本発明の一実施形態に係る無電極放電ラ� ��プ及びそれを備えた照明装置について、図� ��を参照しつつ説明する。本実施形態に係る� ��電極放電ランプ1の詳細な構成を図1に示す� �無電極放電ランプ1は、バルブ10とパワーカ� �ラ20とで構成されている。また、バルブ1と� �ワーカプラ20を分離した状態を図2に示す。

 無電極放電ランプ1は、内部に放電ガス及 び最冷点温度で制御される水銀が封入された バルブ10と、高周波電磁界を発生させるパワ� ��カプラ20を備えている。バルブ10は、ガラス などの透光性材料で形成され、円形開口を有 する略球形の気密容器14と、気密容器14の円� �開口に溶着され、略円筒状のキャビティ5と� ��ャビティ5の中央部に形成された排気管8を� �する封止部材11などで構成された密封容器で ある。パワーカプラ20は、下端に外鍔部を有� ��る円筒形の放熱シリンダ21と、放熱シリン� �21の上端付近に固定された円筒形のフェライ トコア22と、このフェライトコア22の外周に� �回され、誘導電界を発生する誘導コイル(ソ� ��ノイド)23を備えている。そして、排気管8を フェライトコア22の内側に挿通するようにし� ��放熱シリンダ21、フェライトコア22並びに誘 導コイル23をキャビティ5内に挿入することに より、排気管8がその中心に位置するように� �ャビティ5に嵌合され、パワーカプラ20がバ� �ブ10に装着される。

 バルブ10の底部付近のバルブネック部19に は、樹脂材料などで形成された口金15が接着� ��どによって取り付けられている。口金15及� �パワーカプラ20の台座部には、それぞれ図示 しないバヨネット構造などの取り付け構造が 設けられており、口金15と一体化されたバル� ��10がパワーカプラ20に着脱可能に装着されて いる。

 バルブ10の頂部には、口金15を上方に配置 した状態で点灯させた場合(ベースアップ点� �)に最冷部となる突起部4が形成されている。 突起部4を含む気密容器14の内周面のほぼ全域 には、保護膜2及び蛍光体膜3が塗布されてい� ��。また、封止部材11のキャビティ5の外周面� ��ほぼ全域にも、保護膜2及び蛍光体膜3が塗� �されている(図では一部のみを示す)。そのた め、バルブ10の内周面のほぼ全域には、保護� ��2及び蛍光体膜3が塗布されている。

 バルブ10の内部には、アルゴンやクリプ� �ンなどの希ガスが封入されており、放電空� �として機能する。また、排気管8の内部には� ��鉄-ニッケル合金製の金属容器13が設けられ� ��おり、金属容器13の内部には、水銀の蒸気� �を制御するために水銀を放出させるための� �量が略20mg、重量比で50:50のZn-Hgが封入されて いる。さらに、排気管8の内周には、金属容� �13の位置を固定するための凹部9が形成され� �いると共に、排気管8の内部にはガラスロッ� ��12が配設されている。

 排気管8はバルブ10の内部から空気などを� ��気するために用いられるものであり、その� ��端部がバルブ10の底から外部に引き出され� �いる。アマルガムを収納した金属容器13及び ガラス製のロッド12をバルブ1内に収めた状態 で、バルブ1内を排気した後、上記希ガスを� �入し、排気管8の下端部を溶融してチップオ� ��部16として封止することにより、バルブ10が 密閉される。なお、排気管8の上部及び中間� �に内向きに突出する凹部9が形成されており� ��中間部の凹部9とチップオフ部16の間に、ガ� ��スロッド12を介して金属容器13が保持される 。

 また、排気管8の上部の凹部9には、逆U字� ��に形成された支持体17の一端部が係止され� �いる。また、排気管8からバルブ1内に導出さ れた支持体17の他端部には、仕事関数が小さ� ��金属化合物(例えば、水酸化セシウム)が塗� �された暗所始動補助フラグ18が固着されてい る。暗所始動補助フラグ18に塗布された金属� ��合物は、無電極放電ランプ1の始動時におけ る電子の数を増やす役割を担っている。

