(57)【要約】【課題】安定な放電が維持できる無電極放電ランプ点灯装置を提供すること【解決手段】透光性の放電バルブ１２０と、コア１０３とコイル１０４とから構成された誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する点灯回路１４０とを備えた無電極放電ランプ点灯装置である。点灯回路１４０の動作周波数は８０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の範囲にあり、点灯回路１４０の動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、放電バルブ１２０への電気入力をＰ（Ｗ）とするときに、放電バルブ１２０内の希ガスの圧力ｐ（Ｐａ）が下式の関係を満足し、放電バルブ１２０への電気入力Ｐは最小で７Ｗ、最大で２２Ｗである。【数１】2005346924.tif 000018（ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数であり、Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝６．２）【選択図】  図６
2005346924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともクリプトンを含む希ガスおよび水銀が封入された透光性の放電バルブと、
コアと前記コアの周りを巻回するコイルとから構成され、前記放電バルブの内部に電磁界を発生させる誘導コイルと、
前記誘導コイルに高周波電力を供給する点灯回路と
を備えた無電極放電ランプ点灯装置であって、
前記点灯回路の動作周波数が８０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の範囲にあり、前記点灯回路の動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、前記放電バルブへの電気入力をＰ（Ｗ）とするときに、前記放電バルブ内の希ガスの圧力ｐ（Ｐａ）が下式の関係を満足し、
【数１】
2005346924.tif 000016
（ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数であり、
Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝６．２）、且つ、
前記放電バルブへの電気入力Ｐが最小で７Ｗ、最大で２２Ｗである、無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記誘導コイルの前記コアが、鉄とマンガンと亜鉛とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の無電極放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
少なくともクリプトンを含む希ガスおよび水銀が封入された透光性の放電バルブと、
コアと前記コアの周りを巻回するコイルとから構成され、前記放電バルブの一部に設けられた凹入部に挿入された誘導コイルと、
前記誘導コイルに高周波電力を供給する点灯回路と、
前記点灯回路に電気的に接続された口金と
を備えた、電球形無電極蛍光ランプであって、
前記点灯回路の動作周波数が８０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の範囲にあり、前記点灯回路の動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、前記放電バルブへの電気入力をＰ（Ｗ）とするときに、前記放電バルブ内の希ガスの圧力ｐ（Ｐａ）が下式の関係を満足し、
【数１】
2005346924.tif 000017
（ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数であり、
Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝６．２）、且つ、
前記放電バルブへの電気入力Ｐが最小で７Ｗ、最大で２２Ｗである、電球形無電極蛍光ランプ。
【請求項４】
前記誘導コイルの前記コアが、鉄とマンガンと亜鉛とを含むことを特徴とする、請求項３に記載の電球形無電極蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電極放電ランプに関し、特に、電球形無電極蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無電極蛍光ランプは、電極がないため、有電極の蛍光ランプに比べて長寿命であり、且つ、一般蛍光ランプ同様に効率が高いという特徴を有している。この特徴により、無電極蛍光ランプは、環境保護並びに経済性の観点から注目され、今後ますます普及する可能性をひめている。無電極蛍光ランプは、一般照明用としてこれまで広く使われてきた電球の代替光源としての需要が多く、この用途に無電極蛍光ランプを用いる場合には、電球のようにコンパクトで、ランプ効率が高く、且つ、経済的であることが無電極蛍光ランプに求められる。
【０００３】
無電極蛍光ランプは、有電極の蛍光ランプに比べて効率が高く、寿命が長いことから好適な光源といえる。例えば、市販されている無電極蛍光ランプは、動作周波数としてＩＳＭバンドである１３．５６ＭＨｚといったＭＨｚ帯の周波数帯を利用しており、これらのランプの定格電力は、約２５Ｗ〜１５０Ｗ、寿命は、１５，０００〜６０，０００時間で、良好な保全性と効率を有することが示されている。
