JPH04349337A - 負グロー放電ランプ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的には負グロー放電
ランプに関するものであり、詳述すれば、励起により可
視光を放射するナトリウム充填物を使用する負グロー放
電ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たいていの負グロー放電ランプはネオン
などの貴ガスとの組合せで励起により紫外放射を放射す
る水銀充填物を使用しているのが普通である。紫外放射
は順次けい光層が被着された外囲器により可視光へ変換
される。以下の、米国特許第４、５２１、７１８号、４
、５１８、８９７号、４、５１６、０５７号、４、４９
４、０４６号、４、４５０、３８０号、４、４１３、２
０４号は、従来より開示されている水銀負グロー放電ラ
ンプの標準例である。特に、この型のランプでは上述の
変換プロセスに関連付けられたエネルギー損失がありそ
して非効率なエネルギー伝達が生ずることに注意された
い。

【０００３】上述の水銀グロー放電ランプに加えて、従
来より低圧力ナトリウムランプもまた開示されている。 これらのランプは陽光柱体制（ｒｅｇｉｍｅ）で動作し
そしてこれらランプに関連した一つの欠点がそれらが低
エネルギー励起電子の使用により可視スペクトル内の黄
色光のみ放電することである。こうして、これらランプ
では非常に狭いスペクトル構成が存在しておりそれゆえ
これらランプは「白色」光の提供には一般には有効では
ない。

【０００４】サンボーン・シー・ブラウン（Ｓａｎｂｏ
ｒｎ　Ｃ．　Ｂｒｏｗｎ）　による「Ｉｎｔｒｏｄｕｃ
ｔｉｏｎ　ｔｏＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｈａｒ
ｇｅｓ　ｉｎ　Ｇａｓｅｓ」と表題の付された刊行物（
　１９６６年　Ｗｉｌｅｙ　＆　Ｓｏｎｓ　社（　ニュ
ーヨーク）発行　）の「Ｇｌｏｗ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｓ　」という章名の第１３章では、グロー放電ランプに
関係した一定のパラメータを説明している。これらパラ
メータは「白みがかって」いるような負グロー体制のナ
トリウム放電の色を記述する。この刊行物は、冷陰極動
作との関係でのみグロー放電ランプにおけるナトリウム
の使用を示唆している。これらランプは相当に狭いスペ
クトル応答により特徴付けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的はより効率の高いエネルギー伝達により特徴付けら
れた負グロー放電ランプを提供することである。詳述す
ると、本発明の目的は、負グロー放電ランプにおける紫
外放射の可視光への変換の必要性を除去することである
。本発明の別の目的は、幅広のスペクトル出力が発生さ
れるよう、放電ランプのいわゆる負グロー帯域の陰極の
周囲に保持される好ましくはナトリウム充填物を使用す
る負グロー放電ランプを提供することである。本発明の
さらに別の目的は熱陰極を有しそして比較的低い電圧お
よび高い電子密度での電子放出により特徴付けられた負
グロー放電ランプを提供することである。

【０００６】本発明の上述の目的およびそのほかの目的
、特徴ならびに利益を実現するために、ランプに負グロ
ーを確立するために内部保持された電極手段を有する光
透過性外囲器から構成された負グロー放電ランプを提供
する。本発明による改善は充填物の提供に存し、詳述す
ると、該充填物質は、励起により直接可視光を放射する
金属、好ましくはナトリウム、である。この金属はスペ
クトルの可視部分での共鳴放射を持つよう選択される。 金属（たとえばナトリウム）の蒸気圧を高めるために、
コールドスポットの温度は２００℃〜３００℃の範囲の
レベルへ高められる。これは、好ましくは、ランプバル
ブをより小さくしそれによりパワー負荷を高めて順次温
度を高めることにより達成される。本発明のランプは、
本発明のナトリウム負放電ランプにしたがえば、何らの
けい光体も可視光発生のための変換プロセスでは必要と
されないという事実に基づき、その純粋な水銀ランプ同
等物よりも非常に高いエネルギー変換効率を有すること
により特徴付けられている。

【０００７】

【図示の実施例の説明】第１図および第２図を参照しつ
つ、負グロー体制で動作しそれにより使用される放電ガ
スはネオンのような希ガスの存在下における金属、好ま
しくはナトリウム、である放電ランプを説明する。特定
の充填物は金属の内の一つ、好ましくは、スペクトルの
可視部に共鳴放射を有しておりそして蒸気圧が適当に高
い金属である。この関係において、従来の負グロー放電
ランプは水銀放電を使用しておりかくして紫外光を可視
放射へ変換するためにけい光体を必要としていた。

