JPS6319750A - 低圧放電灯 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低圧放電灯に係り、特に電極間の距離が小さく
、陽極降下電圧がない小形の低圧放電灯に関する。

〔従来の技術〕

従来、電極間の距離が小さい小形の低圧放電灯としては
、特開昭５８−４２１５８号公報に記載の片口金型放電
ランプが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の低圧放電灯は、定常的に陰極を外部から加熱
しながら放電を行うものである。したがって、従来の低
圧放電灯においては、陰極加熱用電源と放電用１１！源
の二個の電源を必要とする問題があった。また、陰極加
熱用電力が定常的に必要なため、効率もそう高くならな
い。

本発明の目的は、陰極の定常的な外部加熱をなくした電
極構成にし、−個の電源だけで点灯できかつ高効率であ
る低圧放電灯を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明者等は陰極と陽極間
の距離が比較的短かく、アルゴンを主成分とした放電用
ガスを使用した低圧放電灯において、種々の検討を行っ
た。その結果、陰極と陽極間の距離を１３ｏｎ＋以下に
すると、陰極を外部から加熱しなくても低電圧で放電で
き、かつ効率のよい低圧放電灯が得られることを発見し
た。

第２図に、陰極と陽極間の距離と放電電圧の関係を示す
。第２図において、曲線Ａは放電用ガスがアルゴン２．
５Ｔｏｒｒ、曲線Ｂはアルゴン２．５Ｔｏｒｒと水銀蒸
気１　、９　Ｘ　１　（１’Ｔｏｒｒの混合ガス。

曲線Ｃはアルゴン２　、５　Ｔｏｒｒと水銀蒸気０．０
９Ｔｏｒｒの混合ガスを使用した場合で、放電電流はす
べて０．３Ａ　である。第２図から明らかなように、放
電電圧は、陰極と陽極間の距離が１３ｍを越えている場
合には高い値であるが、陰極と陽極間の距離が１３＋ｍ
ｍにおいて急激に低下し、陰極と陽極間の距離によらな
い一定の低い値になった。また、放電電圧が急激に低下
する陰極と陽極間の距離は、放電ガスの主成分がアルゴ
ンである場合には、水銀蒸気などが混入されても、放電
電流や放電容器の大きさなどが変化しても、大きくは変
らずほぼ１３＋ｍ＋であった。

一般に、陰極と陽極間の距離が短い低圧放電灯において
は、陽光柱ビラズマが存在しないので放電電圧ＶＬは、
陰極降下電圧をＶＫ、陰極の仕事関数をＷに、陽極降下
電圧をＶ＾１１．陽極の仕事関数をＷ＾とすると、　（
１）式で表わされる。

Ｖｔ、＝　（ＶＫ−ＷＫ）　＋　（ＶＡ＋ＷＡ）　　　
−・＝（１）また、放電電流をＩＬ、陰極降下に伴う光
放射束をΦＫ、陽極降下に伴う光放射束をΦ＾とすると
低圧放電の光放射の効率ηは（２）式で表わせる。

ＶＬＩＬ　　　　（ＶＫ−ＷＸ）＋（ＶＡ＋ＷＡ）・・
・・・・（２） 陽極降下部からの光放射束Φ＾は、陰極降下に伴う光放
射束ΦＫに比較すると、非常に小さく、無視できる程度
である。すなわち、陽極降下電圧Ｖ＾は、放電電圧を高
くし、かつ陽極を加熱して損失となり、光放射の効率を
低下させる原因となっている。

第２図において、陰極と陽極間の距離が１３．ｍｍ以下
において放′ｔｆｉｆｆｉ圧が低下する原因は、プロー
ブ測定などから、陰極降下電圧Ｖ＾が急激に零に近づく
ことによることがわかった。すなわち、陰極と陽極間の
距離が１３ｏｗｎ以下においては、放電電圧は大幅に低
下するが、光放射はほとんど低下せず、したがって高効
率が得られる。

以上のように、アルゴンを主成分とした低圧放電灯にお
いては、陰極と陽極間の距離が１３ｍｍ以下において、
外部から陰極を加熱することなしに低電圧で放電でき、
かつ効率の高い低圧放電灯が得られることがｂかった。

