JPH11501152A - 無電極の低圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による無電極の低圧放電ランプは、気密に封止され、空洞（１１）を有し、放電スペースを包囲し且つ電離可能な充填材を有する放電管（１０）を具えている。電気伝導体の巻回体（２１）を有するコイル（２０）と、熱伝導体（３１）及び軟磁性材料でできた単数又は複数の細長いコア（３２）から成る組立体（３０）とを空洞内に収容する。このコア（３２）を組立体（３０）の外表面（３６）まで露出する熱伝導体の単数又は複数の窪み（３４）内に熱伝導体（３１）の長手方向軸線（３３）に沿って配置する。熱伝導体は、組立体（３０）の長手方向軸線（３３）に垂直な断面において、外周面の少なくとも半分を占める。本発明によるランプの構造により、ヒートパイプを使用せずにランプをより高いパワーで動作させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 無電極の低圧放電ランプ 本発明は、気密に封止され、空洞を有し、放電スペースを包囲し及び電離可能 な充填材を有する放電管を具え、前記空洞内に、電気伝導体の巻回体を有するコ 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、このコアを組立体の外表面に露出する熱伝導体の単数又は複数の窪み中 に組立体の長手方向軸線に沿って配置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 アの内表面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部分的に収納し、このスペースの外側に部分的 に延在させる。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１個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。他方ではコアの内表面に沿う互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充填材を 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。コアは、熱伝導体の４個のリブにより拘束された窪み内 に配列され、組立体の外表面に露出している。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、熱伝導体に生じる渦電流に より環状型ではないコアの場合には、コアの外側の熱伝導体の効果は小さいこと が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、熱交換が蒸発可能な媒体を通して生じる封止管である。こ の媒体により、コアの内側の端部で蒸発により熱を吸収する。ヒートパイプの相 対する端部での凝縮の際に、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。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面の少な 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面に占める 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窪み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主として軟磁性材料の単数又複数のコアを通し て行なわれる米国特許明細書第４５３６６７５号及び米国特許明細書第５００６ ７５２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窪みに大き な許容交差を以って収納できる。したがって、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 た単数及び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 、熱伝導体の断面積を、組立体の全表面積の少なくとも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Ｃ ｕＺｎ₁₅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。 コイル巻回体は、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 熱伝導体の窪みに収容することもできる。これにより巻回体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である。組立てが容易な実 施例では、巻回体により熱伝導体と軟磁性材料でできた複数のコアの１個とから 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１個の窪みに収容できる。この窪 みは、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 ンジとを互いに離間した構成部材とすることができる。第１部分はその全長に亘 って一定の断面を有しているので、例えば押出処理で製造し、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、 前記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でできた少なくとも 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上 にある横方向に見て突出した部分を持たない窪みを有する。この型を有する熱伝 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、組立体の中心に沿って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、排気管を空洞を取り囲む放電管の部分に固着す 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 外線放射の吸収を阻止し、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 ものであり、 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り、 図３及び図４は、第２及び第３実施例の組立体の各々の断面図であり、 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。 図１に示す無電極の低圧放電ランプに、気密に封止し且つ空洞１１及び放電ス ペースを有し且つ電離可能な充填材を具える放電管１０を設ける。この放電管１ ０を合成樹脂から成るホルダ１５にセメント１８で固着し、前記ホルダ内の台座 １９上に載せることができる。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充填材（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。電気伝導体の巻回体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、巻回体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個のターン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から成る組立体３０ を取り巻く。