(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、
このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、
この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源と
を備え、
前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、
前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る
ことを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項２】
前記エンベロープの軸上には前記凹部が１つ設けられ、この凹部は、この一端が前記エンベロープの対応する端部に封着されていることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項３】
前記エンベロープの軸上には前記凹部が１つ設けられ、この凹部は、この両端が前記エンベロープの２つの対応する端部に封着され、前記エンベロープの軸上に中空で筒状の貫通孔を形成していることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項４】
前記エンベロープの軸上には前記凹部が２つ設けられ、これら凹部の各々は、この一端が前記エンベロープの対応する端部に封着されていることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項５】
前記エンベロープは、２ｃｍから５０ｃｍの範囲内の直径を持つ球形状になっていることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項６】
前記エンベロープは、５ｃｍから２００ｃｍの範囲内の長さを持つ管状になっていることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項７】
前記エンベロープは、２ｃｍから３０ｃｍの範囲内の直径を持つ管状になっていることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項８】
前記凹部は、１ｃｍから１９９ｃｍの範囲内の長さを持つことを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項９】
前記２つの凹部は、０．５ｃｍから１９９ｃｍの範囲内で同じまたは異なる長さを持つことを特徴とする請求項４記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１０】
前記２つの凹部は、０．５ｃｍから４８ｃｍの範囲内の直径を持つことを特徴とする請求項４記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１１】
前記誘導コイルは、１０番から２６番の（ＡＷＧ）規格内の銅線からなることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１２】
前記銅線は銀メッキされていることを特徴とする請求項１１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１３】
前記銅線はテフロン（登録商標）絶縁されていることを特徴とする請求項１１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１４】
前記誘導コイルは、３６番から４４番の（ＡＷＧ）規格内の銅の撚り線から成るリッツ線で形成されることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１５】
前記リッツ線は２０から６００本の撚り線を有していることを特徴とする請求項１４記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１６】
前記リッツ線は白色でペイントされていることを特徴とする請求項１４記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１７】
前記誘導コイルは１から５０の範囲内の巻数を有していることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１８】
前記誘導コイルの巻間ピッチはほぼゼロから５０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項１９】
前記誘導コイルは１から３０の範囲内の巻数を有していることを特徴とする請求項１７記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項２０】
前記誘導コイルは、２巻になっており、高周波放電電流がその誘導コイルの近傍で同一方向に流れるように捲き回されていることを特徴とする請求項１９記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項２１】
前記高周波電力は５０ｋＨｚから２００ＭＨｚの範囲内の周波数であることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項２２】
前記高周波電力は５Ｗから２０００Ｗの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項２３】
単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、
このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、
この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、
前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、
前記エンベロープの軸上には前記凹部が１つ設けられ、この凹部は、この両端が前記エンベロープの２つの対応する端部に封着され、前記エンベロープの軸上に中空で筒状の貫通孔を形成していることを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項２４】
