JP4686604B2 - 放電ランプ用電極及び放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、放電ランプ用電極及び放電ランプに関し、特に、電子を放出させるための電子放射物質が充填された放電ランプ用電極及び当該電極を備えた放電ランプに関する。

近年、放電ランプの省電力化、長寿命化が求められている。省電力化を実現する方法の１つとして、発光管を細くし発光効率を上げることが考えられる。発光管を細くすると、放電時の電流損失及び電極損失が減少するため発光効率が上昇する。
一方、長寿命化を実現する方法の１つとして、電極のフィラメントコイルに充填する電子放射物質の量を増やすことが考えられる。図９は、従来例に係る三重コイルを示す写真である。例えば、従来の放電ランプ用電極では、電子放射物質の充填量を増やすために、図９に示すような所謂三重コイルを採用している（特許文献１）。

図１０は、従来例に係る三重コイルのコイリング工程を説明する図である。次に、図１０を参照しながら三重コイルの説明を続ける。三重コイルは、まず、図１０(ａ)に示すように、フィラメント２０１を一次芯線２０２の廻りに巻回させて一重コイル２０３とし、次に、図１０(ｂ)に示すように、前記一重コイル２０３を二次芯線２０４の廻りに二次巻回させて二重コイル２０５とし、さらに、図１０（ｃ）に示すように、前記二重コイル２０５を三次芯線２０６の廻りに三次巻回させて作製する。なお、各芯線２０２，２０４，２０６は、コイリング工程完了後に溶解除去される。

このようにして作製される三重コイル２０７には、一次芯線２０２が存在していた一次巻回中空部分２０２’だけでなく、二次芯線２０４の存在していた二次巻回中空部分２０４’にも電子放射物質を充填することができるため、当該三重コイル２０７は、一重コイル等と比べて電子放射物質の充填容量が大きい。なお、三重コイルのコイルサイズが大きくなり過ぎると電極が発光管内に収まらなくなるため、二重コイル２０５を三次芯線２０６に巻回させる三次巻回の巻回数は通常１ターン程度に制限される。そのため、図１０（ｃ）に示すように、三次芯線２０６の存在していた三次巻回中空部分２０６’は巻回軸方向の寸法が短く、当該三次巻回中空部分２０６’では電子放射物質が安定に保持されないため、当該三次巻回中空部分２０６’に電子放射物質を充填することは困難である。
特開２００４−３５６０６０号公報

ところで、省電力化のために発光管を細くしようとすると、当該発光管内に収まる小型の電極が必要になる。すなわち、発光管を細く長くすることにより、ランプの発光効率を向上させることができ、省電力化を図ることができる。換言すると、発光管を細く長くすることで、同じ明るさを確保した上でランプ電力を低減することができ、その結果、省電力化を実現することができる。しかしながら、電極を小型化するためにはコイルサイズを小さくする必要があり、そうすると三重コイルに充填できる電子放射物質の量が減少する。これでは、放電ランプが短寿命化する。

本発明は、上記の課題に鑑み、小型かつ電子放射物質の充填容量の大きい放電ランプ用電極を提供することを主たる目的とする。本発明の他の目的は、そのような放電ランプ用電極を備えた省電力かつ長寿命の放電ランプを提供することにある。

フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを四次巻回してなる四重コイル又はその三重コイルを屈曲させてなる屈曲三重コイルを備え、前記四重コイル又は屈曲三重コイルは、三次巻回のマンドレル径ＭＤ_３が０．１５〜０．４５ｍｍであり、酸化ジルコニウムを含むアルカリ土類金属Ｂａ−Ｓｒ−Ｃａの複合酸化物からなる電子放射物質が少なくとも前記三次巻回中空部分に充填されていることを特徴とする。

本発明に係る放電ランプは、上記放電ランプ用電極を備えたことを特徴とする。

フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを四次巻回してなる四重コイルを備え、電子放射物質が少なくとも前記四重コイルの三次巻回中空部分に充填されている構成とすれば、三重コイルが四次巻回されるため、三次巻回の巻回数が増えてもコイルサイズが大きくなり難い。三次巻回の巻回数が増えれば、三次巻回中空部分の巻回軸方向の長さが長くなって電子放射物質を保持する機能が向上するため、当該三次巻回中空部分に電子放射物質を充填することが可能になる。そのため、三次巻回中空部分にも電子放射物質を充填することが可能になる。本発明に係る放電ランプ用電極は、上記のようなコイルサイズが小さく電子放射物質の充填容量が大きい四重コイルを備えており、当該四重コイルの三次巻回中空部分にも電子放射物質が充填されているため、小型かつ電子放射物質の充填容量が大きい。具体的には、従来の電極と比べて、電子放射物質の充填容量が１.５〜２.０倍である。

