JP2002222637A

JP2002222637A - 放電ランプ

Info

Publication number: JP2002222637A
Application number: JP2001017129A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Sugawara; 匡道菅原
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電極表面に形成する易電子放射性物質および
その塗布寸法を規制することにより放電開始電圧のばら
つき低減がはかれるとともに暗黒特性が改善できた高品
質で信頼性の高い放電ランプを提供することを目的とす
る。【解決手段】ガラス管バルブ１と、このバルブ１端部
の封止部２に封着された一対のリード線４，４と、この
リード線４，４に所定の放電間隔を隔てて対向して設け
られた冷陰極からなる電極６，６と、少なくとも一方側
の電極６の表面部分に形成されたセシウム化合物層７
と、このセシウム化合物層７を覆い形成した金属酸化物
層８と、上記バルブ１内に封入された放電用希ガスとを
備えている放電ランプＬ１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は比較的小径のガラス
管バルブ内に一対の電極を平行して封装したネオンラン
プなどの放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器の電圧表示などに用いられるパ
イロットランプとして、ネオンランプがよく知られまた
多用されている。このネオンランプは、放電ランプの一
種でガラス管バルブ内に一対の電極を対向して設けると
ともに低圧のネオンガスを封入し、電極間に生起するグ
ロー放電を発光源として表示をなさしめるものである。

【０００３】この放電ランプは、一対の電極間の間隔、
電極表面の状態あるいは希ガスの種類やその封入圧など
の条件によってその特性が異なることが知られている。

【０００４】たとえば機器の通電表示などに用いられる
上記ネオンランプは、バルブを形成するガラス管外径が
約６ｍｍ以下と小形化がはかられることにより一対の電
極が近接して配設してある。そして、導電体からなる電
極の間隔が狭いと放電が生起し易いため、電極の表面に
Ａｌ₂Ｏ₃酸化アルミニウムなどの金属酸化物層を形成
して絶縁抵抗を高め、放電開始電圧を高めることが行わ
れている。

【０００５】しかし、このように小形化したネオンラン
プなどでは、たとえば電極間の間隔を高い精度で保持し
ないと所定の放電開始電圧が得られず、間隔のばらつき
が放電開始電圧の高低を招くばらつきの原因となり、対
向する電極やこの電極を支持するリード線をバルブ中や
ビードガラス中に埋設して固定し、両者が所定間隔を隔
て対峙するようにしていた。

【０００６】また、放電開始電圧のばらつき発生の他の
要因として、電極の表面に形成した金属酸化物層による
ものがあることが分かった。これは放電起点の中心が両
電極の中央部付近に発生すると放電開始電圧のばらつき
は小さくて好ましいが、この放電起点の中心が電極の端
部近傍に発生した場合は放電開始電圧のばらつきが大き
く、かつ、発光範囲が狭く発光特性の低下を招いてい
た。

【０００７】これは、電極の製作や取扱時に層が損傷し
て剥れたり薄くなった部分、特に発生の多いのが電極の
先端部近傍、あるいは電極を接続した金属酸化物層が形
成されていないリード線部分は、電気絶縁性の金属酸化
物層がないかあっても他の部分より薄いため仕事関数の
低下がみられるためこの部分から放電が生起し易いこと
に起因すると考えられる。

【０００８】さらに、この種放電ランプは始動時に放電
のきっかけとなる初期電子が存在しないと電離が容易に
行われず、始動が困難となる問題がある。

【０００９】この初期電子としては、熱電子、光電子、
高電界により放出される電子や自然界の宇宙線などがあ
る。しかし、外部からの光が届かない暗黒雰囲気中に放
電ランプを配置した場合は、光電子が存在せず宇宙線の
みとなり始動が困難になる。

【００１０】そして、熱陰極を用いた放電ランプでは、
熱電子を放射し易い物質を電極に塗布しておき、電極に
通電することにより加熱して熱電子の供給を容易に行う
ことができるが、冷陰極を用いるランプでは別途加熱用
のヒータを併設するなど電極構造が複雑になる不具合が
あった。

【００１１】そこで、冷陰極を用いるランプなどでは、
始動特性を改善するために電極に⁶³Ｎｉや¹⁴⁷Ｐｍなど
のような放射性同位元素（ＲＩ）を設けるか、電極にＣ
ａＯ酸化カルシウムなどを塗布し、外部光を照射するこ
とにより初期電子を得ることが行われている。

