JP2009289487A - 無電極放電ランプ並びに照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲の温度が低温から高温に至る幅広い環境下で、光出力の低下を防ぐこと。
【解決手段】無電極放電ランプ１は、バルブ２と、容器３と、強磁性体４とから構成され
ている。バルブ２は、透光性材料によって中空気密に形成され希ガス及び水銀が封入され
ている。容器３は、前記水銀を供給するアマルガムを収納した磁性体金属からなり、管状
部７内で強磁性体４に最も近い突起部７ｂから最も離れた突起部７ｃまでの間の空間を管
状部７の軸方向に対して移動自在に収納される。強磁性体４は、前記アマルガムが固相か
ら液相に相転移する臨界温度の近傍にキュリー温度を有し、外殻部５内の相対的に温度の
高い突起部７ａと突起部７ｂとの間に収納されている。そして、容器３は、強磁性体４の
温度がキュリー温度より低いとき、相対的に温度の高い突起部７ｂへ移動し、強磁性体４
の温度がキュリー温度以上のとき、相対的に温度の低い突起部７ｃへ移動する。
【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。

従来より、ガラス管内に一対の電極を配した放電ランプに対して、内部に電極を持たな
い無電極放電ランプと呼ばれるものがある。この種の放電ランプは、電極切れやエミッタ
消耗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。

無電極放電ランプは、一般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、前記水銀を供給するアマルガムを収納した金属容器とから
なる。前記バルブは、主となる発光部位の外殻部と、一部が開口し前記外殻部内に窪んだ
凹部と、前記金属容器が収納された管状部とから構成される。前記凹部内の前記管状部を
除く空間に、誘導コイルが巻回されたコアを配置させて、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。

ところで、上述のアマルガムは、基体金属と水銀との合金からなり、広範な温度環境で
安定した光出力を得ることを目的として使用されている。そして、放電空間内の水銀蒸気
圧は、アマルガムの温度によって決定される。

また、アマルガムを収納した前記金属容器は、前記誘導コイルから離れた、相対的に温
度の低い前記管状部内の端部に設置されている。

しかし、低温環境での点灯や調光点灯の様に、バルブ内の温度が十分上昇していない場
合、バルブ内の全体の水銀量が不足して光出力低下という不具合が発生する。これは、ア
マルガムが固相の状態のままで液相の状態に変化しておらず、バルブ内空間への水銀の供
給が不十分であることが原因である。アマルガムが固相から液相に相転移する臨界温度は
約８０℃であり、臨界温度以上にアマルガムの温度を保つ必要がある。

そこで、従来より、アマルガムを収納した金属容器を、管状部の内部で且つ誘導コイル
の内側に設置し、誘導コイルで発生した熱が十分に金属容器に伝わることで、アマルガム
の温度が、臨界温度以上になる無電極放電ランプが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００５−１９７０３１号公報

しかしながら、従来例では、アマルガムを収納した金属容器を、低温環境に合わせて相
対的に温度の高い場所に設置すると、高温環境下で使用する場合に、アマルガムの温度が
高くなり過ぎて、所望の水銀蒸気圧よりも高くなり、光出力低下が生じるという問題があ
る。また、アマルガムを収納した金属容器を、高温環境に合わせて相対的に温度の低い場
所に設置すると、低温環境下での使用や調光点灯の場合に、先述の様に光出力低下が生じ
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、周囲の温度が低温から高
温に至る幅広い環境下で、光出力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
れ希ガス及び水銀が封入されたバルブと、前記水銀を供給するアマルガムを収納した磁性
体金属からなる容器と、前記アマルガムが固相から液相に相転移する臨界温度の近傍にキ
ュリー温度を有する強磁性体とを備え、前記バルブは、主となる発光部位の外殻部と、一
部が開口し外殻部内に窪んだ凹部と、前記凹部内に設けられ前記外殻部の内部空間と連通
してなり前記容器が設置される管状部とから構成され、前記強磁性体は、前記外殻部内の
相対的に温度の高い位置に設けられ、前記容器は前記管状部内で前記強磁性体に最も近い
位置から最も離れた位置までの間の空間を前記管状部の軸方向に対して移動自在に収納さ
れることを特徴とする。

