JP2007328925A - 二重管形放電ランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】放電ランプの十分な保温を確保し、外部環境に影響されにくい、高輝度・長寿命かつ省電力の二重管形放電ランプを提供する
【解決手段】二重管形放電ランプは、ステムを介して両端に第1導入線が封止された外管と、両端に第2導入線が封止され前記外管の内部に収容された内管と、前記外管の内部において前記第1導入線と前記第2導入線の結合して内管を外管内に支持する接続支持線と、前記内管の内部において前記第2導入線に接続された放電電極と、前記内管の内部に封入された放電媒体とを有する。前記外管の内壁と上記放電ランプの外壁の間に1mm以上の間隙を有し、前記外管の外径をR(mm)、前記内部管の外径をr(mm)とすると、1.5<R/r<4.5の関係を満足する。上記のように外管の間隙、外管と内管の外径比を規定することにより、放電ランプを構成する内管の保温を十分確保し、輝度特性を高輝度かつ安定に保つように作用する。
【選択図】図1
【解決手段】二重管形放電ランプは、ステムを介して両端に第1導入線が封止された外管と、両端に第2導入線が封止され前記外管の内部に収容された内管と、前記外管の内部において前記第1導入線と前記第2導入線の結合して内管を外管内に支持する接続支持線と、前記内管の内部において前記第2導入線に接続された放電電極と、前記内管の内部に封入された放電媒体とを有する。前記外管の内壁と上記放電ランプの外壁の間に1mm以上の間隙を有し、前記外管の外径をR(mm)、前記内部管の外径をr(mm)とすると、1.5<R/r<4.5の関係を満足する。上記のように外管の間隙、外管と内管の外径比を規定することにより、放電ランプを構成する内管の保温を十分確保し、輝度特性を高輝度かつ安定に保つように作用する。
【選択図】図1
Description
この発明は外管を備えた二重管形放電ランプに関し、低温度環境あるいは気流が存在する環境においても安定な光放射が得られる放電ランプに関する。
ガラス管内壁に一般の白色蛍光体を塗布した冷陰極蛍光ランプは、液晶ディスプレイのバックライトやスキャナーの光源に、また紫外線を放射する蛍光体を塗布した光触媒用ランプ、蛍光体を使用せず、放電の紫外線そのものを利用する殺菌ランプなど、様々な用途に使われている。しかし、用途が広がるなかで、ランプを使用する環境の影響が課題になっている。即ち、ランプの全体あるいはその一部が低温度環境に置かれると、ランプ内部の水銀蒸気圧が低下してランプの輝度が下がり、またランプを始動させても輝度上昇に長時間を要する状態になる。
この問題を解決するために、二重管形冷陰極蛍光ランプが提案されている。例えば、特許文献1には、低圧水銀蒸気放電ランプの発光管を同軸状の外管により囲繞し、発光管と外管の間隙を真空に保持して、外気より発光管を保温するものが示された。しかしこの場合、発光管の端部が外管の端部に溶着されているために、この溶着部からの熱伝導によって内部の発光管が冷却されやすいと言う課題がある。
これに対して特許文献2では内管と外管の端部が当接しないよう、内管と外管の電極および電力導入線を一体材料で作り、この電力導入線の二箇所にビードガラスを融着し、このビードガラスで内管、外管の端部を封止した。しかし、この構造では電力導入線の二箇所でガラス管を封止するという複雑な工程を必要とする。
また、特許文献3には、外管の端部にタングステン電極を設け、このタングステン電極の先端にニッケル線をつなぎ、さらにニッケル線の先端にタングステン電極を接続して、このタングステン電極に内管を封止する二重管構造が示されている。しかし、この構造において、内管をタングステン電極部で封止した後、さらに内管の外側にある外管用タングステン電極部に外管を融着させる場合には、工程が複雑になる。
何れの特許文献においても、放電ランプを構成する内管の保温を十分確保し、輝度特性を高輝度かつ安定に保つようにするための更に別の構造的観点については検討されていない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、放電ランプの十分な保温を確保し、外部環境に影響されにくい、高輝度・長寿命かつ省電力の二重管形放電ランプを提供することを目的とする。
