JP2005235749A - 放電灯、放電灯用電極、放電灯用電極の製造方法および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱陰極型放電灯の長寿命化および細径化を図る。
【解決手段】 放電灯１は両端に電極３を備える。電極３は、コイル部４ａの後端側から第１のリード部４ｂおよび第２のリード部４ｃが延び、電子放出物質３ａが塗布されたヒータ４を有する。電極３は第１の導入線６ａに第１のリード部４ｂが接続され、第２の導入線６ｂに第２のリード部４ｃが接続されて、コイル部４ａがガラス管２の管軸に沿った縦方向に配置される。また、電極３はコイル部４ａの先端および後端と対向する面を開口してコイル部４ａの周囲を覆うスリーブ７を備える。このスリーブ７の開口端面７ａをコイル部４ａの先端より突出させ、コイル部４ａを保護する。
【選択図】 図１

Description

本発明は熱陰極型の放電灯、放電灯用電極、放電灯用電極の製造方法および照明装置に関する。詳しくは、ガラス管の管軸に沿ったコイル部を有する電極を用いることで、ガラス管の細径化および電極の長寿命化を図るものである。

従来より、光源用として蛍光体を利用した放電灯が用いられている。放電灯の中で熱陰極型の放電灯は、発光効率が高く輝度も高いことから、照明用として用いられる他、液晶ディスプレイのバックライトとしても用いられる。

熱陰極型の放電灯は、ガラス管の両端に電極を備え、ガラス管内の空間にアルゴン等の希ガスと水銀が封入されるとともに、ガラス管の内面に蛍光体が塗布された構成である（例えば、特許文献１参照。）。

図９は熱陰極型の従来の放電灯の構成例を示す断面図である。放電灯５１はガラス管５２の両端に電極５３を備える。ガラス管５２の内部の空間にはアルゴン等の希ガスと水銀が封入されるとともに、ガラス管５２の内面の所定の範囲に蛍光体５２ａが塗布される。

電極５３はコイル部５４ａを有するヒータ５４を備える。ヒータ５４はバリウム酸化物等の電子放出物質５３ａが塗布される。ヒータ５４はガラス管５２の端部に挿入保持されている２本の導入線５５の間にテンションを掛けて張架されている。このため、電極５３はヒータ５４のコイル部５４ａがガラス管５２の管軸に対して直交する横向きに配置されている。

熱陰極型の放電灯５１の発光原理を説明すると、各電極５３に通電してヒータ５４で電子放出物質５３ａを加熱し、両電極５３の間に高周波で電圧を印加すると、電子放出物質５３ａから電子が放出され電極５３の間でアーク放電が発生する。

電子放出物質５３ａから放出され加速された電子は水銀原子に衝突し、水銀原子を励起する。励起された水銀原子は紫外線を放出する。この紫外線が蛍光体５２ａによって可視光に変換され、放電灯５１は発光する。

特開平５−２５１０４２号公報

従来の熱陰極型放電灯では、放電中に生じたイオンが電極に衝突し電子放出物質を飛散させるいわゆるイオンスパッタリングが顕著に生じるという問題がある。すなわち、電極を構成するヒータのコイルがガラス管の管軸に対して直交する横向きに配置されるので、コイルの多くの部分にイオンの衝突が起こる。このため、イオンスパッタリングが顕著に生じる。コイルの全体に亘りイオンスパッタリングが顕著に生じると、放電中に電子放出物質が枯渇し、安定したアーク放電を長期間にわたって維持することができない。よって、電極の寿命が短くなるという問題があった。

また、電極はヒータにテンションを掛けて張架しているので、長期間の使用により断線しやすいという問題があった。

そして、このように電極の寿命が短いと、結果として放電灯の寿命が短くなるという問題があった。

更に、ヒータが管軸に対して直交する方向に延在しているので、管径を小さくすることが出来ないという問題があった。

また、管径を小さくできる冷陰極型放電灯は寿命は長いが、陰極降下電圧が大きいため、効率が悪いという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、高効率化、長寿命化を図れ、かつ管径の細い放電灯、放電灯用電極、放電灯用電極の製造方法および照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る放電灯は、コイル部の後端側からこのコイル部と繋がる第１のリード部および第２のリード部が延びたヒータを有し、このヒータに電子放出物質が塗布された電極を備え、この電極は、発光物質を含むガスが封入され内面に蛍光体が塗布されたガラス管の両端にそれぞれ設けた第１の導入線に第１のリード部が接続され、第２の導入線に第２のリード部が接続されて、コイル部がガラス管の管軸に沿った縦方向に配置されたものである。

本発明に係る放電灯によれば、電極に通電することで電子放出物質が加熱され電子を放出するとともに、両電極に高周波で電圧を印加することでアーク放電が発生する。加速された電子が発光物質に衝突して発光物質が励起し、例えば紫外線を放出する。そして、この紫外線が蛍光体に衝突して可視光に変換され、放電灯が発光する。

