JP2009289478A - 無電極放電ランプ並びに照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】水銀を用いて光束の立ち上がり時間を短縮しつつ、バルブ周囲の温度上昇に伴う
光束の低下を防ぐこと。
【解決手段】無電極放電ランプ１は、ガラス等の透光性材料からなる中空気密のバルブ２
と、一端が開口する有底筒状に形成され内部に水銀５を収納した水銀容器６とから構成さ
れる。またバルブ２内部には、希ガスが封入されており、バルブ２の内面には、蛍光体３
及び保護膜４が塗布されている。水銀容器６は、バルブ２内において相対的に温度が低く
なる端部１３側に、開口を向ける形でバルブ２内に配設されている。水銀容器６内の水銀
５は、バルブ２周囲の温度の上昇により膨張し、開口された一端側の水銀５の表面５ａは
バルブ２内において相対的に温度の低い方へ移動する。故に、バルブ周囲の温度上昇に伴
う水銀蒸気圧の上昇を抑制し、光束の低下を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極を持たずに、誘導コイルにより中空気密の透光性のバルブを発光させる
無電極放電ランプ並びにそのような無電極放電ランプを用いる照明器具に関するものであ
る。

一般に、無電極放電ランプは、透光性材料によって中空気密に形成され、内部に水銀及
び希ガスが封入されたバルブからなる。前記バルブに誘導コイルを近接して配置させて、
前記誘導コイルに高周波電流を流すと、誘導電磁界により前記バルブ内部で放電が発生す
る。この放電の発生により電子が前記バルブ内部に封入された水銀原子と衝突する。そし
て、水銀原子は励起状態になり、紫外線を放出させて基底状態に戻る。この紫外線が前記
バルブ内面に塗布されている蛍光体によって可視光に変換される。

上述の無電極放電ランプは、内部に電極を持たない構造であるため、電極劣化による不
点灯がなく、電極を有する放電ランプに比べて非常に長寿命である。

ところで、上述の水銀蒸気の供給源には、アマルガムが使用されている。このアマルガ
ムは、低温時は固体で水銀を徐々に放出し、高温時は溶融しバルブ内部の余分な水銀を吸
着する性質を持つ。故に、周囲の温度が変化しても、広い温度範囲で一定の光出力が得ら
れる長所がある。しかし一方で、高い光出力を実現するためには、アマルガムの温度を高
くして、十分な水銀蒸気を放出させる必要がある。因って、ランプ始動時は、アマルガム
の温度を上げるために長い時間を必要とし、光束の立ち上がり時間が遅いという欠点があ
る。

そこで、従来より、立ち上がり時間を短くする目的で、アマルガムではなく純粋な水銀
（水銀滴）やＺｎ−Ｈｇを使用した無電極放電ランプが提案されている（特許文献１及び
２参照）。

これらの従来例では、アマルガムに比べ低い温度で高い水銀蒸気圧を得ることができ、
必要な温度に達するまでの時間が短いので、光束の立ち上がり時間が大幅に改善される。

尚、一般に、水銀を使った放電ランプは、内部の水銀蒸気圧が０．８Ｐａ程度のとき、
最も効率良く発光する。また、バルブの最冷点部（バルブ表面で最も温度が低くなる部位
）の温度が４０℃のとき、内部の水銀蒸気圧は前述の０．８Ｐａに達する。上述の従来例
は何れも、バルブの外壁の一部に突起部を設けて、前記突起部を最冷点部として、前記突
起部の温度が４０℃程度になるように設定されている。
特開２００１−３２５９２０号公報 特開２００５−３４６９８３号公報