上記の結果は、陽極と陰極を使用した直流放電における
ものであったが、この結果は、交流放電へも直接適用で
きることは自明である。

一般の蛍光灯は陽光柱プラズマを利用しているのに対し
１本発明の低圧放電灯においては陰極近傍のプラズマを
利用している。したがって、本発明の放電灯においては
長時間の点灯によって放電容器の内壁に陰極から飛散し
た電子放射物質が付着し、その結果、光の透過率が低下
し、放電灯の効率が低下しやすい。本発明者等は、第６
図に示したように、陽極２が陰極１を囲むような電極構
成にすると、長時間点灯しても放電容器の光の透過率が
低下せず、高効率を維持できることを発見した。この機
構は以下のようであると思われる。

陰極から飛散した電子放射物質は、アルゴン中を拡散に
よって移動するが、その大部分は放電容器と陰極の中間
に存在する陽極の内面および外面に付着してしまい、放
電容器まで到達できない。したがって、放電容器の透過
率は低下しない。一方。

陰極と陽極間で発生した高エネルギーのプラズマは、円
筒状陽極２の両端から放電容器の空間全体に拡散してゆ
くので、陽極が陰極を囲むような電極構成でも、放電灯
の効率はあまり低下しない。

本発明者等は、また、第７図に示したように、陰極１が
陽極２を囲むような電極構成にすると、長時間点灯して
も放電容器の光の透過率が低下せず、高効率を維持でき
ることを発見した。上記の電極構成による高効率の維持
の８！構は、以下のようであると思われる。すなわち、
陰極から飛散した電子放射物質は、光のように直進する
のではなく、アルゴン中を拡散によって移動する。した
がって、陰極の近傍に電子放射物質を付着する物体が存
在すると、飛散した電子放射物質の大部分は陰極近傍の
物体に向って拡散してゆき、放電容器への電子放射物質
の移動は少なくなる１本発明の低圧放電灯においては、
陰極に囲まれた構成で存在する陽極が、電子放射物を付
着する物体になっており、陰極から飛散した電子放射物
質の大部分は陽極に付着し、放電容器の内壁への付着量
は小さい、したがって、放電容器の透過率は低下せず、
高効率が維持される。

（２）式から明らかなように、陽極の仕事関数Ｗ＾が小
さくなると、放電灯の効率は増大する。

たとえば、陰極と陽極間の距離は１３ｍａ＋以下、放電
用ガスの主成分はアルゴン、陰極はＢａＯを主成分とし
た電子放射物質を被覆したタングステンコイル、陽極は
ニッケルを使用した本発明の低圧放電灯においては、放
電電圧ｖＬは約１３Ｖと低いのに対して、陽極の仕事関
数Ｗ＾は４．８ｖもあるので、陽極の仕事関数による損
失は放電灯への電気入力の３７％にもなる。したがって
、本発明の低圧放電灯においては、陽極の仕事関数を低
下させることは、効率の改善に特に著しい効果があるこ
とは明白である。

陽極の材料としては、タングステン、タンタルニッケル
などの高融点金属が望ましいが、これらの金属金属の仕
事関数はそれぞれ４．５，４．１゜４．８ｖである。こ
れらの金属の表面にＢａ。

ＢａＯ，Ｌａ　Ｂｅ、ＢａｘＣａＷＯａから選ばれた少
なくとも一種の層を設けると、仕事関数は１．２から２
．０ｖ程度まで低し、その結果低圧放電灯の効率は増大
する。

一般に、陰極にはＢａ○＋　（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）○。

ＢａｘＣａＷＯａ、ＬａＢｅなどからなる熱電子放射物
質が使用される。陰極と陽極間の距離を小さくすると、
陰極から飛散した上記の熱電子放射物質が陽極に付着し
、陽極の仕事関数を低くし、ＢａＯなどの物質を別途に
陽極に被覆しなくても放電灯の効率を高くする。陰極と
陽極間の距離が８ｍ以下になると、陽極への陰極からの
飛散物質の付着が顕著になり、放電灯の効率の改善が顕
著になった。

特に、第６図のように陰極を陽極で囲むような電極構成
や、第７図のように陽極を陰極で囲むような電極構成に
おいては、陰極から飛散した電子放射物質は、効率よく
陽極に付着し、効率の改善が顕著になった。

