(57)【要約】      （修正有）【課題】始動性能を改善し、かつ、誘導コイルと放電容器を簡易な機構で保持すると同時に、回路部品の信頼性を向上し、安価で生産性に優れた無電極放電灯装置を提供すること。【解決手段】誘導コイル１０４及び１０５と放電容器１０３との間隙に誘電体樹脂１０８及び１０９を介在させ、両者を固着させる構成により、無電極放電灯の始動特性を向上し、誘導コイルと放電容器の位置決め信頼性、回路部品の寿命信頼性を向上することができる。【選択図】図１Ａ
2007273137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料より構成され、内部に少なくとも発光物質が封入されている気密な放電容器と、
前記放電容器の内部の放電空間に誘導高周波電磁場を誘起させ、前記封入物を放電させるように、前記放電容器に少なくとも１個配設されている誘導コイルと、
前記誘導コイルに高周波電力を供給するための高周波電源と、
前記誘導コイルと前記高周波電源との間でインピーダンス整合を行う整合回路とを備え、
前記誘導コイルと前記放電容器との間に、間隙を有する無電極放電灯装置であって、
前記間隙の一部もしくは全部に、誘電体材料を介在させていることを特徴とする無電極放電灯装置。
【請求項２】
前記誘電体材料は、比誘電率εが２．０以上の樹脂で構成されている請求項１記載の無電極放電灯装置。
【請求項３】
前記誘電体材料は、比誘電率εが３．０以上の樹脂で構成されている請求項１記載の無電極放電灯装置。
【請求項４】
前記誘電体材料は、可視光の反射率が１５％以上である請求項１〜３のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の電気的アセンブリを用いた照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電容器内部に電極を配設せずに、高周波を用いた誘導電界により放電を発生及び維持させる形式の無電極放電灯装置に関する。また、無電極放電灯装置が搭載された照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の省エネ、省資源化への社会的な背景を受け、より長寿命、高効率なランプの開発が望まれている。こうした要請に応えるランプとして、特に、メンテナンスフリーの要望の高い施設や屋外照明、または、ＵＶ（紫外線）利用などの特殊用途向けとして、放電容器空間内部に電極を搭載しない「無電極放電灯装置」が実用化しつつある。
【０００３】
現在一般照明用光源として広く用いられている蛍光ランプや高輝度高圧放電ランプは、点灯時間経過に伴う電極やフィラメントの劣化が、寿命を制限する最大の要因であった。放電容器空間内部に電極が配されていない無電極放電灯では、こうした劣化要因が無いため長寿命が期待できる。
【０００４】
従来の無電極放電灯は、放電容器の回りに、誘導コイルを巻回し、コイルに高周波電流を供給することによって生じる誘導電磁場によって、放電容器内の可電離気体を電離、放電させ、安定したプラズマを持続させていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図９は、特許文献１に記載された従来の無電極放電灯装置の構成を示すものである。
【０００６】
図９において、放電容器（バルブ）１は、光透過性の材質で気密に封止成形されており、通常、ソーダライムガラスやホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどのガラス材料がその光源の用途によって使い分けられている。放電容器１の内部には、水銀およびクリプトン等の希ガス（図示しない）が封入され、発光管が実現されている。一般照明用途であれば、放電により放射された紫外線を可視光に変換するために、放電容器１の内壁には蛍光体（図示しない）が塗布されている。
【０００７】
誘導コイル２は、放電容器１に巻回されている。誘導コイル２の端部は、誘導コイル２に電力が供給されるよう負荷側とのインピーダンスマッチングをとるための整合回路（不図示）を介し、高周波電源３に接続されている。
【０００８】
高周波電源３は、商用電源から供給される電力を数１０ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波に変換するインバータ回路により構成され、誘導コイル２へ高周波電力を供給する。
【０００９】
このような無電極放電灯では、発光管内に電極などの電子の供給源が無いことから、初期電子が不足するため、一般に、電極を有する蛍光灯等の放電管に比べて始動性に課題を有することが多い。図９の無電極放電灯装置においても、高周波電源３と誘導コイル２以外にも、別途、始動用の補助電極４と高電圧電源５を設置し、予備放電を形成することで、アーク放電（後述のＨ放電）へ容易に移行させている。
【００１０】
次に、図９に示す無電極放電灯装置において、放電の動作・原理を説明する。
【００１１】
放電の開始時には、高周波電源３から供給される高周波電流によって、誘導コイル２が高周波電磁場を発生する。そして、放電容器１内において誘導コイル２が発生させる電磁界の最も強くなる巻線近傍において、容量（キャパシティブ）結合により放電の種火（Ｅ放電と呼ばれるプラズマ密度の低い微弱な放電。以下、Ｅ放電と称する）が発生する。
【００１２】
さらに、図９の構成によると、補助電極４に高電圧電源５から高電圧を印加し、微弱な放電を発生させることで、Ｅ放電をより形成し易くし、かつ、プラズマを拡散し易くする。さらに、放電容器１内に誘導される誘導高周波電磁場が、封入された希ガス及び水銀原子の電離を加速させることで、誘導コイルと同心円状の放電リングプラズマを形成し、変圧器の２次側コイルのように電磁誘導が行われ（いわゆる誘導結合）、誘導コイルから効率よくプラズマへエネルギーを伝達させることができる（Ｈ放電と呼ばれるプラズマ密度の高い放電。以下、Ｈ放電と称する）。
