JP4715538B2 - 無電極放電灯装置及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、バルブに封入された放電ガスを電磁誘導により励起発光させる無電極放電灯装置及び照明器具に関するものである。

従来、蛍光灯または紫外線殺菌などの無電極ランプとして、特許文献１（特開平１１−１９１３９８号公報）には、透光性材料の管体であって放電ガスが封入されたループ形状のバルブと、前記バルブの一部を包囲する磁性体からなるコアと、前記コアの少なくとも一部を巻回した誘導コイルと、前記コイルに高周波電流を流して電磁誘導により放電ガスを励起発光させる高周波電源とを備えた無電極放電灯装置が開示されている。この無電極放電灯装置は、長尺で、発光効率、始動性が良好なものであるが、排気管の位置に関して製造性の観点から問題があった。
特開平１１−１９１３９８号公報

上記ループバルブが特に長尺（例えば６００ｍｍの長さなど）の場合、バルブの長手方向両端部のみにプラズマを発生させるための誘導コイルが取り付けられているため、バルブ内でのコイルから遠い箇所（例えば長手方向中央付近）では電界強度が小さいため、プラズマが存在しにくくなる。そのため、バルブ内全体で電流パスを形成するには、高電力を印加しなければならない。したがって、低電力で電流パスを発生させ、高効率発光を得るためには、例えば長手方向中央付近にさらにコイルが必要となり、多数のコアを使用しなければならない。

一方、コアを多数使用すると、バルブからバルブ外に放射される発光効率は向上するものの、不透明であるコア自身により光のケラレが増加してしまう。その結果、発光効率を上昇させるために使用したコア自身が結果として実際の発光効率を下げてしまうという不都合が生じる。さらには、その光のケラレが配光に悪影響を及ぼすと考えられる。

さらにはコアが多数存在すると、コイルの配線やコアの取り付け構造などが複雑となり、製造性が複雑化する。
以上より、コアの個数はできるだけ少なくすることが望ましい。

また、ループバルブの長手方向両端部にコアを取り付けると、取り付け部分の発光管の直線部分が短いため、電界の漏れが発生する。つまり、プラズマにエネルギーを付与する割合が小さくなると考えられ、コアはできるだけ直線部分の長い部分に取り付けることが好ましいと考えられる。

なお、２つのガラスを接続してループ状のバルブを作るとき、接続部はガラス加工時にバーナーを用いて溶接するため高温になる。そのため、接続部周辺の蛍光体を一部剥ぎ取る必要がある。蛍光体剥ぎ取り部は発光効率の観点からその部分はロスになるが、コア取り付け部はコアによる光のケラレでいずれにせよロスになるため、その個所にコアを取り付けると発光ロスが最小限に抑えられる。

さらには、ループバルブの長手方向両端部付近ではプラズマの経路が９０度曲がっているため、プラズマの観点から、このことはエネルギーロスとなる。そのため、ループ状のプラズマの経路を作る場合、急激にプラズマの経路が変化することは避け、図１０に示すように、徐々に変化していく（変化率の小さい）ことが好ましい形状と考えられる。

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長尺で発光効率、始動特性、製造性の良好な無電極放電灯装置を提供することにある。

請求項１の無電極放電灯装置は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、透光性材料の管体であって放電ガスが封入されたループ形状のバルブ１と、前記バルブ１の一部を包囲する磁性体からなるコア２と、前記コア２の少なくとも一部を巻回した誘導コイル３と、前記コイル３に高周波電流を流して電磁誘導により放電ガスを励起発光させる高周波電源（点灯回路４）とを備え、バルブ１の長手方向の端部における曲げ部付近の中央に排気管９を有したことを特徴とする。

請求項２の無電極放電灯装置は、請求項１において、図１３〜図１８に示すように、バルブ接続部付近の対向する位置のバルブ径を小さくし、その個所にコア２を取り付けたことを特徴とする。

請求項３の無電極放電灯装置は、請求項１又は２において、図１０〜図１２に示すように、バルブ１の曲げ部の曲率を略一定にしたことを特徴とする。

請求項４の無電極放電灯装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、コア２をバルブ接続部に配置したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ループ形状のバルブの長手方向の端部における曲げ部付近の中央に排気管を有するので、ループ形状のバルブを有する無電極放電灯装置の製造性を改善することが可能となった。無電極放電灯装置の製造時には、バルブ内面の蛍光体の塗布直後にエアーを流すことによって蛍光体膜の乾燥を行うが、図３に示すように、双方に均等にエアーを流すことによって、短時間で同等の乾燥度を達成することができる。さらに、蛍光体の焼成時に発生する不純ガスを充分バルブ外部に排気されなければならないが、この排気管を使用して左右均等にエアーを流すことによって焼成を充分にし、また焼成時間の短縮効果も発生することになる。