【００１２】しかしながら、放射性同位元素（ＲＩ）を
設ける場合は、その取扱いに専門的な注意が必要であ
り、しかも電極に密封線源の形態で封止込む必要がある
ため構造が複雑で、電極の製造に多大の手間を要してい
た。

【００１３】また、ＣａＯなどの場合は、外部光がない
と電子を放出しにくいため、完全な暗黒中では良好に機
能せず、信頼性に劣る不具合があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、放電開始
電圧のばらつきが放電起点の発生箇所あるいは電極への
電気絶縁性の金属酸化物層の形成条件によって発生する
ことから、これらについて種々究明し解決手段を見出し
た。

【００１５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
電極表面に形成する易電子放射性物質およびその塗布寸
法を規制することにより放電開始電圧のばらつき低減が
はかれるとともに暗黒特性が改善できた高品質で信頼性
の高い放電ランプを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の放電ランプは、ガラス管バルブと、このバルブ端部の
封止部に封着された一対のリード線と、この一対のリー
ド線に所定の放電間隔を隔てて対向して設けられた冷陰
極からなる電極と、少なくとも一方側の電極の表面部分
に形成されたセシウム化合物層と、このセシウム化合物
層を覆い形成した金属酸化物層と、上記バルブ内に封入
された放電用希ガスとを備えていることを特徴とする。

【００１７】本発明は電子放射性物質として光電子放射
作用を有するセシウムを用いたもので、電極間の放電が
仕事関数の低いセシウム化合物層の形成部位を起点とし
て生起し、放電開始電圧のばらつきを低減できる作用を
奏する。また、セシウム化合物は外部光がない状態でも
ＣａＯなどより初期電子を放出し易いため、遮蔽密封さ
れた暗黒中においても電子を放出できるので暗黒特性を
改善できる。

【００１８】なお、このセシウム化合物層は、少なくと
も一方の電極側に形成してあればよい。

【００１９】また、電極は、Ｎｉ（ニッケル）あるいは
その合金などで形成した円柱状、円筒状や板状などの冷
陰極をなすものであればよく、その材質や形状は問はな
い。また、電極としてはリード線に別体の金属体を接続
したがこれに限らず、内部、外部および封着用としてニ
ッケルメッキしたジュメット線など一本のリード線を用
いる場合においては、内部リード線部分の表面部分にＣ
ｓ化合物層および金属酸化物層を形成して電極として構
成しても差支えない。

【００２０】さらに、バルブ内の一対の電極は、バルブ
のガラスやガラスビードなどのガラス中に埋設固定して
おけば、対向した電極部分が所定の間隔で平行して配設
されるとともに確実強固に保持することができる。

【００２１】本発明の請求項２に記載の放電ランプは、
セシウム化合物層が、電極の相対する面側に形成されて
いることを特徴とする。

【００２２】セシウム化合物層を、電極間の間隔が最も
接近している電極の対向面側に形成しておくことによっ
て放電起点を生じ易い作用を奏する。

【００２３】本発明の請求項３に記載の放電ランプは、
セシウム化合物層の形成幅が、１．１ｍｍ以下であるこ
とを特徴とする。

【００２４】Ｃｓ化合物層の形成幅（電極軸に平行方向
の長さ）を狭くすることにより、放電起点が特定できて
移動を小さくできる作用を奏する。

【００２５】Ｃｓ化合物層の形成幅を１．１ｍｍ以下と
すれば、放電開始電圧のばらつき（偏差）を約３．７％
と従来品に比べ半分程度とすることができた。

【００２６】また、このＣｓ化合物層の形成幅は、最低
０．３ｍｍ以上は必要でこれより狭いと電子放射性物質
としての作用が低減され、形成時の幅のばらつきを考慮
すると０．４〜１．０ｍｍ程度が好ましい。

【００２７】本発明の請求項４に記載の放電ランプは、
金属酸化物層が、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、Ｔ
ｉＯ₂（酸化チタン）の少なくとも一種からなることを
特徴とする。

