JP2007012459A - 電球形蛍光ランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 外観寸法が１００Ｗ形の一般白熱電球と略同寸法でありながらランプ効率を損なうことなく光出力を確保した電球形蛍光ランプを提供する。
【解決手段】
電球形蛍光ランプ１０は、管内径が７．５〜９．０ｍｍ、放電路長が５００〜６００ｍｍであって、最大幅寸法が４０〜５５ｍｍ、頂部から封止端部までの高さ寸法が６５〜８０ｍｍの螺旋状発光管１１と、この発光管１１内に２００〜２５０ｍＡのランプ電流で放電を生起させてランプ消費電力が１６．５〜２０Ｗの範囲内で発光管を点灯させる点灯装置１３と、一方側に口金が他方側に前記発光管がそれぞれ取り付けられているとともに、前記点灯装置の電子部品を基板に実装して収容したカバー体１４とを具備している。このような構成の電球形蛍光ランプ１０は、外観寸法を大きくすることなく、一般白熱電球１００Ｗ形に相当する光出力を高いランプ効率で得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小形で光出力を改善した電球形蛍光ランプおよび照明器具に関する。

電球形蛍光ランプとして、螺旋発光管を使用しランプ効率の向上を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような電球形蛍光ランプは、小形、高効率、省電力、長寿命といった利点を備えているので、白熱電球に代わって広く普及している。実際に、一般白熱電球の４０Ｗ、６０Ｗ、１００Ｗに相当する光量を出力する電球形蛍光ランプが商品化されている。
特開２００３−２６３９７２号公報

一般白熱電球１００Ｗ形に相当する光量を出力する定格消費電力２０〜２５Ｗ相当の電球形蛍光ランプは、１００Ｗ形の一般白熱電球よりも外径寸法が大きかったことから一層の小形化が望まれていた。しかし、定格消費電力２０〜２５Ｗの電球形蛍光ランプは、一般白熱電球６０Ｗ形に相当する電球形蛍光ランプに比べて発光管温度が比較的高いので、発光管を支持するホルダや点灯装置も過度に温度上昇して熱劣化するという問題があり、小形化によってこれらの部品がさらに温度上昇するおそれがあるため、安易に小形化することが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、外観寸法が１００Ｗ形の一般白熱電球と略同寸法でありながらランプ効率を損なうことなく光出力を確保した電球形蛍光ランプを提供することを目的とする。

請求項１記載の電球形蛍光ランプは、管内径が７．５〜９．０ｍｍ、放電路長が５００〜６００ｍｍであって、最大幅寸法が４０〜５５ｍｍ、頂部から封止端部までの高さ寸法が６５〜８０ｍｍの螺旋状発光管と；この発光管内に２００〜２５０ｍＡのランプ電流で放電を生起させてランプ消費電力が１６．５〜２０Ｗの範囲内で発光管を点灯させる点灯装置と；一方側に口金が他方側に前記発光管がそれぞれ取り付けられているとともに、前記点灯装置の電子部品を基板に実装して収容したカバー体と；を具備していることを特徴とする。

本発明者らは、一般白熱電球１００Ｗ形に相当する電球形蛍光ランプを小形化するために発光管の形状、各寸法を種々変更して試作を行ない、ランプ効率、ランプ電圧および点灯時のカバー温度等を測定するとともに、発光管の製造コストが抑えられるかという観点も考慮しながら最適な発光管の構成を検討した。また、発光管は、１００Ｗ形一般白熱電球と同等の外観寸法を確保するために、最大幅寸法が４０〜５５ｍｍ、頂部から封止端部までの高さ寸法が６５〜８０ｍｍの範囲内に収まることを前提条件として試作設計を行った。その結果、ランプ消費電力が１６．５〜２０Ｗの範囲内で発光管を点灯させたときにランプ効率（全光束（ｌｍ）／発光管の消費電力（Ｗ））を損なわずに、カバー内が過度に温度上昇することなく発光管形状の小形化が可能であって、発光管の製造コストも抑えられる構造としては、発光管の管内径を７．５〜９．０ｍｍ、放電路長を５００〜６００ｍｍとした螺旋状発光管が最適であることを見出した。発光管の管内径が７．５ｍｍ未満の場合には、放電路長が長くなって発光管を上記寸法範囲内に収めることが困難である。一般に消費電力一定の条件ではランプ電流が低いと熱損失が抑えられてランプ効率は高くなるが、ランプ消費電力が１６．５〜２０Ｗの範囲内で点灯させる発光管の場合には、２００ｍＡ以上であればランプ効率はさほど低下しないので許容される。また、発光管の管内径が７．５ｍｍ未満の場合には、ランプ強度が低下して螺旋形状に加工することが困難である。また、発光管の管内径が７．５ｍｍ未満の場合には、蛍光体層への紫外線照射強度が高すぎて可視光変換効率が低下するので、総合的なランプ効率が低下することが分かった。さらに、発光管の管内径が７．５ｍｍ未満だと、ランプ電圧および始動電圧が上昇して点灯回路の回路部品の耐圧を必要として部品コストが向上するとともに、ランプ電圧が１００Ｖを超える場合には別途昇圧回路を付加する等、点灯回路が複雑になるおそれがある。また、ランプ電流が２５０ｍＡを超えると発光管の温度上昇が大きくなってカバー内の各部品の温度が許容範囲を超えるので不可である。さらに、発光管の管内径が９．０ｍｍを超えると放電路長が短くなってランプ電流が２５０ｍＡを超えるので、ランプ効率が低下してしまう。

