JPH04308647A - 白熱放射フィラメント装備のグロー放電ランプ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グロー放電ランプに関
し、更に特定すると、始動中に可視光を放つための白熱
放射フィラメントを装備したグロー放電ランプに関する
。この白熱放射フィラメントは、グロー放電ランプの定
常状態動作中は消されている。

【０００２】

【従来の技術】グロー放電ランプは、貴ガスと水銀を収
容した透明な外囲器を有する。ランプ外囲器は、一般に
球根状部とネック部をもつ定型白熱放射ランプの形状を
有する。蛍光体被覆が、ランプ外囲器の内面に塗布して
ある。１つ以上のカソード及び１つ以上のアノードがラ
ンプ外囲器内に配されている。電極を加熱しながら電極
間に電圧を印加すると、グロー放電がランプ外囲器内に
形成される。蛍光体被覆は、グロー放電で放射される紫
外線放射を吸収して可視光を放射する。グロー放電ラン
プの前例は、１９７４年６月４日にＢｈａｔｔａｃｈａ
ｙａに与えられた米国特許番号第３，８１４，９７１号
、１９３７年１月５日にＭａｒｄｅｎに与えられた米国
特許番号第２，０６７，１２９号、１９８３年１０月４
日にＢｙｓｚｅｗｓｋｉに与えられた米国特許番号第４
，４０８，１４１号、１９８８年６月１４日にＲｏｃｈ
ｅ他に与えられた米国特許番号第４，７５１，４３５号
に開示されている。

【０００３】通常用途の照明として使用されるグロー放
電ランプの１つの欠点は、電力がランプに印加されても
ランプは即座には照明しないことである。代表的なグロ
ー放電ランプを始動するのに３秒〜１０秒かかる場合が
ある。バイメタルスイッチあるいは他の熱感知スイッチ
がアノードとカソード間に直列に接続されている。電力
スイッチが閉じられ電極と電極上の放射被覆が加熱され
ると、それによって電子放出が発生する。ガスの絶縁破
壊が起こり、紫外線放射がグロー放電によって生じる。 グロー放電が達成された後、バイメタルスイッチは解放
状態になる。標準的な蛍光灯におけるこの連続事象は、
１秒以内に生じる。しかし、通常用途の照明として使用
されるグロー放電ランプにおいては、より大型で低い電
気抵抗の電極が比較的高い放電電流を供給するために使
用されるため始動にかなり長い時間がかかる。より小さ
くより高い電気抵抗の電極程、グロー放電ランプを素速
く始動できることは知られている。しかしながら、この
形態は、より小さい電極では定常状態動作中に過熱する
ために好ましいものではない。その上、このより小さい
電極は、ランプの長い寿命を保証する程の十分な放射材
料を保持していない。

【０００４】グロー放電ランプの鈍い始動を克服するた
めに種々の解決手段が提案されている。その１つの手段
では、カソードを通る短い持続時間の高電流パルスを使
用することで素速い加熱をもたらしている。この手段は
、比較的複雑な始動装置を必要とする。１９６５年１１
月２日にＷａｙｍｏｕｔｈに与えられた米国特許番号第
３，２１５，８８１号に開示された別の手段では、始動
用の小さな電極と定常状態動作用の大きな電極の使用を
伴う。この手段もまたランプ構成を複雑にしている。

【０００５】各電極に並列接続された白熱放射フィラメ
ントを有する蛍光灯は、１９７０年７月２１日にＰｅｅ
ｋ，Ｊｒに与えられた米国特許番号第３，５２１，１２
２号に開示されている。この白熱放射フィラメントは、
定常状態の動作中に光を放射するためランプ効率が低下
する。この白熱放射フィラメントは、ランプの通常動作
中に回路から外し得るとＰｅｅｋ，Ｊｒは述べている。

【０００６】放射材料で被覆された２つの電極が直列で
接続されている殺菌灯は、１９５１年７月１７日にＣｈ
ｕｎ他に与えられた米国特許番号第２，５６０，９３３
号に開示されている。電流が始動時に両電極を流れるが
、この電流では電極からの十分な可視光の放射はあまり
望めない。

【０００７】１９７４年１１月１９日にＲｏｃｈｅに与
えられた米国特許番号第３，８４９，６９９号は、ラン
プの端部間に伸びていて電子放射材料で被覆されている
点火コイルを有する自己点火蛍光灯を開示している。こ
の点火コイルは、十分な可視光を放射しない。

