(57)【要約】【課題】本発明は、熱陰極蛍光ランプの放電時に、フィラメントのエミッタ上の陰極輝点の位置を強制的に所定の速度で連続移動させることによりエミッタの消耗を抑制してランプの長寿命化を図ることにある。【解決手段】熱陰極蛍光ランプ１の両端部に位置するコイル状のフィラメント８の近傍の該蛍光ランプ１の外側に磁場発生源１２を備えた磁場発生装置１３を配置し、磁場発生源１２がフィラメント８に略平行に且つフィラメントの中央位置までの距離が略同一となる２点間を所定の速度で繰り返し往復運動するように構成した。【選択図】図３
2009032453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともガラス管により形成された密閉空間に希ガスが封入されると共に前記ガラス管の内部両端部に、コイル状のタングステンに電子放射性物質が塗布されてなるフィラメントが配設された熱陰極放電ランプにおいて、前記フィラメントの近傍の前記熱陰極放電ランプの外側に磁場発生源を配設し、前記熱陰極放電ランプの放電中に前記磁場発生源を前記フィラメントの長手方向に略平行に所定の速度で繰り返し往復運動させることにより、前記フィラメントに該フィラメントの長手方向に直角な方向から所定の速度で移動する磁界成分が印加され、前記磁界によって前記フィラメント上に位置する陰極輝点が強制的に所定の速度で移動されることを特徴とする熱陰極放電ランプの点灯制御方法。
【請求項２】
少なくともガラス管により形成された密閉空間に希ガスが封入されると共に前記ガラス管の内部両端部に、コイル状のタングステンに電子放射性物質が塗布されてなるフィラメントが配設された熱陰極放電ランプにおいて、前記フィラメントの近傍の前記熱陰極放電ランプの外側に磁場発生源を配設し、前記熱陰極放電ランプの放電中に前記磁場発生源を前記熱陰極放電ランプの長手方向に垂直な面と略平行に且つ前記フィラメントの周囲を所定の速度で回転円運動させることにより、前記フィラメントに該フィラメントの長手方向に直角な方向から所定の速度で移動する磁界成分が印加され、前記磁界によって前記フィラメント上に位置する陰極輝点が強制的に所定の速度で移動されることを特徴とする熱陰極放電ランプの点灯制御方法。
【請求項３】
前記磁場発生源の運動時間は、前記熱陰極放電ランプの放電開始から多くとも６０秒間以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の熱陰極放電ランプの点灯制御方法。
【請求項４】
前記磁場発生源の、前記フィラメントに対する該フィラメントと略平行の運動速度成分は０．５〜１．０ｃｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱陰極放電ランプの点灯制御方法。
【請求項５】
前記磁場発生源は最大磁気エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが１０〜４０ＭＧＯｅの永久磁石であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱陰極放電ランプの点灯制御方法。
【請求項６】
前記磁場発生源は電磁石であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱陰極放電ランプの点灯制御方法。
【請求項７】
前記熱陰極放電ランプは、前記ガラス管の内面に蛍光体が均一に塗布され、且つ前記密閉空間内に水銀が封入されてなる熱陰極蛍光ランプであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱陰極放電ランプの点灯制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱陰極放電ランプの点灯制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電子放出型の放電ランプとして熱陰極蛍光ランプがある。熱陰極蛍光ランプは、内面に均一に蛍光体層が形成されたガラス管の両端に、二重、三重あるいは四重に巻かれたコイル状のＷ（タングステン）に（Ｂａ／Ｓｒ／Ｃａ）Ｏの三元酸化物からなる電子放射性物質（以下、エミッタと呼称する）が塗布されてなる一対のフィラメント（電極）が配設され、該フィラメントを内在するガラス管内に適量のＨｇ（水銀）と放電開始を容易にするためのＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスが数Ｔｏｒｒ封入された構造となっている。
【０００３】
このような構造を有する熱陰極蛍光ランプの点灯は、一対のフィラメントの夫々に通電して該フィラメントを予熱すると共に、両フィラメント（電極）間に所定の電圧の交流電圧を印加する。すると、陰極側となった電極のフィラメントのエミッタから放出された熱電子が対向する陽極側となった電極のフィラメントの高電位に引かれて加速され、ガラス管内に封入したＡｒ等の希ガスに衝突してこれを電離させ、発生した電子が次のＡｒ原子を電離するという動作を繰り返しながら放電へとつながる。
