(57)【要約】【課題】バルブの形状が断面凹形状の空洞部を有する略球形状において、光束立上り特性あるいは暗所始動性の優れた無電極放電灯、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置、及び無電極放電灯と無電極放電灯点灯装置を備えた照明装置を提供する。【解決手段】少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部２を有する略球形状のバルブ１と、空洞部２内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイル３と、を備えた無電極放電灯点灯装置であって、空洞部２の両端に突出する突出部４の少なくとも一方に、少なくとも１つの屈曲部５を有する保持部６を嵌合させ、保持部６に暗所始動改善補助材料７を配設している。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、を備えた無電極放電灯であって、空洞部の両端に突出する突出部の少なくとも一方に、少なくとも１つの屈曲部を有する保持部を嵌合させ、保持部に暗所始動改善補助材料を配設したことを特徴とする無電極放電灯。
【請求項２】
保持部は突出部の少なくとも一方に巻回する円筒状の金属メッシュであることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
【請求項３】
暗所始動改善補助材料は、セシウムを含む化合物であることを特徴とする請求項１又は２記載の無電極放電灯。
【請求項４】
誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源を備え、請求項１から３までに記載の無電極放電灯を点灯させることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項４記載の無電極放電灯点灯装置を備え、無電極放電灯を点灯させることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内部に放電ガスを封入したバルブに高周波電磁界を印加して発光させる無電極放電灯、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置、及び無電極放電灯と無電極放電灯点灯装置を備えた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯は、今日広く普及している重要な光源の１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。放電灯に使用されている水銀廃棄物もこれら環境汚染源の１つである。このような状況下、放電灯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。
【０００４】
水銀に代わる紫外線放射源候補としては、たとえば、キセノン放電から紫外線（波長１４７ｎｍ）を利用した希ガス放電灯がある。しかし、効率的には水銀に比べはるかに劣り、非水銀放電灯への代替化は困難なのが現状である。
【０００５】
したがって、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）放電灯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）放電灯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。
【０００６】
このうち、（ｂ）放電灯寿命の改善への取り組みが、近年活発に行われている。放電灯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）の消耗に起因するいわゆる「不点寿命」及び、（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いわゆる「光束寿命」の２つに大別される。
【０００７】
このように、放電灯の寿命は一般に、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。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放電灯では、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かせとなっている。
【０００８】
このような観点から、放電灯内部に電極を有さない、いわゆる「無電極放電灯」が近年特に脚光を浴び、すでに一部で実用化されている。
【０００９】
ところで、この種の放電灯が内部に電極を有さないことに起因して、従来の放電灯以上に小型・高出力を図りやすいのが、無電極放電灯のもう１つの重要な特長である。
【００１０】
しかしながら、この種の放電灯では点灯時の放電灯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放電灯では、放電灯内の水銀蒸気圧は、周囲温度や放電灯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とおりである。したがって、この種の放電灯では、動作温度が過昇し、最適水銀蒸気圧を超えてしまうため、放電灯発光効率の低下を余儀なくされる。
【００１１】
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（たとえばＢｉ−Ｉｎ−ＨｇやＢｉ−Ｐｂ−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放電灯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。
【００１２】
