JP3943131B2 - 放電ランプの点灯方法 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前文に記載された放電ランプの点灯方法に関する。
この方法は、特に、例えば自動車技術において信号及び表示のために使用されるような低圧希ガス放電ランプの点灯にも関する。
両端が気密に閉鎖され封入ガスとしてネオンを含む管状放電管を備えた縦長のランプは知られている。放電管の内壁は選択的に蛍光体膜、特にＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅを備えている。放電管は内部に対向配置されリード線に接続されて加熱されない２つの電極を有している。
このランプは次の両様式に基づいて点灯することができる。
（１）例えば６０ｋＨｚの周波数を持つ正弦波状交流電圧が放電管内部に放電を発生させるために使われ、その場合特に僅かな真空紫外線又は紫外線成分を持つ主に赤色及び赤外線スペクトル範囲の電磁放射線が放出される。この点灯様式ではランプは主として赤い光色を有し、従って例えば自動車の停止灯に使用するのに適している。通常、この場合蛍光体膜は省かれている。
（２）例えば１２ｋＨｚの周波数及びμｓ範囲の標準的なパルス時間を持つパルス状電圧が放電管内部に放電を発生させるために使われるが、この放電も同様に赤色及び赤外線スペクトル範囲の電磁放射線を放出し、点灯様式１との相違点は何れにしても明らかに高い真空紫外線又は紫外線成分を持つ点である。真空紫外線又は紫外線は蛍光Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅを励起し、この蛍光体は黄色スペクトル範囲で蛍光を発する（平均波長：５５６ｍｍ、半値幅：１０３ｎｍ）。これによって、この点灯様式のランプは主として黄色の光色を有し、例えば自動車のウィンカーに使用するのに適している。
ランプをパルス点灯する場合、放電管の端部で外部へ導かれるリード線に電圧パルス列が印加される。この電圧パルスは比較的長い休止（低いデューティサイクル）によって互いに分離されている。休止時間はランプの所望の色度位置を調整するために必要である。
イオン化はパルス休止において急激に減少するので、特に大きい電極間隔を有する長いランプの場合、放電を再点弧するために比較的高いパルス電圧が必要である。しかしながら、パルス電圧の高さと共に、ランプ及び点灯回路から発せられる電磁妨害雑音が増大する。これによって電子回路が影響を受ける（ＥＭＩ＝電磁干渉）。これを回避するために、特に信頼性の重要な環境においては、例えば自動車技術に使用する場合、相応して労力のかかる遮蔽が必要である。点灯様式２の高いパルス電圧からは別の欠点が派生する。即ち適当な点灯装置のために耐電圧性の従って高価なデバイスが必要である。
本発明の課題は、放電ランプから放出された放射のスペクトル分布に的確に影響を及ぼし、電圧パルスの必要な高さを従来の方法に比べて減少させることができる放電ランプのパルス点灯方法を提供することにある。
この課題は本発明によれば請求項１に記載された特徴事項によって解決される。他の有利な特徴事項はその従属請求項に記載されている。
本発明の基本思想は、放電ランプの電極間での従来のパルス状放電の他に、放電管内に誘電体妨害放電を発生させることである。このような措置によって、放電ランプから放出された放射のスペクトル分布は的確に影響を受け、電圧パルスの必要な高さは従来の方法に比べて減少する。
誘電体妨害放電は、従来の（誘電体無妨害）放電とは、１つの電極（片側誘電体妨害放電の場合）又は２つの両電極（両側誘電体妨害放電の場合）が誘電体膜によって放電から分離される点で相違する。その場合、誘電体膜は少なくとも１つの電極の少なくとも部分的な覆いの形態で実現することができる。同様に、誘電体膜は、電極が放電管の外部に、例えば表面上に配置されることにより、放電管自体の壁によっても形成することができる。簡略化のためにこの種の電極は以下においては“誘電体電極”と称される。これと区別するために以下においては直接すなわち中間配置された誘電体分離膜なしで放電に接する電極は“ガルヴァニック電極”と略称する。
