JPH02306596A - 希ガス放電蛍光ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕　　　　　　　　　゛この発明は
１例えばファクシミリ、複写機、イ、　メージリーダな
どの情報機器に用いられ、希ガス放電による紫外線で螢
光体を発光させる希ガス放電螢光ランプ装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

近年、情報化社会の進展とともに、ファクシミリや複写
機、イメージリーダなどの情報端末機器は高性能化し、
その市場は急激に拡大してしる。

この高性能化する情報機器を開発する上で、そこに使用
される光源ユニットはキーデバイスとして高性能なもの
が求められている。従来、この光源ユニットに使用され
るランプとしてハロゲンランプと螢光ランプが多く用い
られてきた。しかし。

ハロゲンランプはその効率の悪さから近年は効率の良い
螢光ランプが半に用込られ、るようになっている。

しかしながら、螢光ランプは効率が高い反面。

水銀蒸気の放電を発光に利用してｂるため光出力寿どの
特性が温度によって変化する問題があシ。

そのために使用温度範囲を制限したシ、あるいはランプ
管壁にヒータを付は温度制御するなどして使用していた
。しかし、使用場所の多様化１機器の高性能化から特性
の安定した螢光ランプの開発が強く望まれるようになっ
た。このような背景から情報機器用光源として温度特性
変化のない希ガス放電による発光を利用した希ガス放電
螢光ランプの開発がなされている。

第１７図及び第１８図はこの種従来の希ガス放電螢光ラ
ンプ装置を示すものであｊｐ、＋１１は内面に螢光体層
（２）が形成されているとともに、内部にキセノン、ク
リプトン、アルゴン、ネオン、ヘリウム等の少なくとも
１種からなる希ガスが封入された管状のガラスバルブ　
（３ａ）　（３ｂ）はこのガラスパルプの両端部にそれ
ぞれ設けられ、それぞれ気密に貫通されたリード線（４
ａ）　（４ｂ）　　を有した互いに極性の異なる一対の
電極、（５）は上記ガラスパルプ（１）の外面に軸方向
に沿って形成された外部電極、（８）は上記一対の電極
（３ａ）　（３ｂ）のリード線（４ａ）　（４ｂ）間に
その出力端が接続された高岡にも接続されている。（９
）はこの高周波電力発生装置に直流電圧を供給する直流
電源である。

次に、この様に構成された希ガス放電螢光ランプ装置の
動作について説明する。まず、直流電源（９１によって
高周波電力発生装置（８）に直流電圧が供給されると、
高周波電力発生装置（８）から高周波電力が出力される
。この高周波電力が一対の、電極（３ａ）　（３ｂ）間
に印加されると、一対の電極（３ａ）（３ｂ）間にグロ
ー放電が発生する。このグロー放電はバルブｉｌｌ内の
希ガスを励起し、希ガス特有の紫外線を発生させる。こ
の紫外線がバルブ（１）内面に形成された螢光体層（３
）で可視光線に変換させてバルブ（１）外部へ放射させ
る。

この様に構成された希ガス放電ランプ装置として１例え
ば特開昭６３−５８７５２号公報に示されてお先一対の
電極としてフィラメント電極を用いたものとして例えば
特開昭６３−２４８０５０号公報に示されている。

上記の様に構成された希ガス放電螢光ランプ装置にあっ
ては水銀を使用しないことから、水銀圧の温度依存性に
基因して温度に対する特性が変化するということがない
という特徴がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、この様に構成された希ガス放電螢光ランプ装
置は、希ガス放電によシ発生する紫外線によって螢光体
層を発光させているので、水銀を用いた螢光ランプに比
べて効率が低く、十分な明るさが得られな込という問題
点を有していた。

この発明は上記した点に鑑みて秀されたものであシ、高
効率、高輝度ガ希ガス放電螢光ランプ装置を得ることを
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る希ガス放電螢光ランプ装置は。

一周期に通電期間と休止期間を有し１通電期間の割合が
５チ以上７０チ以下でかつ一周期における通電時間が１
５０μ８θＣ以下のパルス状電圧を出力するパルス状電
圧発生源を、内部に希ガスが封入された螢光ランプの両
端に設けられた一対の電極間に接続したものである。

