(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の材料からなる発光管内部に、該発光管の管壁から離れて高圧プラズマ発光球を生じる封入物を封入した無電極放電ランプと、該無電極放電ランプの外部より電磁エネルギーを該無電極放電ランプに供給する電磁エネルギー供給手段と、該高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段とを具え、
電磁波エネルギーをＰ（Ｗ）、発光管内容積をｖ（ｃｍ3）、封入物密度をｎ0（個／ｃｍ3）、封入物の電離電圧をＶｉ（ｅＶ）としたときに、式（１）
Ｐ／ｖ≦４．３９×１０−11×ｎ0×ｅｘｐ（−１．３９Ｖｉ）
の関係を満たすことを特徴とする無電極放電ランプ装置。
【請求項２】
前記封入物として、可視光を発光するＡｌ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｔｌ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｚｎ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｘｅの内の少なくとも１種を含む物質を封入したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項３】
前記封入物として、紫外線を発光するＦｅ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｈｇの内の少なくとも１種を封入したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項４】
封入物が水銀（Ｈｇ）を含み、Ｈｇ量が１Ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とする請求項２に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項５】
封入物がキセノン（Ｘｅ）を含み、Ｘｅの２５℃における封入圧が１．５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項２に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項６】
封入物として請求項２に記載の物質に加えて、蒸気圧が高く、電気伝導に寄与する物質を封入したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項７】
封入物として請求項３に記載の物質に加えて、蒸気圧が高く、電気伝導に寄与する物質を封入したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項８】
前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、無電極放電ランプに音響共鳴を生じさせるように、外部電磁エネルギーの強度が変調されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項９】
前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、発光部分の位置を検出し、発光管の外側に配設されたコイルによって、磁場を変化させ、発光部を発光管から離すようにフィードバックをかけることを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項１０】
前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせ、かつ該電界強度の強いところと前記発光管の中心位置を一致させることを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項１１】
前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に定在波を生じさせるように反射波を生じさせることを特徴とする請求項１０に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項１２】
前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせるようにマイクロ波共振室の電磁波エネルギー供給側に位置する壁面に複数の開口部を設けていることを特徴とする請求項１０に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項１３】