【００１３】
このようにして、微弱でプラズマ密度の低いＥ放電から、約１桁プラズマ密度の高いＨ放電へ、モードジャンプする。プラズマ中では、水銀の原子が電子によって共鳴準位に励起され、その励起された水銀原子が基底状態に脱励起する際に、主に紫外線を放射する。この紫外線のうち、主に波長２５３．７ｎｍの共鳴線が、殺菌ランプなどのＵＶ利用ではそのまま照射され、また、一般照明用途においては放電容器１の内壁に塗布された蛍光体層（図示しない）によって可視光に変換される。
【００１４】
Ｅ放電の領域では、一般的に、プラズマ密度が低いことから発光に必要な紫外線の放射量も相対的に低く、ランプの放電形態としては通常使用されない。
【００１５】
さらに、誘導コイルにかかる電圧が高く、誘導コイルに流れる電流値も高くなることから、誘導コイル部分での損失が大きい。そのため、コイル部での発熱によるコイルの耐熱寿命特性の低下や、コイル巻き線間での絶縁破壊に対する信頼性の低下を引き起こす。さらに、誘導コイルへより大きな電流、電圧を供給しなくてはならないため、前記整合回路部にかかる電気的ストレスが大きくなる。これにより、点灯回路の寿命・信頼性が著しく低下することとなる。
【００１６】
一方、Ｈ放電では、プラズマ密度が高いため、発光に必要な紫外線の放射量も圧倒的に高い。よって、発生したプラズマとのカップリング（相互インダクタンス）の影響で、誘導コイルの両端にかかる誘導起電圧が大幅に低下（通常、Ｅ放電時の１／３〜１／５の電圧である。後述する図３参照）するため、電気特性的にも有利である。そのため、ランプとして実際に使用される領域はＨ放電である。Ｈ放電は、先にも述べたが、放電容器内に形成されたプラズマリングを２次側のコイルとし、１次側の誘導コイルとの間で相互誘導を行うトランスとして見なせる。この構成は、一般的に、誘導コイルにかかる電圧が低くて済み、かつ、コイルに流れる電流値が低くて済むことから、コイルと回路素子に対する信頼性も高い。そのため、十数Ｗ〜数百Ｗの高出力な無電極放電灯装置として商品化されているものは、全てこのＨ放電を利用している。
【００１７】
このＨ放電を利用した光源の形態は、大きく下記Ａ〜Ｃの３種類に分類できる。
【００１８】
（Ａ）．略球状、または、円筒状の放電容器の外面に誘導コイルを巻きつけた方式であり、図９の放電容器１および誘導コイル２の配設形態である。
【００１９】
（Ｂ）．略球状、または、円筒状の放電容器に内凹部を設け、その内凹部に円筒状（または円柱状）のマグネティックコアにコイルを巻きつけ、誘導コイルに形成したものを挿入した形態である。
【００２０】
（Ｃ）．カタカナの“ロ”の字型、または、丸管蛍光ランプを模した放電容器で、その放電容器の一部を覆うような形のマグネティックコアにコイルを巻いて構成した誘導コイル（トクマク形）を配設したものである。
【００２１】
無電極放電灯装置は、通常、放電容器内に存在する初期電子が不足するため、点灯始動が困難になり易い。特に、暗所など、外部（たとえばフォトン）からの電離作用の影響を受けにくい環境や、発光物質として水銀などの金属蒸気を利用しているものでは、低温環境下ではＥ放電からＨ放電への移行が困難になり、Ｅ放電の状態が継続されるか、または、Ｈ放電に至るまでにかなりの時間を要し、誘導コイルおよび回路の各素子に大きなストレスを与える。
【００２２】
そこで、滞りなく、Ｅ放電からＨ放電に移行させるために、図９の例では、別途、高電圧電源５と補助電極４とを備えている。つまり、主要放電であるＨ放電を形成するために設置された高周波電源３と誘導コイル２以外にも付加的な機構を設けなければならないため、装置の大型化やコストアップ、さらには、放電容器の構成上の制限が加わるため、設計の自由度が制限される。
【００２３】
また、図９に示すように、放電容器１に直接、誘導コイル２を巻回する場合は、放電容器１内部と誘導コイル２の距離が、放電容器１の厚み程度まで近づけるため、放電を開始するには有利になる。つまり、初期のＥ放電の段階では、静電結合であるので静電界は距離の１乗に対して、Ｈ放電の段階では、誘導結合であるので誘導電界は距離の２乗にそれぞれ反比例した電位を誘導コイル２から得ることができるからである。
【００２４】
しかしながら、光の取り出し効率の観点から、フェライトなどのマグネティックコアが使えず、いわゆる空芯コイルであり、かつ、巻数も大幅に制限される。この種の誘導コイル２と放電容器１の構成では、通常、放電に必要十分な誘導電界を得るために、電磁誘導の法則に従って、大電流を流すか、十分に高い周波数（ＭＨｚ以上）で動作させる必要がある。このため、点灯回路部でのスイッチングロスが極めて大きく効率が低い上に、放熱、耐熱素子を使用するため、大型化、コストアップとなってしまう。また、インピーダンス整合が難しい等の理由により、現在、無電極放電灯の主流は、低周波（数百ｋＨｚ）で駆動が可能な、上記Ｂ及びＣの方式が主流になりつつある。
【００２５】
Ｂ及びＣの方式は、ともに、フェライト等のマグネティックコアに誘導コイルを巻回しており、小さい電流、少ない巻数でも十分に大きい磁束密度を得られ易い。また、比較的、点灯周波数の低い領域でも安定した点灯を実現することができるため、回路部でのスイッチングロスも少なく、回路も前者と比べると比較的小型で、効率も高い。
【００２６】
しかしながら、あらかじめマグネティックコアに誘導コイルを巻き上げたものを、放電容器の内凹部に挿入するか、あるいは、放電容器にはめ込むかの構造をとるため、ガラスの加工精度、寸法公差の関係から、誘導コイルと放電容器、マグネティックコアと放電容器との間には、１〜３ｍｍの隙間を持たせた設計をせざるを得ない。
