JP2623094B2

JP2623094B2 - 冷陰極型放電灯装置

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Publication number: JP2623094B2
Application number: JP22094587A
Authority: JP
Inventors: 宗光濱田; 均増村; 昭一岩谷; 春男田口
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1987-09-02
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPS6463253A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は放電灯装置に関し、特に冷陰極型放電灯装置
に関する。

（従来の技術）冷陰極型放電灯装置として水銀ランプが知られてい
る。水銀ランプの陰極は冷陰極の状態でスイッチオンと
同時に、グロー放電がスタートし、その数分後アーク放
電に移行し、それによって冷陰極の状態から熱陰極の状
態へ移行して熱電子放射を行う。

このような水銀ランプの陰極はアルカリ土類金属の酸
化物と耐熱性を持った酸化物を混合して、電子放射物質
を作成し、コイル型電極のストレージ部へ充填し、その
加熱を施すことによって作られている。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、水銀ランプの電極は前述のように完全な熱陰
極になってランプが安定化すると、電極のストレージ部
にある電子放射物質が熱によって化学反応を生じ、蒸発
し易い物質に変化して長時間の点灯中には発光管の管壁
に付着したりすることにより発光管の黒化を招き、ラン
プの光束劣化を生じ、また、ランプの寿命を短縮する等
の問題が生ずる。

このような従来技術には電極表面の物質が熱による化
学変化を起し、発光管の黒化を招いたり寿命の短縮化を
招くという問題がある。

また、この種ランプにおいては、グロー放電からアー
ク放電に移行する時間が短いほど良く、その時間の短縮
が望まれている。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので
あり、その目的は発光管の管壁の黒化を防止し、長寿命
化を図ると共に、グロー放電からアーク放電に移行する
時間の短縮を図ることのできる冷陰極型放電灯装置を提
供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）前記目的を達成するため本発明は、放電灯用管体と、
この放電灯用管体に取り付けられた、半導体磁器により
形成した電極部と放電部とを持つ陰極とかならり、かつ
前記陰極の放電部の比抵抗を電極部の比抵抗より高くし
た冷陰極型放電灯装置を構成している。

（作用）本発明は上記の構成としたので、次のように作用す
る。

すなわち、陰極に電子放射物質を使用せずに、半導体
磁器を使用したので、加熱による化学変化が生ずること
なく発光管の黒化を防止し、長寿命化を図ることができ
る。また、陰極の放電部の比抵抗を電極部の比抵抗より
高くしてあるので、グロー放電時に放電部が発熱しやす
く、熱電子放出が容易となり、アーク放電に移行する時
間を短縮することができる。更にまた、アーク放電開始
電圧を低くすることができる。

（実施例）以下に本発明の第１の実施例を第１図を参照して詳細
に説明する。

同図に示す放電灯用電極は、放電灯用の管体１と、こ
の管体１内に配置される半導体磁器を用いた陰極２と、
この陰極２を管体１の内部で、かつ、管体１の端部1a近
傍で封着支持する封着支持部３及び陰極２に接続され、
封着支持部３を介して外部に延びるリード線４とを有し
て構成されている。

前記陰極２は円柱状であり、半導体磁器により形成し
た電極部2aと放電部2bとからなっている。この陰極２
は、電極部2aと放電部2bとを別々のセラミックスを接合
して形成してあり、放電部2bの比抵抗を電極部2aの比抵
抗より高くしてある。

前記封着支持部３は、管体１の端部1aを貫通して配置
され、かつ、この端部1aで封着支持されたリード線４を
有し、このリード線４の管体内側の端部4aを前記電極部
2aの基部の外周に巻回することにより、陰極２を管体１
内で端部1aと垂直配置となるように支持すると共に、管
体１の端部1aからこのリード線４の他方の端部4bを外方
に突出させることにより構成されている。

ここで、前記陰極２の素材である半導体磁器について
詳述する。

この半導体磁器としては、例えば原子価補償型半導体
磁器を挙げることができる。この原子価補償型半導体磁
器の代表例は、チタン酸バリウム系を用いたものであ
る。

また、原子価補償とは、周知のように、金属酸化物の
構成金属イオンと原子価が±１価異なる金属イオンを不
純物として添加し、不純物の導入によって生じた電荷量
の増減を構成金属イオンの価数により補償することであ
る。

この原子価補償用半導体化剤としては、Y,Dy,Hf,Ce,P
r,Nd,Sm,Gd,Ho,Er,Tb,Sb,Nb,W,Yb,Sc,Ta等を挙げること
ができ、それらを併用して添加することもできる。この
添加材の添加量としては0.01〜0.8mol％，特に0.1〜0.5
mol％が望ましい。

一方、本実施例の半導体磁器からなる陰極２を構成す
る素材は、チタン酸塩系のものが好ましく、上記チタン
酸バリウムのほか、チタン酸ストロンチウム系，チタン
酸カルシウム系，チタン酸ランタン系であってもよい。
またそれらを複合したものでもよい。さらに、上記チタ
ン酸塩のチタン酸をジルコン酸，ケイ酸，スズ酸の１種
以上で置換してもよい。