しかしながら、このようなアマルガム水銀の導入により、点灯始動直後の放電灯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。
【００１３】
このような不都合を改善する方策としては、上述のような放電灯内の比較的温度の上昇しがた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（たと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。
【００１４】
また、以上の問題点とは別に、放電灯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、この種の放電灯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現象である。
【００１５】
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いわれている。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放電灯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。
【００１６】
このうち、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、たとえば、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。
【００１７】
暗所始動性の改善策として、これらの物質を、たとえば前述のアマルガムと同様の方法によって放電灯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。
【００１８】
この種のいわゆる「暗所始動改善補助材料」を放電灯内に配設した従来例として、たとえば、特開平１０−１２１９８号公報のものが挙げられる。このものは、図７に示すように開口部を有する電球形状の透光性バルブ２１と、その開口部に封着されるステム２２と、その中心軸に沿って形成され、バルブ側に連通する開口２３を有する排気管２４とを備え、バルブ２１とステム２２とを封着することによって形成される気密空間２５内に封入した放電ガスを、気密容器２５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灯において、排気管２４の内部で、かつ前記排気管開口部２３近傍に補助アマルガム２６を配設している。
【００１９】
このように構成することにより、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。したがって、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灯を提供することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来例のバルブの形状は下方に開口部を有する電球形状であり、バルブの形状が断面凹形状の空洞部を有する略球形状の場合には、バルブ内に暗所始動改善補助材料を配設する工夫が必要となる。
【００２１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、バルブの形状が断面凹形状の空洞部を有する略球形状において、光束立上り特性あるいは暗所始動性の優れた無電極放電灯、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置、及び無電極放電灯と無電極放電灯点灯装置を備えた照明装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の無電極放電灯は、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されており断面凹形状の空洞部を有する略球形状のバルブと、空洞部内に配設され放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、を備えた無電極放電灯であって、空洞部の両端に突出する突出部の少なくとも一方に、少なくとも１つの屈曲部を有する保持部を嵌合させ、保持部に暗所始動改善補助材料を配設したことを特徴とするものである。
【００２３】
このような無電極放電灯においては、屈曲部を有する保持部がバルブと嵌合し、保持部がバルブに固定される。
【００２４】
請求項２記載の無電極放電灯は、請求項１記載の無電極放電灯において、保持部は突出部の少なくとも一方に巻回する円筒状の金属メッシュであることを特徴とするものである。
【００２５】
このような無電極放電灯においては、保持部である金属メッシュが突出部に巻回され、保持部がバルブに固定される。
【００２６】
請求項３記載の無電極放電灯は、請求項１又は２記載の無電極放電灯において、暗所始動改善補助材料は、セシウムを含む化合物であることを特徴とするものである。
【００２７】
このような無電極放電灯においては、セシウムの仕事関数が低いため電子を放出しやすく、暗所での始動を特に改善することができる。
【００２８】
請求項４記載の無電極放電灯点灯装置は、誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源を備え、請求項１から３までに記載の無電極放電灯を点灯させることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項５記載の照明装置は、請求項４記載の無電極放電灯点灯装置を備え、無電極放電灯を点灯させることを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施の形態を図１から図４までを参照して説明する。図１は本実施の形態の断面図を示しており、図２は本実施の形態において金属メッシュの外観図を示している。また、図３は本実施の形態の回路図を示しており、図４は本実施の形態の照明装置の断面図を示している。
