JP2007265913A - 蛍光ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の蛍光ランプよりも高効率であるとともに出力が同程度である蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】放電路を形成するバルブの断面形状が、長径をa（ｍｍ）、短径をb（ｍｍ）としたとき、b/aが０．３〜０．８となるように形成された発光管２と；発光管２にクリプトン(Kr)が３０vol％以上含む希ガスからなり、ガス圧が１００〜２５４Paで封入される放電媒体と；発光管２の端部に封装される一対の電極手段と；を具備している。上記ガス種にしてガス圧を低下させることによって寿命特性を損なうことなく、従来の蛍光ランプよりも高いランプ効率でありながら光出力の低下を抑制することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、管径を細径化した蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを用いた照明装置に関する。

従来の蛍光ランプは、封入気体として発光管にアルゴン(Ar)を１００％封入することが一般的である。近年、地球環境に対する配慮から省エネルギー化を目指した高効率な蛍光ランプが求められている。

これまでに封入気体をアルゴン(Ar)からクリプトン(Kr)に置き換え、管径を細径化することによって高効率でありながら、JIS C-8108号に規定されている定格電力で点灯させることができる蛍光ランプが製品化されている。また、この蛍光ランプを高周波点灯させることによってさらに高効率化を図った蛍光ランプが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開昭５６−８４８５９号公報

上記特許文献１の蛍光ランプの構成によってランプ効率は改善されるが、クリプトン(Kr)ガスの封入によって、ランプ負荷特性が電力を絞る方向に変動しているため既存の照明器具で点灯すると従来の蛍光ランプよりも消費電力が小さくなり全光束が低下する。このため所望の光出力が得られず、既存の照明器具による照明環境を確保することができないという不具合があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、従来の蛍光ランプよりも高効率でありながら所望の光束を得ることができる蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを用いた照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の蛍光ランプは、放電路を形成するバルブの断面形状が、長径をa（ｍｍ）、短径をb（ｍｍ）としたときのb/aが０．３〜０．８となるように形成された発光管と；前記発光管にクリプトン(Kr)が３０vol％以上含む希ガスからなり、ガス圧が５０〜２５４Paで封入される放電媒体と；前記発光管の端部に封装される一対の電極手段と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

発光管の断面形状は、長径と短径とで定義することができる。発光管の管軸に直交する方向の管断面の管内径のうち最大のものを長径aとし、最小のものを短径bとする。このとき、b/aが０．３〜０．８の範囲になるように形成される。例えば、楕円形状や側面の一部に凹部が形成された形状などであってもよい。なお、発光管の両端部には電極を封装するため、製造上両端部近傍の断面は部分的に円形に近い形状になり上記範囲から外れたものであってもよい。すなわち、本発明の場合その大部分が上記範囲内であればよい。また、発光管は直管形、環形などの形状であってもよい。

発光管は、ソーダライムガラスや鉛ガラスなどの軟質ガラスで形成されるが、ホウケイ酸ガラスや石英ガラスなどの硬質ガラス製であってもよい。発光管の肉厚は０．８〜１．２ｍｍ程度が望ましいがこれに限定されない。

一対の電極手段は、フィラメントにエミッタ物質が塗布された熱陰極形の電極が適用される。なお、ランプを高出力点灯させる必要がある場合には、熱陰極形の電極にトリプルコイルを用いることが好ましい。電極手段は、リードワイヤによって支持され、このワイヤはフレアステム、ボタンステム、ビードステム、ピンチシール部などによって封装支持される。このステムなどには排気用または水銀合金収納用の細管が取付けられていてもよい。

発光管内に封入される放電媒体を構成する希ガスは、クリプトン(Kr)を３０vol%以上含み、その他アルゴン(Ar)、ネオン(Ne)などの不活性ガスを適宜混合することができる。

一般的に熱陰極形低圧放電ランプはガス圧が下がるとフィラメント電極がスパッタされやすくなるため、電極寿命が短くなる。ところが、放電媒体に使用されるクリプトン(Kr)は分子量が大きく、スパッタ抑制効果が高いので、封入ガス圧を従来のアルゴン(Ar)１００％の場合よりも低い１００〜２５４Paに下げても従来と同程度の電極寿命を確保することができる。