【０００８】１９７５年４月１５日にＲｏｃｈｅ他に与
えられた米国特許番号第３，８７８，４１６号は、ラン
プ端部間に伸びている点火コイルと、蛍光灯用安定器と
して動作する蛍光灯外囲器の外にある別個の白熱放射ラ
ンプと、を有する蛍光灯を開示している。この点火コイ
ルは、十分な可視光を放射しない。この白熱放射ランプ
は、定常状態動作中も照明しているため組立体の動作効
率を低下させる。蛍光灯と、蛍光灯用安定器として動作
する別個の白熱放射ランプとを有するランプ組立体は、
さらに１９８１年５月１９日にＲｏｃｈｅ他に与えられ
た米国特許番号第４，２６８，７８０号にも開示されて
いる。この白熱放射ランプが定常状態動作中でもオンで
あるため組立体の効率は比較的低い。

【０００９】１９３３年９月５日にＳｐａｎｎｅｒ他に
与えられた米国特許番号第１，９２５，６４８号は、各
端部に配された電極をもつ細長い外囲器と、ランプ外囲
器の端部間に伸びている螺旋とを有するガス放電装置を
開示している。この螺旋は、電子放出材料で被覆されて
いて十分な可視光を放射しない。

【００１０】１９８２年５月１１日にＣｏｒｏｎａ他に
与えられた米国特許番号第４，３２９，６２２号は、一
対の高電力低放射性フィラメントと一対の高放射性フィ
ラメントを有する低圧ガス放電ランプを開示している。 低放射性フィラメントは、ランプの端部付近の低減した
照明特性（プロフィール）を補うために補助光を提供す
る。このフィラメントは定常状態動作中でもオン状態で
あるため、ランプの効率は、このフィラメントにより低
下する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】グロー放電ランプある
いはその他の蛍光灯を始動するための全ての公知装置は
、増大するコスト及び複雑さ、電力がランプに印加され
ても直ちに可視光を放たないこと、定常状態動作中での
効率の低下、のような１つ以上の欠点をもつ。これらの
欠点を克服したグロー放電ランプを提供するのが所望さ
れている。

【００１２】改良型グロー放電ランプを提供することが
本発明の全体的な第１目的である。電力の印加で直ちに
可視光を放射する改良型グロー放電ランプを提供するの
が本発明の第２の目的である。高い動作効率をもつグロ
ー放電ランプを提供するのが本発明の第３の目的である
。構成が単純で低コストのグロー放電ランプを提供する
のが本発明の第４の目的である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によると、貴ガス
と水銀を収容した封止ランプ外囲器と、ランプ外囲器内
に配されたカソードを有するカソード電極手段と、ラン
プ外囲器内に配されたアノードを有するアノード電極手
段と、グロー放電ランプに電力を印加すると実質的に即
座に照明として可視光を放射しグロー放電が前記カソー
ド電極手段と前記アノード電極手段との間に形成される
と照明として僅かしかあるいは全く可視光を放射しない
光放射手段と、を有するグロー放電ランプにおいて種々
の目的や利点が達成される。光放射手段は、カソード、
光放射手段及びアノードが電気的に直列接続されるよう
に電気的に接続されている。ランプ外囲器は、一般にグ
ロー放電からの紫外線放射を吸収して可視光を放射する
ように内面を蛍光体で被覆してある。

【００１４】光放射手段は、好ましくはカソード電極手
段とアノード電極手段間に電気的に接続された白熱放射
フィラメントを有する。カソード電極手段は、１つ以上
のカソードと、各カソードの両端部に接続された引き込
線を有することが可能である。アノード電極手段は、１
つ以上のアノードと、各アノードの両端部に接続された
引き込線を有することが可能である。白熱放射フィラメ
ントは、好ましくはカソード及びアノード及びフィラメ
ントが電気的に直列であるようにカソード引き込線とア
ノード引き込線間に接続される。フィラメントは、ラン
プ外囲器の底部内に配置し得るのでフィラメントからの
熱が水銀充填物質を暖める。別法として、フィラメント
は、カソード及びアノードを加熱するようこれらに近接
して配置できる。フィラメントは、カソードに隣接して
配される第１区分とアノードに隣接して配される第２区
分を有することができる。

