WO2005076316A1

WO2005076316A1 - 無電極放電ランプ

Info

Publication number: WO2005076316A1
Application number: PCT/JP2005/001405
Authority: WO
Inventors: Toshiaki Kurachi; Satoshi Kominami
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2005-08-18
Also published as: US7205723B2; JP3826158B2; JPWO2005076316A1; US20060071584A1

Abstract

　無電極放電ランプは、磁心３、誘導コイル５、及び固定部材７を備える。固定部材７は、磁心３の軸線Ｌ方向に延在する延在部７ｂと、延在部７ｂよりも磁心３に近接して位置し、磁心３を保持する保持部７ｃと、保持部７ｃと磁心３との境界から延在部７ｂの方に誘導コイル５を構成する巻線４の直径の１倍以上２倍以下の距離を隔てて位置する、巻線４を引っ掛けて屈曲させるための引掛部７ｄ，７ｅとを有する。

Description

明細書

無電極放電ランプ

技術分野

[0001] 本発明は、バルブの凹部に配置された誘導コイルが発生する電磁界により発光する無電極放電ランプに関する。

背景技術

[0002] 近年、地球環境保護の観点から、白熱電球と比較して高効率'長寿命の放電ランプが広く利用されている。さらに、従来の放電空間内に電極を有するランプと比較して圧倒的な長寿命を有する無電極放電ランプの研究 ·実用化が盛んに行われて!/ヽる。無電極放電ランプは、従来の放電ランプにおいて寿命を制限する主要因となって V、た電極が放電空間の内部に存在しな、ため、ランプの寿命が飛躍的に伸びると!ヽう特徴を持っており、今後の普及が期待されている。

[0003] このような無電極放電ランプでは、バルブの凹部に配置された誘導コイルが発生する高周波電磁界で放電空間内に放電プラズマを発生させ、それによつて発光する。誘導コイルは、磁性材料力なる磁心に卷回された卷線力構成され、有限長のソレノイド形状である。一般に、磁心としてフェライト材料が多く用いられる。卷線に供給される数 10kHzから数 10MHzの高周波でランプが駆動される。

[0004] 特許文献 1には、図 14に示す代表的な誘導コイルの構造が開示されている。図 14 に記載の無電極低圧水銀蒸気放電ランプは、水銀とクリプトンが充填されたガラス製の放電容器ないしはバルブ 101を備える。バルブ 101に設けられた管状の凹部 102 に、誘導コイル 103と磁心 104が収容されている。磁心 104の断面積は、 20mm²から 60mm²である。誘導コイル 103は、磁心 104に 10から 15ターン直接卷回された卷線 105力もなる。

[0005] 特許文献 2には、図 15に示す磁心に誘導コイルの卷線が直接卷回された構造と、図 16に示す磁心と誘導コイルの卷線の間にボビン (コイル卷枠)を設けた構造との双方が開示されている。図 15では、バルブ（図示せず)を支持する基体 201に一対のフィンガ 202がー体形成されて!/、る。このフィンガ 202は誘導コイル 203が巻き付けられた筒状の磁心 204の中を通って延在する。フィンガ 202の基体 201とは反対側の端部に設けられた突出部 202aが、磁心 204を支持する。磁心 204は、がたつきを防止するためにばね座金 205によって支持されている。図 16では、バルブを支持する基体 301に一体形成されたコイル卷枠 302に誘導コイル 303が巻き付けられている。磁心 304はコイル卷枠 302の内周面に形成された溝内に保持されている。

[0006] し力しながら、上記従来の無電極放電ランプには以下のような課題がある。

[0007] 磁心が Ni— Znフェライトのように電気伝導性が比較的低!ヽ材料からなる場合、磁心と卷線の間の絶縁性を特に考慮しなくても、絶縁破壊の可能性は低い。しかしながら、駆動回路の駆動周波数が 50kHZ以上 1MHz以下の場合、例えば Mn-Znフェライトや Cu— Znフェライト、珪素鋼板、パーマロイのような比較的電気伝導性が高い材料が磁心として用いられる可能性がある。これらの比較的電気伝導性の高ヽ材料を磁心に用いる場合、磁心と卷線の間の絶縁信頼性の確保が必須となる。

[0008] しかし、図 14や図 15に図示されているような磁心に直接卷線を卷回する誘導コィルでは、絶縁信頼性の確保が非常に困難である。特に、卷線の巻き始めと巻き終わりの部分は、卷線が急激にないしは鋭く折れ曲がる部分が発生しやすい。この折れ曲がりのために、卷線に絶縁被覆を被せたとしても、絶縁被覆の偏平ないしは偏肉が発生しやすいばかりか、絶縁被覆が損傷しやすい。その結果、磁心と卷線との間あるいは卷線間での絶縁破壊が容易に発生してしまう。

[0009] さらに、誘導コイルの卷数は、ランプの駆動周波数が低いほど多くなる傾向にあることが知られている。これは、放電プラズマの発生及び維持のために必要なバルブ内部の誘導電界が駆動周波によってほとんど変わらない一方、誘導コイルから発生する磁束による誘導電界は駆動周波数に比例するためである。このため、駆動周波数が低くなるほど、誘導コイルの卷数を増やして磁束を増やす必要がある。具体的には、駆動周波数が低い場合、卷線の間隔 (巻きピッチ)を縮小したり、卷線を多層に巻くことにより、卷数を増やす必要がある。従って、 1MHz以下の比較的低い周波数の場合、卷線間の絶縁対策が必須である。

[0010] 図 16に示すような、磁心 304と誘導コイル 503の間にコイル卷枠 302を設けた構造は、誘導コイル 303の卷線と磁心 304の絶縁破壊を防げる。しかし、この場合、コイル卷枠 302の肉厚の分だけ誘導コイル 303の外径が太くなり、バルブの凹部を大きくしなければならなくなる。バルブ全体の大きさは普及している照明器具の寸法によって制限される。従って、凹部を大きくすると結果的にバルブ内の放電空間が狭くなるので、放電プラズマの拡散損失が大きくなり、発光効率に悪影響を及ぼす可能性がある。

