JP2922913B2 - 低圧放電灯の製造方法 - Google Patents

低圧放電灯の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低圧放電灯の製造方法に係り、特にバツク
ライン用蛍光ランプのような細径の低圧放電灯の製造方
法に関する。
〔従来の技術〕
熱陰極放電灯および冷陰極放電灯については、照明学
会編の照明ハンドブツク(昭和53年5月,オーム社)の
第759頁から第760頁に記載されている。また、熱陰極形
の蛍光灯については、同じ文献の第160頁に記載されて
いる。また、熱陰極の構造については、照明学会編のラ
イテングハンドブツク(昭和62年11月,オーム社)の第
121頁に記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の熱陰極形低圧放電灯においては、電極を通
電によつて加熱するために、1個の電極の両端に接続さ
れた2本のリード線が必要であり、放電管の管端の構造
が複雑になるという欠点があつた。特に、放電容器の寸
法が小さい場合には、上記の欠点は致命的であつた。な
お、冷陰極形低圧放電灯は、リード線は電極1個につき
1本であるが、陰極降下電圧が高く、したがつて効率が
低いという欠点があつた。
また、電極が0.1A以下で、動作中の放電用ガスの圧力
が100Torr以下で、定常点灯状態において陰極を加熱し
ない、いわゆる自己加熱形の熱陰極を有する低圧放電灯
においては、アークスポツトが安定に形成されず放電が
不安定になり、かつ寿命が短いという欠点があつた。な
お、高圧水銀灯などのように、放電電流が0.5A以上で、
動作中における放電用ガスの圧力が千Torrにもなるいわ
ゆる高輝度放電灯は、5BaO・2Al2O3,5BaO・2Al2O3・3Ca
O,Ba3WO6,Ba2CaWO6,3BaO・4Sc2O3などの電子放射物質を
使用した自己加熱形の熱陰極であるが、放電用ガスの圧
力が高く、かつ放電電流が大きいので、アークスポツト
が安定に形成され、従つて、1個の熱陰極に対して1個
のリード線方式が可能になる。放電電流が0.1A以下、放
電用ガスの圧力が100Torr以下であるような低圧放電灯
においては、アークスポツトが安定に形成できないた
め、1個の熱陰極に対して1個のリード線方式は実現さ
れていない。
本発明の目的は、管端部の構造が単純で、放電が安定
で、長寿命で、かつ高効率である低圧放電灯の製造方法
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、BaO,SrOの中から選ばれた少なくとも一
種と他の耐熱酸化物との複合酸化物とBaO,SrOの中から
選ばれた少なくとも一種またはBa,Srの中から選ばれた
少なくとも一種との混合物を電子放射物質として用い、
前記電子放射物質を塗布した電極の一端のみを支持した
構造の熱陰極を使用することによつて達成される。な
お、ここで言う熱陰極とは、陰極降下電圧が60V以下で
ある電極であり、具体的には、二つの電極を15mm以下の
間隔で設置し、放電を行つたときの放電電圧(実効値)
が60V以下になる電極である。本発明の要旨は、BaO,SrO
の中から選ばれた少なくとも一種と他の耐熱酸化物との
複合酸化物と、バリウム、ストロンチウムのアルコラー
トから選ばれた少なくとも一種あるいは窒化バリウム、
窒化ストロンチウムの中から選ばれた少なくとも一種と
の混合物の溶液を1本のリード線の一端に形成した熱電
極部に塗布したものを放電管内に封入した後、前記放電
管を電気炉で加熱することにより熱陰極を形成すること
を特徴とする低圧放電灯の製造方法にある。
〔作用〕
BaO,SrOの中から選ばれた少なくとも一種と他の耐熱
酸化物との複合酸化物とBaO,SrOの中から選ばれた少な
くとも一種またはBa,Srの中から選ばれた少なくとも一
種との混合物を電子放射物質とし用いた熱陰極を使用す
ると、前記BaO,SrOの中から選ばれた少なくとも一種と
他の耐熱酸化物の複合酸化物だけを使用した場合に比較
し仕事関数が低下して陰極降下電圧が低下し、したがつ
て高効率が得られ、かつアークスポツトが安定に形成さ
れた放電が安定になり、長寿命になる。また、電極の一
端のみを支持する構造にすると管端の構造が単純になる
という利点も生じる。
上記の効果は、放電用ガスの主成分を希ガスとし、希
ガスの原子量をMとするときTorrで表した希ガスの圧力
が280/M以上で2,000/M以下にすることにより、よりいつ
そう達成される。
前記BaO,SrOの中からの選ばれた少なくとも一種と他
の耐熱酸化物との複合酸化物を5BaO・2Al2O3,5BaO・2Al
2O3・3CaO,Ba3WO6,Ba2CaWO6,3BaO・4Sc2O3の中から選ば
れた少なくとも一種にすると、これらの物質は空気中で
安定で,活性化も不要なので、電極を高周波加熱などを
する必要が無く、ランプ製造が簡単になるという利点が
生じる。
前記電子放射物質の前記複合酸化物とバリウム,スト
ロンチウムのアルコラートから選ばれた少なくとも一種
あるいは窒化バリウム,窒化ストロンチウムの中から選
ばれた少なくとも一種との混合物から生成すると、前記
バリウム,ストロンチウムのアルコラートから選ばれた
少なくとも一種あるいは窒化バリウム,窒化ストロンチ
ウムの中から選ばれた少なくとも一種との混合物は数百
度で酸化物あるいはBa,Srになので放電管の管壁加熱用
の電気炉だけで陰極の形成が可能であり、電極を高周波
加熱などをする必要が無く、ランプ製造が簡単になると
いう利点が生じる。
〔実施例〕
第1図に、本発明の第1の実施例を示す。直管状の放
電管4の両端に、熱陰極1,2が封入されている。
第1図の実施例に使用した電極の側面図およびコイル
の一部を拡大した断面図を、それぞれ第2図(a)およ
び(b)に示す。コイル20の一端電が極支持棒24に取付
けられている。コイル20は、比較的太いタングステンの
一次線21に比較的細いタングステンの二次線22を暖く巻
いた一次コイルを作り、この一次コイルを素線としてピ
ツチP2,巻芯径MD2で巻回して二次コイルを形成し、前記
二次コイルをピツチP3,巻芯径MD3で巻回して三次コイル
を形成した構造である。一次線21は放電電流を支持棒24
まで流し、かつコイル20が一端支持に耐えられるような
機械的強度を保持する役割を有し、この一次線直径は機
械的な強度の点から0.03mmを越えることが望ましく、ま
た放電始動時に電極の温度を素早く上昇させるために0.
