JP2001006624A - 無電極蛍光ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無電極蛍光ランプの単位長さ当たりのランプ入
力電力を増大させ、かつ、管壁負荷の増加を抑え、均一
で効率が高く、長寿命な無電極蛍光ランプを提供する。 【解決手段】２重円筒形とした外側円筒部分を放電空間
とし、両端部に口金を設け、内側円筒部分に励起用誘導
コイルを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般照明用無電極蛍
光ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の照明用光源としての蛍光ランプ
は、通常、直管状もしくは曲管状であり、その両端部に
電極を有している。この電極間に商用周波数もしくは数
十ｋＨｚ程度の周波数の電圧を印加して放電を発生さ
せ、放電で発生する紫外線をガラス容器内面に塗布され
た蛍光体によって可視光に変換して外部に取り出す。電
極には電子放射物質が塗布されている。この電子放射物
質は、イオンによるスパッタリングや温度上昇による蒸
発により飛散減少する。電子放射物質が消耗し尽くすと
電子が電極から放出しにくくなり放電を維持できなくな
る。したがってこのような電極を有するランプの寿命は
電極に塗布された電子放射物質の消耗で決まっていた。

【０００３】近年、長寿命の無電極蛍光ランプが検討さ
れている。例えば、特開昭６３−３１０５５０号、特開
平１１−３６８６号などがある。無電極蛍光ランプは放
電気体を封入した放電容器に近接して配置した励起用誘
導コイルに数百ｋＨｚから数十ＭＨｚ程度の高周波電流
を流し、または放電容器に近接して配置した一対の対向
電極に高周波電圧を印加し、発生する高周波電磁界で放
電容器内の放電気体を放電、発光させるものである。こ
の無電極蛍光ランプは放電容器内に電極を持たないた
め、電子放射物質の消耗に関係なく、長寿命であること
が特徴である。

【０００４】また同時に、この無電極蛍光ランプは放電
容器内に電極を持たないため、電極に付随した電力損が
無く、効率向上が見込まれる。しかし、無電極蛍光ラン
プを高い管壁負荷（ランプの表面積当たりの入力電力）
で点灯することは、効率の低下を引き起こし、かつ蛍光
体の劣化を引き起こす。特に、内管内に径に比較して長
い励起用誘導コイルを設けた場合、放電が不均一になり
易く、放電が局部的に集中すると、その部分は高い管壁
負荷となり、明るさにむらが生じると共に、効率が低下
し易い。これは、コイルの周りに発生する高周波磁界に
よりコイルと同心のリング状の誘導電界が放電容器内に
発生し、放電用ガスを励起し、放電を維持する上で、様
々な要因により放電が乱されるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、無電
極蛍光ランプの単位長さ当たりのランプ入力電力を増大
させ、かつ管壁負荷の増加を抑え、均一で効率が高く、
長寿命な無電極蛍光ランプおよび無電極蛍光ランプ装置
を得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の蛍光ランプでは、２重円筒形とした外側円
筒部分を放電空間とし、内側円筒部分にフェライト上に
コイルを巻いた励起用誘導コイルを設けた。この２重円
筒の放電路に面した両面を蛍光体層とすることにより、
放電路で発生した紫外線を可視光に変換する蛍光体層の
表面積を広くすることができ、入力電力は大きくとも管
壁負荷を低めることができる。また同時に、放電路の中
心部と蛍光体層との距離を近づけることが可能となり、
放電路で発生した紫外線が有効に蛍光体層に吸収される
ことから、ランプの効率を落とすことなく単位長さ当た
りのランプ入力電力を増大させることができる。

【０００７】放電を乱す要因の一つに、コイルの軸方向
に発生する高周波電界が挙げられる。このとき、励起用
誘導コイルを放電空間を形成する内管の両端から引き出
すことは、コイルの軸方向に発生する高周波電界が放電
空間に均等に印加されることから、一様な放電を乱す要
因の一つを取り除くこととなる。