【００１５】フィラメントは、好ましくはランプ外囲器
内に配されるが、しかしランプ外囲器外に配すこともで
きる。フィラメントがランプ外囲器外に配される場合、
フィラメントは分離したランプ外囲器内に配される。任
意スイッチング手段が、グロー放電ランプの定常状態動
作中でのフィラメントを電気的に絶縁するために使用す
ることができる。好ましい実施例において、スイッチン
グ手段は、フィラメントと直列に接続されたバイメタル
スイッチング装置を有する。

【００１６】

【実施例】本発明によるグロー放電ランプが図１に図示
してある。封止された透明なランプ外囲器１０は、その
内面上に蛍光体被覆１２を有する。蛍光体被覆１２は、
紫外線放射を吸収して可視光を放射する。適切な蛍光体
の組成は、この技術分野においては良く知られている。 ランプ外囲器１０は、ネオンや水銀のような貴ガスを含
んだ充填物質を収容している。カソード１４は、カソー
ド１４の両端部に接続された引き込線１６及び１８によ
りランプ外囲器１０内に支持されている。アノード２０
は、アノード２０の両端部に接続された引き込線２２及
び２４によりランプ外囲器１０内に支持されている。カ
ソード１４とアノード２０は、一般に電子放出被覆され
たタングステンコイルを有する。ランプは、１つ以上の
カソードと１つ以上のアノードを有し得る。引き込線１
６、１８、２２及び２４は、一般にモリブデンである。 チョーク安定器３０とパワースイッチ３２は、引き込線
の１つと直列接続されている。ランプは、カソード１４
とアノード２０間に印加される１２０Ｖの交流電源によ
って励起される。図１の実施例において、交流電源は、
カソード引き込線１６とアノード引き込線２２間に接続
される。

【００１７】本発明によると、白熱放射フィラメント３
６は、カソード１４とアノード２０に電気的に直列接続
されている。好ましくは、白熱放射フィラメント３６は
、カソード１４、フィラメント３６及びアノード２０が
電気的に直列接続されるようにカソードの引き込線１８
とアノード引き込線２４間に接続されている。フィラメ
ント３６は、溶接段階で引き込線１８及び２４と接続す
ることができる。

【００１８】電源スイッチ３２が閉じられると、電流が
カソード１４、白熱放射フィラメント３６及びアノード
２０を流れる。白熱放射フィラメント３６は、スイッチ
３２が閉じられるとすぐに照明として十分な可視光を放
つ。ここに使用されている「すぐに」とは使用者の視覚
上のことである。カソード１４とアノード２０は、徐々
に加熱され電子を放出する。数分後、放電がカソード１
４とアノード２０間に形成され、この放電によって放射
される紫外線放射が蛍光体被覆１２からの可視光の放射
を刺激する。カソード１４とアノード２０間に生じる放
電路は、白熱放射フィラメント３６よりも低い抵抗を有
する。放電がフィラメントと電気的に並列にあるため、
白熱放射フィラメント３６を経由する電流は低下する。 フィラメント３６を経由する電流が低下すると、フィラ
メント３６から放射される光は、実質的に減るか全く消
える。

【００１９】白熱放射フィラメント３６の特性は、フィ
ラメント３６が電力印加で直ちに照明として可視光を放
射するように選択されることである。しかし、フィラメ
ント３６の抵抗は、放電がカソード１４とアノード２０
間に生じるとフィラメント３６が絶縁されて十分な可視
光を放射しないように選択される。定常状態動作中は、
ほんの少量の電流がフィラメント３６を流れ、ほとんど
のランプ電流はカソード１４とアノード２０間の放電に
よって流れる。その結果、グロー放電ランプの効率は、
定常状態動作中では比較的高くなる。一般にカソード１
４とアノード２０は、約０．４〜０．８Ωの範囲の電気
抵抗を有し、フィラメント３６は、約１．０〜２０Ωの
範囲の電気抵抗を有する。好ましくは、フィラメント３
６の抵抗とカソード１４及びアノード２０の抵抗との比
率は、約２：１〜２０：１の範囲である。

【００２０】図１の実施例において、白熱放射フィラメ
ント３６は、ランプ外囲器１０の底部若しくはネック部
内に配されている。この配置では始動時のフィラメント
３６からの熱は、通常底部内に収集されている水銀の充
填物質を加熱し、それにより比較的速い水銀蒸発をもた
らしグロー放電の速い組成を促す。

