JP2001325920A - 無電極放電ランプ - Google Patents

無電極放電ランプ

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JP2001325920A
JP2001325920A JP2001139388A JP2001139388A JP2001325920A JP 2001325920 A JP2001325920 A JP 2001325920A JP 2001139388 A JP2001139388 A JP 2001139388A JP 2001139388 A JP2001139388 A JP 2001139388A JP 2001325920 A JP2001325920 A JP 2001325920A
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Robert Chandler
ロバート チャンドラー
Oleg Popov
オレグ ポポフ
Jakob Maya
ジェイコブ マヤ
Edward Shapiro
エドワード シャピロ
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Matsushita Electric Works Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/048—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using an excitation coil

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無電極放電ランプのランプ効率を高くする。 【解決手段】 無電極放電ランプ１００は、内部に放電
ガスを充填したエンベロープ１と、エンベロープ１内に
電磁界を生成するコイル８と、エンベロープ１に形成さ
れ、エンベロープ１の外部に向けて突き出した隆起部と
を備えている。無電極放電ランプ１００の管壁負荷は、
０．０５Ｗ／ｃｍ2以上である。エンベロープ１は、凹
部キャビティ２を有し、コイル８は、凹部キャビティ２
の内部に配置されていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気ランプに関
し、より詳細には、５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数なら
びに低圧または中間圧で動作する無電極蛍光ランプに関
する。
【０００２】
【従来の技術】数十ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの範囲の周波数
で動作する無電極蛍光ランプは、内部電極および加熱フ
ィラメントを有する従来の蛍光ランプよりも寿命が長
い。先頃、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｒ
ｐ．によって、主に屋内用途のための無電極小型蛍光ラ
ンプが市場に出された（「Ｇｅｎｕｒａ」）。このラン
プは、２３Ｗの総電力で１１００ルーメンの光出力を有
し、且つ、１５，０００時間の長い寿命を有する。低い
周囲温度および高い周囲温度で高いランプ光出力を提供
するために、ランプは、約７０℃〜約１２０℃の、アマ
ルガムの広い温度範囲内で、約６ｍＴｏｒｒ（約７９８
ｍＰａ）近傍の最適な水銀蒸気圧を維持する、ビスマス
−インジウムアマルガムを利用する。
【０００３】このランプの欠点は、ランプの立ち上がり
時間、つまり、ランプの最大光出力の５０％に達するの
に必要な時間が比較的長い点にある。Ｇｅｎｕｒａラン
プの立ち上がり時間は、８０秒よりも長い。立ち上がり
時間が長くなるのは、アマルガムを約７０℃の必要温度
に加熱するのに必要な時間が比較的長い（約１分）ため
である。
【０００４】実際、６ｍＴｏｒｒで得られる最大の光出
力の７０〜８０％に相当する高い光出力を生成するのに
十分な、３〜４ｍＴｏｒｒ（３９９〜５３２ｍＰａ）の
高い水銀蒸気圧を提供するために、アマルガムは７０℃
の温度である必要がある。急速なアマルガムの加熱を達
成するために、従来の技術は、ランプエンベロープの異
なる部分にアマルガムを配置した（Ｂｏｒｏｗｉｅｃら
の米国特許第５，４１２，２８８号、Ｔｈｏｍａｓらの
米国特許第５，４１２，２８９号、Ｂｏｒｏｗｉｅｃら
の米国特許第５，４３４，４８２号、およびＦｏｒｓｄ