【０００８】上述したように、本発明は、負グロー体制
のガス放電におけるナトリウムまたはそのほかの適当な
金属をベースにしたガス（以下、メタルベースガスとい
う）の使用を教示する。ランプは熱陰極で動作される。 陰極降下体制から発する高エネルギー電子による放電か
ら発する「白みがかった」色は、低エネルギーのマクス
ウェル分布電子のみの励起による単色性の黄色放射をの
み放射する標準的な低圧力ナトリウムランプと比較して
特に優れた演色性を与える。また、本発明に従えば、陰
極降下体制から発する高エネルギー電子がある。これら
高エネルギー電子は可視スペクトルにおける放射を発生
する充填物を励起するのに供される。高エネルギー電子
は黄色放射を発生するナトリウムの共鳴レベルだけでな
く緑色および青色放射を発生するより高い励起レベルの
励起を生ずるので、全体の効果はより白い色であり、そ
れにより優れた演色性を示す。

【０００９】本発明によればグローランプは熱陰極とと
もに作動される。この方法では、電子放出は冷陰極動作
よりも非常に高い電子密度および比較的低い電圧で生ず
る。高電子密度は装置が実用的に使用されるよう十分な
光出力を発生することを可能にする。他方、冷陰極電子
密度は極めて低く、通常の電圧（数百ボルト）で得られ
る光の量が数十ルーメンの範囲にある。

【００１０】さらに、熱陰極を伴う動作を使用すること
により、電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）は相当な
部分が高エネルギー電子であるような分布である。これ
ら高エネルギー電子は単一ステップでたとえばナトリウ
ムのより高い電子レベルを励起でき、その結果、（カス
ケード式に）黄色に加えて青色および緑色の光子を提供
して、より白い色が得られる。

【００１１】可視光は充填物の励起でただちに放射され
るので紫外放射の可視光への変換に関係付けられた損失
は回避される。本発明は、一般に水銀負グロー放電ラン
プとともに使用されるけい光層が被着されたガラス外囲
器を使用する必要性に取って代わる。

【００１２】この性質のランプは、何らのけい光体も可
視光発生のための変換プロセスで必要とはされないとい
う事実に基づいて、その純粋な水銀ランプ同等物よりも
非常に高いエネルギー変換効率を持つことが期待される
。

【００１３】上述したように、本発明の利益の一つは結
果的に生ずる広幅のスペクトル出力である。これは負グ
ロー体制の動作であるので、ナトリウム放電は「白みが
かって」いる。優勢な単色の黄色Ｄ線に加えて、高エネ
ルギー電子が青色および緑色線を励起でき、演色性が改
善され、陽光柱では生じない効果が得られる。本発明の
ランプの別の利益およびその特定の動作モードはより低
い希ガス圧力でより相当に大きな高エネルギー電子部分
が得られることである。標準的には、１０トルまたはそ
れ以上の希ガス圧力では、電子エネルギー分布関数（Ｅ
ＥＤＦ）はマクスウェル分布となりそして高エネルギー
電子の一部は相当に減少する。それゆえ、高エネルギー
電子の一部をできるだけ多くしなおかつ適当なランプ寿
命が得られるよう、約３トル以下に圧力を維持すること
が望ましい。また、非常に低い圧力では、カソード蒸発
はランプの寿命それゆえ維持費を減じてしまう。

【００１４】第１図を参照すると、直流使用法での負グ
ロー放電ランプが図示されている。合せガラス（ｐｌｙ
ｇｌａｓｓ）　などの光放射性の耐ナトリウム物質から
作られているランプ外囲器１０は放電空間１２を画然し
ている。放電空間１２は励起に基づき可視光を放射する
充填物を包含している。充填物は好ましくはナトリウム
であるメタルベースガスおよび貴ガスから構成されてい
る。適当な貴ガスはネオンである。ランプ外囲器の放電
空間内にはアノード１４、支持リード線１６およびカソ
ード１８もまた含まれている。標準的な電極マウント用
アッセンブリ２８が外囲器１０内の支持リード線により
電極の支持を行うために使用されている。

