JP2006196347A - 蛍光ランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の蛍光ランプ用照明器具に装着することで従来と同等の直下照度を確保しつつ消費電力を抑えて省エネルギー化を実現することが可能な蛍光ランプおよびこのランプを装着した照明器具を提供する。
【解決手段】 蛍光ランプＬ１は、バルブ１の管中心から所定の開き角度範囲の内表面に可視光の一部を透過する光反射膜４とこの光反射膜の内表面側に形成された蛍光体膜６とを具備しており、放電媒体として、分圧比３０〜９０％のクリプトン（Ｋｒ）またはネオン（Ｎｅ）のうち少なくとも一種および残部アルゴン（Ａｒ）からなる希ガスが封入されている。これによって消費電力を低減するとランプの全光束も略比例するように低下していくが、可視光の一部を透過する光反射膜４が所定の開き角度で形成されているので上方の照明効果を著しく損なうことなく従来の蛍光ランプと同等の直下照度を確保してすることができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は光反射膜が設けられた蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを用いた照明器具に関する。

照明技術として蛍光ランプの省エネルギー化は重要な開発要素である。近年では、管径を１６〜１７ｍｍと細径化した高周波点灯専用の環形蛍光ランプ（形名「ＦＨＣ」）が主に住宅用照明器具向けとして開発され、従来使用されてきた管径２９ｍｍの環形蛍光ランプ（形名「ＦＣＬ」）に代わって急速に普及し始めている（特許文献１）。
特許第３０５５７６９号公報

特許文献１の蛍光ランプは、管径を１６〜１７ｍｍと細径化して高周波で点灯することによりランプ効率が向上して省エネルギー化を実現することができるが、専用の照明器具とインバータが必要であり、既存のＦＣＬ用の照明器具には装着することができなかった。

本発明は上記問題に鑑みなされたもので、既存の蛍光ランプ用照明器具に装着することで従来と同等の直下照度を確保しつつ消費電力を抑えて省エネルギー化を実現することが可能な蛍光ランプおよびこのランプを装着した照明器具を提供することを目的とする。

請求項１記載の蛍光ランプは、断面が略円筒状のガラス管バルブと；このバルブの両端部に封装された放電電極と；上記バルブ内に封入された分圧比３０〜９０％のクリプトン（Ｋｒ）またはネオン（Ｎｅ）のうち少なくとも一種および残部アルゴン（Ａｒ）からなる希ガスならびに水銀からなる放電媒体と；上記バルブの管中心から所定の開き角度範囲の内表面に可視光の一部を透過する光反射膜と；この光反射膜の内表面側に形成された蛍光体膜と；を具備していることを特徴としている。

本発明でいう光反射膜とは、可視光の波長範囲（３８０〜７８０ｎｍ）を対象としてこの可視光の一部を透過し、一部を反射する作用を有するものである。そして、光反射膜の非形成部（開口部）の光透過率を１００％とした場合、光反射膜形成側の光透過率は３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％の範囲内となるように形成されている。

蛍光ランプが点灯すると、光反射膜は主に蛍光体層から放射された可視光の一部を透過するので光反射膜が形成された領域（光反射膜形成部）からは減光された可視光がバルブ外方に放射される一方、光反射膜の非形成部（開口部）からは光反射膜により反射された光が加わって光量が増加した可視光が蛍光体膜を透過してバルブ外方に放射される。このことにより、蛍光ランプの開口部側の直下照度が光反射膜を形成していない場合に比べて向上することになる。したがって、蛍光ランプはバルブの全周から光放射がなされるが、その配光分布は一様でなく、光反射膜形成部分からは弱い光放射が、反射膜が形成していない開口部からは主に光反射膜から反射された光が加えられた強力な光放射が行われる。

