JP3267694B2 - 低圧水銀蒸気放電ランプ、低圧水銀蒸気放電ランプの点灯方法および低圧水銀蒸気放電ランプ点灯装置 - Google Patents

低圧水銀蒸気放電ランプ、低圧水銀蒸気放電ランプの点灯方法および低圧水銀蒸気放電ランプ点灯装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子放射物質を使用し
た低圧水銀蒸気放電ランプ、低圧水銀蒸気放電ランプの
点灯方法および低圧水銀蒸気放電ランプ点灯装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】低圧水銀蒸気放電ランプに使用されてい
る電子放射物質は、各種知られているが、一般的に知ら
れているものは、アルカリ土類炭酸塩である。このもの
は、ランプ製造工程で、フィラメントにアルカリ土類炭
酸塩、例えば(Ba,Ca,Sr)CO3 を塗布し、そ
の後、フィラメントに電流を流してフィラメントを発熱
させて、このアルカリ土類炭酸塩を分解・炭酸ガス放出
を行わせ、フィラメントに(Ba,Ca,Sr)Oを残
すようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
アルカリ土類炭酸塩は、分解・活性化の過程で炭酸ガス
を発生するため、その一部がランプ内に残留して蛍光
体、バルブ等を汚染し、蛍光体の発光効率を低下させた
り、始動電圧やランプ電圧の過度の上昇をもたらす欠点
があった。
【0004】一方、分解・活性化工程の必要ない電子放
射物質として、例えばアルカリ土類タングステン酸塩な
どが知られている。しかしながら、このような分解・活
性化工程の必要ない電子放射物質は、スパッタによって
寿命が短くなる問題点があった。これは、点灯条件が最
も一般的なアルカリ土類炭酸塩と同一で動作させている
ためにあると考えられることが、本発明者らによって明
らかにされた。すなわち従来の分解・活性化工程の必要
ない電子放射物質はそれにふさわしい点灯条件が検討さ
れていなかった。
【0005】本発明は、分解・活性化工程の必要がな
く、かつスパッタによって寿命が短くならない電子放射
物質を使用した低圧水銀蒸気放電ランプ、その低圧水銀
蒸気放電ランプの点灯方法およびその低圧水銀蒸気放電
ランプの点灯装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第一の発明に係る低圧水銀蒸気放電ランプは、ガラ
ス管と、ガラス管の両端に装装され、予熱電流が流され
るフィラメント電極と、ガラス管内に封入された水銀
と、前記フィラメント電極に被着されたアルカリ土類金
属のタンタル酸塩からなる電子放射物質とを具備してい
ることを特徴とする。
【0007】この低圧水銀蒸気放電ランプの電子放射物
質に含まれるアルカリ土類金属はバリウムであってもよ
く、また、バリウムの一部をストロンチウムおよびカル
シウムからなるグループのうち少なくともひとつと置き
換えてもよい。さらに、フィラメントに流される予熱電
流は常時流されていてもよい。
【0008】第二の発明に係る低圧水銀蒸気放電ランプ
の点灯方法は、ガラス管とガラス管の両端に装着したフ
ィラメント電極とガラス管内に封入した水銀とからなり
アルカリ土類金属のタンタル酸塩からなる電子放射物質
を前記フィラメント電極に被着した低圧水銀蒸気放電ラ
ンプを前記フィラメントの陰極輝点の温度を1100℃
ないし1300℃で点灯することを特徴とする。
【0009】第三の発明に係る低圧水銀蒸気放電ランプ
点灯装置は、ガラス管とガラス管の両端に装着したフィ
ラメント電極とガラス管内に封入した水銀とからなりア
ルカリ土類金属のタンタル酸塩からなる電子放射物質を
前記フィラメント電極に被着した低圧水銀蒸気放電ラン
プと、前記フィラメントの陰極輝点の温度を1100℃
ないし1300℃で点灯する点灯回路を具備したことを
