JP4915638B2 - 無電極放電灯装置及びこの無電極放電灯装置を備えた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ内に封入された放電ガスを高周波電磁界により励起して発光させる無電極放電灯装置、及びこの無電極放電灯装置を備えた照明器具に関する。

この種の無電極放電灯装置として、例えば、特許文献１又は特許文献２に示されるように、放電ガスを封入した透光性のバルブと、バルブに形成されたキャビティに収納され、高周波電磁界を発生させる高周波電磁界発生部（以下、カプラという）とを備えた、いわゆる内巻コイル方式の装置が知られている。このような装置において、カプラは、高周波電流が流れることにより高周波電磁界を発生させる誘導コイルと、軟磁性材料により形成され、誘導コイルに挿入されるコアと、誘導コイル及び／又はコアから発せられた熱を、キャビティの入口付近に伝導する熱伝導体と、コア及び／又は熱伝導体を収納して保持すると共に、誘導コイルが巻回される樹脂製のボビンとを備えている。

このような無電極放電灯装置は、電極を有しないことから長寿命であり、点灯時の応答性に優れ、高効率であるという特徴を有するため、メンテナンスし難い道路灯やダウンライト、高天井用の照明器具等に好適に用いられている。

ところで、近年、このような無電極放電灯装置においては、装置の高出力化が図られており、２００Ｗを超えるランプ電力で作動する装置の開発が望まれている。しかしながら、２００Ｗを超えるランプ電力で装置を作動させた場合、発熱量が非常に大きくなるため、キャビティに収納されるカプラの放熱性をより向上させる必要がある。すなわち、カプラの放熱性が良くない場合、装置の高出力化に伴ってカプラに過大な熱が加わると、コアが飽和に近づいて、コイルは安定したインピーダンスを維持することができなくなり、点灯が不安定になる虞がある。また、装置の高出力化に伴ってバルブの温度も高くなり、バルブの内面に塗布されている蛍光物質へのストレスも大きくなるため、カプラの放熱性が良くない場合、ランプの発光効率が低下する虞もある。このため、カプラの放熱性を向上させてバルブ及びカプラの温度上昇を抑制することは、装置の発光効率の低下を防ぐことにもなる。

なお、上述した特許文献１に示される装置は、熱伝導体がカプラの外周面の少なくとも半分を占めるようにすることにより、カプラの放熱性を向上させている。また、特許文献２に示される装置は、スケルトン形状のボビン及びコアの表面にコイルが巻回され、スケルトンによって形成される開口に配設されたコアを熱伝導体に略面接させることにより、カプラの放熱性を向上させている。
特表平１１−５０１１５２号公報 国際公開０５−０４１２４５号パンフレット

ところで、従来の無電極放電灯装置において、樹脂製のボビンは、一般的に、金型を用いて筒状に成形される。しかしながら、無電極放電灯装置の高出力化に伴い、カプラ部のサイズが大きくなり、ボビンのサイズが大きくなると、筒状のボビンを成形する際、ボビンに大きな抜き勾配をつける必要がある。このため、ボビンが誘導コイルの半径方向に肥大化し、バルブのキャビティ径にも制限があることから、キャビティの容積に占める熱伝導体の割合が減少することとなり、カプラの放熱性が悪化してしまうという問題があった。

また、特許文献１に示される無電極放電灯装置のように、側面に開口を有しない筒状のボビンを用いる場合など、コア全体を包み込むように誘導コイルとコアの間に樹脂製のボビンが介在すると、誘導コイルやその周囲から発せられる熱がボビンで遮られ、コアや熱伝導体に熱が伝わり難くなり、カプラの放熱性が悪化してしまうという問題もある。特に、無電極放電灯装置の高出力化を考えた場合、誘導コイルの周囲にはプラズマが集中し、温度が高くなり易いため、従来のように、コアからの熱を熱伝導体を介して放熱するのみでは、誘導コイルの周囲の温度が上昇し、発光効率が著しく低下する虞がある。

