(57)【要約】【課題】最冷部を好適な温度に保つことができるとともに、突起部の強度の低下を抑制できる無電極放電ランプおよびそれを用いた照明器具を提供することにある。【解決手段】照明器具は、無電極放電ランプ１と、無電極放電ランプ１に近接配置され高周波電力を供給されることにより高周波電磁界を発生して無電極放電ランプ１の放電ガスを励起させる誘導コイル２０を備えるカプラ２と、誘導コイル２０に高周波電力を供給する高周波電源部とを具備し、無電極放電ランプ１は、透光性材料により形成され放電ガスおよび水銀が封入されたバルブ１０を備え、バルブ１０には、バルブ１０の表面側において円錐形状の凸部１２ａを構成するとともにバルブ１０の裏面側において円錐形状の凹部１２ｂを構成する突起部１２が一体に形成されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料により形成され放電ガスおよび水銀が封入されたバルブを備え、バルブには、バルブの表面側において円錐形状の凸部を構成するとともにバルブの裏面側において円錐形状の凹部を構成する突起部が一体に形成されてなることを特徴とする無電極放電ランプ。
【請求項２】
突起部は、バルブの一部を加熱して溶融した状態で、先部が円錐形状に形成された突起部形成部材の先部を前記一部にバルブの内方から押し当てて当該一部を外方へ押し出すことにより形成されてなることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無電極放電ランプと、無電極放電ランプに近接配置され高周波電力を供給されることにより高周波電磁界を発生して無電極放電ランプの放電ガスを励起させる誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源部とを備えていることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ガスおよび水銀が封入されたバルブ内に電極を持たず、バルブの外部からバルブの内部に高周波電磁界を作用させることによって放電発光する無電極放電ランプおよびそれを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、透光性材料により形成されたバルブ（気密容器）の内部に放電ガスおよび水銀蒸気が封入されてなる無電極放電ランプが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。この種の無電極放電ランプを点灯するにあたっては、バルブに近接配置された誘導コイルに高周波電力を供給して（高周波電流を流して）電磁誘導により高周波電磁界を発生させるのであり、高周波電磁界によってバルブ内の水銀原子が励起されて、紫外線が放射される。なお、無電極放電ランプを照明に利用する場合には、バルブの内面に紫外線を吸収して可視光を放射する蛍光体が塗布される。
【０００３】
上述したような無電極放電ランプは、バルブの内部に電極を持たない構造となっているため、電極の劣化による不点灯が少なく、フィラメント電極を備えた一般の蛍光ランプに比べて長寿命であるという利点を有している。
【０００４】
ところで、特許文献１，２に示されている無電極放電ランプでは、水銀蒸気の供給源として、ビスマス−インジウム−水銀アマルガムを使用している。このようなアマルガムは、周囲温度が変化しても広い温度範囲で高い光出力が得られるという利点があるが、高い光出力を実現するためには、バルブ内の水銀蒸気圧が所定値以上となる必要があり、アマルガムの温度が、水銀蒸気圧が所定値以上となるために必要な温度に達するまでに時間がかかるという問題があった。例えば、上述のビスマス−インジウム−水銀アマルガムを使用した場合、安定点灯時の光出力に対して６０％の光出力を確保するには、約１分もの時間がかかる。
【０００５】
そこで、特許文献３，４に示されている無電極放電ランプでは、立ち上がり時間を短縮するために、水銀蒸気の供給源として、純粋な水銀滴を使用している。水銀滴は、上述のビスマス−インジウム−水銀アマルガムに比べて低い温度でも高い水銀蒸気圧を得ることができるため、水銀蒸気圧が最適な値となるまでの時間が短く、無電極放電ランプの立ち上がり時間を短縮することができていた。例えば、上述の水銀滴を使用した場合、２〜３秒で、安定点灯時の光出力に対して５０％の光出力を確保できたという結果が得られている。
【０００６】
しかしながら、バルブの体積に対して入力電力が大きい場合（例えば、高負荷のランプなど）や、周囲温度が高い場合には、バルブの温度が高くなるため、水銀蒸気圧が高くなり過ぎて、逆に安定点灯中に光出力が低下してしまうという問題が生じていた。
【０００７】
