JPH0745239A

JPH0745239A - 低圧水銀蒸気放電ランプ及び機器

Info

Publication number: JPH0745239A
Application number: JP19059493A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yuasa; 湯浅邦夫
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】高負荷点灯に伴って発生する水銀枯渇現象領
域においてＸｅを発光させて、これを水銀放電による発
光とともに利用することにより、発光効率を向上した低
圧水銀蒸気放電ランプを提供する。【構成】透光性気密容器内にＸｅを５％以上含む希ガ
スおよび水銀からなる可電離性媒体を封入し、作動時に
おけるランプ電流密度が３．５ｍＡ／ｍｍ2以上に構成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高負荷の低圧水銀蒸気
放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】高負荷の低圧水銀蒸気放電ランプは、例
えばＯＡ機器の読み取り、定着およびディスプレイ用や
一般照明用等にも例えば蛍光ランプとして広く使用され
るようになってきた。従来のこの種高負荷ランプの封入
ガスは、管壁負荷の小さい一般の蛍光ランプにおいて通
常最も良く用いられているＡｒに比して、より軽い希ガ
スを使用するのが常であった。この背景については例え
ばＪ．Ｆ．Ｗａｙｍｏｕｔｈ著「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ＤｉｓｃｈａｒｇｅＬａｍｐｓ」、ＭＩＴＰｒｅｓ
ｓ発行の第２章に詳しく記述されている。これは陽光柱
だけのものであるが、Ｎｅ，Ｈｅ等の軽い希ガスを封入
することにより、ランプ内の電子の拡散損失を増加させ
ることによりランプ電圧を増加させ、従ってランプ電流
をあまり増加させないでランプ入力を増加させて高負荷
を実現するものであった。

【０００３】しかしながら、上述の技術は発光に直接的
には寄与しない電子の拡散損失を増加させるものである
ため、上記文献の３９頁、図２．１２に示すように電子
温度が上昇してもその効率面での上昇は少ない。また、
大電流域でランプを点灯した場合、通常の点灯温度にお
いては水銀の電離だけでは電流が賄いきれず、ランプ中
央部で水銀の枯渇現象が生じる。この現象もランプ効率
を上げられない原因となっている。

【０００４】本発明者らはランプ電流密度を変化させな
がら常温（２５゜Ｃ）点灯下で水銀の枯渇現象が生じ始
める最小値を求めた。それは、光ＣＴ診断装置（応用物
理学会、プラズマエレクトロニクス分科会「第１６回光
源とその応用研究会」１９９１年等で発表）を用いて測
定した。その結果の一例を図２に示す。図２は、高負荷
の低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、水銀枯渇現象が発
生している状態を示す光診断画像を示す図である。電流
密度が４ｍＡ／ｍｍ2、封入ガスはＡｒ３９９Ｐｓおよ
び水銀蒸気の場合であり、横軸は放電容器の横断面の距
離を、縦軸は発光波長４３６ｎｍの発光強度を、それぞ
れ示す。水銀の枯渇がない場合は、図２の中央部がきれ
いな釣鐘状になるのに対して、水銀枯渇現象が発生する
と、中央部が相対的にフラットになる。この測定の結
果、水銀の枯渇し始めるのは電流密度が一般的には３．
５ｍＡ／ｍｍ2以上であることが分かった。なお、封入
ガスをＮｅ、Ｈｅに替えても電流密度が同様であれば、
水銀枯渇の傾向に変化はなかった。そして、水銀の枯渇
現象が発生すると、その領域では水銀イオンの不足はＡ
ｒが放電してＡｒイオンが生成されることによって補わ
れる。しかしながら、Ａｒが放電しても発光に寄与しな
いため、発光効率が低下するものと考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、水銀の枯渇
現象が生じる電流密度が大きい領域で作動するいわゆる
高負荷の低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、水銀枯渇現
象に伴う発光効率の減少をＸｅ放電による発光により補
うことにより、発光効率を向上させることを目的とす
る。なお、従来低負荷の低圧水銀蒸気放電ランプにおい
ては、その封入ガスの一成分としてＸｅを使用すること
は既知である。しかし、これは電極物質の飛散を抑制し
て黒化を防止したり、ランプ電流を所望の値に調整した
り、あるいは水銀を使用しないでＸｅ放電のみで発光さ
せる目的で使用されており、いずれも解決しようとする
課題が本発明とは全く異なる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の低圧水
銀蒸気放電ランプは、透光性気密容器と、Ｘｅを５％以
上含む希ガスおよび水銀を有してなり上記容器内に封入
した可電離性媒体と、上記容器内にアーク放電を形成す
るように配設された電極と、を具備し、作動時における
前記容器の単位断面積当りのランプ電流密度が３．５ｍ
Ａ／ｍｍ2以上に構成されている。Ｘｅが５％未満であ
ると、水銀枯渇領域におけるＸｅの発光がランプの発光
効率に実質的に寄与し得ないので、不可である。また、
ランプ電流密度が３．５ｍＡ／ｍｍ2未満であると、水
銀の枯渇現象な生じないから、Ｘｅ混合による効果が得
られない。

