JP3929532B2 - 低圧放電ランプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気密に密閉され且つ不活性ガスを有するイオン化封入物を含む放電容器をそなえ、この放電容器内には電極が配設され、これら電極の間には放電路が延在すると共に、少なくとも電極の一方は、放電容器の外側に突出する給電導体に接続された耐熱金属のコイルを有し、このコイルは、電子放出材料で被覆された中央区域と、その両側にある、中央区域及び各給電導体間の境界区域とを有し、これら境界区域は保護材料の被覆部を有する低圧放電ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような放電ランプは米国特許第５２３３２６８号より既知である。この既知のランプは、前記の種類の電極がその中で両側に配設された管状放電容器を有する低圧放電水銀ランプである。各電極のコイルは、アルカリ土類金属であるバリウム、カルシウム及びストロンチウムの酸化物の混合物より成る電子放出材料で被覆された中央区域を有する。この電子放出材料は、中央区域を前記のアルカリ土類金属の炭酸塩の懸濁液で被覆することによってこのようなランプに施されるのが普通である。電極が放電容器内に取付けられた後、放電容器が密閉される前に、電極は該電極を通る電流による抵抗発熱により加熱される。これによって、炭酸塩が酸化物に変えられ、二酸化炭素がこのプロセスの間に放出される。給電導体に隣接する境界区域は抵抗発熱の間冷たいままでいるので炭酸塩の変化は生じず、これら境界区域では電子放出材料がそのままとなる。製造プロセスの間の公差を考慮にいれて、コイルのこの境界区域は１ｍｍから数ｍｍのオーダーである。炭酸塩の不完全な変化のため、出来上がったランプ内で炭酸塩が変化を起こすでおそれがある。放電容器内での二酸化炭素の放出は、以後のランプの動作を著しく妨げるであろう。
【０００３】
低圧放電ランプに給電する回路は所謂ホットスタート回路とコールドスタート回路に分類することができる。前者のタイプのホットスタート回路では、ランプの電極はランプの点弧の前に予熱される。コールドスタート回路ではランプは予熱なしに点弧される。この後者のタイプのコールドスタート回路は、電極を加熱するための余分な手段が必要ないので比較的簡単で安価である。けれども、このような回路によって作動されるランプの寿命は主に開閉寿命すなわちランプをスイッチオンすることのできる回数によって決まる。
【０００４】
ネオンのような低い原子量を有し且つ数ミリバールのオーダーの比較的低い圧力での不活性ガスを有する封入物は高い光出力を得るのに有利である。けれども、このような環境は開閉寿命に良くない影響を及ぼす。短い動作周期もまた開閉寿命を短くしがちである。
【０００５】
既知のランプでは、コイルの給電導体は、コイルの境界区域も覆う絶縁ガラススリーブで被覆されている。この処置は、アークを中央区域に生じることを余儀なくさせる。この処置は、ランプのアークがコイルの境界区域の金属に当たらずしたがってランプのコールドスタートの間に該金属を損傷することを防ぐので、ランプの開閉寿命を目立って増加する。けれどもこの既知のランプの欠点は、スリーブを取付けることが比較的困難なことである。特に、これはランプの大規模製造において不利である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、比較的容易に製造することができ、それにも拘らず比較的長い開閉寿命を有する冒頭記載の種類の低圧放電ランプを得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、冒頭に記載した種類のランプにおいて、保護材料が１０００μΩ・ｃｍよりも小さな固有抵抗を有するセラミック材料からなり、このセラミック材料は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンのグループより選ばれた少なくとも１つの金属のホウ化物、炭化物、珪化物及び窒化物のグループより選ばれた少なくとも１つの化合物を有することを特徴とするものである。驚くべきことには、この材料は、既知のランプに用いられる材料と異なり、比較的良好な導電を有すると共に、開閉寿命に悪影響を与えずに代わりに開閉寿命を増す。コールド点弧の間に、電子放出材料が電子放出材料として機能するのに十分に熱くなる迄放電アークが境界区域の被覆部に当たるものと考えられる。前記の種類のセラミック材料は、絶縁セラミックとちがって金属と良好な付着力を示す。このため、この材料を比較的容易にコイルに設けることが可能になる。前記のセラミック材料は、例えば、ブチルのような懸濁剤とニトロセルロースのようなバインダーを有する懸濁液内の粉末としてコイルに付けることができる。代わりに、例えば水溶液を用いることもできる。懸濁剤とバインダーとは、その後電極の加熱により取り除くことができる。
