(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に有底筒状のくぼみ空洞部を有する電球状のバルブと、前記くぼみ空洞部に配設される空芯の誘導コイルとを備え、その誘導コイルにより形成される高周波電磁界の作用により前記バルブ内に封入した放電ガスを励起発光させる無電極放電灯であって、くぼみ空洞部の外側面に、水銀とガラスとの反応を抑制する１mg／cm2 以上の保護膜を形成するとともに、保護膜の上に蛍光体層を形成したことを特徴とする無電極放電灯。
【請求項２】
前記バルブの直径に対する空洞部の直径の比が、０．２５乃至０．５である請求項１記載の無電極放電灯。
【請求項３】
前記くぼみ空洞部の形状を底面径が小さい円錐台形としたことを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の無電極放電灯。
【請求項４】
前記くぼみ空洞部をアルカリ含有率が５．０％（重量）以下のガラスまたはセラミックスで形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無電極放電灯。
【請求項５】
前記くぼみ空洞部の外側面をアルカリ含有率が５．０％（重量）以下のガラスまたはセラミックスで被覆するとともに、その上に蛍光体層を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無電極放電灯。
【請求項６】
前記くぼみ空洞部の中心軸に沿うように形成された排気管内に封入された水銀アマルガムを、水銀と反応しない熱伝導の良い金属線を介してバルブ内空間またはバルブ面の高温部と接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の無電極放電灯。
【請求項７】
前記水銀アマルガムの温度が最適温度に達すると断線するバイメタルを前記金属線に介在したことを特徴とする請求項６記載の無電極放電灯。
【請求項８】
くぼみ空洞部の内周面に沿って電界シールドを設け、電界シールドの外側面の少なくとも一部が外気と接するように構成したことを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の無電極放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ガスを封入した透光性材料よりなるバルブの内部に電極を持たず、バルブ外部から放電ガスに対して高周波電磁界を作用させることによって、放電ガスを励起発光させるようにした無電極放電灯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バルブ内に封入した放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって、放電ガスを励起して発光させるようにした無電極放電灯が知られている。この種の無電極放電灯は、小型、高出力、長寿命などの特徴を有しているので、各所で研究開発がなされ、近年実用化されている。
【０００３】
図１４はその一例を示すもので、数トール（Ｔｏｒｒ）のアルゴンと水銀を封入した電球形のバルブ１に近接して配置した誘導コイル２に、高周波電源（図示せず）から出力される１３．５６ＭＨｚの高周波電流を通電し、発生する誘導電磁界でバルブ１内の水銀原子を励起して２５４ｎｍの紫外線を放射し、この紫外線をバルブ１の内面に塗布した蛍光体３に照射することにより可視光を得るようにした無電極放電灯である。
【０００４】
なお、同図において、４は導電体で構成された装置本体で、上記高周波電源などが収容されており、ランプや高周波電源から発生する放射ノイズを除去する。また、５は導電性メッシュで構成された電磁シールド手段で、ランプからの照射光を透過すると共に、照射面からのノイズ漏洩を防止する。
【０００５】
このように構成された無電極放電灯は、バルブ１内に電極を持たないため、電極切れの心配がなく、長寿命であるという特徴を有する。
【０００６】