この発明によれば、前記強磁性体の温度がキュリー温度より低いときは、前記容器は前
記強磁性体に最も近い位置へ移動し、前記強磁性体の温度がキュリー温度以上のときは、
前記容器は前記強磁性体に最も遠い位置へ移動する。つまり、前記容器に収納されている
アマルガムは、周囲の温度が低いときは、前記外殻部内の相対的に温度の高い位置へ移動
し、逆に周囲の温度が高いときは、前記外殻部内の相対的に温度の低い位置へ移動する。
因って、アマルガムを所望の温度に維持することが可能となり、周囲の温度が低温から高
温に至る幅広い環境下で、光出力の低下を防ぐことができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記強磁性体の温度がキュリー温度以上
のとき、前記容器の移動自在な前記空間内で、前記容器を前記強磁性体に最も近い位置か
ら引き離す手段を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、前記強磁性体の温度がキュリー温度以上のとき、前記容器の移動自
在な前記空間内で、前記容器を前記強磁性体に最も近い位置から引き離す手段を備えてい
るので、無電極放電ランプの点灯方向に依存することなく、アマルガムを前記外殻部内の
相対的に温度の低い位置へ移動させることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の無電極放電ランプを保持する器具本体を
備えたことを特徴とする。

この発明によれば、請求項１または２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、周囲の温度が低温から高温に至る幅広い環境下で、光出力の低下を防ぐこ
とができるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態１の
無電極放電ランプ１は、図１に示すように、バルブ２と、容器３と、強磁性体４とから構
成されている。

バルブ２は、ガラス等の透光性材料によって中空気密に形成され、全体として電球型を
しており、外殻部５と、凹部６と、管状部７とから構成される。バルブ２内部には、水銀
及び希ガス（アルゴンやクリプトン等）が封入されている。また、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（図示せず）が形成され、更に前記保護膜の上に
は蛍光体（図示せず）が塗布されている。

外殻部５は、主となる発光部位で、略球形状の部分と略円筒形状の部分とが連通して形
成されている。また前記略円筒形状の部分の外周面には、係止溝５ａが形成されている。

凹部６は、外殻部５の前記略円筒形状の部分の一端が開口し、外殻部５内に窪んだ円筒
形状に形成されている。

管状部７は、両端が開口した細長円筒形状に形成されている。管状部７の一端は、凹部
６内の一端の底部６ａの中心に結合され、外殻部５の内部空間と連通してなり、他端は、
凹部６の開口側に向けて設けられている。また、管状部７の内壁には、前記一端側より軸
方向に順番に、内側へ突出する突起部７ａ、７ｂ、７ｃが形成されている。突起部７ａ及
び突起部７ｂは、外殻部５内の相対的に温度の高い位置に設けられ、突起部７ａから突起
部７ｂまでの距離は、後述の強磁性体４の長手方向の長さと略等しくしている。相対的に
温度の高い位置とは、後述の誘導コイル２５の内側であり外殻部５内の略中央部である。
また、突起部７ｂから突起部７ｃまでの距離は、後述の容器３の長手方向の長さより長く
している。尚、管状部７の前記他端の開口は、バルブ２内を封止する際に溶融させて閉じ
られる。

容器３は、図２に示すように、鉄―ニッケル合金の磁性体金属からなり中空の略円筒形
状に形成されている。容器３の内部には、バルブ２内に水銀蒸気を供給する粒子状のアマ
ルガム８が収納されている。また、容器３の長手方向の両端の外周壁には内部に貫通する
小孔３ａが設けられており、小孔３ａより水銀蒸気が出入りする。そして、容器３は、前
述の管状部７内の突起部７ｂと突起部７ｃとの間で、管状部７の軸方向に対して移動自在
に収納されている。

