JPH0877966A

JPH0877966A - 低圧水銀蒸気放電ランプおよび放電ランプ点灯装置ならびに照明装置

Info

Publication number: JPH0877966A
Application number: JP20727594A
Authority: JP
Inventors: Miho Saito; 美保斉藤
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】電極の構成を総体的に見直すことで、長寿命
で始動性を損なうことのない蛍光ランプなどの低圧水銀
蒸気放電ランプおよびこの低圧水銀蒸気放電ランプの点
灯装置ならびに照明装置を提供することを目的とする。【構成】バルブ１の端部に封着されたマウント６のリ
ード線５、５に継線された三重巻きしてなるフィラメン
トコイル４およびこのコイル４に担持された熱電子放射
性物質９からなる電極３を備え、上記電極３はフィラメ
ントコイル３の二次コイル４６部分の１ターン当りの熱
容量を１．８〜３．０×１０^-5 Ｊ（ジュール）／Ｋ
（ケルビン）とした低圧水銀蒸気放電ランプＬおよびこ
のランプＬの点灯装置ならびに照明装置。【効果】電極のスポット温度を下げて熱電子放射性物
質の飛散消耗を低減し、長寿命の低圧放電ランプを提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は広告などのディスプレイ
用や高所の照明器具などに使用されるのに適する、蛍光
ランプに代表される低圧放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】低圧放電ランプ、たとえば蛍光ランプは
屋内の照明用だけでなく、屋外の広告表示用や街路灯用
などに多く使用されている。このようなたとえば屋外で
使用される蛍光ランプは、使用場所が高所であるとか、
足場が悪いとか、表示に多数本を必要とするなどのこと
があり、これら点灯器具のランプ交換には人、作業時間
などを多く要しメンテナンスに労力がかかり、また、そ
の作業が困難であるなどの問題があった。

【０００３】そこで、これら器具に使用されるランプは
一般のランプより長寿命（１００００時間以上の寿命）
で、ランプ交換の時期を長引かせることができるメンテ
ナンス作業の容易化ができるランプが望まれている。

【０００４】この蛍光ランプの構成は、内面に蛍光体膜
が形成されたガラスバルブの両端にタングステン線を二
重または三重に巻回したフィラメントコイルからなる熱
陰極の電極が設けられているとともに、このバルブ内に
は放電を容易にするためのアルゴンガスなどの希ガスと
適量の水銀が封入されている。また、このコイルには熱
電子放射性物質（エミッタ）が塗布して担持されてい
る。

【０００５】そして、この蛍光ランプの点灯は、電極に
電流を流してフィラメントコイルを予熱すると、コイル
に担持された熱電子放射性物質から熱電子が豊富にバル
ブ内に放出され、この熱電子が反対側の電極の高圧に引
かれて移動し容易にアーク放電が始まる。この放電によ
り流れる電子はバルブ内の水銀原子と衝突して紫外線を
発生し、この紫外線によりバルブ内面に塗布されている
蛍光体膜が励起されて可視光線を発光する。この発光は
蛍光体の種類によって、白色、昼光色、青色、桃色など
の種々の色光がランプから放射される。

【０００６】そして、この蛍光ランプはランプ始動時お
よび点灯中、フィラメントコイルに担持されている熱電
子放射性物質が次第に消耗していき、ついには、正常の
電圧では十分な熱電子放射が困難となり、アーク放電の
維持が不可能となってランプは消灯して寿命が尽きる。

【０００７】上記のように蛍光ランプの寿命は、電極の
コイルに塗布して担持されている熱電子放射性物質の蒸
発飛散速度によるところが大きく、この熱電子放射性物
質の担持量および蒸発熱源である電極温度（コイルのス
ポット）によって点灯寿命が決定されるといっても過言
ではない。

【０００８】通常、この蛍光ランプは所定の消費電力に
適合するよう電流と電圧、封入する希ガスの種類や水銀
の量などとともに寿命の観点からも最適な電極の設計が
なされている。そして、蛍光ランプを長寿命化するため
に電極を三重コイル化に担持させる熱電子放射性物質の
付着量を増やしたうえで、さらに、この寿命を延ばすた
めにコイル径を大きくして熱電子放射性物質の付着量を
増量することなどが知られている。また、熱電子放射性
物質の消耗飛散を抑えるため不活性ガスの封入圧力を高
めることも知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
たとえばコイル径を大きくすることは熱電子放射性物質
の付着量を増やすことができるが、ランプに加わる振動
や衝撃などによって付着された電子放射性物質が少しの
力で壊れ落下して、かえって短寿命になってしまう欠点
がある。また、不活性ガスの圧力を高めて蒸発した熱電
子放射性物質の拡散を抑制することは初期光束の低下と
始動電圧の上昇を招くという不具合の発生を伴う。