【特許文献１】特開平８−９６７６４号公報（図９参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
上記構成では、誘導コイルと放電容器、マグネティックコアと放電容器との間に生じる隙間の影響により、始動性能にばらつきを発生し易い。特に、放電容器１に直接誘導コイル２を巻回する場合（図９参照）に比べ、放電管からの距離が物理的に遠くなるため、より大きな電圧を誘導コイルで発生しなければＥ放電の開始ができなくなる。ひいては、Ｈ放電への移行も起こりにくくなる。
【００２８】
また、誘導コイルと放電容器との保持のために別途、固定のための機構を設ける必要があり、装置の大型化やコストアップにつながってしまう。
【００２９】
本発明は、上記問題に鑑み、放電容器に近接して設置された誘導コイルの位置を固定し、かつ、容易に点灯始動せしめ、製造上容易かつ安価な構成により、始動性能を改善した無電極放電灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記従来の課題を解決するため、本発明に係る無電極放電灯装置は、透光性材料より構成され、内部に少なくとも発光物質が封入されている気密な放電容器と、前記放電容器の内部の放電空間に誘導高周波電磁場を誘起させ、前記封入物を放電させるように、前記放電容器に少なくとも１個配設されている誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給するための高周波電源と、前記誘導コイルと前記高周波電源との間でインピーダンス整合を行う整合回路とを備え、前記誘導コイルと前記放電容器との間に、間隙を有する無電極放電灯装置であって、前記間隙の一部もしくは全部に、誘電体材料を介在させている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、誘導コイルと放電容器の位置を固定しているため、始動性能を改善することができる。
【００３２】
また、誘導コイルと放電容器の位置を、簡単な構成で固定しているため、製造上容易かつ安価に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
好適な実施形態において、前記誘電体材料は、比誘電率εが２．０以上である樹脂で構成してもよい。
【００３４】
好適な実施形態において、前記誘電体材料は、比誘電率εが３．０以上である樹脂で構成してもよい。
【００３５】
好適な実施形態において、前記誘電体材料は、可視光の反射率が１５％以上の材料で構成してもよい。
【００３６】
これにより、誘導コイルの位置を固定し、かつ、製造上容易かつ安価な手段により、始動性能を改善する。
【００３７】
さらに、従来の誘導コイルやマグネティックコアは有色（特にフェライトは灰暗色）であり、放電容器から放射された光を吸収してしまうため、光取り出し効率としてのロスを生じていたが、本実施の形態では、可視光の反射率が１５％以上の材料（例えば白色樹脂）で構成したので、光取り出し効率の向上を図ることができる。
【００３８】
また、誘導コイルと放電容器とを樹脂材料で固定しているため、始動性能のばらつきを低減させることができ、始動性能を安定化することができる。
【００３９】
（実施の形態１）
図１Ａは、実施形態１における無電極放電灯装置の回路図を示し、図１Ｂは図１ＡにおけるＺ−Ｚ部分の断面である。図２Ａ〜図２Ｃは、図１における発光管の点灯状態の推移に対する、誘導コイル部と発光管部の等価回路図である。
【００４０】
図１Ａ及び図１Ｂにおいて、ループ状の放電容器（発光管）１０３は、ソーダライムガラスやホウ珪酸ガラス、石英などの光透過性の材料で成形された環状の容器であり、内部は気密構造になっている。放電容器１０３の寸法は、既存の直管形の蛍光ランプや直管形を折り返した形状のコンパクト蛍光ランプと同様に、照明器具の配光設計の観点から、管外直径は１５〜３８ｍｍが好ましく、その中でも、高周波点灯の直管蛍光ランプで最も普及率の高いＴ８管（２５ｍｍ管）やＴ１０管（３２ｍｍ管）は既存の器具の光学系をそのまま流用できることから有用である。また、管長（一本の放電管の全長）は、１５０ｍｍ〜６００ｍｍの放電管とすることが実用的であり、複数個並べて点灯させることで、２０Ｗの直管蛍光ランプの約６００ｍｍ、４０Ｗの直管蛍光ランプの約１２００ｍｍに相当する器具光学系を形成することができる。また、ランプの消費電力は、既存の施設、屋外用の照明用として使用されている直管の蛍光ランプやコンパクト形の蛍光ランプと同程度で、２０〜１１０Ｗが実用的である。また、放電容器１０３の内部には、水銀と、アルゴン、クリプトン、キセノンなど一種類または複数種類の希ガスとが封入されている。また、放電容器１の壁面には、蛍光体が塗布されている（図示しない）。
【００４１】
誘導コイル１０４及び１０５は、リッツ線により形成され、トロイダル形状のＭｎ−Ｚｎ系フェライトコア１０６及び１０７の周囲に、それぞれ数回から数十回の巻数で巻かれている。各誘導コイルであるインダクタ（後述図５では１つの放電容器に配設された２つの誘導コイルの合成インダクタに相当）のＱ値（Ｑ＝ωＬ／Ｒ  ω：角周波数、Ｌ：インダクタンス、Ｒ：等価抵抗）が、１００〜２５０になるよう設計することが、発光管の始動性、点灯安定性の観点から望ましい。
【００４２】
また、誘導コイル１０４及び１０５は、商用電源とインバータ回路により構成（図示しない）される高周波電源１０１との間でインピーダンス整合を図るための整合回路部１０２に接続されている。通常、整合回路は、誘導コイルのインダクタとの共振現象を利用するため、キャパシタの組み合わせ、または、キャパシタとインダクタとの組み合わせにより構成され、誘導コイルのインダクタと目標の駆動周波数（点灯周波数）とで共振するよう、回路定数の設計を行う。高周波電源１０１から供給される高周波電流によって、誘導高周波電磁場を放電容器１０３内に誘起して放電を発生させる。
