JP2004538606A - 低圧ガス放電ランプ - Google Patents

Abstract

５ｍｍ以下とするのが好ましい比較的小さな直径を有する放電容器（１）と、少なくとも２つの互いに離間された容量誘導構造体とを有する低圧ガス放電ランプであって、前記容量誘導構造体が誘電体材料からなる円筒管状の誘導構造体（２）を具えている低圧ガス放電ランプ。容量誘導構造体の外部キャパシタプレートは電気接点として作用し且つブシュ（４）として成形され、導電性で延性の金属材料から形成されている。ブシュ（４）は、円筒管状の誘導構造体（２）の誘電体材料上に直接接触して設けられている。このように形成された接続は気密性であり、永続的な圧縮応力、例えば収縮接続を有するものとなる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、５ｍｍ以下とするのが好ましい小さな直径を有する放電容器と、互いに離間された少なくとも２つの容量結合構造体とを有している低圧ガス放電ランプであって、前記２つの容量結合構造体のそれぞれが少なくとも誘電体材料の円筒管により形成されている低圧ガス放電ランプに関するものである。
【０００２】
既知のガス放電ランプは、ガス放電を起こす充填ガスが入れられた放電容器から成っており、この放電容器内には通常２つの金属電極が固着して封入されている。第１電極が放電のための電子を放出し、これら電子は第２電極を通して外部の電流回路へ除去される。通常、電子の放出はグロー電子放出（熱電極）により行われるが、電子は強電界における電子放出により又は直接的にイオン衝撃（イオン誘起による二次電子放出）（冷電極）により発生させることもできる。
【０００３】
誘導性動作モードにおいては、荷電キャリアが、高周波（低圧ガス放電ランプの場合には代表的には１ＭＨｚより高い高周波）の交流電磁界によりガス容積中で直接発生される。電子は放電容器内に密閉された軌道に沿って移動し、この動作モードでは通常の電極が存在しない。容量性動作モードにおいては、容量結合構造体が電極として用いられる。これら容量性電極は通常、絶縁体（誘電体）から形成されており、これら絶縁体は、その一方の側でガス放電と接触しており、他方の側で（例えば金属接点により）導電体を有する外部の電流回路に接続されている。容量性電極に交流電圧を印加すると交流電界が形成され、荷電キャリアが直線的な電界にそって移動する。高周波領域（ｆ＞１０ＭＨｚ）においては、容量性ランプは誘導性ランプに類似する。その理由は、容量性ランプの場合にも荷電キャリアがガス容積全体を通して発生するためである。この場合（いわゆるα放電モードでは）、誘電体電極の表面特性はそれほど重要ではない。低い周波数においては、容量性ランプはその動作状態を変え、放電にとって重要な電子を最初に誘電体電極の表面で放出させる必要があるとともに、いわゆる陰極降下領域において増倍させて放電を進行させるようにする必要がある。従って、誘電体材料の電子放出特性がランプ機能（いわゆるγ放電モード）の決定要素になる。
【０００４】
直径を小さくして（５ｍｍ以下とするのが好ましい）ランプの単位長さあたりの光の量（ルーメン／ｃｍ）をできる限り大きくした蛍光ランプを利用し得るようにすることが多くの用途において有利である。さらに、ランプの殆どの適用分野においては、ランプのスイッチングの安定性を高くすることが要求されている。このことは、例えば液晶ディスプレイ用のバックライトの場合に特に当てはまる。
【０００５】
熱陰極ランプは上述の条件を満たさない。その理由は、構造的な理由があるためと、また、この種類のランプの直径を小さくすると、放電容器の内面の黒化が激しくなり、これによりランプの寿命を短くするためである。
【０００６】
近年まで、ランプ直径の小さい（５ｍｍ以下）蛍光ランプは、冷陰極ランプの形態としてか、或いは点灯周波数が１ＭＨｚより大きい容量性ガス放電ランプの形態としてしか可能でないことが確かめられていた。
【０００７】
冷陰極ランプは、低い周波数（３０〜５０Ｈｚ）において点灯し得るもので、従って僅かな電磁放射しか呈さない。しかし、この種のランプの放電電流は（最大で約１０ｍＡまでと）強く制限される。その理由は、一方では、放電電流を高くした場合に電極材料のスパッタリングが著しく強められてしまうためであり、他方では、電極が局所的に強く加熱されて熱放出を生ぜしめ、これによっても陰極のスパッタリングを著しく強めてしまうのを防止するために電流制限が必要とされるためでもある。スパッタリングにより除去された電極材料が放電容器内で堆積することにより、ランプの黒化を早めてしまう。
【０００８】