【０００４】
そして、時間を経るにつれてガラス管内の温度が徐々に上昇してガラス管内のＨｇの蒸気圧が所定の圧力まで高まると放電の主流が水銀に移行する。すると、電子が衝突したＨｇ原子は紫外線（ピーク波長：λｐ＝２５３．７ｎｍ）を放出し、この紫外線がガラス管の内面に位置する蛍光体を励起して蛍光体層から波長変換された可視光が放出される。この場合、適宜選択された一種あるいは複数種混合の蛍光体を使用することにより所望する様々な色調の光（可視光）を得ることができる。
【０００５】
ところで、熱陰極蛍光ランプ等の熱電子放出型放電ランプは、電極のフィラメントに塗布されたエミッタ（電子放射性物質）が電子を放出している間は放電を維持しているが、エミッタからの電子の放出がなくなると放電は起こらなくなる。
【０００６】
エミッタからの電子の放出がなくなるメカニズムの一つは、次の通りである。安定放電時に陰極のエミッタに熱電子の放出が一点に集中する陰極輝点が形成される。このとき、陰極輝点の温度は、電流の集中により他の部分より高いため、主にエミッタの蒸発によって輝点部分のエミッタが失われ、輝点はその隣のエミッタが残っている部分に移動する。このようにエミッタは順次消耗され、陰極輝点は放電時間の時間経過と共に、エミッタが塗布されたフィラメントの、電極が陰極の場合の低電位側から高電位側に向かって移動する。全てのエミッタが消耗された時点で電子の放出が止まる。
【０００７】
但し、このように、全てのエミッタが消耗されたために放電寿命を迎えるような寿命モードは多くはない。陰極輝点はＡｒイオンやＨｇイオンのスパッタを受けるため、フィラメントのタングステンは蒸発する。特に輝点の温度が低い場合にはスパッタの量も多くなる。また、始動時のランプ電圧が高い状態においては、スパッタの量も多く、輝点以外の部分もスパッタを受ける。これらのスパッタされたタングステン等がエミッタの表面に付着してエミッタを覆い、そのためにエミッタからの電子の放出が阻害されて、輝点の移動が妨げられ、エミッタがすでに消耗してタングステンが露出した部分に放電電流が集中し温度が上昇するため、タングステンの蒸発が加速される。また、始動してから安定放電に移る時間も多くなるため、始動時のスパッタを加速する。これらのことによって、エミッタが覆われる範囲や、エミッタを覆うタングステン等の不純物の厚みも増え、結果として寿命を著しく損ねてしまう。このような寿命モードは頻繁にある。
【０００８】
また、陰極輝点によってフィラメントのエミッタが消耗されて露出したタングステンが集中的にＡｒイオンやＨｇイオンによって徐々にスパッタされ、最終的にその部分の断線によって放電寿命を迎えるような寿命モードもある（図７参照）。
【０００９】
このように、熱電子放出型放電ランプの寿命は放電時の陰極輝点のエミッタに対する挙動に起因するところが極めて大きく、従って、放電時の陰極輝点の挙動を制御することにより、ランプの長寿命化を実現することが可能となる。
【００１０】
熱電子放出型放電ランプにおける陰極輝点の制御方法として、陰極輝点が放電時間経過と共にフィラメントの、電極が陰極の場合の低電位側から高電位側に向かって移動する性質を利用し、ランプの電源投入時毎に、フィラメントに通電するために該フィラメントの両端に印加する電圧の極性を変える手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
これにより、電源投入時毎にフィラメントにおける陰極輝点の位置を該フィラメントの低電位側に交互に移動させ、エミッタが一方向からのみ消耗するのを防止するようにしている。その結果、上述の寿命モードが回避されてランプの長寿命化が図られるというものである。
【特許文献１】特開平６−１１１９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記提案されたランプの長寿命化の手法は連続点灯時間が比較的短時間の場合は有効であるが、例えば、避難口の位置や避難の方向を示す誘導灯のように常時点灯状態を保つ必要がある灯具の光源として使用する場合は、長寿命化の手法は全く効果を発揮しない。本来、長寿命化を最も必要とする用途に対応することができない。