この他本発明の放電電極用半導体磁器としては、強制
還元型半導体磁器を用いてもよい。これは、上述したよ
うな陰極電極用半導体磁器を還元する方法のほか、十分
な還元条件を与えれば、半導体化剤を添加することなく
還元する方法によっても得ることができる。この場合の
還元はN₂またはH₂等の還元雰囲気で、かつ、望ましくは
700℃以上、最適には1200〜1450℃程度の温度条件で行
うことができる。

また、原子価補償型のものと強制還元型のものとを併
用して電極を形成することもできる。この併用の態様と
しては、（ａ）．半導体化剤を添加し、原子価補償型半導体磁器
の成形体をつくる。

（ｂ）．（ａ）の成形体を直接還元焼成するか、もしく
は空気焼成した焼結磁器をさらに還元焼成して、原子価
補償型及び強制還元型を併用した半導体磁器を得る。

本実施例の陰極２は、以上のような半導体磁器を用
い、放電部2bの比抵抗を電極部2aの比抵抗より高くして
ある。

このように陰極２の放電部2bの比抵抗を電極部2aの比
抵抗より高くすることにより、グロー放電時に放電部2b
が発熱しやすく、熱電子放出が容易となって、アーク放
電に移行する時間が短縮する。また、アーク放電開始電
圧を低くすることができる。

次に上記陰極電極を用いた放電灯装置の種々の変形例
について順次説明する。

第２図に第２の実施例の放電灯装置を示す。

この実施例で、前記第１実施例と異なる点は、陰極放
電部2bの先端2cを円錐状に形成した点であり、その他の
点には変りはない。このように放電部2bの先端2cを円錐
状に形成することにより、グロー放電時に放電部2bが一
層発熱しやすくなる。

第３図に第３の実施例の放電灯装置を示す。

この実施例は、放電灯用の管体11と、この管体11内に
放電部12bが配置され電極部12aが管体11の端部11aを貫
通し、電極部12aの端部12dを突出させた半導体磁器を用
いた陰極12と、この陰極12の前記管体端部11aに対する
貫通部分を封着する封着支持部13と、前記陰極12の電極
部12aの突出端部12dに第８図に示すように嵌着した導電
性キャップからなる外部接続用電極16と、この外部接続
用電極16に接続したリード線14とからなり、リード線14
を図示しない電源に接続することにより通電を行うよう
になっている。

第４図に第４の実施例の放電灯装置を示す。

この実施例が、前記第３実施例と異なる点は、陰極放
電部12bの先端12cを円錐状に形成した点であり、その他
の点には変りない。

第５図に第５の実施例の放電灯装置を示す。

この実施例は、端部21aを絞った放電灯用の管体21
と、この管体21内に放電部22bが配置され、円板状に形
成された電極部22aが管体21の端部21aを封着している半
導体磁器を用いた陰極22と、この陰極22の電極部22aの
突出部22dに嵌着した前記第３実施例と同様な導電性キ
ャップからなる外部接続用電極26と、この外部接続用電
極26に接続したリード線24とからなり、リード線24を図
示しない電源に接続することにより通電を行うようにな
っている。

第６図に第６の実施例の放電灯装置を示す。

この実施例が、前記第５実施例と異なる点は、陰極放
電部22bの先端22cを円錐状に形成した点であり、その他
の点には変りはない。

第７図に第７の実施例の放電灯装置を示す。

この実施例が、前記第５実施例と異なる点は、陰極放
電部22b′の全体形状を円錐状に形成した点であり、そ
の他の点には変りはない。このように放電部22b′の全
体形状を円錐状に形成することにより、グロー放電時に
放電部22b′が一層発熱しやすくなる。

実際に本発明による蛍光管を作り従来の蛍光管と放電
開始電圧を比較した。第９図に陰極部の組成を３種類
（No.1〜No.3）例を示し、第10図に本発明による蛍光管
の陰極の形状と組成を変えた時の放電開始電圧と同等形
状の従来の蛍光管（FL15W）放電開始電圧を示す。ここ
で述べる放電開始電圧は、余熱電流を流さずに冷陰極状
態でAC電圧を徐々に印加していった時の放電開始の電圧
である。

この実験では陰極の組成は第９図のNo.1のままで形状
を７種類（第１図から第７図）変えた蛍光管と、形状は
第５図のままで組成を３点（第９図のNo.1〜No.3）変え
た蛍光管について放電開始電圧を測定した。また各陰極
について放電部が電極部の２倍の比抵抗値をもつように
なっている。

第10図から明らかなように、本発明の陰極は従来のも
のに比べ放電開始電圧が低くなっている。さらに本発明
による陰極の中でも放電部が平らなものより、円錐状の
ものが放電開始電圧が低くなっている。

ただし、実際使用する場合、従来の蛍光管は余熱電流
を流すため放電開始電圧は低い。ここでは両方の放電開
始電圧の違いを比較するため予熱電流を流さない状態で
試験を行った。

