JP3400489B2 - 複合放電ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は細長いガラス管の両端部
の近くにそれぞれ配置された電子放射用の中心電極及び
この中心電極を囲むグロー電極を有する複合放電ランプ
に係り、例えば熱陰極低圧蛍光放電灯に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱陰極低圧蛍光放電灯、例えば蛍光灯は
高効率の光源として、電球と同様に広く使用されてい
る。

【０００３】蛍光灯のフィラメントコイルにはバリウ
ム、ストロンチューム、及びカルシウムを主体とする電
子放射物質（以下、「エミッター」ともいう）が塗布さ
れ、点灯中に、このエミッターが陰極に加えられるイオ
ン衝撃による飛散と、自己蒸発とによって失われ、遂に
は点灯不能となり寿命がつきる。

【０００４】従来の蛍光灯においては、フィラメントコ
イルにアノードを取り付け、イオン衝撃を分散すること
によって蛍光灯の寿命を長くしようと意図したものがあ
った。しかし、アノードを取り付けたために発光にチラ
ツキが生じ、それ故に現在では殆んど使用されていな
い。

【０００５】従来の冷陰極放電管及び熱陰極放電管にお
ける電極構造は、フィラメント（中心電極）を囲むグロ
ー電極を有している。グロー電極は開口部と閉鎖された
底部とを備えた包囲体で成っている。グロー電極の開口
部は細長いガラス管の中央部に向いており、その底部は
ガラス管の端部に向いていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の蛍光灯には、次
のような欠点があった。すなわち、１）４０００〜５０
００時間という短い寿命であり、２）ガラス管両端部の
黒化現象が発生し、３）寿命の後期において高発熱を生
ずるという不都合があった。

【０００７】前述した従来の蛍光灯のグロー電極は開口
部がガラス管の中央部に向いており、フィラメントがイ
オンや電子に暴露されるような構造であった。従来の蛍
光灯においては、エミッターや管内のガス圧などに対し
て改善が加えられていたが、フィラメントに対してのイ
オン衝撃による寿命の短期化を十分に阻止することはで
きなかった。本発明は、従来技術のかかる欠点を排除し
た複合放電ランプを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、細長いガラス
管（棒状のガラス管及び環状のガラス管を含む）の近く
にそれぞれ配置された電子放射用の中心電極及びこの中
心電極を囲むグロー電極を有する複合放電ランプにおい
て、前記グロー電極は開口部と閉鎖された底部とを備え
た包囲体で成り、この開口部は前記ガラス管の近い方の
端部に向けられており、前記底部は前記ガラス管の中央
部に向けられていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明はグロー電極の開口部を、従来のものと
全く逆方向として、ガラス管の端部方向に向けて配置
し、グロー電極の底部をガラス管の中央部方向に向けて
配置したので、熱電子（一部グロー放電による二次電子
を含む）は開口部を通って、まずガラス管の端部の方に
移動し、次に反転してガラス管とグロー電極との間を通
ってガラス管の中央部の方に移動する。イオンは放電の
結果発生し、グロー電極の底部を衝撃して、衝撃エネル
ギーを全て二次電子放出エネルギーとし管電流を増加す
る役目を果たす。従来技術においては、前述のイオン衝
撃の問題があるのでイオンは放電管にとって有害なもの
であったが、本発明においてはイオンは有効な働きを行
なう。

【００１０】

【実施例】図１は蛍光灯の電極である、電子放射物質を
塗布したフィラメントコイル５と、フィラメントコイル
５に電流を流す引出線２，３とを示している。引出線
２，３は排気孔４を持つステム１に取り付けられてい
る。図２は図１で示した電極に、グロー電極６を備えた
ものである。グロー電極６はアルミニウムかニッケルな
どの金属、又は電子放射材を主体とする焼結金属で成
り、開口部２５と閉鎖された底部２６とを有して円筒状
である。引出線２はグロー電極６に、スポット溶接又は
カシメによって接続されており、開口部２５はステム１
の方向を向いている。