放電中に生じたイオンは電極に衝突し、電子放出物質を飛散させる要因となるが、電極のコイル部はガラス管の管軸に沿った縦方向に配置されるので、イオンは主にコイル部の先端に衝突する。このため、コイル部の大部分では電子放出物質の飛散が抑えられる。

本発明に係る放電灯用電極は、コイル部の後端側からこのコイル部と繋がる第１のリード部および第２のリード部が延び、電子放出物質が塗布されたヒータと、コイル部の先端および後端と対向する面を開口してこのコイル部の周囲を覆う飛散防止部材と備えたものである。

本発明に係る放電灯用電極によれば、ガラス管の端部に取り付けられると、ヒータのコイル部はガラス管の管軸に沿った縦方向に配置される。放電中に生じたイオンは、主にコイル部の先端に衝突する。また、コイル部の周囲に配置された飛散防止部材によりコイル部の側面へのイオンの衝突を抑えるとともに、電子放出物質の蒸発を抑える。

本発明に係る放電灯電極の製造方法は、線材を巻いてコイル部の後端側から第１のリード部および第２のリード部が延びる形状のヒータを形成する巻線工程と、第１の接続部材と第２の接続部材が連結部で一体とされた接続補強部材の第１の接続部材にヒータの第１のリード部を溶接し、第２の接続部材に第２のリード部を溶接する接続補強部材溶接工程と、接続補強部材でヒータを保持し、このヒータに電子放出物質を塗布する塗布工程と、第１の接続部材に第１の導入線を溶接し、第２の接続部材に第２の導入線を溶接する導入部溶接工程と、接続補強部材から連結部を切断し、第１の接続部材と第２の接続部材を分離する切断工程とからなる。

本発明に係る放電灯用電極の製造方法によれば、線材を巻いて構成されたヒータは第１のリード部が接続補強部材の第１の接続部材に接続され、第２のリード部が第２の接続部材に接続される。第１の接続部材と第２の接続部材は製造工程中は連結部で一体となっていることから、ヒータの形状を保持する機能を持つ。そして、ヒータの形状を保持した状態で電子放出物質の塗布工程と導入線の溶接工程を行うことで、製造工程でのヒータの変形を防ぐ。

本発明に係る照明装置は、上述した放電灯を備えたものである。

本発明に係る放電灯では、電子放出物質が塗布されたヒータのコイル部が、ガラス管の管軸に沿った縦方向に配置された電極を備える。この本発明に係る電極では、放電中に生じたイオンが衝突するのは主にコイル部の先端で、コイル部の側面の大部分ではイオンスパッタリングを抑えることができる。

これにより、電子放出物質の枯渇が抑えられ、長期間にわたり電子を放出できる。また、ヒータにテンションを掛けて張架する形態ではないので、ヒータの断線を抑えることができる。従って、電極の長寿命化を図ることができる。そして、電極の長寿命化を図ることで、放電灯の長寿命化を図ることができる。

また、電極はヒータのコイル部がガラス管の管軸に沿った縦方向に配置されるので、コイル部の長さを短くすることなく、ガラス管の管径を細くすることができる。

ガラス管の径を細くすることで、輝度を向上させることができるが、コイル部は十分な量の電子放出物質を塗布できる長さを確保できることから、長寿命化を図りつつ、輝度を向上させることができる。

本発明に係る放電灯用電極は、更にコイル部の周囲に飛散防止部材を配置することで、イオンスパッタリングをより抑えることができる。また、電子放出物質の蒸発による管面あるいは蛍光体への飛散を防止し、更に電子放出物質の枯渇も抑えることができる。これにより、コイル部の周囲に飛散防止部材を配置した電極を用いた放電灯では、更なる長寿命化を図ることができる。

本発明に係る放電灯用電極の製造方法では、ヒータを接続補強部材で支持した形態で電子放出物質の塗布等の工程を行うので、製造工程でのヒータの変形を防ぐことができる。これにより、歩留りが向上するので、コイル部がガラス管の管軸に沿った縦方向に配置されるヒータを備えた電極を安価に製造することができる。

本発明に係る照明装置では、上述した放電灯を備えることで、薄型化および長寿命化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の放電灯、放電灯用電極、放電灯用電極の製造方法および照明装置の実施の形態について説明する。

１．放電灯および電極の構成
図１は本実施の形態の放電灯の構成例を示す断面図、図２は本実施の形態の放電灯用電極の構成例を示す斜視図である。ここで、図１（ａ）は放電灯の端部を管軸に沿った面で切断した要部断面図、図１（ｂ）は放電灯の全体断面図である。また、図２（ａ）は電極を先端側から見た斜視図、図２（ｂ）は電極を後端側から見た斜視図である。

