JPH0799042A - 照明装置、無電極低圧放電ランプ及びこれに好適に使用可能なコイル - Google Patents

照明装置、無電極低圧放電ランプ及びこれに好適に使用可能なコイル

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JPH0799042A
JPH0799042A JP6097505A JP9750594A JPH0799042A JP H0799042 A JPH0799042 A JP H0799042A JP 6097505 A JP6097505 A JP 6097505A JP 9750594 A JP9750594 A JP 9750594A JP H0799042 A JPH0799042 A JP H0799042A
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mol
ferrite material
coil
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Der Zaag Pieter Jan Van
ヤン ファン デル ザーフ ピーター
Fefuteru Klaas
フェフテル クラース
Petrus H Antonis
ヘンドリクス アントニス ペトルス
Der Valk Pieter Johan Van
ヨハン ファン デル ファルク ピーター
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源装置は比較的長い使用寿命を得られる。 【構成】 本発明の照明装置は、無電極低圧放電ランプ
(20)及び電源装置(50)からなる。ランプは、イ
オン化可能な充填材を有する放電空間(31)を気密に
囲む放電容器(30)を有する。更に、ランプ(20)
は、多結晶フェライト材料の焼結コア(41)回りに巻
線(42)を有するコイル(40)を有し、巻線(4
2)は電源装置(50)に連結する。コイル40は、放
電空間(31)に放電を維持する高周波数磁界を誘起で
きる。コア(41)の損失は、室温にて、周波数3MH
zの磁界中で、磁束密度10mTのとき、多くとも15
0mW/cm3 である。ランプ(20)は比較的早く点
弧し、点弧中電源装置(50)への負荷が比較的弱い。
結果として、電源装置(50)は比較的長い使用寿命を
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、無電極低圧放電ランプ
及び電源装置からなる照明装置に関し、このランプは、
イオン化可能な充填材を備えた放電空間を気密状態で囲
む放電容器を有し、及びこのランプは、更に、多結晶質
のフェライト材料の焼結コア回りに巻線を備えたコイル
を有し、この巻線は電源装置に連結し、このコイルは、
放電空間に放電を維持する高周波数磁界を発生可能であ
る。また、本発明は、このような照明装置に好適に使用
可能な無電極低圧放電ランプ及びコイルに関する。
【0002】
【従来の技術】前記の種類の照明装置は、米国特許第
4,710,678号明細書に開示されている。公称点
灯条件で、コイルによって生じた高周波数磁界は放電を
続ける放電空間に電流を発生する。公知の照明装置は、
このコイルを有する共鳴回路を共鳴に至らしめて点弧さ
れる。比較的高電圧がこの間にコイルを通って起きる。
この電圧は、例えば、コイルの巻線のように、放電容器
に隣接する1または幾つかの導体を用いて電界を生じる
のに使用され、こうして放電を開始する。公称点灯中照
明装置に生じる損失は、主に放電空間に生じる熱損失の
ためであり、これは、放電が電極により維持される従来
の低圧放電ランプにおける損失である。これらの損失
は、照明装置により消費される電力の約60%に達す
る。無電極ランプに特異的な損失、即ち電気回路中の損
失及びコイル中の損失は、消費された電力のそれぞれ1
1%及び約5%であり、比較すると小さいことがわか
る。従って、無電極ランプの効力は、従来の低圧放電ラ
ンプの効力と同じ大きさのオーダーである。このような
照明装置は、放電空間における電極が必要ないので、ラ
ンプが比較的長い操作寿命を有するという利点を有す
る。しかしながら、照明装置の寿命は電源装置の寿命に
よって制限されうることがわかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電源装置を
長寿命にしうる前記の種類の照明装置において測定する
ことを目的とする。本発明の照明装置は、コアにおける
損失が、室温にて、周波数3MHzの交番磁界中で、磁
束密度10mTのとき、多くても150mW/cm3
あることを特徴とすることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成と
する。照明装置は、無電極低圧放電ランプ及び電源装置
からなり、該ランプがイオン化可能な充填材を有する放
電空間を気密に囲む放電容器を有し、更に、該ランプが
多結晶質フェライト材料の焼結コア回りに巻線を有する
コイルを有し、該巻線が電源装置に連結され、該コイル
が放電空間に放電を維持する高周波数磁界を誘起でき
る、照明装置において、周波数3MHzの交番磁界中
で、磁束密度10mTにて、室温で測定するとき、前記
コアの損失が多くても150mW/cm3 であることを
特徴とする。
【0005】照明装置は、前記焼結コアが、粒子の主な
部分が単磁区構造を有する粒状構造を有するフェライト
材料からなることを特徴とする。照明装置は、前記コア
が、Ni−Znフェライト材料からなることを特徴とす
る。照明装置は、前記フェライト材料の平均粒子サイズ
が、多くても2.8μmであることを特徴とする。照明
装置は、前記フェライト材料の平均粒子サイズが、1.
