誘電体バリア放電ランプの設計方法、照明装置及びその製造方法
【課題】電極部分のガラスにピンホールを発生させない設計ができる誘電体バリア放電ランプの設計方法、またそのような設計思想に基づいて製造する照明装置の製造方法及びそれによって製造された照明装置を提供する。
【解決手段】本発明は、外面に電流導体層が外部電極４、５として少なくとも一対配設されたガラス管１を備えた誘電体バリア放電ランプの設計方法及びその誘電体バリア放電ランプを光源とする照明装置の製造方法において、当該ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ、ガラス管に掛ける電圧Ｖ、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ、ランプ点灯周波数ｆの間で、所定の関係に基づいてｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、外面に電流導体層が外部電極４、５として少なくとも一対配設されたガラス管１を備えた誘電体バリア放電ランプの設計方法及びその誘電体バリア放電ランプを光源とする照明装置の製造方法において、当該ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ、ガラス管に掛ける電圧Ｖ、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ、ランプ点灯周波数ｆの間で、所定の関係に基づいてｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体バリア放電ランプの設計方法、照明装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランプ外部に電極を備える、所謂、外部電極型の誘電体バリア放電ランプは、例えば、実開昭６１−１２６５５９号公報（特許文献１）より知られている。図１、図２は、従来の誘電体バリア放電ランプの構造を示している。図１、図２において、ガラス管１の内壁に蛍光体層２が形成され、ガラス管１の内部放電空間には水銀とネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスとを混合した放電ガス３が封入され、ガラス管１の両端が封止されている。ガラス管１の両端の外表面には金属導体層で成る外部電極４、５が形成されている。このような構成の誘電体バリア放電ランプを点灯させる場合、ガラス管１の両端の両極４、５間に高周波点灯装置（インバータ）６から高周波電圧を印加すると、外部電極４、５の内側のガラス部分のＣ成分を介してガラス管１内の放電空間に高周波電力が注入され、ガラス管１内で持続放電が生じてランプが発光する。
【０００３】
この誘電体バリア放電ランプが不点灯となる１つの原因として、図３に示すように外部電極４、５の内側のガラス部分に直径０．１ｍｍ程度の穴（ピンホール）１０が開いてリークし、ランプが不点灯になる現象の生じることがある（特開２００１−７６６８２号公報―特許文献２の第６欄の段落００３２）。
【０００４】
この現象は、図４に示すプロセスにより発生する。すなわち、電源６の投入で電極４、５の内側のガラス部分の温度Ｔが上昇してガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］が低下し（ステップＳ１〜Ｓ５）、ガラス部内を定常的に電流Ｉが流れてＶ＝ＩＲが成立し、ジュール熱（Ｑ＝Ｉ２Ｒ）が発生し（ステップＳ７〜Ｓ１１）、これがガラス温度をさらに上昇させて熱暴走モードに入る（ステップＳ１３〜Ｓ１９）。この現象によって、該電極部の内側のガラス部分にピンホールが発生する。このピンホールの発生現象を防止するために、特許文献２では、電極部に放熱部材を取り付けて電極部の温度が上昇しないように強制冷却する構成を提案している。
【０００５】
ところが、この特許文献２の方法を採用したとしても、電極温度を何℃以下にすればピンホールの発生を防止できるのか明らかではなく、安全を見て電極温度を常温（２５℃）程度まで下げており、それには過度の強制冷却が必要であり、そのためには大きな放熱部材を取り付けることが必要となる。そして大きな放熱部材を取り付けるとなると、その放熱部材を収めるスペースが必要となる。しかしながら、本誘電体バリア放電ランプを例えば液晶テレビ用バックライト光源として用いる場合、あるいは看板照明用光源として用いる場合、筐体のスペースが限られているために放熱部材を電極に取り付けることができない。このように、従来、ガラス管の電極配設部のピンホール発生を確実に防止する対策が見いだされていない問題点があった。
【特許文献１】実開昭６１−１２６５５９号公報
【特許文献２】特開２００１−７６６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、電極配設部分のガラス管にピンホールを発生させない設計ができる誘電体バリア放電ランプの設計方法、またこの設計条件により製造され、光源としての誘電体バリア放電ランプのガラス管にピンホールを発生させることがない照明装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、外面に電流導体層が外部電極として少なくとも一対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプの設計方法において、当該ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｊ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の誘電体バリア放電ランプの設計方法において、前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｋ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｌ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の誘電体バリア放電ランプの設計方法において、前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプを光源とし、この外部電極間に高周波電力を印加して前記ランプを放電点灯させる照明装置において、前記ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｍ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