JP2004513482A

JP2004513482A - 低ワット数蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2004513482A
Application number: JP2002540188A
Authority: JP
Inventors: チン，フォン; スーレ，トマス・フレドリック
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2004-04-30
Also published as: CN1394349A; WO2002037534A2; EP1332508A4; EP1332508A2; WO2002037534A3; US6583566B1

Abstract

【課題】標準Ｔ８蛍光ランプと比較して同等のルーメン出力を有し且つ現在設置されている高周波電子安定器と共に動作するのに適合している低ワット数Ｔ８蛍光ランプを提供する。
【解決手段】低圧水銀蒸気放電ランプは、光透過性ガラス外囲器を有し、この光透過性ガラス外囲器の内面にアルミナ粒子から構成される紫外線反射障壁層が被覆される。この障壁層上には蛍光体層が被覆され、水銀及び不活性ガスから成る放電維持充填物が外囲器の内部に密封される。この不活性ガスは、アルゴンとクリプトンの混合物から構成され、クリプトンは、前記混合物の１０〜４０体積％であり、前記外囲器の内部の前記不活性ガスの総圧力は１〜４ｔｏｒｒであり、前記ランプは、少なくとも８０ルーメン／ワットのルーメン効率を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に蛍光ランプに関し、特に、既存の市販されている高周波電子安定器と共に動作するのに適合している低ワット数蛍光ランプに関する。
【０００２】
【発明の背景】
Ｔ８蛍光ランプは、北米市場では非常に普及しており、高効率であるために前世代型Ｔ１２蛍光ランプの大部分が、これに取って代わられている。既知の３成分希土類蛍光体混合物を使用する典型的な北米の４フィートＴ８蛍光ランプは、ＩＥＳ基準回路において３２．５ワット（Ｗ）で動作し、２，８５０ルーメン又は約８８ルーメン／ワットを出力する。市販の高周波電子安定器は効率が非常に高く、ほぼ１００ルーメン／ワットである。
【０００３】
Ｔ８蛍光ランプのエネルギー効率を改善し、エネルギー消費を低減するのが望ましい。標準ランプと同等のルーメン出力をもたらす低ワット数ランプは、現在の所存在しない。Ｔ８ランプを使用する照明器具が、北米での総エネルギー消費量のうちのかなりの部分を占めているので、エネルギー効率を改良したランプは、総エネルギー消費量を大幅に削減することになるであろう。エネルギー消費量の削減は、現在の需要を満たすのに必要な過剰なエネルギー発生に関連する環境への影響を緩和するのみならず、消費者にとってのコスト節減につながる。
【０００４】
このランプに対するエネルギー費用を削減する方法としては、現在設置されている電子安定器を低電流でランプを動作させる安定器に取り替える方法がある。しかし、ランプの電流を低下させるだけでは、光出力を低下させることになる。また、照明器具の中には、光レベルを下げることができない、あるいは、光レベルを下げるのが望ましくないものもある。このようなエネルギー効率の高いシステムの生産に関連する主な問題点は、現在の照明設備が、耐用年数の長い比較的高価な高周波電子安定器を使用していることである。このため、低ワット数ランプを既存の電子安定器と互換性があるようにするか、あるいは、消費者側の負担でこのような安定器の取替えを行なうかする必要がある。電子安定器の取替えによりコスト節減が相殺されるので、消費者は取替えに対して消極的になるであろう。
【０００５】
