JP4844444B2

JP4844444B2 - 無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具

Info

Publication number: JP4844444B2
Application number: JP2007080672A
Authority: JP
Inventors: 元洋齋見; 歩佐藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008243503A

Description

本発明は、無電極放電ランプ及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来より、閉ループ形状に形成された管体からなるバルブを用いた照明器具があった（例えば特許文献１参照）。この照明器具は、例えばガラス等の透光性材料により閉ループ形状に形成された管体であって、内部に水銀蒸気及び緩衝ガスが封入されたバルブと、バルブを貫通した状態でバルブに取着される２つのリング状のフェライトコアと、各フェライトコアにそれぞれ巻回された誘導コイルと、誘導コイルに高周波電流を印加するための高周波電源を有する点灯回路とを備えている。

この照明器具では、高周波電流が誘導コイルに通電されると、電磁誘導によりバルブ内に高周波電磁界を発生させてバルブ内の水銀蒸気を励起し、紫外線を放出する。バルブ内面に蛍光物質が塗布されている場合には、放出した紫外線が蛍光物質により可視光に変換されバルブ表面を透過して外部に可視光が照射される。一方、バルブ内面に蛍光物質が塗布されていない場合には、放出した紫外線がバルブ表面を透過して外部に紫外線が照射される。この照明器具は、バルブ内部に短寿命の原因となる電極が存在しないので長寿命であるが、長時間点灯させずに放置した場合には暗所始動するまでに時間がかかるという問題があった。そこで、本照明器具では、始動補助材を塗布したフラグをバルブ内に配置し、点灯初期に必要な偶発電子をバルブ内に発生させることにより暗所始動性を向上させている。ここに、暗所始動性とは、この種の放電灯が器具や装置内に組み込まれて周囲の光から遮蔽された状態に置かれたり、設置前に梱包状態で長時間保管された状態で始動から点灯開始までに要する時間により定まる特性のことをいい、この時間が短いほど暗所始動性はよいといえる。

この照明器具では、バルブの内側において径方向両端部に２つの突起部が対向して突設され、一端側がフラグにそれぞれ固定された２本の金属製の支持ワイヤの他端側をそれぞれ対応する突起部に係止させてフラグをバルブ内に保持している。
特開平１０−１１６５９１号公報（段落[００２０]−[００３２]、及び、第１図−第５図）

上述の特許文献１に示した照明器具では、フラグを支持ワイヤを用いてバルブの両端部で保持するために十分な長さの支持ワイヤが必要であるが、これらの支持ワイヤがバルブ内に発生するプラズマに曝され、エネルギーロスが発生することから発光効率が低下するという問題があった。また、内面に蛍光体が塗布されたバルブを用いた場合には、バルブ内部にフラグを配設する際にバルブ内面近傍での作業となるため、蛍光物質が剥離したり、不純物が混入してランプ性能が劣化する虞があった。さらに、フラグを保持するためにバルブに突起部を２箇所設ける必要があり、製造工程が増加するという問題もあった。また、２本の支持ワイヤをそれぞれ対応する突起部に係止させなければならず、作業性がよくないという問題もあった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、保持体をバルブ内に配設する際の作業性を向上させた照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、透光性材料により閉ループ形状に形成された管体であって、内部に放電ガス及び最冷点温度で制御される水銀が封入されたバルブを備え、バルブは、外表面において外表面と交差する方向に突設された筒状の突起部と、始動補助材を保持し、突起部に係止させた支持体に支持されてバルブ内に配設される保持体とを有し、突起部の突出方向と交差する方向における保持体の最大幅寸法は、突起部の内寸法よりも小さい幅寸法に形成されており、保持体は突起部内を通ってバルブ内に配設されることを特徴とする。

