JP2018045922A - 無電極ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブの周囲温度が低温であっても、点灯初期の始動時間を短くすることができる無電極ランプを提供することを目的とする。【解決手段】閉ループ状のバルブが挿通された環状コアの一部に第１の誘導コイルが形成され、該第１の誘導コイルに高周波電流を流すことによって電磁誘導作用により前記バルブの閉ループ形状に沿って第１の誘導電界を発生させることで、前記バルブに封入された金属蒸気を励起させ、発生した紫外線を可視光に変換して発光させる無電極放電ランプであって、前記バルブの閉ループ形状に沿って発生する第１の誘導電界と交差する方向に、該第１の誘導電界とは異なる第２の誘導電界を発生させる第２の誘導コイルを備えていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、無電極ランプに関するものである。

従来から、閉ループ状に形成されたバルブの内部に放電ガス及び水銀蒸気を封入した無電極ランプ（「無電極放電ランプ」ともいう。）が知られている。このような無電極ランプは、例えば、ガラス管を用いて閉ループ状に形成されたバルブを中空の環状に形成されたフェライトコアに挿通し、バルブ内に放電ガスとしての不活性ガスや、水銀蒸気供給源としての水銀アマルガムを封入し、フェライトコアに巻回された誘導コイルに高周波電流を流すことで磁界を発生させ、さらに電磁誘導でバルブのループ形状方向に沿って発生した電界により、バルブ内の電子が加速されて水銀原子と衝突して水銀蒸気が励起され、このとき発生した紫外線をガラス管の内壁面に塗布された蛍光体により可視光に変換している。

無電極ランプは、従来の白熱灯、蛍光灯、水銀灯、メタルハライドランプ等と異なり電極（フィラメント）を有せず、電極の消耗がなくて寿命が長いので、点検・修理・交換等の保守作業が困難な場所への設置に適している他、無電極ランプの発する光は、高演色、広角、グレアが少ない等の多くのメリットを有している。一方、無電極ランプにおいては、点灯初期の始動性の向上、発光材料によって最冷点温度や水銀蒸気圧を最適な条件にするなどの広い動作温度範囲での光出力の安定性向上等の課題を解決するためのいろいろな手段が設けられている。

引用文献１には、「加工が簡単で、製造し易く、しかも、バルブにおけるフラグ保持用突起部やアマルガム保持用突起部などの部材保持用突起部の温度低下を確実に抑え得る無電極放電ランプ及び照明器具を提供することを目的」（段落「０００９」参照。参照。）として、「第１実施形態の無電極放電ランプ１」に「バルブ２における第１湾曲管部２３のほぼ上下中央部に、最冷点用突起部２５がバルブ２の外周側に突出するように設けられている」（段落「００２９」、図１参照。）、「バルブ２における第１湾曲管部２３の上部側には、部材保持用突起部としてのフラグ保持用突起部６がバルブ２の外周側に突出するように設けられている」（段落「００３１」参照。）という構成を備え、「本発明品の最冷点用突起部２５が約４０°Ｃ、フラグ保持用突起部６がそれ以上の温度（約５０°Ｃ）となったため、本発明品では、バルブ全体で設定通り最冷点が約４０°Ｃとなり、比較例に比べてランプ効率が高くなったと考えられる」（段落「００４３」参照。）ことが記載されており、また、「第３実施形態の無電極放電ランプ２００」に「部材保持用突起部として、保温部材７で覆われたフラグ保持用突起部６と、保温部材２０７で覆われたアマルガム保持用突起部２０６とが設けられている」（段落「００４９」、図５参照。）という構成を備え、「このようにして構成した、アマルガム２６２を保持したアマルガム保持用突起部２０６は、保温部材２０７によって、コア３２からの熱、及びバルブ２内の発光熱により加温され、約７０°Ｃ以上の温度になる。そして、保温部材２０７の保温効果により、約７０°Ｃ以上の温度に保持でき、適切な水銀蒸気圧を確保でき、水銀蒸気圧の低下による発光効率の低下を抑えることができる」（段落「００５７」参照。）ことが記載されている。

