JPH1125909A - 希ガス放電灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な発光効率を持ち、移動縞の影響を軽減
した希ガス放電灯装置を得る。 【解決手段】 両端に電極６、７を有するガラスバルブ
２の内部にネオンを主体とした希ガスを１５Torr以上の
封入圧力で封入し、ネオンが放射する光を利用する希ガ
ス放電灯１と、高周波交流インバータ１２と整流素子１
１により上記電極６、７間に半波整流波形の電圧を印加
する点灯回路１４とで希ガス放電灯装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はイメージスキャナ
の原稿読取などに用いられる希ガス放電灯装置、特にネ
オン陽光柱の赤色発光を利用する希ガス放電灯装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ネオン陽光柱の赤色発光を利用する希ガ
ス放電灯装置は、高輝度で温度依存性が少ないことから
モノクロのイメージスキャナや光学式文字読取機用光源
などに用いられることがある。図５は例えば特開平４−
３４５７９４号公報に示されたこの種の希ガス放電灯装
置の構成図であり、一部を切り欠いてその構成を示すも
のである。同図において、１は希ガス放電灯、２は希ガ
ス放電灯１を構成するガラスバルブ、３はこのガラスバ
ルブ２の内面に形成された反射膜、４はこの反射膜３上
に形成された蛍光体層である。そして蛍光体層４と反射
膜３のガラスバルブ２の長手方向に沿った共通の箇所に
は、これら蛍光体層４と反射膜３が塗着されていないア
パーチャ開口部５がガラスバルブ２の一面に露呈して形
成されている。６はガラスバルブ２の両端に設けた電極
のうち、一方の熱陰極として動作するフィラメント型の
電極であり、タングステンフィラメントコイルの表面
に、バリウムなどアルカリ土類金属の酸化物で構成され
た電子放射物質が塗布されている。７は他方の陽極とし
て動作する棒状の電極である。なお上記ガラスバルブ２
内にはネオンやキセノンなどの希ガスが数Torr封入され
ている。また上記フィラメント型の電極６の両端には、
リード線を介して予熱電源８が接続されており、この陰
極側のリード線の一方と陽極側のリード線には、ダイオ
ード１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄからなるダイオー
ドブリッジ回路１０が接続され、さらにこのダイオード
ブリッジ回路１０には、その入力側の一端に接続された
電流制限素子９を介して高周波交流正弦波電圧を発生す
る通常の高周波交流インバータ１２が接続されている。
そしてこのインバータ１２とダイオードブリッジ回路１
０と電流制限素子９とで希ガス放電灯１の点灯回路１４
が構成されている。１３はインバータ１２を駆動するた
めの直流電源である。

【０００３】次に動作について説明する。上記のように
構成された希ガス放電灯装置においては、希ガス放電灯
１のガラスバルブ２の両端の電極のうち、一方の陰極と
して動作する電極がフィラメント型の電極６、他方の陽
極として動作する電極が棒状の電極７となるように接続
されており、点灯回路１４により希ガス放電灯１に全波
整流波形の点灯電圧が印加される。即ち、インバータ１
２からの高周波交流出力は、電流制限素子９を介してダ
イオードブリッジ回路１０によって全波整流され、希ガ
ス放電灯１の棒状の電極７とフィラメント型の電極６の
間に印加される。そしてガラスバルブ２内に封入された
希ガスの放射する光が蛍光体層４により可視光に変換さ
れ、この光がアパーチャ開口部５から取り出されて使用
される。あるいは、希ガスがネオンの場合はネオンの放
射する光が直接アパーチャ開口部５から取り出されて使
用される。

【０００４】このような希ガス放電灯装置においては、
放電灯の長さ方向に明部と暗部が交互に発生し、電極の
一方から他方に流れているように見える移動縞が発生す
ることがある。このような移動縞の発生は、ネオンに限
らず、キセノン、クリプトン、アルゴンなど他の希ガス
でも発生するが、ネオン以外の希ガスでは高輝度の可視
光放射が得られないので、通常は前述のように蛍光体層
４を設けて、希ガスから放射される紫外線で蛍光体を励
起して可視光を得ているため、移動縞が発生しても、蛍
光体層等により拡散され、その影響が抑制される。これ
に対して、ネオンの場合はネオンの発する光を直接利用
するため、上記移動縞が特に顕著に影響する。しかしな
がら、図５に示す希ガス放電灯装置において、希ガス放
電灯１に印加される全波整流波形の電圧は直流であり、
発生する上記移動縞は静止せず、常に高速で陽極側から
陰極側に流れる。従って、イメージスキャナや光学式文
字読取機用光源などに用いた場合、読み取りに一定時間
積分すれば、移動縞の影響は抑制され、放電灯全長方向
に亘って一様な輝度とみなすことができる。

