JP3753332B2 - 誘導結合型無電極放電灯およびこれを用いた照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、発光管を取り巻いて設けられた励起コイルにより発光管内にプラズマ放電を発生させ、この放電により発光管に封入した発光媒体を発光させるようにした誘導結合型無電極放電灯およびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の高圧金属蒸気放電灯は、発光管バルブの両端部に電極を封装し、これら電極間でアーク放電を発生させ、この放電によりバルブ内に封入した発光媒体を電離および励起させて発光させるようになっている。しかしながら、このようなランプは、バルブ内に電極を配置しなければならないため電極部品が必要であり、また電極の封止構造が複雑になり、電極封止部からのリークを防止するための格別な工夫も必要となり、さらに電極が放電空間に露出しているので電極が侵蝕されたり、電極物質の管壁付着による黒化の発生や、電極損傷による寿命低下などの欠点がある。
【０００３】
このような欠点を解消するランプとして、例えば特開平２−１２７５３号公報等には誘導結合型無電極放電灯が提案されている。誘導結合型無電極放電灯は、一重管または二重管構造の透明な発光管内に磁界結合により放電を発生して発光する発光媒体、例えば金属ハロゲン化物を封入し、この発光管を取り巻くようにして高周波励起コイルを配し、この励起コイルによって上記発光管内に磁界結合によるプラズマを発生させ、このプラズマにより上記発光媒体としての金属ハロゲン化物を放電発光させるようにしたものであり、発光管内に電極が無いことから前記した有電極形ランプの場合の欠点を解消することができる利点がある。
【０００４】
この種の誘導結合型無電極放電灯は、始動時に発光管を取り巻く高周波励起コイルに、例えば１３．５６ＭＨｚ程度の高周波電流を流すと、励起コイル内にコイル軸方向に沿う強い電磁界が発生し、この電磁界により発光管内にドーナツ形のプラズマ放電が発生する。このプラズマ放電により発光媒体が電離および励起されて光を発し、この光が発光管の管壁を透過して外部に放射されるものである。
【０００５】
このような作動をなす誘導結合型無電極放電灯においては、励起コイルに供給される高周波電流により発光管内に強磁界を発生させ、これによりプラズマ放電を発生させるものであるため、励起コイルから発光管に対する磁気的結合の高いことが効率の向上になる。そして、励起コイルと発光管の磁気的結合を高くするには、励起コイルと発光管の間隔を小さくし、極端な場合は互いに接触していることが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、励起コイルと発光管が接触していると、点灯中に高温度になる発光管が低温度の励起コイルと接触するため、温度差により、二重管構造の発光管の場合が外管がヒートショックにより、また一重管の場合は発光管が直接ヒートショックにより、クラックを発生する心配がある。したがって、励起コイルと発光管は、相互に接触しないように間隔を存して配置しなければならない。一方、磁気的結合を高くするには相互の間隔を微小間隔にすることが要求される。
【０００７】
このような構成を達成するには、発光管および励起コイルを精度良く製作し、両者の中心を正しく位置合わせすれば良いが、発光管は、一重管の場合は石英やセラミックにより製造され、二重管の場合は外管が硬質ガラスや石英などにより製造されるため、外郭形状の寸法に製造上のばらつきが生じ易く、よって高精度な寸法管理が難しい。
【０００８】
このため、発光管と励起コイルがオフセンタの状態で組み付けられることがあり、よって発光管の管壁が部分的に励起コイルに接触することがある。このような接触は、前記した通り温度差による発光管の破損を生じる恐れがあり、また発光管の温度が上記接触部分で局部的に下がるため、この部分が最冷部となり、この最冷部に封入物質が凝集し、正常な点灯が維持できない、などの不具合が生じる。
【０００９】
本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、発光管が励起コイルに接触するのを防止して発光管の破損や封入物質の不所望な凝集を防止し、しかも両者の微小間隔を保って磁気的結合を高くし、効率に優れた誘導結合型無電極放電灯およびこれを用いた照明装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内部に放電空間が形成されるとともに、この放電空間に放電により発光する媒体が封入された発光管と、上記発光管を取り巻くように設けられ上記発光管内に磁界結合放電を発生させる励起コイルと、上記発光管が上記励起コイルの内面に接触するのを阻止するように、上記励起コイルの内面に設けられた周方向の幅が同じである当接部材と、を具備し当接部材は少なくとも３個それぞれ周方向に当接部材の幅よりも大きく離間して設けたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、発光管は、一重管構造の場合および内管と外管とからなる二重管構造の場合も含むものとする。
