JP2009289500A - 無電極放電ランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲温度が幅広い範囲で変化しても光出力特性や電気的特性の変化が少ない無電極放電ランプおよび照明器具を提供することにある。
【解決手段】無電極放電ランプは、内側に窪んだ凹部４を有するバルブ２と、一端部が封止されるとともに凹部４の底に連結された他端部においてバルブ２の内部の放電空間に連通する管状部５と、管状部５の内側に配置されるアマルガム（図示せず）を収納した金属容器７と、管状部５の周囲に巻回される誘導コイル１４と、誘導コイル１４と管状部５の外周面との間に配置され一部が凹部４の外側に露出する筒状の放熱体１２とを備える。そして、放熱体１２の内部に、液相と気相との間で相変化を起こす物質が封入されてなる封入部１０が設けられてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電ランプおよびこれが収納される筐体を備えた照明器具に関するものである。

従来から、ガラス管内に一対の電極を配設してなる蛍光ランプが提供されている。これに対して、バルブ内に電極を持たない無電極蛍光ランプ（以下、無電極放電ランプと称す）として、図１５に示す構成のものが提案されている（特許文献１参照）。

ここにおいて、図１５に示す無電極放電ランプは、ガラスなどの透光性材料により形成され内部に希ガスおよび水銀が封入されるとともに内側に窪んだ凹部４を有するバルブ２と、バルブ２の内壁に形成される蛍光体膜６と、一端部が封止されるとともに凹部４の底に連結された他端部においてバルブ２内部の放電空間に連通する管状部５と、管状部５の内側に配置され水銀を含有したアマルガムが収納される金属容器７と、凹部４の内側に設けられ管状部５の周囲に管状部５の軸方向に沿って巻回される誘導コイル１４と、誘導コイル１４と管状部５の外周面との間に配置され一部が凹部４の外側に露出する筒状の放熱体１２とを備える。ここで、放熱体１２は、一端部が凹部４の底側に位置し他端部が凹部４の外側に露出していることにより、凹部４の内側で発生した熱を凹部４の外側へ放熱することができる。また、図１５に示すように、凹部４の内側において放熱体１２の外周面の一部と誘導コイル１４との間に、フェライトコア１３が配設されている。

しかして、上述の無電極放電ランプは、高周波電源からケーブル（図示せず）を介して誘導コイル１４に高周波電流が通電されると、バルブ２内部に高周波電磁界が発生し、バルブ２内部に封入された希ガスが放電する。ここで、希ガスの放電によりバルブ２が加熱されてバルブ２に封入された水銀が蒸発（蒸気化）する。また、バルブ２内部に発生した高周波電磁界によりバルブ２内の水銀蒸気が励起され、水銀蒸気から発生した紫外線がバルブ２の内壁に形成された蛍光体膜６に照射され可視光に変換される。

ところで、図１５に示す構成の無電極放電ランプは、上述のように、バルブ２内に電極を持たないことにより、電極切れやエミッタ（熱電子放射物質）の消耗による不点が起こらないので、一般の蛍光ランプに比べて長寿命という特徴がある。

また、図１５に示す構成の無電極放電ランプは、広範な周囲温度の環境下において安定した光束量を得ることを目的として、水銀若しくは水銀化合物を含有するアマルガムが、金属容器７に収納された形で管状部５の内側に配設され、アマルガムが配設された箇所の温度における飽和蒸気圧でバルブ２の内部の放電空間内の水銀蒸気圧を制御している。

また、従来から、無電極放電ランプとして、図１６に示すように、ガラスなどの透光性材料により形成され内側に窪んだ凹部４を有し且つ内壁に蛍光体膜（図示せず）が形成されるとともに、内部に希ガスおよび水銀蒸気が封入されるバルブ２と、凹部４の内側に配設される放熱体であるヒートパイプ１２’と、ヒートパイプ１２’の一部に装着されるフェライトコア１３と、フェライトコア１３の周囲に巻回される誘導コイル１４とを備え、一端部から凹部４の内側に挿入されるヒートパイプ１２’の他端部が、金属のハウジング１１１の内壁に固定された金属フランジ１１０に結合された形でハウジング１１１の外部に露出したものが提案されている（特許文献２参照）。

図１６に示す構成の無電極放電ランプでは、ヒートパイプ１２’の一部がハウジング１１１の外部に配置されていることにより、誘導コイル１４付近で発生した熱を効率よくバルブ２の外部に逃がすことができるので、誘導コイル１４を効率的に冷却することができる。
特開２００５−１９７０３１号公報 特許第２８０７３０５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている無電極放電ランプや、上記特許文献２に開示されている無電極放電ランプであってフェライトコア１３の内側にアマルガムを配置して使用するものでは、常温に比べて非常に低温（例えば、−２０℃）の環境下で使用する場合、バルブ２内の放電空間で発生した熱やフェライトコア１３や誘導コイル１４で発生した熱が放熱体１２やヒートパイプ１２’を介して無電極放電ランプの外部へ放熱されるので、上述のアマルガムを効率よく暖めることができないことがあった。従って、アマルガムの温度で決まるバルブ２内の水銀蒸気圧が所望の圧力よりも低くなってしまい、バルブ２内の放電空間内の水銀密度が不足し、所望の光束量が得られなかったり、放電インピーダンスが低くなりすぎ、所望の電気的特性が得られない。

一方、小型の照明器具などで使用される場合には、上述のアマルガムが常温に比べて高温（例えば、６０℃）になるために、バルブ２内の放電空間内の水銀蒸気圧が所望の値よりも高くなり、光束量が低下したり、発光効率が低下してしまう。