本実施の形態の放電灯１は熱陰極型の放電灯で、棒状で細径のガラス管２の両端に電極３を備える。ガラス管２の内面には所定の範囲で蛍光体２ａが塗布される。また、ガラス管２の内部にはアルゴン（Ａｒ）あるいはネオン（Ｎｅ）等の希ガスと発光物質である水銀（Ｈｇ）が封入される。

電極３はコイル部４ａとこのコイル部４ａから繋がる第１のリード部４ｂおよび第２のリード部４ｃとからなるヒータ４を備える。ヒータ４はタングステン（Ｗ）或いはレニウムタングステン（Ｒｅ−Ｗ）等の線材から構成される。なお、タングステンの線材に比較するとレニウムタングステンの線材の方が加熱時の強度に優れることから、本例ではレニウムタングステンを採用している。

図３はヒータ４の構成の一例を示す説明図である。ヒータ４の製造方法は後述するが、例えば図３（ａ）に示すように、レニウムタングステン等の線材を螺旋状に巻いたものを、線材同士が互いに接触しないように更に螺旋状に巻いて二重の螺旋構造を有する略円筒型のコイル部４ａを形成し、コイル部４ａの後端から２本のリード部４ｂ，４ｃが延びる形状としたものである。

また、図３（ｂ）の拡大図で示すように、螺旋状に巻いた線材を更に螺旋状に巻き、図３（ｂ）の全体図に示すように、この螺旋状に巻いた線材を更に螺旋状に巻いて三重の螺旋構造を有する略円筒型のコイル部４ａを形成し、コイル部４ａの後端から２本のリード部４ｂ，４ｃが延びる形状としても良い。

このように、螺旋状に巻いた線材を更に螺旋状に巻いた二重の螺旋構造をダブルヘリカル構造と称し、螺旋状に巻いた線材を更に螺旋状に巻き、この線材を更に螺旋状に巻いた三重の螺旋構造をトリプルヘリカル構造と称している。

なお、ヒータ４は、コイル部４ａが管軸に沿った縦方向に配置されていることが重要であり、図３（ｃ）に示すように、線材を単に螺旋状に巻いたシングルヘリカル構造でも良い。

更に、ヒータ４は電子放出物質３ａとしてバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）からなる３元アルカリ土類金属酸化物で被覆されている。なお、電子放出物質３ａとしては二元のバリウム酸化物でも良い。あるいは、一般的に熱陰極型放電灯用の電子放出物質として知られているように上述したアルカリ土類金属酸化物に酸化ジルコニウムを１〜５重量％程度添加しても良い。

そして、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ヒータ４を二重または三重の螺旋構造とすると、コイル部４ａを形成するために長い線材が必要となる。すなわち、コイル部４ａの表面積を増加させることができる。これにより、コイル部４ａに塗布される電子放出物質３ａの量を増やすことができ、電極３の寿命を延ばすことが可能となる。

なお、ヒータ４を三重の螺旋構造とすると、コイル部４ａの直径が大きくなるので、ガラス管２の細径化を図るためには、ヒータ４は二重の螺旋構造が望ましい。

ここで、ヒータ４を形成する線材としては２５μｍ〜７０μｍ程度の直径のものが用いられるが、二重の螺旋構造とした場合の巻き易さと、強度を両立できる太さとしては、例えば４５μｍ〜５５μｍ程度の直径が望ましい。

電極３はヒータ４を支持する第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂを備える。第１のヒータタブ５ａは第１の接続部材であって、ヒータ４の第１のリード部４ｂの後端側が溶接により接続される。第２のヒータタブ５ｂは第２の接続部材であって、第２のリード部４ｃの後端側が溶接により接続される。

第１のヒータタブ５ａおよび第２のヒータタブ５ｂは例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）等の板材で、後述する電極３の製造方法で説明するが、電極３の製造時には第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂは一体物で接続補強部材として機能し、製造工程中に分離される。

電極３は第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂを介して第１の導入線６ａと第２の導入線６ｂに接続される。第１の導入線６ａと第２の導入線６ｂはガラス管２の両端に備えられ、互いが略平行で、ガラス管２の端部を外部から内部へと貫通している。

そして、第１の導入線６ａのガラス管２の内部へ延びている部分の先端側に第１のヒータタブ５ａが溶接により接続され、第２の導入線６ｂのガラス管２の内部へ延びている部分の先端側に第２のヒータタブ５ｂが溶接により接続される。

このように第１の導入線６ａおよび第２の導入線６ｂに支持される電極３は、ヒータ４のコイル部４ａがガラス管２の管軸に沿った縦型の配置となる。このため、放電によって生じるイオンは主にコイル部４ａの先端に衝突することになり、コイル部４ａの側面ではイオンの衝突による電子放出物質３ａの飛散が発生しにくい構成となる。

また、電極３はコイル部４ａの後端側から延びる２本のリード部でヒータ４を導入線に支持するので、ヒータ４にはテンションが掛からない構成であり、断線が発生しにくい構成となる。