本例では１個の円筒形コア（図２の断面で示す）を設ける。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、熱伝導体３１の空洞３４ 内に、組立体３０の長手方向軸線３３に沿って配置するが、この組立体もまた円 筒形である。熱伝導体３１は、直径２８ｍｍである。熱伝導体の空洞３４は外表 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まで延在する端部３１ａを有しているが、熱伝導体３２をヒート シンク（図示せず）に固着するための細孔を有するフランジ３１ｂをこの端部３ １ａに設ける。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及び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の表面積を 有する。従ってこの熱伝導体３１の表面積は、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の全表面積の少なくとも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の空洞１ １に排気管１２を設けるが、この排気管は、組立体３０内で軟磁性材料のコア３ ２の空洞３８を通って熱伝導体３１の端部３１ａの空洞３９の中心を延在する。 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の構成部材と同じものには、図２の各構成部材の番 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１３ ３を囲むように長手方向軸線１３３を囲むように熱伝導体１３１の窪み１３４の 周囲のコンパートメント１３４ａ乃至１３４ｄ内に配置する。熱伝導体１３１内 の窪み１３４は更に放電管の空洞に連結された排気管を収納するように中央コン パートメント１３４ｍを有する。周囲のコンパートメント１３４ａ乃至１３４ｄ は各々熱伝導体１３１の外表面１３６に露出しており、図示した断面の組立体１ ３０の外周の２０％であり、これは熱伝導体１３１が、外周の半分より多くを占 めることを意味する。熱伝導体１３１の断面における表面積は、熱伝導体１３１ と軟磁性材料でできた４個のコア１３２ａ乃至１３２ｄとから成る全表面積の１ ／４よりも大きく、ここでは全表面積の４８％である。 図４において、図２の構成部材と同じものには、図２の各構成部材の番号に２ ００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の両側に横方向に見て突出した部分を持たない窪み２３４ａ及び２ ３４ｂを有する。窪み２３４ａ及び２３４ｂ中に配置された軟磁性材料でできた コア２３２ａ及び２３２ｂの断面はほぼ矩形である。熱伝導体は２３１は、断面 で示した組立体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、全表面積の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、この組立体３３０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に垂直な断面での表面積の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には露出していな 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 inv１,inv２およ び refとして示す。 発明者は、空洞の中心の温度Ｔ１とこの位置と対向するコイル巻回体の温度Ｔ ２が高温となることを実験により確認した。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の電力で定常的に動作させたときの「inv １」、「inv ２」及 び「ｒｅｆ」のランプの温度Ｔ１及びＴ２を測定したものである。 コイル巻回体の温度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「ｒｅｆ」ランプはこの限界を上 回っている。更に空洞壁の温度Ｔ１に関する３００℃の上限は、このランプで辛 くも達成された。 発光効率「inv １」、「inv ２」及び「ｒｅｆ」のランプの発光効率は、それ ぞれ７３．９、７５．９及び７７．１１ｍ／Ｗであった。従って「発明１」及び 「発明２」のランプの発光効率は、「ｒｅｆ」のランプの発光効率よりも低いが 、減少率は各々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（「発明２」）及び図４により生じる磁気妨害 レベルは、図２（「発明１」）及び図５（「ｒｅｆ」）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「ｒｅｆ」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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エヒンク ヘンドリク イアン オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 スミュルデルス マルセルス ヘンリクス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．気密に封止され、空洞（１１）を有し、放電スペースを包囲し及び電離可能 な充填材を有する放電管を具え、前記空洞（１１）内に、電気伝導体の巻回体（ ２１）を有するコイル（２０）と軟磁性材料でできた単数又は複数の細長いコア （３２）及び熱伝導体（３１）の組立体（３０）とを収納し、このコア（３２） を組立体（３０）の外表面（３６）に露出する熱伝導体（３１）の単数又は複数 の窪み（３４）中に組立体（３０）の長手方向軸線（３３）に沿って配置した無 電極の低圧放電ランプにおいて、長手方向軸線（３３）に垂直な断面（II−II） において、熱伝導体（３１）が組立体（３０）の外周面の少なくとも半分を占め ることを特徴とする無電極の低圧放電ランプ。 ２．熱伝導体（３１）と軟磁性材料でできた単数及び複数のコア（３２）とから なる組立体（３０）を前記断面で見たとき、熱伝導体（３１）の断面積を、組立 体の全表面積の少なくとも１／４とすることを特徴とする請求項１に記載の無電 極の低圧放電ランプ。 ３．組立体（１３０）に、その長手方向軸線（１３３）を囲むように熱伝導体（ １３１）内に配置された軟磁性材料でできた少なくとも２個のコア（１３２ａ乃 至１３２ｄ）を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の無電極の低圧放 電ランプ。 ４．熱伝導体（２３１）は、長手方向軸線（２３３）の両側上にある横方向に見 て突出した部分を持たない窪み（２３４ａ、２３４ｂ）を有することを特徴とす る請求項３に記載の無電極の低圧放電ランプ。 ５．放電管の空洞（１１）に、組立体（３０）の中心に沿って延在する排気管（ １２）を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無電極 の低圧放電ランプ。 ６．放電管の空洞（１１）に、組立体の中心に沿って延在する排気管を設けたこ とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無電極の低圧放電ランプ 。