本発明の更に別の目的は、二重管形放電ランプにおいて放電ランプの十分な保温を確保し、外部環境に影響されにくい構造を簡易化することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本発明に係る本発明の二重管形放電ランプ(8)は、ステム(16,17)を介して両端に第1導入線(19,20)が封止された外管(18)と、両端に第2導入線(12,13)が封止され前記外管の内部に配置された内管(9)と、前記外管の内部において前記第1導入線と前記第2導入線に結合して前記内管を前記外管の内部に支持する接続支持線(14,15)と、前記内管の内部において前記第2導入線に接続された放電電極(10,11)と、前記内管の内部に封入された放電媒体と、を有する。前記外管の内壁と前記内管の外壁の間に1mm以上の間隙を有し、前記外管の外径をR(mm)、前記内部管の外径をr(mm)とすると、1.5<R/r<4.5の関係を満足する。前記外管と内管の間の空間は高真空に排気されている。上記のように外管の間隙、外管と内管の外径比を規定することにより、放電ランプを構成する内管の保温を十分確保し、輝度特性を高輝度かつ安定に保つように作用する。
前記第1導入線と前記第2導入線を接続して支持するのに接続支持線を用い、前記接続支持線は湾曲部(14A,15A)又は屈曲部を有し、前記内管の一端部において前記接続支持線、第1導入線及び第2導入線を含む2次元平面と、前記内管の他端部において前記接続支持線、第1導入線及び第2導入線を含む2次元平面とは、互いに交差する向きを有する。前記互いに交差する向きは例えばほぼ90度である。前記接続支持線の湾曲部又は屈曲部は、前記接続支持線、第1導入線及び第2導入線を単に直線状に形成する場合に比べて、大きな捻り剛性を得るように作用する。特に、内管の両端部における前記2次元平面を同一平面とせずに互いに交差する向きにすることにより、更に大きな捻り剛性を期待することができる。大きな捻り剛性は、外管に対する内管の支持状態を安定化させ、振動等の機械的衝撃によって外管に対する内管の支持状態が塑性的に変化する事態の抑制に役立つ。
二重管形放電ランプは、上記内管の内面に塗布された蛍光体を有し、蛍光体の励起発光による光を前記外管から放射するタイプのランプ、或いは、前記内管の放電媒体からの光を前記外管から放射するタイプのランプに適用することができる。
本発明によれば、放電ランプの十分な保温を確保し、外部環境に影響されにくい、高輝度・長寿命かつ省電力の二重管形放電ランプを提供することができる。
また、二重管形放電ランプにおいて放電ランプの十分な保温を確保し、外部環境に影響されにくい構造を簡易化することができる。
図1に本発明に係る二重管形放電ランプ8を軸断面で示す。同図に示される二重管形放電ランプ8は、ステム16,17を介して両端に外部電力導入線(第1導入線)19、20が封止されたガラス製の外管18と、両端に外部導入線(第2導入線)12、13が封止され前記外管18の内部に配置されたガラス製の内管9と、前記外管8の内部において前記外部電力導入線(第1導入線)19、20と前記外部導入線(第2導入線)12、13に結合して前記内管9を前記外管18の内部に支持する内部導入線(接続支持線)14,15と、前記内管9の内部において前記外部導入線(第2導入線)12、13に接続された放電電極10,11と、前記内管9の内部に封入された放電媒体と、を有する。ここでは、放電媒体として内管9にネオンとアルゴンの混合ガスおよび水銀が封入され、内管9の内壁に蛍光体(図示せず)が塗布され、放電電極10,11は冷陰極とされる。外管18の端部に備えられたステム16,17はフレアステムである。外部電力導入線19、20と内管9の外部導入線12、13は内部導入線14、15で電気的に接続される。外管18内は高真空に排気され、外管18の内壁と内管9の外壁との間隙は1mm以上に設定されている。さらに、外管18の外径と内管9の外径の比R/rを1.5から4.5の範囲に規定してある。