2mm以下であることが望ましい。二次線22は比較的細
く、安定なアークスポツトを形成させる役割を有し、二
次線22の直径は0.01mmから0.03mmの範囲が効果的であ
る。すなわち、直径が0.01mm以下においてはアークスポ
ツトによつて断線することがあり、0.03mmを越えるとア
ークスポツトが不安定になる。第2図(b)に示したよ
うに、電子放射物質23は一次コイル内に充填されている
が、二次コイル内、すなわちMD2の部分にも充填しても
良い。
電子放射物質23は、Ba2CaWO6を充填した電極を、バリ
ウムのアルコラートであるBa(OC2H5をアルコール
に溶かした、あるいは窒化バリウムをシンナーに分散さ
せた溶液にひたし、この電極を放電管4内に封入したの
ち約450℃で放電灯全体を加熱する方法で製作した、Ba2
CaWO6とBaOあるいはBaとの混合物である。
熱陰極1,2はそれぞれ1本のリード線5,6に接続されて
いる。リード線が1本なので、放電管の管端の構造が単
純になり、製造が簡単であるという利点が生じる。管端
の構造が単純であるという利点は、放電管の内径が8mm
以下の場合に特にその効果が大になる。
第1図に示したように、電極1,2を放電管4の管軸と
同軸に設けると、電極1,2と放電管4の管壁との距離が
大きくなり、管端の黒化が発生しにくいという利点が生
じる。電極1,2と放電管4を同軸に設けることが、放電
管4の内径が8mm以下のものにおいて特に有利になるこ
とは、前述の放電管4の内径限定理由からも自明であ
る。
リード線5,6は放電管の管軸と同軸に設けられてい
る。従来は放電管の管端に口金を設けたり、放電管の管
壁の一部を固定する方法などよつて放電管を光学的に一
定な場所に設置していたが、本実施例のように、リード
線5,6と放電管4の管軸とが同軸の場合には、リード軸
5および6だけによつて光学的な位置ぎめが出来、すな
わち、リード線だけでランプを固定できるという利点が
生じる。
放電管1の内面の少なくとも一部に、蛍光体3が塗布
されている。蛍光体塗布膜3が存在する場合には、電極
1,2を挿入する際に電極1,2が蛍光体膜3に接触し蛍光体
が脱落したり、管端の黒化がより目だつので、一つの電
極に1本のリード線を設けた方式が、特に有利になる。
第3図は、本発明の別の実施例の電極で、比較的太い
タングステンの一次線10に比較的細いタングステンの二
次線11を暖く巻いた一次コイルを作り、この一次コイル
を素線として、巻芯径Dを2mmにして密に巻回して中空
円筒状である二次コイルを形成した構造である。すなわ
ち、中空部の内径Dは2mmになる。一次線の一端14はリ
ード線5あるいは6に接続される。電子放射物質23は一
次コイル内に充填されている。もちろん、電子放射物質
は中空円筒状である二次コイルの外側にも付着していて
良い。
前記中空部の内径Dを1mm以上5mm以下すると、放電始
動電圧が著しく低下するという利点が生じる。すなわ
ち、Dが1mm未満においてはグローが前期中空内に入り
にくくなって放電始動電圧が高くなり、5mmを越えると
熱容量が大きくなつて放電始動電圧が高くなるという欠
点が生じる。
この実施例においては、電子放射物質23は、Ba(OC
H32,Sr(OC2H5、あるいは窒化バリウム,窒化ス
トロンチウムと、5BaO・2Al2O3・3CaOとの混合物をコイ
ルに充填し、これを電極を放電容器封止する際の加熱
や、あるいは放電管の管壁を加熱することなどによつて
5BaO・2Al2O3・3CaOと、BaO,SrOあるいはBa,Srとの混合
物に変換することによつて形成される。上記のように、
Ba,Srのアルコキシド、あるいは窒化バリウム,窒化ス
トロンチウムをもちいて電極上でBaO,SrO、あるいはBa,
Srを生成る方式にすると、Ba,Srのアルコキシド、ある
いは窒化バリウム,窒化ストロンチウムは数百度でBaO,
SrO、あるいはBa,Srになるので、電子放射物質の生成は
ランプの管壁加熱用の熱源だけで良く、電極を高周波加
熱などをする必要が無く、ランプ製造が簡単になるとい
う利点が生じる。
第1図において、電極として第3図の構造の上記のも
のを使用し、放電管4を内径5.7mm、長さ270mmのソーダ
ガラス管とし、内面に蛍光体3として希土類蛍光Y2O3:E
u,MgAl11O19:Ce,Tb,3Sr3(PO4・CaCl2の混合物を塗
布した。放電用ガスは、10Torrのアルゴンと水銀蒸気で
ある。
上記の本発明の低圧放電灯を40kHz,20mAの放電電流で
