JPH09506999A - 照明ユニット、無電極低圧放電ランプ及び照明ユニットに用いる放電容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の照明ユニットは、イオン化封入物を気密に有する放電スペース(21)を取囲む放電容器(20)をそなえた無電極低圧放電ランプ(10)を有する。放電容器(20)は、凹入部(22)と、放電容器(20)に発生された放射線を通す外被部分(23)とを有する。放電スペース(21)内に放電を開始して維持するための手段(30)が凹入部(22)内に存する。この手段(30)は、放電スペース内に電界を発生するための部材(31)を有する。凹入部(22)の放電スペース(21)に面する表面(24)には、互いに分離された領域(25A-25D)に細分された発光層(25)が設けられる。照明ユニットは更に前記の手段(30)に給電するための給電ユニット(40)を有する。本発明の照明ユニットのランプ(10)は比較的低い点弧電圧を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 照明ユニット、無電極低圧放電ランプ及び照明ユニットに用いる放電容器 本発明は、放電容器をそなえた無電極低圧放電ランプを有する照明ユニットで あって、放電容器は、イオン化封入物を気密に含む放電スペースを取囲み、凹入 部と放電容器内に発生された放射線を通す外被部分とを有すると共に、凹入部の 放電スペースに面する表面には発光層が設けられ、放電スペース内に放電を開始 して維持するための手段が凹入部内に存し、この手段は、放電スペース内に電界 を発生するための部材を有し、照明ユニットはこれに加えて前記の手段に給電す るための給電ユニットを有する放電ユニットに関するものである。 本発明は更に照明ユニットに用いる無電極低圧放電ランプに関するものである 。 本発明は更に照明ユニットに用いる放電容器に関するものである。 以下本願明細書及び請求の範囲において云う“無電極低圧放電ランプ”という 言葉は、放電スペース内に電極がない低圧放電ランプを意味するものと理解され 度い。もっとも、電極が放電スペース外にあることは可能である。 前述した照明ユニットは米国特許第４７１０６７８号より既知である。この既 知の照明ユニットでは、給電ユニットはランプの放電容器に固定されたハウジン グ内に入れられている。放電容器は、放電スペースに面する表面が完全に発光層 で被覆され、水銀を含む封入物を有する。軟磁性体のコアのまわりの１次巻線と ２次巻線とを有するコイルが、放電を開始して維持するための手段を形成する。 照明ユニットがスイッチオンされると、放電を起こす電界を発生するようにコイ ルの１次巻線に点弧電圧が加えられる。コイルの磁界は動作中放電を維持する。 周囲及び主電源における電磁妨害は２次巻線によって打消される。 既知の照明ユニットの欠点は、特に照明ユニットが比較的長時間動作しないま までいた時、放電を開始するために比較的高い点弧電圧を要することである。し たがって、給電ユニットとランプ構成要素の絶縁に課せられる要求が比較的大き い。 本発明の目的は、比較的容易に点弧し、しかも構造の簡単な冒頭記載の種類の 照明ユニットを得ることにある。 この目的を達成するために、本発明の照明ユニットは、凹入部上の発光層が、 互いに離された領域に細分されたことを特徴とするものである。驚くべきことに は、本発明の照明ユニットでは比較的低い点弧電圧で足りることができる。これ は次のように説明できる。すなわち、照明ユニットがスイッチオフされた瞬間、 正の電荷キャリヤのようなイオン化された封入物成分と電子のような負の電荷キ ャリヤが、放電スペースから発光層に衝突した後この発光層上に存する。放電ス ペースに広く行きわたっている電界のために、正と負の電荷キャリヤは、凹入部 上の発光層にわたって均等に分布されない。