【００１１】図１の電極と、図２の電極とを有する蛍光
灯を作って点灯比較した。電源としては交流１００Ｖ、
５０Hzのグロースタータ回路を用いた。図１の電極を有
する蛍光灯は、電力１０．１Ｗ、電流２１５ｍＡ、ラン
プ電圧４７Ｖで、輝度９０００ｎｔ（輝度はランプの中
央部で測定した）であり、図２の電極を有する蛍光灯
は、電力１０．１Ｗ、電流２２５ｍＡ、ランプ電圧４５
Ｖで、輝度９５００ｎｔ（輝度はランプの中央部で測定
した）であった。

【００１２】図３は、図２の電極を備えた本発明の複合
放電ランプの一実施例の構成を説明するための一部を断
面で示した概略説明図であって、放電ランプの一端側の
部分だけを示した図である。中心電極を構成するフィラ
メントコイル５は、ダブルコイルのフィラメントであ
り、グロー電極６の外径は８mm、胴長は１０mm、肉厚は
０．１５mmであり、材質は純度９５％のアルミニウムで
ある。

【００１３】図３に示すごとく、フィラメントコイル５
にグロー電極６をかぶせても、光が減少することはな
く、かえって５％程度増加することが、前述した比較試
験によって判明した。

【００１４】図１に示したような電極であると、フィラ
メントコイル５に対してイオンが衝突し、イオンの衝突
エネルギーによってエミッターをスパッタリングし、こ
れが寿命を短かくするとともに、寿命の後期において高
発熱を呈する原因となっていたが、図２及び図３に示し
た本発明の電極を用いると、イオン１２はグロー電極６
の底部２６及び側部に衝突し、イオン１２の衝突エネル
ギーはグロー電極６の広い外壁全面で吸収され多量の二
次電子１１を放出し、ランプ電流を増加させる。

【００１５】図３において、図示の電極側が負（−）側
となっている場合フィラメントコイル５で発生した熱電
子１０はグロー電極６の開口部２５を通ってステム１の
方向に移動し、次に、グロー電極６の外壁面とガラス管
１３の内壁面との間を通過して、図示していない陽
（＋）極に引かれて、右方に移動する。その移動経路に
は水銀蒸気すなわち水銀原子８が充満しているので、こ
れを励起して紫外線が発生される。この紫外線がガラス
管１３の内壁面に塗布された蛍光膜９を励起して光７が
発生される。熱電子１０がグロー電極６の開口部２５を
通過してから反対方向に移動することによって、包囲体
で成るグロー電極６が備えられていても、そこに影が発
生することはなく、一様に明るく点灯する。

【００１６】図４は本発明の別の実施例を示すものであ
り、グロー電極３２として図１２に断面で示したドーム
形のものを用いている。図１２に示したグロー電極３２
の直径Ｄは８mm、高さＨは４mm、ドーム内には幅Ｃが４
mmで巻線とされた１０Ｗ用のフィラメントコイル５がガ
ラス管１４の横断方向に配置されている。

【００１７】図４において、ガラス管１４の直径は２
５．５mm、長さは３３cmであり、ガラス管１４内には５
torrのアルゴンガス１６と水銀蒸気圧０．００６mmＨｇ
が封入されており、ガラス管１４の内壁には蛍光膜９が
形成されている。ガラス管１４は４本の口金ピン２７，
２８，２９，３０を有し、口金ピン２７，２８間にはグ
ロースタータ１５が、口金ピン２９，３０間には交流電
源１６及び安定器３１が接続される。

【００１８】左側が負（−）側の場合フィラメントコイ
ル５から発生流出する熱電子１０はグロー電極３２の開
口部２５からガラス管１４の内壁とグロー電極３２の外
壁間を流れ、ガラス管１４の中央部を通過して右側の正
（＋）側電極に到達する。これと並行して、グロー電極
３２の底部２６などの外壁面にイオン１２が衝突して発
生した二次電子１１も正側電極に引かれる。すなわち、
ガラス管１４の中央部は熱電子１０と二次電子１１とが
混在した状態でランプ電流が流れる。このランプ電流は
ほとんど正側のグロー電極３２の底部２６などの外壁面
に到達して、その中のフィラメントコイル５には到達し
ない。従って、正側のグロー電極３２の開口部２５付近
は電子の流れが少ないのでほとんど発光しない。

