JP2009301800A - 無電極放電ランプ及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】暗所での始動補助性能を保つことができ、更には、始動補助部材の飛散を防止してランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブの黒化を抑えた無電極放電ランプ及び照明器具を提供する。
【解決手段】透光性材料から形成された気密容器内に放電ガスが封入されたバルブ１と、バルブ１近傍に配設されて高周波電流が通電されることで電磁界を発生し、バルブ１内に放電を発生させる誘導コイル９と、誘導コイル９によって発生する電磁界により、電子を放出する始動補助部材１０と、始動補助部材１０を保持する保持体１１とを備え、前記誘導コイル９が、始動補助部材１０近傍に配設されて始動期間中のみ通電される始動用コイル９Ａと、始動用コイル９Ａよりも始動補助部材１０から離れた位置に配設されて、少なくとも始動期間終了時までには通電される放電維持用コイル９Ｂとから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電ランプ及び照明器具に関するものである。

従来より用いられている無電極放電ランプＣとして図７、８（ａ）（ｂ）に示すように、透光性材料から扁平な球状に形成されたバルブ１と、バルブ１表面からバルブ１内に突出して形成されて環状断面を有するステム２とを備えるランプ部２１と、ステム２内に形成された中空部２ａに嵌装されるパワーカプラ部２２とから構成されるものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

バルブ１は、内部に放電ガスと水銀とが封入され、内壁に保護膜と蛍光体膜とが塗布されており、一端に開口部１ａが形成されている。

ステム２は、開口側にフランジ部２ｂが形成された有底円筒状の凹部２Ａと、凹部２Ａの底面略中央から開口部に向けて突出して形成される排気管２Ｂとから形成されている。

そして、バルブ１の開口部１ａとステム２のフランジ部２ｂとが溶融により結合され、密封される。この時、排気管２Ｂは密封されたバルブ１内から空気を排気すると共に、水銀や希ガスなどの放電ガスを充填するために用いられる。

排気管２Ｂ内の先端部にはガラスロッド３が配設され、さらに、排気管２Ｂの所定の位置に窪み部２ｃが形成されており、ガラスロッド３と窪み部２ｃとの間に金属カプセル４が配設されることで、金属カプセル４は排気管２Ｂ内に固定される。

金属カプセル４は、鉄―ニッケル合金から形成されて内部にＺｎ−Ｈｇが封入され、ランプ点灯時に水銀を放出することでバルブ１内の水銀蒸気圧を制御する。

また、凹部２Ａの開口側のバルブ１表面には、周方向に溝部１ｂが形成されており、溝部１ｂが口金６の内径に形成される突部６ａに嵌合されることで凹部２Ａの開口が口金６に覆設される。

次に、パワーカプラ部２２は、バルブ１の排気管２Ｂに挿通される円筒状の放熱シリンダ７と、放熱シリンダ７に挿通されて嵌装されるコア８と、コア８の外周を巻回する誘導コイル１９とを備える。

放熱シリンダ７は、銅等の良好な熱伝導率を有する金属から略円筒状に形成され、一端側の端部が拡径され、他端がコア８を挿通する。

コア８は、フェライト等の磁性材料により略円筒状に形成され、外周が誘導コイル１９に巻回される。

誘導コイル１９は、高周波電流が供給されることで、電磁誘導により周囲に高周波電磁界を発生させる。

そして、パワーカプラ部２２の外径は、ステム２の中空部２ａの内径よりも若干小さく形成されており、放熱シリンダ７の内径は排気管２Ｂの外形よりも若干大きくなるよう形成されている。従って、パワーカプラ部２２をステム２の中空部２ａへ嵌装させることができ、ランプ部２１とパワーカプラ部２２とを結合させることが出来る。