更に具体的な構成を説明する。前記内管9は、例えば外径2.6mm、肉厚0.3mm、全長194mmの硬質ガラス製、内部にアルゴン10%混合のネオンガスを9×103Pa、および水銀が封入され、管内面には368nmに主発光ピークを持つユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩蛍光体、あるいは3波長型蛍光体が塗布されている。また外管18は外径8mm、肉厚0.55mm、全長223mmの軟質ガラス管であり、フレアステム16、17には先端部に外径0.4mmのニッケル線を外径0.3mmのジュメット線に接続したウエルズを各2本、外部電力導入線19、20として溶着してある。内管9の電極10、11には水銀合金を付加したジルコニウム・アルミニウムゲッター板を使用し、外径0.4mmのコバール線を経由して外径0.4mmジュメット線の外部導入線12、13に接続されている。外部導入線12、13と外部電力導入線19、20とは内部導入線14、15によって連結される。内部導入線14、15は外径0.4mmのニッケル線であり、円弧状に成型した湾曲部14A,15Aを有し、外部導入線12、13と外部電力導入線19、20との間を接続することにより、内管9に形成された冷陰極放電ランプが外管18のフレアステム16、17にマウントされて、全体として二重管形放電ランプ8が形成される。
上記において、内部導入線14、15は特別に加工して使用したが、簡便には外部導入線12、13を長めに作り、これを円弧状に加工して内部導入線14、15にしてもよい。なお、上記において内部導入線14、15を円弧状に加工したが、本発明はこれにとらわれるものでなく、他の形状、例えばコの字やL字状など、要は外部電力導入線19、20と外部導入線12、13とを接続するいかなる接続形態を採用してもよい。また、フレアステム16、17には外部電力導入線を夫々2本づつ備えており、図1にはこのうち1本を使用した例を示したが、2本使用することで強度が向上するので、振動など機械的衝撃のある環境下では有効である。即ち、図示はしないが、図1において、2本の外部電力導入線16の夫々に接続した内部導入線14を用いて外部導入線12を支持する構成を採用してもよい。また上記内部導入線14、15の円弧を含む平面が外管18の両端において、互いに直角となるようにマウントすると、機械的な振動に強くなるものである。なお上記マウント角度を直角としたが、加工の都合で角度が多少ずれても差し支えない。
図2には比較例に係る二重管形放電ランプ1の断面構造を示す。内管2の両端に電極3および4を備える。電極は冷陰極である。これらの電極は外部導入線5、6によって外部電源に接続される。内管2の端部は外管7のガラス管に融着され、外管7と内管2の間隙は真空に保持あるいは若干の不活性ガスが充填される。内管2の内部にはネオンとアルゴンの混合ガスおよび水銀が封入されている。内管2のガラス管内面には蛍光体膜(図示せず)が形成される。蛍光体は3波長型蛍光体や光触媒用蛍光体などである。
外部導入線5および6に外部回路を接続して電源を入れると、内管2に形成された放電ランプの放電が開始し、励起された水銀からの紫外線によって蛍光体から光が放射される。二重管形放電ランプ1では、内管2は外管7に囲繞され、真空断熱が施されているので、低温環境下でも輝度の立ち上がりは早く、また温度変化に対しても輝度が安定する。しかし、従来の二重管形放電ランプ1においては、内管2と外管7の端部を合わせて溶着しているので、この溶着部から熱伝導によって内管2の熱が逃げてしまい、内管2に形成される放電ランプの保温は十分でない。従って、放電ランプ1の輝度は雰囲気温度の影響を少なからず受けてしまう。
図3に図1に例示した本発明の二重管形放電ランプの0°Cの雰囲気、ランプ電流5mAでの輝度立ち上がり特性を、図2の比較例に係る二重管形放電ランプ1の特性と比較して示す。ここにおいて蛍光体は3波長型蛍光体からなる白色蛍光体である。図において曲線Aは本発明になる二重管形放電ランプ8、曲線Bは図2に示した比較例に係る二重管放電ランプ1、曲線Cは外管を有しない単管の冷陰極蛍光ランプの特性である。図より、単管の冷陰極蛍光ランプの場合、ランプを点灯しても、低温雰囲気ではランプの温度が低いため、内部の水銀蒸気圧が低く、ランプの輝度上昇は低い。これに比較して、曲線Bは輝度の立ち上がりは速くなっている。これは二重管構造を採用して、低温雰囲気の影響が少ないからである。一方、本発明のランプの特性である曲線Aは、曲線Bよりさらに速い輝度立ち上がり特性を示す。比較例の二重管構造ではランプの中央部は断熱されるが、端部の封止部分が冷却されるため、輝度上昇に遅れが生じている。これに対し本発明では内管9に形成される放電ランプの断熱が良く、輝度立ち上がりが速やかである。
