JP4440557B2 - 位相制御多電極型交流放電照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度で大容量の弱電離低温プラズマを効率的に安定して発生する新しい放電を利用した照明装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
一般の照明は、高温白熱されたタングステン線などの個体フィラメントからの熱放射、あるいは放電状態における気体水銀などの励起原子、分子およびイオンからの放射を利用している。
白熱型照明は演色性は良いが電気−光変換効率（発光効率）は低い。
一方、放電型照明は発光効率は高いが演色性はあまり良くない。
世界の電力消費の約１５％が民生用照明およびその関連エネルギーにおいて使用されているので、省エネルギーの観点から新光源の開発は発光効率の高い放電型照明を中心に行なわれてきた。
本発明も効率の良い放電型照明に属する。
【０００３】
本出願人は、特開平８−３３００７９号公報に開示された低コストで大容量の放電（弱電離低温プラズマ）を安定して発生できる低周波交流電源として、位相が配列（制御・調整）された複数個の交流出力からなる位相制御多出力型交流電源装置を先に出願し、さらに、この電源を用いて、特開平１０−１３０８３６号公報に開示された放電を効率的に発生させるための電極と、特開平１０−１３４９９４号公報に開示された磁場の構成方法を出願している。
電極の構成方法は、電極を熱伝導性のよい絶縁シートを介して冷却された装置内壁に密着固定する方法であり、磁場の構成方法は、装置外壁に複数の磁石を取り付けて電極表面付近にプラズマの流出を抑える多極磁場を形成する方法である。
【０００４】
そこで本発明は、位相制御多出力型交流電源を用いて放電を効率的に発生させる壁密着電極と多極磁場を使用することにより、省エネルギー効果の高い、高出力・高効率の放電型照明装置を提供することを目的になされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は以下のように構成した。
【０００６】
すなわち、半球面状に形成した電極取付面の凹曲面側に、シート状の絶縁体を介して、複数のシート状のリング電極を同心円状に配列して密着固定すると共に、内側を蛍光体で被膜した半球形の前面ガラスを電極取付面の対向面に取り付ることにより、全体の形状が球形の放電室を形成し、この放電室の外側には、リング電極に沿って多極のシート磁石を張り付けると共にリング電極を冷却する冷却手段を設け、さらに放電室に取り付けたソケットの中に、単相商用交流を９０度位相差の二相交流に変換するＬＣ回路のような、位相制御多出力交流電源回路を組み込み、このソケットの回路を経て各リング電極に電源を接続して放電室を発光させるようにした位相制御多電極型交流放電照明装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は、本発明を実施した照明装置を透視状態で示す斜視図である。
図２は、図１のシート磁石の配置を示す平面図である。
半球面状照明装置Ｄは、半球面状に形成した電極取付面１の凹曲面側に複数のシート状のリング電極２を同心円状に配列し、電気絶縁性と熱伝導性に優れたシート状の絶縁体３を介して密着固定する。
そして、電極取付面１の対向面に半球形の前面ガラス４を取り付け、全体を球形に形成すると共に、前面ガラス４の内側を蛍光体ｂで被膜する。
電極取付面１の外側には、リング電極２に沿ってラバー・マグネットなどのシート磁石５を張り付け、磁力線が隣り合うリング電極２間を結ぶように磁場を形成する。
リング電極２の幅はできるだけ広く形成し、電極取付面1の全体を覆うように配置する。
また、電極取付面１の外側にソケット７を取り付ける。
ソケット７は、中に単相交流を９０°位相差の二相交流に変換するＬＣ回路を組み込むと、直接単相の商用電源に接続できて便利である。
シート磁石５は、隣り合う磁石の極性が互いに異なるように着磁した多極の磁石である。リング電極２の本数がｎ本の場合、シート磁石５の磁極の数はｎ＋１で、磁力線がリング電極２の表面を覆うように多極磁場を形成する。
これにより、隣接するリング電極２間の電界により放電が発生し、放電によるプラズマＰが磁石の磁場により閉じ込められる。このとき、プラズマＰは同心円状の閉じた領域に閉じ込められるので、電気エネルギーからプラズマ生成への変換効率が向上する。
電極取付面１は二重壁を形成し、冷却水を二重壁の間に流して電極取付面１に密着するリング電極２を冷却するとよい。
電極取付面１の二重壁は、外側に空冷用のフィンを取り付けて冷却してもよい。
二重壁の外側を磁気シールド板で覆い、磁力線を外部に発散させないで内部に集中させるとよい。
