JPH04284345A

JPH04284345A - けい光ランプ

Info

Publication number: JPH04284345A
Application number: JP4820191A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Misono; 御園　勝秀; Norihiro Umeoka; 梅岡　則広; Seiichi Futagami; 二神　誓一
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1992-10-08

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、高周波で点灯するけい
光ランプにおいて、省電力形として使ってもまたは高出
力形として使っても、いづれも使用可能なけい光ランプ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】けい光ランプを高周波電力で点灯すると
、コア・アンド・コイル形安定器等を用いる場合に比べ
て、発光効率が向上し、ちらつきがなくなるとともに、
トランジスタインバ−タ回路を使用できるので灯具を小
形、軽量化することができ、さらには周波数を変えるこ
とにより任意に明るさを調節（調光）することもでき、
かつ安定器の唸り現象がなくなる等の利点がある。

【０００３】従来における高周波点灯式けい光ランプ装
置は、けい光ランプ自体はコア・アンド・コイル形安定
器で点灯されるように設計されたランプを用い、このラ
ンプに適合するように高周波点灯回路を改善して設計し
ていた。

【０００４】しかしながら、最近では高周波点灯専用と
して設計されたけい光ランプも多く開発されてきた。最
近の高周波点灯専用形けい光ランプは、バルブの外径が
１インチ（＝２５．５ｍｍ）で、水銀および約２．５Ｔ
ｏｒｒのアルゴンガスを封入し、ランプ長が０．６ｍ、
１．２ｍおよび１．５ｍ等が市販されており、ランプ長
が１．２ｍのランプはランプ電力３２Ｗで全光束３２０
０ｌｍが得られ、発光効率１００ｌｍ／Ｗである。なお
、コア・アンド・コイル形安定器で点灯されるように設
計されたランプの場合、ランプ長が１．２ｍのものはラ
ンプ電力４０Ｗで全光束は３４００ｌｍであり、発光効
率は８５ｌｍ／Ｗである。したがって、高周波点灯用ラ
ンプの方が省エネルギー形で発光効率が高いといえる。しかしながら、高齢化社会や視環境の観点から、単に省
エネルギーの追及だけでなく、明るいランプ、つまり高
い光出力のランプも求められている。

【０００５】このため、調光が容易という高周波点灯形
けい光ランプ装置の利点を生かして、上記ランプ長が１
．２ｍのけい光ランプでありながら、ランプ電力を３２
Ｗとして全光束を３２００ｌｍとなるように省電力タイ
プとして点灯する場合と、ランプ電力を４０Ｗにして全
光束が４０００ｌｍとなるように高出力タイプとして点
灯する場合とに共用できるランプの開発が望まれている
。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにランプ電力が異なる場合はランプ電流が異なるの
で、電極の定格が異なってくる。

【０００７】つまり、上記１．２ｍのけい光ランプの場
合、ランプ電力が３２Ｗではランプ電流が２５５ｍＡと
なり、またランプ電力が４０Ｗはランプ電流が３４５ｍ
Ａになる。このため、同一定格の電極を用いると、それ
ぞれランプ電流が異なるので寿命特性に差が生じる。

【０００８】従来の場合、ランプ電流の少ない省電力形
けい光ランプの場合、電極は比較的小形に構成されてお
り、これに大電流を与えた場合は陰極スポット温度が高
くなり過ぎるため電極物質や電子放射物質の蒸発や飛散
が著しくなって寿命低下を招き、逆に比較的大形に形成
されていたランプ電流の多い大出力用の電極に小さな電
流を流すと、陰極スポット温度が低くなり、充分な熱電
子が放出されなくなるから、陰極降下が大きくなり、イ
オン衝撃により電極物質が飛散され、この場合も寿命が
低下する。

【０００９】したがって、従来においては、ランプ寿命
の観点から各ランプ電流に対応した電極を設置するよう
にしており、ランプ電流が異なる場合は電極を別構造と
しており、つまり１本のランプをランプ電力が３２Ｗで
点灯したりランプ電力が４０Ｗで点灯する等のように共
用する構造にはなっていなかった。しかし、使用者にと
っては、１本のランプを省電力形として使用する場合と
、高出力形として使用する場合には、同じ寿命であるこ
とが望ましい。