【０００８】また、上記励起用誘導コイルがその径に比
較して長い場合には、放電空間端部の誘導電界が弱まる
ことから、端部は暗くなりがちである。励起用誘導コイ
ルを巻いたフェライトを複数のランプで磁気的に結合し
た場合、励起用誘導コイルが作る磁束の漏れが抑制さ
れ、放電空間端部の誘導電界も弱まることなく、ランプ
全面にわたって明るく放電させることができる。さら
に、励起用誘導コイルを複数に分割し、それぞれの励起
用誘導コイルを個別に駆動することにより、無電極蛍光
ランプの明るさを任意に調節することが可能となる。こ
のとき、励起用誘導コイルはフェライトにより磁気的に
結合されているから、それぞれの励起用誘導コイルに印
加される電源の位相を揃える必要がある。この位相が揃
っていない場合には放電が不規則に変動し易い。

【０００９】上記放電を乱す要因の他の一つに、放電が
励起用誘導コイルに及ぼす影響がある。すなわち、放電
が局部的に集中すると、この放電が作る磁界は励起用誘
導コイルが作る磁界を打ち消すことから、放電路の電界
は弱まり、放電はますます集中し易くなる。しかし、こ
のような放電の集中は、励起用誘導コイルを分割するこ
とにより防止することができる。このとき、分割された
励起用誘導コイルはそれぞれが磁気的に結合されたフェ
ライトを介して磁束を発生させることとなるが、その磁
束の向きが互いに連続した向きとなるようにすることで
磁束を高めることができる。

【００１０】しかし、分割されたコイルの巻方向が同一
ならば、相隣り合う部分では電界強度が異常に高まり、
この高い電界で加速された水銀イオンの衝撃により蛍光
体が劣化し、光束の維持率が低下する。一方、分割され
たコイルの巻方向を互いに逆方向とするならば、相隣り
合う部分での電界強度をなくすことができ、光束維持率
を損なうことはない。同時に、無電極蛍光ランプに発生
する電界強度を全体的に低下させることができ、不要電
磁輻射を減少させることができる。

【００１１】ところで、上記励起用誘導コイルを用いて
放電容器内の放電用ガスを励起し、放電を生じさせ維持
する上で、放電の電力密度を高めると、励起用誘導コイ
ルに供給された電力が効率よく放電空間に伝達される
が、上記理由から効率が低下することとなる。

【００１２】そこで、上記外管の管径を３０〜５０mmと
し、外管と上記内管との差を１０〜２０mmとし、外管と
内管との間の放電空間に圧力０．３〜２Ｔｏｒｒの希ガ
スと水銀を封入し、内管内のフェライトの外径と内管の
内径との差を１mm以内とすることにより、管壁負荷０．
０２〜０．０８ワット／平方センチメートルと低い電力
密度から高い範囲で供給電力が効率よく放電空間に伝達
され、かつ、均一に放電させることができる。外管の管
径が３０mmよりも小さいと、フェライトの断面積が制限
され、充分な磁束を確保できなくなり、入力電力が小さ
く限定されてしまう。一方、外管の管径が５０mmよりも
大きいと、放電が局部的に集中し易くなる。外管と内管
との差が１０mmよりも小さいと、放電が局部的に集中し
易くなり、その差が２０mmよりも大きいと、放電の中心
と管壁との距離が大きくなり、効率が低下する。封入希
ガスの圧力が０．３Ｔｏｒｒよりも低いと、蛍光体の劣
化が大きく、圧力が２Ｔｏｒｒよりも高いと、放電が不
安定になると共に効率が低下する。

【００１３】また、フェライトの外径と内管の内径との
差を２mm以内とし、管壁負荷０．０２ワット／平方セン
チメートル以上とした場合、励起用誘導コイルに供給さ
れた電力が効率よく放電空間に伝達された。しかし、管
壁負荷が０．０２ワット／平方センチメートル未満では
管軸方向の放電は生じるものの、リング状の放電が生じ
難く、励起用誘導コイルに供給された電力が放電に伝達
されずに反射する割合が大きくなり、効率が低下した。
管壁負荷が０．０８ワット／平方センチメートルを越え
た場合には電力密度が過大となり、逆に、効率が低下し
た。

【００１４】また、本発明の無電極蛍光ランプはその両
端に口金があり、両端の口金部を保持することにより安
定に固持することができる。しかし、その反面、口金部
はランプが発する光の遮光物体となることから、効率の
低下をもたらすこととなる。したがって、ランプ長を大
きくし、外管長を外管径の３倍以上とするならば、この
影響が無視できる程度となり、上記弊害を除くことがで
きる。