また、２００Ｗを超えるランプ電力の無電極放電灯装置の場合、発光効率を上げる手段として、封入ガスを１０Ｐａまで低下させることが有効であることが実験的に検証されているが、このとき、始動電圧が１．５倍から２倍程度に上昇することが知られている。通常、誘導コイルは、巻き線をボビンの表面に沿って誘導コイルの軸方向と略平行に張った後に、巻き線をＬ字状に折り曲げてボビンに巻回して形成されるが、始動電圧と同じ電圧が、巻き線を誘導コイルの軸方向と略平行に張って形成された巻始め部と、巻き線をボビンに巻回して形成された巻回部の間に印加されるため、無電極放電灯装置の高出力化を考えた場合、絶縁耐性を向上させる必要がある。

なお、特許文献２においては、巻始め部と巻回部の間に絶縁物であるガラスクロステープを介在させて、コイルの巻始め部と巻回部の絶縁性を確保した例（同特許文献、FIG.5参照）や、巻始め部を収納するためにボビンに形成された溝部の側壁を高くして、誘導コイルの巻回部と巻回部の間の空間距離を稼ぎ、絶縁性を確保した例が示されている（同特許文献、FIG.8A,8B参照）。しかしながら、ガラスクロステープを用いて絶縁性を確保する場合、巻始め部を覆うためにボビン以外の部材を用いることとなり、装置製造時の作業性が悪くなると共に、コスト的にも不利になる。また、誘導コイルの巻始め部と巻回部の間の空間距離を稼いで絶縁性を確保する場合、ボビンが誘導コイルの半径方向に肥大化してキャビティの容積に占める熱伝導体の割合が減少することとなり、より効果的にカプラの放熱性を改善することが難しい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れ、装置の高出力化を図ることができる無電極放電灯装置、及び、この無電極放電灯装置を備えた照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、放電ガスを封入した透光性のバルブと、前記バルブに形成されたキャビティに収納され、高周波電磁界を発生させる高周波電磁界発生部とを備え、前記高周波電磁界発生部は、高周波電流が流れることにより高周波電磁界を発生させる誘導コイルと、軟磁性材料により形成され、前記誘導コイルに挿入されるコアと、前記誘導コイル及び／又は前記コアから発せられた熱を、前記キャビティの入口付近に伝導する熱伝導体と、前記コア及び／又は前記熱伝導体を収納して保持すると共に、前記誘導コイルが巻回される樹脂製のボビンとを有する無電極放電灯装置において、前記ボビンは前記誘導コイルの半径方向に分解可能となるように２つのパーツで形成され、前記誘導コイルは、前記ボビンの表面に沿って巻き線を該誘導コイルの軸方向と略平行に張って形成された巻始め部と、該巻始め部に対して前記半径方向の外側に配置され、前記巻き線を前記ボビンに巻回して形成された巻回部とを有し、前記２つのパーツで形成されたボビンの一方には、前記誘導コイルの巻始め部を覆うように該巻始め部と前記巻回部の間に配置される上部カバー部、及び前記上部カバー部より下方に配置され、前記誘導コイルを覆うように形成された一対の下部カバー部を有し、前記上部カバー部及び前記下部カバー部は鉤状に形成され、前記上部カバー部の該鉤の先端は、前記誘導コイルの巻き方向と反対方向に延び、前記下部カバー部の該鉤の先端は、前記上部カバー部に対して反対方向である前記誘導コイルの巻き方向と同方向に延びており、前記上部カバー部に対して前記ボビンの周方向に僅かにずれた位置に形成されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の無電極放電灯装置において、前記熱伝導体の一部を前記誘導コイルに略接するように配置したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の無電極放電灯装置において、前記コアは、前記熱伝導体と接する面が略平面状であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の無電極放電灯装置を備えることを特徴とする照明器具である。

請求項１に記載の無電極放電灯装置によれば、ボビンが誘導コイルの半径方向に分解可能であるので、半径方向に分解されるボビンの各パーツを、別々に成形することが可能になる。このため、従来、筒状のボビンを成形する場合に必要であった抜き勾配をボビンに形成する必要がなく、誘導コイルの半径方向に対し、ボビンの厚みを薄く且つ均一にすることができる。すなわち、キャビティの容積に占めるボビンの割合を抑え、熱伝導体の割合を増やすことができるので、カプラの放熱性を改善することができる。