また、特許文献２には、「ループ形状のバルブを備え、バルブの周囲温度が広い範囲で変動しても光出力を安定させることができる無電極放電灯装置および照明器具を提供する」（段落「００１０」参照。）ことを目的として、「無電極放電灯装置１００」において、「ガラスで形成され且つ管状部１ｃと連続一体に形成された支持部１ｅが、バルブ１の内面における管状部１ｃに対応する位置に設けられている。ここで、支持部１ｅは、アマルガム収納容器５の一部が前記放電空間に突出する形でアマルガム収納容器５を支持する。また、管状部１ｃの内側に、アマルガム収納容器５を支持部１ｅに押し当てる弾性体６が配置されている。ここで、弾性体６は、ガラス繊維からなる繊維状部材の集合体で形成され、管状部１ｃの管軸方向においてアマルガム収納容器５よりも前記放電空間から遠い側に配置されている」（段落「００３４」、図１参照。）という構成を備え、「アマルガム収納容器５の一部が前記放電空間に突出した形で配置されていることにより、アマルガム収納容器５に収納された水銀アマルガムが温められ易くなっているので、バルブ周囲温度が常温よりも低い低温の場合や、定格点灯時に比べて低い供給電力で点灯している調光点灯の場合においても、バルブ１の内部の水銀蒸気圧を、光出力が安定する圧力に維持することができるから、バルブ周囲温度が広い範囲で変動しても光出力を安定させることができる。また、弾性体６が、管状部１ｃの内部の前記一端部に配置され、且つアマルガム収納容器５の前記一端部側に弾接する形で配置されていることによって、アマルガム収納容器５が前記放電空間から遠ざかる方向へ移動するのを規制するので、前記放電空間での放電による熱を確実にアマルガム収納容器５に伝えることができる」（段落「００４８」、「００４９」、図１参照。）と記載されている。

特開２００９−０３２４８５号公報 特開２０１０−０９２７７４号公報

上記特許文献１、２に記載の発明は、無電極放電ランプの点灯後にバルブの周囲温度が広い範囲でも安定した発光効率を得られるものであるが、アマルガムの温度が上昇するのに時間を要するので、特に、バルブの周囲温度が低い場合には、点灯初期の始動に時間がかかるという問題がある。

そこで、本発明は、まず第一に、バルブの周囲温度が低温であっても、点灯初期の始動時間を短くすることができる無電極ランプを提供することを目的とする。

次に、本発明は、点灯後に広い動作温度範囲で安定して光出力をすることができる無電極ランプ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、請求項１の発明は、無電極ランプであって、閉ループ状のバルブが挿通された環状コアの一部に第１の誘導コイルが形成され、該第１の誘導コイルに高周波電流を流すことによって電磁誘導作用により前記バルブの閉ループ形状に沿って第１の誘導電界を発生させることで、前記バルブに封入された金属蒸気を励起させ、発生した紫外線を可視光に変換して発光させる無電極放電ランプであって、前記バルブの閉ループ形状に沿って発生する第１の誘導電界と交差する方向に、該第１の誘導電界とは異なる第２の誘導電界を発生させる第２の誘導コイルを備えていることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の無電極ランプであって、前記第２の誘導コイルは、前記バルブの外周面に大円周方向に沿って配線されたリード線で形成されていることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の無電極ランプであって、前記第２の誘導コイルは、前記バルブの外周面に小円周方向に沿って巻回されたリード線で形成されていることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無電極ランプであって、前記バルブは、内部の放電空間から内周方向に突出して形成されたフラグ保持用突起部を備え、該フラグ保持用突起部内に、当該無電極ランプの点灯初期の始動を補助するインジウムがメッキ処理されたフラグが設けられていることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無電極ランプであって、前記バルブは、内部の放電空間から外周方向に突出して形成されたアマルガム保持用突起部を備え、該アマルガム保持用突起部は、内部にアマルガムが封入され、前記バルブに連通されて形成されたアマルガム保持本体部と、該アマルガム保持本体部に被装された保温カバーとを備えていることを特徴とする。