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、放電時にエミッタ上の陰極輝点の位置を強制的に連続して移動させることによりエミッタの消耗を抑制してランプの長寿命化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、少なくともガラス管により形成された密閉空間に希ガスが封入されると共に前記ガラス管の内部両端部に、コイル状のタングステンに電子放射性物質が塗布されてなるフィラメントが配設された熱陰極放電ランプにおいて、前記フィラメントの近傍の前記熱陰極放電ランプの外側に磁場発生源を配設し、前記熱陰極放電ランプの放電中に前記磁場発生源を前記フィラメントの長手方向に略平行に所定の速度で繰り返し往復運動させることにより、前記フィラメントに該フィラメントの長手方向に直角な方向から所定の速度で移動する磁界成分が印加され、前記磁界によって前記フィラメント上に位置する陰極輝点が強制的に所定の速度で移動されることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、少なくともガラス管により形成された密閉空間に希ガスが封入されると共に前記ガラス管の内部両端部に、コイル状のタングステンに電子放射性物質が塗布されてなるフィラメントが配設された熱陰極放電ランプにおいて、前記フィラメントの近傍の前記熱陰極放電ランプの外側に磁場発生源を配設し、前記熱陰極放電ランプの放電中に前記磁場発生源を前記熱陰極放電ランプの長手方向に垂直な面と略平行に且つ前記フィラメントの周囲を所定の速度で回転円運動させることにより、前記フィラメントに該フィラメントの長手方向に直角な方向から所定の速度で移動する磁界成分が印加され、前記磁界によって前記フィラメント上に位置する陰極輝点が強制的に所定の速度で移動されることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記磁場発生源の運動時間は、前記熱陰極放電ランプの放電開始から多くとも６０秒間以下であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記磁場発生源の、前記フィラメントに対する該フィラメントと略平行の運動速度成分は０．５〜１．０ｃｍ／ｓｅｃであることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記磁場発生源は最大磁気エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが１０〜４０ＭＧＯｅの永久磁石であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記磁場発生源は電磁石であることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項７に記載された発明は、請求項１〜６のいずれか１項において、前記熱陰極放電ランプは、前記ガラス管の内面に蛍光体が均一に塗布され、且つ前記密閉空間内に水銀が封入されてなる熱陰極蛍光ランプであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、熱陰極放電ランプのフィラメント近傍に配置された磁気発生源がフィラメントに沿った往復運動またはフィラメントの周りを回る回転円運動を行なうことにより、フィラメント上に位置する陰極輝点が移動する磁界によって強制的に所定の速度で移動するようにした。
【００２２】
その結果、電子放射性物質上に沈着したタングステン等の不純物が陰極輝点によって周期的に除去され、また、陰極輝点による電子放射性物資の消耗が抑制されると共に、陰極輝点への電流の過集中によって生じるタングステンの断線が抑制される。
【００２３】
よって、熱陰極放電ランプの長寿命化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図６を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００２５】
図１は熱陰極蛍光ランプの説明図である。熱陰極蛍光ランプ１は内面に均一に蛍光体２が塗布されたガラス管３の両端部に口金４を設け、夫々の口金４はガラス管３の外側長手方向に延びる一対の口金ピン５を有している。
【００２６】
ガラス管３の内側両端部には夫々ステム６に支持された一対のリード線７がガラス管３の長手方向に沿って配設され、各リード線７の一方の端部が各口金ピン５に接続（図示せず）されると共に、他方の端部がフィラメント８に接続されて該フィラメント８を支持している。
【００２７】
ガラス管３の内部は両端部に設けられた口金４によって密閉空間９とされ、該密閉空間９内に適量のＨｇ（水銀）と放電開始を容易にするためのＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスが数Ｔｏｒｒ封入されている（Ｈｇ、不活性ガスは図示せず）。
【００２８】
なお、フィラメント８は図２のように、コイル状に巻かれたＷ（タングステン）１０に（Ｂａ／Ｓｒ／Ｃａ）Ｏの三元酸化物からなる電子放射性物質（以下、エミッタ１１と呼称する）が塗布されている。図では説明のために一重に巻かれたフィラメント８を明示しているが、他に二重、三重あるいは四重に巻かれる場合もある。
【００２９】