の照明装置において、前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｎ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｏ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５の照明装置において、前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプを光源とし、この外部電極間に高周波電力を印加して前記ランプを放電点灯させる照明装置の製造方法において、前記ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｐ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項７の照明装置の製造方法において、前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｑ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｒ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項８の照明装置の製造方法において、前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、外部電極部のガラスにピンホールが発生しない条件で誘電体バリア放電ランプの仕様、点灯条件を設定することができ、照明装置の光源として誘電体バリア放電ランプを装着し高周波電力を印加して放電点灯させる実際の使用状態で電極部にピンホールが発生するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１８】
本願発明者らは、種々の実験を繰り返すうち、図１、図２に示した構成の外部電極型の誘電体バリア放電ランプを点灯させているときに、図３に示すようにその電極４、５の内側のガラス部分にピンホール１０が発生する現象について、次の発見をした。電極部ピンホール発生のプロセスには、以下の２つの段階がある。
【００１９】
Ｉ．ピンホールが発生する条件（すなわち、熱暴走モードに入る条件）が成立するか否かの段階。
【００２０】
II．ピンホール発生の条件が成立し、熱暴走モードに入ってからの段階。
【００２１】
まず、Ｉの段階において、熱暴走モードに入るためには、ガラス管１の電極４、５の内側のガラス部分でＶ＝ＩＲの関係が定常的に成立し、ジュール熱が発生する必要がある。ここで、Ｒはガラス管１の電極４、５の内側のガラス部分の単位面積当たり抵抗である。また、Ｖ＝ＩＲの関係が定常的に成立するためには、図５のモデルに示すように、ランプに印加される高周波電圧Ｖの半周期の間に最低１個の電子がガラスの厚みを走り切るための条件が成り立つ必要がある。この条件が成り立つと、次の高周波電圧Ｖの半周期の間にも、最低１個分の電流が同じガラス中の経路を逆方向に走ることが可能となり、すなわち、交番電界に対して電子１個分の電流が流れることになるので、Ｖ＝ＩＲの開係が定常的に成立する。このとき、電流によりジュール熱（Ｑ＝Ｉ２Ｒ）が発生し、熱暴走モードに入るきっかけとなる。
【００２２】
図５のモデルにおいて、電子のガラス厚み方向への、電界による速度ｖｙは、
【数１】
【００２３】
と表すことができる。ここで、Ｖ［Ｖｒｍｓ］はガラス管壁に印加される高周波電圧（周波数：ｆ［Ｈｚ］）であり、１個の電子が半周期の間にガラスの厚みｄ［ｍ］を走り切らない条件が成り立つ場合、
【数２】
【００２４】
が成り立ち、ガラス部内を実際には電流が流れず、ジュール熱は発生しない。この場合、熱暴走しないのでピンホール１０は発生しない。ただし、電極部全体では電子の出入りがあるので、回路上、高周波点灯装置・ランプ間を電流（Ｉ＝Ｖ／Ｒ）が流れているように見える。
【００２５】
ここで、Ｖ＝ＩＲから、Ｖが一定でＲが温度変化により１／２になった場合、Ｉは２倍になる。つまり、電子の速度ｖｙ＝μ×（Ｖ／ｄ）が２倍になると、単位時間内にガラス部内を通過する電子の数も２倍になるので、電流も２倍になる。
【００２６】
上の数２式が成立する状態、すなわち電子がガラスの厚みｄを走り切らない場合において、ガラスの抵抗値が１／２になって電流が２倍になる（このとき、Ｖ、ｄは一定である）ということは、上記のように電子の速度ｖｙ＝μ×（Ｖ／ｄ）が２倍になることを表す。
【００２７】
ここで、μは固体状のガラス内における電子のドリフト速度を表し、
【数３】
【００２８】
と表すことができる。ただし、ｋはガラスによる定数、Ｒはガラスの単位面積当たりの抵抗である。
【００２９】
この数３式を数１式に代入し、すなわち１個の電子が半周期の間にガラスの厚みｄを走り切らない条件は、ｄをガラス管１の肉厚、Ｖをガラス管１にかかる電圧、Ｒをガラス管１の単位面積当たりの抵抗、ｆをランプ点灯周波数、ｋを電子のガラス内ドリフト速度に関する定数として、
【数４】
【００３０】
と表すことができる。この条件式に関して、左辺をそれぞれｄ、Ｒ、Ｖ、ｆとすると、次の数５式〜数８式が得られる。
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【００３１】
すなわち数５式〜数８式の何れかを満たすよう、ランプの仕様及び点灯条件を設定することで、ピンホールの発生を防止できる。ここで、さらに、Ａ、Ｂはガラスの材質による定数であるとして、ガラス管１の単位面積当たりの抵抗Ｒは、温度Ｔの関数として
【数９】
【００３２】
と表すことができる。ここで、Ａ、Ｂはガラス管１の材質による定数である。この数９式は、固体状のガラス内におけるイオン伝導あるいは電子伝導を表す公知の関係式から類推したものであり、定数Ａ、Ｂは、後述するように、ガラスの温度変化に対する体積抵抗率ρの変化を実測した図７に示すグラフにより求めることができる。
【００３３】
このようにして得られた、数９式を数５式〜数８式にそれぞれ代入してｄ、Ｖ、Ｔ、ｆに関するピンホールが発生しないための条件式を求めると、次の数１０式〜数１３式が得られる。
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【００３４】
ただし、ｄはガラス管１の肉厚、Ｖはガラス管１にかかる電圧、ｆはランプ点灯周波数、ｋは電子のガラス内ドリフト速度に関する定数である。
【００３５】