また、前記四重コイルは、三次巻回のマンドレル径ＭＤ_３が０．１５〜０．４５ｍｍである構成とした場合、電子放射物質の充填容量を十分に確保しながら、放電時に電子放射物質全体を均一に加熱することが可能になり、より効果的に長寿命化を図ることができる。すなわち、前記マンドレル径ＭＤ_３が０．４５ｍｍより大きくなると、三次巻回中空部分が広くなり過ぎて当該三次巻回中空部分に充填された電子放射物質をフィラメントで均一に熱することができなくなる。すなわち、フィラメントに近い部分ではフィラメントの熱が伝わり易いため加熱過多になり易く、フィラメントから遠い部分ではフィラメントの熱が伝わり難いため加熱不十分になり易い。その結果、電子放射物質における遊離バリウムの生成に支障を生じ、電子放射物質の充填量が増したにもかかわらず長寿命化の効果が十分に発揮されなくなる。一方、前記マンドレル径ＭＤ_３が０．１５ｍｍより小さくなると、三次巻回中空部分が狭いために電子放射物質の充填容量が小さく、従来の三重コイルと比べて充填容量が大きいという本発明の効果が十分に発揮されない。

また、前記四重コイルは、三次巻回のコイルピッチＰ_３が前記マンドレル径ＭＤ_３の１．２〜２．４倍である構成とした場合、より効果的に長寿命化を図ることができる。すなわち、前記コイルピッチＰ_３がマンドレル径ＭＤ_３の１．２倍より小さくなると、隣接するフィラメント間の距離が短くなり過ぎて電気的ショートが起こるため、四重コイルが発熱不十分になる。その結果、電子放射物質における遊離バリウムの生成に支障が生じ、電子放射物質の充填量が増したにもかかわらず長寿命化の効果が十分に発揮されなくなる。一方、前記コイルピッチＰ_３がマンドレル径ＭＤ_３の２．４倍より大きくなると、隣接するフィラメント間の距離が長くなり過ぎてランプ輸送時の衝撃・振動などにより三次巻回中空部分から電子放射物質が脱落する虞が生じ、その結果、電子放射物質の充填量が不十分となり得る。

また、前記フィラメントと異なる第２のフィラメントが、前記四重コイルの一次巻回中空部分、二次巻回中空部分及び三次巻回中空部分の少なくとも１箇所を貫通するように配置されている構成とした場合、四重コイルの形状を安定に保つことができる。したがって、電子放射物質が脱落し難く、電気的ショートの起こり難い電極とすることができる。
また、前記第２のフィラメントの直径Ｄａと、前記四重コイルのフィラメントの直径Ｄｂとが、Ｄｂ＜Ｄａ＜１．５Ｄｂの関係を満たす構成とした場合、四重コイルを構成するフィラメントの直径と、第２のフィラメントの直径との差が小さいため、電流が両方のフィラメントに適度に分流して流れる。そのため、四重コイルを構成するフィラメントが長くても当該四重コイルの全抵抗値があまり大きくならず、三次巻回の巻回数を増やしても四重コイルを支持する電極リード線間で放電が発生しない。

また、前記四重コイルは、三次巻回の巻回数が２０ターン以上である構成とした場合、三次巻回中空部分に十分量の電子放射物質を充填することができる。
また、フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを屈曲させてなる屈曲三重コイルを備え、電子放射物質が少なくとも前記屈曲三重コイルの三次巻回中空部分に充填されている構成によっても、上記四重コイルを備えた電極の場合と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る放電ランプは、上記放電ランプ用電極を備えているため、発光管の内径が小さく、電子放射物質の充填量が多い放電ランプを作製することが可能で、放電ランプの省電力化及び長寿命化を図ることができる。具体的には、従来の放電ランプの定格寿命時間が６０００時間であったところ、本発明に係る放電ランプでは１００００時間超まで延ばすことができた。

本発明の実施の形態に係る放電ランプ用電極及び放電ランプを、図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る放電ランプ用電極及び放電ランプを、図１から図６を用いて説明する。

図１は、第１の実施形態に係る放電ランプを示す断面図である。第１の実施形態に係る放電ランプ（以下、ランプと表示）は、一般電球（６０Ｗ）代替用の電球形蛍光ランプ（１２Ｗ）であって、基本構成は従来のランプに準ずる。
図１に示すように、ランプ１は、発光管１０と、当該発光管１０を保持する保持樹脂部材３０と、当該発光管１０を内包するナス形のガラス製外管バルブ３１と、前記保持樹脂部材３０に一体に組み付けられた点灯用の所謂シリーズインバータ方式の電子安定器３２と、当該電子安定器３２を被覆する樹脂ケース３３と、当該樹脂ケース３３の端部に装着された口金３４とを備える。