本願発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、周囲温度が幅広い範囲で変化しても光出力特性や電気的特性の変化が少ない無電極放電ランプおよび照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、透光性材料により形成され内部に希ガスおよび水銀が封入されるとともに内側に窪んだ凹部を有するバルブと、バルブの内壁に形成された蛍光体膜と、一端部が封止されるとともに凹部の底に連結された他端部においてバルブ内部の放電空間に連通する管状部と、管状部の内側に配置され水銀若しくは水銀化合物を含有したアマルガムと、凹部の内側に設けられ管状部の周囲に管状部の軸方向に沿って巻回される誘導コイルと、誘導コイルと管状部の外周面との間に配置され一部が凹部の外側に露出した放熱体とを備え、放熱体の一部若しくは放熱体とアマルガムとの間に、使用温度範囲内で相変化する物質が配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、放熱体の一部若しくは放熱体とアマルガムとの間に、使用温度範囲内の相変化する物質が配置されてなるので、当該物質の配置および当該物質の材料を適切に設定することにより、周囲温度が比較的低いときは、放熱体の熱を効率よくアマルガムに伝え、一方、周囲温度が比較的高いときは、放熱体の熱をアマルガムに伝えにくくすることで、アマルガムの温度変化を抑制し、バルブの内部の放電空間の水銀蒸気圧の変化を小さく抑えることで、無電極放電ランプの光束量の低下を防ぐことができるとともに、放電インピーダンスの変化を抑制することができる。即ち、この発明によれば、周囲温度が幅広い範囲で変化しても無電極放電ランプの光出力特性や電気的特性の変化を少なくすることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記物質は、前記相変化する温度が周囲温度に対して無電極放電ランプの発光効率が最大となる温度付近であることを特徴とする。

この発明によれば、前記物質は、前記相変化する温度が周囲温度に対して無電極放電ランプの発光効率が最大となる温度付近なので、前記アマルガムの温度を周囲温度に対して発光効率が最大となる温度付近で保つことにより、バルブ内部の放電空間の水銀蒸気圧の変化を抑制することができるので、比較的簡便に、周囲温度が幅広い範囲で変化しても無電極放電ランプの発光効率を最大に保つことができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記物質は、液相と気相との間で相変化を起こす物質であり、且つ前記相変化する温度が周囲温度に対して発光効率が最大となる温度付近であり、前記放熱体の内部における前記放熱体の外周面のうち周囲に前記誘導コイルが巻回される部位と前記放熱体の内周面が前記アマルガムに対向する部位との間の部位に少なくとも一部が配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、前記物質は、前記相変化する温度よりも低い温度では熱伝導率が高い液相であり前記相変化する温度よりも高い温度では熱伝導率が低い気相となるものであって、周囲温度が比較的低いときは前記誘導コイルで発生した熱を効率よく前記アマルガムへ伝え、周囲温度が比較的高いときは前記誘導コイルで発生した熱を前記アマルガムに伝えにくくすることにより、周囲温度の変化に対する前記アマルガムの温度の変化を抑制し、バルブの内部の水銀蒸気圧の変化を抑制することができるので、周囲温度が幅広い範囲で変化しても無電極放電ランプの光出力特性や電気的特性の変化を少なくすることができる。

請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記物質は、少なくとも固相と液相との間で相変化を起こす物質であり、且つ前記相変化する温度が周囲温度に対して発光効率が最大となる温度付近であり、前記物質の少なくとも一部が前記放熱体における前記放熱体の内側に前記アマルガムが配置される部位と上記他端部との間の部位に配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、周囲温度の変化に対する前記アマルガムの温度の変化を抑制し、バルブ内の放電空間の水銀蒸気圧の変化を抑制することができるので、周囲温度が幅広い範囲で変化しても無電極放電ランプの光出力特性や電気的特性の変化を少なくすることができる。また、この発明によれば、周囲温度が比較的高いときには、前記誘導コイルで発生した熱の前記凹部の外側への放熱量が大きくなるので、前記誘導コイルの過度な温度上昇を避けることができる。

請求項５の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記管状部は、前記アマルガムを内側に配設した内管と内管の外側を覆う外管とから構成される二重管で構成され、前記物質は、液相と気相との間で相変化を起こすものであり、前記管状部の内管と外管との間に配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、周囲温度が高温のときは、前記放熱体からの熱を前記アマルガムに伝えにくくし、周囲温度が低温のときは、前記放熱体からの熱を前記アマルガムに伝えやすくすることにより、周囲温度の変化に対する前記アマルガムの温度の変化を抑制し、前記バルブの内部の水銀蒸気圧の変化を小さく抑えることができるので、周囲温度が幅広い範囲で変化しても無電極放電ランプの光出力特性や電気的特性の変化を少なくすることができる。また、この発明によれば、前記放熱体自体の放熱性は変化しないので、前記誘導コイルで発生した熱の前記凹部の外側への放熱量に与える影響は少なく、前記誘導コイルの過度な温度上昇を避けることができる。

請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記使用温度範囲内において液化しない非凝縮性ガスおよび一部が気化し得る冷媒が封入され、冷媒が気化するときに周囲の熱が吸熱される蒸発部と、蒸発部で気化した冷媒が凝縮する凝縮部とを有する密閉容器を有し、当該密閉容器内において非凝縮性ガスと冷媒との界面が凝縮部へ到達すると蒸発部の温度が略一定に維持される可変コンダクタンスヒートパイプを備え、可変コンダクタンスヒートパイプの蒸発部が前記放熱体の内部における前記アマルガムの近傍に配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記放熱体の内部に可変コンダクタンスヒートパイプが配置されることにより、前記アマルガムを周囲温度に対して発光効率が最大となる前記相変化する温度で略一定に保つことができるので、周囲温度が幅広い範囲で変化しても無電極放電ランプの光出力特性や電気的特性の変化を少なくすることができる。

請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６いずれか１項に記載の無電極放電ランプが収納される筐体を備えることを特徴とする。

この発明によれば、請求項１乃至請求項６いずれか１項に記載の無電極放電ランプが収納される筐体を備え、当該無電極放電ランプは、周囲温度が幅広い範囲で変化しても光出力特性の変化が少ないので、照明器具内の温度が変化しても光出力の変化を抑制することができる。

請求項１の発明によれば、無電極放電ランプを使用温度範囲内で相変化する物質を有し、周囲温度が幅広い範囲で変化したときにアマルガムの温度の変化を抑制することにより、バルブ内の放電空間の水銀蒸気圧の変化を小さく抑えることができるので、無電極放電ランプの光束量の低下および放電インピーダンスの変化を抑制することができる。即ち、周囲温度が幅広い温度範囲で変化しても光出力特性や電気的特性の変化が少ない無電極放電ランプを提供することができる。