すなわち、数１０式〜数１３式の何れかを満たすようにランプの仕様及び使用条件を設定することで、ピンホールの発生を防止できるのである。そしてガラス管１にかかる電圧Ｖが低くなるほど、ガラス管１の厚みｄが厚くなるほど、また周波数ｆが高くなる程ピンホールが発生し難いといえる。
【００３６】
ピンホール発生の条件が成立した、ピンホール発生プロセスのIIの段階における挙動は、ガラス管１内を定常的に電流が流れ、すなわちＶ＝ＩＲの関係が成立しているので、図６に示すように、ガラス管壁を次の数１４式で表される微小抵抗Ｒ０の集合体であるとみなし、
【数１４】
【００３７】
ピンホール発生までの抵抗値低下による温度上昇の逐次計算によりシミュレーションできる。ただし、Ａ、Ｂはガラスの定数、ｄはガラスの厚み、Ｓは微小抵抗Ｒ０を想定したガラス円柱底面積である。
【００３８】
すなわち、ガラス部内で発生するジュール熱とガラスの温度の開係は、
【数１５】
【００３９】
とおくと、
【数１６】
【数１７】
【数１８】
【００４０】
の関係式が得られるので、数１４式、数１６式、数１７式、数１８式を纏めて、次の数１９式が得られる。
【数１９】
【００４１】
この数１９式は、図４に示したピンホール発生プロセスの慨念と一致する。
【００４２】
以下に、本発明の１つの実施の形態として、図１、図２に示した構成の外部電極型誘電体バリア放電ランプを光源として用い、図３に示す構成の照明装置を構成する場合の誘電体バリア放電ランプの設計方法、またこの設計方法に基づいて製造する照明装置の製造方法及び得られた照明装置について説明する。
【００４３】
ガラス管１としてコバール封着用ホウ珪酸ガラスを用いた場合、体積抵抗率ρに関する定数Ａ、Ｂは図７のグラフより、Ａ＝１４２４７、Ｂ＝−８．５１１５が求められる。また、種々のガラスメーカーからコバール封着用ホウ珪酸ガラスを入手して、各社のガラス成分のバラツキにより、Ａ＝１４２４７±２％、Ｂ＝−８．５１１５±７％程度以内のバラツキがあることが判明している。特に、Ａ及びＢの値が大きいほどガラスの電気抵抗は大きくなり、数１１式で得られる電極部のピンホール発生温度上限Ｔは大きくなるので、本タイプの誘電体バリア放電ランプを設計する際には、電気抵抗の高いガラスを選ぶことが重要になる。そこで、本実施の形態では、Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７とした。
【００４４】
ガラス内での電子のドリフト速度に関する定数ｋを決めるに当たっては、種々の条件を変えて実験を繰返し、ピンホール発生現象を観察した。ピンホールが発生した実験の一例を示すと、数２０式の点灯条件でピンホールが発生した。
【数２０】
【００４５】
ここで、外部電極として金属薄膜（厚さ１０μｍ）を用いているので、外部電極の熱容量は外部電極配設部内側のガラス管（厚み０．３ｍｍ）の熱容量に比べて十分小さいので、外部電極表面温度は電極配設部のガラス管自身の温度と等しいと考えることができる。したがって、ｋを求める際の電極配設部ガラス管温度Ｔは、電極表面温度の値を用いた。
【００４６】
また、外部電極として金属バンド（厚み０．１ｍｍ）等の熱容量の大きいもの、若しくはアルミテープ（金属に比べて熱伝導性の悪いシリコーン性樹脂等を基材とした接着剤でガラス表面に接着されている）を外部電極としたものは、電極配設部のガラス管自身の温度よりも電極表面の温度が低くなるが、このときには、熱容量及び放熱性を考慮してガラス管自身の温度を求める必要がある。例えば、金属バンド（厚み０．１ｍｍ）をガラス管に巻き付けてハンダで固定したタイプの外部電極は、電極表面温度に比べて電極配設部ガラス管温度が約１０〜２０℃高くなるので、それを考慮したランプの仕様及び点灯条件の設計が必要である。
【００４７】
外部電極配設部でのガラス管静電容量Ｃ［Ｆ］は以下の数２１式で求めた。ただし、φはランプ外径、ｄは肉厚、Ｌは電極長−ガラス管封着部の寸法（封着寸法は約２ｍｍ程度）、εｏは真空中の誘電率、εｓはガラスの比誘電率（コバール封着用ホウ珪酸ガラスの場合、約５．３ｍｍ）である。
【数２１】
【００４８】
また、電極配設部のガラス管に掛かる電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］は、ランプ電流Ｉ［Ａ］、静電容量Ｃ［Ｆ］、点灯周波数ｆ［Ｈｚ］として、
【数２２】
【００４９】
から求めた。
【００５０】
以上の計算からｋを求めると、ｋ＝３４６３５が求められる。なお、このｋの値も、ガラス管の体積抵抗に関する定数Ａ、Ｂと同様、種々のガラスメーカーのコバール封着用ガラス管を取り入れて、ｎ増し試験を行った結果、ｋ＝３４６３５±２０％以内のバラツキがあることが判明した。特に、ｋの値が小さくなる程ガラスの電気抵抗（体積抵抗）は大きくなり、数１１式で得られる電極ピンホール発生温度上限Ｔは大きくなるので、本タイプの誘電体バリア放電ランプを設計する際には、電気抵抗の高いガラスを選択することが重要となる。このことに鑑みて、ｋとしてバラツキの下限値、ｋ＝２７７０８を選択するのが好ましい。
【００５１】
これらの定数を用いると、本仕様の誘電体バリア放電ランプは、本点灯条件において、１７０℃〜２１２℃を超えると電極部ガラス管にピンホールが発生することが予測される。したがって、ガラス管ピンホールの発生を防止するためには、
(i)電極配設部ガラス管に掛かっている電圧を下げるために電極長を伸ばす、若しくはランプ外径を太くする、(ii)ランプ電流を減らす、(iii)点灯周波数を高くする、(iv)ガラス管の肉厚を厚くする、等の方策をとればよい。例えば、次の数２３式の設計をすれば、ピンホール発生温度を２１３〜２５９℃の範囲まで上げることができる。
【数２３】
【００５２】
また、ランプ点灯時、外部電極４、５に給電部材１４、１５を通じてインバータ電源６から１３２５Ｖｒｍｓ以上の電圧が印加されると、図８〜図１０に示すように外部電極４、５とガラス管１（浮遊容量Ｃｓを介してアースされている）の間でコロナ放電Ａ１、Ａ２が発生し、オゾンが発生する。例えば、液晶テレビ用バックライト光源としてランプを組み込んだ際に、オゾンが発生すると、周辺部材を劣化させて製品寿命を縮めるおそれがあるので、外部電極に印加される電圧は、１３００Ｖｒｍｓ以下に抑える必要がある。実際には、マージンをとって１０００Ｖｒｍｓ以下に抑えるのが望ましいので、ランプ仕様及び点灯条件を設計する際には、このことにも考慮する必要がある。例えば、図８に示すフローティング出力型インバータ６でランプを点灯する際には、電極自身に印加される電圧は、ランプ両端に印加される電圧の１／２となるので、ランプ両端に印加する電圧は２６００Ｖｒｍｓ以下、若しくはマージンをとって２０００Ｖｒｍｓ以下とすることにも注意する必要がある。