図4には本発明の二重管形放電ランプ8の外管18の外径R(mm)と内管9の外径r(mm)との比、即ちR/rと安定点灯状態で得られるランプ輝度の関係を示す。図より、R/rによってランプ輝度が影響されることが分かり、R/rが1.5から4.5の範囲で良好な輝度が得られるものである。R/rが1.5より小さいと、外管18と内管9が接近し、輻射熱による熱損失が大きくなるためである。また、R/rが4.5より大きくなると、内管9に形成される放電ランプの過熱状態が発生し、輝度が低下する。
本発明における二重管形放電ランプ8の外管18内の真空度は1.3Pa以下の高真空にする。1.3Paを越えて真空が悪くなると、内管9に形成される放電ランプと外管18との間の熱伝導が影響し、内管9に形成される放電ランプが雰囲気温度の影響を受け、輝度が不安定になる。
図5に本発明の二重管形放電ランプの周囲温度特性を示す。ここにおいて、外径2.6mmの内管9のガラス管内面には368nm近辺の紫外線を放射する光触媒用蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類ホウ酸塩蛍光体を塗布した。図より、従来の外管のない冷陰極放電ランプの特性(曲線II)は周囲温度が低温の領域で、紫外線出力が急激に低下するが、本発明の二重管形放電ランプ8の紫外線出力(曲線I)は周囲温度に対して高温側で僅かな低下が見られるが、安定した特性を示す。即ち、本発明の二重管構造の効果が明白である。
以上より、本発明の二重管放電ランプ8は、両端にステム16,17を備えた外管18内に、内管9に形成された放電ランプを配置して、ステム16,17の外部電力導入線19,20に、内管9に形成された放電ランプをマウントし、外管18の内壁と内管9の外壁の間に1mm以上の間隙を形成し、さらに外管18の外径と内管9の外径の比R/rを1.5から4.5の範囲に規定し、外管18内を高真空に排気して密封することにより、外部の温度環境に影響されにくい、輝度の安定した二重管形放電ランプ8を提供できる。さらに本発明に付随する効果は、本発明のランプ8は内管9に形成された放電ランプの保温が良いので、低いランプ電流でも内管9の内部の水銀蒸気圧が高く、従って、二重管放電ランプ8には、入力電力の少ない領域において高輝度が得られる、省電力形ランプを実現することができる。
前記外部電力導入線19,20と前記外部導入線12,13を接続して支持するのに接続支持線14,15を用い、前記接続支持線は湾曲部14A,15A又は屈曲部を有し、前記内管9の一端部において前記接続支持線14、外部電力導入線19及び外部導入線12を含む2次元平面と、前記内管9の他端部において前記接続支持線15、外部電力導入線20及び外部導入線13を含む2次元平面とは、互いに交差する向きを有する。前記互いに交差する向きは例えばほぼ90度である。前記接続支持線14,15の湾曲部14A,15A又は屈曲部は、前記接続支持線14(15)、外部電力導入線19(20)及び外部導入線12(13)を単に直線状に形成する場合に比べて、大きな捻り剛性を得ることができる。特に、内管9の両端部における前記2次元平面を同一平面とせずに互いに交差する向きにすることにより、更に大きな捻り剛性を期待することができる。大きな捻り剛性は、外管18に対する内管9の支持状態を安定化させ、振動等の機械的衝撃によって外管18に対する内管9を支える接続支持線14(15)、外部電力導入線19(20)及び外部導入線12(13)が塑性変形する事態の抑制に役立つ。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上記本発明の具体例では、放電ランプ9は外径2.6mm、全長194mm、また外管18は外径8mm、全長223mmであったが、本発明の二重管構造は請求項に記載の寸法のいかなるランプにも適用可能であることは自明である。さらに、上記例では蛍光体を使用したが、蛍光体を使用しない場合においても本発明の二重管構造が有効であり、低温環境で安定した高出力を得ることができる。また、上記説明では放電ランプ9の内部にネオンとアルゴンの混合ガスを封入したが、必要に応じてクリプトン、キセノンなど他の不活性ガスを適切に使用することは本発明の範囲内である。