ここで、シート磁石５とリング電極２との位置関係は任意であるが、リング電極２とリング電極２との間隙の真後ろにシート磁石の磁極を配置すると、多極磁場はリング電極２の表面が磁力線で覆われるように形成されるので、プラズマＰがリング電極２の表面近傍に効果的に閉じ込められる。
他方、磁石５をリング電極２の真後ろに置くと、多極磁場はリング電極２とリング電極２との間隙ａが磁力線で繋がれるように形成されるので、リング電極２間の放電の発生が容易になる。
ｎ本のリング電極２には、図３に示すように、位相が１／ｎ周期ずつずれていて振幅が同じ大きさのｎ個の交流電源１０を接続する。
ｎ個の交流電源１０は、コントローラ１１により周波数や振幅および位相（波形を含む）が制御された低周波交流電源を星形結線して構成し、電源全体は絶縁トランスなどにより浮遊電位のままにしておき、放電をリング電極２間のみに発生させる。
【０００９】
本発明を実施した照明装置Ｄは以上のような構成で、放電室内を排気装置（図示しない）によって真空排気し、Ｈｅ、Ｘｅ数％の混合ガス数百Ｔｏｒｒを封入あるいは流入する。
次に、ｎ本のリング電極２に１ｋｗ以下の位相制御ｎ出力交流電源を接続して放電電気エネルギーを供給する。
これにより、図１に示すように、電極取付面１に沿って安定な交流グロー放電によるプラズマＰが生じる。
ｎ本のリング電極２にｎ相の交流電圧を印加すると、放電は１周期の間に全部のリング電極２間を１回りするので、１秒間に放電が印加周波数だけ回転する。
このため、どの時刻においても何れかのリング電極２間で放電が起こり、低周波の交流放電にも拘わらず高周波点灯のような連続放電が発生する。
放電の結果、Ｘｅ原子などにより紫外線が放射され、前面ガラス４の内側に塗布された蛍光体ｂにより可視光に変換される。
【００１０】
本発明では、シート状磁石を使用するので棒磁石に比較し厚みが薄くなる分、照明装置Ｄの形状を薄くコンパクトに形成できる。
またシート磁石５は、隣り合う磁石の極性が互いに異なるように着磁するから、隣接するリング電極２間の電界により放電が発生し、放電によるプラズマＰが磁石の磁場により閉じ込められる。このとき、プラズマＰはリング状の閉じた領域に閉じ込められるので、電気エネルギーからプラズマ生成への変換効率が向上する。
その結果、プラズマＰの密度が高まり、プラズマＰが盛んに中性ガスを励起して効果的に光を励起中性ガスから発生させる。結果的に電気エネルギーから光エネルギーへの変換効率が高まる。
一般に、放電は磁力線に沿って発生しやすいので、従来のように放電開始時にフィラメントを加熱して熱電子を供給する必要がなくなる。従って、消耗しやすいフィラメントが不必要となり、照明装置の寿命が長くなる。
図４の蛍光ランプは、球形蛍光ランプＦの軸心に筒状の電極取付面１を挿入し、電極取付面１の表面を絶縁体３で被覆すると共に、複数のシート状のリング電極２とその裏に配置するシート状の磁石５を電極取付面１の表面に張り付け、筒状の電極取付面１の基端部にソケット７を取り付けたものである。
筒状の電極取付面１を中空にして自然冷却、強制空冷、水冷などの方法で冷却すると、安定な高出力の蛍光ランプとなる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の位相制御多電極型交流放電照明装置は、電極取付面に絶縁層を介して複数のリング電極を横に並べて密着固定すると共に、これらのリング電極の前方を光透過体で覆うことにより放電室を形成し、この放電室の外側に、電極を冷却する冷却手段と、電極表面にシート磁石による多極磁場を形成して放電を閉じ込め、しかして各々のリング電極に位相制御多出力交流電源を接続して放電室を発光さる。
従って、本発明によれば、リング電極に印加する位相制御多出力交流電圧の位相を調整することにより、どの時刻においても何れかの電極間で放電・発光を起こすことができるので、低周波の交流放電にも拘わらず高周波点灯と同じような連続的な放電・発光を発生できる。すなわち、フリッカレス照明装置となる。
また、フィラメントがないので、長寿命の照明装置となる。
【００１２】
また、リング電極を適用対象に合わせて配置し、位相を調整した電力をこれらの電極に分散することにより、広い領域を時間分割的に一様に放電・発光させることができるので、さまざまな直径の球形照明装置を作ることができる。
【００１３】
また、放電室の外壁を介して電極取付面に密着固定したリング電極を容易に冷却できるので、大きな電力を長時間安定して供給でき、コンパクトで大容量の照明装置を作ることができる。
【００１４】
また、放電空間に多極磁場が形成されるので、プラズマが効果的に閉じ込められ、その結果、放電・発光の効率を上げることができる。
また、放電室外壁から電極まで距離が短いので外部に永久磁石を取り付けるだけで電極近傍の放電空間へ強い磁場を作用させることができる。