光透過率および輝度比率の調整は、被膜の形成材料、微粉末粒径、粒度、膜厚や被着密度などにより行うことができる。

光反射膜は、例えば酸化アルミニウム、酸化チタンまたはピロリン酸カルシウムから選ばれた少なくとも一種を主体とする微粒子で形成可能であるが、これ以外の材料を使用してもよい。微粒子の平均粒径は剥離を考慮すると０．２〜１０μｍ程度の細かいものがよく、膜厚は透光を考慮すると１０〜４０μｍ程度が好ましい。

光反射膜は、蛍光体膜と同一または別体の蛍光体で形成されていてもよい。光反射膜の材料として蛍光体を用い形成しても厚膜部は反射体と発光体として、また、厚膜部と略正対した部分の蛍光体膜は発光体としての作用を奏し、蛍光体膜とは別に反射膜を設けなくてもよいので材料の節減や被膜形成工程の簡略化などがはかれる。また、この光反射膜として機能する蛍光体と、発光物質として機能する別の蛍光体を重層形成しても差し支えない。

光反射膜は、直下照度を向上させる程度や照射範囲に応じて開き角度を適宜設定すれば良いが、好ましくはバルブの管中心から１６０〜２００°の範囲である。

なお、開口部からの放射光量が高められる一方で光反射膜側からの放射光量が低いため境界部分の明暗差が大きくなってバルブ周方向からの照射光量分布の強弱が大きく違和感を感じることがある。そこで、光反射膜は、光反射率（膜厚）が連続的に変化するようにして点灯中に光反射膜部と開口部との境目を判別しにくくすることが可能である。

放電媒体として、分圧比３０〜９０％のクリプトン（Ｋｒ）またはネオン（Ｎｅ）のうち少なくとも一種および残部アルゴン（Ａｒ）からなる希ガスを封入することによって消費電力を低減することができる。これは、クリプトン（Ｋｒ）またはネオン（Ｎｅ）ガスと電子との弾性衝突損失、電極損失などが減少するためである。クリプトン（Ｋｒ）またはネオン（Ｎｅ）の分圧比の好ましい範囲は４０〜８０％、最適には４５〜７０％である。また、クリプトン（Ｋｒ）とネオン（Ｎｅ）とを混合して使用してもよい。なお、クリプトンに代えてキセノンを同等の分圧比で封入しても同様の作用効果が得られる。

このように消費電力が低下するとランプの全光束も略比例するように低下していくが、可視光の一部を透過する光反射膜が所定の開き角度で形成されているので上方の照明効果を著しく損なうことなく従来の蛍光ランプと同等の直下照度を確保してすることが可能となる。

このように消費電力が低下するとランプの全光束も略比例して低下していくが、可視光の一部を透過する光反射膜が所定の開き角度で形成されているので上方の照明効果を著しく損なうことなく、従来の蛍光ランプと同等の直下照度を確保してすることが可能となる。

請求項２は、請求項１記載の蛍光ランプにおいて、バルブの外形寸法がＪＩＳで定める基準ランプの寸法と略同等であって定格電力が前記基準ランプと比較して１０％以上低下しているとともに光反射膜が形成されていない前記基準ランプを定格電力で点灯したときと同等の直下照度が得られるような配光分布で点灯することを特徴とする。

従来の蛍光ランプの消費電力を１０％以上削減すれば消費者ニーズに合致した省エネルギー化が実現されることから、請求項２の蛍光ランプはＪＩＳで定める基準ランプの定格電力の１０％以上を低下させつつ基準ランプを定格電力で点灯したときと同等の直下照度が得られるように設計する。

消費電力の調整は、請求項１のようにガス種を選定する他に、バルブの管外径やガス圧を調整して行うこともできる。

ガラス管バルブの管外径は既存の一般照明用蛍光ランプの管外径が２８〜３２．５ｍｍであり、これら蛍光ランプの消費電力を１０％以上低下させるように細径化すればよい。ただし、既存の照明器具のソケットやホルダに対して確実な保持力を備えた状態で装着することが困難になるので、細径化には限界がある。例えば、管外径が２９ｍｍの場合には２６〜２８ｍｍの範囲内に、管外径が３２．５ｍｍの場合には２８〜３１ｍｍの範囲内とすべきである。

