JPH0212752A - 蛍光ランプ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はランプ電流が５０ｍＡ以下で動作させる小形の
蛍光ランプにおいて、始動に際し、グロー放電からアー
ク放電への移行を迅速にし、かつ動作中において、アー
ク放電が安定して維持できるようにしたものである。

（従来の技術） 蛍光ランプは高効率の光源として広く一般照明用に使用
されているが、これは熱陰極の発明によるところが大き
い、すなわち、熱陰極を採用したことによってランプ電
圧が低くなり、１００〜２００　Ｖの電圧で容易に点灯
することができるようになったからである。また、熱陰
極を採用したことで。

電極降下損が減り、ランプの発光効率が改善されたこと
も見逃せない。

現在では蛍光ランプの応用は一般照明用に限らず、事務
用機器（ＯＡ機器）にも広がり、さらに液晶テレビジョ
ンなどのバックライトにも小形、の蛍光ランプが使用さ
れている。しかして、液晶テレビジョンはその小形、軽
量という特徴を生かすため、乾電池で駆動できる携帯形
が主流になっている。この場合、バックライトの消費電
力が少ないことが望ましいので、蛍光ランプは熱陰極形
とし、しかもそのランプ電流は１０〜３０ｍＡで点灯さ
せるようにしである。

このような小形小電流の蛍光ランプを容易に始動し、か
つ安定的に動作させるためには熱陰極に安定した陰極輝
点を形成してアークを安定的に維持する必要がある。し
かして、陰極輝点の温度は陰極サイクル時に流入するイ
オン電流と陽極サイクル時に流入する電子電流とによる
加熱作用に対しふく射および伝導による熱損失がバラン
スした点に落ち着く、ところで、アーク放電を維持する
ために必要な熱電子電流と輝点の温度を下げる輻射損と
は陰極輝点の大きさと温度とで定まるが、輝点を小さく
して温度を高くした方が同じ熱電子電流を得る場合の輻
射損を小さく押えることができる。すなわち、輝点の温
度を高くして輝点の大きさを小さくした方が電極を有効
に加熱することができる。このためには、ランプ電流が
小さくなるに従って熱陰極を構成するフィラメントの線
径を小さくすることが有効である。

この理由により、従来から行なわれている蛍光ランプ用
熱陰極の設計においては、ランプ電流に対するコイル線
径が概略窓まっており、この設計基準によって計算され
た線径のコイルを用いれば１１３極輝点温度は１０００
〜１ｏ５ｏ℃の範囲に収まる。

（発明が解決しようとする１１題） 上述した蛍光ランプ用熱陰極の設計基準を適用してラン
プ電流５０■Ａ以下の小形蛍光ランプの熱陰極のコイル
設計をするとき、コイルのタングステン線の線径は第８
図に示すとおり、従来の設計基準を５０ｍＡ以下にまで
外挿すると、コイルの線径が５０〜７０ｍＡ付近でマイ
ナスになってしまう。現実にはできるだけ細いものとい
うことでＩＭＧ以下になる。ここで、ＭＧとは金属細線
の線径を表す単位で、長さ２００■当りの金属細線の目
方を鮎で表わした価をいう。

このような細いタングステン細線は製造や加工が困難で
あるばかりでなく、得られたコイルも機械的強度が弱い
ため、取扱いに細心の注意を要するばかりでなく、大き
くすると自重で変形するおそれがあるため、大形化が困
難で、したがってエミッタを充分に被着できず、電極の
絶対寿命を長くすることが困難である。

さりとて、上述した設計基準から外れた太いタングステ
ン細線を用いてコイル設計すると、得られた熱陰極は陰
極輝点が大きくなるので、必要な高輝点温度が得られず
、このため、充分な熱電子電流が得られないことがあり
、始動に際してグロー放電からアーク放電への移行が円
滑でなかったり、あるいは点灯してもアーク放電が不安
定で、グロー放電に逆転したり、立消えしたりすること
があり、甚しい場合には始動に際しアーク放電に移行で
きず、グロー放電のままで長時間経過することがある。

このように、頻繁に点滅したり、グロー放電の時間が長
い場合にはエミッタの飛散が多くて早期黒化や早期消耗
による短寿命になったり、あるいはコイルの早期断線を
生じることがある。