この永久磁石はシート磁石を多極に着磁したものだから厚みが薄く装置がコンパクト化できる。
加えて本発明においては、位相制御多出力交流電源回路を放電室に取り付けたソケットの中に組み込むので、放電室全体が球形であることと相俟って、このソケットを従来の電球の代わりに商用電源にねじ込むだけで使用できるという実用上優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した照明装置を透視状態で示す斜視図である。
【図２】図１のシート磁石の配置を示す平面図である。
【図３】本発明に使用する電源回路の例を示す電源接続図である。
【図４】本発明を実施した別の例の照明装置の透視図である。
【符号の説明】
１ 電極取付面
２ リング電極
３ 絶縁体
４ 前面ガラス
５ シート磁石
７ ソケット
１１ コントローラ
ｂ 蛍光体
Ｐ プラズマ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度で大容量の弱電離低温プラズマを効率的に安定して発生する新しい放電を利用した照明装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
一般の照明は、高温白熱されたタングステン線などの個体フィラメントからの熱放射、あるいは放電状態における気体水銀などの励起原子、分子およびイオンからの放射を利用している。
白熱型照明は演色性は良いが電気−光変換効率（発光効率）は低い。
一方、放電型照明は発光効率は高いが演色性はあまり良くない。
世界の電力消費の約１５％が民生用照明およびその関連エネルギーにおいて使用されているので、省エネルギーの観点から新光源の開発は発光効率の高い放電型照明を中心に行なわれてきた。
本発明も効率の良い放電型照明に属する。
【０００３】
本出願人は、特開平８−３３００７９号公報に開示された低コストで大容量の放電（弱電離低温プラズマ）を安定して発生できる低周波交流電源として、位相が配列（制御・調整）された複数個の交流出力からなる位相制御多出力型交流電源装置を先に出願し、さらに、この電源を用いて、特開平１０−１３０８３６号公報に開示された放電を効率的に発生させるための電極と、特開平１０−１３４９９４号公報に開示された磁場の構成方法を出願している。
電極の構成方法は、電極を熱伝導性のよい絶縁シートを介して冷却された装置内壁に密着固定する方法であり、磁場の構成方法は、装置外壁に複数の磁石を取り付けて電極表面付近にプラズマの流出を抑える多極磁場を形成する方法である。
【０００４】
そこで本発明は、位相制御多出力型交流電源を用いて放電を効率的に発生させる壁密着電極と多極磁場を使用することにより、省エネルギー効果の高い、高出力・高効率の放電型照明装置を提供することを目的になされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は以下のように構成した。
【０００６】
すなわち、半球面状に形成した電極取付面の凹曲面側に、シート状の絶縁体を介して、複数のシート状のリング電極を同心円状に配列して密着固定すると共に、内側を蛍光体で被膜した半球形の前面ガラスを電極取付面の対向面に取り付ることにより、全体の形状が球形の放電室を形成し、この放電室の外側には、リング電極に沿って多極のシート磁石を張り付けると共にリング電極を冷却する冷却手段を設け、さらに放電室に取り付けたソケットの中に、単相商用交流を９０度位相差の二相交流に変換するＬＣ回路のような、位相制御多出力交流電源回路を組み込み、このソケットの回路を経て各リング電極に電源を接続して放電室を発光させるようにした位相制御多電極型交流放電照明装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は、本発明を実施した照明装置を透視状態で示す斜視図である。
図２は、図１のシート磁石の配置を示す平面図である。
半球面状照明装置Ｄは、半球面状に形成した電極取付面１の凹曲面側に複数のシート状のリング電極２を同心円状に配列し、電気絶縁性と熱伝導性に優れたシート状の絶縁体３を介して密着固定する。
そして、電極取付面１の対向面に半球形の前面ガラス４を取り付け、全体を球形に形成すると共に、前面ガラス４の内側を蛍光体ｂで被膜する。
電極取付面１の外側には、リング電極２に沿ってラバー・マグネットなどのシート磁石５を張り付け、磁力線が隣り合うリング電極２間を結ぶように磁場を形成する。
リング電極２の幅はできるだけ広く形成し、電極取付面1の全体を覆うように配置する。
また、電極取付面１の外側にソケット７を取り付ける。
ソケット７は、中に単相交流を９０°位相差の二相交流に変換するＬＣ回路を組み込むと、直接単相の商用電源に接続できて便利である。
