JP2004200048A

JP2004200048A - 電球形蛍光ランプ及び照明器具

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Publication number: JP2004200048A
Application number: JP2002368175A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Toda; 雅宏戸田; Takeo Yasuda; 丈夫安田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】安価でしかも補助アマルガムの劣化を抑制できる電球形蛍光ランプを得る。
【解決手段】基板５１及び電子部品５３を有する点灯装置５０は屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する発光管２０の電極に、これら電極を予熱しないで高周波電力を出力する。カバー体４０は、一端側に口金４２、他端側にホルダ４３を有する。発光管２０の端部よりも細く形成され、この端部から突出して設けられた細管３０ａの先端部３２ａに主アマルガム３１を収容する。発光管２０内に、インジウムよりも融点の高い金属を主成分として形成された補助アマルガム２７を封装する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電球形蛍光ランプ及びこの電球形蛍光ランプを備えた照明器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電球形蛍光ランプは一般白熱電球に相当する程度にまで小型化され、一般白熱電球用器具の光源を電球形蛍光ランプに置換えるという需要が進行してきている。
【０００３】
この電球形蛍光ランプは、ランプ技術および点灯回路技術の発展によりランプ効率も向上してきている。しかし、電球形蛍光ランプの小型化に伴って本体の表面積が小さくなっているため、発光管の発熱量が過度に多くない場合であっても、発光管の温度は高くなる傾向にある。特に、一般白熱電球に類似した外観となる装飾効果を持たせるために発光管をグローブで覆った形態の電球形蛍光ランプは、発光管の温度が１００℃を超えてしまうので、発光管に純水銀を封入した場合には発光管内の水銀蒸気圧が過度に上昇して光出力が低下する。このため、高温環境下で点灯する蛍光ランプの場合には、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）及びビスマス（Ｂｉ）等と水銀（Ｈｇ）との合金であるアマルガムを発光管に封入して水銀蒸気圧が低くなるように制御し、発光効率を向上させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、アマルガムが使用された発光管は、点灯開始から所定の光束が出力されるまでの期間が長く、いわゆる光束立上がり特性が悪いという欠点がある。これは、点灯前の発光管が室内程度の低温状態の場合には、点灯開始直後はアマルガム制御によって水銀蒸気圧が低下しているため暗く、発光管の温度が上昇するに従って水銀蒸気圧が上昇し、徐々に明るくなるように点灯するためである。この光束立上り特性を改善するために、フィラメント電極の近傍等にインジウム（Ｉｎ）等からなる補助アマルガムを設け、点灯開始直後の水銀蒸気圧を補う技術が知られている（例えば、特許文献２〜特許文献４参照。）。
【０００５】
また、蛍光ランプの点灯方式としては、フィラメント電極を予熱しないで前記電極に電圧を印加して点灯させるインスタントスタート方式と、点灯初期においてフィラメント電極に予熱電流を通電して予熱しておいてから前記電極に電圧を印加して点灯させるソフトスタート方式とが知られている。
【０００６】
ところで、補助アマルガムとしては水銀蒸気圧特性からインジウム（融点約１５６℃）が用いられることが多いが、比較的融点の低いインジウムは点灯時の印加電圧が大きいとスパッタリングが起きて飛散して劣化し易いという問題がある。蛍光ランプをソフトスタート方式で点灯させると、インスタントスタート方式で点灯させた場合と比べて点灯時の印加電圧を低く抑えることができるため、電極或いは補助アマルガム（インジウム）の劣化が抑制でき、これに伴い、電球形蛍光ランプの寿命を長くできる。
【０００７】
ソフトスタート方式で点灯させる蛍光ランプとしては、放電空間内に電極以外の発熱素子を設けたものが知られている。この蛍光ランプによれば、通電により発熱した電極及び発熱素子からの輻射熱で補助アマルガムが温まることで、点灯初期における立上がり特性を改善することができる。（例えば、特許文献５参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２４３９１３号公報（段落００２０〜段落００３５、図１）
【０００９】
【特許文献２】
特開昭６０−１４６４４４号公報（第２頁、図３，図４）
【００１０】
【特許文献３】
特開平１１−２３３０６５号公報（段落００１１〜段落００２９、表１、表２、図１）
【００１１】
【特許文献４】
特許第３２６２１６８号公報（段落００３２〜段落００６３、図５）
【００１２】
【特許文献５】
