JP2006054054A - 電球形無電極蛍光ランプおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを提供すること。
【解決手段】発光ガスが封入された発光管１００と、発光管１００の凹入部２４に挿入された誘導コイル３０と、点灯回路４０と、点灯回路４０を収納するケース５０と、口金６０とを備えた電球形無電極蛍光ランプ２００である。発光管１００は、略球形の外管１０と内管２０とから構成されており、外管１０のうちの、外管１０と内管２０とが接合してなる封止部１２の周囲に位置するネック部１３において、封止部１２の方から順に、ネック凹部１４とネック凸部１６とが形成されている。
【選択図】 図３
【解決手段】発光ガスが封入された発光管１００と、発光管１００の凹入部２４に挿入された誘導コイル３０と、点灯回路４０と、点灯回路４０を収納するケース５０と、口金６０とを備えた電球形無電極蛍光ランプ２００である。発光管１００は、略球形の外管１０と内管２０とから構成されており、外管１０のうちの、外管１０と内管２０とが接合してなる封止部１２の周囲に位置するネック部１３において、封止部１２の方から順に、ネック凹部１４とネック凸部１６とが形成されている。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電球形無電極蛍光ランプおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護と経済性の視点から、白熱電球に比べて効率が約５倍高い有電極の電球形蛍光ランプが、住宅やホテルなどにおいて電球代替用として広く利用されてきている。このような有電極の電球形蛍光ランプは、例えば、特開２００１−１９６１９４号公報に開示されている。電球形蛍光ランプは、点灯回路を内蔵しており、そして口金も有しているので、白熱電球と直接代替可能な構造をしている。
【０００３】
さらに、最近、従来から存在する有電極の電球形蛍光ランプの他に、無電極の電球形蛍光ランプが普及し始めている。無電極蛍光ランプは、電極が無いことから寿命が有電極蛍光ランプに比べて更に長いことが特徴であり、今後ますます普及していくことが期待される。そのような電球形無電極蛍光ランプは、例えば、米国特許５，９５９，４０５号に開示されている。その電球形無電極蛍光ランプを図７に示す。
【０００４】
図７に示した電球形無電極蛍光ランプ１０００は、反射形電球（レフランプ）代替用の電球形無電極蛍光ランプである。このランプ１０００は、発光管（バルブ）１１００と、反射面１５２付きのケース１５０と、口金１６０とから構成されている。発光管１１００の凹入部には、誘導コイル１３０が挿入されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レフランプ代替用のランプ１０００の場合、ケース１５０に取り付けられた反射面１５２の部分によって、発光管１１００の外観（特に、側面）の大半を覆えるので、発光管全体の外観形状に特に注意を払ってわなくてもよい。つまり、発光管１１００の大半をケースによって覆えることから、ガラス球形式Ｒ形（ＪＩＳ Ｃ ７７１０）の形状を有する電球形無電極蛍光ランプの設計は比較的容易である。
【０００６】
しかしながら、通常の白熱電球と直接代替可能な電球形無電極蛍光ランプの場合、反射面の部分がないので、発光管の大半の部分を、白熱電球と同じにような外観および寸法にする必要がある。言い換えると、白熱電球形状（いわゆるナス型）として普及しているガラス球形式Ａ形（ＪＩＳ Ｃ ７７１０）と同じようになるように、電球形無電極蛍光ランプの発光管を作製することが要求される。
【０００７】
無電極蛍光ランプの発光管は、製法上、滑らかな略楕円形状として作製されることが多いが、そのような形状では、Ａ形の白熱電球と似せることは難しい。つまり、滑らかな略楕円形状を有する発光管の場合、ケースとの間に隙間が生じてしまうことが多く、美観上問題が生じる。また、ケースとの間に隙間が生じないような形状の発光管を作製すると、ケースの中に収納しなくていけない発光管の部分が多くなりすぎてしまい、ケース内に点灯回路を配置するスペースがなくなってしまう。点灯回路を配置したければケースをさらに大きくしなければならず、結果として、電球形無電極蛍光ランプの形状は、白熱電球の形状と異なるものとなってしまい、これまた美観上問題が生じる。
【０００８】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを提供することになる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電球形無電極蛍光ランプは、発光ガスが封入され、凹入部を有する発光管と、前記凹入部に挿入された誘導コイルと、前記誘導コイルに電気的に接続された点灯回路と、前記点灯回路を収納するケースと、前記点灯回路に電気的に接続され、前記ケースに取り付けられた口金とを備え、前記発光管は、略球形の外管と、前記凹入部を規定する内管とから構成されており、前記外管のうちの、前記外管と前記内管とが接合してなる封止部の周囲に位置するネック部において、前記封止部の方から順に、ネック凹部とネック凸部とが形成されている。
【００１０】
前記発光管の外観は、実質的に、ガラス球形式Ａ形の形状であることが好ましい。
【００１１】
前記ネック凸部と、前記ケースの上端とは、近接または接触していることが好ましい。
【００１２】
前記ネック凸部の残留応力が１４ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１３】
前記ネック凹部の残留応力が１４ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１４】
前記ネック凸部および前記ネック凹部を含む前記ネック部の残留応力が７ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１５】