前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせるようにマイクロ波共振室の一部を凹面反射鏡としたことを特徴とする請求項１０に記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項１４】
前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に金属または誘電率の高い物質を設置することを特徴とする請求項１０に記載の無電極放電ランプ。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４の無電極放電ランプ装置に使用される無電極放電ランプであって、発光管内表面に鋭角なくぼみを持つことを特徴とする無電極放電ランプ。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１４の無電極放電ランプ装置に使用される無電極放電ランプであって、発光管外表面に少なくとも１つの突出部を有することを特徴とする無電極放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無電極放電ランプ装置および無電極放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点灯時に高内圧となる無電極放電ランプ装置は、電極が無く長寿命であり、また紫外線を効率よく取り出せるという利点から一般照明用途やキュア用ＵＶ光源用途に使用されてきている。しかし、従来の無電極放電ランプ装置はアークが放電容器の管壁に沿う、いわゆる管壁安定型の放電であり、熱負荷が放電容器の管壁にかかるため強制的な冷却が必要であった。また、アーク放電をランプ中心に絞ることができず、点光源化が全く不可能であり、プロジェクター用等の高輝度点光源としては使用できなかった。
【０００３】
一方、特開昭６２−２４３２９５号公報には無電極蛍光ランプを使用した照明装置が開示されている。これは、蛍光ランプなどの低圧放電の無電極放電ランプについての技術である。高周波電磁界の強度が小さいときは、発光域が小さく、高周波電磁界の強度を大きくすると発光域が大きくなるという技術が開示されている。ところが、点灯時に高内圧となる無電極放電ランプでは、高周波電磁界の強度を本公報に記載の技術のように単に大きくしたり小さくしても、そのランプの高圧プラズマ発光領域を管壁から離してランプの発光管中央部に集めるといったことは全く不可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、点灯時に高内圧となる無電極放電ランプ装置において、高圧プラズマ発光球を発光管壁から離すことによって、一般照明やキュア用ＵＶ光源用途に使用できる無電極放電ランプ装置および無電極放電ランプを提供することにある。
点灯時の高内圧とは２×１０４Ｐａ以上の圧力となることを本願ではいう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、透光性の材料からなる発光管内部に、該発光管の管壁から離れて高圧プラズマ発光球を生じる封入物を封入した無電極放電ランプと、該無電極放電ランプの外部より電磁エネルギーを該無電極放電ランプに供給する電磁エネルギー供給手段と、該高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段とを具え、電磁波エネルギーをＰ（Ｗ）、発光管内容積をｖ（ｃｍ3）、封入物密度をｎ0（個／ｃｍ3）、封入物の電離電圧をＶｉ（ｅＶ）としたときに、式（１）
Ｐ／ｖ≦４．３９×１０−11×ｎ0×ｅｘｐ（−１．３９Ｖｉ）の関係を満たすことを特徴とするものである。なお、本願では封入物密度は単位体積（１ｃｍ3）当たりの原子の個数で表す。放電ランプの単位体積あたりからの放射エネルギーPrを求める式の一つとして、下記式がある。これはJohn F. Waymouth, Electric Discharge Lamps（ 289頁、1971年） に記載がある。
Pr=n0 A hn exp(-eV/kT)ここで、n0は原子密度、Aは遷移確率の平均、hnは光子エネルギーの平均、Vは励起電圧の平均、Tは温度、eは電気素量、kはボルツマン定数である。この式では、各平均値等の値を使い、Prを与えているが、しかしながら、実際のランプ内の状態を考慮し、これらの値を求めるにあたっては困難を伴い、なおかつ膨大な時間を要する。そこで、本発明における検討においては、便宜的に原子密度n0としてランプ封入物の封入物密度を代用し、平均励起電圧として封入物の電離電圧を代用した。平均励起電圧として封入物の電離電圧を代用したのは、励起電圧が原子の電離電圧の5〜10割程度のところに分布しているという事実からである。そして、具体的にランプを製作し、高圧プラズマ発光球の形成に関する実験の結果に基づき請求項4の式（１）の条件を得たものである。すなわち、電磁波エネルギーをＰ（Ｗ）、発光管内容積をｖ（ｃｍ3）、封入物密度をｎ0（個／ｃｍ3）、封入物の電離電圧をＶｉ（ｅＶ）としたときに、Ｐ／ｖ≦４．３９×１０−11×ｎ0×ｅｘｐ（−１．３９Ｖｉ）