【０００４】
今日、市場で販売されているこれらの無電極蛍光ランプは、主として、景観照明、道路照明、橋梁照明、公園照明あるいは高天井の工場照明など、ランプ交換に高いコストがかかる場所の照明で使用することを目的としており、点灯回路は別置きのものがほとんどである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、無電極蛍光ランプが有する高効率、長寿命といった長所を活かしつつ、電球用ソケットに差し込んでそのまま電球のように使える電球形無電極蛍光ランプが開発され、そして、そのような長所を備えた電球形無電極蛍光ランプを、電球代替光源として、普及させていくことが検討されている。つまり、ホテル、レストラン、あるいは住宅などこれまで電球が使われてきた場所で、電球代替用の光源として使えるように、電球用ソケットに差し込んでそのまま使える、放電バルブと点灯回路とを一体化した電球形無電極蛍光ランプが開発されたので、その普及が望まれている。
【０００６】
この電球代替用として必要な無電極蛍光ランプは、屋外の公共照明などで使用するものと異なり、６０Ｗ〜１００Ｗの電球に相当する光束を有する蛍光ランプであり、そのワット数は、１０Ｗ〜２０Ｗ前後のものである。このような低ワットの電球代替用の無電極蛍光ランプとしては、寿命が長いだけでなく、コンパクトで、価格的に受け入れられやすいもので、且つ、周辺で利用される電気機器に対して電磁障害（ＥＭＩ）をもたらさないものが望まれている。
【０００７】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電磁障害（ＥＭＩ）を抑制した無電極放電ランプ点灯装置においても、良好な特性（特に、安定した放電の維持）を示す無電極放電ランプ点灯装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による無電極放電ランプ点灯装置は、少なくともクリプトンを含む希ガスおよび水銀が封入された透光性の放電バルブと、コアと前記コアの周りを巻回するコイルとから構成され、前記放電バルブの内部に電磁界を発生させる誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する点灯回路とを備えた無電極放電ランプ点灯装置であって、前記点灯回路の動作周波数が８０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の範囲にあり、前記点灯回路の動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、前記放電バルブへの電気入力をＰ（Ｗ）とするときに、前記放電バルブ内の希ガスの圧力ｐ（Ｐａ）が下式の関係を満足し、
【０００９】
【数１】
2005346924.tif 000003
【００１０】
（ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数であり、Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝６．２）、且つ、前記放電バルブへの電気入力Ｐが最小で７Ｗ、最大で２２Ｗである。
【００１１】
本発明による電球形無電極蛍光ランプは、少なくともクリプトンを含む希ガスおよび水銀が封入された透光性の放電バルブと、コアと前記コアの周りを巻回するコイルとから構成され、前記放電バルブの一部に設けられた凹入部に挿入された誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する点灯回路と、前記点灯回路に電気的に接続された口金とを備えた、電球形無電極蛍光ランプであって、前記点灯回路の動作周波数が８０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の範囲にあり、前記点灯回路の動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、前記放電バルブへの電気入力をＰ（Ｗ）とするときに、前記放電バルブ内の希ガスの圧力ｐ（Ｐａ）が下式の関係を満足し、
【００１２】
【数１】
2005346924.tif 000004
【００１３】
（ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数であり、Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝６．２）、且つ、前記放電バルブへの電気入力Ｐが最小で７Ｗ、最大で２２Ｗである。
【００１４】
ある実施形態において、前記誘導コイルの前記コアは、鉄とマンガンと亜鉛とを含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、本願発明者が発明を完成するにあたり行った基礎的な検討について説明し、その後、本発明の実施形態にかかる無電極放電ランプ装置ランプおよび電球形無電極蛍光ランプについて説明する。
【００１６】
本願発明者は、ホテルや住宅用などを主用途とした電球代替用の無電極蛍光ランプを開発するために、５００ｋＨｚ以下の駆動周波数で、２０Ｗ以下の低ワットの無電極蛍光ランプを試作・点灯し、特性評価と観察実験を行った。その結果、思いがけない現象、すなわち、主として屋外で使われている高ワット（例えば１５０Ｗ）の無電極放電ランプにおいてはこれまで見られなかった意外な現象が発生することが明らかとなった。その現象というのは、放電バルブへの入力電力が１０Ｗ〜２０Ｗ前後の低ワットの無電極蛍光ランプにおいてバッファガスの圧力を、高ワット（例えば１５０Ｗ）の無電極放電ランプで用いられている約４０〜５０（Ｐａ）といった圧力にすると、放電が非常に不安定になりやすく、場合によっては点灯できないということである。