したがって発光層の或る領域は正の 電荷キャリヤを主に有し、他の領域は負の電荷キャリヤを主に有する。本発明に よれば、これ等の領域は照明ユニット内で互いに分離されているので、領域間の 正及び負の荷電粒子の再結合が強く妨げられる。したがって、結果として生じた 電荷が発光層上に長期間残留する。 ランプが点弧すると、発光層上にある電荷キャリヤは、放電スペース内に広く 行きわたっている電界の影響下で比較的容易に遊離され、１次電子源を形成する 。したがって点弧電圧は比較的低くてよい。本発明の対策は何等付加的な構成要 素を必要としない。 好ましい実施例では、前記の手段は、導電線の巻線をそなえたコイルを有する 。動作時、コイルは、放電を起こし且つ動作中壁面電荷(wall charge)を生じる 電界と、放電をそのまま維持する磁界との両方を発生する。 実際的な実施例では、コイルは、円環部分の形例えば軟磁性体の環状コアのま わりに曲げられた巻線を有すると共に、巻線の端の夫々は発光層の個別の領域に 向けられる。 極めて有利な結果は、巻線が縦軸を有するらせんで、発光層の領域が前記の縦 軸の方向に配設されるようにした本発明のランプの実施例によって得られた。巻 線は例えば軟磁性体のまわりに設けられることができる。代わりに、コアは無く てもよい。 好ましい実施例では、部材は、発光層の夫々の領域に互いに隣接して延在する 第１及び第２の電極を有する。電極は、放電を起こして維持する電界を発生する ことができる。照明ユニットのスイッチオフによって大きな壁面電荷が残留する だけでなしに更にこの電荷がスイッチオンによってより容易に遊離されるように 、前記の手段が更にコイルを有するようにしたランプ内の電極によって電界を更 に強くすることが可能である。 本発明では、照明ユニットの電源は、例えば放電容器に固定され且つランプ口 金も支持するハウジング内に入れられる。このような照明ユニットは、白熱ラン プに取って代るのに適している。１つの変形では、放電容器が本発明による別の 放電容器例えば動作時に別の色の光を出す放電容器と取替えることができるよう に、放電容器が取外し可能に取付けられる。代りに、本発明による照明ユニット を、例えば本発明による無電極低圧放電ランプと給電ユニットのアセンブリで形 成し、この場合ランプを例えば同軸ケーブルを経て接続することができる。 以上及びその他の観点を図面を参照して更に詳しく説明する。 第１図は給電ユニットを線図的に示した本発明の照明ユニットの第１実施例の 一部断面側面図、 第２図はランプの第２実施例の縦断面図、 第２Ａ図は第２図の IIA-IIAにおける断面図、 第３図はランプの第３実施例の一部断面側面図、 第４図はランプの第４実施例が含まれた試験装置の断面図、 第４Ａ図は時間の関数としての２つの量の値を示すグラフ、 第５図は本発明のランプの測定結果、 第６図は既知のランプの測定結果を示す。 第１図に示した照明ユニットは、放電スペース２１を取囲む放電容器２０をそ なえた無電極低圧放電ランプ１０を示し、放電スペース内にはイオン化封入物が 気密に入れられている。この封入物はここでは３３Ｐａの封入圧力を有する水銀 とアルゴンを有する。水銀蒸気圧は、ビスマス及びインジュームの合金を有する 水銀の主たるアマルガムによって維持される。その上、インジュームを有する水 銀の補助アマルガムが放電容器２０内にある。代りに、放電容器２０は例えばキ セノンのような稀ガスをもっぱら有してもよい。放電容器２０は、拡げられた端 部２２Ａで外被部分２３と連結された管状の凹入部を有する。外被部分２３は、 放電容器２０内で発生された放射線を通すことができる。前記の凹入部２２内に は、放電スペース２１内に放電を起こし且つこれを維持するための手段３０があ る。