ここで、無電極放電ランプＣの放電を開始させるには、放電のきっかけとなる初期電子が必要であるが、無電極放電ランプＣは電極を有していないため一般的に用いられている電極を有する蛍光ランプのように、放電開始前にフィラメント電極に導通して予熱することで熱電子をバルブ１内に放出して初期電子とするということが行えない。そのため、無電極放電ランプＣでは、バルブ１内に偶然存在する初期電子によって放電を開始する。しかし、明所ではバルブ１に当たる周囲の光によってランプ内に初期電子が生成されるのに対して、暗所ではバルブ１内に初期電子を生成させる光が少ない、又は無いため初期電子が生成されにくく、ランプの始動に時間がかかるという問題があった。そのため、従来から無電極放電ランプＣでは、暗所での点灯開始時間の短縮のために始動補助部材１０が用いられている。

始動補助部材１０は、金網からなる保持体１１の表面に塗布され、保持体１１は支持体１２によってバルブ１内に支持固定される。

支持体１２は、バルブ１の排気管２Ｂの開口部に嵌装される螺旋状の被嵌装部１２ａと、被嵌装部１２ａの端部から凹部２Ａの底面に沿って延設される延設部１２ｂと、延設部１２ｂの先端から凹部２Ａの周壁に沿って形成されて先端に保持体１１が設けられる支持部１２ｃとから略コの字状に形成されている。ここで、嵌装部１２ａの外形は、排気管２Ｂの内径よりも若干小さく形成されて排気管２Ｂに嵌装されており、排気管２Ｂの開口近傍の内径部に形成された凸部２ｄによって抜け止めがなされている。

保持体１１は、支持体１２の支持部１２ｃの先端に溶接によって固定されている。

始動補助部材１０は、例えばＫｒ８５などの放射性物質や、セシウム、ナトリウムなどの仕事関数の小さいアルカリ金属、または前記アルカリ金属の酸化物が利用されるが、放射性物質は人体への危険性があるため利用を避けたいという要望があり、酸化セシウムや、セシウム化合物などが用いられている。（例えば特許文献２，３，４参照）。

そして、上記無電極放電ランプの始動時には、誘電コイル９に高周波電力を供給すると誘導コイル１９の周囲に高周波電磁界が発生し、高周波電磁界によって始動補助部材１０から１次電子が放出され、１次電子がバルブ１内の希ガスに衝突することでプラズマが発生し放電が開始される。そして、プラズマの発生により水銀原子が励起され、励起された水銀原子は基底状態に戻る際に紫外線を放射し、紫外線がバルブ１の内壁に塗布された蛍光体膜によって可視光に変換されてバルブ１外部に放出される。

この時、保持体１１が誘導コイル１９の近傍に配置され、表面に始動補助部材１０が塗布されていることから、放電開始後に誘導コイル１９によって発生した電磁界により加速されたイオンが、始動補助部材１０に衝突することで始動補助部材１０がスパッタされて、保持体１１の表面から飛散し、始動補助性能の低下や、スパッタされた始動補助部材１０によりバルブ１の黒化が発生するといった問題がある。

そのため、始動補助部材１０がスパッタされることを避けるために、誘導コイル１９から離れた位置に、開口を持つ容器を始動補助部材１０の保持体として設けたものがある（例えば特許文献３参照）。

また、始動補助部材１０がスパッタされることを防止する別の方法として、電界強度の低い位置に始動補助部材１０の保持体を設けたものもある（例えば特許文献４参照）。
特開２００４−７９４４４号公報 特開２００５−１２３１５７号公報 特開２００２−２６０５９４号公報 特開平７−２５４３９１号公報

しかしながら、上記特許文献３、４で示した無電極放電ランプでは、始動補助部材１０がスパッタされることを防止するために、始動補助部材１０を保持する保持体１１を、誘導コイル９から離れた位置、若しくは電界強度の低い位置に配置しているため、始動補助性能が十分に得られない恐れがある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、暗所での始動補助性能を保つことができ、更には、始動補助部材の飛散を防止してランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブの黒化を抑えた無電極放電ランプ及び照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、透光性材料から形成された気密容器内に放電ガスが封入されたバルブと、バルブ近傍に配設されて高周波電流が通電されることで電磁界を発生し、当該電磁界によってバルブ内に放電を発生させる誘導コイルと、誘導コイルによって発生する電磁界により、電子を放出する始動補助部材と、バルブ内において始動補助部材を保持する保持体と、前記始動補助部材がランプの点灯を開始させるための始動期間後に放電により飛散することを防止する飛散防止手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ランプの始動期間中には、始動補助部材は電磁界によって電子を放出するので、暗所での始動補助性能を保つことができ、始動期間後には、始動補助部材の飛散が防止されるため、ランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブの黒化を抑えた無電極放電ランプを提供することができる。