特開平１０−３１２７７２号公報（段落００２１〜段落００３０、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、補助アマルガムを備えた蛍光ランプをソフトスタート方式で点灯させる場合、予熱期間の印加電圧を発光管の絶縁破壊が生じない程度に低く抑える必要がある。そのため、予熱時と点灯時とで印加電圧を切り替える手段として、例えばＩＣ（集積回路）等の切換手段、或いは、電極と並列に接続されてコンデンサの容量を変化させるＰＴＣ等を設ける必要があり、製造コストが嵩むといった問題がある。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、安価でしかも補助アマルガムの劣化を抑制できる電球形蛍光ランプ及び、この蛍光ランプを備えた照明器具を得ることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の電球形蛍光ランプは、屈曲形バルブを有する発光管と、前記発光管内に形成される放電路の両端に位置して前記発光管内に封装された電極と、基板及びこの基板に実装された電子部品を有し、前記電極を予熱しないで前記電極に高周波電力を入力させる点灯装置と、一端側に口金が設けられ、他端側に前記発光管を保持する保持部を有し、前記基板を装着して前記点灯装置を収容したカバー体と、前記発光管の端部の外径よりも細く形成され、前記発光管の端部から突出した内部に主アマルガムを収容してなる細管と、インジウムよりも融点の高い金属を主成分として形成されて、前記発光管内に封装された補助アマルガムと、を具備していることを特徴とする。
【００１６】
屈曲バルブは、直管状のガラスバルブの略中央部を加熱溶解して屈曲するか、またはガラスバルブをモールド成形することによってＵ字状に屈曲した形状に形成される。ここで、「Ｕ字状に屈曲された」とは、放電路が折り返されて放電が屈曲するようにガラスバルブが形成されていることを意味し、曲管部が湾曲状または円弧状に形成されたものに限定されず、角形状や尖鋭状に形成されたものも含むという意味である。要するに、放電路が屈曲するように直管部の一端同士を連続させて形成したバルブを意味する。また、屈曲バルブは、略平行な２本の直管部の一端部同士を吹き破り等によって形成された連通管によって接続したものや、スパイラル状に形成されたものであってもよい。なお、屈曲バルブはガラス製でなくともよく、透光性気密容器を形成可能なセラミックス等の材質で形成することが許容される。
【００１７】
屈曲バルブの内面には、直接的または間接的に蛍光体層が被着されている。蛍光体層は、希土類金属酸化物蛍光体、ハロリン酸塩蛍光体等が挙げられるがこれに限らない。しかし、発光効率を向上させるためには赤、青、緑の各色に発光する蛍光体を混合した三波長発光形の発光体を使用するのが好ましい。
【００１８】
発光管は、屈曲バルブ単体で構成される他、複数の屈曲バルブの端部同士を連通管を介してつなぎ合わせることで内部に少なくとも１本の放電路が形成されるようにガラスバルブ間を連通させて併設したものであってもよい。
【００１９】
発光管には、発光管内に形成された放電路の両端位置に電極が封装されている。電極はフィラメントからなる熱陰極、電子放電物質が担持されたセラミック電極、ニッケル等から形成された冷陰極等が挙げられる。
【００２０】
発光管には、内部に放電媒体が封入されている。放電媒体としては、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の不活性ガス及び水銀が挙げられる。
【００２１】
細管は、屈曲バルブの端部に封着されたものであり、主アマルガム封入用として使用される他、排気管として使用されるものであってもよい。主アマルガム封入用として使用される細管は、主アマルガムが点灯装置の収容空間のうち口金側に位置するように封入されるようにするのが好ましい。この際、細管を点灯装置の電子部品のうちの発熱量が比較的大きい素子が実装された側に配設されるように形成し、主アマルガムを発熱量の比較的大きい素子の近傍に配置させる（以下、短細管方式と言う）ようにしてもよいが、細管を前記発熱量が比較的大きい素子よりも口金側に延びるように長く形成し、主アマルガムを発熱量の比較的大きい素子よりも口金側に寄せて配置させる（以下、長細管方式と言う）のがさらに好ましい。
【００２２】
すなわち、細管に収容される主アマルガムは、安定点灯時に適切な水銀蒸気圧に制御するものであるため、例えばビスマス（Ｂｉ）−インジウム（Ｉｎ）系の主アマルガムでは、９０℃〜１３０℃の高温下であっても、発光管の水銀蒸気圧を最適値である１Ｐａ前後となるように制御する。しかし、このような主アマルガムは、純水銀よりも水銀蒸気圧が一桁以上低い特性を有しているため、周囲温度が約２５℃の雰囲気で消灯し、発光管内の温度が外部雰囲気の温度と平衡状態となる程度まで放置した後の点灯瞬時の水銀蒸気圧は０．１Ｐａ前後であり、自己発熱によって高温雰囲気に至るまでは光束が低い。したがって、安定点灯時の主アマルガムの温度を低くできれば、主アマルガムによって水銀蒸気圧を過度に低く制御する必要がなくなり、点灯瞬時の水銀蒸気圧を高くできるので、光束の立上がりを改善することが可能となる。
【００２３】
そこで、口金が上向きの状態で点灯した電球形蛍光ランプの各部分ごとの温度を測定したところ、点灯装置の主要部品が集まっている空間の温度は１００℃に近いのに対して、それら主要部品よりも口金側の空間の温度は４０〜５０℃と比較的低くなっていることを突き止めた。これは、カバー体内の対流があまり起こっていないことから、点灯装置の主要部品よりも口金側付近は比較的温度が低くなるためと考えられる。ここで、点灯装置の主要部品とは、点灯装置の電子部品のうちの発熱量が比較的大きい素子、つまりトランジスタ、インデクタ、トランス、フィルムコンデンサ等、抵抗のうち、点灯動作中の発熱量が比較的多く、容積の比較的大きい回路素子を意味し、容積が大きくても比較的発熱量の少ない例えば電解コンデンサのような回路素子は含まれない。すなわち、電解コンデンサが点灯装置の主要部品よりも口金側に突出するように配置されている場合であっても、電解コンデンサの発熱量は比較的少ないため、点灯動作中の発熱量が比較的大きい回路素子よりも口金側、つまり主要部品よりも口金側であれば、電解コンデンサ付近の空間の温度は比較的低い。
【００２４】
ここで、「発熱量が比較的大きい素子」は、その表面温度が安定点灯時において７０℃以上となる素子として定義することが可能である。この場合、発熱量自体は少ないが局部的に高温となるような容積が小さい素子は含まれない。「発熱量が比較的大きい素子」は、点灯装置で熱ロスを発生させる素子であって、その素子の熱ロスとしての回路損失電力の合計が回路損失電力全体の７割以上を占めることになる。