本発明による方法は、パルス状の誘電体無妨害放電を発生させるために必要な電圧パルス列の他に、誘電体妨害放電を発生させるために時間に応じて変わる電圧を使用することを予定している。この時間に応じて変わる電圧としては例えば交流電圧及び特に電圧パルス列が適しており、その場合個々の電圧パルスはそれぞれ休止時間によって分離される。
誘電体無妨害放電ならびに誘電体妨害放電を発生させるための電圧パルスには、原理上多数のパルス波形、例えば三角波パルス、矩形波パルスが適する。パルス幅は一般的に０．１μｓ〜５０μｓの範囲内にある。効率の良い放射発生のために重要なことはパルスが休止によって分離されることである。一般的なパルス−休止比は０．００１〜０．１の範囲内にある。特に国際公開第９４／２３４４２号パンフレットで公開されたパルス列が同様に適する。
ランプから放出された放射の光スペクトルは従来の（誘電体無妨害）放電に与えられる平均電力と誘電体妨害放電に与えられる平均電力との比によって影響を受ける。このための理由は両放電形式の粒子動力学が異なることにある。その結果、それぞれ放出された放射のスペクトル組成も同様に異なる。与えられた電力の比に応じて同様に放電ランプの全放射における両放電形式のそれぞれのスペクトル成分の放射比率が変化し、その結果全スペクトルもしくは色度位置が同様に変化する。
電力の比はパルス列、特にパルス及び休止の時間ならびに振幅もしくは場合によっては交流電圧の周波数、電極構成ならびに種類、ランプの封入物の圧力によって影響を受ける。誘電体妨害放電と誘電体妨害放電との電力の一般的な比は０．０１〜１００の範囲内、好ましくは０．５〜１０の範囲内にある。
色度位置への影響は適当な蛍光体を使用することによって助成することができる。このために放電管の内壁は放電の紫外線もしくは真空紫外線を光に変換する蛍光体膜が備えられる。すなわち、放電管は、放電ランプから放出された放射のスペクトル分布もしくは放電ランプの色度位置への影響を助成するために、蛍光体膜を備える。
イオン化可能な封入物及び場合によっては蛍光体膜の選択は適用目的に従う。特に希ガス、例えばネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンならびにこれらの希ガスの混合ガスが適する。何れにしても他の封入物質も使用することができ、即ち、通常光発生に供される全ての封入物質、特にＨｇ及び希ガス−Ｈｇ混合物ならびに希土類及びそのハロゲン化物を使用することができる。
誘電体無妨害放電は封入物の原子の比較的幅広い励起を惹き起こす、即ち最も異なる励起段階の原子状態によって占められる。ネオンの場合この励起は例えば光スペクトルの赤色範囲内のネオン線を含む。これとは異なり、誘電体妨害放電の使用及び特にパルス状の誘電体妨害放電の使用は、主として共鳴準位及びこの共鳴準位の直ぐ周りにおける僅かな準位のみが励起されるようにエネルギーの選択的入力を可能にする。準安定状態の原子からはその後の一連の衝突において非常に効率の良い短命の励起された分子いわゆるエキシマ（ネオンの場合例えばＮｅ₂ ^*）が形成される。このエキシマが崩壊する際分子帯放射が生成する。希ガスのエキシマはスペクトルの紫外線及び真空紫外線範囲で放出する。例えば、Ｎｅ₂ ^*は約８５ｎｍのところに最大強度を有する。蛍光体、例えばＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅによって、この短波の見えない放射は上述の例では黄色のスペクトル範囲の見える放射へ変換することができる。
この効果はエキシマ放出の範囲に高い励起能を持つ蛍光体を用いると特にはっきりする。これによって色度位置を調整するための新しい独立したやり方が生まれる。
誘電体妨害放電が誘電体無妨害放電と同様にパルス状に作動される場合、両パルス列は時間的にむらのないランプ点灯を保証するために互いに同期させられる。簡単な変形例では、これはこの電圧パルス列が誘電体妨害放電と誘電体無妨害放電とを発生させるために使用されることによって達成される。
本発明による方法の１つの優れた実施態様において、パルス状の誘電体妨害放電は、十分に多くの始動電子が誘電体無妨害放電のために既に用意されることによって誘電体無妨害放電より時間的に前に発生させられる。このようにして、誘電体妨害放電によって、放出された放射のスペクトル分布の独立した調整の利点の他に、誘電体無妨害放電の作動のために必要な電圧を下げることができる。