したがって、上述の水銀滴を使用する場合には、水銀の蒸気圧を左右するバルブの最冷部（最冷点ともいう）の温度を管理する必要がある。ここで、最冷部とは、バルブの表面の中で最も温度が低い部位であり、その温度は、約４０度とすることが好ましい。また、最冷部は、無電極放電ランプの点灯方向によって変化する。例えば、口金を上向きにして点灯させるＢＵ（ベースアップ）の場合は、バルブの先端部が最冷部となり、口金を下向きにして点灯させるＢＤ（ベースダウン）の場合は、口金の直上にあたるバルブの基端部が最冷部となる。
【０００８】
上記の点に鑑み、特許文献３，４では、バルブに半球状の突起部を形成して、この突起部を最冷部として利用することが提案されている。なお、このような突起部は、バルブの壁部の一部を加熱して溶融し、外部に押し出してから冷却して硬化させることによって形成される。
【特許文献１】特開平７−２７２６８８号公報
【特許文献２】実開平６−５００６号公報
【特許文献３】特開２００１−３２５９２０号公報
【特許文献４】特開２００５−３４６９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、管壁負荷（無電極放電ランプの定格電力をバルブの表面積で除した値）が大きくなった場合に、上述の突起部（すなわち最冷部）を好適な温度に保つには、突起部の突出寸法を大きくする必要があった。
【００１０】
しかしながら、このような突起部は、バルブの壁部の一部により形成されているから、その突出寸法を大きくした場合には、当然ながら、突起部の肉厚が薄くなり、突起部の強度が低下して、破損しやすくなるという問題が生じていた。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、最冷部を好適な温度に保つことができるとともに、突起部の強度の低下を抑制できる無電極放電ランプおよびそれを用いた照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、請求項１の発明では、透光性材料により形成され放電ガスおよび水銀が封入されたバルブを備え、バルブには、バルブの表面側において円錐形状の凸部を構成するとともにバルブの裏面側において円錐形状の凹部を構成する突起部が一体に形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によれば、バルブに形成した突起部を最冷部として利用できるから、最冷部を好適な温度に保つことができる。しかも、突起部はバルブの表面側において円錐形状の凸部を構成するとともにバルブの裏面側において円錐形状の凹部を構成するので、突出寸法および直径（開口径）が同じであれば、従来例のように半球状のものなどに比べて表面積を小さくできて突起部の肉厚を厚くできるから、突起部の強度の低下を抑制できる。
【００１４】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、突起部は、バルブの一部を加熱して溶融した状態で、先部が円錐形状に形成された突起部形成部材の先部を前記一部にバルブの内方から押し当てて当該一部を外方へ押し出すことにより形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、バルブの一部を加熱して溶融した状態で空気などを送り込むことにより突起部を形成する場合に比べて、突起部の形状精度を向上でき、また、突起部の肉厚が薄くなってしまうことを抑制できる。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の無電極放電ランプと、無電極放電ランプに近接配置され高周波電力を供給されることにより高周波電磁界を発生して無電極放電ランプの放電ガスを励起させる誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源部とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によれば、最冷部を好適な温度に保つことができるとともに、突起部の強度の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、最冷部を好適な温度に保つことができるという効果を奏し、その上、突出寸法が同じであれば従来よりも突起部の肉厚を厚くできるから、突起部の強度の低下を抑制できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施形態の無電極放電ランプ（無電極放電灯）１は、図１に示すように、放電ガスおよび水銀が封入されたバルブ１０と、バルブ１０の基端部（図１における下端部）１０ａ側に設けられバルブ１０をカプラ２などに固定する口金１１とを備えている。
【００２０】
