JPH01154452A - 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
ものである。

〔従来の技術〕

陰極と陽極との間の距離が小さい小形の低圧放電灯とし
ては、従来、特開昭５８−４２１５８号公報に記載され
た片口金型放電ランプが知られている。上記従来の低圧
放電灯は、定常時に陰極を外部より加熱しながら放電を
行っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の低圧放電灯では定常時陰極を外部より加熱するた
め、陰極加熱用電源と放電用電源との２個の電源を必要
とした。また、陰極加熱用電力を定常的に必要とするた
め、効率も余り高くならないという問題があった。

本発明の目的は、陰極の定常的な外部加熱を必要としな
い電極構成にし、１個の電源だけで点灯でき、しかもス
タータを用いなくても放電が始動でき、かつ高効率であ
る低圧放電灯を得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明者等は。

放電用ガスを希ガスと水銀の混合ガスとし、陰極と陽極
との間の距離が比較的短い低圧放電灯について種々の検
討を行った。その結果、陽極を負グロー内に設置すると
、放電電圧が急激に低下し、陰極を外部から加熱しなく
ても低電圧で放電でき。

かつ効率がよい低圧放電灯が得られることを見出した。

一般に、陰極と陽極との間の距離が短い低圧放電灯では
、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ｖＫ、陰極の仕事関数をＷＫ、陽極降下電
圧をｖＡ、陽極の仕事関数をＷＡとすると、（１）式で
表わされる。

ＶＬ＝　（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いとすると、
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いは陰極降下に伴う光放射
束Φイに比較すると、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ｖＡ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
させる原因になっている。

陽極を負グロー内に設置することによって放電電圧が急
激に低下する原因は、プローブ測定などから、陽極降下
電圧ｖＡが急激に低下することによって生じることが判
った。すなわち、陽極を負グロー内に設置すると、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。

上記の結果は、陽極と陰極とを使用した直流放電におけ
るものであるが、上記結果は交流放電にも直接適用でき
ることは自明である。

上記低圧放電灯において、封入希ガスの原子量をＭで表
わした時、Ｔｏｒｒで表わした希ガスの封入圧力を１６
０／Ｍ以下にすると、電極を加熱する手段を設けないで
、かつ、スタータを設けなくても、１００ｖの電源で放
電が始動した。希ガスの圧力が１６０／Ｍ未満において
は、微放電は生じるが、アーク放電は生じなかった。

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、本発明の低圧放電灯においては、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、しかし、希ガスの圧力を
１６０／Ｍ以上にすると電子放射物質の蒸発が抑制され
るため、放電容器の透過率の減少が少なく、したがって
働程特性の優れた低圧放電灯が得られる。

本発明の低圧放電灯は負グロープラズマを利用しており
、陰極の表面の数μｍ程度の厚みの陰極降下部でエネル
ギーを得た電子が、はとんど電界のない空間を移動しな
がら水銀および希ガスを発光させる。希ガスの圧力が１
６０／Ｍ以上になると、電子と希ガスの衝突の割合が増
し、水銀の発光が低下し、効率が下る傾向がある。した
がって、従来の蛍光灯では最冷部の温度が４０℃程度で
効率が最大になるのに対し、希ガスの圧力が１６０／Ｍ
以上である本発明の低圧放電灯においては、最冷部の温
度が４５℃から７０℃において効率が最適になった。な
お、上記の最冷部の温度は、静止状態にある２５℃の空
気中で点灯した場合の温度である。上記のような高い最
冷部温度は、管壁負荷を大きくすることによって得られ
る。

上記（２）式から明らかなように、陰極の仕事関数ＷＡ
が小さくなると低圧放電灯の効率は増大する０例えば、
陽極が負グロー内に設置され（ＩＩ３極と陽極との間の
距離は１７ｍｍ以下）、放電用ガスの主成分はクリプト
ン、陰極はＢａＯを主成分とする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が約１１ｖと
低いのに対して、陽極の仕事関数ＷＡは４，８ｖもある
ので、陽極の仕事関数による損失は低圧放電灯に対する
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が
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
元素の仕事関数は、それぞれ４．５，４．１゜４．８ｖ
である。上記金属の表面にＢａ、Ｂａｄ。

ＬａＢ　ｇ、Ｂａ２ＣａＷＯＢから選ばれた少なくとも
１種の層を設けられると、仕事関数は１．２から２．０
ｖ程度まで低下し、その結果低圧放電灯の効率は増大す
る。

一般に、陰極にはＢａＯ１（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）Ｏ１Ｂ
ａ２ＣａＷＯｅ、ＬａＢ　ｓなどからなる熱電子放射物
質が使用される。陰極と陽極との間の距離を小さくする
と、陰極力ごら飛散した上記熱電子放射物質がｉ極に付
着して陽極の仕事関数を低くシ。