【００１９】しかし、電源１６は交流電源であるから、
半サイクルごとに負側と正側とが逆転するので、結果的
にはガラス管１４の両端部はともに明るく点灯すること
になる。グロー電極の近くの暗部をできるだけ少なくす
るためには、図３に示した円筒状のグロー電極６より
も、図４及び図１２に示したドーム形のグロー電極３２
の方が有利である。又グロー電極の直径をフィラメント
コイルに接触しない最小の直径とするとより効果的であ
る。

【００２０】負側で発生する電子１０には熱電子の他
に、フィラメントコイル５の抵抗とグロー電極３２との
間の電位差（約１１〜１２Ｖ）によってグロー放電が発
生することによる二次電子が含まれている。かような電
子１０が開口部２５を通って正側電極に向かって流れる
わけである。グロー電極３２内のフィラメントコイル５
のエミッターはイオン衝撃エネルギーから全く隔離され
ているので、スパッタリングを無くすることができるわ
けである。

【００２１】フィラメントコイル５のエミッターは自己
の蒸発によって失われるが、その際エミッターの飛散粒
子はほとんどグロー電極３２の内壁面に付着する。付着
したエミッターは容易に電子を放出するので放電電流を
増加させるか、又は飛散してフィラメントコイル５或い
は他の場所に付着して、そこからまた電子を放出する。

【００２２】このようにして、フィラメントコイル５を
イオン衝撃から完全に隔離してエミッターのスパッタリ
ングを無くし、加えて、自己蒸発による飛散粒子はグロ
ー電極の内壁面とフィラメントコイルとの間をキャッチ
ボールするように往復して電子の放出を継続するので、
エミッターの消耗が極度に少なくなり、その結果として
ランプの寿命が大幅に延びることができるのである。

【００２３】図１３は、従来の一般蛍光ランプと図４に
示した如き本発明の実施例の複合放電ランプとの寿命を
比較したグラフである。本発明の実施例の寿命曲線Ｍと
一般蛍光ランプの寿命曲線Ｌとを参照して、本発明の複
合放電ランプの寿命は５０，０００時間を経過しても点
灯が継続され、実に、一般蛍光ランプの約８倍の寿命を
有していることが判る。

【００２４】一般に蛍光灯は寿命の後期になると電子放
射能が低下するので陰極電圧降下が大となり、イオン衝
撃がますます激しくなり、エミッターはより多く飛散し
消耗が著しくなり、加速度的に蛍光灯の寿命を短かくす
ると同時に、イオンの衝突エネルギーで高い発熱をもた
らす。例えば、ガラス管の端部の管壁温度が１５０℃〜
２００℃に上昇することが認められる。その結果、蛍光
灯の取付け器具を損傷させ、また、電光看板などフィル
ム表示（カラーフィルムを背面或いは両サイドより照明
した看板）の場合に、カラーフィルムが変色する不都合
が生じる。

【００２５】本発明において、寿命の後期にイオン衝撃
が激しくなれば、グロー電極の外壁面からの二次電子放
射がますます増大し、放電々流の増加がもたらされ、発
光に寄与する結果となる。グロー電極は熱容量が大きく
選ばれているから、輝点を生じることがない。すなわ
ち、チラツキは無く安定した放電が得られる。熱容量を
勘案してグロー電極の厚みは０．１５〜０．２mmに選定
するのが好ましいことが実験結果によって判明した。

【００２６】図６に本発明の更に別の実施例である複合
放電ランプを、左側の部分だけ一部断面図で概略構成を
説明してある。図６の電極は、アルミニウムなどの金属
で成るカップ状のグロー電極２２と、グロー電極２２の
内部に電子放射材を主体とする焼結金属で成るカップ状
のアーク電極（すなわち、中心電極）２１とで構成され
ている。これら電極の中心軸線に一致して引出線１９が
備えられ、引出線１９は電極の近くではタングステン線
２０に接続されている。引出線１９はデュメット（Ｄｕ
ｍｅｔ）線を用いている。グロー電極２２と、アーク電
極２１と、タングステン線２０とは、集合端部２４を構
成するように外部からカシメて固着されている。

【００２７】図６のように構成された複合放電ランプ
は、図５に示すように、引出線１９，１９間にインバー
タ１８を接続し、且つインバータ１８に直流電源１７を
接続することによって作動される。図５に示した構成は
液晶表示用バックライトなどの小型で細管用ランプ（例
えば、直径が３mm）に用いて好適である。