ｙｋｅらの米国特許第５，７８９，８５５号）。いくつ
かのケースでは、補助アマルガムが、フラグ内（例え
ば、Ｍａｙａらの米国特許第５，６９８，９５１号、Ｃ
ｏｃｏｍａらの米国特許第５，７８３，９１２号、Ｂｏ
ｒｏｗｉｅｃらの米国特許第５，８４１，２２９号）、
または放電プラズマによって直接加熱される凹部キャビ
ティ壁の真空側（Ｗｈａｒｍｂｙらの米国特許第５，７
６７，６１７号、Ｆｏｒｓｄｙｋｅらの米国特許第５，
７８９，８５５号）に配置された。しかし、２つ以上の
アマルガムを使用しても、立ち上がり時間は８０秒未満
に短縮されなかった。
【０００５】１９９９年１１月８日出願の米国特許出願
番号第０９／４３５，９６８号（本願が優先権の基礎と
する出願と同一譲受人）に、本発明者らは、１００ｋＨ
ｚの比較的低いＲＦ周波数で動作する無電極小型蛍光ラ
ンプを記載した。フェライト磁心および抵抗の低いリッ
ツワイヤの使用により、低いコイル／磁心電力損失が提
供され、この低いコイル／磁心電力損失の結果、アマル
ガムを細管内に配置した場合、ランプに対する高い電力
効率（η＝Ｐpl／Ｐlamp＝０．８）と、高い最大ランプ
効率とが得られた。
【０００６】このランプの立ち上がり時間はやや長く
（≒１ｍｉｎ）、Ｇｅｎｕｒａランプの立ち上がり時間
に相当するものであった。立ち上がり時間を短縮するた
めに、本発明者らは、アマルガムの代わりに純粋な水銀
滴を用いた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上で述べた、
本発明者らによる特許出願に記載された形状を有し、ア
マルガムを用いずに「純粋な」水銀滴で動作するランプ
において、ランプの表面上で、安定動作中に７０℃未満
の温度を有し得た点はなかった。その結果、安定動作中
の水銀滴圧力は６ｍＴｏｒｒより高く、安定した光出力
は、最大光出力の７５〜８０％程度と低くなった。
【０００８】本発明の目的は、約１００ｋＨｚの周波数
および約２３Ｗの誘導結合電力で動作し、標準的な白熱
電球よりも大きくないサイズであって、約１６００〜１
６５０ルーメンの最大出力で可視光を生成する、無電極
小型蛍光ランプを設計することである。
【０００９】本発明の別の目的は、ランプのベースを上
にした点灯およびベースを下にした点灯において水銀蒸
気圧を制御し、１６５０ルーメンの最大光出力の約９０
％に相当する安定した光出力をもたらす最冷点を提供す
ることである。
【００１０】本発明のさらなる目的は、フェライト磁心
の温度をそのキュリー点未満に維持する冷却構造体を提
供することである。
【００１１】本発明のさらに別の目的は、冷却構造体内
部のドライバおよび整合回路のためのエンクロージャを
提供することである。
【００１２】本発明のさらなる目的は、ドライバおよび
整合回路が配置されたセラミックエンクロージャの内部
の温度を低く（Ｔ＜１００℃）維持する冷却構造体を提
供することである。
【００１３】本発明の別の目的は、白熱電球と同程度の
寸法を有しつつ、白熱電球よりもはるかに高い効率と５
〜１０倍の長さの寿命とを有する、１００Ｗの白熱電球
を直接置き換えることのできる小型蛍光ランプを提供す
ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の無電極放電ラン
プは、内部に放電ガスを充填したエンベロープと、前記
エンベロープ内に電磁界を生成するコイルと、前記エン
ベロープに形成され、前記エンベロープの外部に向けて
突き出した隆起部とを備え、管壁負荷が０．０５Ｗ／ｃ
ｍ2以上であり、これにより、上記目的が達成される。
【００１５】前記エンベロープは、凹部キャビティを有
し、前記コイルは、前記凹部キャビティの内部に配置さ
れていてもよい。
【００１６】前記無電極放電ランプは、フェライト磁心
をさらに備え、前記コイルは、前記フェライト磁心に巻
きつけられていてもよい。
【００１７】前記隆起部における前記エンベロープの最
大の厚さと最小と厚さとは、ともに０．１ｍｍ以上２ｍ
ｍ以下であってもよい。
【００１８】前記隆起部の高さは、７ｍｍ未満であって
もよい。
【００１９】本発明の他の無電極放電ランプは、内部に
放電ガスを充填したエンベロープと、前記エンベロープ
内に電磁界を生成するコイルと、前記エンベロープに形
成され、前記エンベロープの外部に向けて突き出した隆
起部とを備え、前記コイルの誘導結合電力周波数は、５
