JP2005044695A - 蛍光ランプおよび照明器具 - Google Patents
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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
【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
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(BaTiO3)系セラミックス、チタン酸鉛(PbTiO3)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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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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JP2003279380A JP2005044695A (ja) | 2003-07-24 | 2003-07-24 | 蛍光ランプおよび照明器具 |
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