【０００８】
【実施の態様】
本発明の低圧放電ランプの好ましい一実施態様では、セラミック材料の抵抗率は１００μΩ・ｃｍよりも小さい。この実施態様では、保護材料の被覆部はチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンのグループから選ばれた少なくとも１つの金属のホウ化物、炭化物、珪化物及び窒化物のグループより選ばれた少なくとも１つの化合物を有するのが好ましい。これ等の材料は数μΩ・ｃｍから数１０μΩ・ｃｍのオーダーの固有抵抗を有する。更に、これ等の材料は、低圧放電ランプの電極に通常存する温度にくらべて十分に高い２０００℃以上の融点を有する。
【０００９】
前記のグループよりの金属のホウ化物は特にこの目的に適している。この種のセラミック材料は３０００℃以上の非常に高い融点を有し、また２０００ＫＪ／ｍｏｌのオーダーの高い解離エネルギを有する。これ等の特性により、これ等の材料は極端な環境の下で動作する電極を有するランプに用いるのに非常に適したものでもある。
【００１０】
コイルは、該コイルに接続された給電導体を超えて延在する端部区域を有することもできる。これ等の区域は付加的に保護材料で被覆することもできる。保護材料の被覆部は、電子放出材料の被覆部と、例えば数巻回オーパラップさせることもできる。給電導体はコイルに対して比較的太いのが普通なので、放電アークがこれ等に当たってもランプ寿命はさほど影響を受けない。けれども、放電アークが給電導体のスパッタリングを生じ、このため放電容器の変色を生じまた電子放出材料の機能に悪影響を与える可能性がある。好ましい実施態様では、本発明の低圧放電ランプは、保護材料が、コイルに隣接する給電導体の部分も被覆する。このようにすることにより、放電容器の変色、電子放出材料の悪化が防止される。
【００１１】
本発明の放電ランプは、前述した保護材料の被覆部を有する１つの電極をもつこともできる。このようなランプは、少なくともＤＣ点弧を与える電源で作動するのに適しており、保護被覆部をそなえた電極はカソードである。本発明の低圧放電ランプの好ましい実施態様では、両電極が前述した被覆部をそなえたコイルを有する。このようなランプは、ＡＣ電源での点弧に対しても適している。
【００１２】
【実施例】
本発明を図面の実施例を参照して更に詳しく説明する。
図１に示した低圧放電ランプは、気密に密閉され且つここでは水銀と不活性ガスであるイオン化封入物を含む放電容器１０を有する。このために、１８０ｍｇのＰｂＢｉＳｎの合金と５．５ｍｇの水銀のアマルガム１４が、前記の放電容器と連通した排気チューブ１３内に配されている。不活性ガスは、５ミリバールの、容積比７５−２５％のネオン及びアルゴンの混合物で形成されている。放電容器１０の内面には発光層１１が設けられている。電極が放電容器内に配設され、これら電極の間に放電路が延在する。少なくとも一方の電極、ここでは両方の電極は、耐熱金属のコイル２０_A ，２０_B を有し、これ等のコイルは、放電容器１０の端部１２_A ，１２_B において給電導体３０_A ，３０_A ′；３０_B ，３０_B ′に接続されて取付けられている。この実施例では、耐熱金属はタングステンであるが、代わりにモリブデン或いは他の耐熱金属を用いてもよい。給電導体３０_A ，３０_A ′；３０_B ，３０_B ′は前記の端部１２_A ，１２_B を通って放電容器１０の外側に突出する。図２は、給電導体３０_A ，３０_A ′を有する端部１２_A 及び給電導体に取り付けたコイル２０_A を有する電極の詳細を示す。他方の端部１２_B の構造は図２に示した構造と同じである。
【００１３】
コイル２０_A は、酸化バリウム、酸化カルシウム及び酸化ストロンチウムの混合物を含む電子放出材料２２_A で被覆された中央区域２１_A を有する。コイル２０_A は、両側に、中央区域２１_A と各給電導体３０_A ，３０_A ′との間にある境界区域２３_A ，２３_A ′を有する。この境界区域２３_A ，２３_A ′は、１０００μΩ・ｃｍより小さな固有抵抗を有するセラミック材料より成る保護被覆部２４_A ，２４_A ′を有する。適当なセラミック材料は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンのグループより選ばれた少なくとも１つの金属のホウ化物、炭化物、珪化物或いは窒化物を含むものとすることができる。セラミック材料は、前記のグループより選ばれた金属のホウ化物が好ましい。