単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、
このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、
この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、
前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、
前記エンベロープの軸上には前記凹部が２つ設けられ、これら凹部の各々は、この一端が前記エンベロープの対応する端部に封着されていることを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項２５】
単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、
このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、
この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、
前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、
前記エンベロープは、５ｃｍから２００ｃｍの範囲内の長さを持つ管状になっていることを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項２６】
単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、
このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、
この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、
前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、
前記エンベロープは、２ｃｍから３０ｃｍの範囲内の直径を持つ管状になっていることを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項２７】
前記２つの凹部は、０．５ｃｍから１９９ｃｍの範囲内で同じまたは異なる長さを持つことを特徴とする請求項２４記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項２８】
前記２つの凹部は、０．５ｃｍから４８ｃｍの範囲内の直径を持つことを特徴とする請求項２４記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項２９】
単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、
このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、
この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、
前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、
前記誘導コイルは、１０番から２６番の（ＡＷＧ）規格内の銅線からなり、前記銅線は銀メッキされていることを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項３０】
単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、
このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、
この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、
前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、
前記誘導コイルは、１０番から２６番の（ＡＷＧ）規格内の銅線からなり、前記銅線はテフロン（登録商標）絶縁されていることを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項３１】
単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、
このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、
この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、
前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、
前記誘導コイルは、３６番から４４番の（ＡＷＧ）規格内の銅の撚り線から成るリッツ線で形成されることを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項３２】
前記リッツ線は２０から６００本の撚り線を有していることを特徴とする請求項３１記載の無電極蛍光ランプ。
【請求項３３】
前記リッツ線は白色でペイントされていることを特徴とする請求項３１記載の無電極蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気ランプ、特に、５０ｋＨｚから２００ＭＨｚの周波数においてフェライトを使用することなく低中圧で動作する、壁面（管壁）負荷の低い無電極蛍光ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導結合プラズマを利用した無電極蛍光ランプは、高効率で、かつ、熱フィラメントと内部電極を使用する従来の蛍光ランプより寿命が長いことがわかっている。プラズマは、アルゴン、クリプトンなどの希ガス、および水銀、ナトリウムなどの金属蒸気を充填したガラス製（または石英製）のエンベロープ内で生成され、紫外線および可視光線を発生する。誘導結合プラズマを生成する誘導コイルは、ランプのエンベロープに近接して設けられる。
【０００３】