また、別の発明に係る希ガス放電螢光ランプ装置は、内
部に希ガスが封入された螢光ランプの両端に設けられた
一対の電極間にパルス状電圧を印加するパルス状電圧発
生源を、螢光ランプの一対の電極間に接続された二次側
コイル及び一端が直流電源の一端に接続される一次側コ
イルを有した昇圧トランスと、との昇圧トランスの一次
側コイルの他端と直流電源の他端との間に接続されたス
イッチング素子と、このスイッチング素子の導通・非導
通状態を制御する制御手段とを有したものとしたもので
ある。

〔作用〕

この発明においては、パルス状電圧発生源が。

通電期間の割合が５チ以上７０チ以下で、かつ一周期に
おける通電期間が１５０μｓｅｃ以下のパルス状電圧を
希ガスが封入された螢光ランプの一対の電極間に供給し
て１発光に寄与する希ガスの共鳴紫外線を多く発するエ
ネルギー準位で希ガスの分子を励起させる確率を増大せ
しめるとともに、電極の損耗を抑制させる。

また、別の発明においては、制御手段がスイッチング手
段の導通・非導通状態を制御して、所望のパルス状電圧
を昇圧トランスを介して希ガスが封入された螢光ランプ
の一対の電極間に印加せしめて、希ガスの励起を促進せ
しめる。

〔実施例〕

以下にこの発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
正１図において（１）は内面に螢光体層（２）が外面に
幅３　ｍのアルミニウム板からなる始動補助導体が全長
に亘ってそれぞれ形成されているとともに、内部に３　
Ｑ　ＴＯｒｒのキセノンガスが封入され、外径が１５５
＋ｍ、全長−〇〇罪のガラス製の管状のバルブ、　　（
３ａ）　（ｉ）はこのバルブの両端部にそれぞれ設げら
れ、一対の電極部を有するとともに、１ｊＬ子放射物質
が塗布されたフィラメント電極からなる一対の電極で、
上記バルブ（１１とともに螢光ランプａυを構成してい
る。Ｕは一方の電極（６ａ）の一方の電極端に一端が接
続された′電流制限素子で、この実施例においてインダ
クタを用いているが、コンデンサでも良込。α２は一次
側及び二次側コイル（１２ａ）　（１２ｂ）を有する昇
圧コイルで、二次側コイル（１２ｂ）が上記電流制限素
子α９の他端と他方の電極（３ｂ）の一方の電極端との
間に接続されている。鰺は陽極が上記昇圧コイルα２の
一次側コイル（１２ａ）の一端に接続された直流電源。

Ｉはこの直流電源の陰極と上記昇圧コイルａ２の一１ｔ
ｌコイル（１２ａ　）の他端との間に接続されたトラン
ジスタからなるスイッチング素子、　（１５１はこのス
イッチング素子の導通・非導通状態を制御するパルス信
号源である制御手段で、スイッチング素子の制御電極（
ベース電極）にパルス信号を与えて導通・非導通を制御
し、上記昇圧コイル（Ｉｚの二次側コイル（１２ｂ）間
に周波数２０ＫＨｚで間欠比６０チ（通電期間が５ｏｎ
）の矩形波直流パルスを発生させる。ａυは上記昇圧コ
イル（Ｌｚの一次側コイル（１２ａ）に並列に接続され
て共振回路を構成する共振用コンデンサ、　（１７１は
上記一対の電極（３ａ）　（３ｂ）の一方の電極端間に
接続されたダイオードからなる整流素子で、上記電流制
限素子ａ】）、昇圧コイルａａ、直流電源αり、スイッ
チング素子Ｉ、制御手段（ＩＳ及び共振用コンデンサ（
ＩＯとでパルス状電圧発生源を、構成している。錦は上
記一対の電極（３ａ）（５ｂ）の他方の電極端間＆Ｃ接
続されたコンデンサで、陰極となる電極（′５ｂ）のフ
ィラメントを予熱するためのものである。