また、巻始め部と巻回部の間に配置されるカバー部により巻始め部を覆うようにすれば、巻始め部と巻回部の間に十分な沿面距離を確保でき、従って、絶縁耐圧が高くなり、装置の高出力化に伴う始動電圧の上昇にも対応できる。さらに、ボビンに形成された上部カバー部の鉤の先端は、誘導コイルの巻き方向と反対方向に延び、下部カバー部の鉤の先端は、上部カバー部に対して反対方向である誘導コイルの巻き方向と同方向に延び、下部カバー部は、上部カバー部に対してボビンの周方向に僅かにずれた位置に形成されている。このため、巻き線をボビンに巻回する際、巻始め部が鉤状のカバー部に引っ掛かって保持でき、誘導コイルをボビンに確実に固定して、誘導コイルの位置ずれを防止することができる。

請求項２に記載の無電極放電灯装置によれば、熱伝導体の一部を誘導コイルに略接するように配置すれば、従来例と同様にコアからの熱を熱伝導体を介して放熱することができることに加えて、温度が特に高くなる誘導コイルの周囲の熱を熱伝導体を介して放熱し易くなる。

請求項３に記載の無電極放電灯装置によれば、コアの熱伝導体と接する面が略平面状とすれば、装置の高出力化に伴うコアの大型化、長尺化に対しても、コアの熱伝導体との接触面の寸法精度を高く維持することができ、コアと熱伝導体の密着性を確保することができる。このため、コアからの熱を熱伝導体を介して効率よく放熱することができる。

請求項４に記載の無電極放電灯装置によれば、放熱性に優れ、装置の高出力化を図ることができる無電極放電灯装置を備えることで、照明器具の大光束化を図ることができ、このため、従来に比べて設置台数を削減することができ、省メンテナンス化、及び省資源化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る無電極放電灯装置について図面を参照して説明する。図１に示されるように、無電極放電灯装置１は、放電ガスを封入した透光性のバルブ２と、バルブ２に形成されたキャビティ２１に分離自在に収納され、高周波電磁界を発生させるカプラ（高周波電磁界発生部）３とを備えている。

図２に示されるように、バルブ２は、略球状に形成されており、その内部中央に向けてキャビティ２１を形成するステム２２が設けられている。また、バルブ２は、キャビティ２１内に設けられた排気管２３を有している。排気管２３は、バルブ２内の空気を排気し、バルブ２内に水銀などの放電ガスを充填するために用いられ、放電ガス充填後は管先端部が封止される。また、バルブ２の内面２ａには、蛍光物質が塗布されており、放電ガスが励起されることにより放射される紫外線が、この蛍光物質によって可視光に変換されることによってバルブ２が発光する。なお、バルブ２は、樹脂ベース部４によって支持固定されており、樹脂ベース部４はバルブ２と共にカプラ３に対して分離自在である。

カプラ３は、高周波電流が流れることにより高周波電磁界を発生させる誘導コイル３１と、軟磁性材料により形成され、誘導コイル３１に挿入されるコア３２と、誘導コイル３１及びコア３２から発せられた熱を、キャビティ２１の入口付近に伝導する熱伝導体３３と、コア３２及び熱伝導体３３を収納して保持すると共に、誘導コイル３１が巻回される樹脂製のボビン３４とを有している。ボビン３４は、後に詳述するように、誘導コイル３１の半径方向に分解可能となるように２つのパーツで形成されている。なお、以下においては、誘導コイル３１の半径方向を単に半径方向Ａといい、誘導コイル３１の軸方向を単に軸方向Ｂという。その他、無電極放電灯装置１は、誘導コイル３１に高周波電流を供給するための高周波電源（図示せず）を備えている。