請求項２の発明は、突起部内に、当該突起部の先端側の端部と保持体との間に介装されるスペーサを配置したことを特徴とする。

請求項３の発明は、突起部内に水銀を放出する材料を封入し、当該突起部に保温材を取着したことを特徴とする。

請求項４の発明は、保持体は、突起部の突出方向と交差する方向において少なくとも１つの曲げ部を有することを特徴とする。

請求項５の発明は、突起部は、バルブ内を排気するとともに放電ガスをバルブ内に流入するための排気部を兼用することを特徴とする。

請求項６の発明は、バルブ内に高周波電磁界を発生させる誘導コイルが少なくとも一部に巻回されたコアの近傍に突起部を設けたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載の無電極放電ランプと、磁性体からなりバルブが貫通した状態で当該バルブに取着されるコアと、コアの少なくとも一部に巻回される誘導コイルと、当該誘導コイルに高周波電流を印加して電磁誘導により放電ガスを励起発光させるための高周波電源とを備えてなることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、突起部の突出方向と交差する方向における保持体の最大幅寸法を突起部の内寸法よりも小さい幅寸法に形成しており、突起部内を通して外部から保持体をバルブ内に配設することができるので、バルブ内で作業することがなく作業性が向上するという効果がある。また、保持体をバルブ内に配設する際に外側からの作業となるため、バルブ内面に蛍光物質が塗布されている場合でも蛍光物質が剥離することがなく、ランプ性能の低下を防止することができるという効果もある。

請求項２の発明によれば、突起部内にスペーサを配置することによって、保持体と突起部の先端側の端部との間の空間を埋めることができるので、取付状態において保持体が移動することがなく、保持体を所定の位置に配置できるという効果がある。

請求項３の発明によれば、突起部に保温材を取着することによって、スペーサに熱が奪われて突起部の温度が低下するのを抑制して、突起部において最冷点を確保することができるので、発光効率の低下を抑えることができるという効果がある。

請求項４の発明によれば、突起部の突出方向と交差する方向において保持体が少なくとも１つの曲げ部を有することによって、保持体が所定の幅寸法を確保した状態で保持体の表面積を大きくすることができるので、保持体に保持させる始動補助材の量を増加させることができ、暗所始動性をさらに向上させることができるという効果がある。

請求項５の発明によれば、突起部を排気部として兼用することによって、別途排気部を設ける必要がなく、製造工程の簡素化を図ることができ、且つ製造原価を低減することができるという効果がある。

請求項６の発明によれば、突起部をコアの近傍に設けることによって、保持体がコアに巻回した誘導コイルにより発生する高周波電磁界内に置かれることになり、保持体に保持させた始動補助材が活性化されるので、暗所始動性をさらに向上させることができるという効果がある。

請求項７の発明によれば、請求項１〜６の何れか１項に記載の無電極放電ランプを用いることによって、保持体をバルブ内に配設する際の作業性を向上させた照明器具を提供することができるという効果がある。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態の無電極放電ランプ１は、例えば蛍光灯として室内などを照明するために用いられる。尚、以下の説明において特に断りがない場合、図１において上下左右の方向を規定する。

この無電極放電ランプ１は、透光性材料（例えば、ガラスなど）により閉ループ形状（所謂トカマク形状）に形成され、内部に希ガス（放電ガス）及び最冷点温度で制御される水銀を封入してなるバルブ２を備えている。バルブ２は、例えば外径が３８ｍｍの円管からなる略Ｕ字状の一対のＵ字管部２ａと、Ｕ字管部２ａと同径の円管からなる一対の直管部２ｂとを有し、両直管部２ｂ、２ｂを間にして上下方向両側から各Ｕ字管部２ａがそれぞれ接続され、正面視楕円形状の閉ループ形状に形成されている。また、バルブ２の内部には、例えばアルゴンやクリプトンなどの希ガス及び水銀を放出するＺｎ−Ｈｇアマルガムなどが封入され、さらにバルブ２の内壁全体には蛍光体膜が形成されている。

バルブ２において上側のＵ字管部２ａの上端部（頂部）には、例えば内径が６ｍｍ、外径が８ｍｍの突管５（突起部）が外側に向かって突出する形で溶着されており、この突管５の上側の端部は開口し、後述する保持体６を挿入する保持体挿入口５ａをなしている。尚、保持体挿入口５ａは、保持体６を挿入後に閉塞される。また、突管５の内壁には後述する支持体７が係止する一対の係合突起５ｂが対向して設けられている（図２参照）。尚、この突管５は、バルブ２内を排気するとともにバルブ２内に上記希ガスを封入するための排気管としても使用される。

