(57)【要約】【課題】  瞬時始動回路と共に用いるのにも、急速始動回路と共に用いるのにも適した低圧水銀蒸気放電蛍光ランプ用の陰極を提供する。【解決手段】  寿命が改善された蛍光ランプ（１０）は、第１及び第２のマンドレル（４５、４６）、並びに任意選択的に第３のマンドレル（７０）を用いてコイル（３０）を巻き付けることにより形成される。コイルは、少なくとも９５％のコイル密度をもたらすように第２のマンドレルの周りに巻き付けられる。コイルは、コイルの１ｃｍ当たり約０．６ｍｇ〜約１．６ｍｇの量の電子放出材料を担持することができる。このことが、瞬時始動回路及び急速始動回路の双方でランプの寿命を実質的に延長することにつながることが分かった。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外囲器（１２）と、
前記外囲器の内側に密封された放電維持充填気体（２６）と、
放電を発生させる第１及び第２の電極（２２、２４）とを備え、
少なくとも前記第１の電極が電流搬送ワイヤ（４０）とコイル（３０）とを含
み、前記コイルは、第１の円筒状部材（４５）の周りに重ね巻きワイヤ（４２）を巻き付けることにより形成される第１のコイル構造（４４）と、第２の円筒状部材（４６）の周りに前記第１のコイル構造を巻き付けることにより形成される、少なくとも９５％のコイル密度を有する第２のコイル構造（４７）と、前記コイル上に堆積される電子放出材料（３２）と、を含む放電ランプ（１０）。
【請求項２】
前記第２のコイル構造のコイル密度が約１００％である請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記第２のコイル構造のコイル密度が１００％を超える請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記第２のコイル構造が１インチ（１インチは約２．５４ｃｍ）当たり少なくとも８０のターンを有する請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記第１のコイル構造が１インチ（１インチは約２．５４ｃｍ）当たり少なくとも２００のターンを有する請求項４に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記第１のコイル構造が１インチ（１インチは約２．５４ｃｍ）当たり約３００のターンを有する請求項５に記載の放電ランプ。
【請求項７】
前記コイルが更に、第３の円筒状部材の周りに前記第２のコイル構造を巻き付けることにより形成される第３のコイル構造（７２）を含む請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項８】
前記第３の円筒状部材が少なくとも１．０ｍｍの直径を有する請求項７に記載の放電ランプ。
【請求項９】
前記第３の円筒状部材が少なくとも１．２ｍｍの直径を有する請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項１０】
前記電子放出材料が、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、ジルコニウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含む請求項１に記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に蛍光ランプに関し、より具体的には、瞬時始動回路と共に用いるのにも、急速始動回路と共に用いるのにも好適な低圧水銀蒸気放電蛍光ランプ用の陰極に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、蛍光ランプは、紫外線により励起されると蛍光を発する蛍光体粉末を内側に塗布したガラス管を含む。ガラス管には、希ガス（アルゴン、ネオン、及びクリプトンなどの）及び少量の水銀が充填されており、比較的低圧で動作する。ガラス管内には、電極が取り付けられている。電極には、通常、バリウム、カルシウム、及びストロンチウムの炭酸塩を含む電子放射物質混合体が塗布されている。炭酸塩は、活性化されると、対応する酸化物を含むセラミック材料に変換される。ランプの動作中、電子放出材料が電子を放出する。電子は、電圧により加速されて管を横断し、最終的に水銀原子と衝突して、水銀原子を電離し励起する。水銀原子が基底状態に戻ると、可視域と紫外域の両方において水銀のスペクトル線に対応する光子が発生し、これにより管の内側の蛍光体被膜を励起して発光させる。
【０００３】
蛍光ランプを始動する場合、電極からの電子放射を誘起することができる幾つかの方法がある。第１の方法においては、フィラメント電極に通電することにより、該電極を加熱する。このようなランプは、「予熱」ランプと呼ぶことができる。予熱ランプの初期始動中、スイッチとして機能するスタータ・バルブが閉じられ、その結果、電極同士が短絡される。電流が両電極に流れ、電極を予熱する働きをする。これにより、電極が更に電子を放射しやすくなる。電極が適切な時間の間加熱された後、スタータ・バルブが開く。このときに２つの電極間に電位が印加されると、電極間に電子電流が発生し、その後ランプが動作する。始動を目的として、当初、相対的に高い電圧が印加される。その後、通常動作中は、より低い電圧が使用される。ランプの損傷を防止するために、印加電圧と動作電圧との差を全て吸収するように、ランプと直列にリアクタンスが配置されている。リアクタンス、適した変圧器、キャパシタ、及び他の必要な始動部品及び動作部品は、安定器として知られる装置内に収容されている。