なお、誘導コイル３１には、例えば、リッツ線が用いられる。また、コア３２には、例えば、高周波磁気特性の良好なＭｎ−Ｚｎフェライトが用いられる。熱伝導体３３には、例えば、伝導性の高いアルミニウム若しくは銅、又はこれらの合金が用いられる。ボビン３４には、例えば、液晶ポリマーなどの耐熱性の樹脂が用いられ、各パーツ毎に所定形状の金型を用いて成形される。

図３はボビン分解時のカプラ３を、図４はボビン組立時のカプラ３を、図５は誘導コイル３１を巻回した状態のカプラ３をそれぞれ示す。また、図６乃至図８は、図５の各位置における断面図を示す。図３に示されるように、ボビン３４は、上部ボビン３５と下部ボビン３６とを備えており、上部ボビン３５は、半径方向Ａに分解可能な２つのパーツ３５ａ，３５ｂを組み立てることにより、軸方向Ｂに延びる略円筒を形成する。また、各パーツ３５ａ，３５ｂは、誘導コイル３１が巻回される部分（以下、コイル取付部という）に開口部４１を有している。

図３、及び、図６乃至図８の断面図に示されるように、コア３２及び熱伝導体３３は、軸方向Ｂに延びる柱状に形成されており、それぞれ一対で構成されている。コア３２同士及び熱伝導体３３同士は互いに対向するように配置され、一対のコア３２で、各熱伝導体３３を挟み込むように組み立てられる。なお、コア３２は、熱伝導体３３と接する面が略平面状となるように略扁平に形成されている。図３に示されるように、組み立てられたこれらコア３２及び熱伝導体３３のコイル取付部に対応する部分には、ガラスクロステープ６が巻回される。また、図６及び図７に示されるように、組み立てられたこれらコア３２及び熱伝導体３３の半径方向Ａの断面は、円形の外周縁付近を互いに略平行な一対の直線で切り取ったような形状になっている。なお、以下においては、組み立てられたコア３２及び熱伝導体３３の平面部分を組立体の平面部６１、及び、組み立てられたコア３２及び熱伝導体３３の曲面部分を組立体の曲面部６２という。組立体の曲面部６２は、ボビン３４の開口部４１に面するように配置される。また、組み立てられたコア３２及び熱伝導体３３の中央付近には、排気管２３が挿入される隙間が形成される。

図３に示されるように、上部ボビン３５の各パーツ３５ａ，３５ｂは、互いに対向する位置にオス型の嵌合部４２とメス型の嵌合部４３を備えている。カプラ３は、下部ボビン３６にコア３２及び熱伝導体３３を立設し、コイル取付部に対応する部分にガラスクロステープ６を巻回した状態で、上部ボビン３５の各パーツ３５ａ，３５ｂでコア３２及び熱伝導体３３を包み込むように嵌合部４２，４３を嵌合させて組み立てられる（図４参照）。このように、カプラ３は、各パーツ３５ａ，３５ｂでコア３２及び熱伝導体３３を包み込むように、嵌合部４２，４３を嵌合させて組み立てるだけなので、装置の高出力化に伴いカプラ３が大型化した場合であっても組立作業が容易になる。

図６及び図９に示されるように、誘導コイル３１は、上部ボビン３５の表面に沿って巻き線を誘導コイル３１の軸方向Ｂと略平行に張って形成された巻始め部３１ａと、巻始め部３１ａに対して半径方向Ａの外側に配置され、巻き線を上部ボビン３５に巻回して形成された巻回部３１ｂとを有している。上部ボビン３５は、図６に示されるように、コイル取付部において、誘導コイル３１の巻始め部３１ａを覆うように巻始め部３１ａと巻回部３１ｂの間に配置される上部カバー部（カバー部）５１を有している。また、図７及び図８に示されるように、上部ボビン３５及び下部ボビン３６は、コイル取付部よりも下方に配置され、巻き線を覆うように形成された下部カバー部５２を有している。これら上部カバー部５１及び下部カバー部５２は、組立体の平面部６１と略平行に形成された切欠５３，５４に対して半径方向Ａの外側に配置され、切欠５３，５４に収納された巻き線を保持できるように鉤状に形成されている。これら切欠５３，５４、並びに、上部カバー部５１及び下部カバー部５２は、軸方向Ｂに延設されている。上部カバー部５１は、コイル取付部の開口部４１が形成されていない部分に形成されており、図６に示されるように、鉤の先端が、誘導コイル３１の巻き方向Ｃと反対方向に延びるように形成されている。一方、図７及び図８に示されるように、下部カバー部５２の鉤の先端は、上部カバー部５１に対して反対方向（誘導コイルの巻き方向Ｃと同方向）に延びており、上部カバー部５１に対してボビン３４の周方向に僅かにずれた位置に形成されている。なお、下部カバー部５２は１対で構成されており、それぞれ巻始め側と巻き終り側の巻き線が収納される。