点灯周波数ｆが１ＭＨｚより大きい容量性放電ランプ（電流が強く直径が小さいランプ）においては、この高い点灯周波数とランプ内の高い電流密度とが相俟って電磁放射を強くする。この電磁放射を抑制するために大規模な手段を採用する必要がある。電力は容量結合されるため、点灯周波数は結合表面のキャパシタンスにより低い方向へ（約１ＭＨｚまで）制限される。
【０００９】
欧州特許公開第１０４３７５７号明細書には、容量結合構造体を有するガス放電ランプが開示されている。この欧州特許公開明細書に開示された発明の目的は、始動器を具える回路を用いずに家庭用の幹線電源から容量結合構造体を有するガス放電ランプに給電することにある。この欧州特許公開明細書によれば、この目的は、誘電体の飽和分極及び誘電体の有効表面積を適切に選択することにより達成することができる。この欧州特許公開明細書は、５ｍｍ以下とするのが好ましい直径を有し且つ高い光出力を伴うガス放電ランプに関するものではない。
【００１０】
高い光出力を有し且つ５ｍｍより小さくするのが好ましい小さな直径を有する低圧ガス放電ランプを得るためには、誘電体に関し、誘電定数及び周波数の積と、誘電体の厚さとの間をある比率にすることが重要であることを研究により確かめた。ガス放電ランプは、通常の充填ガスを有する透明な放電容器から構成するのが適しており、また周波数ｆの交流電源により点灯させることができる。放電容器の材料及び充填ガスは、発生させる放射の所望のスペクトルに対応するように選択することができる。特に、放電容器に蛍光体層を設けてランプがある周波数領域（例えばＵＶ領域）で放射を放出するようにすることができる。少なくとも２つの互いに離間した容量結合構造体が存在する。誘電体は１層又は複数の層から構成することができる。ランプは、１０ｍＡより大きい放電電流により点灯させるのに適しており、この場合小さな電磁放射しか生じない。このようなガス放電ランプの利用分野は広い。例えば、液晶ディスプレイのバックライトとしての使用が重要な用途である。
【００１１】
本発明は、この種類のガス放電ランプに関するものである。しかし、実用的に利用し得るようにするためには、他の電気的、機械的及び熱的問題を解決する必要がある。前記欧州特許公開明細書に開示されているガス放電ランプにおいて誘電体材料の円筒管により形成されている容量結合構造体には、例えば導電性の銀ペーストのような金属化層が設けられている。この層には、外部電源に接続するための導電体がはんだ付けされている。しかし、このような電気接続は問題のあるもので大量生産に適していない。
【００１２】
本発明の第１の目的はこの問題を解決することである。本発明によれば、この目的は、前記容量結合構造体の外部キャパシタプレートとして作用する素子が、導電性で延性の金属材料からなるブシュとして構成されており、このブシュが前記円筒管の誘電体材料上に直接設けられ、圧縮応力の下で気密連結を形成しているようにすることにより達成される。
【００１３】
本発明の例によれば、大量生産に極めて適しており、機械的及び電気的な信頼性が高い低圧ガス放電ランプが得られる。導電性の銀ペーストのような金属化層を設ける必要はなく、このことにより生産工程の数が１つ減ることになる。ブシュは、圧縮応力を受けて気密連結が得られるように延性の材料から形成する必要がある。このことは、一方では、ブシュと誘電体材料の円筒管との接触面が容量結合構造体のキャパシタンス値を決定する要素となるために必要なことであり、他方では、完全な接触が得られていない箇所においてブシュと誘電体の円筒管との間で生じるおそれのあるスパーキング作用を防止するために、気密封止することが望ましいために必要なことである。さらに、ブシュには熱吸収容量が銀ペーストより大きいという他の利点がある。この利点は、ブシュの厚さを適切に選択することによりさらに著しいものとなる。
【００１４】
気密に設けるブシュの材料は、銅、真鍮、アルミニウム及び軟鋼のうちの１種以上の材料から構成するのが好ましい。
【００１５】
本発明の他の好適な特徴によれば、導電性で延性の金属材料から形成されたブシュは、圧縮連結により、誘電体材料からなる円筒管上に設けられているようにする。このような連結方法は大量生産に極めて適している。
【００１６】
この圧縮連結は、一例では、円筒管の誘電体材料と導電性ブシュの金属材料との間の熱膨張の違いを利用して得る。他の例においては、圧収連結を、導電性で延性の金属材料が、強磁界のパルスの影響下で、誘電体材料の円筒管に対する圧縮応力を受けて気密連結を形成するようにする磁気パルス処理を用いることにより形成する。
【００１７】
導電性で延性の金属材料からなるブシュには、圧縮領域の外側に位置するタグが設けられており、このタグには、電流源と接続するための導電体が接続されているようにするのが好ましい。タグ及びブシュが一体を成しているようにするのが好ましく、導電体はスポット溶接によりタグに固着するのが好ましい。このことによっても、大量生産を容易に実現し得るようになる。