しかしながら、従来例では、実際に照明器具に取付けて使用すると、バルブから生じる
熱が照明器具内にこもり、周囲の温度が上昇する。因って、４０℃になるように設定され
た前記突起部の温度及び内部の水銀蒸気圧は、周囲の温度の上昇に伴って上昇し、光束の
低下が生じるという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、水銀を用いて光束の立ち
上がり時間を短縮しつつ、バルブ周囲の温度上昇に伴う光束の低下を防ぐことができる無
電極放電ランプ並びにそのような無電極放電ランプを用いる照明器具を提供することにあ
る。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、透光性材料によって中空気密に形成さ
れ内部に水銀及び希ガスが封入されたバルブと、一端が開口する有底筒状に形成され内部
に前記水銀を収納した水銀容器とを備え、前記水銀容器は、バルブ内において相対的に温
度が低くなる部分に開口を向ける形で当該バルブ内に配設されていることを特徴とする。

この発明によれば、前記水銀容器は、バルブ内において相対的に温度が低くなる部分に
開口を向ける形で当該バルブ内に配設されているので、前記水銀容器内の水銀はバルブ周
囲の温度の上昇により膨張し、開口された一端側の水銀の表面は、バルブ内において相対
的に温度の低い方へ移動する。故に、バルブ周囲の温度上昇に伴う水銀蒸気圧の上昇を抑
制し、光束の低下を防ぐことができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の無電極放電ランプを収納する器具本体を備えたこ
とを特徴とする。

この発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する照明器具が提供できる
。

本発明では、水銀を用いて光束の立ち上がり時間を短縮しつつ、バルブ周囲の温度上昇
に伴う光束の低下を防ぐことができるという効果がある。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の無電
極放電ランプ１は、図１に示すように、ガラス等の透光性材料からなる中空気密のバルブ
２と、水銀５が収納された水銀容器６とから構成される。

バルブ２は、全体として電球型をしており、外殻部７と、キャビティ１０と、排気細管
１４とから構成されている。またバルブ２内部には、希ガス（アルゴンやクリプトン等）
が封入されている。バルブ２の内面には、アルミナ等の金属酸化物からなる保護膜４（図
では一部のみ示す）が形成され、更に保護膜４の上には蛍光体３（図では一部のみ示す）
が塗布されている。

外殻部７は、略円筒形状の筒状部８と、略球形状の球状部９とから構成され、筒状部８
の一端が球状部９に連通してなり、他端は開口しており円形の周縁８ａを形成している。
そして、外殻部７内部の軸上には、周縁８ａから後述のキャビティ１０が連続して設けら
れている。また、外殻部７は、無電極放電ランプ１の主となる発光部位である。尚、本実
施形態の外殻部７は、上述の従来例の様な突起部を備えていない。

キャビティ１０は、一端が開口する有底円筒形状に形成されている。キャビティ１０の
開口する一端側の端部１３は、周縁を外側へ曲折して形成されてなり、筒状部８の周縁８
ａと連続して結合されている。他端の底部１１は、外殻部７に内包されており、また、底
部１１の中央部には、円形の貫通孔１２が設けられている。そして、キャビティ１０内部
の軸上には、貫通孔１２の周縁から後述の排気細管１４が連続して設けられている。

排気細管１４は、両端が開口する細長円筒形状に形成されている。また、その筒長は、
キャビティ１０の筒長よりも長く形成されている。排気細管１４の一端の周縁は、キャビ
ティ１０の貫通孔１２の周縁と連続して結合され、他端は、キャビティ１０の開口から突
出されている。尚、他端の開口は、バルブ２内を封止する際に溶融させて閉じられる。

