JP4183748B2 - 無電極の低圧放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、空洞を有し、気密に封止された放電管であって、放電スペースを包囲し且つ電離可能な封入物を有する当該放電管を具え、前記空洞内に、電気伝導体の巻き線を有するコイルと、軟磁性材料でできた単数又は複数の細長いコア及び熱伝導体の組立体とを収納し、前記コアを、前記熱伝導体の単数又は複数の空所中に、組立体の長手方向軸線に沿って配置し、前記空所を組立体の外表面に露出した無電極の低圧放電ランプに関するものである。
金属の鞘内にある軟磁性材料でできた環状のコアを有する無電極の低圧放電ランプは、米国特許明細書第３９８７３３５号により知られている。この鞘は、コアの内周に沿って互いに重なり合うエッジを有するが、これらのエッジを、互いに電気的に絶縁し且つ放電管を気密封止するようにガラスで互いに固着する。鞘を有するコアを放電スペースに一部収納し、このスペースの外側に一部延在させる。鞘により吸収された熱を除去する金属片を鞘に固着する。このようなランプは、製造し難い。一方では単一の金属片から環状のコアの回りに鞘を形成するのは困難である。他方ではコアの内周に沿う互いに重なり合うエッジの存在により、気密封止を形成することが困難となる。
明細書前文で記載した種類のランプは、ランプを作動させるコイルと、それに付随する組立体とを放電スペースの完全に外側に位置させるときは、組立てが著しく容易となる。このようなランプは、米国特許明細書第４５３６６７５号により知られている。既知のランプにおいて、放電管は水銀とアルゴンとの封入物を有し、放電管の内表面に発光層が設けられている。放電管の空洞内に配置されたコイルにより、軟磁性材料の４個のロッドタイプのコアを有する銅熱伝導体の組立体の外表面を包囲する。熱伝導体の４個のリブにより拘束され、組立体の外表面に露出している空所内にコアが配置されている。熱伝導体は、軟磁性材料のコアが著しく高い温度となるのを抑制するためのものである。この理由は、軟磁性材料の透磁率が著しい高温においては急激に落ち込むからである。このことは、ランプの発光効率には不利である。ランプは、この際消えることさえある。既知のランプは、比較的低い値である１５Ｗの電力で動作させるのが好適である。米国特許明細書第３９８７３３５号に示されているように環状型ではないコアの場合には、熱伝導体に生じる渦電流コアのために外側の熱伝導体の効果は小さいことがこの特許文献に記載されている。
米国特許明細書第５００６７５２号には、密実な熱伝導体の代わりに組立体のコアに収納されたヒートパイプを用いた無電極の低圧放電ランプが開示されている。ヒートパイプは、蒸発可能な媒体を通して熱交換が生じる封止管である。この媒体が、コアの内側の端部で蒸発の際に熱を吸収する。ヒートパイプの反対側の端部で液化する際に、この媒体は吸収熱を放散し、ヒートパイプ内の毛細管チャネルを通ってコア内に位置する端部に向かって戻る。この構造により、より高電力でランプを動作させることを可能にする。この特許文献により知られたランプは約９０Ｗの電力で動作する。しかしながら比較的高価なヒートパイプを構成部材とすることは不利である。
本発明の目的は、より高電力での動作に好適であり且つヒートパイプの使用が不必要な明細書前文で記載した種類のランプを提供することである。
本発明は、この目的を達成するために、明細書前文に記載した種類のランプにおいて、長手方向軸線に垂直な断面において、熱伝導体が組立体の外周の少なくとも半分を占めることを特徴とする。もし熱伝導体が組立体の外周に占める割合が半分よりも小さい場合には、熱交換は不十分となる。その理由は熱伝導体と放電管の空洞との間の熱接触がこれら部材の間で効果的な熱交換を行なわせるには不十分であるからである。本発明の実施例においては、組立体の外周における熱伝導体の占める割合は、例えば６０％から９５％の範囲内にある。
本発明によるランプにおいては、軟磁性体でできた単数又は複数のコアは細長く、熱伝導体は前記単数又は複数のコアの外側に半径方向に見て相当程度に延在する。発明者は、熱伝導体に形成された空所を外周面に露出させる場合には、渦電流損による熱伝導体の発熱が十分小さく、ランプを効率良く動作させることができるとともに熱伝導体の機能も満足すべきものであることを確かめた。本発明によるランプは、例えば１００乃至２００Ｗの比較的高いランプ電力で作動させるのに特に好適である。