ガス圧を下げることによって、放電空間内を移動する電子の運動エネルギー量と等価である電子温度が上昇し、水銀(Hg)の励起効率が向上するため、ランプ効率が高くなる。しかし、ガス圧が１００Pa未満になるとスパッタを抑制できず、電極寿命が著しく短くなる。また、ガス圧が２５４Paを超えると、電子温度が期待されるほど上がらないためにランプ効率の改善が望めない。放電媒体にクリプトン(Kr)を使用すると、上記のとおりフィラメント電極のスパッタが抑制されるので、電極寿命を長く保つことができる。ところが、これらの気体はアルゴン(Ar)に比べて分子量が大きいために放電空間中のイオンの移動が抑制される。このため、管壁における陽イオンと電子との再結合が抑制され、ランプ電圧が低下する。このため、ランプ負荷特性が電力を絞る方向に変動するので、同一器具で点灯した場合には、従来タイプのアルゴン(Ar)１００％の場合よりもランプ効率は高くなるが、ランプ出力が低下する。そこで、本発明では、発光管の断面を非円形とし、長径と短径を規定することによって、陽イオンと電子との再結合しやすくすることによりランプ負荷特性が従来タイプと同じになるように調整可能とした。

請求項２の蛍光ランプは、長径aが１５〜１８ｍｍ、短径bが４．５〜１４．４ｍｍであることを特徴とする。

請求項３の蛍光ランプは、長径aが環径方向に平行である環状バルブを備えたことを特徴とする。

請求項４の蛍光ランプは、請求項１ないし３いずれか１に記載の蛍光ランプと；この蛍光ランプが取付けられた照明器具と；を具備したことを特徴とする。

照明器具は天井直付形、天井吊下形または壁面取付形であって、グローブ、セード、反射笠などが取付けられるものであってもよく、蛍光ランプが露出するもの、導光板を備えたものであってもよい。

請求項１の蛍光ランプによれば、同一器具で点灯させた場合にもアルゴン(Ar) １００％の蛍光ランプよりも高いランプ効率でありながら所望の光束を得ることが可能となる。

請求項２の蛍光ランプによれば、より確実に高効率なランプを提供できるとともに、従来と同程度の光束を得ることが可能となる。

請求項３の蛍光ランプによれば、長径aが環径方向に平行なので、被照射面に対向する発光面積を大きくして、下方照度を高くすることができる。

請求項４の照明装置によれば、請求項１ないし４の蛍光ランプを備えた照明装置を提供することができる。

以下、本発明の蛍光ランプおよび照明装置の一実施の形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態である蛍光ランプの一部切欠き正面図、図２は第１の実施形態の要部を示す一部切欠き拡大図、図３は図２の要部拡大断面図、図４は第２の実施形態を示す要部拡大断面図、図５は、図１の蛍光ランプを搭載した照明器具の断面図である。

図１および図２に示すように、１は蛍光ランプで発光管としての環状のガラスバルブ２を有し、このガラスバルブ２内には放電媒体としてクリプトン(Kr)４０vol%、アルゴン(Ar)６０vol%からなる希ガスおよび水銀が封入されている。希ガスの封入圧力は２１３Paである。ガラスバルブ２の内壁面にはアルミナ（Al₂O₃）微粒子からなる図示しない保護膜および三波長発光形の蛍光体からなる蛍光体層Ｐが形成されている。また、ガラスバルブ２の両端２ａ，２ａには一対の電極手段としてのフィラメント電極３,３'が配設され、ガラスバルブ２の両端２ａ，２ａ間には、これらに跨って取付けられた中空で略円筒形状の口金４が配設されている。

図３に示すように、このガラスバルブ２は、断面の形状が長径aが１５mm、短径bが６mmになるように略楕円形状に形成され、また、長径aが環径の径方向と平行になるように形成されている。

保護膜としては金属酸化物微粒子から構成したものが好適であり、金属酸化物微粒子には、アルミナ（Al₂O₃）の他にシリカ（SiO₂）や酸化チタン（TiO₂）など周知のものを用いることが可能である。

蛍光体層Ｐを形成する蛍光体は、三波長発光形蛍光体、ハロ燐酸塩蛍光体など周知の蛍光体で構成可能であるが、発光効率の観点から三波長発光形蛍光体の使用が好ましい。

三波長発光形の蛍光体としては、４５０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する青系蛍光体としてBaMg₂Al₁₆O₂₇：Eu²⁺、５４０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する緑系蛍光体として(La,Ce,Tb)PO₄、６１０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する赤系蛍光体としてY₂O₃：Eu³⁺などが適用可能であるが、これらに限定されない。

口金４には、電極に電気的に接続された４本の口金ピン５が、外面からガラスバルブ２の環中心側に傾いて突設されている。口金ピン５は、４本で矩形をなすように口金４の外面に配設されている。