【０００４】
第２の始動方法においては、ランプ内の放電を開始させるのに十分な高電圧が、電極を予熱せずに、ランプに印加される。一般に今日使用されている、いわゆる「瞬時始動」回路は、通常、この始動方法を採用している。このような瞬時始動ランプは、電極を加熱する旧式の安定器よりはるかにエネルギ効率の良い安定器を採用している。電極に電流が流れないため、瞬時始動ランプの電極は、１つの端子のみを有していればよいが、ランプを瞬時始動安定器及び他の安定器と共に用いることができるように、２つの端子を設けてもよい。電極を予熱せずに電流の流れを誘起するために、通常、極めて高い始動電圧（例えば、５００Ｖ〜８００Ｖまで）が高周波数で印加される。高い始動電圧は、特殊な瞬時始動安定器により供給される。
【０００５】
第３の種類のランプは、「急速始動」ランプとして知られている。急速始動安定器は、電極を加熱するための適切な電圧及び電流を絶えず供給する変圧器巻線を含む。電極を加熱することにより、安定器内に存在する二次巻線からの印加電圧のみを用いて、電極から電極へ相対的に速くアークを発生させることができる。
【０００６】
部品及び頻繁に使用される精巧な密封取り付け器具の費用を考慮すると、交換費用を削減するために蛍光ランプの寿命を延ばすことが望ましい。寿命を延ばすために、種々の方法が開発されてきた。ランプの始動をよりスムーズにするように、安定器の設計が改善された。高周波数の急速始動安定器及びプログラム始動安定器が開発されており、これらは、まず電極を加熱し、次に、動作中は電極を高温に保持する（急速始動）か、又はヒータの電流をオフにする（プログラム安定器）。高電流又は高Ｒｈ／Ｒｃ急速始動安定器の使用は、ランプの寿命を延ばすことが分かっている。
【０００７】
また、ガスの組成を変えることもランプの寿命を向上させることが分かっている。例えば、アルゴンの圧力を標準の２．５トールより高くすることにより、蛍光ランプの陰極物質の拡散係数が減少し、従ってコイルからの電子放出の蒸発が妨げられることが分かっている。例えば、充填圧力を２．５トールから２．８トールに上昇させることにより、ランプの寿命が２０％延びることが分かっている。しかしながら、ランプの効率は、充填圧力が上昇するにつれて低下する。また、圧力が高くなると、ランプの始動電圧にも悪影響を与える。
【０００８】
ランプの寿命を延ばす別の方法は、充填気体中のＫｒ及びＸｅなどの重いガスの割合を増加させることである。これにより陰極の電子放出物質の蒸発が減少し、ランプの寿命が延びる。しかしながら、ガスの組成を変更すると、ランプのワット数や始動特性も変化する。
【０００９】
改善にもかかわらず、急速始動安定器を用いるランプは通常、瞬時始動安定器のランプよりも長い寿命を有する。例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ製の典型的なＴ８  ＳＰ  Ｓｔａｒｃｏａｔ（商標）ランプは、急速始動安定器で２０，０００時間、従来の瞬時始動安定器上で１５，０００時間の寿命が見積もられている（いわゆるＴ８ランプは、１インチ（１インチは約２．５４ｃｍ）の内径を有する。Ｔ１２ランプは、１．５インチの内径を有する）。通常の使用においては、ランプは、燃焼サイクルに応じて、２年から４年毎に交換される。２０，０００時間の寿命を有するランプは、１５，０００時間の寿命を有するものより交換の頻度が少なくて済み、交換にかかる費用が削減される。
【００１０】
Ｔ８ランプは、Ｔ１２ランプが本質的により効率的であることにより、徐々にＴ１２ランプに取って代わりつつある。Ｔ８ランプは、基準回路上で３２．４Ｗで動作して２８５０ルーメンを生成し、一方、同じ種類の標準的なＴ１２ランプは、基準回路上で４０．８Ｗで動作して３２００ルーメンを生成する。
【００１１】
瞬時始動安定器は一般的に、急速始動安定器より製造するのが容易である。従って、ＧＥのＦ３２Ｔ８  Ｕｌｔｒａ  Ｗａｔｔ  Ｍｉｓｅｒ及びＵｌｔｒａ  Ｗａｔｔ  Ｍｉｓｅｒ  ＸＬのような幾つかの最新設計のランプは、瞬時始動安定器と共に用いるように設計されている。しかしながら、急速始動安定器と共に用いるように設計された電極は、一般に、瞬時始動安定器と共に用いるのには適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
瞬時始動安定器と共に動作するが、急速始動安定器の寿命に匹敵するか又はそれを超える寿命を有するランプが依然として必要とされている。瞬時始動安定器と急速始動安定器の両方で動作することができるランプも、依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の例示的な実施形態において、放電ランプが提供される。該ランプは、外囲器を含む。外囲器の内側には放電維持充填気体が密封されている。第１及び第２の電極が放電を発生させる。少なくとも第１の電極は電流搬送ワイヤと、少なくとも第１と第２のコイル構造を含むコイルとを含む。第１のコイル構造は、重ね巻きワイヤを第１の円筒状部材の周りに巻き付けることにより形成される。第２のコイル構造は、第１のコイル構造を第２の円筒状部材の周りに巻き付けることにより形成される。第２のコイル構造は、少なくとも９５％のコイル密度を有する。電子放出材料はコイル上に堆積される。