【００１７】
続いて、本願発明者は、このような現象の発生を回避すべく、低ワットの無電極放電ランプを試作し、チラツキや、立ち消えが生じるのを防止し、安定した放電が維持できるための条件を求め、本発明を完成させるに至った。
【００１８】
本願発明者が行った検討を詳述すると次の通りである。無電極放電ランプの放電が維持できるかどうかは、封入するガス種と放電バルブの形状が規定されている条件下では、主として封入ガスの圧力ｐと放電バルブ内の電界強度Ｅに依存する。そして、放電が維持されている条件下では放電バルブ内の中性粒子の数ｎnと電子の衝突周波数νeの積ｎn・νeはほぼ一定、言い換えると希ガスの圧力ｐと電界強度Ｅの積ｐＥがほぼ一定と見なすことができる。
【００１９】
また、無電極放電ランプの放電バルブへの電気入力Ｐと電界強度Ｅとの関係は、次式で与えられる。
【００２０】
【数２】
2005346924.tif 000005
【００２１】
ここで、σは導電率、ｅは電子電荷、ｎeは電子密度、ｍeは電子の質量である。
【００２２】
この式からわかるように、封入する希ガスの圧力ｐを高くすると、電界強度Ｅは低くても放電維持が可能であり、放電を維持するために必要な最小の電気入力（以下、単に「放電維持電力」と呼ぶ。）Ｐminと希ガスの圧力ｐに関して、次式が得られる。
【００２３】
【数３】
2005346924.tif 000006
【００２４】
また、無電極放電ランプ点灯装置の誘導コイルによって生ずる誘導磁界による放電バルブ内の電界強度Ｅは、誘導電流の周波数、すなわち無電極放電ランプ点灯装置の動作周波数ｆに比例する。したがって、無電極放電ランプの放電維持電力Ｐmin（Ｗ）と動作周波数ｆとの関係は次式で与えられる。
【００２５】
【数４】
2005346924.tif 000007
【００２６】
上記式３および式４を基づいて、希ガスの圧力をｐ（Ｐａ）、動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とすると、無電極放電ランプの放電維持電力Ｐmin（Ｗ）は、下記式５のように近似して表すことができることを，本願発明者は導き出した。
【００２７】
【数５】
2005346924.tif 000008
【００２８】
ここで、Ａ，Ｂ、Ｃは定数である。
【００２９】
この式５から分かるように、希ガスの圧力ｐを低くすると、放電維持電力Ｐminの値が大きくなる。このことは、低ワットのランプほど希ガスの圧力を低くすると放電維持が難しくなることを意味している。したがって、これまでに市販されている高ワットタイプ（例えば１００Ｗ）の無電極蛍光ランプでは、クリプトンガスの圧力を４０〜５０Ｐａとした状態でも安定した放電が維持できたのに、低ワット（例えば１３Ｗ）の無電極放電ランプではこのような低いガス圧力の下では放電が不安定、もしくは放電維持が困難となる事態が発生する可能性があることが定性的に理解できる。さらに、動作周波数がＭＨｚ帯である従来の無電極放電ランプから、ＥＭＩ対策の点を考慮して動作周波数を数１００ｋＨｚ程度に低くした無電極放電ランプでは、チラツキなどの現象が一層起こりやすくなることも分かる。
【００３０】
そこで、本願発明者は、電球代替用の無電極放電ランプを試作して、その封入ガスの圧力と点灯回路の動作周波数を変化させたときの、放電維持電力Ｐminの変化について実験を行った。以下、その一例としての実験の内容を、その実験条件および結果とともに説明する。
【００３１】
図１は、本実験で用いた無電極放電ランプの点灯特性を調べるため実験の装置の基本構成図である。図１に示した実験装置は、無電極放電ランプ２６０と、点灯回路４４０とから構成されている。
【００３２】
無電極放電ランプ２６０は、透光性の放電バルブ１２０と、誘導コイル１３０とを有しており、誘導コイル１３０は、点灯回路４４０からの高周波電力を放電バルブ１２０に供給するため部材である。
【００３３】
放電バルブ１２０は、図１に示すように外管１０１と内管１０２とからなり、内管１０２には排気管１０５が接続されている。放電バルブ１２０の中には、水銀と希ガスとしてクリプトン（図示せず）が封入されており、この放電バルブ１２０の内側には蛍光体を塗布した蛍光体層（図示せず）が形成されている。この蛍光体層は、放電バルブ１２０内に封入した水銀の励起作用によって発生する紫外放射を、可視放射に変換する役割を果たす。
【００３４】
放電バルブ１２０の内管と排気管との間には、誘導コイル１３０が配置されている。誘導コイル１３０は、磁性材料（ソフト磁性材料）からなり、略筒状をしたフェライト・コア１０３と、巻線１０４とから構成されている。巻線１０４は、誘導コイル１３０に高周波電流を供給するための点灯回路４４０に接続されている。
【００３５】
なお、本実験で用いた放電バルブの外管の直径Ｄ１は６５ｍｍ、高さＨ１は７５ｍｍ、内管の外径Ｄ２は２０ｍｍ、高さＨ２は６３ｍｍである。また、誘導コイル１３０のコアの長さＨ３は５５ｍｍ、外径Ｄ３は１４ｍｍ、内径Ｄ４は６ｍｍ、巻線１０４の巻線数は６６ターンである。
【００３６】
点灯回路４４０は、図１に示すように、発振器４１０と、増幅回路４２０と、整合回路４３０とから構成されている。発振器４１０は、放電バルブ１２０に供給する高周波電力の周波数を設定する機能を有し、増幅回路４２０は、発振器からの電力を増幅する機能を有し、そして、整合回路４３０は、増幅回路からの出力を無電極放電ランプ２６０のインピーダンスと整合させる機能を有している。
【００３７】