上記構造の熱陰極蛍光ランプにおいて、本発明は図３に示すように、蛍光ランプ１の両端部に位置するコイル状のフィラメント８の近傍の該蛍光ランプ１の外側に磁場発生源１２を備えた磁場発生装置１３を配置し、磁場発生源１２がフィラメント８に略平行に且つフィラメントの中央位置までの距離が略同一となる２点間を所定の速度で繰り返し往復運動するように構成されている。同時に、磁場発生源１２の移動距離はフィラメント８のコイル部よりも長くなるように設定されている。
【００３０】
すると、連続的に移動する磁場発生源１２による磁界がフィラメント８に対して該フィラメント８の長手方向に略直角な角度で印加され、この角度を保った磁界がフィラメント８のコイル部の少なくとも両端間を所定の速度で繰り返し往復走査される。
【００３１】
本実施形態では、磁場発生源１２として永久磁石を採用しており、磁石のフィラメント８に対向する側の極性はＮ極またはＳ極のいずれでもよい（図ではＮ極の場合を示している）。
【００３２】
次に、熱陰極蛍光ランプの点灯制御方法について説明する。まず、図４の説明図に示すように、一対の口金ピン５の夫々に所定のフィラメント電圧を印加することによってフィラメント８が通電されて該フィラメント８が予熱されると共に、両端の口金ピン５間に所定の放電電圧が印加されている。
【００３３】
すると、陰極側となった電極のフィラメント８から放出された熱電子が対向する陽極側となった電極のフィラメント８の高電位に引かれて加速され、放電電流となって放電が持続している。このとき、同時に、熱陰極蛍光ランプ１の両端部近傍に配置された磁場発生装置１３の磁場発生源１２がフィラメント８に略平行に且つフィラメント８の中央位置までの距離が略同一となる２点間を所定の速度で繰り返し往復運動を行なっている。
【００３４】
図５は、磁場発生源を移動させたときのフィラメント上の陰極輝点について示している。熱陰極蛍光ランプの一方の端部Ａ側のフィラメント８ａが陰極、他方の端部Ｂ側のフィラメント８ｂ（図示せず）が陽極であり、磁場発生源１２ａの、フィラメント８ａの長手方向に直角の方向の中心線Ｘが該フィラメント８ａの長手方向の位置Ｍ１にあるとき、陰極となるフィラメント８ａには磁場発生源１２ａによる磁界の強さが最も強い位置Ｐ１に陰極輝点Ｑが発生し、その位置Ｐ１のフィラメント８ａのエミッタ１１ａが陰極輝点Ｑにより蒸散して消耗される。
【００３５】
そして、その後、端部Ａ側のフィラメント８ａが陽極と陰極の極性の交番を繰り返している間に磁場発生源１２ａが所定の速度で移動して磁場発生源１２ａの中心線ＸがＭ２の位置に移動したとき、フィラメント８ａが陰極となったタイミングに同期して陰極輝点Ｑの位置がフィラメント８ａのＰ１の位置から磁界の強さが最も強い位置Ｐ２に移動する。そして、その位置Ｐ２のフィラメント８ａのエミッタ１１ａが陰極輝点Ｑにより蒸散して消耗される。
【００３６】
Ｍ２の位置に移動した磁場発生源１２ａはＭ２の位置に留まることなく所定の速度で移動を続け、端部Ａ側のフィラメント８ａが陽極と陰極の極性の交番を繰り返している間に磁場発生源１２ａの中心線ＸがＭ３の位置に移動したとき、フィラメント８ａが陰極となったタイミングに同期して陰極輝点Ｑの位置がフィラメント８ａのＰ２の位置から磁界の強さが最も強い位置Ｐ３に移動する。そして、その位置Ｐ３のフィラメント８ａのエミッタ１１ａが陰極輝点Ｑにより蒸散して消耗される。
【００３７】
すると、エミッタ１１ａの陰極輝点によって消耗されていた場所から陰極輝点が順次所定の時間毎にエミッタ１１ａの別の場所に移動するため、エミッタ１１ａの一点における陰極輝点Ｑによるそれ以上の蒸散が阻止されて消耗が回避される。
【００３８】
そして、上記動作が繰り返されて陰極輝点Ｑがフィラメント８ａのコイル部の一方の端部Ｐｂに到達するとそこで一旦停止し、磁場発生源１２ａが移動の折り返し点Ｍｂで方向反転して反対側の折り返し点Ｍａの方向に移動し、磁場発生源１２ａの最強磁場の位置がフィラメント８ａのコイル部の一方の端部Ｐｂの位置を通過した時点から点Ｍａに向けて移動する磁場発生源１２ａの移動に伴って、陰極輝点Ｑがフィラメント８ａのコイル部の他方の端部Ｐ１に向かって移動を開始する。
【００３９】
このように、磁場発生源１２の中心Ｘが２つの折り返し点Ｍａ、Ｍｂの間を所定の速度で繰り返し移動することによって、陰極輝点Ｑがフィラメント８ａの２つの端部Ｐ１、Ｐｂの間を所定の速度で繰り返し移動することになる。
【００４０】
よって、陰極輝点Ｑはフィラメント８ａのエミッタ１１ａ上の一点に長時間留まることはなく、且つ停留時間もほとんど同じであるため、エミッタ１１ａの特定の場所が集中的に蒸散されることがなく、エミッタ１１ａは均一に消耗される。
【００４１】
上述の動作は、図示しない熱陰極蛍光ランプ１の他方の端部Ｂ側のフィラメント８ｂと磁場発生源１２ｂとの関係においても同様である。従って、ここでは熱陰極蛍光ランプ１の他方の端部Ｂ側の動作説明は省略する。
【００４２】