特徴とする。
【0010】第一の発明に係る低圧水銀蒸気放電ランプ
は、電子放射物質における分解・活性化工程の必要がな
いので、蛍光体の発光効率を低下させたり、ランプの始
動電圧やランプ電圧の過度の上昇をもたらすことがな
い。また、フィラメント電極を予熱して輝点温度を適正
にすることで電子放射物質がスパッタしたり早期蒸発し
たりするのを防止でき、高品質のランプを提供できる。
【0011】また、電子放射物質のアルカリ土類金属を
バリウムにすれば、バリウムは仕事関数が小さいので、
熱電子を放出しやすくすることができる。さらに、バリ
ウムの一部をストロンチウムおよびカルシウムで置き換
えることにより、電子放射物質はスパッタに強くなると
ともに、蒸発速度が遅くなる。さらにまた、フィラメン
ト電極を常時加熱することにより、この電子放射物質を
よりスパッタしにくくすることができ、長寿命のランプ
を得ることが可能となる。
【0012】第二の発明に係る低圧水銀蒸気放電ランプ
の点灯方法ならびに第三の発明に係る低圧水銀蒸気放電
ランプ点灯装置は、第一の発明に係る低圧水銀蒸気放電
ランプを、低圧水銀蒸気放電ランプのフィラメント電極
の陰極輝点の温度を1100℃ないし1300℃で点灯
することで、電子放射物質の過度のスパッタまたは電子
放射物質の早期蒸発が抑制され、これによりランプの短
寿命を防止できる。
【0013】
【実施例】以下図1および図4を参照して本発明の第一
の実施例を説明する。図1は低圧水銀蒸気放電ランプ点
灯装置の構成図である。このものは低圧水銀蒸気放電ラ
ンプの一つである蛍光ランプ1と点灯回路3から構成さ
れる。蛍光ランプ1は、ガラス管5内に水銀とペニング
ガスとしての数トールのアルゴンガスが封入されてい
る。ガラス管5内壁には放電によって水銀から放出され
る紫外線を可視光に変換する蛍光体層7が被着されてい
る。ガラス管5内の両端部には熱陰極動作をするフィラ
メント電極9が設けられている。フィラメント電極9は
いわゆるシングルコイル、ダブルコイル、トリプルコイ
ルのいずれでも良い。フィラメント電極9は点灯回路3
に電気的に接続されているリード線11に支持接続され
ている。点灯回路3はリーケージタイプのトランス13
を主要な構成としている。トランス13の一次巻線13
aは商用電源15に接続されいる。トランス13の二次
巻線13bが蛍光ランプ1の両端のフィラメント電極9
に接続されている。各々のフィラメント電極9の両端は
トランス13の二次巻線のうちの予熱巻線13cに接続
され、陰極輝点の温度が1100℃ないし1300℃と
なるようにフィラメント電極9を常時加熱するようにな
っている。
【0014】フィラメント電極9には電子放射物質(図
示しない)が被着されている。電子放射物質はここでは
バリウムタンタル酸塩(BaTaO)である。アルカリ
土類金属としてバリウムが選択されているのは、バリウ
ム金属が仕事関数が小さく、熱電子を放出しやすいから
である。
【0015】この電子放射物質をNCバインダーすなわ
ちニトロセルロースに懸濁して、これをフィラメント電
極9に塗布する。この後フィラメント電極9をガラス管
5の両端に封着したのち、ガラス管5内を排気しながら
NCバインダーが分解する程度にフィラメント電極9を
通電加熱する。この際、従来の炭酸塩の電子放射物質と
異なり、電子放射物質そのものの分解・活性化工程が不
要のため、発生するガスは1/4ないし1/10とな
り、したがってガラス管5内に不純ガスが残留しにく
く、残留不純ガスに基づく欠点、すなわち始動電圧の上
昇、ランプ電圧の上昇、蛍光体汚染による光束劣化、放
電の不安定化(スネーキング)などが発生する原因を小
さくできる。
【0016】また、陰極輝点の温度が1100℃ないし
1300℃となるようにフィラメント電極9を常時加熱
するようになっているので、この電子放射物質はスパッ