次に、この様に構成された希ガス放電螢光ランプ装置の
動作について駅間する。まず、制御手段ａ９がスイッチ
ング素子ａ４に対して導通・非導通状態を制御するパル
ス信号を印加する。このパルス信号は間欠比６０俤１周
波数２９ＫＨｚの矩形波直流パルスであ）、この矩形波
直流パルスに応じてスイッチング素子Ｉが導通・非導通
を繰シ返えす。

その結果、直流電源αｊの電圧は、スイッチング素子ｏ
４の導通・非導通に従って、上記矩形波直流パルスに基
づいた交流電圧に変換され、昇圧コイルａｚの一次側コ
イル（１２ａ）の両端間に現われる。この変換された交
流電圧は、昇圧コイルａ２の一次側コイル（１，２ａ）
と共振用コンデンサｔｔｅとからなる共振回路で共振が
行なわれ、昇圧コイルａ２によって昇圧されて、昇圧コ
イルａｚの二次側コイル（１２ｂ）の両端間に現われる
。この昇圧された交流電圧は電流制限素子（１１１に制
限されるとともに、整流素子卸によって電極（３ａ）に
正の電圧が印加された時のみ一対の電極（３ａ）（３ｂ
）間に電圧が印加される。つまシ、一周期の６０％の期
間が通電期間で残シが休止期間となる周波数２０ＫＨｚ
の高周波電力が一対の電極（３ａ）　、（？ｉ、ｂ）間
に印加されることになる。すると１通電期間においては
、一対の電極（！＋ａ）　（３ｂ）間にグロー放電が発
生し、このグロー放電がバルブ（ｒｌ内のキセノンガス
を励起し。

キセノンガス特有の紫外線を発生させる。この紫外線が
バルブ（１）内面に形成された螢光体層（２）で可視光
線に変換され、照射光としてバルブ（１１外部へ放射さ
れる。要するに、バルブ（１）内の放電はランプ電流に
休止期間のあるパルス的な放電になる。

また１通電期間において、コンデンサ錦によシ。

陰極となる電極（３ｂ）のフィラメントは予熱されてｂ
る。

次に、上記の様に構成された希ガス放電螢光ランプ装置
において、直流パルス点灯条件とランプ特性との関係を
調査した。まず、１周期の非通電時間（休止期間）を１
００μ５ｅｃ一定として、１周期の通電時間を種々変化
させた。つまシ、制御手段α９のパルス信号を種々変化
させた希ガス放電螢光ランプ装置を製作し２通電時間と
ランプ効率（輝度を電力で割ったもの、相対値）との関
係を調査した結果、第２図に示す結果を得た。なお。

制御手段（２）からのパルス信号を変えた以外は第１図
に示した構成と全く同一である。この第２図から明らか
なように１通電期間が短いほど効率が良く、特に１５０
μθθＣ以下ではその効果が特に顕著である。次に、癲
波数が５　ＫＨ２，２ｏＫＨｚ及び＠ＱＫＨｚとし、そ
の間欠比（１周期に対する通電時間の比）を種々変化さ
せた。つま多制御手段ａ！９のパルス信号を種々変化さ
せた上記構成の希ガス放電螢光ランプ装置を製作し、パ
ルス間欠比とランプ効率（相対値）との関係を調査した
結果。

第３図に示す実線（ハ）に）及びに）の結果を得た。な
お制御手段収りからのパルス信号を変えた以外は第１図
に示した構成と全く同一であシ、第３図において、破線
（へ）（ト）及び（イ）で示したものは、比較のために
、第１７図に示した従来の構成のものを用いて５　ＫＨ
ｚ、　　２０　ＫＨｚ及び８０ＫＨ２の正弦波からなる
高周波交流点灯時のランプ効率を示したものである。こ
の第３図から明らかな様に、パルスの間欠比を小さくす
ることによシ直流点灯（間欠比１００％）時よシ大幅に
効率が上昇し、また同一周波数の交流点灯時と比較した
場合でも間欠比が７０％以下になるとランプ効率が向上
しているものである。さらに、ランプ電力が一定で間欠
比を種々変化させた。つま多制御手段α５のパルス信号
を種々変化させた上記構成の希ガス放電螢光ランプ装置
を製作し、パルス間欠比と相対寿命との関係を調査した
結果、第４図に示す結果を得た。なお、ここでの相対寿
命は１間欠比が４０チで点灯した場合の平均寿命時間に
対する各間欠比で点灯した場合の平均寿命時間の比であ
る。また制御手段ａ！９からのパルス信号を変えた以外
は第１図に示した構成と全く同一である。この第４図か
ら明らかな様に、パルス間欠比を小さくしてｂ〈とパル
ス間欠比が５％までは、相対寿命は若干低下傾向を示す
が、５−未満の小さｂ間欠比では急激に寿命カ低下して
ｂる。５チ未満ではランプのパルスピーク電流が大きく
なるため電極の損耗が急激に進むと推定され尿。

