JP4686604B2 - 放電ランプ用電極及び放電ランプ - Google Patents
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Description
一方、長寿命化を実現する方法の1つとして、電極のフィラメントコイルに充填する電子放射物質の量を増やすことが考えられる。図9は、従来例に係る三重コイルを示す写真である。例えば、従来の放電ランプ用電極では、電子放射物質の充填量を増やすために、図9に示すような所謂三重コイルを採用している(特許文献1)。
また、前記第2のフィラメントの直径Daと、前記四重コイルのフィラメントの直径Dbとが、Db<Da<1.5Dbの関係を満たす構成とした場合、四重コイルを構成するフィラメントの直径と、第2のフィラメントの直径との差が小さいため、電流が両方のフィラメントに適度に分流して流れる。そのため、四重コイルを構成するフィラメントが長くても当該四重コイルの全抵抗値があまり大きくならず、三次巻回の巻回数を増やしても四重コイルを支持する電極リード線間で放電が発生しない。
また、フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを屈曲させてなる屈曲三重コイルを備え、電子放射物質が少なくとも前記屈曲三重コイルの三次巻回中空部分に充填されている構成によっても、上記四重コイルを備えた電極の場合と同様の効果を得ることができる。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係る放電ランプ用電極及び放電ランプを、図1から図6を用いて説明する。
図1に示すように、ランプ1は、発光管10と、当該発光管10を保持する保持樹脂部材30と、当該発光管10を内包するナス形のガラス製外管バルブ31と、前記保持樹脂部材30に一体に組み付けられた点灯用の所謂シリーズインバータ方式の電子安定器32と、当該電子安定器32を被覆する樹脂ケース33と、当該樹脂ケース33の端部に装着された口金34とを備える。
発光管10の内部には、例えば、単体の水銀(Hg)21が3mg、緩衝ガスとしてアルゴン(Ar)80%−クリプトン(Kr)20%の混合ガス(図示せず)が400Pa封入されている。なお、緩衝ガスは、上記混合ガスに限定されず、例えば、アルゴン、ネオン(Ne)、クリプトン等の単体ガスや、それらを混合してなる混合ガスであっても良い。
次に、電極15、16の構成について詳細に説明する。なお、電極15と電極16は同じ構成であるため、電極15についてのみ説明する。
図3(a),(b)に示すように、四重コイル50には、電子放射物質14が充填されている。電子放射物質14は、まず、酸化ジルコニウムを含むアルカリ土類金属Ba−Sr−Caの複合炭酸塩の形態で電極15,16に塗布・充填し、次に、所謂分解処理によって前記複合炭酸塩を複合酸化物へと変成させてなる。
図3(b)に示すように、四重コイル50の四次巻回中空部分49’には、電子放射物質14がほとんど充填されていない。後述するように、四次巻回の巻回数は1ターンであり、四次巻回中空部分49’は巻回軸方向の長さが十分ではないため、当該四次巻回中空部分49’に電子放射物質14を充填しても、ランプ輸送時の衝撃・振動などにより充填した電子放射物質14が脱落する虞があるからである。
まず、フィラメントをコイリングして四重コイル50を作製するコイリング工程について説明する。四重コイル50は、フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらに、その三重コイルを四次巻回してなる。
溶解処理工程完了後の四重コイル50において、一次芯線43が存在していた空間及び主線42が存在する空間等をまとめて一次巻回中空部分43’と称する。二次芯線45が存在していた空間を二次巻回中空部分45’と称する。三次芯線47が存在していた空間を三次巻回中空部分47’と称する。四次芯線49が存在していた空間を四次巻回中空部分49’と称する。
主線42は、タングステン製であるため混酸液には溶解しない。したがって、主線42は、一次巻回中空部分43’を貫通する状態で残る。すなわち、一重コイル44を構成する副線41が、バスケット線として、主線42の廻りを旋回する状態となる。なお、上記では、一重コイル44を構成する副線41がバスケット線の役割を果たすが、二重コイル46や三重コイル48を構成する副線41がバスケット線の役割を果たす構成であってもよい。このような構成であっても四重コイル50の形状を安定に保つことができる。
図9に示すような従来の三重コイル(比較例)では、電極のサイズを小型にするために、三次巻回の巻回数が1ターン程度に限られ、また、撓みによるフィラメント同士の接触を避けるため、二次巻回のマンドレル径の大きさにも限度がある。そのため、従来の三重コイルの電子放射物質の充填容量をこれまで以上に大きくすることは困難である。
が生成される必要があるが、そのためには電子放射物質全体を適正な温度で均一に加熱する必要があり、加熱過多や加熱不十分な部分があると電子放射物質が長寿命化に有効に寄与しない。
その結果、特に、三次巻回の条件が重要であり、具体的には、三次巻回のマンドレル径MD3を0.15〜0.45mmとし、かつ、コイルピッチP3を前記マンドレル径MD3の1.2〜2.4倍の範囲とすれば上記問題に対処できることを見出した。
次に、三次巻回のコイルピッチP3がマンドレル径MD3の1.2倍よりも小さいと、隣接するフィラメント間の距離が短くなり過ぎるため、それらフィラメント間で電気的ショートが起こり易くなり、製造時に十分な遊離バリウムの生成ができなくなる虞がある。その結果、ランプが短寿命になるなどの不具合を起こす虞がある。
(脱落率)=(W1−W2)/(W1−W3)
このようにして実験的に求めた脱落率の結果をプロットしたものが図5である。経験的に脱落率が30%を超えると電子放射物質が脱落しやすくなり、ランプ寿命に影響が出ることがわかっている。それゆえ、図5のグラフから、P3/MD3を2.4以下とすることにより、脱落率を30%以下に抑えることができ、その結果、ランプ輸送時の衝撃・振動などによる電子放射物質の脱落を防止することができる、と判断することができる。