従って、標準Ｔ８蛍光ランプと比較して同等のルーメン出力を有し且つ現在設置されている高周波電子安定器と共に動作するのに適合している低ワット数Ｔ８蛍光ランプが必要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
内面を有する光透過性ガラス外囲器と、ガラス外囲器の内面の上に、あるいは、これに隣接して被覆されたアルミナ粒子から構成される紫外線反射障壁層と、障壁層上に被覆される蛍光体層と、外囲器の内部に密封された水銀及び不活性ガスから成る放電維持充填物とを有する低圧水銀蒸気放電ランプが提供される。不活性ガスは、アルゴンとクリプトンの混合物であり、クリプトンは、混合物の１０〜４０体積％である。不活性ガスの総圧力は１〜４ｔｏｒｒである。ランプは、少なくとも８０ルーメン／ワットのルーメン効率を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以降の説明及び特許請求の範囲では、５から２５（又は５〜２５）などの好ましい範囲を挙げる場合、それは好ましくは少なくとも５であり、その数値とは異なる好ましくは２５を超えない数値の範囲を意味している。混合物中の単一の成分に関して重量％（ｗｔ．％）で範囲が示される場合、混合物中の全成分の総重量に対して示された割合の重量で、その単一の成分が混合物中に存在することを意味する。
【０００８】
本明細書中で使用する用語「電子安定器」は、当該技術分野で知られている高周波電子安定器を意味し、１１０Ｖ・６０Ｈｚの交流入力信号を２０〜１５０ｋＨｚ、より好ましくは２０〜１００ｋＨｚ、より好ましくは２０〜８０ｋＨｚ、より好ましくは２０〜５０ｋＨｚ、より好ましくは２５〜４０ｋＨｚの範囲の高周波交流出力信号に変換するのに適合している軽量固体電子回路を具備し、１５０〜１，０００Ｖの範囲の出力電圧を有する。電子安定器は、瞬時スタート式安定器であるのが好ましく、当該技術分野で知られているようにＴ８蛍光ランプを動作させるのに適している。これほど好ましくはないが、当該技術分野で知られているようなラピッドスタート式安定器を使用することもできる。
【０００９】
また、本明細書中で使用する用語「Ｔ８蛍光ランプ」は、好ましくは直線状であり、好ましくは４８インチの長さであり且つ１インチ（「Ｔ８」の「８」が表すように、１／８インチの８倍である）の公称外径を有する、当該技術分野では一般に知られている蛍光ランプである。４８インチの長さほど好ましくはないが、Ｔ８蛍光ランプは公称で２フィート、３フィート、６フィート又は８フィートの長さであっても良い。あるいは、Ｔ８蛍光ランプは直線状ではなく、円形又はその他の曲線形状であっても良い。
【００１０】
「Ｔ１２蛍光ランプ」は、１．５インチの公称外径及びＴ８ランプと同様の長さを有する、当該技術分野では一般に知られている直線状の蛍光ランプである。
【００１１】
本明細書中及び特許請求の範囲において、ワット数は当該技術分野で知られているＩＥＳ６０Ｈｚラピッドスタート式基準回路で測定される。
【００１２】
図１は、本発明による低圧水銀蒸気放電蛍光ランプ１０を示す。蛍光ランプ１０は、円形の横断面を有する光透過性ガラス管又は外囲器１２を有する。ガラス外囲器１２は、２．３７ｃｍの内径及び１１８ｃｍの長さを有するのが好ましいが、オプションとして別の長さであっても良い。ガラス外囲器１２の内面は、好ましくはαアルミナ粒子及びγアルミナ粒子の混合物から構成される紫外線（ＵＶ）反射障壁層１４で被覆される。障壁層１４は、ガラス外囲器１２の内面と直接接触するのが好ましい。障壁層１４の内面は、蛍光体層１６で被覆される。蛍光体層１６は、希土類３蛍光体層などの希土類蛍光体層であるのが好ましい。オプションとして、蛍光体層１６はハロリン酸蛍光体層であっても良く、この場合、出力するルーメンは低くなるが、低ワット数を達成することができる。
