JPH04501484A - ３状態サーマルスイッチとそれを含む予熱型ランプ - 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】 ３状態サーマルスイツチとそれを含む予熱型ランプ ゛する　の参 本出願は、本出願と同時に出願され本出願の譲受人に譲渡された米国出願番号（ 代理人整理番号Ｄ−８９−１−４２１）において請求された発明を開示するもの であるが、特許請求の範囲を異にする。

一匪旦丘！ 本発明は、一般には、けい光ランプに関し、さらに詳しくは、サーマルスイッチ を含む予熱型負グロー放電ランプに関する。

免豆立１１ 典型的な負グロー放電ランプは、管球の内部表面にけい光物質がコーティングさ れた貴ガスと水銀を含む透光性の管球からなり、その管球はランプが励弧（６ｘ ｃｉｔｅ）された時に発生する紫外線放射を吸収して可視光を発するように適合 されている。このランプは、ランプの電極間に電圧を印加することによって励弧 される。電極の少な（とも１つは、電子を放出するカソードの形態をなす。

アノードおよびカソードを有する直流で動作せしめられる予熱型ランプにおいて は、そのカソードが電子放出温度にまで数秒の間予熱される。通常、放電開始電 圧（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｖｏｌｔａｇｅ）と呼ばれるある電位が電極に印加さ れた後に電流が電極間に流れる。この現象の初歩的な説明をすると、電極間のガ スがある電圧でイオン化された状態となり、電流を伝導し紫外線を放射するので ある。紫外線の放射は、ランプの管球の内部表面に配置されたけい光物質層によ って可視光の放射に変換される。負グロー放電ランプが意味することは、陽光柱 （ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｃｏｌｕｍｎ）ランプと区別されるように、明瞭な陽光柱 が放電の中に現れないようにアノードが配置されたものであると理解されている 。

けい光ランプの動作中に、電極の温度をより低（するようにカソード上に２つの 過熱点（ｈｐｔ　５ｐｏｔ）を生成することは有益なことである。この電極温度 を減少させることは、光度を維持することおよびランプの野命とにおいて改善を もたらすことが知られている。１９４３年１２月２８日、Ｈａｌｌ、　Ｊｒ　そ の他によって発表された米国特許第２゜３３７、９９３号が、各電極の各カソー ド上に複数の放出点あるいは過熱点を提供するように配置され結合された複数の カソードからなるランプを開示している。この特許は、各電極の端部が複数のカ ソードを有するランプを動作させるための特殊な回路構成を必要とする。

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ　５ｏｃｉｅｔｙの１９８７年夏号のＹｕｈａｒａ　その他による「けい 光ランプの電極上に２つの過熱点を生成する高周波動作」と題する論文が、２つ の過熱点を生成するための種々の方法を列挙している。この論文は、特に、ラン プの電流の周波数とフィラメント電圧の周波数とが様々である回路について詳細 に述べている。

サーマルスイッチは、種々の目的のためにラビッドスタート型であり、かつ予熱 型であるけい光ランプに使用されてきた。例えば、１９８６年ｌθ月７日、Ｒｏ ｃｈｅその他に発行された米国特許第４．６１６．１５６号はサーマルスイッチ を含むラビッドスタート型ランプを開示している。このサーマルスイッチはカソ ードに直列に接続され、必要エネルギーを減少させるためにけい光ランプの動作 時にヒータの電流を中断する。　１９４４年６月１３日、Ｔｈａｙｅｒに発行さ れた米国特許第２．３５１．３０５号はランプ口金内に配置されたサーマルスイ ッチを有する予熱型けい光ランプを開示している。このサーマルスイッチはカソ ードフィラメントに直列に接続され、ランプの点弧（ｉｇｎｉｔｉｏｎ）に先立 ってフィラメントへの予熱電流を提供する。