また、異なる形状の無電極放電ランプとして、図１５に示すように、バルブ１の中心にくぼみ空洞部を有し、そのくぼみ空洞部に誘導コイル２が配設されたものが知られている（特公昭５６−５０３８５号公報参照）。このランプの発光原理は、図１４に示す従来例と同様、口金６の上部に配設された高周波電源７から出力された高周波電流を誘導コイル２に通電し、発生する誘導電磁界でバルブ１内の希ガスと水銀を発光させるものである。このような形状にすることで、誘導コイル２が外部から見えず、外観に優れた無電極放電ランプとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のバルブの中心のくぼみ空洞部に誘導コイルが配設された無電極放電ランプでは、ランプ点灯中、プラズマからの発熱と誘導コイルの自己発熱、さらに高周波電源からの熱がくぼみ空洞部に溜り、くぼみ空洞部は高温となる。そのため、バルブ内面に塗布された蛍光体が高温となることによる蛍光体の発光効率の低下や、誘導コイルの実効抵抗値が上昇することによるランプ発光効率の低下、あるいは光束維持率の悪化を招くという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、発光効率の良い無電極放電灯を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、中心に有底筒状のくぼみ空洞部を有する電球状のバルブと、前記くぼみ空洞部に配設される空芯の誘導コイルとを備え、その誘導コイルにより形成される高周波電磁界の作用により前記バルブ内に封入した放電ガスを励起発光させる無電極放電灯であって、
くぼみ空洞部の外側面に、水銀とガラスとの反応を抑制する１mg／cm2 以上の保護膜を形成するとともに、保護膜の上に蛍光体層を形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る無電極放電灯の参考例を示すものであり、図中、１はガラス等の透光性材料よりなるバルブであって、その外観は電球状で中心に有底筒状のくぼみ空洞部８を有し、そのくぼみ空洞部８の底面中央から排気管９が空洞８の中心軸に沿うように形成されている。バルブ１の内壁面、つまり電球状内壁面とくぼみ空洞部８の外側面には蛍光体層３が塗布により形成されている。また、バルブ１の内部には、放電ガスとして例えばアルゴンのような希ガスと水銀が封入されており、排気管９には、高温下で使用されてもランプ発光効率が下がらないように、水銀アマルガム１０が封入されている。空芯の誘導コイル２は、くぼみ空洞部８内のバルブ１の中心近傍に配設されている。
【００１１】
ここで、くぼみ空洞部８の形成は、開口を有する電球状のガラスバルブ内に、先端部が閉塞された円筒形のガラスステムをバルブ開口より挿入し、バルブ開口縁とステムの開放端とを接合（封着）することにより行われる。
【００１２】
１１はくぼみ空洞部８の内周面に沿って設けられた電界シールドで、例えばアルミニウムのような導電性材料で形成されている。電界シールド１１には縦方向にスリットが設けられるとともに、口金６に接続して接地されている。電界シールド１１は誘導コイル２で発生した電界がバルブ１内部に及ばないようにすると共に、ランプからの発熱と誘導コイル２の発熱を口金６に放熱する。バルブ封着部１２近傍にはバルブ保持体１３が接着され、口金６とバルブ１を固定する。
【００１３】
誘導コイル２は、口金６の内部に配設された整合回路１４と同軸ケーブル１５を介して、１３．５６ＭＨｚの高周波電源７に接続されている。整合回路１４は、ランプ点灯中、誘導コイル２と同軸ケーブル１５とのインピーダンスの整合がとれるように構成されている。バルブ１と誘導コイル２を高周波電源７と別体とすることで、高周波電源７で発生した熱が、バルブ１と誘導コイル２に伝導することがなく、ランプ発光効率は向上する。
【００１４】
このように構成された無電極放電灯において、誘導コイル２に高周波電源７で発生させた高周波電流を通電すると、誘導コイル２の周囲に形成される高周波電磁界がバルブ１内に封入した放電ガスに作用し、プラズマが形成され、水銀が励起されて紫外線を放射する。この紫外線は蛍光体層３によって可視光に変換される。
【００１５】
このような無電極放電灯における、バルブ１の直径に対する空洞部９の直径の比と相対的ランプ発光効率の関係を図２に示す。図２より明らかなように、バルブ１の直径に対する空洞部９の直径の比が０．３付近で発光効率は最大となることがわかる。
【００１６】
