JP2002110084A

JP2002110084A - 放電ランプ装置

Info

Publication number: JP2002110084A
Application number: JP2000296001A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Takahara; 雄一郎高原
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】極輝点の温度による不具合を生じない酸窒化
物系の電子放射性物質を用いた放電ランプを提供する。【解決手段】アルカリ土類元素と遷移金属元素の複合
酸窒化物を主体とする電子放射性物質およびこの電子放
射性物質を担持する導電性基体を有する一対の電極、こ
の一対の電極が両端に封装された透光性放電容器、なら
びにこの透光性放電容器の内部に封入されたイオン化媒
体を備えた放電ランプを、定常点灯時の前記電極の電子
放射性物質を担持する導電性基体の一部に形成される陰
極輝点の最高温度が１０００℃以上、１３００℃以下の
温度範囲で使用する。導電性基体の一部に形成される
陰極輝点の最高温度を１０００℃以上として放電維持に
必要な量の熱電子が得られて安定してアーク放電状態が
維持されるようにし、陰極輝点の最高温度を１３００℃
以下として急激な窒素の解離を抑えて、放電電圧の上昇
や発光強度の低下を抑制した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放射性物質を
有する電極を備えた放電ランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から放電ランプには、始動特性、発
光効率を良くするために、例えば陰極となるタングステ
ンのコイルフィラメントに電子放射性物質（エミッタ）
を被着させることが行われており、電子放射性物質とし
ては、主にバリウム単独ではなく、バリウム、ストロン
チウム、カルシウムの混合物の酸化物（（Ｂａ，Ｓｒ，
Ｃａ）Ｏ）が使用されており、酸化バリウム（ＢａＯ）
のようなアルカリ土類金属酸化物も使用されている。こ
のようなアルカリ土類金属の酸化物からなる電子放射性
物質を被着した熱陰極は、電極表面から放電空間に必要
数の電子を放出するための陰極降下電圧が１１Ｖ程度
で、液晶バックライト用などで用いられている冷陰極を
備えた放電ランプの陰極降下電圧が１００〜２００Ｖ程
度の範囲であることに比較すると格段に低く、このため
発光に寄与しない陰極損失が少なく、このため高いラン
プ効率が得られるという利点がある。

【０００３】ところで、上記アルカリ土類金属の酸化物
は、大気中では化学的に不安定で、これらの酸化物をバ
インダーおよび溶剤に分散させた塗布液をコイルフィラ
メント電極上に塗布し乾燥させたのでは電子放射性物質
が所期の効果を発揮せず、このため、上記アルカリ土類
金属の炭酸塩をコイルフィラメント表面に被着させ放電
ランプの製造工程における排気プロセスの後半で真空中
か、不活性ガス雰囲気中で加熱し熱分解により炭酸塩を
酸化物とする方法が採られている。すなわち、従来のア
ルカリ土類金属の酸化物をコイルフィラメント上に被着
させる方法は、アルカリ土類金属の炭酸塩をバインダー
とともに溶剤に分散させた塗布液をコイルフィラメント
上に塗布して乾燥し、これを放電ランプの製造工程にお
ける排気プロセスの後半に真空中か不活性ガス雰囲気中
で短時問１２００℃程度に加熱して次の反応によりアル
カリ土類金属の炭酸塩を酸化物に分解して活性化する方
法が採られていた。ＢａＣＯ_３ → ＢａＯ＋ＣＯ_２このアルカリ土類金属の炭酸塩の加熱は、通常、アルカ
リ土類金属の塩を被着させたコイルフィラメントに電流
を流したり、あるいはこのコイルフィラメントを放電さ
せることによって行われている。

【０００４】しかしながら、このようなコイルフィラメ
ントの加熱により分解できるアルカリ土類金属の炭酸塩
の量には限界があり、電子放射性物質を多く必要とする
場合には分解不足や加熱過剰が生じて電極としての必要
な電子放射特性が得られなくなる。このため、コイルフ
ィラメントに被着できる電子放射性物質の量は制限され
る。一方、電子放射性物質は放電ランプの点灯時間の経
過に伴い消耗され、この電子放射性物質の枯渇により放
電ランプは寿命を迎える。したがって、電子放射性物質
の被着量は、放電ランプの寿命が制限に影響し、ランプ
寿命特性が決まる一因となっている。また、コイルフィ
ラメントを被着された炭酸塩を加熱分解可能な形状、寸
法のものにしなければならないため、ランプの形状が制
限され細管などに使用するのが難しいという問題があっ
た。さらに、この加熱分解工程で発生する二酸化炭素Ｃ
Ｏ_２は、放電ランプの特性に影響を与えるため透光性放
電容器外へ完全に排出しなければならないという問題も
ある。すなわち、ＣＯ_２が透光性放電容器内に残留する
と、ＣＯ_２は分子性のガスで低いエネルギー準位の振動
・回転励起を起こすため、水銀Ｈｇの励起を妨げて発光
効率を著しく低下させ、また放電ランプの絶縁破壊を起
こして始動電圧を上昇させ場合によっては蛍光ランプが
点灯しないという問題を生ずる。また、ＣＯ_２は、放電
空間内でＣＯとＯとに解離し、余ったＯがＨｇと結合し
てＨｇＯを生成し、このＨｇＯは透光性放電容器の内面
に付着して放電に寄与しない消費水銀となり、さらに透
光性放電容器の内面に付着したＨｇＯは黒化して外観を
損ない光束低下をもたらすという問題がある。さらに、
ＣＯ_２が透光性放電容器内に残留すると陽光柱が揺れる
いわゆるスネーキング現象を生じて放電を不安定にする
という問題もある。