[0011] 特許文献 1 :特開昭 60— 72155号公報

特許文献 2 :特開平 10— 92391号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] 本発明は、磁心に誘導コイルの卷線を直接巻き付けるコンパクトな構造で、かつ卷線間及び卷線と磁心との間の絶縁信頼性が高い無電極放電ランプを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明は、内部に放電ガスが封入され、かつ凹部を有するバルブと、前記凹部内に配置された磁心と、前記磁心に電気絶縁性の被膜を有する卷線を卷回してなる、前記凹部内に配置された誘導コイルと、前記磁心が固定された固定部材とを備え、前記固定部材は、前記磁心の軸線方向に延在する延在部と、当該延在部よりも前記磁心に近接して位置し、前記磁心を保持する保持部と、前記保持部と前記磁心との境界から前記延在部の方に前記卷線の直径の 1倍以上 2倍以下の距離を隔てて位置する、前記卷線を屈曲させるための屈曲部とを有し、かつ前記誘導コイルの前記卷線は、前記被覆を介して前記磁心に卷回した卷回部と、前記延在部に沿って前記磁心へ向かって延びる直線部とを有する、無電極放電ランプを提供する。

[0014] 前記屈曲部は、例えば引掛部又は溝構造である。

[0015] 好適には、前記誘導コイルの前記卷線が、前記引掛部又は溝構造で折れ曲がり部を有する。

[0016] 引掛部又は溝構造 (屈曲部）は保持部と磁心との境界力も延在部の方に卷線の直径の 1倍以上 2倍以下の距離を隔てて位置する。従って、屈曲部において卷線が折れ曲がり部を有する場合でも、卷線の折れ曲がり部と磁心の間には保持部が介在し、それによつて卷線と磁心との間の絶縁破壊が防止される。屈曲部から保持部の先端までの長さは、卷線と磁心との間の絶縁破壊防止に最低限必要な長さ、すなわち卷線の直径の 1倍以上 2倍以下に設定されている。従って、コイル卷線枠を設ける場合とは異なり、誘導コイルの外形寸法 (例えば、外径)を低減してコンパクトな構成できる。その結果、凹部の寸法を小さくでき、バルブの放電空間を広くできることから、比較的少な、投入電力でプラズマ放電を容易〖こ発生させることができる。

[0017] 好適には、前記誘導コイルに高周波電力を供給する駆動回路の駆動周波数は 50 kHz以上 1MHz以下である。駆動回路の損失には、個々の回路素子の抵抗成分によるもののほか、スイッチング素子におけるスイッチング損失がある。駆動周波数を 1 MHz以下に設定すれば、スイッチング損失を低減してバルブ内の放電プラズマに対して効率的に電力を投入できる。

[0018] 駆動回路の駆動周波数を 50kHz以上 1MHz以下に設定する場合、磁心が低損失かつ高透磁率の磁性材料からなることが好ましい。例えば、前記磁心が、 Mn— Znフエライトであることが好ましい。また、磁心は Cu— Znフェライト、珪素鋼板、パーマロイなどの 50kHz以上 1MHzで低損失かつ高透磁率である他の磁性材料であってもよい。 Mn-Znフェライトを含む 50kHz以上 1MHzで低損失かつ高透磁率の磁性材料は、一般に導線性が高い。従って、これらの磁性材料を磁心に使用する場合、本発明による卷線と磁心の絶縁信頼性向上の効果が特に顕著である。

[0019] 卷線の卷回部の層数は偶数であることが好ましい。卷回部の層数は偶数とすれば、卷線の巻き始めと巻き終わりの両方が固定部材の近傍に位置し、被覆が極端に薄くなるような折り曲げを卷線に設ける必要がなぐ絶縁信頼性がさらに向上する。

[0020] 前記駆動回路は、第 1の出力を有する第 1の出力端子と前記第 1の出力よりも低い第 2の出力を有する第 2の出力端子とを備える。前記卷線の前記卷回部が、卷き始め側の端部において、前記駆動回路の前記第 2の出力端子 (低圧側の出力端子）に接続されて、ることが好ま、。卷回部の巻き始め側を低圧側の第 2の出力端子に接続すれば、卷線と磁心の間の電位差を低減できる。その結果、卷線の被覆の厚さを薄くできるので、誘導コイルの外形寸法 (例えば外径)を低減できる。

[0021] 卷回部の巻き始め側を低圧側の第 2の出力端子に接続する場合、絶縁破壊を確実に防止するには、前記保持部の外形と前記磁心の外形との段差が、前記卷線の直径の 30%以上 110%以下であることが好ましい。

[0022] 前記卷線の前記卷回部が、巻き始め側の端部において、前記駆動回路の前記第 1 の出力端子 (高圧側の端子）に接続されてもよい。この場合、卷線と磁心間の絶縁破壊を確実に防止するには、前記保持部の外形と前記磁心の外形との段差が、前記被覆を有した卷線の直径の 10%以上 30%以下であることが好ましい。

[0023] 前記卷線が、前記直線部よりも前記駆動回路側にダミー巻き部をさらに有してもよい。ダミー巻き部を設けることにより、卷線が磁心や固定部材力外れるのを確実に防止できる。

[0024] 固定部材の延在部にダミー巻き部を屈曲させる第 2の屈曲部を設ければ、卷線が磁心や固定部材力外れるのをより確実に防止できる。

発明の効果

[0025] 本発明によれば、無電極放電ランプの誘導コイルの卷線間及び磁心と卷線の間の絶縁性能を確保でき、高い信頼性を実現できる。また、コンパクトに構成できるため、凹部の寸法を小さくでき、バルブの放電空間を広くできることから、比較的少ない投入電力でプラズマ放電を容易に発生させることができる。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る無電極放電ランプの一部断面正面図。

