JP2001035438A - 蛍光ランプおよび蛍光ランプ用の電極アッセンブリの製造方法 - Google Patents

蛍光ランプおよび蛍光ランプ用の電極アッセンブリの製造方法

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JP2001035438A
JP2001035438A JP2000186152A JP2000186152A JP2001035438A JP 2001035438 A JP2001035438 A JP 2001035438A JP 2000186152 A JP2000186152 A JP 2000186152A JP 2000186152 A JP2000186152 A JP 2000186152A JP 2001035438 A JP2001035438 A JP 2001035438A
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cup
fluorescent lamp
electrode
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JP2000186152A
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R Kenneth Hutcherson
ケネス ハチャーソン アール
James A Gotay
エイ ゴテイ ジェームス
Joseph V Lima
ヴイ リマ ジョセフ
Louise D Cleary
デー クラーリー ルイーズ
Philip E Moskowitz
イー モスコウイッツ フィリップ
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低電圧で動作しそして外部のヒータ電力を必要
とすることなく動作する電極アッセンブリを備えた、小
径低圧蛍光ランプを提供する。 【解決手段】放電ランプは放電空間を規定するガラス筒
状体と、互いに対向するようにして放電空間内に取り付
けられた第1と第2の電極アッセンブリとを含む。各第1
の電極アッセンブリは各々自由端に電子放射材料片が取
り付けられた金属リード線を含み、各第2電極アセンブ
リは第1電極の一方および第1の電極上に設けられた電子
放射材料片を同軸的に取り囲むカップ状の管を含んでい
る。第2電極の管と、その内部の電子放射材料片とは、
両者間に環状の空隙を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は蛍光ランプに係り、より
詳しくは小径で低出力であるような特別なランプおよび
かかるランプのための電極アッセンブリの製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】放電空間を規定するガラス筒状体と、放
電空間内に互いに対向するように配置された一対の電極
アッセンブリとを備えた蛍光ランプを提供することは知
られている。各電極アッセンブリは、互いに近接して配
置されたアーク放電電極とグロー放電電極とを備えてい
る。電子放射材料片がアーク放電電極内に組み込まれて
おり、動作時に気化しアーク放電電極から放出されそし
てグロー放電電極により捕捉される。
【０００３】さらに、電子放射材料を内部に含む燒結体
を備えたアーク放電電極を設けることも知られている。
この方法は、例えば１９９４年４月１９日にＹ．Ｎｉｅ
ｄａに付与された米国特許第5,304,893号明細書に記載
されている。
【０００４】多くの従来の小径蛍光ランプは上記の形式
のものであり、かつ上記のような電極アッセンブリを備
えている。これらランプは高い動作電圧か、ある場合に
は電極を加熱するための別の電源を必要とする。電極が
低電圧でしかも外部的なヒーター電力なしに熱イオン的
に動作する小径の蛍光ランプについての要求がある。さ
らにかかるランプのための電極アッセンブリを製造する
方法についての付随的な要求もある。