バルブ１０は、透光性材料により中空の球形状（電球形状）に形成された気密容器である。本実施形態では、バルブ１０を石英ガラスにより形成しており、また、バルブ１０の内径を１１０ｍｍに設定している。なお、バルブ１０は硬質ガラスにより形成してもよい。
【００２１】
またバルブ１０は、頂（先端）部に（図1における上端部）に、突起部１２が一体に形成されてなる。この突起部１２は、中空の円錐形状に形成されたものであって、図１および図４（ａ）に示すように、バルブ１０の表面側（外面側）において円錐形状の凸部１２ａを構成するとともに、バルブ１０の裏面側（内面側）において円錐形状の凹部１２ｂを構成している。したがって無電極放電ランプ１の点灯方向をＢＵとした場合に、この突起部１２が最冷部となる。
【００２２】
このような突起部１２を形成するにあたっては、図２に示すように、先部が円錐形状に形成された突起部形成部材１００を用いる。ここで、突起部形成部材１００の先端部は、曲率半径Ｒが１．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲から選択された曲面形状に形成されている。
【００２３】
そして、突起部１２は、図３に示すように、バルブ１０の管壁の一部（本実施形態では、バルブ１０の先端部）をバーナ（酸素バーナなど）２００でガラス転移点以上となるまで加熱して溶融した状態で、突起部形成部材１００の先部を前記一部にバルブ１０の内方から押し当てて当該一部を外方へ押し出し、後に冷却して硬化させることにより形成されている。つまり、突起部１２は、バルブ１０の管壁の一部を押し出す（膨出させる）ことによって形成されている。
【００２４】
このようにすれば、例えば、バルブ１０の一部を加熱して溶融した状態で空気などを送り込むことにより突起部１２を形成する場合に比べて、突起部１２の形状精度を向上でき、また、突起部１２の肉厚が薄くなってしまうことを抑制できる。
【００２５】
一方、バルブ１０の基端部１０ａの中央部にはカプラ２の先部が内部に配置される円柱状の空洞部（キャビティ）１０ｂが凹設されている。この空洞部１０ｂの底部には、空洞部１０ｂの開口部側（すなわち口金１１側）に向けて円筒状の排気管１３が一体に突設されている。排気管１３の内部とバルブ１０の内部とは連通している。また、排気管１３の長さ寸法は、排気管１３の先端部（図１における下端部）が、空洞部１０ｂよりも外方に突出するような値に設定されている。さらに、バルブ１０の長さ寸法（空洞部１０ｂの長さ方向に沿った方向における寸法）は、無電極放電ランプ１の点灯方向をＢＤとした場合に基端部１０ａが最冷部となるように、バルブ１０において最も高温となる誘導コイル２０の近傍から基端部１０ａが所定距離以上離間するような値に設定されている。
【００２６】
このように形成されたバルブ１０の内部には、アルゴンやクリプトンなどの希ガスなどの放電ガスが封入されている。また、バルブ１０の内面全面には、バルブ１０内部で発生した紫外線を可視光に変換するための蛍光体１４が塗布されている。また、本実施形態では、バルブ１０を石英ガラスにより形成しているため、石英ガラスと水銀との反応を抑えるための保護膜１５を蛍光体１４とバルブ１０との間に介在させている。
【００２７】
一方、排気管１３の内部には、バルブ１０の内部に水銀を供給する（水銀を蒸発させ、必要な水銀蒸気圧を確保する）ための水銀供給部１６と、水銀供給部１６固定用の２つの円柱状のガラスロッド１７とが、２つのガラスロッド１７で水銀供給部１６を挟み込んだ状態で封入されている。また、排気管１３には、水銀供給部１６および２つのガラスロッド１７の位置規制用の突出部１３ａが設けられており、水銀供給部１６および２つのガラスロッド１７が排気管１３内を移動しないようにしている。本実施形態では、水銀供給部１６として、重量が約２０ｍｇ、重量比が５０：５０のＺｎ−Ｈｇ（亜鉛−水銀）アマルガムを、鉄−ニッケル合金製の金属容器内に収納したものを用いている。このようなＺｎ−Ｈｇアマルガムは、上述のビスマス−インジウム−水銀アマルガムに比べて、温度と水銀蒸気圧との関係が水銀滴に近いという特性を有しているため、本実施形態では、水銀滴に代えてＺｎ−Ｈｇアマルガムを使用している。
【００２８】
さらに、バルブ１０の内部には、暗所における初期電子の不足を補うために、セシウムなどからなる暗所始動補助部（暗所始動補助フラグ）１８が封入されている。この暗所始動補助部１８は、一端が排気管１３の突出部１３ｂにより係止された保持部１９の他端に取り付けられている。
【００２９】
口金１１は、合成樹脂を用いて両端が開口した円筒状に形成されている。バルブ１０は、基端側を口金１１の一端開口（図１における上端開口）から口金１１の内部に挿入した形で、口金１１に固定されている。また、口金１１は、カプラ２に固定できるように構成されており、口金１１をカプラ２に固定した際には、カプラ２の先部がバルブ１０の空洞部１０ｂ内に位置するようになっている。