[図 2]本発明の第 1実施形態に係る無電極放電ランプの部分拡大斜視図。

[図 3A]本発明の第 1実施形態に係る誘導コイル 5、磁心 3、及び固定部材 7の模式図

[図 3B]本発明の第 1実施形態に係る誘導コイル 5、磁心 3、及び固定部材 7の図 3A の矢印 b方向力見た模式図。

[図 3C]本発明の第 1実施形態に係る誘導コイル 5、磁心 3、及び固定部材 7の図 3A の矢印 c方向から見た模式図。

[図 4]本発明の第 1実施形態に係る誘導コイル 5、磁心 3、及び固定部材 7の断面図。

[図 5]本発明の第 1実施形態に係る磁心 3の固定構造を示す図 4の部分拡大図。

[図 6]本発明の第 1実施形態に係る卷線 4の模式的な断面図。圆 7]本発明の第 1実施形態に係る保持部 7cの代案の部分拡大断面図。

圆 8]本発明の第 1実施形態に係る駆動回路 12の回路図。

圆 9]本発明の第 2実施形態に係る無電極放電ランプの一部断面正面図。

[図 10]本発明の第 2実施形態に係る無電極放電ランプの部分拡大斜視図。

[図 11]本発明の第 2実施形態に係る誘導コイル 5、磁心 3、及び固定部材 7の模式図

[図 12]本発明の第 1実施形態に係る誘導コイル 5、磁心 3、及び固定部材 7の断面図圆 13]固定部材の変形例を示す模式的な部分斜視図。

圆 14]従来の無電極放電ランプの構造図。

圆 15]従来の誘導コイルの一例を示す構造図。

[図 16]従来の誘導コイルの他の例を示す構造図。

符号の説明

1 バルブ

2 凹部

3 磁心

4 卷線

4a 巻き始め端部

4b 巻き終わり端部

5 誘導コイル

7 固定部材

7a 基板部

7b 延在部

7c 保持部

7d, 7e, 7i 引掛突起

7f, 7g 引掛

7h 角部

8A, 8B 端子 9a 絶縁被覆

11 絶縁被覆

12 駆動回路

13 口金

14 ケース

18A, 18B 直線部

19A, 19B 折れ曲がり部

20 卷回部

20A, 20B 卷線層

31 直流電源

32 インバータ回路

33 整合回路

42A 高圧出力端子

42B 低圧出力端子

51 ダミー巻き部

60 溝構造

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、図面を参照しながら、本発明による無電極放電ランプの実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない

[0029] (第 1実施形態）

図 1は第 1実施形態に係る無電極放電ランプの構成を示して！/、る。放電容器なヽしはバルブ 1は、ソーダガラスなどの透光性物質で形成され、気密に封止されている。放電空間であるバルブ 1の内部には、放電ガスが封入されている。放電ガスは、典型的には水銀蒸気と種々の希ガスの混合物である力必ずしもこれに限定されない。例えば、金属ハロゲンィ匕物やナトリウム、カドミウムなどでも良ぐ所望の発光スぺタトルを得るために適宜物質が選択される。本実施形態では、水銀とクリプトンガスとを 1 50Paで封入して!/、る。ノレブ 1内面には蛍光体が塗布されて、る。

[0030] ノレブ 1は凹部 2を有している。この凹部 2はバルブ 1の透光性物質の一部によって形成されており、バルブ 1の底部から内側に向かって突出する管状の部分である。凹部 2の内部ないしはキヤビティはバルブ 1の内部に対して遮断され、外気と連通している。

[0031] バルブ 1の凹部 2内には、略円筒形状の磁心 3と、この磁心 3に卷線 4を複数回卷回してなる誘導コイル 5とが収容されて、る。

[0032] 図 6を参照すると、卷線 4は各々薄、電気絶縁性の絶縁被覆 9aを有する線径の細い細線 9を多数束ねたリッツ線である。また、磁心 3と卷線 4の間の絶縁を確保するために、束ね細線 9の外側にさらに榭脂の絶縁被覆 11が施されている。榭脂製の絶縁被覆 11は、ランプ点灯中に発生する高温の放電プラズマ力の熱により、徐々に耐圧劣化する。従って、絶縁被覆 11は、ランプ点灯中の卷線 4の温度とランプ始動時に誘導コイル 5に発生する高電圧を考慮して、材質及び被覆の厚さを適正に設計する必要がある。絶縁被覆 11に適した材料としては、例えば、高温における優れた絶縁耐圧維持性能を有する榭脂被覆材料であるフッ素榭脂系の材料 (PFA)がある。

[0033] 本実施形態では、磁心 3は略円筒形状である。磁心 3の形状は円筒形状に限定されず、円柱形状、多角柱形状のような他の形状であっても良い。また、磁心 3は固定部材 7によって固定されている。固定部材 7には一対の端子 8A、 8Bが取り付けられている。各端子 8A、 8Bの一端は誘導コイル 5の卷線 4に接続され、他端は駆動回路 12に接続されている。なお、固定部材 8の構造の詳細は後に詳述する。

[0034] 駆動回路 12は商用電源力も電力供給を受けるための口金 13に接続されるとともに、ケース 14で覆われている。また、ケース 14は、後述する固定部材 7の基板部 7aを保持している。また、ケース 14は、例えば PBT (テレフタル酸ポリブチレン）のような材料で形成されている。

[0035] 以下、本実施形態の無電極放電ランプの動作を説明する。駆動回路 12は、口金 1 3を介して商用電源力も供給される電力を 50kHz以上 1MHz以下の高周波電力に変換し、該高周波電力を誘導コイル 5に供給する。誘導コイル 5に高周波電力が供給されると、誘導コイル 5から磁界が発生する。この磁界によってバルブ 1の内部に誘導電界が発生し、この誘導電界によりバルブ 1の内部に放電プラズマが形成される。放電プラズマ中で励起された水銀などの放電物質は可視光又は紫外線を発生し、バルブ 1の外表面を通して外部に放射される。

[0036] 次に、駆動回路 12の駆動周波数について説明する。駆動回路 12の損失は、駆動回路 12に使われている各素子の抵抗成分によるもののほかに、スイッチング素子（図 8の符号 36, 37参照）におけるスイッチング損失がある。一般に、スイッチング損失は駆動周波数が高いほど増加することが知られている。つまり、駆動周波数を高くするほどバルブ 1 (放電プラズマ）に投入される電力が低下するばかりか、スイッチング素子 36, 37における発熱が増加することになる。このスイッチング損失を低減するには、駆動回路 12の駆動周波数は 1MHz以下に押さえることが好適である。また、駆動周波数が 50kHz未満であると誘導コイル 5から発生する誘導電界が非常に弱くなり、放電プラズマを発生及び維持することが困難となる。従って、駆動回路 12の駆動周波数は 50kHz以上に設定することが好ましい。以上の理由から、駆動回路 12の駆動周波数は、 50kHz以上 1MHz以下が好ましい。