 図3は、本実施形態の無電極放電ランプ1� �用いた照明装置の一例を示す。無電極放電� �ンプ1を構成するパワーカプラ20(図示せず)は 、放熱板31に固定されており、放熱板31が建� �の天井、側壁、床などに取り付けられる。� �ワーカプラ20の誘導コイル23の端部は電線32� �介して点灯回路33に接続されている。そして 、口金15と一体化されたバルブ10が、パワー� �プラ20と嵌合されることによって、無電極放 電ランプ1を備えた照明装置が構成される。� �お、パワーカプラ20の誘導コイル23に通電す� ��高周波電流(正弦波電流)が数百kHzという低� �周波数のため、誘導コイルの内側にフェラ� �トコア(磁芯)22が設けられている。

 図4は、本実施形態の無電極放電ランプ1� �用いた照明装置の他の例を示す。図4に示す� ��明装置では、無電極放電ランプ1は、例えば 放物面鏡などの反射板35の焦点にバルブ10の� �光部が位置するように配置されている。反� �板35の前面は開放されていてもよいし、透光 性パネルが装着されていてもよい。後者の場 合、無電極放電ランプの長寿命性を活かして 、屋外のスポーツ施設の照明などランプの交 換が困難な箇所に用いることができる。特に 、密閉型の照明装置の場合、無電極放電ラン プ1の周囲温度が高くなるけれども、後述す� �ように、点灯方向によらず一定の最冷点温� �が確保できるので、光出力の変化を抑える� �とが可能となる。さらに、PWM調光点灯を行� �ても、振動の発生を低減し、騒音を抑制す� �ことができる。

 パワーカプラ20の誘導コイル23に高周波電 流を流すと、誘導コイル23の周囲に高周波電� ��界が発生する。この高周波電磁界によりバ� ��ブ10の内部に封入された水銀蒸気と放電ガ� �の混合ガス中の電子が加速され、電子の衝� �により電離が起こり、放電が発生する。放� �中、バルブ10の内部に封入された放電ガスが 励起され、励起された原子が基底状態に戻る ときに紫外線を発生する。この紫外線は、バ ルブ10の内周面に塗布された蛍光体膜3により 可視光に変換される。可視光は、バルブ10の� ��密容器14を透過して外部に放出される。

 無電極放電ランプ1の点灯中、プラズマの 熱でバルブ10の内部は高温となる。しかしな� ��ら、バルブ10の頂部に突起部4が設けられて� ��るので、口金15を上方にして無電極放電ラ� �プ1を点灯させた場合には、この突起部4が最 冷点となり、気密容器14内の蒸気圧を低下さ� ��ることができる。一方、口金15を下方にし� �無電極放電ランプ1を点灯させた場合には、� ��電極放電ランプ1の高さ方向における気密容 器14の寸法を適宜設定することにより、口金1 5の直上部を最冷点にすることができ、それ� �よって気密容器14内の蒸気圧を低下させるこ とができる。

 以上のように構成された無電極放電ラン� ��1を、光出力が定格点灯時の50%となるように 調光点灯させ、そのときの効率(上記一定の� �出力を得るために必要な電力の逆数)及び再� ��弧電圧を測定した。その結果を表1に示す。 そのときの調光方式としては、点灯回路33か� ��誘導コイル23に供給される高周波電流を断� �させることにより高周波点灯のON-OFFを繰り� �す、PWM調光を採用した。点灯回路33は、一定 周期で高周波出力をON-OFFさせ、一周期に占め るON期間の割合を増減させることにより、ラ� ��プの光出力を増減させている。一周期にお� ��るOFF期間が長くなると、無電極放電ランプ1 の再始動時に、高い電圧(再点弧電圧)が必要� ��なる。