【００１５】なお、本発明の無電極蛍光ランプはその断
面が円形に限定されるものではない。外管を扁平とし、
扁平面を下面とすることにより、下方の光束割合を高
め、ランプの発する光を有効に利用することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて説明す
る。図１は本発明の一実施例の直管形無電極蛍光ランプ
を示す正面図であり、管壁の一部を切り欠いて示してい
る。また、図２は図１のＡ−Ａ’断面を示す。この無電
極蛍光ランプ１は、その両端に口金７、７’が付いてお
り、フェライト４上に巻かれたコイル５と電気的に接続
されている。このフェライト４とコイル５とからなる励
起用誘導コイル６は、それぞれガラスでできた、長さ６
００mmの外管２、内管３からなる同心円の中心部に配置
され、無電極蛍光ランプ１のほぼ全長に渡る。図２のよ
うに、外管２と内管３とは同心円状に配置され、気密な
放電空間９を形成し、内管３の内部両端は外気に開放さ
れている。

【００１７】管外径４０mm、厚さ１mmのガラスからなる
外管２と管外径２２mm、厚さ１mmのガラスからなる内管
３とからなる２重管に挟まれた放電空間９に面した両面
にはそれぞれアルミナからなる保護膜１２、１２’が塗
布され、さらにその上に、蛍光体１１、１１’が塗布さ
れている。

【００１８】放電空間９には１Ｔｏｒｒ前後の希ガス
と、水銀が封入されている。内管３の内部には、外径１
８mmのフェライト４とその上に巻かれたコイル５とから
なる励起用誘導コイル６が挿入されている。励起用誘導
コイル６の表面は可視光の反射体として白色塗料が塗布
されている。本実施例では外管２の内面と保護膜８との
間に設ける透光性の導電膜を省略した場合について示し
ているが、電磁ノイズが大きくなる点を除けば、性能的
には差がない。

【００１９】上記構成とした無電極蛍光ランプ１に周波
数１３．５６Ｍｈｚの高周波を印加したところ、放電空
間９には均一で安定なリング状放電（入力電力４０Ｗ）
が生じ、ちらつきの無い、明るく高効率な照明が得られ
た。

【００２０】図３は本発明の他の一実施例を示す図であ
り、無電極蛍光ランプが２本並列に設置された無電極蛍
光ランプ装置２１である。図では電源部分、並びに、筺
体部分は省略している。それぞれの無電極蛍光ランプ
は、コイル５とコイル５’とがその巻き方が逆方向とな
っている点を除けば、図１と同様である。それぞれのフ
ェライト４、４’は、口金７、７ｂ、７’、７ｂ’を介
して、電気絶縁体で被覆されたフェライト８、８’で磁
気的に結合されている。２本の無電極蛍光ランプは単一
の高周波電源で並列点灯される。このとき、フェライト
４、４’、並びに、８、８’は閉磁路を構成し、磁束が
外部に漏れることを最小に限定する。

【００２１】図４は本発明の他の一実施例を示す図であ
り、それぞれ３ヶの高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
に接続され、フェライト４上に巻かれた３ヶのコイル５
ａ、５ｂ、５ｃを有する無電極蛍光ランプ装置の励起用
誘導コイル６の構成を示した図である。それぞれの高周
波電源の周波数、並びに、位相は一致しており、その出
力はそれぞれ任意に調節されるものである。本図の構成
では、左右管端部、並びに、中央部をそれぞれ任意に調
光することが可能となる。

【００２２】なお、図３、図４ではそれぞれ、無電極蛍
光ランプを２本磁気的に結合した場合、コイルを３ヶに
分割した場合について述べているが、これら結合、ある
いは、分割は２本、並びに、３ヶに限定されるものでは
なく、複数であればよい。

【００２３】図５は本発明の無電極蛍光ランプに用いる
励起用誘導コイル６の他の一実施例を示す要部概略図で
ある。円筒、中空のフェライト４上に巻かれたコイル５
ｄ、５ｅはそれぞれ左右対称であり、逆方向に巻かれて
いる。それぞれのコイルの一端は、フェライトに設けた
貫通孔を通して他の一端と同方向に戻され、図では省略
してある口金を介して高周波電源１０に並列接続されて
いる。フェライト４は１本の中空円筒からなるものを図
では示しているが、短い中空円筒からなる複数のフェラ
イトを磁気的に結合させたものでもよく、あるいは、半
割りされたフェライトを重ね合わせたものでもよい。要
は、磁気的に結合されていればよい。本実施例では、コ
イル５を左右対称とし、また、印加する高周波電界も左
右対称となることから、均一で安定な放電が生じる。