更に本実施の形態では、電極３にスリーブ７を備えることで電子放出物質３ａの飛散や蒸発を防ぐ。スリーブ７は飛散防止部材の一例で、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等で構成され、両端が開口した円筒形状を有する。

スリーブ７は内側にヒータ４のコイル部４ａが略平行となる向きで挿入され、スリーブリード８によって第１のヒータタブ５ａに取り付けられる。これにより、スリーブ７はコイル部４ａの先端側と後端側を開放した形態でコイル部４ａの周囲を覆う。

なお、スリーブリード８は第１のヒータタブ５ａおよび第２のヒータタブ５ｂと同様に例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）で構成される。また、本例では第１のヒータタブ５ａにスリーブリード８を固定することとしたが、第２のヒータタブ５ｂに固定してもよい。

ここで、スリーブ７の内径はヒータ４のコイル部４ａの外径より大きく、スリーブ７の内側にヒータ４のコイル部４ａを略平行となる向きで挿入したときに、スリーブ７にコイル部４ａが接触しないように構成される。

また、スリーブ７の外径はガラス管２の内径より小さく、スリーブ７とガラス管２が接触しないように構成される。

更に、スリーブ７の開口端面７ａより、コイル部４ａの先端部が突出しない位置関係となるように、スリーブ７の取付位置が設定される。なお、スリーブ７とヒータ４の位置関係は、スリーブ７の開口端面７ａよりコイル部４ａの先端部が内側に入り込んでいる位置関係が望ましいが、スリーブ７の開口端面７ａとコイル部４ａの先端部が同一面に位置していても良い。

また、スリーブ７の長さをコイル部４ａの長さより長くし、コイル部４ａの側面全体がスリーブ７で覆われる形状とする。

なお、上述したガラス管２の内面の蛍光体２ａの塗布範囲は、電極３のスリーブ７の開口端面７ａより若干外側となる位置までとする。この蛍光体２ａが塗布された範囲が放電灯１の発光部分となる。

２．放電灯の動作
次に、本実施の形態の放電灯１の動作について説明する。まず、各電極３を構成するヒータ４のリード部４ｂ，４ｃ間に電圧を印加するために第１の導入線６ａと第２の導入線６ｂの間に例えば５Ｖ程度の電圧を印加し、ヒータ４で電子放出物質３ａを加熱する。そして、両電極３の間に高周波で例えば３００Ｖ程度の電圧を印加する。

これにより、電子放出物質３ａから電子が放出され電極３の間でアーク放電が発生する。なお、電極３の間でアーク放電が発生した後は、両電極３の間に例えば１００Ｖ程度の電圧を印加するとともに、各電極３に例えば２Ｖ程度の電圧を印加するような制御を行う。なお、各電極３には電圧を印加しなくても良いが、上述したように２Ｖ程度の電圧を印加した方が寿命がより長くなる。

さて、電子放出物質３ａから放出され加速された電子は水銀原子に衝突し、水銀原子を励起する。励起された水銀原子は紫外線を放出する。この紫外線が蛍光体２ａによって可視光に変換され、放電灯１は発光する。

放電中に生じたイオンは電極３に衝突し、電子放出物質３ａを飛散させる要因となるが、コイル部４ａがガラス管２の管軸に沿った縦方向に配置されるので、イオンは主にコイル部４ａの先端部に衝突する。このため、コイル部４ａの側面の大部分では電子放出物質３ａの飛散が抑えられる。

また、コイル部４ａはスリーブ７に挿入され、スリーブ７の開口端面７ａがコイル部４ａの先端部より突出していることから、コイル部４ａの先端部へのイオンの衝突も低減される。これにより、長期間にわたって電子放出物質３ａの枯渇を抑えることができる。従って、電極３は長期間にわたり電子を放出できることから、電極３の寿命を延ばすことができる。

更に、電子放出物質３ａはヒータ４の加熱により蒸発する。スリーブ７を備えない場合、蒸発した電子放出物質３ａはガラス管２の内面に蒸着する。これに対して、コイル部４ａがスリーブ７に挿入される形態とすることで、ヒータ４から蒸発した電子放出物質３ａはスリーブ７の内面に蒸着する。そして、ヒータ４が加熱されることでスリーブ７も加熱され、スリーブ７に付着している電子放出物質３ａからも電子が放出される。よって、電極３の寿命を延ばすことができる。

このように、電極３の寿命を延ばすことができることから、放電灯の長寿命化を図ることができる。

また、ヒータ４がスリーブ７に挿入されていることで、熱輻射によって低電圧で所望の温度まで加熱することができる。例えば、予熱時に印加する電圧を例えば５Ｖ程度から例えば３Ｖ程度にまで下げることができる。