【０００７】請求項２の発明の低圧水銀蒸気放電ランプ
は、透光性気密容器と、Ｘｅを５〜５０％含む希ガスお
よび水銀を有してなり上記容器内に封入した可電離性媒
体と、上記容器内にアーク放電を形成するように配設さ
れた電極と、を具備し、作動時における前記容器の単位
断面積当りのランプ電流密度が３．５ｍＡ／ｍｍ2以上
に構成されている。Ｘｅが５〜５０％含まれると、水銀
枯渇領域におけるＸｅの発光が効果的にランプの発光効
率の向上に寄与する。

【０００８】請求項３の発明の低圧水銀蒸気放電ランプ
は、透光性気密容器と、Ｘｅを１０〜１５％含む希ガス
および水銀を有してなり上記容器内に封入した可電離性
媒体と、上記容器内にアーク放電を形成するように配設
された電極と、を具備し、作動時における前記容器の単
位断面積当りのランプ電流密度が３．９ｍＡ／ｍｍ2以
上に構成されている。Ｘｅが１０〜１５％含まれると、
水銀枯渇領域におけるＸｅの発光がランプの発光効率に
最も効果的に寄与する。ランプ電流密度が３．９ｍＡ／
ｍｍ2以上の高負荷ランプにおいて本発明は特に優れた
効果がある。

【０００９】請求項４の発明の低圧水銀蒸気放電ランプ
は、請求項１〜３のいずれか一記載の低圧水銀蒸気放電
ランプにおいて、前記容器内に形成され、１４７ｎｍの
紫外線によっても励起される蛍光体層を具備している。

【００１０】請求項５の発明の機器は、請求項１〜４の
いずれか一記載の低圧水銀蒸気放電ランプを組み込んで
構成されている。

【００１１】

【作用】請求項１の発明では、水銀の枯渇領域におい
て、水銀の電離だけでは電流が賄いきれないので、Ｘｅ
が放電し、共鳴準位である波長１４７ｎｍの発光が生じ
る。このため、水銀放電による主として２５４ｎｍおよ
び１８５ｎｍの発光とＸｅの発光とが生じる。

【００１２】請求項２の発明では、請求項１と同様であ
るが、Ｘｅの比率が望ましい範囲に構成されているた
め、発光効率のより望ましい向上が得られる。

【００１３】請求項３の発明では、請求項１と同様であ
るが、Ｘｅの比率が最適な範囲に構成されているため、
発光効率の特に顕著な向上が得られる。

【００１４】請求項４の発明では、請求項１〜３のいず
れか一記載の発明における作用と同様であるとともに、
蛍光体層により水銀蒸気放電による主として２５４ｎｍ
および１８５ｎｍの紫外線とＸｅ放電による１４７ｎｍ
の紫外線の両方により励起されて可視光が得られる。

【００１５】請求項５の発明の機器では、組み込んでい
る水銀蒸気放電ランプは請求項１〜４のいずれか一記載
の発明と同様な作用をする。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００１７】図１は、本発明の低圧水銀蒸気放電ランプ
の一実施例を示す断面図である。図において、１１は透
光性気密容器で、例えば内径１４ｍｍの細長いガラス管
からなる。この容器１１内にはＸｅを５モル％以上、望
ましくは５〜５０モル％、最適には１０〜１５モル％、
残部がＡｒからなる希ガスを９３３Ｐａと適量の水銀を
含む可電離性媒体が封入されている。１２は電極で、容
器１１内にアーク放電を形成するように例えばステム１
３を介して容器１１内に封入されている。もし要すれ
ば、電極１２はそのいずれか一方または両方を容器の外
部に配設していてもよい。１４は蛍光体層で、水銀蒸気
放電によって発生する主として２５４ｎｍおよび１８５
ｎｍの紫外線とＸｅ放電によって発生する１４７ｎｍの
紫外線とのいずれによっても励起される蛍光体、例えば
青色がＢａＭｇＡｌ14Ｏ23、緑色がＺｎ2ＳｉＯ4、赤色
がＹ2Ｏ3の各蛍光体を適当に混合したものを使用した。
なお、１４７ｎｍの紫外線によっても励起される蛍光体
としては、希土類蛍光体に好適なものが多くみられる。
もちろん、本発明は要すれば蛍光体を用いないで、放電
によって発生する紫外線を直接利用するように構成して
もさしつかえない。ランプの作動時のランプ電流密度は
本発明では容器２１の単位断面積当り３．５ｍＡ／ｍｍ
2以上望ましくは３．９ｍＡ／ｍｍ2以上であるが、本実
施例の電流は１Ａとした。なお、本発明において希ガス
は一般に使用され得る総ての希ガスを使用することがで
き、またその圧力も同様である。さらに要すれば、希ガ
スの他に適当なガスを併用することも許容される。