本発明の無電極ランプによれば、バルブの周囲温度が低くても、無電極ランプの始動時間を従来よりも短くすることができるという顕著な効果を奏する。

また、本発明の無電極ランプによれば、始動完了後に、広い動作温度範囲で安定して光出力をすることができるという顕著な効果を奏する。

本発明の第１の実施形態における無電極ランプの全体外観斜視図である。 図１の無電極ランプの配線を説明する図である。 図１の無電極ランプの応用例を示す全体外観斜視図である。 図３の無電極ランプの配線を説明する図である。 図３のコア部の拡大図である。 アマルガム保持部とフラグ部を説明する図である。 フラグの全体外観斜視図である。 アマルガム保持部の要部拡大図である。

以下、好適な実施形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施形態は本発明を具現化した例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施形態）
本発明の実施形態における無電極ランプ１について、図１〜図８を参照しながら説明する。まず、図１に示すように、無電極ランプ１は、バルブ２と、コア５０，５１と、誘導コイル５００，５０１と、リテーナ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂと、リード線９９ａ，１００，５００ａ，１０１，９９ｂと、リード線１０２ａ，５０１ａ，１０２ｂを備えている。

リード線９９ａ，１００，５００ａ，１０１，９９ｂは、一体的に連続して形成された一本のリード線であり、リード線１０２ａ，５０１ａ，１０２ｂは、一体的に連続して形成された一本のリード線であるが、説明の便宜上、それぞれ、複数の符号を付して説明する。リード線９９ａとリード線１０２ａは、不図示のコネクタに接続されて一本のリード線に変換されて不図示の安定器に接続される。同様に、リード線９９ｂとリード線１０２ｂは、不図示の前記コネクタに接続されて一本のリード線に変換されて不図示の前記安定器に接続される。安定器からは、この一対（２本）のリード線を介して、無電極ランプ１に高周波電流が印加される。なお、リード線９９ａとリード線１０２ｂが、不図示の前記コネクタに接続されて一本のリード線に変換されて不図示の前記安定器に接続され、リード線９９ｂとリード線１０２ａが、不図示の前記コネクタに接続されて一本のリード線に変換されて不図示の前記安定器に接続されるように構成してもよい。

バルブ２は、中空の円環形状（ドーナツ形状、トーラス形状ともいう。）のガラス管で形成され、ガラス管の内壁面には蛍光体が塗布されている。また、バルブ２内部の放電空間には、放電ガスとしての不活性ガス、発光ガスとしての金属蒸気が封入されている。不活性ガスとしては、例えば、周知のアルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等があり、金属蒸気としては、例えば、周知の水銀、ナトリウム、カドミウム、亜鉛等がある。バルブ２を構成するガラス管は、図１では、中空の円環形状のものを示しているが、中空で閉ループを構成していれば、例えば、角型の環形状でもよく、特に円環形状に限定されない。

コア５０，５１は、それぞれが、磁性体（例えば、酸化鉄を主成分とするセラミックの総称であるフェライト）により環状に形成され、バブル２の大円周の直径方向に対向して配置されている。コア５０，５１の内周形状はバルブ２の小円周方向（ポロイダル方向）の外周形状よりも拡径に形成されており、コア５０，５１にバルブ２が挿通可能な構成になっている。したがって、コア５０，５１の外周及び内周方向は、バルブ２の挿通方向に交差している。バルブ２がコア５０，５１に挿通される部分のバルブ２の環径は、他の部分の環径よりも縮径されている。つまり、バブル２は、コア５０，５１に挿通される部分が窪みを有するように形成されている。また、コア５０，５１は、バルブ２に着脱可能とするために、径方向に分割可能に形成されている。