保持体６は、例えば幅寸法（図１の左右方向の寸法）が４ｍｍ、長さが７ｍｍの板状の金属網であって、保持体６の表面には、例えば水酸化セシウムなどの始動補助材８が塗布されており、保持体６の上下方向上端部には線材からなる支持体７が溶接されている。また、支持体７の他端側には、この線材を折り曲げることで幅寸法が約５．５ｍｍの係止部７ａが一体に形成され、この係止部７ａを突管５の両係合突起５ｂ、５ｂに係止させることで支持体７に支持される形で保持体６がバルブ２内に配置される。尚、突管５の両係合突起５ｂ、５ｂの間隔は、保持体６の幅寸法４ｍｍより大きく、且つ、支持体７の係止部７ａの幅寸法５．５ｍｍより小さく設定されている。また、係止部７ａの代わりに、図４に示すように、例えば外径が５ｍｍ、長さが５ｍｍのステンレス製の短管１８を支持体７に溶接して、この短管１８を両係合突起５ｂ、５ｂに係止させるようにしてもよく、この場合保持体６を安定して支持することができる。ここに、バルブ２、突管５、支持体７及び保持体６で無電極放電ランプ１が構成されている。

ここで、無電極放電ランプ１の暗所始動性を向上させるためには始動補助材８の量を多くする必要があり、そのためには始動補助材８を保持させる保持体６の表面積を大きく設定する必要があるが、保持体６の幅寸法は突管５の内径に応じて設定される。したがって、突管５の内径を大きく設定することで保持体６の表面積を大きくすることができるが、この場合最終的にバーナーなどで突管５を切断して封止する作業に時間がかかるため適当ではなく、突管５は外径が８ｍｍ、内径が６ｍｍ程度に設定するのが好ましい。この場合、保持体６の幅寸法は４ｍｍに設定されるため、表面積を大きくするために厚み方向（図３（ａ）の前後方向）にく字状に折り曲げた保持体１６を用いたり、幅方向（図３（ｂ）の左右方向）に渦巻状に巻いた保持体１７を用いてもよく、幅寸法を４ｍｍに保ったまま保持する始動補助材８の量を増加させることができ、暗所始動性をさらに向上させることができる。また、表面積を大きくするために、保持体６の幅寸法を４ｍｍに保ったまま、長さを例えば１４ｍｍに伸ばしたものを用いてもよい。

この保持体６は、突管５の保持体挿入口５ａから突管５内に挿入され、支持体７の係止部７ａを突管５の両係合突起５ｂ、５ｂに係止させることで支持体７に支持される形でバルブ２内に配置される。さらに、保持体挿入口５ａからバルブ２内を排気するとともにバルブ２内にアルゴンなどの希ガスを封入し、バーナーなどで突管５を切断、封止すると無電極放電ランプ１が完成する。

次に、照明器具Ａについて説明する。照明器具Ａは、上記無電極放電ランプ１と、磁性体（例えばフェライトなど）からなりバルブ２が貫通した状態でバルブ２に取着されるトロイダルコア３と、トロイダルコア３に巻回され、バルブ２内に高周波電磁界を発生させる誘導コイル４と、誘導コイル４に高周波電流を印加する高周波電源を有する点灯回路１０とを備えている。

トロイダルコア３は磁性体からなる略リング状に形成され、図１に示すように各直管部２ｂと上側のＵ字管部２ａの接続部位近傍にそれぞれバルブ２が貫通した状態で取着されている。また、各トロイダルコア３の少なくとも一部には、誘導コイル４がそれぞれ巻回され、各誘導コイル３の両端部には電源線９を介して点灯回路１０がそれぞれ電気的に接続されている。

さらに、照明器具Ａの点灯動作について説明する。点灯回路１０により誘導コイル４に高周波電流が印加されると、電磁誘導によりバルブ２の内部に高周波電磁界が発生する。この高周波電磁界によりバルブ２内の電子が加速され、加速された電子が水銀原子に衝突することで水銀原子が励起され、励起された水銀原子は基底状態に戻るときに紫外線を放射する。放射された紫外線は、バルブ２の内面に形成した蛍光体膜により可視光に変換され、変換された可視光はバルブ２表面を透過して外部に放出される。尚、誘導コイル４に流れる電流は約１３５ｋＨｚの低い周波数であるため、誘導コイル４をトロイダルコア３の磁心に巻きつけインダクタンスを大きくとることで発光効率を高くしている。