Ｐｏｐｏｖ等による係属中の米国特許出願０９／４２０,６７３（譲受人は本願と同一）では、エンベロープは、直管または単一の曲管であり、両端が封止されている。誘導コイルは、管表面に沿ってその軸方向に数回捲き回され、これにより、管壁沿いに軸方向に均一なプラズマを生成する。エンベロープの内壁には、蛍光体膜および保護膜が塗布される。この蛍光体に紫外線光が吸収され、エンベロープ表面全体で均一な可視光に変換される。０．４〜１５ＭＨｚの周波数、５０〜１５０Ｗの高周波（ＲＦ）電力でのこの種のランプの効率は、８０〜１００ＬＰＷと高く、ランプの電力効率および蛍光体の成分によって変動する。
【０００４】
最大光出力の２０％に下げるランプ調光で、上記プラズマが軸方向に均一に保持されることは、トンネル内の照明および一般道路の照明などの用途で上記ランプを有用にしている。しかしながら、バルブの寸法に制限があるいくつかの用途では、高光束（ルーメン）出力に必要な高い高周波電力の使用は、バルブ壁に、２００ｍＷ／ｃｍ2 を超える高い負荷（壁面電力密度、Ｐ／Ｓ）をかけることになる。この（２００ｍＷ／ｃｍ2 を超える）過剰な壁面（管壁）負荷は、蛍光体の損傷を引き起こし、徐々に蛍光体膜を劣化させるため、結果的にランプの寿命が短くなる。
【０００５】
例えば、直径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの管を持つランプは、３１８ｍＷ／ｃｍ2 の壁面負荷を有している。この値は、一般的に許容されている最大壁面負荷２００ｍＷ／ｃｍ2 を大幅に（６０％）上回っている。壁面負荷を下げるためには、管の表面面積を増やすか、ランプの効率を上げる必要がある。しかし、多くの用途では、ランプ取付寸法によって強いられる制限のため、バルブの直径および長さを大きくすることができない。
【０００６】
ランプの効率については、「緑がかった」光を発する蛍光体を用いれば、ランプの効率を相当（２０〜３０％）向上させることができる。しかし、屋外であれ室内であれ、多くの場合、「緑がかった」光は照明に適さない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
バルブの直径および長さを増大させることなくかつランプの効率を犠牲にすることなく、上記Ｐｏｐｏｖ等の特許出願に記述されたランプの壁面負荷を大幅に低減する新しい方法が見いだされた。この方法では、バルブの軸に沿う内曲の凹部を導入することで、放電プラズマに曝されるバルブ表面を大幅に増大し、これにより、外部コイルを使用しフェライトの無い状態でも、壁面負荷を減少する。
【０００８】
本発明によって、２００ｍＷ／ｃｍ2 以下の壁面負荷を持ち、５０ｋＨｚから２００ＭＨｚの範囲内の周波数で動作する高効率フェライト開放型の無電極蛍光ランプが開示される。このランプの電力効率および効率は、上記Ｐｏｐｏｖ等の特許出願で開示された無電極蛍光ランプのそれらに匹敵する。本発明の無電極蛍光ランプは、任意の断面および寸法の単一の直管から作製されるガラス製のエンベロープを持つ。このエンベロープの一の端部には、管軸に沿って配置された内曲の凹部が封着（シール）される。エンベロープ内には、水銀、カドミウム、ナトリウムなどの金属蒸気、および希ガスが充填物として含有される。金属蒸気圧は５Ｔｏｒｒ以下に、そして希ガス圧は２０Ｔｏｒｒ以下に維持される。エンベロープおよび凹部の内壁面上には保護膜が設けられ、この保護膜上には蛍光体膜が設けられる。そして、反射膜が、凹部の（真空側の）内壁上における蛍光体膜と保護膜との間に設けられて、凹部を基点に可視光を反射し、凹部の（非真空側の）内部に「閉じ込められる」光を減らすのである。凹部の外壁面に反射膜（アルミナ）をさらに塗布すると、上記反射効率が上がる。
【０００９】
複数巻き（ターン）の誘導コイルは、エンベロープの外面上にその軸方向に沿わせて設けられる。この誘導コイルには高周波（ＲＦ）電源が接続される。この電源は、誘導コイルの両端にＲＦ電圧を印加し、管の内壁に沿って高周波誘導結合放電を起こしてこれを保持する。この放電は、管内の誘導結合放電を維持するのに必要な条件である、管の内壁に沿う「閉ループ」路を形成する。
【００１０】
プラズマによって吸収されたエネルギーは、エンベロープおよび凹部の内壁上の蛍光体膜において、プラズマイオンおよびＵＶ光子によって「託される」エネルギーに部分的に「変換」される。
【００１１】
本発明の目的は、５０ｋＨｚから２００ＭＨｚの周波数の広範囲で、そして５Ｗから２０００Ｗの電力の広範囲で動作する高効率フェライト開放型の無電極蛍光ランプを設計することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、内曲の凹部を持つことで外寸を大きくすることなく壁面負荷を減少し得るバルブを設計することである。
【００１３】
さらに、本発明の別の目的は、ｋＨｚおよびＭＨｚの周波数域においてＲＦ電力を微量しか消費しない誘導コイルを設計し、Ｐｏｐｏｖ等の特許出願に記述されたランプと同等または匹敵するランプ効率を実現することである。
【００１４】
また、本発明の別の目的は、ランプのプラズマと効率的に結合するように誘導コイルを配置することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、ｋＨｚおよびＭＨｚの周波数域で動作し、フェライトを使用することなく寿命の長い小型の無電極蛍光ランプを提供することである。
【００１６】
さらに、本発明の目的は、調光状態を含むいかなる電力による動作時でも、軸方向に均一な可視光を生成する軸方向に均一なプラズマを発生することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明の無電極蛍光ランプは、単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波（ＲＦ）放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波（ＲＦ）電源とを備え、前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成ることを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記エンベロープの軸上には前記凹部が１つ設けられ、この凹部は、この一端が前記エンベロープの対応する端部に封着されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記エンベロープの軸上には前記凹部が１つ設けられ、この凹部は、この両端が前記エンベロープの２つの対応する端部に封着され、前記エンベロープの軸上に中空で筒状の貫通孔を形成していることを特徴とする。
