JP2004513482A - 低ワット数蛍光ランプ - Google Patents
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Abstract
【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
【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(Eu3+)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(Ce3+)賦活リン酸ランタン(通常、LAPと略される)及びテルビウム(Tb3+)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(Tb3+)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(Ce3+)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(Tb3+)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(Eu2+)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(Eu2+)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/cm2、より好ましくは2.2〜3.5mg/cm2、より好ましくは2.4〜3.3mg/cm2、より好ましくは2.5〜3.2mg/cm2、より好ましくは2.6〜3.1mg/cm2、より好ましくは2.8から3.0mg/cm2、より好ましくは2.9mg/cm2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900cm2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、General Electric Company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/cm2及び約1.9mg/cm2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General Electric SPX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 (16)
- 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/cm2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/cm2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/cm2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。
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