JP2007520034A - 低圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、主として管状であり端部が気密に封止されたガラス放電管（１）と、希ガス混合気および水銀から成る充填ガスと、場合により放電管（１）の内壁に施された発光物質コーティングとを備えた低圧放電ランプに関する。ここで放電管（１）の２つの端部にはそれぞれ２つずつ電流供給線（３，４）が挿入されて気密に溶接されており、そこに螺旋状電極（５）が固定されている。本発明によれば、コールドスタートでのランプの切換耐性を高めるために、導電性材料から成る少なくとも１つの第２の電極（７，８）が螺旋状電極（５）と放電管（１）の接続端部とのあいだの領域に配置されており、当該の第２の電極（７，８）の一方の端部は２つの電流供給線（３，４）の一方に導電接続されている。

Description

本発明は、主として管状であり端部が気密に封止されたガラス放電管と、希ガス混合気および場合により水銀から成る充填ガスと、場合により放電管の内壁に施された発光物質コーティングとを備えており、ここで放電管の２つの端部にはそれぞれ２つずつ電流供給線が挿入されて気密に溶接されており、電流供給線は当該のセクションでは放電管の長手軸線に対してほぼ平行に延在しており、電流供給線の内端に放電管の長手軸線に対してほぼ横断方向に延在する第１の電極すなわち螺旋状電極が固定されている、低圧放電ランプに関する。

従来技術
低圧放電ランプのコールドスタート、すなわち低圧放電ランプの駆動装置がランプのスタート時に電極加熱を準備しない駆動モードは、その意義を増してきている。この駆動モードの利点は、電流源への接続後ただちにランプによる光放出が行われるということである。また、予熱のための回路部分を省略することができるので、ランプ用点灯装置も低コストに製造できる。

電極の予熱を行わない低圧放電ランプのコールドスタートでは、ランプは電流源に接続されるとまずグロー放電を開始する。グロー放電は数ｍＡの範囲の電流で始まり、約２０ｍｓ〜１００ｍｓ、すなわち電極が加熱されてアーク放電へ移行するまで続く。グロー放電からアーク放電へ移行するとき、アークは電極材料の非ペースト部分からペースト部分への接合部において開始される。なぜなら電極のペースト部分はまだ冷えており、非導電性であるからである。この場合、ランプをスイッチオンするたびに螺旋状電極の同じ位置でアークが開始されるため、その位置でつねに電極材料のスパッタが起こり、予熱される電極に比べて早期に電極が破壊されかねない。螺旋状電極を放出材料で電流供給線まで完全にペーストしようとしても、製造上の理由から螺旋部にはどうしても非ペースト部分が残ってしまう。するとアーク放電はつねにこのポイントで開始されてしまい、電極材料のスパッタ作用のためにこの位置で電極が破壊されるおそれが生じる。

本発明の概要
本発明の課題は、従来の低圧放電ランプに比べてコールドスタート時に高い切換耐性ひいては長い平均耐用期間を得られる低圧放電ランプを提供することである。

この課題は、主として管状であり端部が気密に封止されたガラス放電管と、希ガス混合気および場合により水銀から成る充填ガスと、場合により放電管の内壁に施された発光物質コーティングとを備えており、ここで放電管の２つの端部にそれぞれ２つずつ電流供給線が挿入されて気密に溶接されており、電流供給線は当該のセクションでは放電管の長手軸線に対してほぼ平行に延在しており、電流供給線の内端に放電管の長手軸線に対してほぼ横断方向に延在する第１の電極すなわち螺旋状電極が固定されている、低圧放電ランプにおいて、コールドスタートでのランプの切換耐性を高めるために、導電性材料から成る少なくとも１つの第２の電極が第１の電極と放電管の接続端部とのあいだの領域に配置されており、第２の電極の一方の端部は２つの電流供給線の一方に導電接続されている構成により解決される。

付加的な第２の電極は犠牲電極、つまりアーク放電開始時にアークのために提供される電極であり、ここでこの電極の材料がスパッタされるか否かは重要ではない。アーク放電は、最初は犠牲電極で開始され、螺旋状電極の放出材料がイオン衝撃により加熱されて電子の熱放出にとって充分な温度になると螺旋状電極へ移動する。

螺旋状電極は犠牲電極として用いられる第２の電極が使用される場合でも約９００Ｋ〜１５００Ｋの必要な駆動温度まで加熱しなければならず、イオン衝撃のみによりこれを充分な速度で達成するには、螺旋状電極でのイオン衝撃を完全に阻止してはならない。他方で螺旋状電極の電極材料のスパッタ作用を低く抑えるには、螺旋状電極に対する第２の電極の相対的なジオメトリを次のように調整しなければならない。すなわち、螺旋状電極のプラズマ密度が付加的な電極のない場合に比べて係数１００ほども低減されるようにしなければならないのである。これを達成するために、有利には、第２の電極は２つの電流供給線および第１の電極から成る平面を垂直な方向で見たとき大部分が２つの電流供給線のあいだに配置される。