なお、コイル部４ａとスリーブ７が接触していると、ヒータ４ａの温度低下を招き、所望の温度に加熱するためにより高い電圧を印加する必要が生じる。このため、上述したようにコイル部４ａとスリーブ７が非接触となるようにする。

本実施の形態の放電灯１では、ヒータ４のコイル部４ａをガラス管２の管軸に沿った縦方向に配置することで、ガラス管２の管径はコイル部４ａの径に合わせて細径化が可能となる。従来構造の熱陰極型の放電灯では、ガラス管の外径は６．２ｍｍ程度が限界であった。これに対して本実施の形態の放電灯１では、ガラス管２の外形を２〜３ｍｍ程度にまで細くすることができる。そして、コイル部４ａをガラス管２の管軸に沿った縦方向に配置することで、コイル部４ａは電子放出物質３ａを十分な量だけ塗布できる長さを確保できる。更に、ヒータ４を例えば二重の螺旋構造とすることで、より多くの量の電子放出物質３ａを塗布することができる。

さて、液晶ディスプレイの直下型バックライトとしては、ディスプレイの薄型化を図るため、管径が細い冷陰極型の放電灯を用いていた。これに対して、本実施の形態の放電灯１は、コイル部４ａを縦型に配置することでガラス管２の細径化が可能である。これにより、本例の放電灯１を液晶ディスプレイの直下型バックライトとして用いた場合でも、ディスプレイの薄型化を図ることができる。

ここで、熱陰極型の放電灯は冷陰極型の放電灯と比較して発光効率が良いことが知られており、熱陰極型の放電灯は冷陰極型の放電灯と比較して効率が２倍、輝度も２倍程度となることが知られている。また、一般的に、放電灯ではガラス管の管径を細くすると輝度が向上することが知られている。

このため、本例の放電灯１を液晶ディスプレイの直下型バックライトとして使用した場合、冷陰極型の放電灯を使用した場合と同程度の輝度を得るのであれば、使用する放電灯１の本数を半分程度に削減することができる。

また、放電灯１を２０インチの液晶ディスプレイの直下型バックライトとして１０本使用した場合の消費電力は約３３ワットである。同じサイズの冷陰極型放電灯を同じ本数使用したバックライトの消費電力が約５５ワットであるので、本例の放電灯１を使用することで、消費電力が約４０パーセント削減される。これにより、冷陰極型放電灯に比較して、輝度を向上させ、かつ消費電力を削減することができる。

そして、コイル部４ａは十分な量の電子放出物質３ａを塗布できる長さを確保できることから、ガラス管２を細径化しても長寿命化を図ることができる。

図４は本実施の形態の放電灯１と従来の放電灯の寿命を比較したグラフで、図１および図２で説明した本実施の形態の放電灯１において、上述したように各電極３への印加電圧を２Ｖとした場合の輝度の変化を破線Ｌ１で示す。また、本実施の形態の放電灯１で、各電極３への電圧印加が無い場合の輝度の変化を一点鎖線Ｌ２で示す。更に、図９に示す従来構造の放電灯の輝度の変化を実線Ｌ３で示す。

図９に示す従来構造の放電灯は、イオンスパッタリングによって電子放出物質の減少が早く、７０００時間程度で使用開始当初の輝度の５０％まで輝度が低下する。そして、１００００時間に到達する前に電子放出物質の枯渇や電極の断線が発生する。

これに対して、図１および図２で説明した本実施の形態の放電灯１では、イオンスパッタリングが発生しにくく、ガラス管２の管径によらず十分な量の電子放出物質３ａをヒータ４に塗布できることから、各電極３に電圧を印加しない場合は、３５０００時間程度まで相対輝度が５０％以上あり、各電極３に２Ｖ程度の電圧を印加した場合は、６００００時間を超えても相対輝度が５０％以上あり、電子放出物質３ａの枯渇が発生しない。

また、ヒータ４にテンションが掛からないことから、イオンスパッタリングが抑えられることと併せてヒータ４の断線も発生しない。以上のことから、本実施の形態の放電灯１は、従来の放電灯と比較して５〜１０倍程度の寿命を持つことが判った。

３．電極の製造方法
上述したように、本実施の形態の電極３は、ヒータ４のコイル部４ａをガラス管２の管軸に沿った縦方向に配置するため、コイル部４ａの後端側から延びる２本のリード部でヒータ４を導入線に支持する構成である。

このため、ヒータ４にはテンションが掛からない構成であり、電極３の製造時にヒータ４の形状を保持することが課題となる。そこで、リード部と導入線をヒータタブを介して接続し、ヒータタブを接続補強部材として機能させることで、ヒータ４の形状が保持されるようにする。