請求項２の発明は、当接部材が励起コイルよりも熱伝導率の低い絶縁体により形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、上記励起コイルは複数ターンをなしており、上記当接部材がこれら複数ターンのコイル部相互を連結していることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１に記載の誘導結合型無電極放電灯と、この誘導結合型無電極放電灯が収容される照明器具と、上記誘導結合型無電極放電灯の励起コイルを上記照明器具に固定する固定手段と、上記励起コイルに挿通された発光管を上記照明器具に取り付けるとともに、この取り付け状態で上記発光管が上記照明器具に対して揺動自在に支持される発光管揺動支持手段と、を備えたことを特徴とする照明装置である。
【００１３】
【作用】
請求項１の発明によれば、励起コイルの内面に少なくとも３個それぞれ周方向に当接部材の幅よりも大きく離間して、発光管が励起コイルの内面に接触するのを防止する周方向の幅が同じである当接部材を設けたから、発光管と励起コイルがオフセンタの状態で組み付けられても発光管が当接部材に当接することにより励起コイルに接触するのが防止される。よって発光管の破損や封入物質の不所望な凝集が防止される。しかも発光管と励起コイルは微小間隔を保って離間するから、磁気的結合を高くすることができ、効率が優れたものになる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、当接部材が励起コイルよりも熱伝導率の低い絶縁体により形成されているから、発光管が当接部材に接触してもその接触部が局部的に温度低下することがなく、発光管の温度差による破損や、封入物質が凝集するのを防止することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、当接部材が複数ターンのコイル部相互を連結しているから、熱変形や振動などによるコイル部相互の間隔が狂うことがなく、発光管に対する高い磁気結合機能を維持することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、励起コイルに挿通された発光管を照明器具に支持させるとともに、この支持状態で上記発光管が上記照明器具に対して揺動自在に支持される発光管揺動支持手段を設けたから、発光管が励起コイルにオフセンタしていて上記発光管揺動支持手段が発光管の変位を許すから、発光管が当接部材に当接した状態でこの発光管を機械的に支持することができる。よって、発光管や励起コイルまたは照明器具に無理な応力が発生しなく、これらの破損を防止することができる。
【００１７】
【実施例】
以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき説明する。
図１は誘導結合型無電極放電灯およびその点灯回路を示すものであり、図２はその横断面図、図３は当接部材の拡大図、図４は上記無電極放電灯を光源として用いた照明装置の全体の断面図である。
【００１８】
図１において、符号１は誘導結合型無電極放電灯であり、１０はその発光管を示す。発光管１０は、内管１１と外管１２とで二重管構造をなしている。
内管１１は、石英または透光性アルミナやサファイヤもしくはガーネットなどのような単結晶または多結晶の透光性セラミック材料により構成されており、この内管１１は、例えば長径方向の外径が約３２．５mm（内径約３０．mm）、短径方向の外径が約２５．０mm（内径約２２．５mm）程度に形成されており、内部には放電空間１３が形成されている。この放電空間１３には、ドーナツ形に発生されるプラズマ放電１４によって発光する発光物質、例えばヨウ化スカンジウムＳｃＩ₃ とヨウ化ナトリウムＮａＩなどのような金属ハロゲン化物と、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオンなどのガスの少なくとも１種からなる始動用希ガスが封入されている。
【００１９】
上記内管１１の一端には、中心線上に位置して始動用のプローブ１５が接続されている。この始動用プローブ１５は、外径が例えば５．０mm（内径約２．５mm）、長さが約２０mmの円筒形をなしており、内管１１内の放電空間１３と連通しないように仕切壁１６で区画されている。このプローブ１５内には始動放電を促す希ガス、例えばクリプトンが封入されている。そして、このプローブ１５の先端部には始動用電極１７が取着されている。
【００２０】