【００２８】図５及び図６で示した実施例について、具
体的な設計例を示すと次の通りである。発振周波数 ５
０KHz 、発振電圧 ７００Ｖ（実効値）、封入ガス ア
ルゴン５０torr，水銀 ５mmｇ、ガラス管外径 ６．５
mm（肉厚０．５mm）、ガラス管長 ２５０mm、蛍光物質
三波長蛍光体（白色）、 電極寸法‥‥グロー電極：外径４．５mm、肉厚０．１５
mm、胴長５mm；アーク電極：外径３．０mm、肉厚０．５
mm、胴長２mm；電極集合端部：最大２mm、 引出線‥‥直径０．５mm この設計例による実験結果は、放電々流１６ｍＡで放電
輝度は３０，０００ｎｔ、寿命は３５，０００時間であ
った。

【００２９】図５及び図６で示したグロー電極２２も、
開口部２５がガラス管の端部の方を向き、底部２６がガ
ラス管の中央部の方を向いているので、アーク電極２１
はイオン衝撃から完全に保護されており、スパッタリン
グはなく、またイオン１２の衝撃エネルギーは全てグロ
ー電極２２の底部２６などの外壁面で吸収され二次電子
１１の放出に役立つ結果となる。

【００３０】図７は本発明の更に別の実施例の複合放電
ランプを、左側の部分だけ一部断面で示す説明図であ
る。図６のものに対比してアーク電極がフィラメントコ
イル２３である点と、デュメット線の引出線１９を、２
本用いている点とが主に相違している。図８に図７を作
動される電気結線が示されている。これは図５と同様の
インバータによる高電圧高周波点灯方式である。図９の
電気結線は、高周波発振器３３及び発振トランス３４を
含み、ラピッドスターと方式点灯回路を構成している。
図６と図７の電極を比較すると、図６のものは寿命が長
い点で有利であり、図７のものは輝度が明るい点で有利
である。

【００３１】グロー電極の開口部と中心電極との間には
数mm程度の間隔Ｘを置くのが好ましいことが判明してい
る。図１０において、グロー電極６の開口部２５とフィ
ラメントコイル５の基部との間には間隔Ｘが置かれ、図
１１においてグロー電極２２の開口部２５とアーク電極
２１の開口部との間に間隔Ｘが置かれている。間隔Ｘは
小型細管用の複合放電ランプでは２mm以上、１０Ｗ程度
の複合放電蛍光灯では４mm以上とするのが好ましい。

【００３２】グロー電極の内面にエミッターを塗布すれ
ば、更に電子放射が増大するから好ましい。グロー電極
としてアルミニウムなどの金属で成るものを使用した
が、透明導電ガラスを使用することもでき、そうすれば
一層、光学的に有利な電極が得られる。グロー電極の形
状としては、円筒状形、カップ形、ろと状形、ドーム
形、舟形など任意のものを採用することができる。グロ
ー電極の材料で最もスパッタリングの少ない金属はアル
ミニウムであった。純度は９５％以上のものが特に良好
である。

【００３３】グロー電極を透明導電ガラスを用いて作る
には、例えば、ガラス製のカップの全面にスパッタリン
グ成膜技術により酸化インジウームに酸化スズをドープ
したもので導電薄膜を形成させる。或いは、高純度のア
ルミニウムを真空蒸着して作ることもできる。透明導電
ガラス製グロー電極の集合端部はカシメによることがで
きないので導電接着材で固着する。図１４は、図７に図
示の実施例の変形態様である。同図において、引出線２
５ａの先端にカップ型グロー放電電極２２ａが固着さ
れ、また同先端部分を取囲むように焼結金属体の丸棒状
中心電極２１ａが設けられている。丸棒状の中心電極２
１ａには電子放射物質が含浸されている。さらにこの中
心電極２１ａの先端をカップ型グロー放電電極２２ａに
固着するようにしても良い。