空洞から熱伝導体への熱交換が軟磁性材料の単数又複数のコアを通して多く起こる米国特許明細書第４５３６６７５号及び米国特許明細書第５００６７５２号から知られるランプに対比して、本発明によるランプでは軟磁性材料でできた前記単数または複数のコアは熱交換に関しては殆どその役割を果たさない。更に発明者は、コアそのものの発熱は放電管の発熱と比較して取るに足らないものであることを確かめた。それ故に軟磁性材料のコアを熱伝導体の空所に大きな許容公差を以って収納できる。このことは、コア及び熱伝導体の製造並びにそれらの組み立てに好適である。
本発明によるランプの好適な実施例においては、熱伝導体と、軟磁性材料でできた単数又は複数のコアとからなる組立体の長手方向軸線に垂直な断面で見たとき、熱伝導体の面積を、組立体の全面積の少なくとも１／４、例えば１／３から２／３までとする。これにより、設計において、特に熱伝導体用の材料の選択に関して大きな自由度が得られる。
熱伝導体用の好適な材料は、例えば銅又はアルミニウムである。黄銅例えばＣｕＺｎ₁₅も好適である。銅は、高い熱伝導率を有する利点がある。アルミニウムは、軽量且つ安価で更に機械加工が容易である。熱伝導体用の材料には、機械加工の質を高めるために添加物、例えば珪素を加えることができる。
コイル巻き線は、熱伝導体により取り巻かれる軟磁性材料でできたコアと共に熱伝導体の空所に収容することもできる。これにより巻き線が空洞から熱伝導体への熱交換に悪影響を及ぼすことがないという利点を有する。ランプを点灯するために補助電極のような付加手段を設けることが必要な場合もある。組立てが容易な実施例では、巻き線により、熱伝導体と、軟磁性材料でできた複数又は１個のコアとから成る組立体を完全に包囲している。
軟磁性材料でできた複数のコアを熱伝導体の単一の空所に収容できる。この空所は、例えば、各々のコアに隣接する位置で組立体の外表面に露出させるか或いはまた、コアのジョイント開口に露出させることが可能である。
熱伝導体は、軟磁性材料のコアを越えて延在する部分を有することができる。この部分を例えば、ヒートシンクに熱交換するのをより容易にするフランジ内で終端させることができる。その場合、軟磁性材料でできたコアを有する組立体を形成する熱伝導体の第１部分と、この第１部分を越えて延在する第２部分と、フランジとを互いに別個の構成部材とすることができる。第１部分は、例えば押出処理で製造し、その全長に亘って一定の断面を有するようにして、その一方で第２部分及びフランジを、例えばダイカスト処理で製造する。しかしながら好適には、これら部分及びフランジを一体のものとする。これにより、熱交換が有利なものとなり、ランプの組立てを容易にする。
本発明による無電極の低圧放電ランプの有利な実施例では、組立体に、その長手方向軸線を囲むように、熱伝導体内に配置された軟磁性材料の少なくとも２個のコアを設ける。この実施例のランプは、比較的高い発光効率を有する。更にこの構造により、ランプにより生じる電磁妨害は抑制される。
本発明による魅力的な実施例においては、熱伝導体は、長手方向軸線の両側に、横方向に除去した形状の空所を有する。この形状を有する熱伝導体は、ダイカスト処理で簡単に製造できる。
本発明によるランプに排気管を設けることができる。本発明による好適な実施例では、放電管の空洞に、組立体内で中央に延在する排気管を設けることができる。このように構成すると、空洞を取り囲む放電管の部分に排気管を固着する実施例に比べて排気管を破損から保護することができる。
本発明による無電極の低圧放電ランプの有利な実施例において、空洞に紫外線反射層を設けることを特徴とする。この層により、空洞或いはそこに配置した構成部材によって紫外線放射が吸収されることを阻止し、従って空洞或いはこれら構成部材の熱負荷は更に抑制される。発光層は紫外線反射層上に設けることができる。
本発明のこれら又は他の特徴を図面を参照してより詳細に説明する。
図１に示す無電極の低圧放電ランプに、気密に封止した放電管１０を設け、この放電管１０は、空洞１１及び放電スペースを有しており、電離可能な封入物が充填されている。この放電管１０を合成樹脂から成るホルダ１５に接着剤１８で固着し、前記ホルダ内の台座１９上に休止し得るようにする。ここでランプは、定格動作の際に放電管内でおおよそ０．５Ｐａの水銀蒸気圧を維持するようにビスマスとインジウムとの合金を含む水銀から成るアマルガム１６を含み、更に放電管１０は、３３Ｐａの充填圧を有するネオンとアルゴンとから成る封入物（体積比で９０／１０％）を有する。この放電管１０の内表面には発光層１７を設ける。電気伝導体の巻き線２１を有するコイル２０を空洞１１中に収納する。実施例に示すように、巻き線２１は、合成樹脂のコイルフォーマ２３の回りに８０ｍｍの長さに亘って一様に分布する２１個の巻回２２を有する。これに対して好適な合成樹脂は、例えば、ポリフェニレンサルファイドか或いはポリエーテルエーテルケトンである。コイルフォーマの合成樹脂をガラスファイバにより補強することができる。コイル２０は、銅の熱伝導体３１及び軟磁性材料の単数または複数のコア３２（本実施例では１つの円筒状コア）から成る組立体３０を取り巻く（図２の断面で示す）。この円筒形コア３２はここでは透磁率が１５０であるＮｉＺｎ−フェライトからなる。
