JP4637022B2

JP4637022B2 - 誘電体バリア放電ランプ

Info

Publication number: JP4637022B2
Application number: JP2006014051A
Authority: JP
Inventors: 勝則熊; 光宏井村; 善久池田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-01-23
Also published as: JP2007200563A

Description

本発明は、ガラス管の両端部の外周に電極が形成されている誘電体バリア放電ランプに関する。

ランプ外部に電極を備える、所謂、外部電極型の誘電体バリア放電ランプは、例えば、実開昭６１−１２６５５９号公報（特許文献１）より知られている。図５、図６は、従来の誘電体バリア放電ランプの構造を示している。図５、図６において、ガラス管１の内壁に蛍光体層２が形成され、ガラス管１の内部放電空間には水銀とネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスとを混合した放電ガス３が封入され、ガラス管１の両端が封止されている。ガラス管１の両端の外表面には金属導体層で成る外部電極４、５が形成されている。このような構成の誘電体バリア放電ランプを点灯させる場合、ガラス管１の両端の両極４、５間に高周波点灯装置（インバータ）６から高周波電圧を印加すると、外部電極４、５の内側のガラス部分のＣ成分を介してガラス管１内の放電空間に高周波電力が注入され、ガラス管１内で持続放電が生じてランプが発光する。

このような構造の誘電体バリア放電ランプにおけるガラス管１の軸端部の封着部の構造は、図７、図８（ａ）、（ｂ）に示すようなものである。図７は、ガラス管１の端部を大気中で高温に加熱して封着した場合の封止側の封着部１０Ａの構造を示している。図８（ａ）は、ガラス管１の開口端部に砲弾型のガラスビーズ１１Ａを仮止めした状態でガラス管１内を真空引きし、放電媒体３をガラス管１内に充填した後、この開口端部を加熱封着した場合の排気側の封着部１０Ｂの構造を示している。そして、図８（ｂ）は同じく球状ガラスビーズ１１Ｂを用いた場合の封着部１０Ｃの構造を示している。

近年、ガラス管１の封止技術の進歩により、排気側でもビーズレス封止によって図９（ａ）〜（ｃ）に示す構造の封着部１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆも見られるようになっている。すなわち、ガラス管１の一管端はビーズレスで加熱封着することで封止側には図７に示したものと同様の封着部１０Ａを形成し、ガラス管１の他端は予め排気穴を設けておいてビーズレスで加熱封着し、その排気穴を利用してガラス管１内を真空引きし、放電媒体３をガラス管１内に充填した後、このビーズレスで加熱封着することで、排気側には図９（ａ）〜（ｃ）に示す構造の封着部１０Ｄ，１０Ｅあるいは１０Ｆが形成されるのである。図９（ａ）は加熱が不足した場合の封着部１０Ｄの構造を示し、同図（ｂ）は十分に加熱した場合の封着部１０Ｅの構造を示し、同図（ｃ）は肉厚を薄めに成形した場合の封着部１０Ｆの構造を示している。

上記のどちらの方法によってガラス管の管端を封着したとしても、例えば、図７に示した封着部１０Ａの構造、図８（ａ）、（ｂ）に示した封着部１０Ｂ，１０Ｃの構造、図９（ｂ）に示した封着部１０Ｅの構造のように、ガラス管１の少なくとも一端の封着部は、ガラス管の内部を向く面（以下、封着部の「内側面」と称する）が軸中心部で凸となり、管壁側の周辺部で凹む凸形状となる構造であった。