【０００５】一方、このようにコイルフィラメントに被
着させたアルカリ土類金属の炭酸塩を酸化物に加熱分解
することにより生ずる問題を回避するため、このような
加熱分解を必要としない電子放射性物質が提案されてい
る。このような電子放射性物質としては、アルカリ土類
金属と、チタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブなど
の遷移金属を主とし、これらを雰囲気炉内で焼結するこ
とによって得られる酸化物／窒化物からなる材料を主材
料とした熱陰極電子放射性物質がある（特開平６−２６
７４０４号公報、特表平９−５０７９５６号公報）。こ
のような電子放射性物質としては、例えばＢａＴａＯ_３
（タンタル酸バリウム）、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸
バリウム）、ＢａＺｒＯ_３（ジルコニウム酸バリウ
ム）、ＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）、Ｂ
ａ_０．５Ｓｒ_０．５ＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）
のような酸化物やＢａＴａＯ_２Ｎのような酸窒化物が例
示される。このような焼結型の電子放射性物質は、大気
中でも比較的安定なため、上述した炭酸塩を使用した電
子放射性物質と異なり、（１）分解解工程が不要なためランプ製造工程を簡略化
できる。（２）分解による炭酸ガスの発生がないのでランプ内に
不純ガスが残留する可能性が小さくランプ特性が安定す
る。（３）タングステンのコイルフィラメントなどの特定の
保持構造にする必要がないので、細管ランプなどにも対
応できる。という利点を有している。特に、ＢａＴａＯ_２Ｎのよう
な酸窒化物系の電子放射性物質は、電子放出能力が優れ
ており、これを用いた放電電極は、ＢａＯのような電子
放射性物質を使用した放電ランプと同様に、その一部に
陰極輝点と呼ばれる温度の高い部分が形成され、熱電子
放出により放電維持に必要な電子を放出することで、効
率の良い放電ランプを提供することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、かかる酸
窒化物系の電子放射性物質を電子放射性物質として用い
た放電ランプにつき、研究を重ねたところ、酸窒化物系
の電子放射性物質を用いた放電ランプでは、陰極輝点温
度が所定の温度範囲から外れると不具合が生じることを
発見した。電子放射性物質から放出される電子は電磁力
によって収束して電極の一箇所からのみ放出されるよう
になり、この電子が集中的に放出される電極部分は他の
部分より温度が上昇して陰極輝点となるが、酸窒化物系
の電子放射性物質を用いた放電ランプにおいて、陰極輝
点の温度が低くなると放電に必要な熱電子を放出できな
くなるためアーク放電からグロー放電への逆転移が生じ
るようになり、グロー放電に転移すると陰極降下電圧が
高い為、ランプが点灯しなくなったり、イオンスパッタ
リングによる電子放射性物質の飛散が激しくランプの管
端が黒化して短寿命となり、逆に、陰極輝点温度が高く
なり過ぎると、アーク放電は維持されるものの窒素の解
離が進んで、放電空間中に窒素分子（Ｎ_２）が多量に放
出されて放電に悪影響を及ぼすようになり、放電維持電
圧が高くなったり、放電ランプの発光温度が低くなった
りするという問題が発生するのである。本発明は、上記
課題に鑑みなされたものであり、酸窒化物系の電子放射
性物質を備えた電極を有する放電ランプの放電を安定さ
せた放電ランプ装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の放電ランプ装
置は、アルカリ土類元素と遷移金属元素の複合酸窒化物
を主体とする電子放射性物質およびこの電子放射性物質
を担持する導電性基体を有する一対の電極、この一対の
電極が両端に封装された透光性放電容器、ならびにこの
透光性放電容器の内部に封入されたイオン化媒体を備え
た放電ランプと；前記電極の導電性基体の一部に形成さ
れる定常点灯時の陰極輝点最高温度が１０００〜１３０
０℃となるように前記放電ランプを点灯させる点灯装置
と；を具備していることを特徴とする。点灯装置は、高
周波インバータや鉄心形安定器を含むものであり、定常
点灯時の陰極輝点最高温度が１０００〜１３００℃とな
るようにランプ電圧、ランプ電流を出力するように構成
されている。酸窒化物系の電子放射性物質を真空中で加
熱したときの陰極輝点の最高温度が１０００℃より低い
と、放電維持に必要な量の熱電子が得られなくなり、こ
のような陰極輝点の最高温度が低い状態で動作しようと
するとアーク放電状態を維持できずにグロー放電に逆転
移するようになる。グロー放電に逆転移するとグロー放
電中の陰極降下電圧が高く、イオンスパッタリングによ
る電子放射性物質の飛散が激しいためランプが寿命とな
る。逆に陰極輝点の最高温度が１３００℃を超えると急
激に窒素の解離が進行するようになり、このような陰極
輝点の最高温度が高い状態で動作しようとすると、放電
空間中に窒素が放出されるために、放電電圧が上昇した
り、発光強度が小さくなって、ランプの寿命が短くな
る。