前記発光管における前記外管全体の残留応力が７ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の電球形無電極蛍光ランプの製造方法は、一端に略球形の部位を有し且つ他端に開口部を有する外管と、筒状の内管とを用意する工程（ａ）と、前記外管内に前記内管をセットした後、前記外管の一部と前記内管の一部とを封着して、前記外管と前記内管とを接合する工程（ｂ）とを包含し、前記工程（ｂ）において、前記外管と前記内管とが接合する封止部の周囲に位置するネック部に、ネック凹部とネック凸部とを形成する工程を実行し、前記工程（ｂ）の後、少なくとも前記ネック凸部を加熱することによって、前記ネック凸部の残留応力を１４ＭＰａ以下にする工程を実行する。
【００１７】
ある実施形態において、前記残留応力を１４ＭＰａ以下にする工程は、前記外管を構成するガラス材料についての徐冷点の温度でアニール処理する工程を含む。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
（実施形態１）
図１から図３を参照しながら、本発明の実施形態１にかかる電球形無電極蛍光ランプを説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプの発光管１００の断面構成を模式的に示しており、図２は、発光管１００の外観を示している。
【００２０】
発光管１００は、略球形の外管１０と、凹入部（キャビティ）２４を規定する内管２０とから構成されている。外管１０と内管２０とは、封止部１２において封着により接合されており、封止部１２の周囲にはネック部１３が位置している。
【００２１】
なお、凹入部２４には、誘導コイルが挿入されることになり、内管２０の上部には、製造工程時に使用する排気用の細管２２が取り付けられている。完成した発光管１００では、細管２２の一端は発光管内と繋がっているが、他端は封止されており、それにより発光管内は密閉構造となっている。また、発光管１００の内壁の少なくとも一部には、蛍光体層が形成されている。
【００２２】
図１および図２に示すように、ネック部１３には、封止部１２の方から順に、ネック凹部１４とネック凸部１６とが形成されている。このようにネック凹部１４およびネック凸部１６を形成した発光管１００の場合、滑らかな略楕円形状の発光管と比較して、発光管１００の下部の部位（特に、ネック凸部１６より下の部位）の短くすることができ、それにより、ガラス球形式Ａ形と実質的な同じ形状で、白熱電球の外観と比較して美観を損ねず、かつ、ケース内の点灯回路の配置スペースを確保した電球形無電極蛍光ランプを実現することができる。ここで、ガラス球形式Ａ形は、ＪＩＳ Ｃ ７７１０に規定されているガラス球の形状であり、いわゆるナス形の形状である。また、ネック部とは、発光管の最大径部から口金へ向けてすぼまっていく部位のことである。
【００２３】
次に、図３を参照する。図３は、発光管１００を備えた電球形無電極蛍光ランプ２００の断面構成を模式的に示している。なお、図３では、構造の理解を容易にするため、凹入部における断面を左右で二段階にわけて示している。
【００２４】
図３に示した電球形無電極蛍光ランプは、発光管１００と誘導コイル３０と点灯回路４０とケース５０と口金６０とを有している。発光管１００には、発光ガスが封入されており、例えば水銀と希ガスが封入されている。発光管１００に形成されている凹入部２４には、誘導コイルが挿入されている。
【００２５】
本実施形態では、誘導コイル３０は、フェライトコア３２と巻線３４とから構成されている。誘導コイル３０は、点灯回路４０に電気的に接続されており、点灯回路４０はケース５０内に収納されている。ケース５０の下部には口金６０が取り付けられており、口金６０は点灯回路４０と電気的に接続されている。
【００２６】
図３に示すように、発光管１００にネック凹部１４およびネック凸部１６が形成されていることにより、ネック凸部１６とケース５０の上端５０ａとを互いに近接または接触させることができる。したがって、発光管１００とケース５０との接続箇所８０は、美観上滑らかな接続となっており、美観を損ねるような大きな隙間や大きな段差は存在しない。また、接続箇所８０が滑らかであるとともに、発光管１００の封止部１２の位置がケース５０の上方にあるため、ケース５０内に点灯回路４０を配置するためのスペースを十分に確保することが可能となっている。したがって、美観を損ねるほどケース５０を大きくしなければならないという問題を回避することができる。
【００２７】
本実施形態では、発光管１００の形状は、実質的にガラス球形式Ａ形であり、そして、そのガラス球径（発光管１００の最大直径）は、例えば５５〜７５ｍｍである。発光管１００の頂点から口金６０の端部までの長さ（全長）は、例えば、１２０〜１６５ｍｍである。なお、口金６０は、Ｅ２６／２５を使用している。定格電圧［Ｖ］および定格消費電力［Ｗ］は、それぞれ、１００〜２４０Ｖ、７〜２２Ｗである。
【００２８】
図１から図３に示した発光管１００を用いれば、美観を損ねずに、白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを提供することが可能であるが、発光管１００にネック凹部１４およびネック凸部１６を形成した結果として、ネック部１３の強度および信頼性が低下することがわかった。本願発明者は、その問題の検討およびその解決策にも着手した。
【００２９】
発光管１００の歪み（残留応力）を観察すると、図４に示すように、ネック凸部１６の領域には圧縮歪みが存在し、一方で、ネック凹部１４から封止部１２の領域には引っ張り歪みが存在することがわかった。これは製造工程の過程から生じるものであり、加工時に先に冷えた部分に圧縮歪みが残るということに起因している。つまり、外管１０と内管２０とが加熱により封着されてなる封止部１２よりも離れた領域のネック凸部１６が先に冷えるので、そこに圧縮歪みが残り、そして、その圧縮歪みに対応する引っ張り歪みがネック凹部１４から封止部１２の領域に残るのである。なお、図４おいて、右上から左下への斜線が示された領域を、圧縮歪みが存在する領域として示し、そして、左上から右下への斜線が示された領域を、引っ張り歪みが存在する領域として示している。