コア５０には、周方向の一部分に周方向を巻き軸方向としてリード線５００ａが巻回されて、誘導コイル５００が形成されている。誘導コイル５００が設けられたコア５０には、リテーナ３０ａ，３０ｂが被装されている。リテーナ３０ａ，３０ｂは、アルミニウムで形成され、Ｔ字形の放熱フィンが形成されている。リテーナ３０ａ，３０ｂのそれぞれの一端部には係合部が形成され、他端部には螺設部が形成されており、係合部同士が係合されて、螺設部同士がネジ等で螺設されることで、コア５０を保持する構成となっている。

コア５１には、周方向の一部分に周方向を巻き軸方向としてリード線５０１ａが巻回されて、誘導コイル５０１が形成されている。誘導コイル５０１が設けられたコア５１には、リテーナ３１ａ，３１ｂが被装されている。リテーナ３１ａ，３１ｂは、アルミニウムで形成され、Ｔ字形の放熱フィンが形成されている。リテーナ３１ａ，３１ｂのそれぞれの一端部には係合部が形成され、他端部には螺設部が形成されており、係合部同士が係合されて、螺設部同士がネジ等で螺設されることで、コア５１が保持される構成となっている。なお、バルブ２とコア５０，５１との間には緩衝材が挟装されてもよい。

リード線９９ａは、リテーナ３１ａの上部に形成された入出力孔に挿通され、バルブ２とコア５１との間を通って、リード線１００に一体的に連接されている。リード線１００は、バルブ２の外周面に大円周方向に沿って配線され、両端がそれぞれ耐熱粘着テープ５２１，５２０でバルブ２外周面に貼着されて、リード線５００ａに一体的に連接されている。このリード線５００ａは、コア５０に所定回数巻回されて誘導コイル５００を形成し、リード線１０１に一体的に連接されている。リード線１０１は、コア５０側の端部を耐熱粘着テープ５１０でバルブ２外周面に貼着され、バルブ２の外周面に大円周方向に沿って配線され、リード線９９ｂに一体的に連接されている。リード線９９ｂは、図２に示すように、コア５１に一回程度巻回されているが、この巻回部分は、脱落防止のために掛止されているだけであるので、コイルとして作用しない。

リード線１０２ａは、リテーナ３１ａの上部に形成された入出力孔に挿通され、リード線５０１ａに一体的に連接されている。リード線５０１ａは、コア５１に所定回数巻回され、リード線１０２ｂに一体的に連接されている。リード線５０１ａの巻回部分は、誘導コイル５０１を構成している。

ここで、本願発明の第１の特徴は、上述したように、リード線１００，１０１が、バルブ２の外周面に大円周方向に沿って配線（巻回）されていることである。無電極ランプに一対のコアと一対の誘導コイルを設け、電磁誘導でバルブの環状方向にのみ電界を発生させる構成は、上記の特許文献１，２にも記載されているように公知であるが、本願発明では、誘導コイル５００，５０１に巻回されているリード線５００ａ，５０１ａの巻回方向と交差する方向にリード線１００，１０１を配線（巻回）することで、電磁誘導により、バルブ２の環状方向に発生される誘導電界に加えて、さらに、環状方向に交差する方向にも誘導電界を発生させることができ、したがって、バルブ内の電子は、環状方向の誘導電界に加え環状方向と交差する方向の誘導電界の作用により、水銀原子との衝突が増加して紫外線の発生が増加し、可視光への変換量も多くなる。よって、無電極ランプ１の点灯初期の始動時間は、上記の従来技術に比べて短くすることができる。

次に、上述した無電極ランプ１の応用例について、図３〜図５を参照しながら説明する。図３〜図５に示す無電極ランプ１０は、図１等で示した誘導コイル５００，５０１（図３では不図示）に加え、さらに誘導コイル６００，６０１を備えている。誘導コイル６００，６０１は、図示するように、バルブ２の縮径部（つまり、バブル２のコア５０，５１に挿通される窪み部分）の外周面の小円周方向（ポロイダル方向）に沿って、リード線６００ａ，６０１ａを巻回して構成されている。したがって、誘導コイル６００，６０１に巻回されるリード線６００ａ，６０１ａの巻回方向（電流方向）が、誘導コイル５００，５０１に巻回されるリード線５００ａ，５０１ａの巻回方向（電流方向）に対して交差する方向となるので、誘導コイル５００，５０１の電磁誘導で発生するバルブ２の環状方向の誘導電界と交差する方向に、新たな誘導電界を発生することができる。これにより、バルブ内の電子は、環状方向の誘導電界に加え環状方向と交差する方向の誘導電界の作用により、水銀原子との衝突が増加して紫外線の発生が増加し、可視光への変換量も多くなる。よって、無電極ランプ１０の点灯初期の始動時間は、上記の従来技術に比べて短くすることができる。