【００２５】
そこで、細管の先端部が口金側に位置するように延在させた発光管を用意し、水銀蒸気圧が比較的高い主アマルガムが点灯装置の主要部品よりも口金側に位置するように細管内に封入した電球形蛍光ランプを試作して点灯させた。その結果、点灯直後の光束立上がりは良好で、かつ、安定点灯時の光束が低下することのない光出力特性が得られた。
【００２６】
また、カバー体の温度は、点灯装置の基板面から離間するほど温度が低くなっていることが確認できた。これは点灯装置の基板が発光管の放射熱を遮断する効果を備えているためと考えられる。実際には、基板面から５ｍｍ以上離間した空間の温度は発光管側の基板面近傍の温度よりも低く、基板面から１０ｍｍ以上離間した位置の空間の温度は約４０℃〜６０℃となるので、この空間に主アマルガムを位置させるのが最適である。しかし、主アマルガムから発光管までの距離が長くなるほど高さ方向の寸法が大きくなって電球形蛍光ランプが大型化し、また主アマルガムから発光管に水銀蒸気が拡散するまでの時間がかかる。そのため、好ましくは、主アマルガムの基板面からの離間距離を５０ｍｍ以下、さらに好ましくは４０ｍｍ以下にするとよい。
【００２７】
また、細管の先端部が点灯装置の電子部品のうちの発熱量が比較的大きい素子の近傍に配設されるように形成した場合であっても、前記先端部が前記発熱量が比較的大きい素子よりも口金側に延びるように形成した場合であっても、細管にはその中間部に屈曲部を設け、この屈曲部より先端側部分を屈曲部より発光管側の根元部に対して口金の中心を通る軸線に近づけて配置するのが好ましい。これにより、細管がカバー体と当接しないように先端側部分を前記軸線側に寄せながらこの先端側部分を口金側に延在させることができるので、蛍光ランプの外形状が大型化を抑制できる。また、前記先端部が前記発熱量が比較的大きい素子よりも口金側に延びるように形成した場合は、蛍光ランプの外形状が大型化を抑制しつつ主アマルガムの基板面からの離間距離を確保できる。
【００２８】
細管内に封入される主アマルガムは、点灯直後の水銀蒸気圧が純水銀に近く、安定点灯時の水銀蒸気圧も適正な値に制御可能な特性を有するものが使用される。例えば、主アマルガムの温度が２５℃のときに水銀蒸気圧が０．１Ｐａ〜０．２４Ｐａ、好ましくは０．１５Ｐａ〜０．２４Ｐａであって、主アマルガムが５０℃〜６０℃のときに水銀蒸気圧が１．０Ｐａ〜２．０Ｐａとなるものが好ましい。
【００２９】
主アマルガムの水銀蒸気圧特性は、アマルガム形成金属の組成と水銀含有量で決定されるが、アマルガム形成金属として最適なものは、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び錫（Ｓｎ）である、例えば、ビスマス（Ｂｉ）−錫（Ｓｎ）−水銀（Ｈｇ）、ビスマス（Ｂｉ）−錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）−水銀（Ｈｇ）、亜鉛（Ｚｎ）−水銀（Ｈｇ）等が挙げられるがこれらに限定されない。また、水銀含有量が主アマルガムの全質量に対して３質量％以上であれば、主アマルガムの表面に析出する水銀量は多くなることから、光束立上がり特性の改善に効果的である。
【００３０】
カバー体は、口金が取付けられているとともに、この口金が取付けた方向と逆の部位に発光管を支持する保持部を備えたものであり、内部に点灯装置の収容空間が形成されている。カバー体は、保持部を別体に形成するのが好ましいが、一体構造であっても構わない。
【００３１】
口金は、白熱電球用のＥ形と称されるねじ込みタイプのものが通常使用されるが、これに限定されない。また、口金は、カバー体に直接装着される必要はなく、間接的に装着されるものやカバー体の一部が口金を構成するものであってもよい。
【００３２】
この発明の電球形蛍光ランプは、電極を予熱しないで前記電極に電圧を印加して点灯させる、いわゆるインスタントスタート方式で点灯させるものである。したがって、点灯装置は、電極に予熱電流を通電する手段、具体的には、予熱時と点灯時とで印加電圧を切り替える例えばＩＣ（集積回路）等の切換手段、或いは、電極と並列に接続されてコンデンサの容量を変化させるＰＴＣ等を備えていない。
【００３３】
この点灯装置は、カバー体内に収容されるものである。点灯装置の基板は、カバー体に対して直接的または間接的に取付けられて収容されている。点灯装置は、平滑用電解コンデンサを備えるものが一般的であるが、これに限定されない。
【００３４】
「インジウムよりも融点の高い金属を主成分として形成された補助アマルガム」とは、インジウムよりも融点の高い金属の箔、或いは、ステンレス等の基板表面或いはウェルズにインジウムよりも融点の高い金属をメッキ等によりコーティングしたもの等が挙げられ、電極近傍や放電路中の所望部位に取付けが可能である。なお、点灯時には、補助アマルガム近傍は３００℃〜４００℃程度の高温となるため、前記基板としては、例えばステンレスの他、鉄とニッケルとの合金等、３００℃〜４００℃程度の雰囲気中でも耐えられる物質を用いるのが好ましい。
【００３５】
また、補助アマルガムは融点だけでなく水銀蒸気圧特性もまた重要である。本発明者らは、補助アマルガムの少なくとも表面を形成するインジウムよりも融点の高い金属の最適化について検討を進めた。補助アマルガムの少なくとも表面を形成するインジウムよりも融点の高い金属は水銀蒸気圧を大きく低下させないことが重要である。すなわち、従来補助アマルガムとして使用されていたインジウムのような金属は、水銀蒸気圧が高く、点灯直後に適量の水銀蒸気を放出し難いので不適当であり、むしろ、あまり水銀を吸着しない金属を水銀保有手段として補助アマルガムの少なくとも表面に用いることが好ましいことを突き止めた。
【００３６】