この手段３０は、放電スペース２１内に電界を発生するための部材３１を有 する。放電スペース２１に面する放電容器２０の全表面には発光層２５が設けら れ、この発光層は、三価のユーロピウムで付活された酸化イットリウム８０％と 、付活剤として三価のテルビウムを有するセリウム−マグネシウム−アルミニウ ム２０％より成る。照明ユニットは更に前記の手段３０に給電するための給電ユ ニット４０を有する。 凹入部２２上の発光層２５は、互いに分離された領域２５Ａ−２５Ｄに細分さ れる。この領域２５Ａ−２５Ｄ内の発光層２５の被覆重量は７mg/cm²である。 図に示した実施例では、手段３０は、導電線の巻線３３（以下１次巻線という ）をそなえたコイル３２を有する。このコイル３２は同時に放電スペース２１内 に電界を発生するための部材３１を形成する。１次巻線３３はこの場合縦軸３５ を有するらせんで、一方発光層２５の領域２５Ａ−２５Ｄは前記の縦軸３５の方 向に配設される。領域２５Ａ−２５Ｄは夫々１cmの長さを有し、0.5cmのすき間 で互いに分離されている。１次巻線３３の終り３３Ａ，３３Ｂは、同軸ケーブル ４３の心線と外被を夫々形成する第１と第２の電流供給導体４２Ａ，４２Ｂを経 て給電ユニット４０の第１及び第２出力端子４１Ａ，４１Ｂに接続される。この 出力端子４１Ａ，４１Ｂの間には、動作中高周波電圧が存し、第２出力端子４１ Ｂは、アースに対する高周波電圧変化と無関係である。コイル３２には更に２次 巻線３４をそなえ（図に破線で示す）、その第１の端子３４Ａは給電ユニット４ ０の第２出力端子４１Ｂに接続され、また第２の自由端３４Ｂを有する。給電ユ ニット４０は、入力端子Ｐ，Ｎで主電源に接続される。 第２図及び第２Ａ図では、第１図の構成要素に対応する構成要素は１００大き な符号を有する。ここに示した本発明のランプの実施例では、第１及び第２電極 １３６Ａ及び１３６Ｂは夫々発光層１２５の関係の領域１２５Ａ，１２５Ｂに隣 接して凹入部１２２内を延在する。図に示した実施例では、発光層１２５は、凹 入部１２２上の２つの半円筒状領域１２５Ａ，１２５Ｂに細分される。凹入部１ ２２の背後にかくれた発光層１２５の領域１２５Ａ，１２５Ｂの縁は破線で示さ れている。高周波電圧差は、動作時、電極１３６Ａと１３６Ｂの間に得られる。 この実施例に示された電極１３６Ａ，１３６Ｂは、端部の拡げられた部分１２２ Ａからこの部分と反対の方向に延在する。電極１３６Ａ，１３６Ｂは夫々例えば コイル１３２の１次巻線１３３の端に接続されている。コイル１３２は、明らか にするためにだけ第２Ａ図に示されている。 第３図は、本発明によるランプ２１０の別の実施例を示す。第１図の構成要素 に相当する構成要素には、２００大きい符号が付されている。第３図の実施例に おいて、コイル２３２は、円環部分の形に曲げられた巻線２３３を有する。この 巻線２３３はここでは軟磁性体のコア２３７のまわりに設けられている。巻線２ ３３の端２３３Ａ，２３３Ｂの夫々は、発光層２２５の関係の領域２２５Ａ，２ ２５Ｂに向けられている。凹入部２２２の背後にかくれた発光層２２５の領域の 縁は破線で示されている。 第１図の実施例に従った放電容器３２０を有するランプ３１０の点弧の挙動が 第４図に示す試験装置によって調べられた。この図面においては、第１図の構成 要件に相当する構成要件は３００大きな符号を有する。この試験装置では、第１ 及び第２電極３３６Ａ，３３６Ｂは放電容器３２０の凹入部３２２内に入れられ ている。電極３３６Ａ，３３６Ｂは５mmの高さを有するリングとして構成され、 第１電極３３６Ａは凹入部３２２の拡げられた端部３２２Ａに隣接して位置し、 第２電極３３６Ｂはこれと反対側の端部３２２Ｂに隣接して位置する。第１と第 ２のリング３３６Ａ，３３６Ｂの互いに面する縁は３０mmのすき間を有する。