【００１５】第１図は、この特定の実施例では直流モー
ドで動作するのに適当なグローランプを図示している。 ランプは、上述したように、互いに接近して配置され約
１．５ｃｍの距離だけ離間されている２つの電極１４お
よび１８を備えている。一方の電極は電子の熱電子放出
を高める放射性物質が被着されそしてカソード１８とし
て機能する。他方の電極は裸のままに残されアノード１
４として供される。この動作モードは、交流動作と比較
して、優れた光束維持性および長時間の寿命を呈示する
。この体制から発する高エネルギー電子により、単色の
黄色放射のみ放射する標準的な低圧力ナトリウムランプ
と比較して、青色線および緑色線を含んだ優れた演色性
が得られる。

【００１６】これまでは第１図との関係で直流モード動
作について説明してきた。しかし、本発明の原理は交流
モード動作ならびにそのほかのたとえばパルス動作など
の動作モードについてもまた使用可能であることに注意
されたい。

【００１７】金属（たとえばナトリウム）の蒸気圧を高
めるために、コールドスポットの温度は少くとも１００
℃のレベル（好ましくは２００℃〜３００℃の範囲のレ
ベル）へ高められるべきである。これは、特に、バルブ
をより小さくしそれによりパワー負荷を高め順次温度を
高めることにより実現可能である。安全性を考慮して手
に冷たい外側包被内にランプを包むことが好ましい。こ
の点について第１図および排気された外側包被２２を説
明する。包被２２は最適なナトリウム蒸気圧を得るため
にランプのコールドスポット温度を高めるのを助ける赤
外反射性の物質が被着されることが好ましい。これら蒸
気圧は標準的には１．０×１０−３〜４．０×１０−３
トルの間である。使用されるネオンガス圧力は２トルと
３トルの間である。

【００１８】ランプを構成するのに使用されるガラス外
囲器１０は、壁を通ずるナトリウムのマイグレーション
ないし移動をできるだけ小さくする知られるガラスの一
タイプである合わせガラスから作られる。

【００１９】以前の負グロー放電ランプは水銀放電と紫
外放射を可視光へ変換するけい光体を使用していた。本
発明はナトリウム放電を使用し変換ステップを回避して
いるのでより効率の良いエネルギー伝達が得られる。

【００２０】本発明によるランプの製造方式との関係に
おいて、製造方法の中間段階、詳述すれば、ナトリウム
充填物を提供することに関係した中間段階を図示する第
２図をも参照されたい。

【００２１】詳述すると、第２図は、ランプ外囲器１０
に接続された排気管２６に配置されたナトリウムからな
るペレット２４を図示している。電極マウント用アッセ
ンブリ２８は０．０１インチ（約０．０２５４ｃｍ）径
のビーズ状ジュメット線片を包含する一対の二重ウェフ
ァ状ステム部材を備える。０．０２インチ（約０．０５
０８ｃｍ）径のニッケル導入線片がこれに装着されてい
る。電極が各リード線の端部にクランプ保持されており
、電極間の距離は約１．５ｃｍである。一方のコイル巻
き電極は標準的な配合物から得られる放射性被着物で被
覆されそしてカソードとして供される。他方の電極はコ
ーティングをせずに裸のまま残しておきアノード１４と
して供される。

【００２２】ランプは順次排気されそしてオーブンで約
４００℃の温度へ加熱される。カソードは、有効な動作
のためには高い温度が要求されるので、これを約１２５
０℃へ加熱することにより、密封された真空中で賦活が
行われる。ナトリウムのペレット２４は無線周波数電磁
界を用いて急激に加熱することにより溶融され、これを
液体状態にする。順次、（約７００トル）のネオンガス
バーストが液状のナトリウムをガラス外囲器内へ強制す
るのに使用される。ランプは順次２〜３トルのネオンガ
スで満たされそしてランプのチップオフが行われる。最
後にランプは第１図に図示されるように包被２２内に装
着される。この関係において包被２２はランプ構造体と
一緒に使用してもよくまた使用しなくともよいことに注
意されたい。

【００２３】上述したように、本発明の好ましい実施例
においては、ナトリウムガスが負グロー体制のガス放電
ランプで使用される。これは、水銀負グロー放電ランプ
と比較したとき、ランプのエフィカシーを高め、そして
標準的な低圧力ナトリウムランプと比較したとき優れた
演色性を提供する。