【００３０】
このように圧縮歪みと引っ張り歪みが存在する場合、通常、引っ張り歪みから割れが入り、圧縮歪みとの界面に沿って割れが進む。その結果、歪みがないときよりも早くに、発光管１００の寿命がきてしまう。発光管１００の強度および信頼性を向上させるためには、ネック凸部１６における圧縮の残留応力が１４ＭＰａ以下（好ましくは７ＭＰａ以下、さらに好ましくは、実質的に０ＭＰａ（１．４ＭＰａ以下））であることが望ましい。また、ネック凹部１４における引っ張りの残留応力が１４ＭＰａ以下（好ましくは７ＭＰａ以下、さらに好ましくは、実質的に０ＭＰａ（１．４ＭＰａ以下））であることが望ましい。さらには、発光管１００における外管１０全体の残留応力が７ＭＰａ以下（好ましくは、実質的に０ＭＰａ（１．４ＭＰａ以下））することがより望ましい。残留応力を取り除くには、発光管１００を構成するガラス（例えば、ソーダガラス）の徐冷点にまで発光管を加熱する処理（アニール処理）を行う。なお、ソーダガラスの徐冷点は５２０℃である。
【００３１】
本願発明者は、アニール処理を行う前および行った後の発光管１００の残留応力（歪度）を観察・測定した。図５（ａ）および（ｂ）にその結果を示す。なお、図５（ａ）は、アニール処理前の発光管１００を歪測定した時の写真をトレースした図であり、図５（ｂ）は、アニール処理後の発光管１００を歪測定した時の写真をトレースした図である。ここで使用した計測器を説明すると、写真撮影には、歪検査器（東芝製）ＳＶＰ−１０−ＩＩ（鋭敏色法）を用い、歪度測定には、歪検査器（ルケオ製）ＬＳＭ−７０１（反射型セナルモン法）を用いた。
【００３２】
図５（ａ）に示したアニール処理前の発光管１００では、ネック凸部１６の残留応力は３４ＭＰａ（歪度２５°）であった。一方、図５（ｂ）に示したアニール処理後の発光管１００では、ネック凸部１６の残留応力は１．４ＭＰａ（歪度１°以下）であった。また、発光管全体における残留応力も１．４ＭＰａ（歪度１°以下）であった。
【００３３】
残留応力の有無（または程度）による差を調べるために、発光管１００についてヒートサイクル（熱湯冷水）試験を本願発明者は行った。この試験は、熱湯（約90℃）と冷水（約0℃）に30秒ずつ交互につけることを５サイクル繰り返して行う。実験のために用意したサンプルは下記の４種の発光管１００である。
（ａ）520℃（ソーダガラスの徐冷点）で10分熱処理した発光管１００
（ｂ）520℃（ソーダガラスの徐冷点）で５分熱処理した発光管１００
（ｃ）上記アニール工程を施していない発光管１００
（ｄ）アニール工程だけでなく、ガラス加工時に徐冷バーナーも施していない発光管１００
ヒートサイクル（熱湯冷水）試験の結果を下記表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
バーナーでの徐冷をしなかった発光管１００は全て割れ（割れ発生率１００％）、一方、５２０℃でのアニールをおこなった発光管１００は全て割れなかった（割れ発生率０％）。バーナー徐冷を行ったが、アニール処理を行わなかった発光管１００は、割れたり割れなかったりした（割れ発生率３７．５％）。
【００３６】
以上の結果から、５２０℃のアニール処理は、保持時間５分でも割れ防止には十分な効果を示すことがわかった。
【００３７】
上記ヒートサイクル試験で割れたものと割れなかったもので分類し、それについて割れと歪み（ネック凸部４ヶ所測定）との相関を検討し、それを下記表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
アニール工程を施さず割れが生じなかった水準での、最大の歪度は約２０°以下であった。これは応力に換算すると約２７ＭＰａ以下である。なお、ソーダガラス（厚さ１ｍｍ）の場合の歪計度と応力（残留応力）との相関を参考のため下記表３に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
ここで、発光管の割れについての理論考察をする。試験片が破断にいたるまでの時間ｔは下記の式１で与えられる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
σａ：試験片に与えられる一定の応力
σIC：不活性環境下での臨界応力
ＫIC：開口モードＩに対する応力拡大係数の臨界値
Ｙ：クラックや試験片の形状、負荷の様式などによって決まる無次元の係数
Ａ，ｎ： 疲労パラメータ
なお、疲労パラメータｎは、クラック成長感受係数と呼ばれ、クラック成長の起こりにくさの尺度となっており、素材や環境によって異なる数値となる。ソーダガラスの疲労パラメータｎを下記表４に示す（出典；ガラス工学ハンドブック（朝倉書店））。
【００４４】
【表４】
【００４５】
次に、下記表５に、応力の低下による破断時間の変化を示す。
【００４６】
【表５】
【００４７】
ｎ＝１３〜１６の疲労パラメータの場合、１／２の応力では８０００〜６５０００倍、そして、１／４の応力では６千万〜４０億倍の寿命となる。約１４Ｍｐａ以下の応力に設定した場合、ヒートショック試験の８０００倍以上の熱サイクルに耐えられることとなる。これは４万回以上のヒートサイクルに耐えられることを意味する。さらに半分の残留応力にすることができれば３億回以上というヒートサイクルに耐えられることとなり、これは割れが発生する確立がほぼ零に等しいことを意味する。このように、理論的考察によっても、本実施形態の発光管１００についての残留応力が１４ＭＰａ以下（好ましくは７ＭＰａ以下）にする技術的意義は明かとなる。
【００４８】