請求項７の発明によれば、請求項１乃至請求項６いずれか１項に記載の無電極放電ランプが収納される筐体を備え、当該無電極放電ランプは、周囲温度が幅広い範囲で変化しても光出力特性の変化が少ないので、照明器具内の温度変化による光出力特性や電気的特性の変化を抑制することができる。

（実施形態１）
以下、本実施形態の無電極放電ランプ１００について図１乃至図４に基づいて説明する。

本実施形態の無電極放電ランプ１００は、ガラスなどの透光性材料により形成され内部に希ガスおよび水銀蒸気が封入されるとともに内側に窪んだ凹部４を有するバルブ２と、バルブ２の内壁に形成された蛍光体膜（図示せず）と、一端部が封止されるとともに凹部４の底に連続一体に連結された他端部においてバルブ２内部の放電空間に連通する管状部５と、管状部５の内側に配置され水銀および水銀化合物のうちのいずれか一方を含有したアマルガム（図示せず）を収納した金属容器７と、管状部５の周囲に管状部５の軸方向に沿って巻回される誘導コイル１４と、誘導コイル１４と管状部５の外周面との間に配置され一部が凹部４の外側に露出した筒状の放熱体１２とを備える。

また、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、電球形状のバルブ２を後述のパワーカプラ部１１に固定するための円筒状の口金３が、バルブ２の頚部２ａに設けられている。また、バルブ２の内部には、無電極放電ランプ１００の始動を補助するための始動補助部９が配置されている。ここで、凹部４の内側に管状部５が形成されたバルブ２と口金３と始動補助部９とからランプ部１が構成されている。

また、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、内側に円筒状の放熱体１２を挿通するための挿通穴４０ａが貫設されたシリンダ４０と、凹部４の内側に設けられ放熱体１２の外周面の一部を取り囲む形で配設されるフェライトコア１３と、上述の放熱体１２、フェライトコア１３およびシリンダ４０を一体に支持する支持台３１とを備える。ここで、放熱体１２と、放熱体１２の外周面の一部装着されるフェライトコア１３と、フェライトコア１３の外周面に巻回された誘導コイル１４と、放熱体１２が内側に配置されるシリンダ４０と、支持台３１とで、上述のパワーカプラ部１１が構成されている。要するに、パワーカプラ部１１はバルブ２の凹部４に挿入される。

バルブ２の凹部４は、ガラスなどの透光性材料で形成され一端側を閉塞して底部が形成されるとともに他端側を開口した円筒状部材をバルブ２の一部に形成された開口部からバルブ２内部に挿入し、バルブ２の開口部の周縁と前記円筒状部材の開口部の周縁とを溶着することにより形成される。また、バルブ２の内部の放電空間には、アルゴンガスなどの希ガスが封入されている。ここで、バルブ２内部の希ガスの分圧は数１０〜数１００Ｐａとなるように設定されている。また、電球形状のバルブ２の頚部２ａには、周方向の全体に亘って内側に窪んだ係合凹部２ｂが形成されており、後述の円筒状の口金３の内周面から内側に突出して形成された係合凸部３ａと係合する。なお、蛍光体膜は、バルブ２の内壁にアルミナなどから形成された保護膜（図示せず）上に積層する形で形成されている。

管状部５は、バルブ２の有する凹部４の内側に形成され一端部が封止され凹部４の底に連結された他端部において内部空間がバルブ２内部の放電空間に連通している。ここで、管状部５は、製造時にバルブ２内を排気するためにバルブ２に溶着された排気管を用いて形成されており、当該排気管は、バルブ２内を排気した後に、アマルガムを収納した金属容器７と２本のガラス製のロッド８，８とが収められた状態で一端部が封止され、バルブ２が密閉される。ここで、管状部５の側壁には、管軸方向における中間部に内側に突出した第１の突部５ａが形成され、上記他端部に内側に突出した第２の突部５ｂが形成されている。また、２本のロッド８，８は、金属容器７を管状部５の管軸方向の両側から挟む形で配置され、２本のロッド８，８の間に金属容器７が保持される。ここで、金属容器７は、内部が空洞のカプセル状に形成され、側面に貫設した２つの孔（図示せず）を通じて内部に収納されたアマルガムから出る水銀蒸気を通過させている。

アマルガムは、例えば、ビスマスとインジウムとの合金からなる基体金属に３．５％の含有比率で水銀を含有したものである。この水銀を含有するアマルガムを使用することにより、水銀単体を使用した場合に比較して、広い温度範囲でバルブ２内の水銀蒸気圧を略一定に保つことができる。

口金３は、円筒状部材で形成され、内周面の周方向に沿って内側に突出した係合凸部３ａが形成されており、当該口金３の一端側の開口部から電球形状のバルブ２の頚部２ａが挿入され、バルブ２の頚部２ａの周方向全体に亘って形成された係合凹部２ｂと係合凸部３ａとが係合することにより、バルブ２に口金３が固定される。また、口金３の内周面において、係合凸部３ａが内側に突出した部位に対してバルブ２が挿入される側とは反対側に、周方向の全体に亘って内側に突出したフランジ部３ｂが形成されている。フランジ部３ｂは、ランプ部１にパワーカプラ部１１が装着された状態で後述のシリンダ４０の基台部４０ｂに当接する。

始動補助部９は、一端部にフック９ｂが形成されたコ字状の支持体９ａの他端部にフラグ９ｃを固着してなり、フック９ｂが形成された一端部が管状部５内に挿入されるとともに、フラグ９ｃが固着された他端部がバルブ２内の放電空間に導出された形で配置される。また、始動補助部９は、管状部５の側壁に形成された上述の第２の突部５ｂにフック９ｂが係止されることで、支持体９ａが管状部５から抜けないように固定されている。ここで、フラグ９ｃには、水酸化セシウムなどの仕事関数の小さい金属化合物が塗布されている。なお、フラグ９ｃに塗布された金属化合物は、無電極放電ランプ１００の始動時におけるバルブ２内の放電空間に存在する電子の数を増やす役割を担っている。