本実施形態の無電極放電ランプ１では、保持体６の幅寸法を突管５の内径よりも小さい幅寸法に形成しており、保持体挿入口５ａから突管５内に挿入することで外部から保持体６をバルブ２内に配設することができるので、バルブ２内で作業をすることがなく作業性が向上する。また、保持体６をバルブ２内に配設する際に外側からの作業となるため、バルブ２内面に形成された蛍光体膜が剥離することがなく、ランプ性能の低下を防止することができる。さらに、突管５を排気管として兼用することによって、別途排気管を設ける必要がなく、製造工程の簡素化を図ることができ、且つ製造原価を低減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態を図５に基づいて説明する。本実施形態の無電極放電ランプ１は、突管５内にスペーサ１１を挿入しており、それ以外の構成は第１の実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。

ここで、第１の実施形態で説明した無電極放電ランプ１では、突管５の保持体挿入口５ａと支持体７との間に空間を設け、保持体挿入口５ａを封止する際に発生するバーナーの熱を保持体６に届きにくくすることで保持体６に保持させた始動補助材８の熱劣化を抑えている。しかしこの場合、空間を設けることで支持体７が空間内を上下方向に移動可能となるため保持体６の位置が安定せず、暗所始動性にばらつきが発生する場合がある。

そこで、本実施形態では、例えば外径が５ｍｍ、長さが１０ｍｍのガラス製の棒状のスペーサ１１を突管５内に配置している。この場合、突管５において保持体挿入口５ａと支持体７との間の空間がスペーサ１１により埋められ、保持体挿入口５ａを封止した後において支持体７が上下方向に移動することがないので、保持体６をバルブ２内の所定の位置で保持することができる。また、ガラス製のスペーサ１１を用いることで、バーナーにより発生する熱をスペーサ１１が吸熱し保持体６に伝わる熱をさらに抑えることができるので、始動補助材８の熱劣化をさらに抑えることができる。

また、図６に示すように突管５をバルブ２の最冷部とするために、水銀を放出するＺｎ−Ｈｇアマルガム１５を突管５内に封入し、さらに突管５を覆うように保温材１２を突管５に取着してもよい。ここで、突管５内にガラス製のスペーサ１１を設けた場合、突管５内の熱がスペーサ１１に奪われて温度が低下するため、最冷点が確保できず水銀蒸気圧が低下し、発光効率が低下する虞があるが、突管５を覆うように保温材１２を突管５に取着することで突管５内の温度低下が抑えられ、最冷点を確保することができ、発光効率の低下を抑えることができる。また、突管５が保温材１２に覆われているので、突管５の破損を防止することもできる。

さらに、安定した最冷点を確保するために、図７に示すように突管５とは別に突管１３をバルブ２に設け、この突管１３内にＺｎ−Ｈｇアマルガム１５を封入してもよい。尚、この場合、突管１３で最冷点を確保するために、突管５内の温度を突管１３より高めに設定する必要がある。

（第３の実施形態）
第３の実施形態を図８に基づいて説明する。本実施形態の無電極放電ランプ１は、突管５が一方（図８の右側）のトロイダルコア３の近傍において外側に向かって突出する形で上側のＵ字管部２ａに溶着され、保持体６が誘導コイル４の近傍に配設されており、またバルブ２の上側のＵ字管部２ａの上端部には排気管１４が別に設けられている。それ以外の構成は第１の実施形態と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。尚、本実施形態において、点灯回路１０は省略している。

本実施形態の無電極放電ランプ１では、保持体６を誘導コイル４の近傍に配置することによって、保持体６が誘導コイル４により発生する高周波電磁界内に置かれ、保持体６に保持させた始動補助材８が電磁界により活性化されるので、暗所始動性をさらに向上させることができる。尚、本実施形態の無電極放電ランプ１に第２の実施形態で説明したスペーサ１１や保温材１２を設け、Ｚｎ−Ｈｇアマルガム１５を封入して突管５を最冷部としたり、最冷部を構成する突管１３を別途設けてもよい。