【００３４】放電電極２２ａはアルミ材のほか、例えば
ジルコニウムを主体とし、タングステンとニッケルでス
パッタリングの非常に少ない焼結電極が得られる。そし
て２１ａと２２ａは成形の際一体成形して熱処理すれば
製造工程を簡略化できる。グロー電極の閉鎖された底部
の直径１０mmの場合（図２及び図１２）に直径１mm〜２
mmの小孔を中央部に設けて測定したところ、イオン衝撃
も無くスパッタリングも無く、長寿命で高輝度が得られ
た。この際スタート電圧が低くなり（３〜５％）且スタ
ート時間が早くなった。これは小孔が無い場合は電子
（熱）は開口部を通り、電極（グロー）外壁とガラス管
内壁の中間を熱電子が通過するので、放電インピーダン
スが高くなるが、小孔が底部（中央部）にあれば、ここ
を通過する熱電子によってスタート電圧を下げ、立上り
時間が早くなる主放電の補助効果が得られた。（図１
５）小孔は大きくなればイオン衝撃のため、フィラメン
トコイルにスパッタリングや寿命後期の高発熱の原因と
なり、小孔が小さすぎるとスタート電圧や立上り時間に
上記効果が少なくなり直径１〜２mmが最良であった。こ
の場合のグロー電極の直径は１０mmであった。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、複合放電ランプの寿命
（ランプが点灯しなくなるまでの時間）を極端に長くす
ることができる。また、ガラス管の両端部に黒化現象が
ほとんど生じないようになし得る。更に、寿命の後期に
おいても高発熱現象を生じないようにし得る。加えて、
グロー電極による光の影が生じないようになし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な蛍光灯の電極の構造を示す説明図。

【図２】本発明における電極の構造を例示する説明図。

【図３】図２の電極を備えた本発明の複合放電ランプの
一実施例の一部分の構成を説明するための一部を断面で
示した概略説明図。

【図４】本発明の別の実施例の概略構造の説明図。

【図５】本発明の更に別の実施例を作動させるための電
気結線図。

【図６】本発明の更に別の実施例の一部分を一部断面で
示した説明図。

【図７】本発明のまた別の実施例の一部分を一部断面で
示した説明図。

【図８】図７の実施例を作動させるための電気結線図。

【図９】図７の実施例を作動させるための更に別の電気
結線図。

【図１０】グロー電極とフィラメントコイルとの位置関
係を説明する斜視図。

【図１１】グロー電極とアーク電極との位置関係を説明
する断面図。

【図１２】図４の実施例において用いられている電極の
構成を説明する一部断面図。

【図１３】ガラス管の中央部分で測定したランプの寿命
特性を示すグラフであって、従来の蛍光ランプと本発明
の複合放電ランプとの寿命特性を比較して示すグラフ。

【図１４】図７と図示の実施例の変形態様を示す断面
図。

【図１５】図２の実施例の変形態様を示す斜視図。

【符号の説明】

１ ステム ２ 引出線 ３ 引出線 ４ 排気孔 ５ フィラメントコイル ６ グロー電極 １３ ガラス管 １４ ガラス管 １５ グロースタータ １６ 交流電源 １７ 直流電源 １８ インバータ １９ 引出線 ２０ タングステン線 ２１ アーク電極 ２２ グロー電極 ２３ アーク電極 ２４ 集合端部 ２５ 開口部 ２６ 底部 ３２ グロー電極

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 細長いガラス管の両端近くにそれぞれ配
   置された電子放射用の中心電極及びこの中心電極を囲む
   グロー放電電極を有する複合放電ランプにおいて、前記
   グロー放電電極は、開口部、閉鎖された底部ならびにこ
   れらの間に延在し、中心電極の周囲をこれと接触するこ
   となく遮蔽して囲む周壁とからなる包囲体でなり、前記
   開口部は、前記ガラス管の中心軸線をほぼ中心にして配
   置され、かつ前記ガラス管の近い方の端部に面して配置
   され、しかして前記底部は、該ガラス管の中央部に向け
   られており、前記中心電極から放射される電子は、その
   ほとんどが前記開口部を通って前記ガラス管の近い方の
   端部に向かい、しかる後に前記包囲体の周壁とガラス管
   の内壁との間隙を通過して前記ガラス管の他方の端部へ
   と向かい、また該間隙においても蛍光管が発光現象を起
   すことを特徴とするグロー放電電極。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の複合放電ランプにおい
   て、前記グロー放電電極の閉鎖された底部に小孔を設け
   たことを特徴とする複合放電ランプ。