【００５３】
本実施の形態の設計方法は、現在の誘電体バリア放電ランプのランプ仕様及び点灯条件でピンホールが発生する可能性があるか否かを確認する信頼性保証の手段としても利用できる。例えば、数２４式の仕様の液晶テレビバックライト用誘電体バリア放電ランプの場合について考察する。
【数２４】
【００５４】
このような仕様の誘電体バリア放電ランプのピンホール発生温度予測値は２０１〜２４５℃である。ところが、実際に液晶テレビに組み込んだ際の温度は約１１０℃であった。この場合、ピンホール発生温度予測値に対して十分なマージンがあり、電極部に放熱フィン等の放熱部材を取り付けなくても電極部ガラス管ピンホールは発生しないと結論できる。また、電極部に放熱フィン等を取り付けて強制冷却すると、電極部温度がランプ発光部（電極がない部分）よりも低い温度となり、その結果、ランプ内に封入している水銀が電極部に集まってランプ発光部の水銀蒸気が枯渇し、十分な輝度が得られない不具合の発生することがあったが、ランプ発光部のガラス管表面温度は６０℃であり、電極部はこれよりも高い温度であったので、長時間点灯中に電極部にこのような不具合が発生することはなかった。さらに、電極部印加電圧に関しては、本ランプをフローティング出力型インバータで点灯することにより、８２０Ｖｒｍｓ（ランプ両端の印加電圧１６４０Ｖｒｍｓ）であったので、コロナ放電の発生もないランプ及び点灯条件の設計ができていると結論できる。
【００５５】
以上により、本実施の形態の誘電体バリア放電ランプの設計方法、照明装置及びその製造方法によれば、外部電極４、５の内側のガラス部分にピンホールが発生する条件を満たさないようにランプ仕様を決定し、あるいは点灯条件を設定することによって当該ガラス部分のピンホール発生を防止し、誘電体バリア放電ランプの長期間の使用を可能にする。
【００５６】
なお、本発明は外部電極型の誘電体バリア放電ランプの設計方法にとどまらず、当該設計思想に基づいて製造された誘電体バリア放電ランプに電力を供給する電源装置の仕様、点灯条件、またこれら誘電体バリア放電ランプと電源装置を含む照明装置、さらにはこれらの製造方法をも技術的範囲とする。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の誘電体バリア放電ランプの正面図。
【図２】従来の誘電体バリア放電ランプの軸方向断面図。
【図３】従来の誘電体バリア放電ランプにおいてピンホールが発生した状態を示す断面図。
【図４】従来の誘電体バリア放電ランプでピンホール発生のメカニズムを示すフローチャート。
【図５】外部電極型誘電体バリア放電ランプにおけるピンホール発生前のガラス内電子伝導を示す説明図。
【図６】外部電極型誘電体バリア放電ランプにおけるピンホール発生条件成立後のガラスモデルの説明図。
【図７】本発明の１つの実施の形態で採用したコバール封着用ホウ珪酸ガラスのガラス温度と体積抵抗率ρとの関係を示すグラフ。
【図８】誘電体バリア放電ランプを点灯させる時にコロナ放電が発生しやすい場所を示す説明図。
【図９】図８におけるコロナ放電発生部分の拡大図。
【図１０】本発明の１つの実施の形態において電極印加電圧とオゾン濃度との関係の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５８】
１ ガラス管
２ 蛍光体層
３ 放電ガス
４ 外部電極
５ 外部電極
６ インバータ電源
１４ 給電部材
１５ 給電部材
Ａ、Ｂ ガラスの抵抗に関する定数
ｄ ガラスの厚み
Ｓ 微小抵抗Ｒ０を想定したガラス徴細円柱の底面積
Ｄｇ ガラスの比熱
Ｖ ガラスヘの印加電圧
Ｔｎ−１ ジュール熱によって上昇する直前のガラスの温度
Ｔｎ ジュール熱によって上昇した直後のガラスの温度
ｈ ガラスの放熱定数
Ｔ０ 周囲温度
Ｑｎ−１ ジュール熱によるガラスの発熱量
ΔＴ ジュール熱によるガラスの上昇温度
Ｉ 微小抵抗Ｒ０を流れる電流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体バリア放電ランプの設計方法、照明装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランプ外部に電極を備える、所謂、外部電極型の誘電体バリア放電ランプは、例えば、実開昭６１−１２６５５９号公報（特許文献１）より知られている。図１、図２は、従来の誘電体バリア放電ランプの構造を示している。図１、図２において、ガラス管１の内壁に蛍光体層２が形成され、ガラス管１の内部放電空間には水銀とネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスとを混合した放電ガス３が封入され、ガラス管１の両端が封止されている。ガラス管１の両端の外表面には金属導体層で成る外部電極４、５が形成されている。このような構成の誘電体バリア放電ランプを点灯させる場合、ガラス管１の両端の両極４、５間に高周波点灯装置（インバータ）６から高周波電圧を印加すると、外部電極４、５の内側のガラス部分のＣ成分を介してガラス管１内の放電空間に高周波電力が注入され、ガラス管１内で持続放電が生じてランプが発光する。
【０００３】
この誘電体バリア放電ランプが不点灯となる１つの原因として、図３に示すように外部電極４、５の内側のガラス部分に直径０．１ｍｍ程度の穴（ピンホール）１０が開いてリークし、ランプが不点灯になる現象の生じることがある（特開２００１−７６６８２号公報―特許文献２の第６欄の段落００３２）。
【０００４】
この現象は、図４に示すプロセスにより発生する。すなわち、電源６の投入で電極４、５の内側のガラス部分の温度Ｔが上昇してガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］が低下し（ステップＳ１〜Ｓ５）、ガラス部内を定常的に電流Ｉが流れてＶ＝ＩＲが成立し、ジュール熱（Ｑ＝Ｉ２Ｒ）が発生し（ステップＳ７〜Ｓ１１）、これがガラス温度をさらに上昇させて熱暴走モードに入る（ステップＳ１３〜Ｓ１９）。この現象によって、該電極部の内側のガラス部分にピンホールが発生する。このピンホールの発生現象を防止するために、特許文献２では、電極部に放熱部材を取り付けて電極部の温度が上昇しないように強制冷却する構成を提案している。
【０００５】