放熱体１２は、例えば、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成され、円筒状の形状を有している。また、放熱体１２は、一端部が凹部４の底側に配置され他端部が凹部４の外側に配置されており、誘導コイル１４で発生した熱を凹部４の外側へ放熱できる。

フェライトコア１３は、円筒状に形成され、放熱体１２に２つ装着されている。なお、フェライトコア１３は、例えば、亜鉛、マンガン、ニッケル、鉄等の金属化合物である磁性材料で形成されている。

シリンダ４０は、円柱状の基台部４０ｂと、基台部４０ｂより外径が小さく形成され先端面がフェライトコア１３に対向した円柱状の突台部４０ｃとから構成され、内側に円筒状の放熱体１２が挿通される挿通穴４０ａが貫設されている。ここで、挿通穴４０ａは、円柱状の突台部４０ｃの中心軸方向において突台部４０ｃの先端面からフェライトコア１３側とは反対側に規定距離だけ奥側の部位から基台部４０ｂにおいて突台部４０ｃとは反対側の端面に至る部位の内径が、放熱体１２の外径に比べて大きくなる形で形成されている。ここにおいて、シリンダ４０内部の放熱体１２とシリンダ４０との間に形成された隙間に、後述の支持台３１の一部を構成し内側に挿通穴３１ａが貫設された円柱状の突台部３１ｃが挿入される。

支持台３１は、円柱状の基台部３１ｂと、基台部３１ｂより外径が小さく形成された円柱状の突台部３１ｃとから構成され、内側に円筒状の放熱体１２が挿通される挿通穴３１ａが貫設されている。ここで、円柱状の突台部３１ｃの外径は、シリンダ４０の挿通穴４０ａにおいて隙間部４０ｄに対応する部位の内径と略同じ大きさに形成されている。また、挿通穴３１ａは、円柱状の基台部３１ｂの中心軸方向において突台部３１ｃとは反対側の端面から規定距離だけ奥側の部位に段部３１ｄが内周面全体に亘って形成されている。しかして、放熱体１２の端面１２ａが段部３１ｄに当接した形で支持台３１の内側に固定される。なお、段部３１ｄの幅は、放熱体１２の端面１２ａの一部が露出する大きさに形成されている。

次に、本実施形態の無電極放電ランプ１００の動作について説明する。

高周波電源（図示せず）を動作させ、高周波電源からケーブル（図示せず）を介して誘導コイル１４に高周波電流を流すと、誘導コイル１４は、高周波電流に対応する周期で交番する磁束を発生する。ここで、誘導コイル１４の内側にフェライトコア１３が配置されていることで、誘導コイル１４で発生した磁束がフェライトコア１３内を通ることにより、バルブ２内に、効率よく交番磁束を発生させることができる。そして、バルブ２内に発生させた交番磁束により、誘導コイル１４で発生した磁界に鎖交する位置、即ち、バルブ２内における誘導コイル１４の周回方向に誘導電界が発生する。この誘導電界により、バルブ２内の電子が加速され、電子はエネルギーを持った状態でバルブ２内の水銀原子や希ガス原子に衝突する。電子が衝突した水銀原子は、電離されたり、励起されたりする。水銀原子の電離によって生じた電子は、再び誘導電界により加速され、再び水銀原子に衝突する。そして、所定の数量以上の電子が生成したところで放電が持続する。一方、電子の衝突によって励起された水銀原子は、光（主に、紫外線）を放射し、基底状態に戻る。水銀原子から放射された紫外線のうち、バルブ２の内壁に形成された蛍光体膜に到達したものは、上記蛍光体膜の蛍光体により可視光に変換され外部に放射される。しかして、本実施形態の無電極放電ランプ１００は、蛍光ランプとして機能する。

また、本実施形態の無電極放電ランプ１００の動作は、バルブ２内の水銀蒸気圧に依存し、バルブ２内の水銀蒸気圧は、金属容器７に収納されたアマルガムの温度で決まる。本実施形態のような構成では、アマルガムの温度は、放熱体１２において内側に金属容器７が配置された部位の温度に強く影響する。ここで、アマルガムは、上述のように、ビスマスとインジウムとの合金からなる基体金属に水銀を含有したものであるので、広い温度範囲で水銀蒸気圧の変化が小さいという特徴を有している。

しかしながら、周囲温度が常温に比べて非常に低い場合、放熱体１２の温度も低くなるので、アマルガムの温度も低くなる。すると、バルブ２内の水銀蒸気圧が低くなりすぎ、水銀原子の励起確率が減少し、水銀原子から発生する紫外線の量も低下するので、無電極放電ランプ１００の発光効率が低下する。また、水銀の励起確率の低下により、水銀原子から発生する青色領域の可視光の強度が減少する。水銀は青色領域に比較的強い励起可視光を放射する特性があるので、このような状況下では、青色が不足し、可視光の色温度が低下する。また、バルブ２内の水銀蒸気圧が所望の値よりも過度に低くなることにより、水銀の電離確率も減少し、放電インピーダンスが高くなる。このように、無電極放電ランプ１００の電気的特性が変化すると、パワーカプラ部１１と放電インピーダンスの両方で決まる高周波電源から見た負荷が変動するので、高周波電源の特性に悪影響を及ぼし、無電極放電ランプ１００の発光効率の低下や立ち消えが発生することがある。