ところが、誘電体バリア放電ランプにおいてガラス管の管端の封着部の内側面が凸形状である場合、次のような問題点があった。誘電体バリア放電ランプを長時間点灯させていると、陽イオンのスパッタリングによって酸化水銀又はシリカと酸化水銀との化合物が生成され、これが外部電極４の管端側の端部に近い部分に集中して堆積する。そしてその堆積部分にイオン衝突がさらに集中する傾向があって、封着部の酸化水銀の堆積部分が内側から浸食されて窪みが発生する。そして、従来の誘電体バリア放電ランプの場合、ガラス管の少なくとも一端部の封着部の内側面が凸形状になることが避けられず、内側面が凸形状の場合、図１０に示したように内側面の周囲の最凹み部分、したがって最も肉厚の薄い部分に酸化水銀の堆積部１２が発生し、窪みが進むことでガラス管１の封着部が内側から破損に至ることがあった。
実開昭６１−１２６５５９号公報

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、イオン衝突による窪みが進行してもガラス管の破損に至ることを避けることができ、ランプを長寿命化できる誘電体バリア放電ランプを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、ガラス管の内壁面に蛍光体膜が形成され、前記ガラス管内に水銀と希ガスとの混合ガスが封入され、前記ガラス管の両端が封止され、前記ガラス管の両端部の外面に電極が形成された誘電体バリア放電ランプにおいて、前記ガラス管の一端部又は両端部の封着部それぞれのガラス管内側の形状を、当該ガラス管内側から見て管壁側から管軸側に行くほどに凹む凹形状にし、前記封着部の凹形状の管軸中心に相当する部分にさらに深く凹む小凹部を形成し、前記ガラス管端部の封着部各部のガラスの肉厚を、当該ガラス管胴部のガラスの肉厚よりも大きくしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、ガラス管の封着部の内側面の形状を凹形状とすることでその管軸央部を最凹み部分とし、酸化水銀の堆積が発生しても肉厚の最も大きい中央部分に堆積させることでイオン衝突による窪みが進行してもガラス管の破損に至ることを避けることができ、ランプを長寿命化できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１（ａ）、（ｂ）は本発明の１つの実施の形態の誘電体バリア放電ランプのガラス管１の一端の封着部２０Ａ，２０Ｂの構造を示している。本実施の形態の誘電体バリア放電ランプの全体的な構成は、図５、図６に示した従来例のものと共通である。そして本実施の形態の特徴は、ガラス管１の一端の封止側封着部２０Ａ、他端の排気側封着部２０Ｂを図１（ａ）、（ｂ）それぞれに示す構造にしたことにある。すなわち、図５、図６に示すように、ガラス管１の内壁面に蛍光体膜２が形成され、ガラス管１内に水銀と希ガスとの混合ガス３が封入され、ガラス管１の両端が封止され、ガラス管１の両端部の外面に金属導体で成る電極４が形成された誘電体バリア放電ランプにおいて、ガラス管１の封止側端部の封着部２０Ａも排気側端部の封着部２０Ｂも、それぞれのガラス管内側の形状、つまり、内側面２１Ａ，２１Ｂの形状を、当該ガラス管１の内側から見て管壁側から管軸側に行くほどに凹む凹形状にしている。尚、製造工程上、排気側の端部の封着部２０Ｂにはさらに深く凹む排気穴残留部２２が残っていることがある。

このような構成の本実施の形態の誘電体バリア放電ランプでは、長時間点灯させた場合に、陽イオンのスパッタリングによって酸化水銀又はシリカと酸化水銀との化合物が生成され、これが外部電極４の管端側の端部に近い部分に集中して堆積するが、その酸化水銀は封着部２０Ａ，２０Ｂの内側面２１Ａ，２１Ｂの最凹み部分である軸心部に集中して堆積する。

この酸化水銀の堆積により、陽イオンの衝突が酸化水銀の堆積部分に集中し、その部分のガラス管に窪みを発生させる。しかしながら、本実施の形態の場合、封着部２０Ａ，２０Ｂの内側面２１Ａ，２１Ｂを凹形状としたことで、酸化水銀が集中して堆積する部分が軸心部、つまり、ガラス肉厚が最も厚い部分になるため、酸化水銀の堆積箇所の電極としての負担を下げて陽イオンの衝突エネルギを下げることができ、ガラス管の窪みの進行を抑制することができ、その結果としてガラス管が破損に至るのを防止でき、ランプを長寿命化できる。