【００３０】
このように形成された無電極放電ランプ１は、点灯方向をＢＵとした際には、突起部１２が最冷部となるが、点灯方向をＢＤとした際には、バルブ１０の基端部１０ａが最冷部となる。
【００３１】
以上述べた本実施形態の無電極放電ランプ１によれば、バルブ１０に形成した突起部１２を最冷部として利用できるから、最冷部を好適な温度に保つことができる。
【００３２】
しかも、突起部１２は、バルブ１０の表面側において円錐形状の凸部１２ａを構成するとともに、バルブ１０の裏面側において円錐形状の凹部１２ｂを構成するので、突出寸法（高さ）および直径（開口径）が同じであれば、従来例のように半球状や円筒状のものなどに比べて突起部１２の表面積が小さくなり、突起部１２の肉厚を厚くできるから、突起部１２の強度の低下を抑制できる。
【００３３】
このことを確かめるために図４（ａ）に示す本実施形態における突起部１２と、図４（ｂ）に示す比較例（従来例）の突起部１２とを複数形成し、それぞれにおいて突起部１２を形成する前のバルブ１０の管壁の厚みと、突起部１２の肉厚ｔとを測定した。なお、以下の説明では、図４（ａ）に示す本実施形態における突起部１２と図４（ｂ）に示す比較例の突起部１２とを区別するために、必要に応じて本実施形態における突起部１２を符号１２Ａで示し、比較例の突起部１２を符号１２Ｂで示す。
【００３４】
この測定において、突出寸法Ｈは１２ｍｍ、直径φは２８ｍｍとしており、突起部１２Ａを形成するにあたっては、直径が１８ｍｍ、頂部の曲率半径Ｒが１．５ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの３種類の突起部形成部材１００を用いている。また、突起部１２Ｂを形成するにあたっては、図２に示す突起部形成部材１００の代わりに図５に示す円柱状の突起部形成部材３００を用いており、その他は突起部１２Ａを形成する際と同様である。なお、突起部形成部材３００の直径は突起部形成部材１００に等しい。
【００３５】
すなわち、突起部１２Ｂは、バルブ１０の管壁の一部をバーナ２００でガラス転移点以上となるまで加熱して溶融した状態で、図５に示すような円柱状の突起部形成部材３００の先部を前記一部にバルブ１０の内方から押し当てて当該一部を外方へ押し出し、後に冷却して硬化させることにより形成している。
【００３６】
上記測定結果により図６に示すグラフが得られた。なお、グラフ中でＡは、本実施形態における突起部１２Ａを、Ｂは比較例の突起部１２Ｂを示している。
【００３７】
図６に示すグラフを参照すれば明らかなように、本実施形態における突起部１２Ａのほうが、比較例の突起部１２Ｂよりも肉厚ｔを厚くできていることがわかる。
【００３８】
また、本実施形態の無電極放電ランプ１および比較例の突起部１２Ｂを有する無電極放電ランプ１それぞれについて突起部１２の温度（すなわち最冷部の温度）と、その発光効率（ｌｍ／Ｗ）を測定した結果、下記の表１に示す結果が得られた。なお、この測定では、直径が１８ｍｍ、頂部の曲率半径Ｒが３．０ｍｍの突起部形成部材１００を用いて突起部１２Ａを、直径が１８ｃｍの突起部形成部材３００を用いて突起部１２Ｂをそれぞれ形成し、各突起部１２の突出寸法Ｈは１２ｍｍ、直径φは２８ｍｍとしている。また、無電極放電ランプ１の点灯方向は、ＢＵ（口金上向き）とした。なお、表中のＡは、本実施形態の無電極放電ランプ１を示し、Ｂは、比較例の無電極放電ランプ１を示している。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１を参照すれば明らかなように、突出寸法Ｈおよび直径φが同じであれば、本実施形態の無電極放電ランプ１のほうが、最冷部の温度を低くできるとともに、発光効率を向上できることも確かめられた。
【００４１】
本実施形態の無電極放電ランプ１は、例えば、図７に示すような照明器具に利用される。図７に示す照明器具は、本実施形態の無電極放電ランプ１と、無電極放電ランプ１に近接配置され高周波電力を供給されることにより高周波電磁界を発生して無電極放電ランプ１の放電ガスを励起させる誘導コイル２０を有するカプラ２（図１参照）と、誘導コイル２０に高周波電力を供給する高周波電源部（図示せず）を有する点灯回路部（バラスト）３とを備えている。
【００４２】