０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下であり、これにより、上記目
的が達成される。
【００２０】前記無電極放電ランプの管壁負荷が０．０
５Ｗ／ｃｍ2以上であってもよい。
【００２１】前記エンベロープは、凹部キャビティを有
し、前記コイルは、前記凹部キャビティの内部に配置さ
れていてもよい。
【００２２】前記無電極放電ランプは、フェライト磁心
をさらに備え、前記コイルは、前記フェライト磁心に巻
きつけられていてもよい。
【００２３】前記隆起部における前記エンベロープの最
大の厚さと最小の厚さとは、ともに０．１ｍｍ以上２ｍ
ｍ以下であってもよい。
【００２４】前記隆起部の高さは、７ｍｍ未満であって
もよい。
【００２５】本発明の他の無電極放電ランプは、内部に
放電ガスを充填したエンベロープと、前記エンベロープ
内に電磁界を生成するコイルとを備え、前記エンベロー
プは側壁と頂上部とを有し、前記側壁と前記頂上部とに
よって形成されるコーナーの曲率半径が１０ｍｍ以下で
あり、これにより、上記目的が達成される。
【００２６】本発明は、水銀蒸気を含んだ不活性ガスの
充填物を含有するガラスエンベロープを含む無電極蛍光
ランプを包含する。エンベロープの頂上部は、ランプが
「ベースを上にして」点灯する場合に水銀蒸気について
の最冷点として機能する、小さな薄いガラスドームを有
する。数ｍｍの間隙を有するガラス「スカート」が、エ
ンベロープの底部のエッジにシールされる。このガラス
「スカート」が、「ベースを下にして」点灯する場合
に、最冷点を提供するとみられる。フェライト磁心とリ
ッツワイヤから形成されたコイルとが、凹部キャビティ
内に配置される。冷却構造体は、磁心の内部に配置され
た金属（アルミニウム、銅）チューブと、高い熱伝導率
を有する材料で金属チューブおよびエジソンソケットに
接着されたセラミックエンクロージャとを含む。パワー
ドライバおよび整合回路が、セラミックエンクロージャ
の内部に配置され、エジソンソケットを介して主電源か
ら電力供給を受ける。
【００２７】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、本発明
の実施の形態１の無電極蛍光ランプ１００を示す。図１
を参照すると、ガラス球状エンベロープ１が、凹部キャ
ビティ２と、キャビティ２の内部のその軸上に配置され
た排気細管３とを有する。エンベロープ１の内部には、
放電ガスとして、不活性充填ガス（例えば、アルゴン、
クリプトン等）と水銀蒸気との混合ガスが封入されてい
る。不活性充填ガスは、５０ｍＴｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒ
（６６５０ｍＰａ〜６６５Ｐａ）の圧力である。無電極
蛍光ランプ１００において、エンベロープの直径および
高さは、それぞれ５０ｍｍおよび６５ｍｍである。凹部
キャビティ２は、エンベロープ１の外部から内部に向け
て凹入している。
【００２８】エンベロープ１内の水銀圧は、エンベロー
プ表面上の最冷点の温度によって維持される。この最冷
点には、数時間の動作の後、水銀滴が凝縮される。ベー
スを下にした位置で動作するランプにおいて、最冷点
は、スカート４（第１の隆起部）の内壁５および外壁６
によって形成される間隙内に存在する。数時間のランプ
動作の後、水銀蒸気が、間隙の底に凝縮され、これが、
エンベロープの最冷点になり、水銀蒸気圧を制御する。
好適な実施形態において、スカートの長さは２５ｍｍで
あり、その内径および外径は、それぞれ４０ｍｍおよび
４５ｍｍである。
【００２９】ベースを上にした位置において、ランプ内
の最も温度の低い場所は、薄いガラスドーム７の内表面
上に存在する。好適な実施形態において、ドーム（第２
の隆起部）７は、図１に示すように、球状の頂上部の上
に設けられる。ドーム７の高さｈは５ｍｍであり、ドー
ム７の底部の直径ｄは約９ｍｍであり、ガラスの厚さは
約０．３ｍｍである。
【００３０】本発明者らは、ドーム７の底部における直
径が約８ｍｍよりも小さい場合には光出力向上の効果は
小さくなることを見出した。これは、ドーム７の底部に
おける直径が小さいと、エンベロープ１内の放電ガスが
ドーム７の内部に対流によって進入することが著しく難
しくなり、その結果、水銀蒸気圧を制御する機能が低下
するためである。本発明者らは、逆に、ドーム７の底部
での直径が著しく大きい場合にも、やはり光出力向上の
効果は小さくなることも発見した。これは、対流による