【００２１】本発明の好ましい実施例が図２に図示して
ある。図２にあるグロー放電ランプは、白熱放射フィラ
メント３６がカソード１４とアノード２０に非常に近接
している部分を除けば図１にあるランプと同一であって
前記の通りである。図２に図示した形態の利点は、フィ
ラメント３６からの熱がカソード１４及びアノード２０
を素早く加熱し、それによりカソード１４とアノード２
０間にグロー放電の速い形成を促す。熱エネルギーは、
白熱放射フィラメント３６からカソード１４及びアノー
ド２０へ直接放射される。図１及び図２の形態はグロー
放電形成に必要な時間を短縮しているかもしれないけれ
ども、白熱放射フィラメント３６の主要な役割は、始動
時に可視光を提供することである。

【００２２】カソード１４とアノード２０に非常に近接
して配されたフィラメント３６をもつグロー放電ランプ
の平面図が図３及び図４に図示してある。図３において
、白熱放射フィラメント３６は、カソード１４とアノー
ド２０に非常に近接して配され一方カソード１４の端部
と他方アノード２０の端部との間に斜に方向付けられて
いる。この形態において、フィラメント３６は、カソー
ド１４とアノード２０両方に比較的近接していてそれら
を素早く加熱するようにしている。図４において、この
フィラメント３６は、概してカソード１４に平行で非常
に近接した第１区分３６ａと、概してアノード２０に平
行で非常に近接した第２区分３６ｂとを有する。区分３
６ａと３６ｂは、導体３８によって直列接続されている
。図４の形態は、フィラメント部分の３６ａと３６ｂが
それぞれの電極に非常に近接して配されているため、カ
ソード１４とアノード２０を正確により早く加熱すると
いう利点を提供する。

【００２３】またさらに本発明の実施例が図５に図示し
てある。図５にあるグロー放電ランプは、スイッチング
装置４０が白熱放射フィラメント３６に直列接続されて
いるのを除けば図１に図示し上に論述したものと同一で
ある。スイッチング装置４０がグロー放電ランプの始動
時に閉じられると、白熱放射フィラメント３６は電力を
印加されて即座に可視光を提供する。スイッチング装置
４０は、グロー放電がランプ内に形成されてランプが定
常状態動作になった後解放する。スイッチング装置４０
の目的は、定常状態動作中に白熱放射フィラメントを経
由して流れる少量の電流を除去するところにある。結果
として、本発明によるグロー放電ランプの効率は向上す
る。スイッチング装置４０には、バイメタルスイッチ、
グローボトルあるいは他の熱感知スイッチング装置が可
能である。

【００２４】またさらに本発明によるグロー放電ランプ
の実施例が図６に図示されている。図６のランプは、白
熱放射フィラメント３６がランプ外囲器１０の外に配さ
れていることを除けば図１のランプと同一である。フィ
ラメント３６はランプ外囲器１０の外にあることから、
フィラメント３６は、その動作のために適切な不活性環
境を提供するランプ外囲器４４内に収容されている。図
６に図示されたランプは、図１と合わせて上に記述のと
おりの様式で動作される。

【００２５】本発明によるグロー放電の第１の実施例で
は、電極１４及び２０はそれぞれ０．６Ωの抵抗を有し
、フィラメント３６は２．２Ωの抵抗を有していた。 ランプ外囲器１０は、標準Ａ−２３の白熱放射ジャケッ
トだった。充填ガスは、１．５トル充填圧力のネオン９
９．５％とアルゴン０．５％であった。ランプは、水銀
約１５ｍｇを収容していた。白熱放射フィラメントは、
ランプ外囲器の底部付近に配され図１に図示してあるよ
うに電気的に接続されていた。第１例のランプは、電力
を印加すると即座に約６５０ルーメンを提供する。