図５および図６は本実施の形態の放電灯用電極の製造方法の一例を示す工程図で、以下にヒータタブを利用した電極３の製造方法について説明する。

（１）巻線工程
巻線工程では、まず第１の巻線工程として、図５（ａ）に示すように例えばレニウムタングステンの線材９をモリブデンの芯線１０に螺旋状に巻き付ける。次に第２の巻線工程として、図５（ｂ）に示すように線材９が巻かれた芯線１０を二重の螺旋状に巻いて略円筒型のコイル部４ａを形成し、コイル部４ａの後端から２本のリード部４ｂ，４ｃが延びる形状とする。

ここで、コイル部４ａでは隣接する線材９同士が接触しない形状とする。この巻線工程で、芯線１０により形状が保持されたヒータ４が作成される。なお、この巻線工程では熱処理により線材９の歪みを取る工程が含まれていても良い。

（２）ヒータタブ溶接工程
ヒータタブ溶接工程では、ヒータ４をヒータタブに溶接する。図７はヒータタブの構成例を示す斜視図である。ヒータタブ５は接続補強部材であって、上述したように第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂを備える。

第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂはそれぞれＬ字型の断面形状で、Ｌ字型の短辺側が連結部５ｃでつながり、第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂが一体となっている。

また、第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂの間には分離溝５ｄが形成される。分離溝５ｄは連結部５ｃまで延在し、後述する連結部５ｃの切断による第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂの分離を容易にする。

図５に戻り、ヒータタブ溶接工程では、図５（ｃ）に示すように、一体となっているヒータタブ５の第１のヒータタブ５ａに、ヒータ４の第１のリード部４ｂの後端側を溶接する。また、第２のヒータタブ５ｂにヒータ４の第２のリード部４ｃの後端側を溶接する。これにより、ヒータ４とヒータタブ５が一体となったヒータアッセンブリ１１が作成される。このヒータタブ溶接工程では、ヒータ４は芯線１０により形状が保持されているので、型崩れが発生しない。

（３）溶解工程
溶解工程では、図５（ｄ）に示すようにレニウムタングステンの線材９が巻かれたモリブデンの芯線１０を溶解する。例えば、ヒータアセンブリ１１を硫酸と硝酸の混酸溶液中に浸してモリブデンの芯線１０を溶解する。ここで、レニウムタングステンおよびステンレスは混酸溶液中で溶解しないので、ヒータ４とヒータタブ５はそのまま残る。

さて、ヒータ４はモリブデンの芯線１０が溶解することで外力に対して強度が弱くなるが、ヒータ４は第１のリード部４ｂと第２のリード部４ｃが一体構造のヒータタブ５で支持されていることでヒータアセンブリ１１全体として十分な強度が保持され、作業中に型崩れが発生しない。

（４）塗布工程
塗布工程では、図５（ｅ）に示すようにヒータ４に電子放出物質３ａを塗布する。本例では３元のバリウム酸化物である（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＣＯ₃をヒータ４に塗布する。電子放出物質３ａの塗布は例えば吹き付け法によって行われる。吹き付け法では例えばヒータアセンブリ１１を回転させながらヒータ４に電子放出物質３ａの吹き付けを行うことで、コイル部４ａの内側まで均一な密度で電子放出物質３ａを塗布することができる。

また、電子放出物質３ａの塗布はディップ法でもよい。すなわち、電子放出物質３ａを入れた槽にヒータアッセンブリ１１のヒータ４を浸すことで、コイル部４ａに電子放出物質３ａを塗布することができる。

ここで、ヒータ４に塗布した（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＣＯ₃は、製造工程中の加熱で（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｏに変化する。なお、コイル部４ａに塗布された電子放出物質３ａの膜厚は３０〜６０μｍ程度が望ましい。

（５）スリーブ溶接工程
スリーブ溶接工程では、まず、図５（ｆ）に示すようにスリーブ７にスリーブリード８を溶接する。これにより、スリーブ７とスリーブリード８が一体となったスリーブアッセンブリ１２が作成される。このスリーブアッセンブリ１２に熱処理を行い汚れや歪みを取る工程を加えても良い。

次に、図５（ｇ）に示すように、電子放出物質３ａの塗布が終了したヒータアッセンブリ１１とスリーブアッセンブリ１２を接続する。まず、スリーブ７にヒータ４のコイル部４ａを挿入する。このとき、スリーブリード８を第１のヒータタブ５ａに位置合わせした状態で、コイル部４ａの側面がスリーブ７の内面に接触しないように位置合わせを行う。

また、コイル部４ａの先端がスリーブ７の開口端面７ａより内側となるように位置合わせを行う。そして、スリーブリード８を第１のヒータタブ５ａに溶接によって接続する。これにより、ヒータアッセンブリ１１とスリーブアッセンブリ１２が一体となる。

（６）導入線溶接工程
導入線溶接工程では、図６（ｈ）に示すように、スリーブアッセンブリ１２の取り付けまで終了したヒータアッセンブリ１１を第１の導入線６ａおよび第２の導入線６ｂに接続する。