一対のフィラメント電極３，３'は、フレアステム６，６'にそれぞれ一対が封着支持されたリード線７，７'に継線されている。このフレアステム６，６'がガラスバルブ２の両端２ａ，２ａにそれぞれ封着されることで一対のフィラメント電極３，３'がガラスバルブ２内に封装される。

一対のフィラメント電極３，３'のうち、一方のフィラメント電極３の配設位置は、ガラスバルブ端部２ａからの距離Ｈ１は４３ｍｍであり、この位置にフィラメント電極３が配設されるようにフレアステム６がバルブ軸にそって直線状に延在している。なお、一方のフィラメント電極３側のフレアステム６の長さＨ１ａは３０ｍｍである。

他方のフィラメント電極３'の配設位置は、ガラスバルブ端部２ａからの距離Ｈ２は２５ｍｍである。なお、フレアステム６，６'には細管６ａ，６ａ'が配設されており、フレアステム６に配設された細管６ａを通じてガラスバルブ内が排気され、水銀および希ガスが封入される。

このように、一方のフィラメント電極３の距離Ｈ１を４３ｍｍとし、他方のフィラメント電極３'の距離Ｈ２をこれよりも短くすることで、一方のフィラメント電極３側のガラスバルブ端部２ａ近傍に所望温度の最冷部が形成されるため、カバー付き照明器具内のように高い周囲温度領域においても効率よく点灯することが可能となる。なお、環形蛍光ランプ１の口金４に通気孔を穿設してよい。通気孔は最冷部が形成されるガラスバルブ２の端部２ａ側に形成するのが望ましい。通気孔によってガラスバルブ２の端部２ａ近傍の最冷部は効果的に冷却されて所望の温度に近づけられ、高温域での特性を一層向上させることができる。

高温域での特性を向上させるために、発光管の端部近傍に所望の最冷部を形成し、発光管内の水銀蒸気を制御する構成であってもよい。また、発光管内にアマルガムを封入することによって水銀蒸気を制御する構成でもよい。アマルガムは、ガラスバルブの端部に封着されたステムまたはこのステムに配設された細管内などに収容される。アマルガムは溶融、機械的保持などの手段によってこれらいずれかの位置に固定または収納される。また、アマルガムはバルブ内を移動可能に収容されていてもよい。ガラスバルブ内にアマルガムを配設すると、周囲温度が比較的高くなっても最適な状態で環形蛍光ランプが点灯される。

アマルガムは、水銀と合金を作る物質であるビスマス（Bi）、インジウム（In）、鉛（Pb）、錫（Sn）、亜鉛（Zn）、カドミウム（Cd）、銀（Ag）等の中から選ばれた少なくとも１種と水銀との合金である。例えば、ビスマス−インジウム−水銀、ビスマス−インジウム−鉛−水銀、ビスマス−錫−水銀などが適用可能である。また、水銀蒸気圧制御を目的とせず、水銀の定量封入のために亜鉛−水銀などのアマルガムを同様に封入してもよい。アマルガムはペレット状、柱状、板状などどのような形状であってもよい。

実施形態の蛍光ランプは、ガラスバルブ２内にクリプトン(Kr)が３０vol％以上残部アルゴン(Ar)からなる混合ガスが２１３Paの封入圧力で封入されているので、アルゴン(Ar)が１００vol%封入された従来の蛍光ランプに対して、フィラメント電極が早期に劣化することなくランプ効率が改善される。また、希ガスの分子量を増やして、ガス圧を下げることがによって、放電空間内における電子の平均自由工程が長くなり、電子がより高エネルギーを持つことになって電子温度が上がることによってランプ効率を向上させることができる。このため、ランプ効率を改善しながらランプの寿命を一定に保つ事が可能になる。

しかしながら、クリプトン(Kr)を封入したことによってランプ効率は向上するものの、同一の器具で点灯するとランプ負荷特性が変動するため全光束が低下する。そこで、本願発明者らは、発光管の断面形状を非円形に形成し、高効率であるとともに全光束が従来と同程度な蛍光ランプを開発した。

ランプ点灯中、ガラスバルブ２内の中心領域には放電媒体がイオン化されて陽光柱が形成される。また、ガラスバルブ２の内壁面近傍には放電媒体がイオン化されるときに生成された電子が多く存在している。そして、陽光柱では放電媒体のイオン化が起こり、内壁面近傍で陽光柱の陽イオンと電離した電子とが再結合している。ここで、ガラスバルブ２の断面形状を略楕円形状にすると、単位断面積当りの表面積が増加し内壁面近傍での陽光柱のイオンと電子との再結合が起こりやすくなる。このため、陽光柱のイオンが減少しランプの負荷特性が変化する。すなわち、クリプトン(Kr)を封入することによって低下していたランプ電圧が、ガラスバルブ２の断面形状を略楕円形状にすることによって上昇することとなり、ランプ電力も上昇するので、従来タイプの蛍光ランプの負荷特性を得ることができる。したがって、従来の安定器で点灯させたときに高いランプ効率で点灯が可能であり、従来タイプのアルゴン１００％の蛍光ランプと同等の光出力を得ることができる。