及豆匹里上 それゆえに、本発明の目的は、従来技術での不利益を取り除（ことである。

本発明のもうひとつの目的は、特性の優れたサーマルスイッチと改善された予熱 型けい光ランプを提供することである。

さらに、本発明のもうひとつの目的は、改善された光度維持性と寿命を有するけ い光ランプを提供することである。

またさらに、本発明のもうひとつの目的は、カソード上に複数の過熱点を発生す る新たな技法を提供することである。

またさらに、本発明のもうひとつの目的は、比較的に実施することが容易な、カ ソード上に複数の過熱点を発生する技法を提供することである。

またさらに、本発明のもうひとつの目的は、特殊な回路構成、あるいは複数のカ ソードを有するランプを必要としない、カソード上に複数の過熱点を発生する方 法を提供することである。

これらの目的は、ガラス球、ガラス球内部に封止され、そしてガラス球を貫通す る第１と第２の電気的導線、およびガラス球内に配置され、そして第１と第２の 端部な有するバイメタル要素を含む３状態サーマルスイツチを提供することによ って、本発明の一側面として達成される。バイメタル要素の第１の端部は第１の 電気的導線に結合される。バイメタル要素の第２の端部は、周囲温度より高い第 １の上昇せしめられた温度において第２の電気的導線に接触し、かつ、周囲温度 と第１の上昇せしめられた温度より高い第２の上昇せしめられた温度とにおいて は第２の電気的導線から離隔する態様である。

本発明のさらなる示唆によれば、周囲温度より高い第１の上昇せしめられた温度 は約１００℃である。好ましくは、第１の上昇せしめられた温度より高い第２の 上昇せしめられた温度は約３００℃であり、周囲温度は２５℃である。

これらの目的は、イオン化する媒質を含む透光性管球を備えたグロー放電ランプ のような予熱型放電ランプを提供することによって、本発明のもうひとつの側面 として達成される。けい光物質コーティングが管球の内部表面に配置される。１ 対の電極が管球内に配置される。第１と第２の導入線が一方の電極を支持する。

サーマルスイッチが管球内に配置され電極の少なくとも一方を短絡し第１と第２ の導入線を電気的に結合する。サーマルスイッチは、ガラス球、内部に封止され 、そしてガラス球を貫通する第１と第２の電気的導線、およびガラス球内に配置 され、そして第１と第２の端部を有するバイメタル要素とを含んでいる。バイメ タル要素の第１の端部は第１の電気的導線に結合される。バイメタル要素の第２ の端部は、周囲温度より高い第１の上昇せしめられた温度において第２の電気的 導線に接触し、かつ、周囲温度と第１の上昇せしめられた温度より高い第２の上 昇せしめられた温度とにおいては第２の電気的導線から離隔する態様である。サ ーマルスイッチの閉じた状態の結果として、ランプの動作中に、２つの過熱点が 短絡された電極上に生成される。

本発明の付随的な目的、有益性、および新規な態様が以下の記述で述べられ、そ して、その一部は、この分野に熟練した者にとって以下の記述を試験すれば明ら かとなるであろうし、あるいは、本発明を実行することによって理解されるであ ろう。

の　な！日 本発明は、添付の図面と関連した以下の好例の記述からより容易に明白となるで あろう。

第１図は、本発明による３状態サーマルスイツチを含む負グロー放電ランプの正 面断面図である。

第２Ａ図は、第１の動作状態を示す３状態サーマルスイツチの実施例である。

第２Ｂ図は、第２Ａ図の３状態サーマルスイツチの第２の動作状態である。

第２Ｃ図は、第２Ａ図の３状態サーマルスイツチの第３の動作状態である。

第３図は、本発明の３状態サーマルスイツチのバイメタル要素として使用される 好ましい素材の反りの特性を描いたグラフである。

Ｅ１旦二１１１ 本発明を、他の、そしてさらなる目的とともに、そしてその有益性と能力ととも に、よりよ（理解するために、ここでの開示と添付の請求の範囲が、上述の図面 と関連して参照されるであろう。