3及び2.6μmの間であることを特徴とする。照明装
置は、前記コアのフェライト材料が、42.8〜55.
9モル%Fe23 、17.6〜45.7モル%NiO
及び8.4〜34.3モル%ZnOからなることを特徴
とする。照明装置は、前記コアのフェライト材料が、4
2.8〜51.9モル%Fe23 、19.2〜45.
7モル%NiO及び9.6〜34.3モル%ZnOから
なることを特徴とする。照明装置は、前記フェライト材
料の非磁性粒子境界領域の平均幅が、4nmより小さい
ことを特徴とする。照明装置は、前記コアのフェライト
材料が、42.8〜50.0モル%Fe23 、20.
0〜45.7モル%NiO及び10.0〜34.3モル
%ZnOからなることを特徴とする。無電極低圧放電ラ
ンプは、上記の照明装置に好適に使用できる。コイル
は、上記の照明装置に好適に使用できる。
【0006】本発明は、ほとんどすべての損失が照明装
置の点弧の間にコイルのコアにおいて生じるという認識
に基づく。事実、放電空間への実質的なエネルギー移動
は点弧中でも生じない。更に、点弧中にコアに比較的高
い磁界強度が生じるので、点弧中に生じる損失は公称点
灯の間の損失に比較して比較的高い。公称点灯中より実
質的により大きい電力が電源装置から生じる。本発明の
照明装置に使用されるコアはかなり低い範囲の負荷を電
源装置に与え、前記環境下の損失は150mW/cm3
以下である。コイルを含む共鳴回路は損失が比較的低い
結果として、減衰が少ないので、より高い点弧電圧を発
生し、ランプがより早く点弧する。このように電源装置
は負荷が重くないのみならず点弧が短時間なので、その
使用寿命をより長くできる。
【0007】本発明の照明装置の好ましい例は、焼結コ
アが、粒子の主な部分が単磁区構造を有する粒状構造を
有するフェライト材料からなることを特徴とする。「粒
子の主な部分」の表現は、粒子の少なくとも90%が単
磁区構造、即ち、各唯一の磁区を有するということを意
味すると理解される。殆どの粒子が単磁区であるフェラ
イト材料の焼結コア、以降、単磁区フェライト材料とい
う、が全損失を下げることがわかる。コアにおいて生じ
る損失をこれらの材料について50%までまたはそれ以
上下げることができる。このような材料の例は単磁区M
n−Znフェライトである。この損失が強く減少するこ
とに対する正確な説明は、まだできない。有利な例は、
コアが単磁区Ni−Znフェライト材料から作られるこ
とを特徴とする。発明者は、例えば10MHzの比較的
高い周波数値に対しても、この材料のコアが驚くべきこ
とに低い損失を示すことを見いだした。また、出願人
は、低損失は磁気透過性(μ)及び−粒子サイズが小さ
い寸法の場合−正確な粒子サイズとは関係ないことを経
験的に確立した。
【0008】本発明の好ましい例は、前記の材料の平均
粒子サイズが多くても2.8μmであることを特徴とす
る。出願人は、粒子の約90%が約2.8μmの平均粒
子サイズで単磁区変化することを一連の実験により確立
した。米国特許第4,372,865には、ソフト磁性
材料、特にMnZnフェライトの製品を製造する方法が
開示されていることが注目される。これにより、サイズ
が1〜10μmの球状フェライト粒子粉は共沈方法にて
製造される。この目的は、焼結最終生成物の磁気特性に
おける逆効果なしで、次の焼結工程の温度にて比較的広
範な広がりを可能にすることである。この特許明細書は
焼結最終生成物の粒子サイズの公表をしていない。
【0009】単磁区の量は平均粒子サイズの減少と共に
比例的に上がることが出願人によって明らかにされた。
ほぼ100%の量の単磁区粒子は、約2.6μmの平均
粒子サイズ以下で達成される。しかしながら、損失のメ
カニズムは未だ解明されていないため、平均粒子サイズ
を1.1μmより小さく設定すると、これらの小さい粒
子は単磁区であるにもかかわらず、全損失は再び上が
