JPH07118396B2 - 希ガス放電蛍光ランプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，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〕

第８図，第９図は例えば特開昭63−58752号公報に示さ
れた従来の希ガス放電螢光ランプ装置を示す図であり，
第８図はその装置の全体構成図，第９図はその装置の希
ガス放電螢光ランプの断面図である。第８図，第９図に
おいて（１）は希ガス放電螢光ランプ，（２）はこの希
ガス放電螢光ランプ（１）を構成する中空棒状のガラス
製バルブであり，その内面には螢光体層（３）が形成さ
れている。このバルブ（２）内には，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ている。

バルブ（２）内には両端部に位置して互いに極性の異な
る一対の電極（4a），（4b）が設けられている。これら
電極（4a），（4b）はバルブ（２）の両端部壁を気密に
貫通されたリード線（5a），（5b）に接続されている。
上記電極（4a），（4b）は，高周波電力発生装置として
の高周波インバータ（９）に接続され，この高周波イン
バータ（９）は直流電源（10）に接続されている。

次に動作について説明する。このような構成の希ガス放
電螢光ランプ装置においては，高周波インバータ（９）
を通じて電極（4a），（4b）間に高周波電力を印加する
と，これら電極（4a），（4b）間でグロー放電を発生す
る。このグロー放電はバルブ（２）内の希ガスを励起
し，希ガス特有の紫外線を発生する。この紫外線はバル
ブ（２）の内面に形成した螢光体層（３）で可視光線に
変換され，バルブ（２）の外部に放出される。

このような希ガス放電螢光ランプ装置は，水銀を使用し
ないことから，水銀蒸気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。しかしながら，水銀に比べて紫外線の発生効率が
低いためランプ効率が低い。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように従来の希ガス放電螢光ランプ装置は，希ガ
ス放電により発生する紫外線によつて螢光体を発光させ
るので，水銀を用いた螢光ランプに比べて効率が低く，
十分な明るさを得ることが困難であり，効率向上が望ま
れていた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので，高効率な希ガス放電螢光ランプ装置を得ること
を目的とする。

〔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，バルブ内
に10Torr以上200Torr以下のキセノンガスを封入してな
るランプと，このランプの電極間に4KHz以上200KHz以下
の半波整流電圧を供給する点灯装置とにより構成したも
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，バル
ブ内に10Torr以上100Torr以下のクリプトンガスを封入
してなるランプと，このランプの電極間に5KHz以上200K
Hz以下の半波整流電圧を供給する点灯装置とにより構成
したものである。

〔作用〕

この発明においては，キセノンガスあるいはクリプトン
ガスが，パルス的な点灯により高効率に励起されるよう
な圧力でランプ内に封入されるとともに，点灯装置から
ランプに供給される半波整流電圧により，ランプ電流に
休止期間があるパルス的な放電が行われ，かつ，そのラ
ンプ電流の休止期間と通電期間の繰り返しによりキセノ
ンあるいはクリプトンが効率よく励起される周波数で電
流が供給されるので，ランプ内のガスが高効率に励起さ
れ，紫外線放射が増大してランプ効率が向上する。

〔発明の実施例〕 以下，この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において，（１）は希ガス放電螢光ランプ，（２）は
ガラス製のバルブ，（３）はこのバルブ（２）内面に形
成された螢光体層，（11）は反射膜，（12）は上記バル
ブ（２）の内面において上記螢光体層（３），反射膜
（12）が形成されていないスリツト部である。（4a），
（4b）は電子放射物質を塗布したフイラメントコイルか
らなる電極，（13）は高周波電源，（14）はこの高周波
電源（13）に直列に接続された電流制限素子としてのコ
ンデンサ，（15）は上記高周波電源（13），コンデンサ
（14）の直列回路に並列接続されたダイオード，（16）
は電極を加熱するための電源である。