ここで図面を参照すると、第１図は、球状領域１２と首状領域１４を有する透光 性管球１０を含む負グロー放電ランプのようなけい光ランプを図示する。管球１ ｏの球状領域１２内には、カソード電極１６とアノード電極１８のような１対の 電極が配置される。このカソード電極は、通常、炭酸ストロンチウム、炭酸カル シウム、および炭酸バリウムが沈殿してなる三元炭酸塩共沈の吊り線を有するタ ングステン・エキサイタ・コイルであってもよい、このカソード電極は、要求さ れる始動の形態、期待される寿命、および電流搬送容量に応じて寸法、質量およ び形状が変化してもよい。ランプの製造時、この炭酸塩は、予め定められた時間 長の開電流がカソードを通して流される良（知られた放電（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ）あるいは活性化（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）処理中に酸化物に変換される。導入 線２０および２２がカソード電極１６を支持し、それに電力を供給する。アノー ド電極１８は、単一の導入線２６によって支持されるモリブデン箔の細片２４か らなる。導入線２０．２２および２６は、第１図に示されるように、ランプ管球 の首状領域１４の低部を密閉する繊維強化材芯軸積層（ｗａｆｅｒ　ｓｔｅｍ　 ａｓｓｅ＋ｏｂｌｙ）　３０による方法のような、気密封止がなされる。これら の導入線は例えば直径２０〜３０ミル（約０．０５〜０．０７５ｃｍ）のロッド 状のものであってもよい。

管球は、励弧時に紫外線を放射するイオン化する媒質を含む、このイオン化する 媒質は水銀と貴ガスか、あるいは貴ガスの混合物を含有すればよい、１つの実施 例において、ランプは３トールの貴ガス混合物が充填される。　この混合物は、 約３０ｍｇの水銀とともに存在する１゜５９トールの９９．５％のネオンと０． ５％のアルゴンである。ランプ管球１０の内部表面は、紫外線を吸収時に可視光 を発するけい光物質コーティング１５を有する。

本発明の開示するところによれば、グロー放電ランプは、さらに、電気的にカソ ード１６に橋渡しに結合された３状態サーマルスイツチ３４を含む、サーマルス イッチ３４は、ガラス球４０に封止され貫通する電気的導線３６および３８を含 む、電気的導線３６および３８は、それぞれ、導入線２２および２０に接続され る。サーマルスイッチ３４は、さらに、導線３６の一端にその一端が例えば溶接 によって接続されるバイメタル要素４２を含む。バイメタル要素４２の自由端は 導線３８の一端に近接している。

第１図および第２図に示されるように、サーマルスイッチ３４は、２５℃のよう な周囲の室温では通常開いている。放電によって温度が約１００℃にまで上昇せ しめられる時、バイメタル要素４２は、第２Ｂ図に示されるように、電気的溝！ ！３８の方向へ反り、サーマルスイッチは閉じた状態となる。カソード活性化処 理中に温度が３００℃に達した時、バイメタル要素４２は、第２Ｃ図に示される ように導入線３８から遠ざかる反対方向へガラス球に向かって反り、その結果サ ーマルスイッチの接点は開いた状態となる。バイメタル要素として適切な材料の １つは、Ｎ、Ｃ，２７３２０Ｒｅ１ｄｓｖｉｌｌｅのＡｖｖａｎｃｅｄ　Ｍｅｔ ａｌｌｕｒｇｙＩｎｃ、、社から入手できる４６００型である。　４６００型の 反りの特性が第３図に描かれている。そこに示されるように、バイメタル要素は 約１００℃の温度まではある方向に反り、１００℃より大きい温度ではそれと反 対の方向に反る。

１つの実施例においては、０．０１０インチ（約０．０２５４ｃｍ）の厚さのバ イメタル・ブレード（ｂｌａｄｅ）が使用される。そのブレードは０．０６０イ ンチ（約０．１５２ｃｍ　）の幅で０、７５０インチ（約１゜９１ｃ＋ｏ）の長 さである。２５℃ではバイメタル・ブレードの自由端は、対向するサーマルスイ ッチの導線から約０．０２０インチ（約０．０５１ｃｍ　）離隔する。

ランプの動作中、サーマルスイッチの閉じた状態は、カソードの各端部に過熱点 を生じさせる。結果として、その電極温度は十分に下げられて、ランプの光度の 維持とランプの寿命とにおける改善をもたらすこととなる。

所望のスイッチング温度を得るために、第１図に示されるように、サーマルスイ ッチはランプ口金の近（の管球首状領域に配置される。さらに、サーマルスイッ チのこの配Ｉは放出される光をほとんど減衰させない。