また、上記本発明の具体例では、内管9に形成する冷陰極放電ランプの電極に水銀合金を付加したジルコニウム・アルミニウムゲッター板を使用したが、ニッケルやモリブデンのカップ形電極など他の構造の電極を使用しても同様な効果が得られるのは勿論である。また、内管9の外部導入線12、13にはジュメット/コバール線のウエルズを使用したが、ニッケル/モリブデンやニッケル/タングステンなど他のウエルズを適用してもよいことは言うまでもない。
また、上記説明では外部電力導入線19、20を封止したステムとしてフレアステム16、17を例示したが、フレアステム以外にディスクステムなど他のステム方式を使用してもよいことは勿論である。
また、上記実施例では電極10、11は冷陰極であったが、本発明の二重管形放電ランプは内管に形成する放電ランプを熱陰極としてもよい。熱陰極の場合、内管の外部導入線は2本となり、この2本の外部導入線が外管端部のステムに封止した外部電力導入線19、20に接続される。内管で形成される熱陰極放電ランプを外管18により囲繞し、外管18と内部放電ランプとの間隙や外管外径と内部放電ランプの外径に関する本発明の規定を行うことにより、従来に比べランプの輝度立ち上がりや輝度値安定性に優れていることは同様である。また、内部放電ランプ9の端部に熱陰極を設けると、低温環境において輝度の立ち上がりをさらに速くできるものである。即ち、外部電力導入線19、20に電力投入すると同時に内管9に形成される熱陰極に電流を流して熱陰極の温度を上げることにより、内管9に形成される放電ランプの温度が速く上昇し、熱陰極からの電子放出も加って、ランプの輝度立ち上がりが極めて速くなる特徴を有する。
また、本発明は内部の放電ランプのガラス管内壁に蛍光体を塗布する蛍光放電ランプに適用することにより、優れた輝度特性が得られることを上記で示したが、内部放電ランプに蛍光体を使用しないランプ、例えばランプ内部の水銀からの発光254nmを取り出す殺菌ランプ、可視光をカットして365nmなどの紫外線を放射するブラックライトなど種々の放電ランプに本発明を適用することにより、光出力特性の優れた二重管形ランプが得られるものである。
8 二重管形放電ランプ
9 内管
10,11 放電電極
16、17 ステム
12,13 外部導入線(第2導入線)
14,15 内部導入線(接続支持線)
18 外管
19,20 外部電力導入線(第1導入線)
9 内管
10,11 放電電極
16、17 ステム
12,13 外部導入線(第2導入線)
14,15 内部導入線(接続支持線)
18 外管
19,20 外部電力導入線(第1導入線)
Claims (3)
- ステムを介して両端に第1導入線が封止された外管と、
両端に第2導入線が封止され前記外管の内部に配置された内管と、
前記外管の内部において前記第1導入線と前記第2導入線に結合して前記内管を前記外管の内部に支持する接続支持線と、
前記内管の内部において前記第2導入線に接続された放電電極と、
前記内管の内部に封入された放電媒体と、を有し、
前記外管の内壁と前記内管の外壁の間に1mm以上の間隙を有し、前記外管の外径をR(mm)、前記内部管の外径をr(mm)とすると、1.5<R/r<4.5の関係を満足し、
前記外管と内管の間の空間が高真空に排気された二重管形放電ランプ。 - 前記接続支持線は第1導入線及び第2導入線に対して偏心した軸心を有し、前記接続支持線は湾曲部又は屈曲部を有し、前記内管の一端部において前記接続支持線、第1導入線及び第2導入線を含む2次元平面と、前記内管の他端部において前記接続支持線、第1導入線及び第2導入線を含む2次元平面とは、互いに交差する向きを有する請求項1記載の二重管形放電ランプ。
- 前記互いに交差する向きはほぼ90度である請求項2記載の二重管形放電ランプ。
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