水銀容器６は、図１乃至図２に示すように、一端が開口する円筒形状に形成された管部
２０と、管部２０の他端に連続して形成される楕円体形状の溜部２１とから構成されてい
る。本実施形態の水銀容器６は、熱伝導の低いガラス材で形成されているが、熱伝導の低
い材料であればガラス材でなくてもよい。そして、水銀５が、溜部２１から管部２０に亘
って、膨張時に管部２０の開口側から溢れ出ない程度に収納されている。水銀容器６は、
図１に示すように、支持具２２によって、バルブ２内の筒状部８とキャビティ１０との間
に管部２０の開口を端部１３側に向けて配設される。支持具２２は、弾性体からなる線材
をコ字型に曲折してなり、前記線材の一端を左右に複数回曲折してなる係止部２３が設け
られている。支持具２２は、一端の係止部２３を排気細管１４の開口より挿入して、排気
細管１４の内壁に固定させ、他端を水銀容器６の溜部２１の外壁に固定させる。このとき
係止部２３は、弾性変形により伸長しながら排気細管１４内に挿入される。そして、弾性
復元力により係止部２３の曲折する左右の角が、排気細管１４の内壁を押圧することで、
係止部２３が排気細管１４の内壁に係止される。支持具２２は、係止部２３を除く支持具
２２及び水銀容器６の側面が、バルブ２の内壁に当接しない位置で、水銀容器６を保持す
る。尚、水銀容器６の管部２０の内径は、管部２０の開口が下方を向いても水銀５の表面
５ａの表面張力によって、水銀滴が落下しない程度の大きさとしている。

そして、上述の無電極放電ランプ１は、図１に示すように、照明器具の器具本体３０に
取付けられる。尚、図１では、器具本体３０の構成部材のうち、カプラ３１及び口金３２
のみが図示されている。カプラ３１は、台座３３と、熱伝導体３４と、コア（図示せず）
と、誘導コイル３５とから構成されている。台座３３は、アルミ材から円板形状に形成さ
れている。熱伝導体３４は、両端が開口する細長円筒形状に形成された熱伝導率の高い銅
パイプであり、一端は台座３３の水平方向の中心部に結合されている。前記コアは、Ｍｎ
−Ｚｎフェライト材から両端が開口する円筒形状に形成され、熱伝導体３４に外挿されて
いる。そして、誘導コイル３５が、前記コアの外周面に巻回されている。口金３２は、樹
脂材等から両端が開口する円筒形状に形成され、軸方向の一端側でカプラ３１の台座３３
に結合されている。

以下、無電極放電ランプ１の器具本体３０への取付け方について説明する。先ず、排気
細管１４を、熱伝導体３４の誘導コイル３５を有する側の開口より挿入する。このとき、
同時に熱伝導体３４、前記コア及び誘導コイル３５が、キャビティ１０の端部１３側の開
口より挿入され、キャビティ１０とカプラ３１とが嵌合する。そして、口金３２の内周面
に形成されている複数の突起部（図示せず）が、バルブ２の筒状部８の外周面に亘って形
成されている凹部（図示せず）に係合する。これにより、無電極放電ランプ１は、器具本
体３０に固定される。

次に、本発明に係る照明器具の実施形態について説明する。照明器具４０は、図３に示
すように、器具本体３０と、点灯回路３７と、電線３８及び電線３９とから構成されてい
る。器具本体３０は、反射体３６と、上述のカプラ３１及び口金３２とから構成され、無
電極放電ランプ１を筒状部８側で支持する。反射体３６は、下面が開口した略釣鐘形状に
形成され、開口内の上端部でカプラ３１の台座３３に結合され、無電極放電ランプ１を収
納する。電線３８の一端は、カプラ３１の誘導コイル３５に接続され、他端は、高周波電
流を供給する点灯回路３７に接続されている。そして、点灯回路３７は、電線３９を介し
て電源（図示せず）に接続されている。

以下、上述の本実施形態の無電極放電ランプ１の作用について、図４乃至図５を参照し
て説明する。尚、発光原理については、先述の従来技術と共通のため説明を省略する。

無電極放電ランプ１を照明器具４０の器具本体３０に取付けて、カプラ３１の誘導コイ
ル３５に高周波電流を供給すると、誘導コイル３５の周囲に誘導電磁界が発生する。そし
て、前記誘導電磁界によりバルブ２内にプラズマが発生する。このプラズマは、球状部９
の最大径をなす近傍のバルブ２内空間で強く発生する（図４の左右の楕円４１参照）。因
って、バルブ２内の温度は、前記空間に近いほど高くなり、離れるに従って低くなる。本
実施形態の水銀容器６は、バルブ２内の筒状部８とキャビティ１０との間に保持されてい
るので、相対的に温度の低い位置に配設されていると言える。