【００４３】
高周波電源１０１は、回路でのスイッチングロスや、使用しているコア材料を考慮すると、４０ｋＨｚ〜３ＭＨｚ間の駆動周波数が望ましく、矩形波か正弦波を出力する。誘導コイル１０４及び１０５には、発光管１０３の点灯始動時には１．５〜２．５ｋＶのピーク・トゥ・ピークの電圧がかかるので、絶縁被覆を施した線材を使用しており、誘導コイル１０４と１０５は電源側から見るとそれぞれが並列に接続させている（直列でも同様の基本構成で実現できる）。
【００４４】
また、フェライトコア１０６及び１０７は、放電容器１０３の一部を覆うように挟み込まれている（トクマク方式）。
【００４５】
ここで、トロイダル形状のフェライトコア１０６及び１０７の一部に樹脂部材などのスペーサーを挟み込み、磁気的なギャップを設けても良い。このように構成することで、発光管１０３の点灯始動時にかかる誘導コイル１０４及び１０５が励起する磁束で、フェライトコア１０６及び１０７が磁束飽和されて、所要の磁束が得られず、始動性能が損なわれることを防止することができる。また、製造上の嵌め込み面の接触不良などによる電気特性ばらつきを吸収することができる。
【００４６】
また、発光管１０３と誘導コイル１０４及び１０５との隙間、および、発光管１０３とフェライトコア１０６及び１０７との隙間の一部または全面に、誘電体樹脂１０８、１０９が充填されている。これにより、発光管１０３と誘導コイル１０４及び１０５との隙間、および、発光管１０３とフェライトコア１０６及び１０７とを接着して固着している。これにより、誘導コイル１０４及び１０５と発光管１０３との位置決めが行われ、商品搬送時の振動や、振動の多い場所への照明器具の設置の際でも、固定位置がずれることなく、信頼性を確保できる。誘電体樹脂１０８及び１０９は、加熱硬化性のシリコーン樹脂で構成されている。なお、誘電体樹脂１０８及び１０９は、誘電率が高い方が好ましい。また、誘電体樹脂１０８及び１０９は、白色ないし白濁色等で、可視光の反射率がフェライトコアよりも高い誘電体材料で構成されている方が望ましい。
【００４７】
以下、この動作原理について説明する。
【００４８】
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の誘導コイル部分と発光管の部分等価回路図と発光管の模式図を示している。それぞれ、図２Ａは始動点灯前の状態で、図２Ｂは発光管内部において放電の種火が点火した直後のＥ放電の状態で、図２Ｃは発光管がＨ放電に移行した状態を示している。
【００４９】
無電極放電灯は、商用電源からインバータにより変換された高周波電源を、図２に示す整合回路部２０２のキャパシタ（あるいは、キャパシタとインダクタにより構成）と誘導コイル２０３との共振現象を利用して、大きな電圧、電流を誘導コイル２０３に供給する。電源投入後、発光管２０４の内部にて、誘導高周波電磁場により、放電の種火が発生する。
【００５０】
図２Ｂは発光管２０４の中での、放電の種火発生により形成された容量結合プラズマ（Ｅ放電）が発生した場合の等価回路モデルを示している。図中のＣｐは発光管中のプラズマのキャパシタ成分、Ｒｐはプラズマの抵抗成分である。さらにここでは、後述、図４および図５の実験結果を定性論的に説明するために、新たに誘導コイルと放電容器であるガラスとの間に形成される浮遊容量の等価回路モデルを示す（通常、教科書類にこの部分の浮遊容量を考慮する記載はないため、本発明の実験結果を解説するための仮説）。
【００５１】
Ｅ放電では、図２Ｂに示すように、誘導コイルと放電容器であるガラスとの間で形成される浮遊容量Ｃｇ（厳密には放電容器のガラス肉厚でも形成される容量も含むと考えられる）が存在する（始動性実験結果である図３および図４により、Ｃｇを考慮した方が定性論的に実験の現象と一致することが分かった）。この隙間に誘電体の樹脂材料（本例ではシリコーン）を介在させることで、容量を大きくすることができると考えられる。また、プラズマのキャパシタンス成分２０６のＣｐと抵抗成分２０７のＲｐとが、誘導コイル２０３に並列に接続されるような構成となり、新たに電流の流れるパス（放電電流パス）ができる。この放電のパスに流れる電流が増加するにつれ、Ｅ放電により形成されたプラズマの密度が濃くなり、プラズマの希薄な発光管内の部分へ拡散して行く。
【００５２】
さらに、図２Ｃでは、Ｅ放電となる容量結合の状態から、非常にプラズマ密度の高く発光効率の高い誘導結合プラズマ（Ｈ放電）へとモードジャンプしている様子の等価回路モデルを示している。Ｅ放電からＨ放電に移行するメカニズム、要件に関しての諸説はあるが、明確にはされていないのが実情である。一般的には、発光管内に満たされたプラズマが、ドーナツ状のループを形成し、このプラズマにループ状の電流が流れる状態になって初めて、プラズマがトランス（変圧器）の２次側コイルの役割を果たすことができ、誘導結合に至ると考えられている。この場合、プラズマのインダクタンス成分２０８であるＬｐと抵抗成分Ｒｐにより構成され、誘導コイル２０３を１次側、プラズマのインダクタＬｐを１ターンのループコイルとするトランスの２次側と見なせ、磁気的な結合（カップリング）によって発光管をＨ放電させている。このプラズマのインダクタＬｐは、プラズマの形状によるものとプラズマ中の電子の運動の慣性によるものの合成であるが、通常、発光管の点灯周波数は数ＭＨｚ以下で、プラズマ周波数（数１０ＧＨｚ）と比して小さく、電子の動きは点灯周波数に十分追随することができるため無視できる程度である。そのため、ほぼプラズマの形状によるものと考えてよい。
【００５３】