[0037] 次に、磁心 3の材質について説明する。本実施形態では、磁心 3は Mn— Znフェライトである。 50kHz以上 1MHz以下の駆動周波数で駆動される場合、 Mn— Znフェライトが低損失かつ高透磁率の観点力磁心 3の材料として最も好ましい。しかし、 Mn -Znフェライトに限らず、 50kHz以上 1MHz以下で高透磁率、低損失である材料であれば、本発明の効果がある。 50kHz以上 1MHz以下で高透磁率、低損失である材料としては、 Cu— Znフェライトや珪素鋼板やパーマロイなどがある。なお、これらの磁心材料は、ずれも導電性を有して、る。

[0038] 次に、図 2から図 4を参照して、磁心 3、誘導コイル 5、及び固定部材 7の詳細な構成について説明する。

[0039] 固定部材 7には磁心 3の基端側が固定されている。固定構成については、後に詳しく説明する。固定部材 7は絶縁材料力もなり。また、固定部材 7は、端子 8A, 8Bが取り付けられた円板形状の基板部 7aを備える。基板 7aには磁心 3の軸線 L方向に延在する略円筒形状の延在部 7bがー体形成されている。延在部 7bの基端側が基板 7a に接続している。延在部 7bよりも磁心 3に近接する位置には、延在部 7bと連続して略円筒状の保持部 7cが設けられている。この保持部 7cは磁心 3を保持（固定)する機能と、卷線 4と磁心 3を電気的に絶縁する機能とを有する。さらに、延在部 7bと保持部 7cの境界には、卷線 4を屈曲させるための屈曲部の一例である引掛突起（引掛部） 7 d, 7eが設けられており、この引掛突起 7d, 7eに卷線 4が引っ掛けられている。これらの引掛突起 7d, 7eは、磁心 3の軸線 Lに対して直交する方向に延在部 7bと保持部 7 cの境界力突出している。さらに、平面視では、これらに一対の引掛突起 7d, 7eは軸線 Lに対して互いに対称な位置に配置されてヽる。

[0040] 図 3Aから図 3Cに、本実施形態における卷線 4の巻き方を示す。なお、図 3Aは、磁心 3、誘導コイル 5 (卷線 4)、及び固定部材 7を模式的に示す図であり、卷線 4の全体ではなく巻き始め側の端部 (巻き始め端部 4a)付近のみを示している。また、図 3Bは、図 3Aの矢印 b方向から見た図である。この図 3Aも巻き始め端部 4a付近のみを示している。さらに、図 3Cは、図 3Aの矢印 c方向力も見た図である。この図 3Cは卷線 4の全体ではなく巻き終わり側の端部 (巻き終わり端部 4b)付近のみを示している。なお、説明に不要な部分は適宜省略して、る。

[0041] 図 2、図 3A及び図 3Bを参照すると、端子 8Aには絶縁被覆 11を有する卷線 4の一端を巻き付けてハンダで固着して、る。卷線 4は端子 8A力基板部 7aに沿って延在部 7bに向力つて延び、延在部 7bの付近の引掛 7fを経て磁心 3に向力つて折り曲げられている。折り曲げられた卷線 4は、延在部 7bに沿って磁心 3に向力つて延びる（直線部 18A)。さらに、卷線 4は、引掛突起 7dに引っ掛けられることで折り曲げられ、それによつて軸線 Lに沿う方向から軸線 Lと交差する方向に延在方向が変わる（折れ曲がり部 19A)。引掛突起 7dから延びる卷線 4は、磁心 3を取り囲むようにソレノイド状に磁心 3の直接巻き付けられる (卷回部 20)。

[0042] 図 2及び図 4を併せて参照すると、卷回部 20では、卷線 4は磁心 3の基端側（固定部材 7に近い側）から磁心 3に対して巻き始めている。続いて、卷線 4は磁心 3の基端側から磁心 3の先端側（固定部材 7に対して遠い側）に向かって磁心 3に対して卷回されている。さらに、磁心 3の先端側で卷線 4を卷回する向きが折り返され、磁心 3の先端側から基端側に向かって磁心 3に対して卷線 4が卷回されている。このように卷線 4を卷回することにより、卷回部 20は、磁心 3の外周面に直接接触する第 1層目の卷線層（下層） 20Aと、この第 1層目の卷線層 20Aの上に積層された第 2目の卷線層 (上層） 20Bを備える。

[0043] 第 2層目の卷線層 20Bの下端を構成する卷線 4は、固定部材 7上に形成された引掛突起 7eに引っ掛けられることで折り曲げられ、それによつて軸線 Lと交差する方向力軸線 Lに沿う方向に延在方向が変わる (折れ曲がり部 19B)。引掛突起 7eから延びる卷線 4は、延在部 7bに沿って磁心 3から離れる向きに延びる（直線部 18B)。さらに、卷線 4は延在部 7bの下端と基板部 7aの接合部分で折り曲げられ、引掛 7gを介して基板部 7aに沿って端子 8Bに向力つて延びている。端子 8Bには卷線 4の他端を卷き付けてハンダで固定して、る。

[0044] 延在部 7b上の卷線 4は直線部 18A, 18Bであるので、これらの部分が誘導コイル 5 の電磁界を乱すことがなぐ誘導コイル 5からの電磁界の電力はバルブ 1に効率良く投入される。

[0045] ここで、卷回部 20を 2層構造とした理由は、以下のとおりである。仮に卷回部 20が奇数層の卷線層を備えるとすると、上述した方法で磁心 3に卷線 4を卷回していくと、固定部材 7から遠い磁心 3の先端近傍で卷線 4の巻き終わりがきてしまう。従って、卷き終わり部分の卷線 4を端子 8Bのところまで、長い距離を卷回部 20の表面に沿って卷線 4を配索する必要がある。このような配索を行うためには、磁心 3の先端近傍で卷線 4を鋭く折り曲げて折り返す必要がある。その結果、卷線 4の絶縁被覆 11が引き延ばされて極端に薄くなる部分が発生する。このような絶縁被覆 11が薄くなつた折り曲げ部分では、磁心 3と卷線 4の間で絶縁破壊を発生する可能性が極めて高くなり、信頼性が低下する。このような信頼性の低下を招かないためには、卷回部 20の層数は偶数とし、巻き始め端部 4aと巻き終わり端部 4bの両方を、磁心 3の基端側、すなわち固定部材 7の近傍に配置する必要がある。換言すれば、卷回部 20の層数は偶数とすれば、卷線 4の巻き始め端部 4aと巻き終わり端部 4bの両方が固定部材に近傍に位置し、絶縁被覆 11が極端に薄くなるような折り曲げを卷線 4に設ける必要がなぐ絶縁信頼性が向上する。