そこで、本発明の課題はランプ電流が５０ｍＡ以下の小
形の熱陰極形蛍光ランプにおいて、低電流であっても始
動が速く、かつ動作が安定するように改良することであ
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明はランプ電流が５０■Ａ以下の熱陰極形蛍光ラン
プにおいて動作を安定にするためになされたもので、請
求項の第１はランプ内の封入ガス圧をｐＴｏｒｒ、管内
径をｄｌとしたとき、Ｐｄ≧１３なる関係を満足するよ
うにして、熱陰極のコイルの線径の始何んにかかわらず
、陰極輝点の大きさを制限し、その温度を充分に高くし
て必要な熱電子放射を得るものである。また、請求項の
第２は上記請求項の第１に記載した条件に加えて熱陰極
のコイルの細線を２ＭＧ以上にしたことによって、請求
項の第１の効果を損うことなくコイル細線の線径を大き
くし、これによって、コイル材料の製造およびそのコイ
ル成形を容易にし、コイルの機械的変形を防止し、かつ
エミッタの被着量を多くできるようにしたものである。

（作　用） 本発明者の研究により、陰極輝点の大きさはｐｄの積に
よっても定まることが発見された。そうして、さらに研
究した結果、Ｐｄ≧１３なる関係を満たせば、ランプ電
流が５０■Ａ以下の小形蛍光ランプにおいても、コイル
の線径の如何んにかかわらず、陰極輝点の大きさを充分
に小さくしてその温度を充分に高くし、所要の熱電子放
射が得られることを発見した。また、この研究により、
上述のｐｃｔ≧１３の関係を満たせばコイル細線の線径
を充分に大きくして、本発明の効果を損なうことなく、
コイルの機械的強度を大きくし、コイル寸法を大きくで
きることを発見した。

なお、ランプ電流が５０ｍＡを越える熱陰極形蛍光ラン
プにおいては本発明の条件を満さなくても陰極輝点の温
度が高くなり必要な熱電子放射が得られるので、本発明
の効果が顕著に表れない。

（実施例） 本発明者は実施例蛍光ランプにおいて、封入ガス圧（ｐ
）および管径（ｄ）を種々に変化させて点灯状態との相
関を調査した。まず、実施例蛍光ランプを概数すれば、
ランプの管内径ｄは３〜７■の各種とし、封入ガスはア
ルゴンで、その封入圧力ｐは５〜５０Ｔｏｒｒの各種と
し、陰極は３．７ＭＧ　のタングステン細線をダブルコ
イルに成形したものにバリウム、カルシウム、ストロン
チウムの３成分酸化物からなるエミッタを被着してあり
、点灯方式は予熱を行なわず、３３ＫＨ２の高周波電圧
を両電極間に印加して直接始動させた。

まず、管内径を７ｍに固定し、封入ガス圧を種々変化さ
せて始動するときのグロー放電の電力（ω子）と点灯時
間（通電からアーク放電開始までの時間）（τ）との関
係およびグロー放電のエネルギ量（ε子）と点灯時間（
τ）との関係を調査し、これを第１図および第２図に示
した。第１図は横軸に上述のω子を相対値でとり、縦軸
に１／τを５ｅｅ−’の単位でとったもので、４本の曲
線は封入ガス圧ｐを５　Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、２０
Ｔｏｒｒおよび４０Ｔｏｒｒにした場合のωグと１／τ
との相関を示す、。また、第２図は横軸にｉｐを相対値
単位でとり、縦軸に１／τをＢｅ（：”の単位でとった
もので、４本の曲線はｐを５　Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ
、２０Ｔｏｒｒおよび４０Ｔｏｒｒにした場合のｉｆと
１／τとの相関を示す、この第１図および第２図から明
らかなとおり、封入ガス圧ｐを高くするとグロー放電か
らアーク放電への移行が容易になるだけでなく、アーク
放電からグロー放電への逆転が困難になり、安定したア
ーク放電が形成されることが判った。このことは寿命試
験からも裏付けられた。この結果を第３図に示す。

図は横軸に点灯時間を相対値でとり、縦軸に残存率を％
の単位でとったもので５曲線は封入ガス圧ｐを５　Ｔｏ
ｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、　２０Ｔｏｒｒおよび４０Ｔｏｒ
ｒにした場合の寿命特性をそれぞれ示す、この第３図か
ら明らかなとおり、封入ガス圧が５〜１０Ｔｏｒｒと低
いランプはアークが安定維持できず、グローへ再移行し
寿命が短かくなり、封入ガス圧が高くなるほど寿命が長
くなり、特に４０Ｔｏｒｒの場合は数千時間の寿命を示
した。この理由は封入ガス圧が高いほどアーク放電が安
定し、このため、グロー放電の時間やその間の消費電力
が少なく、シたがって、エミッタの飛散や消耗が少なく
かつコイルの早期断線も少ないためと考えられる。また
、従来からいわれているように、ガス圧を高くすること
で、エミッタの蒸発を減らすことの効果もある。