なお、発光管の消費電力の最適範囲は１８〜２０Ｗであり、最大幅寸法の最適範囲は４０〜４５ｍｍ、高さ寸法の最適範囲は７０〜７５ｍｍである。

請求項１記載の電球形蛍光ランプによれば、外観寸法を大きくすることなく、カバー内の温度上昇を抑えて一般白熱電球１００Ｗ形に相当する光出力を高いランプ効率で得ることができる。

請求項２記載の電球形蛍光ランプは、請求項１記載の電球形蛍光ランプにおいて、発光管を電流密度３．５〜５．５ｍＡ／ｍｍ^２で放電することにある。

本発明者らは、さらに、ランプ電流密度と発光効率との関係を求める実験を行った。この実験では、螺旋発光管として管内径が８．０ｍｍで放電路長が５５０ｍｍのものを使用した。ランプ効率を最大発光効率の７０％以上を確保するには電流密度を５．５ｍＡ／ｍｍ^２以下に設定する必要がある。電流密度が５．５ｍＡ／ｍｍ^２よりも小さくなると発光効率は徐々に上昇するが、電流密度が３．５ｍＡ／ｍｍ^２よりも小さくなると光束立ち上がり特性が悪くなることが分かった。なお、電流密度を３．５〜５．５ｍＡ／ｍｍ^２の範囲にすることでランプ電圧を１００Ｖ以下に低く抑えることができる。

従って、ランプ効率を損なわずに１００Ｗ形の一般白熱電球相当の明るさを充分に確保でき、しかも、光束立ち上がり特性を良好にするには、発光管を電流密度３．５〜５．５ｍＡ／ｍｍ^２の範囲で放電する必要がある。

請求項３記載の電球形蛍光ランプは、請求項１または２記載の電球形蛍光ランプにおいて、カバー体に、発光管を包囲する透光性グローブを取り付け、口金を含む高さを１２５〜１３５ｍｍ、最大外径を６０〜７０ｍｍにしたことにある。

このようにすれば、グローブを取り付けても外観寸法を大きくすることなく、カバー内の温度上昇を確実に抑えて光出力の増大を図ることができる。

請求項４記載の電球形蛍光ランプは、請求項１ないし３いずれか一記載の電球形蛍光ランプにおいて、発光管の端部から突出し、先端部が口金付近まで延出し、その先端部にアマルガムを収容した細管を設けたものである。

このようにすれば、細管の先端部の温度は低くなり、純水銀に近い蒸気圧特性を有するアマルガムを使用しても管内の水銀蒸気圧を最適な状態に保つことができ、発光効率を高めることができる。

請求項５記載の照明器具は、請求項１ないし４のいずれか一記載の電球形蛍光ランプと、この蛍光ランプが装着された器具本体とを具備しているものである。

このような構成によれば、請求項１乃至４のいずれか１記載の発明の作用を有する電球形蛍光ランプを備えた照明器具を提供できる。

請求項１記載の電球形蛍光ランプによれば、外観寸法を大きくすることなく、カバー内の温度上昇を抑えて一般白熱電球１００Ｗ形に相当する光出力を高いランプ効率で得ることができる。

請求項２記載の電球形蛍光ランプによれば、さらに、ランプ効率を損なわずに１００Ｗ形の一般白熱電球相当の明るさを充分に確保でき、しかも、光束立ち上がり特性を良好にできる。

請求項３記載の電球形蛍光ランプによれば、グローブを取り付けても外観寸法を大きくすることなく、光出力の増大を図ることができる。

請求項４記載の電球形蛍光ランプによれば、さらに、管内の水銀蒸気圧を最適な状態に保つことができ、発光効率を高めることができる。

請求項５記載の照明器具によれば、請求項１ないし４いずれか一記載の発明の作用を有する電球形蛍光ランプを備えた照明器具を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１および図２は、本発明の実施形態である電球形蛍光ランプを示し、図１は一部を切り欠いて示す正面視の縦断面図、図２は側面視の一部縦断面図である。

