JPS6329439A - 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、特に陰極と陽極間の距離が
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、陰極と陽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、定常時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電源の
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ｆ
ｆ１１′４１！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堤供することにある。

〔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
の距離が比較的短く、クリプト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１７ｍ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′３！電圧の関係を
示す。第２図において、曲線Ａは放電用ガスがクリプト
ン２　、５　Ｔｏｒｒ、曲線Ｂはクリプトン２．５　Ｔ
ｏｒｒと水銀蒸気１　、９　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒとの
混合ガス、曲線Ｃはクリプトン２．５　Ｔｏｒｒと水銀
蒸気０．０９　Ｔｏｒｒと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、陰極と陽極の距離が１７−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＋
１１１７　ｕｎ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の距離は、放電ガスの主成
分がクリプトンである場合には、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変化しても、
大きくは変らずほぼ１７ｍｍ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、陽光柱プラズマが存在しないので放電電圧ｖＬは、
陰極降下電圧をＶ　ｋ、　　陰極の仕事関数をＷｋ、陽
極降下電圧を■＾、陽極の仕事関数をＷΔとすると、（
１）式で表わされる。

ＶＬ＝　（Ｖｈ−Ｗｋ）＋（ＶＡ＋ＷＡ）　　　・＝（
１）また、放電電流をＩＬ、陰極降下に伴う光放射束を
Φに、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。

〜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■＾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１７ｍｍ以下に
おいて放電電圧が低下する原因は、プローブ甜定などか
ら、陽極降下電圧■＾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１７ｎ
ａ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、クリプトンを主成分とした低圧放電灯に
おいては、陰極と陽極「１１の距離が１７ｕｉｍ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わ
かった。

上記の結果は、陽極とｒ＆を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
、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
電子放射物質力を付着し・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０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、クリプト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
の機構は、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、クリプト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。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１．７ｍｍ以下、放電用ガスの主成分
はクリプトン、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１１Ｖ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４４％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、効率の改善と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
などの高融点全屈が望ましいが、これらの金属元素の仕
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。

Ｂａ○＋　Ｌ　ａ　Ｂｅ、　ＢａｚＣａＷＯｅ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程度まで低下し、その結果低圧放電灯の効
率は増大する。

一般番一、陰極にはＢａＯ，（Ｂ　ａ　、Ｓ　ｒ、Ｃａ
）○。

ＢａｚＣａＷＯｅ、　ＬａＢｅなどからなる熱電子放射
物質が使用ｆｄ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。

ｌＩ３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
の改薯がｗ１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図のように陰極を陽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１７ｍｎ＋以下で、放電用ガスと
してクリプト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３Ｃａｓ（ＰＯ４）ｚ・
ｃａ（Ｆ、Ｃ（り２：　Ｓｂ。

Ｍｎや３Ｓ　ｒａ（ＰＯ４）ｚ・Ｓ　ｒＦ”ｚ：　ｓｂ
、　Ｍｎ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ｍ＋ｔは、
必ずしも明確ではないが、以下のようであると椎α１さ
れる。すなわち、本発明の低圧放電灯は、−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、Ｐ
ｔ極近傍のプラズマを利用している・したがって、プラ
ズマ中には十数ポル１−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Ｓ　ｒ
Ｏ・Ｓ　ｒ　Ｆｚ・２　Ｂ２Ｏ２：　Ｅ　ｕ、　５ｒｚ
Ｐｚ（ｈ：Ｅｕ、Ｓ　ｒＩＳ（ＰＯ４）ａｃＩ２　：　
Ｅｕ、（Ｓ　ｒ、Ｃａ）ｓ（ＰＯ４）３ＣＱ　：　Ｅ　
ｕ　、　ＢａＭｇｚＡＱｔｅｏｚ７：　Ｅ　ｕ　（Ｂ　
ａ　＋Ｃａ　ｒ　Ｍ　ｇ）　ａ（Ｐ　０４）ｓｃ　Ｑ　
：　Ｅ　ｕ　＋　（Ｃｅ　＊　Ｔ　ｂ）ＭｇＡＱｚｌｏ
ｔｓ、　　ＬａＰＯｔ：　　Ｃｅｔ　　Ｔｂ、　　Ｙｚ
Ｏａ：　　Ｅ　　ｕ。