【００１４】
別の例示的な実施形態において、蛍光ランプ用のコイルを形成する方法が提供される。該方法は、重ね巻きワイヤを電流搬送ワイヤの周りに巻き付けて第１のコイル構造を形成する段階を含む、コイルを形成する段階を含む。第１のコイル構造は、円筒状部材の周りに巻き付けられて、第２のコイル構造を形成する。第２のコイル構造は、少なくとも９５％のコイル密度を有する。コイルは、活性化されると、加熱された時点で電子を放射する電子放出混合物が塗布される。
【００１５】
別の例示的な実施形態において、蛍光ランプ用コイルを形成する方法が提供される。該方法は、重ね巻きワイヤを電流搬送ワイヤの周りに巻き付けて第１のコイル構造を形成する段階と、第１のコイル構造を円筒状部材の周りに巻き付けて第１のコイル密度の第２のコイル構造を形成する段階とを含む、コイルを形成する段階を含む。第２のコイル構造は、伸長されて、第１のコイル密度より低い第２のコイル密度を有するコイルを形成する。伸長されたコイルは電子放出混合物が塗布され、活性化されると、加熱された時点で電子を放射する。
【００１６】
本発明の少なくとも１つの実施形態の１つの利点は、より長い寿命を有する電極を提供し、これによりその電極が用いられる蛍光ランプの寿命が延びることである。
【００１７】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は、より長い有効寿命を有する瞬時始動安定器と共に用いる蛍光ランプを提供することである。
【００１８】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は、瞬時始動安定器上と急速始動安定器上の両方で動作することができる蛍光ランプを提供することである。
【００１９】
本発明の更に別の利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者には明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に、代表的な低圧水銀蒸気放電蛍光ランプ１０を示す。シングルエンドランプ又はダブルエンドランプ、及び湾曲形状又は直線形のランプを含め、種々の蛍光ランプを本発明と共に用いることができることは理解されるであろう。蛍光ランプ１０は、円形の断面を有するガラス又は他の好適な材料で形成された光透過管又は外囲器１２を有する。ガラス外囲器の内側表面１４には、１つ又は複数の蛍光体含有層１６が設けられている。ランプは気密密閉されている。基部１８、２０が、管の両端にそれぞれ取り付けられている。基部１８、２０上には、「スティック」とも呼ばれる２つの互いに離間して配置される電極２２、２４がそれぞれ取り付けられている。好ましくは水銀及び不活性ガスから形成される放電維持充填気体２６は、ガラス管の内部に密封されている。不活性ガスは通常は、低圧（例えば１〜４トール）のアルゴン、又はアルゴンと他の希ガスの混合物であり、これが少量の水銀と組み合わされて、低蒸気圧方式で動作する。上述のように、ランプは、低圧水銀蒸気放電ランプであるのが好ましいが、本発明はまた、高圧水銀蒸気放電ランプで用いても良い。
【００２１】
１つ又は複数の蛍光体含有層１６は、通常、アンチモン及びマンガンにより賦活されたハロリン酸カルシウムのような、白色光を放出する比較的安価な「ハロ」蛍光体などの当該技術分野で既知の蛍光体粒子を含有する。希土類蛍光体系も同様に用いることができる。これらの蛍光体系は通常、赤色発光蛍光体、青色発光蛍光体、及び緑色発光蛍光体の混合物などの希土類蛍光体のブレンドである。
【００２２】
ランプには、電源投入時にスタータとして機能する安定器２８が取り付けられている。一実施形態において、安定器２８は、瞬時始動安定器である。当該技術分野で知られているように、瞬時始動安定器は、充填気体のブレークダウンを引き起こしてアークを発生させるのに十分な電圧で電極間に高電圧パルスを「瞬時に」（約４０ＫＨｚで）発生するように設計された電子回路を含むことができる。
或いは、安定器は急速始動安定器である。急速始動安定器は、変圧器巻線を含み、変圧器巻線が適切な電圧及び電流を連続して供給して電極を加熱し、電極間にアークを発生させる。
【００２３】
また、プログラム安定器などの他の種類の安定器を本発明のランプと共に用いることができ、その場合、本発明によりランプの寿命が同様に延びることが企図される。
【００２４】
図２から図４を参照すると、電極２２、２４の各々は、電子放出材料３２が塗布された全長ａのコイル３０を含む。電極は、同様に形成されるのが好ましい。ランプは交流回路で用いられるため、電極は、極性が交番し、各々が順次陰極となる。電子放出材料は、カルシウム、ストロンチウム、及び炭酸バリウムなどの１つ又はそれ以上のＩＩ族元素の炭酸塩から形成することができる。１つの特定の電子放出材料は、これら３つの炭酸塩の各々の混合物を含む。具体的な実施形態において、該炭酸塩は、活性化されると、対応する酸化物である酸化バリウム、酸化ストロンチウム、及び酸化カルシウムのセラミックを形成する。