ランプの製造時に、第１図に示されるカソードは、カソードの炭酸塩素材が酸化 物に変換されるのに十分な時間長の間、導入線２０と２２に交流電源（図示され ない）を接続することによって活性化される。ランプ製造時の温度は、それは３ ００℃にまで達するのだが、バイメタル要素４２を導線３８から遠ざかりガラス 球方向へ反らせるのに十分なものである。結果として、カソードの活性化処理は サーマルスイッチによって中断されることはない。

第１図に示されるグロー放電ランプの始動と動作に関しては、導入線２６が直流 電源（図示されない）のプラス端子に接続される。導入線２０は直流電源のマイ ナス端子に接続される。ランプを始動するために、導入線２２と２６をしばら（ の間接続することによって予熱電流がカソード１６に供給される。従来のグロー 放電スタータは、予熱し始動することを容易にするよう導入線２２と２６を結合 するかもしれない。点弧時、グロー放電がアノード１８とカソード１６との間に 生じせしめられる。予め定められた時間長の後、それは約３〜５秒のような時間 であるが、放電による熱が、バイメタル要素４２を導線３８に接触させて電気的 に導入線２０と２２を接続し、カソード１６の短絡回路を形成する。ランプの放 電が消滅せしめられた後、サーマルスイッチのバイメタル要素は約３秒以内のう ちに冷えて、通常の開いた状態に戻る。サーマルスイッチが閉じた状態とそれか ら復帰する特性は、スイッチ素材の混合物およびランプ内でのスイッチの配置に よって変更されてもよい。

サーマルスイッチは図面に示されたものと異なる構成を有してもよい０例えば、 バイメタル要素はＵ字型に曲げられてもよい、さらには、サーマルスイッチが、 １対の電気的導線および（あるいは）ガラス球を包含することを必ずしも必要と はしない０例えば、バイメタル要素の一方の端部は、他方の端部が一方の導入線 から離隔されるとともに、他方の導入線に直接に結合されてもよい。

本発明のサーマルスイッチによって、複数の過熱点がランプの動作中にカソード 上に発生せしめられる。フィラメントあるいはカソードの温度は１２００”Ｃか ら１０４０’Ｃに減少せしめられた。この低い温度は、ランプのカソードのバリ ウムの蒸発を減少させ、ランプの寿命を長らえさせる。

直流動作のグロー放電ランプが第１図に描かれたが、この分野に熟練した者にと って、本発明が示唆するものは他の形態のランプに適用できることは明白である 。例えば、細長（した管球の対向する端部にそれぞれが配置された電極を有する けい光アーク放電ランプのようなものに適用することが考えられる。ランプは直 流あるいは交流で動作させてもよい。タングステン・エキサイタ・コイル形態で ある１対の電極を有する交流放電ランプでは、各電極は好ましくは３状態スイツ チによって短絡回路が形成される。

かくして、ここに、ランプの動作中にカソード上に複数の過熱点を発生させるた めの３状態サーマルスイツチを備えた予熱型けい光ランプについて図示され論述 された。このランプは、改善された光度の維持性と寿命とを提供する。本発明は 、実施することが比較的に簡単であり、そして複雑な安定回路を使用することを 必要としない。