カプラ２は、図１に示すように、高周波電力が供給されることにより高周波電磁界を発生してバルブ１０に封入された放電ガスを励起させる誘導コイル２０を備えている。なお、本実施形態では、誘導コイル２０に通電する高周波電流として、数百ｋＨｚ程度の比較的低い周波数の高周波電流を利用するため、カプラ２は、誘導コイル２０が巻装される筒状のコア２１を備えている。このようなコア２１は、例えば、フェライトなどにより形成され、外形が空洞部１０ｂの内径よりも小さく、内径が排気管１３の外径よりも大きく設定され、また、排気管１３よりも長く形成されている。したがって、カプラ２を空洞部１０ｂ内に挿入した際には、排気管１３は、コア２１の内部に配置されることになる。
【００４３】
安定回路部３は、例えば、商用電源により得られた交流電圧を所定の高周波電圧に変換して給電線４を通じてカプラ２の誘導コイル２０に高周波電力を供給する高周波電源部や、調光用のパルスジェネレータから指示されるデューティ比に応じて高周波電源部の出力をオンオフ制御する調光制御回路（図示せず）などにより構成されている。なお、安定回路部３としては、従来周知のものを採用できるから、詳細な説明は省略する。
【００４４】
以上述べた照明器具において、誘導コイル２０に高周波電流を流すと、誘導コイル２０の周囲に高周波電磁界が発生する。この高周波電磁界によりバルブ１０内の電子が加速され、このように加速された電子が水銀原子に衝突することで、水銀原子が電離する（水銀原子の電離は、アルゴンなどの放電ガスによるペニング効果によっても生じる）。これにより放電が開始され、上記のような電離が繰り返されることで放電が維持されて、やがてバルブ１０内にプラズマが発生する。そして、プラズマが生じると、高周波電磁界によるエネルギーのほとんどが電子で費やされるようになり、高周波電磁界により加速された電子が水銀原子に衝突することで水銀原子が電離、あるいは励起される。そして、励起された水銀原子が基底状態に戻るときに、励起状態と基底状態とのエネルギー差に相当する波長の光、すなわち紫外線（波長が２５４ｎｍの紫外線、および波長が１８５ｎｍの紫外線）が放射される。このような紫外線は、バルブ１０の内面に塗布された蛍光体１４により可視光に変換されて、バルブ１０から外方に放射される。
【００４５】
このような照明器具によれば、本実施形態の無電極放電ランプ１を採用したことにより、最冷部を好適な温度に保つことができるとともに、突起部１２Ａの強度の低下を抑制できるようになる。
【００４６】
ところで、本実施形態の無電極放電ランプ１は、図８に示すように、無電極放電ランプ１が放射する光を反射するドーム状の反射板５と、反射板５の開口を閉塞する形で反射板５に取り付けられた透光板（前面パネル）６とを有する照明器具にも採用できる。この場合、無電極放電ランプ１は、反射板５と透光板６とで囲まれ、ほぼ密閉されることになるが、突起部１２Ａにより最冷部の温度を効率よく低下させることができるから、最冷部を好適な温度に保つことができるとともに、突起部１２Ａの強度の低下を抑制できる。
【００４７】
なお、本実施形態の無電極放電ランプ１の形状はあくまで一例であり、これに限定する趣旨ではない。また、突起部１２Ａの形状も厳密な意味で円錐形状である必要はなく、概ね円錐形状とみなせるものであれば、同様の効果が得られる。
【００４８】
また、本実施形態の無電極放電ランプ１は、図７，８に示すような照明器具だけではなく、種々の照明器具に採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態の無電極放電ランプの概略断面図である。
【図２】突起部形成部材の外観図である。
【図３】突起部の形成方法の説明図である。
【図４】（ａ）は本実施形態における突起部の断面図、（ｂ）は比較例の突起部の断面図である。
【図５】比較例の突起部の形成に用いた突起部形成部材の外観図である。
【図６】本実施形態の無電極放電ランプと従来例との比較結果のグラフである。
【図７】本発明の一実施形態の無電極放電ランプを備える照明器具の説明図である。
【図８】同上における照明器具の他例の説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    無電極放電ランプ
２    カプラ
１０    バルブ
１２    突起部
１２ａ  凸部
１２ｂ  凹部
２０    誘導コイル
１００    突起部形成部材
【図１】
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【図２】
2008243624.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008243624.tif 000008
【図６】
2008243624.tif 000009
【図７】
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【図８】
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