ところが、この特許文献２の方法を採用したとしても、電極温度を何℃以下にすればピンホールの発生を防止できるのか明らかではなく、安全を見て電極温度を常温（２５℃）程度まで下げており、それには過度の強制冷却が必要であり、そのためには大きな放熱部材を取り付けることが必要となる。そして大きな放熱部材を取り付けるとなると、その放熱部材を収めるスペースが必要となる。しかしながら、本誘電体バリア放電ランプを例えば液晶テレビ用バックライト光源として用いる場合、あるいは看板照明用光源として用いる場合、筐体のスペースが限られているために放熱部材を電極に取り付けることができない。このように、従来、ガラス管の電極配設部のピンホール発生を確実に防止する対策が見いだされていない問題点があった。
【特許文献１】実開昭６１−１２６５５９号公報
【特許文献２】特開２００１−７６６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、電極配設部分のガラス管にピンホールを発生させない設計ができる誘電体バリア放電ランプの設計方法、またこの設計条件により製造され、光源としての誘電体バリア放電ランプのガラス管にピンホールを発生させることがない照明装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、外面に電流導体層が外部電極として少なくとも一対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプの設計方法において、当該ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｊ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の誘電体バリア放電ランプの設計方法において、前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｋ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｌ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の誘電体バリア放電ランプの設計方法において、前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプを光源とし、この外部電極間に高周波電力を印加して前記ランプを放電点灯させる照明装置において、前記ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｍ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の照明装置において、前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｎ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｏ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５の照明装置において、前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプを光源とし、この外部電極間に高周波電力を印加して前記ランプを放電点灯させる照明装置の製造方法において、前記ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｐ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項７の照明装置の製造方法において、前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｑ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｒ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項８の照明装置の製造方法において、前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、外部電極部のガラスにピンホールが発生しない条件で誘電体バリア放電ランプの仕様、点灯条件を設定することができ、照明装置の光源として誘電体バリア放電ランプを装着し高周波電力を印加して放電点灯させる実際の使用状態で電極部にピンホールが発生するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１８】
本願発明者らは、種々の実験を繰り返すうち、図１、図２に示した構成の外部電極型の誘電体バリア放電ランプを点灯させているときに、図３に示すようにその電極４、５の内側のガラス部分にピンホール１０が発生する現象について、次の発見をした。電極部ピンホール発生のプロセスには、以下の２つの段階がある。
【００１９】
Ｉ．ピンホールが発生する条件（すなわち、熱暴走モードに入る条件）が成立するか否かの段階。
【００２０】
II．ピンホール発生の条件が成立し、熱暴走モードに入ってからの段階。
【００２１】
まず、Ｉの段階において、熱暴走モードに入るためには、ガラス管１の電極４、５の内側のガラス部分でＶ＝ＩＲの関係が定常的に成立し、ジュール熱が発生する必要がある。ここで、Ｒはガラス管１の電極４、５の内側のガラス部分の単位面積当たり抵抗である。また、Ｖ＝ＩＲの関係が定常的に成立するためには、図５のモデルに示すように、ランプに印加される高周波電圧Ｖの半周期の間に最低１個の電子がガラスの厚みを走り切るための条件が成り立つ必要がある。この条件が成り立つと、次の高周波電圧Ｖの半周期の間にも、最低１個分の電流が同じガラス中の経路を逆方向に走ることが可能となり、すなわち、交番電界に対して電子１個分の電流が流れることになるので、Ｖ＝ＩＲの開係が定常的に成立する。このとき、電流によりジュール熱（Ｑ＝Ｉ２Ｒ）が発生し、熱暴走モードに入るきっかけとなる。
【００２２】
図５のモデルにおいて、電子のガラス厚み方向への、電界による速度ｖｙは、
【数１】
【００２３】
と表すことができる。ここで、Ｖ［Ｖｒｍｓ］はガラス管壁に印加される高周波電圧（周波数：ｆ［Ｈｚ］）であり、１個の電子が半周期の間にガラスの厚みｄ［ｍ］を走り切らない条件が成り立つ場合、
【数２】
【００２４】
が成り立ち、ガラス部内を実際には電流が流れず、ジュール熱は発生しない。この場合、熱暴走しないのでピンホール１０は発生しない。ただし、電極部全体では電子の出入りがあるので、回路上、高周波点灯装置・ランプ間を電流（Ｉ＝Ｖ／Ｒ）が流れているように見える。
【００２５】
ここで、Ｖ＝ＩＲから、Ｖが一定でＲが温度変化により１／２になった場合、Ｉは２倍になる。つまり、電子の速度ｖｙ＝μ×（Ｖ／ｄ）が２倍になると、単位時間内にガラス部内を通過する電子の数も２倍になるので、電流も２倍になる。
