JPH0393195A - 希ガス放電蛍光ランプ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は，ファクシミリ，複写機，イメージリーダな
どの情報機器に用いられる希ガス放電蛍ランプ装置に関
するものである． ［従来の技術］ 近年，情報化社会の進展とともに，ファクシミリや複写
機，イメージリーダなどの情報端末機器は高性能化し、
この市場は急激に拡大している．この高性能化する情報
機器を開発する上で、そこに使用される光源ユニットは
キーデバイスとして高性能なものが求められている．従
来、この光源ユニットに使用されるランプとしてハロゲ
ンランプと蛍光ランプが多く用いられてきた．しかし、
ハロゲンランプはその効率の悪さから近年は効率のよい
蛍光ランプが主に用いられるようになっている． しかしながら、蛍光ランプは効率が高い反面水銀蒸気の
放電を発光に利用しているため光出力などの特性が温度
によって変化する問題があり，そのため使用温度範囲を
制限したり、あるいはランプ管壁にヒーターを付け温度
制御するなどして使用していた．しかし、使用場所の多
様化、機器の高性能化から特性の安定した蛍光ランプの
開発が強く望まれるようになった．このような背景から
情報機器用光源として温度特性変化のない希ガス放電に
よる発光を利用した希ガス放電蛍光ランプの開発がなさ
れている． 第１７図，第１８図は例えば特開昭６３−５８７５２号
公報に示された従来の希ガス放電蛍光ランプ装置を示す
ものであり，第１７図は希ガス放電蛍光ランプの横断面
と装置の全体構或を示す構成図，第１８図はランプの縦
断面図である．図において（１）は細長い中空棒状をな
すバルブであり、石英または硬質あるいは軟質ガラスに
より形成されている．このバルブ（１）内面には蛍光体
被膜（２）が形威されており．かつバルブ（１）内には
キセノン，クリプトン、アルゴン、ネオン、ヘリウム等
の少なくとも１種からなる希ガスが封入されている．上
記バルブ（１）内には両端部に位置して互に極性が異る
一対の内部電極（３ａ）　，　（３ｂ）が設けられてい
る．これら内部電極（３ａ）　，　（３ｂ）は、バルブ
（１）の端部壁を気密に貫通されたリードｍ（４）に接
続されている．またバルブ（１）の側壁外面には軸方向
に沿って帯状の外部電極（５）が設けられている．上記
内部電極（３ａ）　，　（３ｂ）は，リード線（４）を
介して高周波電力発生装置として高周波インバータ（８
）に接続され、この高周波インバータ（８）は直流電源
（９）に接続されている．そして、外部電極（５）は一
方の内部電極（３ａ）と同極性となるようにして高周波
インバータ（８）に接続されている．次に動作について
説明する．このような構或の希ガス放電蛍光ランプ装置
においては，高周波インバータ（８）を通して内部電極
（３ａ），　（３ｂ）間に高周波電力を印加すると、こ
れら内部電極（３ａ）　，　（３ｂ）間でグロー放電が
発生する．これらグロー放電はバルブ（１）内の希ガス
を励起し、希ガス特有の紫外線を発する．この紫外線は
バルブ（１）内面に形或した蛍光体被膜（２）を励起し
，ここから可視光線が発せられ、バルブ（１）の外部に
放出される。

また、他の希ガス放電蛍光ランプの例として特開昭６３
−２４８０５０号公報に示されたものがある．このラン
プは冷陰極希ガス放電ランプの始動電圧が高い欠点を改
良するために、例えば特公昭６３−２９９３１号公報な
どに示されている熱陰極電極を用いたものである．この
希ガス放電蛍光ランプは電力負荷を増大できるため出力
を増すことができる．しかし、水銀蒸気による蛍光ラン
プに比較してかなり低い効率と光出力しか得ることがで