直径２２ｍｍ、長さ８０ｍｍである円筒形コア３２を、円筒形の熱伝導体３１の空所３４内に、組立体３０の長手方向軸線３３に沿って配置する。熱伝導体３１は、直径２８ｍｍである。熱伝導体の空所３４は、組立体３０の外表面３６に亘って一様に分布する１ｍｍ幅の８個のスリット３５ａ乃至３５ｈを介して組立体３０の外表面３６に露出している。スリット３５ｂ乃至３５ｄを図１の破線で示す。熱伝導体３１は、その端部３１ａにより軟磁性の円筒形コア３２を越えて合成樹脂ホルダ１５の端１５ａまで延在しており、ここで端部３１ａには、熱伝導体３２をヒートシンク（図示せず）に固着するためのネジ穴３７ａ、３７ｂを有するフランジ３１ｂが設けられている。円筒形コア３２は、９ｍｍ径の空洞３８を有する。このコアの延長線方向において、熱伝導体３１には等しい半径の空洞３９を形成する。
組立体３０は、長手方向軸線３３に垂直な断面II−IIにおいて８８ｍｍの外周（図２参照）を有する。熱伝導体３１が占める外周の長さは８０ｍｍであり、外周の半分以上、ここでは外周の９１％である。熱伝導体３１、軟磁性材料からなるコア３２は、断面II−IIに関して各々２１２ｍｍ²及び３１７ｍｍ²の面積を有する。従ってこの熱伝導体３１の面積は、熱伝導体３１と軟磁性材料の単数或いは複数のコア３２とから成る組立体３０の全面積の少なくとも１／４、ここでは４０％である。
図１及び２に示す本発明によるランプの実施例において、放電管１０の空洞１１に排気管１２を設けるが、この排気管は、組立体３０内の中央で軟磁性材料のコア３２の空洞３８を通って熱伝導体３１の端部３１ａの空洞３９内へ突出している。
図示した実施例の変形例では、空洞１１の発光層１７の下側に或いは発光層の代わりに紫外線反射層を設ける。
図３乃至図５による以下に説明するランプでは、使用する組立体のみが図１又は図２のランプとは異なる。
本発明によるランプの第２の実施例の組立体を図３の断面図で示した。ここで使用する構成部材の内、図２の構成部材に相当するものには、図２の各構成部材の参照番号に１００を加えて示した。図示した組立体１３０に２８ｍｍの直径を有する円筒形熱伝導体１３１を設ける。９ｍｍの直径を有する軟磁性材料の少なくとも２個、この場合には４個の円筒形コア１３２a乃至１３２ｄを、長手方向軸線１３３を囲むように熱伝導体１３１の空所１３４の周辺コンパートメント１３４ａ乃至１３４ｄ内に配置する。熱伝導体１３１内の空所１３４は、更に放電管の空洞に連結された排気管を収納するための中央コンパートメント１３４ｍを有する。周辺コンパートメント１３４ａ乃至１３４ｄは各々熱伝導体１３１の外表面１３６に露出しており、あわせて、図示した断面の組立体１３０の外周の２０％を占める。これは熱伝導体１３１が、組立体の外周の半分より多くを占めることを意味する。図示する断面図において、熱伝導体１３１の面積は、熱伝導体１３１と、軟磁性材料でできた４個のコア１３２ａ乃至１３２ｄとから成る全面積の１／４よりも大きく、ここでは全面積の４８％である。
図４において、図２の構成部材に相当するものには、図２の各構成部材の参照番号に２００を加えて示した。ここで図示した組立体２３０の熱伝導体２３１は、長手方向軸線２３３の両側に、横方向に切除した形状の空所２３４ａ及び２３４ｂを有する。これら空所２３４ａ及び２３４ｂ中に配置された軟磁性材料のコア２３２ａ及び２３２ｂの断面はほぼ方形である。熱伝導体２３１は、図示する断面図において、組立体２３０の外周の半分よりも多く、ここでは６８％を占める。熱伝導体２３１は、全面積の６０％であり、１／４よりも多くを占める。
図５は、比較のための本発明によらないランプの組立体の断面を示したものである。ここで図２の構成部材に対応する構成部材には、図２の各構成部材の参照番号に３００を加えて示した。組立体３３０は、９ｍｍの内径と１９．８ｍｍの外径とを有する熱伝導体３３１を有し、この熱伝導体３３１は、２０ｍｍの内径と２８ｍｍの外径とを有する軟磁性材料でできた管状のコア３３２により包囲されている。熱伝導体３３１は、長手方向軸線３３３に垂直な断面での面積の４５％を占める。しかしながら熱伝導体３３１は、組立体３３０の外周面３３６の一部を形成していない。