陰極と陽極間の距離が１３＋ｍ＋以下で、放電用ガスと
してアルゴンと水銀蒸気の混合ガスを使用した低圧放電
灯において、放電容器の内面に種々の蛍光体を塗布して
発光特性を調べた。その結果、従来の蛍光灯に最も多く
使用されている蛍光体である３Ｃａａ（ＰＯａ）ｚ・Ｃ
ａ（Ｆ、ＣＱ）ｚ：　Ｓｂ、Ｍｎや３５ｒｓ（Ｐ　０ｉ
）ｚ−ＳｒＦｚ　：　Ｓ　ｂ　、　Ｍ　ｎ等を使用した
場合には、短時間の点灯によって著しい光束劣化が発生
した。この光束劣化の機構は、必ずしも明確ではないが
、以下のようであると推測される。すなわち、本発明の
低圧放電灯は、一般の蛍光灯のように陽光柱プラズマを
利用しているのではなく、陰極近傍のプラズマを利用し
ている。したがって、プラズマ中には十数ボルトの陰極
降下電圧に伴う高エネルギーの電子が存在し、したがっ
て、放電容器の壁に飛来する光および粒子も高エネルギ
ーを有している。この高エネルギーの光および粒子が蛍
光体を劣化させるものと考えられる。

一方、蛍光体として希土類元素付活蛍光体であるＳｒ○
・ＳｒＦ２・２Ｂｚ○２：　Ｅｕ、５ｒｚＰｚ○７：Ｅ
ｕ、５ｒｓ（Ｐ　０４）３ＣＱ　　：　　Ｅｕ、（Ｓｒ
、Ｃａ）ｓ（Ｐ　Ｃａ）ａＣＱ　：　Ｅｕ、　ＢａＭｇ
ｚＡ　Ｑ　ｔｓｏ２７：　Ｅｕ（Ｂ　ａ、　Ｃａ、　Ｍ
ｇ）ａ（Ｐ　０４）ｓＣＱ　：　Ｅ　１１．　（Ｃｅ、
　Ｔｂ）　ＭｇＡｆｌｔｉ○ｔｓ、ＬａＰＯ４：　Ｃａ
、’ｒｂ、Ｙ２Ｏ３：　Ｅｕ。

Ｙ（Ｐ、Ｖ）０４：　Ｅｕなどを使用すると、光束劣化
は著しく改善された６すなわち、本発明の低圧放電灯に
おいては、希土類元素付活の蛍光体を使用して初めて実
用可能になることがわかった。

上記の放電灯の放電容器としては、加工性９価格などの
点から、釦ガラスあるいはソーダ石灰ガラスが望ましい
。しかし、これらのガラスを使用した場合には、希土類
元素付活の蛍光体を用いても、長時間の点灯によってガ
ラスが黒化し、光束の劣化が発生した。高エネルギーの
粒子がガラスを黒化するとものと思われる。ガラスと蛍
光体の中間に、Ａ　ｎ　２０ａ、　Ｓ　ｉ　０２．　Ｐ
ｘ○ａ、Ｓｂｚ○５゜ＭｇＯの少なくとも一種からなる
緻密なコーティング層を設けると、高エネルギーの粒子
はガラスまで到達せず、ガラスは黒化せず、光束劣化も
小さくなった。

陰極と陽極間の距離が１３１１ｎ以下で、アルゴンと水
銀蒸気の混合ガスを放電用ガスとした低圧放電灯におい
ては、放電プラズマはほぼ球状であった。したがって、
放電プラズマ中で発生した紫外線を、放電容器の内壁に
設けた蛍光体層によって可視に変換する方式の本発明の
低圧放電灯においては、蛍光体への紫外線の照射が均一
になるように放電容器の形状を概略球状にすると、放電
灯の効率は最大になった。

陰極と陽極間の距離が１３１１ｎｍ以下で、放電用ガス
としてアルゴンと水銀蒸気の混合ガスを使用し、放電容
器は内面に蛍光体層を設けた球状ガラスとした低圧放電
灯において、放電容器である球の内径と効率の関係を調
べた。蛍光体は、Ｙ２Ｏ３：ＥｕとＬａＰＯ４：　Ｃｅ
、Ｔｂを６：４の割合で混合したものを使用した。結果
を第３図に示す。放電容器である球の内径が２０ｍｍか
ら６０１１ｎの間において高効率が得られた１球の直径
が２０ａｗｎよりも小さい場合には電極などによる光の
吸収の割合が大きくなり効率が低下し、球の直径が６０
ｍｍ以上においては放電プラズマと放電容器の壁との距
離が大きくなりすぎ、水銀原子による紫外線の吸収が大
きくなり効率が低下するものと思われる。

球状放電容器の内径を３５ｍｍにした上記の低圧放電灯
において、放電灯の最冷部の温度と効率の関係を、温度
２５℃の静止した空気中において調べた。結果を第４図
に示す６通常の蛍光灯における効率は約４０℃で最大に
なるのに対して、本発明の低圧放電灯における効率は最
冷部の温度が６０℃において最大になり、４０℃から９
０℃の範囲において高効率が得られた。