【００１４】
図１及び２の実施例では、コイル２０_A の境界区域２３_A ，２３_A ′は被覆部２４_A ，２４_A ′を有し、これら被覆部は主として５μｍ以下の粒度を有する硼酸ジルコニウムの粒子の層を有する。硼酸ジルコニウムは約３２００℃の融点と１９５２ＫＪ／ｍｏｌの解離エネルギを有する。その固有抵抗は９．７μΩ・ｃｍである。保護被覆部２４_A ，２４_A ′は、電子放出材料２２_A で覆われた中央区域２１_A と約１ｍｍオーバーラップする。
【００１５】
この実施例のランプは次のようにしてつくられた。アルカリ土類金属炭酸塩の混合物の懸濁液、ここでは、懸濁剤としてのブチルアセテート及びバインダーとしてのニトロセルロース内に炭酸バリウム、炭酸カルシウム及び炭酸ストロンチウムを加えたものをコイル２０_Aの中央区域２１_A に被着した。この懸濁液が十分に乾燥してから、この場合もやはりブチルアセテート及びニトロセルロース中に硼酸ジルコニウム粒子を加えた懸濁液を境界区域２３_A ，２３_A ′に被着した。コイル２０_A を放電容器１０内に取付けた後に、コイルを抵抗加熱して前記の炭酸塩を酸化物に変換すると同時にバインダーと懸濁剤の双方を電子放出材料及び保護材料から駆逐した。
【００１６】
耐久試験では、図１および図２に関して説明した本発明の５個のランプと本発明によらない５個のランプが周期的に１分間スイッチオンされ３分間スイッチオフされて各ランプの開閉寿命が測定された。ランプはコールドスタート回路により給電された。本発明によらない５個のランプは、コイルの終わりの巻回が被覆されていないことを除いては本発明のランプと同じであった。本発明によらないランプは３０００±１０００の開閉操作の平均開閉寿命を有した。本発明のランプでは７５００±１０００の開閉操作の開閉寿命が見出された。本発明のランプは、製造が比較的容易であると共に、保護材料の被覆部のないランプにくらべて、比較的長い開閉寿命を有することは明らかである。したがって、本発明の方法により、不活性ガスが低い原子量を有するネオンから主として構成され且つ不活性ガスの圧力が比較的低いにも拘らず開閉寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の低圧放電ランプの長手方向断面図。
【図２】 図１に示した低圧放電ランプの一部の詳細図。
【符号の説明】
１０ 放電容器
１２_A 放電容器の端部
２０_A コイル
２１_A 中央区域
２２_A 電子放出材料
２３_A ，２３_A ′ 境界区域
２４_A ，２４_A ′，２４_B ，２４_B ′ 保護材料の被覆部
３０_A ，３０_A ′ 給電導体

Claims (5)

1. 気密に密閉され且つ不活性ガスを有するイオン化封入物を含む放電容器をそなえ、この放電容器内には電極が配設され、これら電極の間には放電路が延在すると共に、少なくとも電極の一方は、放電容器の外側に突出する給電導体に接続された耐熱金属のコイルを有し、このコイルは、電子放出材料で被覆された中央区域と、その両側にある、この中央区域及び各給電導体間の境界区域とを有し、これら境界区域は保護材料の被覆部を有する低圧放電ランプにおいて、前記保護材料は、１０００μΩ・ｃｍよりも小さな固有抵抗を有するセラミック材料からなり、このセラミック材料は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンのグループより選ばれた少なくとも１つの金属のホウ化物、炭化物、珪化物及び窒化物のグループより選ばれた少なくとも１つの化合物を有することを特徴とする低圧放電ランプ。
2. 前記セラミック材料の固有抵抗は１００μΩ・ｃｍよりも小さい請求項１記載の低圧放電ランプ。
3. 前記保護材料の被覆部はホウ化物を有する請求項２記載の低圧放電ランプ。
4. 両方の電極が、被覆部をそなえたコイルを有する請求項１乃至３の何れか１項に記載の低圧放電ランプ。
5. 前記保護材料の被覆部は、コイルに隣接する給電導体の一部の上にも延在する請求項１乃至４の何れか１項に記載の低圧放電ランプ。

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