JP2005044695A - 蛍光ランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】小形で長寿命の蛍光ランプおよび照明器具を提供することができる。
【解決手段】内面に蛍光体膜を被着し水銀を含む放電媒体が封入された透光性気密容器と；圧電基板，この圧電基板の一端部を挟持して一次電圧を印加する一対の一次側電極３ｂ，３ｃ，この圧電基板の他端部に配設されて二次電圧を発生する二次側電極，気密容器内に導入された内部導入線部が一次側電極にそれぞれ接続された一対の電気導入線を備え、気密容器内に配設された圧電トランス３と；一対の電気導入線に交流電力を供給する点灯回路１０と；を具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明はガラスバルブ等の透光性気密容器内に圧電トランスを昇圧手段として内蔵した蛍光ランプおよび照明器具に関する。

一般に、圧電素子を使用した圧電トランスは電気入力を機械的な運動エネルギーに変換した後、再度電気エネルギーに変換するものである。この圧電トランスの一般的な使用方法としては、照明学会研究会資料，ＬＳ−９６−３（非特許文献１）に示されているように、従来の銅鉄型のトランスと比較して昇圧比を高くし易く、また薄型軽量化もし易いので、照明技術の分野では液晶バックライトの点灯インバーター回路部品の昇圧部品として使用されるケースが多かった。

また、この圧電トランスは高電圧を発生し、かつ電流が過剰となるのを抑制する作用を有するので、蛍光ランプとの相性が良い。このために、圧電トランスを従来のように冷陰極ランプの点灯回路の昇圧部品として組み込んだ場合、蛍光ランプの電極はニッケル板などを用いる必要がある。

ところで、近年、この圧電トランスを放電空間内に配置し、直接気体を電離させる研究が公表されている。例えば、放電学会誌ＶＯＬ４４，ＮＯ．３の「圧電トランスを用いた蛍光板と放電の発光」参照（非特許文献２）。

この研究は、密閉空間内に窒素を導入し、圧電トランスに電気エネルギーを与え、この圧電トランスの近傍に配置した蛍光体を発光させるという技術である。ここで蛍光体は、何らかの不明の板に塗布し、圧電トランスに所定角度で正対するように配置されている。
照明学会研究会資料，ＬＳ−９６−３，１９９６年３月発行 放電学会誌ＶＯＬ４４，ＮＯ．３の「圧電トランスを用いた蛍光板と放電の発光」２００１年９月発行

圧電トランスを、窒素や酸素、あるいはＨｅ／Ｎｅ／Ａｒ／Ｘｅのような希ガスの雰囲気で放電させる技術については、上記非特許文献により開示されているが、これを工業製品として一般的に消費者が利用し得る照明装置に構成する点については全く提案されていない。

本願請求項１に係る発明は、内面に蛍光体膜を被着し水銀を含む放電媒体が封入された透光性気密容器と；圧電基板，この圧電基板の一端部を挟持して一次電圧を印加する一対の一次側電極，この圧電基板の他端部に配設されて二次電圧を発生する二次側電極，気密容器内に導入された内部導入線部が一次側電極にそれぞれ接続された一対の電気導入線を備え、気密容器内に配設された圧電トランスと；一対の電気導入線に交流電力を供給する点灯回路と；を具備していることを特徴とする蛍光ランプである。

請求項２に係る発明は、点灯回路は、圧電トランスが全波長振動モードで駆動する電力を一対の電気導入線を介して圧電トランスに供給するように構成され、これら一対の電気導入線の内部導入線部の一端を、一対の一次側電極に、前記全波長振動モードの振動が最少になる箇所ないしその近傍にて固着したことを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプである。

請求項３に係る発明は、気密容器内に延在する一対の電気導入線の一部を、気密容器の一端部を封止するステムにより支持し、このステムには気密容器内の空気を外部に排気する排気管を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の蛍光ランプである。

請求項４に係る発明は、気密容器の封止端部にＥ型口金を装着し、この口金内に点灯回路を配設したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の蛍光ランプである。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の蛍光ランプと；この蛍光ランプを装着した照明器具本体と；を具備していることを特徴とする照明器具である。

本発明の蛍光ランプおよび照明器具によれば、小形で長寿命の蛍光ランプおよび照明器具を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。なお、添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。

図１は本発明の一実施形態に係る蛍光ランプの縦断面図である。この図１において、蛍光ランプ１は透光性気密容器の一例である中空半球状のガラスバルブ２内のほぼ中央部に圧電トランス３を配設している。