【００２５】
例えば、共沈炭酸塩電子放出材料を作る場合、対応する硝酸塩又は他の塩を熱い脱イオン水に溶解させることにより、Ｂａイオン、Ｓｒイオン、及びＣａイオンの溶液を調製する。該溶液を、スチームジャケット付き反応器内で攪拌する。過剰な炭酸アンモニウム又は他の可溶性炭酸塩をゆっくりと添加することにより、或いは反応器溶液を通して二酸化炭素を発泡させることにより、炭酸塩を沈殿させる。その結果、Ｂａ、Ｓｒ、及びＣａの炭酸塩の沈殿物が得られる。典型的な全体組成は、４０ｗｔ％〜７０ｗｔ％相当の炭酸バリウム、３０ｗｔ％〜５０ｗｔ％相当の炭酸ストロンチウム及び１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％相当の炭酸カルシウムである。炭酸塩沈殿物の形成を助け、且つ沈殿物を濃縮し、その後、沈殿物から水を除去するように設計された幾つかの沈殿後工程があっても良い。沈殿前に溶液に可溶性ジルコニウム塩を添加することにより、少量の、例えば、２ｗｔ％〜５ｗｔ％の炭酸ジルコニウムを同様に沈殿させても良い。別の実施形態においては、後にジルコニア（酸化ジルコニウム）又はジルコニウム金属を添加する。通常、乾燥後の共沈炭酸塩粉末は、１５マイクロメートル〜２５マイクロメートルの中心粒径を有する。粒子は、高度に凝集されている。
【００２６】
蛍光ランプコイルを被覆するのに用いられることになるスラリを作るために、混合炭酸塩粉末を液体媒体と組み合わせる。液体媒体は、ラッカーで用いられる媒体と同様であって良く、酢酸ブチル又は他の分子量の小さい酢酸塩などの有機溶媒と、増粘剤及びバインダとして用いられるニトロセルロースとからなる。また、アルコールなどの他の成分を添加して所望の粘度を得ることができる。例えば、アルミナ又はジルコニアミル媒体を入れたボールミルに相対的に少量の液体媒体を加える。次いで、ボールミルに粉末を加える。コイルに塗布するのに好適なスラリは、４０ｗｔ％〜６５ｗｔ％、より好ましくは約６０ｗｔ％の炭酸塩粉末である。
【００２７】
炭酸塩粉末は、ミルに全て一度に添加してもよく、添加の間にミルを回転させながら段階的に添加してもよい。例えば、所望量の半分の粉末を液体及びミル媒体に添加し、その後、残りの粉末を添加する前に短時間ミルを回転させることができる。これにより、ミル中に粉末を湿潤させるのがより容易になる。全ての粉末をミルに添加した後、所望の粒径が達成されるまで、ボールミルを数時間にわたり、通常は約５，０００回転から約２０，０００回転させる。中心粒径は、コイルを被覆する能力、ランプ寿命、及びランプの端部変色がないことを含む幾つかの基準に基づいて選択される。粒度計で測定した場合、２．５から６マイクロメートルの間にある中心粒径が、一実施形態において用いられる。別の実施形態において、中心粒径は、３マイクロメートル〜５マイクロメートルである。２ｗｔ％〜５ｗｔ％のジルコニア又はジルコニウム金属を、ミル中又はミル後の任意の時点で添加しても良い。スラリは、必要となるまで保管することができる。
【００２８】
現在、従来の蛍光ランプにおいては、活性化された電子放射物質混合体が、時間の経過に伴って亀裂を生じて剥離する傾向のあるセラミック材料を形成することが分かっている。本発明の範囲を限定することを意図するものではないが、このような故障がランプ始動中のコイルの加熱と関連する反復される熱衝撃及び熱不整合応力をランプが受けることによる可能性があることを提案する。機械的応力も故障の一因となっている可能性がある。電子放出材料の断片が最終的に電極から剥がれ落ち、結果としてランプ故障が生じることになる。走査型電子顕微鏡撮影（ＳＥＭ）を用いた従来のＴ８ランプのセラミック材料の亀裂及び剥離を調査することにより、ランプ寿命の終わりに向かって電子放出材料が急速に劣化することが明らかとなった。電子放射材料の重量も、ランプ寿命の最初の３分の２の期間は比較的ゆっくりと減少し、その後は有意に速く減少することも分かっている。寿命が短くなる別の原因は、蒸着及びスパッタリングによる電子放出材料の損失に起因するものである。
【００２９】
これらの問題に対処し、ランプ寿命を延ばすために、本発明の電極は、従来のランプと比べてより多い量の電子放出材料を有する。図４に示す実施形態において、コイルは、一次及び二次のコイル構造（本明細書において「二重コイル」という）を有する。二次コイル構造は、一次コイル構造を巻き付けることにより形成される。
【００３０】
図５〜図６に示す別の実施形態において、コイルは、三次コイル構造を有しており、二次コイル及び三次コイルの各々は、前のコイルを巻き付けることにより形成される（本明細書において「三重コイル」という）。
【００３１】
