(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状のくぼみを持つバルブ状の光透過ランプ外郭と、
該凹状のくぼみの中に置かれ、磁気コア周りに配置される励起コイルとを含み、
該ランプ外郭は、金属蒸気及び希ガスを充填され、可視光の生成用に内面上に蛍光体被覆を持ち、
該励起コイルは、５００ｋＨｚを下回る周波数での動作用に構成され、
該磁気コアは、該ランプ外郭の内径の０．６５倍よりも小さい長さを持つ
無電極ランプ。
【請求項２】
該磁気コアはフェライト材より成る請求項１記載の無電極ランプ。
【請求項３】
該磁気コアは、６５ミリメータよりも小さい長さを持つ請求項１記載の無電極ランプ。
【請求項４】
該励起コイルは、該磁気コアの長さの少なくとも３分の２の長さにわたって形成されている請求項１記載の無電極ランプ。
【請求項５】
該励起コイルは、７本以上１２０本以下の素線を持つリッツ・ワイヤより成る請求項４記載の無電極ランプ。
【請求項６】
該希ガスは、クリプトンを含み、２５トル／Ｄよりも大きい圧力を持ち、ここで、Ｄはミリメータでの該ランプ外郭の内径である請求項１記載の無電極ランプ。
【請求項７】
該凹状のくぼみは、該ランプ外郭の内径の０．３倍よりも小さい直径を持つ請求項６記載の無電極ランプ。
【請求項８】
該希ガスは、０．２５トルよりも大きい圧力を持つ請求項６記載の無電極ランプ。
【請求項９】
該ランプ外郭の直径は１００ミリメートルよりも小さい請求項６記載の無電極ランプ。
【請求項１０】
凹状のくぼみを持つバルブ状の光透過ランプ外郭、及び該凹状のくぼみの中に置かれ、磁気コア周りに配置される励起コイルを含む無電極ランプと、
該無電極ランプの搭載用に構成される取付具とを含み、
該ランプ外郭は、金属蒸気及び希ガスを充填され、光の生成用に内面上に蛍光体被覆を持ち、
該励起コイルは、５００ｋＨｚを下回る周波数での動作用に構成され、
該磁気コアは、該ランプ外郭の内径の０．６５倍よりも小さい長さを持ち、
該取付具は、最大ランプ外郭内径の軸位置で、該最大ランプ外郭内径の約１．２５から２．０倍の範囲の中にある直径を持つ
ランプ組立品。
【請求項１１】
該磁気コアはフェライト材より成る請求項１０記載のランプ組立品。
【請求項１２】
該磁気コアは、６５ミリメータよりも小さい長さを持つ請求項１０記載のランプ組立品。
【請求項１３】
該励起コイルは、該磁気コアの長さの少なくとも３分の２の長さにわたって形成されている請求項１０記載のランプ組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電極蛍光ランプ、特に、性能の僅かな変化で取付具の内外の両方において動作することができる無電極蛍光ランプに関連する。
【背景技術】
【０００２】
無電極蛍光ランプは、能率的で格別に長く持ち堪えるので、非常に有用な光源である。それらはまた、卓越した色特性を持ち、困難やランプへの損害なく素早い始動及び再始動が可能である。無電極蛍光ランプは、典型的には、蛍光体被覆されたランプ外郭を含み、凹状のくぼみを持つ。ランプ外郭は、水銀蒸気及び希ガスを含有する。凹状のくぼみは、１以上のフェライト・コア周りに励起コイルを、励起コイルを介してラジオ周波数の電流でランプに給電することができるように、収容する。
【０００３】
無電極蛍光ランプの使用は、部分的に、取付具の中でそれらの減じられた性能のために制限されている。取付具は、２つの点でランプ性能に影響を及ぼす。取付具は、ランプのインピーダンスを変え、ランプへの結合での電力の効率を減少させる。より高い周波数、約２ＭＨｚ以上では、その結合効率は重要な問題ではないかもしれないが、それらが実質的に結合効率を減少させたとしても、ランプは、インピーダンスの安定性を改善する短くされたターン乃至リングで設計可能である。しかし、より低い周波数では、相応の結合効率を達成することは、特に小ランプ及び小取付具においてかなり難しい。不十分に結合されたランプは、非能率であるわけではない。約８５％よりも低い結合効率では、ランプは不規則に反応を示し、約７０％の結合効率よりも下では、ランプは不安定になり且つ全く機能しない。結合効率は室温よりも低い１０から２０度の温度で幾分より悪くなるので、室温で８５％の結合効率よりも数パーセント良くしてランプを設計することが大いに望ましい。取付具の中で動作する小さい低周波ランプに対する限られた範囲の使用に適した設計が、現存する安定器上で動作するのに十分安定である相応の結合及び入力インピーダンスの要件によって残る。