【０００５】また別の従来例として特公昭６３−２９９
２９号公報において、高周波点灯においても直流放電の
場合のように移動縞の発生する限界電流が存在すること
が示されており、移動縞の発生を抑制するために、ネオ
ンの封入圧力に対応した限界電流以上の大電流で点灯す
ることが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の希ガス放電灯装
置は以上のように構成されており、全波整流点灯をした
場合、移動縞は静止せず常に移動するが、移動縞自体は
存在しているためイメージスキャナなどの読取速度を高
速化してゆくと、読取に影響する場合があり、原稿に照
射される光量が一定とならず、原稿を正しく読みとれな
いという問題点があった。

【０００７】また限界電流以上の電流で高周波点灯する
場合、数百ｍＡから数Ａ程度の大きな電流を流す必要が
あった。このため管径が数ｍｍから１０ｍｍ程度の細い
放電灯の場合、ガラス管が発熱により高温になるため使
用困難であった。また希ガスの封入圧力を高くすると移
動縞の限界電流を下げることができるが、発光効率が低
下して十分な性能が得られないという問題点があった。

【０００８】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたもので、ネオンの放射する光を利用する希ガス
放電灯装置において、良好な発光効率を持ち、かつ移動
縞の影響が軽減できる希ガス放電灯装置を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の３１の構成に
係る希ガス放電灯装置は、両端に電極を有するガラスバ
ルブの内部にネオンを主体とした希ガスを１５Torr以上
の封入圧力で封入し、ネオンが放射する光を利用する希
ガス放電灯と、高周波交流インバータと整流素子により
上記電極間に半波整流波形の電圧を印加する点灯回路と
を備えたものである。

【００１０】また、この発明の第２の構成に係る希ガス
放電灯装置は、少なくとも一方の上記電極を、ＢａＯ、
ＣａＯ、ＳｒＯから選択された第１の成分と、ＺｒＯ
₂ 、ＴｉＯ₂ から選択された第２の成分と、Ｖ₂Ｏ₅、Ｎ
ｂ₂０₅、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｓｃ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｄｙ
₂Ｏ₃、Ｈｏ₂Ｏ₃、Ｈｆ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃ 、ＷＯ
₃ から選択された第３の成分とを含有する電極材料で構
成される複合セラミック電極としたものである。

【００１１】また、この発明の第３の構成に係る希ガス
放電灯装置は、上記複合セラミック電極を、一部分が炭
化物であり、かつ電極材料を顆粒成形したものが放電に
さらされる構造としたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による希
ガス放電灯装置を示す構成図である。図において、１は
希ガス放電灯、２は希ガス放電灯を構成する外形１０ｍ
ｍ、肉厚０．５ｍｍのガラスバルブ、３はこのガラスバ
ルブ２の内側に酸化チタンなどの高反射率の材料で形成
された反射膜である。そして反射膜３のガラスバルブ２
の長手方向に沿って反射膜３が塗着されてない幅３ｍｍ
のアパーチャ開口部５がガラスバルブ２面に露呈して形
成されている。６はガラスバルブ２の両端に設けた電極
のうち陰極として動作するフィラメント型の電極であ
る。７は他方の陽極として動作する棒状の電極である。
また上記ガラスバルブ２内にはネオンガスが封入されて
いる。以上で希ガス放電灯１が構成されている。電極６
の両端にはリード線を介して予熱電源８が接続されてい
る。９はコンデンサなどの電流制限素子、１２は高周波
交流インバータである。１１は希ガス放電灯１に並列に
挿入されたダイオードである。１４は高周波交流インバ
ータ１２、電流制限素子９、ダイオード１１から構成さ
れた点灯回路である。１３はインバータ１２を駆動する
ための電源である。

【００１３】次に動作について説明する。上記のように
構成された希ガス放電灯装置においては高周波交流イン
バータ１２で発生した交流正弦波電圧が電極７側に正の
電圧が印加された時には放電灯１にその電圧が印加され
るが、電極７に負の電圧が印加された時にはダイオード
１１によって短絡されているため、放電灯１には電圧が
印加されず、放電灯１に印加される電圧は半波整流波形
となる。そして希ガス放電灯１には印加電圧波形にほぼ
対応した半波整流状の電流が流れる。電圧が印加されて
いる期間には基底状態の原子が電子や他の粒子との衝突
により励起または電離が進む。電圧の印加されないアフ
ターグローの期間になると励起または電離状態にある原
子がもとの基底状態にもどる過程で発光する。

