(57)【要約】  本発明は、内部にイオン化可能な充填物が存在する放電管を備えた水銀フリー低圧放電ランプに関する。放電管の表面温度、したがってイオン化可能な充填物の温度を少なくとも部分的に調整することができ、発光性物質は蛍光体の励起に必要とされる放射を生成することができる。流体の温度制御は有利には、温度センサ、ポンプおよび加熱装置を用いる温度制御回路を介して行われる。
2010507204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀フリー低圧放電ランプ（１，１００，２００）において、
放電管（２）と、該放電管（２）の表面温度を少なくとも部分的に調整する流体（２４）とを有し、
前記放電管（２）内にはイオン化可能な充填物が存在し、該イオン化可能な充填物は、
ａ）０．１〜１００ｈＰａの圧力を有する希ガスまたは複数の希ガスの混合物を有し、且つ、
ｂ）蛍光体の励起に必要とされる放射を生成する発光性物質を有することを特徴とする、水銀フリー低圧放電ランプ。
【請求項２】
前記発光性物質は少なくとも１つの金属ハロゲン化物、金属および／または金属Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｃｒの金属有機化合物を有する、請求項１記載の低圧放電ランプ。
【請求項３】
前記流体によって前記放電管（２）の最も冷たい箇所における表面温度が調整され、前記流体は高温耐性がある、請求項１または２記載の低圧放電ランプ。
【請求項４】
温度調整装置が設けられており、該温度調整装置を介して前記流体の温度が１５０℃〜３５０℃±２５ｋの範囲において正確に調整される、請求項１から３までのいずれか１項記載の低圧放電ランプ。
【請求項５】
前記流体（２４）は透明または半透明であり、有利にはシリコーンオイルを有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の低圧放電ランプ。
【請求項６】
前記流体（２４）は前記放電管（２）を少なくとも部分的に包囲するエンベロープ（２２）内に存在する、請求項１から４までのいずれか１項記載の低圧放電ランプ。
【請求項７】
蛍光体層が設けられており、該蛍光体層は少なくとも部分的に前記放電管（２）の内側に被着されているか、前記エンベロープ（２２）の内側に被着されている、請求項６記載の低圧放電ランプ。
【請求項８】
前記流体（２４）は蛍光体混合物を有し、該蛍光体混合物によって前記放電管内に生じた放射が可視光に変換される、請求項６記載の低圧放電ランプ。
【請求項９】
真空ケーシング（３４）が設けられており、該真空ケーシング（３４）は前記エンベロープ（２２）を少なくとも部分的に包囲する、請求項７または８記載の低圧放電ランプ。
【請求項１０】
前記放電管（２）はロッド状またはリング状またはＵ字状に構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の低圧放電ランプ。
【請求項１１】
電極レスに構成されており、前記放電管（１０２）は、環状のガス放電体積が生じ、放電が誘導的な入力結合によってトリガされるように構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の低圧放電ランプ（１００）。
【請求項１２】
電極レスに構成されており、前記放電管（２０２）は実質的に球状に構成されており、放電が誘導的な入力結合によってトリガされる、請求項１から９までのいずれか１項記載の低圧放電ランプ（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極を備えているか、電極フリーに構成されており、且つイオン化可能な充填物が放射のために高い温度を必要とする、低圧放電ランプに関する。
【０００２】
背景技術
放電ランプとして水銀低圧ランプおよびナトリウム低圧ランプが頻繁に使用されている。単色性の黄色の光を発するナトリウム低圧ランプは色再現特性が欠如していることに基づき限定的にしか使用することができない。蛍光ランプとも称される水銀低圧ランプはより広範に使用されている。この水銀低圧ランプでは、放電空間内に生じ、また２５４ｎｍおよび１８５ｎｍの共振線ないし共振波長を有する紫外線放射を放電管に塗布された蛍光体により可視光に変換することができる。光束は約２５℃の周囲温度で最大となるので、水銀は低圧放電ランプにとって有利である。
【０００３】
近年、水銀は環境にとって非常に有害で有毒な物質と考えられているので、大量生産が行われている現在において照明器具を問題なく廃棄することも顧慮してそのような物質の使用は回避されるべきである。
【０００４】
本出願と同一の出願人が出願した特許明細書DE 197 31, 168 A1からは、典型的な金属ハロゲン化物高圧ランプの光技術的および電気的な特性が得られる水銀フリー高圧ランプが公知である。高圧ランプと低圧ランプとでは課される要求が異なるので、水銀フリーの充填物および放電管の構成を低圧ランプに転用することはできない。
【０００５】
発明の概要