放電ガスの侵入が過大になり、それによる熱の流入が大
きくなることによって、最冷点の温度が上昇するからで
ある。ドーム７の底部の直径が１５ｍｍよりも大きくな
ると、光出力向上の効果は小さくなる。
【００３１】なお、本明細書において、隆起部とは、エ
ンベロープ１の少なくとも１つの断面に沿って、エンベ
ロープ１の曲率が負〜正〜負と変化する箇所であって、
かつ、その箇所において、エンベロープ１が、無電極蛍
光ランプの外部と接している箇所をいう。ここで、エン
ベロープ１の曲率は、エンベロープ１の外側に向けて凸
である場合に正であるとし、エンベロープ１の内側に向
けて凸である場合に負であるとする。例えば、図１に示
されるドーム７の箇所では、エンベロープ１の曲率が負
（部分１０１）〜正（部分１０２）〜負（部分１０３）
と変化している。エンベロープ１の曲率がこのように変
化することは、隆起部が、エンベロープ１の外部に向け
て突き出していることを意味する。隆起部において、エ
ンベロープ１が、無電極蛍光ランプの外部（周囲雰囲
気）と接するので、隆起部が設けられない場合と比較し
て、エンベロープ１と周囲雰囲気との接触面積が増加す
る。これにより、隆起部の温度が低下し、最冷点の温度
は、必要とされる安定した光出力を提供できる十分な低
さになる。
【００３２】複数のストランドワイヤ（リッツワイヤ）
から形成されたコイル８が、フェライト磁心９の周囲に
巻きつけられる。好適な実施形態において、ワイヤは、
それぞれが＃４０ゲージである、６６本の絶縁コーティ
ングが施されたストランドを有する。コイルは、２つの
層を有し、合計巻数が６５である。中空のＩ形状のフェ
ライト磁心９は、ＭｎＺｎ材料から形成され（Ｃｈａｍ
ｂｅｒｌａｉｎらにより１９９９年５月３日に出願され
た米国特許出願番号第０９／３０３，９５１号、および
Ｃｈａｎｄｌｅｒらにより１９９９年１１月９日に出願
された米国特許出願番号第０９／４３５，９６０号（共
に本願が優先権の基礎とする出願と同一譲受人の所有）
参照）、凹部キャビティ２内に配置される。好適な実施
形態において、フェライト磁心は、１５ｍｍの直径およ
び５５ｍｍの長さを有する。
【００３３】コイル８が、フェライト磁心９の周囲に巻
きつけられているので、コイル８のみのインダクタンス
よりも、コイル／フェライト磁心のインダクタンスが大
きくなる。これにより、無電極蛍光ランプ１００の発光
効率が高くなる。
【００３４】コイル８およびフェライト磁心９は、金属
チューブ１０およびセラミックエンクロージャ１１を含
む冷却構造体の働きにより、キュリー点未満の温度（＜
２２０℃）に維持される。チューブ１０は、高い熱伝導
率および低い誘導電力損失を有する金属（銅）で形成さ
れる。セラミックエンクロージャ１１は、高い熱伝導率
を有する材料で一体的に接着された数個のアルミナ製の
部品から形成される。セラミックエンクロージャ１１は
また、単一の部品から形成されてもよい。セラミックエ
ンクロージャ１１は、エジソンソケット１３に溶接され
た銅プレート１２に接着される。好適な実施形態におい
て、セラミックエンクロージャの壁の厚さは４ｍｍであ
る。
【００３５】２つのセラミックスペーサ１４および１５
が、フェライト磁心９内部に挿入されて、チューブ１０
が磁心の外側に延びるのを防ぎ、それにより、銅チュー
ブ１０内の電力損失を低減する。好適な実施形態におい
て、セラミックスペーサ１４および１５の長さは５ｍｍ
である。整合回路およびドライバ（図示せず）が、ＰＣ
ボード１６上のセラミックエンクロージャ１１内に配置
される。ＰＣボード１６の位置は、ドライバの部品の温
度が１００℃を超えないように選択される。主電源は、
エジソンソケット１３を介してドライバに接続される。
【００３６】プラズマと、フェライト磁心９内に吸収さ
れた誘導電力（≒３〜４Ｗ）とによって発生した熱は、
銅チューブ１０およびセラミックエンクロージャ１１を
介してエジソンソケット１３に送られ、その後、ランプ
ホルダ（図示せず）に送られる。熱の一部は、セラミッ
クエンクロージャ１１およびガラススカート４の外表面
６を介して、対流により散逸される。その結果、周囲温
度が２５℃で誘導結合電力が２３Ｗである場合、ＰＣボ
ード１６が配置されたセラミックエンクロージャ１１内
部の温度は、１００℃を超えない。
【００３７】スカート４の内表面を含むエンベロープ１
の内表面は、保護コーティング１７および蛍光膜コーテ
ィング１８で覆われる。反射コーティング１９（アルミ
ナ等）が、キャビティ９の内表面上に施される。内部キ