の関係式を満たす場合に、高圧プラズマ発光球が管壁から離れた状態で発光が継続される無電極放電ランプとなることが見出されたのである。
【０００６】
本願では、球状に形成された高圧プラズマ発光領域を高圧プラズマ発光球と呼称する。高圧プラズマ発光球が発光管の管壁から離れるとは、すなわち、発光管の中心位置から管壁までの間で温度分布を取ると途中で変曲点を有する状態をいう。図２に発光管内の温度分布を模式図的に示す。図２において、縦軸に温度、横軸に発光管の管壁からの距離を取ると、従来の無電極放電ランプでは発光管外表面を強制的に冷却しているため、発光管内表面近傍で急激に温度が低下している。一方、本発明においては、強制冷却が無くても実線Ａで示すように発光管の管壁近傍では管壁と略同じ程度の温度であって、変曲点Ｃを境に発光中心に向かい急激に温度上昇するという温度分布となっているのである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記封入物として、可視光を発光するＡｌ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｔｌ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｚｎ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｘｅの内の少なくとも１種を含む物質を封入したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記封入物として、紫外線を発光するＦｅ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｈｇの内の少なくとも１種を封入したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、封入物が水銀（Ｈｇ）を含み、Ｈｇ量が１Ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とする請求項２に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、封入物がキセノン（Ｘｅ）を含み、Ｘｅの２５℃における封入圧が１．５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項２に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、封入物として請求項２に記載の物質に加えて、蒸気圧が高く、電気伝導に寄与する物質を封入したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、封入物として請求項３に記載の物質に加えて、蒸気圧が高く、電気伝導に寄与する物質を封入したことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、無電極放電ランプに音響共鳴を生じさせるように、外部電磁エネルギーの強度が変調されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、発光部分の位置を検出し、発光管の外側に配設されたコイルによって、磁場を変化させ、発光部を発光管から離すようにフィードバックをかけることを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせ、かつ該電界強度の強いところと前記発光管の中心位置を一致させることを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に定在波を生じさせるように反射波を生じさせることを特徴とする請求項１0に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせるようにマイクロ波共振室の電磁波エネルギー供給側に位置する壁面に複数の開口部を設けていることを特徴とする請求項１0に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせるようにマイクロ波共振室の一部を凹面反射鏡としたことを特徴とする請求項１０に記載の無電極放電ランプ装置とするものである。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、前記高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に金属または誘電率の高い物質を設置することを特徴とする請求項１０に記載の無電極放電ランプとするものである。