上記結果によると、本発明による陰極は放電電極用と
して、従来のタングステンフィラメントに電子放射物質
を塗布した形の放電電極と同等以上の放電特性を備えて
いることがわかる。

また、本発明による陰極の寿命を調べるために、本発
明による蛍光管と、従来の蛍光管を各々５本ずつ第11図
に示すような試験条件のもとで点滅試験を行った。結果
は第12図に示す通りであり、従来の蛍光管が平均66,500
回で断線して不点になるのに対し、本発明による蛍光管
は10万回試験を行っても不点を生じなかった。このよう
な寿命においても、本発明による陰極は従来のタングス
テンフィラメントに電子放射物質を塗布した形の陰極よ
り優れていることがわかる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範
囲内において適宜変形実施可能であることは言うまでも
ない。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、陰極電極電子放
射物質を使用せずに半導体磁器を使用しているので加熱
による化学変化が生ずることはなく、発光管の黒化現象
を防止することができ、放電灯装置の長寿命化を図るこ
とができる。

また、陰極の放電部の比抵抗を電極部の比抵抗より高
くしてあるので、グロー放電時に放電部が発熱しやす
く、熱電子放出が容易となり、アーク放電に移行する時
間を短縮することができる。更にまた、アーク放電開始
電圧を低くすることができる。

しかも、半導体磁器は安価であるので装置のコスト低
減化も図れる。更に半導体磁器の形状を任意に形成でき
るので用途に応じた形状、所望の特性が得られる形状と
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明放電灯装置の第１の実施例を示す要部断
面図、第２図は本発明放電灯装置の第２の実施例を示す
要部断面図、第３図は本発明放電灯装置の第３の実施例
を示す要部断面図、第４図は本発明放電灯装置の第４の
実施例を示す要部断面図、第５図は本発明放電灯装置の
第５の実施例を示す要部断面図、第６図は本発明放電灯
装置の第６の実施例を示す要部断面図、第７図は本発明
放電灯装置の第７の実施例を示す要部断面図、第８図は
第３図の部分拡大断面図、第９図乃至第12図は本発明の
試験結果を示すものであり、第９図は試験に使用される
陰極の組成を示し、第10図は放電特性データ、第11図は寿命試験条件説明
図、第12図は寿命試験データである。 1,11,21……放電灯用管体、 2,12,22……陰極， 2a,12a,22a……電極部、 2b,12b,22b……放電部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田口春男東京都中央区日本橋１丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (56)参考文献特公昭26−3596（ＪＰ，Ｂ１) 特公平６−103627（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放電灯用管体と、この放電灯用管体に取り
付けられた、半導体磁器により形成した電極部と放電部
とを持つ陰極とかならり、かつ前記陰極の放電部の比抵
抗を電極部の比抵抗より高くした冷陰極型放電灯装置。
【請求項２】前記陰極は、放電部と電極部とを別々のセ
ラミックスを接合して形成した特許請求の範囲第１項記
載の冷陰極型放電灯装置。
【請求項３】前記半導体磁器は、原子価補償型半導体磁
器もしくは強制還元型半導体磁器あるいは、その両者を
併用した半導体磁器からなる特許請求の範囲第１項又は
第２項記載の冷陰極型放電灯装置。
【請求項４】前記半導体磁器は、主成分としてチタン，
バリウム，ストロンチウム，カルシウム，ランタン，ジ
ルコン，スズの酸化物の１種又は２種以上からなる特許
請求の範囲第１項又は第２項記載の冷陰極型放電灯装
置。
【請求項５】前記半導体磁器は、Y,Dy,Hf,Ce,Pr,Nd,Sm,
Gd,Ho,Er,Tb,Sb,Nb,W,Yb,Sc,Taの１種又は２種以上の原
子価補償用の半導体化剤を添加した特許請求の範囲第１
項又は第２項記載の冷陰極型放電灯装置。
【請求項６】前記陰極は、前記管体の端部を貫通し、か
つ、この端部で封着されたリード線の管体内側の端部
を、陰極電極部に巻回することにより構成されるもので
ある特許請求の範囲第１項又は第２項記載の冷陰極型放
電灯装置。
【請求項７】前記陰極は、該陰極を管体の端部を貫通さ
せつつ封着することにより構成されるものである特許請
求の範囲第１項又は第２項記載の冷陰極型放電灯装置。
【請求項８】前記陰極は、管体外方に突出した前記電極
部の端部に結合したリード線を有するものである特許請
求の範囲第１項又は第２項記載の冷陰極型放電灯装置。
【請求項９】前記陰極の放電部は、略円柱状でその先端
が円錐状に形成されている特許請求の範囲第１項又は第
２項記載の冷陰極型放電灯装置。
【請求項１０】前記陰極の放電部は、その全体形状が円
錐状に形成されている特許請求の範囲第１項又は第２項
記載の冷陰極型放電灯装置。
【請求項１１】前記陰極の電極部は、円板状に形成さ
れ、該電極部が前記管体の端部を封着している特許請求
の範囲第１項又は第２項記載の冷陰極型放電灯装置。