したがって、補助アマルガムとして好ましいのは、あまり水銀を吸着しない金属、金（Ａｕ：融点約１０６３℃）、銀（Ａｇ：融点約９６０℃）、パラジウム（Ｐｄ：融点約１５５５℃）、白金（Ｐｔ：融点１７７４℃）、鉛（Ｐｂ：融点３２７℃）、亜鉛、（Ｂｉ：融点約２７０℃）、又は錫（Ｓｎ：融点約２３２℃）等が挙げられる。特に金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）は融点の高さ及び水銀の吸着力の観点から好適である。
【００３７】
例えば、白熱電球６０Ｗに相当する１２Ｗクラスの電球形蛍光ランプの場合、発光管内の最適水銀蒸気圧は、質量換算で約２μｇ程度であるから、補助アマルガムはその１０倍の約２０μｇ程度の水銀を吸着可能であれば十分ということになる。
【００３８】
請求項１の発明によれば、電極を予熱しないで電極に電圧を印加して点灯させる点灯方式を採用できることから安価に製造できるにも拘らず、インジウムよりも融点の高い金属を主成分として補助アマルガムを形成することができるため、補助アマルガムの劣化を抑制できる。さらに、インジウムよりも融点の高い金属を主成分として形成された補助アマルガムを備えているため、主アマルガムが口金側に配置されていても、点灯直後の水銀不足による光束の低下を抑制でき、光束立上り特性を向上できる。
【００３９】
請求項２に係る発明の電球形蛍光ランプは、前記電極が１次コイルを螺旋状に巻いて形成した２次コイルをさらに螺旋状に巻いて形成した３次コイルであり、前記１次コイルが長手方向に延びるメインワイヤーの周りにサブワイヤーを螺旋状に巻いて形成したものであるとともに、前記２次コイルにおける前記メインワイヤーの相対ピッチが１５０％以下に設定されていることを特徴とする。
【００４０】
メインワイヤーの相対ピッチとは、１次コイルを螺旋状に巻いて２次コイルを形成する際のメインワイヤーの相対ピッチであり、隣り合うサブワイヤー同士が接触するように２次コイルを形成したときのメインワイヤーのピッチを１００％と仮定した場合の相対的なピッチである。
【００４１】
請求項２の発明の電球形蛍光ランプでは、点灯寿命を長くすることができる。
【００４２】
請求項３に係る発明の照明器具は、請求項１又は２に記載の蛍光ランプと、この蛍光ランプが着脱自在に装着される器具本体と、を具備していることを特徴とする。
【００４３】
器具本体は、既設の照明器具の器具本体であってもよい。本発明の照明器具は、ダウンライト等の埋込器具や直付器具等の器具本体と、請求項１又は２に記載の蛍光ランプとを具備するものであればよい。
【００４４】
請求項３の発明の照明器具では、簡単な構成で光束の立上がり特性を改善することができるとともに、安価でしかも補助アマルガムの劣化を抑制できる蛍光ランプを備えた照明器具を提供することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図７を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００４６】
この電球形蛍光ランプ１０は、図１に示すように、発光管２０と、細管３０ａ〜３０ｂと、カバー体４０と、点灯装置５０と、グローブ６０とを備えている。カバー体４０は、カバー本体４１と、このカバー本体４１の一端側に設けられた口金４２と、カバー本体４１の他端側に設けられた保持部としてのホルダ４３とを備えている。カバー体４０とグローブ６０とから構成される外囲器１１は、定格電力が６０Ｗ形相当の白熱電球等の一般照明用電球の規格寸法に近似する外形に形成されている。すなわち、口金４２を含む高さＨ１は１１０〜１２５ｍｍ程度、直径すなわちグローブ６０の外形Ｄ１が５０〜６０ｍｍ程度、カバー体４０の外形Ｄ２が４０ｍｍ程度に形成されている。なお、一般照明用電球とは、ＪＩＳＣ７５０１に定義されるものである。
【００４７】
発光管２０の内面には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）保護膜（図示せず）とその上に蛍光体層（図示せず）とが形成されている。蛍光体層は、例えば赤、青、緑の各色に発光する蛍光体を混合した三波長発光形蛍光体により構成されている。赤色発光蛍光体としては、６１０ｎｍ付近にピーク波長を有するユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋）等が挙げられる。青色発光蛍光体としては、４５０ｎｍ付近にピーク波長を有するユーロピウム付活アルミン酸バリウム・マグネシウム発光体（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋）等が挙げられる。緑色発光蛍光体としては、５４０ｎｍ付近にピーク波長を有するセリウム・テルビウム付活リン酸ランタン発光体（（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ_４）等が挙げられる。なお、三波長発光形蛍光体には、赤、青、緑の各色に発光する上記発光体以外に、他の色を発光する蛍光体を混合して所望の色度に発光するように調製してもよい。なお、発光管２０の発光体層は、後述する屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの屈曲形成後に塗布形成される。
【００４８】
発光管２０は、図２に示すように、外形が略同形状の複数本例えば３本の屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えている。これら屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを所定の位置に配置し、連通管２３を介して順次連結することによって、１本の放電路が形成される。
【００４９】
３本の屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは夫々、互いに略平行な一対の直管部２２ａ及びこれら直管部２２ａの一端同士を連続させる曲管部２２ｂを有してＵ字状に形成されている。これら屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、夫々の直管部２２ａが円周上に位置するように配設して、３つの曲管部２２ｂが三角形状をなすトリプルＵ形に形成されている。なお、屈曲バルブを４つ使用して曲管部２２ｂが四角形状をなすように形成してもよい。