強磁性体４は、アマルガム８が固相から液相に相転移する臨界温度（例えば、約８０℃
）の近傍にキュリー温度（例えば、１０５℃）を有するＭｎＺｎフェライトによって円筒
形状に形成されている。また、強磁性体４は外殻部５内の相対的に温度の高い、前述の管
状部７内の突起部７ａと突起部７ｂとの間に収納されている。尚、本実施形態１の強磁性
体４は、突起部７ａ側の一端に、サマリウムコバルト磁石によって形成された永久磁石９
を備えている。しかし、この永久磁石９は、強磁性体４の磁力をより強くするものであり
必ずしも必要ではない。

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２０に取付けら
れる。尚、図１では、器具本体２０の構成部材のうち、カプラ２１及び口金２２のみが図
示されている。

カプラ２１は、外鍔部２３と、放熱パイプ２４と、フェライトコア（図示せず）と、誘
導コイル２５とから構成されている。外鍔部２３は、アルミ材から円板形状に形成されて
いる。放熱パイプ２４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
イプである。前記フェライトコアは、ＭｎＺｎフェライト材から両端が開口する円筒形状
に形成されている。そして、放熱パイプ２４の軸方向に対して略半分の一方側には、前記
フェライトコアが外挿されている。また、放熱パイプ２４の他方側の端部は、外鍔部２３
の水平方向の中心部に結合されている。そして、誘導コイル２５が、前記フェライトコア
の外周面に巻回されている。

口金２２は、樹脂材等から両端が開口する略円筒形状に形成され、内周面には、内側に
突出する複数の突起部２２ａが設けられている。そして、口金２２は、軸方向の一端側で
カプラ２１の外鍔部２３に結合されている。

無電極放電ランプ１の器具本体２０への取付け方について説明する。先ず、管状部７を
放熱パイプ２４の誘導コイル２５を有する側の開口より挿入する。このとき、同時に放熱
パイプ２４、前記フェライトコア及び誘導コイル２５が、凹部６の開口より挿入され、凹
部６とカプラ２１とが嵌合する。そして、口金２２の複数の突起部２２ａが、外殻部５の
係止溝５ａに係合する。これにより無電極放電ランプ１は、器具本体２０に固定される。
そして、強磁性体４は、巻回されている誘導コイル２５の内側に位置する。

以下、上述の本実施形態１の無電極放電ランプ１の作用について説明する。尚、本実施
形態１は、無電極放電ランプ１の点灯の際、カプラ２１の外鍔部２３を下方に、バルブ２
の外殻部５を上方に向けて設置した場合のみとする。また、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を照明器具の器具本体２０に取付けて、カプラ２１の誘導コイル２
５に高周波電流を供給すると、誘導コイル２５の周囲に誘導電磁界が発生する。このとき
周囲の温度が高く強磁性体４の温度がキュリー温度以上であれば、図３（ａ）に示すよう
に、重力が容器３に対して破線矢印の方向に作用する。つまり、強磁性体４は常磁性を呈
し、容器３の受ける作用は重力のみとなる。先述の様に、強磁性体４は、相対的に温度の
高い位置に設置されている。そして、容器３は、重力により移動自在な範囲内で、相対的
に温度の低くなる方向に移動し、強磁性体４から最も離れた突起部７ｃで静止する。因っ
て、周囲の温度が高いときでも、アマルガム８の温度が高くなり過ぎることなく、所望の
水銀蒸気をバルブ２内に供給することができる。逆に、周囲の温度が低く強磁性体４の温
度がキュリー温度より低くければ、図３（ｂ）に示すように、磁力が容器３に対して実線
矢印の方向に作用する。つまり、強磁性体４は強磁性を呈し、強磁性体４及び永久磁石９
による磁力で重力に抗して、容器３が相対的に温度の高くなる方向に引かれて移動し、強
磁性体４から最も近い突起部７ｂで静止する。因って、周囲の温度が低いときでも、アマ
ルガム８の温度が低くなり過ぎることなく、所望の水銀蒸気をバルブ２内に供給すること
ができる。尚、図３の曲線矢印は、磁力線を示す。