きない。また，熱陰極型ランプの場合，電極のフィラメ
ントコイルを加熱するための電源が必要である．［発明
が解決しようとする課題〕 以上のように従来の希ガス放電蛍光ランプ装置は、希ガ
ス放電により発生する紫外線によって蛍光体を発光させ
るので，水銀を用いた蛍光ランプに比べて効率が低く、
十分な明るさを得ることが困難であり、効率向上が望ま
れていた．この発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、高効率、高輝度な希ガス放電蛍光ラ
ンプ装置を得ることを目的とする．［課題を解決するた
めの手段］ この発明に係る希ガス放電蛍光ランプ装置は、内面に蛍
光体層が形成され、両端に、陰極陽極からなり，少なく
とも陰極がフィラメントコイルである一対の電極を有す
るガラスバルブの内部にキセノンガス或はクリプトンガ
スを封入してなる希ガス放電蛍光ランプ、この希ガス放
電蛍光ランプの上記陽極と上記陰極フィラメントコイル
の一端との間に接続される直流電源と電流制限素子とか
らなる直列回路，上記希ガス放電蛍光ランプの上記陽極
と上記陰極フィラメントコイルの他端との間に接続され
るスイッチング素子、及びこのスイッチング素子に，こ
れを一周期に対する割合が５％以上７０％以下、一周期
中１５０μｓｅｃ以下の期間開放するパルス信号を印加
するパルス信号源を備えたものである． また，この発明の別の発明に係る希ガス放電蛍光ランプ
装置は、上記バルブ内に封入するガスをアルゴンガスと
するとともに、パルス信号源からのパルス信号によりス
イッチング素子を開放する期間を、一周期に対する割合
が５％以上８０％以下で一周期中１５０μｓｅｃ以下と
したものである．［作　用］ この発明における希ガス放電蛍光ランプ装置は，希ガス
放電蛍光ランプの陽極と陰極フィラメントコイルの一端
との間に直流電源と電流制限素子とからなる直列回路が
，この陽極と陰極フィラメントコイルの他端との間にス
イッチング素子がそれぞれ接続されでいるので、このス
イッチング素子のパルス信号源からのパルス信号による
閉成期間には，希ガス放電蛍光ランプへの印加電圧は零
となり希ガス放電蛍光ランプは放電しないが，電流制限
素子を通してスイッチング素子に流れる電流により陰極
フィラメントコイルが予熱され、スイッチング素子の開
放時に希ガス放電蛍光ランプは放電する．そして，この
スイッチング素子の開放による希ガス放電蛍光ランプの
放電期間が、キセノンガス或はクリプトンガス封入の希
ガス放電蛍光ランプに対しては、一周期に対する割合が
５％以上７０％以下で一周期中１５０μｓｅｃ以下であ
り，アルゴンガス封入の希ガス放電蛍光ランプに対して
は、一周期に対する割合が５％以上８０％以下で一周期
中１５０μｓｅｃ以下であるので、このパルス状の放電
により，発光に寄与する封入ガスの共鳴紫外線が多く発
せら卆るようなエネルギー準位で封入ガスの分子が励起
される確率が増大し，ランプの光出力，効率が大きくな
るとともに、パルス状放電による電極の損耗が抑制され
る．［発明の実施例］ 以下この発明の一実施例を図について説明する．第１図
は、この発明の一実施例の全体構成図である．図におい
て、（１０）は希ガス放電蛍光ランプで，直径１５．５
■醜、長さ３００ｍｍの直状円筒状のガラス製のバルブ
（１ｌ）の内周面のほぼ全面に蛍光体膜が形成されてお
り、バルブ（１１）内にはキセノンガス、クリプトンガ
ス或はアルゴンガスが封入されている．バルブ（ｌ１）
の両端部には一対のフィラメントコイルからなる電極（
３ａ）　，　（３ｂ）が封止されている．バルブ（１ｌ
）の外壁には始動補助導体として１１１３　ａｍのアル
