(57)【要約】  【課題】  フィラメント電極断線後にも点灯維持できる電子点灯回路と組み合わされても、管端部の温度過上昇を抑制できる低圧放電管を提供する。  【解決手段】  本発明の低圧放電管は、バルブ１と、バルブ端部を封止する、アルカリ金属元素を含む端部ガラス２と、端部ガラス２に保持された２本のリード線３ａ，３ｂと、リード線３ａ，３ｂに懸架されて電子放出物質を保持するフィラメント電極４と、バルブ内部に収容された放電ガスと、２本のリード線３ａ，３ｂに接合された放熱体（放熱板５ａ，５ｂ及び金属線６ａ，６ｂ）とを含む。放熱体は、電子放出物質渇枯後に管電流がリード線３ａ，３ｂに直接入射した際、端部ガラス２のアルカリ金属原子がリード線３ａ，３ｂ表面へ移動可能及び吸着可能な程度の熱を残しつつ、かつ、端部ガラス２の流動を抑制する程度に放熱する。【選択図】  図１
2005235458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブと、前記バルブの端部を封止する、アルカリ金属元素を含む端部ガラスと、前記端部ガラスに保持された２本のリード線と、前記２本のリード線に懸架され、電子放出物質を保持するフィラメント電極と、バルブ内部に収容された放電ガスとを含む低圧放電管であって、
前記２本のリード線に接合された放熱体をさらに含み、前記放熱体は、前記電子放出物質渇枯後に管電流が前記リード線に直接入射する際、前記端部ガラスに含まれる前記アルカリ金属の原子が前記リード線表面へ移動可能及び吸着可能な程度の熱を残しつつ、かつ、前記端部ガラスの母体流動を抑制する程度に放熱することを特徴とする低圧放電管。
【請求項２】
前記放熱体は金属にて形成されており、
前記放熱体に、少なくともアルカリ金属元素を含むガラス塊が保持されている請求項１に記載の低圧放電管。
【請求項３】
前記放熱体が金属にて形成され、少なくともカリウムを含む固体状のアルカリ金属供給物質が前記放熱体に接して設けられており、
前記放熱体と前記アルカリ金属供給物質との界面が第１の電子放出部である請求項１に記載の低圧放電管。
【請求項４】
前記放熱体の前記アルカリ金属供給物質と接する部分が鉄又は鉄を含む合金である請求項３に記載の低圧放電管。
【請求項５】
少なくともカリウムを含む固体状のアルカリ金属供給物質が前記放熱体より熱伝導下流側の前記リード線に接して設けられており、
前記リード線と前記アルカリ金属供給物質との界面が第２の電子放出部である請求項１に記載の低圧放電管。
【請求項６】
前記リード線の前記アルカリ金属供給物質と接する部分が鉄又は鉄を含む合金である請求項５に記載の低圧放電管。
【請求項７】
前記アルカリ金属供給物質は、カリウムを含むガラスである請求項３又は５に記載の低圧放電管。
【請求項８】
前記端部ガラスがカリウムを含んでおり、
前記端部ガラスが前記アルカリ金属供給物質として機能する請求項５に記載の低圧放電管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光ランプ等の低圧放電管に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプ等の低圧放電管は、バルブの両端部に設けられたフィラメント電極に塗布された電子放出物質（以下、エミッタという。）が渇枯した時にその寿命を迎える。しかし、低圧放電管がインバータ電子点灯回路等により点灯されている場合、インバータ電子点灯回路に点灯停止機能等が設けられていなければ、低圧放電管は寿命末期でも点灯し続ける。このとき、低圧放電管のフィラメント電極周辺の温度は、さまざまな要因で過上昇する。このような現象を未然に防ぐ目的で、近年、温度ヒューズをランプ内に組み込むことの提案（例えば、特許文献１参照。）、電極間放電を消弧性ガス放出で止めることの提案（例えば、特許文献２参照。）、セラミック板やガラスビードを電極近傍に設けることの提案（例えば特許文献３及び特許文献４参照。）等がなされている。
【特許文献１】特許第３０３２５０４号公報
【特許文献２】特許第２９８０５４８号公報
【特許文献３】特開平１１−２３８４５８号公報