次に、誘導コイル３１の巻回方法について説明する。まず、切欠５４に沿って巻き線を軸方向Ｂと略平行に下方から上方に張って下部カバー部５２の上端でＬ字状に折り曲げ、巻き線を下部カバー部５２に引っ掛ける。そして、巻き線をボビン３４の周方向に這わせた後に、更にＬ字状に折り曲げ、ボビン３４の表面に沿って巻き線を軸方向Ｂと略平行に張って巻始め部３１ａを形成する。更に、上部カバー部５１の上端で、巻き線をＬ字状に折り曲げ、巻き線をボビン３４に巻回して巻回部３１ｂを形成する。この状態で、巻回部３１ｂは巻始め部３１ａに対して半径方向Ａの外側に配置され、上部カバー部５１は、巻始め部３１ａと巻回部３１ｂの間に配置される。また、開口部４１に面している組立体の曲面部（熱伝導体の一部）６２は、ガラスクロステープ６のみを介して、誘導コイル３１に略接するように配置される。

以上のように本実施形態の無電極放電灯装置１によれば、ボビン３４が誘導コイル３１の半径方向Ａに分解可能であるので、半径方向Ａに分解されるボビン３４の各パーツ３５ａ，３５ｂを、別々に成形することが可能になる。このため、従来、筒状のボビンを成形する場合に必要であった抜き勾配をボビン３４に形成する必要がなく、半径方向Ａに対し、ボビン３４の厚みを薄く且つ均一にすることができる。すなわち、キャビティ２１の容積に占めるボビン３４の割合を抑え、熱伝導体３３の割合を増やすことができるので、カプラ３の放熱性を改善することができる。

また、誘導コイル３１の巻始め部３１ａと巻回部３１ｂの間に配置される上部カバー部５１により巻始め部３１ａを覆うようにしたので、巻始め部３１ａと巻回部３１ｂの間に十分な沿面距離が確保される。このため、絶縁耐圧が高くなり、装置の高出力化に伴う始動電圧の上昇にも対応できる。また、絶縁耐性を向上させるために別部材を用いる必要がないので、キャビティ２１の容積に占める熱伝導体３３の割合が削減されることもない。

また、鉤状の上部カバー部５１の先端が、誘導コイル３１の巻き方向Ｃと反対方向に延びているので、巻き線をボビン３４に巻回する際、巻始め部３１ａが鉤状の上部カバー部５１に引っ掛かって保持される。このため、誘導コイル３１をボビン３４に確実に固定して、誘導コイル３１の位置ずれを防止することができる。

また、開口部４１に面しているコア３２及び熱伝導体３３の曲面部（熱伝導体の一部）が、ガラスクロステープ６のみを介して、誘導コイル３１に略接するように配置されているので、従来例と同様にコア３２からの熱を熱伝導体３３を介して放熱することができることに加えて、温度が特に高くなる誘導コイル３１の周囲の熱を熱伝導体３３を介して放熱し易くなる。このため、装置を高出力化した場合においても、高い発光効率を実現できる（例えば、ランプ電力２４０Ｗにした場合において、９０ＬＰＷ程度）。

また、コア３２の熱伝導体３３と接する面が略平面状であるので、装置の高出力化に伴うコア３２の大型化、長尺化に対しても、コア３２の熱伝導体３３との接触面の寸法精度を高く維持することができ、コア３２と熱伝導体３３の密着性を確保することができる。このため、コア３２からの熱を熱伝導体３３を介して効率よく放熱することができる。