【００１４】図２はガラスバルブ内のネオンのガス圧を
変化させて、電力８Ｗ一定の条件で、全波整流波形で点
灯した場合の輝度と、半波整流波形で点灯した場合の輝
度を比較したグラフである。図中、点線が全波整流波形
で、実線が半波整流波形で点灯した結果である。この図
より全波整流波形で点灯した場合、ネオンの圧力が高く
なると輝度が低くなることがわかる。これに対して半波
整流波形で点灯した場合、１０Torr程度の圧力で輝度は
最小となる特性を示す。この図より半波整流波形で点灯
した場合、数Torrの低い圧力では全波整流波形で点灯し
た場合より輝度が低いが、数十Torrの領域では全波整流
波形で点灯した場合よりかなり高い輝度が得られること
が分かる。

【００１５】半波整流点灯で高い輝度を示す数十Torrの
発光を調べると、電流の流れていないアフターグローの
期間にかなり強い発光がある。この現象は電圧が印加さ
れている期間にネオンの基底状態の原子が励起、電離し
たものが、電圧の印加されていない期間に再びもとの基
底状態に戻る課程で発光するためであると考えられる。
特にネオンの場合は圧力が高くなるとネオンの２原子分
子イオンが多量に発生するので、このイオンが元の２個
のネオン原子に戻る際の発光の影響が大きいと考えられ
る。

【００１６】図３は図２と同じ条件で点灯した場合の移
動縞の程度を示したもので、暗部の明部に対する輝度の
比率を示したものである。図中、点線が全波整流波形点
灯、実線が半波整流で点灯した結果である。図におい
て、５０％は移動縞の暗部が明部の半分の輝度であるこ
とを示す。また１００％は移動縞が全く見られないこと
を表している。図３より圧力が高いほど移動縞の明暗の
差が小さくなることが分かる。また半波整流波形で点灯
した場合、全波整流波形で点灯した場合に比べて移動縞
の明暗の差が小さくなり移動縞が軽減されることが分か
る。この現象は電流波形の違いにより電子密度などに違
いができるためと考えられる。図２と図３より使用する
上で好ましいネオンの圧力は、全波整流に対して効率の
差が顕著になり、かつ暗部と明部の比率が５０％以上に
なる１５Torr以上が望ましい。

【００１７】なお上記実施の形態１では電流正弦素子９
としてコンデンサを使用しているが、抵抗やコイルなど
を使用しても良い。また半波整流波形を得るためにダイ
オード１１を希ガス放電灯１に並列に挿入しているが、
直列に挿入するなどの方法でも良い。

【００１８】また、上記実施の形態１では電圧がほぼ０
となり放電が停止し、アフターグローの期間を生じさせ
る手段として、インバータとダイオードを用い、小型で
最も簡単に、かつ安価に実現できる半波整流電圧波形を
利用したが、電圧波形は特に半波整流波形に限るもので
はなく、電圧がほぼ０となる期間を有するパルス状の電
圧波形であっても良い。