【００３１】
以下、各部の構成を詳述する。
【００３２】
バルブ１は、略球形状であってその内部に少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスを封入しておくものであり、バルブ１の下端側には後述する有底状であって断面凹形状の空洞部２が配設されている。空洞部２は両端に突出する突出部４を有している。バルブ１の材料は石英ガラス等の透光性材料であり、放電ガスは水銀、希ガス及び金属ハロゲン化物である。一例として、略３００Ｔｏｒｒのキセノンガスと略１０ｍｇのナトリウム沃化物、タリウム沃化物及びインジウム沃化物の混合ガスとが用いられる。もちろん、封入する放電ガスは他の気体や金属を用いてもよい。また、バルブ１の内側は蛍光体１０及び保護膜１１が塗布されている。蛍光体１０は水銀からの放射された紫外線を可視光に変換するものであり、蛍光体１０の材料としてはハロ燐酸カルシウム、赤色蛍光体である（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、緑色蛍光体であるＣａＰＯ４、青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌｌ４Ｏ２３：Ｅｕが用いられる。保護膜１１は水銀とバルブ１の材料である石英ガラスとの反応を抑えることにより、バルブ１の光束維持率を向上させるものである。保護膜１１の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）等の微粒子が用いられる。保護膜１１は、通常のバルブ１では透過率が高い方が望ましいため、蛍光体１０に比べ薄くバルブ１内面に形成される。また、バルブ１の形状は略球形状でなくてもよく、たとえば円筒形のような他の形状であっても構わない。
【００３３】
誘導コイル３は、バルブ１内部の放電ガスに１３．５６ＭＨｚで発振する高周波電磁界を供給するものであり、後述する高周波電源９に接続されている。そして、誘導コイル３は図１に示すような空洞部２の内部に、そのコイルの巻回部がバルブ１の中心に向かうように後述する基台１２に固定され立設している（図示しない）。また、誘導コイル３は銅又は銅合金による条材を所定回数巻回して形成している。そして、誘導コイル３には高周波電源９が動作すると高周波電流が流れ、誘導コイル３の周りに高周波電磁界が発生するように構成されている。つぎに、発生した高周波電磁界によりバルブ１内部の電子が加速され、放電ガスの原子に衝突して放電ガスを電離させ、新たな電子を発生させる。このようにして発生した電子は、誘導コイル３の周りに発生した高周波電磁界によりエネルギ−を受け取り、放電ガス原子に衝突しエネルギ−を与える。放電プラズマ内の原子は、電離したり励起したりする。励起された原子は、基底状態に戻るときに発光する。この発光を光エネルギ−として利用するのである。
【００３４】
保持部６は、少なくとも１つの屈曲部５を有し、突出部４の少なくとも一方に嵌合し後述する暗所始動改善補助材料７を保持するものである。本実施の形態ではこの保持部６の材料として、弾性の熱可塑性フッ素系樹脂を用いている。このような熱可塑性の材料は耐熱性があり、バルブ１が点灯し温度が上昇しても形状が変形しにくい。また、フッ素系樹脂は伸縮する性質があるので、突出部４及び空洞部２の形状がばらついた場合においても、そのばらつき形状に応じて樹脂の長さが伸縮し突出部４と空洞部２との位置関係を固定することができる。ここで保持部６としてその他の熱可塑性、たとえば、シリコン系樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）等を用いてもよい。さらに保持部６は光透過率がよく、かつバルブ１の光出力量への影響が少ないものを用いてもよい。その他シリコンゴムでもよい。また、保持部６としては図２に示すような断面略Ｃ字状の金属メッシュでもよい。この金属メッシュを突出部４に少なくとも一方に係合させるのである。そして、この金属メッシュに暗所始動改善補助材料７を保持させる。この金属メッシュは鉄とニッケルとの合金であり、表面にはインジウムが予め塗布されている。
【００３５】
暗所始動改善補助材料７は、長時間暗闇に放置されていた無電極放電灯の点灯開始までの時間を促進するものであり、本実施の形態では仕事関数の低い材料として、セシウムを含む化合物である酸化セシウム（ＣｓＯ）を用いている。暗所始動改善補助材料としてはその他、ナトリウム（Ｎａ）のアルカリ元素の他、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）などの仕事関数の低い金属単体あるいは酸化物を用いてもよい。
【００３６】
高周波電源９は、誘導コイル３に高周波電流を供給するものであり、本実施の形態では特開平６―１８８４３４号公報に示したものを用いている。その回路図を図３に示す。図３において高周波電源９は、チョッパ回路３１、発振回路３２、プリアンプ３３、フィルタ回路３４、メインアンプ３５、整合回路３６から構成されている。３２は水晶振動子Ｘを用いた発振回路３２であり、インダクタンス素子Ｌ６とキャパシタンス素子Ｃ１５とにより低Ｑの同調回路を構成し、無調整の発振器としている。発振回路３２の発振出力を増幅するプリアンプ３３はスイッチング素子Ｑ４によりＣ級増幅を行っており、インダクタンス素子Ｌ５とキャパシタンス素子Ｃ１７とにより発振周波数に同調するように構成している。抵抗Ｒ８〜Ｒ１０からなる回路は減衰器を構成しており、抵抗Ｒ１１はインダクタンス素子Ｌ５のＱを下げるために挿入されている。フィルタ回路３４は、インダクタンス素子Ｌ３とキャパシタンス素子Ｃ４とから構成され、高周波がいわゆるチョッパ回路３１に帰還することを防いでいる。プリアンプ３３の出力をさらに高周波電力を増幅するメインアンプ３５は、パワーＭＯＳＦＥＴ（以下、スイッチング素子と呼ぶ。）Ｑ５による増幅器となっている。インダクタンス素子Ｌ７はスイッチング素子Ｑ５の入力キャパシタンスを打ち消すために挿入してあり、抵抗Ｒ１２はスイッチング素子Ｑ５の入力キャパシタンスをプリアンプ３３の出力と整合させるために接続してある。整合回路３６は、キャパシタンス素子Ｃ１８〜Ｃ２０などで構成され、メインアンプ３５の出力とバルブ１及び誘導コイル３とのインピーダンス整合を行っている。ここで、高周波電源９としては、バルブ１内部の放電ガスに１３．５６ＭＨｚで発振する高周波電磁界を供給するものであれば、このものに限られない。