無電極ランプ１０の具体的な構成について、以下、説明する。無電極ランプ１０は、バルブ２、コア５０，５１、誘導コイル５００，６００，５０１，６０１、リテーナ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ、リード線９８ａ，５００ａ，６００ａ，９８ｂ、リード線１０３ａ，５０１ａ，６０１ａ，１０３ｂを備えている。

リード線９８ａ，５００ａ，６００ａ，９８ｂは、一体的に連続して形成された一本のリード線であり、リード線１０３ａ，５０１ａ，６０１ａ，１０３ｂは、一体的に連続して形成された一本のリード線であるが、説明の便宜上、複数の符号を付して説明する。リード線９８ａとリード線１０３ａは、不図示のコネクタに接続されて一本のリード線に変換されて不図示の安定器に接続される。同様に、リード線９８ｂとリード線１０３ｂは、不図示の前記コネクタに接続されて一本のリード線に変換されて不図示の前記安定器に接続される。安定器からは、この一対（２本）のリード線を介して、無電極ランプ１に高周波電流が印加される。なお、リード線９８ａとリード線１０３ｂが、不図示の前記コネクタに接続されて一本のリード線に変換されて不図示の前記安定器に接続され、リード線９８ｂとリード線１０３ａが、不図示の前記コネクタに接続されて一本のリード線に変換されて不図示の前記安定器に接続されるように構成してもよい。

リード線９８ａは、リテーナ３０ａの上部に形成された入出力孔に挿通されて、リード線５００ａに一体的に連接されている。リード線５００ａは、コア５０に所定回数巻回されて誘導コイル５００を形成し、誘導コイル５００の出力として、リード線６００ａに一体的に連接されている。

リード線６００ａは、バルブ２の縮径部（つまり、バブル２のコア５０に挿通される窪み部分）の外周面（ポロイダル方向の外周面）に所定回数巻回されて、誘導コイル６００を構成している。誘導コイル６００に巻回されるリード線６００ａの巻回方向（電流方向）は、誘導コイル５００に巻回されるリード線５００ａの巻回方向（電流方向）に対して交差している。リード線６００ａは、誘導コイル６００の出力として、リード線９８ｂに一体的に連接されている。

リード線１０３ａは、リテーナ３１ａの上部に形成された入出力孔に挿通されて、リード線５０１ａに接続されている。リード線５０１ａは、コア５１に所定回数巻回されて誘導コイル５０１を形成し、誘導コイル５０１の出力としてリード線６０１ａに一体的に連接されている。

リード線６０１ａは、バルブ２の縮径部（つまり、バブル２のコア５１に挿通される窪み部分）の外周面（ポロイダル方向の外周面）に所定回数巻回されて、誘導コイル６０１を構成している。誘導コイル６０１に巻回されるリード線６０１ａの巻回方向（電流方向）は、誘導コイル５０１に巻回されるリード線５０１ａの巻回方向（電流方向）に対して交差している。誘導コイル６０１の出力は、出力リード線１０３ｂに一体的に連接されている。

図４に示すように、リード線６００ａ（リード線５００ａ）の端部、及び、リード線６０１ａ（リード線５０１ａ）の端部は、それぞれ、耐熱粘着テープ５２０，５２１でバルブ２の外周面に貼着されている。

このように、本願発明においては、従来の誘導電界方向と交差する方向に別の誘導電界を発生させることで、無電極ランプの始動時間を短くすることができるという従来技術にない顕著な効果を奏する。なお、本実施形態の無電極ランプ１，１０では、本願発明の始動時間は、上記の従来技術よりも０．３秒短くすることができた。