る。平均粒子サイズが1.3〜2.6μmである好まし
い範囲では、全損失は、ほぼ一定であり、粒子サイズと
はほとんど関係がない。焼結Ni−Znコアの粒子サイ
ズをいわゆる「平均一次インターセプト」法により決定
した。式Ni0.64Zn0.32Co0.03Fe2.014 で規定
される組成及び粒子サイズ4.1μmの材料4C6を既
知の照明装置に使用することが注目される。この材料で
は、粒子の主な部分は単磁区ではない。ここでは、損失
は、周波数3MHz及び磁束密度10mTにて約320
mW/cm3 に達する。
【0010】本発明の照明装置の更に好ましい例は、単
磁区フェライト材料が42.8〜55.9モル%Fe2
3 、17.6〜45.7モル%NiO及び8.4〜3
4.3モル%ZnOからなることを特徴とする。これら
の限界内の組成を有するコアは、比較的高い自発誘導
(Bs )を現す。このことは、このようなコアにとって
は好ましいことである。というのは、この場合、自然誘
導が比較的低いコアに比べて、損失は比較的低いからで
ある。更に、これらのフェライトは、普通200℃より
高いキュリー温度を有する。比較的高いキュリー温度
は、ランプ設計を比較的幅広く許容する。フェライト材
料は、好ましくは比較的少量のコバルトを含むことが注
目される。この添加物の存在により、特に操作中の照明
装置のコアに生じる温度範囲において、比較的平坦なμ
−T曲線となる。しかしながら、1.5原子%より多い
Co量は有害である。これにより、前記曲線は、より少
量の高価なCoを有する既にあるよりもより平坦にはな
らない。更に、本発明のフェライト材料は少量の不純物
を含みうる。このことは、V2 5 及びBi2 3 のよ
うな特に焼結助材に言及する。更に、例えば、MnO、
SiO2 及びCaOが存在する。しかしながら、これら
の不純物の各々の最大量は、2重量%より常に少ない。
【0011】本発明の照明装置の更なる例は、単磁区フ
ェライト材料が42.8〜51.9モル%Fe23
19.2〜45.7モル%NiO及び9.6〜34.3
モル%ZnOからなることを特徴とする。コバルトを使
用したような、このような組成により、前記温度幅の比
較的平坦なμ−T曲線になる。また、本発明の照明装置
の好ましい例は、単磁区Ni−Znフェライト材料の非
磁性粒子境界領域の平均幅が4nmより小さいことを特
徴の一つとする。「非磁性粒子境界領域」の表現は単磁
区フェライト粒子間相を意味すると解される。非磁性粒
子境界領域の平均幅δは、平均粒子サイズdと、関連あ
るフェイト材料のキュリー温度Tc にて測定される初期
透磁性μi との比として規定される。
【0012】最後に挙げた例は、単磁区粒子を有する焼
結フェライト材料におけるヒステリシスロスが、全損失
に主に寄与し、δを比較的大きく選定すると、点弧中比
較的高い磁束密度を生じるという観察に基づく。前記非
磁性粒子境界領域を4nmより小さくすることでこの寄
与をかなり減少できる。この場合、適用した磁界のより
小さい部分が照明装置の点灯中に粒子境界を通る。この
結果、適用した磁界のより大きい部分が所望の波形を有
するフェライト材料の磁性を変えるのに利用できる。粒
子境界領域の幅はフェライト材料の化学量論からのずれ
に多かれ少なかれ依存することがわかる。化学量論から
の主なずれの場合、2価の金属酸化物(例えば、NiO
及び/又はZnO)の大部分が粒子境界に堆積する。こ
れにより、δ値が増加する。実質的に化学量論的な焼結
フェライト材料が4nmより小さいδ値を有する。
【0013】本発明の照明装置の更なる好ましい例は、
単磁区フェライト材料が42.8〜50.0モル%Fe
23 、20.0〜45.7モル%NiO及び10.0
〜34.3モル%ZnOからなることを特徴とする。前
記組成範囲と比べて、ここに記載のNi−Znフェライ
トは、Feが不足している。フェライト材料中のFe 2+