【０００８】請求項２記載の放電ランプ装置は、請求項
１の放電ランプ装置において、電子放射性物質は、Ｂ
ａ，Ｓｒ及びＣａから選ばれた少なくとも一種のアルカ
リ土類元素を含むことを特徴としている。またアルカリ
土類元素としては、Ｂａ，Ｓｒ，ＣａおよびＭｇからな
るグループから選択された少なくとも一種であってもよ
い。

【０００９】請求項３記載の放電ランプ装置は、請求項
１又は２記載の放電ランプ装置において、電子放射性物
質は、Ｔａ，Ｖ及びＮｂから選ばれた少なくとも一種の
遷移金属元素を含むことを特徴とする。遷移金属元素と
しては、Ｔａ、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｙ，Ｗ，Ｃｅ，Ｎ
ｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｈｆ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＬａ
からなる群から選択された少なくとも一種の元素が例示
されるが、特に、Ｔａ，Ｖ及びＮｂから選ばれた少なく
とも一種の元素を含む遷移金属元素が好適している。こ
れらのアルカリ土類元素および遷移金属元素は、複合酸
窒化物を形成しており、特に、一般式（Ａ）（Ｔａ_１−ｘ，Ζｒ_ｘ）（Ｏ_２＋ｘ，Ｎ
_１−ｘ）ただし、Ａ＝Ｂａ，Ｃａ又はＳｒ、ｘ＝０〜０．５で表
される複合酸窒化物が電子放射性物質として好適である
が、本発明はこのような式で表される複合酸窒化物に限
定されるものではない。この式のように遷移金属として
Ｔａの他にΖｒが含まれていると、電子放射性物質の抵
抗率が大きくなる。

【００１０】請求項４記載の放電ランプ装置は、請求項
１乃至３のいずれか一項記載の放電ランプにおいて、電
子放射性物質は、ＢａとＴａの複合酸窒化物の微粒子を
凝集させた平均粒子径がほぼ１μｍの多孔質の２次粒子
からなることを特徴とする。電子放射性物質の２次粒子
の平均粒径が１０μｍ以下であると、表面状態が電子放
出に適してくることにより、仕事関数が小さくなるの
で、始動電圧が低下する。特に、電子放射性物質の２次
粒子の平均粒径が１０〜５００ｎｍであると、少ないグ
ロー放電電力でもグロー・アーク転移が行われるので、
電子放射性物質の消耗が少なくなる。なお、電子放射性
物質の２次粒子の平均粒径が１０ｎｍ未満になると、製
造の困難性が高くなるとともに、Ｈ_２Ｏ，Ｏ_２などの
吸着が生じやすくなるため、電子放射性物質の塗布液を
調整して電子放射性物質を導電性基体に担持させる際
に、電子放射性物質中に溶剤の残留が発生しやすくなる
ので、注意しなければならない。なお、２次粒子の平均
粒径が５００ｎｍを超えると、少ないグロー放電電力で
グロー・アーク転移が行われる効果が得られにくくなる
が、仕事関数が小さくなることによる良好な始動性は得
られる。さらに、始動電圧を低下させるためであれば、
２次粒子の平均粒径は０．３〜１０μｍの範囲が好適で
ある。しかし、２次粒子の平均粒径が１０μｍを超える
と、始動電圧が上昇するので、不可である。

