JP2009231198A - 熱陰極放電ランプ及び電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放電管の小径化を図ると共にフィラメントにおける電子放射性物質の保持量を増やし、寿命を長くし、加えて電子放射性物質の消耗時の異常加熱を防ぐ。
【解決手段】ガラス管３と、ガラス管３の端部に設けられた電極４とを備える。電極４は、ガラス管３の内部に一端部が配置された一組のリード線５と、ガラス管３の軸周りに巻回されて内周部に一組のリード線５の一端部が配置され各リード線５に接続されたコイル状のフィラメント６と、フィラメント６を被覆する絶縁材と、絶縁材で被覆されたフィラメントに付着された電子放射性物質と、セラミックスによって形成されリード線５の一端側を除くフィラメント６の外周部に亘って覆って一組のリード線５に支持されたスリーブ９と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電管の電極が、電子放射性物質が付着されたフィラメントを支持するリード線を有する熱陰極放電ランプ及び電極の製造方法に関する。

熱陰極放電ランプとしては、一般的な蛍光ランプが知られている。この種の蛍光ランプを構成するガラス管の両端部には、内部に一対の電極がそれぞれ設けられている。また、ガラス管内には、内壁面に蛍光物質が塗布されており、数ｍｇの水銀と数百〜数千Ｐａ（パスカル）の希ガスが封入されている。

電極を構成するコイル状のフィラメントには、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等の電子放射性物質（エミッター）が付着されている。蛍光ランプは、点灯前に電極に電流を流してフィラメントを加熱し、この加熱に伴い、熱電子を放出する。その後、ガラス管の両端の電極間に高電圧を印加することで、電界が生じ、熱電子が陽極に引かれて放電が開始する。加速された電子は、ガラス管内に封入された希ガスや、水銀の蒸気に衝突し、そのときに紫外線を放出し、その紫外線が蛍光体を励起させて発光する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１２７６８８号公報

ところで、本発明に関連する蛍光ランプには、以下のような問題がある。

１）現在、蛍光ランプとしては、ガラス管の外径（直径）を細くすることで、蛍光ランプの高効率化を図るための提案がなされている。また、熱陰極放電ランプとしての蛍光ランプは、冷陰極放電ランプよりも発光効率が優れており、液晶表示板のバックライトとしての要求も高まっている。しかし、ガラス管の直径が細くなるのに伴って、ガラス管内に配置される電極を小型化させる必要がある。このため、電極のフィラメントに付着されるエミッターは、電極が小さくなるに従って必然的に保持量が少なくなってしまう。近年の資源保護の観点から、蛍光ランプの長寿命化を図ることが望まれているが、電極におけるエミッターの保持量を維持、またはエミッターの保持量を増やすことが困難になっているという問題がある。

２）蛍光ランプの製造工程では、電極のフィラメントに通電し、フィラメントの温度を上昇させることでエミッターを活性化させる工程が必要とされている。しかし、ガラス管の外径を細くするのに伴って電極が小さくなり、電極が小さくなるのに従って蛍光ランプの排気管の直径も細くなってしまう。また、蛍光ランプの外径を更に細く製造するためには、ガラス管が排気管を構成するような電極構造を採る構成が提案されている。しかしながら、そのような構造の場合には、通常、排気管の外周部に配置されている電極のリード線が、排気管を構成するガラス管の内部に配置されることになるため、排気装置のチャンバー内部で電極を活性化させる必要がある。このため、排気装置のチャンバー内部に、電極の通電機構を設けて、チャンバー内でリード線と通電機構とを手作業で接続する必要があり、作業効率が乏しく、蛍光ランプの製造が非常に困難であった。

３）電極に塗布されたエミッターは、蛍光ランプの点灯時、電子やイオンが衝突し、スパッタを起こす。蛍光ランプに印加する電流を増やした場合、飽和するまで蛍光ランプは明るくなるが、スパッタが起きる恐れがある。スパッタが起きた場合には、蛍光体が塗布されたガラス管の内壁面を汚染し、黒ずむことで、蛍光ランプの両端部における輝度を低下させてしまう。そのため、電極からのスパッタを遮るために、電極の周りを金属製のスリーブ等の遮蔽部材で覆う構成を採る必要がある。しかしながら、このような金属製の遮蔽部材は、熱に弱く、また、電極のフィラメントと接触したり、ガラス管の内壁面に接触したりする恐れがある。金属製の遮蔽物がガラス管の内壁面に接触した場合には、過熱されたスリーブ等によってガラス管にクラックが生じたりする恐れがあった。