【００２６】第２の実施例では、８Ωの抵抗を有する白
熱放射フィラメントは図２に図示してあるようにグロー
放電ランプの中に配されている。ランプの構造は、他の
点は前記の第１例のランプと同一であった。フィラメン
トは高い方の抵抗であるため、ランプ電流の割合の小さ
い方が定常状態動作中に白熱放射フィラメント３６を流
れる。第２例により構成されたランプからは次のような
調査結果が得られた。ランプ電流＝２．０Ａ、ランプ電
圧＝１６．０Ｖ、ランプ電力＝３１．３Ｗ、ルーメン出
力＝７９０ルーメン、単位ワット数当りのルーメン数＝
２５．２。単位ワット数当りのルーメン数の効率は、先
行技術である白熱放射フィラメントをもたないグロー放
電ランプの約２８〜３０ルーメン／Ｗの効率と比較する
。効率の低下は定常状態動作中に電流が白熱放射フィラ
メントを流れるためである。上記のように、フィラメン
ト３６を経由する定常状態電流は、スイッチング装置４
０で除去され得る。第１及び第２の実施例において構成
されるランプは、電力印加を行って直に照明として十分
な可視光を提供する白熱放射フィラメント３６を用いて
何度でも繰り返し使用できる。

【００２７】本発明の好ましい実施例と現在考えられる
ものを図示し説明してきたけれども、当業者であれば、
請求項に定義した本発明の技術思想から逸脱することな
く種々の変更及び修正が可能であることは明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるグロー放電ランプの断面
図である。

【図２】図２は、両電極付近の白熱放射フィラメントの
配置を図示した本発明によるグロー放電ランプの好まし
い実施例の断面図である。

【図３】図３は、両電極付近の白熱放射フィラメントの
配置を図示したグロー放電ランプの平面図である。

【図４】図４は、両電極付近の白熱放射フィラメントの
配置を図示したグロー放電ランプの平面図である。

【図５】図５は、白熱放射フィラメントと直列接続され
たバイメタルスイッチを装備したグロー放電ランプの断
面図である。

【図６】図６は、外部白熱放射フィラメントを装備した
グロー放電ランプの断面図である。

【符号の説明】

１０　　外囲器 １２　　蛍光体被覆 １４　　カソード １６　　引き込線 １８　　引き込線 ２２　　引き込線 ２４　　引き込線 ３０　　安定器 ３２　　パワースイッチ ３６　　白熱放射フィラメント ３６ａ　　第１区分フィラメント ３６ｂ　　第２区分フィラメント ３８　　導体 ４０　　スイッチング装置 ４４　　外部フィラメント用外囲器

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　貴ガスと水銀を収容した封止ランプ外
   囲器と、前記ランプ外囲器内に配されたカソードを含ん
   だカソード電極手段と、前記ランプ外囲器内に配された
   アノードを含んだアノード電極手段と、グロー放電ラン
   プに電力を印加すると実質的に即座に照明として可視光
   を放射し、グロー放電が前記カソード電極手段と前記ア
   ノード電極手段との間に形成されると照明として僅かし
   かあるいは全く可視光を放射しない光放射手段であって
   、前記カソードと前記光放射手段と前記アノードが直列
   に接続されているように電気的に接続された前記光放射
   手段と、から構成されるグロー放電ランプ。
2. 【請求項２】　　前記光放射が白熱放射フィラメントを
   有する請求項１に記載のグロー放電ランプ。
3. 【請求項３】　　前記ランプ外囲器の内面上に蛍光体被
   覆をさらに有する請求項２に記載のグロー放電ランプ。
4. 【請求項４】　　前記ランプ外囲器は底部を有していて
   前記フィラメントがその底部に配されている請求項３に
   記載のグロー放電ランプ。
5. 【請求項５】　　前記電極手段を加熱するために前記フ
   ィラメントが電極手段に近接して配されている請求項３
   に記載のグロー放電ランプ。
6. 【請求項６】　　前記フィラメントが、前記カソード電
   極手段と隣接して配された第一区分と、前記アノード電
   極手段と隣接して配された第二区分と、を有する請求項
   ３に記載のグロー放電ランプ。
7. 【請求項７】　　前記フィラメントが前記ランプ外囲器
   内に配された請求項３に記載のグロー放電ランプ。
8. 【請求項８】　　前記フィラメントが前記ランプ外囲器
   外に配された請求項３に記載のグロー放電ランプ。
9. 【請求項９】　　前記グロー放電ランプの定常状態動作
   中に前記フィラメントを電気的に絶縁するためのスイッ
   チング手段をさらに有する請求項３に記載のグロー放電
   ランプ。
10. 【請求項１０】　　前記スイッチング手段が前記フィラ
    メントと直列接続されたバイメタルスイッチング装置を
    有する請求項９に記載のグロー放電ランプ。