本実施形態の電球形無電極蛍光ランプ２００によれば、ネック部１３において、ネック凹部１４とネック凸部１６とが形成されているので、白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを実現することができる。そして、ネック凸部１６の残留応力が１４ＭＰａ以下（好ましくは７ＭＰａ以下）である場合には、電球形無電極蛍光ランプ２００の発光管１００の割れを抑制することができる。
（実施形態２）
次に、図６（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本発明の実施形態にかかる電球形無電極蛍光ランプ（特に、発光管１００）の製造方法について説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の製造方法を説明するための工程図である。
【００４９】
まず、ソーダガラスからなる外管１０と、円筒状の内管２０とを用意する。ここで用意する外管１０は、一端に略球形の部位を有し且つ他端に開口部を有しており、当該開口部の寸法（典型的には、直径）は、内管２０の円筒の直径よりも大きくされたものである。なお、内管２０には、排気用の細管２２が取り付けられている。
【００５０】
次に、図６（ａ）に示すように、外管１０内に内管２０をセットした後、両者を回転させながら、内管２０の端部と、それに対応する位置にある外管１０の一部とをバーナー７０で加熱する。
【００５１】
すると、図６（ｂ）に示すように、加熱部（封止部）が溶けて、外管１０の下側（カレット部）１０ａが自らの重さで延びてくる。
【００５２】
その後、図６（ｃ）に示すように、カレット部１０ａが溶け落ちて、外管１０と内管２０とが接合して封止部が形成され、それにより、封止済みの発光管１００’が得られる。また、図６（ａ）〜（ｃ）の間のバーナー７０の調節により、ネック部１３に、ネック凹部１４とネック凸部１６とを形成することができる。その後、少なくともネック部１３に、バーナー７０で徐冷をする。
【００５３】
その後、その発光管１００を炉に入れて、アニール処理を施す。アニール処理のための炉の温度は、徐冷点の周辺（例えば、約５２０℃）にしておけばよい。次いで、管内の排気および封入ガスの充填を行い、細管２２封止も完了して、完成した発光管１００を得る。
【００５４】
このようにして残留応力を低減した発光管１００と、誘導コイル３０、点灯回路４０、ケース５０、口金６０とを用いて、組み立てを行えば、電球形無電極蛍光ランプ２００が得られる。
【００５５】
なお、点灯回路４０としては、１ＭＨｚ以下（例えば、４０〜５００ｋＨｚ）の比較的低い周波数を発生するものを用いることが好ましい。言い換えると、発光管１００に点灯回路４０が印加する高周波電圧の周波数は、１ＭＨｚ以下（例えば、４０〜５００ｋＨｚ）の比較的低い周波数の領域にすることが好ましい。これは、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚのような比較的高い周波数領域で動作させる場合と比較して、４０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度の周波数領域で動作させる場合には、高周波電源回路を構成する部材として、一般電子機器用の電子部品として使用されている安価な汎用品を使用することができるとともに、寸法の小さい部材を使用することが可能となるため、コストダウンおよび小型化を図ることができ、利点が大きいからである。ただし、本実施形態の構成は、１ＭＨｚ以下の動作に限らず、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚ等の周波数の領域においても動作させ得るものである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、外管のうちの封止部の周囲に位置するネック部において、封止部の方から順に、ネック凹部とネック凸部とが形成されているので、白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを提供することができる。ネック凸部１６の残留応力が１４ＭＰａ以下である場合、電球形無電極蛍光ランプの発光管の割れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１にかかる電球形無電極蛍光ランプの発光管１００の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】発光管１００の外観を示す図である。
【図３】実施形態１にかかる電球形無電極蛍光ランプ２００の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】ネック凸部１６およびネック凹部１４の歪みを説明するための発光管１００の図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、アニール処理前および後における発光管１００を歪測定した時の写真のトレース図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態２にかかる製造方法を説明するための工程図である。
【図７】従来の電球形無電極蛍光ランプの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 外管
１３ ネック部
１４ ネック凹部
１６ ネック凸部
２０ 内管
２２ 細管（排気用）
２４ 凹入部
３０ 誘導コイル
３２ コア（フェライトコア）
３４ 巻線（励起コイル）
４０ 点灯回路（高周波電源）
５０ ケース
６０ 口金
１００ 発光管（バルブまたは放電容器）
２００ 電球形無電極蛍光ランプ
１０００ 電球形無電極蛍光ランプ
１１００ 発光管
【発明の属する技術分野】