これら第２図、第３図及び第４図２＞＝ら明らかな様に
、一周期に通電期間と休止期間を有し１通電期間の割合
−４ｓ　ｓ　＠以上７０％以下でかつ一周期における通
−期間が１５０μｓｅｃ以下のパルス状電圧を、一対の
電極（３ａ）　（３ｂ）間に印加することに次に、上記
の様に構成された希ガス放電螢光ランプ装置において、
キセノンガスの封入圧力を種・　　々変えたランプ装置
を製作し、キセノンガスの封入圧力とランプ効率（相対
値）及び始動電圧との関係を調査した結果、第５図に示
す実線０）及び第６図の結果を得た。なお、キセノンガ
スの封入圧力を変えた以外は第１図に示した構成と全く
同一にしたものであル、また第５図にお込て破線滝戸示
したものは、比較のために第１７図に示した従来のもの
を用いて２０ＫＨｚの正弦波からなる高周波交流点灯時
のキセノンガスの封入圧力とランプ効率との関係を調査
した結果を示したものである。

この第５図から明らかな様に、キセノンガスの封入圧力
が５　Ｔｏｒｒ以上になると、ラング効率が向上し始め
るとともに、従来のものに比し良くなシ、キセノンガス
の封入圧力が数十’ｒｏｒｒ範囲で最大効率を示し＃　
　３００　Ｔｏｒｒを越えると従来のものと略同じにな
る。一方、第６図から明らかな様に、キセノンガスの封
入圧力が高くなると、始動電圧が徐々に上昇し、３００
Ｔｏｒｒを越えると急激に上昇する。従って、キセノン
ガスの封入圧力は５　Ｔ’ｏｒｒ以上３００Ｔｏｒｒ以
下が良く、好ましｂ範囲はｉ　１）　Ｔｏｒｒ以上２０
ＱＴｏｔｒ以下であシ、最も好ましい範囲は２０　Ｔｏ
ｒｒ以上１５ＱＴｏｒｒ以下である。

また、上記の様に構成された希ガス放電螢光ランプ装置
において、キセノンガスの変わシにクリプトンガスを封
入したものを種々製作し、調査を行なった。まず、１周
期の非通電時間を１００μ５ｅｃ一定として、１周期の
通電時間を種々変化させた希ガス放電螢光ランプ装置を
製作し１通電時間とランプ効率との関係を調査した結果
、第７図に示す結果を得た。なお、クリプトンガスに変
えた点及び制御手段住りからのパルス信号を変えた以外
は第１図に示した構成と全く同一である。この第７図か
ら明らかなように通電期間が短いほど効率が良く、特に
１５０μｓｅｃ以下ではその効果が特に顕著である。次
に周波数が２０ＫＨｚ及び８０ＫＫ”２とし、その間欠
比を種々変化させた上記構成の希ガス放電螢光ランプ装
置を製作し、パルス間欠比とランプ効率との関係を調査
した結果、第８図に示す実線（ハ）に）の結果を得た。

なお、クリプトンガスに変えた点及び制御手段ａ！９か
らのパルス信号を変えた以外は第１図に示した構成と全
く同−であシ、第８図において破線（ホ）（へ）味で示
したものは、比較のために、第１１図に示した従来の構
成のものを用すて２ＱＫＨｚ及び８０ＫＨｚの正弦波か
らなる高周波交流点灯時のランプ効率を示したものであ
る。この第８図から明らかな様に、パルスの間欠比を小
さくすることによシ、直流点灯時よシ大幅に効率が上昇
し、また、同一周波数の交　−流点灯時と比較した場合
でも間欠比が１０％以下になるとランプ効率が向上して
いるものである。