請求項２の発明は、前記誘導コイルは、始動用コイルと放電維持用誘導コイルとから構成され、前期飛散防止手段は、始動補助部材の近傍で始動期間中のみ通電される始動用コイルと、始動用コイルよりも始動補助部材から離れた位置に配設されて少なくとも始動期間以降には通電が開始される放電維持用誘導コイルとが設けられる手段で構成されること特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。

この発明によれば、始動補助部材が、始動期間中のみ通電される始動用コイル近傍に配設されることで暗所始動補助性能を保つことができ、更に始動期間後には始動用コイルへの通電は遮断されて始動補助部材から離れた放電維持用コイルが通電されて放電を維持するため、始動補助部材を保持する保持体の近傍にプラズマが発生せず、プラズマの密度の低い箇所に保持体が位置するため、始動補助部材の飛散を防止でき、ランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブの黒化を抑えた無電極放電ランプを提供することができる。

請求項３の発明は、前記飛散防止手段は、保持体を始動期間後に誘導コイル近傍から誘導コイルから離れた位置に移動させる手段で構成されること特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。

この発明によれば、始動期間中は、始動補助部材を保持する保持体が誘導コイルの近傍に位置するため、暗所始動補助性能を保つことができ、始動期間後には、保持体が誘導コイルから離れた位置に移動されてプラズマの密度が低い場所に位置するため、放電による始動補助部材の飛散を防止でき、ランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブの黒化を抑えた無電極放電ランプを提供することができる。

請求項４の発明は、照明器具が、請求項１乃至３いずれか記載の無電極放電ランプと、当該無電極放電ランプの誘導コイルに電力を供給して点灯させる点灯手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、照明器具が、暗所始動補助性能を保ち始動補助部材の飛散防止手段を有した無電極放電ランプを備えていることから、ランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びランプの黒化を抑えた照明器具を提供することができる。

以上説明したように、本発明では、暗所始動補助性能を保つことができ、更には、始動補助部材の飛散を防止してランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブの黒化を抑えた無電極放電ランプ及び照明器具を提供することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本発明の実施形態について図１、２を用いて説明を行う。但し、図７，８に示す従来技術と共通する構造については、共通の符号を付して説明を省略する。なお、以下図１における上下左右を基準として説明を行う。

本実施形態の無電極放電ランプＡと、図７に示す従来例の無電極放電ランプＣとで異なる点は、誘導コイル９が、始動用コイル９Ａと、放電維持用コイル９Ｂとの２つのコイルから構成されている点である。

始動用コイル９Ａは、凹部２Ａの周壁を介して保持体１１と略対向するコア８の上部に巻回し、放電維持用コイル９Ｂは、始動用コイル９Ａと上下方向において所定の間隔を空けて保持体１１から離れた始動用コイル９Ａの下方でコア８を巻回している。そして、始動用コイル９Ａと放電維持用コイル９Ｂとは、点灯回路１４Ａにそれぞれ接続される。

点灯回路１４Ａは、商用電源等の電源１５から電源供給され、電源電圧を所望の電圧、周波数に変換した後に、高周波電力を始動用コイル９Ａと、放電維持用コイル９Ｂとに個別に供給する。