【００５０】
各屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、管外径が約１１ｍｍ、管内径が約９．４ｍｍ、肉厚が約０．８ｍｍの無鉛ガラス製で、１１０〜１３０ｍｍ程度の直管ガラスバルブの中間部を滑らかに湾曲するように屈曲形成したものである。屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの曲管部２２ｂは、直管ガラスバルブの中間部を加熱して屈曲させた後、屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの屈曲箇所を成形型に入れ、バルブ内部を加圧することによって所望形状に成形される。この成形型の形状によって、曲管部２２ｂの形状を任意に成形することが可能である。
【００５１】
なお、屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの管外径は９．０〜１３ｍｍ、バルブ肉厚は０．５〜１．５ｍｍとするのが好ましい。また、発光管２０の放電路長は２５０〜５００ｍｍの範囲とし、ランプ入力電力は８〜２５Ｗとするのが好ましい。屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、製造工程における加熱や点滅温度差によって変形し易く、連通管２３の機械的強度が弱くなる条件は、使用するガラスバルブの管外径と肉厚との関係に大きく依存する。管外径が９．０ｍｍよりも小さい場合または肉厚が０．５ｍｍよりも小さい場合には、屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの変形以外の要因に基づき発光管２０自体が破損しやすいため好ましくない。また、管外径が１３ｍｍを超えた場合または肉厚が１．５ｍｍを超えた場合には、連通管２３の機械的強度がある程度確保できる。管外径が９．０〜１３ｍｍ、肉厚が０．５〜１．５ｍｍのガラスバルブを用いた発光管２０としては、放電路長が２５０ｍｍ〜５００ｍｍ、ランプ入力電力が８〜２５Ｗとして設計することで、白熱電球形状に近似した電球形蛍光ランプ１０を構成することが可能となる。さらに、放電路長を大きくすることによって発光管２０のランプ効率が改善される点灯領域について検討した結果、放電路長が２５０〜５００ｍｍ、ランプ入力電力が８〜２５Ｗの範囲内であれば、ランプ効率が特に改善される。
【００５２】
屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの加熱加工を容易にするために、屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに使用するガラスに鉛成分を混入してガラス軟化温度を下げることが一般的に行われているが、鉛成分は環境に影響を及ぼす物質であるため、使用はできるだけ控えた方が好ましい。また、屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに使用するガラスにはアルカリ成分としてナトリウム成分（Ｎａ_２Ｏ）が多く混入されているが、屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの加熱加工においてこのナトリウム成分が析出して蛍光物質と反応し、蛍光体が劣化することが考えられる。したがって、屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、鉛成分を実質的に含まず、Ｎａ_２Ｏを１０質量％以下とすることで、環境への影響を低減でき、蛍光体の劣化を抑制して光束維持率を改善することが可能となる。
【００５３】
屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに使用されるガラスは、重量比で、ＳｉＯ_２が６０〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３が１〜５％、Ｌｉ_２Ｏが１〜５％、Ｎａ_２Ｏが５〜１０％、Ｋ_２Ｏが１〜１０％、ＣａＯが０．５〜５％、ＭｇＯが０．５〜５％、ＳｒＯが０．５〜５％、ＢａＯが０．５〜７％であり、かつ、ＳｒＯ／ＢａＯ≧１．５及びＭｇＯ＋ＢａＯ≦ＳｒＯの条件を満足する組成を有している。このガラスを使用することで、理由は明らかではないが、鉛ガラスを使用した屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃから形成された以外は同一条件で形成された発光管２０よりも光束立上がりが向上することが確認された。
【００５４】
屈曲バルブ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、ピンチシール等により一端部が封着されているとともに、他端部には、管外径２〜５ｍｍ、管内径１．２〜４．２ｍｍの細管３０ａ〜３０ｂがピンチシール等によって発光管２０の端部から突出するように封着されている。中間に配置される屈曲バルブ２１ｂの細管３０ｂはダミーであり、一側に配置される屈曲バルブ２１ｃの細管３０ｃは発光管２０中の排気を行なうためのものである。また、他側に配置される屈曲バルブ２１ａの細管３０ａには、主アマルガム３１が封入されている。
【００５５】
発光管２０の両側に位置する屈曲バルブ２１ａ，２１ｃの非連通管側の一端部には、電極２４としてのフィラメントコイルが一対のウエルズ２５に支持された状態で封止されている。一対のウエルズ２５は、両側の屈曲バルブ２１ｂ，２１ｃの端部にマウントを用いないピンチシール等により封着されたジュメット線を介して、発光管２０から導出されたワイヤーに接続されている。そして、発光管２０から導出された２対すなわち４本のワイヤーは、点灯装置５０に電気的に接続されている。