なお、磁場発生源は例えば永久磁石が使用され、その場合はＳｍＣｏ（サマリウムコバルト）系、ＮｄＦｅＢ（ネオ磁鉄ボロン）系、ＡｌＮｉＣｏ（アルニコ）系の永久磁石が好適である。なお、磁場発生源は永久磁石に限られるものではなく、他に電磁石も使用可能である。
【００４３】
磁石の磁力は、最大磁気エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが１０〜４０ＭＧＯｅであることが望ましい。磁気エネルギー積が１０ＭＧＯｅより小さい場合は陰極輝点の移動制御が難しくなり、４０ＭＧＯｅより大きい場合は磁性材料を使用した周辺機器に磁界の影響を及ぼし、取り付け性を損なう可能性がある。
【００４４】
磁場発生源の移動速度は放電電流の電流密度にはほとんど無関係に、０．５ｃｍ／ｓｅｃ〜１ｃｍ／ｓｅｃが望ましい。移動速度が０．５ｃｍ／ｓｅｃより遅い場合は陰極輝点によるエミッタの消耗が多くなり、１ｃｍ／ｓｅｃより速い場合は陰極輝点の温度上昇が低く（陰極輝点の温度は８００℃〜１０００℃が好適）、電子放出の効率が良くない。また、陰極輝点が磁場発生源の動き（磁場の動き）に追従できず、制御が困難となる。
【００４５】
磁場発生源で陰極輝点の移動を制御できる熱陰極蛍光ランプの管径は、実験値として４０ｍｍ以下が望ましい。管径が４０ｍｍより大きい場合はフィラメントの径が大きくなって陰極輝点の位置のフィラメントの温度上昇の応答が遅くなり、陰極輝点の制御性が悪くなる。
【００４６】
フィラメントの長さと磁場発生源の移動距離との関係は、フィラメントのコイル部の長さに対して磁場発生源の移動距離が長くても、同一でも、また短くてもよい。但し、制御効率を考慮するとフィラメントのコイル長と磁場発生源の移動距離はほぼ同一であることが望ましい。
【００４７】
本実施形態では、磁場発生源をフィラメントに沿って往復運動するようにしたが、図６のように、磁場発生源１２が熱陰極蛍光ランプ１の長手方向に垂直な面と略平行にフィラメント８の周囲を所定の速度で回転円運動するようにしてもよい。いずれの運動を選択するかは熱陰極蛍光ランプの設置条件、磁場発生源の運動機構等を考慮して決定すればよい。
【００４８】
以上述べたように本発明によれば、熱陰極蛍光ランプの両端部に位置するフィラメントの近傍の該蛍光ランプの外側に磁場発生源を備えた磁場発生装置を配置し、磁場発生源がフィラメントの長手方向に略平行に且つ周期的に移動するようにした。
【００４９】
そして、磁場発生源の移動に伴って磁場発生源の磁界に誘導された陰極輝点がフィラメントのエミッタ上を所定の速度で周期的に移動し、陰極輝点がフィラメントの一点に長時間集中することがないようにした。
【００５０】
その結果、電子放射性物質上に沈着したタングステン等の不純物が陰極輝点によって周期的に除去され、また、陰極輝点による電子放射性物資の消耗が抑制されると共に、陰極輝点への電流の過集中によって生じるタングステンの断線が抑制される。
【００５１】
よって、熱陰極蛍光ランプの長寿命化を実現することができる。
【００５２】
なお、熱陰極蛍光ランプの放電中に亘って磁場発生源を移動し続けることが困難な場合は、少なくともエミッタの消耗が最も大きい放電開始時のみ磁場を印加して陰極輝点を通常放電開始時の輝点の位置から大きくずらしておく方法も長寿命化にとって有効である。この場合、放電開始時とは、放電のための管電流が流れ初めてから約６０秒間程度の時間である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】熱陰極蛍光ランプの説明図である。
【図２】熱陰極蛍光ランプのフィラメントの正面図である。
【図３】本発明の実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態の動作を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるフィラメントの状態を示す説明図である。
【図６】他の実施形態を示す説明図である。
【図７】従来のフィラメントの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    熱陰極蛍光ランプ
２    蛍光体
３    ガラス管
４    口金
５    口金ピン
６    ステム
７    リード線
８    フィラメント
８ａ    フィラメント
８ｂ    フィラメント
９    密閉空間
１０    タングステン
１１    エミッタ
１１ａ    エミッタ
１２    磁場発生源
１３    磁場発生装置
【図１】
2009032453.tif 000003
【図２】
2009032453.tif 000004
【図３】
2009032453.tif 000005
【図４】
2009032453.tif 000006
【図５】
2009032453.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009032453.tif 000009