JP3402074B2 - 無電極放電ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透光性材料よりな
る気密容器内に放電ガスを封入するとともに、気密容器
外に近接して配置した誘導コイルに高周波電流を通ずる
ことにより発生させた高周波磁界によって、前記放電ガ
スを放電させて得られる発光を利用する無電極放電ラン
プに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蛍光ランプは、今日広く普及している重
要な光源の一つである。この光源は、一般に、封入され
た水銀の放電により発生させた紫外線を、バルブ内面に
塗布した蛍光体によって変換された可視光を利用してい
るものである。

【０００３】一方、ここ近年、地球環境問題がこれまで
以上に重要視されてきている。蛍光ランプに使用されて
いる水銀廃棄物もこれら環境汚染源の一つである。

【０００４】このような状況下、蛍光ランプにおける水
銀使用量の低減あるいは不使用への多くの取り組みがな
されている。

【０００５】水銀に代わる紫外線放射源候補としては、
例えばキセノン放電から紫外線（波長１４７ｎｍ）を利
用した希ガス蛍光ランプがある。しかし、効率的には水
銀に比べはるかに劣り、非水銀ランプへの代替化は困難
なのが現状である。

【０００６】従って、今のところ、使用水銀量の低減化
が現実的な対応策となっている。その具体策としては、 ａ）ランプ１本当たりの封入水銀量の低減化（必要最低
限への適正化） ｂ）ランプ寿命の改善による長期的視野での水銀使用量
の低減化などが挙げられる。

【０００７】このうち、ｂ）ランプ寿命の改善への取り
組みが、近年活発に行われている。蛍光ランプの寿命決
定因子は、一般に、 １）フィラメントの断線、あるいはフィラメントに塗布
された熱電子放射物質（エミッタ）の消耗に起因する所
謂「不点寿命」および ２）ガラスバルブや蛍光体表面の変色や黒化、あるいは
蛍光体そのものの経時劣化による発光効率の低下に起因
する所謂「光束寿命」 の２つに大別される。

【０００８】このように、蛍光ランプの寿命は一般に、
電極切れによる「不点寿命」と光束劣化による「光束寿
命」のいずれか短い方で規制されている。

【０００９】このうち、２）に関しては、蛍光体の改善
やガラス内面に形成する透明保護膜の開発などにより、
大きく改善されつつある。しかしながら、電極（フィラ
メント）をバルブ内部に有する一般の蛍光ランプでは、
本質的に上記１）の改善には限界があり、そのため寿命
改善上の足枷となっている。

【００１０】このような観点から、ランプ内部に電極を
有さない所謂「無電極蛍光ランプ」が近年特に脚光を浴
び、既に一部で実用化されている。この種の従来例を図
６および図７に示す。

【００１１】これらの図において、ランプ本体１は、開
口部を有する電球形状のガラスバルブ２と、その開口部
に封着されるガラスステム３とより成り、バルブ２とス
テム３とを封着することによって形成される気密空間４
には、水銀と希ガスが封入されている。５はバルブ２の
外部に近接して配置された誘導コイルで、このコイル５
に高周波電流を流すことにより発生する高周波磁界によ
って、ランプ１内の放電ガスが励起され発光する。

【００１２】この種のランプには、文字通り、上記１）
の寿命因子の影響がないため、従来の一般蛍光ランプを
大きく凌駕する長寿命が期待でき、それがこの種のラン
プの最大特長となっている。

【００１３】ところで、この種のランプが内部に電極を
有さないことに起因して、従来の蛍光ランプ以上に小型
・高出力を図り易いのが、無電極蛍光ランプのもう一つ
の重要な特長である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のランプでは結果的に点灯時のランプの各部温度は極め
て高くなることが多い。水銀を放電ガスとして利用して
いる蛍光ランプでは、ランプ内の水銀蒸気圧は、周囲温
度やランプ動作温度によって変化する一方、放電効率が
最も高くなる最適水銀蒸気圧も存在するのは周知の通り
である。従って、この種のランプでは、動作温度が過昇
し、最適水銀蒸気圧を超えてしまうため、ランプ発光効
率の低下を余儀なくされる。

【００１５】このような問題点に対する効果的な改善策
としては、単体金属水銀に比べて水銀蒸気圧を抑制でき
るアマルガム水銀（例えばＢｉ−Ｉｎ−ＨｇやＢｉ−Ｐ
ｂ−Ｓｎ−Ｈｇなど）の利用がよく知られている。これ
らは通常、点灯時でも温度の最も低いランプ内の適当な
位置に配設される。これらの利用により、点灯安定時の
発光効率の低下は確かに改善される。