発光管１０は、その容器が二重螺旋形に成形加工された屈曲ガラス管１１からなる。当該発光管１０には、屈曲ガラス管１１の管中央付近に膨張部２２が形成されており、当該膨張部２２には更に凸部２３が形成されている。凸部２３は、シリコン樹脂からなる熱伝導性媒体３５により外管バルブ３１の先端部３１ｔに結合されており、当該凸部２３の先端内面が最冷点となるよう設計されている。また、外管バルブ３１の内表面には炭酸カルシウムを主成分とする拡散膜３６が塗布されている。

発光管１０の両管端部１２，１３には、電極１５，１６が配置されている。電極１５，１６は、タングステン製のフィラメントを四重巻きコイル状に成形してなる四重コイル５０，５１と、それらコイル５０、５１をビーズマウント方式で支持する一対の電極リード線１７ａ−１７ｂ，１８ａ−１８ｂとを備える。各電極リード線１７ａ−１７ｂ，１８ａ−１８ｂは、発光管１０の両管端部１２，１３に気密封着されており、併せて一方の管端部１２には排気管１９（発光管排気後に先端部封止）が封着されている。なお、電極１５，１６についての詳細は後述する。

発光管１０の主要な内表面には、水銀から発せられた紫外線を可視光に変換する蛍光体層２０が形成されている。蛍光体層２０は、例えば、赤色蛍光体（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ）、緑色蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ、Ｔｂ）、青色蛍光体（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、Ｍｎ）を混合してなる希土類蛍光体で形成されている。
発光管１０の内部には、例えば、単体の水銀（Ｈｇ）２１が３ｍｇ、緩衝ガスとしてアルゴン（Ａｒ）８０％−クリプトン（Ｋｒ）２０％の混合ガス（図示せず）が４００Ｐａ封入されている。なお、緩衝ガスは、上記混合ガスに限定されず、例えば、アルゴン、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン等の単体ガスや、それらを混合してなる混合ガスであっても良い。

ランプ１の典型的な構成において、各寸法は以下の通りである。発光管１０は、主要部の管内径が６．４ｍｍ、管外径が８．０ｍｍ、電極間距離が４８０ｍｍである。膨張部２２の凸部２３の高さは２ｍｍである。二重螺旋形屈曲ガラス管１１は、隣接する巻層管の隙間が１．０ｍｍ、巻層数が約５．２５ターン、外径Φａｏが３６．５ｍｍ、全長Ｌａが６３ｍｍである。ランプ１の外囲形状は、外管バルブ３１の外径Ｄｏが５５ｍｍ、ランプ全長Ｌｏが１１０ｍｍである。

ランプ１は、従来のランプと同様に、外径Ｄｏが５５ｍｍ、ランプ全長Ｌｏが１１０ｍｍであるが、発光管１０の管外径を従来の９．０ｍｍから８．０ｍｍに細くしたため、電極間距離は従来の１．２倍の４８０ｍｍになっている。これにより、ランプ１は、消費電力が１０Ｗであるにもかかわらず、光束が８１０ｌｍである。
次に、電極１５、１６の構成について詳細に説明する。なお、電極１５と電極１６は同じ構成であるため、電極１５についてのみ説明する。

図２は、第１の実施形態に係る四重コイルを示す図である。図３は、第１の実施形態に係る放電ランプ用電極を示す図であって、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。図４は、第１の実施形態に係る四重コイルのコイリング工程を説明する図であって、図４（ａ）は一次巻回ステップ、図４（ｂ）は二次巻回ステップ、図４（ｃ）は三次巻回ステップ、図４（ｄ）は四次巻回ステップを示す図である。

電極１５は、図２に示すような四重コイル５０を備えている。当該四重コイル５０は、従来の三重コイルと同等のサイズ（コイル長ＣＬ）であるにも拘らず、電子放射物質の充填容量は前記三重コイルよりも大きい。したがって、ランプ１の定格寿命時間は、従来のランプの定格寿命時間（６０００時間）よりも長い１００００時間である。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、四重コイル５０には、電子放射物質１４が充填されている。電子放射物質１４は、まず、酸化ジルコニウムを含むアルカリ土類金属Ｂａ−Ｓｒ−Ｃａの複合炭酸塩の形態で電極１５，１６に塗布・充填し、次に、所謂分解処理によって前記複合炭酸塩を複合酸化物へと変成させてなる。

図３（ａ）に示すように、四重コイル５０における電極リード線１７ａ，１７ｂとの加締部近傍には、電子放射物質１４が充填されていない。これは、前記加締部近傍に電気放射物質１４を充填しても、ランプ製造時の電極分解工程において、当該電子放射物質１４の十分な温度上昇が見込めないからである。
図３（ｂ）に示すように、四重コイル５０の四次巻回中空部分４９’には、電子放射物質１４がほとんど充填されていない。後述するように、四次巻回の巻回数は１ターンであり、四次巻回中空部分４９’は巻回軸方向の長さが十分ではないため、当該四次巻回中空部分４９’に電子放射物質１４を充填しても、ランプ輸送時の衝撃・振動などにより充填した電子放射物質１４が脱落する虞があるからである。