【００２４】ランプのエフィカシーは１１ボルトの動作
電圧および２．０アンペアの放電電流で約１２０ルーメ
ン／ワット（ＬＰＷ）であると評価される。これは、水
銀負グロー放電ランプと比較したとき、エフィカシーに
おける３〜４ファクタの増加でありそれゆえ電気エネル
ギーを光エネルギーへ変換するより効率のよい手段であ
る。

【００２５】上述したように、好ましい充填物はランプ
のためのナトリウム充填物であるが、スペクトルの可視
部に共鳴放射を有しそして適当に高い蒸気圧を有するか
ぎり別のメタルベースガスでもよい。蒸気圧は、たとえ
ばたったの４００〜５００℃でも６μもの大きさとすべ
きである。繰り返すことになるがナトリウムが好ましい
けれども、使用できる別のメタルベースガスにはタリウ
ムおよびリチウムまたはこれらの種々の組合せが含まれ
る。

【００２６】より白い色を持つ効率の良いナトリウム負
グローランプを作るためには、約５〜７電子ボルトのエ
ネルギーを持った十分な電子を発生することが望ましい
。一般的にいえば、これらのエネルギーレベルは上述の
条件下で熱陰極を用いて実現できるだけである。この動
作モードにより、特に低圧力ナトリウムランプと比較し
て優れた色改善を与える青色光子および緑色光子の発生
が与えられる。

【００２７】本発明の好ましい実施例について説明した
けれども、本発明の技術思想から逸脱することなく種々
の変更が可能であることは当業者には明らかであろう。 たとえば、ランプはシングルエンド形でもよいしダブル
エンド形でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理にしたがって構成された負グロー
放電ランプの模式図である。

【図２】充填動作に関係したランプ製造における中間段
階を図示する模式図である。

【符号の説明】

図中の各参照番号が示す主な名称は以下のとおりである
。 １０　　　　　　外囲器 １２　　　　　　放電空間 １４　　　　　　アノード １６　　　　　　リード線 １８　　　　　　カソード ２２　　　　　　外側包被

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陰極を備えそして負グロー放電を達成する
   ための内部保持された電極手段を有する光透過性外囲器
   を備えた負グロー放電ランプにおいて、励起により直接
   可視光を放射し且つスペクトルの可視部に共鳴放射を有
   する金属をベースにしたガスを包含する充填物と、陰極
   をホットモードで動作させ高い電子密度で高い電子放出
   を提供するための手段とを備えたことを特徴とする負グ
   ロー放電ランプ。
2. 【請求項２】ランプのコールドスポット温度を高めるよ
   う反射物質で被覆された排気された外側ガラス包被を備
   えた請求項１の負グロー放電ランプ。
3. 【請求項３】前記充填物はナトリウムを含む請求項１の
   負グロー放電ランプ。
4. 【請求項４】前記充填物は貴ガスをも含む請求項３の負
   グロー放電ランプ。
5. 【請求項５】前記貴ガスはネオンを含む請求項４の負グ
   ロー放電ランプ。
6. 【請求項６】前記電極手段は約１．５ｃｍだけ離間した
   一対の電極から構成される請求項１の負グロー放電ラン
   プ。
7. 【請求項７】前記外側ガラス包被には赤外反射性物質が
   設けられた請求項２の負グロー放電ランプ。
8. 【請求項８】前記光透過性外囲器は、外囲器壁を通ずる
   ナトリウムのマイグレーションをできるだけ最小にする
   ガラス材料から作られている請求項１の負グロー放電ラ
   ンプ。
9. 【請求項９】前記の金属をベースにしたガスはタリウム
   を含む請求項１の負グロー放電ランプ。
10. 【請求項１０】前記の金属をベースにしたガスはリチウ
    ムを含む請求項１の負グロー放電ランプ。
11. 【請求項１１】前記陰極は少くとも約１００℃のコール
    ドスポット温度が与えられるよう動作せられる請求項１
    の負グロー放電ランプ。
12. 【請求項１２】前記コールドスポット温度は約２００℃
    〜３００℃の範囲にある請求項１１の負グロー放電ラン
    プ。
13. 【請求項１３】前記貴ガスは、高エネルギー電子の割当
    量をできるだけ大きくし且つランプについて好都合な見
    込み寿命が維持されるよう比較的低い圧力に維持される
    請求項１１の負グロー放電ランプ。
14. 【請求項１４】蒸気圧は３トルまたはそれ以下の圧力に
    維持される請求項１３の負グロー放電ランプ。