【特許文献４】特開平６−３３８２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようなエミッタが枯渇することによる低圧放電管の寿命末期現象の進行は、組み合わされて点灯される電子点灯回路に強く影響されるが、その電子点灯回路が点灯停止しない限り、総じて陰極降下電圧の上昇やフィラメント電流の増大等によって、低圧放電管の端部はかなりの高温になる。この問題を解決する手段として特許文献１〜４に開示されている技術は、いずれもランプ側から提案された対策技術であるが、ランプ端部の温度過上昇移行確率を下げることに重点が置かれていた。また、上記個々の対策技術を取り上げれば、蛍光ランプの全ての品種に適用することは困難であった。特に、フィラメント電極が断線した後にも点灯維持できる電子点灯回路を想定したときには、それに対応可能なランプ側対策技術はこれまで皆無に近く、温度ヒューズ適用技術（例えば、特許文献１参照。）でも、寸法制約、温度適用範囲の制約などで全ての低圧放電管に採用することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の低圧放電管は、バルブと、前記バルブの端部を封止する、アルカリ金属元素を含む端部ガラスと、前記端部ガラスに保持された２本のリード線と、前記２本のリード線に懸架され、電子放出物質を保持するフィラメント電極と、バルブ内部に収容された放電ガスとを含む低圧放電管であって、前記２本のリード線に接合された放熱体をさらに含み、前記放熱体は、前記電子放出物質渇枯後に管電流が前記リード線に直接入射する際、前記端部ガラスに含まれる前記アルカリ金属の原子が前記リード線表面へ移動可能及び吸着可能な程度の熱を残しつつ、かつ、前記端部ガラスの母体流動を抑制する程度に放熱することを特徴としている。なお、本明細書で用いる母体流動とは、アルカリ金属原子に留まらずガラス形成骨格原子のケイ素原子も流動し、ガラスが軟化流動することである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の低圧放電管によれば、例えばフィラメントが断線した後でも点灯維持できる電子点灯回路と組み合わされても、端部温度の過上昇を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の低圧放電管は、エミッタ渇枯後に管電流が前記リード線に直接入射する際、端部ガラスに含まれるアルカリ金属の原子がリード線表面へ移動可能及び吸着可能な程度の熱を残しつつ、かつ、端部ガラスの母体流動を抑制する程度に放熱する放熱体を設けたことにより、エミッタ渇枯時に点灯が継続される場合であっても効果的に熱を放出して端部の温度過上昇を抑制することができる。
【０００７】
本発明の低圧放電管においては、放熱体を金属にて形成し、この放熱体に少なくともアルカリ金属元素を含むガラス塊が保持されていてもよい。
【０００８】
本発明の低圧放電管においては、放熱体を金属にて形成し、少なくともカリウムを含む固体状のアルカリ金属供給物質が放熱体に接して設けられていてもよく、この場合は放熱体とアルカリ金属供給物質との界面が第１の電子放出部となる。また、この場合は、放熱体のアルカリ金属供給物質と接する部分が鉄又は鉄を含む合金であることが好ましい。
【０００９】
本発明の低圧放電管においては、少なくともカリウムを含む固体状のアルカリ金属供給物質がリード線に接して設けられていてもよく、この場合はリード線とアルカリ金属供給物質との界面が第２の電子放出部となる。また、この場合は、リード線のアルカリ金属供給物質と接する部分が鉄又は鉄を含む合金であることが好ましい。
【００１０】
本発明の低圧放電管においてアルカリ金属供給物質を用いる場合は、そのアルカリ金属供給物質はカリウムを含むガラスであることが好ましい。また、端部ガラスがカリウムを含んでいる場合は、端部ガラスがアルカリ金属供給物質を兼ねていてもよい。
【００１１】
以下、本発明の低圧放電管の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態の低圧放電管の一方の端部を示す断面図である。この低圧放電管には、ガラスバルブ１の端部が端部ガラス２にて封止され、その内部に好適な圧力（例えば数百Ｐａ）の放電ガスが封入されており、端部ガラス２を貫通し、かつ端部ガラス２に保持された２本のリード線３ａ，３ｂの放電管内部に位置する先端部分に、エミッタが塗布されたフィラメント電極４が懸架されている。さらに、リード線３ａ，３ｂには金属にて形成された放熱板（放熱体）５ａ，５ｂがそれぞれ接合されており、放熱板５ａ，５ｂにはガラス魂７ａ，７ｂが溶着された金属線６ａ，６ｂがそれぞれ接合されている。なお、ここでは放熱板５ａ，５ｂに接合された金属線６ａ，６ｂも本発明における放熱体の一部と考する。また、図１には低圧放電管の一方の端部しか示されていないが、他方の端部も同様の構造である。