【００１１】さらに、本発明の電子放射性物質は、有色
のものが多く、したがって赤外線放射率（エミシビテ
ィ）が大きい。このため、上記電子放射性物質を担持し
ている電極の近傍に補助アマルガムを配設すると、補助
アマルガムが本発明電子放射性物質から放射される赤外
線により加熱され、昇温速度が早くなる。そして、補助
アマルガムからの水銀放出が促進されるので、早期に水
銀蒸気圧が上昇して光束立ち上がりが早くなる。これに
対して、炭酸塩形電子放射性物質はほぼ白色のものが多
く、上述の効果は得られない。本発明の導電性基体は、
適度な導電性を備えていて、本発明電子放射性物質を担
持する部材であれば、どのような材料によって構成され
ていてもよい。しかし、Ｔａ、Ｗなどの遷移金属金属か
らなるものが好適である。導電性基体の形状および構造
は、本発明の電子放射性物質を担持できればどのような
ものでもよいが、本発明の電子放射性物質が微粒状であ
ることから、炭酸塩形電子放射性物質におけるのと同様
にタングステンのコイルフィラメント状をなしているこ
とにより、通電加熱を行えるので、好都合である。この
場含に、コイルフィラメントは、従来から放電ランプに
おいて用いられているものを流用することができる。ま
た、筒状をなす部分を備えた導電性基体を用いることが
できる。さらに、導電性金属からなる多孔質体を主体と
する導電性基体を用いて、本発明電子放射性物質を多孔
質体に充填することにより担持させることもできる。そ
うして、導電性基体は、本発明の電子放射性物質を担持
するとともに、必要に応じて透光性放電容器の両端に封
着された導入線に接続して支持される。

【００１２】さらに、電極の配設について説明する。透
光性放電容器の端部に電極を配設するには、フレアシー
ル、ビートシール、ボタンシール、ピンチシールなどの
常法にしたがって透光性放電容器に封装すればよい。な
お、交流点灯する形式の放電ランプの場合、一般的には
一対の電極の両方に電子放射性物質を備えた電極が用い
られる。また、直流点灯形の放電ランプの場合には、陰
極となる電極にのみ本発明の電子放射性物質を用いれば
よい。陽極となる電極には電子放射性物質を担持させる
必要はない。本発明の導電性基体は、熱電極であり、タ
ングステンのコイルフィラメント、特にタングステンの
トリプルコイルフィラメントが適しているがこれに限定
されない。

【００１３】請求項５記載の放電ランプ装置は、請求項
１乃至４のいずれか一項記載の放電ランプ装置におい
て、導電性基体が、コイルフィラメントであることを特
徴とする。

【００１４】請求項６記載の放電ランプ装置は、請求項
５記載の放電ランプ装置において、前記コイルフィラメ
ントが、高融点導電性軸体を中心に巻回するように配置
されており、この導電性軸体の先端が前記透光性放電容
器内の放電空間側へ突出していることを特徴とする。

【００１５】請求項７記載の放電ランプ装置は、請求項
１乃至６のいずれか一項記載の放電ランプ装置におい
て、透光性放電容器が内径１０ｍｍ以下のガラスバルブ
からなることを特徴とする。本発明の放電ランプ装置は
製造工程において、電子放射性物質形成のための加熱分
解工程を必要としないので、フィラメントコイルは必須
でないためガラスバルブの小さくすることが可能であ
り、この場合には透光性放電容器としては、内径１０ｍ
ｍ以下のガラスバルブが適している。

【００１６】

【作用】請求項１の放電ランプ装置は、導電性気体に、
アルカリ土類元素と遷移金属元素の複合酸窒化物を主体
とする電子放射性物質を担持させるとともに、定常点灯
時に陰極の一部に形成される陰極輝点の最高温度が１０
００℃以上１３００℃以下としたので、放電維持に必要
な量の熱電子が得られて安定してアーク放電状態を維持
することができ、陰極輝点の最高温度を１３００℃以下
としたので急激に窒素の解離が進行するようなことがな
く、放電電圧が上昇したり、発光強度が小さくなって、
ランプの寿命が短くなるという問題が生じない。

【００１７】請求項２記載の放電ランプ装置では、電子
放射性物質は、アルカリ土類元素としてＢａ，Ｓｒ及び
Ｃａから選ばれた少なくとも一種の元素を含んでいる。
このようにアルカリ土類元素としてＢａ，Ｓｒ及びＣａ
から選ばれた少なくとも一種の元素を含む請求項２記載
の放電ランプ装置では、良好な電子放射特性を有する放
電ランプ装置を提供することができる。

【００１８】請求項３記載の放電ランプ装置は、請求項
１または２記載の放電ランプにおいて、電子放射性物質
は、該電子放射性物質を構成する遷移金属元素としてＴ
ａ，Ｖ及びＮｂから選ばれた少なくとも一種の元素を含
んでおり、これによって良好な電子放射特性を有する放
電ランプ装置を提供することができる。

【００１９】請求項４記載の放電ランプ装置は、請求項
１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ装置におい
て、電子放射性物質は、ＢａとＴａの複合酸窒化物の微
粒子を凝集させた平均粒子径がほぼ１μｍの多孔質の２
次粒子からなることを特徴としている。このように本発
明における電子放射性物質は、平均粒径１０μｍ以下で
あるから、所期の低い始動電圧を得ることができる。も
ちろん、上記の平均粒径であれば、コイルフィラメント
による担持に問題はない。