次に動作について説明する。第１図の構成の希ガス放電
螢光ランプ装置では，電極（4a）側に正の電圧を印加し
た場合にはランプ（１）にその電圧が印加されてランプ
電流が流れるが，電極（4a）側に負の電圧が印加されて
いる場合はダイオード（15）によつて短絡されるため，
ランプ（１）には電圧が印加されず，ランプ電流は流れ
ない。従つてこのような構成では通常の高周波点灯と異
なり，高周波の半波整流電圧が印加され，ランプ（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。ここで，コンデンサ（14）は高周波の電圧が印
加されたときにランプ（１）に流れる電流を適切な値に
する電流制限素子として働く。

第２図は希ガス放電螢光ランプにおいて，キセノンガス
封入圧力とランプ効率の関係を示したものである。なお
ランプは，バルブ外径15.5mm,全長300mmであり，ランプ
電力7W一定，周波数20KHzの場合である。第２図におい
て，実線は第１図に示した実施例の構成によりパルス的
に点灯した場合を示し，破線は通常の交流正弦波の高周
波点灯の場合を示す。第２図より，この発明による第１
図の実施例のものは，ランプ効率向上の効果を有し，ま
たランプ効率向上の効果は，キセノンガス封入圧力に依
存することがわかる。第２図より，最大の効率が得られ
るのはキセノンガス封入圧力が数十Torrの領域であり，
通常の高周波点灯に対するこの発明の効率向上の顕著な
効果は10Torrから200Torrの間で得られることがわか
る。このようなランプ効率の向上は通電期間と休止期間
を繰り返すパルス的な放電により，陽光柱の電子エネル
ギーが大きく変調されてキセノンが紫外線を多く出すよ
うにキセノンを励起するエネルギーが増えることや，休
止期間中のアフターグローの発光によるものである。例
えば，ランプ効率の向上が顕著になる10Torrという値
は，数Torrではほとんどみられない休止期間のアフター
グローの発光が顕著に現れる圧力に対応している。また
高い圧力で効率の向上が少なくなるが，これは圧力が高
すぎると，電子エネルギーはキセノンとの頻繁な衝突に
より抑制されるので，パルスによつて電子エネルギーが
変調されにくくなることなどによるものである。

第３図は点灯周波数とランプ効率の関係を示す特性図で
ある。第３図において実線は第１図に示した実施例の構
成によりパルス点灯した場合を示し，破線は通常の高周
波点灯の場合を示す。なお希ガス放電螢光ランプはキセ
ノン30Torrを封入したものであり，ランプ電力7W一定の
場合である。第３図より，この発明による第１図の実施
例のものは，通常の高周波点灯に比較し,4KHz以上の周
波数で高効率が得られることがわかる。また周波数が約
200KHzまで高くなると，再び同等の効率になることがわ
かる。従つて周波数は4KHz以上200KHz以下とするとよ
い。

なお，高い周波数で効率が低下し，同等になるのは陽光
柱のプラズマパラメータが高い周波数に追随しきれなく
なり，次第に直流と同じ一定の状態に近づくためであ
る。

このように第１図の構成の希ガス放電螢光ランプ装置は
ランプ効率を大幅に改善できるとともに，点灯装置の構
成が極めて簡単で，容易かつ安価に実現できる。また電
流制限素子としてコンデンサを使用しているので点灯装
置の電力損失が少ない。さらにダイオードとコンデンサ
の組合せにより，電源電圧の２倍の電圧を発生するた
め，放電開始に必要な高電圧を容易に得ることができ
る。また放電電流波形が正弦波の半波整流状のゆるやか
な立ち上がりの波形にできるために高調波成分が少な
く，パルス放電で問題となる電磁気的なノイズが少ない
という効果がある。

なお上記実施例では，ランプの外径15.5mmの例を示した
が外径８〜15.5mmの管径のものについて実験した結果，
管径によらず第１図に示した構成により効率の向上が得
られる。また上記実施例ではフイラメントコイルを熱陰
極形としたが，効率の向上は陽光柱の効率の向上による
ものであるから，電極構造によらず，例えば冷陰極であ
つてもよい。ただし，上記実施例のようにフイラメント
コイル電極を使用した場合は，第１図のように陰極を加
熱することは，始動電圧の低下や，電極の長寿命化に有
効である。