さらに、ランプ電力が一定で間欠比を種々変化させた上
記構成の希ガス放電螢光ランプ装置を製作し、パルス間
欠比と相対寿命との関係を調査した結果、第９図に示す
結果を得た。なお、クリプトンガスに変えた点及び制御
手段α９からのパルス信号を変えた以外は第１図に示し
た構成と全く同一である。この第９図から明らかな様に
、パルス間欠比を小さくしていくとパルス間欠比がＳａ
ｔでは相対寿命は若干低下傾向を示すが、５チ未満の小
さい間欠比では急激に寿命が低下してｂる＠これら第７
図、第８図及び第９図から明らかな様に、一周期に通電
期間と休止期間を有し１通電期間の割合が５％以上ＴＯ
％以下でかつ一周期における通電期間が１５０μｓｅｃ
以下のパルス状電圧を、一対の電極（５ａ）　（５ｂ）
　　間に印加することに次に、クリプトンガスの封入圧
力を種々変えたランプを製作し、クリプトンガスの封入
圧力と？ンプ効率及び始動電圧との関係を調査した結果
。

第１０図に示す実線（イ）及び第１１甲の結果を得た・
なお、クリプトンガスに変えた以外は第１図に示した構
成と全く同一にしたものであ汎また第１０図において破
線（ロ）で示したものは比較のために第１１図に示した
従来のものを周込て２０Ｋｎｚの正弦波からなる高周波
交流点灯時のクリプトンガスの封入圧力とランプ効率と
の関係を調査した結果を示したものである。

この第１０図から明らかな様に、クリプトンガスの封入
圧力が５　Ｔｏｒｒ以上になると、ランプ効率が向上し
始めるとともに、従来のものに比し良くなシ、クリプト
ンガスの封入圧力が数十Ｔｏｒｒの範囲で最大効率を示
す。一方、第１１図から明らかな様に、クリプトンガス
の一入圧力が高くなると、始動電圧が徐々に上昇し、　
　２００Ｔｏｒｒを越えると急激に上昇す矛。従って、
キセノンガスの封入圧力は５　Ｔｏｒｒ以上２００ＴＯ
ｒｒ以下が良、〈。

好ましｂ範囲はｌ　Ｑ　Ｔｏｒｒ以上１Ｑ　Ｑ　Ｔｏｒ
ｒ以下であル、最も好ましｂ≧囲は２　Ｑ　Ｔｏｒｒ以
上１００Ｔｏｒｒ以下である。

市らに、第１図の様に構成された希ガス放電螢光ランプ
装置において、キセノンガスの変わシにアルゴンガスを
封入し、たもの種々製作し、キセノンガスの場合と同様
にして１通電時間とランプ効率との関係１、パルス間欠
比とランプ効率との関係。

／≦ルス間欠比と相対寿命劣の関係、アルゴンガスの封
入圧力とランプ効率及び始動電圧との関係を調査した結
果、第１２図、第１３図の実線ｅうに）。

第１４図、第１５図の実線（へ）及び第１６図の結果を
得た・ これら第１２図、第１３図及び第１４図から明らかな様
に、一周期に通電期間と休止期間を有し。

通電時間の割合が５％以上８０チ以下で、かつ一周期に
おける通電時間が１５０μｓｅｃ以下のパルス状電圧を
、一対の電極（３ａ）　（３ｂ）間に印加するまた。第
１５図及び第１６図から明らかな様に。

アルゴンガスの封入圧力は、１ＱＴｏｒｒ以上２００Ｔ
ｏ　ｒｒ以下が良く、好ましｂ範囲はｌ　Ｑ　ＴＯｒｒ
以上ｊＱＱＴｏｒｒ以下であシ、最も好ましい範囲は２
０Ｔｏｒｒ以上１Ｑ　Ｑ　ＴＯｒｒ以下である。

なお、第１図に示した構成の希ガス放電螢光ランプ装置
においては、一対の電極（３ａ）　（３ｂ）ともに、フ
ィラメント電極を用すたものとしたが。

電極（３ａ）は陽極として働くのでフィラメント電極で
々〈ても良く、マた。フィラメントの予熱の必要のない
冷陰極形ランプを用いたものであっても同様の効果を奏
する。