本実験では、点灯回路４４０の動作周波数を１００ｋＨｚ〜１４０ｋＨｚの範囲のある周波数に発振器４１０で設定し、希ガスとして封入したクリプトンガスの圧力を１２０Ｐａ〜２４０Ｐａの範囲で変化させ、動作周波数とガス圧力との、それぞれの組み合わせ条件について安定した放電が維持できるために放電バルブ１２０に供給する必要のある最小の電力、すなわち放電維持電力Ｐmin（Ｗ）を求めた。この場合の放電維持電力Ｐminは、放電プラズマで消費される電力だけでなく、誘導コイルにおける電力損失をも含んだものであり、誘導コイルに供給される電力（以下、この電力のことを「放電バルブへの電気入力」と呼ぶ）である。
【００３８】
下記の表１は、本実験の結果の一例を示したものである。表１では、放電バルブ１２０に封入するクリプトンガスの圧力ｐは、１２０、１４０、１６０または２４０Ｐａのいずれかとし、そして、点灯回路４４０の動作周波数ｆを約９０ｋＨｚ〜１４５ｋＨｚとした条件下おける放電維持電力Ｐmin（Ｗ）を求めた結果を示している。
【００３９】
【表１】
2005346924.tif 000009
【００４０】
表１のＰmin（Ｗ）は、図２に示されるようにして、求められる。例えば、クリプトンガスの圧力ｐが５０Ｐａで、点灯回路４４０の動作周波数を１００ｋＨｚの場合、入力電力に対する全光束の相関は、図２に示すようになり、放電維持電力Ｐmin（Ｗ）がわかる。つまり、電力を下げていくと、全光束が除々に低下し、ある時点で放電が維持できなくなり、全光束は０になる。この時の入力電力がＰmin（Ｗ）である。放電が維持できなくなるポイントは、たとえ当業者であっても、実際に測定してみないとわからない。そして、全光束は、Ｐmin（Ｗ）をすぎると、急峻に低下するので、Ｐmin（Ｗ）は、臨界的意義を有するポイントである。
【００４１】
表１に示すように、本実験により、これまでに市販されている高ワットタイプ（例えば１００Ｗ）の無電極蛍光ランプでは、クリプトンガスの圧力を４０〜５０Ｐａとした状態でも安定した放電が維持できたのにかかわらず、放電バルブへの電気入力が低ワット（例えば、１０Ｗ程度）の無電極放電ランプでは、このような低いガス圧力では放電維持が困難であることが実証された。
【００４２】
表１が示した結果の内容を詳述すると、次の通りである。すなわち、動作周波数が一定、例えば１００ｋＨｚとしたときの放電維持電力Ｐmin（Ｗ）は、表１に示した結果をもとに求めると、クリプトンガス圧力が１２０Ｐａのとき約１３．８Ｗ、クリプトンガスの圧力が２４０Ｐａのとき約１１．６Ｗである。このようにクリプトンガスの圧力ｐが減少すると、放電維持電力Ｐminは圧力ｐの減少と共に単調に増加していくことが分かる。この傾向は、動作周波数が１２０、１４０ｋＨｚとしたときにも同じであり、動作周波数ｆを増大すると放電維持電力Ｐminは小さくなる。
【００４３】
次に、この実験結果を無電極蛍光ランプの設計の立場から検討してみる。電球形無電極蛍光ランプ６０Ｗ相当の発光出力を有する無電極放電ランプが、動作周波数が１００ｋＨｚ、封入クリプトンガスの圧力を１２０Ｐａとした条件で設計することを考えると、１００ｋＨｚ、１２０Ｐａの条件下での放電維持電力は、表１に示した結果から約１３．８Ｗとなるので、電球６０Ｗに相当する１０Ｗの無電極放電ランプを設計しようとしても、それは不可能であることがわかる。表１の結果を用いた場合、電球６０Ｗ相当の無電極蛍光ランプを作るためには、例えば、動作周波数を１４０ｋＨｚとし、クリプトンガスの圧力を２４０Ｐａとすれば良いことが分かる。
【００４４】
以下、他の例として、もう一つの実験の実験条件とその結果について説明する。
この実験に用いた無電極放電ランプ点灯特性実験装置は、基本的に、点灯回路４４０を含めその基本構成は上述した実験で用いたものとほぼ同じである。それゆえ、説明の簡略化のため、重複した部分の説明はしないこととする。ここで、本実験に用いた無電極放電ランプ２６０の詳細を以下に示す。
【００４５】
放電バルブ１２０の外管の直径Ｄ１は６５ｍｍ、高さＨ１は７５ｍｍ、内管の外径Ｄ２は２５．５ｍｍ、高さＨ２は６３ｍｍである。また、誘導コイル１３０のコア１０３の長さは５５ｍｍ、外径Ｄ３は１５．５ｍｍ、内径Ｄ４は８．５ｍｍ、巻線１０４の巻線数は４２ターンであり、このランプの場合、ヒートシンクを設けてある。また、上記例でもランプにヒートシンクを設けている。
【００４６】
実験にあたっては、クリプトンの封入ガス圧力ｐを２００Ｐａから３５０Ｐａまでの間の所定のガス圧とした無電極放電ランプ２６０を５本試作し、動作周波数ｆを４２３ｋＨｚ（一定）とした条件下で点灯し、それぞれのガス圧力ｐにおける無電極放電ランプ２６０の放電維持電力Ｐmin（Ｗ）を求めた。この実験の結果の一例を表２に示す。
【００４７】
【表２】
2005346924.tif 000010
【００４８】
動作周波数を４２３ｋＨｚとした場合において、無電極放電ランプ２６０の放電維持電力Ｐminは、クリプトンガスの圧力が２００Ｐａのとき９．３Ｗ、クリプトンガスの圧力が３５０Ｐａのとき７．９Ｗであり、ガス圧力ｐが低いほど、放電維持電力Ｐminは高くなった。これは、先の実験の結果と同様の傾向である。また先の実験と比較して、動作周波数が高い方がさらに放電維持電力が小さくなることもわかった。
【００４９】
上述した二つの実験結果をもとに、クリプトンガスの圧力ｐ（Ｐａ）および動作周波数ｆ（ｋＨｚ）と、放電維持電力Ｐmin（Ｗ）との関係を示す下記の近次式をもとめた。
【００５０】
【数５】
2005346924.tif 000011
【００５１】
なお、定数Ａ，Ｂ、Ｃは、最小自乗法によって、Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝７．７と導かれたものである。