ＢａＯなどの物質を別途に陽極に被覆しなくても低圧放
電灯の効率を高くする。陰極と陽極との間の距離を８＋
ａｍ以下にすると、陰極から陽極への飛散物質の付着が
顕著になり、低圧放電灯の効率の改善が顕著になった。

交流点灯方式の低圧放電灯においては、電極間距離を８
ＩＩ１ｍ以下にすると、一方の電極から蒸発した熱電子
放射物質は他の電極には付着して再使用されるので、電
極の寿命が長くなるという利点が生じる。

一般に放電灯を点灯するためには、放電灯と直列に安定
器を接続する必要がある。安定器としては、チョークコ
イルが最も多く使用されているが、本発明の低圧放電灯
のように放電電圧が低く、２０Ｖ以下であるような場合
には、チョークコイルは大きく、かつ重くなるので実用
的ではない。

コンデンサを安定器として使用すると、一般の放電灯で
は放電電流がパルス状でしかも非対称に流れるので、発
生がちらつき放電灯の寿命が短くなり、かつコンデンサ
内の損失も増大する。したがって、コンデンサは一般の
放電灯の安定器として単独に使用することが不可能であ
った。

本発明者等は、本発明による低圧放電灯の安定器につい
て種々の検討を行った結果、上記低圧放電灯ではコンデ
ンサを安定器として使用しても。

放電電流は正弦波状で対称に流れ、したがって。

光のちらつきがなく放電灯の寿命も正常で、コンデンサ
内の損失も小さいことを見出した０本発明の低圧放電灯
においてコンデンサ安定器が良好な特性を示すのは、上
記低圧放電灯、では陽極が負グロー内にあるため再点弧
電圧が低いことと、放電電圧も低いことが原因であると
考えられる。すなわち、コンデンサ安定器は、本発明に
よる低圧放電灯との組合わせで、はじめて良好な特性を
発揮することができる。

電解コンデンサは小形で大容量が得られるが。

直流的にしか使用できない。そこで、電解コンデンサ２
個とダイオード２個とを第８図のように接続して交流で
使用した。金属フィルムコンデンサの約半分の体積で同
等の特性を得ることができた。

電解コンデンサはパルス状の電流に対して特に損失が大
きくなるので、本発明のように正弦波状の放電電流が流
れる低圧放電灯との組合わせで、はじめてその特徴が発
揮できる。

本発明のように、電極を予熱する手段を有さないで放電
を始動させる低圧放電灯においてコンデンサー安定器を
使用すると、放電開始と同時にコンデンサー安定器に菩
わえられたエネルギーで電極が急激に加熱され安定なア
ーク放電に移行するので、電極の損耗が小さいという利
点が生じる。

〔作用〕

少なくとも放電容器内に一対の電極と希ガスと水銀の混
合ガスを封入した低圧放電灯において、前記電極の一つ
が陽極として動作する時上記陽極として動作する電極が
負グロー内に位置するような電極配置にすると、高効率
が得られる。さらに希ガスの封入圧力を１６０／Ｍ　Ｔ
ｏｒｒ以上にすると、高電圧発生装置や電極予熱手段な
どのスタータ無しで、放電を始動できる。上記の低圧放
電灯の最冷部の温度を４５℃から７０℃の範囲にすると
、さらに高効率が得られる。上記の低圧放電灯は、安定
器を使用しても、光のちらつきが発生せず、寿命も正常
であるため、安定器を小形、軽量化することができる。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明による低圧放電灯の第１実施例を示す断
面図、第２図は上記低圧放電灯の第２実施例を示す断面
図、第３図は上記第３実施例を示す断面図、第４図は」
二記実施例の電気回路図、第５図は上記第５実施例を示
す全体図である。第１図において、４は直径４０ｍｍの
球状をしたソーダ石灰ガラス製の放電容器で、内面には
ＡＱ２０３層５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。

ＡＱ２０３層５は粒径約２０　ｍ　μｍのＡＱ２０３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２重コイル
からなる陰極】が設けられており、上記陰極１には（Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｃａ）Ｏ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１．２ｍｍのニッケル棒
で、陽ｐｉ２の一部は電気絶縁スリーブ７で覆われてい
る。上記放電容器４には放電用ガスとして２Ｔｏｒｒの
クリプトンと水銀粒とを封入した。