またキセノンは，希ガスの中で最も電離電圧，励起電圧
が低いので封入ガスとして他の希ガスを混合しても，同
様にキセノンによる発光を得ることができる。

また上記実施例では，電流制限素子としてコンデンサを
用いたものを示したが，この発明の他の実施例としてこ
の電流制限素子を第４図に示すようにインダクタにより
構成してもよい。

この場合でも，点灯装置として電力損失が少なく安価な
ものが得られる。また，このように電流制限素子をイン
ダクタにより構成した場合でも上記実施例による第２
図，第３図に示したように封入圧力，あるいは周波数に
よるランプ効率特性と同様の特性が得られた。

さらに，別の発明としてバルブ（２）内にクリプトンガ
スを封入した場合を以下に示す。上記第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，バルブ（２）
内にクリプトンガスを封入したときの，クリプトンガス
封入圧力とランプ効率の関係を第５図に示す。なおラン
プは，バルブ外径15.5mm,300mmであり，ランプ電力7W一
定，周波数20KHzの場合である。第５図において，実線
は第１図に示した構成によりパルス的に点灯した場合を
示し，破線は通常の交流正弦波の高周波点灯の場合を示
す。

第５図より，この別の発明によるものは，ランプ効率向
上の効果を有し，またランプ効率向上の効果は，クリプ
トンガス封入圧力に依存することがわかる。第４図より
最大の効率が得られるのはクリプトンガス封入圧力が数
十Torrの領域であり，通常の高周波点灯に対するこの別
の発明の効率向上の顕著な効果は10Torrから100Torrの
間で得られることがわかる。この様なランプ効率の向上
は上記キセノンの場合と同様の作用によるものである。

第６図はこの別の発明における点灯周波数とランプ効率
の関係を示す特性図である。図において実線はこの別の
発明によりパルス点灯した場合を示し，破線は通常の高
周波点灯の場合を示す。なお，希ガス放電螢光ランプは
クリプトンガス30Torrを封入したものであり，ランプ電
力7W一定の場合である。第６図より，この別の発明によ
るものは，通常の高周波点灯に比較して5KHz以上の周波
数で高効率が得られることがわかる。また周波数が約20
KHzで最大の効率を示し，それ以上の周波数では効率が
低下し，約200KHzではかなり低下して通常の高周波点灯
に近い効率になる。

なお高い周波数で効率が低下し，同等になるのは上記キ
セノンガスの場合と同様の作用によるものである。

このようにこの別の発明による希ガス放電螢光ランプ装
置も，ランプ効率を大幅に改善できるとともに，点灯装
置の構成が極めて簡単で，容易かつ安価に実現できる。

また電流制限素子としてコンデンサを使用しているの
で，点灯装置の電力損失が少ない。

この電流制限素子を上記第４図に示したようにインダク
タによつて構成してもよい。このように電流制限素子を
インダクタにより構成した場合でも，上記第５図，第６
図に示したような封入ガス圧力，あるいは周波数による
ランプ効率特性と同様の特性が得られた。

なお上記この別の発明の実施例では，ランプの外径15.5
mmの例を示したが，外径８〜15.5mmの管径について実験
した結果，管径によらず，同様の効率の向上がえられ
る。またフイラメントコイルを熱陰極形としたが，効率
の向上は陽光柱の効率の向上によるものであるから，電
極構造によらず，例えば冷陰極であつてもよい。ただし
フイラメントコイル電極を使用した場合は第１図のよう
に陰極を加熱することは，始動電圧の低下や電極の長寿
命化に有効である。

また上記封入ガスのクリプトンに，クリプトンより電離
電圧の高いアルゴン，ネオン，ヘリウムを混合しても，
クリプトン単体と同様のクリプトンによる発光を得るこ
とができる。