４）熱陰極放電方式を採用する蛍光ランプは、点灯時及び点灯中にエミッターを次第に消耗していき、電極のエミッターが枯渇したときに放電し難くなり、寿命を迎える。寿命を迎えた蛍光ランプは、そのまま放電を終了して、その後二度と点灯しなければ問題はない。しかしながら、蛍光ランプは、まれに、寿命を迎えた後も点灯を続けて、照明器具や、蛍光ランプが組み込まれた装置に影響を及ぼす恐れがある。このとき、蛍光ランプが装置に及ぼす影響としては、下記の２点が挙げられる。

通常、電極のフィラメントにエミッターが残っている場合には、電子を放出するために必要なエネルギー（陰極降下電圧）が１０Ｖ程度である。しかし、フィラメントに付着されたエミッターが、放電を繰り返すことで消耗して枯渇した場合には、電極のフィラメントが、フィラメントの主な材料であるタングステンだけになる。電極のフィラメントがこのようになった場合、陰極降下電圧が数十Ｖから１００Ｖへと上昇する。つまり、通常の１０倍近くの電力が電極に供給されることになる。その結果、電極の構成部品の１つであるコイル状のフィラメントは、抵抗体であるために過熱されて、電極自体が高温になり、フィラメントの周りのリード線や、ガラス管の口金等が溶融する恐れがあった。

また、蛍光ランプでは、点灯中、電極のフィラメントに付着しているエミッターからの電子放出によるものや、点灯中のフィラメントへのイオンの衝突、点灯開始時は、電子を多く飛ばすためにエミッターが飛散する。このとき、飛散物質はエミッターに加え、フィラメントの主成分であるタングステンも飛散する。このような飛散物質は、電極近傍のガラス管の内壁面や、フィラメントを支持するガラス製のマウント部にも付着する。放電ランプを長期間にわたって点灯させることによって、これら飛散物質が徐々に堆積する。フィラメントを支持するガラス製のマウント部に堆積した飛散物質は、フィラメントが導通不良になったときにも導通状態であるため、その部分が過熱されて、電極のリード線や口金等を異常加熱させる可能性があった。

そこで、本発明は、上述した課題を解決し、放電管の外径の小径化を図ると共に、フィラメントにおける電子放射性物質の保持量を増やし、寿命を長くすることができ、電子放射性物質の消耗時の異常加熱を防止することができる熱陰極放電ランプ及び電極の製造方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る熱陰極放電ランプは、放電管と、放電管の端部に設けられた電極とを備える。電極は、放電管の内部に一端部が配置された一組のリード線と、放電管の軸周りに巻回されて内周部に一組のリード線の一端部が配置され各リード線に接続されたコイル状のフィラメントと、フィラメントを被覆する絶縁材と、絶縁材で被覆されたフィラメントに付着された電子放射性物質と、セラミックスによって形成されリード線の一端側を除くフィラメントの外周部に亘って覆って一組のリード線に支持されたスリーブと、を有する。

また、本発明に係る電極の製造方法は、熱陰極放電ランプが備える放電管の端部に設けられる電極の製造方法において、放電管の軸周りに巻回してコイル状のフィラメントを形成し、フィラメントの内周部に一組のリード線の一端部を配置し、フィラメントと各リード線とを接続する工程と、フィラメントを絶縁材で被覆する工程と、絶縁材で被覆されたフィラメントに電子放射性物質を付着させる工程と、セラミックスによって形成されたスリーブを、リード線の一端側を除くフィラメントの外周部に亘って覆うように一組のリード線に固定する工程と、を有する。

上述したように本発明によれば、放電管の外径の小径化を図ると共に電子放射性物質の付着量を増やし、寿命を長くすることができ、電子放射性物質の消耗時の異常加熱を防止することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

本発明に係る熱陰極放電ランプとして、熱陰極蛍光ランプを説明する。

図１に、実施形態の蛍光ランプの側面図を示す。また、図２に、実施形態の蛍光ランプの電極を拡大した側面図を示す。図３〜図６に、実施形態の蛍光ランプの電極の製造工程を説明するための側面図を示す。