【００１８】
本発明による低圧ガス放電ランプは、リフレクタを形成するハウジング内に収容するのに極めて適している。この場合、ランプは、液晶ディスプレイ用のバックライトとして用いるのに極めて適したものとなる。
【００１９】
この場合、リフレクタを細長状のアルミニウムの溝状体として形成して、容量結合構造体を有するランプの端部が、リフレクタの端部の内側で熱伝導性だが電気絶縁性の合成樹脂内にカプセル封止されるようにするのが好ましい。
【００２０】
５０％のアルミニウム三水和物を添加したポリウレタンからなる合成樹脂により特に良好な熱の除去が達成される。
【００２１】
本発明を、図中に例示した実施例を用いてより詳細に説明する。
図１に、本発明による手段が未だ講じられていない容量性のガス放電ランプを示す（これは一例として示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない）。ガラス管１は、放電容器としての役割を果たすものであり、ランプが紫外領域の放射を発し得るようにする蛍光体層をこのガラス管に設けることができる。ガラス管１は、内径が３ｍｍで、外径が４ｍｍで、長さが４０ｍｍであり、このガラス管には５０ｍｂａｒのＡｒ及び５ｍｇのＨｇを封入することができる。ガラス管１の両端部には、誘電体材料（例えばＢａＴｉＯ₃ 、ＳｒＴｉＯ₃ 又はＰｂＺｒＯ₃ のような酸化セラミック）の円筒管２により容量結合構造体が形成されている。この誘電体円筒管２の外径は３ｍｍより僅かに小さく、その壁厚は０．５ｍｍであり、その長さは１４ｍｍである。誘電体円筒管２の一方の側はガラス溶融処理によりガラス管１に連結されており、他方の側はガラス封止部３により気密に封止されている。
【００２２】
誘電体円筒管を有する容量結合構造体は、導電体（図示せず）により外部電流源に接続することができる。本実施例における外部電流源は、４０ｋＨｚで３０ｍＡの電流と約３５０Ｖの平均電圧とを給電するランプ駆動回路により構成することができる。この場合、ランプは定常動作中に約６００ルーメンの光束を発生する。さらに、ランプ駆動回路は、ランプを点弧させる素子を有する。定常ガス放電は点弧の後に形成される。
【００２３】
図１に示すガス放電ランプには電気接続手段を設ける必要がある。熱の除去についても留意するのが好ましい。ランプを経済的に製造し得るようにするには、電気接続及び熱の除去を大量生産に適するようにする必要がある。
【００２４】
図２は、好適に用いられる電気接続手段を設けたガス放電ランプの端部を示す。誘電体材料の円筒管２に導電性ペーストを設けずに、ブシュ４を円筒管２の誘電体材料上に直接設け、これに圧縮応力を加えて気密連結を形成する。
【００２５】
この圧縮応力下での気密連結は大量生産においても容易に行うことができる。導電性で延性の金属材料からなるブシュ４は、圧縮連結により誘電体材料の円筒管２上に設けられる。この目的のために、ブシュ４の材料を延性とし、銅、真鍮、アルミニウム又は軟鋼から形成するのが好ましい。ブシュ４は、誘電体円筒管２をガラス管１内へ融着する前か、円筒管２の一端をガラス管１内へ融着した後か、或いはガス放電ランプを図１に示すように製造した後に、円筒管２に連結することができる。この選択は、大量生産処理において選択した製造手順による。
【００２６】
圧縮応力を加えた気密ブシュ４は、電気的及び機械的に優れたコネクタを形成する。収縮連結は、円筒管２の誘電体材料と導電性ブシュ４の金属材料との間の熱膨張の違いを利用することにより形成することができる。或いは又、収縮連結は、それ自体既知ではあるがガス放電ランプに対しては決して用いられたことのない磁気パルス処理（電磁形成処理）を用いて形成することもできる。この磁気パルス処理では、導電性で延性の金属材料が、強磁界のパルスの影響下で、誘電体材料の円筒管に対する圧縮応力を受けて気密連結を形成する。
【００２７】
導電性で延性の金属材料からなるブシュ４には、収縮領域の外側に位置するタグ５が設けられており、このタグ５には、電流源と接続するために導電体６が接続されている。タグ５はブシュ４と一体のものとするのが好ましい。導電体６は、スポット溶接によりタグに連結するのが好ましい。
【００２８】
ガス放電ランプは、ハウジングを形成するリフレクタ（図示せず）内に収容するのが有利である。リフレクタは細長状のアルミニウムよりなる溝状体により形成するのが好ましい。アルミニウムは、一方では強い反射力を有するとともに、他方では、熱の除去にかなり貢献する。ランプを溝状体内に固定するために、容量結合構造体を有するランプの端部を、リフレクタの端部の内側で、熱伝導性だが電気絶縁性の合成樹脂内にカプセル封止する。このようにしてランプはリフレクタ内に固定され、合成樹脂は更なる熱の除去にも寄与する。