【００１３】
ランプは両端部に装着されたベース２０により密閉されており、ベース２０には１対の相互に離間する電極構造１８（放電をもたらす手段）がそれぞれ載置されている。水銀及び不活性ガスから成る放電維持充填物２２が、ガラス管の内部に密封される。本発明では、不活性ガスは、アルゴンとクリプトンの混合物であるのが好ましい。不活性ガス及び少量の水銀により、低い蒸気圧力での動作となる。
【００１４】
蛍光体層１６は、赤色放出希土類蛍光体、緑色放出希土類蛍光体及び青色放出希土類蛍光体の混合物、好ましくは３蛍光体混合物から構成されるのが好ましい。赤色放出蛍光体は、ユーロピウム（Ｅｕ^３＋）賦活酸化イットリウム（通常、ＹＥＯと略される）であるのが好ましい。
【００１５】
緑色放出蛍光体は、セリウム（Ｃｅ^３＋）賦活リン酸ランタン（通常、ＬＡＰと略される）及びテルビウム（Ｔｂ^３＋）賦活リン酸ランタンであるのが好ましい。これほど好ましくはないが、緑色放出蛍光体は、テルビウム（Ｔｂ^３＋）賦活酸化アルミニウムセリウム・マグネシウム（通常、ＣＡＴと略される）、セリウム（Ｃｅ^３＋）賦活五ホウ酸ガドリニウム・マグネシウム及びテルビウム（Ｔｂ^３＋）賦活五ホウ酸ガドリニウム・マグネシウム、あるいは、当該技術分野で知られているその他の適切な緑色放出蛍光体であっても良い。
【００１６】
青色放出蛍光体は、ユーロピウム（Ｅｕ^２＋）賦活クロロリン酸カルシウム・ストロンチウム・バリウムであるのが好ましく、これほど好ましくはないが、ユーロピウム（Ｅｕ^２＋）賦活酸化アルミニウムバリウム・マグネシウム、あるいは、当該技術分野で知られているその他の適切な青色放出蛍光体であっても良い。３つの３蛍光体成分が当該技術分野で知られているように重量％に基づいて組み合わされることで、事前に選択されたランプの色が得られる。典型的なランプの色としては、公称３，０００Ｋ、公称３，５００Ｋ、公称４，１００Ｋ、公称５，０００Ｋ、及び、公称６，５００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）を有するものがあるが、３蛍光体を有利なように相対的な重量％比で組み合わせてその他の所定の色温度を有するランプを生産しても良い。色温度は、少なくとも又は多くとも前述の温度であるのが好ましく、あるいは、±５０Ｋ、±１００Ｋ、±１５０Ｋ又は±２００Ｋであるのが好ましい。ランプの色は、前述のＣＣＴに対応する標準ＣＩＥ色の２つ、３つ又は４つのＭＰＣＤステップ内にあるのが好ましい。
【００１７】
好適さでやや劣る実施例では、４種類又は５種類の希土類蛍光体を有する系などのその他の数の希土類蛍光体から構成される希土類蛍光体の混合物が、蛍光体層１６で使用されても良い。
【００１８】
一般的な被覆構造は、米国特許第５，６０２，４４４号に開示されている。この被覆構造は当該技術分野において知られている。米国特許第５，６０２，４４４号で開示されているように、ＵＶ反射障壁層１４は、ガラス外囲器１２の内面に被覆されたγアルミナ粒子とαアルミナ粒子の混合物から構成され、蛍光体層１６が、障壁層１４の内面に被覆されている。
【００１９】
本発明の蛍光体層１６は、ＵＶ反射障壁層１４の内面に配置され、好ましくは２．０〜３．９ｍｇ／ｃｍ^２、より好ましくは２．２〜３．５ｍｇ／ｃｍ^２、より好ましくは２．４〜３．３ｍｇ／ｃｍ^２、より好ましくは２．５〜３．２ｍｇ／ｃｍ^２、より好ましくは２．６〜３．１ｍｇ／ｃｍ^２、より好ましくは２．８から３．０ｍｇ／ｃｍ^２、より好ましくは２．９ｍｇ／ｃｍ^２の被覆重量を有する。標準４フィートＴ８ランプは、内側の表面積が約９００ｃｍ^２である。従って、ランプごとの蛍光体の被覆重量を算出するには、前述の被覆重量にこの表面積を掛ければ良い。