【００１６】しかしながら、このようなアマルガム水銀
の導入により、点灯始動直後のランプ温度が低い状態で
の水銀蒸気圧は、単体金属水銀の場合の蒸気圧よりもか
なり低く抑えられる。このことは始動直後から約数分間
以上、光束が低い状態が続くこと、すなわち、「光束立
上り特性」の悪化という不都合を生じさせる結果とな
る。

【００１７】このような不都合を改善する方策として
は、上述のようなランプ内の比較的温度の上昇し難い箇
所に配設するアマルガム水銀に加えて、始動直後から急
激に高温となることが期待できる位置（例えば放電プラ
ズマ近傍）に、第２のアマルガム水銀を配設する方策が
よく知られている。

【００１８】この場合、通常、前者を主アマルガム、後
者を補助アマルガムと呼んでいる。このような方策の具
体例としては、例えば特開昭５９−１８０９５６号公報
に開示されているように、ガラスステム上に金属ワイヤ
を介して金属製保持体を配置し、この保持体表面に補助
アマルガムを保有させるやり方が一般的である。

【００１９】この方法によれば、この補助アマルガムは
点灯始動直後から放電プラズマ中に曝されるため、消灯
時にアマルガムとして保持体に付着・含有されていた水
銀が、その熱によって放出し、放電に要する十分な水銀
蒸気圧を提供し、迅速な光束立上りを実現する。

【００２０】ところが、この過程で放出された水銀、場
合によっては水銀以外のアマルガム形成金属（Ｉｎ−Ｈ
ｇアマルガムの場合にはＩｎ（インジウム））がランプ
内に飛散し、これらが前記保持体に対向した蛍光体被膜
表面に付着し、黒化物を形成する。

【００２１】このような現象は、前述の無電極蛍光ラン
プの従来例として示したランプのうち、特に図７のよう
なタイプの場合には、ガラスステム３の表面積が図６の
ものと比べて広いため、蛍光体被膜をバルブ２の内面に
加えてステム３のバルブ側表面にも形成することによっ
てランプ全光束のアップを図ることが多いため、前述の
ようなアマルガム金属の飛散による黒化の受ける度合が
大きくなる。これらの黒化はランプ光束維持率の悪化を
招き、本来長寿命が特長であるこの種のランプの寿命
（光束寿命）を短くしてしまうという問題があった。

【００２２】また、以上の問題点とは別に、蛍光ランプ
における一般的な問題として「暗所始動性」がある。こ
こでいう暗所始動性とは、この種のランプが何らかの器
具や装置内に組み込まれて周囲の光から遮蔽された状況
下に置かれたり、設置前に梱包状態で長く保管された直
後などに、点灯開始までに相当の時間を要する、すなわ
ち、電源スイッチを入れてもなかなか点灯しないという
ような現象である。

【００２３】この原因は、長時間暗闇に放置されていた
ため、点灯開始に必要な初期電子が消滅あるいは不足す
るためと言われている。この対策としては、暗闇でも電
子を放出させ得る物質、すなわち放射性物質や仕事関数
の低い物質をランプ内の適当な箇所に予め配設する方法
がよく知られている。

【００２４】この内、放射性物質は人体への危険性か
ら、利用すべきではない。仕事関数の低い物質として
は、例えば、Ｃｓ（セシウム）やＮａ（ナトリウム）の
アルカリ元素の他、Ａｌ（アルミニウム）やＷ（タング
ステン）などの金属単体あるいは酸化物などがよく知ら
れている。

【００２５】暗所始動性の改善策として、これらの物質
を、例えば前述のアマルガムと同様の方法によってラン
プ内の適当な箇所に配設することにより効果があること
が知られている。

【００２６】ところが、この場合にも、前述のアマルガ
ムと全く同様に、状況によってはこれらの物質が飛散
し、蛍光体表面などに黒化物を生成し、光束寿命を悪化
させるという問題点があった。