【００２０】請求項５記載の放電ランプ装置は、請求項
１乃至４のいずれか一項記載の放電ランプ装置におい
て、導電性基体が、コイルフィラメントであることを特
徴とする。すなわち、導電性基体がコイルフィラメント
であることにより、電極の予熱が容易である。コイルフ
イラメントとしては、ダブルコイルフイラメント、トリ
プルコイルフィラメントまたはステイックコイルフィラ
メントなどを用いることができる。さらに、従来の酸化
物の電子放射性物質を用いる場合と同様な方法によって
導電性基体に担持させることができるから、従来の製造
設備をそのまま、または１部手直しして流用することが
できる。

【００２１】請求項６記載の放電ランプ装置は、請求項
５記載の放電ランプ装置において、前記コイルフィラメ
ントが、高融点導電性軸体を中心に巻回するように配置
されており、この導電性軸体の先端が前記透光性放電容
器内の放電空間側へ突出しているので、始動時のスパッ
タリングを軽減でき、放電ランプ装置の短寿命化を防ぐ
ことができる。

【００２２】請求項７記載の放電ランプ装置は、請求項
１乃至６のいずれか一項記載の放電ランプ装置におい
て、透光性放電容器が内径１０ｍｍ以下のガラスバルブ
からなることを特徴とする。このように、本発明は、管
径１０ｍｍ以上の透光性放電容器を備える放電ランプに
対して特に好適である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
に係る放電ランプ装置について説明する。本実施の形態
では、放電ランプ装置に組み込む放電ランプとして蛍光
ランプを使用して説明する。図１は、本発明の実施の形
態に係る蛍光ランプを一部省略して概略的に示す部分断
面図である。本実施の形態の蛍光ランプは、図１に示す
ように、透光性放電容器としてのガラスバルブ１を備え
ている。このガラスバルブ１は、外径が２５．５ｍｍで
あり、内径が２４ｍｍであり、全長が２００ｍｍであ
る。このガラスバルブ１の内面には、蛍光体層２が塗布
され、内部に、アルゴンガス３３０Ｐａと少量の水銀を
封入してその両端が一対のステム３で封止されている。
各ステム３の内側には、各ステム３に気密に封着された
インナーリードとしての各一対のニッケルからなるリー
ド４が突設され、各リード４の間には、メインワイヤの
セカンドピッチが１．０〜１．５ｍｍ、冷抵抗が５．０
〜８．０Ωの表面に電子放射性物質の塗布された導電性
基体としてのコイルフィラメント５が係止され、かつ電
気的に接続されている。このコイルフィラメント５は、
タングステンから形成されたトリプルコイルである。ま
た、コイルフィラメント５の線径は、冷抵抗が５．０〜
８．０Ωとなるような線径であり、具体的には例えば
０．０４〜０．０９ｍｍで、両電極間の最短距離は約１
５０ｍｍである。なお、この蛍光ランプは、試験用の特
別寸法のものである。符号６は口金部材、７は口金ピン
である。

【００２４】本実施の形態の電子放射性物質は、バリウ
ムのようなアルカリ土類元素とタンタルのような遷移金
属元素との複合酸窒化物を主材料とする、平均２次粒子
径が約１μｍの粉体である。この粒子はさらに小さい微
粒子を多孔質状に凝集させたもので、微粒子の比表面積
は約５０ｍ^２／ｇ、平均粒径は約４０ｎｍである。多孔
質状に凝集する方法は、微粒子を有機系の溶剤（例えば
エチルアルコール）にボールミルなどで分散し、溶剤を
加熱蒸発させた後、乳バチで細分化したものである。こ
の２次粒子の空孔率は水銀圧入ポロシメーターでの測定
で約８０％である。

【００２５】次に、本実施の形態の電子放射性物質をコ
イルフィラメント５に担持させる方法について説明す
る。本実施の形態の電子放射性物質をコイルフィラメン
ト５に被着させるには、この電子放射性物質を、有機バ
インダーとしてニトロセルロースを含んだ有機溶剤（酢
酸ブチル）に分散することで塗布液を調整して、これを
コイルフィラメント５に塗布し、５００℃程度に加熱し
てバインダーを分解させればよい。そうすれば、電子放
射性物質がコイルフィラメント５の表面に被着して担持
される。なお、コイルフィラメント５がタングステンで
形成されているときは、否循性ガス雰囲気で過熱するの
が望ましい。なお、バインダーの加熱分解は、上記のよ
うに、高々５００℃程度の加熱でよいので、従来の８０
０〜１２００℃加熱分解に比ベれば極めて容易であり、
バイレダー成分からのＣＯ_２の放出が殆どないため、排
気に影響することがない。また、バインダーを用いない
で電子放射性物質を水などの直接溶剤に分散させた含浸
液を調整し、コイルフィラメント５をこの含浸液に浸漬
して、電子放射性物質をコイルフィラメント５に含浸さ
せ、自然乾燥によって電子放射性物質を付着させ電極を
形成してもよい。