一方、周囲温度が常温に比べて非常に高い場合、アマルガムの温度も高くなる。すると、バルブ２内の水銀蒸気圧が所望の値よりも高くなりすぎ、バルブ２内の水銀原子の密度が高くなりすぎて、水銀原子で発生した紫外線を水銀原子が再吸収する現象である自己吸収が増加し、バルブ２の内壁に形成された蛍光体膜に到達する紫外線の量が減少し、無電極放電ランプ１００の発光効率が低下する。また、水銀原子の励起可視光強度が相対的に増加する。これは、可視放射する励起準位の下準位が基底状態ではないため、再吸収が起こりにくいことから生じる。このような状況下では、相対的に青色が強くなり、色温度が増加する傾向にある。また、バルブ２内の水銀蒸気圧が所望の値よりも過度に高くなることにより、水銀の電離確率も増加し、放電インピーダンスが低くなる。このように、無電極放電ランプ１００の電気的特性が変化すると、パワーカプラ部１１と放電インピーダンスの両方で決まる高周波電源から見た負荷が変化するので、高周波電源の特性に悪影響を及ぼし、無電極放電ランプ１００の発光効率の低下や立ち消えが発生することがある。

そこで、上述の不具合が起こらないように、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、放熱体１２の内部に、無電極放電ランプ１００の使用温度範囲内で相変化する物質が配置されている。

具体的には、前記相変化する物質は、液相と気相との間で相変化を起こす物質であり、且つ相変化する温度が周囲温度に対して無電極放電ランプ１００の発光効率が最大となる温度付近であり、また、図１，２に示すように、放熱体１２において周囲に誘導コイル１４が巻回される部位と内側にアマルガムが収納された金属容器７が配置される部位１２ｂとの間の部位に形成された封入部１０に封入されている。また、封入部１０の体積は、封入されている物質が全て液相のときの体積に比べて大きくなるように設定されている。

ここで、無電極放電ランプ１００が比較的低い温度のときは、図２（ａ）に示すように、封入部１０内の液相と気相との間で相変化する物質は液相であり気化しておらず、封入部１０の一部は液相の物質で充填されている。従って、誘導コイル１４で発生した熱は、一部が当該物質を介してアマルガムが収納された金属容器７側へ比較的効率よく伝達される。一方、周囲温度が上昇し、無電極放電ランプ１００が比較的高い温度のときは、図２（ｂ）に示すように、封入部１０内の物質の一部が液相から気相に相変化していることで、液相の物質で充たされない部分が生じる。即ち、放熱体１２内部に比較的大きな空洞が生じる。ここで、放熱体１２のうち空洞が生じた部分の熱伝導率が低下することで、誘導コイル１４で発生した熱は、放熱体１２を介してアマルガムが収納された金属容器７側へ伝わりにくくなる。

本実施形態の無電極放電ランプ１００の動作を模式的に表したものを図３に示す。上述のように、放熱体１２において封入部１０が形成された部位が温度に応じて大きさが変化する熱抵抗１２ｃとして機能し、図３に示すように、放熱体１２において内側に金属容器７が配設された部位１２ｂと誘導コイル１４との間の封入部１０が形成された部位の熱抵抗１２ｃが変化する。なお、放熱体１２において内側に金属容器７が配設された部位１２ｂとアマルガムが収納された金属容器７との間の部位の熱抵抗５ｅ、および放熱体１２において内側に金属容器７が配設された部位１２ｂと凹部４の外部との間の部位の熱抵抗１２ｄは一定に保たれている。ここにおいて、熱抵抗１２ｃは、アマルガムの温度が所望の温度範囲（図４中の２本の破線で示した範囲）の下限に近づくと小さくなり、誘導コイル１４で発生した熱が金属容器７に伝わりやすくなり、一方、アマルガムの温度が所望の温度範囲の上限に近づくと大きくなり、誘導コイル１４で発生した熱が金属容器７に伝わりにくくなる。しかして、金属容器７に収納されたアマルガムの温度変化を抑制し、バルブ２内の水銀蒸気圧の変化が抑制される。

本実施形態の無電極放電ランプ１００におけるアマルガムの温度の周囲温度依存性を表したものを図４に示す。図４中の一点鎖線は、従来の無電極放電ランプにおける周囲温度依存性を表す。図４中の破線は、周囲温度が無電極放電ランプ１００の使用温度範囲の下限である第１の規定温度Ｔ_Ｌ以上の環境下における所望のアマルガムの温度範囲を表す。図４に示すように、周囲温度が所望のアマルガムの温度範囲の上限に対応する第２の規定温度Ｔｃよりも高い場合、従来の無電極放電ランプでは、アマルガムの温度が所望の温度範囲を超えるのに対して、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、アマルガムの温度が所望の温度範囲内に収まっている。

結局、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、周囲温度が常温よりも比較的低い場合は、誘導コイル１４で発生した熱を効率よくアマルガムに伝えることにより、アマルガムを所望の温度に保ち、十分な水銀蒸気をバルブ２内の放電空間に供給することができるので、無電極放電ランプ１００の光束量の低下および放電インピーダンスの上昇を抑制することができる。一方、周囲温度が常温よりも比較的高い場合は、誘導コイル１４で発生した熱をアマルガムに伝わりにくくすることで、アマルガムの温度上昇を抑制し、バルブ２内の放電空間の水銀蒸気圧の圧力上昇を抑制することができるので、光束量の低下および放電インピーダンスの低下を抑制することができる。即ち、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、周囲温度が幅広い範囲で変化しても無電極放電ランプ１００の光出力特性や電気的特性の変化が少なくすることができる。

ところで、封入部１０に封入された物質は、液相と気相との間で相変化する温度が周囲温度に対して発光効率が最大となる温度付近にある。従って、アマルガムの温度が、当該相変化する温度よりも低い場合は、誘導コイル１４で発生した熱がアマルガムに伝わり易く、当該相変化する温度よりも高い場合には、誘導コイル１４で発生した熱がアマルガムに伝わりにくくなる。

しかして、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、周囲温度が幅広い範囲で変化しても無電極放電ランプ１００の発光効率を最大に保つことができる。

また、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、使用温度範囲に応じて封入部１０に封入される物質を適宜選択してもよい。また、誘導コイル１４が配設される位置とアマルガムを収納した金属容器７が配設される位置に応じて、放熱体１２内部において封入部１０を形成する位置或いは封入部１０の大きさを適宜選択してもよい。