【０００５】従来の冷陰極、小径（内径６ｍｍ以下）お
よび低圧（１００Ｔｏｒｒ以下）のランプは、ランプの
色の変化と、その後短時間の内に発生する、電極に近接
する個所でのガラス筒状体の破損のために限られた寿命
を持つに過ぎない。ランプの色の変化は、ガスの捕捉に
より起こることがつきとめられた。即ち、グロー放電電
極の近傍に漂うガスイオンが、大きなグロー放電電極の
電界内で加速され、そしてグロー放電電極表面内に突入
し、ときによりグロー放電電極の表面下に捕捉されてい
たガス粒子を遊離させるのである。ランプ内のガス原子
の減少は、放電電子エネルギーの分布をより高いエネル
ギーに推移させる。高エネルギー電子は、ガス原子内に
より高いエネルギーレベルを励起し、放射スペクトラム
の変化、即ち色の推移を生じる。必然的にガス捕捉を伴
なうスパッタリングは、電極およびスパッタ残留物から
金属原子を叩き出して漂流させ、ランプのガラス容器の
内面に堆積させる。金属コーティングに触れる放電は、
ガラスの表面に向かう多量の熱流束を発生する。グロー
放電電極の領域内を冷却すると、ガラスとスパッタされ
た金属との熱膨張特性の相違からランプのガラス筒状体
内に機械的な応力を引き起こす。異なる熱膨張は、ラン
プ管の破損を引き起こす。
【０００６】従って、電極アッセンブリがガスの捕捉を
行うことがなく、かつ従来の標準的な電極より長い寿命
を示す小径、低圧ランプについての要求がある。さら
に、かかるランプのための電極アッセンブリを製造する
方法についての要求もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、低電圧で動作しそして別のヒータ電源を必要とする
ことなく動作する電極アッセンブリを備えた、小径低圧
蛍光ランプを提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、かかる小径低圧ラン
プのための電極アッセンブリを製作する方法を提供する
ことにある。
【０００９】本発明のさらなる目的は、ガスの捕捉を起
こすことがなく、長い動作寿命を可能とする電極アッセ
ンブリを備えた小径低圧蛍光ランプを提供することにあ
る。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、かかる小径低
圧蛍光ランプのための電極アッセンブリの製造方法を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記のそして以下におい
て明らかとなる他の目的を視野において、本発明の特徴
は、放電空間を規定するガラス筒状体と、前記放電空間
内に互いに対向するように設けられた第1および第2の電
極アッセンブリとを備え、電極アッセンブリの各々は第
1と第2の電極を備えている蛍光ランプを提供することに
ある。第１電極の各々は、自由端に電子放射材料片を取
り付けた金属リード線を含んでいる。第2電極の各々
は、第1の電極の１つと第1の電極上に設けられた電子放
射材料片とを同軸的に取り囲むカップ状の管と、第２電
極カップ状の管と、カップ状の管の内部に設けられて管
との間に環状の空隙を形成する電子放射材料片とを含
む。
【００１２】本発明のさらなる特徴に従えば、小径低圧
放電ランプのための電極アッセンブリを製造するための
方法が提供される。この方法は、自由端を有する金属リ
ード線を準備し、電子放射材料を入れた溶液の中に線の
自由端を浸漬し、リード線を金属管の中に、リード線の
自由端とその上の放射材料とが管の中に入り込むように
かしめ付け、管、リード線およびリード線上の放射材料
片を真空中で加熱し、そしてリード線を蛍光ランプのガ
ラス筒状体に封着するステップを含む。
【００１３】本発明のさらに他の特徴に従えば、小径低
圧蛍光ランプのための電極アッセンブリを製造するため
の方法が提供される。この方法は自由端を有するリード
線を準備し、リード線をカップ状の耐熱ガラス管内に、
リード線の自由端をリード線がカップ状の管の、幅方向
においてほぼ中央に位置するよう封止し、電子放射材料