【００５６】
電極２４は、図３（Ｃ）に示すように、例えばタングステン（Ｗ）ワイヤーを三重巻きにした３次コイル（トリプルコイル）に例えば酸化バリウム（ＢａＯ）等の電子を放出するエミッター（図示せず）を塗布して形成されたフィラメントコイルからなる。
【００５７】
すなわち、電極２４は、図３（Ｂ）に示す２次コイル７１を螺旋状に巻いて形成している。２次コイル７１は、図３（Ａ）に示す１次コイル７０を螺旋状に巻いて形成している。１次コイル７０は、長手方向に延びるマンドレル７２にメインワイヤー７３を軸方向に沿わせ、これらマンドレル７２とメインワイヤー７３との周りにサブワイヤー７４を螺旋状に巻いて形成している。
【００５８】
電極の点灯寿命を評価するために、マンドレル７２の線径（直径）Ｘ、メインワイヤー７３の線径（直径）Ｙ、及びメインワイヤー７３のピッチＰと点滅点灯寿命との関係を測定したところ、マンドレル７２の線径Ｘ及びメインワイヤー７３の線径Ｙと点灯寿命との間には顕著な相関は測定されなかったが、メインワイヤー７３のピッチＰすなわち２次コイルのピッチと点灯寿命との間には相関があることがわかった。
【００５９】
図５は、メインワイヤー７３のピッチＰと点灯寿命との関係を示す図である。なお、図５の横軸は、１次コイル７０を螺旋状に巻いてサブワイヤー同士が接触するように２次コイル７１を形成したときのメインワイヤー７３のピッチＰを１００％と仮定した場合のメインワイヤー７３のピッチＰの相対値を示している（図４参照）。図５に示すように、メインワイヤー７３のピッチＰは１５０％以下であれば点灯寿命を長くする効果が得られる。
【００６０】
中間の屈曲バルブ２１ｂの一端部及び電極２４近傍のウエルズ２５には、補助アマルガム２７が設けられている。中間の屈曲バルブ２１ｂに設けられた補助アマルガム２７は、ピンチシール等により封着されたウエルズ２５に取付けられており、放電路の中間位置に配置されている。この実施形態では、補助アマルガム２７として、縦２ｍｍ、横７ｍｍ、厚さ４０μｍのステンレスの基板に金（Ａｕ）を約３ｍｇメッキして形成されたものを用いている。
【００６１】
他側の屈曲バルブ２１ａに封着された細管３０ａは、その先端部３２ａがカバー体４０内の口金４２側に位置するように屈曲バルブ２１ａの端部から突出している。この実施形態では、例えば、細管３０ａを点灯装置５０の発熱量が比較的大きい素子よりも口金４２側に延びるように長く形成し、主アマルガム３１を発熱量の比較的大きい素子よりも口金４２側に寄せて配置させる長細管方式を採用しており、細管３０ａの屈曲バルブ２１ａの端部からの突出長さＬ１を直線長さにして約４５ｍｍとしている。
【００６２】
また、この細管３０ａの中間部は、口金４２の中心Ｃ１を通る軸線ｌに近づく方向に屈曲するとともに再び前記軸線ｌと略平行な方向に屈曲するように２ヶ所で屈曲する屈曲部３２ｂを有している。この屈曲部３２ｂより先端側部分３２ｃは、屈曲部３２ｂより発光管２０側の根元部３２ｄに対して前記軸線ｌに近づけて配置されている。
【００６３】
つまり、この屈曲部３２ｂは、細管３０ａがカバー体４０の内壁面に当接しないように、先端側部分３２ｃを前記軸線ｌ側に寄せながらこの先端側部分３２ｃを口金４２側に延在させるためのものである。屈曲バルブ２１ａの端部から細管３０ａの先端部３２ａまでの長さＬ２は約４０ｍｍである。
【００６４】
主アマルガムは、ビスマス（Ｂｉ）が５０〜６５重量％、錫（Ｓｎ）が３５〜５０重量％からなる合金を基体として、この合金に対して水銀を１２〜２５重量％含有させたものである。
【００６５】
この実施形態では、発光管２０は、バルブの高さＨ２が５０〜６０ｍｍ、放電路長が２００〜３５０ｍｍ、バルブ並設方向の最大幅Ｄ３が３２〜４３ｍｍに形成されている。そして、この発光管２０には、封入ガス比率が９９％以上のアルゴンガスが封入圧力４００〜８００Ｐａで封入されている。
【００６６】
以下、口金４２側を上側、グローブ６０側を下側として説明する。
【００６７】
カバー本体４１は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の耐熱性合成樹脂等により形成されており、図１に示すように、一端側が他端側に向かって拡開する略円筒状をなしている。カバー本体４１の一端側には２６型等の口金４２が被せられ、接着剤またはかしめ等により固定されている。カバー本体４１の他端部には発光管２０固定部材であるとともに点灯装置５０固定部材でもあるホルダ４３が取付けられている。このホルダ４３は、発光管２０の端部が挿通可能な発光管挿通部４４を有している。発光管２０はこのホルダ４３に取付けられ、このホルダ４３がカバー本体４１の開口部を覆うようにカバー本体４１に装着されている。また、ホルダ４３には、点灯装置５０の基板５１が嵌合手段（図示せず）により取付けられている。
【００６８】
点灯装置５０は、図１に示すように、口金４２の中心Ｃ１を通る軸線ｌに対して略垂直に配置される基板５１及びこの基板５１に実装された複数の電子部品５３を有して、高周波点灯を行なうインバータ回路（高周波点灯回路）を構成している。この点灯装置５０は、電子部品５３の大部分が口金４２側に配置されるように基板５１が装着されてカバー体４０に収容されている。この点灯装置５０は、口金４２及び蛍光ランプ１０と電気的に接続され、口金４２を介して給電されることにより動作して電極２４を予熱しないで（電極２４に予熱電流を与えないで）電極２４に高周波電力を入力させて、蛍光ランプ１０を点灯させる。すなわち、この蛍光ランプ１０は、いわゆるインスタントスタート方式で点灯される。
【００６９】
また、この点灯装置５０では、平滑用電解コンデンサ５３ａが点灯装置５０の主要部品よりも口金４２側に突出するように配置されている。点灯装置５０は、細管３０ａ内に封入された主アマルガム３１が平滑用電解コンデンサ５３ａを除く電子部品よりも口金４２側に位置するような位置関係でカバー体４０内に収容されている。