【００２７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、光束維持率の
悪化を招くことなく、光束立上り特性あるいは暗所始動
性の優れた、長寿命な無電極放電ランプを提供すること
にある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
図１に示すように、開口部を有する電球形状でその内面
に蛍光体被膜９が形成された透光性バルブ６と、このバ
ルブ開口部に封着されるステム７と、このステム７の中
心軸に沿って形成され、前記バルブ側に一端１１が開口
して連通した開口部１１を有する排気管１０とを備え、
前記バルブ６とステム７とを封着することによって形成
される気密空間８内に封入した放電ガスを、気密容器８
外に近接して配置した誘導コイルに高周波電流を通ずる
ことによって発生する磁界によって放電・発光させる無
電極放電ランプにおいて、一端１１が開口したこの開口
部１１近傍における排気管１０の内部でアマルガム金属
の飛散によるバルブ６内面の黒化を防止できる位置で、
かつ点灯開始直後から迅速に温度上昇する放電空間に最
も近い位置に補助アマルガム１４を配設したことを特徴
とするものである。

【００２９】請求項２記載の発明は、図４に示すよう
に、前記補助アマルガム１４に加え、暗所始動性改善材
料１４’を前記排気管開口部１１近傍に配設したことを
特徴とするものである。

【００３０】請求項３記載の発明は、図２（ｂ）および
図４に示すように、前記補助アマルガム１４あるいは暗
所始動性改善材料１４’を保持する保持体１５，１７
を、円筒状に巻かれた金属メッシュとしたものである。

【００３１】請求項４記載の発明は、図５に示すよう
に、前記補助アマルガム１４および暗所始動性改善材料
１４’を保持する保持体１８を単一の金属製保持体で構
成するとともに、補助アマルガム１４と暗所始動性改善
材料１４’とを保持体の上下半分ずつの領域に配設した
ことを特徴とするものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示
し、無電極蛍光ランプのバルブ断面を示すものである。
図中、６は透光性材料（例えばガラス）よりなるバルブ
であって、前記従来例と同様に電球状に形成されてい
る。７はガラスステムで、バルブ６と気密封着すること
によって形成される気密空間８には、水銀と希ガスが封
入されている。また、バルブ６の内面（場合によって
は、バルブ６内面およびステム７のバルブ側表面の双
方）には蛍光体被膜９が形成されている。１０はステム
７の中心軸に沿って形成された排気管で、その一端１１
はバルブ６側に開口しており、他端１２はチップオフさ
れている。そして、そのチップオフ部１２の近傍には主
アマルガム１３が配設され、開口部１１の近傍には補助
アマルガム１４が、あるいは場合によっては暗所始動性
改善材料１４’が配設されている。なお、開口部１１の
近傍は、放電プラズマに比較的近い位置であり、点灯開
始直後においても速やかな温度上昇が期待できる箇所で
ある。

【００３３】なお、上記実施の形態では、図示しない誘
導コイルが、ステム７内であって排気管１０の外周に沿
って巻回された形態について述べたが、従来例の図６で
説明したような、ガラスバルブの外周に沿って巻回した
形態でもよいのは言うまでもないことである。

【００３４】さらに、主アマルガム１３の配設位置は、
上記実施形態で示す位置に限定されないのは当然であ
る。また、アマルガム水銀を形成させるための水銀金属
単体のランプ内への製造工程における導入方法について
は、説明を省略したが、これについては特に限定するも
のではなく、当業者が通常用いるような水銀滴下法や水
銀ディスペンサなどによる何れの方法であってもよい。

【００３５】このように、補助アマルガム１４を排気管
１０の内部で、かつ放電空間に最も近い位置に配設した
ことにより、点灯開始直後から迅速に温度上昇し、十分
な水銀蒸気圧を供給するため、良好な光束立上り特性が
得られる。また、同様の位置に暗所始動性改善材料１
４’を配設することにより、暗所においても暗所始動性
改善材料１４’から適当な初期電子が放出され、良好な
始動性を確保できる。

【００３６】図２は、本発明で用いる補助アマルガム１
４を保持する保持体１５を示すもので、保持体１５はＦ
ｅ−Ｎｉ製の金属メッシュから成り、その表面にはＩｎ
被膜が予め形成されている。これを図２（ｂ）に示すよ
うに円筒状に巻いておく。

【００３７】かかる補助アマルガム保持体１５を、図３
に示すように、排気管１０の開口部１１近傍に挿着す
る。ここで、保持体１５の挿着位置や、挿着後の脱落や
位置ずれなどを防止するために、排気管１０内の補助ア
マルガム配設位置の上下に複数個の突起１６を設けてお
くことが好ましい。円筒状に巻かれた保持体１５は、そ
のバネ性によって所定の位置に固定される。

【００３８】図４は本発明の異なる実施の形態を示すも
ので、前記実施形態に加えて、金属メッシュ製保持体１
７の表面に暗所始動性改善材料１４’であるところの酸
化セシウムを塗布し、かつ円筒状に巻いたものを前記補
助アマルガム１４に隣接して挿着したものである。かか
る保持体１７も補助アマルガム保持体１５と同様に、円
筒状に巻かれた保持体１７のバネ性を利用して所定の位
置に固定される。