ミニウム板がランプ全長にわたって接着されている．　
（１２）は直流電源，　（１３）は抵抗である電流制限
素子で、この直流電源（１２）と電流制限素子（１３）
との直列回路（ｌ４）がランプ（１０）の陽極（３ａ）
と陰極フィラメントコイル（３ｂ）の一端との間に接続
されている．　（１５）はトランジスタなどのスイッチ
ング素子で、ランプ（ｌＯ）の陽極（３ａ）と陰極フィ
ラメントコイル（３ｂ）の他端との間に接続されている
．　（１６）はスイッチング素子（１５）開閉用のパル
ス信号を発生するパルス信号源である。

次に動作について説明する。第１図構威の希ガス放電蛍
光ランプ装置では，直流電源（ｌ２）からの直流電圧が
電流制限素子（１３）である抵抗を通してランプ（１０
）の陽極（３ａ）と陰極フィラメントコイル（３ｂ）の
一端との間に印加される．しかし，＠極（３ａ）と陰極
フィラメントコイル（３ｂ）の他端との間にスイッチン
グ素子（１５）が接哨されているので，パルス信号源（
ｌ６）からのパルス信号の周期及びパルス幅によってき
まる周期及び期間スイッチング素子（ｌ５）が閉成し、
ランプ（１０）に印加される電圧はカットオフされ，こ
の間陰極フィラメントコイル（３ｂ）に電流が流れこれ
が予熱される。従って、ランプ印加電圧は直流のパルス
電圧となり、ガラスバルブ（ｌ１）内の放電もランプ電
流に休止期間のあるパルス的放電となり，この休止期間
に陰極が予熱される． 以下、上記した希ガス放電蛍光ランプ装置において，ガ
ラスバルブ（１１）内にキセノンガス，クリプトンガス
或はアルゴンガスの各ガスを封入し、ランプ（１０）の
間欠点灯を行なった場合について、バルブ（１１〉内へ
の各ガスの封入圧力，ランプの一周期中の通電時間の割
合（以下間欠比という）及び一周期中の通電時間と、ラ
ンプ効率、始動電圧及びランプ寿命との関係を，実験結
果に基すいて説明する． 第２図はキセノンガスを封入した場合の封入ガス圧力と
、ランプ効率の関係を示している．なお、ランプ効率は
輝度を電力で割った値から求められる．第２図中、（イ
）は間欠比６０％の矩形波直流パルス点灯の場合，（口
）は通常の高周波交流点灯（正弦波）の場合を示し、と
もに周波数２０ｋＨｚ、同一電力での値である，ＩＱＴ
ｏｒｒ以下の封入圧においてはパルス点灯も、交流点灯
も効率に大差はないが、１０Ｔｏｒｒ以上ではパルス点
灯時の効率が交流点灯時の効率を上回ることがわかる．
しかし、封入圧が約７０Ｔｏｒｒ以上になると、交流点
灯のランプの効率は上昇するが，パルス点灯のランプの
効率は下降し始め、２００〜３　０　０　Ｔｏｒｒで再
び交流点灯の値に近づく．また、第３図はキセノンガス
を封入した場合の封入ガス圧力と始動電圧の関係を示し
、この図からガス封入圧力が高くなると、始動に非常に
高い電圧が必要となることがわかる．特にガス封入圧力
が２　０　０　Ｔｏｒｒ以上では始動電圧の上昇が顕著
であるので，封入ガス圧力は２００Ｔｏｒｒ以下である
ことが望ましい．従って，第２図、第３図より高周波点
灯より効率がよく、また始動電圧において実用性のある
パルス点灯を行うために最適なガス封入圧力は１０Ｔｏ
ｒｒ以上、２００τｏｒｒ以下である． また、直径８一鵬から１５．５一園、長さ３００＋＋ａ
のランプをキセノンガス封入圧力３０Ｔｏｒｒで数多く
製作し、直流パルス点灯条件を種々変化させてランプの
特性を測定した．第４図，第５図にその結果を示す．第
４図は直流パルスの一周期中の通電時間とランプ効率の
関係をあらわしたものであり、非通電時間を１００μｓ
ｅｃ一定とした場合を示している．この図からパルス通
電時間が短いほど効率がよく、特に１５０μｓｅｃ以下
ではその効果が特に顕著であることがわかる．第５図は