電 極３３６Ａ，３３６Ｂの両端間の電圧差の存在の下で、電極は、第１図のランプ のコイル３２の電界に匹敵する電界を発生する。図示の試験装置では、ＤＣ電源 Ｕが、スイッチＳ及び１０ＭΩのレジスタＲを経て電極３３６Ａ，３３６Ｂに接 続される。５μＦのキャパシタンスを有するキャパシタＣが電極３３６Ａ，３３ ６Ｂを分路する。 各ランプは、測定の間、光を通さない室内に置かれた。点弧電圧が測定される 前に、ランプは５分間電源で作動され、次いで或る期間すなわち暗黒期間(t_d)の 間動作されずにいた。この暗黒期間の経過後にスイッチＳが閉じられた。これに より、時間の経過と共に上昇する電圧差がキャパシタＣと電極３３６Ａ，３３ ６Ｂの両端につくり出された。電極３３６Ａ，３３６Ｂ間の電圧差Ｖと電極への 電流Ｉが、スイッチの閉合後に経過した時間の関数として測定された（第４Ａ図 参照）。点弧電圧（Ｖ_ign）は、放電スペース３２１内のブレークダウンの結果 生じる電流の脈動変化の瞬間の電極３３６Ａ，３３６Ｂの間の電圧である。 暗黒期間(t_d)の関数としての測点点弧電圧（Ｖ_ign）が第５図に示されている 。この図面から、本発明のランプは４００時間以上の間動作されなかった後も略 ４００Ｖと１３００Ｖの間の唯１つの点弧パルスで点弧することが明らかである 。 凹入部が、中断されない発光材料の層をそなえた既知のランプに対し、同じよ うにして、点弧電圧（Ｖ_ign）が暗黒期間(t_d)の関数として測定された。既知の ランプの点弧電圧（Ｖ_ign）は、２００時間迄の暗黒期間(t_d)に対して略５００ Ｖと略２０００Ｖの間にある。これ等の場合、最初の有効点弧パルスに属する測 定点だけが図面に描かれており、この点は水平軸に対して鏡映される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．放電容器(20)をそなえた無電極低圧放電ランプ(10)を有する照明ユニットで あって、放電容器(20)は、イオン化封入物を気密に含む放電スペースを取囲み、 凹入部(22)と放電容器(20)内に発生された放射線を通す外被部分(23)とを有する と共に、凹入部(22)の放電スペース(21)に面する表面(24)には発光層(25)が設け られ、放電スペース(21)内に放電を開始して維持するための手段(30)が凹入部(2 2)内に存し、この手段(30)は、放電スペース(21)内に電界を発生するための部材 (31)を有し、照明ユニット(40)はこれに加えて前記の手段(30)に給電するための 給電ユニットを有する放電ユニットにおいて、凹入部(22)上の発光層(25)は、互 いに分離された領域(25A-25D)に細分されたことを特徴とする照明ユニット。 ２．手段(30)は、導電線の巻線(33)をそなえたコイル(32)を有することを特徴と する請求の範囲１記載の照明ユニット。 ３．巻線(33)は縦軸(35)を有するらせんで、発光層(25)の領域(25A-25D)は前記 の縦軸(35)の方向に配設されたことを特徴とする請求の範囲２記載の照明ユニッ ト。 ４．コイル(232)は、その端(233A,233B)が発光層(225)の夫々の領域(225A,225B ）に向けられた円環部分の形に曲げられた巻線(233)を有することを特徴とする 請求の範囲２記載の照明ユニット。 ５．部材(131)は、発光層(125)の夫々の領域(125A,125B)に夫々隣接して延在す る第１及び第２電極(136A,136B)より成ることを特徴とする請求の範囲１乃至４ の何れか１つに記載の照明ユニット。 ６．請求の範囲１乃至５の何れか１つに記載の照明ユニットに使用するための請 求の範囲１乃至５の何れか１つに定義された無電極低圧放電ランプ。 ７．請求の範囲１に記載の照明ユニットに用いるための請求の範囲１に定義され た放電容器。