本発明は、電球形無電極蛍光ランプおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護と経済性の視点から、白熱電球に比べて効率が約５倍高い有電極の電球形蛍光ランプが、住宅やホテルなどにおいて電球代替用として広く利用されてきている。このような有電極の電球形蛍光ランプは、例えば、特開２００１−１９６１９４号公報に開示されている。電球形蛍光ランプは、点灯回路を内蔵しており、そして口金も有しているので、白熱電球と直接代替可能な構造をしている。
【０００３】
さらに、最近、従来から存在する有電極の電球形蛍光ランプの他に、無電極の電球形蛍光ランプが普及し始めている。無電極蛍光ランプは、電極が無いことから寿命が有電極蛍光ランプに比べて更に長いことが特徴であり、今後ますます普及していくことが期待される。そのような電球形無電極蛍光ランプは、例えば、米国特許５，９５９，４０５号に開示されている。その電球形無電極蛍光ランプを図７に示す。
【０００４】
図７に示した電球形無電極蛍光ランプ１０００は、反射形電球（レフランプ）代替用の電球形無電極蛍光ランプである。このランプ１０００は、発光管（バルブ）１１００と、反射面１５２付きのケース１５０と、口金１６０とから構成されている。発光管１１００の凹入部には、誘導コイル１３０が挿入されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レフランプ代替用のランプ１０００の場合、ケース１５０に取り付けられた反射面１５２の部分によって、発光管１１００の外観（特に、側面）の大半を覆えるので、発光管全体の外観形状に特に注意を払ってわなくてもよい。つまり、発光管１１００の大半をケースによって覆えることから、ガラス球形式Ｒ形（ＪＩＳ Ｃ ７７１０）の形状を有する電球形無電極蛍光ランプの設計は比較的容易である。
【０００６】
しかしながら、通常の白熱電球と直接代替可能な電球形無電極蛍光ランプの場合、反射面の部分がないので、発光管の大半の部分を、白熱電球と同じにような外観および寸法にする必要がある。言い換えると、白熱電球形状（いわゆるナス型）として普及しているガラス球形式Ａ形（ＪＩＳ Ｃ ７７１０）と同じようになるように、電球形無電極蛍光ランプの発光管を作製することが要求される。
【０００７】
無電極蛍光ランプの発光管は、製法上、滑らかな略楕円形状として作製されることが多いが、そのような形状では、Ａ形の白熱電球と似せることは難しい。つまり、滑らかな略楕円形状を有する発光管の場合、ケースとの間に隙間が生じてしまうことが多く、美観上問題が生じる。また、ケースとの間に隙間が生じないような形状の発光管を作製すると、ケースの中に収納しなくていけない発光管の部分が多くなりすぎてしまい、ケース内に点灯回路を配置するスペースがなくなってしまう。点灯回路を配置したければケースをさらに大きくしなければならず、結果として、電球形無電極蛍光ランプの形状は、白熱電球の形状と異なるものとなってしまい、これまた美観上問題が生じる。
【０００８】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを提供することになる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電球形無電極蛍光ランプは、発光ガスが封入され、凹入部を有する発光管と、前記凹入部に挿入された誘導コイルと、前記誘導コイルに電気的に接続された点灯回路と、前記点灯回路を収納するケースと、前記点灯回路に電気的に接続され、前記ケースに取り付けられた口金とを備え、前記発光管は、略球形の外管と、前記凹入部を規定する内管とから構成されており、前記外管のうちの、前記外管と前記内管とが接合してなる封止部の周囲に位置するネック部において、前記封止部の方から順に、ネック凹部とネック凸部とが形成されている。
【００１０】
前記発光管の外観は、実質的に、ガラス球形式Ａ形の形状であることが好ましい。
【００１１】
前記ネック凸部と、前記ケースの上端とは、近接または接触していることが好ましい。
【００１２】
前記ネック凸部の残留応力が１４ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１３】
前記ネック凹部の残留応力が１４ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１４】
前記ネック凸部および前記ネック凹部を含む前記ネック部の残留応力が７ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１５】
前記発光管における前記外管全体の残留応力が７ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の電球形無電極蛍光ランプの製造方法は、一端に略球形の部位を有し且つ他端に開口部を有する外管と、筒状の内管とを用意する工程（ａ）と、前記外管内に前記内管をセットした後、前記外管の一部と前記内管の一部とを封着して、前記外管と前記内管とを接合する工程（ｂ）とを包含し、前記工程（ｂ）において、前記外管と前記内管とが接合する封止部の周囲に位置するネック部に、ネック凹部とネック凸部とを形成する工程を実行し、前記工程（ｂ）の後、少なくとも前記ネック凸部を加熱することによって、前記ネック凸部の残留応力を１４ＭＰａ以下にする工程を実行する。
【００１７】
ある実施形態において、前記残留応力を１４ＭＰａ以下にする工程は、前記外管を構成するガラス材料についての徐冷点の温度でアニール処理する工程を含む。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
（実施形態１）
図１から図３を参照しながら、本発明の実施形態１にかかる電球形無電極蛍光ランプを説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の電球形無電極蛍光ランプの発光管１００の断面構成を模式的に示しており、図２は、発光管１００の外観を示している。
【００２０】