【００１０】したがって、本発明の課題は、従来のラン
プは、省電力形として使用するタイプと高出力形として
使用するタイプは、個々のランプ電流に合わせて電極を
設計しているので共用することができず、無理に共用す
ると寿命が著しく低下する欠点があり、このため、調光
を容易におこなえる高周波点灯方式の利点を有効に生か
せないことになる。

【００１１】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、同一のランプを省
電力形として使用しても、高出力形として使用しても、
いづれでも略同等の寿命が得られるようにしたけい光ラ
ンプを提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、バルブの内面にけい光体被膜を設け、この
バルブ内に水銀およびアルゴンガスを封入し、上記バル
ブの端部にタングステンからなるトリプルコイルによっ
て形成された電極を封装したけい光ランプであり、上記
バルブの外径を２３〜２７ｍｍ、上記アルゴンガスの封
入圧を２〜３Ｔｏｒｒ、点灯周波数を２０ｋＨｚ以上、
ランプ電流を２３０〜３７０ｍＡとして点灯されるよう
にし、上記トリプルコイルにおけるセカンドコイルの単
位長さ当りの抵抗値をＲ（Ω／ｍｍ）、このセカンドコ
イルの表面積をＳ（ｍｍ２　）、上記セカンドコイルの
長さをその断面積で割った値をＨ（１／ｍｍ）とした場
合、０．０８≦Ｒ≦０．１６４０≦Ｓ≦５０１１０≦Ｈ≦１９０に設定したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によれば、電極の構造を改善したので、
同一のランプでありながら省電力形として使用しても、
高出力形として使用しても、いづれの場合も略同等の寿
命が得られるようになる。

【００１４】

【実施例】以下本発明について、図１に示す実施例を参
照して説明する。

【００１５】図１は、直管形熱陰極けい光ランプの構造
を示し、１は発光管バルブである。この発光管バルブ１
は、管外径ｄが２５．５ｍｍ、長さ１．２ｍとされ、両
端部はフレアステム２、２により封止されている。これ
らステム２にはそれぞれ対をなすウエルズ３…が気密に
貫通されており、各ウエルズ３、３の内端部にはフィラ
メント電極４、４が架け渡されている。これら電極４に
ついては後で説明するが、バリウム、ストロンチウム、
カルシウムの酸化物からなる熱電子放射物質が塗布され
ている。バルブ１の内面にはけい光体被膜５が形成され
ており、けい光体としては例えば３波長域発光形けい光
体が用いられている。バルブ１内には所定量の水銀と、
アルゴンからなる希ガスが封入されている。アルゴンの
封入圧は略２〜３Ｔｏｒｒである。

【００１６】そして、このようなけい光ランプは、点灯
周波数が２０ｋＨｚ以上の高周波で点灯され、ランプ電
流は２３０〜３７０ｍＡで全光束は３０００〜４０００
ｌｍとなっている。

【００１７】この場合、上記電極４はタングステンによ
り形成されたトリプルコイルである。トリプルコイルと
は、タングステン細線を１次マンドレルに巻き付けてフ
ァストコイル（１ｓｔコイル）を成形し、この１ｓｔコ
イルを２次マンドレルに巻き付けてセカンドコイル（２
ｎｄコイル）を成形し、さらにこの２ｎｄコイルを３次
マンドレルに巻き付けてトリプルコイルを成形したもの
で、各マンドレルは除去される。

【００１８】そして、２ｎｄコイルの状態の端部がフィ
ラメント脚部となっており、この２ｎｄコイルのフィラ
メント脚部が、ウエルズ３、３の端部にクランプされて
いるものである。

【００１９】このようなトリプルコイルからなる電極４
は、２ｎｄコイルの単位長さ当りの抵抗値をＲ（Ω／ｍ
ｍ）、この２ｎｄコイルの表面積をＳ（ｍｍ２　）、上
記２ｎｄコイルの長さを断面積で割った値をＨ（１／ｍ
ｍ）とした場合、０．０８≦Ｒ≦０．１６４０≦Ｓ≦５０１１０≦Ｈ≦１９０に設定してある。このような設定は本発明者等の研究、
実験によるもので、以下この点について説明する。電極
の寿命は電極の温度条件に影響されるものであり、した
がって本発明者等は、高周波点灯時における電極の温度
上昇具合について検討した。まず、電極周囲の環境条件
を検討する。