【００３９】図５は本発明のさらに異なる実施形態を示
すもので、この実施形態では、単一の金属製保持体１８
でもって、補助アマルガム１４と暗所始動性改善材料１
４’とを、保持体１８の上下半分ずつの領域に配設した
ものである。

【００４０】このように構成すれば、保持体１８が単一
部品であることにより、保持体１８の挿入工程の簡略化
が図れるとともに、排気管１０内面との接触面積が大き
くなるため、脱落などのトラブルを低減できる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、補助アマ
ルガムを排気管の内部でかつ排気管開口部近傍、つま
り、放電プラズマ発生領域に近い位置に配設したことに
より、点灯開始直後から迅速に温度上昇し、十分な水銀
蒸気圧を供給するため、良好な光束立上り特性が得られ
るとともに、アマルガム金属の飛散によるバルブ内面の
黒化を防止できる。従って、光束維持率の悪化を招くこ
となく、光束立上り特性の優れた長寿命な無電極放電ラ
ンプを提供できる。

【００４２】また、請求項２記載の発明によれば、補助
アマルガムに加え暗所始動性改善材料を同様位置に配設
したことにより、暗所始動性も優れた無電極放電ランプ
を提供できる。

【００４３】さらに、請求項３記載の発明によれば、補
助アマルガムあるいは暗所始動性改善材料を保持する保
持体を、円筒状に巻かれた金属メッシュとしたことによ
り、それらの所定位置への挿着、固定が容易である。

【００４４】また、請求項４記載の発明によれば、保持
体を単一の金属製保持体で構成するとともに、補助アマ
ルガムと暗所始動性改善材料とを保持体の上下半分ずつ
の領域に配設したことにより、保持体の挿入工程の簡略
化が図れるとともに、排気管内面との接触面積が大きく
なるため、脱落などのトラブルを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の一形態を示す断面図である。

【図２】 本発明で用いる補助アマルガムまたは暗所始
動性改善材料を保持する保持体を示すもので、（ａ）は
金属メッシュの平面図を示し、（ｂ）はそれを円筒状に
巻いた状態を示す斜視図である。

【図３】 本発明の異なる実施形態を示す断面図であ
る。

【図４】 本発明のさらに異なる実施形態を示す断面図
である。

【図５】 本発明のさらに異なる実施形態を示す断面図
である。

【図６】 従来例を示す簡略図である。

【図７】 異なる従来例を示す簡略図である。

【符号の説明】

６ バルブ ７ ステム ８ 気密空間 ９ 蛍光体被膜 １０ 排気管 １１ 開口部 １２ チップオフ部 １３ 主アマルガム １４ 補助アマルガム １４’ 暗所始動性改善材料 １５ 保持体 １６ 突起 １７ 保持体 １８ 保持体

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部を有する電球形状でその内面に蛍
   光体被膜が形成された透光性バルブと、このバルブ開口
   部に封着されるステムと、このステムの中心軸に沿って
   形成され、前記バルブ側に一端が開口して連通した開口
   部を有する排気管とを備え、前記バルブとステムとを封
   着することによって形成される気密空間内に封入した放
   電ガスを、気密容器外に近接して配置した誘導コイルに
   高周波電流を通ずることによって発生する磁界によって
   放電・発光させる無電極放電ランプにおいて、一端が開
   口したこの開口部近傍における排気管の内部でアマルガ
   ム金属の飛散によるバルブ内面の黒化を防止できる位置
   で、かつ点灯開始直後から迅速に温度上昇する放電空間
   に最も近い位置に補助アマルガムを配設したことを特徴
   とする無電極放電ランプ。
2. 【請求項２】 前記補助アマルガムに加え、暗所始動性
   改善材料を前記排気管開口部近傍に配設したことを特徴
   とする無電極放電ランプ。
3. 【請求項３】 前記補助アマルガムあるいは暗所始動性
   改善材料を保持する保持体が、円筒状に巻かれた金属メ
   ッシュである請求項１または請求項２記載の無電極放電
   ランプ。
4. 【請求項４】 前記補助アマルガムおよび暗所始動性改
   善材料を保持する保持体を単一の金属製保持体で構成す
   るとともに、補助アマルガムと暗所始動性改善材料とを
   保持体の上下半分ずつの領域に配設したことを特徴とす
   る請求項２記載の無電極放電ランプ。