一般的に良く知られているように、Ｈ放電になると、誘導コイルの両端にかかる電圧は、放電開始前やＥ放電の状態に比して、約１／３〜１／５程度と大幅に低下する（図３参照）。これは、１次側コイル（誘導コイルに相当）と２次側コイル（プラズマにより形成された放電電流ループに相当し、１ターンのコイルと見なす）との間の相互インダクタンスの影響によるものである。この相互インダクタンスにより、見かけ上、誘導コイルのインダクタンス成分が下がることで、図２Ｃに示される誘導コイル２０３のＬの両端に誘起される電圧が大きく低下する。
【００５４】
このような構成の無電極放電灯においては、定常点灯のＨ放電に移行するためには、発光管内をＥ放電によるプラズマで満たして、管内にループ状の電流パスを形成しなければならない。このループ状に形成されたプラズマの密度が高まり、このループに沿って放電電流が流れるようになると、Ｅ放電で形成された誘導コイルに近接する発光管内の一部のみで流れる電流パスよりも、ループ状に発光管内を一周する電流パスの方が主体へと移行する、つまり、これがＨ放電への移行動作である。このことから、図２Ｂに示す誘導コイル２０３と放電容器２０４との間に形成される浮遊容量Ｃｇが大きくなるほど、Ｑ＝Ｃ・Ｖ（Ｑ：移動電荷量、Ｃ：キャパシタンス、Ｖ：電圧）の関係から、発光管内に流れる放電電流が大きくなり、より早くＨ放電に至るようになることが原理的に類推できる。
【００５５】
通常、浮遊容量のＣｇを大きくするためには、誘導コイルと放電容器との間隙を小さくするか、放電容器の肉厚を薄くして、誘導コイルと放電容器との距離を狭めることしか方法がない。しかしながら、ガラスの加工精度およびガラスおよびフェライトコアの寸法公差の関係から、自ずと間隙は決まってしまい、精度を要求するのは極めて困難である。また、発光管は真空に近い状態まで減圧されるため、放電容器の肉厚は、機械的強度を確保するためにも、おおよその限界肉厚がある上、製造上、肉厚をコントロールすることは極めて困難である。
【００５６】
そこで、本発明のように、弾力性のある誘電性の樹脂を間隙に介在、接着させることで、熱による膨張・収縮の熱ストレスによる影響を緩和しつつ、Ｃｇを形成する浮遊容量の誘電率が向上し、Ｃｇを大きくすることができる。また、同時に、誘導コイルとフェライトコア及び発光管とを固着させることができ、誘導コイル設置箇所位置決めなどの信頼性を向上させることができる。
【００５７】
次に、実施の形態１の一例における始動性能実験結果を示す。
【００５８】
図３Ａ及び図３Ｂは、実施の形態１における点灯始動時の誘導コイルにかかる電圧波形の時間変化を、オシロスコープ（本実験では、テクトロニクス株式会社製  ＴＤＳ３０５４を使用）にて測定した結果を示す特性図である。図３Ａ及び図３Ｂの横軸には経過時間を、縦軸には誘導コイルの電圧をプロットしており、正弦波状の波形が密になっており、図中の曲線はその正弦波状の波形のピーク値を示している。図３Ａは正常に点灯した場合（Ｈ放電へモードジャンプした状態）で、図３Ｂは不点灯の場合（Ｅ放電のままの状態）を示している。測定値は、発光管の全長が２００ｍｍ、幅が１１０ｍｍ、管直径が２５ｍｍの場合で、発光管内部には水銀を５ｍｇ（水銀の圧力はほぼランプ管壁の最冷点温度によって決まる飽和蒸気圧である）とクリプトンを１５０Ｐａで封入し、管内壁には蛍光体を塗布している。誘導コイルは、１０ターンの巻数でＭｎ−Ｚｎ系のフェライトコア（株式会社ＮＥＯＭＡＸ製  ３Ｆ５Ｋ材）に巻かれている。フェライトコアの形状は、トロイダル型で外直径が４５ｍｍ、内直径が２８ｍｍ、幅が４５ｍｍのものを、発光管上の２箇所に配設している。高周波電源（本実験では、ＮＦ回路設計ブロック株式会社製のＳ−４７５０を使用）の周波数は１４０ｋＨｚ前後にして、インピーダンス整合するように整合回路のキャパシタの定数を合わせ込んだ。
【００５９】
図３Ａに示すように、電源を投入してから徐々に電圧が高くなり、発光管内にはＥ放電が形成される（図中３０１の状態）。その後、急激に電圧が１／５程度に低下する領域３０２がある。これがＨ放電に移行した時の電圧の状態を示している。この時、Ｈ放電に至る直前に印加されている電圧の最高値（ここではピーク・トゥ・ピークで説明をする）が、放電がモードジャンプする移行電圧Ｖｐｐである。つまり、印加電圧が移行電圧Ｖｐｐに達することで、初めてＨ放電に移行する。
【００６０】
一方、図３Ｂでは、図３Ａに示すような電圧の変化点（領域３０１に示す電圧から領域３０２に示す電圧への変化）がない。つまり、Ｅ放電が継続され、Ｈ放電に移行できない状態を示している。
【００６１】
このような観点で、始動性を評価する際、当然同じ誘導コイルで比較実験を行えば、モードジャンプに至る移行電圧Ｖｐｐが小さければ小さいほど、始動性が良好であると言える。すなわち、より小さい誘起電圧でＨ放電へ移行させることができるため、点灯回路からの出力電圧に制限がある場合、または、環境の変化によって始動性が低下する場合には、より有利である。この判定基準により行った実験結果を示したのが（表１）である。
【００６２】
【表１】
2007273137.tif 000003
【００６３】
（表１）には、前記電圧波形を測定した時と同じ発光管、誘導コイル、整合回路、高周波電源を用い、それぞれ、サンプルＢ〜サンプルＥまでの４種類の誘電体材料を、誘導コイルと放電容器との間隙に充填（フェライトコアと放電容器との間隙にも同様に充填）させた場合の、放電モードの移行電圧を各々１０回に渡って測定した結果である。
【００６４】
（表１）において、サンプルＡは、誘導コイルと放電容器との間隙をエアギャップ（空隙）で構成した場合であり、比誘電率ε＝１．０である。この構成は、一定の間隔が空くように放電容器とフェライトコアとをテープで間隙を埋めないようにして、保持固定させている。また、サンプルＢは、間隙に紙を介在させたものである。この場合は、ε＝２．０と類推している（小山、樋浦  著：「電気・電子材料の物性」  学献社（１９７０）によると、ε＝２．０〜２．６と記載）。また、サンプルＣ〜サンプルＥは、いずれも市販のＧＥ東芝シリコーン株式会社製の加熱硬化型接着・シール材である、ＴＳＥ３２２１（ε＝２．８）、ＴＳＥ３３２０（ε＝３．３）、ＴＳＥ３３８０（ε＝５．７）である。通常、カタログ等に記載されているこれらの比誘電率は、６０Ｈｚでの測定値が記載されているが、数Ｈｚ〜数ＭＨｚの幅広い周波数領域においてもほとんど比誘電率の値が変わらないことが、実験的に確認されている（一般的には、比誘電率は周波数に依存する）。