さらに，上記実施例では１本のランプを点灯するものに
ついて説明したが，別の実施例として１つの電源で２つ
のランプを点灯する希ガス放電螢光ランプ装置の構成を
第７図に示す。第７図において（1a），（1b）はそれぞ
れ並列に上記高周波電源（13）と接続された希ガス放電
螢光ランプ，（15a），（15b）は互いに逆極性をもつて
各ランプ（1a），（1b）に直列に接続されたダイオー
ド，（16a），（16b）は各ランプ（1a），（1b）の電極
を加熱するための電源である。このような構成の希ガス
放電螢光ランプ装置では，各ランプ（1a），（1b）の電
極（4a）側に正の電圧が印加された場合には，ダイオー
ド（15a）の特性が逆であることからランプ（1a）には
電流が流れず，ランプ（1b）にのみ電流が流れる。また
各ランプ（1a），（1b）の電極（4b）側に正の電圧が印
加された場合には，逆にランプ（1a）にのみ電流が流れ
る。即ち各ランプ（1a），（1b）には通電期間が交互に
表われるようにして半波整流電圧が印加され，それぞれ
のランプ（1a），（1b）は上記実施例と同様に高効率の
点灯が行われる。このような希ガス放電螢光ランプ装置
では，簡単な構成により，一つの高周波電源（13）で２
本のランプを点灯できる。この第７図に示した希ガス放
電螢光ランプ装置におけるインダクタ（17）は電流制限
素子であるが，これはコンデンサや抵抗により構成して
もよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば，バルブ内に10Torr以上
200Torr以下のキセノンガスを封入してランプを構成す
るとともに，このランプに4KHz以上200KHz以下の半波整
流電圧を供給して点灯する点灯装置を備えたので，高い
ランプ効率で，かつ点灯装置の構成が簡単で安価に製作
できる希ガス放電螢光ランプ装置が得られるという効果
がある。

また別の発明によれば，上記バルブ内に封入するガスを
10Torr以上100Torr以下のクリプトンガスとするととも
に，ランプに5KHz以上200KHz以下の半波整流電圧を供給
する点灯装置としたので，同様に点灯装置の構成が簡単
で安価に製作できるとともに高いランプ効率が得られる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す希ガス放電螢光ラン
プ装置の全体構成図，第２図はこの発明における封入圧
力とランプ効率の関係を示す特性図，第３図はこの発明
における点灯周波数とランプ効率の関係を示す特性図，
第４図はこの発明の他の実施例を示す希ガス放電螢光ラ
ンプ装置の全体構成図，第５図は別の発明によるクリプ
トンガス封入圧力とランプ効率の関係を示す特性図，第
６図はこの別の発明における点灯周波数とランプ効率の
関係を示す特性図，第７図はこの発明のさらに別の実施
例を示す希ガス放電螢光ランプ装置の全体構成図，第８
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，第９図は従来の希ガス放電螢光ランプの縦断面図で
ある。 図において，（１），（1a），（1b）は希ガス放電螢光
ランプ，（２）はバルブ，（３）は螢光体層，（4a），
（4b）は電極，（13）は高周波電源，（14）はコンデン
サ，（15），（15a），（15b）はダイオード，（17）は
インダクタである。 なお，各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 広義 神奈川県鎌倉市大船２丁目14番40号 三菱 電機株式会社生活システム研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−146494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−248050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−37726（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面に螢光体層が形成され，両端に一対の
   電極を有するガラスバルブの内部に10Torr以上200Torr
   以下のキセノンガスを封入してなる希ガス放電螢光ラン
   プと，この希ガス放電螢光ランプの両電極間に周波数4K
   Hz以上200KHz以下の半波整流電圧を供給する点灯装置と
   からなることを特徴とする希ガス放電螢光ランプ装置。
2. 【請求項２】内面に螢光体層が形成され，両端に一対の
   電極を有するガラスバルブの内部に10Torr以上100Torr
   以下のクリプトンガスを封入してなる希ガス放電螢光ラ
   ンプと，この希ガス放電螢光ランプの両電極間に周波数
   5KHz以上200KHz以下の半波整流電圧を供給する点灯装置
   とからなることを特徴とする希ガス放電螢光ランプ装
   置。