【００５２】
ここで、ｘ軸に１／ｐ2、ｙ軸に１／ｆ2、ｚ軸に放電維持電力Ｐminをとり、式５を求めるために用いたデータを３次元プロットした結果を、図３に示す。また、表２に示したデータに基づいて、２次元プロットした結果を、参考として図４（ａ）および（ｂ）に示す。
【００５３】
放電維持電力Ｐminを表す式５の平面上に、データ点がきれいに載っていることが図３から分かる。なお、この平面は、点灯可能と点灯不可との領域を区別する臨界的意義を有する面である。
【００５４】
式５を用いることにより、放電バルブ１２０への電気入力をＰ（Ｗ）、点灯回路の動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とした無電極放電ランプ点灯装置を設計するために必要なクリプトンガスの最小圧力Ｐmin（Ｐａ）を求めることが可能となる。すなわち、式５において、Ｐminに放電バルブ１２０への電気入力Ｐ（Ｗ）の値を、ｆに動作周波数ｆ（ｋＨｚ）の値を代入してｐについて解くことにより、封入するクリプトンガスの最小圧力ｐmin（Ｐａ）を求めることができる。
【００５５】
すなわち、式２から無電極放電ランプ点灯装置の放電バルブ１２０への電気入力をＰ（Ｗ）とし、この装置を駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）で駆動しようとするとき、この放電バルブに封入するクリプトンガスの圧力ｐ（Ｐａ）が、
【００５６】
【数６】
2005346924.tif 000012
【００５７】
（ここで、Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝７．７）
を満足するようにすればよい。
【００５８】
実用される点灯回路（インバータ回路）を用いて試作した無電極放電ランプについて放電維持電力Ｐminを実測した結果、実際の無電極放電ランプにおける放電維持電力Ｐminは、上述した実験で求めた値より全体的に約１．５Ｗ低くなることが確認された。したがって、実際の無電極放電ランプの設計にあたっては、式６においてＣ＝６．２と補正した次式を利用するのが便利である。
【００５９】
【数１】
2005346924.tif 000013
【００６０】
（ここで、Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝６．２）
図５は、式１を図式化したものである。すなわち、圧力を逆自乗した１／ｐ2を横軸にとり、そして、周波数を逆自乗した１／ｆ2を縦軸にとって、放電維持電力Ｐminの等高線をプロットしたものである。この図５を利用すると、設計しようとする無電極放電ランプのワット数と、希ガス圧力ｐまたは動作周波数ｆのうち何れか２つを決めれば、残りのパラメータの値をどうすればよいか求めることができる。
【００６１】
なお、実際の設計では、式１を用いてクリプトンガスの最小圧力の値ｐminを求める場合、電源電圧の変動や点灯回路に用いる電子部品の経時変化による特性劣化などを考慮し、アローワンスを持った値に設定する必要がある。
【００６２】
以下、上述した検討結果をもとにした発明について、その実施の形態について説明する。
【００６３】
図６は、本発明の実施形態にかかる無電極放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示している。図６においては、構成を理解しやすいように、放電バルブ１２０の断面と、コア１０３の断面を両方示している。なお、先に図１で説明した構成と同じ構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略することとする。
【００６４】
本実施形態の無電極放電ランプ点灯装置は、透光性の放電バルブ１２０と、放電バルブ１２０の内部に電磁界を発生させる誘導コイル（１０３、１０４）と、誘導コイルに高周波電力を供給する点灯回路１４０とを備えている。ここで、点灯回路１４０の動作周波数は、８０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の範囲にある。そして、点灯回路１４０の動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、放電バルブ１２０への電気入力をＰ（Ｗ）とするときに、放電バルブ１２０内の希ガスの圧力ｐ（Ｐａ）が下式の関係を満足し、
【００６５】
【数１】
2005346924.tif 000014
【００６６】
（ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数であり、Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝６．２）、且つ、放電バルブ１２０への電気入力Ｐは、最小で７Ｗ、最大で２２Ｗである。放電バルブ１２０の内部には、少なくともクリプトンを含む希ガスおよび水銀が封入されており、そして、放電バルブ１２０の一部に設けられた凹入部に、コア（１０３）と巻線１０４とからなる誘導コイルが挿入されている。
【００６７】
図６に示した無電極放電ランプ点灯装置は、いわゆる電球形無電極蛍光ランプである。この電球形無電極蛍光ランプは、誘導コイル１３０を内蔵した放電バルブ１２０を支持し、且つ点灯回路１４０を収容するための絶縁性のプラスチック材料からなるケース１０６を有しており、さらに、この無電極放電ランプ点灯装置を電球ソケットに接続して給電できるようにする口金１０８を設けてある。図６に示すように、全体としての形状は、電球形となっている。
【００６８】