いずれの実施形態のランプも、従来のランプに比べてより多い量の電子放出材料を有する。一実施形態において、ランプは、従来のランプによりも約５０％多い電子放出を有する。本発明の二重コイル及び三重コイルは、約１１．５ｍｍの全長ａを有するコイル（図１参照）に対して９ｍｇ〜１６ｍｇ、すなわち、コイル長１ｍｍ当たりに約０．７８ｍｇ〜約１．３９ｍｇの電子放出を有することができる。Ｔ８ランプに用いられている従来の三重巻きコイルは、比較すると、通常、全長約１１．５ｍｍのコイル上に約７ｍｇ〜約８ｍｇの電子放出を有する。
【００３２】
図４の実施形態の場合、電子放出材料は、二次コイル、及び任意選択的に一次コイルをより緊密に巻くことにより大きくされる。これにより、電子放出物質混合物がより付着するためのより大きい表面積が提供される。
【００３３】
図５の実施形態の場合、電子放出材料はまた、三次マンドレルの直径の増加及びコイル長さの増大により大きくされる。三重巻きコイルの場合、支持可能な電子放出材料の量はまた、二次コイルの長さ（すなわち、巻き付けて三重コイル構造を製造する前の長さ）にも依存する。添加される電子放出の量が多すぎる場合には、三次コイル間のギャップを材料が充填（ブリッジング）する。その結果、材料の活性化が容易ではなくなる。
【００３４】
ランプの寿命は、少なくとも部分的には、電子放出材料の量に依存する。電子放出の量とランプ寿命との間にはほぼ直線的な関係があることが分かっている。従って、効果的に活性化することができる電子放出材料の最大限の塗布量を達成することが望ましい。
【００３５】
再度図２〜図４の実施形態を参照すると、電極は、両方とも二重コイル形状を有する。コイル３０は、電流搬送ワイヤ４０を含み、該ワイヤは、直径Ｄｗ１が約１．５ミルから約３ミル（約３８ミクロン〜約７６ミクロン）、長さが約８０ｍｍ〜約１２０ｍｍ、より好ましくは約９０ｍｍ〜約１１０ｍｍとすることができる。図２に示すように、重ね巻きワイヤ４２を電流搬送ワイヤ４０の周りに巻き付けて、一次コイル４４を形成する。重ね巻きワイヤは、約０．９ミル〜約１．１ミル（約２２ミクロン〜約２８ミクロン）の直径Ｄｗ２を有し、長さが約６００ｍｍ〜約９００ｍｍである。マンドレル４５（想像線で示す）などのほぼ円筒状の第１の部材を用いて、コイルの各ターンの幅を決定する。従って、重ね巻きワイヤは、マンドレルと電流搬送ワイヤとの両方に巻き付けられる。第１のマンドレル４５は、約４ミル〜約１０ミル（約１０２ミクロン〜約２５４ミクロン）の直径Ｄｍ１を有することができる。１つの具体的な実施形態において、第１のマンドレルは、５ミル〜８ミル（１２７ミクロン〜２０３ミクロン）の直径を有する。別の具体的な実施形態において、第１のマンドレルは、約６ミル（約１５２ミクロン）の直径を有する。一次コイルは、巻きを密に配置する間隔ｓ１を有する。
【００３６】
一実施形態において、一次コイル４４は、約３００ＴＰＩ（ＴＰＩ＝１／ｓ１）で巻かれている。直径が１．１ミルより小さいワイヤ４２に対しては、一次コイルのＴＰＩはこれに対応して大きく、密な間隔を維持し、直径がより大きいワイヤ４２に対しては、ＴＰＩは、これに対応してより小さい。
【００３７】
図３に示すように、一次コイル４４（マンドレル４５と電流搬送ワイヤ４０と共に）は、次いで、第２のマンドレル４６（想像線で示す）などのほぼ円筒状の第２の部材の周りに巻きつけて、二次コイル４７を製造する。第２のマンドレルは、約１０ミル〜約３０ミル（約２５４ミクロン〜約７６２ミクロン）の直径Ｄｍ２を有することができる。一実施形態において、第２のマンドレルの直径は、約１５ミル〜約２５ミル（約３８１ミクロン〜約６２５ミクロン）である。１つの具体的な実施形態において、第２のマンドレルの直径ｄ２は、約２０ミル（約５０８ミクロン）である。二次コイル４７は、コイルの各ループ間の間隔ｓ２が、従来の陰極に見られるよりも狭い。
【００３８】
巻線のコイル密度（すなわちピッチ比）Ｓは、式：
Ｓ＝［ｈ／ｓ２］×１００
で定義され、パーセントで表される。ここで、ｈはターンの大きさ、ｓ２は連続するターンの中心と中心の間の距離である。
【００３９】
ｈ＝Ｄｍ１＋Ｄｗ２＋２Ｄｗ１
であり、
ｓ２＝１／ＴＰＩ２
である。ここで、Ｄｍ１は、インチで表される一次マンドレルの直径、Ｄｗ２は、インチで表される重ね巻きワイヤの直径、Ｄｗ１は、インチで表される電流搬送ワイヤの直径、ＴＰＩ２は、二次コイルの１インチ当たりのターン数である。
【００４０】
２×ＤＷ１を用いる理論的根拠は、三重コイル構造の１ターンの概略断面を示す図８を参照することにより理解することができる。
【００４１】
Ｄｍ１、Ｄｗ２、Ｄｗ１、ＴＰＩ２が分かれば、コイル密度を求めることができる。例えば、Ｄｍ１が６ミル、Ｄｗ２が２ミル、Ｄｗ１が１ミル、及びＴＰＩ２が１００である場合、コイル密度は１００％である。二次コイル４７は、少なくとも９０％のコイル密度を有するのが好ましい。一実施形態において、二次コイルのコイル密度は、少なくとも９５％、又は少なくとも９８％である。別の実施形態において、コイル密度は、１００％であるか又はそれより大きい。１００％は、各ターンが後続のターンと接触する完全被覆に相当する。１００％を超えるコイル密度を達成する場合、図７に断面で示すように、連続するターンの間に必然的に多少の重なりが生じる。コイル密度は、最大約１１０％、又はそれ以上に大きくすることができる。一実施形態において、コイル密度は、約９５％〜約１０５％である。１つの具体的な実施形態において、コイル密度は、約１００％〜約１０２％である。