これは、米国特許第５，００８，７８９号、第５，０５１，６５３号及び第５，６０２，４４４号のような従来技術と比較して被覆重量が大幅に増加したことを表す。従来技術では、例えば、ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙの周知のＳＴＡＲＣＯＡＴ（商標）のＳＰ型及びＳＰＸ型のランプにおいては、それぞれ約１．３ｍｇ／ｃｍ^２及び約１．９ｍｇ／ｃｍ^２の典型的な被覆重量が使用されている。前述の特許でも教示されているように、これまでは被覆重量の低減がコスト節減手段として望ましいとされていたが、これは、ランプのコストが被覆重量に大きく関係しているからである。しかし、本発明によるＴ８蛍光ランプは、名目上はより高価であるが、既存の電子安定器と共に使用する場合、同等のルーメンを出力するのに消費するエネルギーが少ない。蛍光体の被覆重量が増加することに加えて、前述のアルミナ障壁層１４を伴うことにより、放電によって発生した紫外線放射全体の９９％超が吸収され、可視光線へと変換される。その結果、当該技術分野で一般的に知られている既存の高性能なＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＳＰＸランプと比較して、効率が約３％向上する。従って、本発明の蛍光ランプでは、ランプ効率の改善により、同等のルーメンを発生するのに消費するエネルギーが減少する。
【００２０】
充填ガス２２は、アルゴンとクリプトンの混合物から構成されるのが好ましい。標準Ｔ８蛍光ランプの充填ガス２２はアルゴンである。アルゴン及びクリプトンから成る充填ガス混合物は、ある種のランプ用の混合物として当該技術分野において一般的に知られている。このような混合物は、例えば、低ワット数の前世代型Ｔ１２ランプで広く使用されている。クリプトンの追加により、蛍光ランプのエネルギー消費は減少するが、これは、アルゴンより原子量の大きいクリプトンが、結果として電子の散乱を抑え、単位放電長さ当たりの熱伝導損失を小さくするからである。しかし、クリプトンの主な欠点は、クリプトンがぺニング電離効果を抑制し、それにより、ランプが標準型１１０Ｖ安定器として始動するのが困難になることである。一般的な始動補助手段となるのは、噴射熱分解を介してガラス外囲器１２の内面に塗布される、フッ素又はアンチモンを添加した半導体酸化スズから成る膜である。始動中、放電が容量的に被覆に結合すると共に電流が壁に沿って流れ、放電自体が導電性になる。しかし、このような膜は、付加的な被覆工程を必要とし、適切に塗布するのは困難であるため、製造時間及び製造コストを増大させる一因となる。更に、始動補助膜によりルーメン出力は１〜２．５％減少する。このため、充填ガス２２中のクリプトンの作用に対向するための始動補助手段を必要とするランプでは、エネルギーコスト節減は、ルーメン出力の低下及び始動補助手段による追加コストにより、少なくとも部分的に相殺される。前世代型低ワット数Ｔ１２ランプは、通常、平衡アルゴンと共に、充填ガス中に７５〜９０％のクリプトンを含有する。このようにクリプトンの比が高いことが、蛍光ランプの始動の際の困難の大きな要因となる。
【００２１】
本発明の蛍光ランプは、クリプトン及びアルゴンから構成される充填ガス２２を使用する。クリプトンは、好ましくは充填ガス２２の１０〜４０体積％、より好ましくは、１５〜３５体積％、より好ましくは２０〜３０体積％、より好ましくは２２〜２８体積％、より好ましくは２３〜２７体積％、より好ましくは２５体積％であり、平衡アルゴンも含まれる。充填ガスの総圧力は、室温（〜２５℃）において、好ましくは１〜４ｔｏｒｒ、より好ましくは１．５〜３ｔｏｒｒ、より好ましくは１．６〜２．６ｔｏｒｒ、より好ましくは１．８〜２．４ｔｏｒｒ、より好ましくは１．９〜２．４ｔｏｒｒ、より好ましくは１．９〜２．３ｔｏｒｒ、より好ましくは約２．２ｔｏｒｒである。前述の充填ガス組成物及び総圧力を有するランプでは、電力消費が減少するが、電子安定器と共にＴ８ランプにおいて使用される際に始動補助手段を必要とはしない。