また、請求項２３記載の発明は、単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、前記エンベロープの軸上には前記凹部が１つ設けられ、この凹部は、この両端が前記エンベロープの２つの対応する端部に封着され、前記エンベロープの軸上に中空で筒状の貫通孔を形成していることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記エンベロープの軸上には前記凹部が２つ設けられ、これら凹部の各々は、この一端が前記エンベロープの対応する端部に封着されていることを特徴とする。
また、請求項２４記載の発明は、単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、前記エンベロープの軸上には前記凹部が２つ設けられ、これら凹部の各々は、この一端が前記エンベロープの対応する端部に封着されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記エンベロープは、２ｃｍから５０ｃｍの範囲内の直径を持つ球形状になっていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記エンベロープは、５ｃｍから２００ｃｍの範囲内の長さを持つ管状になっていることを特徴とする。
また、請求項２５記載の発明は、単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、前記エンベロープは、５ｃｍから２００ｃｍの範囲内の長さを持つ管状になっていることを特徴とする。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記エンベロープは、２ｃｍから３０ｃｍの範囲内の直径を持つ管状になっていることを特徴とする。
また、請求項２６記載の発明は、単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、前記エンベロープは、２ｃｍから３０ｃｍの範囲内の直径を持つ管状になっていることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記凹部は、１ｃｍから１９９ｃｍの範囲内の長さを持つことを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明は、請求項４記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記２つの凹部は、０．５ｃｍから１９９ｃｍの範囲内で同じまたは異なる長さを持つことを特徴とする。
また、請求項２７記載の発明は、請求項２４記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記２つの凹部は、０．５ｃｍから１９９ｃｍの範囲内で同じまたは異なる長さを持つことを特徴とする。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項４記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記２つの凹部は、０．５ｃｍから４８ｃｍの範囲内の直径を持つことを特徴とする。
また、請求項２８記載の発明は、請求項２４記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記２つの凹部は、０．５ｃｍから４８ｃｍの範囲内の直径を持つことを特徴とする。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記誘導コイルは、１０番から２６番の（ＡＷＧ）規格内の銅線からなることを特徴とする。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記銅線は銀メッキされていることを特徴とする。
また、請求項２９記載の発明は、単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、前記誘導コイルは、１０番から２６番の（ＡＷＧ）規格内の銅線からなり、前記銅線は銀メッキされていることを特徴とする。
【００２９】
請求項１３記載の発明は、請求項１１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記銅線はテフロン（登録商標）絶縁されていることを特徴とする。
また、請求項３０記載の発明は、単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、前記誘導コイルは、１０番から２６番の（ＡＷＧ）規格内の銅線からなり、前記銅線はテフロン（登録商標）絶縁されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項１４記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記誘導コイルは、３６番から４４番の（ＡＷＧ）規格内の銅の撚り線から成るリッツ線で形成されることを特徴とする。
また、請求項３１記載の発明は、単一の直管またはバルブから作製され、水銀、カドミウム、ナトリウムの少なくとも１つの、動作中の蒸気圧が１０ｍＴｏｒｒ以下となる金属蒸気、および希ガスを充填物として含むガラス製のエンベロープと、このエンベロープの外面上に設けられてそのエンベロープの軸方向または周方向周りに捲き回され、前記エンベロープの内部に閉ループ放電を形成するための複数巻きの誘導コイルと、この誘導コイルに接続され、前記エンベロープ内に高周波放電を起こし、これを維持してプラズマを生成する高周波電源とを備え、前記直管またはバルブの軸上に、前記エンベロープに封着された少なくとも１つの内曲の凹部を配置し、前記エンベロープおよび凹部の内面上に保護膜を設け、この保護膜上に蛍光体膜を設け、前記凹部の内面上における前記保護膜と前記蛍光体膜との間に反射膜を設けて成る無電極蛍光ランプであって、前記誘導コイルは、３６番から４４番の（ＡＷＧ）規格内の銅の撚り線から成るリッツ線で形成されることを特徴とする。