【０００４】
Anderson等の１９７０年７月２１日付の米国特許第３５２１１２０号、Postma等の１９８５年８月２０日付の米国特許第４５３６６７５号、及びPostma等の１９８７年１１月３日付の米国特許第４７０４５６２号において、無電極蛍光ランプが例として開示されている。無電極蛍光ランプ器具に関する多くの文献は、ランプと取付具との間の容量性結合を扱う。この影響を和らげる技法が開示されている。Cocoma等の１９９８年７月２１日付の米国特許第５７８３９１２号は、バルブ上の透明な被覆及び電流を安定器に戻すワイヤを記述する。El-Hamamsy等の１９９４年６月２８日付の米国特許第５３２５０１８号、Popov等の１９９７年４月１５日付の米国特許第５６２１２６６号、Popov等の１９９８年３月１０日付の米国特許第５７２６５２３号、Popov等の２０００年６月２７日付の米国特許第６０８１０７０号、及びPopov等の２００１年６月１９日付の米国特許第６２４９０９０号において、様々なシールド構造及びコイル形状が開示されている。Roberts等の１９９５年１０月２４日付の米国特許第５４６１２８４号は、無電極ランプと金属製の取付具との間の電磁相互作用を低減するためのバーチャル取付具を開示する。
【０００５】
全ての知られた無電極蛍光ランプは、１以上の短所及び不利な点を持っている。それ故に、性能の僅かな変化で取付具の内外の両方において約５００ｋＨｚを下回る周波数で動作する無電極蛍光ランプには、注目に値する必要性がある。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の第１形態によれば、無電極ランプは、凹状のくぼみを持つバルブ状の光透過ランプ外郭と、該凹状のくぼみの中に置かれ、磁気コア周りに配置される励起コイルとを含み、該ランプ外郭は、金属蒸気及び希ガスを充填され、可視光の生成用に内面上に蛍光体被覆を持ち、該励起コイルは、５００ｋＨｚを下回る周波数での動作用に構成される。該磁気コアは、該ランプ外郭の内径（以下「ランプ外郭の直径」という）の０．６５倍よりも小さい長さを持つ。
【００１０】
幾つかの実施形態において、該希ガスは、２５トル／Ｄよりも大きい圧力を持ち、ここで、Ｄはミリメータでの該ランプ外郭の直径である。該ランプ外郭の直径が１００ミリよりも小さい実施形態において、該希ガスは、０．２５トルよりも大きい圧力のクリプトンであってもよい。更なる実施形態において、該凹状のくぼみは、該ランプ外郭の直径の０．３倍よりも小さい直径を持ってもよい。これらの特徴は、個々に又は何れかの組合せで利用してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に、本発明の第１実施形態によるランプ組立品の簡単化した断面図を示す。ランプ組立品１０は、無電極ランプ１２及びランプ１２搭載用の取付具１４を含む。取付具１４は、単一片のアルミから打ち抜かれて、内面１６上を高反射に研磨されてもよい。無電極ランプ１２は、ランプ１２によって発生された光の多くが取付具１４の外に反射されるように取付具１４の中に置かれる。図１の実施形態では、取付具１４は、軸位置の関数としての可変直径を持つ。ランプ口金２０は、ランプ１２に恒久的に取り付けられる。ランプ口金２０は、取付具基部２４に取り付けられた台２２に螺入する。無電極ランプ１２は、ランプ外郭３０及び連結器３２を含む。
【００１２】
図２に、本発明の第２実施形態によるランプ組立品を示す。図１及び２における同様の要素は、同じ符号を持つ。取付具４０は、標準の軌道照明器具に使用されているように、筒状形状を持つ。台４２は、図２の実施形態において比較的に短い軸の長さを持ってもよい。図３にランプ外郭３０を示す。ランプ外郭３０は、バルブ形状を持ち、ガラス等の光透過材であってもよい。ランプ外郭３０には、水銀蒸気と、クリプトン、アルゴン及びクリプトン及びアルゴンの混合物等の希ガスとが充填される。ランプ外郭３０は、連結器３２を収容する凹状のくぼみ５０を含む。ランプ外郭３０の内面５２は、紫外放射を可視光に変換する蛍光体で被覆される。適した蛍光体混合物は、商業上利用可能である。ランプ外郭の外側部分には、平方センチメートル当たり３から５ミリグラムの蛍光体の厚さが適しているが、くぼみ部分には、約３倍厚い蛍光体被覆が好ましい。くぼみ５０の内面（大気に晒される表面）は、光を反射するために白色に塗装されてもよい。ランプ外郭の内面及び凹状のくぼみ５０の外面は、蛍光体付着を改善するようにエッチ又はサンドブラストされてもよい。ランプが動作する最適温度は、くぼみ５０の先端５４とランプ外郭３０のドーム５６との間の距離を変えることによって調整可能である。室温に近い３０ワット動作には、この距離をバルブの約４分の１の直径にすべきである。くぼみ５０の中心における排気管６０は、ランプ外郭から空気を除去し、希ガス及び水銀を加えるために使用され、その後、排気管６０は溶閉される。ランプ口金２０は、ランプ外郭３０とランプ口金２０との間の界面６２で高温接着剤によってランプ外郭３０に恒久的に取り付けられる。