[0046] 次に、誘導コイル 5の互いに隣接する卷線 4間の絶縁について説明する。 [0047] 本発明者は、絶縁被覆 11として最小厚さ 0. 07mmの PFA被覆を検討した。駆動回路 12の駆動周波数は約 500kHz、卷回部 20の卷数数は 70ターン、ランプの始動時に誘導コイル 5の両端に発生する始動電圧は最大 7. 5kVであった。また、上記 PFA 被覆の絶縁耐圧は約 15kVであった。

[0048] 卷回部 20の第 1層目及び第 2層目の卷線層 20A, 20B間の絶縁は、上述の絶縁耐圧を有する PFA製の絶縁被覆 11によって達成される。 2層の卷線層 20A, 20Bの卷線 4間に発生する最大電圧は 7. 5kVである。これに対し、第 1層の卷線層 20Aと第 2層の卷線層 20B間の絶縁耐圧は、第 1層目の卷線 4の絶縁被覆 11の絶縁耐圧である 15kVと、第 2層目の卷線 4の絶縁被覆 11の絶縁耐圧である 15kVとを加算した 30kVである。従って、第 1層目及び第 2層目の卷線間の絶縁耐圧は、卷線層 20 A, 20Bの卷線 4間に発生する最大電圧を充分に上回る。

[0049] 上述のように充分に高い絶縁耐圧に設定した理由は以下のとおりである。卷線 4の絶縁被覆 11は、ランプの寿命中に高温で劣化し、絶縁耐圧が低下していく。例えば、誘導コイル 5の卷線 4の温度が最高 220°Cになると想定し、熱加速試験により絶縁寿命を検討した結果、被覆の絶縁耐圧半減時間は約 35000時間程度であった。また、ランプの設計寿命は 30000時間であった。すなわち、絶縁被覆に必要な初期耐圧は、耐圧寿命 35000時間を確保するためには、 7. 5kVの倍の 15kVである。ただし、絶縁破壊は確実にランプの不点灯につながるので、安全係数を考慮すると、卷線 4間の最大電圧の 2倍の耐圧を確保することが好ましい。

[0050] 次に、磁心 3と卷線 4の間の絶縁について説明する。

[0051] 図 4及び図 5を参照すると、上述のように固定部材 7は、固定部材 7に一体に成形された延在部 7bと保持部 7cとを有する。また、延在部 7bと保持部 7cの境界には、引掛突起 7d, 7eが存在する。保持部 7cは、卷線の折り曲げ部 19A, 19Bと磁心 3との間の絶縁破壊を防止するために存在する。卷線 4の折れ曲がり部 19A, 19Bは、最も絶縁被覆 11の薄くなる絶縁破壊発生の確率が高い危険部位であることが、本発明者の実験により確認された。この折れ曲がり部 19A, 19Bと磁心 3の間に絶縁物である保持部 7cが存在することによって、磁心 3と卷線 4の間の絶縁を実現している。従つて、折れ曲がり部 19A, 19Bと磁心 3の間に確実に保持部 7cを介在させ、それによつて折れ曲がり部 9の絶縁破壊を防止するためには、引掛突起 7d、 7eが保持部 7cと磁心 3との境界力も延在部 7bの方向に被覆を有した卷線 4の直径の 1倍以上の距離を隔てて位置することが好ま、。

[0052] 比較のため、引掛突起 7d、 7eを保持部 7cと磁心 3との境界位置に設け、折れ曲がり部 19A, 19Bが磁心 3に接触するように卷線 4を磁心 3に巻き付けた。この場合、磁心 3と接触する卷回部 20の第 1層目の卷線層 20A側を後述する駆動回路 12の高圧出力端子 42Aに接続すると、点灯と同時に電流が磁心 3にリークして無電極放電ランプが点灯しなくなった。これは、引掛突起 7d、 7eの折れ曲がり部 19A, 19Bでは卷線 4の絶縁被覆 11が扁平して薄くなつた部分が磁心 3上にあることが原因と考える。これに対して、引掛突起 7d、 7eを上記境界力卷線 4の直径の 1倍離れた位置に設けた場合、卷回部 20の第 1層目の卷線層 20A側を駆動回路 12の高電圧側に接続しても、点灯直後に無電極放電ランプが点灯しなくなることはな力つた。

[0053] 卷線 4と磁心 3の間の絶縁破壊防止のみを考慮すれば、磁心 3の全面を覆うように保持部 7cを設けても良い。このような構成は、従来技術のコイル卷枠 302 (図 16)に相当する。しかし、かかる構成では、誘導コイル 5の外径が大きくなるので、凹部 2の直径を大きく設定する必要が生じ、コンパクトな無電極放電ランプを実現できな、の。よって、保持部 7cの長さ、換言すれば保持部 7cと磁心 3との境界力も引掛突起 7d , 7eまでの距離は、卷線 4の直径の 2倍以下に設定することが好ましい。保持部 7cの長さを卷線 4の直径の 2倍以下に設定すれば、凹部 2の直径を小さくでき、バルブ 1 の放電空間を広げることができ、プラズマ放電を容易にすることができる。

[0054] 以上に詳述したように、引掛突起 7d、 7eを保持部 7cと磁心 3との境界力延在部 7 bの方に卷線 4の直径の 1倍以上 2倍以下の位置に設定することにより、すなわち保持部 7cの長さを卷線 4の直径の 1倍以上 2倍以下に設定することにより、卷線 4の折れ曲がり部 19A, 19Bと磁心 3の間の絶縁破壊を防止し、かつ、コンパクトな無電極放電ランプを実現できる。通常、卷線 4の直径は 0. 5mm— 1. 2mm程度であり、保持部 7hの長さは 0. 8mm— 2mm程度の範囲に設定される。