発光管１００は、略球形の外管１０と、凹入部（キャビティ）２４を規定する内管２０とから構成されている。外管１０と内管２０とは、封止部１２において封着により接合されており、封止部１２の周囲にはネック部１３が位置している。
【００２１】
なお、凹入部２４には、誘導コイルが挿入されることになり、内管２０の上部には、製造工程時に使用する排気用の細管２２が取り付けられている。完成した発光管１００では、細管２２の一端は発光管内と繋がっているが、他端は封止されており、それにより発光管内は密閉構造となっている。また、発光管１００の内壁の少なくとも一部には、蛍光体層が形成されている。
【００２２】
図１および図２に示すように、ネック部１３には、封止部１２の方から順に、ネック凹部１４とネック凸部１６とが形成されている。このようにネック凹部１４およびネック凸部１６を形成した発光管１００の場合、滑らかな略楕円形状の発光管と比較して、発光管１００の下部の部位（特に、ネック凸部１６より下の部位）の短くすることができ、それにより、ガラス球形式Ａ形と実質的な同じ形状で、白熱電球の外観と比較して美観を損ねず、かつ、ケース内の点灯回路の配置スペースを確保した電球形無電極蛍光ランプを実現することができる。ここで、ガラス球形式Ａ形は、ＪＩＳ Ｃ ７７１０に規定されているガラス球の形状であり、いわゆるナス形の形状である。また、ネック部とは、発光管の最大径部から口金へ向けてすぼまっていく部位のことである。
【００２３】
次に、図３を参照する。図３は、発光管１００を備えた電球形無電極蛍光ランプ２００の断面構成を模式的に示している。なお、図３では、構造の理解を容易にするため、凹入部における断面を左右で二段階にわけて示している。
【００２４】
図３に示した電球形無電極蛍光ランプは、発光管１００と誘導コイル３０と点灯回路４０とケース５０と口金６０とを有している。発光管１００には、発光ガスが封入されており、例えば水銀と希ガスが封入されている。発光管１００に形成されている凹入部２４には、誘導コイルが挿入されている。
【００２５】
本実施形態では、誘導コイル３０は、フェライトコア３２と巻線３４とから構成されている。誘導コイル３０は、点灯回路４０に電気的に接続されており、点灯回路４０はケース５０内に収納されている。ケース５０の下部には口金６０が取り付けられており、口金６０は点灯回路４０と電気的に接続されている。
【００２６】
図３に示すように、発光管１００にネック凹部１４およびネック凸部１６が形成されていることにより、ネック凸部１６とケース５０の上端５０ａとを互いに近接または接触させることができる。したがって、発光管１００とケース５０との接続箇所８０は、美観上滑らかな接続となっており、美観を損ねるような大きな隙間や大きな段差は存在しない。また、接続箇所８０が滑らかであるとともに、発光管１００の封止部１２の位置がケース５０の上方にあるため、ケース５０内に点灯回路４０を配置するためのスペースを十分に確保することが可能となっている。したがって、美観を損ねるほどケース５０を大きくしなければならないという問題を回避することができる。
【００２７】
本実施形態では、発光管１００の形状は、実質的にガラス球形式Ａ形であり、そして、そのガラス球径（発光管１００の最大直径）は、例えば５５〜７５ｍｍである。発光管１００の頂点から口金６０の端部までの長さ（全長）は、例えば、１２０〜１６５ｍｍである。なお、口金６０は、Ｅ２６／２５を使用している。定格電圧［Ｖ］および定格消費電力［Ｗ］は、それぞれ、１００〜２４０Ｖ、７〜２２Ｗである。
【００２８】
図１から図３に示した発光管１００を用いれば、美観を損ねずに、白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを提供することが可能であるが、発光管１００にネック凹部１４およびネック凸部１６を形成した結果として、ネック部１３の強度および信頼性が低下することがわかった。本願発明者は、その問題の検討およびその解決策にも着手した。
【００２９】
発光管１００の歪み（残留応力）を観察すると、図４に示すように、ネック凸部１６の領域には圧縮歪みが存在し、一方で、ネック凹部１４から封止部１２の領域には引っ張り歪みが存在することがわかった。これは製造工程の過程から生じるものであり、加工時に先に冷えた部分に圧縮歪みが残るということに起因している。つまり、外管１０と内管２０とが加熱により封着されてなる封止部１２よりも離れた領域のネック凸部１６が先に冷えるので、そこに圧縮歪みが残り、そして、その圧縮歪みに対応する引っ張り歪みがネック凹部１４から封止部１２の領域に残るのである。なお、図４おいて、右上から左下への斜線が示された領域を、圧縮歪みが存在する領域として示し、そして、左上から右下への斜線が示された領域を、引っ張り歪みが存在する領域として示している。
【００３０】
このように圧縮歪みと引っ張り歪みが存在する場合、通常、引っ張り歪みから割れが入り、圧縮歪みとの界面に沿って割れが進む。その結果、歪みがないときよりも早くに、発光管１００の寿命がきてしまう。発光管１００の強度および信頼性を向上させるためには、ネック凸部１６における圧縮の残留応力が１４ＭＰａ以下（好ましくは７ＭＰａ以下、さらに好ましくは、実質的に０ＭＰａ（１．４ＭＰａ以下））であることが望ましい。また、ネック凹部１４における引っ張りの残留応力が１４ＭＰａ以下（好ましくは７ＭＰａ以下、さらに好ましくは、実質的に０ＭＰａ（１．４ＭＰａ以下））であることが望ましい。さらには、発光管１００における外管１０全体の残留応力が７ＭＰａ以下（好ましくは、実質的に０ＭＰａ（１．４ＭＰａ以下））することがより望ましい。残留応力を取り除くには、発光管１００を構成するガラス（例えば、ソーダガラス）の徐冷点にまで発光管を加熱する処理（アニール処理）を行う。なお、ソーダガラスの徐冷点は５２０℃である。
【００３１】