さらに管内径が３１と５ｍｌとの両種について同様な試
験を行なったところ、いずれも同様な傾向を示した。た
だし、管内径によって若干の差が認められた。

つぎに、封入ガス圧を３０Ｔｏｒｒに固定し、管内径（
ｄ）を種々変化させて始動するときのグロー放電の電力
（ωグ）と点灯時間（τ）との関係およびグロー放電の
エネルギ量（ε子）と点灯時間（τ）との関係を調査し
、これを第４図および第５図に示した。第４図は横軸に
上述のω子を相対値でとり、縦横に１／τを５ｅｃ−’
の単位でとったもので、３本の曲線は管内径を３＋ｍ、
５ＩＩｎおよび７ｍにした場合のω９とｌ／τとの相関
を示す。また、第５図は横軸にε′滲を相対値でとり、
縦軸に１／τを５ｅｃ−’の単位でとったもので、３本
の曲線はｄを３ｍ＋、５ＩＩＩｌおよび７ｍにした場合
のεｔと１／τとの相関を示す。この第４および第５図
から明らかなとおり、管内径ｄを大きくするとグロー放
電からアーク放電への移行が容易になるだけでなく、ア
ーク放電からグロー放電への逆転が困難になり、安定し
たアーク放電が形成されることが判った。このことは寿
命試験からも裏付けられた。この結果を第６図に示す６
図は横軸に点灯時間を相対値でとり、縦軸に残存率を％
の単位でとったもので、曲線は管内径を３１．５＋ｎｏ
＋および７■にした場合の寿命特性をそれぞれ示す、こ
の第６図から明らかなとおり、管内径の小さいランプは
寿命が短かく、管内径が大きくなるほど寿命が長くなり
、特に７膿の場合は数千時間の寿命を示した。この理由
は管内径が大きいほどアーク放電が安定し、このためグ
ロー放電の時間やその間の消費電力が少なく、したがっ
てエミッタの飛散や消耗が少なくかつコイルの早期断線
も少ないためと考えられる。なお、封入ガス圧を１０Ｔ
ｏｒｒ、２０Ｔｏｒｒ、４０Ｔｏｒｒにした場合も同様
な結果を得た。

このような実験結果を総合すると、封入ガス圧を高くす
ることと、管内径を大きくすることとは同じようにアー
ク放電を安定にし、この結果として同じように管端黒化
を少なくし、長寿命が得られることが明らかである。こ
のことから封入ガス圧を高くすることと管内径を大きく
することとは相乗効果を有することが推測できる。そこ
で、本発明者は封入ガス圧ｐと管内径ｄとの積をとり、
この積と寿命との相関を調査した。この結果を第７図に
示す。図は横軸にｐｘａをＴｏｒｒ−ｃｍの単位でとり
、縦軸に絶対寿命を相対値でとったもので。

実線は管内径が０．７１、鎖線が０．５０１、破線が０
．３０１１の場合の相関をそれぞれ示す。この図から明
らかなとおり、いずれの管内径においても曲線が極めて
類似した形状をなし、かつ、いずれの曲線においてもｐ
　Ｘ　ｄ　＝　１３Ｔｏｒｒ−ｃｍを境に曲線形状が明
らかに異なり、ｐＸｄ（１３において寿命が急激に短か
くなっており、またｐｘａ≧１３において緩やかに上昇
している。すなわち、ｐｘａ≧１３に限定すれば、アー
ク放電が安定して長寿命が得られることが判る。これを
数値的に表わせば、たとえば管内径が０．７１の場合、
封入ガス圧を１９Ｔｏｒｒ以上にすればよく、また管内
径が０．５ａｍの場合、封入ガス圧を２６Ｔｏｒｒ以上
にすればよいことになる。

そうして、この場合、熱陰極を構成するコイルの線径は
従来の設計基準には関係なく、たとえば従来の設計基準
より大径のタングステン細線を使用しても、あるいは逆
に設計基準より細くしても上述の効果は変らない。