【００１０】また、高いランプ電流域で使用するランプ
にあっては、スポット温度の低下をもたらし、同様の電
極を低いランプ電流域で使用したランプではスポット温
度の低下に伴って、陰極降下電圧の上昇を引き起こす。

【００１１】また、従来の二重コイルではスポット温度
が１０００〜１０５０℃程度が最適とされていた。三重
コイルにおいてもこの温度が最適と信じられていて、こ
れに合わせ設計されていたが熱電子放射性物質の消耗が
多く短寿命傾向にあった。

【００１２】その原因が二重コイルと三重コイルとの間
に何か相違点があるとみて、本発明者は電極のコイルお
よびこのコイルに担持させる熱電子放射性物質の関係に
ついて種々検討を行った。そして、電極のコイル径やコ
イルに担持させる電子放射性物質の付着量ももちろん関
係するが、いままで誰も考えつかなかった新規な着眼点
に基づき、電極が備えておくべき好ましい新規の構成を
見出し、この新規な構成を付加することによって、長寿
命でしかも始動性のよいランプが得られることを見い出
した。

【００１３】本発明は、電極の構成を総体的に見直すこ
とで、長寿命で始動性を損なうことのない蛍光ランプな
どの低圧水銀蒸気放電ランプおよびこの低圧水銀蒸気放
電ランプの点灯装置ならびに照明装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の低圧水銀蒸気放電ランプは、ガラスバルブと、このバ
ルブの端部に封着されたリード線を有するマウントと、
このリード線に継線された三重巻きしてなるフィラメン
トコイルおよびこのコイルに担持された熱電子放射性物
質からなる電極と、上記バルブ内に封入された水銀およ
び１〜５トールのガスとを具備した放電ランプにおい
て、上記電極はフィラメントコイルの二次コイル部分の
１ターン当りの熱容量が１．８〜３．０×１０^-5Ｊ（ジ
ュール）／Ｋ（ケルビン）であることを特徴としてい
る。

【００１５】本発明の請求項２に記載の低圧水銀蒸気放
電ランプは、電極のフィラメントコイル部分に担持され
た電子放射性物質量が二次コイル部分１０ｍｍ当り２．
８〜４．０ｍｇであることを特徴としている。

【００１６】本発明の請求項３に記載の低圧水銀蒸気放
電ランプは、ランプのランプ電流が３５０〜５００ｍＡ
であることを特徴としている。

【００１７】本発明の請求項４に記載の放電ランプ点灯
装置は、請求項１〜３項のいずれかの項に記載の低圧水
銀蒸気放電ランプと、この放電ランプを商用周波数で点
灯する安定化回路とを有することを特徴としている。

【００１８】本発明の請求項５に記載の照明装置は、装
置本体と、この本体に装着された請求項４に記載の放電
ランプ点灯装置を具備していることを特徴としている。

【００１９】

【作用】電極の熱容量を従来知られているランプに用い
られているよりも大きくした。その結果、高いランプ電
流を有するランプにあってはそのスポット温度の低下を
もたらし、また、低いランプ電流のランプにあってはス
ポット温度のさらなる低下とともに陰極降下電圧の上昇
を引起こす。この場合、コイルの設計によっては陰極降
下電圧の上昇に伴ってスポット温度が逆に高くなる。

【００２０】本発明は電極を総体的に一つのものとして
みて、その熱容量を適切な範囲とすることによって、点
灯時の温度を制御するとともに過剰の熱電子放射性物質
の落下などのない、特性の向上したランプが得られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は低圧放電ランプたとえば直管形の蛍光ラン
プＬの一部断面正面図、図２〜図５はフィラメントコイ
ルを示し、図２と図３はフィラメントコイルの製造過程
における説明図、図４は三重コイルの完成図、図５は完
成したコイルに熱電子放射性物質を塗布した後の状態を
示す部分拡大図である。

【００２２】この蛍光ランプＬは、直管形のガラス管バ
ルブ１の両端にはそれぞれステム２に電極３を備えたマ
ウント６が封着され封着部７、７（以上同じ構成である
ので一方のみを示す。）を形成している。また、バルブ
１の内壁面にはたとえば青色、緑色、赤色に発光領域を
有する蛍光体を混合した３波長形蛍光体層８が塗布形成
されているとともに、このバルブ１内にはＡｒ（アルゴ
ン）などの希ガスと水銀とが封入されている。