誘電体無妨害放電のために必要な電圧パルスの恒常的な引き下げは、誘電体電極に印加される電圧パルスがガルヴァニック電極の電圧パルスよりそれぞれ時間的に先行することによって達成することができる。何れにしてもこれは２つの同期した給電装置又は両パルス列を所望通りに時間的に互いにずらせる的確な手段を必要とする。
この欠点は、本発明による方法の優れた変形例において、第１に、この電圧パルス列が誘電体妨害放電ならびに誘電体無妨害放電を発生させるために使用されることによって回避される。第２に、電極構成は誘電体妨害放電の点弧電圧が誘電体無妨害放電の点弧電圧より小さくなるように的確に選定されることである。第１の前提条件を満たすために、ガルヴァニック電極のリード線と誘電体電極のリード線とはそれぞれ互いに電気的に接続される。第２の条件は誘電体無妨害電極間の間隔に比べて誘電体妨害電極間の間隔が十分短いことを必要とする。縦方向に配置されたガルヴァニック電極を備える管状放電管の場合、このことは例えば２つの電極が放電管の外壁上に横方向に配置されることによって簡単に満たすことができる。
このような措置によって、一方では蛍光体を効率良く励起する紫外線もしくは真空紫外線を発生させ他方では誘電体無妨害放電の点灯電圧を減少させる誘電体妨害放電が先ず最初に生じる。
上述した本発明による方法を実施するのに適する本発明による放電ランプは、簡単な実施態様では両ガルヴァニック電極の他に唯１個の第３の補助電極のみを有する。両ガルヴァニック電極のうち第１のガルヴァニック電極はこの場合２つの機能を果たす。即ち、一方では第１のガルヴァニック電極は通常のように第２のガルヴァニック電極と共に従来の誘電体無妨害放電の発生に使われる。他方では第１のガルヴァニック電極は第３の補助電極と共に片側誘電体妨害放電の発生に使われる。このために第３の電極は必然的に誘電体電極でなければならない。さらに、第１のガルヴァニック電極は、国際公開第９４／２３４４２号パンフレットの教示によれば、対応する無妨害対向電極に対して陽極電位に接続されるのが有利である。
ランプのできる限り対称な輝度分布、従って放電管内部での対称な放電条件が得られるようにする場合、さらに第４の電極が設けられると有利である。この第４の誘電体電極はその場合第３の誘電体電極と共に両側誘電体妨害放電の発生に使われる。２つの誘電体電極及び２つのガルヴァニック電極を備えたこのような装置の他の利点は両放電の平均電力入力を互いに関係なく選定することができることにある。このことからスペクトル分布もしくは色度位置の調整に関するさらに大きな自由度が生ずる。
誘電体電極の形状が放電管の形状に整合すると有利である。管状放電管の場合、ランプの長手軸線に沿って配置された例えば条片状金属電極が適する。
コスト的に有利な実施態様では、誘電体電極は放電管の外壁上に例えば取付けられた金属条片として又は蒸着された条片状金属薄膜として配設される。このような解決策の利点は補助的な気密ブッシングならびに誘電体膜をなくすことができる点にある。出発点として従来のランプを直接使うことができる。労力のかかる変形例では、金属条片が放電管の外壁内に埋め込まれるか又は埋設され、又は同様に放電管の壁内に完全に入れられる。このような措置によって金属条片が放電ランプに固定される。この場合の欠点は製造労力が掛かり、従ってコストが高い点である。
この実施態様の変形例では、誘電体電極はガルヴァニック電極のそれぞれのリード線に接続される。電極のリード線を互いに独立して設けた場合に比べた利点は両放電のために単一の給電装置しか必要としない点にある。他方では、ガルヴァニック電極ならびに誘電体電極への独立した給電は、それぞれの給電装置を当該放電様式の特殊な要件に基づいて最適化することを可能にする。
単一の誘電体電極の場合には特に片側へ向けて先細りにされた金属条片が適する。その場合、金属条片が先細りにされた端部とは反対側に位置するガルヴァニック電極に接続されると有利である。このような措置によって、条片全体に沿って当該ガルヴァニック対向電極へ向くほぼ一様な片側誘電体妨害放電が生ずることが保証される。
自動車技術用のランプの実施態様において、管状放電管は約１ｋＰａ〜２００ｋＰａ、好ましくは約５ｋＰａ〜５０ｋＰａの範囲内の封入圧を持つネオンを含む。放電管の内壁は真空紫外線励起可能な蛍光体、例えばＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅを備える。ガルヴァニック電極は放電管内部に配置された２つの互いに対向位置する電極、特に冷陰極によって実現される。放電管の外壁上には少なくとも１つの金属電極、特に少なくとも１つの金属条片が誘電体電極として設けられる。本発明による方法によって点灯する場合、ランプは黄色で発光し、点滅灯として使われる。