管外径が小さくなれば消費電力も低くなるが、全光束も低下していくことになるので、光反射膜の効果をもってしても従来の蛍光ランプと同等の直下照度を確保することができなくなる。したがって、消費電力は基準ランプの７５〜９０％の範囲内にするのが望ましい。

請求項３は、請求項１または２記載の蛍光ランプにおいて、前記基準ランプが定格電力４０Ｗ以下の環形または直管形の蛍光ランプであることを特徴とする。

ＪＩＳで定める定格電力が４０Ｗを超える蛍光ランプにあっては、ランプ消費電力全体に占める陰極損失が少なく、比較的高出力、高照度の点灯が可能であって、光反射膜を利用して直下照度の改善した省エネルギー効果が顕著に現れないことから、基準ランプとしては定格電力４０Ｗ以下の環形または直管形の蛍光ランプに適用するのが好ましい。

特に、基準ランプはＪＩＳで定めるＦＣＬ３０、３２または４０もしくはＦＬ２０として蛍光ランプを設計するのが好適である。既存の照明器具に装着可能とするためには、環形蛍光ランプの場合には環外径を、直管蛍光ランプの場合にはランプ全長を従来の蛍光ランプと略同寸法にする必要がある。また、光反射膜の材料、膜厚、形成領域（開き角度）は、蛍光ランプの直下照度が上記ＪＩＳで定める形名の定格点灯時の照度と略同等になるように設定すればよい。

請求項４の照明器具は、器具本体と；この器具本体に取付けられた請求項１ないし３のいずれか一記載の蛍光ランプと；この蛍光ランプに電力を供給する器具本体に点灯回路装置と；を具備していることを特徴とする。

蛍光ランプを点灯したとき天井面側は半透明の光反射膜が設けられているので減光されるが弱い光放射がされ、また、ランプの下方側は開口部から強い光すなわち光量が多い明るい光放射がなされる。

本発明によれば、蛍光ランプの消費電力を従来の定格電力より少なくしても、光反射膜の反射作用によってランプ上方側の照明効果を著しく損なうことなく従来の蛍光ランプと同等の直下照度を確保して点灯させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。図１はたとえば環形蛍光ランプＬ１の正面図（主光放出部（開口部）側）、図２（ａ）は図１中の矢視Ａ−Ａ線に沿って切断した端面を拡大した横断面図、図３は半透明の光反射膜の膜厚分布図である。なお、図中、各被膜などの膜厚や被着形態などは説明上簡略化して記載したもので一部は誇張して示してあり、必ずしも他構成部材との寸法比率等は現実のものとは異なっている。

図示の環形蛍光ランプＬ１において、１はソーダライムガラスどの円筒形ガラス管を曲成したＪＩＳで定める「ＦＣＬ３０」と略同等の外形寸法を有する環形のバルブである。すなわち、本実施形態は、基準ランプをＦＣＬ３０として省電力化を図った蛍光ランプである。バルブ１の管外径は約２７ｍｍであり、ＦＣＬ３０の場合には２９ｍｍが標準的な寸法であるので、約２ｍｍ細径化されている。

２，２はマウント、１１，１１は上記バルブ１の端部に形成したマウント２との封着部であり、上記バルブ１とマウント２、２とで気密容器を構成している。上記マウント２は、フレヤ状をなすステムガラス管２１に一対のリード線２２と排気管（図示しない。）とを圧潰封着しているとともにこのリード線２２間にタングステン素線を巻回したコイル状のフィラメントからなる電極２３が継線してある。なお、上記マウント２は、フレヤステムに限らずボタンステムやビードステムを用いたものであってもよい。