上記外管１２は、硬質ガラスや石英からなり、上記内管１１を包囲している。外管１２の一端は封止されており、この封止部１８に上記プローブ１５が気密に貫通されており、この封止部１８からプローブ１５が外部に延長されている
上記のような２重管構造の発光管１０の周囲には、高周波励起コイル２０が配置されている。この励起コイル２０は、本実施例の場合、発光管１０の周囲を２ターン巻回するように構成されており、実質的にコイル素線に相当する２枚の導体２１、２１により形成されている。これら導体２１、２１はそれぞれ例えば板厚２mm、内径３６mm、外径６２mmの高純度アルミニウム、または銅、もしくは銀などのように、導電性に優れた環形金属円板により形成される、あるいは鉄、ステンレスなどからなる金属板の表面に銅、銀、金などのような良導電体を張り合わせて、いわゆるクラッド材により形成される、または鉄、ステンレスなどからなる金属板の表面に銅、銀、金などをメッキした板状の環形円板により構成されており、これら環形導体２１、２１は、コイル軸方向に所定の間隔を存して配置されており、図示しないが、隣接する環形導体２１、２１の一部を互いに溶接して接続することにより、全体として螺旋形の通電経路が形成されるようになっている。
【００２１】
このような一対の導体２１、２１からなる高周波励起コイル２０は、点灯回路３０に接続されている。点灯回路３０は、高周波発振回路３１と始動回路３２からなり、高周波発振回路３１は、図示しないが商用電源に接続される交流を直流に変換する回路、高周波発生増幅器およびマッチング回路などにより構成されている。この高周波発振回路３１は商用電源の周波数を例えば１３．５６ＭＨｚの高周波に変換し、この高周波を上記高周波励起コイル２０に供給するようになっている。
【００２２】
また、始動回路３２は、上記高周波発振回路３１で発生された高周波を昇圧して前記プローブ１５の先端部に取着した始動用電極１７に供給するようになっている。
【００２３】
このような高周波励起コイル２０には、その内面に周方向に離間して３個以上の複数の当接部材２５…が取り付けられている。これら当接部材２５…は絶縁体により形成されており、かつ励起コイル２０を構成する導体２１、２１の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料、例えば石英やセラミック、または耐熱性樹脂などのような絶縁体により形成されている。この当接部材２５…は、図３にも示す通り、例えば断面がＥ字形をなしており、上下に離間した凹部２６、２６にそれぞれ上記励起コイル２０を構成する導体２１、２１の内縁が嵌合されており、これら凹部２６、２６の間に形成された凸部２７により、上記励起コイル２０の導体２１、２１の上下方向離間寸法を維持している。
【００２４】
このような当接部材２５…は励起コイル２０に対し、機械的嵌合またはガラス接着剤などにより接合されており、この接合状態では当接部材２５…の内面が励起コイル２０の内面よりも内側（中心方向）に向かって、図３に示すように、微小寸法ｓだけ突出するようになっている。これにより、励起コイル２０に挿通された発光管１０が励起コイル２０の内面に接触しようとしても、これら当接部材２５…に当たって発光管１０が励起コイル２０の内面に接触するのが阻止されるようになっている。
【００２５】
このような構成の誘導結合型無電極放電灯１は、例えば図４に示すような照明器具４０に取着されて照明装置を構成する。照明器具４０は、ハウジングをなす器具本体４１と、この器具本体４１に取り付けられたフレーム４２および反射体４３を有する。
【００２６】
前記誘導結合型無電極放電灯１を構成する発光管１０および励起コイル２０ならびに点灯回路３０はそれぞれフレーム４２に取り付けられている。この場合、励起コイル２０は、環形導体２１、２１から延びる基端部２１ａ、２１ａがフレーム４２に対して、例えばねじ４４…を用いて固定されている。そして、このような励起コイル２０に対し、発光管１０は励起コイル２０とは別個に、本発明の発光管揺動支持手段４５を介してフレーム４２に取着されている。
【００２７】
発光管揺動支持手段４５は、例えば以下のような構造をなしている。すなわち、発光管１０の外管１２には口金４６が固定されており、この口金４６はソケット４７に脱着可能に取り付けられている。口金４６をソケット４７に取り付ける場合は、周知の螺合式やバヨネット方式等が採用され、本例では口金４６をソケット４７に押し込んで回すことにより口金４６に設けたピン４８…がソケット４７に係止するようにしたバヨネット方式が適用されている。
【００２８】
上記ソケット４７は取付ねじ４９…を介してフレーム４２に取着されているが、この場合取付ねじ４９…にばね５０…を嵌め込み、これらばね５０…によりソケット４７がフレーム４２に対して揺動可能となるようにして支持されている。このため発光管１０はフレーム４２に対して揺動自在に支持されるようになっている。