【００２８】両電極の表面に形成したＡｌ₂Ｏ₃やＴｉ
Ｏ₂などの金属酸化物層は電気的には絶縁層であり、近
接した両電極間において低電圧で不本意な放電を生起す
るのを防止できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は放電ランプたとえば一端封
止形のネオンランプＬ１を示す断面正面図、図２は図１
中に用いたマウント部分を拡大して示し、（ａ）図は正
面図、（ｂ）図は（ａ）図中の矢視ａ−ａ線に沿って切
断した端面部分の横断面図である。（図面中、図示され
た各部の寸法比率は正確のものではない。）このネオンランプＬ１は、たとえば定格３３０ＶＤＣ−
０．１ｍＡの、ガラス管の肉厚が約０．４ｍｍ、外径が
約４．２ｍｍ、全長が約８ｍｍ、内部空間長さが約３．
５ｍｍのソーダライムガラスあるいは鉛ガラスなどの軟
質ガラスからなるバルブ１の一端部に形成した封止部２
にマウント３の一対のリード線４、４を封着してある。

【００３０】上記マウント３は図２（ａ）に示すよう
に、バルブ１と同種あるいは近似した材料からなる電気
絶縁性のガラスビード５中に外径が約０．３ｍｍのジュ
メット線などからなる一対のリード線４、４を所定の約
１．７ｍｍの間隔を隔てて気密に封着している。そし
て、リード線４、４の先端にＮｉ（ニッケル）あるいは
その合金などで形成した円柱状、円筒状や板状などのこ
こでは全長約２ｍｍ、外径が約０．６ｍｍの円柱状の冷
陰極をなす放電電極６、６が接続してある。

【００３１】また、この電極６、６の対向する側面に
は、電子放射性物質としてＣｓセシウムＣｓ化合物層７
を層厚さが約０．５〜１μｍで、幅ｗ（電極軸と平行に
沿う方向）約０．６ｍｍ、長さｎ（電極の円周方向）約
０．７ｍｍに亘り、さらにこのＣｓ化合物層７を含む電
極６、６の表面には層厚さが約３〜４μｍのＡｌ₂Ｏ₃
酸化アルミニウムやＴｉＯ₂酸化チタンなどからなる金
属酸化物層８が被覆してある。

【００３２】上記Ｃｓ化合物層７の形成は、たとえばＣ
ｓ₂ＳＯ₄あるいはＣｓ₂ＣｒＯ₄と酢酸ブチルやエタ
ノールとを混合した懸濁液を電極６、６の側面に塗布し
乾燥することによって行われる。

【００３３】また、上記金属酸化物層８の形成は、たと
えばＡｌ₂Ｏ₃の微粉末と有機溶剤とを混合した懸濁液
中に電極６、６部分を浸漬して引上げ乾燥することによ
って行われる。

【００３４】また、このバルブ１の内部には放電媒体と
してネオンＮｅを主成分とする希ガスが数１０³〜数１
０⁴Ｐａ（パスカル）、たとえば１３３×１０⁴Ｐａ封
入されている。

【００３５】そして、上記ネオンランプＬ１の製造は、
バルブ１を形成するガラス管内にマウント３を配置した
後、バルブ１の内部を排気し、Ｎｅネオンなどの希ガス
を封入したらマウント３の封着予定部であるガラスビー
ド５が位置する部分を加熱しガラス管を縮径してガラス
ビード５部分と融着させて封止部２を形成する。この
後、必要に応じて封止部２に口金やホルダなど（図示し
ない。）を取着してランプＬ１が完成する。

【００３６】そして、このネオンランプＬ１は、バルブ
１内の一対の電極６、６の一端側がガラスビード５中に
固定されたリード線４、４に接続されていて、対向した
電極６、６部分が所定の間隔で平行して配設されている
ので、放電間隔を確実に確保できる。

【００３７】そして、リード線４、４を介し両電極６、
６に所定の電圧を印加すると、両電極６、６間に放電が
生起し、Ｎｅガスが励起されて発光する。なお、この放
電の開始電圧は両電極６、６の表面材質や間隔などおよ
び放電用ガスの種類や圧力などによって左右されるの
で、これら条件を予め設定しておくことはいうまでもな
い。

【００３８】また、両電極６、６の表面に形成したＡｌ
₂Ｏ₃などからなる金属酸化物層８は電気的には絶縁層
であり、近接した両電極６、６間において低電圧で不本
意な放電を生起するのを防いでいる。