上記放電灯において、陰極１と陽極２との間の距離Ｃを
４１１Ｉ１１にして陽極２が負グロー内に入るようにし
た。上記の低圧放電灯と直列に１１μＦのコンデンサ安
定器を接続し、５０ｔ−Ｔｙ、の１００■の電圧を印加
したところ、電極を予熱しないのにもかかわらず瞬時に
放電が始動した。また、放電電流は０．３Ａになり、陰
極ｌを外部から定常時に加熱しなくても放電電圧はＩＯ
Ｖで放電でき。

かつ効率２９　Ｑ　ｍＷ−”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５０
℃であった。

本発明の第２実施例では、第２図に示すように陽極２が
板状をしており、かつ陰極１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３を効率よく捕集できるという利点を有している。放
電容器４は直径１５ｍｍ、長さ４５＋＋ｕ１１軟質ガラ
スの紫外線透過ガラスであり、放電用ガスとして５Ｔｏ
ｒｒのアルゴンと水銀粒が封入されている。上記の実施
例の放電管においても、スタータなしで放電が始動し、
放電電流０．３Ａにおいてランプ電圧はＩＯＶで、効率
よく紫外線１＜放射され、超小形の紫外線放射ランプが
得られた。

本発明の第３実施例を第３図に示す。熱電子放射物質を
塗布した電極１０および１１が、球状放電容器４の中心
部に設けられている。上記電極ｔｏ、ｉｔの相違と、球
状放電容器４の直径が４５＋１１１１であること、およ
び放電用希ガスがアルゴン４．５Ｔｏｒｒであること以
外の条件は、第１実施例と同一である。上記低圧放電灯
を第４図に示す点灯回路により点灯した。すなわち、低
圧放電灯２０と直列に電解コンデンサ２１．２２を接続
した。電流は、ある半サイクルではダイオード２３、コ
ンデンサ２２を通って流れ、別の半サイクルではダイオ
ード２４とコンデンサ２１を通って流れる。上記電解コ
ンデンサ２１．２２は電流的に動作する。電解コンデン
サ２１．２２の容量をそれぞれ３３μＦとして、電源電
圧１００ｖで点灯したところ、放電は瞬時に始動して電
気入力は約５Ｗになり、　２３０　ｍＷ−１という高効
率が得られた。また、放電電流は正弦波状であり、光の
ちらつきはまったくなかった。上記電解コンデンサ２１
．２２およびダイオード２３．２４の合計の重量および
体積は、チョークコイルに比較するとそれぞれ１／１０
以下および１１５程度であって、金属フィルムコンデン
サに比較すると、両者とも半分程度であった。上記のよ
うに、コンデンサ、特に電解コンデンサを使用すること
により安定器は小形軽量になる。

第５図は本発明の別の実施例で、上記低圧放電灯２０に
安定器収納ケース２６を設け、さらにエジソンロ金２７
を取付けた低圧放電灯の全体図である。安定器は、コン
デンサだけなので、これらの容積は非常に小さくなり、
直径１５〜６０ｍｎ＋の球状あるいは円筒状の放電灯２
０に設けた小形の安定器収納ケース２６に収納可能であ
る。また。

上記安定器を含めた放電灯全体が小形、軽量なので、白
熱電球と置換えることができるという利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高電圧発生手段あるいは電極予熱手段
などのスタータを設けることなく放電を始動するとこと
ができ、かつ高効率である小形の低圧放電灯を得ること
ができる。また、コンデンサー安定器を使用することが
できるので、点灯回路を小型、軽量化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による低圧放電灯の第１実施例を示す断
面図、第２図は上記低圧放電灯の第２実施例を示す断面
図、第３図は上記第３実施例を示す断面図、第５図は上
記第５実施例を示す全体図。 第４図は本発明の低圧放電灯点灯回路図である。 １・・・陰極、２・・・陽極、４・・・放電容器、６・
・・蛍光体膜、１０．１１・・・電極。 ？１５　　ノ　　図 茅２圀 第３目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも放電容器内に一対の電極と希ガスと水銀
   とを封入した低圧放電灯において、前記電極の１つが陽
   極として動作する時、上記陽極として動作する電極が負
   グロー内に位置するように配置した電極構造を有し、Ｔ
   ｏｒｒで表わした希ガスの封入圧力が希ガスの原子量を
   Ｍで表した時１６０／Ｍ以上であり、上記低圧放電灯を
   スタータを用いないで点灯することを特徴とする低圧放
   電灯。 ２、上記低圧放電灯を２５℃の静止空気中で点灯した時
   の最冷部の温度が４５℃以上であることを特徴とした特
   許請求の範囲第１項記載の低圧放電灯。 ３、上記低圧放電灯は、安定器としてコンデンサを用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第２項ま
   でのいずれか１つの項に記載の低圧放電灯。