実際に、本実施形態１の無電極放電ランプ１で、周囲の温度を変化させたときの測定を
行った。その結果について、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。尚、図４（ａ）
の横軸は周囲温度、縦軸は相対磁化、実線イは強磁性体４の特性を示し、温度Ｔｃは強磁
性体４がキュリー温度に達したときの周囲温度である。図４（ｂ）の横軸は周囲温度、縦
軸は相対光量、実線ロは本実施形態１の特性を示す。また、破線ハは、アマルガム８を収
納した容器３を、高温環境に合わせて相対的に温度の低い場所に設置した、従来技術の無
電極放電ランプの特性を示す。温度Ｔｒは、従来例のアマルガム８が臨界温度に達したと
きの周囲温度で、温度Ｔｒ’は、本実施形態１のアマルガム８が臨界温度に達したときの
周囲温度を示す。また、温度Ｔｃは図４（ａ）の温度Ｔｃと共通である。

図４（ａ）に示すように、強磁性体４は、その温度が温度Ｔｃより低いとき強磁性を呈
し、温度Ｔｃ以上のとき常磁性を呈することが分かる。

図４（ｂ）に示すように、周囲温度がＴｃより低いとき、本実施形態１のアマルガム８
の温度の方が、従来例のアマルガム８の温度より早く臨界温度に達しており、相対光量も
本実施形態１の方が著しく高い結果となっている。周囲温度Ｔｃを境に相対光量が一時的
に低下しているのは、強磁性体４の磁力が無くなり、容器３が低温方向の突起部７ｃに移
動したためである。そして、周囲温度Ｔｃ以上は、従来例と同様に、広範囲に亘って高い
相対光量を維持している。

以上説明した本実施形態１の無電極放電ランプ１は、アマルガム８を収納した容器３が
周囲の温度が低いときは、外殻部５内の相対的に温度の高い位置へ移動し、逆に周囲の温
度が高いときは、外殻部５内の相対的に温度の低い位置へ移動するので、アマルガム８を
所望の温度に維持することが可能となり、周囲の温度が低温から高温に至る幅広い環境下
で、光出力の低下を防ぐことができる。

ところで、本実施形態１の強磁性体４は、管状部７内の突起部７ａ及び７ｂの間に設置
されている。しかし、強磁性体４は、管状部７内以外に、例えば管状部７の外周壁に設置
してもよい。この場合、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、強磁性体４は、両端が開口
する円筒形状に形成され、一端に同じく両端が開口する円筒形状の永久磁石９を備え、管
状部７に外挿される。その他、管状部７内に設置する場合と異なる点は、管状部７内に突
起部７ｂが設けられていないことである。強磁性体４の温度がキュリー温度以上のとき、
図５（ａ）に示すように、強磁性体４は常磁性を呈し、容器３は重力の作用により突起部
７ｃに静止する。強磁性体４の温度がキュリー温度より低いとき、図５（ｂ）に示すよう
に、強磁性体４は強磁性を呈し、容器３は磁力の作用により、強磁性体４の内側で静止す
る。尚、図５の各矢印は、破線矢印が重力方向、実線矢印が磁力方向、曲線矢印が磁力線
を示す。

（実施形態２）
本実施形態２は、基本的な構成が実施形態１と共通であるので、共通の構成要素には、
同一の符号を付して説明を省略する。

実施形態１は、無電極放電ランプ１の点灯の際、カプラ２１の外鍔部２３を下方に、バ
ルブ２の外殻部５を上方に向けて設置した場合のみとしていた。それに対し、本実施形態
２は、無電極放電ランプ１の点灯方向に依存することなく、実施形態１と同様の効果を奏
する手段を備えている点に特徴がある。