【００３９】したがって、上記構成によれば一定間隔に
保持された電極６、６の対向した面側のほぼ中央に易電
子放射性物質であるＣｓ化合物層７が形成してあり、こ
のＣｓ化合物層７を中心として放電起点が生起し発光す
るため両電極６、６のほぼ中央部間に放電中心が位置
し、放電開始電圧のばらつきが少なくとともにＣｓは光
電子放射の作用があるので暗黒時の始動も改善され、か
つ、発光範囲が大きい発光特性の向上したネオンランプ
Ｌ１を提供できる。

【００４０】このようなネオンランプＬ１は、たとえば
図３に示すコンデンサ９１の充電電圧を表示する電圧表
示回路９において使用される。この図３の回路９におい
て９２は電源で、この電源９２に対しコンデンサ９１
と、抵抗９３およびランプＬ１を直列した回路とが並列
接続してある。

【００４１】そして、コンデンサ９１が所定の電圧に充
電された時点でネオンランプＬ１が点灯して、コンデン
サ９１の充電電圧が所定値に達したことを表示する。ま
た、電源をオフして電圧が降下するとネオンランプＬ１
は消灯する。

【００４２】なお、本発明の放電ランプは、電極の全周
に亘りＣｓ化合物層７を形成することは構わない。ま
た、電極６，６を接続しているリード線４，４のバルブ
１内において露出している部分にもＡｌ₂Ｏ₃などから
なる金属酸化物層を被覆形成することも差支えない。

【００４３】また、図４のグラフは上記実施の形態に示
す構成の放電ランプＬ１において、電極６表面に形成し
たＣｓ化合物層７の長さｎ（電極の円周方向）を一定と
して幅ｗ（電極軸に沿う方向）を変化（０．５ｍｍ、１
ｍｍ、１．５ｍｍ）させた場合の各ランプ２０個（●
印）の始動特性のばらつきを示すグラフで、横軸にはＣ
ｓ化合物層７の幅ｗ（ｍｍ）を、縦軸は放電開始電圧
（直流）（Ｖｄｃ）をそれぞれ対比して示す。

【００４４】そして、放電開始電圧のばらつき（偏差）
が従来品は７％程度あったものが、電極６にＣｓ化合物
層７を形成した本発明のランプは約３．７％（Ｃｓ化合
物層７の幅ｗが０．５ｍｍ〜１ｍｍ）〜５．７％（Ｃｓ
化合物層７の幅ｗが１．５ｍｍ）と１〜３％程度低減す
ることができた。

【００４５】また、グラフから明らかなように、さらに
このＣｓ化合物層７の幅ｗを１．１ｍｍ以下とすること
によって、放電開始電圧のばらつき（偏差）を従来構成
のランプに対して、半分（５０％）程度に低減できた。

【００４６】そして、上記各実施の形態の構成の放電ラ
ンプＬ１は、各種計器や電気機器などの電圧表示用とし
て組込まれ、放電開始電圧の表示に誤差の少ない高精度
の表示を行わせることができる。

【００４７】また、図５および図６（ａ）、（ｂ）は本
発明の他の実施の形態を示す放電ランプＬ２、Ｌ３、Ｌ
４の正面図で、図中、図１と同一部分には同一の符号を
付してその説明は省略する。

【００４８】図５に示す放電ランプＬ２は、一対の電極
６、６は、一端側がガラスビード５中に固定されたリー
ド線４、４に、他端側がバルブ１の頂部側のガラス中に
埋設固定された、対向した電極６、６部分が所定の間隔
で平行して配設されているので、放電間隔を高精度で、
かつ、確実に強固に確保できる。なお、この際電極６、
６の先端部はガラスと気密封着しておく必要はない。

【００４９】また、図６（ａ）、（ｂ）に示す放電ラン
プＬ３、Ｌ４は両端封止形のランプに適用したものであ
る。

【００５０】図６（ａ）に示す放電ランプＬ３は、バル
ブ１の両端にそれぞれリード線４、４を封着した封止部
２、２を有し、各リード線４、４の先端に接続した電極
６、６は所定の間隔を隔てて平行に配設されているとと
もに各電極６、６の先端部はガラス中に埋設してある。