【００２６】
上の数２式が成立する状態、すなわち電子がガラスの厚みｄを走り切らない場合において、ガラスの抵抗値が１／２になって電流が２倍になる（このとき、Ｖ、ｄは一定である）ということは、上記のように電子の速度ｖｙ＝μ×（Ｖ／ｄ）が２倍になることを表す。
【００２７】
ここで、μは固体状のガラス内における電子のドリフト速度を表し、
【数３】
【００２８】
と表すことができる。ただし、ｋはガラスによる定数、Ｒはガラスの単位面積当たりの抵抗である。
【００２９】
この数３式を数１式に代入し、すなわち１個の電子が半周期の間にガラスの厚みｄを走り切らない条件は、ｄをガラス管１の肉厚、Ｖをガラス管１にかかる電圧、Ｒをガラス管１の単位面積当たりの抵抗、ｆをランプ点灯周波数、ｋを電子のガラス内ドリフト速度に関する定数として、
【数４】
【００３０】
と表すことができる。この条件式に関して、左辺をそれぞれｄ、Ｒ、Ｖ、ｆとすると、次の数５式〜数８式が得られる。
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【００３１】
すなわち数５式〜数８式の何れかを満たすよう、ランプの仕様及び点灯条件を設定することで、ピンホールの発生を防止できる。ここで、さらに、Ａ、Ｂはガラスの材質による定数であるとして、ガラス管１の単位面積当たりの抵抗Ｒは、温度Ｔの関数として
【数９】
【００３２】
と表すことができる。ここで、Ａ、Ｂはガラス管１の材質による定数である。この数９式は、固体状のガラス内におけるイオン伝導あるいは電子伝導を表す公知の関係式から類推したものであり、定数Ａ、Ｂは、後述するように、ガラスの温度変化に対する体積抵抗率ρの変化を実測した図７に示すグラフにより求めることができる。
【００３３】
このようにして得られた、数９式を数５式〜数８式にそれぞれ代入してｄ、Ｖ、Ｔ、ｆに関するピンホールが発生しないための条件式を求めると、次の数１０式〜数１３式が得られる。
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【００３４】
ただし、ｄはガラス管１の肉厚、Ｖはガラス管１にかかる電圧、ｆはランプ点灯周波数、ｋは電子のガラス内ドリフト速度に関する定数である。
【００３５】
すなわち、数１０式〜数１３式の何れかを満たすようにランプの仕様及び使用条件を設定することで、ピンホールの発生を防止できるのである。そしてガラス管１にかかる電圧Ｖが低くなるほど、ガラス管１の厚みｄが厚くなるほど、また周波数ｆが高くなる程ピンホールが発生し難いといえる。
【００３６】
ピンホール発生の条件が成立した、ピンホール発生プロセスのIIの段階における挙動は、ガラス管１内を定常的に電流が流れ、すなわちＶ＝ＩＲの関係が成立しているので、図６に示すように、ガラス管壁を次の数１４式で表される微小抵抗Ｒ０の集合体であるとみなし、
【数１４】
【００３７】
ピンホール発生までの抵抗値低下による温度上昇の逐次計算によりシミュレーションできる。ただし、Ａ、Ｂはガラスの定数、ｄはガラスの厚み、Ｓは微小抵抗Ｒ０を想定したガラス円柱底面積である。
【００３８】
すなわち、ガラス部内で発生するジュール熱とガラスの温度の開係は、
【数１５】
【００３９】
とおくと、
【数１６】
【数１７】
【数１８】
【００４０】
の関係式が得られるので、数１４式、数１６式、数１７式、数１８式を纏めて、次の数１９式が得られる。
【数１９】
【００４１】
この数１９式は、図４に示したピンホール発生プロセスの慨念と一致する。
【００４２】
以下に、本発明の１つの実施の形態として、図１、図２に示した構成の外部電極型誘電体バリア放電ランプを光源として用い、図３に示す構成の照明装置を構成する場合の誘電体バリア放電ランプの設計方法、またこの設計方法に基づいて製造する照明装置の製造方法及び得られた照明装置について説明する。
【００４３】
ガラス管１としてコバール封着用ホウ珪酸ガラスを用いた場合、体積抵抗率ρに関する定数Ａ、Ｂは図７のグラフより、Ａ＝１４２４７、Ｂ＝−８．５１１５が求められる。また、種々のガラスメーカーからコバール封着用ホウ珪酸ガラスを入手して、各社のガラス成分のバラツキにより、Ａ＝１４２４７±２％、Ｂ＝−８．５１１５±７％程度以内のバラツキがあることが判明している。特に、Ａ及びＢの値が大きいほどガラスの電気抵抗は大きくなり、数１１式で得られる電極部のピンホール発生温度上限Ｔは大きくなるので、本タイプの誘電体バリア放電ランプを設計する際には、電気抵抗の高いガラスを選ぶことが重要になる。そこで、本実施の形態では、Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７とした。
【００４４】
ガラス内での電子のドリフト速度に関する定数ｋを決めるに当たっては、種々の条件を変えて実験を繰返し、ピンホール発生現象を観察した。ピンホールが発生した実験の一例を示すと、数２０式の点灯条件でピンホールが発生した。
【数２０】
【００４５】
ここで、外部電極として金属薄膜（厚さ１０μｍ）を用いているので、外部電極の熱容量は外部電極配設部内側のガラス管（厚み０．３ｍｍ）の熱容量に比べて十分小さいので、外部電極表面温度は電極配設部のガラス管自身の温度と等しいと考えることができる。したがって、ｋを求める際の電極配設部ガラス管温度Ｔは、電極表面温度の値を用いた。
【００４６】
また、外部電極として金属バンド（厚み０．１ｍｍ）等の熱容量の大きいもの、若しくはアルミテープ（金属に比べて熱伝導性の悪いシリコーン性樹脂等を基材とした接着剤でガラス表面に接着されている）を外部電極としたものは、電極配設部のガラス管自身の温度よりも電極表面の温度が低くなるが、このときには、熱容量及び放熱性を考慮してガラス管自身の温度を求める必要がある。例えば、金属バンド（厚み０．１ｍｍ）をガラス管に巻き付けてハンダで固定したタイプの外部電極は、電極表面温度に比べて電極配設部ガラス管温度が約１０〜２０℃高くなるので、それを考慮したランプの仕様及び点灯条件の設計が必要である。
【００４７】
外部電極配設部でのガラス管静電容量Ｃ［Ｆ］は以下の数２１式で求めた。ただし、φはランプ外径、ｄは肉厚、Ｌは電極長−ガラス管封着部の寸法（封着寸法は約２ｍｍ程度）、εｏは真空中の誘電率、εｓはガラスの比誘電率（コバール封着用ホウ珪酸ガラスの場合、約５．３ｍｍ）である。
【数２１】
【００４８】