【００４２】
このような高いコイル密度を達成する場合、二次コイルに対して８０から約３００のＴＰＩ（１ｃｍ当たり３０〜１２０ターン）を適用することができる。一実施形態において、１インチ当たり少なくとも８５ターン（１ｃｍ当たり３３ターン）が適用される。別の実施形態において、ＴＰＩは、少なくとも９０（１ｃｍ当たり３５ターン）である。一実施形態において、ＴＰＩは、約２００（１ｃｍ当たり８０ターン）より少ない。直径６ミルの一次マンドレル及び直径１ミルの電流搬送ワイヤ４０の周りに巻き付けられた直径２ミルの重ね巻きワイヤ４２に対しては、約１０２％〜約１０６％のコイル密度は、約１０５のＴＰＩ（１ｃｍ当たり４１ターン）に相当する。これは、ＴＰＩが約６０である従来のランプにおけるより有意に大きい。二次コイルは、形成された時点で、この実施形態においてはコイルの長さａに相当する約８ｍｍ〜約１５ｍｍの全長ｌを有する。一実施形態において、ａは、約１１．５ｍｍである。
【００４３】
２つのマンドレルは、コイル構造を形成した後、酸浴槽内でマンドレルを溶解させることにより除去されるのが好ましい。
【００４４】
上述のように、このようにして形成された二次コイルに、次いで電子放出材料が塗布される。具体的には、コイルは、（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）ＣＯ３のスラリ、又は活性化されると電子放出材料を形成する他の好適な電子放出・スラリが塗布される。コイル上に支持することができる三重炭酸塩材料の量は、９ｍｇから１６ｍｇであるのが好ましい（これは、完成後の長さが１０ｍｍ〜１２ｍｍのコイルに対するものである）。これは、コイルの長さ１ｍｍ当たり約０．６ｍｇ〜約１．６ｍｇに相当する。より短い又はより長いコイルに対しては、電子放出材料の量は、長さに従って異なることになる。
【００４５】
一実施形態において、電子放出材料を塗布する前に、二次コイルの長さｌが、例えばコイルを伸張させることにより増大される。これにより連続する巻線の間の間隔が増大し、電子放出材料を巻線間に浸透させることができる。一実施形態において、コイルは、コイル密度が１００％より小さくなるまで伸長される。１つの具体的な実施形態において、二次コイルは、コイル密度が約９５％以下になるまで伸張される。例えば、コイル密度は、伸張前の約９５％から約１０５％の範囲から、伸張後は、約７０％から約９０％の範囲まで低くすることができる。伸張により生成される長さの全体としての増加は、約２％から約３５％とすることができる。一実施形態において、二次コイルは、少なくとも５％伸張される。別の実施形態において、コイルは、長さが少なくとも１０％増加する。別の実施形態において、二次コイルは、最大約２０％まで伸張される。電子放出材料が塗布されると、コイル上の張力を解放することができる。電子放出材料は、巻線間に保持される。張力が解放されると、コイルの長さは、再び若干縮小することができる。
【００４６】
コイル密度を高くし、次いで、コイルを伸張させた後に電子放出を塗布することは、幾つかの目的に役立つことが分かっている。第１に、これにより電子放出が分配されるコイルの表面積が拡大され、保持することができる電子放出材料の量が増大される。第２に、これにより電子放出がコイルの各ターンの間に浸透することができる構造を広げ、その結果、コイルの全表面に電子放出を塗布することができるようになる。第３に、ワイヤ内の張力も、塗布された電子放出を把持するのに役立ち、剥離の可能性が低減される。
【００４７】
電子放出材料が巻線間に容易に浸透することができる最大コイル密度は、ある程度、電子放出材料スラリを構成する粒子の大きさによって決まることが理解されるであろう。電子放出材料は約３ミクロン〜約５ミクロンの中心粒径を有することができるが、混合物内のより大きい粒子は、直径が最大約１５ミクロン又は２０ミクロンとすることができる。より大きい粒子を収容するためには、巻線間の開放空間ｗ２（何らかの伸張がなされた後）が約２０ミクロン以上であるのが好ましい。粒径分布をより密にする場合、又はより小さい中央径を用いる場合、巻線間の間隔をより小さくすることができることが理解されるであろう。
【００４８】
このようにして形成された電極は、一般にＴ８及びＴ１２と呼ばれるランプなどの直径が約１インチから約１１／２インチ（約２．５ｃｍ〜約３．８ｃｍ）の蛍光ランプの陰極／陽極として用いるのに適している。コイル３０は、管の長さに対してほぼ垂直に配置されるように、第１と第２の導電性支持体６０、６２により基部に取り付けられる。ガラス管は、ＵＶ反射被膜として機能する微細なアルミナ粉末が内側に塗布されているのが好ましい。アルミナ被膜を乾燥させた後、管は、希土類蛍光体粉末ブレンド、ハロリン酸塩蛍光体ブレンド、又は他の選択された蛍光体材料を含むスラリで塗布される。代替的なＵＶ反射被膜及び蛍光体被膜も考えられる。
【００４９】
電極を管の両端部に密封し、一般に知られているように、管を排気し、少量の水銀を投与し、選択された不活性ガスを充填する。
【００５０】