図１に示すように、本実施形態の蛍光ランプ１は、放電管としてのガラス管３と、このガラス管３の端部に設けられた電極４と、を備えている。ガラス管３は、直管状に形成されており、内壁面に蛍光体（不図示）が塗布されている。ガラス管３の両端部には電極４がそれぞれ設けられている。また、図示しないが、電極４には、端子部材である口金が電気的に接続されて、この口金がガラス管３の両端部に固定されている。

蛍光ランプ１が備える電極４は、図２に示すように、ガラス管３の内部に配置された一組のリード線５と、これら各リード線５に接続されたコイル状のフィラメント６と、このフィラメント６を被覆する絶縁材と、この絶縁材で被覆されたフィラメント６に付着されたエミッターと、フィラメント６の外周部に亘って覆うように一組のリード線５の一端部に支持されたスリーブ９と、を有している。

一組のリード線５は、一端部がガラス管３の内部に配置され、他端部がガラス管３の外部に引き出されており、他端部に端子部材としての口金の端子に電気的に接続されている。

フィラメント６は、例えばタングステン等の高融点金属材料によって形成されている。コイル状のフィラメント６は、図２に示すように、ガラス管３の軸周りに巻回されており、すなわち中心軸がガラス管３の軸方向（リード線５の長手方向）と平行にされて、内周部に一組のリード線５の一端部が配置されている。このようなフィラメント６の配置構造は、ハロゲンランプ等でも採用されている構造である。

また、一組のリード線５は、コイル状のフィラメント６の軸方向の長さに応じて、長さがそれぞれ異ならせてあり、コイル状のフィラメント６の両端が、各リード線５の一端にそれぞれ接続されて、フィラメント６は各リード線５に支持されている。

フィラメント６は、アルミナ等の絶縁材で被覆されることによって、コイル状に巻回されて隣接するフィラメント６の巻線部分が接触してショートした場合に、フィラメント６とリード線５とのショートが生じることが防止されている。

エミッターとしては、例えば３元炭酸塩、２元炭酸塩、アルミネートタイプ等の、一般的な蛍光ランプで使用されているエミッターが用いられている。そのエミッターには、エミッターの活性を促すために、１種類または複数種類の金属粉末が配合されている。

スリーブ９は、絶縁性を有して融点が比較的高い材料としてのセラミックスによって、開口９ａを有する有底筒状（カップ状）に形成されており、リード線５の一端側を除くフィラメント６の外周部に亘って覆うように設けられている。このセラミックスは、例えばアルミナやジルコニア等の高融点セラミックスによって形成されており、電極の排気化熱活性を行う際に、その熱を十分に耐え得る材料である。

本実施形態では、上述した電極構造を採ることで、ガラス管３の直径が２ｍｍ〜１３ｍｍ程度である細管の熱陰極蛍光ランプを製造することができる。

本発明に係る電極の製造方法が含まれる、蛍光ランプの製造方法について図面を参照して説明する。

実施形態の蛍光ランプの製造方法は、図３に示すように、ガラス管３の軸周りに巻回してコイル状のフィラメント６を形成し、フィラメント６の内周部に一組のリード線５の一端部を配置し、フィラメント６の両端と各リード線５の一端とを接続する第１の工程を有している。

また、この製造方法は、図４に示すようにフィラメント６を絶縁材で被覆する第２の工程と、図５に示すように絶縁材で被覆されたフィラメント６にエミッターを付着させる第３の工程とを有している。第２の工程では、フィラメント６に、絶縁材としてのアルミナの薄膜を電着によって形成する。第３の工程では、エミッターの付着方法として、例えばディップや、スプレー方式等を用いてフィラメント６にエミッターを十分に付着させる。

また、この製造方法は、図６に示すようにセラミックス製のスリーブ９をフィラメント６の外周部に亘って覆うように一組のリード線５の一端部に固定する第４の工程と、フィラメント６にスリーブ９が固定されてなる電極４を、内壁面に蛍光体が塗布されたガラス管３の両端にそれぞれ組み付けると共に、ガラス管３内を排気する第５の工程とを有している。また、第４の工程では、リード線５の他端部を切断することによって、各リード線５にそれぞれ分離する。

