端面が前記凹部の開口よりもこの凹部の底面側に挿入されて前記排気管の一端部に当該一端面が対向する中実棒状の放熱体と、
   前記凹部内に配設されて前記放熱体の周囲にこの放熱体の軸方向に沿って巻回される誘導コイルとを備えることを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 前記アマルガムは、前記排気管内に配設され、
   前記放熱体は、一端面から筒状の壁部が形成され、この壁部に前記排気管が挿通して前記アマルガムが当該壁部に覆われることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
3. 前記アマルガムは、前記排気管内に配設され、
   磁性材料から筒状に形成されて外周面に前記誘導コイルが巻回するコアが設けられ、このコアは、前記放熱体が一端から挿通して他端が前記放熱体の一端面よりも前記排気管側へ突出し、当該コアの他端側に前記排気管が挿通することで前記アマルガムが当該コアに覆われることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
   
   
   

Images