【００７０】
基板５１は、略円板状で、発光管２０の最大幅の１．２倍以下の直径（最大幅寸法）に形成されている。基板５１の口金４２側の一面には、平滑用電解コンデンサ５３ａ、インダクタ、トランス、抵抗やフィルムコンデンサ等からなる電子部品５３の大部分が実装されている。基板５１の発光管２０側の他面には、電解効果形トランジスタや整流ダイオード、チップ抵抗等、比較的耐熱温度が高い小型電子素子が実装されている。基板５１の発光管２０側の他面には、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）や整流ダイオード（ＲＥＣ）、チップ抵抗等、比較的低熱温度が高い小形電子素子が実装されている。
【００７１】
平滑用電解コンデンサ５３ａの先端部は、限流インダクタ、トランス、抵抗、共振コンデンサ等の発熱量が比較的大きい電子部品５３よりも口金４２側に突出している。前記主アマルガム３１は、電解コンデンサ５３ａを除く電子部品５３よりも口金４２側にあって、電解コンデンサ５３ａに隣接して位置するように細管３０ａの先端側部分３２ｃ内に収容されている。このとき、主アマルガム３１は基板５１の口金４２側の面から距離Ｌ３が約４０ｍｍとなるように離間している。
【００７２】
グローブ６０は、透明或いは光拡散性を有する乳白色等であって透光性を有している。このグローブ６０は、ガラス或いは合成樹脂等により、一般照明電球のガラス球と略同形状の滑らかな曲面状に形成されている。このグローブ６０は、蛍光ランプ１０を内包するとともに、開口部をカバー体４０の他端側に嵌合させてカバー体４０の他端側に取付けられている。なお、グローブ６０は、拡散膜等の別部材を組み合わせ、輝度の均一性を向上させることもできる。
【００７３】
そして、点灯装置５０は、７〜１５Ｗのランプ電力により発光管２０内の電流密度（断面積当たりの電流）が３〜５ｍＡ／ｍｍ^２で点灯させるように構成されている。本実施形態の電球形蛍光ランプ１０は入力電力規格１２Ｗで、発光管２０には１０．５Ｗの電力の高周波で加わり、ランプ電流は１９０ｍＡ、ランプ電圧は５８Ｖとなり、発光管２０からの光出力により全光束が約８１０ｌｍとなっている。
【００７４】
この電球形蛍光ランプ１０は、例えば、図６に例示する照明器具に用いることができる。
この照明器具１は、天井Ｃに埋め込まれたダウンライトであり、機器本体２に取付けられたソケット３に蛍光ランプ１０が取付けられている。
【００７５】
上述のように規定された電球形蛍光ランプ１０を一般照明用電球の照明装置１に用いた場合、電球形蛍光ランプ１０の配光が一般照明用電球の配光と近似することで、器具本体２内に配設されたソケット３近傍の反射体への光照射量が十分に確保され、反射体の光学設計どおりの機器特性を得ることができる。しかも電球スタンドのように内部光源のイメージが布製等の光拡散性カバーに映し出される照明器具であっても、電球形蛍光ランプ１０の配光が一般照明用電球の配光と近似することで違和感なく使用できる。
【００７６】
なお、器具本体２は新設のものであっても既設のものであっても、蛍光ランプ１０の口金４２が着脱自在に接続されるソケット３を有するものであれば蛍光ランプ１０を装着して収容できる。また、照明器具１は、ダウンライトの他にも直付器具等の種々の器具本体２を用いることができる。
【００７７】
次に、本実施形態の作用について説明する。点灯時の温度分布を図７に示す。温度測定条件は、周囲温度２５℃の無風状態にて口金４２上向き点灯とした。このとき、電球形蛍光ランプ１０は入力電力１２．１Ｗの約１割が点灯回路で消費されている。
【００７８】
各部の温度は夫々次の通りであった。主アマルガム３１近傍の細管３０ａ温度Ｔ１は５５℃、口金４２の内側空間温度Ｔ２は５３℃、カバー体４０中央部の空間温度（発熱部品の上端が位置する空間温度）Ｔ３は６２℃、基板５１の上面温度Ｔ４は９８℃、カバー体４０外面の上部温度Ｔ５は６２℃、中間部温度Ｔ６は６２℃、発光管２０の電極２４近傍温度Ｔ７は１５８℃、陽光柱温度Ｔ８は１３６℃、屈曲部３２ｂの温度Ｔ９は１０６℃、グローブ６０外面の上部温度Ｔ１０は８１℃、最大外径部温度Ｔ１１は６０℃、頂部温度Ｔ１２は５７℃。
【００７９】
このように、点灯装置５０の近傍は、主発熱要素である発光管２０の上部に位置するため、温度が高くなる。これは熱が上部方向及び外径方向へと拡散すること、及び、点灯装置５０のうち主たる発熱部品であるパラスト巻線やトランジスタ近傍には高温の空間ができることを意味している。このような高温領域に実装された部品群よりも口金４２側のカバー体４０内の空間は比較的温度が低く、この空間に主アマルガム３１を位置させることによって、主アマルガム３１の温度を低下させている。主アマルガム３１に近接する電界コンデンサはほとんど発熱しない部品であり、また、口金４２近傍の内部は５０〜６０℃程度である。ちなみに、主アマルガム３１が封入された細管の突出長が約１０ｍｍの発光管２０を備えた従来例（短細管方式）の主アマルガム３１の温度を測定したところ約９０℃であった。このように、本実施形態のように長細管方式では、主アマルガム３１の温度を約３０〜４０℃低下させる効果がある。
【００８０】
また、点灯装置５０の基板５１が発光管２０の端部を覆い、かつ、貫通孔や切り欠き等によって細管３０ａの先端側部分３２ｃを口金４２側に延在させることにより良好な遮熱効果を得ることができる。特に、基板５１が発光管２０の全端部を覆うことで、発光管２０の全端部を覆っていない場合と比べて発光管２０の放射熱が効率良く遮断されて口金４２側の空間に熱が伝わり難くなる。なお、「発光管２０の全端部を覆う」とは、発光２０管に複数の端部が形成されている場合には、各端部の全ての端面を完全に覆う必要はなく、基板５１が遮熱に必要な発光管２０の端部の端面の一部を覆っていればよい。例えば、発光管２０が複数の屈曲バルブ２１ａ〜２１ｃを並設して形成されている本実施形態では、バルブ軸中心よりも発光管２０の外周側に位置する部分は覆わなくても十分な遮熱効果を得ることができる。