（実施形態２）
本実施形態の無電極放電ランプ１００の基本構成は、実施形態１と略同じであり、相変化する物質が、少なくとも固相と液相との間で相変化を起こす物質であり、且つ相変化する温度が周囲温度に対して無電極放電ランプの発光効率が最大となる温度付近であり、図５、図６に示すように、放熱体１２において内側にアマルガムを収納した金属容器７が配置される部位と上記他端部との間の部位に形成された封入部１０に封入されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

封入部１０は、前記相変化する温度で固相と液相との間で相変化する物質に加え、液化した物質が毛細管現象により輸送されるための金網などの部材が設けられており、一般的なヒートパイプと同様の構成となっている。ここで、前記物質は、上述のように、周囲温度に対して無電極放電ランプ１００の発光効率が最大となる温度付近で相変化を起こすものである。なお、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、実施形態１と同様に、ビスマスとインジウムとの合金からなる基体金属に３．５％の含有比率で水銀を含有してなるアマルガムを使用しており、アマルガムの温度に対する所望の温度範囲は、８０℃〜１００℃である。従って、封入部１０に封入される物質としては、融点が８０．５℃であるナフタレンが封入されている。

従って、周囲温度が常温よりも低い場合には、物質は固相であり、放熱体１２において内側に金属容器７が配置された部位から凹部４の外部への熱伝導率が下がり、アマルガムの温度が上昇する。一方、周囲温度が常温よりも高く、アマルガムの温度が所望の温度範囲の上限に近い場合には、物質は液相であり、放熱体１２において内側に金属容器７が配置された部位から凹部４の外部への熱伝導率が上がり、アマルガムの周辺の熱が外部へ効率的に輸送されるため、アマルガムの温度上昇が抑制される。

本実施形態の無電極放電ランプ１００の動作を模式的に表したものを図７に示す。上述のように、放熱体１２において封入部１０が形成された部位が周囲温度に応じて大きさが変化する熱抵抗１２ｄとして機能し、図７に示すように、放熱体１２において内側に金属容器７が配設された部位と、凹部４の外部との間の封入部１０が形成された部位の熱抵抗１２ｄが変化する。なお、放熱体１２において内側に金属容器７が配設された部位１２ｂとアマルガムが収納された金属容器７との間の部位の熱抵抗５ｅ、および放熱体１２において内側に金属容器７が配設された部位１２ｂと誘導コイル１４との間の部位の熱抵抗１２ｃは一定である。ここにおいて、熱抵抗１２ｄは、アマルガムの温度が所望の温度範囲の下限に近づくと大きくなり、アマルガム付近の熱が凹部４の外部に逃げにくくなり、一方、アマルガムの温度が所望の温度範囲の上限に近づくと小さくなり、アマルガム付近の熱が凹部４の外部に逃げやすくなる。しかして、周囲温度の変化に対する金属容器７に収納されたアマルガムの温度変化を抑制し、バルブ２内の水銀蒸気圧の変化を小さく抑えることができる。

結局、本実施形態の無電極放電ランプ１００は、周囲温度が常温よりも比較的低い場合は、無電極放電ランプ１００の外部へ逃げる熱伝導量を小さくし、アマルガムの温度を高く保つとともに、周囲温度が常温よりも比較的高い場合は、無電極放電ランプ１００の外部へ逃げる熱伝導量を大きくし、アマルガムの温度上昇を抑えることにより、周囲温度の変化に対するアマルガムの温度変化を小さくすることができるので、周囲温度が幅広い範囲で変化しても安定して点灯することができる。更に、周囲温度が常温よりも比較的高い場合は、誘導コイル１４から凹部４の外側へ逃げる熱伝導量を大きくできるので、誘導コイル１４の過度な温度上昇を避けることができる。

また、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、無電極放電ランプ１００の使用温度範囲に応じて封入部１０に封入される物質を適宜選択してもよい。また、誘導コイル１４が配設される位置とアマルガムを収納した金属容器７が配設される位置に応じて、封入部１０を形成する位置および封入部１０の大きさを適宜選択してもよい。

（実施形態３）
本実施形態の無電極放電ランプ１００の基本構成は、実施形態１と略同じであり、図８に示すように、管状部５は、アマルガムを収納した金属容器７を内側に配設した内管５ｃと内管５ｃの外側を覆う外管５ｄとから構成される二重管で構成され、管状部５の内管５ｃと外管５ｄとの間の形成された封入部１０に前記相変化する温度で液相と気相との間で相変化を起こす物質が置されてなる点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、周囲温度が所望の温度以下のときは、図９（ａ）に示すように、封入部１０内の物質は液相であり気化しておらず、封入部１０においてアマルガムが収納された金属容器７に対向する部位が物質で充填されている。従って、誘導コイル１４で発生し放熱体１２を伝導する熱は、当該物質を介してアマルガムが収納された金属容器７側へ比較的効率よく伝達される。一方、周囲温度が所望の温度以上に上昇したときは、図９（ｂ）に示すように、封入部１０内部の物質の一部が液相から気相に相変化することで、封入部１０内部において金属容器７に対向する部位を充填していた液相の物質が気化して無くなる。即ち、封入部１０内部において金属容器７に対向する部位に空洞が生じる。従って、当該空洞が生じた部分の熱伝導率が大幅に低下し、放熱体１２を伝導する熱は金属容器７側へ伝わりにくくなる。

本実施形態の無電極放電ランプ１００の動作を模式的に表したものを図１０に示す。上述のように、管状部５に形成された封入部１０が周囲温度に応じて大きさが変化する熱抵抗５ｅとして機能し、図１０に示すように、放熱体１２において内側に金属容器７が配置された部位１２ｂと、アマルガムが収納された金属容器７との間の封入部１０が形成された部位の熱抵抗５ｅが変化する。なお、放熱体１２において内側に金属容器７が配設された部位１２ｂと誘導コイル１４との間の部位の熱抵抗１２ｃ、および放熱体１２において内側に金属容器７が配設された部位と凹部４の外部との間の部位の熱抵抗１２ｄは一定である。ここにおいて、熱抵抗５ｅは、アマルガムの温度が所望の温度範囲の下限に近づくと小さくなり、放熱体１２の熱が金属容器７に伝わりやすくなり、一方、アマルガムの温度が所望の温度範囲の上限に近づくと大きくなり、放熱体１２の熱が金属容器７に伝わりにくくなる。しかして、周囲温度の変化に対する金属容器７に収納されたアマルガムの温度の変化を抑制し、バルブ２内の水銀蒸気圧の変化を小さく抑えることができる。