螺旋状電極のプラズマＶ_ＮＥと犠牲電極のプラズマＶ_ＳＥとのポテンシャル差は

で表される。ここでＴ_ｅは電子温度であり、ｎ_Ｐ，ＮＥは螺旋状電極の箇所でのプラズマ密度であり、ｎ_Ｐ，ＳＥは犠牲電極の箇所でのプラズマ密度である。したがって螺旋状電極に衝突するイオンエネルギと犠牲電極に衝突するイオンエネルギとは均等な大きさとなる。ただし螺旋状電極に衝突するプラズマ密度ｎ_Ｐ，ＮＥが小さいことにより螺旋状電極でのイオン電流ひいてはスパッタ速度が低下する。このためコールドスタート時の螺旋状電極の耐用期間が延長される。

第２の電極でのアーク放電の開始を容易にするために、第２の電極の導電性材料は高い２次電子放出係数を有する。種々の材料で調査した結果、特にニッケル、ルテニウムおよび／またはタングステンが適していると判明した。これに対して、同様に高い２次電子放出係数を有するモリブデンはあまり適さないことが判明しているが、そのことは今のところ知られていない。

別の調査から、コールドスタート時のランプの切換耐性は第２の電極の直径が低下するにつれて増大することが判明した。しかし一方では、電極はランプの耐用期間全体にわたって充分な安定性を維持できる大きさの直径を有さなければならない。このため有利には、第２の電極はワイヤから成り、ワイヤの直径は５０μｍ〜１５０μｍである。

良好な２次電子放出のために、第２の電極はできるだけ第１の電極の近傍に配置しなければならない。このため有利には、第２の電極は第１の電極の軸線に対してほぼ平行に、接続されている一方の電流供給線から他方の電流供給線の方向へ延在する。第２の電極のアーク開始に対して特に良好な結果が得られるのは、第２の電極が、接続されている一方の電流供給線から他方の電流供給線までの距離の４０％〜６０％を占めている場合である。ランプの点弧後、付加的な電極での電界は有利には放電管の軸線に対して平行に延在するので、付加的な電極の一部が当該の電極でのグロー放電を維持する方向へ配向されていると有利である。このために第２の電極の自由端部は第１の電極のほうへ折り曲げられている。

第１の電極の軸線から第２の電極の自由端部または頂部までの有利な距離は主として当該の領域の放電管の内径によって定まる。グロー放電が付加的な電極で開始される場合、当該の電極の周囲に負のグロー放電光（negative Glimmlicht）が形成され、これは放電管の内径の１／２のオーダーで存在する。第２の電極の表面に直接にカソード降下空間（Kathodenfallraum）が生じる。カソード降下空間に続いて負のグロー放電光のプラズマ密度は急峻に増大し、最大値を過ぎると負のグロー放電光の端部の正のピラーのレベルまで再び急峻に低下する。したがって有利には、第２の電極の自由端部は第１の電極の軸線から距離
（０．２−１）×Ｒ_innenrohr
を有しており、ここでＲ_innenrohrは放電管の当該セクションでの内径である。

有利には、第２の電極は第１の電極の軸線に対して４５゜以下の角度だけ回転されて電流供給線に固定されている。これにより電極から放電管壁へ初期的な電子なだれが起こるので、犠牲電極でのグロー放電の点弧が促進される。犠牲電極が放電管の壁へ接近すればするほど犠牲電極でのグロー放電の点弧が確実となる。

コールドスタート時の切換耐性ひいては平均耐用期間をさらに改善するために、犠牲電極として２つの第２の電極が設けられており、各第２の電極の一方端部は第１の電極に通じる２つの電流供給線の各一方に接続されている。つまり２つの電流供給線のそれぞれに対して１つずつ第２の電極が導電接続されている。

図面の簡単な説明
以下に本発明を実施例に則して詳細に説明する。

本発明の有利な実施例
図１には電力消費量２１Ｗの本発明のコンパクトな低圧放電ランプの端部が示されている。巻回体状の放電管１はＵ字状に折り曲げられた外径１２ｍｍの３つの部分から成り、これらは溶融物によって関連の放電路に接続されている。放電管の２つの端部は封止部２によって気密に封止されている。封止部のそれぞれに２つずつワイヤ径４００μｍのＦｅＮｉＣｒワイヤから成る電流供給線３，４が気密に溶接されており、その内端に２重に巻き回されたタングステンワイヤから成る第１の電極すなわち螺旋状電極５が担持されている。２つの電流供給線３，４は付加的に球状ガラス６により螺旋状電極５と溶接された封止部２とのあいだの中央で保持されている。