５ＫＨｚから８０ＫＨｚのパルス点灯時のランプ効率と
パルス間欠比の関係を示す（（ハ）（二）（ホ））．ま
た，比較値として，通常用いられる５　ＫＨｚから８０
ＫＨｚの高周波交流点灯（正弦波）時の効率値も示して
ある（（へ）（ト）（チ））。第５図より，パルスの間
欠比を小さくすることにより直流点灯（間欠比１００％
）時より大幅に効率が上昇し、また、同一周波数の交流
点灯時と比較した場合でも，パルス間欠比を７０％以下
とすれば効率が大幅に上廻ることがわかる． さらに，直径８■から１５．５ｍｍ、キセノンガス封入
圧力を１０Ｔｏｒｒから２　０　０　Ｔｏｒｒとしたラ
ンプを数多く製作し，このランプをランプ電力を一定と
してパルス間欠比を変化させて寿命試験を実施した．結
果を第６図に示す．ここで相対寿命とは，所定の間欠比
（例えば４０％）で点灯した場合の平均寿命時間に対す
る各間欠比で点灯した場合の平均寿命時間の比である．
パルス間欠比と相対寿命との関係は，第６図から、パル
ス間欠比を小さくしていくとパルス間欠比５％までは、
相対寿命は若干低下傾向を示し、５％以下の小さい間欠
比では急激に寿命が低下することがわかる．５％以下で
はランプのパルスビーク電流が大きくなるため電極の損
耗が急激に進むものと推定される．したがって，パルス
の間欠比は寿命を考えると５％以上が菫ましい． 第７図〜第１１図はガラスバルブ（１１）内にクリプト
ンガスを封入したランプ（１０）について、上述のキセ
ノンガスを封入したランプと同様の試験を行なった場合
の結果を示す特性図である．これらの試験結果から，ク
リプトンガスを封入した場合は，最適なガス封入圧力は
ｌＱＴｏｒｒ以上、１００Ｔｏｒｒ以下、一周期中のパ
ルス通電時間は１５０μｓｅｃ以下、そしてパルス間欠
比は５％以上７０％以下が望ましいことがわかる． さらに，第１２図〜第１６図はガラスバルブ（１１）内
にアルゴンガスを封入したランプ（１０）について．上
述と同様の試険を行なった場合の結果を示す特性図であ
る．これらの試険結果から同様に，アルゴンガスを封入
した場合は、最適なガス封入圧力は１０Ｔｏｒｒ以上、
１　０　０　Ｔｏｒｒ以下、一周期中のパルス通電時間
は１５０μｔｓｅｃ以下、そしてパルス間欠比は５％以
上８０％以下が望ましいことがわかる． 上記の実施例ではいずれも陰極がフィラメントコイルで
ある熱陰極形のランプを使用している．熱陰極形ランプ
の点灯装置としては、従来は点灯電源の他に陰極を加熱
するための予熱電源が必要であったが，第１図にみられ
る本回路では，ランプ印加電圧が休止期間のときに、陰
極のフィラメントコイルに電流が流れて加熱されるよう
になっているため．予熱電源は不要となり，装置の構威
も簡単なものとなる． ［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、内面に蛍光体層が形成
され、両端に、陰極陽極からなり、少なくとも陰極がフ
ィラメントコイルである一対の電極を有するガラスバル
ブの内部にキセノンガス或はクリプトンガスを封入して
なる希ガス放電蛍光ランプ，この希ガス放電蛍光ランプ
の上記陽極と上記陰極フィラメントコイルの一端との間
に接続される直流電源と電流制限素子とからなる直列回
路、上記希ガス放電蛍光ランプの上記陽極と上記陰極フ
ィラメントコイルの他端との間に接続されるスイッチン
グ素子、及びこのスイッチング素子に，これを一周期に
対する割合が５％以上７０％以下、一周期中１５０μｓ
ｅｃ以下の期間開放するパルス信号を印加するパルス信
号源を備えたので，パルスの休止期間に陰極のフィラメ
ントが予熱され、装置が安価にでき、従来の直流点灯や