（第４の実施形態）
第４の実施形態を図９に基づいて説明する。本実施形態の無電極放電ランプ１は、上側のＵ字管部２ａの内側の外表面において内側に突出する形で突管５が溶着され、突管５内にＢｉ−Ｉｎ−Ｈｇアマルガム１９が封入されており、またバルブ２の上側のＵ字管部２ａの上端部には排気管１４が別に設けられている。それ以外の構成は第１の実施形態と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。尚、本実施形態において、点灯回路１０は省略している。

このＢｉ−Ｉｎ−Ｈｇアマルガム１９は、温度が約７０度以上で比較的安定した水銀蒸気圧となるので最冷点の温度を７０度以上に保つことで安定した光出力が可能であるが、温度が低下すると急激に水銀蒸気圧が減少するため高温環境下に置くことが望ましい。

一方、バルブ２のＵ字管部２ａの内側の部位は、プラズマからの熱やトロイダルコア３の熱で比較的高温になりやすいので、Ｂｉ−Ｉｎ−Ｈｇアマルガム１９をＵ字管部２ａの内側に配置することで安定した水銀蒸気圧を確保することができ、安定した光出力が得られる。さらに、始動補助材８を保持した保持体６も設けているので、暗所始動性も向上する。

尚、突管５を設ける部位はＵ字管部２ａの内側であればよく、より好ましくはトロイダルコア３の近傍がよい。さらに、本実施形態の無電極放電ランプ１に第２の実施形態で説明したスペーサ１１を突管５内に挿入してもよい。

尚、上述した第１〜第４の実施形態において、無電極放電ランプ１を蛍光灯とした場合を例に説明したが、バルブ２の内壁に蛍光体膜を形成せず、紫外線殺菌灯として無電極放電ランプ１を用いてもよい。

第１の実施形態の無電極放電ランプを用いた照明器具の概略図である。同上に設けた突管の上面図である。（ａ）、（ｂ）は同上に用いられる保持体の他の例を示す説明図である。同上に用いられる支持体の他の例を示す説明図である。第２の実施形態の無電極放電ランプの一部破断せる概略図である。同上の他の無電極放電ランプの一部破断せる概略図である。同上のさらに他の無電極放電ランプの一部破断せる概略図である。第３の実施形態の無電極放電ランプを用いた照明器具の一部省略せる概略図である。第４の実施形態の無電極放電ランプを用いた照明器具の一部省略せる概略図である。

符号の説明

１無電極放電ランプ
２バルブ
５突管（突起部）
６保持体
８始動補助材

Claims

透光性材料により閉ループ形状に形成された管体であって、内部に放電ガス及び最冷点温度で制御される水銀が封入されたバルブを備え、
前記バルブは、外表面において外表面と交差する方向に突設された筒状の突起部と、始動補助材を保持し、前記突起部に係止させた支持体に支持されて前記バルブ内に配設される保持体とを有し、
前記突起部の突出方向と交差する方向における前記保持体の最大幅寸法は、前記突起部の内寸法よりも小さい幅寸法に形成されており、前記保持体は前記突起部内を通って前記バルブ内に配設されることを特徴とする無電極放電ランプ。
前記突起部内に、当該突起部の先端側の端部と前記保持体との間に介装されるスペーサを配置したことを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
前記突起部内に水銀を放出する材料を封入し、当該突起部に保温材を取着したことを特徴とする請求項２記載の無電極放電ランプ。
前記保持体は、前記突起部の突出方向と交差する方向において少なくとも１つの曲げ部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無電極放電ランプ。
前記突起部は、前記バルブ内を排気するとともに前記放電ガスを前記バルブ内に流入するための排気部を兼用することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の無電極放電ランプ。
前記バルブ内に高周波電磁界を発生させる誘導コイルが少なくとも一部に巻回されたコアの近傍に前記突起部を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の無電極放電ランプ。
請求項１〜６の何れか１項に記載の無電極放電ランプと、磁性体からなり前記バルブが貫通した状態で当該バルブに取着されるコアと、コアの少なくとも一部に巻回される誘導コイルと、当該誘導コイルに高周波電流を印加して電磁誘導により前記放電ガスを励起発光させるための高周波電源とを備えてなることを特徴とする照明器具。