【００２２】
２５体積％（ｖｏｌ．％）のクリプトンから構成されるランプは、約４８０Ｖの始動電圧を要するが、８０体積％のクリプトンから構成されるランプは、約５２０Ｖの始動電圧を要する。本発明によるＴ８蛍光ランプを市場で普及している瞬時スタート式電子安定器を用いて検査した。検査を行なった電子安定器のリストは、以下の表１に示される。
【００２３】
【表１】

【００２４】
前述のアルゴン−クリプトン比の組合せ及び総充填ガス圧力を使用した上記１１０Ｖ電子安定器の全てにおいて、本発明のランプの申し分のない始動が達成された。検査を行なった安定器のいずれにおいても、申し分のない始動を達成するのに始動補助手段を必要としなかった。従って、本発明のランプは、市販されている既存の電子安定器と組み合わせて使用することができると共に、この電子安定器に電気的に有効に結合するのに適している。これは、消費者が、既存の蛍光照明器具において低ワット数蛍光ランプをすぐに使用できることを意味する。
【００２５】
本発明、特に、以下に詳細に説明する本発明の特定の面は、下記の実施例と関連させることにより理解されるであろう。
【００２６】
実施例１
本発明の低ワット数４フィートＴ８ランプを標準ＩＥＳ６０Ｈｚラピッドスタート式基準回路で検査した。このランプ２０個の平均性能を同じ回路における２０個の標準４フィートＴ８ランプの平均性能と比較した。その結果を以下の表２に示す。
【００２７】
【表２】

【００２８】
表２において明らかなように、低ワット数Ｔ８ランプの消費電力は約５％低い。標準Ｔ８ランプは、約８８ルーメン／ワットの出力であるが、改良型低ワット数Ｔ８ランプは、９５ルーメン／ワットである。本発明のランプは、標準の基準回路で使用される場合、約５％電力消費が減少するが、表１に挙げたような典型的な市販の安定器で動作させた場合には、５〜８％電力消費が減少することが観察されている。本発明のランプは、前述の標準Ｔ８ランプと比較して、（１）消費ワットが少なくとも１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％又は１３％低く、（２）出力するルーメン／ワットが少なくとも１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％又は８％高いのが好ましい。本明細書で先に説明した様々に異なる長さ及び様々に異なる色温度のその他の標準Ｔ８ランプでも、同様のワット数のパーセンテージの減少、及び、効率（ルーメン／ワット）のパーセンテージの増加が達成される。
【００２９】
本発明の低ワット数４フィート直線状Ｔ８ランプは、電力消費が３２．２ワット、３１．８ワット、３１．５ワット、３１．２ワット、３０．９ワット、３０．５ワット、３０．２ワット、２９．９ワット、２９．６ワット、２９．２ワット、２８．９ワット、２８．６ワット又は２８．３ワット以下であるのが好ましい。
【００３０】
本発明のＴ８蛍光ランプは、同等の標準Ｔ８ランプと比較して名目上同一の演色指標（ＣＲＩ）特性を有するであろう。このため、本発明のランプは、３蛍光体、ハロゲン化蛍光体酸塩蛍光体又はその他の一般的な照明に適した蛍光体を適切に選択することを介して、そのＣＲＩ特性を同様に調整することができるので、現在Ｔ８ランプが使用されている全ての照明器具において事実上使用することが可能である。本発明のランプは、少なくとも５０、好ましくは少なくとも６０、好ましくは少なくとも７０、好ましくは少なくとも７５、好ましくは少なくとも８０のＣＲＩを有するのが好ましい。