【００２２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１乃至請求項１４の無電極放電ランプ装置に使用される無電極放電ランプであって、発光管内表面に鋭角なくぼみを持つことを特徴とする無電極放電ランプとするものである。
【００２３】
請求項１６に記載の発明は、請求項１乃至請求項１４の無電極放電ランプ装置に使用される無電極放電ランプであって、発光管外表面に少なくとも１つの突出部を有することを特徴とする無電極放電ランプとするものである。
【００２４】
【作用】
Ｈｇ、Ｘｅ、メタルハライドなどの発光物質は、放電容器内の圧力が高くなると吸収係数が高くなり放射損失が大きくなる。損失を小さくするため、プラズマは収縮し、管壁から離れるようになる。
【００２５】
収縮した高圧プラズマ発光球はそのままでは浮力が働いて上方に動こうとする。非接触の手段（静磁場、静電場、あるいは変化する電磁場、音響共鳴などの手段）で高圧プラズマ発光球を発光管の管壁から離れた位置に置くことができる。
【００２６】
発光管内面から高圧プラズマ発光球を離すことで、発光管への熱負荷が小さくなるので、発光管が失透するのを抑えることができ、ランプの寿命がのびる。
【００２７】
高圧プラズマ発光球が発光管に接している従来の無電極ランプと比較して、発光管への熱負荷が小さいので冷却条件が簡単になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の無電極放電ランプ装置の構成を図１によって説明する。
透光性の材料からなる発光管１内部に、発光管１の管壁から離れて高圧プラズマ発光球５を生じる封入物を封入した無電極放電ランプ２００と、無電極放電ランプ２００の外部より電磁エネルギーを無電極放電ランプ２００に供給する電磁エネルギー供給手段であるマイクロ波源３と、高圧プラズマ発光球５の位置を制御する手段（ここではマイクロ波源３が兼ねている）とを具えてなる。発光管１は発光管支持部材６によってマイクロ波共振室２内に支持されている。なお、発光管支持部材６は発光管と一体であっても別体であってもかまわない。
【００２９】
発光管材料としては石英ガラスやアルミナ、ＹＡＧといった透光性セラミックスが使用される。
封入物としては、可視光を発光するＡｌ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｔｌ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｚｎ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｘｅの内の少なくとも１種を含む物質を封入、あるいは紫外線を発光するＦｅ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｈｇの内の少なくとも１種を封入する。
【００３０】
特に、封入物として水銀（Ｈｇ）を含む場合には、Ｈｇ量が１Ｋｇ／ｍ３以上であることが望ましい。これは熱伝導による損失を低減するためである。
また、封入物がキセノン（Ｘｅ）を含む場合は、Ｘｅの２５℃における封入圧が１．５ＭＰａ以上であることが望ましい。これは熱伝導による損失を低減するためである。
【００３１】
また、封入物として上記可視光を発光する物質に加えて、蒸気圧が高く、電気伝導に寄与する物質を封入することも可能である。
また、封入物として、上記紫外線を発光する物質を選択する場合にも上記紫外線を発光する物質に加えて、蒸気圧が高く、電気伝導に寄与する物質を封入することも可能である。蒸気圧が高く電気伝導に寄与する物質を封入すると電気伝導率がよくなり、高圧プラズマ発光球が安定に点灯しやすくなるためである。
【００３２】
高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として図３および図４を用いて説明すると、図３は、例えばＣＣＤカメラのような発光球位置検出機構７によって発光部分の位置を検出し、発光管１の外側に配設されたコイル１５に駆動電源８から電流を流して磁力線の強弱を変え、磁場を変化させ、高圧プラズマ発光球５を発光管１の管壁から離すようにフィードバックをかけることができる。
【００３３】
また、高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、図４に示すように、外部電磁エネルギーの強度を周期的に変調することで、マイクロ波共振室内の無電極放電ランプに、そのランプの封入物・封入圧に関連したそのランプ固有の共振周波数に外部電磁エネルギーの強度変調を合わせて、音響共鳴を生じさせて発光管内に気体密度の疎密の定在波を生じさせ、その定在波の節付近に、高圧プラズマ発光球の位置を制御することができる。図４では発光管１内の高圧プラズマ発光球を省略してあり、発光管１内には、ある時刻の気体の疎密を濃淡で表現してある。