【００１８】本発明者は上記実施例においてＸｅの混合
比を変化させた場合の発光効率の変化を測定してみた。
図３はその結果を示す。図３は、Ｘｅの混合比を変化し
た場合の相対発光効率の変化を示す図である。なお、相
対発光効率とは、Ｘｅを含まない他は同一条件（Ａｒ１
００％）にしたランプとの相対値を意味する。図３にお
いて、横軸はＸｅの混合比を、縦軸は相対発光効率を、
それぞれ示す。図３から明らかなように、Ｘｅが５％以
上の場合に発光効率の実質的な向上が得られる。しか
し、１０〜１５％をピークとして、５０％を超えるとＸ
ｅを含まない希ガスに比較して一応の効率向上は得られ
るものの望ましい効果は得にくくなる。

【００１９】図４は、本発明の低圧水銀蒸気放電ランプ
を組み込んだ機器の概念図である。図において、４１は
機器例えばプリンタ、複写機、ファクシミリ、パーソナ
ルコンピュータ等のＯＡ機器や一般照明用の照明器具等
である。４２は本発明の低圧水銀蒸気放電ランプであ
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上詳述したような構成および
作用なので、以下の効果がある。

【００２１】請求項１の発明によれば、高負荷点灯の場
合に発生する水銀枯渇現象領域においてＸｅが放電して
１４７ｎｍの発光が得られ、これが水銀放電による発光
に加わるため、ランプの発光効率を向上した低圧水銀蒸
気放電ランプを提供することができる。

【００２２】請求項２の発明によれば、Ｘｅの混合比を
５〜５０％にすることにより、ランプの発光効率をより
望ましく向上した高負荷の低圧水銀蒸気放電ランプを提
供することができる。

【００２３】請求項３の発明によれば、Ｘｅの混合比を
１０〜１５％にし、かつランプ電流密度を３．９ｍＡ／
ｍｍ2以上することにより、ランプの発光効率向上を最
適にした高負荷の低圧水銀蒸気放電ランプを提供するこ
とができる。

【００２４】請求項４の発明によれば、請求項１〜３の
構成にさらに蛍光体層を具備したことにより、可視光を
向上した高負荷の低圧水銀蒸気放電ランプを提供するこ
とができる。

【００２５】ることができる。

【００２６】請求項５の発明によれば、請求項１〜４の
いずれか一記載の構成のランプを具備した効率的な機器
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低圧水銀蒸気放電ランプの一実施例を
示す断面図である。

【図２】高負荷の低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、水
銀枯渇現象が発生している状態を示す光ＣＴ診断画像を
示す図である。

【図３】Ｘｅの混合比を変化した場合の相対発光効率の
変化を示す図である。

【図４】本発明の低圧水銀蒸気放電ランプを組み込んだ
機器の概念図である。

【符号の説明】

１１透光性気密容器１２電極１４蛍光体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性気密容器と；Ｘｅを５％以上含む
希ガスおよび水銀を有してなり、上記容器内に封入した
可電離性媒体と；上記容器内にアーク放電を形成するよ
うに配設された電極と；を具備し、作動時における前記容器の単位断面積当りのランプ電流
密度が３．５ｍＡ／ｍｍ2以上であることを特徴とする
低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項２】透光性気密容器と；Ｘｅを５〜５０％含
む希ガスおよび水銀を有してなり、上記容器内に封入し
た可電離性媒体と；上記容器内にアーク放電を形成する
ように配設された電極と；を具備し、作動時における前記容器の単位断面積当りのランプ電流
密度が３．５ｍＡ／ｍｍ2以上であることを特徴とする
低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項３】透光性気密容器と；Ｘｅを１０〜１５％
含む希ガスおよび水銀を有してなり、上記容器内に封入
した可電離性媒体と；上記容器内にアーク放電を形成す
るように配設された電極と；を具備し、作動時における前記容器の単位断面積当りのランプ電流
密度が３．９ｍＡ／ｍｍ2以上であることを特徴とする
低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項４】前記容器内に形成され、１４７ｎｍの紫
外線によっても励起される蛍光体層を具備したことを特
徴とする請求項１〜３のいずれか一記載の低圧水銀蒸気
放電ランプ。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一記載の低圧水
銀蒸気放電ランプを組み込んだことを特徴とする機器。