本発明を以下において実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は、ガルヴァニック電極を備えた従来の管状蛍光ランプ並びにこのランプを点灯するための点灯装置を示す概略図である。
図２は、ガルヴァニック電極及びこれに接続された誘電体電極を備えた本発明による管状蛍光ランプを示す概略図である。
図３は、互いに電気的に分離されて給電される２つのガルヴァニック電極並びに誘電体電極を備えた図２と同様の本発明による管状蛍光ランプを示す概略図である。
図４は、誘電体電極として作用し片側へ向けて先細りにされた１つの金属条片のみを備えた図２と同様の本発明による管状蛍光ランプを示す概略図である。
図５は、図４のランプを異なる点灯方法で点灯した際の色度座標を示す概略図である。
図１には従来の管状蛍光ランプ１並びにこのランプを点灯するための安定器２が概略的に示されている。蛍光ランプ１は、両側を閉鎖され内壁をＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅから成る蛍光体膜４で被覆された円筒状放電管３と、この放電管３の内部に配置された２つの金属電極（“ガルヴァニック電極”）５，６とから構成されている。硬質ガラスから構成された放電管３の長さは約３１５ｍｍ、内径は約３ｍｍ、放電管壁の厚みは約１ｍｍである。放電管３の内部には約１３．３ｋＰａの封入圧を持つネオンが存在している。２つのコップ状電極５，６はランプの長手軸線の方向へ向けられ、約３０５ｍｍの間隔をもって互いに対向配置されている。これらの電極５，６はそれぞれリード線７，８に接続され、これらのリード線７，８は放電管３の端部から気密に外部へ導かれている。安定器２は電圧発生器９及び高電圧変圧器１０から構成されている。高電圧変圧器１０の二次巻線１１はリード線７，８を介して電極５，６に接続されている。
以下において説明する図面において、同一符号は同一部品を表し、それゆえ新たに詳細に説明しない。
図２は本発明による管状蛍光ランプの実施例を概略的に示す。図１に示された従来技術との相違点は図２に示された蛍光ランプ１２がさらに２つの誘電体電極１３，１４を有している点である。この誘電体電極１３，１４はそれぞれ１つの金属条片から構成され、放電管３の外壁上に互いに直径方向に対向してランプの長手軸線にそれぞれ平行に取付けられている。これらの金属条片の幅は約２ｍｍである。金属条片１３，１４はリード線１５，１６に接続され、このリード線１５，１６はガルヴァニック電極のリード線７，８にそれぞれ接続されている。金属条片１３，１４はそれぞれそれに接続された電極５，６から離れて放電管３の一部長さに亘って延びている。このようにすることによって、金属条片１３，１４と逆の電位を持つガルヴァニック電極６，５との間に十分な間隔が保証される。このようにして金属条片１３，１４とガルヴァニック電極６，５との間の不所望な寄生放電が防止される。所望されたように放電管３の内部では金属条片１３，１４が直接対向配置されている全領域に沿って両側誘電体妨害放電が発生する。その結果、蛍光体膜４は放電管３のほぼ全長に亘って励起されて発光する。
図３には本発明による管状蛍光ランプの他の実施例が示されている。図２に示された蛍光ランプとの相違点は、図３に示された蛍光ランプ１９の場合誘電体電極１７，１８がガルヴァニック電極５，６に接続されずに、補助安定器２１の二次巻線２０に接続されている点である。誘電体電極１７，１８のための安定器２１はガルヴァニック電極５，６のための安定器２と同期線２２によって同期している。
図４は１つの誘電体電極２４のみを備えた本発明による管状蛍光ランプ２３の一実施例を示す。誘電体電極２４は片側へ向けて先細りにされ放電管３の外壁上に貼着された金属条片から構成されている。角を台形状に丸くされた金属条片２４は第１のガルヴァニック電極６と共に高電圧変圧器１０の二次巻線２５の一方の極に接続されている。金属条片２４はランプ２３の長手軸線に平行に向けられ、先細りにされた端部２４ａは第１のガルヴァニック電極６とは反対側に位置し、その対向電極である第２のガルヴァニック電極５に面している。このようにして、金属条片２４と第２のガルヴァニック電極５との間に片側誘電体妨害放電が長手方向にほぼ一様に分配されて発生する。