が入れられた液状溶融物内にリード線の自由端を浸漬す
るステップを含む。
【００１４】
【発明の実施の態様】上記のそしてその他の本発明の特
徴を、装置および方法のステップの構成ならびに種々の
組み合わせを含めて、添付の図面を参照して詳細に記述
しそして請求項に指摘することとする。本発明を具体化
している特別の装置と方法とは、あくまでも代表例であ
って、本発明を限定するものではないことを理解された
い。本発明の原理と特徴は、発明の範囲を離れることな
く種々のそして多くの実施例に使用可能である。
【００１５】図１を参照するに、代表的な蛍光ランプは
蛍光物質１４で覆われた内表面１２を持つガラス筒状体
１０を備えている。電極アッセンブリ１６、１８が筒状
体１０の内部に取りつけられそしてそれらは管の両端に
位置付けられている。リード線２０が、筒状体１０の両
端を通して延びている。ネオンのようなガスが、ガラス
筒状体１０の内部に封入されている。
【００１６】図２を参照すると、電極アッセンブリ１
６、１８のために、それぞれリード線２０が設けられ、
これら線が部分的に第１の電極を構成し、そして全体的
にカップ状をなし、代表的にニッケルおよびタングステ
ンから成り、第２電極を構成する電極２２を備えている
ことが解る。第２電極２２を構成するために、ニッケル
とタングステンの混合物が圧縮モールドされあるいは型
を用いてカップ状に圧縮されそして燒結される。貫通孔
２４が、軸方向にカップ状の第２電極２２の閉鎖端を貫
通して設けられている。第１の電極リード線２０を、貫
通孔２４を通過させた後に、電極の閉鎖端を半径方向の
内方に、リード線がカップ状の第２電極２２内に保持さ
れるようかしめ付ける。
【００１７】第１電極２６はリード線２０と、リード線
により支持される燒結金属体２８とを含んでいる。金属
体２８はタングステン粉末を混合したバリウムで形成さ
れる。粉末混合物は、リード線２０の端部がその内部に
埋め込まれるようにして円筒状に圧縮成形されるか型押
しされる。この筒状の金属体２８は、次いでアーク放電
電極である第１電極２６を完成するべく燒結される。粉
末混合物内に、さらにセシウムおよび／または硼化ラン
タンの粉末混合物を添加することも公知である。
【００１８】図２に示す形式の電極を備えたランプは、
第１と第２電極との間のアークがグロー放電カップの端
部近傍に形成されることから、限られた寿命しか示さな
い。
【００１９】図３は、電極アッセンブリを備えた代表的
なかつ改良されたランプを示す。第１電極はリード線２
０と、リード線２０の自由端上のジルコン酸バリウムの
ような放射材料片３０とを含んでいる。放射材料片３０
は、放射材料を分散した液体溶液内にリード線２０の端
部を浸すことによりリード線２０の端部に設けられる。
金属管３２が、カップ状の第２電極２２を形成するべ
く、リード線２０上に、放射材料片３０が金属管３２内
にぴたりと嵌るようにかしめ付けられる。
【００２０】放射材料片を持つリード線２０を金属管３
２内にかしめ付けた後、電極アッセンブリ１６，１８
を、１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力ならびに約８００℃のピ
ーク温度において真空焼成する。電極アッセンブリ１
６，１８を、次いでランプのガラス筒状体１０内に封着
し、該部材をアルゴン、ネオンおよび／または水銀のよ
うな放電ガスで満たす。
【００２１】電極管３２と放射材料片３０とは、両者間
に環状の空隙を形成する。管３２の長さと直径とは、熱
イオン操作に先立って、放射材料部材３０の前方（図３
において左方）の空所３４内において、金属管内でのグ
ロー放電の開始を助勢するように選ばれる。電極２２
は、ランプ点灯時のスパッタリング損傷を最小化する。
【００２２】放射材料片３０の前方の中空金属管３２
は、一層効率的なイオン化を可能とし、このためには放
電を管３２の外側ではなくて内側において開始すべきで
あると信ずる。外側で開始すると、短時間の内に端部の
黒化とランプの寿命切れが起こる。中空体３４の直径に