【００２６】このように、本実施の形態では、コイルフ
ィラメント５に、アルカリ土類元素と遷移金属元素の複
合酸窒化物を主体とする電子放射性物質を担持させたの
で、製造時にライティングと称する排気・電極通電加熱
によるアルカリ土類金属の炭酸塩の分解処理を行わなく
てよいので、炭酸塩の未分解または分解不良によって透
光性放電容器内にＣＯ_２が残留するようなことがなく、
このため、以下に示すような顕著な効果を奏する。すな
わち、（１）ＣＯ_２が残留しないので、ＣＯ_２の低いエネルギ
ー準位の振動や回転励起が生じてＨｇの励起が阻害さ
れ、これに伴い発光効率が著しく低下したり蛍光ランプ
が絶縁破壊を生じて始動電圧が上昇したりすることがな
い。（２）ＣＯ_２が放電空間内でＣＯとＯとに解離し、余っ
たＯがＨｇと結合してＨｇＯを形成し、ガラスバルブ１
の内面に付着するようなことがない。（３）ＨｇＯが形成されると、発光に寄与するＨｇが消
費されてしまうため、消費される分を見込んで子めＨｇ
を多めに封入する必要がない。（４）電子放射性物質の加熱分解処理が不要なため、蛍
光ランプの製造時間が短縮され、生産性が向上する。（５）電子放射性物質の加熱分解処理が不要のため、工
程数の低減により、製造機械の小形化が可能になる。（６）電子放射性物質からＣＯ_２を放出するおそれが少
ないので、インスタントスター卜を行っても問題が生じ
にくい。

【００２７】ガラスバルブ１は、直管形および環形のい
ずれであってもよい。さらに要すれば、Ｕ字状、半円
状、Ｕ字状部分を２〜４個直列に接続するとともに適当
な配置にした形状など種々の形状であることを許容す
る。ガラスバルブ１に封入するイオン化媒体は、低圧水
銀蒸気放電を行わせるために、Ｈｇおよび１００〜１０
００Ｐａ程度の希ガスである。Ｈｇは、純水銀を滴下し
たり、カプセルに収納して導入するなどにより、直接ガ
ラスバルブ１に封入してもよいしＴｉ３Ｈｇ合金など
のアマルガムからなるいわゆる水銀ゲッ夕一またはＢｉ
−Ｉｎ−Ｈｇ、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｉｎ−ＨｇまたはＢｉ−Ｐ
ｂ−ＳｎーＨｇなどのアマルガムの形で封入することが
できる。希ガスとしては、Ａｒ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅなど
の一種以上を用いることができる。

【００２８】蛍光体層２は、放電によって発生した紫外
線を波長変換して所望波長域の紫外線、可視光または赤
外線を得るために用いる。この場合、用いる蛍光体の種
類は限定されない。一般照明用の可視光を得る場合、３
波長発光形蛍光体は、短波長、例えば波長１８５ｎｍの
紫外線に対する耐性、耐熱特性および負荷特性などに優
れたものを得ることができるとともに、演色性に優れて
いるので好適である。なお、蛍光体層２はガラスバルブ
１の内面に直接形成されていてもよいし、保護膜、反射
膜などを介してガラスバルブ１に対して間接的に形成し
てもよい。

【００２９】点灯時の光束立ち上がり特性を良好にする
ために、補助アマルガムをガラスバルブ１に封入して、
点灯初期にガラスバルブ１内に水銀蒸気を供給すること
ができる。補助アマルガムとしては水銀を放出しやすい
アマルガムが好適である。また、補助アマルガムは、ガ
ラスバルブ１内の所望の位置に配設することができる
が、好適には本実施の形態の電子放射性物質を担持した
タングステンのコイルフィラメント５を備える電極の近
傍に配設される。補助アマルガムとしては、Ｉｎ−Ｈ
ｇ，Ａｕ−Ｈｇなどを用いることができる。また、補助
アマルガムは、ステンレス鋼などの板状またはメツシユ
状の基体にアマルガム形成金属を鍍金するなどにより、
消灯後にガラスバルブ１内に残留する水銀蒸気を吸着し
てアマルガムを形成することができる。さらに、補助ア
マルガムを本実施の形態の電子放射性物質を担持した電
極の近傍に配設した構成を採用する場合、電極の内部導
入線に固着することができるが、要すれば電極とは独立
して配設することがでぎる。そうして、蛍光ランプの始
動時に、電極のタングステンのコイルフィラメント５が
通電加熱されると、補助アマルガムは、電極からの輻射
熱によって加熱されて温度上昇することにより、水銀蒸
気を放出する。このため、補助アマルガムを配設する
と、蛍光ランプの光束立ち上がりをスピードアップする
ことができる。特に、本実施の形態の電子放射性物質
は、前述したように有色であるため、赤外線放射率が大
きいから、本実施の形態の電子放射性物質を備えた電極
の近傍に補助アマルガムを配設することにより、炭酸塩
形電子放射性物質の場合より光束立ち上がりを早くする
ことが可能になる。