【００２３】そして、上記マウント６の電極３、３はタ
ングステン製のフィラメント線４１を三重に巻回した三
重コイル４からなりステム２、２に植設されたリード線
５、５に加締めなどの手段で継線されている。

【００２４】この電極３、３を構成する三重コイル４
は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように太目の芯線４２と
タングステン線からなる細目の芯線４３とを平行直線上
に密着せしめた上にタングステン製フィラメント線４１
を巻回して一次コイル４４を形成する。そして、この一
次コイル４４を図３に示すように二次芯線４５に巻回し
て二次コイル４６を形成しする。さらに，この二次コイ
ル４６を三次芯線（図示しない。）に巻回して、一方の
一次芯線４３を残して他の芯線４２、４５（図示しない
三次芯線を含む。）などは引抜くか、混酸液中に浸漬し
て除去するなどして図４に示す三重コイル４を形成す
る。なお、４７は三重コイル４端部のレグ部で二次コイ
ルの状態で、このレグ部４７、４７がリード線５、５に
継線される。そして、このこの三重コイル４にはバリウ
ムＢａ、ストロンチウムＳｒ、カルシウムＣａの酸化物
を主体とする熱電子放射性物質９が付着担持させてあ
る。（図５は二次コイル４６部分の一部を拡大して示
す。）この熱電子放射性物質９の形成は、三重コイル４を上記
熱電子放射性物質の炭酸化物溶液中に浸漬して、一次芯
線４３が残っている一次コイル４４（巻回ターン内およ
びピッチ間）部分および二次コイル４６で形成される空
隙内（巻回ターン内およびピッチ間）に毛管現象を利用
して熱電子放射性物質を塗布、乾燥させることによって
行われる。そして、ランプＬの排気工程において電極
３、３を高周波などによって加熱しコイル４に被着した
熱電子放射性物質を分解させて酸化物とする。

【００２５】さらに、具体例について説明すると、ラン
プＬは直管形のＦＬ４０Ｗ形の定格電流が４２０ｍＡ、
ガラス管バルブ１は全長が約１２００ｍｍ、外径が約２
８．０ｍｍの大きさで、バルブ１内には希ガスとしてＡ
ｒ（アルゴン）が２．４〜３．０トールと水銀とが封入
されている。

【００２６】上記電極３、３を構成する三重コイル４お
よび熱電子放射性物質９は下記のような構成とした。

【００２７】タングステン製フィラメント線径約０．０１８ｍｍ、一次コイル４４部分の全長が約１１８ｍｍ、ピッチが約０．０７ｍｍ、（約１４３ターン／ｃｍ）内径が長辺側約０．１４ｍｍ、二次コイル４６部分の全長が約３２．２ｍｍ、ピッチが約０．３５ｍｍ、（約２８．６ターン／ｃｍ）内径が約０．８２ｍｍ、三重コイル４部分の全長が約３．２ｍｍ、ピッチが約０．８ｍｍ、（約１２．５ターン／ｃｍ）内径が約０．８２ｍｍ、そして、この三重コイル４の二次コイル４６で覆われる
部分で上記の一次コイル４４の内部に残されている芯線
４３部分を除くコイル内およびコイルのピッチ間部分の
空間内にはバリウムＢａ、ストロンチウムＳｒ、カルシ
ウムＣａの酸化物などからなる熱電子放射性物質９を付
着担持させた。この熱電子放射性物質９の担持量は二次
コイル４６部分１０ｍｍ当り約３．４ｍｇである。

【００２８】このとき図５に示す電極３の二次コイル４
６で形成される１ターン内の熱容量は２．６×１０^-5
Ｊ／Ｋ（ジュール／ケルビン）としてある。そして、こ
の二次コイル４６の１ターン当たりの熱容量（Ｈｃａ
ｐ）は、次の式より求められる。Ｈｃａｐ＝（Ｍｗ×ＳＨｗ＋Ｍｍｉｘ×ＳＨｍｉｘ）◎ ここで、Ｍｗはタングステン線４１の重量（ｍｇ）、Ｓ
Ｈｗはタングステン線４１の比熱、Ｍｍｉｘは熱電子放
射性物質７の重量（ｍｇ）、ＳＨｍｉｘは熱電子放射性
物質９の比熱である。