自動車技術における点滅灯として使用する例での本発明の利点は、色度位置の調整可能性及び電圧パルスの引き下げに関する図５から明らかになる。この図５には本発明による方法に基づく点灯中に、即ち誘電体無妨害放電及び補助的な誘電体妨害放電を持つ点灯中に測定（測定点Ａ）された図４のランプの色度座標が示されている。これに対して、測定点Ｂは従来の方法による点灯中に、即ち誘電体無妨害放電のみを持つ点灯中に測定された色度座標を示す。従来の方法を実現するために、蛍光ランプ１２の両誘電体電極１３，１４のリード線１５，１６は切離されている。最後に測定点Ｃは純粋な誘電体妨害放電の場合を示し、その場合蛍光ランプ１２の両ガルヴァニック電極５，６のリード線７，８は切離されている。図示の例では３つの全ての点灯方法のために同じ安定器９が使用されている。この安定器９は約１μｓのパルス幅及び約５０μｓの休止期間を持つ単極性で負の正弦半波状電圧パルスを供給する。さらに、米国市場もしくは欧州市場用の自動車点滅灯の色度位置への要求を囲んだＳＡＷＥＪ５７８及びＥＣＥ座標が記入されている。本発明によれば色度位置はＥＣＥ色面の方向へ的確にずらされることが明らかにわかる。その際、測定点Ａ及びＢに関しては同一電力入力（４０Ｗ）でほぼ同じ光束（約３９０ｌｍ）が得られた。同時に電圧パルスの必要な高さは約８．５ｋＶから５．２ｋＶへ減少した。これによって電磁妨害雑音を防ぐための労力が相当軽減する。さらに、高電圧変圧器及び安定器９のスイッチング素子は相応して小さく設計することができ、これによってとりわけコスト的な利点が得られる。純粋な誘電体妨害放電に関しては約６ｋＶのパルス電圧で１０Ｗが与えられ、光束は蛍光体Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅを使用すると７０ｌｍとなる。上記の値は３つの全ての点灯方法に関する次の表に纏められている。
本発明は上述した実施例に限定されない。特に異なった実施例の個々の特徴は互いに組み合わせることができる。

Claims (6)

1. 放電管（３）と、放電管（３）の内部に配置された加熱されない電極とを備え、電圧パルス列によって放電管（３）の内部にパルス状の誘電体無妨害放電を発生させる放電ランプ（１２，１９，２３）の点灯方法において、放電管（３）の内部に補助的に誘電体妨害放電が発生させられ、この補助的な誘電体妨害放電によって放電ランプから放出された放射のスペクトル分布が影響を受け、パルス状の誘電体無妨害放電のために必要な電圧パルス高さが、補助的な誘電体妨害放電を持つ場合に必要な電圧パルス高さが補助的な誘電体妨害放電を持たない場合に必要な電圧パルス高さより小さくなるように減少されることを特徴とする放電ランプの点灯方法。
2. 誘電体妨害放電は電圧パルス列によって発生させられ、個々の電圧パルスはそれぞれ休止時間によって互いに分離されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 誘電体無妨害放電を発生させるための電圧パルス列は誘電体妨害放電を発生させるための電圧パルス列と同期していることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 誘電体妨害放電を発生させるための電圧パルス列は誘電体無妨害放電を発生させるための電圧パルス列よりも時間的に前にあることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 誘電体妨害放電ならびに誘電体無妨害放電を発生させるために同一の電圧パルス列が使用されることを特徴する請求項３記載の方法。
6. 放電管（３）は、放電ランプ（１２，１９，２３）から放出された放射のスペクトル分布もしくは放電ランプ（１２，１９，２３）の色度位置への影響を助成するために、蛍光体膜（４）を備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。

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