ガラスバルブ２は、ソーダライムガラスや鉛ガラス等により例えば白熱電球等とほぼ同形の半球状に形成され、その半球状部の外径が例えば２５ｍｍ、肉厚１ｍｍ、長手方向長さが１６０ｍｍである。ガラスバルブ２のほぼ全内周面には蛍光体膜４を形成している。この蛍光体膜４とガラスバルブ２の内周面との間には図示しない保護膜を形成してもよい。ガラスバルブ２内には放電媒体として水銀と希ガスを適量封入している。水銀は例えば約１０ｍｇ以下で封入し、希ガスとしては水銀との間でペニング効果を奏するＡｒガスを所定圧で封入している。

圧電トランス３は一次側の電気入力を一旦機械的な振動エネルギーに変換した後、再度電気エネルギーに変換して二次側の電圧を昇圧するものであり、図２（Ａ），図３，図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば長方形板状の所定大の圧電基板３ａの長手方向一端部（図１では下端部）に、その板厚方向で対向する平板状の一対の一次側電極３ｂ，３ｃを固着する一方、この圧電基板３ａの長手方向他端部の先端面（図１では上端面）には、その先端面とほぼ同形同大所定厚の平板状の二次側電極３ｄを固着している。

圧電基板３ａの材料としては、圧電結晶材料や圧電セラミックス材料を使用することができる。圧電結晶材料としては例えばニオブ酸リチウム等が使用可能である。圧電セラミックス材料としては、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系セラミックス、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）系セラミックス、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス等が使用可能である。

図３に示すように一対の一次側電極３ｂ，３ｃは、例えばその幅方向寸法が圧電基板３ａの幅方向長さとほぼ等しく、かつその長手方向長さが図２（Ｂ）で示すように圧電基板３ａがλ／２（半波長）振動モードで振動した時の振幅ゼロ（零）または最小となる節Ｏｂ近傍まで延在する長さを有する。

図１，図２（Ａ）に示すように、これら一対の一次側電極３ｂ，３ｃは、その外面に、一対のリード線５ａ，５ｂの内端部を半田６ａ，６ｂにより固着している。

図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、圧電基板３ａの振動モードはこれに印加される電圧の周波数に応じてλ（全波長）モード、λ／２（半波長）モード、３／２λモードがあり、振幅がゼロまたは最小になる節Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃが圧電基板３ａの長さ方向でそれぞれ異なる。

λモードは圧電基板３ａに一波長分の振動波（変位）が発生し、圧電基板３ａの長手方向両端から内側へほぼ１／４λずつ入った地点が節Ｏａとなる。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）中、矢印は振動の伝搬方向を示す。

蛍光ランプ１は圧電基板３ａのλ（全波長）振動モード時の節Ｏａに対応する一対の一次電極３ｂ，３ｃの外面上の対応箇所ないしその近傍にて一対のリード線５ａ，５ｂの内端部を半田６ａ，６ｂにより固着している。

半田６ａ，６ｂは例えばＰｂ／Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕの合金からなり、上記封入水銀量はこの半田６ａ，６ｂの全質量よりも小さくなる封入量に調整されている。その理由はＳｎ／Ｐｂ系の半田は封入水銀と合金化するので、放置時間が長くなると、半田が水銀により室温状態でも液層化し、半田６ａ，６ｂによる固着強度が低下する虞があるためである。

一対のリード線５ａ，５ｂは、その一部が、例えば鉛ガラス等からなるガラスステム７により封着されている。一対のリード線５ａ，５ｂの内端部は一対の一次電極３ｂ，３ｃ外面をその板厚方向に弾性的に挟圧するように支持してもよい。

これらリード線５ａ，５ｂの構成はこのガラスステム７を貫通する部分をＤＵＸ線としてＮｉ（ニッケル）により構成し、このＤＵＸ線よりもガラスバルブ２内へ延在する内部導入線部を銅線により構成している。その理由は、圧電トランス３の表面とＮｉは親和性が低いために半田付けが不可能だからである。リード線５ａ，５ｂの銅線部分の内部導入線部の長さを例えば約６０ｍｍ程度と長く形成しているが、これは圧電トランス３が過度の熱履歴によっては、その本来の圧電性を喪失するという特性を考慮して、リード線５ａ，５ｂの内部導入線部の内端を一次電極３ｂ，３ｃに半田付ける際の加熱が圧電トランス３に伝達される熱量の低減を図ったためである。