３は保護膜で、水銀や紫外線による黒化防止や蛍光体のガラス中へのめり込み防止のためバルブ１内表面のほぼ全面に塗布形成されている。保護膜３は、平均粒径が０．０１〜０．１μｍ程度、好ましくは０．０２〜０．０８μｍ程度の酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化セリウムまたは酸化イットリウムのうちから選ばれた少なくとも一種の材料を主体として０．２〜５．０μｍ程度、好ましくは０．５〜３．０μｍ程度の膜厚で形成されている。

４はこの保護膜３上に形成された可視光を反射する半透明の光反射膜で、図示環形バルブ１の管軸に沿う上方側であってバルブ１周方向の所定角度範囲に塗布形成された平均粒径が０．５〜１０μｍ程度の蛍光体、酸化アルミニウム、酸化チタンまたはピロリン酸カルシウムから選ばれた少なくとも一種の材料を主体として粒径によっても変わるが１〜３０μｍ程度の膜厚で形成されている。

５はこの半透明の光反射膜４と略正対した光反射膜が形成されていない下方側（図２（ａ））の開口部（光反射膜非形成部）、６は蛍光体膜で、上記光反射膜４上およびこの光反射膜４が形成されていない保護膜３上（開口部５）に形成した３波長発光形蛍光体やハロリン酸カルシウム（白色蛍光体）などの蛍光体の微粉末を塗布して形成されている。

そして、たとえばここでは上記保護膜３は、平均粒径が約０．０２μｍの酸化アルミニウムを主体とする微粉末材料を塗布したものからなり、約１μｍの膜厚で形成されている。

また、光反射膜４は、平均粒径が約５μｍのピロリン酸カルシウムを主体とする微粉末材料が用いられている。この光反射膜４はバルブ１内表面に所定角度、たとえば円周方向の開き角度約１５０゜（垂直中心線から片側が各約７５゜）の範囲に膜厚が約２５μｍの厚膜とした第一の反射膜４１の厚膜部が、また、この反射膜４１の両側には膜厚が厚膜部の約２５μｍから連続的に徐々に減らして最終的に０μｍとした第二の反射膜（薄膜部）４２，４２が開き角度各約２５゜の範囲に形成されており、第１の反射膜４１と第２の反射膜４２，４２との合せた光反射膜４全体として開き角度約２００゜（垂直中心線から各約１００゜）の範囲、実質的には膜厚が５μｍ以上の光反射膜４として作用する開き角約１８０゜（垂直中心線から片側が各約９０゜）の範囲に形成されている。

また、蛍光体膜６はたとえばユーロピウム付活ハロリン酸バリウム・カルシウム・ストロンチウム（青色蛍光体）、セリウム・テルビウム付活リン酸ランタン（緑色蛍光体）、ユーロピウム付活酸化イットリウム（赤色蛍光体）の三種の蛍光体の微粉末を混合塗布して形成されたものからなる。

７Ａはピン端子７５，…を備えたＧ１０ｑ形の口金で、曲成したバルブ１の両端封着部１１，１１を橋絡して固定されている。

このバルブ１内には液状や合金化した水銀およびクリプトン（Ｋｒ）が分圧比で５０％、残部アルゴン（Ａｒ）からなる希ガスが２５０〜３６０Ｐａ（パスカル）封入されている。

このような構成の環形蛍光ランプＬ１は口金７Ａを点灯回路装置に接続して、口金７Ａ、リード線２２、２２を介し電極２３、２３に通電して点灯すると、ランプＬ１は環状をなすバルブ１の全周面から光放射をする。

本実施形態では、放電媒体として分圧比５０％のクリプトン（Ｋｒ）が封入されているので、ランプの消費電力がバルブ管外径を２７ｍｍに細径化したことと相俟って消費電力が２６Ｗとなって基準ランプであるＦＣＬ３０の定格消費電力３０Ｗに対して約８７％となり、１３％の消費電力化が可能となる。このように消費電力が低下したことにより、全光束も低下することになるが、光反射膜４の効果によって直下照度は基準ランプであるＦＣＬ３０の直下照度を確保してすることが可能となる。