【００６５】
また、（表１）の測定結果を、ばらつき（誤差）を踏まえて有意差を判定するために、平均値での比較だけではなく、確率分布として見た時に有意差があるかどうかを判定するために書き下したのが図４である。ただし、分布が正規分布に従うと仮定している。
【００６６】
図４は、横軸は誘導コイルにかかる電圧（前記放電モードの移行電圧Ｖｐｐ）のピーク・トゥ・ピーク値を示し、縦軸は区間０．０１ｋＶに入る確率ｐを示しており、正規分布の面積が１（１００％）となるようにした確率密度関数である。また、図４中の分布曲線を指し示す数値は、それぞれ各サンプルの比誘電率を示している。図４から明らかなように、比誘電率ε＝５．７と、ε＝３．３の場合はばらつきを含めても十分に有意差が確認できる。
【００６７】
図５は、さらにこれらの測定結果の平均値プロットを示す特性図である。図５において、横軸は比誘電率εであり、縦軸の第一軸は誘導コイルで測定する移行電圧Ｖｐｐであり、第二軸は空隙の場合（ε＝１．０）を基準にどの程度移行電圧が低下したかを示す変化率ΔＶｐｐを表している。図５の実線５０１は左側の第一軸に従う移行電圧のピーク・トゥ・ピーク値であり、破線５０２は右側の第二軸に従う移行電圧の変化率ΔＶｐｐを示す（ともに平均値表示）。
【００６８】
図５に示すように、曲線５０２の変化率に従うと、誘電体材料の比誘電率εがε≧２．０で改善の効果が現れ始め、ε≧３．０ではばらつきを含めても確実に有意差が確認できる。これらの比誘電率の変化に対する効果は、放電管の形状やガス圧、ガス種、誘導コイルの仕様、さらには、誘導コイルと放電管との距離が前記実験条件と異なっていても損なわれるものではなく、縦軸の誘導コイルにかかる放電の移行電圧の絶対値、または、相対値の縮尺が変化するだけであり、同様の効果を得ることができ、点灯始動性の改善を図ることができる。
【００６９】
次に、誘電体材料に、可視光を反射する機能を持たせた場合の効果について述べる。
【００７０】
通常、樹脂系等には、機械的、電気的特性の改善および改質のため、多くの添加物が含有されている。金属酸化物系の微粉末のフィラーを混入させることで、樹脂に着色する、あるいは、電気伝導性や電磁波シールド、回路素子冷却用のポッティング材として利用される。本発明においても、シリカ（二酸化ケイ素）やアルミナ（酸化アルミニウム）、チタン酸バリウム等の微粉末を混入させることで、白色化、誘電率の向上を期待できる。
【００７１】
前述の実験で使用したサンプルＣ（ＴＳＥ３２２１）は、フィラーの含有率が少なくほぼ透明色であり、ほぼ純粋なシリコーン樹脂の特性を有している。この比誘電率εは２．８である。サンプルＤ（ＴＳＥ３３２０）は、接着用のシリコーン樹脂であり、シリカの微粉末を多く含んだ白色のサンプルとなっている。シリカは、通常のシリコーン樹脂より比誘電率が高く（ε＝４．５）であり、この白色微粉末を混入させることで、サンプルＤは比誘電率ε＝３．３となっている。サンプルＥ（ＴＳＥ３３８０）は、電気回路素子のポッティング用の材料であり、熱伝導性の観点からシリコーン樹脂にアルミナを多く含有させている。灰色の材料であり、アルミナの比誘電率がε＝８．５であるから、この微粉末を混入させることで比誘電率がε＝５．７となっている。
【００７２】
いずれも、本来の用途からして誘電率を高めるために開発された材料ではないため、前述のような比誘電率になっているが、本発明の目的のように、誘電率をさらに高めるためには、圧電素子などに使用されるチタン酸バリウム等の、強誘電体の白色粉末セラミック材料を混入させることも考えられる。本例では、ＧＥ東芝シリコーン株式会社製のシリコーン材料を試験的に用いたが、他のメーカーの材料であってもよい。すなわち、使用の目的（接着シール用、ポッティング用、型取用の樹脂、ゴムなど）毎に販売されている商品であれば、自ずと特性も添加物も類似している。
【００７３】
図６は、誘電体材料の可視光領域の平均反射率に対するランプ光束の変化特性を示した特性図である。評価に用いた放電管および点灯装置類は、前記の始動性試験で用いたものと同じである。入力電力は５０Ｗ一定とし、横軸には各サンプルの反射率Ｒ、縦軸の第１軸はランプ光束φ、第２軸は誘電体を介在しない場合のランプ光束を基準にしたランプ光束の増加率Δφをとっている。図６の実線６０１はランプ光束を示し、破線６０２はランプ光束の変化率の特性を示す。
【００７４】
前記各サンプルの反射率は、ガラス基板上に約２ｍｍの厚みにペーストして硬化させた樹脂の可視光領域の反射率を測定した結果である。なお、サンプルＡ（空隙）に関しては誘電体が介在されていないため、直接にフェライトコアの反射率を測定し、サンプルＢ（ＴＳＥ３２２１）に関してはほぼ透明（わずかに白濁）なので、フェライトコアの上にペーストして反射率を測定した。
【００７５】
以下、測定値を示すと、サンプルＡ（空隙）でフェライトコア（株式会社ＮＥＯＭＡＸ製  ３Ｆ５Ｋ材）は１５％であった。サンプルＢ（紙）は、高反射率の光沢紙を使用しており、反射率は９４％であった。サンプルＣ（ＴＳＥ３２２１）は、フェライトコアとの重ねあわせとなり、反射率は１８％であった。サンプルＤ（ＴＳＥ３３２０）は、反射率は８５％であった。サンプルＥ（ＴＳＥ３３８０）は、反射率は４７％であった。
【００７６】