本発明の課題は、水銀フリーに構成されており、且つイオン化可能な充填物の励起にとって最適な条件を提供する低圧放電ランプを提供することである。
【０００６】
本発明によればこの課題は請求項１の特徴部分に記載されている構成によって解決される。
【０００７】
本発明による水銀フリー低圧放電ランプは流体と放電管とを有し、この放電管の内部にはイオン化可能な充填物が存在する。イオン化可能な充填物は、０．１〜１００ｈＰａの圧力を有する希ガスまたは複数の希ガスの混合物と、蛍光体の励起に必要とされる放射を生成する発光性物質とを有する。流体により放電管の表面温度を少なくとも部分的に調整することができる。蛍光ランプでの一般的な動作条件においては直ぐに蒸発し、且つ低圧放電時に蛍光体の励起に必要とされるＵＶ放射を殊に高い効率で生成する水銀を省略したにもかかわらず、本発明による水銀フリー低圧放電ランプは高い光効率を達成することができる。
【０００８】
発光性物質が少なくとも１つの金属ハロゲン化物、金属および／または金属Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｃｒの金属有機化合物（例えばキレート）を有する場合には有利である。これによって、高い効率の水銀フリー低圧放電ランプを実現することができる。
【０００９】
流体によって放電管の最も冷たい箇所の表面温度を調整することができ、且つ流体に高温耐性がある場合には有利である。したがって、放電管における高い表面温度を、イオン化可能な充填物の所望の分子混合物のための最適な蒸気圧条件に関して調整することができる。
【００１０】
有利な実施形態においては温度調整装置が設けられており、この温度調整装置を介して流体の温度を１５０℃〜３５０℃±２５ｋの範囲において正確に調整することができる。したがって比較的長い期間にわたり最適な光効率を実現することができる。
【００１１】
流体は有利には透明または半透明であり、有利にはシリコーンオイルを有し、これによって光効率が大幅に低減されることなく正確な温度調整を実現することができる。
【００１２】
放電管を少なくとも部分的に包囲するエンベロープ内に流体を設けることができるので、放電管の加熱時におけるエネルギ損失を最小限にすることができる。
【００１３】
有利には蛍光体層が設けられ、この蛍光体層は少なくとも部分的に放電管の内側に被着される。したがって、放出された放射の放電管における可視放射への変換は従来の蛍光ランプと同様に行われる。
【００１４】
別の有利な実施形態においては、流体が蛍光体混合物を有し、この蛍光体混合物によって放電管内に生じた放射を可視光に変換することができる。したがって流体は２つの機能、すなわち放電管の温度を制御する機能および可視放射を生成する機能を有する。結果として、蛍光体層を被着するステップは省略される。
【００１５】
エンベロープを少なくとも部分的に真空ケーシングによって包囲することができ、この真空ケーシングは放電ランプからの熱放出を最小にする。
【００１６】
放電管は有利にはロッド状、リング状、Ｕ字状に構成されているので、従来の蛍光ランプと同等の使用領域が実現される。
【００１７】
さらに別の実施形態においては放電ランプを電極レスに実施することができる。この場合放電管は、環状のガス放電体積が生じ、放電が誘導的な入力結合によってトリガされるように構成されている。放電ランプが電極レスに実施されており、放電管が実質的に球状に構成されており、且つ放電が誘導的な入力結合によってトリガされる場合にはさらに有利である。このようにして、付加的に取り付けられる電極を必要とせずに、すなわち均一な内壁を有するようにシリンダ状または球状の放電管を実現することができる。
【００１８】
本発明による発展形態は従属請求項に記載されている。
【００１９】
以下では、有利な実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】第１の実施例による水銀フリー低圧放電ランプを示す。
【図１Ｂ】図１Ａの線Ａ−Ａを通る低圧放電ランプの断面図を示す。
【図２】第２の実施例による水銀フリー低圧放電ランプを示す。
【図３】第３の実施例による水銀フリー低圧放電ランプを示す。
【００２１】
発明の有利な実施形態
図１Ａに示した第１の実施例を参照しながら本発明によるランプを説明する。
【００２２】
第１の実施例による本発明によるランプは水銀フリー低圧放電ランプ１である。ランプ１は管状の放電管２を有し、この放電管２の２つの端部区間４，６は気密に閉じられている。放電管２の端部４，６にはそれぞれ電極フレーム８，１０が溶着されている。各電極フレーム８，１０は１つの電極コイル１２，１４と、この電極コイル１２、１４の端部に導電的に接続されている２つの給電線１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂとを有する。電極コイル１２，１４は放電管２の内部空間２０において、放電管２の長手軸を横断するように配置されている。
【００２３】