図１０乃至図１２は、本実施形態に係る無電極放電灯装置１を、それぞれダウンライト１１、高天井用の照明器具１２、及び道路灯１３に組み込んだ例を示す。各照明器具１１，１２，１３は無電極放電灯装置１を収納する灯具１４を備えており、各灯具１４は、固定部１５や支柱１６等を用いてメンテナンスし難い高所に設置することが可能である。このような照明器具１１，１２，１３によれば、放熱性に優れ、装置の高出力化を図ることができる無電極放電灯装置１を備えるので、器具の大光束化（例えば、光束２２０００ｌｍ、ランプ電力２４０Ｗ程度）を図ることができる。このため、従来に比べて設置台数を削減することができ、省メンテナンス化、及び省資源化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上部ボビン３５の分割数は上述したように２つであることが好ましいが、３つ以上であってもよい。

本発明の一実施形態に係る無電極放電灯装置の側面図。 同無電極放電灯装置の断面図。 同無電極放電灯装置のカプラの分解斜視図。 同カプラの誘導コイルを外した状態の斜視図。 同カプラの誘導コイルを取り付けた状態の斜視図。 図５のＩ−Ｉ線断面図。 図５のＩＩ−ＩＩ線断面図。 図５のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 同カプラの誘導コイル付近の斜視図。 同無電極放電灯装置の使用例を示す斜視図。 同無電極放電灯装置の使用例を示す斜視図。 同無電極放電灯装置の使用例を示す側面図。

符号の説明

１ 無電極放電灯装置
２ バルブ
３ カプラ（高周波電磁界発生部）
２１ キャビティ
３１ 誘導コイル
３２ コア
３３ 熱伝導体
３４ ボビン
３１ａ 巻始め部
３１ｂ 巻回部
５１ 上部カバー部（カバー部）

Claims (4)

1. 放電ガスを封入した透光性のバルブと、前記バルブに形成されたキャビティに収納され、高周波電磁界を発生させる高周波電磁界発生部とを備え、
   前記高周波電磁界発生部は、
   高周波電流が流れることにより高周波電磁界を発生させる誘導コイルと、
   軟磁性材料により形成され、前記誘導コイルに挿入されるコアと、
   前記誘導コイル及び／又は前記コアから発せられた熱を、前記キャビティの入口付近に伝導する熱伝導体と、
   前記コア及び／又は前記熱伝導体を収納して保持すると共に、前記誘導コイルが巻回される樹脂製のボビンとを有する無電極放電灯装置において、
   前記ボビンは前記誘導コイルの半径方向に分解可能となるように２つのパーツで形成され、
   前記誘導コイルは、前記ボビンの表面に沿って巻き線を該誘導コイルの軸方向と略平行に張って形成された巻始め部と、該巻始め部に対して前記半径方向の外側に配置され、前記巻き線を前記ボビンに巻回して形成された巻回部とを有し、
   前記２つのパーツで形成されたボビンの一方は、前記誘導コイルの巻始め部を覆うように該巻始め部と前記巻回部の間に配置される上部カバー部、及び前記上部カバー部より下方に配置され、前記誘導コイルを覆うように形成された一対の下部カバー部を有し、
   前記上部カバー部及び前記下部カバー部は鉤状に形成され、前記上部カバー部の該鉤の先端は、前記誘導コイルの巻き方向と反対方向に延び、前記下部カバー部の該鉤の先端は、前記上部カバー部に対して反対方向である前記誘導コイルの巻き方向と同方向に延びており、前記上部カバー部に対して前記ボビンの周方向に僅かにずれた位置に形成されることを特徴とする無電極放電灯装置。
2. 前記熱伝導体の一部を前記誘導コイルに略接するように配置したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電灯装置。
3. 前記コアは、前記熱伝導体と接する面が略平面状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無電極放電灯装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の無電極放電灯装置を備えることを特徴とする照明器具。

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