図２に示した従来例と図１に示した本発明の実施例の誘電体バリア放電ランプに対して、排気側封着部１０Ｂ，２０Ｂにおける酸化水銀堆積箇所のガラス静電容量を比較した。静電容量の計算式は、図３のモデルによる。つまり、ガラス管の外半径ｒ、肉厚ｄ、管長ｌとし、さらにガラスの比誘電率ε_ｓ、真空中の誘電率ε_０として、ガラス静電容量Ｃは、次の式により求める。

そして、従来例、実施例のガラス管径２ｒ＝３．００ｍｍ、ガラス管肉厚ｄ＝０．５ｍｍとし、ガラスの比誘電率ε_ｓ＝５．３、真空中の誘電率ε_０＝８．８５４×１０^−１２Ｆ／ｍ、電極部ガラスにかかる電圧Ｖ＝７３８Ｖｒｍｓ、比較基準長１ｍｍとする条件で、上記数１式を使用して従来例のランプと実施例のランプについて静電容量を比較すると、従来例では０．１６５ｐＦ、実施例では０．７２３ｐＦとなり、蓄えられる電荷量は、従来例では５．７×１０^−１０Ｃ、実施例では１．３×１０^−１０Ｃとなる。つまり、本発明の実施例において酸化水銀堆積部２５はガラス肉厚が厚いため、電極として２２．８％の負担しか掛かっていないことになる。このため、本発明の実施例の場合、酸化水銀の堆積部２５への陽イオンの衝突確率が下がり、ガラス窪みの発生を抑制することができることが確認できた。

上記の従来例と本発明の実施例とのガラス窪み量を測定したグラフが図４に示してある。本発明のように酸化水銀集中部のガラス肉厚が厚くなる形状にすることで、ガラスの窪みを抑制することができ、従来例の半分程度に抑制することができ、信頼性が高く、長寿命のランプが得られることが確認できた。

本発明の１つの実施の形態の誘電体バリア放電ランプにおけるガラス管の封止側封着部、排気側封着部それぞれの断面図。本発明の実施例と従来例との酸化水銀堆積部分それぞれを示す断面図。本発明の実施例と従来例とのガラス静電容量の計算に用いるガラス静電容量の計算モデルの説明図。本発明の実施例と従来例との点灯時間とガラス窪み量との関係を示すグラフ。従来例の誘電体バリア放電ランプの正面図。従来例の誘電体バリア放電ランプの断面図。従来例の誘電体バリア放電ランプにおけるガラス管の封止側封着部の断面図。従来例の誘電体バリア放電ランプにおけるガラス管の排気側封着部（ビーズ封着）の断面図。他の従来例の誘電体バリア放電ランプにおけるガラス管の排気側封着部（ビーズレス封着）の断面図。従来例の誘電体バリア放電ランプにおけるガラス管の排気側封着部（ビーズ封着）のガラス窪み発生状態を示す断面図。

符号の説明

１ガラス管
２蛍光体膜
３混合ガス
４外部電極
２０Ａ封止側封着部
２０Ｂ排気側封着部
２１Ａ，２１Ｂ封着部の内側面
２２排気穴残留部

Claims

ガラス管の内壁面に蛍光体膜が形成され、前記ガラス管内に水銀と希ガスとの混合ガスが封入され、前記ガラス管の両端が封止され、前記ガラス管の両端部の外面に電極が形成された誘電体バリア放電ランプにおいて、
前記ガラス管の一端部又は両端部の封着部それぞれのガラス管内側の形状を、当該ガラス管内側から見て管壁側から管軸側に行くほどに凹む凹形状にし、
前記封着部の凹形状の管軸中心に相当する部分にさらに深く凹む小凹部を形成し、
前記ガラス管端部の封着部各部のガラス肉厚を、当該ガラス管胴部のガラス肉厚よりも大きくしたことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。