この理由について、まず、バルブ１の直径に対する空洞部９の直径の比が小さい場合を考える。この場合、誘導コイル２の径が小さくなるため、誘導コイル２の品質係数Ｑが小さくなり、誘導コイル２での抵抗損が増加する。また、空洞部９の温度も上昇し、蛍光体層３の発光効率の低下も招く。さらに、蛍光体層３の面積も小さくなるため、発光効率は低下する。
【００１７】
逆に、バルブ１の直径に対する空洞部９の直径の比が大きい場合は、プラズマの体積が小さくなり、発光効率は低下する。
【００１８】
このように、バルブ１の直径に対する空洞部９の直径の比が０．３程度になるように設計するのが望ましいが、ランプ製造時のコストと空洞部９を構成するステムの入手の容易性を考慮すると、ステムは既存のガラス管から加工する必要がある。従って、発光効率をあまり落とさず、すなわち最大発光効率の９０％以上の範囲で、コストと入手の容易性から、バルブ１の直径に対する空洞部９の直径の比が決定される。
【００１９】
また、バルブ１の直径に対する空洞部９の直径の比が０．２５より小さくなると、発光効率が低下することに加えて、空洞部９の温度がかなり高くなり、高価な誘導コイル２を用いる必要が生じる。
【００２０】
さらに、バルブ１の直径に対する空洞部９の直径の比が０．５以上になると、上記封着部１２の径が大きくなり、ガラス加工での信頼性が低下する。
【００２１】
これまでにも、フェライットコアなどの鉄心を用いた誘導コイルによる無電極放電ランプも研究開発されているが、この種の無電極放電ランプは、誘導コイルを収容するくぼみ空洞部の径を小さくしても誘導コイルの品質係数Ｑを大きくできるため、図２に示す特性とは異なった特性を示す。従って、空洞部の径を小さくすることでガラス加工の信頼性が向上する反面、鉄心での発熱対策が必要になる。
【００２２】
（実施形態１）図３は本発明に係る第１の実施形態を示すもので、上記参考例と異なる点は、くぼみ空洞部８の外側面に保護膜１６を形成し、その上に蛍光体層３を形成したことで、他の構成は参考例と同様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００２３】
一般に、保護膜材料としては、アルミナ（Ａｌ２  Ｏ３  ）、シリカ（ＳｉＯ２  ）、チタニア（ＴｉＯ２  ）、セリア（ＣｅＯ２  ）、イットリア（Ｙ２  Ｏ３  ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の微粒子が用いられ、水銀とガラスとの反応を抑えることにより、光束維持率を向上させている。保護膜は、通常の蛍光灯では透過率が高い方が望ましいため、蛍光体層に比べ薄くガラス内面に形成される。
【００２４】
しかし、本実施形態においては、保護膜１６における光の反射率が高い方が、空洞部８へ向かう光を反射させてバルブ１外部に利用できるため、発光効率は向上する。表１に保護膜１６の厚さと相対発光効率の関係を示す。これより明らかなように、保護膜１６を厚く塗布することにより、保護膜１６での光の反射率が上がり、発光効率は約３％向上していることがわかる。また、保護膜１６を厚くすることにより、誘導コイル２近傍の強いプラズマと空洞部８を構成するステムのガラスとの反応を抑えることができ、光束維持率が向上する。
【００２５】
【表１】
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（実施形態２）図４は本発明に係る第２の実施形態を示すもので、上記参考例と異なる点は、くぼみ空洞部８の形状を底面径が小さい円錐台形としたことで、他の構成は参考例と同様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００２６】
バルブ１内に生じるプラズマの存在する放電空間が空洞部８の底面側では狭いことから、ランプ側面方向に出力される光束は大きいがランプ頂部方向に出力される光束が小さくなる。そこで、本実施形態のように空洞部８を底面径が小さい円錐台形状とすることにより、空洞部８の外側面に塗布された蛍光体層３からの発光を効率的にランプ頂部方向へ放射させることができる。また、このように構成することにより、空洞部８に配設する誘導コイル２の装着が容易となる。
【００２７】