【００１９】また、上記実施の形態１では放電灯１内に
ネオンガスを単独で封入するものを示したが、ネオンを
主体とした混合ガスを封入するものであってもよい。

【００２０】実施の形態２．次に図１に示した希ガス放
電灯装置に対して、陰極として動作する電極６に複合セ
ラミック電極を用いた希ガス放電灯について説明する。
図４は本実施の形態２による希ガス放電灯装置における
複合セラミック電極を示す拡大断面図である。図におい
て、２は管径５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、長さ３８０ｍｍ
のガラスバルブ、６は複合セラミック型の電極であり、
ＢａＯを１モル、ＺｒＯ₂ を０．８モル、Ｔａ₂Ｏ₃を
０．１モルの割合で混合し、大気中で１２００℃１時間
焼成を行い、Ｂａ（Ｚｒ，Ｔａ）Ｏ₃ を合成した。この
後、微粉砕を行い、この粉末を金型で加圧成形し、成型
品を大気中１５００℃で焼結し、有底円筒状容器１５に
した。さらに上記粉末に適量のポリビニルアルコールを
加えて混練、乾燥後、これを加圧成形し、再び粉砕して
顆粒として、この顆粒粉末を上記有底円筒状容器に充填
した。これを炭素雰囲気で１５００℃３０分加熱して、
顆粒粉末の表面に炭化膜を形成した。炭化膜はＴａＣで
あった。１６はこのように成形した顆粒粉末である。有
底円筒状容器１５は金属製支持体１７で支持し、リード
線に接続されている。ガラスバルブ２内にはネオンガス
が封入されている。この希ガス放電灯は予熱電源を必要
とせず、放電開始時には冷陰極であり、点灯中は熱陰極
として動作する。この複合セラミック電極６は電極損失
がフィラメント型の電極と同程度でありながら最小３ｍ
ｍ程度の細管に適用することができ、イメージスキャナ
などの光源に適している。この希ガス放電灯にネオンを
６０Torr封入した放電灯を図１に示された点灯回路１４
で点灯した場合、放電灯電流２６ｍＡで１２Ｗ入力のと
き管面輝度３８０００cd／ｍ² の高輝度、高効率を示
し、移動縞の暗部と明部の輝度比は約９５％という良好
な特性であった。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明の第１の構成に
よれば、両端に電極を有するガラスバルブの内部にネオ
ンを主体とした希ガスを１５Torr以上の封入圧力で封入
し、ネオンが放射する光を利用する希ガス放電灯と、高
周波交流インバータと整流素子により上記電極間に半波
整流波形の電圧を印加する点灯回路とで希ガス放電灯装
置を構成したので、電流が流れない期間のアフターグロ
ーの発光が発生して圧力を高くしたことによる効率低下
を防止し、良好な効率を維持できるとともに、小電力で
も移動縞の明部と暗部の差を減少させた希ガス放電灯装
置を得ることができる。また、点灯回路を高周波交流イ
ンバータと整流素子により構成することにより、希ガス
放電灯を点灯する際のノイズを軽減し、かつ点灯回路を
低コストで実現できる。

【００２２】また、この発明の第２の構成によれば、上
記放電灯の、少なくとも一方の電極を、ＢａＯ、Ｃａ
Ｏ、ＳｒＯから選択された第１の成分と、ＺｒＯ₂ 、Ｔ
ｉＯ₂から選択された第２の成分と、Ｖ₂Ｏ₅、Ｎｂ
₂０₅、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｓｃ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂
Ｏ₃、Ｈｏ₂Ｏ₃、Ｈｆ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃ 、ＷＯ₃
から選択された第３の成分とを含有する電極材料で構
成される複合セラミック電極としたので、電極が小型化
でき、細管でも高効率、高輝度で移動縞の影響が少ない
希ガス放電灯装置を得ることができる。

【００２３】また、この発明の第３の構成によれば、上
記複合セラミック電極を、一部分が炭化物で、かつ電極
材料を顆粒成形したものが放電にさらされる構造とした
ので、安定して高輝度の希ガス放電灯装置を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による希ガス放電灯
装置を示す構成図である。

【図２】 この発明の希ガス放電灯装置と従来の希ガス
放電灯装置における希ガス封入圧力と輝度の関係を示す
図である。

【図３】 この発明の希ガス放電灯装置と従来の希ガス
放電灯装置における希ガス封入圧力と移動縞の程度の関
係を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による希ガス放電灯
装置における複合セラミック電極を示す拡大断面図であ
る。

【図５】 従来の希ガス放電灯装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 希ガス放電灯、２ ガラスバルブ、３ 反射膜、４
蛍光体層、５ アパーチャ開口部、６ 陰極、７ 陽
極、８ 予熱電源、９ 電流制限素子、１０ダイオード
ブリッジ、１１ ダイオード、１２ 高周波インバー
タ、１３ 直流電源、１４ 点灯回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に電極を有するガラスバルブの内部
   にネオンを主体とした希ガスを１５Torr以上の封入圧力
   で封入し、ネオンが放射する光を利用する希ガス放電灯
   と、高周波交流インバータと整流素子により上記電極間
   に半波整流波形の電圧を印加する点灯回路とを備えたこ
   とを特徴とする希ガス放電灯装置。
2. 【請求項２】 少なくとも一方の電極は、ＢａＯ、Ｃａ
   Ｏ、ＳｒＯから選択された第１の成分と、ＺｒＯ₂ 、Ｔ
   ｉＯ₂ から選択された第２の成分と、Ｖ₂Ｏ₅、Ｎｂ
   ₂０₅、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｓｃ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂
   Ｏ₃、Ｈｏ₂Ｏ₃、Ｈｆ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃ 、ＷＯ₃
   から選択された第３の成分とを含有する電極材料で構
   成される複合セラミック電極であることを特徴とする請
   求項１記載の希ガス放電灯装置。
3. 【請求項３】 複合セラミック電極は、一部分が炭化物
   であり、かつ電極材料を顆粒成形したものが放電にさら
   される構造を有するものであることを特徴とする請求項
   ２記載の希ガス放電灯装置。