〔作用〕

気密に形成された放電容器内に少なくとも１対の電極と
放電用ガスを封入した低圧放電灯において、放電用ガス
の主成分をアルゴンとし、かつ。

陰極と陽極間の距離を１３ａｍ以下にすると、陽極降下
電圧が生じなくなり、低電圧で放電でき、か４つ効率の
高い放電灯が得られる。

上記の低圧放電灯において、放電用ガスとしてアルゴン
と水銀蒸気の混合ガスを用い、放電容器の内壁に希土類
付活蛍光体を設けると、高効率で光束劣化の小さい放電
灯が得られる。また、上記の低圧放電灯において、蛍光
体と放電容器用ガラスの中間にＡ　Ｑ、ｚ　Ｏａ　＋　
Ｓ　Ｉ　Ｏｘ　ｔ　Ｐ　２０７１　Ｓ　ｂ　２．　Ｏａ
　ｒＭｇ○などの層を設けると、放電プラズマ中で発生
した高エネルギーの粒子がガラスまで到達できず、した
がってガラスの黒化がなくなり、光束劣化が改善される
。

上記の放電灯の陽極にＢ　ａ　＋　Ｂ　ａ　Ｏｔ　Ｂ　
ａ　ｘ　Ｃａ　Ｗ　ｅ　＋ＬａＢｅの少なくとも一種の
層を設けると、陽極の仕事関数が低下し、効率が上昇す
る。

上記放電灯の容器の形状を概略球状にすると、放電容器
の管壁に飛来する紫外線の分布が均一になり、その結果
、放電灯の効率が上昇する。

上記の低圧放電灯において、陰極が陽極を囲むような電
極構成あるいは陽極が陰極を囲むような電極構成にする
と、陰極から飛散した電子放射物質は効率よく陽極に付
着するので、陽極の仕事関数が低下して高効率が得られ
、かつ放電容器への電子放射物質の付着量が小さくなり
、高効率を長時間維持できる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図に示す。第１図において、４
は直径４０ｍｍの球状のソーダ石灰ガラス製の球状の放
電容器で、内面にはＡ　Ｑ　２０３５が塗布されており
、その上にＹ２Ｏ３：ＥｕとＬａＰＯ４：Ｃｅ、Ｔｂを
６：４で混合した希土類元素付活蛍光体の層が設けられ
ている。ＡΩ２０３の層５は、粒径約２０ｍμｍのＡ　
Ｑ　２０３粉を水中に分散させ、これを塗布する方法で
形成した。

球状放電容器４のほぼ中心に、タングステン二重コイル
からなる陰極１が設けられており、陰極１には（Ｂａ、
Ｓ　ｒ、Ｃａ）○を主成分とした熱電子放射物質３が塗
布されている。陽極２は、直径１．２ｍのニッケル捧で
、陽極２の一部は電気絶縁スリーブ７で覆われている。

上記の放電容器に放電用ガスとして２　、５　Ｔｏｒｒ
のアルゴンとの水銀粒を封入した。

上記の放電灯において、陰極１と陽極２の間の距離０を
４胴にして、放電電流０．３Ａで放電したところ、陰極
を外部から定常的に加熱しなくても放電電圧は１３Ｖで
放電でき、かつ効率３４ＱｍＷ−’の高効率低圧放電灯
が得られた。なお、この時の最冷部は封止部８になり、
約５５℃であった。

上記の実施例と同様な低圧放電灯において、陰極と陽極
間の距離０を８ｍにし、かつ陽極の表面にＢ　ａ　ｘ　
Ｃａ　Ｗ　Ｏｓ粉を塗布したところ、上記の実施例とほ
ぼ同一の特性の低圧放電灯が得られたにの実施例のよう
に陰極と陽極間の距離が比較的大きいと、電極の配置組
み立てが簡単であるという利点が生ずる。

本発明の別の実施例を第５図に示す。この実施例の放電
灯においては、陽極２は板状にしており、かつ陰極２に
沿って設けられている。したがって、陽極２は陰極１か
ら飛散した熱電子放射物質を効率よく捕集できるという
利点を有している。