対する長さの比を大きくすると、中空体３４からのそし
てランプ壁１０への放射体３０の搬送比が低下する。中
空体３４内に放射材料が長く残っていればいるほど、電
極の動作関数はより長時間にわたって低く留まり、その
結果電極の寿命はより一層長くなる。中空体の直径に対
して長さを延長するときは、さらに、ガスの熱伝導およ
び放射による冷却に伴なう放射体の冷却率が低下する。
かくして放射体は低い電流そして低い所要電力において
熱イオン的な動作が可能となる。
【００２３】ある範囲内の管内径および長さにおいて、
金属管３２の内部に、一層高い電子密度が得られること
が判った。高い電子密度を得るためには、さらなるイオ
ン化を引き起こすに足りるエネルギーを持つ電子を生成
すべく管３２内でイオン化現象が起こらねばならない。
これは、管の内表面３８を離れる電子が、それらが反対
側の管壁に到達した際、ガスイオン化に必要なエネルギ
ーより大きなエネルギーを持たねばならないことを意味
する。この条件はキャップ内径に上限を与える。管３８
の内面を離れる電子は、反対側の管壁に到達する前にあ
る程度のエネルギーを失わねばならない。さもなければ
電子は反対側の管壁に突入してしまい、もはやそのエネ
ルギーをイオン化のために利用することができなくな
る。このことは、管壁から管壁への飛行の間に中性のガ
ス原子と少なくとも１度（好ましくは数度）弾性的な衝
突をせねばならないことを意味する。この条件はカップ
の内径に対し下限値を規定する。最後に、富化したイオ
ン化を行うため、従って大きな電子密度を得るために
は、電子が開放端を通して逃げるより、管３２内に滞留
するようにせねばならない。中空の第２電極２２内での
電子の捕捉効率は、概略内部カソード表面域の、全表面
域（あらゆる開口を含む）に対する比で与えられる。中
空金属管３２内でのランプ放電をうまく扱いそして熱イ
オンの放射を開始するためには、従ってランプの寿命を
延ばすには、中空のグロー放電電極が、内部にネオンガ
スを充填した筒状体１０内で使用するために、２．０〜
２．５より大きなＬ／Ｄ比を持つこと、即ち長さＬ（図
４）が内径Ｄの２〜２．５倍の大きさであらねばならな
いことが判った。
【００２４】図４を参照すると、同等の構成を持つラン
プが、リード線２０上に封着された耐熱ガラスのガラス
管４０を含む第２電極を備えることが判る。ガラス管４
０は約１０ｍｍの全長と、約２．５ｍｍの外径と、約
１．５ｍｍの内径とを持っている。リード線２０は、好
ましくはモリブデンからなりそして約０．５ｍｍの直径
を持っている。ガラス／金属封着は、天然ガス＋酸素炎
を用い、窒素通流雰囲気内において行われる。
【００２５】製造時、リード線２０は耐熱ガラス管４０
内に封着される。ガラス管４０内にあるリード線２０の
端部は、それからＢａＺｒＯ3／ニトロセルロースバイ
ンダスラリのような電子放射材料内に、リード線２０の
端部を放射材料で覆うべく浸漬される。バインダを除去
しそしてガラス管内の残留応力を除くため、電極アッセ
ンブリは約３０分間（昇温時間１時間）にわたり１０-5
Ｔｏｒｒ以下の圧力において、約５００℃で真空焼成さ
れる。電極アッセンブリは、それからリード線２０の短
寸の部分４２がガラス管４０とランプシール４４との間
に露出したままになるようにして、蛍光ランプのガラス
筒状体１０の端部内に封着される。
【００２６】動作時、ガラス製のカップ状の管４０は放
電アタッチメントを中心リード線２０に向かって付勢し
そしてスパッタ残留物を中空体３４内に閉じ込める。そ
の効果は、電極アッセンブリが、標準的なニッケル（Ｎ
ｉ）カップ電極アッセンブリと比較して、ガス捕捉のた
めの表面領域が３分の１以下であることにある。利用可
能な表面が一度捕捉したガス原子で飽和されると、更な
るガス原子ボンバードメントは付加的なガス原子を捕捉
しつつ、捕捉済の原子を放出するかのごとく進行する。
かくしてガスの捕捉は実質上終了する。さらにスパッタ
残留物がランプのガラス筒状体１０に到達するのが阻止