本発明によれば、ここに図示されている放電管１の一方端部では、球状ガラス６と螺旋状電極５とのあいだの２つの電流供給線３，４に犠牲電極として第２の電極７，８が被着されている。２つの第２の電極７，８はワイヤ径１２５μｍのニッケルワイヤから成る。第２の電極７，８は電流供給線３，４から離れる方向へ、螺旋状電極５の軸線に対して平行に延在しており、その端部は螺旋状電極５へ向かって９０゜の角度で折り曲げられている。第２の電極７，８の頂部と螺旋状電極５とのあいだの距離は１．２５ｍｍである。第２の電極７，８のうち、螺旋状電極５に対して平行な部分の長さは３ｍｍである。各第２の電極はそれぞれ電流供給線の対向する側に溶接され、互いに接触しない。

測定から、上述の本発明のコンパクトな低圧放電ランプ、すなわち犠牲電極としての２つの第２の電極を備えたランプにより、こうした第２の電極を有さない同様のランプに比べて、コールドスタート時に平均切換数つまり電源への平均接続回数を１００００回増大できることが示されている。

本発明のコンパクトな低圧放電ランプの端部を示す図である。

Claims (13)

1. 主として管状であり端部が気密に封止されたガラス放電管（１）と、希ガス混合気および場合により水銀から成る充填ガスと、場合により放電管（１）の内壁に施された発光物質コーティングとを備えており、ここで放電管（１）の両端部にそれぞれ２つずつ電流供給線（３，４）が挿入されて気密に溶接されており、該電流供給線は当該のセクションでは放電管（１）の長手軸線に対してほぼ平行に延在しており、該電流供給線の内端に放電管の長手軸線に対してほぼ横断方向に延在する第１の電極すなわち螺旋状電極（５）が固定されている、
   低圧放電ランプにおいて、
   コールドスタートでのランプの切換耐性を高めるために、導電性材料から成る少なくとも１つの第２の電極（７，８）が第１の電極（５）と放電管（１）の接続端部とのあいだの領域に配置されており、該第２の電極（７，８）の一方の端部は２つの電流供給線（３，４）の一方に導電接続されている
   ことを特徴とする低圧放電ランプ。
2. 前記第２の電極（７，８）は前記２つの電流供給線（３，４）および前記第１の電極（５）から成る平面を垂直な方向で見たとき大部分が前記２つの電流供給線のあいだに位置する、請求項１記載のランプ。
3. 前記第２の電極（７，８）の導電性材料は高い２次電子放出係数を有する、請求項１記載のランプ。
4. 前記第２の電極（７，８）の導電性材料はニッケルおよび／またはルテニウムである、請求項１記載のランプ。
5. 前記第２の電極（７，８）の導電性材料はタングステンである、請求項１記載のランプ。
6. 前記第２の電極（７，８）はワイヤから成る、請求項１記載のランプ。
7. 前記ワイヤの直径は５０μｍ〜１５０μｍである、請求項６記載のランプ。
8. 前記第２の電極（７，８）は、前記第１の電極（５）の軸線に対してほぼ平行に、接続されている一方の電流供給線から他方の電流供給線の方向へ延在している、請求項１記載のランプ。
9. 前記第２の電極（７，８）は、接続されている一方の電流供給線から他方の電流供給線の方向へ延在し、２つの電流供給線（３，４）のあいだの距離の４０％〜６０％を占めている、請求項８記載のランプ。
10. 前記第２の電極（７，８）の自由端部は前記第１の電極（５）へ向かって折り曲げられている、請求項１記載のランプ。
11. 前記第２の電極（７，８）の自由端部は前記第１の電極（５）の軸線から距離
    （０．２−１）×Ｒ_innenrohr
    を有しており、ここでＲ_innenrohrは放電管（１）の当該セクションでの内径である、請求項１０記載のランプ。
12. 前記第２の電極（７，８）は前記第１の電極の軸線に対して４５゜以下の角度だけ回転されて前記電流供給線に固定されている、請求項１記載のランプ。
13. ２つの第２の電極（７，８）が設けられており、各第２の電極の一方端部は前記第１の電極に通じる前記２つの電流供給線（３，４）の各一方に接続されており、前記２つの電流供給線（３，４）のそれぞれに対して１つずつ前記第２の電極が導電接続されている、請求項１記載のランプ。

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