本願発明者は、アニール処理を行う前および行った後の発光管１００の残留応力（歪度）を観察・測定した。図５（ａ）および（ｂ）にその結果を示す。なお、図５（ａ）は、アニール処理前の発光管１００を歪測定した時の写真をトレースした図であり、図５（ｂ）は、アニール処理後の発光管１００を歪測定した時の写真をトレースした図である。ここで使用した計測器を説明すると、写真撮影には、歪検査器（東芝製）ＳＶＰ−１０−ＩＩ（鋭敏色法）を用い、歪度測定には、歪検査器（ルケオ製）ＬＳＭ−７０１（反射型セナルモン法）を用いた。
【００３２】
図５（ａ）に示したアニール処理前の発光管１００では、ネック凸部１６の残留応力は３４ＭＰａ（歪度２５°）であった。一方、図５（ｂ）に示したアニール処理後の発光管１００では、ネック凸部１６の残留応力は１．４ＭＰａ（歪度１°以下）であった。また、発光管全体における残留応力も１．４ＭＰａ（歪度１°以下）であった。
【００３３】
残留応力の有無（または程度）による差を調べるために、発光管１００についてヒートサイクル（熱湯冷水）試験を本願発明者は行った。この試験は、熱湯（約90℃）と冷水（約0℃）に30秒ずつ交互につけることを５サイクル繰り返して行う。実験のために用意したサンプルは下記の４種の発光管１００である。
（ａ）520℃（ソーダガラスの徐冷点）で10分熱処理した発光管１００
（ｂ）520℃（ソーダガラスの徐冷点）で５分熱処理した発光管１００
（ｃ）上記アニール工程を施していない発光管１００
（ｄ）アニール工程だけでなく、ガラス加工時に徐冷バーナーも施していない発光管１００
ヒートサイクル（熱湯冷水）試験の結果を下記表１に示す。
【００３４】
【表１】
バーナーでの徐冷をしなかった発光管１００は全て割れ（割れ発生率１００％）、一方、５２０℃でのアニールをおこなった発光管１００は全て割れなかった（割れ発生率０％）。バーナー徐冷を行ったが、アニール処理を行わなかった発光管１００は、割れたり割れなかったりした（割れ発生率３７．５％）。
【００３６】
以上の結果から、５２０℃のアニール処理は、保持時間５分でも割れ防止には十分な効果を示すことがわかった。
【００３７】
上記ヒートサイクル試験で割れたものと割れなかったもので分類し、それについて割れと歪み（ネック凸部４ヶ所測定）との相関を検討し、それを下記表２に示す。
【００３８】
【表２】
アニール工程を施さず割れが生じなかった水準での、最大の歪度は約２０°以下であった。これは応力に換算すると約２７ＭＰａ以下である。なお、ソーダガラス（厚さ１ｍｍ）の場合の歪計度と応力（残留応力）との相関を参考のため下記表３に示す。
【００４０】
【表３】
ここで、発光管の割れについての理論考察をする。試験片が破断にいたるまでの時間ｔは下記の式１で与えられる。
【００４２】
【数１】
σａ：試験片に与えられる一定の応力
σIC：不活性環境下での臨界応力
ＫIC：開口モードＩに対する応力拡大係数の臨界値
Ｙ：クラックや試験片の形状、負荷の様式などによって決まる無次元の係数
Ａ，ｎ： 疲労パラメータ
なお、疲労パラメータｎは、クラック成長感受係数と呼ばれ、クラック成長の起こりにくさの尺度となっており、素材や環境によって異なる数値となる。ソーダガラスの疲労パラメータｎを下記表４に示す（出典；ガラス工学ハンドブック（朝倉書店））。
【００４４】
【表４】
次に、下記表５に、応力の低下による破断時間の変化を示す。
【００４６】
【表５】
ｎ＝１３〜１６の疲労パラメータの場合、１／２の応力では８０００〜６５０００倍、そして、１／４の応力では６千万〜４０億倍の寿命となる。約１４Ｍｐａ以下の応力に設定した場合、ヒートショック試験の８０００倍以上の熱サイクルに耐えられることとなる。これは４万回以上のヒートサイクルに耐えられることを意味する。さらに半分の残留応力にすることができれば３億回以上というヒートサイクルに耐えられることとなり、これは割れが発生する確立がほぼ零に等しいことを意味する。このように、理論的考察によっても、本実施形態の発光管１００についての残留応力が１４ＭＰａ以下（好ましくは７ＭＰａ以下）にする技術的意義は明かとなる。
【００４８】
本実施形態の電球形無電極蛍光ランプ２００によれば、ネック部１３において、ネック凹部１４とネック凸部１６とが形成されているので、白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを実現することができる。そして、ネック凸部１６の残留応力が１４ＭＰａ以下（好ましくは７ＭＰａ以下）である場合には、電球形無電極蛍光ランプ２００の発光管１００の割れを抑制することができる。
（実施形態２）
次に、図６（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本発明の実施形態にかかる電球形無電極蛍光ランプ（特に、発光管１００）の製造方法について説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の製造方法を説明するための工程図である。
【００４９】
まず、ソーダガラスからなる外管１０と、円筒状の内管２０とを用意する。ここで用意する外管１０は、一端に略球形の部位を有し且つ他端に開口部を有しており、当該開口部の寸法（典型的には、直径）は、内管２０の円筒の直径よりも大きくされたものである。なお、内管２０には、排気用の細管２２が取り付けられている。
【００５０】
次に、図６（ａ）に示すように、外管１０内に内管２０をセットした後、両者を回転させながら、内管２０の端部と、それに対応する位置にある外管１０の一部とをバーナー７０で加熱する。
【００５１】
すると、図６（ｂ）に示すように、加熱部（封止部）が溶けて、外管１０の下側（カレット部）１０ａが自らの重さで延びてくる。
【００５２】
その後、図６（ｃ）に示すように、カレット部１０ａが溶け落ちて、外管１０と内管２０とが接合して封止部が形成され、それにより、封止済みの発光管１００’が得られる。また、図６（ａ）〜（ｃ）の間のバーナー７０の調節により、ネック部１３に、ネック凹部１４とネック凸部１６とを形成することができる。その後、少なくともネック部１３に、バーナー７０で徐冷をする。
【００５３】