点灯したところ、放電始動時にはグローが円社の中空部
に入り、良好な始動特性を示し、電極1,2は、陰極降下
電圧が約20Vの熱陰極として安定に動作し、円筒によつ
てアークが絞られアークスポツトも安定であり、輝度は
12,000ntが得られ、冷陰極蛍光ランプの約1.5〜1.6倍の
効率が得られた。またリード線5,6でけによつて放電灯
を固定するだけで、光学的に最適な位置を保つ事ができ
た。このように、単純な支持構造で光学的位置を確保で
きるので、薄形化が強く要求される液晶用のバツクラに
最適である。
前記の実施例では、一本の支持線を使用した場合につ
いて述べたが、支持線が二本であつても電極の一端のみ
を支える構造の電極なので、管端部の構造は従来よりも
はるかに単純になる。
上記の実施例は電極の一端のみを支える構造の電極で
あつたが、従来のように電極の両端を支持するような構
造でも管端が単純にならないことを除いては、上記実施
例と同様の効果が得られる。
第4図に本発明の別の実施例の電極の断面図を示す。
鉄−ニツケル合金からなる金属円筒30の内側に熱電子放
射物質を塗布した二重コイル31が挿入されており、二重
コイル31の一端は押し潰し部32の部分で金属円筒に接続
固定されている。金属円筒30の内径Dは2mm、金属円筒3
0の開放端から熱電子放射物質を塗布した二重コイル11
の先端での距離は2mmで、金属円筒の肉圧は0.1mmで、金
属円筒の押し潰しによつて閉じた端部に一本の支持線33
が取付けられている。二重コイルの金属素線の直径が50
μm以下なので、二重コイル部の熱容量が小さく、アー
クスポツトは、金属円筒上ではなく、二重コイル11上に
発生する。金属円筒アークスポツトが生じないので、金
属円筒の材質としては、高輝度放電灯に使用されている
ようなタングステン,タンタル,モリブデンのような高
融点金属を使用する必要がなく、融点が1400℃以上であ
れば充分である。電極芯棒の材質として、鉄−ニツケル
および鉄,ニツケルを含んだ合金が、加工性の面から最
適である。
熱電子放射物質は、Ba3Y2WO9、BaOあるいはSrとの混
合物である。
上記の電極は、放電始動時にはグローが円筒の内部に
入り、良好な始動特性を示し、また電極は、陰極降下電
圧が16Vの熱陰極として安定に動作し、円筒によつてア
ークが絞られアークスポツトも安定であるという利点が
生じる。
第5図は、本発明の別の実施例の電極で、電極支持線
40に電子放射物質としてBa2CaWO6と、SrOあるいはBaと
の混合物を塗布したタングステン二重コイル41を巻きつ
けた構造である。この電極は製造が容易であるという利
点がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、放電が安定で、寿命が長く、かつ高
効率である低圧放電灯が得られる。また、単純な管端構
造の低圧放電灯が得られ、製造方法が簡単になり、放電
灯の取りつけも容易になるという利点が生じる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図(a)およ
び(b)は本発明の実施例の電極の側面図およびコイル
の一部分の拡大断面図、第3図から第5図は本発明の実
施例の電極の断面図を示す図である。 1,2……電極、30……金属円筒、20,31……コイル、23…
…電子放射物質。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−35848(JP,A) 特開 昭54−22972(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 9/04 H01J 61/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】BaO,SrOの中から選ばれた少なくとも一種
    と他の耐熱酸化物との複合酸化物と、バリウム、ストロ
    ンチウムのアルコラートから選ばれた少なくとも一種あ
    るいは窒化バリウム、窒化ストロンチウムの中から選ば
    れた少なくとも一種との混合物の溶液を1本のリード線
    の一端に形成した熱電極部に塗布したものを放電管内に
    封入した後、前記放電管を電気炉で加熱することにより
    熱陰極を形成することを特徴とする低圧放電灯の製造方
    法。
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