また、電極配設部のガラス管に掛かる電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］は、ランプ電流Ｉ［Ａ］、静電容量Ｃ［Ｆ］、点灯周波数ｆ［Ｈｚ］として、
【数２２】
【００４９】
から求めた。
【００５０】
以上の計算からｋを求めると、ｋ＝３４６３５が求められる。なお、このｋの値も、ガラス管の体積抵抗に関する定数Ａ、Ｂと同様、種々のガラスメーカーのコバール封着用ガラス管を取り入れて、ｎ増し試験を行った結果、ｋ＝３４６３５±２０％以内のバラツキがあることが判明した。特に、ｋの値が小さくなる程ガラスの電気抵抗（体積抵抗）は大きくなり、数１１式で得られる電極ピンホール発生温度上限Ｔは大きくなるので、本タイプの誘電体バリア放電ランプを設計する際には、電気抵抗の高いガラスを選択することが重要となる。このことに鑑みて、ｋとしてバラツキの下限値、ｋ＝２７７０８を選択するのが好ましい。
【００５１】
これらの定数を用いると、本仕様の誘電体バリア放電ランプは、本点灯条件において、１７０℃〜２１２℃を超えると電極部ガラス管にピンホールが発生することが予測される。したがって、ガラス管ピンホールの発生を防止するためには、
(i)電極配設部ガラス管に掛かっている電圧を下げるために電極長を伸ばす、若しくはランプ外径を太くする、(ii)ランプ電流を減らす、(iii)点灯周波数を高くする、(iv)ガラス管の肉厚を厚くする、等の方策をとればよい。例えば、次の数２３式の設計をすれば、ピンホール発生温度を２１３〜２５９℃の範囲まで上げることができる。
【数２３】
【００５２】
また、ランプ点灯時、外部電極４、５に給電部材１４、１５を通じてインバータ電源６から１３２５Ｖｒｍｓ以上の電圧が印加されると、図８〜図１０に示すように外部電極４、５とガラス管１（浮遊容量Ｃｓを介してアースされている）の間でコロナ放電Ａ１、Ａ２が発生し、オゾンが発生する。例えば、液晶テレビ用バックライト光源としてランプを組み込んだ際に、オゾンが発生すると、周辺部材を劣化させて製品寿命を縮めるおそれがあるので、外部電極に印加される電圧は、１３００Ｖｒｍｓ以下に抑える必要がある。実際には、マージンをとって１０００Ｖｒｍｓ以下に抑えるのが望ましいので、ランプ仕様及び点灯条件を設計する際には、このことにも考慮する必要がある。例えば、図８に示すフローティング出力型インバータ６でランプを点灯する際には、電極自身に印加される電圧は、ランプ両端に印加される電圧の１／２となるので、ランプ両端に印加する電圧は２６００Ｖｒｍｓ以下、若しくはマージンをとって２０００Ｖｒｍｓ以下とすることにも注意する必要がある。
【００５３】
本実施の形態の設計方法は、現在の誘電体バリア放電ランプのランプ仕様及び点灯条件でピンホールが発生する可能性があるか否かを確認する信頼性保証の手段としても利用できる。例えば、数２４式の仕様の液晶テレビバックライト用誘電体バリア放電ランプの場合について考察する。
【数２４】
【００５４】
このような仕様の誘電体バリア放電ランプのピンホール発生温度予測値は２０１〜２４５℃である。ところが、実際に液晶テレビに組み込んだ際の温度は約１１０℃であった。この場合、ピンホール発生温度予測値に対して十分なマージンがあり、電極部に放熱フィン等の放熱部材を取り付けなくても電極部ガラス管ピンホールは発生しないと結論できる。また、電極部に放熱フィン等を取り付けて強制冷却すると、電極部温度がランプ発光部（電極がない部分）よりも低い温度となり、その結果、ランプ内に封入している水銀が電極部に集まってランプ発光部の水銀蒸気が枯渇し、十分な輝度が得られない不具合の発生することがあったが、ランプ発光部のガラス管表面温度は６０℃であり、電極部はこれよりも高い温度であったので、長時間点灯中に電極部にこのような不具合が発生することはなかった。さらに、電極部印加電圧に関しては、本ランプをフローティング出力型インバータで点灯することにより、８２０Ｖｒｍｓ（ランプ両端の印加電圧１６４０Ｖｒｍｓ）であったので、コロナ放電の発生もないランプ及び点灯条件の設計ができていると結論できる。
【００５５】
以上により、本実施の形態の誘電体バリア放電ランプの設計方法、照明装置及びその製造方法によれば、外部電極４、５の内側のガラス部分にピンホールが発生する条件を満たさないようにランプ仕様を決定し、あるいは点灯条件を設定することによって当該ガラス部分のピンホール発生を防止し、誘電体バリア放電ランプの長期間の使用を可能にする。
【００５６】
なお、本発明は外部電極型の誘電体バリア放電ランプの設計方法にとどまらず、当該設計思想に基づいて製造された誘電体バリア放電ランプに電力を供給する電源装置の仕様、点灯条件、またこれら誘電体バリア放電ランプと電源装置を含む照明装置、さらにはこれらの製造方法をも技術的範囲とする。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の誘電体バリア放電ランプの正面図。
【図２】従来の誘電体バリア放電ランプの軸方向断面図。
【図３】従来の誘電体バリア放電ランプにおいてピンホールが発生した状態を示す断面図。
【図４】従来の誘電体バリア放電ランプでピンホール発生のメカニズムを示すフローチャート。
【図５】外部電極型誘電体バリア放電ランプにおけるピンホール発生前のガラス内電子伝導を示す説明図。
【図６】外部電極型誘電体バリア放電ランプにおけるピンホール発生条件成立後のガラスモデルの説明図。
【図７】本発明の１つの実施の形態で採用したコバール封着用ホウ珪酸ガラスのガラス温度と体積抵抗率ρとの関係を示すグラフ。
【図８】誘電体バリア放電ランプを点灯させる時にコロナ放電が発生しやすい場所を示す説明図。
【図９】図８におけるコロナ放電発生部分の拡大図。
【図１０】本発明の１つの実施の形態において電極印加電圧とオゾン濃度との関係の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５８】
１ ガラス管
２ 蛍光体層
３ 放電ガス
４ 外部電極
５ 外部電極
６ インバータ電源
１４ 給電部材
１５ 給電部材
Ａ、Ｂ ガラスの抵抗に関する定数
ｄ ガラスの厚み
Ｓ 微小抵抗Ｒ０を想定したガラス徴細円柱の底面積
Ｄｇ ガラスの比熱
Ｖ ガラスヘの印加電圧
Ｔｎ−１ ジュール熱によって上昇する直前のガラスの温度
Ｔｎ ジュール熱によって上昇した直後のガラスの温度
ｈ ガラスの放熱定数
Ｔ０ 周囲温度
Ｑｎ−１ ジュール熱によるガラスの発熱量
ΔＴ ジュール熱によるガラスの上昇温度
Ｉ 微小抵抗Ｒ０を流れる電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプの設計方法において、
