(57)【要約】【課題】長寿命の窒素放電灯を提供する。【解決手段】窒素放電灯の製造方法であって、ガラス管内の気体を排気する第１の排気工程と、第１の排気工程を経たガラス管内に、窒素ガスを導入する第１のガス導入工程と、第１のガス導入工程を経たガラス管内で放電を発生させる予備放電工程と、予備放電工程を経たガラス管内の気体を排気する第２の排気工程と、第２の排気工程を経たガラス管内に、少なくとも窒素ガスと希ガスとを導入する第２のガス導入工程と、を有する。【選択図】図１
2008041275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも窒素ガスと希ガスとが封入されたガラス管の両端に電極が配置された窒素放電灯の製造方法であって、
前記ガラス管内の気体を排気する第１の排気工程と、
前記第１の排気工程を経た前記ガラス管内に、窒素ガスを導入する第１のガス導入工程と、
前記第１のガス導入工程を経た前記ガラス管内で放電を発生させる予備放電工程と、
前記予備放電工程を経た前記ガラス管内の気体を排気する第２の排気工程と、
前記第２の排気工程を経た前記ガラス管内に、少なくとも窒素ガスと希ガスとを導入する第２のガス導入工程と、
を有する窒素放電灯の製造方法。
【請求項２】
前記第１のガス導入工程において、窒素ガスと希ガスとの混合ガスを導入することを特徴とする請求項１記載の窒素放電灯の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス管を加熱しながら前記第１の排気工程と前記第２の排気工程の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の窒素放電灯の製造方法。
【請求項４】
加熱された前記ガラス管の温度を常温まで降下させてから前記第１のガス導入工程と前記第２のガス導入工程の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項３記載の窒素放電灯の製造方法。
【請求項５】
少なくとも一方の電極が前記ガラス管の外部に配置された一対の電極間に電圧を印加して、前記予備放電工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の窒素放電灯の製造方法。
【請求項６】
前記第１のガス導入工程と前記予備放電工程とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の窒素放電灯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体を励起する紫外線の発生源として窒素を用いた窒素放電灯の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電灯では、内面に蛍光体が塗布されたガラス管内に、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)などの希ガスと微量の水銀とが封入されている。そして、ガラス管両端に設けられた電極間に高電界（高周波）が印加されると、水銀蒸気中で放電が発生し、その放電によって励起された水銀が通常状態に遷移する際に紫外線が発生し、発生した紫外線によって蛍光体が励起されて可視光が放出される。
【０００３】
しかし、近年の環境問題への関心の高まりに伴って水銀を使用しない放電灯（所謂、水銀レス放電灯）の開発が求められており、紫外線源としてキセノンを用いた放電灯（キセノン放電灯）が実用化されている。しかしながら、キセノン放電灯は、水銀を紫外線源とする放電灯（水銀放電灯）に比べて発光効率が劣るとともに、放電収縮が発生し易いといった課題がある。そこで、新たな紫外線源として窒素が注目されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】田窪修二、外３名、「窒素を用いた無水銀液晶バックライトの開発」、放電、誘電・絶縁材料、高電圧合同研究会、電気学会研究会資料（２００５年１月２７日）
【非特許文献２】川島康貴、外２名、「蛍光ランプでの窒素放電利用の探索」、第３７回照明学会全国大会論文集
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒素放電灯には、上記キセノン放電灯のような問題はないが、放電時間に比例してガラス管内の窒素が減少し、最終的には点灯不良に陥るという別の問題があった。この点、水銀放電灯にも水銀消費に起因する点灯不良の問題は存在するが、窒素放電灯が窒素の減少によって点灯不良に陥るまでの連続点灯時間は、水銀放電灯が水銀消費によって点灯不良に陥るまでの連続点灯時間に比べて短い。すなわち、窒素放電灯は、水銀放電灯に比べて寿命が短かった。
【０００５】