本実施形態２の管状部７は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、突起部７ａ〜７ｃ以
外に突起部７ｄが設けられ、突起部７ｃと突起部７ｄとの間に永久磁石１０が備えられて
いる。強磁性体４の温度がキュリー温度以上のとき、図６（ａ）に示すように、重力が容
器３に対して何れの方向に作用しても、永久磁石１０の磁力が破線矢印の方向に作用し、
容器３は突起部７ｃで静止する。また、強磁性体４の温度がキュリー温度より低いとき、
図６（ｂ）に示すように、強磁性体４及び永久磁石９の磁力が実線矢印の方向に作用し、
容器３は突起部７ｂで静止する。このとき、強磁性体４及び永久磁石９の磁力の方が、永
久磁石１０の磁力より強くなければならない。本実施形態２の強磁性体４は、突起部７ｂ
側の端部に凸形状に形成された凸部１１を設け、容器３への磁束密度を向上させている。

また、他の手段として、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、容器３の端部と突起部７
ｂとの間にバネ体１２を備えてもよい。強磁性体４の温度がキュリー温度以上のとき、図
７（ａ）に示すように、重力が容器３に対して何れの方向に作用しても、バネ体１２の弾
性復元力が破線矢印の方向に作用し、容器３は突起部７ｃで静止する。また、強磁性体４
の温度がキュリー温度より低いとき、図７（ｂ）に示すように、強磁性体４及び永久磁石
９の磁力が実線矢印の方向に作用し、バネ体１２は弾性変形により縮み、容器３は突起部
７ｂで静止する。このとき、強磁性体４及び永久磁石９の磁力の方が、バネ体１２の弾性
復元力より強くなければならない。

以上説明した本実施形態２の無電極放電ランプ１は、強磁性体４の温度がキュリー温度
以上のとき、容器３の移動自在な突起部７ｂと突起部７ｃとの間で、容器３を強磁性体４
に最も近い位置から引き離す手段を備えているので、無電極放電ランプ１の点灯方向に依
存することなく、容器３を外殻部５内の相対的に温度の低い位置へ移動させることができ
る。

本発明の実施形態１の断面図である。 同上における容器の断面図である。 本発明の実施形態１の強磁性体の作用を示し、（ａ）はキュリー温度以上のときの断面図で、（ｂ）はキュリー温度より低いときの断面図である。 （ａ）は強磁性体の周囲温度に対する相対磁化の特性図であり、（ｂ）は本発明及び従来例の周囲温度に対する相対光量の特性図である。 本発明の実施形態１の強磁性体を管状部の外周壁に取付けたときの作用を示し、（ａ）はキュリー温度以上のときの断面図で、（ｂ）はキュリー温度より低いときの断面図である。 本発明の実施形態２の強磁性体の作用を示し、（ａ）はキュリー温度以上のときの断面図で、（ｂ）はキュリー温度より低いときの断面図である。 同上におけるバネ体を備えた強磁性体の作用を示し、（ａ）はキュリー温度以上のときの断面図で、（ｂ）はキュリー温度より低い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 容器
４ 強磁性体
５ 外殻部
７ 管状部
７ａ 突起部
７ｂ 突起部
７ｃ 突起部

Claims (3)

1. 透光性材料によって中空気密に形成され希ガス及び水銀が封入されたバルブと、前記水
   銀を供給するアマルガムを収納した磁性体金属からなる容器と、前記アマルガムが固相か
   ら液相に相転移する臨界温度の近傍にキュリー温度を有する強磁性体とを備え、前記バル
   ブは、主となる発光部位の外殻部と、一部が開口し外殻部内に窪んだ凹部と、前記凹部内
   に設けられ前記外殻部の内部空間と連通してなり前記容器が設置される管状部とから構成
   され、前記強磁性体は、前記外殻部内の相対的に温度の高い位置に設けられ、前記容器は
   前記管状部内で前記強磁性体に最も近い位置から最も離れた位置までの間の空間を前記管
   状部の軸方向に対して移動自在に収納されることを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 前記強磁性体の温度がキュリー温度以上のとき、前記容器の移動自在な前記空間内で、
   前記容器を前記強磁性体に最も近い位置から引き離す手段を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の無電極放電ランプ。
3. 請求項１または２に記載の無電極放電ランプを保持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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