 表1において、条件1~4は、それぞれ放電ガ スとしての希ガスの圧力を一定(20Pa)としてい る。また、条件1と4では放電ガスとしてそれ� ��れアルゴン(Ar)のみ及びクリプトン(Kr)のみ� �し、条件2及び3では放電ガスとしてそれぞれ アルゴンとクリプトンの混合ガスとし、それ らの封入量の割合を変化させている。

 パラメータ(σ(P×M)×r ² )のうち、”P”はアルゴン又はクリプトンの� ��ス圧(単位:Pa)、”M”はその原子量である。� ��r”は図5に示すように、気密容器14の球状部 の直径である。”σ(P×M)”は、アルゴンとク� ��プトンを混合させた場合を考慮したもので� ��る。

 条件1から4のそれぞれの場合について効� �及び再点弧電圧を比較したところ、クリプ� �ンを含まない条件1では、他の場合に比べて� ��率が低く、再点弧電圧が高い。換言すれば� ��クリプトンを含む条件2~4では、クリプトン� ��含まない条件1に比べて、効率が高くなり、 再点弧電圧が低くなっていることがわかる。 このことから、放電ガス中にクリプトンを含 ませることにより、無電極放電ランプ1をPWM� �光させた時の再点弧電圧を低下させる効果� �あることがわかる。

 次に、放電ガスとして、アルゴンとクリプ� ��ンの混合ガスを用い、混合ガスの圧力を一� ��(20Pa又は40Pa)とし、上記表1の条件2~4と同様� �、クリプトンの圧力を4~40Pa(4、16、20Pa又は8� �32、40Pa)の範囲で変化させ、それに応じてア� ��ゴンの圧力を混合ガスの圧力の0~80%の範囲� �変化させた複数のバルブ10(r=220mm)を作成し、 実際にPWM調光点灯させた。その結果を図6及� �7に示す。図6及び7において、横軸はパラメ� �タ(σ(P×M)×r ² )の値を表し、縦軸は、それぞれ採点弧電圧� �び効率を表す。

 図6からわかるように、パラメータ(σ(P×M)×r ² )の値が65×10 ⁶ 以上の範囲では、採点弧電圧が1500V以下にな� ��ている。一方、図7からわかるように、パラ メータ(σ(P×M)×r ² )の値が65×10 ⁶ 以上250×10 ⁶ 以下の範囲では、効率が65%以上になっている 。このことから、パラメータ(σ(P×M)×r ² )の値が65~250×10 ⁶ である場合には、効率を大幅に損なうことな く、再点弧電圧を低下させることが可能であ ることがわかる。

 上記と同様に、気密容器14の球状部の直径r= 190mmとし、気密容器14内に封入されているZn-Hg の総量を10mgとしたバルブ10を製作し、光出力 が定格点灯時の50%となるようにPWM調光点灯さ せ、再点弧電圧および効率を測定した。その 結果を、図8及び9に示す。図8及び9において� �横軸はパラメータ(σ(P×M)×r ² )の値を表し、縦軸は、それぞれ採点弧電圧� �び効率を表す。図8及び9から、バルブ10の気� ��容器14の球状部の内径が異なる場合にも、� �様の効果が得られることがわかる。

 以上説明したように、本実施形態によれ� ��、放電ガスとしてクリプトンのみ又はアル� ��ンとクリプトンの混合ガスを用いることに� ��って、無電極放電ランプ1をPWM調光点灯させ たときに、効率を向上させることができると 共に再点弧電圧を低下させることができる。 そして、再点弧電圧の低下により、無電極放 電ランプ1のバルブ10のキャビティ5の内部に� �入されたパワーカプラ20のフェライトコア22� ��振動が低減され、分割して配置された他の� ��ェライトコア22や放熱シリンダ21との接触に よる騒音の発生が抑制される。

 なお、本発明は上記実施形態に限定され� ��ものではなく、少なくとも放電ガスの中に� ��リプトンが含まれていればよく、アルゴン� ��外の希ガスとの混合ガスであってもよい。� ��た、クリプトンの圧力が、放電ガスの全圧� ��中の20%以上であることがより好ましい。