結局、本実施形態の無電極放電ランプ１００は、周囲温度が常温よりも低いときは、放熱体１２からアマルガムが収納された金属容器７への熱伝導量を大きくし、周囲温度が常温よりも高いときは、放熱体１２から金属容器７への熱伝導量を小さくすることにより、周囲温度の変化に対するアマルガムの温度変化を抑制することができるので、周囲温度が幅広い範囲で変化しても安定して点灯することができる。また、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、放熱体１２の一部の放熱性を変化させるものではなく、誘導コイル１４で発生した熱のバルブ２の外部への放熱量に与える影響は少ないので、誘導コイル１４の過度な温度上昇を避けることができる。

また、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、無電極放電ランプ１００の使用温度範囲に応じて封入部１０に封入される物質を適宜選択してもよい。また、誘導コイル１４が配設される位置とアマルガムを収納した金属容器７が配設される位置に応じて、封入部１０を形成する位置および封入部１０の大きさを適宜選択してもよい。

（実施形態４）
本実施形態の無電極放電ランプ１００の基本構成は、実施形態１と略同じであり、図１１に示すように、使用温度範囲内で液化しない非凝縮性ガスと一部が気化しうる冷媒とが封入された密閉容器１０３ａを有する後述の可変コンダクタンスヒートパイプ１０３を備え、後述の蒸発部１０３ｄが放熱体１２の内部におけるアマルガムが収納された金属容器７に近い部位に配置されてなる点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、可変コンダクタンスヒートパイプ１０３は、図１１に示すように、放熱体１２において内側にアマルガムが収納された金属容器７が配置される部位１２ｂとバルブ２の外部、即ち、放熱体１２においてバルブ２の外部に配置される側の端面１２ａとの間の部位に配置されている。

また、可変コンダクタンスヒートパイプ１０３としては、特開２００１−２８０８７０号公報に記載されたものと同様の構成を採用している（図１２参照）。即ち、可変コンダクタンスヒートパイプ１０３は、図１２に示すように、非凝縮性ガスおよび冷媒が封入され両端部が密閉された管状の密閉容器１０３ａと、密閉容器１０３ａにおける非凝縮性ガスおよび気相にある冷媒で充たされる空間に連通するガス溜め部１０３ｂと、密閉容器１０３ａにおける非凝縮性ガスおよび気相にある冷媒で充たされる部位の外周部に装着されたヒートシンク１０３ｃとを備え、密閉容器１０３ａには、一端部から管軸方向に所定の長さだけ奥側の部位まで液相にある冷媒で充填され当該冷媒が気化するときに周囲の熱を吸熱する蒸発部１０３ｄが形成され、他端部から管軸方向に所定の距離だけ奥側の部位には蒸発部１０３ｄで気化した冷媒が凝縮する凝縮部１０３ｅが設けられている。なお、非凝縮性ガスとしては、アルゴン、窒素等が使用され、冷媒としては、水等が使用される。

次に、可変コンダクタンスヒートパイプ１０３の動作について説明する。

可変コンダクタンスヒートパイプ１０３において、蒸発部１０３ｄの周囲温度が上昇すると、温度上昇に伴う非凝縮性ガスと冷媒とのガス圧の増加率の差異により、気相にある冷媒の体積が増加し、密閉容器１０３a内で気相にある冷媒が管軸方向において上記一端部から上記他端部に向かって非凝縮性ガスを押し込むことにより冷媒と非凝縮性ガスとの界面が上記他端部に向かって移動する。そして、蒸発部１０３ｄの温度が周囲温度に対して無電極放電ランプ１００の発光効率が最大となる温度付近のアマルガムの温度に対応する第３の規定温度Ｔ_Ｄ（図１３参照）に到達すると、当該界面が他端部から管軸方向に所定の距離だけ奥側に設けられた凝縮部１０３ｅにまで移動し、蒸発部１０３ｄで気化した冷媒が凝縮部１０３ｅで液化されて蒸発部１０３ｄに戻り再び蒸発部１０３ｄで冷媒が気化するという循環を繰り返す。つまり、可変コンダクタンスヒートパイプ１０３では、非凝縮性ガスと気相にある冷媒との界面が凝縮部１０３ｅに移動した状態で、蒸発部１０３ｄの温度が略一定に保たれる。

本実施形態の無電極放電ランプ１００では、放熱体１２の内部において可変コンダクタンスヒートパイプ１０３の蒸発部（図示せず）が金属容器７の近くに配置されていることにより、金属容器７近傍の部位の温度を所定の温度で維持し、金属容器７に収納されたアマルガムの温度の変化を抑制することができるので、バルブ２の内部の放電空間の水銀蒸気圧を所望の圧力で略一定に保つことができる。

本実施形態の無電極放電ランプ１００におけるアマルガムの温度の周囲温度依存性を表したものを図１３に示す。図１３中の一点鎖線は、可変コンダクタンスヒートパイプ１０３が設けられていない無電極放電ランプ１００における周囲温度依存性を表す。図１３中の縦軸から引いた破線は、周囲温度が無電極放電ランプ１００の使用温度範囲の下限である第１の規定温度Ｔ_Ｌ以上の環境下におけるアマルガムの温度に対する所望の温度範囲を表す。図１３に示すように、可変コンダクタンスヒートパイプ１０３が設けられた本実施形態の無電極放電ランプ１００では、周囲温度が第３の規定温度Ｔ_Ｄ以上では、可変コンダクタンスヒートパイプ１０３の内部における非凝縮性ガスと冷媒との界面が凝縮部に到達した状態となり、放熱体１２において金属容器７が内側に配置される部位の温度が略一定に保たれる。従って、本実施形態の無電極放電ランプでは、周囲温度が所望のアマルガムの温度範囲の上限に対応する第２の規定温度Ｔｃよりも高い場合でもアマルガムの温度を第３の規定温度Ｔ_Ｄで略一定に保たれる。