これらのサンプルＡ〜Ｅを使った実験結果から明らかなように、当然のことながら、フェライトコアが直接発光管からの光を受けるサンプルＡ（空隙）の場合は、フェライトコアが光を吸収してしまい、発光管からの光の取り出し効率が低下する。以下、誘電体材料の可視光の反射率が高い程、本来、フェライトコアで吸収される光が白色の誘電体材料により、再度、発光管内に反射され、管内で反射と吸収を繰り返しながら、管外に取り出される割合が増えるため光の取り出し効率が向上する。つまり、フェライトコアの反射率である１５％（他のメーカー、材料のフェライトであっても同程度の反射率と考えられる）以上の反射率を有する材料であれば、光取り出し効率の向上を図ることができる。
【００７７】
さらに、このような構成の無電極放電灯においては、誘電体樹脂材料が介在されているため、発光管から放射される紫外線が誘導コイルの絶縁被覆に直接照射されることが無いため、誘導コイルの絶縁被覆の紫外線劣化による絶縁破壊や被覆の破損によるコロナ放電の恐れも少なく、信頼性が向上する。
【００７８】
なお、本実施形態では、２個の誘導コイルを発光管に配設した例を示しているが、１個の場合でも、３個以上の場合も同様の効果を得ることができる。
【００７９】
また、発光管の形状は、カタカナの“ロ”の字形の場合を示したが、これに限定されるものでなく、アルファベットの“Ｏ”型（環状）や“Ｈ”型など放電プラズマの形状をループ型に形成せしめる放電容器の形態であっても良い。
【００８０】
本実施の形態では、主要な発光物質として水銀を用いたが、その他の金属との合金（いわゆるアマルガム）であっても良いし、他の金属蒸気やハロゲン化合物との混合物や希ガスのみであってもよい。
【００８１】
また、整合回路の構成は、本実施の形態ではキャパシタ２つを直並列に接続した最も簡易なＬ型の例を示したが、その構成に限定されず、いわゆるＴ型やπ型の回路構成でもよい。さらに、キャパシタ２つを組み合わせた構成に限らず、キャパシタやインダクタを複合組み合わせてもよい。
【００８２】
また、誘導コイルと放電容器の間隙の一部または全部、およびその周辺のフェライトコアと放電容器との間隙に介在させる誘電体材料は、本実施形態のようにシリコーン樹脂に限定されるものでなく、その他の種類の樹脂や、樹脂とその他の物質（たとえば金属、セラミック、ガラス等）との混成物であっても、誘電体の樹脂材料であれば同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態における「樹脂」とは、いわゆるプラスティック、レジン、ゴム、エラストマー一般を指す。
【００８３】
また、本発明の実施の形態１においては、誘導コイルの巻き方はトロイダルコアに巻きつける構成としているが、これに限定されるものでなく、図８Ａ〜図８Ｆに示すように、トロイダルコアを用いた誘導コイルの一部を、ループ状の発光管８０１の壁面に沿わせてループ状に巻き上げても良い。この場合も、管壁に沿わせた誘導コイルの巻線部８０２を固定するのに誘電体樹脂で接着固定しても同様の効果が得られる。なお、図８Ａは、誘導コイル８０２を、発光管８０１において整合回路から遠い側の端部に配した例である。図８Ｂは、発光管８０１における対向する端部に、それぞれ誘導コイル８０３及び８０４を配した例であり、誘導コイル８０３と８０４とは直列接続されている。図８Ｃは、図８Ｂと同様の配置で、誘導コイル８０３と８０４とが並列接続されている例である。図８Ｄは、誘導コイル８１０を、発光管８０１に沿わせてループ状に巻き上げて配置させた例であり、端部がマグネット８０７で固定されている。図８Ｅは、発光管８０１の両端部において誘導コイル８１０がマグネット８０７及び８０８で固定されている例である。図８Ｆは、発光管８０１に沿わせてループ状に巻き上げて配置させた例であり、誘導コイル８１０はマグネティックコアで固定されていない。
【００８４】
また、整合回路の構成も、本実施の形態１では、キャパシタ２個を直並列にＬ型に組み合わせたものを例示しているが、これに限定されるものでなく、これを反転させた逆Ｌ型や、３個以上を用いてπ型の構成にしても良く、インダクタを含んだ構成にしていても同様の効果を得ることができる。
【００８５】
（実施の形態２）
図７は、いわゆる電球型の無電極放電灯を示しており、一部を断面表記した側面図である。発光管は、略球状の外管７０１と筒状の内管７０２とにより封着形成され、フェライトコア７０４に巻回されたソレノイド形の誘導コイル７０３が、発光管の内凹部に挿入されて構成されている。誘導コイル７０３は、ハウジングケース７０５に内包され、実施の形態１で示したものと同様の整合回路と一体化された高周波電源７０６から高周波電流が供給される。高周波電源７０６は、主に高周波に変換するためのインバータ部と、口金７０７を通して供給される商用電源を一旦直流に変換するコンバータ部とにより構成される。
【００８６】
発光管の外径は、既存の白熱電球、電球型蛍光灯置き換え用としては、５５ｍｍ〜１１０ｍｍが望ましい。ソレノイド形誘導コイル７０３は、リッツ線により構成され、巻数は数回から数十１０回であり、図７に示すような整列巻き（巻線の往路、復路ができる巻き方）であっても、分割巻き（複数の区間に分割して巻き上げる方法）であってもよい。高周波電源７０６は、数１０ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波を数１０Ｗ〜数１００Ｗで供給する。
【００８７】
このような構成の無電極放電灯は、誘導コイル７０３の巻き厚みや、ガラスの加工精度、寸法公差等の関係から、誘導コイル７０３と発光管内管７０２の間には間隙が生じる（間隙は、非常に微小であるため、図７では図示を省略している）。この間隙の一部または全部に、誘電体である樹脂を充填させることで、点灯始動性能を向上させることができる。
【００８８】
なお、誘電体樹脂材料の充填は、誘導コイル７０３の巻線部と内管７０２との隙間だけでなく、フェライトコア７０４と内管７０２の隙間にまで及んでも良い。