図５（ａ）は、周囲の温度が低いときの水銀容器６の状態を示す。誘導コイル３５に高
周波電流を供給後暫くするとランプの発熱により照明器具４０内の温度が上昇し、バルブ
２全体の温度も上昇する。そして、図５（ｂ）は、周囲の温度が高いときの水銀容器６の
状態を示す。水銀容器６内の水銀５がその温度によって膨張し、管部２０の表面５ａの位
置が変化する。本実施形態の水銀容器６は、管部２０の開口を端部１３側に向けて配設さ
れているので、表面５ａは、前記空間から更に温度の低い方向に移動している。因って、
周囲の温度上昇後の水銀５は、水銀蒸気圧の上昇を抑制し、温度の低い位置で水銀蒸気を
バルブ２内に供給することができる。

実際に、カプラ３１に装着して点灯したときの器具内の温度上昇を想定して、１２ｍｍ
の突起部を有する従来例の無電極放電ランプと、本実施形態の無電極放電ランプ１とを恒
温槽に入れて光束の測定を行った。両放電ランプ共に、バルブ最大径は１１０ｍｍ、入力
電力は５０Ｗであり、他の従来からの放電ランプと同様に、周囲の温度が２５℃（常温）
で最高光束になるように設計されている。槽内温度２５℃での光束値を１００％とすると
従来例の無電極放電ランプの光束は、槽内温度４０℃で９１％、６０℃では７４％まで低
下した。これに対して本実施形態の無電極放電ランプ１の光束は、４０℃で９５％、６０
℃で９１％と良好な結果が得られた。

以上説明した本実施形態の無電極放電ランプ１は、水銀５を収納した水銀容器６が、バ
ルブ２内において相対的に温度が低くなる端部１３側に管部２０の開口を向ける形でバル
ブ２内に配設されているので、バルブ２周囲の温度上昇に伴う水銀蒸気圧の上昇を抑制し
光束の低下を防ぐことができる。

ところで、本実施形態の水銀容器６を支持する支持具２２の係止部２３は、排気細管１
４の内壁以外に係止させてもよい。例えば、係止部２３を、図６に示すように、端部１３
に外側へ突出して設けられた窪み部２４に係止させてもよい。この場合の支持具２２は直
線状に形成され、係止部２３を有する一端は、窪み部２４に係止させ、他端は、水銀容器
６の管部２０の周面に固定させる。尚、排気細管１４の内壁に係止する場合と同様に、支
持具２２は、係止部２３を除く支持具２２及び水銀容器６の側面が、バルブ２の内壁に当
接しない位置で、水銀容器６を保持する。

本発明の実施形態の断面図である。 同上における水銀容器の断面図である。 同上における無電極放電ランプを照明器具に取付けたときの斜視図である。 同上における動作中の断面図である。 同上における水銀容器を示し、（ａ）は周囲の温度が低いときの断面図で、（ｂ）は周囲の温度が高いときの断面図である。 同上における支持具の係止部を、窪み部に取り付けたときの断面図である。

符号の説明

１ 無電極放電ランプ
２ バルブ
３ 蛍光体
４ 保護膜
５ 水銀
５ａ 表面
６ 水銀容器
１３ 端部

Claims (2)

1. 透光性材料によって中空気密に形成され内部に水銀及び希ガスが封入されたバルブと、
   一端が開口する有底筒状に形成され内部に前記水銀を収納した水銀容器とを備え、前記水
   銀容器は、バルブ内において相対的に温度が低くなる部分に開口を向ける形で当該バルブ
   内に配設されていることを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 請求項１に記載の無電極放電ランプを収納する器具本体を備えたことを特徴とする照明
   器具。

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