また、このガラスステム７は半球状のガラスバルブ２の縮径端部を気密に封止し、その内部にガラス製細径管の排気管８を一体に連成している。排気管８は、その内端部に排気孔８ａを穿設してガラスバルブ２内で開口させる一方、排気管８の外端部（図１では下端部）をガラスバルブ２の外部へ延在させている。この排気管８の外端部内には水銀や水銀アマルガム等を収容してもよい。

このガラスステム７によりガラスバルブ２の縮径開口端部２ａを封止する封止工程の際に、これらガラスバルブ２とガラスステム７とを共にその上下が図１とは逆になるように転倒させ、ガラスステム７をガラスバルブ２の上方からその下方の内方へ挿入する。これにより、このガラスステム７の封着時の熱が自然対流によりガラスステム７よりも上方以上で対流し、圧電トランス３に伝熱される熱量を低減することができる。

そして、図１に示すようにガラスバルブ２の開口縮径端部である封止端部２ａの外面には、例えばねじ込み形の電球用口金９（例えばＥ２６）を外嵌固着している。この口金９内には点灯回路の一例であるインバータ回路１０を収容し固定している。

インバータ回路１０は、その一対の電気出力端を、上記一対のリード線５ａ，５ｂの外部導入線部の一端を接続する一方、一対の電気入力端に、導線１１ａ，１１ｂを介して口金９のシェルの側面内面と、先端のアイレットに半田により固着し、この口金９を図示しないソケットに取外し自在に嵌め込むことにより図３に示すようにインバータ回路１０に商用電源１１を電気的に接続するようになっている。

インバータ回路１０は、商用電源１１から例えば１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電力を受電して、例えば約２０Ｖ、９０ｋＨｚの共振電圧を一対のリード線５ａ，５ｂおよび一次電極３ｂ，３ｃを介して圧電トランス３に印加し、λモードで振動させるようになっている。

したがって、圧電トランス３の一対の一次側電極３ｂ，３ｃに２０Ｖ、９０ｋＨｚの共振電圧が印加されると、圧電基板３ａにより昇圧されて二次側電極３ｄの電位が数百Ｖに昇圧される。

このために、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように高電位側の二次側電極３ｄと、陰極側に反転した低電位側の一対の一次側電極３ｂ，３ｃの一方と、の間で交互にグロー放電が発生する。

このグロー放電によりガラスバルブ２内の水銀原子が励起されて紫外線を発生させ、さらに、この紫外線がガラスバルブ２の蛍光体膜４を励起して可視光が発光する。例えば１〜５Ｗ程度の入力電力で５〜２０Ｗ定格の白熱電球相当の明るさが得られる。

したがって、この蛍光ランプ１によれば、電圧昇圧手段が小形軽量の圧電トランス３であるので、従来の網鉄製昇圧トランスに比して蛍光ランプ全体としての小形軽量化を図ることができる。

また、圧電トランス３自体をガラスバルブ２内に収容するので、蛍光ランプ１全体のさらなる小形化を図ることができる。

さらに、この蛍光ランプ１によれば、二次側電極３ｄと、一対の一次側電極３ｂ，３ｃの一方の間で交互に放電が発生するので、これら電極３ｂ〜３ｄに熱電子放射性物質（エミッタ）を塗布する必要がない。したがって、放射性物質の消耗により不点に至るのを防止することができ、ランプ寿命を大幅に延ばすことができる。

また、圧電トランス３のλモードで振動がゼロないし最小になる節Ｏａにて、一次側電極３ｂ，３ｃに一対のリード線５ａ，５ｂを半田６ａ，６ｂにより固着するので、圧電トランス３の振動が一次側電極３ｂ，３ｃとリード線５ａ，５ｂの半田付けに作用する振動エネルギーを低減することができる。このために、一次側電極３ｂ，３ｃとリード線５ａ，５ｂを接続する半田６ａ，６ｂの固着強度を向上させることができる。

さらに、圧電トランス３の振動がゼロまたは最小の箇所で一対のリード線５ａ，５ｂを一次電極３ｂ，３ｃに固着しているので、圧電トランス３の振動損失を低減することができる。すなわち、仮に圧電トランス３の振動が最小でない箇所で一対の一次側電極３ｂ，３ｃに一対のリード線５ａ，５ｂを固着した場合には、これら一対のリード線５ａ，５ｂにより圧電基板３ａを板厚方向で挟持し、振動を抑制して圧電特性を低減してしまうことを未然に防止することができる。