【００８９】
また、可視光の反射率を高めるため、白色系の微粉末をフィラーとした誘電体樹脂材料にすることで、発光管内で発生した光が、本来誘導コイル７０３またはフェライトコア７０４で吸収される光の量を反射し、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００９０】
さらに、このような構成の無電極放電灯においては、誘電体樹脂材料が介在されるため、発光管から放射される紫外線が直接誘導コイル７０３の絶縁被覆に照射されることが無いため、誘導コイル７０３の絶縁被覆の劣化の恐れも少なく、信頼性が向上する。
【００９１】
なお、本発明の実施の形態２では、点灯回路と発光管が一体化された電球置き換え用の電球型無電極放電灯の場合を示したが、これに限定されるものでなく、点灯回路と発光管が別設置であっても良い。
【００９２】
放電容器の仕様は、本実施の形態のみに限定されるものでなく、アルゴン、クリプトンの混合ガスのみでなく、他の希ガス（ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン）の単体または混合ガスでもよい。また、水銀の代わりに、他の金属蒸気を用いても良いし、希ガスのみを使用しても良い。
【００９３】
また、誘導コイルと放電容器の間隙の一部または全部、およびその周辺のフェライトコアと放電容器との間隙に介在させる誘電体材料は、シリコーン樹脂に限定されるものではなく、その他の種類の樹脂や、樹脂とその他の物質（たとえば金属、セラミック、ガラス等）との混成物であっても誘電体の樹脂材料であれば同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の無電極放電ランプは、製造上容易で安価な手段でランプの放電始動性能を改善することができるので、一般施設、屋内外用照明等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１Ａ】実施の形態１における無電極放電灯装置の概略を示す回路図
【図１Ｂ】図１ＡにおけるＺ−Ｚ部分の断面図
【図２Ａ】実施の形態１における誘導コイル部分と発光管の等価回路の模式図（発光管の始動点灯前）
【図２Ｂ】実施の形態１における誘導コイル部分と発光管の等価回路の模式図（発光管内に種火が点火した直後のＥ放電の状態）
【図２Ｃ】実施の形態１における誘導コイル部分と発光管の等価回路の模式図（発光管がＨ放電に移行した状態）
【図３Ａ】点灯始動時の誘導コイルの出力電圧波形を示す特性図
【図３Ｂ】点灯始動できない場合の誘導コイル電圧波形を示す特性図
【図４】実施の形態１における始動性能比較実験の誘電率依存性を示す確率分布図
【図５】実施の形態１における始動性能比較実験の誘電率依存性を説明するための放電移行電圧特性を示す特性図
【図６】実施の形態１における誘電体材料を白色化した場合の効果を示す、ランプ光束変化の特性図（材料の反射率依存性）
【図７】実施の形態２における無電極放電灯装置の概略を一部断面表記した側面図
【図８Ａ】閉ループ状発光管に配設した誘導コイルの一部を発光管の壁面に沿わせて巻いた例を示す模式図
【図８Ｂ】誘導コイル２個を直列接続した例を示す模式図
【図８Ｃ】各発光管における誘導コイル２個を並列に接続した例を示す模式図
【図８Ｄ】誘導コイルを発光管の壁面に沿わせて巻き上げた例を示す模式図
【図８Ｅ】マグネティックコアを２個配設した例を示す模式図
【図８Ｆ】マグネティックコアを使用しない（空芯）例を示す模式図
【図９】従来の無電極放電灯装置の概略を示す図（特許文献１記載）
【符号の説明】
【００９６】
１０１  高周波電源
１０２  整合回路
１０３、２０４  放電容器（発光管）
１０４、１０５  誘導コイル
１０６、１０７  マグネティックコア
１０８、１０９  誘電体樹脂（またはエラストマー）材料
２０１  高周波電源のインバータ出力部
２０２  整合回路部
２０３  誘導コイル
２０４  放電容器（発光管）
２０５  誘導コイルと放電容器の間に介在する浮遊容量（静電容量）
２０６  発光管内に微放電（Ｅ放電）が開始した時の容量結合プラズマのキャパシタ成分
２０７  発光管内に微放電（Ｅ放電）が開始した時の容量結合プラズマの抵抗成分
２０８  発光管内で定常放電（Ｈ放電）が開始した時の誘導結合プラズマのインダクタ成分
２０９  発光管内で定常放電（Ｈ放電）が開始した時の誘導結合プラズマの抵抗成分
７０１  発光管外管
７０２  発光管内管
７０３  誘導コイル
７０４  フェライトコア
７０５  ハウジングケース
７０６  高周波電源
７０７  口金
７０８  誘電体材料
【図１Ａ】
2007273137.tif 000004
【図１Ｂ】
2007273137.tif 000005
【図２Ａ】
2007273137.tif 000006
【図２Ｂ】
2007273137.tif 000007
【図２Ｃ】
2007273137.tif 000008
【図３Ａ】
2007273137.tif 000009
【図３Ｂ】
2007273137.tif 000010
【図４】
2007273137.tif 000011
【図５】
2007273137.tif 000012
【図６】
2007273137.tif 000013
【図７】
2007273137.tif 000014
【図８Ａ】
2007273137.tif 000015
【図８Ｂ】
2007273137.tif 000016
【図８Ｃ】
2007273137.tif 000017
【図８Ｄ】
2007273137.tif 000018
【図８Ｅ】
2007273137.tif 000019
【図８Ｆ】
2007273137.tif 000020
【図９】
2007273137.tif 000021