以下に、四重コイル５０の製造方法について説明する。
まず、フィラメントをコイリングして四重コイル５０を作製するコイリング工程について説明する。四重コイル５０は、フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらに、その三重コイルを四次巻回してなる。

コイリング工程は、以下の４つのステップからなる。まず、図４(ａ)に示すように、タングステン製の副線（フィラメント）４１を、タングステン製の主線（第２のフィラメント）４２及びモリブデン製の一次芯線４３の廻りに巻回させて一重コイル４４とする。次に、図４(ｂ)に示すように、前記一重コイル４４をモリブデン製の二次芯線４５の廻りに巻回させることで二重コイル４６とする。次に、図４（ｃ）に示すように、前記二重コイル４６をモリブデン製の三次芯線４７の廻りに巻回させることで三重コイル４８とする。次に、図４（ｄ）に示すように、前記三重コイル４８をモリブデン製の四次芯線４９の廻りに１ターンだけ巻回させて四重巻コイル５０とする。

次に、溶解処理工程により、モリブデン製の芯線４３，４５，４７，４９を溶解除去する。具体的には、四重コイル５０を芯線４３，４５，４７，４９に巻かれた状態で混酸液中に浸漬させ、当該混酸液で芯線４３，４５，４７，４９のみを溶解させて除去する。
溶解処理工程完了後の四重コイル５０において、一次芯線４３が存在していた空間及び主線４２が存在する空間等をまとめて一次巻回中空部分４３’と称する。二次芯線４５が存在していた空間を二次巻回中空部分４５’と称する。三次芯線４７が存在していた空間を三次巻回中空部分４７’と称する。四次芯線４９が存在していた空間を四次巻回中空部分４９’と称する。

一次巻回のマンドレル径ＭＤ_１は、一次芯線４３の直径及び主線４２の直径Ｄａの合計と略同じである。二次巻回のマンドレル径ＭＤ_２は、二次芯線４５の直径と略同じである。三次巻回のマンドレル径ＭＤ_３は、三次芯線４７の直径と略同じである。四次巻回のマンドレル径ＭＤ_４は、四次芯線４９の直径と略同じである。
主線４２は、タングステン製であるため混酸液には溶解しない。したがって、主線４２は、一次巻回中空部分４３’を貫通する状態で残る。すなわち、一重コイル４４を構成する副線４１が、バスケット線として、主線４２の廻りを旋回する状態となる。なお、上記では、一重コイル４４を構成する副線４１がバスケット線の役割を果たすが、二重コイル４６や三重コイル４８を構成する副線４１がバスケット線の役割を果たす構成であってもよい。このような構成であっても四重コイル５０の形状を安定に保つことができる。

次に、四重コイル５０を、所謂加締めにより電極リード線１７ａ，１７ｂに固定した後、当該四重コイル５０に電子放射物質１４を充填する。具体的には、電子放射物質１４の懸濁液を四重コイル５０に塗布し、その後当該懸濁液を乾燥させることにより、当該四重コイル５０に電子放射物質１４を充填する。これにより、電子放射物質１４は、一次巻回中空部分４３’、二次巻回中空部分４５’及び三次巻回中空部分４７’にそれぞれ充填される。また、副線４１及び主線４２の表面にも付着する。

なお、電子放射物質１４は、少なくとも三次巻回中空部分４７’に充填されていれば良く、場合によっては、一次巻回中空部分４３’や二次巻回中空部分４５’に充填されていなくても良い。なぜなら、三次巻回中空部分４７’の充填容量が最も大きく、当該三次巻回中空部分４７’に電子放射物質１４が充填されていれば、従来の三重コイルよりも大きな充填容量を確保することができるからである。また、電子放射物質１４は、三次巻回中空部分４７’全体に亘って充填されている必要はなく、その一部に充填されていても良い。

以下に、本発明に係る四重コイルの特長を説明する。
図９に示すような従来の三重コイル（比較例）では、電極のサイズを小型にするために、三次巻回の巻回数が１ターン程度に限られ、また、撓みによるフィラメント同士の接触を避けるため、二次巻回のマンドレル径の大きさにも限度がある。そのため、従来の三重コイルの電子放射物質の充填容量をこれまで以上に大きくすることは困難である。

これに対して、本発明に係る四重コイルは、従来の三重コイルと略同じサイズでありながら、三次巻回の巻回数が２０ターン以上（例えば、第１の実施形態に四重コイル５０では２７ターン）であるため、すなわち、三次巻回中空部分の巻回軸方向の長さが長いため、当該三次巻回中空部分にも電子放射物質を充填することができる。したがって、一次巻回中空部分及び二次巻回中空部分にしか電子放射物質を充填できない従来の三重コイルと比べて、電子放射物質の充填容量が顕著に大きい。具体的には、従来の１.５〜２.０倍である。その結果、ランプの定格寿命時間が、従来６０００時間であったところ１００００時間超にまで延びている。