【００２９】（なお、この熱容量の測定は、比熱の測定
方法に準じ、比熱は相対断熱法の比熱測定装置で求め
た。この測定装置は熱的に絶縁してあるタングステン線
およびバリウムＢａ、ストロンチウムＳｒ、カルシウム
Ｃａの酸化物などに一定電気エネルギを与え、試料が一
定温度上昇する時間から、比熱を測定するものであ
る。）このような構成の蛍光ランプＬを点灯試験した
ところ、電極２のスポット温度は９５０〜１０００℃で
従来の約１０５０℃に比べて５〜１０％低下し、熱電子
放射性物質９の蒸発飛散も遅延されるようになったり、
陰極降下電圧は従来と同程度であるから従来のランプが
８０００時間で１０本中５本が熱電子放射性物質がなく
なり不点となったのに対して、本発明のランプは１２０
００時間で１０本中５本が不点となったが、不点の原因
は熱電子放射性物質の消耗やフィラメントコイルの断線
ではなかった。

【００３０】そこで、本発明者は数種の品種のランプ
（ランプ電流が３５０、４２０、５００ｍＡのもの）に
ついて、電極３の熱容量の数値を種々変化させて、その
寿命特性を試験した。（バルブは同一のものを使用し、
電極３の熱容量の変化はコイル寸法などを変えた。）その結果を、横軸に熱容量（Ｈｃａｐ＝Ｊ／Ｋ（ジュー
ル／ケルビン））を、縦軸にランプ寿命に関係する電極
のスポット温度（℃）とを対比した図６に示す。図中、
□○△はランプ電流が５００、４２０、３５０ｍＡのラ
ンプ寿命を示し、空白印のものは１００００時間以上の
寿命を得たもの、黒塗印は寿命が１００００時間に満た
ないものである。

【００３１】この図６を要約するとランプ電流が４２０
ｍＡ（○印）、５００ｍＡ（□印）のランプ（従来品に
相当）の電極３の二次コイル４６の１ターン当たりの熱
容量（Ｈｃａｐ）は１．４×１０^-5Ｊ／Ｋ程度であ
り、大体においてスポット温度が１０００℃以上と高
い。なお、ランプ電流が３５０（△印）のランプは電極
温度が９５０℃以下と低くても寿命が短くなったのは、
陰極降下電圧が大きくなって、電界を付与してイオン化
しないと放電維持ができなくて（スパッタが多く）寿命
が短くなったものと考えられる。

【００３２】これに対して、熱容量（Ｈｃａｐ）を１．
８〜３．０×１０^-5Ｊ／Ｋとすれば各ランプ（電流５
００、４２０、３５０ｍＡ）のスポット温度が従来に比
べ５〜１０％低下できて、殆どのランプＬが１００００
時間以上の長寿命となった。また、点灯時の陰極降下電
圧（ＶＫ）は１１〜１５ボルト（Ｖ）位であるためイオ
ン衝撃によるスパッタは無視できる程度にまで減少し
た。

【００３３】そして、上記の熱容量（Ｈｃａｐ）が１．
８×１０^-5Ｊ／Ｋ未満であるとスポット温度が高くな
って、１００００時間以上の寿命が得られない。また、
逆に熱容量（Ｈｃａｐ）が３．０×１０^-5Ｊ／Ｋ以上
であると、これは熱電子放射性物質９の付着量が多過ぎ
ることで、熱電子放射性物質９の分解に時間がかかり製
造における時間を多く要したり、未分解分が残留してス
ネーキング現象などの不具合を生じた。また、ランプに
振動や衝撃が加わったときなどにフィラメント線４１の
表面などから熱電子放射性物質９の破片がバルブ１内に
落下して、熱電子放射性物質９の付着量を減らして短寿
命化となったり、ランプＬの外観を低下したりすること
があり好ましくない。また、熱電子放射性物質９の付着
量が多すぎるということは、電極の熱電導性が非常に悪
くなるため、かえってスポット温度が高くなる。

【００３４】なお、この熱容量（Ｈｃａｐ）を２．０〜
２．８×１０^-5Ｊ／Ｋ程度とすれば寿命特性的にも、
付着強度的にも良好なものが得られる。

【００３５】また、上記電極３の二次コイル部分に塗布
された熱電子放射性物質９の担持量は二次コイル４６部
分１０ｍｍ当り２．８〜４．０ｍｇ有ればよかった。

【００３６】上述したように、蛍光ランプの寿命は電極
のスポット温度で決定されるが、本発明は電極の熱容量
を規制すことによって好適なスポット温度を得て、熱電
子放射性物質の蒸発・飛散速度を遅延なさしめてランプ
の長寿命化がはかれたものである。