【００３０】第２図は、本実施の形態に係る蛍光ランプ
８を組み込んだ放電ランプ装置９を示す側面図である。
同図において、符号１０は点灯装置である。

【００３１】（実験例１）以下、実施例１について説明
する。本実施例は、線径の違うコイル数種使用し、ま
た、放電電流を変化させることで、陰極輝点温度を変え
た。その結果、陰極輝点温度９００℃以下では、アーク
放電が持続せず、グロー放電となって、点灯しなくなっ
た。また、陰極輝点温度１４００℃以上で点灯したラン
プは、点灯開始後、約２時間で点灯しなくなった。これ
は空間中に窒素が大量に放出されランプ電圧が上昇した
ためと考えられる。

【００３２】（第２の実施の形態）以下、本発明の第２
の実施の形態について説明する。なお、以下本実施の形
態以降の実施の形態のうち先行する実施の形態と重複す
る内容については説明を省略する。図３は、第２の実施
の形態に係る蛍光ランプの電極を模式的に示した図であ
る。本実施の形態では、コイルフィラメントが高融点の
導電性軸体を中心に巻回するように配置されており、こ
の導電性軸体の先端をガラスバルブ内の放電空間側へ突
出させる構成とした。図３に示すように、本実施の形態
に係る蛍光ランプの電極２０は、コイルフィラメント２
１と、導電性軸体２２とを有している。コイルフィラメ
ント２１は、タングステンから形成されたトリプルコイ
ルである。このフィラメントコイル２１は、サードマン
ドレルワイヤーとして約０．５ｍｍのピアノ線を使用し
ており、中心部に約０．５ｍｍの空洞が形成されてい
る。

【００３３】また、このコイルフィラメント２１の表面
には、電子放射性物質が塗布されている。この電子放射
性物質は、バリウムのようなアルカリ土類金属とタンタ
ルのような遷移金属との複合酸窒化物を主成分とし、平
均粒径が約１μｍの粉体を有機バインダー溶液に分散す
ることでスラリーを調整し、コイルフィラメント２１に
塗布して担持させたものである。また、コイルフィラメ
ント２１の軸中心に位置する空洞には、高融点金属であ
る直径０．２ｍｍのモリブデンワイヤーで形成された導
電性軸体２２が挿通されている。ここで、この導電性軸
体２２の放電空間側の先端は、コイルフィラメント２１
よりも若干突出するように配設されている。さらに、コ
イルフィラメント２１のガラスバルブ１封止側の端部
と、導電性軸体２２のガラスバルブ１封止側の端部と
は、直径４ｍｍのニッケルパイプ２３でかしめられてお
り、コイルフィラメント２１と導電性軸体２２とを電気
的に接続するとともに支持するようになっている。な
お、導電性軸体２２のガラスバルブ１封止側の端部に
は、図示しないリード線が接続されている。

【００３４】このように、本実施の形態の蛍光ランプの
電極２０は、コイルフィラメント２１が、導電性軸体２
２を中心に巻回するように配設されているとともに導電
性軸体２２の先端がガラスバルブ１内の放電空間側へ突
出しているので、始動時に導電性軸体２２の先端に電界
を集中させることができ、蛍光ランプの短寿命化を防ぐ
ことができるという特有の効果を有する。

【００３５】即ち、蛍光ランプの始動時には、グロー放
電からアーク放電へ転移するが、グロー放電はアーク放
電に比べて陰極降下電圧が高いため、イオンにより電子
放射性物質がスパッタリングされて、電子放射性物質が
飛散してしまう。従って、始動時のグロー放電が長く続
くと、より多くの電子放射性物質が飛散してしまい、蛍
光ランプの寿命が短くなってしまう。しかし、本実施の
形態の蛍光ランプでは、導電性軸体２２の先端に電界が
集中するので、グロー放電からアーク放電への転移時間
が短くすることができる。その結果、始動時のスパッタ
リングを軽減することができ、蛍光ランプの短寿命化を
防ぐことができる。また、スパッタリングによって飛散
した電子放射性物質の量が軽減するので、蛍光ランプの
管端部の黒化を軽減することができる。

【００３６】また、本実施の形態の蛍光ランプでは、コ
イルフィラメント２１に給電するリード線が１本で済む
ので、特にガラスバルブ１の細管化に対応することがで
き、本実施の形態の係る電球形蛍光ランプを模式的に示
した透視図である図４に示すような電球形蛍光ランプ３
０の電極に特に最適である。ここで、図４に示す電球形
蛍光ランプ３０は、透光性のグローブ３１と、口金３２
を備えたカバー３３とで外側容器を構成している。この
外側容器内には、ガラスバルブ３４及び点灯回路３５が
配設されている。