（実施形態３）図５は本発明に係る第３の実施形態を示すもので、上記参考例と異なる点は、くぼみ空洞部８を石英ガラス、ホウ珪酸ガラスまたは低アルカリセラミックスといったアルカリ含有率が５．０％（重量）以下の材質としたことで、他の構成は参考例と同様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００２８】
このように構成することにより、ガラスから供給されるナトリウムと水銀との反応を抑制でき、黒化防止による寿命改善が図れる。
【００２９】
（実施形態４）図６は本発明に係る第４の実施形態を示すもので、上記参考例と異なる点は、石英ガラス、ホウ珪酸ガラスまたは低アルカリセラミックスといったアルカリ含有率が５．０％（重量）以下
の材質や、保護膜と同じ材料であるアルミナセラミックスなどからなる有底筒状体１７をくぼみ空洞部８に被せ、その筒状体１７の外側面に蛍光体層３を形成したことで、他の構成は参考例と同様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３０】
このように筒状体１７を設けることにより、筒状体１７がガラスから供給されるナトリウムと水銀との反応を阻止し、黒化防止による寿命改善が図れる上に、可視光を反射するので反射膜としての効果も兼ね備える。
【００３１】
（実施形態５）図７は本発明に係る第５の実施形態を示すもので、上記参考例と異なる点は、熱伝導の良い鉄やニッケルで形成された金属線１８を、
排気管９に封入された水銀アマルガム１０からバルブ１内の放電空間中に導入する構成としたことであり、また、水銀アマルガム１０の温度が最適温度に達すると断線するような手段１９、例えばバイメタルで形成された素子１９を金属線１８に介在させたことで、他の構成は参考例と同様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３２】
このように構成することにより、金属線１８を介して熱が水銀アマルガム１０に伝わり、水銀アマルガム１０の温度を素早く上げることができ、ランプ始動時の光束立ち上がりを改善できる。
【００３３】
（実施形態６）図８は本発明に係る第６の実施形態を示すもので、上記参考例と異なる点は、くぼみ空洞部８の底面と排気管９に封入された水銀アマルガム１０とを、外側から熱伝導の良い鉄やニッケルで形成された金属線１８で接続したことであり、また、水銀アマルガム１０の温度が最適温度に達すると断線するような手段１９、例えばバイメタルで形成された素子１９を金属線１８に介在させたことで、他の構成は参考例と同様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３４】
このように構成することにより、上記実施形態６と同様に、水銀アマルガム１０の温度を素早く上げることができ、ランプ始動時の光束立ち上がりを改善できる。
【００３５】
（実施形態７）図９および図１０は本発明に係る第７の実施形態を示すもので、上記参考例と異なる点は、上記バルブ保持体１３を空洞軸方向に長く形成して、その側面が外気と接するようにするとともに、その側面に開口部３３を設け、バルブ保持体１３に通気性を持たせたことで、他の構成は参考例と同様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３６】
このように構成することにより、電界シールド１１の一部がバルブ保持体１３の開口部３３より流入した外気により冷却され、熱伝導により誘導コイル２と共にくぼみ空洞部８内の空気も冷却され、ランプ発光効率や光束維持率の向上が図れる。
【００３７】
（実施形態８）図１１は本発明に係る第８の実施形態を示すもので、上記実施形態２と異なる点は、上記バルブ保持体１３を空洞軸方向に長く形成し
て、その側面が外気と接するようにするとともに、その側面に開口部３３を設け、バルブ保持体１３に通気性を持たせたことで、他の構成は実施形態２と同様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３８】
このように構成することにより、バルブ保持体１３の開口部３３より流入した外気に接する電界シールド１１の部分を広くすることができるので、実施形態８に比べて、誘導コイル２とくぼみ空洞部８内の空気はさらに冷却される。
【００３９】
（実施形態９）図１２は本発明に係る第９の実施形態を示すもので、実施形態７の構成に加え、電界シールド１１のバルブ保持体１３に囲まれた空