しかし、点灯不良に陥った窒素放電灯のガラス管内の窒素量が、点灯開始前に比べて減少していることは確認されているものの、その具体的メカニズムについては十分に解明されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、水銀放電灯と同等かそれ以上の点灯時間が得られる窒素放電灯を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねるなかで、ガラス管に封入されている窒素が点灯中にガラス管の管壁に吸収されることによって減少し、点灯不良に陥るとの知見を得た。さらに、窒素は水銀と異なりガラス管内にガス状態で封入しなければならず、そもそも封入量が水銀に比べて少ないので、管壁吸収による寿命低下が助長される。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、ガラス管の管壁に予め窒素を吸収させておくことによって、点灯中における窒素の吸収を抑制し、窒素放電灯の長寿命化を達成するものである。
【０００９】
本発明の窒素放電灯の製造方法は、少なくとも窒素ガスと希ガスとが封入されたガラス管の両端に電極が配置された窒素放電灯の製造方法であって、（１）ガラス管内の気体を排気する第１の排気工程と、（２）第１の排気工程を経たガラス管内に、窒素ガスを導入する第１のガス導入工程と、（３）第１のガス導入工程を経たガラス管内で放電を発生させる予備放電工程と、（４）予備放電工程を経たガラス管内の気体を排気する第２の排気工程と、（５）第２の排気工程を経たガラス管内に、少なくとも窒素ガスと希ガスとを導入する第２のガス導入工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
前記第１のガス導入工程では、窒素ガスと希ガスとの混合ガスを導入することもできる。前記第１の排気工程と前記第２の排気工程の少なくとも一方は、ガラス管を加熱しながら行うことが望ましい。前記第１のガス導入工程と前記第２のガス導入工程の少なくとも一方は、加熱されたガラス管の温度を常温まで降下させてから行うことが望ましい。
【００１１】
前記予備放電工程は、少なくとも一方の電極がガラス管の外部に配置された一対の電極間に電圧を印加して実行することが望ましい。前記第１のガス導入工程と前記予備放電工程とは、必要に応じて複数回繰り返すことが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の窒素放電灯の製造方法によって製造された窒素放電灯では、点灯中におけるガラス管への窒素の吸収が抑制され、従来よりも長い点灯時間が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の窒素放電灯の製造方法の一例について図１〜図３を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本例の窒素放電灯の製造方法の工程図である。図２は、本例の製造方法の一工程を示す模式的断面図であり、図３は、他の工程を示す模式的断面図である。
【００１４】
まず、図２に示すように、両端内部に電極１ａ、１ｂが対向配置されるとともに、一端が既に気密封止されたガラス管２を用意する。図２では、ガラス管２の左端が既に気密封止されている。一方、右端に配置された電極１ｂは仮止されているだけであって、同右端は未封止である。以下の説明では、この時点で既に封止されているガラス管２の左端を「封止端」、未封止の右端を「未封止端」として区別する。
【００１５】
図２に示すガラス管２を不図示の電気炉内にセットするとともに、該ガラス管２の未封端を不図示の給排気装置に接続し、ガラス管２内の不要ガスを排気する（図１：Step１）。また、Step１の開始と同時に上記電気炉を作動させてガラス管２を加熱する（図２：Step２）。すなわち、ガラス管２を加熱しながら排気を行う。ここでの加熱は、ガラス管２内の不要ガスを飛ばすための加熱であり、本例では、ガラス管２は最高で４５０℃まで加熱される。
【００１６】
次に、ガラス管２の温度が４５０℃に達したら電気炉を停止させ、ガラス管２を常温（室温）まで自然冷却する（図２：Step３）。その後、給排気装置を給気系に切り替え、未封止端からガラス管２内に、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ2）の混合ガス（エージングガス）を導入する（図２：Step４）。本例では、Ａｒ：Ｎ2＝９：１の混合ガスを２０[Torr]（≒2.666×103[Pa]）導入した。
【００１７】
その後、図３に示すように、所定量のエージングガスが導入されたガラス管２の未封端近傍の外周に仮電極３を形成する。本例では、ガラス管２の外周にアルミ箔を巻いて仮電極３を形成した。然る後、ガラス管２の封止端に配置されている電極１ａと仮電極３との間に高周波電圧を印加し、ガラス管２内で放電（予備放電）を発生させる（図２：Step５）。本例では、高周波電圧を４時間連続して印加した。
【００１８】
所定時間経過後に、電極１ａ−仮電極３間への電圧印加を停止し、仮電極３を除去する（図２：Step６）。その後、ガラス管２の未封止端に接続されている給排気装置を再度排気系に切り替え、ガラス管２内を排気しつつ、電気炉を再度作動させて、ガラス管２を所定温度（本例では、４５０℃）まで加熱する（図２：Step７）。次に、ガラス管２の温度が所定温度（本例では、４５０℃）に達したら、電気炉を停止させて、ガラス管２を常温まで自然冷却する（図２：Step８）。