まず、ランプの始動時から放電開始時までの始動期間中は、始動用コイル９Ａのみが通電され、始動用コイル９Ａによって発生する電磁界によって、始動用コイル９Ａの近傍に位置する保持体１１の表面に塗布された始動補助部材１０から１次電子が放出される。そして、始動補助部材１０から放出された１次電子が、バルブ１内で希ガスと衝突することで２次電子が放出されてプラズマが発生し放電が開始され、プラズマによって水銀原子が励起される。さらに、励起された水銀原子が基底状態に戻る際に紫外線を放射し、バルブ１の内面に塗布された蛍光体膜によって紫外線が可視光に変換されてバルブ１の外部に照射される。

そして、放電が始まると、始動用コイル９Ａのコイル間電圧が下がり、この電圧降下を点灯回路１４が検知して始動用コイル９Ａへの通電が遮断され、放電維持用コイル９Ｂへの通電が開始されて放電が維持される。

従って、始動期間中は、始動補助部材１０を保持する保持体１１近傍の始動用コイル９Ａが通電されるので、暗所での始動補助性能を保つことができ、放電開始後は、始動用コイル９Ａへの通電が遮断されて放電維持用コイル９Ｂへの通電によって放電を維持するため、保持体１１近傍には電磁界が発せず、始動補助部材１０の飛散を防止することができ、ランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブ１の黒化を抑えた無電極放電ランプＡを提供することができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態について図３，４、５を用いて説明を行う。但し、図７，８に示す従来技術と共通する構造については、共通の符号を付して説明を省略する。なお、以下図３における上下左右を基準として説明を行う。

本実施形態における照明器具が備える無電極放電ランプＢと、図７に示す従来例で示す無電極放電ランプＣとで異なる点は、支持体１３が放電開始後に変形し、始動補助部材１０を保持する保持体１１の位置が支持体１３によって移動する点である。

支持体１３は、バイメタルまたは、形状記憶合金等のような熱を加えることによって所定の形状に変形する材料から形成され、ランプ始動時から放電開始直後にバルブ１内の温度が上昇するまでの始動期間中は、従来例で用いた支持体１２と同様に、バルブ１の排気管２Ｂの開口部に嵌装される螺旋状に巻回された被嵌装部１３ａと、被嵌装部１３ａの端部から凹部２Ａの底面に沿って延設される延設部１３ｂと、延設部１３ｂの先端から凹部２Ａの周壁に沿って形成されて先端に保持体１１が設けられる支持部１３ｃとから略コの字状に形成されている。（図３参照）。また、誘導コイル１９は、点灯回路１４Ｂに接続される（図４参照）。

点灯回路１４Ｂは、商用電源等の電源１５から電源供給され、電源電圧を所望の電圧、周波数に変換した後に、高周波電力を誘導コイル１９へ供給する。

そして、誘導コイル１９が通電されると、発生する電磁界によって誘導コイル１９近傍に位置する保持体１１の表面に塗布された始動補助部材１０から１次電子が放出される。そして、始動補助部材１０から放出された１次電子が、バルブ１内で希ガスと衝突することで２次電子が放出されてプラズマが発生し放電が開始され、プラズマによって水銀原子が励起される。さらに、励起された水銀原子が基底状態に戻る際に紫外線を放射し、バルブ１の内面に塗布された蛍光体膜によって紫外線が可視光に変換されてバルブ１の外部に照射される。

さらに、放電が始まるとプラズマの熱によってランプ内の温度が上昇して支持体１３の温度も上昇し、支持部１３ｃが、延設部１３ｂとの接続部を中心として時計回りに略９０度回転し、支持部１３ｃと延設部１３ｂとが略一直線となる（図５参照）。当該変化に伴って支持体１３ｃの先端に設けられた保持体１１は、誘導コイル１９近傍から、誘導コイル１９から離れた位置へ移動する。

従って、始動補助部材１０が表面に塗布された保持体１１が、始動開始前には誘導コイル１９近傍に位置するため暗所始動補助性能を保つことができ、放電開始後には保持体１１が誘導コイル１９から離れた箇所に移動してプラズマの密度が低い箇所に位置するため、始動補助部材１０の飛散を防止することができ、ランプの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブ１の黒化を抑えた無電極放電ランプＢを提供することができる。