ャビティ壁２を通過する可視光の量を低減するために、
コイル８に隣接するキャビティ２の外壁が、反射コーテ
ィング２０（アルミナ等）で覆われる。
【００３８】無電極蛍光ランプ１００は、ベースを上に
した位置、ベースを下にした位置、および水平位置で使
用できる。
【００３９】図２は、本発明の実施の形態１のバリエー
ションである無電極蛍光ランプ２００を示す。図２にお
いて、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同
一の参照番号を付し、その説明を省略する。無電極蛍光
ランプ２００は、無電極蛍光ランプ１００と同様のエン
ベロープ１、キャビティ２、コイル８、およびフェライ
ト磁心９を有するが、ガラススカート４を有さない。無
電極小型蛍光ランプ２００は、最冷点が薄いガラスドー
ム７の内表面上に存在する場合にランプのベースを上に
した点灯に使用し得る。
【００４０】最冷点として機能する薄いガラスの隆起部
のさまざまな改変例を図３Ａ〜図３Ｃに模式的に示す。
図３Ａ〜図３Ｃは、無電極蛍光ランプ１００（図１）お
よび無電極蛍光ランプ２００（図２）のエンベロープ１
に替えて使用することが可能なエンベロープ２２の形状
の一部を示す。
【００４１】図３Ａに示すガラス隆起部は、くさび形状
２１を有し、エンベロープ２２の頂上部に設けられる。
最冷点として機能する他のタイプのガラス隆起部を、図
３Ｂおよび図３Ｃに示す。一方の隆起部は柱２３の形状
を有し、他方は球体２４の形状を有する。深い環状の陥
没部２５が、隆起部を、エンベロープの熱い壁から分離
し、隆起部の周囲雰囲気との接触を向上することによ
り、隆起部の温度を低下させる。
【００４２】図４Ａ〜図４Ｄは、無電極蛍光ランプ１０
０（図１）および無電極蛍光ランプ２００（図２）のエ
ンベロープ１に替えて使用することが可能なエンベロー
プ３４の形状を示す。図４Ａ〜図４Ｄに示すように、最
冷点隆起部は、最冷点が形成される環状ギャップ３３を
有する環状リッジ３２の形状を有する。図４Ａおよび図
４Ｂにおいて、環状リッジ（隆起部）は、エンベロープ
３４の頂上部に設けられる。ギャップ３３を有するリッ
ジ（隆起部）３２は、エンベロープの底部および側壁に
も同様に設けられ得る（図４Ｃおよび図４Ｄ）。
【００４３】ランプは次のように動作する。通常の不活
性ガス圧力（アルゴン）は約１Ｔｏｒｒ（約１３３Ｐ
ａ）であり、誘導結合電力周波数（コイル８に加えられ
る交流電流の周波数）は約１００ｋＨｚである。主電源
（６０Ｈｚ）からのＡＣ電力は、エジソンソケット１３
を介して、セラミックエンクロージャ１１内のＰＣボー
ド１６上に配置されたドライバおよび整合回路（図示せ
ず）に給送される。周波数１００ｋＨｚでの誘導電圧
が、整合回路からコイル８に印加される。コイル電流ｌ
cが誘導磁場を生成し、生成した誘導磁場が、ＲＦ方位
角方向電場Ｅzをエンベロープ内に生成する。このよう
に、コイル８はエンベロープ内に電磁界を生成する。コ
イル８に印加される電圧Ｖcが２００〜３００Ｖに達す
る場合、電圧Ｖcは、エンベロープ内に、キャビティ壁
２に沿って、容量放電を生成する。
【００４４】ランプ内で誘導された誘導（方位角方向）
電圧Ｖplが、エンベロープ内の誘導結合放電を維持する
のに十分な値に達した場合、コイル電圧（Ｖc）および
コイル電流（Ｉc）が減少する。これにしたがって、反
射波電力Ｐrefが減少し、プラズマ輝度が急峻に上昇す
る。容量放電から誘導放電への遷移は、ランプ始動（イ
グニション）と呼ばれる。ランプに吸収される電力Ｐ
lampの増大の結果、光出力が増大し、コイル維持電流ｌ
mおよびコイル維持電圧Ｖmが減少する。
【００４５】ランプの光出力は、電力Ｐlampだけでな
く、最冷点７（ベースを上にした点灯）または４（ベー
スを下にした点灯）の温度と共に上昇する水銀蒸気圧に
も依存する。最冷点の温度が約４４〜５５℃の場合に、
最大光出力、すなわち、最も高いランプ効率に達する。
最冷点温度のさらなる上昇の結果、水銀蒸気圧が上昇
し、ランプの明るさが減少する。従って、表面上の温度
が十分に低い場合には、隆起部があっても、その効果は
あまり大きくない。ランプの表面上の温度は、ランプの
管壁負荷に依存する。本発明者らは、ランプの管壁負荷
が０．０５Ｗ／ｃｍ 2以上である場合に、隆起部の効果
があることを見出した。ランプの管壁負荷が０．０７Ｗ
／ｃｍ2以上である場合には、隆起部の効果が非常に大
きくなる。