【００２９】
また、フレーム４２には、高周波発振回路３１および始動回路３２からなる点灯回路３０が取り付けられている。
このような構成の誘導結合型無電極放電灯１および照明装置の作用を説明する。 ランプを始動させる場合は、高周波発振回路３１から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電流を励起コイル２０に送ると同時に、始動回路３２を通じて始動用電極１７に高周波電圧を与える。これによりプローブ１５内で始動用グロー放電が発生し、このプローブ１５内のグロー放電は、高周波励起コイル２０により強い高周波電界が生じている内管１１の放電空間１３内に高周波のプラズマ放電１４を誘起させる。このプラズマ放電１４により放電空間１３に収容された金属ハロゲン化物等の発光媒体が電離および励起されて可視光を発し、この光が内管１１および外管１２の管壁を透過して外部に放射される。
【００３０】
このような始動の後、放電が安定すると、発光管１０のインピーダンスが低下し、マッチング回路の２次側に発生する電圧が自動的に引き下げられ、発光管１０内には高周波励起コイル２０による高周波磁界が生じ、この磁界結合によってプラズマ放電１４が維持されるようになる。
【００３１】
このような放電灯１から放出された光は、照明器具４０の反射体４３で反射されて下方に照射される。
このような作動をなす誘導結合型無電極放電灯１においては、励起コイル２０に供給される高周波電流により発光管１０内に強磁界を発生させ、これによりプラズマ放電１４を発生させるものであるため、励起コイル２０から発光管１０に対する磁気的結合の高いことが効率の向上につながる。このため、励起コイル２０と発光管１０の外管１２との間隔を小さくすることが望ましい。
【００３２】
しかしながら、励起コイル２０と外管１２が接触していると、点灯中に高温度になる外管１０が低温度の励起コイル２０に接触するため、温度差により外管１２にクラックが発生する心配がある。したがって、励起コイル２０と外管１２は、相互に接触しないように間隔を確保しなければならず、しかし、磁気的結合を高くするには相互の間隔を微小にすることが要求される。
【００３３】
このような要請を満足するには、外管１２および励起コイル２０を精度良く製作し、両者の中心を正しく位置合わせすれば良いが、外管１２は硬質ガラスや石英などにより製造されるため、外管１２に製造上の寸法ばらつきが生じ易く、よって高精度な寸法管理が難しい。
【００３４】
このため、外管１２と励起コイル２０がオフセンタの状態で組み付けられることがあり、よって外管１２が励起コイル２０に部分的に接触する心配がある。
これに対し、本発明では、励起コイル２０の内面に当接部材２５を設けたから、発光管１０の外管１２が励起コイル２０に接触しようとしても、外管１２が当接部材２５に当接することにより励起コイル２０に接触するのが防止される。
【００３５】
よって外管１２が励起コイル２０に接触することにより発生する局部的な温度差が生じなくなり、外管１２にクラックが生じるのが防止される。また外管１２の温度が上記接触部分で局部的に下がると、この部分に対向する内管１１の側壁が最冷部となり、この最冷部に封入物質が凝集し、正常な点灯が維持できなくなるが、当接部材２５により外管１２が励起コイル２０に接触するのが防止されるから、封入物質の凝集も防止される。
【００３６】
そして、外管１２が当接部材２５に当接した場合、外管１２と励起コイル２０は微小間隙ｓを存して離間するから、両者の磁気的結合を高くすることができ、高い効率を得ることができる。
【００３７】
また、当接部材２５は、励起コイル２０よりも熱伝導率の低い絶縁体により形成されているから、外管１２が当接部材２５に接触してもその接触部が局部的に温度低下することはなく、発光管１０の温度差による破損や、封入物質の凝集などの発生が防止される。
【００３８】
さらに、当接部材２５は、凹部２６、２６および凸部２７を有し、凹部２６、２６に励起コイル２０の各ターンを構成する導体２１、２１の内面側端部を嵌合させてあるから、凸部２７によりこれら導体２１、２１間の間隔が保たれることになる。よって、熱変形や振動などによるこれら導体２１、２１の相互間隔が狂うことがなく、励起コイル２０の形状が保たれるとともに、発光管１０に対する高い磁気結合機能を維持することができる。
【００３９】
また、当接部材２５により導体２１、２１間の間隔が保たれることから、コイルのインダクタンス変化を小さく保つことができ、回路のマッチングずれも小さくなる。このためランプ入力に変化や高周波発振回路３１の過負荷を防止することができる。
【００４０】