二重コイル電極は、瞬時始動安定器と急速始動安定器の両方を用いるのに適している。上述の二重コイル電極を有して形成されたランプの比較は、現在製造されているランプに勝る、ランプが故障を起こす前に耐えることができるサイクル（電源オン後オフ）数において少なくとも約５０％の改善を示している。瞬時始動安定器を有する従来のランプは、約１０，０００サイクルから約１３，５００サイクルに耐えることができるが、本ランプは、１８，０００サイクルから２１，０００サイクル、又はそれ以上のサイクルに耐えることが分かっている。急速サイクル試験に耐える能力に加え、形成されたランプは、従来のランプより長い有効寿命を有する。例えば、瞬時始動安定器では、本ランプは、標準的な３時間サイクル（３時間オン、２０分間オフ）で約２０，０００時間〜約２４，０００時間の寿命を有することができ、これは、瞬時始動安定器の従来のランプに対する約１５，０００時間に匹敵する。コイルは、急速始動安定器を有するランプに用いるのにも適しており、この場合、更に長い寿命を達成することができる。
【００５１】
一実施形態において、コイルは、Ｔ８ランプ又はＴ１２ランプに用いられる。この種類のランプには、ＧＥのＦ３２Ｔ８  Ｕｌｔｒａ  Ｗａｔｔ  Ｍｉｓｅｒ及びＵｌｔｒａ  Ｗａｔｔ  Ｍｉｓｅｒ  ＸＬが含まれる。本ランプは、修正の必要なく、瞬時始動安定器上と急速始動安定器上の両方で用いることができる。これにより、ユーザ又は小売業者は、常備しておくランプの種類を半分に減らすことができる。
【００５２】
図５〜図６の実施形態においては、図２〜図４の二重コイル構造の代わりに三重コイル構造が用いられる。この構造は、上述したものと同様であるが、一次コイル及び二次コイルに加えて、第３のコイルが形成されている。第１と第２のコイルは、上述と同様の方法で形成することができる。この実施形態において、二次コイル４７は、形成された時点で、約２０ｍｍ〜約４０ｍｍの全長ｌを有する。１つの具体的な実施形態において、ｌは約３０ｍｍである。
【００５３】
次に、二次コイル４７を、第３のマンドレル７０などの第３の円筒状部材の周りに巻き付け、図５に示す三次コイル７２を製造する。第３のマンドレルの直径Ｄｍ３は、少なくとも１ｍｍであるのが好ましく、１ｍｍ〜２ｍｍであるのがより好ましく、１．２ｍｍから１．５５ｍｍであるのが最も好ましい。これは、従来の陰極用の約０．８ｍｍに匹敵する。第３のマンドレルは、２ｍｍより大きくすることができる。しかしながら、ある時点で、コイルは、その構造の一体性を失う。図７に、コイリングを概略的に示す。二重コイル構造と同様に、二次コイルのコイル密度は、保持される電子放出量及び保持強度を決定するに当たっての重要な要素であり、二重コイル構造で上述したものと同一とすることができる。
【００５４】
３つのマンドレルは、コイル構造形成後、酸浴槽内でマンドレルを溶解させることにより除去されるのが好ましい。
【００５５】
第３のマンドレルの直径が増大した結果、コイルの長さｌ（すなわち、巻き付けて第３のコイルを形成する前の二次コイルの有効長）は、従来の蛍光ランプにおけるよりも約５０％長くなる。コイルが支持することができる電子放出材料の量は、コイルの長さｌに比例するため、二次コイルの長さｌの５０％の増加は、一般的に約５０％の電子放出材料の増加及びこれに対応する長い管寿命（約５０％長い）をもたらす。二次コイル構造のＴＰＩの増加はまた、電子放出材料をコイルのケージ状構造の上により長い時間保持することによりランプ寿命を延ばすことにもつながることが分かっている。これらの特徴の両方をコイル内で組み合わせることにより、最新型ランプから標準型ランプまで、約２倍の寿命を達成することができる。
【００５６】
二次コイルのターンは内側縁部上において重なりを生じる可能性があるが、三次コイルの形成工程により二次コイルのターンの間隔がその外側縁部（三次コイルの外側周辺に対応する）において増大するため、形成された時点のコイルは、電子放出材料の塗布前に伸張される必要はない。この間隔により、電子放出材料がコイル構造内に浸透することができる。
【００５７】
このようにして形成されたコイルを、（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）ＣＯ３のスラリ又は活性化されると電子放出材料を形成する他の好適な電子放出・スラリで被覆する。コイル上で支持することができる三重炭酸塩材料の量は、９ｍｇから１６ｍｇであるのが好ましい（これは完成後の長さが１０ｍｍ〜１２ｍｍのコイルにおけるものであり、より短い又はより長いコイルについては、電子放出材料の量は、長さに応じて異なることになる）。
【００５８】
このようにして形成された電極は、図２〜図４のコイルに対して上述したＴ８ランプ及びＴ１２ランプなどの、直径が約１インチから約１１１／２インチ（約２．５ｃｍ〜約３．８ｃｍ）の蛍光ランプの陰極／陽極として用いるのに適している。三重コイルは瞬時始動システムと急速始動システムの両方に用いることができるが、瞬時始動安定器と共に用いるのが最適である。
【００５９】
以下の実施例は、実施可能なランプ寿命の改良を示す。
【００６０】
実施例
[実施例１]
蛍光ランプは、上述したように準備された二重コイル電極及び三重コイル電極を用いて形成した。二次コイルは、約６０ｗｔ％の炭酸塩粉末（５０ｗｔ％相当の炭酸バリウム、４０ｗｔ％相当の炭酸ストロンチウム及び１０ｗｔ％相当の炭酸カルシウム）を含むスラリを塗布する前に、最大約２０％伸張した。