され、かくしてアークによる損傷、異なる熱膨張および
付属するランプの破損を防止することができる。
【００２７】図５は、１０個の標準的なＮｉ電極と、３
個のガラス電極との間の、ランプ寿命テストの結果を比
較して示す。ニッケル電極については約１２００時間の
平均的寿命が、そしてガラス電極に関しては約２５００
時間の最低寿命が得られた。
【００２８】加えて、上記の電極は、代表的な熱イオン
電極より低い電流において、熱イオン的に動作可能であ
る。ガラスカップは熱を伝達せず、従って、少ない消費
電流下で、低温において熱イオン的に動作する。
【００２９】図６および７は代替的な実施例を示す。こ
の場合には耐熱ガラス管４０と蛍光ランプのガラス筒状
体１０が一体化されており、従ってランプの筒状体１０
の両端部が電極アッセンブリのガラス管４０として働
く。ランプのガラス筒状体１０は、図７に示すように小
径のカップ状の管５０を形成しあるいは代わりに大きな
強度を得るために小さな内径ならびに大きな外径を持つ
カップ状の管５２が成形されている。
【００３０】図８はさらなる代替的な実施例を示し、こ
の場合には、ガラス管４０が個別の部品として形成さ
れ、ランプのガラス筒状体１０に溶着されている。
【００３１】本発明はここに述べられおよび／または示
された特別な構造ならびに方法のステップに限定される
ものではなくて、請求項の範囲内に含まれるあらゆる変
形ならびに均等物を含むことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の代表的な蛍光ランプの部分的
な縦断面図である。
【図２】図１に示すのと同種のランプに使用される従来
の電極アッセンブリの縦断面図である。
【図３】図１に示すランプに使用される改良された電極
アッセンブリの縦断面図である。
【図４】図１に示すランプに使用される、代替的なかつ
改良された電極アッセンブリの部分的縦断面図である。
【図５】公知の電極アッセンブリを持つランプと、図４
に示す電極アッセンブリを持つランプの寿命を比較して
示す線図である。
【図６】図４に示すものと類似した電極アッセンブリを
示す縦断面図である。
【図７】図４に示すものと類似した電極アッセンブリを
示す縦断面図である。
【図８】図４に示すものと類似した電極アッセンブリを
示す縦断面図である。
【図９】図３の電極アッセンブリを製造するための方法
の代表的なフローチャートである。
【図１０】図４の電極アッセンブリを製造するための方
法の代表的なフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ガラス筒状体 １２ 内表面 １４ 蛍光物質 １６，１８ 電極アッセンブリ ２０ リード線 ２２ 第２電極 ２４ 貫通孔 ２６ 第1電極 ２８ 燒結金属体 ３０ 電子放射材料片 ３２ 金属管 ３４ 中空体 ３８ 内表面 ４０ ガラス管 ４４ ランプシール ５０，５２ カップ状の管
フロントページの続き (72)発明者 ジェームス エイ ゴテイ アメリカ合衆国 01850 マサチュセッツ ロ−ウェル マンレー ストリート 19 (72)発明者 ジョセフ ヴイ リマ アメリカ合衆国 01970 マサチュセッツ サレム ピバーン アヴェニュー ３ (72)発明者 ルイーズ デー クラーリー アメリカ合衆国 01970 マサチュセッツ サレム メイソン ストリート 91 (72)発明者 フィリップ イー モスコウイッツ アメリカ合衆国 01833 マサチュセッツ ジョージタウン サーロウ ストリート 12

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】放電空間を規定するガラス筒状体と、 前記放電空間内に互いに対向して配置された、それぞれ
    第１の電極と第２の電極とを含む第１と第２の電極アッ
    センブリとを備え、 前記第１の電極はそれぞれ、それらの自由端上に配置さ
    れた電子放射材料片を持つ金属リード線を含み、 前記第２の電極はそれぞれ前記リード線と、リード線上