まず、第１の導入線６ａと第２の導入線６ｂはステムガラス１３によって一体となっている。なお、第１の導入線６ａと第２の導入線６ｂは互いが接触しないように所定の間隔を開けて略平行にステムガラス１３に支持されている。

そして、第１の導入線６ａと第１のヒータタブ５ａを溶接によって接続し、第２の導入線６ｂと第２のヒータタブ５ｂを溶接によって接続する。

さて、ヒータ４の第１のリード部４ｂと第２のリード部４ｃの間隔と、ステムガラス１３で支持されている第１の導入線６ａと第２の導入線６ｂの間隔が異なる場合、リード部と導入線を直接接続しようとすると、曲げ加工が必要となる。

これに対して、第１のヒータタブ５ａおよび第２のヒータタブ５ｂを介してリード部と導入線を接続することで、曲げ加工は不要となる。また、板状のヒータタブにリード部と導入線を溶接することでアライメントを容易にする。また、接続強度が向上する。

（７）切断工程
切断工程では、図７に示すヒータタブ５の連結部５ｃをレーザ等で切断する。連結部５ｃの切断位置Ｃを二点鎖線で示すが、ヒータタブ５は第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂの間に分離溝５ｄが形成されているので、連結部５ｃを切断すると、第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂの間は隙間が形成された状態となり、両者は電気的に独立する。

以上の工程で図６（ｉ）に示すように電極３が完成する。ここで、上述した塗布工程から導入線溶接工程では、ヒータ４は第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂが一体となっているヒータタブ５に支持されている。このため、ヒータ４の型崩れが発生しない。

そして、切断工程で第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂを分離した段階では、ステムガラス１３に支持されている第１の導入線６ａと第２の導入線６ｂによってヒータ４は支持される形態となり、やはり型崩れは発生しない。

以上のように、ヒータタブ５によってヒータ４の形状を保持できるようにして電極３を製造することで、製造工程でのヒータ４の変形を防ぐことができる。これにより、歩留りが向上することから、コイル部４ａがガラス管２の管軸に沿った縦方向に配置されるヒータ４を有する電極３を低コストで製造することができる。

なお、第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂは連結部５ｃの切断後もＬ字型の形状とすることで、強度を増加させることができる。これにより、第１のヒータタブ５ａと第２のヒータタブ５ｂは製造工程での補強部材としての機能に加えて、製品として使用される場合の補強部材としても機能する。

図８は本実施の形態の照明装置の構成例を示す概略断面図である。本実施の形態の照明装置１４は、図１および図２で説明した放電灯１と、拡散板１５と、輝度アップシート１６と、反射シート１７と、ケース１８等を備える。

照明装置１４は、ケース１８の底面の例えば全面に光を反射する反射シート１７が配置され、反射シート１７の上側に、複数本の放電灯１が例えば平行に並べて配置される。

また、放電灯１の上側に、放電灯１より出射された光を拡散して光量が均一となるようにする拡散板１５が配置され、拡散板１５の上側に、拡散板１５から出射された光の輝度を上昇させる輝度アップシート１６が配置される。

以上の構成では、放電灯１が発光すると、放電灯１からの直接光と、反射シート１７での反射光が拡散板１５に入射して拡散され、照明装置１４の発光面における輝度が略均一となる。そして、輝度アップシート１６によって光の輝度を上昇させて、照明装置１４は面発光する。

図１等で説明したように、本実施の形態の放電灯１は、電極３を構成するヒータ４のコイル部４ａを、ガラス管２の管軸に沿った縦方向に配置することで、コイル部４ａは十分な量の電子放出物質３ａを塗布できる長さを確保できることから、ガラス管２を細径化しても長寿命化を図ることができる。

これにより、本実施の形態の放電灯１を利用することで、薄型で長寿命の照明装置１４を実現することができる。

本発明は、長寿命で管径の細い放電灯であることから、照明器具のみならず、液晶ディスプレイ等のバックライトに適用して、液晶ディスプレイの高効率化、長寿命化や薄型化を図ることができる。

本実施の形態の放電灯の構成例を示す要部断面図である。 本実施の形態の放電灯用電極の構成例を示す斜視図である。 ヒータの構成の一例を示す説明図である。 本実施の形態の放電灯と従来の放電灯の寿命を比較したグラフである。 本実施の形態の放電灯用電極の製造方法の一例を示す工程図である。 本実施の形態の放電灯用電極の製造方法の一例を示す工程図である。 ヒータタブの構成例を示す斜視図である。 本実施の形態の照明装置の構成例を示す概略断面図である。 熱陰極型の従来の放電灯の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・放電灯、２・・・ガラス管、２ａ・・・蛍光面、３・・・電極、３ａ・・・電子放出物質、４・・・ヒータ、４ａ・・・コイル部、４ｂ・・・第１のリード部、４ｃ・・・第２のリード部、５・・・ヒータタブ、５ａ・・・第１のヒータタブ、５ｂ・・・第２のヒータタブ、６ａ・・・第１の導入線、６ｂ・・・第２の導入線、７・・・スリーブ、７ａ・・・開口端面、８・・・スリーブリード、９・・・線材、１０・・・芯線、１１・・・ヒータアッセンブリ、１２・・・スリーブアッセンブリ、１３・・・ステムガラス