【００２０】バルブ１内の希ガスはアルゴンガスがよく
、アルゴン以外の希ガス、例えばキセノンやクリプトン
の場合はペニング効果が期待できなくて始動電圧が高く
なる不具合があり、またネオンやヘリウム等では原子量
が小さいので蒸発した電極物質の拡散損が増え、電極寿
命が短くなり、ランプ電圧が上昇する場合もある。この
ため希ガスはアルゴンガスがよい。そして、アルゴンの
封入圧が低すぎると電極に塗布した電子放射物質が蒸発
した場合に拡散損増え、逆にアルゴンの封入圧が高くな
り過ぎるとアルゴンによる弾性衝突損が増し、また電子
温度も低下するので発光効率が低下する。このため、ア
ルゴンの封入圧は従来から適正な値として知られている
２〜３Ｔｏｒｒに設定するのがよい。一方、バルブ１の
外径ｄは、ランプ電流との関係で決められる。

【００２１】先に説明したように、１．２ｍのけい光ラ
ンプでランプ電力が３２Ｗではランプ電流が２５５ｍＡ
となり、またランプ電力が４０Ｗはランプ電流が３４５
ｍＡになる。同一ランプでランプ電流が異なる場合でも
寿命特性の差を防止しようとすれば、ランプ電流は２５
５〜３４５ｍＡの範囲で使用されることになる。

【００２２】ところで、一般にランプ効率を上げるには
、電極ロスの割合を少なくすることが大切であり、その
ためにはランプ電圧ＶＬ　を上げることが望ましい。し
かし、ランプ電圧ＶＬ　を上げるとランプ電流が下がる
傾向にあり、この場合は発光管の温度が低くなるので水
銀蒸気圧が低下する虞れがある。よって管径は細目に設
定するのがよい。しかし、管径を細くし過ぎると管壁負
荷が上昇し、水銀蒸気圧が高くなり過ぎて発光効率が低
下する。これらの条件を加味して上記ランプ電流が２５
５〜３４５ｍＡの範囲の場合は、バルブ１の径は２３〜
２７ｍｍが最適である。このような条件のもとで、電極
４について検討する。

【００２３】電子放射物質の保有量を多くし、かつ電子
放射物質の付着強度を高めることにより、電極寿命を長
く保つにはトリプルコイルが有利である。このようなト
リプルコイルの温度上昇具合は、コイルの加熱と放熱と
の兼ね合いで決まる。コイルが加熱される条件の内訳は
、コイルの加熱＝ジュ−ル加熱＋イオン電流による加熱
である。また、コイルの放熱の内訳は、コイルの放熱＝
熱伝導損＋輻射損＋ガス損＋電子電流による放熱と考え
ることができる。

【００２４】これらコイルの加熱とコイルの放熱との兼
ね合いでコイルの温度上昇が決まる。そして、トリプル
コイルの場合、ジュ−ル加熱は２ｎｄコイルの単位長さ
当りの抵抗値（２５℃）Ｒ（Ω／ｍｍ）に依存し、熱伝
導損は２ｎｄコイルの長さを断面積で割った熱抵抗に比
例した量Ｈ（１／ｍｍ）に依存し、さらに輻射損とガス
損は、２ｎｄコイルの表面積Ｓ（ｍｍ２　）に依存する
とみなすことができる。そこで、本発明者等は、これら
の設計パラメ−タを設定して表１に示すような７種類の
コイルフィラメント電極を試作した。

【００２５】

【表１】これら７種類の電極をランプに取付け、各ランプにおけ
るバルブの黒化および電子放射物質の消耗量についての
寿命試験を行った。その結果を表２に示す。

【００２６】試作したランプは上記実施例に示す通り、
バルブ１の外径ｄが２５．５ｍｍ、全長１．２ｍ、アル
ゴンの封入圧を２．５Ｔｏｒｒとし、４０ｋＨｚの高周
波でランプ電流が２５５ｍＡの場合と、３４５ｍＡの場
合の両者を調べた。なお、４０ｋＨｚを用いたのは、陽
極降下がなくなること、可聴領域外の周波数帯であるこ
と、回路を小さくできることによる。