次に、図６〜図８において、本願発明のフラグ、アマルガム保持用突起部について説明する。本願発明では、従来技術の特許文献１とは異なり、図６に示すように、バルブ２内部の放電空間から内周方向に突出するような形でフラグ保持用突起部２５が形成されている。フラグ２０は、図７に示すように金網状に形成されたフラグ本体２１と、スパイラル状に形成された係止部２２とから構成されている。また、図６に示すように、係止部２２が、フラグ保持用突起部２５内に挿入され、フラグ本体２１がバルブ２内部の放電空間に挿入されるように配設されている。フラグ２０は、ステンレスにインジウムがメッキされて形成されている。フラグ２０は、無電極ランプ１，１０の始動時間を短くする手段として設けられているもので、点灯初期に必要な電子をバルブ内に数多く発生させることができる。

また、本願発明では、図６に示すように、バルブ２内部の放電空間から外周方向に突出するような形でアマルガム保持用突起部６２が形成されている。アマルガム保持用突起部６２は、内部にアマルガム６５が封入され、バルブ２に連通されて形成されたアマルガム保持本体部６３に保温カバー６０が被装されて構成されている。保温カバー６０は、シリコンゴムで形成され、図８に示すように、キャップ部６０ａと鍔部６０ｂとで構成されている。保温カバー６０がシリコンゴムで形成されているので、温度保持効果があり、また、バルブ２の外周面に突出して形成することで、無電極ランプ１，１０の最冷点としての効果も奏することができるので、無電極ランプ１，１０の温度特性を向上させることができる。したがって、バルブ周囲温度が広い範囲で変動しても安定した光出力を得ることができる。

１，１０ 無電極ランプ
２ バルブ
２０ フラグ
２１ フラグ本体
２２ 係止部
２５ フラグ保持用突起部
３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ リテーナ
５０，５１ コア
６０ 保護カバー
６０ａ キャップ部
６０ｂ 鍔部
６２ アマルガム保持用突起部
６３ アマルガム保持本体部
６５ アマルガム
９８ａ，９８ｂ，９９ａ，９９ｂ，１００，１０１，１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，５００ａ，５０１ａ，６００ａ，６００ｂ リード線
５００，５０１，６００，６０１ 誘導コイル
５１０，５２０，５２１ 耐熱粘着テープ

Claims (5)

1. 閉ループ状のバルブが挿通された環状コアの一部に第１の誘導コイルが形成され、該第１の誘導コイルに高周波電流を流すことによって電磁誘導作用により前記バルブの閉ループ形状に沿って第１の誘導電界を発生させることで、前記バルブに封入された金属蒸気を励起させ、発生した紫外線を可視光に変換して発光させる無電極放電ランプであって、
   前記バルブの閉ループ形状に沿って発生する第１の誘導電界と交差する方向に、該第１の誘導電界とは異なる第２の誘導電界を発生させる第２の誘導コイルを備えている
   ことを特徴とする無電極ランプ。
2. 前記第２の誘導コイルは、前記バルブの外周面に大円周方向に沿って配線されたリード線で形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプ。
3. 前記第２の誘導コイルは、前記バルブの外周面に小円周方向に沿って巻回されたリード線で形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプ。
4. 前記バルブは、内部の放電空間から内周方向に突出して形成されたフラグ保持用突起部を備え、
   該フラグ保持用突起部内に、当該無電極ランプの点灯初期の始動を補助するインジウムがメッキ処理されたフラグが設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無電極ランプ。
5. 前記バルブは、内部の放電空間から外周方向に突出して形成されたアマルガム保持用突起部を備え、
   該アマルガム保持用突起部は、
   内部にアマルガムが封入され、前記バルブに連通されて形成されたアマルガム保持本体部と、
   該アマルガム保持本体部に被装された保温カバーとを備えている
   ことを特徴とする求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無電極ランプ。

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