Claims (16)

1. コイル部の後端側から前記コイル部と繋がる第１のリード部および第２のリード部が延びたヒータを有し、前記ヒータに電子放出物質が塗布された電極を備え、
   前記電極は、発光物質を含むガスが封入され内面に蛍光体が塗布されたガラス管の両端にそれぞれ設けた第１の導入線に前記第１のリード部が接続され、第２の導入線に前記第２のリード部が接続されて、前記コイル部が前記ガラス管の管軸に沿った縦方向に配置される
   ことを特徴とする放電灯。
2. 前記ヒータは、螺旋状の線材が更に互いが非接触な螺旋状に巻かれて前記コイル部が構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の放電灯。
3. 前記電極は、前記コイル部の先端および後端と対向する面を開口して前記コイル部の周囲を覆う飛散防止部材を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の放電灯。
4. 前記飛散防止部材は両端が開口した円筒型のスリーブで、前記スリーブの内側に前記コイル部が挿入される
   ことを特徴とする請求項３記載の放電灯。
5. 前記電極は、前記コイル部の先端が前記スリーブの先端側の開口端面より内側に配置される
   ことを特徴とする請求項４記載の放電灯。
6. 前記電極は、前記第１のリード部と前記第１の導入線を接続する第１の接続部材および前記第２のリード部と前記第２の導入線を接続する第２の接続部材を有し、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材が分離している接続補強部材を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の放電灯。
7. 前記電極は、前記第１のリード部と前記第１の導入線を接続する第１の接続部材および前記第２のリード部と前記第２の導入線を接続する第２の接続部材を有し、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材が分離している接続補強部材を備え、
   前記スリーブは、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材のどちらか一方に支持される
   ことを特徴とする請求項４記載の放電灯。
8. コイル部の後端側から前記コイル部と繋がる第１のリード部および第２のリード部が延び、電子放出物質が塗布されたヒータと、
   前記コイル部の先端および後端と対向する面を開口して前記コイル部の周囲を覆う飛散防止部材と
   を備えたことを特徴とする放電灯用電極。
9. 前記ヒータは、螺旋状に巻かれた線材が更に互いが非接触な螺旋状に巻かれて前記コイル部が構成される
   ことを特徴とする請求項８記載の放電灯用電極。
10. 前記飛散防止部材は両端が開口した円筒型のスリーブで、前記スリーブの内側に前記コイル部が挿入される
    ことを特徴とする請求項８記載の放電灯用電極。
11. 前記コイル部の先端が前記スリーブの先端側の開口端面より内側に配置される
    ことを特徴とする請求項１０記載の放電灯用電極。
12. 前記第１のリード部と接続する第１の接続部材および前記第２のリード部と接続する第２の接続部材を有し、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材が分離している接続補強部材を備え、
    前記スリーブは前記第１の接続部材と前記第２の接続部材のどちらか一方に支持される
    ことを特徴とする請求項１０記載の放電灯用電極。
13. 線材を巻いてコイル部の後端側から第１のリード部および第２のリード部が延びる形状のヒータを形成する巻線工程と、
    第１の接続部材と第２の接続部材が連結部で一体とされた接続補強部材の前記第１の接続部材に前記ヒータの前記第１のリード部を溶接し、前記第２の接続部材に前記第２のリード部を溶接する接続補強部材溶接工程と、
    前記接続補強部材で前記ヒータを保持し、前記ヒータに電子放出物質を塗布する塗布工程と、
    前記第１の接続部材に第１の導入線を溶接し、前記第２の接続部材に第２の導入線を溶接する導入部溶接工程と、
    前記接続補強部材から前記連結部を切断し、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材を分離する切断工程と
    からなることを特徴とする放電灯用電極の製造方法。
14. 前記巻線工程は、
    線材を芯線に巻き付ける第１の巻線工程と、
    前記芯線に巻き付けられた線材を、互いが非接触な螺旋状に巻く第２の巻線工程とからなり、
    前記接続補強部材溶接工程の後に、前記芯線を溶解する溶解工程を行う
    ことを特徴とする請求項１３記載の放電灯用電極の製造方法。
15. 円筒型のスリーブの内側に前記ヒータを挿入し、前記スリーブを前記第１の接続部材か前記第２の接続部材のどちらか一方に溶接するスリーブ溶接工程を、前記塗布工程より後に行う
    ことを特徴とする請求項１３記載の放電灯用電極の製造方法。
16. 請求項１乃至請求項７に何れか記載の放電灯を用いた
    ことを特徴とする照明装置。
    

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