そこで、上述の蛍光ランプにおいてランプ電流とコイル
細線の線径との関係をグラフにして第８図に示した。図
は横軸にランプ電流をｙａＡの単位でとり、縦軸にコイ
ル細線径をＭＧの単位でとったもので、直線は上述の設
計基準を示す。この図から、従来の設計基準によれば、
ランプ電流が７０ａ＋Ａ以下になるとコイル細線径を非
常に細くすることになり、図では横線と区別が付かなく
なる。しかし、上述のとおり、本発明のｐＸｄ≧１３Ｔ
ｏｒｒ−０１の条件を守れば必ずしも設計基準に従う必
要がないので、ランプ電流が小さい場合、コイル細線径
を設計基準より大きくして必要な機械的強度を付与する
ことが可能である。実験によれば、コイル細線径が２Ｍ
Ｇ以上であれば、細線の製造、コイル成形ならびに熱陰
極の形成作業に必要な強度が得られ、またコイル長を長
くできる。しかも、この場合においても、陰極輝点の温
度が充分に高いので、必要な熱電子放射が得られ、アー
ク放電への移行が容易で、形成されたアーク放電が安定
すること、設計基準に従った場合と同様である。

そうして、本発明において、ランプ電流が３０＋ｍＡを
越えていれば、熱陰極に流入するイオンや電子の量が充
分に大きくなり、前述のｐｃｔ≧１３Ｔｏｒｒ・１の条
件を満たさなくても陰極輝点の温度が高くなって必要な
熱電子放射が得られ、アーク放電への移行およびアーク
放電の安定が得られ、かつコイル細線の太さも大きくな
って充分な機械的強度が得られるので、本発明の効果が
顕著でない。そこで、本発明ではランプ電流５０ｍＡ以
下のものに限定した。

さらに、本発明において１、熱陰極を構成するコイルは
上述のダブルコイル形に限らず、たとえばシングルコイ
ルやトリプルコイル形にも適用でき、さらにコイル細線
は上述のタングステン線に限らず、モリブデン線、タン
グステン・モリブデン合金線など、他の高融点金属線で
もよい。

〔発明の効果〕

このように、本発明の蛍光ランプは、ランプ電流が５０
ｍＡ以下で動作させる熱陰極形のものにおいてアーク放
電を安定させたもので、請求項の第１は封入ガス圧をｐ
　Ｔｏｒｒ、管内径をｄａｉとしたとき、ｐｃｔ≧１３ を満足させることにより、熱陰極を構成するコイル細線
の線径の大小に関係なく陰極輝点の温度を充分に高くし
て必要な熱電子放射を得ることができ、この結果、アー
ク放電への移行を容易にし、かつアーク放電を安定にす
ることができ、点灯不安定が解消し、管端黒化が減少し
、コイル断線のおそれも少なく、かつエミッタ不足によ
る短寿命も解消した。さらに、請求項の第２は上述の請
求項の第１の条件に加えて２ＭＧ以上の細線で熱陰極の
コイルを構成したので、細線の機械的強度が向上し、細
線の製造、コイル成形ならびに熱陰極への形成作業が容
易になった。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の蛍光ランプにおける限定理由を示すもので
、第１図および第２図は管内径を一定にしたときの封入
ガス圧と始動特性との関係を示すグラフ、第３図は同じ
く封入ガス圧とランプ寿命との関係を示すグラフ、第４
図および第５図は封入ガス圧を一定にしたときの管内径
と始動特性との関係を示すグラフ、第６図は同じく管内
径と寿命との関係を示すグラフ、第７図は封入ガス圧と
管内径との積が寿命に及す影響を示すグラフ、第８図は
ランプ電流とコイル細線径との関係において従来の設計
基準と本発明の線径限定との関係を示すグラフである。 代理人　弁理士　大　胡　典　夫 フ′ロ一方父１Ｌの　電力　（＄目文・丁（ｊｉ）鷹 プローｈす電−エン）し午”（５日文丁値）第 図 一蒙１プ：丁Ｉ　７”５　　（ネ目メ；り「イ＝ｊロ〕
第 図 第 図 ７ｂ一方丈ｔのエネルキ゛（η１文丁イ］１）第 ５　図 友灯竹開（５日ＪＴ４２ｉ） ｘｃｔ （７ｏｒｒＣ＾） 第 ア 図 魚　　　　仝ρＯ う〉ブ１にＪも　（ｍＡ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ランプ電流が５０ｍＡ以下で動作させる熱陰極形
   蛍光ランプにおいて、封入ガス圧をｐＴｏｒｒ、管内径
   をｄｃｍとしたとき、 ｐｄ≧１３ を満足することを特徴とする蛍光ランプ。
2. （２）熱陰極は２ＭＧ以上の細線をコイルに成形してな
   ることを特徴とする請求項の１記載の蛍光ランプ。