放電バルブ１２０は、外管１０１と内管１０２とで構成されており、本実施形態の場合、放電バルブ１２０内には、水銀とクリプトンガスとが封入され、そして、放電バルブ１２０の内面には蛍光体（図示せず）が塗布してある。また、内管１０２には排気管１０５が接続されている。
【００６９】
放電バルブ１２０の内管１０２と排気管１０５との間には、放電バルブ１２０の内部に放電プラズマを発生させるための電磁エネルギーを供給するための誘導コイル１３０が配置してある。この誘導コイル１３０は略円筒状（長さ約２０ｍｍ）で、コア１０３に巻回した巻線１０４で構成されている。誘導コイルのインダクタンスは約１２０（μＨ）である。また、コア１０３材としては、Ｍｎ−Ｚｎフェライト（相対透磁率約２３００）を用いている。Ｍｎ−Ｚｎフェライトは、鉄とマンガンと亜鉛とを含むフェライトであり、このフェライトからなる誘導コイル用コアは、点灯回路の動作周波数を８０ｋＨｚから５００ｋＨｚとしたときの磁性損失が少ないという利点を有している。
【００７０】
誘導コイル１３０に高周波電力を供給するための点灯回路１４０は、点灯回路を構成する半導体素子（例えばトランジスタ）・コンデンサ・抵抗・インダクタなどの電子部品と、これらの電子部品を配設するためのプリント基板（図示せず）とを含んでいる。この点灯回路１４０の回路としては、例えば図７に示すような構成とすることができる。
【００７１】
すなわち、点灯回路１４０は、電源（例えば商用電源）２１０に電気的に接続される整流回路２２０と、平滑コンデンサ２３０と、インバータ回路２４０と、負荷共振回路２５０とから構成することができる。ここで、インバータ回路２４０は、スイッチング素子２４１、２４２と、それを駆動させる駆動回路とを有しており、負荷共振回路２５０は、インダクタ２５１と、コンデンサ２５２、２５３とを有している。
【００７２】
この点灯回路１４０動作を簡単に説明すると、次の通りである。まず、商用電源２１０からの交流を整流回路２２０で整流し、さらに電解コンデンサ２３０で平滑化する。電解コンデンサ２３０の出力は、インバータ回路２４０で高周波電流に変換され、負荷共振回路２５０を介して高周波電力が放電バルブ１２０に供給される。
【００７３】
本実施形態の電球形無電極蛍光ランプは、電球６０Ｗ相当の光出力が得られるものであり、設計にあたっては放電バルブ１２０への電気入力Ｐを１０Ｗ（点灯回路の電力損失を含めた定格電力は１１Ｗ）とした。放電バルブ１２０に供給する高周波電力の周波数、すなわち点灯回路の動作周波数ｆは４００ｋＨｚとし、この条件下において必要な封入クリプトンガスの圧力ｐを求めた。
【００７４】
電球形無電極蛍光ランプの動作周波数ｆを４００ｋＨｚ、放電バルブへの電気入力Ｐを１０Ｗとしたとき安定な放電維持に必要なクリプトンガスの圧力ｐ（Ｐａ）は、先に述べたように、式１を満足するような圧力ｐであればよい。
【００７５】
ただし、実際の無電極放電ランプ点灯装置では、商用電源２１０から供給される電圧の変動、外部に金属製の照明器具が近接することによる結合損失、点灯回路１４０で電流を平滑のために平滑コンデンサ２３０として用いる電解コンデンサの経時的な容量低下などにより、放電バルブ１２０に入力される電気入力は定格電気入力より少なくなることがある。これらを考慮して、実際の無電極放電ランプ点灯装置の設計においては、実際の使用状態を考えて、放電バルブへの電気入力が定格電気入力より小さく（例えば７０％）なったときでも放電バルブ内でのプラズマ放電の維持ができるように、希ガスの圧力を定めることが好ましい。したがって、上記の式３においてクリプトンガスに必要な圧力ｐの値として放電ランプへの定格電気入力Ｐの７０％の値を代入して圧力ｐを求めておけば、より安全な設計となる。
【００７６】
ここで、式１においてｆ＝４００（ｋＨｚ）、Ｐ＝１０×０．７（Ｗ）を代入してクリプトンガスに必要な最小圧力ｐminを求めると約２５０（Ｐａ）となる。それゆえ、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプでは、クリプトンガスの圧力ｐは約２５０（Ｐａ）以上とすれば良い。同様な手法により、電球１００Ｗ相当の光出力が得られるように、設計にあたっては放電バルブ１２０への電気入力Ｐを１８Ｗする場合（点灯回路の電力損失を含めた定格電力は２０Ｗとする場合）、クリプトンガスの圧力ｐは、約８０（Ｐａ）以上とすれば良い。
【００７７】
一方で、クリプトンガスの圧力を設定する上で重要なことは、無電極放電ランプ点灯装置の効率をできる限り高くなるようにすることである。そこで、本願発明者は、放電バルブへの電気入力が１０Ｗ〜２０Ｗの電球形無電極放電ランプを試作し、その効率に関する実験を行った。
【００７８】
その結果、２０Ｗのときは、クリプトンガスの圧力を約５０（Ｐａ）としたときに電球形無電極蛍光ランプの効率が最も高くなり、また１０Ｗのときは、クリプトンガスの圧力が１００Ｐａ以下では放電維持が困難であり、圧力を高くするほど効率が低くなるとの結果を得た。いずれも、先に述べた電力変動まで考慮した希ガス圧力よりも低いところに効率最大の点がある。したがって、放電維持が可能な限り低い圧力で希ガスを封入することが望ましいことになる。
【００７９】
以上のことを考慮して、本実施形態では、封入するクリプトンガスの圧力を２５０（Ｐａ）に設定した。なお、本願発明者は、本実施形態の無電極放電ランプ点灯装置を実際に試作して、チラツキが生ずることなく、安定した放電が維持されることを確認している。
【００８０】