タしにくく、長寿命のランプが得られる。従来のアルカ
リ土類金属炭酸塩の電子放射物質が陰極輝点の温度が1
050℃程度となっているのに比べ、本発明のランプの
陰極輝点温度は高めに制御される必要がある。以下にそ
の理由を述べる。
【0017】第2図は上記実施例の蛍光ランプ1の陰極
輝点温度の変化とランプ点灯時間一万時間後のランプ残
存率との関係をあらわした図である。蛍光ランプ1の陰
極輝点温度は、予熱巻線13cの巻数を変えることで調
整できる。この結果から陰極輝点の温度が1100℃な
いし1300℃となるように制御することで長寿命のラ
ンプが得られることがわかる。
【0018】第3図は電子放射物質を変えたときの点灯
時間とランプ残存率との関係を示す特性図であり、図中
曲線(a)は上記実施例の蛍光ランプ1を実施例のとお
り陰極輝点の温度が1100℃ないし1300℃となる
ように制御したときの寿命特性を示した特性図である。
あわせて、同じ設計の蛍光ランプを予熱しなかった場
合、従って陰極輝点の温度が1050℃の場合について
は曲線(b)、従来の電子放射物質(Ba,Ca,S
r)Oを予熱なしで使用した場合を曲線(c)であらわ
してある。この結果から、本実施例の電子放射物質を使
用したランプは従来と同等の寿命特性が得られているこ
とがわかる。
【0019】次に、本実施例の蛍光ランプ1の予熱電圧
を変えていったときの電極特性について、さらに詳細な
実験をた。予熱電圧と電子放射物質の残存率(%)との
関係を知るために、残留Baが吸収する554nmの共
鳴線に注目して、この吸収率を調べた。また、点灯中の
電子放射物質の消耗速度を調べるため、これと相関性の
ある点灯中のBa+の455nmの発光スペクトルを調
べた。さらに予熱電圧を変えていったときにスパッタ発
生原因と関連する陰極降下電圧Vk、陰極輝点の温度が
どう変化するかを調査した。
【0020】その結果を図4に示す。予熱電圧が低いと
陰極輝点の温度(スポット温度)が低く、スパッタの原
因となる陰極降下電圧Vkは高い。事実スパッタ発生の
目安となる陰極降下電圧Vkは15Vよりも高い。ま
た、Ba+の455nmの発光スペクトルが高いことか
らも、電子放射物質のスパッタ傾向は高いことがわか
る。この結果から、予熱電圧が低い領域では電子放射物
質のスパッタ傾向があることが推測される。
【0021】一方予熱電圧が高過ぎるとBaの554n
m共鳴線の吸収率の低下と、Ba+の455nmの発光
スペクトルの増大から、予熱電圧が高過ぎる領域では電
子放射物質の蒸発による消費が早過ぎることが推測され
る。
【0022】したがって、適度な予熱電圧によつてもた
らされる、一定範囲の陰極輝点の温度の制御が要求さ
れ、この適正範囲であれば、電子放射物質のスパッタに
よる短寿命、早期蒸発による短寿命を防止でき、図2に
示されるように蛍光ランプとして適正な寿命を得ること
ができる。そしてその適正温度は、本発明のバリウムタ
ンタル酸塩(BaTaO)系電子放射物質の場合、従来
の(Ba,Ca,Sr)O系電子放射物質の場合の10
50℃よりも高い1100ないし1300℃であること
がわかる。
【0023】なお上記実施例では電子放射物質はバリウ
ムタンタル酸塩(BaTaO)であるが、バリウムの一
部をストロンチウムおよびカルシウムで置き換えても良
い。バリウムの一部をストロンチウムおよびカルシウム
で置き換えることにより、電子放射物質はスパッタに強
くなるとともに、蒸発速度が遅くなる。さらにこれら電
子放射物質にFe,Mn,TiO2 ,ZrO2 を少量混
合してもよい。これらの添加物によっても、電子放射物
質はスパッタに強くなるとともに、蒸発速度が遅くなる
利点がある。
【0024】上記実施例では、電極を常時予熱し、予熱
電圧を制御して陰極輝点の温度を制御しているが、フィ
ラメント設計を変えて、例えばフィラメントの抵抗値を