通常の高周波交流点灯と比較して寿命を短くすることな
く、高輝度，高効率な希ガス放電蛍光ランプが得られる
効果がある． また、この発明の別の発明によれば，封入ガスをアルゴ
ンとし、間欠比を５％以上８０％以下とした場合も上記
と同様の効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す希ガス放電蛍光ラン
プ装置の全体構成図，第２図はその装置におけるキセノ
ンガス封入圧力によるランプ効率特性図、第３図はキセ
ノンガス封入圧力による始動電圧特性図、第４図はキセ
ノンガス封入ランプのパルス通電時間によるランプ効率
特性図、第５図はキセノンガス封入ランプのパルス間欠
比によるランプ効率特性図、第６図はキセノンガス封入
ランプのパルス間欠比による寿命特性図、第７図はクｌ
）プトンガス封入圧力によるランプ効率特性図、第８図
はそのクリプトンガス封入圧力による始動電圧特性図、
第９図はクリプトンガス封入ランプのパルス通電時間に
よるランプ効率特性図、第１０図はクリプトンガス封入
ランプのパルス間欠比によるランプ効率特性図、第１１
図はクリプトンガス封入ランプのパルス間欠比による寿
命特性図，第１２図はアルゴンガス封入圧力によるラン
プ効率特性図，第１３図はアルゴンガス封入圧力による
始動電圧特性図、第１４１！ｆはアルゴンガス封入ラン
プのパルス通電時間によるランプ効率特性図、第１５図
はアルゴンガス封入ランプのパルス間欠比によるランプ
効率特性図，第１６図はアルゴンガス封入ランプのパル
ス間欠比による寿命特性図，第１７図は従来の希ガス放
電蛍光ランプ装置の全体構成図、第１８図はそのランプ
の縦断面図である． 図において、（３ａ）　（３ｂ）は電極．　（１０）は
希ガス放電蛍光ランプ，（１１）はガラスバルブ、（１
２）は直流電源．　（１３）は電流制限素子，（１４）
は直列回路、（１５）はスイッチング素子、（１６）は
パルス信号源である．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内面に蛍光体層が形成され、両端に、陰極陽極か
   らなり少なくとも陰極がフィラメントコイルである一対
   の電極を有するガラスバルブの内部にキセノンガス或は
   クリプトンガスを封入してなる希ガス放電蛍光ランプ、
   この希ガス放電蛍光ランプの上記陽極と上記陰極フィラ
   メントコイルの一端との間に接続される直流電源と電流
   制限素子とからなる直列回路、上記希ガス放電蛍光ラン
   プの上記陽極と上記陰極フィラメントコイルの他端との
   間に接続されるスイッチング素子、及びこのスイッチン
   グ素子に、これを一周期に対する割合が５％以上７０％
   以下、一周期中１５０μｓｅｃ以下の期間開放するパル
   ス信号を印加するパルス信号源を備えたことを特徴とす
   る希ガス放電蛍光ランプ装置。
2. （２）内面に蛍光体層が形成され、両端に、陰極陽極か
   らなり、少なくとも陰極がフィラメントコイルである一
   対の電極を有するガラスバルブの内部にアルゴンガスを
   封入してなる希ガス放電蛍光ランプ、この希ガス放電蛍
   光ランプの上記陽極と上記陰極フィラメントコイルの一
   端との間に接続される直流電源と電流制限素子とからな
   る直列回路、上記希ガス放電蛍光ランプの上記陽極と上
   記陰極フィラメントコイルの他端との間に接続されるス
   イッチング素子、及びこのスイッチング素子に、これを
   一周期に対する割合が５％以上８０％以下、一周期中１
   ５０μｓｅｃ以下の期間開放するパルス信号を印加する
   パルス信号源を備えたことを特徴とする希ガス放電蛍光
   ランプ装置。