しかして、本実施形態の無電極放電ランプ１００は、アマルガムが収納された金属容器７の近くに可変コンダクタンスヒートパイプ１０３の蒸発部を配置することにより、周囲温度の変化に対するアマルガムの温度変化を抑制することができるので、周囲温度が幅広い範囲で変化しても安定して点灯することができる。

また、誘導コイル１４が巻回された部位に、別の可変コンダクタンスヒートパイプ（図示せず）の蒸発部（図示せず）を配置することにより、当該部位の温度を略一定に保つことができるので、当該部位の温度を誘導コイル１４の電力ロスが最も少なくなる温度に設定することで、無電極放電ランプ１００の発光効率を更に高めることができる。

また、本実施形態の無電極放電ランプ１００では、無電極放電ランプ１００の使用温度範囲に応じて封入部１０に封入される物質を適宜選択してもよい。また、誘導コイル１４が配設される位置とアマルガムを収納した金属容器７が配設される位置に応じて、封入部１０を形成する位置および封入部１０の大きさを適宜選択してもよい。

（実施形態５）
図１４に実施形態１で説明した無電極放電ランプ１００を備えた照明器具を示す。

本実施形態の照明器具は、椀状の反射板３１とガラス等の透光性材料で形成された前面パネル３２とで構成された筐体３０と、筐体３０の内部に配置された無電極放電ランプ１００と、筐体３０とは別の場所に配置され無電極放電ランプ１００のパワーカプラ部１１（図１参照）に高周波電流を供給することで無電極放電ランプ１００を点灯させる高周波電源を含む点灯装置２１とを備え、点灯装置２１とパワーカプラ部１１とが管灯線２０を介して電気的に接続されてなるものである。また、点灯装置２１に電源線２１１を介して電源プラグ２１２が接続されている。電源プラグ２１２を商用電源（図示せず）に接続することで、商用電源から点灯装置２１に電力が供給される。なお、無電極放電ランプ１００から出射される光は前面パネル３２を透過して外部に放射される。

しかして、本実施形態の照明器具は、実施形態１で説明した無電極放電ランプ１００を備えるので、照明器具内の温度が大きく変化しても安定した光出力が維持され、立ち消えを防止することができるとともに、色温度の変化も抑制される。

なお、本実施形態では、実施形態１の無電極放電ランプ１００を備える例について説明したが、実施形態２乃至実施形態４で説明した無電極放電ランプ１００を備えたものであってもよい。

実施形態１の無電極放電ランプの概略断面図である。 同上の要部説明図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 実施形態２の無電極放電ランプの概略断面図である。 同上の要部説明図である。 同上の動作説明図である。 実施形態３の無電極放電ランプの概略断面図である。 同上の要部説明図である。 同上の動作説明図である。 実施形態４の無電極放電ランプの概略断面図である。 同上の要部説明図である。 同上の動作説明図である。 実施形態５の照明器具の概略斜視図である。 従来例の無電極放電ランプの概略断面図である。 他の従来例の無電極放電ランプの一部破断した側面図である。

符号の説明

２ バルブ
４ 凹部
５ 管状部
７ 金属容器
１０ 封入部
１２ 放熱体
１４ 誘導コイル
３０ 筐体
１００ 無電極放電ランプ

Claims (7)

1. 透光性材料により形成され内部に希ガスおよび水銀が封入されるとともに内側に窪んだ凹部を有するバルブと、バルブの内壁に形成された蛍光体膜と、一端部が封止されるとともに凹部の底に連結された他端部においてバルブ内部の放電空間に連通する管状部と、管状部の内側に配置され水銀若しくは水銀化合物を含有したアマルガムと、凹部の内側に設けられ管状部の周囲に管状部の軸方向に沿って巻回される誘導コイルと、誘導コイルと管状部の外周面との間に配置され一部が凹部の外側に露出した放熱体とを備え、放熱体の一部若しくは放熱体とアマルガムとの間に、使用温度範囲内で相変化する物質が配置されてなることを特徴とする無電極放電ランプ。
2. 前記物質は、前記相変化する温度が周囲温度に対して無電極放電ランプの発光効率が最大となる温度付近であることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
3. 前記物質は、液相と気相との間で相変化を起こす物質であり、且つ前記相変化する温度が周囲温度に対して発光効率が最大となる温度付近であり、前記放熱体の内部における前記放熱体の外周面のうち周囲に前記誘導コイルが巻回される部位と前記放熱体の内周面が前記アマルガムに対向する部位との間の部位に少なくとも一部が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の無電極放電ランプ。
4. 前記物質は、少なくとも固相と液相との間で相変化を起こす物質であり、且つ前記相変化する温度が周囲温度に対して発光効率が最大となる温度付近であり、前記物質の少なくとも一部が前記放熱体における前記放熱体の内側に前記アマルガムが配置される部位と上記他端部との間の部位に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の無電極放電ランプ。
5. 前記管状部は、前記アマルガムを内側に配設した内管と内管の外側を覆う外管とから構成される二重管で構成され、前記物質は、液相と気相との間で相変化を起こすものであり、前記管状部の内管と外管との間に配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の無電極放電ランプ。
6. 前記使用温度範囲内において液化しない非凝縮性ガスおよび一部が気化し得る冷媒が封入され、冷媒が気化するときに周囲の熱が吸熱される蒸発部と、蒸発部で気化した冷媒が凝縮する凝縮部とを有する密閉容器を有し、当該密閉容器内において非凝縮性ガスと冷媒との界面が凝縮部へ到達すると蒸発部の温度が一定に維持される可変コンダクタンスヒートパイプを備え、可変コンダクタンスヒートパイプの蒸発部が前記放熱体の内部における前記アマルガムの近傍に配置されてなることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。
7. 請求項１乃至請求項６いずれか１項に記載の無電極放電ランプが収納される筐体を備えることを特徴とする照明器具。

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