【００２７】テストは１７０分点灯−１０分消灯の点滅
を繰り返し、２０００時間後における状況結果が表２に
示されている。ランプ電流による状況の差は小さかった
ので、表２には２５５ｍＡの場合と３４５ｍＡの場合を
まとめて表してある。また、各サンプルは５本のランプ
の平均評価である。

【００２８】

【表２】上記の実験の結果から、サンプル１、２および４が好成
績を得ており、これらの条件であればよいことが判る。その結果、０．０８≦Ｒ≦０．１６４０≦Ｓ≦５０１１０≦Ｈ≦１９０を満足すれば、同一構造のランプでありながら省電力形
として使用しても、高出力形として使用しても、略同等
の寿命が得られることが理解できる。なお、バルブの径
ｄが２３ｍｍ、２７ｍｍの場合でも同様な結果が得られ
、またアルゴンの封入圧を２〜３Ｔｏｒｒの範囲で変更
しても同様の結果が得られた。図２および図３は本発明
の変形例を示す。

【００２９】図２においては、電極４を耐熱金属帯より
なるリング形状シールドリング１０で囲った場合を示し
ている。なお、１１はシールドリング１０を支持するサ
ポートワイヤである。このようなシールドリング１０は
、電極４から飛散される電子放射物質が管壁に付着する
のを防止し、管壁の黒化を防止する。

【００３０】しかし、図２の場合、幅が一定の耐熱金属
帯よりなるシールドリング１０で電極４を囲っているか
ら、電極４の回りに影ができる。また、電極４はアルゴ
ンイオンからの衝撃が上記シールドリング１０により弱
められるが、電極上に形成されるスポットの温度が低下
し、陰極降下電圧が高くなり、むしろ電極４からの電子
放射物質の飛散量が多くなり、寿命が低下する。

【００３１】これを防止するため、図３に示すように、
シールドリング１０の１部に切り欠き部１２や窓を設け
るようにすればよい。また、シールドリングをメッシュ
の金属帯で構成してもよい。

【００３２】このようにすれば、電極４の回りの影は小
さくなり、また、電極４へのアルゴンイオンの飛び込み
が多くなり、陰極降下を少なくすることができ、電子放
射物質の飛散量を少なくすることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、ト
リプルコイルによって形成された電極の特性を、このト
リプルコイルにおけるセカンドコイルの単位長さ当りの
抵抗値をＲ（Ω／ｍｍ）、このセカンドコイルの表面積
をＳ（ｍｍ２　）、上記セカンドコイルの長さをその断
面積で割った値をＨ（１／ｍｍ）とした場合、０．０８
≦Ｒ≦０．１６、４０≦Ｓ≦５０および１１０≦Ｈ≦１
９０に設定したから、同一のランプを省電力形として使
用しても、高出力形として使用しても、いづれでも略同
等の寿命が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）図はけい光ラ
ンプの構成図、（ｂ）図は電極の構成図。

【図２】本発明の他の実施例を示し、電極を囲うシール
ドリングの斜視図。

【図３】本発明の他の実施例を示し、電極を囲うシール
ドリングの斜視図。

【符号の説明】

１…バルブ、２…ステム、３…ウエルズ、４…電極、５
…けい光体被膜、１０…シールドリング。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　バルブの内面にけい光体被膜を設け、
このバルブ内に水銀およびアルゴンガスを封入し、上記
バルブの端部にタングステンからなるトリプルコイルに
よって形成された電極を封装したけい光ランプであり、
上記バルブの外径を２３〜２７ｍｍ、上記アルゴンガス
の封入圧を２〜３Ｔｏｒｒ、点灯周波数を２０ｋＨｚ以
上、ランプ電流を２３０〜３７０ｍＡとして点灯される
ようにし、上記トリプルコイルにおけるセカンドコイル
の単位長さ当りの抵抗値をＲ（Ω／ｍｍ）、このセカン
ドコイルの表面積をＳ（ｍｍ２　）、上記セカンドコイ
ルの長さをその断面積で割った値をＨ（１／ｍｍ）とし
た場合、０．０８≦Ｒ≦０．１６４０≦Ｓ≦５０１１０≦Ｈ≦１９０に設定したことを特徴とするけい光ランプ。