ところで、電子放射物質の充填容量を増大させたことによる長寿命化の効果を十分に得るためには、電子放射物質が四重コイルから脱落し難い構成と、フィラメントの熱で電子放射物質全体が均一に加熱される構成とが必要である。なぜなら、ランプ輸送時の衝撃・振動などによって四重コイルから電子放射物質が簡単に脱落するようでは、いくら電子放射物質の充填量が増えても安定したランプの長寿命化は望めない。また、電極が電子を放出するための仕事関数φeを下げるためには、電子放射物質において適宜に遊離バリウム
が生成される必要があるが、そのためには電子放射物質全体を適正な温度で均一に加熱する必要があり、加熱過多や加熱不十分な部分があると電子放射物質が長寿命化に有効に寄与しない。

これらは、いずれもランプの長寿命化を図るという本発明の目的の妨げになる問題である。本発明者は、上記２つの問題を解決し、電子放射物質を増量したことによる長寿命化の効果を十分に得るために、電極の具体的なサイズについて最適範囲を検討した。
その結果、特に、三次巻回の条件が重要であり、具体的には、三次巻回のマンドレル径ＭＤ_３を０．１５〜０．４５ｍｍとし、かつ、コイルピッチＰ_３を前記マンドレル径ＭＤ_３の１．２〜２．４倍の範囲とすれば上記問題に対処できることを見出した。

なお、マンドレル径ＭＤ_３を０．４５ｍｍより大きくすると、フィラメントから離れた位置にある電子放射物質に当該フィラメントの熱が十分に伝わらず、電子放射物質における遊離バリウムの生成が困難となるため、結果的に長寿命化の効果が小さくなる。また、マンドレル径ＭＤ_３を０．１５ｍｍより小さくすると、三次巻回中空部分が狭くなり過ぎて電子放射物質の充填容量が従来の三重コイルとほとんど変わらなくなる。

故に、マンドレル径ＭＤ_３は、過大でも過小でも長寿命化の効果は十分に得られず、０．１５〜０．４５ｍｍの範囲が好適である。
次に、三次巻回のコイルピッチＰ_３がマンドレル径ＭＤ_３の１．２倍よりも小さいと、隣接するフィラメント間の距離が短くなり過ぎるため、それらフィラメント間で電気的ショートが起こり易くなり、製造時に十分な遊離バリウムの生成ができなくなる虞がある。その結果、ランプが短寿命になるなどの不具合を起こす虞がある。

また、コイルピッチＰ_３がマンドレル径ＭＤ_３の２．４倍よりも大きいと、隣接するフィラメント間の距離が長くなり過ぎて電子放射物質が脱落し易くなる。その結果、ランプ輸送時の衝撃・振動などにより電子放射物質がコイルから脱落し易くなり、ランプが短寿命になるなどの不具合を起こす虞がある。故に、コイルピッチＰ_３はマンドレル径ＭＤ_３の１．２〜２．４倍が好ましい。

図５は、Ｐ_３／ＭＤ_３と電子放射物質の脱落率との関係を表すグラフである。図５に示すように、コイルピッチＰ_３とマンドレル径ＭＤ_３の比をパラメータとして、４種のコイルを作製し、電子放射物質の脱落しやすさをグラフで表した。横軸は、コイルピッチＰ_３とマンドレル径ＭＤ_３の比（すなわち、Ｐ_３／ＭＤ_３）をとっている。一方、縦軸は、電子放射物質の脱落率をとっている。

前記脱落率は、次のようにして求める。まず、測定対象のコイルを用いてランプを作製する。次に、破壊時の衝撃で電子放射物質が脱落しないようにランプを破壊し、コイルを取り出す。その後、コイルの重量を測定する（試験前のコイル重量：Ｗ１）。さらに、重量を測定したコイルを用いて落下衝撃試験を行った後、再度そのコイルの重量を測定する（試験後のコイル重量：Ｗ２）。また、酸を用いて、コイルから付着している電子放射物質を全て除去し、除去後のコイルの重量を測定する（電子放射物質除去後のコイル重量：Ｗ３）。そして、次式によって脱落率を計算する。
（脱落率）＝（Ｗ１−Ｗ２）／（Ｗ１−Ｗ３）
このようにして実験的に求めた脱落率の結果をプロットしたものが図５である。経験的に脱落率が３０％を超えると電子放射物質が脱落しやすくなり、ランプ寿命に影響が出ることがわかっている。それゆえ、図５のグラフから、Ｐ_３／ＭＤ_３を２．４以下とすることにより、脱落率を３０％以下に抑えることができ、その結果、ランプ輸送時の衝撃・振動などによる電子放射物質の脱落を防止することができる、と判断することができる。