【００４６】なお、管壁負荷とは、コイル８に入力され
る有効電力をエンベロープ１の内壁表面積で割った値と
定義される。コイル８に入力される有効電力は、例え
ば、整合回路の入力側にパワーメータを接続することに
よって測定される。
【００４７】好適な実施形態（図１）およびベースを上
にした点灯において、ベースを上にした位置で、且つ周
波数１００ｋＨｚおよび電力２３Ｗ（１６３０ルーメ
ン、７１ＬＰＷ）で動作するランプの最大光出力は、薄
いガラスのドーム７の外側の温度が４６〜４８℃の場合
に達成される。ランプは、２時間に亘る２３Ｗでの連続
点灯の後に、安定した光出力に達する。２３Ｗでの安定
した光出力は１５１５ルーメン（６６ＬＰＷ）であり、
最冷点７の温度は５７〜５９℃であった。したがって、
本発明に記載したランプの安定した光出力は、１６３０
ルーメンの最大ランプ光出力の９３％に該当する。特別
に設計されたガラス付加物（隆起部）を有さない無電極
小型蛍光ランプは、安定した光出力が低く、最大光出力
の８０〜８５％にすぎないことが分かった。このランプ
の管壁負荷は、０．１Ｗ／ｃｍ2であった。
【００４８】本発明にしたがって製造されたランプの立
ち上がり測定により、ランプが始動した後２〜３秒以内
に最大光出力の５０％に達したことを示した。この立ち
上がり時間は、従来の有電極小型蛍光ランプの立ち上が
り時間よりも短い。
【００４９】本発明者らは、ガラスドーム７の高さｈが
高いほど、その温度が低くなり、ランプ光出力が高くな
ることを発見した。しかし、本発明者らは、ガラスドー
ム７は、図３Ａ〜図３Ｃおよび図４Ａ〜図４Ｄに示した
他の隆起部と同様、美的理由およびの強度に関わる理由
のためにあまり大きくすることができず、ガラスドーム
７の高さｈは、７ｍｍ未満であることが好ましいことを
見出した。図３Ａ〜Ｃおよび図４Ａ〜Ｄに示した他の隆
起部も同様に７ｍｍ未満であることが好ましい。また、
本発明者らは、隆起部上の最冷点の温度が４０℃未満に
なってはならないことを発見した。
【００５０】隆起部におけるエンベロープ１の厚さが小
さくなりすぎると隆起部の強度が低下し、隆起部におけ
るエンベロープ１の厚さが大きくなりすぎると最冷点の
温度を十分に低くすることができない。隆起部における
エンベロープ１の最大の厚さと最小の厚さとは、ともに
０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５１】本発明の適用可能な無電極蛍光ランプの誘
導結合電力周波数は、１００ｋＨｚに限定されない。し
かし、誘導結合電力周波数が低くなりすぎると、無電極
蛍光ランプが始動しにくくなり、誘導結合電力周波数が
高くなりすぎると、ドライバのコストが高くなり、電磁
障害（ＥＭＩ）を防止するためのコストも高くなる。こ
のような点を考慮すると、無電極蛍光ランプの誘導結合
電力周波数は、５０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下であること
が好ましい。
【００５２】フェライト磁心９は省略され得る。しか
し、５０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下というような、比較的
低い誘導結合電力周波数で無電極蛍光ランプが駆動され
る場合には、フェライト磁心９が使用されることが好ま
しい。低い誘導結合電力周波数で無電極蛍光ランプが駆
動される場合には、より高い誘導結合電力周波数で無電
極蛍光ランプが駆動される場合に比較して、ランプ内に
誘導される誘導電圧Ｖplは小さくなり、フェライト磁心
９を使用することによりこれが補われるからである。フ
ェライト磁心９が使用される場合には、無電極蛍光ラン
プの駆動時には、コイル８のジュール発熱に加えてフェ
ライト磁心９での損失（鉄損）による発熱が大きくな
る。このため、駆動中のフェライト磁心９は、金属チュ
ーブ１０およびセラミックエンクロージャ１１を含む冷
却構造体によって冷却されるものの、その温度は２００
℃前後まで上昇し得る。ベースを上にした位置での点灯
の場合、プラズマから離れたランプの頂部が最冷点とな
る。図１から理解されるように、ランプの頂部と、フェ
ライト磁心９の頂部（セラミックスペーサ１４付近）と
は近接している。このため、ランプの頂部はフェライト
磁心９からの熱伝達の影響を受け、温度が上昇する。従
って、フェライト磁心９が使用される場合には、特に、
最冷点を提供する隆起部をエンベロープ１に設けること
が好ましい。