以上のように、本実施形態の無電極放電ランプ装置では、バルブに封入したクリプトンガスの圧力を約２５０（Ｐａ）としている。なお、特開昭５５−６０２６０号公報には、点灯回路の動作周波数を約１０ＭＨｚとした条件下で、無電極蛍光ランプに封入するクリプトンガスの分圧として、０．１〜５ｍｍＨｇ（約１３〜約６７０Ｐａ）の条件を開示しているが、同公報の技術は、本実施形態の無電極放電ランプ装置の点灯回路の動作周波数と全く異なるものであり、それゆえ、両者の技術的思想は基本的に大きく異なっているものである。そして、特開昭５５−６０２６０号公報では、クリプトンガスの圧力を、アルゴンガスと同程度の始動性を得るための観点から決めており、同公報には、安定した放電維持についての記述はなく、さらに付言すると、無電極放電ランプの始動性と放電安定性とは、放電メカニズム的に異なるものであり、始動性の実験結果から、放電安定性の条件が決まるものではない。
【００８１】
なお、本実施形態の構成において、放電維持に必要な放電バルブへの電気入力Ｐmin（Ｗ）は、動作周波数ｆ（ｋＨｚ）が高くなるほど一般に低くなる。しかし、動作周波数ｆ（ｋＨｚ）をＭＨｚ帯にすることは、インバータ回路を駆動するドライバーが高価になるだけでなく、電磁障害（ＥＭＩ）の対策も複雑となるので８０〜５００（ｋＨｚ）の帯域とすることが望ましい。
【００８２】
次に、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプの動作を簡単に説明する。口金１０８を介して、点灯回路１４０に商用交流電力が供給されると、点灯回路１４０は、商用交流電力を高周波交流電力に変換して、巻線１３０に供給する。点灯回路１４０が供給する交流電流の周波数は、上述したように、例えば８０〜５００ｋＨｚであり、そして、供給する電力は、例えば７〜２２Ｗである。巻線１３０が高周波交流電力の供給を受けると、その近傍の空間に高周波交流磁界を形成する。すると、当該高周波交流磁界に直交するように誘導電界が生じ、放電バルブ１２０の内部の発光ガスが励起発光し、その結果、紫外域もしくは可視域の発光が得られる。紫外域の発光は、放電バルブ１２０の内壁に形成された蛍光体（不図示）によって、可視域の発光（可視光）に変換される。なお、蛍光体を形成せずに、紫外域の発光（または、可視域の発光）をそのまま利用するランプを構成することも可能である。紫外域の発光は、主として、水銀から生じる。詳述すると、放電バルブ１２０に近接させた誘導コイル（１０３、１０４）に高周波電流を流した場合、電磁誘導による磁力線によって形成された誘導電界により、放電バルブ１２０内の水銀原子と電子との衝突が起き、それにより、励起した水銀原子から紫外線が得られる。
【００８３】
ここで、点灯回路１４０が供給する交流電流の周波数について、さらに説明する。本実施形態において、点灯回路１４０が供給する交流電流の周波数は、実用的に一般的に使用されているＩＳＭ帯の１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚと比べると、１ＭＨｚ以下（例えば、８０〜５００ｋＨｚ）の比較的低い周波数の領域である。この低周波数領域の周波数を使用する理由を述べると、次の通りである。まず、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚのような比較的高い周波数領域で動作させる場合、点灯回路１４０から発生するラインノイズを抑制するためのノイズフィルタが大型となり、点灯回路１４０の体積が大きくなってしまう。また、ランプから放射または伝播されるノイズが高周波ノイズの場合、高周波ノイズには非常に厳しい規制が法令にて設けられているため、その規制をクリアーするには、高価なシールドを設けて使用する必要があり、コストダウンを図る上で大きな障害となる。一方、８０ｋＨｚ〜５００ＭＨｚ程度の周波数領域で動作させる場合には、点灯回路１４０を構成する部材として、一般電子機器用の電子部品として使用されている安価な汎用品を使用することができるとともに、寸法の小さい部材を使用することが可能となるため、コストダウンおよび小型化を図ることができ、利点が大きい。
【００８４】
なお、動作周波数を８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚとした電球形無電極蛍光ランプまたは無電極放電ランプ点灯装置において、クリプトンガスの圧力が３５０Ｐａを超えると、ランプの放電開始電圧が上がり、始動が困難になり得る。したがって、始動性を考慮するとクリプトンガスの上限は３５０Ｐａとするのがよい。
【００８５】
本実施形態の低ワットの無電極放電ランプ点灯装置、あるいは低ワットの電球形無電極蛍光ランプによれば、商用電源に接続して点灯する場合、電源電圧の変動や電解コンデンサの容量低下などがあっても、放電が不安定となったり、停止したりすることを防止することができる。その結果、安定した放電を維持できる。
【００８６】
本実施形態の構成は、上述した例に限定されず、改変を行っても良い。例えば、上記例では、クリプトンガス１００（％）としたが、クリプトンに加えてアルゴンやキセノンを混合したガスを用いても良い。アルゴン混合の場合、放電維持に必要な放電バルブへの電気入力はクリプトン１００（％）のときよりも大きくなり、キセノン混合の場合は、クリプトンのときよりも小さくなる。
【００８７】
本実施形態の電球形無電極蛍光ランプにおいて、無電極放電ランプ２６０の形状を電球形としてあるが、この形状は球形、あるいは筒形などであっても勿論良い。また、本実施形態では、電球形無電極蛍光ランプの外管径Ｄ１を６５ｍｍ、内管径Ｄ２を２５．５ｍｍとした場合で説明したが、外管の直径Ｄ１を５５〜９５ｍｍの範囲、内管の外径Ｄ２を２０〜３０ｍｍの範囲とした場合にも同様な効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、巻線１０４の巻線数を６６ターンとした場合について説明したが、巻線数を３０〜７０ターンとしてもよい。