ところで、上記のようにして外管１２が当接部材２５に当接すると、外管１２はこれが当接部材２５に当たって拘束される前に比べて変位することになる。このとき、発光管１０を口金４６およびソケット４７を介して照明器具４０のフレーム４２に移動不能に固定してしまうと、上記外管１２が当接部材２５に当接した場合にその移動を許すことができなくなり、外管１２の当接箇所や、フレーム４２への取り付け箇所に応力が発生する。
【００４１】
しかし、本実施例の場合は、ソケット４７をばね５０…で支えるようにしたからソケット４７が揺動可能となり、発光管１０の変位を許すことができる。よって、外管１２が当接部材２５に当接しても、応力の発生を防止することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例に制約されるものではない。
すなわち、上記実施例の発光管１０は、内管１１と外管１２とで二重管構造にしたが、内管１１のみで一重管構造とした場合であっても実施可能である。
【００４３】
また、発光管１０を照明器具４０に対して揺動自在に支持する手段は、ソケット４７をフレーム４２に対して揺動自在に取り付けることに限らず、発光管１０を口金４６に対して揺動自在に取り付ける、または口金４６をソケット４７に対して揺動自在に取り付ける、等種々の変形が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、発光管と励起コイルがオフセンタの状態で組み付けられても発光管が当接部材に当接して励起コイルに接触するのが防止される。よって発光管の破損や封入物質の不所望な凝集が防止される。しかも発光管と励起コイルは微小間隔を保って離間するから、磁気的結合を高くすることができ、効率が優れたものになる。
【００４５】
請求項２の発明によれば、当接部材が励起コイルよりも熱伝導率の低い絶縁体により形成されているから、発光管が当接部材に接触してもその接触部が局部的に温度低下することがなく、発光管の温度差による破損や、封入物質の凝集などを発生するのが防止される。
【００４６】
請求項３の発明によれば、当接部材が複数ターンのコイル部相互を連結しているから、熱変形や振動などによるコイル部相互の間隔が狂うことがなく、発光管に対する磁気結合機能を高く維持することができる。
【００４７】
請求項４の発明によれば、発光管を照明器具に対して揺動自在に支持する発光管揺動支持手段を設けたから、発光管が当接部材に当接した場合に上記発光管揺動支持手段が発光管の変位を許すから、発光管や励起コイルまたは照明器具に無理な応力が発生しなく、これらの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す誘導結合型無電極放電灯およびその点灯回路を示す図。
【図２】同実施例の横断面図。
【図３】同実施例の当接部材を拡大して示す断面図。
【図４】上記電極放電灯を用いた照明装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
１…誘導結合型無電極放電灯 １０…発光管
１１…内管 １２…外管
１３…放電空間 １４…プラズマ放電
１５…プローブ
２０…励起コイル ２１…環形導体
２５…当接部材
２６…凹部 ２７…凸部
３０…点灯回路 ３１…高周波発振回路
３２…始動回路
４０…照明器具 ４１…器具本体
４２…フレーム ４３…反射体

Claims (4)

1. 内部に放電空間が形成されるとともに、この放電空間に放電により発光する媒体が封入された発光管と、
   上記発光管を取り巻くように設けられ上記発光管内に磁界結合放電を発生させる励起コイルと、
   上記発光管が上記励起コイルの内面に接触するのを阻止するように、上記励起コイルの内面に設けられた周方向の幅が同じである当接部材と、
   を具備し当接部材は少なくとも３個それぞれ周方向に当接部材の幅よりも大きく大きく離間して設けたことを特徴とする誘導結合型無電極放電灯。
2. 上記当接部材は、上記励起コイルよりも熱伝導率の低い絶縁体により形成されていることを特徴とする請求項１記載の誘導結合型無電極放電灯。
3. 上記励起コイルは複数ターンをなしており、上記当接部材がこれら複数ターンのコイル部相互を連結していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導結合型無電極放電灯。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１に記載の誘導結合型無電極放電灯と、
   この誘導結合型無電極放電灯を収容する照明器具と、
   上記誘導結合型無電極放電灯の励起コイルを上記照明器具に固定する固定手段と、
   上記励起コイルに挿通された発光管を上記照明器具に取り付けるとともに、この取り付け状態で上記発光管が上記照明器具に対して揺動自在に支持される発光管揺動支持手段と、
   を備えたことを特徴とする照明装置。

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