図6に示すように、四重コイル50の電子放射物質14の充填量は2.8mgであり、従来の三重コイルの1.6mgから約70%増大している。これにより、ランプ1の定格寿命時間は、従来のランプの6000時間から10000時間超に延びている。
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態に係る放電ランプ用電極を備えたランプの構成を示す一部破断図である。
ガラス管101は、例えば、外径が18mm、肉厚が0.8mm、長さが1010mmである。ガラス管101の内部には、発光物質として水銀(例えば4〜10mg)が封入されている他、緩衝ガスとして例えばアルゴン50%−クリプトン50%の混合ガスが600Paのガス圧で封入されている。
電極102と電極103とは同じ構造であるため、電極102についてのみ説明する。電極102は、所謂ビーズガラスマウント方式のものであって、タングステン製の四重コイル105と、当該四重コイル105を支持する一対のリード線106,107と、これら一対のリード線106,107を一体に固定するビーズガラス108とを備える。
なお、ガラス管101の一方の端部(ここでは、電極102側の端部)には、電極102と共に排気管109が取着されている。当該排気管109は、電極106,107等を封着した後に、ガラス管101内を排気したり、上記緩衝ガス等を封入したりするときに使用され、ガラス管101の内部への緩衝ガス等の封入が完了すると、排気管109のうちガラス管101の外部に位置する部分で、例えばチップオフ封止される。
四重コイル105は、四次巻回の巻回数が4ターンの四重コイルであって、フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを四次巻回してなる。そして、一次巻回中空部分には、当該一次巻回中空部分を貫通するようにして主線が配置されている。
四重コイル105は、電子放射物質110の充填量が60mgであり、従来の低圧水銀放電ランプに取り付けられている三重コイルの充填量の12倍である。これにより、ランプ100の定格寿命時間は、従来の10000時間から120000時間超に延びている。
(変形例)
以上、本発明に係る放電ランプ用電極及び放電ランプを実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明の内容は、上記の実施の形態に限定されない。
本発明に係る四重コイルは、第1の実施形態に係る四重コイル50のように、四次巻回の巻回数が1ターンのものや、第2の実施形態に係る四重コイル105のように、四次巻回の巻回数が4ターンのものに限定されず、発光管内に収容可能な電極を構成することのできるサイズであれば、四次巻回の巻回数は何ターンであっても良い。そして、巻回数は自然数に限られず0以上の小数であれば良い。すなわち、2.5ターンなどの帯小数や、0.5ターンなどの純小数であっても良い。
図8は、変形例に係る放電ランプ用電極を示す図である。例えば、図8に示す電極150は、三重コイルを略Ω形に屈曲させてなる屈曲三重コイル151を備える。屈曲三重コイル151は、タングステン製のフィラメントを、第1の実施形態に係るコイリング工程と同様の工程によって三重コイルとし、さらに当該三重コイルを略Ω形に屈曲させてなる。屈曲三重コイル151は、三重コイルを四次巻回せず屈曲させる点を除いて基本的に第1の実施形態の四重コイル50と同様の構成を有する。当該屈曲三重コイル151は、一対の電極リード線152,153によってビーズマウント方式により支持されている。
また、屈曲三重コイル151は、三次巻回のコイルピッチP3が前記マンドレル径MD3の1.2〜2.4倍であることが好ましく、この構成であれば、より効果的に長寿命化を図ることができる。
また、屈曲三重コイル151は、三次巻回の巻回数が20ターン以上であることが好ましく、この構成とすれば、三次巻回中空部分に十分量の電子放射物質を充填することができる。
14,110 電子放射物質
15,16,102,103,150 放電ランプ用電極
41 フィラメント
42 第2のフィラメント
43’ 一次巻回中空部分
44 一重コイル
45’ 二次巻回中空部分
46 二重コイル
47’ 三次巻回中空部分
48 三重コイル
50,105 四重コイル
151 屈曲三重コイル
Claims (8)
- フィラメントを巻回して一重コイルとし、さらにその一重コイルを二次巻回して二重コイルとし、さらにその二重コイルを三次巻回して三重コイルとし、さらにその三重コイルを四次巻回してなる四重コイル又はその三重コイルを屈曲させてなる屈曲三重コイルを備え、
前記四重コイル又は屈曲三重コイルは、三次巻回のマンドレル径MD3が0.15〜0.45mmであり、
酸化ジルコニウムを含むアルカリ土類金属Ba−Sr−Caの複合酸化物からなる電子放射物質が少なくとも前記三次巻回中空部分に充填されていることを特徴とする放電ランプ用電極。 - 前記三次巻回のコイルピッチP 3 が前記マンドレル径MD 3 の1.2〜2.4倍であることを特徴とする請求項1記載の放電ランプ用電極。
- 前記フィラメントと異なる第2のフィラメントが、前記四重コイル又は屈曲三重コイルの一次巻回中空部分、二次巻回中空部分及び三次巻回中空部分の少なくとも1箇所を貫通するように配置されていることを特徴とする請求項2記載の放電ランプ用電極。
- 前記第2のフィラメントの直径Daと、前記四重コイル又は屈曲三重コイルのフィラメントの直径Dbとが、Db<Da<1.5Dbの関係を満たすことを特徴とする請求項3記載の放電ランプ用電極。
- 前記三次巻回の巻回数が20ターン以上であることを特徴とする請求項4記載の放電ランプ用電極。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の放電ランプ用電極を備えたことを特徴とする放電ランプ。
- 電球形蛍光ランプであることを特徴とする請求項6記載の放電ランプ。
- 液晶バックライト用光源であることを特徴とする請求項6記載の放電ランプ。
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