【００３７】
この高周波電源９と無電極放電灯とから無電極放電灯点灯装置が構成されており、この無電極放電灯点灯装置を備え無電極放電灯を点灯させる照明装置として、たとえば、図４に示すものが挙げられる。このものはバルブ１の上方をシールドケース１３が覆っており、基台１２の下方には高周波電源９に電力を供給する電源回路等１４が備えられている。もちろん、無電極放電灯を点灯させる照明装置としては、このものに限られない。
【００３８】
基台１２は、アルミダイカストにて形成された上面開口の有底状の略円筒体で、その内部には高周波電源９を備えている。そして、この基台１２の底面には、上述した誘導コイル３がバルブ１の中心に向かうように立設固定されている。さらに、底部には蓋体（図示しない）が設けられている。
【００３９】
以上、本実施の形態の構成によれば、突出部４の少なくとも一方に、保持部６を嵌合させただけの簡単な構成にて、暗所始動改善補助材料７を保持することができる。また、保持部６として金属メッシュを用いると暗所始動改善補助材料７を容易に無電極放電灯に装着、固定することができる。
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。図５は本実施の形態の断面図を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００４０】
図５に示す無電極放電灯と図１に示す無電極放電灯との相違点は、図５に示す無電極放電灯では、突出部４の外側に金属製のバンド１５を巻回しており、さらに、バンド１５を保持するためにバルブ１と同じ材料又は金属製の突部１６をバンド１５の上下方向に設けている点である。そしてこのバンド１５に暗所始動改善補助材料７を保持させている。
【００４１】
本実施の形態の構成によれば、バンド１５を突出部４の外側に巻回するだけの簡単な構成にて、暗所始動改善補助材料７を保持することができる。
【００４２】
もちろん、暗所始動改善補助材料７をバンド１５として用いてもよい。
【００４３】
なお、上記説明で特に言及していない作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施の形態を図６を参照して説明する。図５は本実施の形態の断面図を示している。ここで、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００４４】
図６に示す無電極放電灯と図１に示す無電極放電灯との相違点は、図６に示す無電極放電灯では、断面凹形状の空洞部２の排気管である窪み部内に暗所始動改善補助材料７を設け、窪み部内であって暗所始動改善補助材料７の上方に突起部１７を設け、暗所始動改善補助材料７を窪み部内に閉じ込めている点である。
【００４５】
本実施の形態の構成によれば、窪み部内に突起部１７を設けるだけの簡単な構成にて、暗所始動改善補助材料７を保持することができる。
【００４６】
なお、上記説明で特に言及していない作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の無電極放電灯は、空洞部の両端に突出する突出部の少なくとも一方に、少なくとも１つの屈曲部を有する保持部を嵌合させ、保持部に暗所始動改善補助材料を配設したので、簡単な構成にて暗所始動改善補助材料を保持することができる。
【００４８】
請求項２記載の無電極放電灯は、請求項１記載の無電極放電灯において、保持部は突出部の少なくとも一方に巻回する円筒状の金属メッシュとしたので、暗所始動改善補助材料を容易に無電極放電灯に装着、固定することができる。
【００４９】
請求項３記載の無電極放電灯は、請求項１又は２記載の無電極放電灯において、暗所始動改善補助材料は、セシウムを含む化合物であるので、暗所での無電極放電灯の始動性を特に改善することができる。
【００５０】
なお、上記説明で特に言及していない作用、効果等は第１の実施の形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態において金属メッシュを示す外観図である。
【図３】第１の実施の形態を示す回路図である。
【図４】第１の実施の形態の照明装置を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態を示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態を示す断面図である。
【図７】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　　バルブ
２　　　　空洞部
３　　　　誘導コイル
４　　　　突出部
５　　　　屈曲部
６　　　　保持部
７　　　　暗所始動改善補助材料
９　　　　高周波電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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