【００３７】（実施例２）以下、実施例２について説明
する。本実施例は、第２の実施の形態の電極を備えた蛍
光ランプを点灯させて、蛍光ランプの寿命を測定した。
ここで、本実施例の蛍光ランプのガラスバルブは、外径
が約４．１ｍｍ、内径が約３．２ｍｍ、全長３４０ｍｍ
のものを使用した。また、ガラスバルブの内部には、ア
ルゴンを２．６６×１０^３Ｐａで封入した。この蛍光ラ
ンプを点灯装置に組み込んでランプ電流３０ｍＡの正弦
波インバータで点灯させたところ、ランプ電力が約８Ｗ
あり、管面輝度が約７．０×１０^４ｃｄ／ｍ^２あり、平
均寿命は１万時間であった。なお、本発明は上記第１及
び第２の実施の形態の記載内容に限定されるものではな
く、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、第１及び
第２の実施の形態では、放電ランプとして蛍光ランプを
用いて説明しているが、その他の放電ランプを用いるこ
とも可能である。ここで、放電ランプの中でも、特に低
圧水銀蒸気放電ランプが好ましい。また、低圧水銀蒸気
放電ランプの中でも殺菌ランプのようなガラスバルブの
内面側に蛍光体層を配設しない低圧水銀蒸気放電ランプ
が、より好ましい。ガラスバルブの内面側に蛍光体層を
配設しない低圧水銀蒸気放電ランプが、より好ましいと
したのは、炭酸塩の分解を用いなくてよいので、残留Ｃ
Ｏ_２の問題が少ないからである。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の放電ラ
ンプ装置によれば、導電性基体の一部に形成される陰極
輝点の最高温度を１０００℃以上放電維持に必要な量の
熱電子が得られて安定してアーク放電状態を維持するこ
とができ、陰極輝点の最高温度を１３００℃以下とした
ので急激に窒素の解離が進行するようなことがなく、放
電電圧が上昇したり、発光強度が小さくなって、ランプ
の寿命が短くなるという問題が生じない。請求項２の放
電ランプ装置によれば、良好な電子放射特性を有する低
圧水銀蒸気放電ランプを提供することができる。請求項
３の放電ランプ装置によれば、良好な電子放射特性を有
する放電ランプ装置を提供することができる。請求項４
の放電ランプ装置によれば、所期の低い始動電圧を得る
ことができる。請求項５の放電ランプ装置によれば、導
電性基体がタングステンのコイルフィラメントであるこ
とにより、電極の予熱が容易である。請求項６の放電ラ
ンプ装置によれば、始動時のスパッタリングを軽減で
き、放電ランプ装置の短寿命化を防ぐことができる。請
求項７の放電ランプ装置によれば、管径１０ｍｍ以上の
透光性放電容器を備える低圧水銀蒸気放電ランプに対し
て特に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１の形態に係る蛍光ランプを一部
省略して概略的に示す部分断面図である。

【図２】図２は、第１の実施の形態に係る放電ランプ
装置を示す側面図である。

【図３】図３は、第２の形態に係る蛍光ランプの電極
を模式的に示した図である。

【図４】図４は、第２の実施の形態に係る電球形蛍光
ランプを模式的に示した透視図である。

【符号の説明】

１……ガラスバルブ２……蛍光体膜３……ステム４……リード５、２１……コイルフィラメント６……口金部材７……口金ピン８……蛍光ランプ９……放電ランプ装置１０……点灯装置２２……導電性軸体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ土類元素と遷移金属元素の複合
酸窒化物を主体とする電子放射性物質およびこの電子放
射性物質を担持する導電性基体を有する一対の電極、こ
の一対の電極が両端に封装された透光性放電容器、なら
びにこの透光性放電容器の内部に封入されたイオン化媒
体を備えた放電ランプと；前記電極の導電性基体の一部
に形成される定常点灯時の陰極輝点最高温度が１０００
〜１３００℃となるように前記放電ランプを点灯させる
点灯装置と；を具備していることを特徴とする放電ラン
プ装置。
【請求項２】前記電子放射性物質は、Ｂａ，Ｓｒ及び
Ｃａから選ばれた少なくとも一種のアルカリ土類元素を
含むことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ装置。
【請求項３】前記電子放射性物質は、Ｔａ，Ｖ及びＮ
ｂから選ばれた少なくとも一種の遷移金属元素を含むこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の放電ランプ装置。
【請求項４】前記電子放射性物質は、ＢａとＴａを主
体とする複合酸窒化物の微粒子を凝集させた平均粒子径
がほぼ１μｍの多孔質の２次粒子からなることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか一項記載の放電ランプ装
置。
【請求項５】前記導電性基体が、コイルフィラメント
であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項
記載の放電ランプ装置。
【請求項６】前記コイルフィラメントが、高融点の導
電性軸体を中心に巻回するように配置されており、この
導電性軸体の先端が前記透光性放電容器内の放電空間側
へ突出していることを特徴とする請求項５記載の放電ラ
ンプ装置。
【請求項７】前記透光性放電容器が、内径１０ｍｍ以
下のガラスバルブからなることを特徴とする請求項１乃
至６のいずれか一項記載の放電ランプ装置。