JP2007328925A - 二重管形放電ランプ - Google Patents

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

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。

特開平11-135076号公報 特開2000-57999号公報 特開2003-157801号公報

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９×１０^３Ｐａ、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。

本発明の二重管形放電ランプの断面図である。 比較例に係る二重管形放電ランプの断面図である。 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の特性と比較して示す特性図である。 本発明の二重管形放電ランプの外管の外径Ｒ（mm）と内管の外径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特性図である。 本発明の二重管形放電ランプの周囲温度特性を示す特性図である。

符号の説明

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）

Claims (3)

1. 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。
2. 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。
3. 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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