[0055] 卷線 4に絶縁被覆 11を設けず、磁心 3と卷線 4の間の全領域にボビン（図 16のコィル卷枠 302)を設けて卷線 4と磁心 3の間の絶縁を確保する場合、ボビンの肉厚は約 0. 8mm必要であった。このようにボビンの肉厚が非常に厚くなる理由は、榭脂材料を溶力したときの粘性が非常に高ぐ肉厚を薄くしょうとすると金型の中に樹脂がうまく流れないためである。本実施形態のように、卷線 4に絶縁被覆 11を設け、かつ磁心 3 に卷線 4を直接巻きつけることによって、ボビンを設ける場合と比較して誘導コイル 5 の直径を約 1. 5mm細くすることが可能となる。

[0056] 保持部 7cは、磁心 3を固定部材 7に固定するための固定部を兼ねている。図 4及び図 5を参照すると、保持部 7cの内周に磁心 3の基端側が挿入され、磁心 3の外周面と保持部 7cの内周面とが互いに固定されている。磁心 3の固定方法としては、例えば、磁心 3と保持部 7cの隙間に塗布された接着剤による接着がある。接着剤としては耐熱性に優れるエポキシ系やシリコーン系の接着剤が考えられる。本発明者の実験の結果、保持部 7cに対する磁心 3の固定部の温度は卷回部 20の温度よりも 15°Cから 20°C低ぐまた、ランプ組み立て後の誘導コイル 5には大きな力が加わることがないため、上述の接着剤による接着で充分な固定強度が得られることが確認できた。

[0057] 別の固定方法として、以下に説明する榭脂成型の工夫による固定方法がより好ましい。まず、焼結後の磁心 3の保持部 7cと接触する部分のみを、粗面となるように後加ェする。その後、加工済みの磁心 3を固定部材 7の成型金型の所定位置 (保持部 7c の内側に相当する）に配置する。次に、固定部材 7を形成する榭脂を溶かして金型に流し込んで成型する。すると、図 7に示すように磁心 3の粗面の隙間に榭脂が流れ込んで、磁心 3を垤ぇ込むことになる。この加工により、接着よりも固定強度の高い磁心 3の固定構造を実現できる。

[0058] 次に、図 8を参照して駆動回路 12を説明する。この図 8に示す駆動回路 12の構成は、最も一般的なものである。駆動回路 12は、概ね 3つの部分、すなわち直流電源 3

1、インバータ回路 32、及び整合回路 33から構成され、整合回路 33の出力部分に誘導コイル 5が電気的に接続されている。直流電源 31は、商用電源から供給された正弦波交流を整流する整流素子 34と、整流された正弦波を平滑するコンデンサ 35 を備える。インバータ回路 32は、 2つのスイッチング素子 36, 37と、スイッチング素子 36, 37を制御する発振回路 38を備える。整合回路 33は、複数の受動素子 39, 40, 41を備える。直流電源 31で生成された直流電力は、インバータ回路 32において、交互にオン'オフするスイッチング素子 36, 37によって所望の周波数の高周波交流に変換される。インバータ回路 32で生成された高周波交流電力は、整合回路 33を介して誘導コイル 5に供給され、それによつてバルブ 1内の放電空間に放電プラズマが発生する。整合回路 33は、該高周波交流電力を効率よく誘導コイル 5に供給するためにインピーダンス整合を取る役割を果たしている。図 8から理解されるように、整合回路 33の出力端子 42A, 42Bのうち、一方は高圧出力端子 (第 1の出力端子) 42 Aであり、他方は接地電位の低圧出力端子 (第 2の出力端子) 42Bである。これらの出力端子 42A, 42Bが誘導コイル 5に電気的に接続される。

[0059] 以下に詳述するように、誘導コイル 5の 2つの端子 8A, 8Cを、それぞれ出力端子 4 2A, 42Bのどちらに繋ぐ力 (以下、誘導コイル 5の極性と呼ぶ）によって絶縁被覆の設計に違いが発生する。前述のように端子 8Aは誘導コイル 5を構成する卷線 4の卷き始め端部 4aに接続されている。換言すれば、端子 8Aは卷回部 20の第 1層目の卷線層 20A側に接続されている。一方、端子 8Bは卷線 4の巻き終わり端部 4bに接続されている。換言すれば、端子 8Bは卷回部 20の第 2層目の卷線層 20B側に接続されている。

[0060] まず、卷回部 20の第 1層目及び第 2層目の卷線層 20A, 20B間の線間絶縁及び隣り合う卷線 4間の絶縁に関しては、端子 8A, 8Bを出力端子 42A, 42Bのいずれに接続するかにかかわらず、上述した論理のみで絶縁被覆 11の厚さを決定すればよい。

[0061] し力しながら、磁心 3と卷線 4の間の絶縁に関しては、誘導コイル 5の極性によって必要な絶縁被膜 11の厚さが異なる。詳細には、誘導コイル 5の第 1層目の卷線層 20 Aと磁心 3の間の絶縁は、卷線 4の絶縁被覆 11のみによって達成される。一方、第 2 層目の卷線層 20Bと磁心 3の間の絶縁は、第 1層目の卷線層 20Aを構成する卷線 4 によって得られる両者の距離的な隔たりによる絶縁効果と絶縁被覆による絶縁効果の合算である。これは第 1層目の卷線層 20Aと磁心 3との間の絶縁が確保されれば、第 2層目の卷線層 20Bと磁心 3との間の絶縁も確保されることを意味する。従って、誘導コイル 5を構成する卷線 4の巻き始め端部 4a (端子 8A)を低圧出力端子 42Bに接続する場合は、上述した論理のみで絶縁被覆 11の厚さを設計できる。一方、端子 8 Aを高圧側出力端子 42Aに接続する場合は、磁心 3と卷線 4の間に発生する高電圧を考慮して、さらに絶縁被覆 11の厚さを厚くする必要がある。

[0062] 誘導コイル 5をコンパクトに構成するためには絶縁被覆 11の厚さは可能な限り薄いことが好ましい。従って、誘導コイル 5を構成する卷線 4の巻き始め端部 4a (端子 8A) を駆動回路 12の低圧出力端子 42Bに接続し、巻き終わり端部 4b (端子 8B)を高圧出力端子 42Aに接続すれば、絶縁被覆 11の厚さを薄く設定できるので好ましい。し力しながら、卷線 4の巻き終わり端部 4b (端子 8B)を駆動回路 12の低圧出力端子 42 Bに接続し、巻き始め端部 4a (端子 8A)を高圧出力端子 42Aに接続する場合であつても、絶縁被覆 11の扁平や傷が生じないように十分注意して卷線 4を加工すれば、ランプが使用に充分耐え得る程度の絶縁性が得られる。