【００６１】
コイル特性は、表１に示すとおりであった。
【００６２】
【表１】
2005044810.tif 000003
【００６３】
Ｔ８ランプは、このようにして形成された電極を用いて形成した。ランプには、２．１トール及び２．５トールの充填圧力で、アルゴン充填気体を充填した。
【００６４】
両方の瞬時始動安定器を用いたランプに急速サイクル試験を実施した。試験は、１分間オン、１分間オフのサイクルによって実施し、故障を起こす前のサイクル（オン及びオフ）数を測定した。結果は以下のとおりであった。表２に、各形式の幾つかのランプについて瞬時始動安定器を用いた結果を示す。
【００６５】
表２において、結果を、同じサイクル条件下でのＡ、Ｂ、及びＣと表記した３つの市販のＦ３２Ｔ８ランプに対する結果と比較する。
【００６６】
【表２】
2005044810.tif 000004
【００６７】
表から分かるように、本発明のランプは、瞬時始動システムにおいて、低い充填圧力においてでさえ、市販のランプよりも性能に優れており、良好に機能した。
【００６８】
[実施例２]
コンピュータ・モデリングを用いて、伝達関数による急速始動回路のコイル寿命を予測した。伝達関数は、ランプの寿命と燃焼サイクルとの関係を記述する。伝達関数は、ランプの各始動時点では同じ量の電子放出材料が消費され、連続燃焼時には、電子放出物質混合体の消費率は一定であるか又は可変であると仮定する。急速始動ランプの動作の場合は、ランプ始動の影響は無視することができる。電子放射物質混合体の損失は、連続燃焼中の蒸発によってのみ発生することになる。一般的に、電子放射物質混合体の重量を増やすと、ランプ寿命は、千時間当たりのミリグラム数で測定して、電子放射物質混合体と同じ損失率で延びる。
【００６９】
[実施例３]
電流搬送ワイヤの直径、重ね巻きワイヤのピッチ、二次コイルのピッチ、及び三次マンドレルの直径といった、異なるコイル・パラメータを有するＴ８ランプに用いられる三重コイル構造の陰極コイルを形成した。全ての変数を実験の２４要因計画に用い、これらのパラメータのいずれかが有益な効果を有するとすれば、どのパラメータであるかを判定した。結果は、電子放出の質量及び急速サイクル試験における始動回数を判定するために最も重要なパラメータは第３のマンドレルの直径と第２のマンドレルの１インチ当たりのターン数（ＴＰＩ）であることを示している。電子放出の質量は、乾燥した電子放出被膜を有するコイルのサンプルを計量し、次いで震動水／酸浴槽内で被膜を除去して再び計量することにより求められた。
【００７０】
急速サイクル試験は、１分間オン、１分間オフのサイクル、又は５分間オン、５分間オフのサイクルのいずれかでランプの点灯及び消灯を行うことにより実施した。両方の実験は共に、実験計画の各セルにおいて８個のランプについて実施された。故障を起こす前の始動回数を記録した。
【００７１】
表３に、電子放出の質量の増加及び急速サイクル始動の回数に基づいた予測寿命延長をまとめている。表は、第２のマンドレルのＴＰＩを６８．６ＴＰＩから８９．９ＴＰＩに増加させた効果、及び第３のマンドレルの直径を０．８６ｍｍ直径から１．２５ｍｍ直径に増大させた効果を示す。これらの結果は、５分間オン、５分間オフサイクルにおけるものである。
【００７２】
【表３】
2005044810.tif 000005
【００７３】
１分間のオン／オフサイクルも同様の結果を示し、５分間サイクルに対して、８８００に代わって９０００の値が得られた。結果は、ランプ寿命の大きくかつ予想外の向上を示している。
【００７４】
本発明を、好ましい実施形態に関して説明してきた。上述の詳細な説明を読んで理解することにより、当業者には変形及び変更が浮かぶことは自明であろう。本発明は、添付の特許請求の範囲又は均等物の範囲内に入る限りにおいて、全てのこのような修正及び変更を含むと解釈することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明によるランプの部分断面側面図。
【図２】図１のランプ用の一次コイル及び電流搬送ワイヤの斜視図。
【図３】二次コイルを製造するために巻き付けられた図２の一次コイルの斜視図。
【図４】本発明の第１の実施形態による電子放出材料が被覆された図３の二次コイルの斜視図。
【図５】本発明の第２の実施形態による三次コイルを製造するために巻き付けられた二次コイルの斜視図。
【図６】電子放出材料が被覆された図５の三次コイルの斜視図。
【図７】コイル密度が１００％を越える図３の二次コイルの断面図。
【図８】図５の三重コイル電極の１ターンの概略断面図。
【符号の説明】
【００７６】
１０  蛍光ランプ
４５  第１のマンドレル
４６  第２のマンドレル
【図１】
2005044810.tif 000006
【図２】
2005044810.tif 000007
【図３】
2005044810.tif 000008
【図４】
2005044810.tif 000009
【図５】
2005044810.tif 000010
【図６】
2005044810.tif 000011
【図７】
2005044810.tif 000012
【図８】
2005044810.tif 000013