    に設けられた電子放射材料片とを同軸的に取り囲むカッ
    プ状の管を備え、該カップ状の管とその内部に位置する
    電子放射材料片とは両者間に環状の空隙を形成しそして
    前記電子放射材料片はカップ状の管の開口部から隔てら
    れている蛍光ランプ。
  2. 【請求項２】カップ状の管が、その内径の約２．０〜
    ２．５倍の長さを持つ請求項１記載の蛍光ランプ。
  3. 【請求項３】電子放射材料片を、カップ状の管の開口部
    と閉鎖端とのほぼ中間位置に配置した請求項１記載の蛍
    光ランプ。
  4. 【請求項４】電子放射材料片が、バリウムを含有する放
    射材料を含む請求項１記載の蛍光ランプ。
  5. 【請求項５】バリウムを含有する放射材料がジルコン酸
    バリウム（ＢａＺｒＯ3）を含む請求項１記載の蛍光ラ
    ンプ。
  6. 【請求項６】リード線がモリブデン（Ｍｏ）からなり、
    約０．５ｍｍの直径を有する請求項１記載の蛍光ラン
    プ。
  7. 【請求項７】第２電極が、リード線上にかしめつけられ
    た金属管を含む請求項１記載の蛍光ランプ。
  8. 【請求項８】カップ状の管が各々リード線上に封着され
    た耐熱ガラスからなる請求項１記載の蛍光ランプ。
  9. 【請求項９】ガラス製のカップ状の管が約１０ｍｍの全
    カップ長を有し、そしてリード線の自由端が管の閉鎖端
    から約５ｍｍの位置に置かれる請求項８記載の蛍光ラン
    プ。
  10. 【請求項10】カップ状の管が、各々約２．５ｍｍの外径
    を有する請求項９記載の蛍光ランプ。
  11. 【請求項11】リード線が各々ガラス筒状体中に封着さ
    れ、そしてカップ状の管の閉鎖端が筒状体の端部から約
    １mm離れている請求項８記載の蛍光ランプ。
  12. 【請求項12】カップ状の管が、各々ガラス筒状体の一部
    を含んでいる請求項８記載の蛍光ランプ。
  13. 【請求項13】カップ状の管の各々が、ガラスの筒状体内
    に溶かし込まれている請求項８記載の蛍光ランプ。
  14. 【請求項14】自由端を有するリード線を準備し、 電子放射材料を入れた液状溶融物内にリード線の自由端
    を浸漬し、 リード線を金属管内に、リード線の自由端と、その上に
    設けた放射材料片とが管の内部に入り込むようにかしめ
    付け、 管、リード線および線上の電子放射材料を真空中で加熱
    し、 リード線を蛍光ランプのガラス筒状体内に封着するステ
    ップを備えた、蛍光ランプのための電極アッセンブリの
    製造方法。
  15. 【請求項15】自由端を有するリード線を準備し、 リード線をカップ状の耐熱ガラス管内に、リード線の自
    由端をリード線がカップ状の管の、幅方向においてほぼ
    中央に位置するよう封着し、 放射材料を入れた液状溶融物内にリード線の自由端を浸
    漬し、 管、リード線および線上の放射材料片を真空中で加熱す
    るステップを備えた、蛍光ランプのための電極アッセン
    ブリの製造方法。
  16. 【請求項16】管と、リード線上の放射材料片とが両者間
    に環状の空隙を形成し、この環状の空隙が、管内径の約
    ２倍の長さを有する請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項17】リード線がモリブデンからなり、約０．５
    ｍｍの直径を有し、カップ状の管が約１０ｍｍの全長と
    約２．５ｍｍの外径を持ち、そして放射材料片がカップ
    状の管の開口端および閉鎖端のいずれよりも長さの中心
    に近接して配置される請求項１５記載の方法。
JP2000186152A 1999-06-22 2000-06-21 蛍光ランプおよび蛍光ランプ用の電極アッセンブリの製造方法 Pending JP2001035438A (ja)

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