シート磁石５は、隣り合う磁石の極性が互いに異なるように着磁した多極の磁石である。リング電極２の本数がｎ本の場合、シート磁石５の磁極の数はｎ＋１で、磁力線がリング電極２の表面を覆うように多極磁場を形成する。
これにより、隣接するリング電極２間の電界により放電が発生し、放電によるプラズマＰが磁石の磁場により閉じ込められる。このとき、プラズマＰは同心円状の閉じた領域に閉じ込められるので、電気エネルギーからプラズマ生成への変換効率が向上する。
電極取付面１は二重壁を形成し、冷却水を二重壁の間に流して電極取付面１に密着するリング電極２を冷却するとよい。
電極取付面１の二重壁は、外側に空冷用のフィンを取り付けて冷却してもよい。
二重壁の外側を磁気シールド板で覆い、磁力線を外部に発散させないで内部に集中させるとよい。
ここで、シート磁石５とリング電極２との位置関係は任意であるが、リング電極２とリング電極２との間隙の真後ろにシート磁石の磁極を配置すると、多極磁場はリング電極２の表面が磁力線で覆われるように形成されるので、プラズマＰがリング電極２の表面近傍に効果的に閉じ込められる。
他方、磁石５をリング電極２の真後ろに置くと、多極磁場はリング電極２とリング電極２との間隙ａが磁力線で繋がれるように形成されるので、リング電極２間の放電の発生が容易になる。
ｎ本のリング電極２には、図３に示すように、位相が１／ｎ周期ずつずれていて振幅が同じ大きさのｎ個の交流電源１０を接続する。
ｎ個の交流電源１０は、コントローラ１１により周波数や振幅および位相（波形を含む）が制御された低周波交流電源を星形結線して構成し、電源全体は絶縁トランスなどにより浮遊電位のままにしておき、放電をリング電極２間のみに発生させる。
【０００９】
本発明を実施した照明装置Ｄは以上のような構成で、放電室内を排気装置（図示しない）によって真空排気し、Ｈｅ、Ｘｅ数％の混合ガス数百Ｔｏｒｒを封入あるいは流入する。
次に、ｎ本のリング電極２に１ｋｗ以下の位相制御ｎ出力交流電源を接続して放電電気エネルギーを供給する。
これにより、図１に示すように、電極取付面１に沿って安定な交流グロー放電によるプラズマＰが生じる。
ｎ本のリング電極２にｎ相の交流電圧を印加すると、放電は１周期の間に全部のリング電極２間を１回りするので、１秒間に放電が印加周波数だけ回転する。
このため、どの時刻においても何れかのリング電極２間で放電が起こり、低周波の交流放電にも拘わらず高周波点灯のような連続放電が発生する。
放電の結果、Ｘｅ原子などにより紫外線が放射され、前面ガラス４の内側に塗布された蛍光体ｂにより可視光に変換される。
【００１０】
本発明では、シート状磁石を使用するので棒磁石に比較し厚みが薄くなる分、照明装置Ｄの形状を薄くコンパクトに形成できる。
またシート磁石５は、隣り合う磁石の極性が互いに異なるように着磁するから、隣接するリング電極２間の電界により放電が発生し、放電によるプラズマＰが磁石の磁場により閉じ込められる。このとき、プラズマＰはリング状の閉じた領域に閉じ込められるので、電気エネルギーからプラズマ生成への変換効率が向上する。
その結果、プラズマＰの密度が高まり、プラズマＰが盛んに中性ガスを励起して効果的に光を励起中性ガスから発生させる。結果的に電気エネルギーから光エネルギーへの変換効率が高まる。
一般に、放電は磁力線に沿って発生しやすいので、従来のように放電開始時にフィラメントを加熱して熱電子を供給する必要がなくなる。従って、消耗しやすいフィラメントが不必要となり、照明装置の寿命が長くなる。
図４の蛍光ランプは、球形蛍光ランプＦの軸心に筒状の電極取付面１を挿入し、電極取付面１の表面を絶縁体３で被覆すると共に、複数のシート状のリング電極２とその裏に配置するシート状の磁石５を電極取付面１の表面に張り付け、筒状の電極取付面１の基端部にソケット７を取り付けたものである。
筒状の電極取付面１を中空にして自然冷却、強制空冷、水冷などの方法で冷却すると、安定な高出力の蛍光ランプとなる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の位相制御多電極型交流放電照明装置は、電極取付面に絶縁層を介して複数のリング電極を横に並べて密着固定すると共に、これらのリング電極の前方を光透過体で覆うことにより放電室を形成し、この放電室の外側に、電極を冷却する冷却手段と、電極表面にシート磁石による多極磁場を形成して放電を閉じ込め、しかして各々のリング電極に位相制御多出力交流電源を接続して放電室を発光さる。
従って、本発明によれば、リング電極に印加する位相制御多出力交流電圧の位相を調整することにより、どの時刻においても何れかの電極間で放電・発光を起こすことができるので、低周波の交流放電にも拘わらず高周波点灯と同じような連続的な放電・発光を発生できる。すなわち、フリッカレス照明装置となる。