ここで、本発明の好ましい実施例と考えられるものが図示され論述されたが、こ の分野に熟練した者にとって、本発明の範囲を逸脱することなしに種々の変更と 改良がなされる得ることは明らかである。それゆえに、添付の特許請求の範囲の 意図するところは、本発明の真の趣旨と範囲に存在するようなすべての変更およ び改良を包含しようとするものである。上述の論述と添付図面とにおいて説明さ れたことは、解説だけのために記載されたものであり、本発明を制限しようとす るものではない。従来技術に基づいてそれらの適切な特徴が考察されるときに、 本発明の実際の範囲は特許請求の範囲で定義されることを意図している。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２Ａ （室温　） 温度”Ｆ ＦＩＧ、３ 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．予熱型放電ランプであって、 イオン化する媒質を含む透光性管球と、前記管球の内部表面に配置されたけい光 物質コーティングと、 前記管球内に配置された１対の電極と、前記電極の一方を支持する第１と第２の 導入線と、前記電極の少なくとも前記一方に短絡回路を形成して前記第１と第２ の導入線に電気的に結合される、前記管球内に配置されたサーマルスイッチであ り、前記サーマルスイッチは、ガラス球と、前記ガラス球内に封止されそして前 記ガラス球を貫通する第１と第２の電気的導線と、前記ガラス球内に配置され第 １と第２の端部を有するバイメタル要素と、を含み、前記バイメタル要素の前記 第１の端部は前記第１の電気的導線に結合されており、前記バイメタル要素の前 記第２の端部は、周囲温度より高い第１の上昇せしめられた温度では前記第２の 電気的導線に接触し、そして前記周囲温度と前記第１の上昇せしめられた温度よ り高い第２の上昇せしめられた温度では前記第２の電気的導線から離隔するよう な態様で形成され、それによって、前記サーマルスイッチが閉じることによって 、ランプの動作中に、前記短絡回路が形成された電極に２つの過熱点が生成され る、前記サーマルスイッチと、 を備えた予熱型放電ランプ。
2. ２．前記第１の上昇せしめられた温度が約１００℃である特許請求の範囲第１項 記載の予熱型放電ランプ。
3. ３．前記第２の上昇せしめられた温度が約３００℃である特許請求の範囲第１項 記載の予熱型放電ランプ。
4. ４．前記周囲温度が約２５℃である特許請求の範囲第１項記載の予熱型放電ラン プ。
5. ５．前記管球が球状領域と首状領域を含み、前記サーマルスイッチが前記管球の 前記首状領域内に配置される特許請求の範囲第１項記載の予熱型放電ランプ。
6. ６．グロー放電ランプであって、 イオン化する媒質を含み、球状領域と首状領域を有する透光性管球と、 前記管球の内部表面に配置されたけい光物質コーティングと、 前記管球の前記球状領域内に配置された１対の電極と、 前記電極の一方を支持する第１と第２の導入線と、前記電極の少なくとも前記一 方に短絡回路を形成して前記第１と第２の導入線に電気的に結合される、前記管 球の前記首状部内に配置されたサーマルスイッチであり、前記サーマルスイッチ は、ガラス球と、前記ガラス球内に封止されそして前記ガラス球を貫通する第１ と第２の電気的導線と、前記ガラス球内に配置され第１と第２の端部を有するバ イメタル要素と、を含み、前記バイメタル要素の前記第１の端部は前記第１の電 気的導線に結合されており、前記バイメタル要素の前記第２の端部は、周囲温度 より高い与えられた範囲の温度では前記第２の電気的導線に接触し、そして前記 周囲温度と前記与えられた範囲の温度より高い温度では前記第２の電気的導線か ら離隔するような態様で形成され、それによって、前記サーマルスイッチが閉じ ることによって、ランプの動作中に、前記短絡回路が形成された電極に２つの過 熱点が生成される、前記サーマルスイッチと、を備えたクロー放電ランプ。
7. ７．予熱型放電ランプに使用される３状態サーマルスイッチであって、 ガラス球と 前記ガラス球内に封止されそして前記ガラス球を貫通する第１と第２の電気的導 線と、 前記ガラス球内に配置され第１と第２の端部を有するバイメタル要素であり、前 記バイメタル要素の前記第１の端部は前記第１の電気的導線に結合されており、 前記バイメタル要素の前記第２の端部は、周囲温度より高い与えられた範囲の温 度では前記第２の電気的導線に接触し、そして前記周囲温度と前記与えられた範 囲の温度より高い温度では前記第２の電気的導線から離隔するような態様で形成 された、バイメタル要素と、を備えた３状態サーマルスイッチ。
8. ８．前記与えられた範囲の温度が約１００℃である特許請求の範囲第７項記載の ３状態サーマルスイッチ。
9. ９．前記与えられた範囲の温度より高い前記温度が約３００℃である特許請求の 範囲第７項記載の３状態サーマルスイッチ。
10. １０．前記周囲温度が約２５℃である特許請求の範囲第７項記載の３状態サーマ ルスイッチ。