次に、三次巻回の巻回数が多くなると、電子放射物質を多量に充填できる反面、コイル長ＣＬが大きくなるため全体の抵抗値が大きくなり過ぎて、所望電流量を流した時に電極リード線間の電位差が大きくなり放電を起こす。この問題を解決するために、主線がバスケット線としての副線の一次巻回中空部分を貫通する構成とし、前記主線の直径をＤａ、前記副線の直径をＤｂとした時に、Ｄｂ＜Ｄａ＜１．５Ｄｂの関係を満たすようにした。

このような関係を満たせば、電流は、主線と副線に適度に分流して流れるため、コイル長ＣＬが大きくなっても全抵抗値はあまり増大しない。したがって、三次巻回の巻回数を２０ターン以上にしても電極リード線間で放電が起こらない。なお、第１の実施形態に係る四重コイル５０は、主線４２の直径Ｄａが０．０２８ｍｍ、副線４１の直径Ｄｂが０．０２０ｍｍである。

第１の実施形態に係る電極１５，１６を備えたランプ１を製作し、その寿命試験と特性測定を行った。図６は、本発明に係る四重コイルの仕様と従来の三重コイルの仕様とを比較して示す図である。
図６に示すように、四重コイル５０の電子放射物質１４の充填量は２．８ｍｇであり、従来の三重コイルの１．６ｍｇから約７０％増大している。これにより、ランプ１の定格寿命時間は、従来のランプの６０００時間から１００００時間超に延びている。

なお、ランプ１は、一般電球（６０Ｗ）と略同等の大きさでありながら、効率は８１ｌｍ／Ｗ（ランプ入力１０Ｗ、光束８１０ｌｍ）であり、６０Ｗ形電球（８１０／６０＝１３．５ｌｍ／Ｗ）や従来の電球形蛍光ランプ（８１０／１２＝６７．５ｌｍ／Ｗ）と比べて著しい省電力化を実現した。
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る放電ランプ用電極を備えたランプの構成を示す一部破断図である。

図７に示すように、放電ランプ１００（以下、ランプ１００）は、低圧水銀放電ランプであって、ガラス管１０１と、ガラス管１０１の両端部にそれぞれ封着された熱陰極タイプの電極１０２，１０３とを備える。
ガラス管１０１は、例えば、外径が１８ｍｍ、肉厚が０．８ｍｍ、長さが１０１０ｍｍである。ガラス管１０１の内部には、発光物質として水銀（例えば４〜１０ｍｇ）が封入されている他、緩衝ガスとして例えばアルゴン５０％−クリプトン５０％の混合ガスが６００Ｐａのガス圧で封入されている。

ガラス管１０１の内面には、水銀から発せられた紫外線を可視光に変換する蛍光体層１０４が形成されている。蛍光体層１０４は、例えば、赤色蛍光体（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ）、緑色蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ、Ｔｂ）、青色蛍光体（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、Ｍｎ）を混合してなる希土類蛍光体で形成されている。
電極１０２と電極１０３とは同じ構造であるため、電極１０２についてのみ説明する。電極１０２は、所謂ビーズガラスマウント方式のものであって、タングステン製の四重コイル１０５と、当該四重コイル１０５を支持する一対のリード線１０６，１０７と、これら一対のリード線１０６，１０７を一体に固定するビーズガラス１０８とを備える。

電極１０２は、リード線１０６，１０７の一部分（具体的には、ビーズガラス１０８から四重コイル１０５とは反対側に延出した部分）で、ガラス管１０１に封着されている。なお、電極１０２のガラス管１０１への封着は、例えばピンチシールにより行われている。
なお、ガラス管１０１の一方の端部（ここでは、電極１０２側の端部）には、電極１０２と共に排気管１０９が取着されている。当該排気管１０９は、電極１０６，１０７等を封着した後に、ガラス管１０１内を排気したり、上記緩衝ガス等を封入したりするときに使用され、ガラス管１０１の内部への緩衝ガス等の封入が完了すると、排気管１０９のうちガラス管１０１の外部に位置する部分で、例えばチップオフ封止される。

次に、四重コイル１０５について詳細に説明する。第２の実施形態に係る四重コイル１０５は、基本的に、第１の実施形態に係る四重コイル５０と同様の構成を有する。したがって、共通の構成部分の説明は省略するか簡略するにとどめ、構成の異なる部分を中心に説明する。
四重コイル１０５は、四次巻回の巻回数が４ターンの四重コイルであって、フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを四次巻回してなる。そして、一次巻回中空部分には、当該一次巻回中空部分を貫通するようにして主線が配置されている。