このように、ガス種をクリプトン（Ｋｒ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスとして所定の分圧比で封入するとともに管径を若干細径化することによって消費電力が低下し、ランプの全光束も略比例して低下していくが、可視光の一部を透過する光反射膜が所定の開き角度で形成されているので上方の照明効果を著しく損なうことなく、従来の蛍光ランプと同等の直下照度を確保してすることが可能となる。

この蛍光ランプＬ１からのバルブを横断した外周面からの光放射は均等ではなく、環形バルブ１の周方向１８０度以上の範囲に光反射率の高い第一の反射膜（厚膜部）４１および第二の反射膜（薄膜部）４２を有する光反射膜４が、残部に光反射膜４を形成していない光反射率が低く光透過率が高い開口部（光反射膜非形成部）５を略正対させているので、バルブ軸方向に沿う下方側の開口部（光反射膜非形成部）５から放射される光強度（光量）は、バルブ１内の反射膜４１，４２で反射され開口部（光反射膜非形成部）５に向かった分も加わり強く（多く）、すなわち明るい。

また、上記半透明の光反射膜４を形成した第一の反射膜（厚膜部）４１および第二の反射膜（薄膜部）４２を透過して上方側や側方側からも光が放射される。

これら半透明の光反射膜４は、光反射率が高く光透過率が低くなり、厚膜とした第一の反射膜（厚膜部）４１からの放射光量は開口部（光反射膜非形成部）５に比べて非常に弱く、また、この第一の反射膜（厚膜部）４１と連接した第二の反射膜（薄膜部）４２は第一の反射膜（厚膜部）４１に対し薄膜とし、しかも膜厚を徐々に薄く変化させているので第一の反射膜（厚膜部）４１よりも光量が多いとともに連続的に徐々に変化した放射光量を生じさせることができる。

すなわち、第一の反射膜（厚膜部）４１と開口部（光反射膜非形成部）５との間に形成された第二の反射膜（薄膜部）４２は、放射光量が第一の反射膜（厚膜部）４１と開口部（光反射膜非形成部）５との間を結ぶ勾配をもつ両者間の明暗差を緩衝して光量や輝度を連続的に徐々に変化した放射光を発生させることができる。

本発明の環形蛍光ランプの実施の形態を示す正面図である。 図（ａ）は図１中の矢視Ａ−Ａ線に沿ってバルブを切断した端面を拡大して示す横断面図、図（ｂ）は本発明の他の蛍光ランプのバルブを切断した端面を拡大して示す横断面図である。

符号の説明

Ｌ１：蛍光ランプ、１：ガラス管バルブ、２３：電極（フィラメント）、３：保護膜、４：光反射膜、５：開口部、６：蛍光体膜、７Ａ：口金

Claims (4)

1. 断面が略円筒状のガラス管バルブと；
   このバルブの両端部に封装された放電電極と；
   上記バルブ内に封入された分圧比３０〜９０％のクリプトン（Ｋｒ）またはネオン（Ｎｅ）のうち少なくとも一種および残部アルゴン（Ａｒ）からなる希ガスならびに水銀からなる放電媒体と；
   上記バルブの管中心から所定の開き角度範囲の内表面に可視光の一部を透過する光反射膜と；
   この光反射膜の内表面側に形成された蛍光体膜と；
   を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
2. バルブの外形寸法がＪＩＳで定める基準ランプの寸法と略同等であって定格電力が前記基準ランプと比較して１０％以上低下しているとともに光反射膜が形成されていない前記基準ランプを定格電力で点灯したときと同等の直下照度が得られるような配光分布で点灯することを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 前記基準ランプが定格電力４０Ｗ以下の環形または直管形の蛍光ランプである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. 器具本体と；
   この器具本体に取付けられた請求項１ないし３のいずれか一記載の蛍光ランプと；
   この蛍光ランプに電力を供給する器具本体に点灯回路装置と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

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