【００２４】図６は本発明の他の一実施例を示す断面図
である。図１、図２に示した実施例と概略同様であり、
外管２が扁平となっている点が異なる。この外管はその
全長に渡り扁平であってもよいが、その一部が扁平であ
ってもよい。既述の通り、外管を扁平とし、扁平面を下
面とすることにより、下方の光束割合を概略１０％程度
高めることができた。

【００２５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば明るく
均一で効率が高く、長寿命な無電極蛍光ランプおよび無
電極蛍光ランプ装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の無電極蛍光ランプの要部を
切り欠いて示す正面図。

【図２】図１の無電極蛍光ランプのＡ−Ａ’線横断面
図。

【図３】本発明の他の実施例の無電極蛍光ランプ装置の
要部を切り欠いて示す正面図。

【図４】本発明の他の一実施例の無電極蛍光ランプに用
いる励起用誘導コイルの正面図。

【図５】本発明の他の一実施例の無電極蛍光ランプに用
いる励起用誘導コイルの正面図。

【図６】本発明の他の実施例の無電極蛍光ランプの横断
面図。

【符号の説明】

１…無電極蛍光ランプ、２、２’…外管、３、３’…内
管、４、４’…フェライト、５、５’、５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄ、５ｅ…コイル、６…励起用誘導コイル、７、
７’、７ｂ、７ｂ’…口金、８、８’…フェライト、９
…放電空間、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…電源。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無電極蛍光ランプを外管と内管とからなる
   ２重円筒形とし、上記外管と内管との間を気密な放電空
   間とし、上記内管の内部はその両端を外気に開放した構
   造とし、上記内管内にフェライト上に巻いた励起用誘導
   コイルを設け、上記コイルを上記無電極蛍光ランプの両
   端から引き出し、上記無電極蛍光ランプの両端に設けた
   口金と電気的に接続したことを特徴とする蛍光ランプ装
   置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の無電極蛍光ランプ装置に
   おいて、上記無電極蛍光ランプを並列に配置し、隣接す
   る上記無電極蛍光ランプの励起用誘導コイルの巻き方を
   互いに反対方向とし、上記フェライトを互いに磁気的に
   結合し、同一の電源で駆動することを特徴とする無電極
   蛍光ランプ装置。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の無電極蛍光ラン
   プ装置において、上記無電極蛍光ランプの励起用誘導コ
   イルを複数に分割し、それぞれの励起用誘導コイルを位
   相を揃えた電源で個別に駆動することを特徴とする無電
   極蛍光ランプ、および、無電極蛍光ランプ装置。
4. 【請求項４】請求項１または２に記載の無電極蛍光ラン
   プ装置において、上記無電極蛍光ランプの励起用誘導コ
   イルを複数に分割し、相隣り合う励起用誘導コイルの巻
   き方を互いに反対方向とし、それぞれの励起用誘導コイ
   ルを並列に駆動したことを特徴とする蛍光ランプ装置。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれか記載の無電極蛍
   光ランプ装置において、上記外管の管径を３０〜５０mm
   とし、上記外管と上記内管との差を１０〜２０mmとし、
   上記外管の長さを外管径の３倍以上とし、上記外管と上
   記内管との間の放電空間に圧力０．３〜２Ｔｏｒｒの希
   ガスと水銀を封入し、上記内管内のフェライトの外径と
   上記内管の内径との差を２mm以内としたことを特徴とす
   る無電極蛍光ランプ装置。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれか記載の無電極蛍
   光ランプ装置において、上記無電極蛍光ランプを管壁負
   荷０．０２〜０．０８ワット／平方センチメートルで点
   灯することを特徴とする無電極蛍光ランプ装置。
7. 【請求項７】請求項１から６のいずれか記載の無電極蛍
   光ランプ装置において、上記無電極蛍光ランプの外管を
   扁平としたことを特徴とする無電極蛍光ランプ装置。