その後、その発光管１００を炉に入れて、アニール処理を施す。アニール処理のための炉の温度は、徐冷点の周辺（例えば、約５２０℃）にしておけばよい。次いで、管内の排気および封入ガスの充填を行い、細管２２封止も完了して、完成した発光管１００を得る。
【００５４】
このようにして残留応力を低減した発光管１００と、誘導コイル３０、点灯回路４０、ケース５０、口金６０とを用いて、組み立てを行えば、電球形無電極蛍光ランプ２００が得られる。
【００５５】
なお、点灯回路４０としては、１ＭＨｚ以下（例えば、４０〜５００ｋＨｚ）の比較的低い周波数を発生するものを用いることが好ましい。言い換えると、発光管１００に点灯回路４０が印加する高周波電圧の周波数は、１ＭＨｚ以下（例えば、４０〜５００ｋＨｚ）の比較的低い周波数の領域にすることが好ましい。これは、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚのような比較的高い周波数領域で動作させる場合と比較して、４０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度の周波数領域で動作させる場合には、高周波電源回路を構成する部材として、一般電子機器用の電子部品として使用されている安価な汎用品を使用することができるとともに、寸法の小さい部材を使用することが可能となるため、コストダウンおよび小型化を図ることができ、利点が大きいからである。ただし、本実施形態の構成は、１ＭＨｚ以下の動作に限らず、１３．５６ＭＨｚまたは数ＭＨｚ等の周波数の領域においても動作させ得るものである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、外管のうちの封止部の周囲に位置するネック部において、封止部の方から順に、ネック凹部とネック凸部とが形成されているので、白熱電球と同じような外観を有する電球形無電極蛍光ランプを提供することができる。ネック凸部１６の残留応力が１４ＭＰａ以下である場合、電球形無電極蛍光ランプの発光管の割れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１にかかる電球形無電極蛍光ランプの発光管１００の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】発光管１００の外観を示す図である。
【図３】実施形態１にかかる電球形無電極蛍光ランプ２００の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】ネック凸部１６およびネック凹部１４の歪みを説明するための発光管１００の図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、アニール処理前および後における発光管１００を歪測定した時の写真のトレース図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態２にかかる製造方法を説明するための工程図である。
【図７】従来の電球形無電極蛍光ランプの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 外管
１３ ネック部
１４ ネック凹部
１６ ネック凸部
２０ 内管
２２ 細管（排気用）
２４ 凹入部
３０ 誘導コイル
３２ コア（フェライトコア）
３４ 巻線（励起コイル）
４０ 点灯回路（高周波電源）
５０ ケース
６０ 口金
１００ 発光管（バルブまたは放電容器）
２００ 電球形無電極蛍光ランプ
１０００ 電球形無電極蛍光ランプ
１１００ 発光管
Claims (9)
- 発光ガスが封入され、凹入部を有する発光管と、
前記凹入部に挿入された誘導コイルと、
前記誘導コイルに電気的に接続された点灯回路と、
前記点灯回路を収納するケースと、
前記点灯回路に電気的に接続され、前記ケースに取り付けられた口金と
を備え、
前記発光管は、略球形の外管と、前記凹入部を規定する内管とから構成されており、
前記外管のうちの、前記外管と前記内管とが接合してなる封止部の周囲に位置するネック部において、前記封止部の方から順に、ネック凹部とネック凸部とが形成されている、電球形無電極蛍光ランプ。 - 前記発光管の外観は、実質的に、ガラス球形式Ａ形の形状である、請求項１に記載の電球形無電極蛍光ランプ。
- 前記ネック凸部と、前記ケースの上端とは、近接または接触している、請求項１または２に記載の電球形無電極蛍光ランプ。
- 前記ネック凸部の残留応力が１４ＭＰａ以下である、請求項１から３の何れか一つに記載の電球形無電極蛍光ランプ。
- 前記ネック凹部の残留応力が１４ＭＰａ以下である、請求項１から４の何れか一つに記載の電球形無電極蛍光ランプ。
- 前記ネック凸部および前記ネック凹部を含む前記ネック部の残留応力が７ＭＰａ以下である、請求項１から３の何れか一つに記載の電球形無電極蛍光ランプ。
- 前記発光管における前記外管全体の残留応力が７ＭＰａ以下である、請求項６に記載の電球形無電極蛍光ランプ。
- 一端に略球形の部位を有し且つ他端に開口部を有する外管と、筒状の内管とを用意する工程（ａ）と、
前記外管内に前記内管をセットした後、前記外管の一部と前記内管の一部とを封着して、前記外管と前記内管とを接合する工程（ｂ）と
を包含し、
前記工程（ｂ）において、前記外管と前記内管とが接合する封止部の周囲に位置するネック部に、ネック凹部とネック凸部とを形成する工程を実行し、
前記工程（ｂ）の後、少なくとも前記ネック凸部を加熱することによって、前記ネック凸部の残留応力を１４ＭＰａ以下にする工程を実行する、電球形無電極蛍光ランプの製造方法。 - 前記残留応力を１４ＭＰａ以下にする工程は、
前記外管を構成するガラス材料についての徐冷点の温度でアニールする工程を含む、請求項８に記載の電球形無電極蛍光ランプの製造方法。
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