請求項２の発明によれば、請求項１において、バルブ接続部付近の対向する位置のバルブ径を小さくし、その個所にコアを取り付けたので、コアとバルブの相対位置を固定する効果があり、さらにコアの小型化、ランプからコアへの輻射熱を小さくする効果がある。

請求項３の発明によれば、請求項１において、バルブの曲げ部の曲率を略一定にしたので、プラズマがループ形状を作るときのプラズマに対する抵抗を小さくし、エネルギーロスを小さくして発光効率を向上させる効果がある。さらには、蛍光体焼成時にエアーを流すとき、エアーがよどみなく流れてさらに充分に不純物を除去できる効果が期待できる。

請求項４の発明によれば、請求項１において、コアの位置をバルブ接続部に配置したので、バルブ接続部の蛍光体が剥がれていてもコアによる光のケラレが生じる箇所であるから、発光ロスが最小限に抑えられる効果がある。

（実施の形態１）
本実施形態における無電極放電灯装置は、図１に示すように透光性材料の管体であって放電ガスが封入されたループ形状のバルブ１と、前記バルブ１の一部を包囲する磁性体からなるコア２と、前記コア２の少なくとも一部を巻回した誘導コイル３と、前記コイル３に高周波電流を流して電磁誘導により放電ガスを励起発光させる高周波電源（点灯回路４）とを備え、バルブ１の長手方向の端部における曲げ部付近（折り返し部）の中央に排気管９を有したことを特徴とする。

長尺なループ形状のバルブ１は透光性材料によって形成され、長さが約５５０ｍｍでφ３５ｍｍで内面に蛍光体が塗布されている。ここでは、図２に示すように、コの字型バルブ１ａ，１ａを破線部で接続して、ループ形状のバルブ１を形成している。

バルブ１内にはアルゴン、水銀が封入されている。さらに、上記φ３５ｍｍのバルブ長手方向の端部における曲げ部付近の中央にφ６ｍｍの排気管９を有する。その排気管９を用いて蛍光体の焼成、排気を行い、不純ガスをバルブ外に排出しやすい構造とする。

無電極放電灯装置の製造時には、バルブ内面の蛍光体の塗布直後にエアーを流すことによって蛍光体膜の乾燥を行うが、図３に示すように、双方に均等にエアーを流すことによって、短時間で同等の乾燥度を達成することができる。さらに、蛍光体の焼成時に発生する不純ガスを充分バルブ外部に排気されなければならないが、この排気管を使用して左右均等にエアーを流すことによって焼成を充分にし、また焼成時間の短縮効果も発生することになる。図３において、灰色で示した部分は蛍光体が塗布された部分である。

また、ループ状バルブ１を包囲するコア２を設け、そのコア２に誘導コイル３が巻回されている。コア２は排気管９以外のところに配置する。図１では、コア２はバルブ１の接続部である長手方向の略中央部に配置されている。この位置に配置すると、バルブ内に形成される放電経路を同程度の長さに２分割できる。このように、バルブの長手方向の中央付近の対向する箇所に一対のコア２を配置することによって発光効率、始動特性の良好な長尺の無電極ランプとすることができる。

コア２は、例えば図４に示すように、断面が日の字状に形成されている。すなわち、矩形状の外枠部の内側の領域を外枠部の長手方向の中央部で中足部により２分し、中足部と外枠部との間にそれぞれ貫通穴を備えた構造を有している。バルブ１の各直線状管部は各貫通穴にそれぞれ貫装される。外枠部は両直線状管部に跨る形でバルブ１を囲んでおり、中足部は両直線状管部の間に位置する。このようなコア２は、Ｉ型のコア２ａとＥ型のコア２ｂを組み合わせた周知のＥＩ型コアによって実現できる。なお、コア２の厚さを一定とすれば、中足部の幅は外枠部の幅の２倍程度とすることが磁気飽和防止の観点から望ましい。

コア２の長手方向の中央部の中足部にコイル３が巻装され、コイル３には点灯回路４が接続されている。点灯回路４は高周波電源を内蔵し、コイル３に高周波電力を供給する。点灯回路４の出力の大きさ及び位相、コイル３の巻き数および巻き方向は、バルブ１内に放電が発生し、維持されるように設定される。

上記構成によれば、コア２の中足部の断面積を１２ｃｍ² としたとき、１２０Ｗの電力を投入すると、約８５ｌｍ／Ｗの効率が得られる。

また、図５に示すように、バルブ１の接続部を長手方向の略端部として、そこにコア２を配置しても同程度の効率が得られる。図５の例では、コの字型バルブ１ｂ，１ｃをコア２の部分で接続して、ループ形状のバルブ１を形成している。コの字型バルブ１ｂは、コの字型バルブ１ｃよりも直線部分が長く形成されている。