【００３１】
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記リッツ線は２０から６００本の撚り線を有していることを特徴とする。
また、請求項３２記載の発明は、請求項３１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記リッツ線は２０から６００本の撚り線を有していることを特徴とする。
【００３２】
請求項１６記載の発明は、請求項１４記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記リッツ線は白色でペイントされていることを特徴とする。
また、請求項３３記載の発明は、前記リッツ線は白色でペイントされていることを特徴とする請求項３１記載の無電極蛍光ランプ。
【００３３】
請求項１７記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記誘導コイルは１から５０の範囲内の巻数を有していることを特徴とする。
【００３４】
請求項１８記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記誘導コイルの巻間ピッチはほぼゼロから５０ｍｍの範囲内であることを特徴とする。
【００３５】
請求項１９記載の発明は、請求項１７記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記誘導コイルは１から３０の範囲内の巻数を有していることを特徴とする。
【００３６】
請求項２０記載の発明は、請求項１９記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記誘導コイルは、２巻になっており、高周波（ＲＦ）放電電流がその誘導コイルの近傍で同一方向に流れるように捲き回されていることを特徴とする。
【００３７】
請求項２１記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記高周波電力は５０ｋＨｚから２００ＭＨｚの範囲内の周波数であることを特徴とする。
【００３８】
請求項２２記載の発明は、請求項１記載の無電極蛍光ランプにおいて、前記高周波電力は５Ｗから２０００Ｗの範囲内であることを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の第１実施形態の側断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第１実施形態の底面図である。
【００４０】
図１において、無電極蛍光ランプのエンベロープ１はガラス製の直管である。凹部２は、エンベロープ１の軸上に設けられ、エンベロープ１の一の端部３に封着されている。エンベロープ１内の金属（水銀）蒸気圧は、排気管５に設けられたアマルガム（または水銀滴）４の温度によって１０ｍＴｏｒｒ以下に維持される。
【００４１】
エンベロープ１の内面上には、保護膜６および蛍光体膜７が塗布されている。凹部２の（真空側の）内面には、アルミナなどからできた反射膜８が保護膜６と蛍光体膜７との間に塗布されている。
【００４２】
誘導コイル９は、エンベロープ１の外面上にその壁面に沿って設けられ（図では軸方向に捲き回されている）、エンベロープ１内にＲＦ放電電流を連続に流して閉ループ路１０を形成する。その巻（ターン）数は１から５０の範囲内に設定される。例えば、無電極蛍光ランプが８ＭＨｚから１４ＭＨｚの範囲内の周波数で駆動されるとき、誘導コイル９は２巻となる。誘導コイル９は、薄く銀メッキされた、１４番の（ＡＷＧ）規格の銅線から作製される。この誘導コイル９を基点に可視光を反射させるためと電気絶縁のために薄いテフロン膜が誘導コイル９に使用される。凹部２の（非真空側の）内部での可視光損失を少なくするべく、凹部２の外面には、厚い反射膜１１（アルミナなど）が塗布されている。
【００４３】
無電極蛍光ランプがｆ＝２００〜１０００ｋＨｚの低周波で駆動されるとき、誘導コイル９は、４０番の規格の撚り線を６０から４００の範囲内の本数持つ多重撚り線（リッツ線）から作製される。巻数は１０から２０の範囲内に設定される。
【００４４】
図２（ａ）は本発明の第２実施形態の側断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第２実施形態の底面図である。第１実施形態との相違点として、凹部２は、エンベロープ１にこの両端３ａ，３ｂで封着され、エンベロープ１の軸に沿って中空で筒状の貫通孔１２を形成している。
【００４５】
図３（ａ）は本発明の第３実施形態の側断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第３実施形態の底面図である。第１実施形態との相違点として、無電極蛍光ランプには、２つの凹部２ａ，２ｂが設けられている。これら凹部２ａ，２ｂは、エンベロープ１の両端部３ａ，３ｂにそれぞれ封着されている。
【００４６】
図４（ａ），（ｂ）は小型の無電極蛍光ランプに適用された本発明の第４実施形態の側断面図である。この図は小型の無電極蛍光ランプの全体を示している。本無電極蛍光ランプは、球状、筒状、Ａ形またはＲ形の形状を持つバルブ１、およびバルブ１の軸上に設けられた内曲の凹部２を有している。誘導コイル９は、バルブ１周りに、図４（ａ）に示すように水平にまたは図４（ｂ）に示すように垂直に捲き回される。バルブ１内の水銀圧は、排気管５にある冷点で凝縮された水銀滴４の温度によって維持される。無電極蛍光ランプのドライバは、整合回路を含み、ねじ込み口金１４に付設したケース１３内に設けられる。
【００４７】