[0063] 次に、図 4及び図 5を参照して誘導コイル 5の極性と、保持部 7cの外径と磁心 3との外径との間の段差 tについて説明する。

[0064] 保持部 7cと磁心 3の境界部分では、保持部 7cの角部 7hと卷線 4のこすれにより、絶縁被覆 11に特に傷が発生しやすい。前述したように、絶縁被覆 11の傷は絶縁破壊による信頼性低下を招く。このため、保持部 7cの外径と磁心 3の外径との間の段差 tの設計に注意する必要がある。

[0065] 本発明者の実験の結果、段差 tの好適な値は、誘導コイル 5の極性に依存する。まず、巻き始め端部 4a側の端子 8Aを駆動回路 12の低圧出力端子 42Aに接続する場合、すなわち磁心 3と接する第 1層目の卷線層 20Aが低圧側の場合、磁心 3と卷線層 20A間の電圧差が小さいため、段差 tが比較的小さくても絶縁破壊を発生しにくく、むしろ卷回部 20の二層目と保持部 7cとの間の段差 tを小さく保つことによって絶縁被覆 11の傷を回避することが好適であることが分力た。その結果、段差 tの好適な範囲は、保持部 7cの外径を磁心 3の外径よりも大きくするとともに、卷線 4の直径の 3 0%以上 110%以下であることが分力つた。この範囲であれば、卷線 4と磁心 3の間の絶縁破壊が発生しな、ことが分力つた。

[0066] 一方、巻き始め端部 4a側の端子 8Aを駆動回路 12の高圧出力端子 42Aの出力に接続する場合、すなわち磁心 3と接する第 1層目の卷線層 20Aが高圧側の場合、磁心 3と卷線層 20A間の電圧差が大きい。本発明者の実験の結果、この極性の場合段差 tが比較的大きいと絶縁破壊を発生しやすいことが判った。これは、段差 tが大きいと、保持部 7cと磁心 3の境界で卷線 4が大きく曲がるため、この部分で絶縁被覆 11が扁平し、損傷しやすいからである。従って、巻き始め端部 4a側の端子 8Aを高圧出力端子 42Aに接続する場合には、低圧出力端子 42Bに接続する場合よりも、段差 tをさらに小さくすることが好適である。段差 tの好適な範囲は、被覆を有した卷線 4の直径の 10%以上 30%以下である。この範囲内であれば磁心 3と卷回部 20の間の絶縁破壊が発生しな力つた。さらに、角部 7hにアールをつけて丸みをもたせると、絶縁被覆 11に傷が発生しに《なり、さらに絶縁信頼性を向上することができる。

[0067] なお、第 1実施形態における駆動回路 12の駆動周波数は約 500kHzであったが、本発明の効果は駆動周波数によって左右されず、特に 50kHz以上 1MHz以下で顕著な効果が得られる。その理由は、上述したように、上記周波数帯で好適に用いられている磁心 3の材質は導電性が高いためである。また、第 1実施形態の無電極放電ランプは電球形蛍光灯であるが、本願発明の効果は電球形の構成に限定されない。さらに、本実施の形態 1では卷線 4は端子 8A、 4cを介して駆動回路 12に接続されているが、端子を使わず、誘導コイル 5を構成する卷線 4を直接駆動回路 12に接続してもよい。以上の点は、第 2実施形態についても該当する。

[0068] (第 2実施形態）

図 9から図 12は、本発明の第 2実施形態に係る無電極放電ランプを示す。なお、第 2実施形態における無電極ランプの動作は第 1実施形態と同一であるため省略する

[0069] 本実施形態は、誘導コイル 5を構成する卷線 4の巻き始め端部 4a側に、延在部 7b の基板部 7a側に 1回巻き付けた部分 (ダミー巻き部 51)が設けられている点が第 1実施形態と異なる。また、延在部 7bにダミー巻き部 51用の引掛突起 (第 2の屈曲部） 7i が設けられている。この引掛突起 7iは軸線 Lに対して直交する方向に突出している。引掛突起 7iは引掛突起 7dと軸線 L方向に並んで配置されている。巻き始め端部 4a 側では、端子 8Aからの卷線 4を延在部 7bの基板部 7a側に 1回巻き付けてダミー巻き部 51を設け、ダミー巻き部 51の終端で卷線 4を引掛突起 7iで折り曲げ、延在部 7bに沿って卷回部 20に向けて延びる卷線 4の直線部 18Aを形成している。なお、卷回部 20における卷線 4の巻き方は、第 1実施形態と同様であるため説明を省略する。

[0070] ダミー巻き部 51は磁心 3から最も離れた延在部 7bの領域 (直線部 18Aよりも駆動回路側）に設けられている。このことにより、ダミー巻き部 51は誘導コイル 5のインダクタンスにほとんど寄与しな、。ダミー巻き部 51が誘導コイル 5に影響与えな、ためには、直線部 18Aの長さは 10mm以上あれば良い。ダミー巻き部 51を有することによつて、第 1実施形態のように引掛 7fのみによって延在部 7bとの境界で折り曲げた卷線 4 を基板部 7aに沿って配索するよりも、引掛 7f及び引掛突起 7dから卷線 4が外れにくくなる。また、ダミー巻き部 51の終端の卷線 4を引掛突起 7iに引っ掛けて折り曲げることで、卷線 4が引掛 7f及び引掛突起 7dにおいてより外れに《なる。従って、ダミー巻き部 51と引掛突起 7iを設けることで、生産性を高めることができる。

[0071] 本実施形態では、巻き始め端部 4a側にのみダミー巻き部 51を設けているが、巻き終わり端部 4b側にも同様のダミー巻き部を設ければ、巻き終わり端部 4b側での卷線 4が引掛突起 7eや引掛 7gから外れにくくなり、生産性の観点力もさらに好まし!/、。