放電管２の内部空間２０には水銀を含んでいない発光性物質がイオン化可能な充填物として希ガス・分子ガス混合物の形で存在する。この混合物は通常は０．１〜１００ｈＰａの圧力範囲にある希ガスまたは、例えば希ガスＡｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｘｅ，Ｋｒのうちの少なくとも１つからなる希ガス混合物の形のベースガスを有する。イオン化および励起のために、充填ガス内には少なくとも１つの金属ハロゲン化物および／または金属Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，ＴＩ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｃｒのうちの１つが存在する。有利には、金属が金属有機キレート化合物の形で存在する。
【００２４】
第１の実施例の放電管２は例えば２５ｍｍの直径および２００ｍｍの長さで構成されている。この実施例において、内部空間におけるイオン化可能な充填物は２．５ｈＰａの圧力を有するＡｒ、ＩｎＢｒとＩｎＣｌとからなる混合物、それぞれ０．２ｍｇの金属性のＩｎを有する。
【００２５】
イオン化可能な充填物の蒸気圧を発生させるために、約１５０℃から４００℃まで、有利には３５０℃までの範囲の高い壁温度が必要とされる。本発明者によって、イオン化可能な充填物の最適な励起は、第１の実施例においては放電管の使用される寸法設計、殊に管の直径に関する所定の圧力条件下で、放電管の壁に沿って均一な温度分布が比較的正確に生じている場合に行われることが分かった。放電管の最も冷たい点、いわゆるコールドスポットにおける温度が殊に重要である。また本発明者によって、放電管の外壁の温度を流体により制御することが殊に好適であると分かった。
【００２６】
この種の流体を用いる温度制御を行うために、放電管２は長手軸全体をにわたり薄い壁のエンベロープ２２によって包囲されている。このエンベロープ２２内には、可視領域でＵＶ領域の近傍において透明であり、高温耐性があり、また温度制御可能な流体２４が存在する。この流体２４はコールドスポットも含め放電管２を包囲し、また例えばシリコーンオイル、殊にメチルフェニルポリシロキサンである。
【００２７】
放電管の周囲の流体層は役０．１ｍｍ〜３ｍｍの層厚を有し、ポンプ２６によって加熱装置２８を介して循環される。ポンプ２６は例えばダイヤフラムポンプまたはベーンポンプである。熱循環部には、エンベロープ２２からの流体の流出部の近傍において、さらに温度センサ３０が設けられており、この温度センサ３０の出力信号は図１Ａに図示していない電気制御回路に供給される。この電気制御回路において流体は加熱装置２８を介して、例えば約２２０℃±１５Ｋの所定の温度に調整される。この種の制御によって、放電管２の外壁の温度を約±２５Ｋの狭い温度範囲で制御することができる。
【００２８】
図１において、加熱装置２８、ポンプ２６および温度センサ３０は低圧放電ランプ１のソケット内で、電極コイル８近傍の端部領域４に設けられており、また放電管を所望の温度にするために放電管の周りを流体が常に循環することを実現する。さらには、低圧放電ランプ１のソケット内に熱交換器を設けることができ、この熱交換器によって電極コイル１２，１４または給電線１６ａ，１６ｂからの熱を流体２４において利用することができる。
【００２９】
加熱装置２８に関して、殊に放射の加熱のために、コイル状に構成された電熱線または、放電管の全体の拡張部にわたり放電管上に被着されている抵抗層を使用することができる。この電熱線または抵抗層を使用される流体と直接的に接触させることができるので、流体２４の均一的且つエネルギ効率的な加熱を維持することができる。
【００３０】
エンベロープ２２の内面には蛍光体コーティング３２が設けられており、この蛍光体コーティング３２はガス放電に基づきイオン化可能な充填物から放出される放射を可視光に変換する。この場合には、放電から放出される放射は蛍光体コーティング３２の蛍光体の励起領域にある。
【００３１】
放電管２およびエンベロープ２２は、外部ボディ３６によって境界付けられる真空ケーシング３４によって包囲されている。外部ボディ３６の内壁には赤外線反射層が被着されており、この赤外線反射層によって、放電管内で形成され、エンベロープ２２を通過して放出された赤外線放射が再び放電管２へと反射される。
【００３２】
放電ランプの始動のために流体２４はポンプ２６によって高められた体積流によって急速に加熱されるので、最適な温度に加熱するまでの時間は短い。
【００３３】
放電ランプの点弧の前に、電極コイル１２，１４は電気的な事前加熱によって約８５０℃〜９００℃の温度に事前に加熱される。
【００３４】
放電ランプの駆動中は、放電管の最も冷たい点をイオン化可能な充填物に関する最適な蒸気圧条件にしたがい調整することが望ましい。この場合、放射を励起させる放電が生じる放電管の部分の温度を温度制御される最も冷たい点よりも５０〜７０Ｋ高くすることができる。結果として、エンベロープ２２内の流体２４に関する正確な温度制御を実質的に放電管のコールドスポットの領域における温度制御に限定することができる。したがって放電管の壁のその他の領域は２５〜７５Ｋ高い温度を有する。