次の記載において、図２、図３及び図５のランプをそれぞれ実施例１、実施例２および比較例として示す。
発明者は、空洞の壁部の温度Ｔ１及びこの位置と対向するコイル巻き線の温度Ｔ２が点灯中に高温となることを実験により確かめた。ランプの寿命を長くするためには、Ｔ１及びＴ２を各々３００℃及び２６０℃よりも低くすることが必要である。次の値は、１８０Ｗの電力でランプを定常的に動作させたときの「実施例１」、「実施例２」及び「比較例」のランプの温度Ｔ１及びＴ２を測定値である。

コイル巻き線の温度Ｔ２は、本発明によるランプでは２６０℃の要件をかなり下回っている。しかしながら、本発明によらない「比較例」のランプではこの限界を上回っている。更に、「比較例」のランプでは、空洞壁の温度Ｔ１については、３００℃の上限にかなり近いものとなった。
「実施例１」、「実施例２」及び「比較例」のランプの発光効率は、それぞれ７３．９、７５．９及び７７．１ルーメン／Ｗであった。従って「実施例１」及び「実施例２」のランプの発光効率は、「比較例」のランプの発光効率よりも低く、各々４．２％及び１．５％よりも大きくはなかった。これによりランプの全電力消費のうち渦電流損失の占める比率は十分に低く、ランプを効率良く動作できることがわかった。図３（「実施例２」）及び図４により生じる磁気妨害レベルは、図２（「実施例１」）及び図５（「比較例」）のランプによって生じるレベルよりも約０．５ｄＢだけ低いことが分かった。
他の実験では、軟磁性材料と内側の熱伝導体との間の小さなクリアランスにより、本発明によらない「比較例」のランプの負荷容量を著しく低減することが分かった。しかし、本発明によるランプにおいて熱伝導体と軟磁性材料との間のクリアランスは、ランプの負荷容量に殆ど影響を及ぼさないことが分かった。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるランプを部分的には断面図で部分的には正面図で示したものである。
図２は、図１の線II−IIで切ったランプの組立体の断面図である。
図３は、第２実施例の組立体の断面図である。
図４は、第３実施例の組立体の断面図である。
図５は、本発明によらないランプの組立体の断面図である。

Claims (5)

1. 放電管（１０）を備えた無電極低圧放電ランプであって、
   前記放電管は、気密に封止され、キャビティ（１１）を有し、放電スペースを包囲し、電離可能な封入物を有し、
   前記キャビティ（１１）内に、電気伝導体の巻線（２１）を有するコイル（２０）と、軟磁性材料の一又は複数の細長いコア（３２）および熱伝導体（３１）を有する組立体（３０）とが収納され、
   前記コア（３２）が、組立体（３０）の長手方向軸線に沿って配置され、かつ前記熱伝導体（３１）内に配置されている無電極の低圧放電ランプにおいて、
   前記熱伝導体（３１）が、銅、アルミニウムまたは黄銅のような材料から構成され、かつ前記組立体（３０）の長手方向軸線（３３）に直交する横断面（II−II）において前記組立体（３０）の外周の少なくとも半分を占め前記熱伝導体（３１）が、全長にわたる横断面において、前記熱伝導体（３１）と軟磁性材料の一または複数のコア（３２）とからなる組立体（３０）の全表面積の少なくとも１／４である、
   ことを特徴とする無電極低圧放電ランプ。
2. 前記組立体（１３０）が、少なくとも２つの軟磁性材料のコア（１３２ａ…ｄ）を備え、該コアが前記熱伝導体（１３１）内で前記組立体（１３０）の長手方向軸線（１３３）を囲むように配置されている、
   請求の範囲第１に記載の無電極低圧放電ランプ。
3. 前記熱伝導体（２３１）が、長手方向軸線（２３３）の両側に、長手方向軸線に直交する方向に外方に向かって切り開かれた凹部（２３４ａ、２３４ｂ）を有している、
   請求の範囲第２項に記載の無電極低圧放電ランプ。
4. 前記放電管のキャビティ（１１）に、組立体（３０）の中心に沿って延びる排気管（１２）が設けられている、
   請求の範囲請求項第１ないし３のいずれか１項に記載の無電極低圧放電ランプ。
5. 前記放電管のキャビティ（１１）に、ＵＶ反射層が設けられている、
   請求の範囲第１ないし４項のいずれか１項に記載の無電極低圧放電ランプ。

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