次に、無電極蛍光ランプの動作について説明すると、無電極蛍光ランプと一体的にまたは近接して設けられるＲＦドライバおよび整合回路（図示せず）から、誘導コイル９にＲＦ電圧が印加される。このＲＦ電圧が数百ボルトに達すると、エンベロープ１の内部で、微弱なプラズマを伴う容量性放電が起こる。そして、閉ループ路１０に沿って誘導される誘導結合ＲＦ電圧Ｖplが所定の「始動」電圧値Ｖstに達すると、明るくそして軸方向に均一なプラズマがエンベロープ１内に現れる。光出力は、ランプの電力効率、つまり総ランプ電力Ｐlampに対するプラズマに吸収されたＲＦ電力Ｐplの比によって決定される。プラズマに吸収されないＲＦ電力は誘導コイル９で失われる。
【００４８】
以下に、図１の第１実施形態の無電極蛍光ランプで測定した電力および光出力の測定データについて説明する。無電極蛍光ランプのエンベロープ１の管は、６０ｍｍの直径と２９０ｍｍの長さを持つ。凹部２の直径は２０ｍｍであり、その長さは２７５ｍｍであった。プラズマに曝されるエンベロープ１の内壁総面積は７２０ｃｍ2 であった。水銀蒸気圧は、排気管５内の冷点に凝縮された水銀滴４の温度によって維持された。アルゴン圧は１００ｍＴｏｒｒであった。誘導コイル９は、１４番の規格の銅線であり、Ｌ＝２．３μＨのインダクタンスを持つ２巻であった。駆動周波数は９．５ＭＨｚであった。
【００４９】
図５に、本無電極蛍光ランプを９．５ＭＨｚの周波数で動作させたときの総ランプ電力Ｐlampに対する誘導コイルの電力損失Ｐlossおよびランプの電力効率η＝Ｐpl／Ｐlamp＝(Ｐlamp−Ｐloss)/Ｐlampの特性図を示す。これから、総ランプ電力とともに、Ｐlamp＝４５Ｗでの６．５ＷからＰlamp＝１６５Ｗでの１０Ｗへと電力損失Ｐlossが上昇するのがわかる。
【００５０】
ランプの電力効率ηは、Ｐlamp＜１００Ｗの低電力で急速に上昇する。ランプ電力効率ηは、Ｐlamp＞１００Ｗで上昇を停止して０．９３６の値を持つ。この値は、上述のＰｏｐｏｖ等の特許出願に記述された、直径５０ｍｍの「凹部解放型」の直管ランプで計測されたそれ（０．９３）と極めて近い。
【００５１】
このような高いランプの電力効率η＝０．９３は、１００Ｗ前後の総ランプ電力での高いランプの効率をもたらす。すなわち、図６に、駆動周波数が９．５ＭＨｚのときの総ランプ電力Ｐｌａｍｐに対するランプの光出力（ルーメン）および効率ＬＰＷの特性図を示す。図６には、「緑がかった」蛍光体膜（ＬＡＰ６５％、ＹＯＸ３５％）を塗布した同様の仕様の無電極蛍光ランプについてのランプの光出力および効率の測定値が示されている。これから、４０Ｗから１７５Ｗへと変化するＰｌａｍｐとともにランプの光出力が単調に上昇する一方、Ｐｌａｍｐ＝７０−９０Ｗでランプの効率が１０４ＬＰＷの最高値を持つことがわかる。この無電極蛍光ランプでの電力壁面負荷Ｐｐｌ／ＳがＰｏｐｏｖ等の出願におけるそれよりも大幅に低いことは、注目に値する。１６０Ｗ（Ｐｐｌ＝１５０Ｗ）の非常に高いＲＦ電力での本無電極蛍光ランプの壁面負荷は、２００ｍＷ/ｃｍ２  である。一方、同じ直径で凹部のないバルブでは、１６０Ｗ（Ｐｐｌ＝１５０Ｗ）の同一電力での壁面負荷は、２７５ｍＷ/ｃｍ２  である。低い壁面負荷のため、本無電極蛍光ランプは、イオンおよび光子の衝突による蛍光体の損傷が少なくなり、結果としてランプ寿命が長くなる。
なお、別の実施形態として、誘導コイルは、２層巻になっており、高周波電流がそれらの層の近傍で同一方向に流れるように捲き回されている構成でもよい。あるいは、誘導コイルは、３層巻になっており、高周波電流がそれらの層の近傍で同一方向に流れるように捲き回されている構成でも構わない。
【００５２】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によれば、５０ｋＨｚから２００ＭＨｚの周波数の広範囲で、そして５Ｗから２０００Ｗの電力の広範囲で動作する高効率フェライト開放型の無電極蛍光ランプを設計することができ、内曲の凹部を持つことで外寸を大きくすることなく壁面負荷を減少し得るバルブを設計することができ、ｋＨｚおよびＭＨｚの周波数域においてＲＦ電力を微量しか消費しない誘導コイルを設計し、Ｐｏｐｏｖ等の特許出願に記述されたランプと同等または匹敵するランプ効率を実現することができる。また、ランププラズマと効率的に結合するように誘導コイルを配置することができ、ｋＨｚおよびＭＨｚの周波数域で動作し、フェライトを使用することなく寿命の長い小型の無電極蛍光ランプを提供することができ、調光状態を含むいかなる電力による動作時でも、軸方向に均一な可視光を生成する軸方向に均一なプラズマを発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態の側断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第１実施形態の底面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２実施形態の側断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第２実施形態の底面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３実施形態の側断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第３実施形態の底面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は小型の無電極蛍光ランプに適用された本発明の第４実施形態の側断面図である。
【図５】駆動周波数が９．５ＭＨｚのときの総ランプ電力に対する誘導コイルの電力損失およびランプの電力効率の特性図である。
【図６】駆動周波数が９．５ＭＨｚのときの総ランプ電力に対するランプの光出力および効率の特性図である。
【符号の説明】
１  エンベロープ
２  凹部
３  端部
４  アマルガム（または水銀滴）
５  排気管
６  保護膜
７  蛍光体膜
８  反射膜
９  誘導コイル
１０  閉ループ路
１１  反射膜
【図１】
0003680741.tif 000002
【図２】
0003680741.tif 000003
【図３】
0003680741.tif 000004
【図４】
0003680741.tif 000005
【図５】
0003680741.tif 000006
【図６】
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