【００３４】
なお、外部電磁エネルギーの強度を周期的に変調するとは外部電磁エネルギーの周波数の振幅を周期的に変化させるということである。
【００３５】
または、高圧プラズマ発光球の位置を制御する手段として、マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせ、かつ該電界強度の強いところと前記発光管の中心位置を一致させたりすることにより行う。マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせ、かつ該電界強度の強い場所と前記発光管の中心位置を一致させるには、マイクロ波共振室内に定在波を生じさせるように該マイクロ波共振室の壁を利用して反射波を生じさせるとよい。
定在波を生じさせるように反射波を生じさせるとは、例えば整合器によりマイクロ波共振室内の整合状態を変化させ不整合な状態をつくり出すことである。
【００３６】
図５に示したように、マイクロ波共振室２内に電界強度の強いところを生じさせるようにマイクロ波共振室２の電磁波エネルギー供給側に位置する壁面に複数の開口部１３を設けても、マイクロ波共振室内に電界強度の強いところを生じさせ、かつ該電界強度の強いところと前記発光管の中心位置を一致させることが可能である。この複数の開口部から導入されたマイクロ波は、マイクロ波共振室内で互いに重畳し合い、電界強度の強い部分を生じさせることができる。
【００３７】
さらには、図６や図７に示すように、マイクロ波共振室２内に電界強度の強いところを生じさせるようにマイクロ波共振室２の一部を凹面反射鏡１０としたりするとよい。特に図７においてはマイクロ波共振室２内面が導波路接合部を除きすべてが凹面反射鏡となっている。
【００３８】
そして、マイクロ波共振室内に金属または誘電率の高い物質を設置するとよい。
それは金属または誘電率の高い物質により電界強度の強い部分を生じさせることができるためである。
具体的には金属やセラミックスなどの物質をランプ近くに設置するのが有効である。図１０に模式図を示す。発光管支持部材６に貫通固定された高誘電率部材１４が発光管近傍に設置されている。ここでセラミックスは例えばアルミナが用いられる。また、金属はタングステンが用いられる。
【００３９】
なお、図８、図９は本発明に係る無電極放電ランプ装置に使用される無電極放電ランプの発光管形状の一例であるが、発光管１内表面に鋭角なくぼみ１１を持たせることや、発光管外表面に少なくとも１つの突出部１２を有することで電界が集中しやすくなり点灯性が改善されるものである。
【００４０】
【実施例】
次に本発明の具体的実施例について詳細に説明する。
＜実施例１＞
図１に示した無電極放電ランプ装置において、発光管１としてシリカガラス製の球状発光管（外径２０φ、肉厚２．０ｍｍ（内径１６φ））とし、封入物としては、Ｈｇ１０Ｋｇ／ｍ３＝１０ｍｇ／ｃｍ３、Ａｒ１３ｋＰａを封入した。そして、周波数２．４５ＧＨｚで５００Ｗのマイクロ波をランプへ供給すると、Ｈｇが完全に蒸発した状態で直径約４ｍｍの高圧プラズマ発光球ができた。マイクロ波に振幅変調を加えるとランプ内で音響共鳴を生じて、高圧プラズマ発光球が発光管上部内面から離れたことが確認された。
【００４１】
電磁波エネルギー（Ｐ）は５００Ｗ、発光管内容積（ｖ）は２．１４ｃｍ3、電磁波エネルギー密度（Ｐ／ｖ）は２３４Ｗ／ｃｍ3封入物密度（ｎ0）は３．０１×１０19（個／ｃｍ3）、水銀の電離電圧をＶｉ（ｅＶ）は１０．４ｅＶであり、請求項４に記載の式（１）において４．３９×１０−11×ｎ0×ｅｘｐ（−１．３９Ｖｉ）＝４．３９×１０−11×３．０１×１０19×ｅｘｐ（−１．３９×１０．４）＝６９６Ｗ／ｃｍ3＞２３４Ｗ／ｃｍ3となり、式（１）を満足する。
【００４２】
＜実施例２＞
図６に示した無電極放電ランプ装置において、発光管１としてシリカガラス製の球状発光管（外径２０φ、肉厚２．０ｍｍ（内径１６φ））とし、封入物としては、Ｈｇ５Ｋｇ／ｍ３＝５ｍｇ／ｃｍ３、Ａｒ１３ｋＰａを封入した。そして、周波数２．４５ＧＨｚで５００Ｗのマイクロ波をランプへ供給し、反射波が１００Ｗの条件で点灯させたところ、Ｈｇが完全に蒸発した状態で直径約５ｍｍの高圧プラズマ発光球ができた。
自然空冷の条件で発光管が失透や膨れを生じることなく点灯できた。
【００４３】
電磁波エネルギー（Ｐ）は５００Ｗ−（マイナス）１００Ｗで正味４００Ｗ、発光管内容積（ｖ）は２．１４ｃｍ3、電磁波エネルギー密度（Ｐ／ｖ）は１８７Ｗ／ｃｍ3。封入物密度（ｎ0）は１．５１×１０19（個／ｃｍ3）、水銀の電離電圧をＶｉ（ｅＶ）は１０．４ｅＶであり、請求項４に記載の式（１）において、４．３９×１０−11×ｎ0×ｅｘｐ（−１．３９Ｖｉ）＝４．３９×１０-11×１．５１×１０19×ｅｘｐ（−１．３９×１０．４）＝３４９Ｗ／ｃｍ3＞１８７Ｗ／ｃｍ3となり、式（１）を満足する。