高くすることで陰極輝点の温度を高くすることができ、
これにより、予熱をしなくてもよい。
【0025】さらに、封入希ガスはアルゴンに限定され
ず、ネオン、キセノン、クリプトン等を適宜組み合わせ
て封入でき、管長、管径、ランプ電流等も自由に設計で
きる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、低圧水銀蒸気放電ラン
プにおける電子放射物質の分解・活性化工程が不要とな
るので、不純ガスにより蛍光体の発光効率が低下した
り、ランプの始動電圧やランプ電圧が過度に上昇したり
することが抑制される。また、フィラメント電極を予熱
して輝点温度を適正にすることで、電子放射物質の過度
のスパッタリングや電子放射物質の早期蒸発が抑制さ
れ、これによりランプの短寿命を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る蛍光ランプ装置の構成図
である。
【図2】本発明の実施例に係る蛍光ランプ装置の陰極輝
点(スポット)温度と点灯時間1000万時間後のラン
プ残存率(%)との関係を示す相関図である。
【図3】各種電子放射物質を用いたランプの点灯時間と
ランプ残存率(%)との関係を示す相関図である。
【図4】本発明の実施例に係る蛍光ランプ装置の電極予
熱電圧と各種特性との関係を示す電極特性図である。
【符号の説明】
1・・・蛍光ランプ、 3・・・点灯回路、 5・・・
ガラス管 7・・・蛍光体層、 9・・・電極、 11・・・リー
ド線 13・・・トランス、 13a・・・一次巻線、 13
b・・・二次巻線 15・・・商用電源

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス管と; このガラス管の両端に封装され、予熱電流が流されるフ
    ィラメント電極と; 前記ガラス管内に封入された水銀と; 前記フィラメント電極に被着されたアルカリ土類金属の
    タンタル酸塩からなる電子放射物質と; を具備していることを特徴とする低圧水銀蒸気放電ラン
    プ。
  2. 【請求項2】 前記アルカリ土類金属はバリウムである
    ことを特徴とする請求項1記載の低圧水銀蒸気放電ラン
  3. 【請求項3】 バリウムの一部をストロンチウムおよび
    カルシウムからなるグループのうち少なくともひとつと
    置き換えたことを特徴とする請求項2記載の低圧水銀蒸
    気放電ランプ
  4. 【請求項4】 前記フィラメントに常時予熱電流が流さ
    れることを特徴とする請求項1ないし3いずれか一記載
    の低圧水銀蒸気放電ランプ。
  5. 【請求項5】 ガラス管とガラス管の両端に装着したフ
    ィラメント電極とガラス管内に封入した水銀とからなり
    アルカリ土類金属のタンタル酸塩からなる電子放射物質
    を前記フィラメント電極に被着した低圧水銀蒸気放電ラ
    ンプを前記フィラメントの陰極輝点の温度を1100℃
    ないし1300℃で点灯することを特徴とする低圧水銀
    蒸気放電ランプの点灯方法。
  6. 【請求項6】 前記フィラメントに常時予熱電流を流す
    ことを特徴とする請求項5の低圧水銀蒸気放電ランプの
    点灯方法。
  7. 【請求項7】 ガラス管とガラス管の両端に装着したフ
    ィラメント電極とガラス管内に封入した水銀とからなり
    アルカリ土類金属のタンタル酸塩からなる電子放射物質
    を前記フィラメント電極に被着した低圧水銀蒸気放電ラ
    ンプと 前記フィラメントの陰極輝点の温度を1100℃ないし
    1300℃で点灯する点灯回路と; を具備したことを特徴とする低圧水銀蒸気放電ランプ点
    灯装置。
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