イオンの存在は避けられないから、Feの不足は好まし
い。このようなイオンの存在は、コア中の渦電流損失の
増加につながる。
【0014】
【実施例】本発明の例は、実施例と図面を参照してより
詳細に説明される。図1の照明装置は、無電極低圧放電
ランプ20及び電源装置50からなる。無電極低圧放電
ランプ20は放電容器30を有し、これは、イオン化可
能な充填材を備えた放電空間31を気密に囲む。放電空
間31は、この場合は、水銀及びアルゴンを含む。放電
容器30は、内側表面32に発光材料の層33を有す
る。別の例では、このような層はなく、充填材はナトリ
ウムからなる。放電容器30は合成樹脂支持体34に固
定される。更に、ランプ20は、巻線42を支持する多
結晶フェライトの焼結コア41により形成されるコイル
40からなる。コアにおける損失は、室温で、3MHz
の周波数の磁界で、及び10mTの磁束で測定する場
合、多くても150mW/cm3 である。コアは、例え
ばNi−Znフェライトからなり、粒子の主な部分は単
磁区であり、例えば、3.0μmの粒子サイズのNi−
Znフェライトである。前記の環境下で、ここの損失
は、140mW/cm3 に達する。コアは例えば環状で
あり得る。示した例では、コア41は長さ50mm、内
側直径及び外側直径がそれぞれ8mm及び12mmの中
空シリンダ形状である。シリンダコア41のキャビティ
内側では、ヒートパイプが配置され、これは、支持体中
に収納された金属ディスク(図1に図示せず)に熱的に
結合する。コイル40は放電容器30のキャビティ35
中で放電空間31外側にある。また、コイル40は、放
電空間31中に配置してもよい。高周波数磁界は点灯中
コイル40により発生され、放電をし続ける。
【0015】コイル40の巻線42は、20回転43を
含む。更に、コイル40は、20回転からなる、追加の
巻線44を含む。追加の巻線44は巻線42と同じ巻き
方向を有し、その全長に渡って巻線42に対向して配置
される。巻線42はその端部を、第1及び第2電流供給
導線51、52を介して電源装置50の第1及び第2出
力ターミナル54、55にそれぞれ連結され、この導線
は、それらの長さ部分に渡って同軸ケーブル53のそれ
ぞれコア及びシースを形成する。公称点灯の間、電源装
置50の第1出力ターミナル54は、約3MHzの周波
数を有する供給電圧を送り出す。第2出力ターミナル5
5は、高周波数電圧変化がない。このような電源装置は
米国特許第4,748,383号に開示されている。電
源装置50は幹線の極P及びNに連結される。また、追
加の巻線44は、一端を第2電流供給導線52に連結さ
れる。前記端部は電流供給導線52に連結された巻線4
2の端部に対向して配置される。追加の巻線44は別の
自由端を有する。
【0016】点弧電圧を本発明のランプ及び本発明でな
いランプに対して測定した。この目的のため、コアは平
均粒子サイズ6.8、4.1、3.0及び2.8μmに
て製造された。その後、異なった自己誘導値を有する一
連の10コイルを各タイプのコアに巻く。回転間の空間
に応じて、各々3MHzで測定した自己誘導を約12か
ら約26μH間で連続して変えた。粒子サイズ4.1μ
mを有するコアの組成を式Ni0.64Zn0.32Co0.03
2.014 で規定する。別のコアの組成を式Ni0.49
0.49Co0.02Fe1.903.85で規定する。図2のグラ
フでは、コイルを通って測定した点弧電圧(Vign )を
自己誘導(L)の関数として得る。このグラフでは、曲
線A,B,C及びDは、粒子サイズ6.8、4.1、
3.0及び2.8μmを有するコアについての確立した
関係をそれぞれ表す。周波数3MHzの磁界及び磁束密
度10mTのこれらのコア中で生じる損失は、この順
に、910、320、140及び100mW/cm3
ある。前記コアについて到達した最大点弧電圧はそれぞ