【００５３】（実施の形態２）図５Ａ〜図５Ｃは、本発
明の実施の形態２の無電極蛍光ランプに使用することが
可能なエンベロープ４４の形状を示す。エンベロープ４
４は、本発明の実施の形態１の無電極蛍光ランプ１００
（図１）のエンベロープ１に替えて用いられ得る。本発
明の実施の形態２の無電極蛍光ランプは、エンベロープ
４４以外は無電極蛍光ランプ１００と同様の構成を有す
る。従って、その全体図は示していない。図５Ａ〜図５
Ｃにおいて、凹部キャビティ２の内部の排気細管は図示
していない。
【００５４】図５Ａ〜図５Ｃにおいて、最冷点４３は、
エンベロープの頂上部４６および側壁４５によって形成
されたコーナー４２内に存在する。図５Ａに示されるよ
うに、コーナー４２の曲率半径ｒが、１０ｍｍ以下であ
る場合に、最冷点４３の温度を下げる効果が得られるこ
とが見出された。また、曲率半径ｒが８ｍｍ以下である
場合には、最冷点４３の温度を下げる効果がより大きく
なり、より好ましい。なお、誘導結合電力をより大きく
する場合には、所望の効果を得るためには曲率半径をよ
り小さくすることが好ましい。
【００５５】このように、本発明の実施の形態２の無電
極蛍光ランプは、実施の形態１の無電極蛍光ランプ（図
１に示される無電極蛍光ランプ１００および図２に示さ
れる無電極蛍光ランプ２００）の隆起部に替えて、曲率
半径が１０ｍｍ以下のコーナー部を有する。
【００５６】エンベロープの頂上部およびエンベロープ
の側壁によって形成されたコーナーは、９０°よりもか
なり小さな角度の「マッシュルーム」形状を有し得る
（図５Ｂ）。曲率半径ｒが１０ｍｍ以下であるコーナー
はエンベロープの全周にわたって形成されていなくても
よい。エンベロープはまた、図５Ｃに示すように、方位
角上の対称性がない不規則な形状を有し得る。エンベロ
ープの頂上部およびその側壁によって形成されたコーナ
ー４２も、方位角上の対称性を有さない。
【００５７】本発明の実施の形態２の無電極蛍光ランプ
は、実施の形態１の無電極蛍光ランプと同様に動作す
る。
【００５８】本発明の原理の適用は、無電極蛍光ランプ
に限定されない。例えば、本発明は、エンベロープ１
（図１および図２）の内壁に蛍光膜コーティング１８が
塗布されおらず、放電による光が直接エンベロープ１の
外部に放出されるような無電極放電ランプにも、上述し
た動作原理と同様の原理に基づいて適用し得る。
【００５９】本発明の適用は、アマルガムを用いない無
電極放電ランプに限定されない。アマルガムを用いた無
電極放電ランプであっても、アマルガム中の水銀の比率
が高い場合には、隆起部またはコーナー部によって最冷
点の温度が下げられることの効果が大きくなる。無電極
放電ランプのエンベロープに封入される放電ガスが水銀
の蒸気を含む限り、本発明の原理が適用され得る。さら
に、水銀に替えて、あるいは水銀に加えて、任意の気化
可能金属を用いてもよい。
【００６０】本発明の趣旨および範囲内で変更および改
変が可能であるが、本発明は添付の請求の範囲によって
のみ限定されることが意図される。
【００６１】
【発明の効果】本発明の無電極放電ランプは、エンベロ
ープに形成され、エンベロープの外部に向けて突き出し
た隆起部を有する。これにより、隆起部の温度が低下す
るので、ランプ効率が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベースを上にした位置およびベースを下にした
位置で動作する無電極小型蛍光ランプを示す、本発明の
第１の実施形態の断面図
【図２】より簡単な製造プロセスのためにスカートを除
去した本発明の実施の形態１のバリエーションである無
電極蛍光ランプを示す図
【図３Ａ】水銀蒸気圧を制御する最冷点が形成された球
状エンベロープ上の薄いガラスドームの改変例を示す図
【図３Ｂ】水銀蒸気圧を制御する最冷点が形成された球
状エンベロープ上の薄いガラスドームの改変例を示す図
【図３Ｃ】水銀蒸気圧を制御する最冷点が形成された球
状エンベロープ上の薄いガラスドームの改変例を示す図
【図４Ａ】ガラスエンベロープの頂上部、底部、または
側部に配置し得る環状リッジスカートを示す図
【図４Ｂ】ガラスエンベロープの頂上部、底部、または
側部に配置し得る環状リッジスカートを示す図
【図４Ｃ】ガラスエンベロープの頂上部、底部、または
側部に配置し得る環状リッジスカートを示す図
【図４Ｄ】ガラスエンベロープの頂上部、底部、または
側部に配置し得る環状リッジスカートを示す図
【図５Ａ】本発明の実施の形態２の無電極蛍光ランプに