【００５１】なお、この図６（ａ）に示すランプＬ３の
マウントは、上下にすなわち一方の電極６の先端と他方
のリード線４とが、他方の電極６の先端と一方のリード
線４とがガラスビード５、５中に埋設固定してあり、そ
れぞれのガラスビード５、５は封止部２中に埋設されて
いても内部空間内にあってもよい。

【００５２】また、図６（ｂ）に示すランプＬ４のマウ
ントは、電極６の先端とリード線４とがガラスビード
５、５中に埋設固定されているが、それぞれのガラスビ
ード５、５は空間内にある。

【００５３】このように、両端封止形のランプＬ３、Ｌ
４においても、電極６とリード線４とをガラスビード５
Ａ、５Ｂ中に埋設固定することにより、両電極６、６は
所定の間隔を隔てて平行に配設されるので、上記実施の
形態と同様に放電開始電圧のばらつきが少なくなるとと
もに暗黒特性が改善でき、かつ、発光範囲が大きい発光
特性の向上した放電ランプＬ３、Ｌ４を提供できる。

【００５４】そして、上記各実施の形態の構成の放電ラ
ンプＬ１〜Ｌ４は、各種計器や電気機器などの電圧表示
用として組込まれ、放電開始電圧の表示に誤差の少ない
高精度の表示を行わせることができる。

【００５５】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ない。たとえば、放電ランプはネオンランプ（橙色発
光）に限らず、所望の発光色や電圧などに応じてアルゴ
ンＡｒ（薄紫色発光）、キセノンＸｅ（橙緑色発光）や
ヘリウム（ピンク色発光）などの希ガスを封入した各種
のグローランプに適用できる。

【００５６】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の構成によれ
ば、電極間の放電が仕事関数の低いセシウム化合物層形
成部位を起点として生起し、放電起点が安定するととも
に放電開始電圧のばらつきが少なく、かつ、発光範囲が
大きい発光特性の向上したネオンランプなどの放電ラン
プを提供できる。

【００５７】また、本発明の請求項２および請求項３に
記載の構成によれば、電極のほぼ中央部間に放電中心が
生起し、放電起点の移動が小さく安定し放電開始電圧の
ばらつきが少なくなるとともに暗黒特性が改善できた、
かつ、発光範囲が大きい発光特性の向上した放電ランプ
を提供できる。

【００５８】さらに、本発明の請求項４に記載の構成に
よれば、電極の表面に形成したＡｌ ₂Ｏ₃やＴｉＯ₂な
どの金属酸化物層が電気的には絶縁層であり、近接した
両電極間において低電圧で不本意な放電を生起するのを
防止できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる放電ランプの実施の形態を示す
断面正面図である。

【図２】図１中に用いたマウント部分を拡大して示し、
（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図中の矢視ａ−ａ
線に沿って切断した端面部分の横断面図である。

【図３】本発明に係わる放電ランプを用いた電圧表示回
路図である。

【図４】本発明の実施の形態に示す放電ランプの放電開
始電圧のばらつきを表したグラフである。

【図５】本発明に係わる放電ランプの他の実施の形態を
示す正面図である。

【図６】図（ａ）および（ｂ）は、本発明に係わる放電
ランプの他の実施の形態を示す正面図である。

【符号の説明】

Ｌ１〜Ｌ４：放電ランプ１：ガラス管バルブ２：封止部４：リード線５：ガラスビード６：電極７：Ｃｓ化合物層８：金属酸化物層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス管バルブと、このバルブ端部の封
止部に封着された一対のリード線と、この一対のリード
線に所定の放電間隔を隔てて対向して設けられた冷陰極
からなる電極と、少なくとも一方側の電極の表面部分に
形成されたセシウム化合物層と、このセシウム化合物層
を覆い形成した金属酸化物層と、上記バルブ内に封入さ
れた放電用希ガスとを備えていることを特徴とする放電
ランプ。
【請求項２】セシウム化合物層が、電極の相対する面
側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
放電ランプ。
【請求項３】セシウム化合物層の形成幅が、１．１ｍ
ｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の放電ラ
ンプ。
【請求項４】金属酸化物層が、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂
の少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１な
いし請求項３のいずれか一に記載の放電ランプ。