【００１３】
端部ガラス２は、少なくともアルカリ金属元素を含んでおり、好ましくはカリウムを含む。本実施形態では、例えばステムガラス（材質は鉛ガラスで、例えばアルカリ金属成分の酸化物換算含有量が８重量％のＮａ2Ｏ及び４重量％のＫ2Ｏからなるガラス）を用いて端部ガラス２が形成される。
【００１４】
２本のリード線３ａ，３ｂには、例えばニッケルめっき鉄線が用いられる。ただし、リード線３ａ，３ｂの後述する一部表面については鉄であることが好ましいため、ニッケルめっき鉄線を用いる場合は、その一部表面のニッケルめっき膜を剥がし鉄を露出させることが好ましい。
【００１５】
フィラメント電極４はタングステンにて形成されており、その表面にはエミッタ（バリウム、カルシウム、ストロンチウムのアルカリ土類３元系酸化物）が規定量塗布されている。
【００１６】
放熱板５ａ，５ｂは、エミッタが渇枯して管電流がリード線３ａ，３ｂに直接入射する際に、端部ガラス２に含まれるアルカリ金属原子がリード線３ａ，３ｂ表面へ移動可能及び吸着可能な程度の熱を残しつつ、かつ、端部ガラス２の母体流動を抑制する程度に放熱する材料及び寸法にて形成されている。本実施形態の放熱板５ａ，５ｂは、例えば鉄にて形成されており、そのサイズは例えば縦８ｍｍ×横６ｍｍの矩形状で、厚み０．２ｍｍ、溶接にてリード線３ａ，３ｂに接合されている。金属線６ａ，６ｂは鉄にて形成されており、溶接にて放熱板５ａ，５ｂに接合されている。金属線６ａ，６ｂに溶着されているガラス塊７ａ，７ｂは、アルカリ金属元素としてカリウムを含んでおり、アルカリ金属供給物質として機能する。ガラス塊７ａ，７ｂは、端部ガラス２よりやや軟化点の高いガラスであることが好ましいが、例えば、アルカリ金属成分としてＮａ2Ｏを８重量％及びＫ2Ｏを４重量％含む端部ガラス２と同じ組成の鉛ガラスを用いてもよい。このガラス塊７ａ，７ｂは、後述する第１の電子放出部が形成されるように配置されることが好ましい。
【００１７】
ここで、電子放出について簡単に説明すると、電子放出に関係する物理現象として、金属表面にアルカリ金属原子が吸着するとその金属表面の仕事関数が低下する現象がみられる。この場合、仕事関数が低下した金属表面から電子放出が可能となる。このことから、以上のように、放熱板５ａ，５ｂを介してリード線３ａ，３ｂと電気的に接続されている金属線６ａ，６ｂにアルカリ金属供給物質であるガラス塊７ａ，７ｂを溶着させ、リード線３ａ，３ｂからの距離を最適化させることで、金属線６ａ，６ｂとガラス塊７ａ，７ｂとの界面に第１の電子放出部８ａ，８ｂが形成される。この第１の電子放出部８ａ，８ｂでは、ガラス魂７ａ，７ｂに含まれるアルカリ金属原子が金属線６ａ，６ｂ表面に移動して吸着し、アルカリ金属原子の吸着層が形成される。このような吸着層が形成されることにより、金属線６ａ，６ｂの表面に電子流密度の高い電子放出部が形成される。
【００１８】
また、リード線３ａ，３ｂは端部ガラス２にて保持されているが、本実施形態では端部ガラス２もカリウムを含むアルカリ金属供給物質であるため、リード線３ａ，３ｂと端部ガラス２とが接する界面に第２の電子放出部９ａ，９ｂが形成される。第２の電子放出部９ａ，９ｂの場合も第１の電子放出部８ａ，８ｂと同様に、端部ガラス２に含まれるアルカリ金属元素がリード線３ａ，３ｂ表面に移動して吸着層が生成されることにより、リード線３ａ，３ｂの端部ガラス２に接する表面に電子流密度の高い電子放出部が形成される。
【００１９】
電子放出部を形成するためのアルカリ金属及び金属表面の組み合わせは特に限定されないが、組み合わせの材料選択を最適に行えば金属表面の仕事関数を十分に低くして連続的な電子放出が可能となる。本発明者は、特に、アルカリ金属がカリウムであり金属が鉄の場合に良好な電子放出が得られることを見出した。従って、第１の電子放出部８ａ，８ｂについては、鉄にて形成された金属線６ａ，６ｂとカリウムを含有するガラス魂７ａ，７ｂとの界面では、連続的な電子放出を得ることができる。また、第２の電子放出部９ａ，９ｂについては、リード線３ａ，３ｂ表面のうち端部ガラス２に覆われる部分のニッケルめっき膜を剥がして鉄を露出させることにより、表面が鉄のリード線３ａ，３ｂとカリウムを含む端部ガラス２との界面では、連続的な電子放出を得ることができる。