【００１３】
図４に連結器３２を示す。連結器は、励起コイル７０、磁気コア７２、及びコイル７０及び磁気コア７２から熱を除去するのに役立つ熱伝導管７４を含む。磁気コア７２は、１以上のフェライト要素を含んでもよく、管７４は、銅又はアルミ管であってもよい。管７４は、良好な熱接触を提供する何れの手はずによっても取付具基部２４に取り付けることができる。図４の実施形態は、ブッシング７６及び止めねじ７８を利用する。ブッシング７６は、複数のねじ８０によって取付具基部２４に結合する。熱伝導管７４は、磁気要素７２の内面と密着の状態にあるが、磁気コア７２は、９０で示すように、管７４の先端を通り過ぎて数ミリメートル（ｍｍ）伸びてもよい。磁気要素７２及び管７４は、シリコン等の２００℃以上の温度に耐えることができる接着剤で共に接合される。
【００１４】
低周波動作のため、励起コイル７０はリッツ・ワイヤから作成されてもよい。好ましくは、ワイヤは、０．１ｍｍを下回る直径の各素線を５０素線よりも多く持つべきである。結合効率の幾らかの減少に他のワイヤを使用可能である。励起コイル７０は、磁気コア７２の大部分を覆う密接巻き単一層であってもよいとはいえ、磁気コア７２の先端の数ミリメートル以内のワイヤの巻き回しは、効き目が小さく省略してもよい。励起コイル７０及び磁気コア７２は、５００ｋＨｚ以下、好ましくは約１００から２００ｋＨｚの範囲の中の周波数での動作用として構成される。
【００１５】
動作において、５００ｋＨｚ以下の周波数で数アンペアの電流が励起コイル７０に供給されると、磁気コア７２に沿って、ランプにエネルギーを与える電界のもとになる振動磁界が生成される。その電気エネルギーは、紫外放射を発する低圧放電を維持する。ランプ外郭３０の内面上の蛍光体被膜は、紫外放射を可視光に変換する。
【００１６】
希ガス圧力と、凹状のくぼみ５０の直径と、磁気コア７２とが、ランプの全体寸法、電力レベル及び動作周波数に依存する。８０ｍｍの直径を持ち１００から２００ｋＨｚで動作する好ましいランプについて、０．４トルのクリプトン圧力、くぼみ５０の２２ｍｍの外径及びコア７２の５０ｍｍの長さは、取付具外部に３０ワットの入力電力で約２５００ルーメンをもたらし、図２に示すように、１１５ｍｍの直径を持つ筒状の取付具内では約１．５パーセントだけ少ない。
【００１７】
上述した好ましいランプの性能は、以下の表１において、より多くの従来のランプの性能と比較される。表１の第１列は、好ましいランプ及び連結器を、以降の列の他の形態と共に示す。最初の４つの列はランプを説明し、第５列は、ランプが１１５ｍｍの直径の筒状取付具の中に挿入されるときのインダクタンス変化を示す。最後の列は、ランプが室温で少なくとも４５分間作動した後に計測された結合効率を与える。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
取付具の外側でうまく働くたいていのランプ設計は、取付具内に置かれた時にうまく機能しないが、幾つかのヴァリエーションが使用可能である。特に、全体寸法における約１５％までの控えめな変更は、ガス圧力が製品のガス圧力及びランプ直径をほぼ同じにするように修正されるなら、同様の性能を与える。
【００２０】
８０ｍｍの直径のランプについて、０．１５トルと同じくらい低いクリプトン圧力は、取付具の外側でうまく機能するが、取付具の内側では、約０．３トルよりも低いどんな圧力も、不十分な結合を受けるおそれがある。クリプトンに対するアルゴンの代用は、特に興味を引き付けるものではない。約１トルのかなりより高いアルゴン圧力が、所望の結合効率（その点では光出力は低い）を達成するために必要とされる。
【００２１】