また、ガラスバルブ２内に水銀を封入する水銀封入量を、一対のリード線５ａ，５ｂを一対の一次側電極３ｂ，３ｃに固着する半田６ａ，６ｂの全質量よりも少なくしたので、Ｓｎ／Ｐｂ系の半田６ａ，６ｂが水銀と合金化して長時間放置されたときに、半田６ａ，６ｂが水銀によって室温状態でも液層化してリード線５ａ，５ｂと一次側電極３ｂ，３ｃとの固着強度が低下するのを防止ないし低減することができる。

さらに、ガラスバルブ２の開口縮径端部（封止端部）２ａをガラスステム７により封止する封止工程では、このガラスバルブ２の開口縮径端部２ａを上方に向け、その上方からガラスステム７をガラスバルブ２内へ挿入してバーナによる加熱溶融により封止することにより、バーナによる加熱がガラスステム７よりも下方に位置する圧電トランス３への熱的影響ないし熱履歴を低減することができる。また、リード線５ａ，５ｂの内部導入線部を長く（例えば６０ｍｍ）形成することにより、さらに圧電トランス３への熱履歴を低減することができる。なお、上記一対のリード線５ａ，５ｂを一対の一次側電極３ｂ，３ｃに固着する箇所は、圧電トランス３の振動モードに応じて、その振動が最小になる箇所に対応する箇所またはその近傍に位置決めすればよい。

図５は本発明の第２の実施形態に係る照明器具２１の正面図である。この照明器具２１は上記蛍光ランプ１を装着する天井吊り形等の照明器具本体２２と、この照明器具本体２２に配設したセード２３と、を具備している。照明器具本体２２には蛍光ランプ１の口金９を着脱自在にねじ込ませるソケット２４を配設している。この照明器具２１によれば、光源として上記蛍光ランプ１を具備しているので、光源の小形軽量化を図ることができる。

なお、上記実施形態では蛍光ランプ１をいわゆる白熱電球形に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の外形に形成してもよく、さらに、口金９もＥ２６型に限定されるものではない。また、点灯回路の一例であるインバータ回路１０は口金９内に収容せずに、ガラスバルブ２とは別体に構成してもよい。

本発明の一実施形態に係る蛍光ランプの縦断面図。 （Ａ）は図１で示す圧電トランスの全波長振動モードを示す模式図、（Ｂ）は同圧電トランスの半波長振動モードを示す模式図、（Ｃ）は同圧電トランスの２／３波長振動モードを示す模式図。 図１で示す圧電トランスとインバータ回路との接続を示す模式図。 （Ａ），（Ｂ）は図１で示す圧電トランスの一対の一次側電極の負極と二次側電極との間で交互に放電が発生する状態を示す模式図。 本発明の第２の実施形態に係る照明器具の正面図。

符号の説明

１…蛍光ランプ、２…ガラスバルブ、３…圧電トランス、３ａ…圧電基板、３ｂ，３ｃ…一対の一次側電極、４…蛍光体膜、５ａ，５ｂ…一対のリード線、６ａ，６ｂ…半田、９…口金、１０…インバータ回路、２１…照明器具、２２…照明器具本体、２３…セード。

Claims (5)

1. 内面に蛍光体膜を被着し水銀を含む放電媒体が封入された透光性気密容器と；
   圧電基板，この圧電基板の一端部を挟持して一次電圧を印加する一対の一次側電極，この圧電基板の他端部に配設されて二次電圧を発生する二次側電極，気密容器内に導入された内部導入線部が一次側電極にそれぞれ接続された一対の電気導入線を備え、気密容器内に配設された圧電トランスと；
   一対の電気導入線に交流電力を供給する点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 点灯回路は、圧電トランスが全波長振動モードで駆動する電力を一対の電気導入線を介して圧電トランスに供給するように構成され、これら一対の電気導入線の内部導入線部の一端を、一対の一次側電極に、前記全波長振動モードの振動が最少になる箇所ないしその近傍にて固着したことを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 気密容器内に延在する一対の電気導入線の一部を、気密容器の一端部を封止するステムにより支持し、このステムには気密容器内の空気を外部に排気する排気管を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の蛍光ランプ。
4. 気密容器の封止端部にＥ型口金を装着し、この口金内に点灯回路を配設したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の蛍光ランプ。
5. 請求項１ないし４のいずれか一記載の蛍光ランプと；
   この蛍光ランプを装着した照明器具本体と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。
   
   

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