【００３７】そして、この蛍光ランプＬは商用周波数で
点灯する安定化回路を有する低圧水銀放電ランプ点灯装
置で点灯させることができる。これはたとえば図７に示
すように、筐体Ｂ内に反射体Ｒ、前面ガラスなどの制光
体Ｇやソケット（図示しない。）などを備えた装置本体
に上記の蛍光ランプＬ、Ｌ、…および安定化回路を有す
る点灯装置Ｃを装着して構成した照明器具Ｔなどの照明
装置として汎く使用することができる。

【００３８】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。たとえば、ランプは蛍光ランプに限らず、紫外線放
射用などのランプでもよい。また、水銀を封入しない希
ガス発光によるランプなど他の低圧放電ランプにも適用
できる。また、バルブの形状は直管形に限らずＵ字形、
Ｗ字形、環形などに屈曲してあってもよい。

【００３９】また、三重コイルに保持される熱電子放射
性物質は上記に記載の（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）Ｏに限ら
ず、Ｂａ−Ｍ−Ｏ（Ｍ；Ｔａ、Ａｌ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ）、
Ｂａ−Ｃａ−Ｍ−Ｏ（Ｍ；Ｔａ、Ａｌ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ）
などやこれらを組合わせたものあるいはＡｌ₂Ｏ₃、Ｚ
ｒＯ₂、Ｓｒ₂Ｏ₃などを少量添加したものなどであっ
てもよい。

【００４０】また、電極を構成するフィラメントコイル
からなるタングステン線と熱電子放射性物質の材料とは
その比熱が異なるが、熱電子放射性物質の担持量に応じ
てフィラメントコイルの径、巻数やピッチなどの構成寸
法を適宜決めればよい。

【００４１】さらに、本発明は実施例において電極を設
けたステムをバルブ端部に封着したランプについて述べ
たが、これらステムを用いずに電極を支持したリード線
をバルブに直接封着したランプであってもよい。

【００４２】さらにまた、ランプに封入する希ガスはＡ
ｒに限らず、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅなどを単独あるいは混合
したガスであってもよく、これもランプ特性に合わせ、
混合比や封入圧を適宜決めればよい。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、い
ままで誰も着想しえなかった電極の熱容量に着目して寿
命について検討した結果、好結果が得られたもので、そ
の熱容量を限定することにより、電極のスポット温度を
下げて熱電子放射性物質の飛散消耗を低減し、長寿命の
低圧放電ランプを提供できる。

【００４４】また、屋外などに設置されランプ交換作業
が容易でない表示装置などにおいては、長期に亘りラン
プ交換などの必要がないので、保守なども容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直管形の蛍光ランプ（低圧放電ラン
プ）の実施例を示す一部断面正面図である。

【図２】図１のランプに使用されるフィラメントコイル
の製造工程途中の一次コイルの一部を拡大して示し、図
２（ａ）は側面断面図、図２（ｂ）は正面図である。

【図３】図１のランプに使用されるフィラメントコイル
の製造工程途中の二次コイルの一部を拡大して示す正面
断面図である。

【図４】図１のランプに使用される三重コイルを示す一
部断面正面図である。

【図５】図４の三重コイルの一部を拡大して示す正面図
である。

【図６】電極の熱容量とスポット温度との関係を対比し
て示すグラフである。

【図７】本発明の照明装置の実施例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

Ｌ：蛍光ランプ（低圧水銀放電放電ランプ）１：バルブ３：電極４：三重コイル（三重巻きしてなるフィラメントコイ
ル）４１：フィラメント線４４：一次コイル４６：二次コイル６：マウント９：熱電子放射性物質

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスバルブと；このバルブの端部に封
着されたリード線を有するマウントと、このリード線に
継線された三重巻きしてなるフィラメントコイルおよび
このコイルに担持された熱電子放射性物質からなる電極
と；上記バルブ内に封入された水銀および１〜５トール
のガスと；を具備した放電ランプにおいて、上記電極はフィラメントコイルの二次コイル部分の１タ
ーン当りの熱容量が１．８〜３．０×１０^-5Ｊ（ジュー
ル）／Ｋ（ケルビン）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】電極のフィラメントコイル部分に担持さ
れた電子放射性物質量が二次コイル部分１０ｍｍ当り
２．８〜４．０ｍｇであることを特徴とする請求項１に
記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項３】ランプのランプ電流が３５０〜５００ｍ
Ａであることを特徴とする請求項１に記載の低圧水銀蒸
気放電ランプ。
【請求項４】請求項１〜３項のいずれかの項に記載の
低圧水銀蒸気放電ランプと、この放電ランプを商用周波
数で点灯する安定化回路とを有することを特徴とする放
電ランプ点灯装置。
【請求項５】装置本体と、この本体に装着された請求
項４に記載の放電ランプ点灯装置を具備していることを
特徴とする照明装置。