【００８１】
次に、光束立上がり特性を評価するために、本実施形態、従来例、及び比較例の電球形蛍光ランプ１０を夫々利用して点灯させた。従来例は、ビスマス（Ｂｉ）−インジウム（Ｉｎ）系の主アマルガム３１が封入された細管の突出長が約１０ｍｍの発光管２０（短細管方式）を備えたもの、比較例１は、長細管方式のもので補助アマルガム２７をインジウムからなる補助アマルガムに変えたもの、比較例２は、上記実施形態（長細管方式）のもので補助アマルガム２７を取り除いたものであり、本実施形態とともに夫々の光束立上がり特性を測定した。測定の条件は、１００Ｖの商用交流電源による点灯、周囲温度を２５℃とし、無風状態にて口金４２上向き点灯とした。このときの入力電流と消費電力は全て１９４ｍＡ、１２．１Ｗであった。
【００８２】
図８は、その測定結果を示す図であり、点灯開始から経過時間毎の光束の変化を表している。図８において、線ａが本実施形態を、線ｂが比較例１を、線ｃが比較例２を、線ｄが比較例３を夫々示している。点灯直後の光束は、
比較例２＞本実施形態＞比較例１＞従来例
の順番となった。
【００８３】
しかし、点灯開始から２〜３秒経過したあたりから、
本実施形態＞比較例１＞従来例＞比較例２
の順番となった。比較例２はその後の数分間いわゆる薄ぼんやりとした明るさの状態が続く結果となった。
【００８４】
一方、比較例１は、水銀蒸気圧が速やかに上昇して従来例よりも立上がり特性が改善されることがわかるが、点灯直後の光束は従来例と大差がなかった。
【００８５】
これに対し、本実施形態の電球形蛍光ランプ１０は、点灯直後に補助アマルガム２７から適量の水銀が放出されるので、水銀不足現象が起こることがなく、光束が早期に立上がり、点灯開始から５秒経過時点で安定点灯時の約５０％の光出力が得られ、約２５秒経過時点では同約８５％の光出力が得られることが確認された。
【００８６】
以上のように、本実施形態によれば、補助アマルガム２７を備えているため、主アマルガム３１が口金４２側に配置されていても、点灯直後の水銀不足による光束の低下を抑制できる。
【００８７】
さらに、本実施形態によれば、インジウムよりも融点の高い金属、例えば金（Ａｕ）を主成分として補助アマルガム２７を形成することができるため、インスタント点灯方式で設定される程度の印加電圧で点灯させた場合であっても、スパッタリングによる補助アマルガム２７の劣化を抑制できる。したがって、電極２４を予熱しないで電極２４に電圧を印加して点灯させるインスタント点灯方式を採用できるので、安価に製造できる。
【００８８】
また、本実施形態では、主アマルガム３１が比較的温度の低いカバー体４０内の口金４２側の空間に配置されるため、水銀蒸気圧が高い特性を有する主アマルガム３１を使用することが可能となり、簡単な構成で光束立上がり特性を向上させることができる。
【００８９】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、安価でしかも補助アマルガムの劣化を抑制できる電球形蛍光ランプが得られる。
【００９０】
請求項２に係る発明によれば、点灯寿命を長くすることができる。
【００９１】
請求項３に係る発明の照明器具によれば、請求項１又は２に記載の電球形蛍光ランプを備えるので、安価でしかも補助アマルガムの劣化を抑制できる電球形蛍光ランプを備えた照明器具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電球形蛍光ランプを一部断面して示す側面図。
【図２】図１の電球形蛍光ランプが備える発光管の構造を説明する展開図。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は図１の電球形蛍光ランプが備える電極の構造を説明する図。
【図４】電極のメインワイヤー間のピッチを１００％にした状態を示す図。
【図５】電極のメインワイヤー間のピッチと電球形蛍光ランプとの関係を示す図。
【図６】図１の電球形蛍光ランプを備えた本発明の一実施形態に係る照明器具を一部断面して示す側面図。
【図７】図１の電球形蛍光ランプの点灯時の温度分布を説明する一部断面した側面図。
【図８】図１の電球形蛍光ランプの点灯時の光束立上がり特性を説明する図。
【符号の説明】
１…照明器具、１０…蛍光ランプ、２０…発光管、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…屈曲バルブ、２４…電極２７…補助アマルガム、３０ａ…細管、３１…主アマルガム、４０…カバー体、４２…口金、４３…保持部（ホルダ）、５０…点灯装置、５１…基板、５３…電子部品

Claims

屈曲形バルブを有する発光管と、
前記発光管内に形成される放電路の両端に位置して前記発光管内に封装された電極と、
基板及びこの基板に実装された電子部品を有し、前記電極を予熱しないで前記電極に高周波電力を入力させる点灯装置と、
一端側に口金が設けられ、他端側に前記発光管を保持する保持部を有し、前記基板を装着して前記点灯装置を収容したカバー体と、
前記発光管の端部の外径よりも細く形成され、前記発光管の端部から突出した内部に主アマルガムを収容してなる細管と、
インジウムよりも融点の高い金属を主成分として形成されて、前記発光管内に封装された補助アマルガムと、を具備していることを特徴とする電球形蛍光ランプ。
前記電極が１次コイルを螺旋状に巻いて形成した２次コイルをさらに螺旋状に巻いて形成した３次コイルであり、前記１次コイルが長手方向に延びるメインワイヤーの周りにサブワイヤーを螺旋状に巻いて形成したものであるとともに、前記２次コイルにおける前記メインワイヤーの相対ピッチが１５０％以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電球形蛍光ランプ。
請求項１又は２に記載の蛍光ランプと、この蛍光ランプが着脱自在に装着される器具本体と、を具備していることを特徴とする照明器具。