JP2007265913A - 蛍光ランプおよび照明装置 - Google Patents
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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
【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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006092031A JP2007265913A (ja) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | 蛍光ランプおよび照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006092031A JP2007265913A (ja) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | 蛍光ランプおよび照明装置 |
Publications (1)
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JP2006092031A Pending JP2007265913A (ja) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | 蛍光ランプおよび照明装置 |
Country Status (1)
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2006
- 2006-03-29 JP JP2006092031A patent/JP2007265913A/ja active Pending
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