【００３５】
放電ランプの減光過程では流体２４の温度制御によって放電ランプの最適なコールドスポット温度を能動的に調整することができるので、放電出力が明らかに低い場合であっても最適な放射効率を放電から得ることができる。
【００３６】
第１の実施例の変形形態では、エンベロープ２２に蛍光体コーティング３２は設けられておらず、エンベロープ２２の周囲を流れる流体に蛍光体粒子が例えば固体粉末混合物の形で存在する。この混合物は流体が流れていることに基づき放電管の周囲に均一に分散されており、また蛍光体コーティング３２の機能を有するものである。したがって放電管において行われる放電に基づき、可視領域での発光のために励起される。
【００３７】
前述の第１の実施例は、点弧およびエネルギ入力結合ないしエネルギ供給のための電極コイルを備えた低圧放電ランプに関する。しかしながら本発明はその種の電極コイルを備えた低圧放電ランプに限定されるものではなく、点弧およびエネルギ入力結合のために任意の電気的または電磁的な励起方式を任意の放電管に使用することができる。これを以下では第２の実施例および第３の実施例に基づき説明する。
【００３８】
図２は、シリンダ状に構成されており、且つ内部に長いコイル１０６用の内部凹部１０４が設けられている放電管１０２を備えた第２の実施例による電極フリーの低圧放電ランプ１００を示す。このコイル１０６は一次巻線１０８を有する。一次巻線１０８の端部には高周波給電部が接続されているので、一次巻線の周囲には高周波の磁界が形成され、この高周波の磁界により放電管１０２の内部空間１２０環状の領域１１０では放電が維持される。
【００３９】
イオン化可能な充填部の種類と、ポンプ１２６によって放電管１０２の周囲を流れる流体１２４を有するエンベロープ１２２と、温度制御用のセンサとしての温度センサ１３０と、エンベロープ１２２における蛍光体コーティング１３２と、真空ケーシング１３４と、赤外線コーティング１３８を有する外部ボディ１３６は第１の実施例の同等の構成素子に対応するので、その機能に関しては第１の実施例を参照されたい。
【００４０】
図３に示されている第３の実施例による低圧放電ランプ２００では放電管２０２が球状に構成されている。イオン化可能な充填物は内部空間２２０内に存在し、また放電管２０２はエンベロープ２２２内の流体２２４によって包囲されている。
【００４１】
エンベロープ２２２上には導体路２０６が渦巻状に設けられており、この導体路２０６には２つの給電線２１６ａ、２１６ｂを介して高周波電圧を印加することができ、これによって高周波の磁界を放電管２０２内に形成することができる。この磁界は放電管２０２の内部空間２２０内の領域２１０において放電を維持する。
【００４２】
導体路２０６に隣接して、エンベロープ２２２には２つの流体供給管２０８ａ、２０８ｂを備えた拡張部２０８が設けられており、冷却された流体は放電管の外壁から離れるように案内され、加熱された流体は放電管の外壁に向かって案内される。流体供給管２０８ａと２０８ｂとの間には温度調整区間２０４が設けられており、この温度調整区間にはポンプ２２６、加熱装置２２８および温度センサ２３０が設けられている。拡張部２０８によって、流体２２４が放電管２０２の外壁から離れるように流れ、また流体が再び放電管の外壁へと流れる前に所定の温度にされる。第３の実施例において、エンベロープ２２２における蛍光体コーティング２３２、真空ケーシング２３４、外部ボディ２３６および赤外線コーティング２３８は球状に構成されているが、機能に関しては第１の実施例の同等の構成素子に対応するので、詳細な説明は省略する。
【００４３】
放電への出力の入力結合は典型的には所定の体積で２〜５０Ｗの範囲において行われ、他方では電気的な交番磁界による電磁的なエネルギの入力結合は約５０Ｈｚ〜３ＧＨｚの範囲において行われる。
【００４４】
本発明は、第１の実施例から第３の実施例の放電管、エンベロープおよび外部ボディの形状に限定されるものではなく、放電管の表面温度を調整することができる水銀フリー低圧放電ランプを使用できる限り、放電管／ボディの形状および寸法は任意のものでよい。
【００４５】
したがって本発明は、イオン化可能な充填物が存在する放電管を備えた水銀フリー低圧放電ランプに関する。放電管の表面温度、したがってイオン化可能な充填物の温度を少なくとも部分的に調整することができるので、発光性物質は蛍光体の励起に必要とされる放射を生成することができる。流体の温度制御は有利には、温度センサ、ポンプおよび加熱装置を用いる温度制御回路を介して行われる。
【図１Ａ】
2010507204.tif 000003
【図１Ｂ】
2010507204.tif 000004
【図２】
2010507204.tif 000005
【図３】
2010507204.tif 000006
【国際調査報告】
2010507204.tif 000007
2010507204.tif 000008
2010507204.tif 000009
2010507204.tif 000010
2010507204.tif 000011
2010507204.tif 000012