また、上記各実施例においては、電流制限素子としてイ
ンダクタを用いたものを示したが、コンデンサでも同様
の効果を奏する。

さらに、上記各実施例においては、バルブ（１）の外径
を１５５ｍのものとしたが、外径が８〜１５．５難の管
径のものについても実験を行なった結果。

管径によらず同様のランプ効率及び寿命が得られた。

またさらに、バルブ（り内の封入ガスとして、キセノン
ガス、クリプトンガス、アルゴンガスヲソれぞれ単体と
して封入したものについて示したが。

混合したものでも良く、また、ネオン、ヘリウム等の他
の希ガスを混合したものであっても同様の効果を奏した
。

〔発明の効果〕

この発明は以上に述べた様に、一周期に通電期間と休止
期間を有し２通電時間の割合が５％以上７０チ以下でか
つ一周期における通電時間が１５０μｓｅｃ以下のパル
ス状電圧を出方するパルス状電圧発生源を、内部に希ガ
スが封入された螢光ランプの両端に設けられた一対の電
極間に接続したので、高輝度及び高効率の希ガス放電螢
光ランプ装（２ｏ） 置が得られると−う効果を有する。

また、別の発明は、内部に希ガスが封入された螢光ラン
プの両端に設けられた一対の電極間にパルス状電圧を印
加するパルス状電圧発生源を、昇圧トランスとスイッチ
ング素子と制御手段とによ）構成したものとしたので、
所望のシくルス状電圧を一対の電極間に与えられ、高輝
度かつ高効率の希ガス放電螢光ランプ装置が得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図なしし第６図はこの発明の一実施例を示し、第１
図は全体構成図、第２図はパルス通電時間と効率との関
係を示す図、第３図はパルス間欠比と効率との関係を示
す図、第４図はパルス間欠比と寿命との関係を示す図、
第５図は封入圧力と効率との関係を示す図、第６図は封
入圧力と始動電圧との関係を示す図、第７図ないし第１
１図はこの発明の他の実施例を示し、第７図はパルス通
電時間と効率との関係を示す図、第８図はパルス間欠比
と効率との関係を示す図、第９図はパルス間欠比と寿命
との関係を示す図、第１０図は封入圧力と効率との関係
を示す図、第１１図は封入圧力と始動電圧との関係を示
す図、第１２図なしし第１６図はこの発明のさらに他の
実施例を示し。 第１２図はパルス通電時間と効率との関係を示す図、第
１３図はパルス間欠比と効率との関係を示す図、第１４
図はパルス間欠比と寿命との関係を、示す図、第１５図
は封入圧力と効率との関係を示す図、第１６図は封入圧
力と始動電圧との関係を示す図、第１７図及び第１８図
は従来の希ガス放電螢光ランプ装置を示す全体構成図及
びランプの縦断面図である。 図において（１）はバルブ、（２）は螢光体層、　　（
３ａ）（３））は電極、ａｌは螢光ランプ、ａ２は昇圧
トランス、　（ｋｌは直流電源、　（１４１はスイッチ
ング素子、α９は制御手段である。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内面に螢光体層が形成されているとともに内部に
   希ガスが封入され、一対の電極を有した螢光ランプ、一
   周期に通電期間と休止期間を有し、通電期間の割合が５
   ％以上７０％以下でかつ一周期における通電時間が１５
   ０μｓｅｃ以下のパルス状電圧を上記螢光ランプの一対
   の電極間に印加するパルス状電圧発生源を備えた希ガス
   放電螢光ランプ装置。
2. （２）内面に螢光体層が形成されているとともに内部に
   希ガスが封入され、一対の電極を有した螢光ランプ、上
   記一対の電極間に接続された二次側コイル及び一端が直
   流電源の一端に接続される一次側コイルを有した昇圧ト
   ランスと、この昇圧トランスの一次側コイルの他端と上
   記直流電源の他端との間に接続されたスイッチング素子
   と、このスイッチング素子の導通・非導通状態を制御す
   る制御手段とを有したパルス状電圧発生源を備えた希ガ
   ス放電螢光ランプ装置。