本発明の別の実施例を第６図に示す。内直径９薗長さ７
Ｉの中空ニッケル円筒の陽極２が陰極１を囲むように設
けられている。

上記の放電容器に放電用ガスとして２　、５　Ｔｏｒｒ
のアルゴンとの水銀粒を封入した。

上記の放電灯において、陰極１と陽極２の間の最短距離
Ｑを４ｍにして、放電電流０．３Ａで放電したところ、
陰極を外部から定常的に加熱しなくても放ｆｆｉ？Ｆｔ
圧は１３Ｖで放電でき、かつ効率３１２　ｍＷ−”の高
効率で、さらに高効率が長時間維持できる低圧放電灯が
得られた。なお、この時の最冷部は封止部８になり、約
５５℃であった。

上記の低圧放電灯において、円筒状陽極２を金属製の綱
あるいは小さな穴が多数段けである穴あき金属板にする
と、陰極１と陽極２の間のプラズマから放射される光も
有効に使用でき、さらに高効率が得られる。

本発明の別の実施例を第８図に示す。この実施例の放電
灯においては、陽極２はコイル状をしており、陰極を囲
むようにかつ陰極２に沿って設けられている。この電極
構成は製造が簡単であるという利点がある。

本発明の別の実施例を第７図に示す。

球状放電容器４の中心部に、直径１．２ｍのニッケル捧
からなる陽極２が設けられており、この陽極２を囲むよ
うに陰極１が設けられている。陰極１はタングステンの
三重コイルで、（Ｂａ、Ｓｒ。

Ｃａ　）○を主成分とした電子放射物質３が塗布されて
いる。

上記の放電容器に放電用ガスとして２　、５　Ｔｏｒｒ
のアルゴンとの水銀粒を封入した６ 上記の放電灯において、陰極１と陽極２の間の最短距離
Ｑを２Ｉにして、放電電流０．３Ａで放電したところ、
陰極から飛散した電子放射物質が効率よく陽極に付着し
、陰極を外部から定常的に加熱しなくても放電電圧１３
Ｖという低電圧で放電でき、かつ３４　Ｑ　ｍ　Ｗ−”
とい高効率が得られ、さろにこの高効率が長時間維持で
きる低圧放電灯が得られた。

なお、上記の実施例の放電灯の最冷部は、封止部８で、
その温度は約５５℃であった。

本発明の別の実施例を第９図に示す。電子放射物質を塗
布した電極１０．１１が２球状放電容器４の中心部に設
けられている。この放電灯は交流電源で点灯でき１点灯
回路が安価になるという利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、陰極を外部から定常的に加熱しなくて
も低電圧で放電でき、かつ高効率である低圧放電灯が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第２図から第４図は本発明の原理を示すグラフ、第１図
および第５図から第９図は本発明の低圧放電灯の断面図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気密に形成された放電容器内に少なくとも一対の電
   極と放電用ガスを封入した低圧放電灯において、上記ガ
   スの主成分をアルゴンとし、かつ上記電極間の最短距離
   を１３ｍｍ以下にしたことを特徴とする低圧放電灯。 ２、上記一対の電極の１個を陰極、他の１個を陽極とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低圧放
   電灯。 ３、上記陰極を上記陽極で囲むような電極構成としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の低圧放電灯
   。 ４、上記陽極を上記陰極で囲むような電極構成としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の低圧放電灯
   。 ５、上記放電容器の内面に希土類元素付活蛍光体膜を設
   け、かつ放電用ガスをアルゴンと水銀蒸気の混合ガスと
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項
   記載の低圧放電灯。 ６、上記陽極に、Ｂａ、ＢａＯ、ＬａＢ＿６、Ｂａ＿２
   ＣａＷＯ＿６の少なくとも一種の層を設けたことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項から第４項記載の低圧放電
   灯。 ７、上記放電容器の形状を概略球状にしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の低圧放電灯。 ８、上記球状放電容器の内径が２０ｍｍから６０ｍｍの
   範囲にあることを特徴とした特許請求の範囲第７項記載
   の低圧放電灯。 ９、静止した２５℃の空気中で点灯した時の最冷部の温
   度が４０℃から９０℃の範囲にあることを特徴とした特
   許請求の範囲第５項記載の低圧放電灯。 １０、上記放電容器の材質をソーダ石灰ガラスあるいは
   鉛ガラスとし、上記ガラスと蛍光体の中間にＡｌ＿２Ｏ
   ＿３、ＳｉＯ＿２、Ｐ＿２Ｏ＿５、Ｓｂ＿２Ｏ＿５、Ｍ
   ｇＯの少なくとも一種からなる層を設けることを特徴と
   した特許請求の範囲第５項記載の低圧放電灯。