【００４４】
＜実施例３＞
水銀に代えて沃化ハフニウム（ＨｆＩ４）を封入したランプを製作した。図６に示した無電極放電ランプ装置において、発光管１としてシリカガラス製の球状発光管（外径２０φ、肉厚２．０ｍｍ（内径１６φ））とし、封入物としては、ＨｆＩ４１．７Ｋｇ／ｍ３＝１．７ｍｇ／ｃｍ３、Ａｒ１３ｋＰａを封入した。そして、周波数２．４５ＧＨｚで１０００Ｗのマイクロ波をランプへ供給したところ、Ｈｆが完全に蒸発した状態で発光管中央部付近に直径約４ｍｍの高圧プラズマ発光球ができた。
【００４５】
電磁波エネルギー（Ｐ）は１０００Ｗ、発光管内容積（ｖ）は２．１４ｃｍ３、電磁波エネルギー密度（Ｐ／ｖ）は４６７Ｗ／ｃｍ３。封入物密度（ｎ０）は１．４９×１０１８（個／ｃｍ３）、ハフニウムの電離電圧をＶｉ（ｅＶ）は７．０ｅＶであり、請求項４に記載の式（１）において、
４．３９×１０−１１×ｎ０×ｅｘｐ（−１．３９Ｖｉ）
＝４．３９×１０−１１×１．４９×１０１８×ｅｘｐ（−１．３９×７．０）
＝３８９０Ｗ／ｃｍ３＞４６７Ｗ／ｃｍ３となり、式（１）を満足する。
【００４６】
＜比較例＞
上記実施例との比較のため、請求項４の式（１）を満足しない条件で無電極放電ランプの点灯を行った。
図６に示した無電極放電ランプ装置において、発光管１としてシリカガラス製の球状発光管（外径２０φ、肉厚２．０ｍｍ（内径１６φ））とし、封入物としては、Ｈｇ１Ｋｇ／ｍ３＝１ｍｇ／ｃｍ３、Ａｒ１３ｋＰａを封入した。そして、周波数２．４５ＧＨｚで２００Ｗのマイクロ波をランプへ供給した。
【００４７】
請求項４に記載の式（１）において、電磁波エネルギー（Ｐ）は２００Ｗ、発光管内容積（ｖ）は２．１４ｃｍ３、電磁波エネルギー密度（Ｐ／ｖ）は９３．５Ｗ／ｃｍ３。封入物密度（ｎ０）は３．０１×１０１８（個／ｃｍ３）、水銀の電離電圧をＶｉ（ｅＶ）は１０．４ｅＶであり、式（１）は、
４．３９×１０−１１×ｎ０×ｅｘｐ（−１．３９Ｖｉ）
＝４．３９×１０−１１×３．０１×１０１８×ｅｘｐ（−１．３９×１０．４）
＝６９．６Ｗ／ｃｍ３となる。これは、電力密度９３．５Ｗ／ｃｍ３より大きくなり、式（１）を満足しないものであった。
この場合に無電極放電ランプにおいて高圧プラズマ発光球は、発光管壁と接した状態であった。
【００４８】
本発明の実施例においては、電磁エネルギー供給手段としてマイクロ波源で説明したが、電磁エネルギーとしては高周波エネルギーも当然使用可能である。
なお、本発明の無電極放電ランプ装置は、店舗照明などの一般照明用途にも使用可能であるが、点光源化することによって光学系と組み合わせて液晶プロジェクタやファイバー照明用光源などの光源としても使用可能性がある。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の無電極放電ランプ装置によれば、発光物質の圧力が高くても、放射損失を小さくするように高圧プラズマ発光球が収縮し、管壁から離れて、発光管への熱負荷が小さくでき、発光管が失透するのを抑えることができ、ランプの寿命がのびる。
【００５０】
また、本発明の無電極放電ランプは、高圧プラズマ発光球が発光管に接して
いる従来型の無電極放電ランプと比較して発光管への熱負荷が小さいのでランプの冷却が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる無電極放電ランプ装置の構成図である。
【図２】発光管内の管壁から発光中心にかけての温度分布の模式図である。
【図３】本発明にかかる無電極放電ランプ装置の構成図である。
【図４】本発明にかかる無電極放電ランプ装置の構成図である。
【図５】本発明にかかる無電極放電ランプ装置の構成図である。
【図６】本発明にかかる無電極放電ランプ装置の構成図である。
【図７】本発明にかかる無電極放電ランプ装置の構成図である。
【図８】本発明にかかる無電極放電ランプの発光管形状の例を示す。
【図９】本発明にかかる無電極放電ランプの発光管形状の例を示す。
【図１０】本発明にかかる無電極放電ランプ装置の構成図である。
【符号の説明】
１  発光管
２  マイクロ波共振室
３  マイクロ波源
４  導波路
５  高圧プラズマ発光球
６  発光管支持部材
７  発光球位置検出機構
８  駆動電源
９  磁力線
１０  反射鏡
１１  くぼみ
１２  突出部
１３  開口部
１４  高誘電率部材
１５  コイル
１００  無電極放電ランプ装置
２００  無電極放電ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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