特許文献１では、管径を細径化することによってランプ電圧を上昇させている。これは、クリプトン(Kr)封入によって降下したランプ電圧をJIS-C8108号に規定されている定格電力で点灯させるためである。さらに、この構成のランプにおいて高周波点灯させることによってランプ効率を高める方法も示されている。しかし、この従来技術では十分な光束を得ることができないので、ランプの全光束を上げるためにはさらに管径を細くする必要があった。ところが、管径を細くしすぎると始動させることができなくなるため細管の径を細くする方法だけでは限界があった。そこで、本発明では、発光管の単位断面積当りの表面積を大きくすることによって電子温度を上昇させた。つまり、発光管の断面形状を非円形とし、また、長径aと短径bとの比を適宜選択することによって最適なランプ電圧および光束を得ることができる。ここで、長径aと短径bとの比b/aが０．８よりも大きいと陽イオンと電子との再結合の改善効果が得られないため所望のランプ電圧および光束を得ることができず、０．３よりも小さいと偏平バルブの場合には成形が難しく、また、応力を分散させることができないため発光管の強度を保つことができない。

さらに、長径aが環径の径方向と平行になるように形成すると、被照射面に対向する発光面積が最大になり直下照度を高めることができる。

図４は、第２の実施形態を示す要部拡大断面図である。

第２の実施形態は、第１の実施形態の発光管の形状を変更したものである。発光管以外の構成については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

発光管としてのガラスバルブ２は側面の一部に凹部が設けられており、断面は長径aが１５ｍｍ、短径bが６ｍｍである。短径ｂは凹部の内壁面とこの凹部と対向するガラスバルブ２の内壁面との離間寸法である。この形状にすることによって、ランプ負荷特性が従来のランプに近くなり、従来の安定器で点灯させることができる。また、長径aが環径の径方向と平行になるように形成されているので直下照度が上がる。

図５は、天井直付形の照明器具Ｌを示す断面図である。１１は器具本体で、この器具本体１１は、外観が円形でかつ薄形に形成されている。器具本体１１の中央には内部に収納空間を有する収納部１３が形成され、この収納部１３内にインバータ点灯回路からなる高周波点灯装置１４が配設されている。収納部１３の周囲には、蛍光ランプ１，１０が同心円状に配設されている。なお、器具本体１１には、２本の各蛍光ランプ１，１０の給電、保持を行う図示しないソケットホルダが配設されている。

器具本体１１には、器具本体１１の下方および側方を覆ってセード１５が取着される。このセード１５は、透光性を有する乳白色材にて、下方へ大きな円弧面がなだらかに突出する薄形状に形成されており、周縁部には器具本体１１に取付けられる図示しない取付部が形成されている。

蛍光ランプ１，１０の点灯時には、蛍光ランプ１，１０から発せられた光がセード１５を透光して照明される。

本発明の第１の実施形態である蛍光ランプの一部切欠き正面図。 第１の実施形態の要部を示す一部切欠き拡大図。 図２の要部拡大断面図。 第２の実施形態を示す要部拡大断面図。 図１の蛍光ランプを搭載した照明器具の断面図。

符号の説明

１・・・蛍光ランプ、２・・・ガラスバルブ、３，３'…一対の電極手段としてのフィラメント電極、１１・・・器具本体

Claims (4)

1. 放電路を形成するバルブの断面形状が、長径をa（ｍｍ）、短径をb（ｍｍ）としたときのb/aが０．３〜０．８となるように形成された発光管と；
   前記発光管にクリプトン(Kr)を３０vol％以上含んで１００〜２５４Paの圧力となるように封入された希ガスおよび水銀蒸気からなる放電媒体と；
   前記発光管の端部に封装される一対の電極手段と；
   を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記発光管は、長径aが１５〜１８ｍｍ、短径bが４．５〜１４．６ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 前記発光管は、長径aが環径方向に平行である環状バルブを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光ランプ。
4. 請求項１ないし３いずれか１に記載の蛍光ランプと；
   この蛍光ランプが取付けられた器具本体と；
   前記蛍光ランプを点灯させる点灯装置と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。

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