[0072] (実験例）

本発明による誘導コイル 5の外径を細くする効果を検証するために、本発明者は以下の二種類のランプを試作評価した。

[0073] 図 16の構造の無電極放電ランプ (比較例）を試作した。磁心 304の外径は 13. 6 mm、コイル卷枠 302の肉厚は 0. 8mmとし、絶縁被覆を施していない線を 70ターン二層分割巻きした誘導コイル 203を用いた。なお、誘導コイル 203の最大外径は 18. 4 mmであった。バルブは、外径 60mmのものを用い、クリプトンガス 200Paと水銀を封入した。凹部の内径は 19. 3mmであった。

[0074] また、図 9 (第 2)の構造の無電極放電ランプ (実験例）を試作した。卷回部 20の卷数は、比較例と同じく 70ターン二層巻き、捨て卷線 12は、巻き始めに 1. 5ターン、卷き終わりにも 1. 5ターンを配した。磁心 3の外径は 12. 2mm、絶縁被覆 11の厚さは 0 . 08mmとし、卷線 4の絶縁被覆も含めた直径は 0. 7mmとした。また、端子 8Aを駆動回路 12の低圧出力端子 42Bに接続し、段差 tは 0. 3mmとした。その結果、誘導コィル 5の最大外径は 15. 6mmであった。バルブ 1は、凹部 2の内径を 16. 3mmとした点を除き、比較例と同じ設計とした。前述のように比較例では凹部の内径は 19. 3mmであるので、実験例のバルブ 1の凹部 2の内径は比較例よりも 3. Ommだけ細い。なお、比較例及び実験例のいずれについても、駆動回路 12の駆動周波数は約 500kHzとした。

[0075] 比較例及び実験例のランプ評価した結果、放電プラズマを維持するために必要な最低電力は、比較例が 7W、実験例が 6Wであった。この最低電力の 1Wの差は、主に放電プラズマ中の電子の拡散による損失減少分である。すなわち、凹部 2をわず力 3mm細くするだけで、放電の発生及び維持しやすさに極めて大きな差が発生することが判った。以上のように、本願発明によれば、磁心 3に卷線 4を直接巻きながら、絶縁性能を確保することによって、誘導コイル 5を細くし、凹部 2を細くすると、放電プラズマが発生しやすくなり、発光効率を向上できる。

[0076] 図 13は本発明の変形例を示す。この変形例では、卷線を屈曲させる屈曲部の一例として、固定部材 7の延在部 7bから保持部 7hにかけて卷線 4を収容するための溝構造 60が形成されている。この溝構造 60は卷線 4の直線部 18A (図 2参照）を収容するための磁心 3の軸線 L方向に延びる第 1の直線部 60a、延在部 7bと保持部 7hの境界において軸線 Lに沿う方向から軸線 Lと交差する方向に曲がった屈曲部 60b、並びに屈曲部 60bから保持部 7hの先端まで延びる第 2の直線部 60cを備える。屈曲部 60bが第 1及び第 2実施形態における引掛突起 7dと同様の機能を有し、この屈曲部 60bで卷線 4が折れ曲がつている。

産業上の利用可能性

[0077] 本発明は駆動周波数が比較的低い無電極放電ランプ、及びそのような無電極放電ランプを用いた照明器具の分野等で好適に利用される。

Claims

請求の範囲

[1] 内部に放電ガスが封入され、かつ凹部を有するバルブと、

前記凹部内に配置された磁心と、

前記磁心に電気絶縁性の被膜を有する卷線を卷回してなる、前記凹部内に配置された誘導コイルと、

前記磁心が固定された固定部材と

を備え、

前記固定部材は、前記磁心の軸線方向に延在する延在部と、当該延在部よりも前記磁心に近接して位置し、前記磁心を保持する保持部と、前記保持部と前記磁心との境界力前記延在部の方に前記卷線の直径の 1倍以上 2倍以下の距離を隔てて位置する、前記卷線を屈曲するための屈曲部とを有し、かつ

前記誘導コイルの前記卷線は、前記被覆を介して前記磁心に卷回した卷回部と、前記延在部に沿って前記磁心へ向力つて延びる直線部とを有する、無電極放電ランプ。

[2] 前記屈曲部は、引掛部又は溝構造である、請求項 1に記載の無電極放電ランプ。

[3] 前記誘導コイルの前記卷線が、前記引掛部又は溝構造で折れ曲がり部を有する、請求項 2に記載の無電極放電ランプ。

[4] 駆動周波数が 50kHz以上 1MHz以下であり、前記誘導コイルに高周波電力を供給する駆動回路をさらに備える請求項 1から請求項 3のいずれか 1項に記載の無電極放電ランプ。

[5] 前記磁心が、 Mn— Znフェライトである、請求項 4に記載の無電極放電ランプ。

[6] 前記卷線の前記卷回部の層数が偶数である、請求項 4又は請求項 5に記載の無電極放電ランプ。

[7] 前記駆動回路が、第 1の出力を有する第 1の出力端子と前記第 1の出力よりも低い第 2の出力を有する第 2の出力端子とを備え、

前記卷線の前記卷回部が、巻き始め側の端部において、前記駆動回路の前記第 2 の出力端子に接続されている、請求項 4又は請求項 5に記載の無電極放電ランプ。

[8] 前記保持部の外形と前記磁心の外形との段差が、前記卷線の直径の 30%以上 11 0%以下である、請求項 7に記載の無電極放電ランプ。

[9] 前記駆動回路が、第 1の出力を有する第 1の出力端子と前記第 1の出力よりも低い第 2の出力を有する第 2の出力端子とを備え、

前記卷線の前記卷回部が、巻き始め側の端部において、前記駆動回路の前記第 1 の出力端子に接続されている、請求項 4又は請求項 5に記載の無電極放電ランプ。

[10] 前記保持部の外形と前記磁心の外形との段差が、前記被覆を有した卷線の直径の 10%以上 30%以下である、請求項 9に記載の無電極放電ランプ。

[11] 前記卷線が、前記直線部よりも前記駆動回路側にダミー巻き部をさらに有する、請求項 4又は請求項 5に記載の無電極放電ランプ。

[12] 前記固定部材の延在部は、前記ダミー巻き部を屈曲させる第 2の屈曲部を備える、請求項 11に記載の無電極放電ランプ。