四重コイルの各寸法は、主線直径Ｄａが７０μｍ、副線直径Ｄｂが５０μｍ、一次マンドレル径ＭＤ_１が９０μｍ、一次ピッチ長Ｐ_１が８９μｍ、二次マンドレル径ＭＤ_２が２００μｍ、二次ピッチ長Ｐ_２が３８１μｍ、三次マンドレル径ＭＤ_３が３９８μｍ、三次ピッチ長Ｐ_３が７１０μｍ、四次マンドレル径ＭＤ_４が１５００μｍ、四次ピッチ長Ｐ_４が１８００μｍ、である。

あるいは、四重コイルの各寸法は次のようにしてもよい。例えば、四重コイルの各寸法は、主線直径Ｄａが９０μｍ、副線直径Ｄｂが２０μｍ、一次マンドレル径ＭＤ_１が９０μｍ、一次ピッチ長Ｐ_１が８９μｍ、二次マンドレル径ＭＤ_２が２００μｍ、二次ピッチ長Ｐ_２が３８１μｍ、三次マンドレル径ＭＤ_３が３９８μｍ、三次ピッチ長Ｐ_３が７１０μｍ、四次マンドレル径ＭＤ_４が１２００μｍ、四次ピッチ長Ｐ_４が１８００μｍ、である。

四重コイル１０５には、一次巻回中空部分、二次巻回中空部分及び三次巻回中空部分にそれぞれ電子放射物質１１０が充填されている。また、副線４１及び主線４２の表面に電子放射物質１４が付着している。
四重コイル１０５は、電子放射物質１１０の充填量が６０ｍｇであり、従来の低圧水銀放電ランプに取り付けられている三重コイルの充填量の１２倍である。これにより、ランプ１００の定格寿命時間は、従来の１００００時間から１２００００時間超に延びている。

なお、四重コイル１０５における電子放射物質１１０の充填量は、必要とされる寿命時間に応じて、１５ｍｇ〜６０ｍｇにすることができる。この場合、ランプ１００の定格寿命は、３００００時間から１２００００時間となる。
（変形例）
以上、本発明に係る放電ランプ用電極及び放電ランプを実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明の内容は、上記の実施の形態に限定されない。

本発明に係る電極は、上記実施形態に係るランプの他に、例えば管内径が例えば６ｍｍ以下と比較的細い発光管により有効に作用するものである。これにより、省電力・長寿命でより小形の電球形蛍光ランプの提供を可能とするものである。
本発明に係る四重コイルは、第１の実施形態に係る四重コイル５０のように、四次巻回の巻回数が１ターンのものや、第２の実施形態に係る四重コイル１０５のように、四次巻回の巻回数が４ターンのものに限定されず、発光管内に収容可能な電極を構成することのできるサイズであれば、四次巻回の巻回数は何ターンであっても良い。そして、巻回数は自然数に限られず０以上の小数であれば良い。すなわち、２．５ターンなどの帯小数や、０．５ターンなどの純小数であっても良い。

さらに、本発明に係る電極は、四重コイルを備えたものに限定されず、屈曲三重コイルを備えた電極であっても良い。ここで、屈曲三重コイルとは、フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを屈曲させてなるコイルを意味する。

三重コイルを屈曲させる形状としては、例えば、略Ω形、略Ｍ形、略倒Ｕ形、略倒Ｖ形、スパイラル形など、コイル長ＣＬを短く保ちつつ、三次巻回の巻回数を増やすことのできる形状であれば良い。
図８は、変形例に係る放電ランプ用電極を示す図である。例えば、図８に示す電極１５０は、三重コイルを略Ω形に屈曲させてなる屈曲三重コイル１５１を備える。屈曲三重コイル１５１は、タングステン製のフィラメントを、第１の実施形態に係るコイリング工程と同様の工程によって三重コイルとし、さらに当該三重コイルを略Ω形に屈曲させてなる。屈曲三重コイル１５１は、三重コイルを四次巻回せず屈曲させる点を除いて基本的に第１の実施形態の四重コイル５０と同様の構成を有する。当該屈曲三重コイル１５１は、一対の電極リード線１５２，１５３によってビーズマウント方式により支持されている。

屈曲三重コイル１５１は、三重コイルを更に屈曲させているため、従来の屈曲していない三重コイルと比べて、電極リード線１５２，１５３線間の距離が同じであっても三次巻回数が多い。したがって、コイルサイズ（コイル長ＣＬ）を大きくすることなく、三次巻回中空部分の巻回軸方向の長さを長くすることができ、より多くの電子放射物質を三次巻回中空部分に充填することができる。

なお、屈曲三重コイル１５１は、第１の実施形態に係る四重コイル５０と同様に、三次巻回のマンドレル径ＭＤ_３が０．１５〜０．４５ｍｍであることが好ましく、この構成であれば、電子放射物質の充填容量を十分に確保しながら、放電時に電子放射物質全体を均一に加熱することが可能になり、より効果的に長寿命化を図ることができる。
また、屈曲三重コイル１５１は、三次巻回のコイルピッチＰ_３が前記マンドレル径ＭＤ_３の１．２〜２．４倍であることが好ましく、この構成であれば、より効果的に長寿命化を図ることができる。