使用することが可能なエンベロープの頂上部および側壁
によって形成される最冷点コーナーの改変例の模式図
【図５Ｂ】本発明の実施の形態２の無電極蛍光ランプに
使用することが可能なエンベロープの頂上部および側壁
によって形成される最冷点コーナーの改変例の模式図
【図５Ｃ】本発明の実施の形態２の無電極蛍光ランプに
使用することが可能なエンベロープの頂上部および側壁
によって形成される最冷点コーナーの改変例の模式図
【符号の説明】
１、２２、３４、４４ エンベロープ ２ 凹部キャビティ ３ 排気細管 ４ スカート ５ 内壁 ６ 外壁 ７ ドーム ８ コイル ９ フェライト磁心 １０ 金属チューブ １１ セラミックエンクロージャ １２ 銅プレート １３ エジソンソケット ２１、２３、２４、３２ 隆起部 ４２ コーナー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポポフ オレグ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02494， ニードハム ローズマリー ス トリート 259 (72)発明者 マヤ ジェイコブ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02146， ブルックライン マーシャル ストリート 25 (72)発明者 シャピロ エドワード アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02173， レキシントン マーシャル ス トリート 11 Ｆターム(参考） 5C039 NN02

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部に放電ガスを充填したエンベロープ
    と、 前記エンベロープ内に電磁界を生成するコイルと、 前記エンベロープに形成され、前記エンベロープの外部
    に向けて突き出した隆起部とを備え、 管壁負荷が０．０５Ｗ／ｃｍ2以上である、無電極放電
    ランプ。
  2. 【請求項２】 前記エンベロープは、凹部キャビティを
    有し、前記コイルは、前記凹部キャビティの内部に配置
    されている、請求項１に記載の無電極放電ランプ。
  3. 【請求項３】 フェライト磁心をさらに備え、前記コイ
    ルは、前記フェライト磁心に巻きつけられている、請求
    項１に記載の無電極放電ランプ。
  4. 【請求項４】 前記隆起部における前記エンベロープの
    最大の厚さと最小の厚さとは、ともに０．１ｍｍ以上２
    ｍｍ以下である、請求項１に記載の無電極放電ランプ。
  5. 【請求項５】 前記隆起部の高さは、７ｍｍ未満であ
    る、請求項１に記載の無電極放電ランプ。
  6. 【請求項６】 内部に放電ガスを充填したエンベロープ
    と、 前記エンベロープ内に電磁界を生成するコイルと、 前記エンベロープに形成され、前記エンベロープの外部
    に向けて突き出した隆起部とを備え、 前記コイルの誘導結合電力周波数は、５０ｋＨｚ以上１
    ＭＨｚ以下である、無電極放電ランプ。
  7. 【請求項７】 管壁負荷が０．０５Ｗ／ｃｍ2以上であ
    る、請求項６に記載の無電極放電ランプ。
  8. 【請求項８】 前記エンベロープは、凹部キャビティを
    有し、前記コイルは、前記凹部キャビティの内部に配置
    されている、請求項６に記載の無電極放電ランプ。
  9. 【請求項９】 フェライト磁心をさらに備え、前記コイ
    ルは、前記フェライト磁心に巻きつけられている、請求
    項６に記載の無電極放電ランプ。
  10. 【請求項１０】 前記隆起部における前記エンベロープ
    の最大の厚さと最小の厚さとは、ともに０．１ｍｍ以上
    ２ｍｍ以下である、請求項６に記載の無電極放電ラン
    プ。
  11. 【請求項１１】 前記隆起部の高さは、７ｍｍ未満であ
    る、請求項６に記載の無電極放電ランプ。
  12. 【請求項１２】 内部に放電ガスを充填したエンベロー
    プと、 前記エンベロープ内に電磁界を生成するコイルとを備
    え、 前記エンベロープは側壁と頂上部とを有し、前記側壁と
    前記頂上部とによって形成されるコーナーの曲率半径が
    １０ｍｍ以下である、無電極放電ランプ。
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