また、フィラメントがないので、長寿命の照明装置となる。
【００１２】
また、リング電極を適用対象に合わせて配置し、位相を調整した電力をこれらの電極に分散することにより、広い領域を時間分割的に一様に放電・発光させることができるので、さまざまな直径の球形照明装置を作ることができる。
【００１３】
また、放電室の外壁を介して電極取付面に密着固定したリング電極を容易に冷却できるので、大きな電力を長時間安定して供給でき、コンパクトで大容量の照明装置を作ることができる。
【００１４】
また、放電空間に多極磁場が形成されるので、プラズマが効果的に閉じ込められ、その結果、放電・発光の効率を上げることができる。
また、放電室外壁から電極まで距離が短いので外部に永久磁石を取り付けるだけで電極近傍の放電空間へ強い磁場を作用させることができる。
この永久磁石はシート磁石を多極に着磁したものだから厚みが薄く装置がコンパクト化できる。
加えて本発明においては、位相制御多出力交流電源回路を放電室に取り付けたソケットの中に組み込むので、放電室全体が球形であることと相俟って、このソケットを従来の電球の代わりに商用電源にねじ込むだけで使用できるという実用上優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した照明装置を透視状態で示す斜視図である。
【図２】図１のシート磁石の配置を示す平面図である。
【図３】本発明に使用する電源回路の例を示す電源接続図である。
【図４】本発明を実施した別の例の照明装置の透視図である。
【符号の説明】
１ 電極取付面
２ リング電極
３ 絶縁体
４ 前面ガラス
５ シート磁石
７ ソケット
１１ コントローラ
ｂ 蛍光体
Ｐ プラズマ
Claims (2)
- 半球面状に形成した電極取付面の凹曲面側に、シート状の絶縁体を介して、複数のシート状のリング電極を同心円状に配列して密着固定すると共に、内側を蛍光体で被膜した半球形の前面ガラスを電極取付面の対向面に取り付ることにより、全体の形状が球形の放電室を形成し、
この放電室の外側には、リング電極に沿って着磁した多極のシート磁石を張り付けると共にリング電極を冷却する冷却手段を設け、
さらに放電室に取り付けたソケットの中に、位相制御多出力交流電源回路を組み込み、このソケットの回路を経て各リング電極に電源を供給して放電室を発光させてなる位相制御多電極型交流放電照明装置。 - 前記位相制御多出力交流電源回路が、単相商用交流を９０度位相差の二相交流に変換するＬＣ回路であることを特徴とする請求項１記載の位相制御多電極型交流放電照明装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003124376A JP4440557B2 (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | 位相制御多電極型交流放電照明装置 |
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| JP2003124376A JP4440557B2 (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | 位相制御多電極型交流放電照明装置 |
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| JP2000069525A Division JP3472229B2 (ja) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | 位相制御多電極型交流放電照明装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003346731A JP2003346731A (ja) | 2003-12-05 |
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| CN114071819B (zh) * | 2022-01-18 | 2022-03-18 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种水冷可调节补偿热阴极装置 |
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- 2003-04-28 JP JP2003124376A patent/JP4440557B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2003346731A (ja) | 2003-12-05 |
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