【００８８】
また、電球形無電極蛍光ランプにおいて、ランプの放電動作中に誘導コイル１３０のコア１０３の温度が上昇し、コア１０３として用いた磁性材料がある限界温度（キュリー温度）を超えると、透磁率が低下して放電が停止することがある。これを防止するための放熱構造、例えば実公平６−６４４８号公報で開示されているような構造を採用してもよい。そして、点灯回路に用いる電解コンデンサ２３０の温度上昇による寿命低減を防止するための放熱構造、例えば特開平１０−１１２２９２号公報で開示されているような構造を採用してもよい。
【００８９】
加えて、本実施形態の無電極放電ランプでは、誘導コイル１３０のコア１０３の内側に排気管１０６が配置してあるが、この排気管１０６は、外管１０１の頂部に取付けピンチシールするなど、他の適当な場所に取り付けても良い。また、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプにおいて、放電バルブ１２０の内面に蛍光体を塗布してあるが、この蛍光体は一般照明用の蛍光体に限定されることはなく、紅斑効果の作用スペクトルを発光する蛍光体、あるいは植物育成用の作用スペクトルを発光する蛍光体であっても良い。なお、上述したように、蛍光体を塗布しないで紫外線による殺菌効果を利用するものであってもよい。
【００９０】
さらに、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプにおいて、Ｙ2Ｏ2：Ｅｕ蛍光体（赤色）、ＣｅＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｔｂ蛍光体（緑色）、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ2+蛍光体（青色）など、単色蛍光体を塗布した蛍光ランプとすれば、ディスプレイ用電球の代替用として利用することもできる。
【００９１】
そして、本実施形態では、放電バルブと点灯回路と口金とを一体とした電球形無電極蛍光ランプで例示したが、点灯回路を放電バルブと別置した無電極放電ランプ点灯装置でも同様に実施可能である。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によると、点灯回路の動作周波数が８０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の範囲にあり、点灯回路の動作周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、放電バルブへの電気入力をＰ（Ｗ）とするときに、放電バルブ内の希ガスの圧力ｐ（Ｐａ）が下式の関係を満足し、
【００９３】
【数１】
2005346924.tif 000015
【００９４】
（ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数であり、Ａ＝４．０×１０4、Ｂ＝３．５×１０4、Ｃ＝６．２）、且つ、前記放電バルブへの電気入力Ｐが最小で７Ｗ、最大で２２Ｗであるので、放電が不安定となったり、停止したりすることを防止することができ、その結果、安定した放電を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無電極放電ランプ点灯特性実験装置の概略図である。
【図２】入力電力と全光束との関係を示すグラフである。
【図３】ガス圧力ｐ、動作周波数ｆに対する放電維持電力Ｐminの３次元プロット図である。
【図４】（ａ）は、ガス圧力ｐと放電維持電力Ｐminとの関係を示すグラフであり、そして、（ｂ）は、１／ｐ2、と放電維持電力Ｐminとの関係を示すグラフである。
【図５】ガス圧力ｐ、動作周波数ｆに対する放電維持電力Ｐminの等高線図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる電球形無電極蛍光ランプを構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態の電球形無電極蛍光ランプの点灯回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１  外管
１０２  内管
１０３  コア
１０４  巻線
１０５  排気管
１０６  ケース
１０８  口金
１０９  電源入力
１１０  コイル入力線
１２０  放電バルブ（放電容器）
１３０  誘導コイル
１４０  点灯回路
２１０  商用電源
２２０  整流回路
２３０  平滑コンデンサ
２４０  インバータ回路
２４１、２４２  スイッチング素子
２５０  負荷共振回路
２５１  インダクタ
２５２、２５３  コンデンサ
２６０  無電極放電ランプ
３００  無電極放電ランプ点灯装置
４１０  発振器
４２０  増幅回路
４３０  整合回路
４４０  点灯回路
【図１】
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【図２】
2005346924.tif 000020
【図３】
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【図４】
2005346924.tif 000022
【図５】
2005346924.tif 000023
【図６】
2005346924.tif 000024
【図７】
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