【００２０】
本実施形態の低圧放電管は、以上のような放熱体（放熱板５ａ，５ｂ及び金属線６ａ，６ｂ）を設けることにより、エミッタ渇枯後に管電流がリード線３ａ，３ｂに集中的に入射しても効果的に熱を放出して端部ガラス２の溶融を抑制することができる。さらに、このような放熱体を設けた場合でも、端部ガラス２に含まれるアルカリ金属原子がリード線３ａ，３ｂ表面へ移動して吸着層を形成することができるので、寿命末期の点灯動作を利用してリード線３ａ，３ｂ表面に電子放出部を形成することができる。この電子放出部から電子が放出されれば、放出電子が持つエネルギー（電子放出点の仕事関数と放出電子電流との電力で関係付けられる。）が固体表面から奪われることによる冷却効果により、端部の温度過上昇をより確実に抑制し、端部ガラス２の溶融等を防ぐことができる。また、本実施形態では、さらに第１の電子放出部８を設けているので、リード線３ａ，３ｂ根元付近の端部ガラス２の流動を避けることができ、より確実に端部の温度過上昇を抑制できる。なお、本実施形態では、端部ガラス２がカリウムを含むので、端部ガラス２とリード線３ａ，３ｂとの界面である上記電子放出部を第２の電子放出部９ａ，９ｂとしているが、放熱板５ａ，５ｂより熱伝導下流側のリード線３ａ，３ｂに別途アルカリ金属供給物質を設けて、端部ガラス２とリード線３ａ，３ｂとの界面とは別に第２の電子放出部を作製してもよい。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
（実施例１）
実施例１の低圧放電管として蛍光ランプ（松下電器産業（株）、ＦＬ２０ＳＳ型）を用い、１Ｐａに及ばない水銀蒸気と３００Ｐａ前後のアルゴンバッファガスを内封した低圧放電ランプとした。その構成は実施形態で説明した図１に示す低圧放電管と同様であり、端部ガラス２にはアルカリ金属成分としてＮａ2Ｏ８重量％及びＫ2Ｏ４重量％を含む鉛ガラスを用い、２本のリード線３ａ，３ｂにはニッケルめっき鉄線を用いて、端部ガラス２に接する部分の表面についてはニッケルめっき膜を剥がして鉄を露出させた。両端に設けられたフィラメント電極４のうち、一方にはエミッタを少量のみ塗布し、他方には適正規定量のエミッタを塗布した。放熱板５ａ，５ｂには鉄にて形成された縦８ｍｍ×横６ｍｍ，厚み０．２ｍｍの金属板を用い、この金属板をリード線３ａ，３ｂに電気溶接した。放熱体５ａ，５ｂには、予めカリウムをアルカリ金属成分とするガラス（ＳｉＯ2：６７．３重量％、Ｋ2Ｏ：２３．３重量％、ＣａＯ：５．１重量％、ＭｇＯ：２．３重量％、その他）からなるガラス魂７ａ，７ｂを溶着した金属線（線径０．６ｍｍ、鉄）６ａ，６ｂを溶接し、ガラス魂７ａ，７ｂがリード線３ａ，３ｂに近接するように設置した。ランプ端部には口金（材質はアルミニウム）を接着した。
【００２３】
（実施例２）
実施例２の低圧放電管として、放熱板５ａ，５ｂにガラス魂７ａ，７ｂ及び金属線６ａ，６ｂをマウントしない(すなわち、第１の電子放出部８ａ，８ｂが設けられていない)以外は実施例１の構成と同様である蛍光ランプを用意した。
【００２４】
（実施例３）
実施例３の低圧放電管として、リード線３ａ，３ｂの表面材質はすべてニッケルめっき膜で覆われており鉄表面を有しない（すなわち、第２の電子放出部９ａ，９ｂは設けられているが、端部ガラス２に含まれるカリウムとの組み合わせが最適ではない金属表面である）以外は実施例１と同様である蛍光ランプを用意した。
【００２５】
（比較例１）
比較例１の低圧放電管として、放熱板５ａ，５ｂのサイズを５ｍｍ×６ｍｍの金属板とし、金属線６ａ，６ｂ及びガラス魂７ａ，７ｂを有さず、かつ、リード線３ａ，３ｂの端部ガラス２に接する表面がニッケルであり鉄でないこと以外は実施例１と同様である蛍光ランプを用意した。すなわち、放熱板５ａ，５ｂの放熱面積が適当でなく、放熱板５ａ，５ｂが、アルカリ金属原子の移動・吸着を助ける程度に熱を残しつつ、かつ端部ガラス２の母体流動を抑制する程度に放熱するという条件を満たさない蛍光ランプを用意した。
【００２６】
（比較例２）
比較例２の低圧放電管として、放熱板５ａ，５ｂ、金属線６ａ，６ｂ及びガラス魂７ａ，７ｂを有さず、かつ、リード線３ａ，３ｂの端部ガラス２に接する表面がニッケルであり鉄でないこと以外は実施例１と同様である蛍光ランプを用意した。