また、この製造方法は、高周波誘導加熱装置（不図示）を用いてフィラメント６を誘導加熱することで、ガラス管３の外部からエミッターの分解活性を行って活性化させる第６の工程を有している。この第６の工程は、第５の工程と同時に、ガラス管３内を排気する際に行われてもよい。最後に、エミッターの活性化が終了した後、ガラス管３内に所定のガス、封入物等を封入することで蛍光ランプ１が完成する。なお、上述した各工程の順序は必要に応じて適宜変更されてもよいことは勿論である。

上述したように、本実施形態の蛍光ランプ１は、ガラス管３の軸周りに巻回されて内周部に一組のリード線５の一端部が配置されたコイル状のフィラメント６と、フィラメント６を被覆する絶縁材と、リード線の一端側を除くフィラメント６の外周部に亘って覆ってリード線５に支持されたセラミックス製のスリーブ９と、を備えることによって、ガラス管３の小径化を図ると共に、ガラス管の軸周りに巻回されたコイル状のフィラメント６を比較的大きく形成することが可能になり、フィラメント６におけるエミッターの保持量を増やすことができる。したがって、蛍光ランプ１は、フィラメント６におけるエミッターの保持量が増えることで電極４の寿命が向上し、蛍光ランプ１の寿命を長くすることができる。

また、本実施形態は、上述のように蛍光ランプ１の細管化を図ることに貢献するのに加えて、リード線５の一端側を除くフィラメント６の外周部に亘って覆ってリード線５に支持されたセラミックス製のスリーブ９を備えることで、エミッターの消耗時である蛍光ランプ１の寿命末期に生じる蛍光ランプ１の口金の異常加熱を防ぐことができる。このため、本実施形態は、電子機器の筐体等の閉鎖空間内に配置される熱陰極放電ランプとして採用することが可能になり、例えば映像表示装置等のバックライトに適用することができる。

なお、本実施形態の蛍光ランプでは、ガラス管の外径が２ｍｍ〜１３ｍｍ程度に形成されたが、外径が１４ｍｍ以上のガラス管に適用されてもよいことは勿論である。

本実施形態の蛍光ランプを示す側面図である。 前記蛍光ランプの電極を示す側面図である。 リード線にフィラメントが接続された状態を示す図である。 フィラメントに絶縁材が被覆された状態を示す図である。 フィラメントにエミッターが塗布された状態を示す図である。 フィラメントがスリーブで覆われた状態を示す図である。

符号の説明

１ 蛍光ランプ
３ ガラス管
４ 電極
５ リード線
６ フィラメント
９ スリーブ
９ａ 開口

Claims (4)

1. 放電管と、前記放電管の端部に設けられた電極とを備え、
   前記電極は、
   前記放電管の内部に一端部が配置された一組のリード線と、
   前記放電管の軸周りに巻回されて内周部に前記一組のリード線の前記一端部が配置され、各前記リード線に接続されたコイル状のフィラメントと、
   前記フィラメントを被覆する絶縁材と、
   前記絶縁材で被覆された前記フィラメントに付着された電子放射性物質と、
   セラミックスによって形成され、前記リード線の一端側を除く前記フィラメントの外周部に亘って覆って前記一組のリード線に支持されたスリーブと、
   を有する熱陰極放電ランプ。
2. 前記電極は前記放電管の両端部にそれぞれ設けられている、請求項１に記載の熱陰極放電ランプ。
3. 熱陰極放電ランプが備える放電管の端部に設けられる電極の製造方法において、
   前記放電管の軸周りに巻回してコイル状のフィラメントを形成し、前記フィラメントの内周部に一組のリード線の一端部を配置し、前記フィラメントと各前記リード線とを接続する工程と、
   前記フィラメントを絶縁材で被覆する工程と、
   前記絶縁材で被覆された前記フィラメントに電子放射性物質を付着させる工程と、
   セラミックスによって形成されたスリーブを、前記リード線の一端側を除く前記フィラメントの外周部に亘って覆うように前記一組のリード線に固定する工程と、
   を有する、電極の製造方法。
4. 前記フィラメントを高周波誘導加熱することで、前記電子放射性物質を活性化させる工程を有する請求項３に記載の電極の製造方法。

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