本発明のランプは、少なくとも８０ルーメン／ワット（前述のＩＥＳ基準回路で測定）、好ましくは少なくとも８２ルーメン／ワット、好ましくは少なくとも８４ルーメン／ワット、好ましくは少なくとも８６ルーメン／ワット、好ましくは少なくとも８８ルーメン／ワット、好ましくは少なくとも９０ルーメン／ワット、好ましくは少なくとも９２ルーメン／ワット、好ましくは少なくとも９４ルーメン／ワット、好ましくは少なくとも９６ルーメン／ワットの効率を有するのが好ましい。本発明のランプは、１００時間あたり、少なくとも２７００ルーメン、好ましくは少なくとも２７５０ルーメン、好ましくは少なくとも２８００ルーメン、好ましくは少なくとも２８５０ルーメンのルーメン出力（１００時間−ルーメン）を有するのが好ましい。
【００３１】
本発明を好ましい一実施例を参照しながら説明したが、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を実施でき且つ要素を等価の要素と置き換えても差し支えないことは当業者には理解されるであろう。更に、本発明の本質的な趣旨から逸脱せずにある特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるために数多くの変形を実施できるであろう。従って、本発明は本発明を実施するのに最良であると考えられる態様として開示された特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲の範囲に入る全ての実施例を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による代表的な低圧水銀蒸気放電ランプを示す図。
【符号の説明】
１０…蛍光ランプ、１２…ガラス外囲器、１４…紫外線反射障壁層、１６…蛍光体層、１８…電極構造、２０…ベース、２２…放電維持充填物

Claims

内面を有する光透過性ガラス外囲器と、放電をもたらす手段と、前記ガラス外囲器の前記内面に隣接して被覆されたアルミナ粒子から構成される紫外線反射障壁層と、前記障壁層上に被覆される蛍光体層と、前記外囲器の内部に密封された水銀及び不活性ガスから成る放電維持充填物とを具備し、前記不活性ガスは、アルゴンとクリプトンの混合物から構成され、クリプトンは、前記混合物の１０〜４０体積％であり、前記外囲器の内部の前記不活性ガスの総圧力は１〜４ｔｏｒｒであり、前記ランプは、少なくとも８０ルーメン／ワットのルーメン効率を有する低圧水銀蒸気放電ランプ。
前記蛍光体層は、赤色放出希土類蛍光体、緑色放出希土類蛍光体及び青色放出希土類蛍光体から成る混合３蛍光体系から構成される請求項１記載のランプ。
３２．２ワット以下の電力で動作する請求項１記載のランプ。
少なくとも２，８００ルーメンの出力を有する請求項１記載のランプ。
少なくとも９０ルーメン／ワットのルーメン効率を有する請求項１記載のランプ。
前記蛍光体層は、２．０〜３．９ｍｇ／ｃｍ^２の被覆重量を有する請求項１記載のランプ。
前記蛍光体層は、２．２〜３．５ｍｇ／ｃｍ^２の被覆重量を有する請求項１記載のランプ。
前記蛍光体層は、２．５〜３．２ｍｇ／ｃｍ^２の被覆重量を有する請求項１記載のランプ。
クリプトンは、前記不活性ガス混合物の１５〜３５体積％である請求項１記載のランプ。
クリプトンは、前記不活性ガス混合物の２２〜２８体積％である請求項１記載のランプ。
前記外囲器の内部に密封された前記不活性ガスは、１．８〜２．４ｔｏｒｒの総圧力を有する請求項１記載のランプ。
少なくとも５０のＣＲＩを有する請求項１記載のランプ。
少なくとも７５のＣＲＩを有する請求項１記載のランプ。
Ｔ８蛍光ランプである請求項１記載のランプ。
４フィートＴ８蛍光ランプである請求項１記載のランプ。
３０．９ワット以下の電力で動作する請求項１記載のランプ。