れ1250、1325、1437及び1537Vであっ
た。本発明のランプにて達した最大点弧電圧(C,D)
は、本発明でないランプにて達した最大点弧電圧(A,
B)に関して比較的高く、コア損失は150mW/cm
3 以下である。かなり好ましいランプは、ランプDであ
り、90%単磁区フェライト材料のコアを使用してい
る。
【0017】更に、実験から、非磁性粒子境界領域δの
値を1/2に減少すると、点弧電圧が更に90V増加す
ることがわかる。損失を、式Ni0.49Zn0.49Co0.02
Fe1.903.85により規定された組成を有する焼結Ni
−Znフェライトで作られたコアについて周波数3MH
z及び磁束密度10mTにて測定した。図3は、上記組
成の焼結コアの単位体積P当たりの全損失を平均粒子サ
イズ(平均一次インターセプト)の関数としてプロット
したグラフである。焼結コアはNi−Znフェライトの
粉末から開始して製造された。この粉末を標準セラミッ
ク技術で製造した。金属の酸化物及び/又は炭酸塩を、
所望の組成比で混合し、予め焼き、及び湿潤状態で粉砕
した。このようにして得られた混合物を、乾燥及び顆粒
化又は噴霧乾燥のいずれかの後続いて所望の形に成形
し、空気中で焼結した。焼結温度(1000℃〜130
0℃)及び焼結時間の変化にもかかわらず、上記多数の
焼結コアを異なった粒子サイズで製造した。0.3μm
の平均粒子サイズの焼結コアの材料を熱平衡成形により
製造した。測定は20℃及び100℃、周波数3MHz
及び磁束密度10mTで行った。図から、1.1及び
2.8μmの間の粒子サイズについて全損失が100m
W/cm3 以下であることが明確にわかる。しかしなが
ら、最低全損失は、1.3及び2.6μm間の平均粒子
サイズにおいて見い出される。これらの損失は、ほんの
約60から70mW/cm3 である。2.6μm以下の
平均粒子サイズを有するコアの粒子のほとんど100%
が単磁区構造を有することが、これらのコアの中性子減
極測定により確認できた。
【0018】以下の表は、本発明の照明装置に好適でな
い多数の焼結コア(例A〜D)と比較して、本発明の照
明装置に好適なNi−Znフェライトの多数の焼結コア
(例a〜d)に対する単位体積P(mW/cm3 )当た
りの全損失を記載する。単位体積(P)当たりの全損失
を3つの異なった環境下でコアについて決定した:P1
(3MHz及び10mT)、P2(5MHz及び7.5
mT)及びP3(10MHz及び5mT)。この表か
ら、Ni−Znフェライトの焼結コアは、驚くべきこと
に損失が低く、また、例えば10MHzの比較的高周波
数値であることがわかる。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】コアの損失は、室温にて、周波数3MH
zの磁界中で、磁束密度10mTのとき、多くとも15
0mW/cm3 である。ランプは比較的早く点弧し、点
弧中電源装置への負荷が比較的弱い。結果として、電源
装置は比較的長い使用寿命を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無電極低圧放電ランプを有する照明装
置を、部分的に側面図及び部分的に縦断面図にて示す。
【図2】粒子サイズd(μm)の種々の値に対するコイ
ルの自己誘導H(μH)の関数として点火電圧Vign
(V)を示す。
【図3】多数の焼結コアに対する粒子サイズd(μm)
の関数として単位体積P(mW/cm3 )当たりの損失
のグラフである。
【符号の説明】 20 無電極低圧放電ランプ 30 放電容器 31 放電空間 40 コイル 50 電源装置