図４では、コア２の形状を日の字状としているが、図６に示すように、トロイダル状のコア２ｃを使用しても良く、図７に示すように、２本の直線状管部を包囲する形状を有するコア２ｄを使用した場合にも同様の効果が得られる。

また、コイル３の巻き位置はバルブ１に挟まれる中足部としているが、これに限らず、図８や図９に示すように、少なくともコア２の一部を巻回していれば、同様に高い効率が得られる。

（実施の形態２）
図１０は実施の形態２の要部構成を示している。上述の実施の形態１において、バルブ１の曲げ部の曲率を略一定にしたことを特徴とする。より具体的な構成を図１１に示す。この例では、コア２はバルブ１の接続部である長手方向の略中央部に配置されている。バルブ１は、Ｕの字型バルブ１ｄ，１ｄをコア２の部分で接続してループ形状としている。この場合、実施の形態１よりも効率が少し改善され、約８７ｌｍ／Ｗの効率が得られる。

また、図１２に示すように、バルブ１の接続部を長手方向の略端部として、そこにコア２を配置しても同程度の効率が得られる。図１２の例では、Ｕの字型バルブ１ｅ，１ｆをコア２の部分で接続して、ループ形状のバルブ１を形成している。Ｕの字型バルブ１ｅは、Ｕの字型バルブ１ｆよりも直線部分が長く形成されている。

（実施の形態３）
図１３は実施の形態３の構成を示している。これは実施の形態１において、バルブ１の接続部付近の対向する位置のバルブ径をφ２５ｍｍに小さくし、その個所にコア２を取り付けたことを特徴とする。図１４にバルブ１の形状を示す。ここでは、接続部付近６が細くなったコの字型バルブ１ｇ，１ｇを破線部で接続して、ループ形状のバルブ１を形成している。このように、バルブ１の接続部付近６のバルブ径を小さくすることで、２個のバルブ１ｇ，１ｇを接続することが容易になる。また、コアロスを小さくできるため、実施の形態１と同様に効率が良くなる。

さらに、図１５に示すように、バルブ１の接続部を長手方向の略端部として、そこにコア２を配置しても同程度の効率が得られる。図１５の例では、接続部付近が細くなったコの字型バルブ１ｈ，１ｉをコア２の部分で接続して、ループ形状のバルブ１を形成している。コの字型バルブ１ｈは、コの字型バルブ１ｉよりも直線部分が長く形成されている。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態２と３を組み合わせて実施するものである。図１６は、上述の図１３において、バルブ１の曲げ部の曲率を略一定にしたことを特徴とする。図１７にバルブ１の形状を示す。ここでは、接続部付近６が細くなったＵの字型バルブ１ｊ，１ｊを破線部で接続して、ループ形状のバルブ１を形成している。

また、図１８に示すように、バルブ１の接続部を長手方向の略端部として、そこにコア２を配置しても同程度の効率が得られる。図１８は、図１５において、バルブ１の曲げ部の曲率を略一定にしたものであり、接続部付近が細くなったＵの字型バルブ１ｋ，１ｌをコア２の部分で接続して、ループ形状のバルブ１を形成している。Ｕの字型バルブ１ｋは、Ｕの字型バルブ１ｌよりも直線部分が長く形成されている。

なお、上述の各実施の形態の無電極放電灯装置を、各種の照明器具に搭載することで、効率の良い照明器具を実現することができる。

本発明の実施の形態１の構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に用いるバルブの正面図である。 本発明の実施の形態１の原理説明図である。 本発明の実施の形態１に用いるコアの一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の一変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に用いるコアの他の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に用いるコアのさらに他の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるコイルの他の巻き方を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるコイルのさらに他の巻き方を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に用いるバルブの基本構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態２の構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態２の一変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態３の構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態３に用いるバルブの正面図である。 本発明の実施の形態３の一変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態４の構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態４に用いるバルブの正面図である。 本発明の実施の形態４の一変形例を示す正面図である。

符号の説明

１ バルブ
２ コア
３ コイル
４ 点灯回路（高周波電源）
９ 排気管

Claims (5)

1. 透光性材料の管体であって放電ガスが封入されたループ形状のバルブと、前記バルブの一部を包囲する磁性体からなるコアと、前記コアの少なくとも一部を巻回した誘導コイルと、前記コイルに高周波電流を流して電磁誘導により放電ガスを励起発光させる高周波電源とを備え、バルブの長手方向の端部における曲げ部付近の中央に排気管を有したことを特徴とする無電極放電灯装置。
2. 請求項１において、バルブ接続部付近の対向する位置のバルブ径を小さくし、その個所にコアを取り付けたことを特徴とする無電極放電灯装置。
3. 請求項１又は２において、バルブの曲げ部の曲率を略一定にしたことを特徴とする無電極放電灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、コアをバルブ接続部に配置したことを特徴とする無電極放電灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の無電極放電灯装置を有する照明器具。

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