取付具の内外の両方で相応の結合を達成するために、２５トル／Ｄよりも大きい希ガス圧力を利用することができ、ここで、Ｄは、ミリメータでのランプ外郭の直径に対応する次元のない量である。図３に示すように、ランプ外郭の直径Ｄは、ランプ軸３６に沿った最大ランプ外郭直径である。１００ミリメートルの直径を持つランプ外殻には、希ガス圧力は０．２５トルよりも大きくできる。希ガスが純粋なクリプトンである場合には、その圧力は２５トル／Ｄよりも大きくできる。希ガスが純粋なアルゴンである場合には、その圧力は５０トル／Ｄよりも大きくできる。希ガスがクリプトン及びアルゴンの混合物である場合には、クリプトン圧力及び２分の１のアルゴン圧力の合計が２５トル／Ｄよりも大きくできる。より高いアルゴン圧力が所望の結合効率を達成することに特徴付けられる。
【００２２】
性能は、くぼみの直径にかなり敏感である。取付具の内側では、くぼみの直径を増大することは、取付具中の結合効率をミリメートル当たり約１パーセントまで下げるのだが、２５ｍｍのくぼみは、取付具外の２２ｍｍのくぼみと同様に機能する。磁気コアの長さのバリエーションは、特に予期しない効果を持つ。表１の＃１４等の特有なランプにおいて、７ｃｍ長のフェライト・コアは、５ｃｍフェライト・コアよりも５％良い結合効率をもたらす。しかし、好ましいランプ及び取付具において、この改善は２％低く下げ、光出力が僅かに良くなる。更に重要なことに、長いフェライト・コアを持つランプは、ランプが取付具の中に置かれるとき、ほとんど２倍のインピーダンス変化を示す。どんな利用可能な安定器もそのような大きいインピーダンス変化にほとんど耐えることができない。
【００２３】
結果、取付具内外両方に相応の結合は、ランプ外郭の０．３倍の直径よりも小さい直径を持つ凹状のくぼみで達成されるだろう。典型的に、凹状のくぼみは、２５ミリメータよりも小さい直径を持つ。加えて、磁気コアは、ランプ外郭の０．６５倍の直径よりも小さい長さを持つ。磁気コアは、典型的に６５ミリメータよりも小さい長さを持つ。好ましくは、励起コイルは、磁気コアの長さの少なくとも３分の２の長さを持つ。
【００２４】
上述したランプ・パラメータを使用すれば、無電極ランプは、取付具の内外において性能の僅かな変化で動作することができる。取付具は、最大ランプ外郭直径の軸位置で、その最大ランプ外郭直径の約１．２５から２．０倍の範囲の中にある直径を持つことができる。軸に沿って変化する直径を持つ取付具の場合には、無電極ランプは、取付具内に置いてランプ外郭直径と取付具直径との間の上記関係を達成するようにしてもよい。図１に示すように、ランプ外郭３０は、平面３８におけるランプ軸３６に沿って最大の直径を持つ。無電極ランプ１２は、取付具１４が平面３８において最大ランプ外郭直径の約１．２５から２．０倍の範囲の中にある直径を持ち、取付具１４の中に置かれる。
【００２５】
本発明の幾つかの実施形態及び例を詳細に記述してきたことにより、種々の変更及び改良が直ぐに当業者に思い浮かぶだろう。そのような変更及び改良は、本発明の精神及び範囲内にあるべきものである。更に、当業者は、ここに記載された全てのパレメータが模範例の提供であることを意味し、実際のパラメータは、本発明のシステムが使用される特定用途に依存するものであることが直ちに了解されるだろう。それ故に、先の記述は、ただ例としてであり、制限しようとするものではない。本発明は、ただ特許請求の範囲及びそれらの均等によって定められるように制限される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明のより良い理解のため、添付図面が参照されここに参照によって編入される。
【図１】本発明の第１実施形態による無電極蛍光ランプ及び取付具を含むランプ組立品の概要断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態による無電極蛍光ランプ及び取付具を含むランプ組立品の概要断面図である。
【図３】図１及び２のランプ組立品に使用される無電極蛍光ランプ外郭の概要断面図である。
【図４】図１及び２のランプ組立品に使用される連結器の概要断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ランプ組立品
１２  無電極ランプ
１４，４０  取付具
２０  ランプ口金
２２，４２  台
２４  取付具基部
３０  ランプ外郭
３２  連結器
６０  排気管
７０  励起コイル
７２  磁気コア
７４  熱伝導管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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