【００２７】
（比較例３）
比較例３の低圧放電管として、放熱板５ａ，５ｂを有しないこと以外は実施例２と同様である蛍光ランプを用意した。
【００２８】
以上の実施例１〜３及び比較例１〜３の蛍光ランプを、図２に示すハーフブリッジ式インバータを用いて点灯させ、フィラメント電極断線後は、図中のスイッチ操作によりさらに強制的に点灯維持できるようにした。片側のフィラメント電極４からエミッタが枯渇した後の各ランプの電極周辺動作につき、それぞれ多数試験し比較した結果を表１にまとめた。さらに、フィラメント電極４断線後を含む口金の底面最高温度（測定事例中の最高温度）も併記した。
【００２９】
【表１】
2005235458.tif 000003
【００３０】
表１に示すように、実施例１〜３の蛍光ランプ（低圧放電管）では、フィラメント電極４からエミッタが枯渇すると、それに代わる連続電子放出点が形成されて、口金底面温度は１００℃を超えることはなかった。その理由は、放出電子が持つ潜熱が固体表面から奪われることによる冷却効果が関与したものと考えられる。口金に組み合わされるソケット樹脂の耐熱温度にも依存するが、どのような電子点灯回路と組み合わされても口金底面温度を１００℃以下に抑制できることは、大きなメリットと言える。実施例１の蛍光ランプにおける第１の電子放出部８ａ，８ｂと第２の電子放出部９ａ，９ｂからそれぞれ電子放出される様子（写真）を図３と図４に示す。
【００３１】
以上の実施例に対し、比較例では、第１及び第２の電子放出部の有無に関わらず、放熱板５ａ，５ｂがなければ、最終的にフィラメント電極４が消失後に、片側リード線３ａ，３ｂが赤熱し、その溶融・縮小によって、端部ガラス２（ステム）が溶融する場合があり、口金底面温度は１５０℃を大きく越える結果となった（比較例２及び比較例３）。また、放熱板５ａ，５ｂが設けられていても、その放熱量が適当でなく、電子放出物質渇枯後に管電流がリード線３ａ，３ｂに直接入射する際、端部ガラス２に含まれるアルカリ金属の原子がリード線３ａ，３ｂ表面へ移動可能及び吸着可能な程度の熱を残しつつ、かつ、端部ガラス２の母体流動を抑制する程度に放熱するという条件を満たすものでなければ（第２の電子放出部を形成可能な条件を満たすものでなければ）、口金底面温度の過上昇を抑制することはできなかった。
【００３２】
以上の結果より、放熱量を最適に設定した放熱体を設け、さらに第１及び第２の電子放出部のうち少なくとも何れか一方を設けて放熱体と上手に組み合わせることによって、有効に口金温度上昇を抑制できることが確認できた。
【００３３】
また、本発明の低圧放電管は品番ＦＬ２０ＳＳの蛍光ランプを例に説明したが、その他のタイプの蛍光ランプにも広く適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の低圧放電管は、エミッタが枯渇してからランプ端部温度が過上昇する結果につながる不具合を解消することができるので、例えばランプ点灯停止機能を有していない（あるいは点灯停止機能が適切に動作しない）電子点灯回路を用いて点灯される場合等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態である低圧放電管一方の端部を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例の低圧放電管の点灯試験に用いた点灯試験回路の回路構成図である。
【図３】本発明の実施例１の低圧放電管について、第１の電子放出部からの電子放出を示す図面代用写真である。
【図４】本発明の実施例１の低圧放電管について、第２の電子放出部からの電子放出を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
【００３６】
１    ガラスバルブ
２    端部ガラス（アルカリ金属供給物質）
３ａ，３ｂ    リード線
４    フィラメント
５ａ，５ｂ    放熱板（放熱体）
６ａ，６ｂ    金属線（放熱体）
７ａ，７ｂ    ガラス塊（アルカリ金属供給物質）
８ａ，８ｂ    第１の電子放出部
９ａ，９ｂ    第２の電子放出部
【図１】
2005235458.tif 000004
【図２】
2005235458.tif 000005
【図３】
2005235458.tif 000006
【図４】
2005235458.tif 000007