気に接する部分にも開口部３４を設け、電界シールド１１内の空気と外気の入れ換えが生ずるようにしたものである。この構成により、電界シールド１１内の空気は冷やされ、熱伝導により誘導コイル２も冷却される。
【００４０】
（実施形態１０）図１３は本発明に係る第１０の実施形態を示すもので、実施形態９の構成に加え、バルブ保持体１３と整合回路１４が配設された口金６との間に、熱伝導性の良くない材料（ゴム、ベークライト等）よりなる断熱材３５を配設したものである。なお、この断熱材３５は、電界シールド１１内部の空間と口金６内の空間との間も塞ぐように配置してある。
【００４１】
このように構成することにより、電界シールド１１内の空気が口金６内に流入することを妨げ、また、電界シールド１１、バルブ保持体１３を経由する熱が口金６内部に流入することも妨げるため、口金６内部および誘導コイル２を支持する部分３６の温度を下げることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は上記のように、くぼみ空洞部の外側面に、光を反射する程度の厚みを有する保護膜を形成したことにより、ガラスとプラズマとの反応を抑えると共に、効率的にランプ外部に光を取り出すことができ、ランプ発光効率や光束維持率の優れた無電極放電灯を提供することができる。
【００４４】
また、くぼみ空洞部の形状を底面径が小さい円錐台形としたことにより、効率的にランプ外部に光を取り出すことができ、ランプ発光効率に優れた無電極放電灯を提供することができる。
【００４５】
また、くぼみ空洞部をアルカリ含有率が５．０％（重量）以下のガラスまたはセラミックスで形成するか、くぼみ空洞部の外側面をアルカリ含有率が５．０％（重量）以下のガラスまたはセラミックスで被覆することにより、ガラスとプラズマとの反応を抑え、光束維持率の優れた無電極放電灯を提供できる。
【００４６】
さらに、くぼみ空洞部の中心軸に沿うように形成された排気管内に封入された水銀アマルガムを、水銀と反応しない熱伝導の良い金属線を介してバルブ内空間またはバルブ面の高温部と接続したことにより、光束立ち上がりに優れた無電極放電灯を提供することができる。
【００４７】
また、電界シールドの外側面の少なくとも一部が外気と接するように構成したことにより、誘導コイルと共にくぼみ空洞部内の空気も冷却され、ランプ発光効率や光束維持率の優れた無電極放電灯を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例を示す簡略断面図である。
【図２】バルブの直径に対する空洞部の直径の比と相対発光効率の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る第１の実施形態を示す簡略断面図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態を示す簡略断面図である。
【図５】本発明に係る第３の実施形態を示す簡略断面図である。
【図６】本発明に係る第４の実施形態を示す簡略断面図である。
【図７】本発明に係る第５の実施形態を示す簡略断面図である。
【図８】本発明に係る第６の実施形態を示す簡略断面図である。
【図９】本発明に係る第７の実施形態を示す簡略断面図である。
【図１０】本発明に係る第７の実施形態を示す簡略側面図である。
【図１１】本発明に係る第８の実施形態を示す簡略断面図である。
【図１２】本発明に係る第９の実施形態を示す簡略断面図である。
【図１３】本発明に係る第１０の実施形態を示す簡略断面図である。
【図１４】従来例を示す斜視図である。
【図１５】異なる従来例を示す一部断面の正面図である。
【符号の説明】
１  バルブ
２  誘導コイル
３  蛍光体層源
６  口金
７  高周波電源
８  くぼみ空洞部
９  排気管
１０  水銀アマルガム
１１  電界シールド
１２  バルブ封着部
１３  バルブ保持体
１４  整合回路
１５  同軸ケーブル
１６  保護膜
１７  筒状体
１８  金属線
１９  断線手段
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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