なお、支持体１３が形状記憶合金により形成されている場合には、支持体１３は、図示しないバイアスばね等からランプ始動前の形状（図３に示す初期状態）に戻るように力を受けるが、当該力は、支持体１３が熱によって変形する際に支持体１３に作用する力よりも小さくなるように設定されている。そのため、放電時にバルブ１内が高温になると、支持体１３は変形後の形状（図５参照）を保ち、消灯後に支持体１３の温度が下がると、前記バイアスばね等の弾性力によりランプ始動前の形状に戻される。また、支持体１３がバイメタルによって形成されている場合には、ランプ始動開始前の形状は図３に示す形状（初期状態）に設定されており、放電時にバルブ１内が高温になると、支持体１３は変形後の形状（図５参照）を保ち、消灯後に支持体１３の温度が下がると初期状態に戻る。

（実施形態３）
本発明の実施形態について図６を用いて説明を行う。但し、実施形態１と共通する構造については共通の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における照明器具２０は、椀型の反射笠１６と、反射笠１６の開口部を覆設する前面パネル１７と、無電極放電ランプＡと、点灯回路１４Ａとを備える（図６参照）。

まず、反射笠１６は、椀型に形成され、内面略中央に無電極放電ランプＡの口金６が装着される。

前面パネル１７は、透光性材料から略円盤状に形成されて、反射笠１６に覆設する。

点灯回路１４Ａは、図示しない商用電源等からコンセント１８を介して電源供給され、電源電圧を所望の電圧、周波数に変換した後に、高周波電力を無電極放電ランプＡへ出力する。

そして、上記の構成からなる本実施形態の照明器具２０は、実施形態１で示した無電極放電ランプＡを備えていることから、暗所始動補助性能を保つことができ、更には、始動補助部材の飛散を防止して無電極放電ランプＡの寿命末期まで始動補助性能の低下、及びバルブ１の黒化を抑えることができる。なお、本実施形態では、実施形態１の無電極放電ランプＡを用いているが、実施形態２の無電極放電ランプＢを用いた際にも同様の効果が得られる。

本発明の実施形態１における無電極放電ランプの要部の断面図である。 同上における無電極放電ランプの構成図を示す。 本発明の実施形態２における無電極放電ランプのランプ点灯前の要部の断面図である。 同上における無電極放電ランプの構成図を示す。 同上における無電極放電ランプのランプ点灯後の要部の断面図である。 本発明の実施形態３における照明器具の斜視図である。 従来例における無電極放電ランプの断面図を示す。 （ａ）、（ｂ）は、同上における断面図を示し、（ａ）はランプ部、（ｂ）はパワーカプラ部を示す。

符号の説明

１ バルブ
９ 誘導コイル
９Ａ 始動用コイル
９Ｂ 放電維持用コイル
１０ 始動補助部材
１１ 保持体

Claims (4)

1. 透光性材料から形成された気密容器内に放電ガスが封入されたバルブと、
   バルブ近傍に配設されて高周波電流が通電されることで電磁界を発生し、当該電磁界によってバルブ内に放電を発生させる誘導コイルと、
   誘導コイルによって発生する電磁界により、電子を放出する始動補助部材と、
   バルブ内において始動補助部材を保持して少なくとも始動期間内には誘導コイル近傍に位置する保持体と、
   前記始動補助部材がランプの点灯を開始させるための始動期間後に放電により飛散することを防止する飛散防止手段とを備えることを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 前記誘導コイルは、始動補助部材の近傍で始動期間中のみ通電される始動用コイルと、始動用コイルよりも始動補助部材から離れた位置に配設されて遅くとも始動期間終了時までには通電が開始される放電維持用コイルとで構成され、前記飛散防止手段は、当該始動用コイルと放電維持用コイルとで構成されることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
3. 前記飛散防止手段は、保持体を始動期間終了後に誘導コイルから離れた位置に移動させる手段で構成されることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
4. 請求項１乃至３いずれか記載の無電極放電ランプと、当該無電極放電ランプの誘導コイルに電力を供給して点灯させる点灯手段とを備えることを特徴とする照明器具。

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