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。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２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
。しがし、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ものと思われる。ガラスと蛍光
体の中間ニ、Ａ　Ｑ　ｚｏａ＋　Ｓ　Ｉ　Ｏｘ＋　Ｐ　
ｚｏｓ、　Ｓ　ｂ　Ｚ○５゜Ｍ　ｇ　Ｏ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１７＋ｍ＋以下で、クリプトンと
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１７．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ＬａＰＯａ：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２０ｍ＋から６０ＩＩｕの間
において高効率が得られた。球の直径が２０　＋ｎｍ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ｔし、球の直径が６０哨以上において
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３５ａｕ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、ｎ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。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個の陰極と
１個の陽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クリプトンとし、かつ、陰極と
陽極間の距離を１７ｍ＋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、放電用ガスとしてクリプト
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ノ中間にＡＱ２０３．Ｓ　ｉ０
２．Ｐ２Ｏ７，５ｂ２ｏ５＋ＭｇＯ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　Ｏ、Ｂａ２
ＣａＷｓ＋ＬａＢ６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と概略球状にすると、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が効率よく陽極に付
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４０■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ＡＱｚＯｓ層５が塗布されており、そ
の上にＹ２Ｏ３：ＥとＬａＰＯ４：Ｃｅ、Ｔ’ｂ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。Ａ　Ｑ　２０３の層５は、粒径約２０ｍμｍのＡＱ
ｚＯａ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Ｄ４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、
Ｓｒ、Ｃａ）Ｏを主成分とした熱を子放射物質３が塗布
されている。陽極２は、直径１．２ａＩＩ＋のニッケル
棒で、陽極２の一部は電気絶縁スリーブ７で覆わ才して
いる。

上記の放電容器に放電用ガスとして２　、５７ｏｒ・Ｔ
・のクリプトンと水銀粒を封入した。

上記の放電灯において、陰極１ど陽極２の間の距離Ｑを
４Ｉにして、放電電流０．３Ａ　で放電したところ、陰
極を外部から定常時に加熱しなくても放電電圧はＩＯＶ
で放電でき、かつ効率１６１２ｍＷ−”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８０℃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Ｑを８　ｎｕにし、がっ陽↑がの表面にＢａｚ
ＣａＷＯｅ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・この実施例のように
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は板状をしており。

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；鴨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回に示す。内直径９ｍ長さ７
ｍ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
のクリプトンと水銀粒を封入した。

上記の放電灯において、　ｌ＋３極１と陽極２の間の最
短距離Ｑを４　ｎｕにして、放電電流０１Ａ　で放電し
たところ、陰極を外部から定常時に加熱しなくても放電
電圧はＩＩＶで放電でき、がっ効率２６　Ｑ　ｍ　Ｗ−
”の高効率で、さらに高効率が長時間維持できるさらに
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８になり、約５０℃であった。

上記の低圧放電灯において、円筒状陽極２を金属製の網
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のニッケル棒
からなる陽１’４２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りτ３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
のクリプトンと水銀粒を封入した。

上記の放電灯において、陰陽１と陽極２の間の長短距離
Ｑを２　ｎｕ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、陰極と外部から定常時に加熱しなくても放電電圧
１１Ｖという低電圧で放電でき、かつ２５　Ｑ　ｍ　Ｗ
−１とい高効率が得られ、さら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８０°Ｃであった。

本発明の５５Ｉ」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、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
、点灯回路が安価になるという利点がある。

〔発明の効果〕

本発明しこよれば、陰極を外部から定常時に加熱しなく
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７１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
   極と放電用ガスとを封入した低圧放電灯において、上記
   ガスの主成分をクリプトンとし、かつ上記電極間の最短
   距離を１７ｍｍ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、かつ放電用ガスをクリプトンと水銀蒸気との混合ガ
   スとしたことを特徴とする特許請求の範囲第１から第４
   項までのいずれか１つの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から第４項までのいずれか１
   つの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との中間とＡｌ＿２
   Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、Ｐ＿２Ｏ＿５、Ｓｂ＿２Ｏ＿５、
   ＭｇＯ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。