【００２９】
合成樹脂はポリウレタンから形成するのが好ましい。熱の除去を高めるために、ポリウレタンには、例えばアルミニウム三水和物のような熱伝導性で電気絶縁性の充填剤を添加することができる。
【００３０】
上述したのは本発明の好適例である。本発明の特許請求の範囲内で種々の変形が可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、容量結合構造体を具える低圧ガス放電ランプを示す。
【図２】図２は、本発明による電気接続を行う図１のランプの端部を示す。

Claims (10)

1. ５ｍｍ以下とするのが好ましい小さな直径を有する放電容器と、互いに離間された少なくとも２つの容量結合構造体とを有している低圧ガス放電ランプであって、前記２つの容量結合構造体のそれぞれが少なくとも誘電体材料の円筒管により形成されている低圧ガス放電ランプにおいて、
   前記容量結合構造体の外部キャパシタプレートとして作用する素子が、導電性で延性の金属材料からなるブシュとして構成されており、このブシュが前記円筒管の誘電体材料上に直接設けられ、圧縮応力の下で気密連結を形成していることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
2. 請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
   前記ブシュが、銅、真鍮、アルミニウム及び軟鋼のうちの１種以上から形成されていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
3. 請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
   導電性で延性の金属材料から形成された前記ブシュが、圧縮連結により、誘電体材料からなる前記円筒管上に設けられていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
4. 請求項３に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
   前記圧縮連結は、前記円筒管の誘電体材料と前記ブシュの金属材料との間の熱膨張の違いを利用して得られていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
5. 請求項３に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
   前記圧縮連結は、導電性で延性の前記金属材料が、強磁界のパルスの影響下で、誘電体材料の円筒管に対する圧縮応力を受けて気密連結を形成するようにする磁気パルス処理を用いることにより形成されていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
   導電性で延性の金属材料からなる前記ブシュには、圧縮領域の外側に位置するタグが設けられており、このタグには、電流源と接続するための導電体が接続されていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
7. 請求項６に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
   前記タグ及び前記ブシュが一体を成していることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
   前記低圧ガス放電ランプが、リフレクタを形成しているハウジング内に収容されていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
9. 請求項８に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
   前記リフレクタが細長状のアルミニウムの溝状体として形成されており、前記容量結合構造体を有する前記低圧ガス放電ランプの端部が、前記リフレクタの端部の内側で熱伝導性だが電気絶縁性の合成樹脂内にカプセル封止されていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
10. 請求項９に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
    前記合成樹脂が、５０％のアルミニウム三水和物を添加したポリウレタンからなることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。