【００１９】
ガラス管２の温度が常温まで低下した後、給排気装置を給気系に切り替え、ガラス管２内にアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ2）の混合ガス（放電ガス）を導入した上で（図２：Step９）、ガラス管２の未封止端を気密封止する（図２：Step１０）。
【００２０】
尚、ガラス管２の排気方法やガラス管２へのエージングガスおよび放電ガスの導入方法、さらに、未封止端の封止方法などは、従来と同様であるので、説明を省略する。
【００２１】
以上によって、窒素放電灯が完成する。完成した窒素放電灯について点灯試験を行ったところ、従来の窒素放電灯に比べて連続点灯時間の延長が確認された。また、連続点灯させた後のガラス管の管壁断面を調べたところ、内表面および内表面から数nm〜十数nmの深さの範囲で窒化物の存在が確認された。これらの事象より、上記予備放電によってガラス管に窒素が吸収されたことによって、点灯中における窒素のガラス管への吸収が抑制され、その結果、点灯時間が延長されたものと考えられる。
【００２２】
尚、上記説明および図１では、ガラス管２の内表面への蛍光体の塗布工程を省略したが、然るべき段階でガラス管２の内面に蛍光体を塗布することは勿論である。
【００２３】
ここでは、エージングガスおよび放電ガスとして、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いる場合について説明した。しかし、窒素ガスと混合される希ガスは、アルゴンガスに限定されるものではなく、ネオンガス、ヘリウムガスなどの所望の希ガスを選択可能であり、また、二種以上の希ガスを混合して用いることもできる。さらに、エージングガスは、窒素ガスのみであってもよい。
【００２４】
また、内部電極型の窒素放電灯を例にとって本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明の製造方法は、外部電極型の窒素放電灯に適用することもできる。この場合、予備放電のために上記仮電極を設ける必要はなく、ガラス管の外部（外周面上）に設けられている一対の外部電極間に高周波電圧を印加して予備放電を発生させることができる。勿論、上記仮電極を設け、該仮電極と一方の外部電極との間に高周波電圧を印加して予備放電を発生させてもよい。
【００２５】
さらに、エージングガスの導入と予備放電とを必要に応じて複数回繰り返すこともできる。例えば、所定時間予備放電を行った後、ガラス管内を排気した上でエージングガスを再度導入し、電圧印加を再開する、といった一連のサイクルを繰り返すこともできる。また、予備放電中の電極間の電圧値および電流値をモニタし、電圧値が所定値以下に低下したら（電流値が所定値以上に上昇したら）、ガラス管内を排気した上でエージングガスを再度導入し、電圧印加を再開する、といった一連のサイクルを繰り返すこともできる。エージングガス（窒素ガス）は、予備放電によってガラス管に吸収されて減少するので、エージングガスを２回以上導入することによって、十分な量の窒素をガラス管に吸収させ、点灯中における窒素の吸収をより効果的、かつ、確実に抑制することが可能となる。
【００２６】
ここで、予備放電中の電極間の電圧値が低下する（電流値が上昇する）ということは、ガラス管内の窒素量が減少し、放電が発生し易い状態になっていることを意味する。従って、予備放電中の電極間の電圧値および電流値をモニタし、電圧値（電流値）に基づいてエージングガズの再導入のタイミングや回数を制御することは、必要十分な量の窒素をガラス管に吸収させる手法として非常に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の窒素放電灯の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の窒素放電灯の製造方法の一工程を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の窒素放電灯の製造方法の一工程を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ａ  電極
１ｂ  電極
２  ガラス管
３  仮電極
【図１】
2008041275.tif 000003
【図２】
2008041275.tif 000004
【図３】
2008041275.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月9日(2007.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ここで、予備放電中の電極間の電圧値が低下する（電流値が上昇する）ということは、ガラス管内の窒素量が減少し、放電が発生し易い状態になっていることを意味する。従って、予備放電中の電極間の電圧値および電流値をモニタし、電圧値（電流値）に基づいてエージングガスの再導入のタイミングや回数を制御することは、必要十分な量の窒素をガラス管に吸収させる手法として非常に適している。