フロントページの続き (31)優先権主張番号 94200161:1 (32)優先日 1994年1月24日 (33)優先権主張国 オランダ(NL) (72)発明者 クラース フェフテル オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ 1 (72)発明者 ペトルス ヘンドリクス アントニス オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ 1 (72)発明者 ピーター ヨハン ファン デル ファル ク オランダ国 5663 エルエス ヘルドロプ アラホルン 26

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無電極低圧放電ランプ及び電源装置から
    なり、該ランプがイオン化可能な充填材を有する放電空
    間を気密に囲む放電容器を有し、更に、該ランプが多結
    晶質フェライト材料の焼結コア回りに巻線を有するコイ
    ルを有し、該巻線が電源装置に連結され、該コイルが放
    電空間に放電を維持する高周波数磁界を誘起できる、照
    明装置において、周波数3MHzの交番磁界中で、磁束
    密度10mTにて、室温で測定するとき、前記コアの損
    失が多くても150mW/cm 3 であることを特徴とす
    る照明装置。
  2. 【請求項2】 前記焼結コアが、粒子の主な部分が単磁
    区構造を有する粒状構造を有するフェライト材料からな
    ることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
  3. 【請求項3】 前記コアが、Ni−Znフェライト材料
    からなることを特徴とする請求項2記載の照明装置。
  4. 【請求項4】 前記フェライト材料の平均粒子サイズ
    が、多くても2.8μmであることを特徴とする請求項
    3記載の照明装置。
  5. 【請求項5】 前記フェライト材料の平均粒子サイズ
    が、1.3及び2.6μmの間であることを特徴とする
    請求項4記載の照明装置。
  6. 【請求項6】 前記コアのフェライト材料が、42.8
    〜55.9モル%Fe2 3 、17.6〜45.7モル
    %NiO及び8.4〜34.3モル%ZnOからなるこ
    とを特徴とする請求項3、4または5記載の照明装置。
  7. 【請求項7】 前記コアのフェライト材料が、42.8
    〜51.9モル%Fe2 3 、19.2〜45.7モル
    %NiO及び9.6〜34.3モル%ZnOからなるこ
    とを特徴とする請求項6記載の照明装置。
  8. 【請求項8】 前記フェライト材料の非磁性粒子境界領
    域の平均幅が、4nmより小さいことを特徴とする請求
    項3、4、5、6または7記載の照明装置。
  9. 【請求項9】 前記コアのフェライト材料が、42.8
    〜50.0モル%Fe2 3 、20.0〜45.7モル
    %NiO及び10.0〜34.3モル%ZnOからなる
    ことを特徴とする請求項7または8記載の照明装置。
  10. 【請求項10】 請求項1〜9のうちいずれか1に記載
    の照明装置に好適に使用できる無電極低圧放電ランプ。
  11. 【請求項11】 請求項1〜9のうちいずれか1に記載
    の照明装置に好適に使用できるコイル。
JP6097505A 1993-05-11 1994-05-11 照明装置、無電極低圧放電ランプ及びこれに好適に使用可能なコイル Pending JPH0799042A (ja)

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NL94200153:8 1994-01-21
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EP94200161 1994-01-24
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