当該ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ａ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とする誘電体バリア放電ランプの設計方法。
【請求項２】
前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｂ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｃ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプの設計方法。
【請求項３】
前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とする請求項２に記載の誘電体バリア放電ランプの設計方法。
【請求項４】
外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプを光源とし、この外部電極間に高周波電力を印加して前記ランプを放電点灯させる照明装置において、
前記ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｄ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｅ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｆ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプを光源とし、この外部電極間に高周波電力を印加して前記ランプを放電点灯させる照明装置の製造方法において、
前記ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｇ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とする照明装置の製造方法。
【請求項８】
前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｈ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｉ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とする請求項７に記載の照明装置の製造方法。
【請求項９】
前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とする請求項８に記載の照明装置の製造方法。
【請求項１】
外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプの設計方法において、
当該ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ａ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とする誘電体バリア放電ランプの設計方法。
【請求項２】
前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｂ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｃ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプの設計方法。
【請求項３】
前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設計することを特徴とする請求項２に記載の誘電体バリア放電ランプの設計方法。
【請求項４】
外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプを光源とし、この外部電極間に高周波電力を印加して前記ランプを放電点灯させる照明装置において、
前記ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｄ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｅ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｆ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定したことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
外面に電流導体層が外部電極として少なくとも１対配設されたガラス管を備えた誘電体バリア放電ランプを光源とし、この外部電極間に高周波電力を印加して前記ランプを放電点灯させる照明装置の製造方法において、
前記ランプの仕様又は点灯条件に応じて、そのガラス管の肉厚ｄ［ｍ］、ガラス管に掛ける電圧Ｖ［Ｖｒｍｓ］、ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］、ランプ点灯周波数ｆ［Ｈｚ］の間で、電子のガラス内ドリフト速度に関する定数ｋを用いて表した条件式、
【数Ｇ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とする照明装置の製造方法。
【請求項８】
前記ガラス管の単位面積当たりの抵抗Ｒ［Ω］を当該ガラス管の電極配設部のガラス管温度Ｔ［Ｋ］を用いて次の式で表した場合に、
【数Ｈ】
前記ガラス管温度Ｔ［Ｋ］が次の式、
【数Ｉ】
を満たすように前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とする請求項７に記載の照明装置の製造方法。
【請求項９】
前記ガラス管の素材がコバール封着用ホウ珪酸ガラスである場合に、定数Ａ＝１４５３１、Ｂ＝−７．９１５７、ｋ＝２９４４０を用いて前記ｄ、Ｖ、Ｒ又はｆを設定することを特徴とする請求項８に記載の照明装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１９０６４５（Ｐ２００６−１９０６４５Ａ）
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０７６４７（Ｐ２００５−３０７６４７）
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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