また、屈曲三重コイル１５１は、前記フィラメントと異なる第２のフィラメントが、前記四重コイルの一次巻回中空部分、二次巻回中空部分及び三次巻回中空部分の少なくとも１箇所を貫通するように配置されている構成とすることが考えられる。この構成であれば、四重コイルの形状を安定に保つことができるため、電子放射物質が脱落し難く、電気的ショートの起こり難い電極とすることができる。

また、屈曲三重コイル１５１は、前記第２のフィラメントの直径Ｄａと、前記四重コイルのフィラメントの直径Ｄｂとが、Ｄｂ＜Ｄａ＜１．５Ｄｂの関係を満たすことが好ましく、この構成であれば、四重コイルを構成するフィラメントと第２のフィラメントとに適度に分流して電流が流れ、電極リード線間で放電が発生しない。
また、屈曲三重コイル１５１は、三次巻回の巻回数が２０ターン以上であることが好ましく、この構成とすれば、三次巻回中空部分に十分量の電子放射物質を充填することができる。

本発明に係る放電ランプ用電極は、近年省エネ光源として電球形蛍光ランプとともに普及されているコンパクト形蛍光ランプにも適用できるものである。また、例えば、三次巻回の巻回数をさらに増やすことにより、基本的に種々の一般照明用蛍光ランプや、その他に液晶バックライト用省エネ光源として従来冷陰極型に代る熱陰極型の小型蛍光ランプにも適用できるものである。つまり小型ランプだけでなく大型ランプにおいても著しい長寿命化を可能とすることが出来るものである。

第１の実施形態に係る放電ランプを示す断面図 第１の実施形態に係る四重コイルを示す写真 第１の実施形態に係る放電ランプ用電極を示す図であって、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図 第１の実施形態に係る四重コイルのコイリング工程を説明する図であって、図４（ａ）は一次巻回ステップ、図４（ｂ）は二次巻回ステップ、図４（ｃ）は三次巻回ステップ、図４（ｄ）は四次巻回ステップを示す図 コイルピッチＰ_３／マンドレル径ＭＤ_３と電子放射物質の脱落率との関係を表すグラフ 本発明に係る四重コイルの仕様と従来の三重コイルの仕様とを比較して示す図 第２の実施形態に係る放電ランプ用電極を備えたランプの構成を示す一部破断図 変形例に係る放電ランプ用電極を示す図 従来例（比較例）に係る三重コイルを示す写真 従来例（比較例）に係る三重コイルのコイリング工程を説明する図であって、図１０（ａ）は一次巻回ステップ、図１０（ｂ）は二次巻回ステップ、図１０（ｃ）は三次巻回ステップを説明する図

符号の説明

１，１００ 放電ランプ
１４，１１０ 電子放射物質
１５，１６，１０２，１０３，１５０ 放電ランプ用電極
４１ フィラメント
４２ 第２のフィラメント
４３’ 一次巻回中空部分
４４ 一重コイル
４５’ 二次巻回中空部分
４６ 二重コイル
４７’ 三次巻回中空部分
４８ 三重コイル
５０，１０５ 四重コイル
１５１ 屈曲三重コイル

Claims (8)

1. フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを四次巻回してなる四重コイル又はその三重コイルを屈曲させてなる屈曲三重コイルを備え、
   前記四重コイル又は屈曲三重コイルは、三次巻回のマンドレル径ＭＤ_３が０．１５〜０．４５ｍｍであり、
   酸化ジルコニウムを含むアルカリ土類金属Ｂａ−Ｓｒ−Ｃａの複合酸化物からなる電子放射物質が少なくとも前記三次巻回中空部分に充填されていることを特徴とする放電ランプ用電極。
2. 前記三次巻回のコイルピッチＰ _３ が前記マンドレル径ＭＤ _３ の１．２〜２．４倍であることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ用電極。
3. 前記フィラメントと異なる第２のフィラメントが、前記四重コイル又は屈曲三重コイルの一次巻回中空部分、二次巻回中空部分及び三次巻回中空部分の少なくとも１箇所を貫通するように配置されていることを特徴とする請求項２記載の放電ランプ用電極。
4. 前記第２のフィラメントの直径Ｄａと、前記四重コイル又は屈曲三重コイルのフィラメントの直径Ｄｂとが、Ｄｂ＜Ｄａ＜１．５Ｄｂの関係を満たすことを特徴とする請求項３記載の放電ランプ用電極。
5. 前記三次巻回の巻回数が２０ターン以上であることを特徴とする請求項４記載の放電ランプ用電極。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の放電ランプ用電極を備えたことを特徴とする放電ランプ。
7. 電球形蛍光ランプであることを特徴とする請求項６記載の放電ランプ。
8. 液晶バックライト用光源であることを特徴とする請求項６記載の放電ランプ。