図３は本発明の実施形態である照明器具を示し、天井面に設置された照明器具を概略的に示した断面図である。

１０は電球形蛍光ランプであり、発光管１１と、発光管を支持する仕切体１２と、発光管１１の点灯回路を構成し仕切体に支持される回路基板１３、仕切体１２に支持されるカバー部材１４、カバー部材に支持される口金１５、仕切体１２に支持され、発光管１１を覆うグローブ１６から構成されている。以下、発光管１１を上側、口金１５を下側として説明する。

発光管１１は、１本の直管状のガラス管の中央領域を頂部１１ａとして、一対の端部１１ｂ、１１ｃ方向に直線部分を多く残すことなく全てを螺旋状に形成する。

螺旋状をなす発光管１１の成形は、１本の直管状のガラス管を加熱溶融し、柔らかくした状態で略二等分するように屈曲し、さらに二等分したガラス管の中央領域を頂部１１ａとして、螺旋状に形成された溝を有する型に沿わせて巻き付けることにより形成する。

発光管１１は、透明な無鉛ガラスで管外径寸法が約９．４ｍｍ、管内径が約８．０ｍｍで構成されており、ガラス管の内面には、例えば３波長発光形の希土類酸化物蛍光体からなる蛍光体層が形成されている。この発光管１１の高さ寸法ｈ１は約７３ｍｍ、最大幅寸法ｄ１は約４３ｍｍで構成されている。

発光管１１の一対の端部１１ｂ、１１ｃは、各端部が直線上に対向し、かつ上下方向に延伸して位置するように形成されている。

また、発光管の各端部１１ｂ、１１ｃは、電極封止端部を構成するもので、フィラメント電極１１ｄ、１１ｄがステムシールによって封入されている。

各端部１１ｂ、１１ｃからは、一対のアウターワイヤが導出されており、後述する点灯回路の出力端子にそれぞれ接続されている。

さらに、発光管１１には、細管１１ｅが管内部と連通するように一方の端部１１ｃに封止されている。この細管１１ｅは、発光管１１を構成するガラスと同様の透明な無鉛ガラスで構成されており、内部に主アマルガム等を封入したもので、後述するカバー部材１４の内面形状に沿う形状に曲成して形成する。細管１１ｅの先端部には、例えば水銀比が１５％以上のアマルガム１０を収容している。

発光管１１内には、アルゴン（Ａｒ）単体またはアルゴン（Ａｒ）とネオン（Ｎｅ）との混合ガス等からなる放電媒体である希ガスを封入する。必要に応じてクリプトン（Ｋｒ）等の他の希ガスを封入してもかまわない。

仕切体１２は、略円盤状の浅い器の形状をなしたもので、アルミニウムのダイキャストで構成され、円盤の盤状面をなす上面に発光管１１の支持部となる一対の支持孔１２ａ、１２ａを貫通して形成する。仕切体１２は、アルミニウムのダイキャストで構成するため、アルミニウム層を合成樹脂にコーティングする工程を施すことなく金属層を形成することが可能である。

また円盤の下面には開口部１２ｂが空間部を形成し、さらに円盤の外周部に外面に露出するリング状の鍔状部１２ｄを外方の斜め上方に傾斜するように一体に形成する。

円盤をなす仕切体１２の外径Ｄ２は約５０ｍｍ、鍔状部１２ｄの高さ寸法は約７ｍｍに構成する。この高さ寸法を大きくして鍔状部が外面に露出する面積を広くした方が放熱効果がよい。

仕切体１２の一対の支持孔１２ａ、１２ａに、発光管の各端部１１ｂ、１１ｃの下端部を挿入し、支持孔と発光管各端部のそれぞれの外面周辺にシリコーン等の耐熱性の接着剤を塗布して固定する。これにより仕切体１２の盤状面となる上面に発光管１１が支持される。

この際、仕切体１２の盤状面となる上面がアルミニウムで構成されているため、この面が光の反射面となり、発光管１１から下方に向かって放射される光がアルミニウムの上面で上方に反射され、光ロスが発生しない。さらに、この上面に鏡面加工を施し、より反射性能を高めるようにしてもよい。

なお、発光管１１のリードワイヤーが仕切体１２の空間部内に導出され、後述する点灯回路の出力端子に接続される。

さらに細管１１ｅが仕切体１２の支持孔１２ａを貫通し、さらに後述する点灯回路の回路基板１３を貫通して、カバー部材１４の内面形状に沿い、かつ主アマルガムを封入した先端が口金１５内に挿入されるように配置される。

回路基板１３は、発光管１１の点灯回路を構成する回路部品１３ａを実装したもので、回路部品１３ａは、発光管１１をインバータ等を用いて高周波点灯する点灯回路を構成するための部品で、商用電源電圧を整流するダイオード、平滑用の電解コンデンサ、スイッチング素子としてのトランジスタまたは電界効果形トランジスタ、共振インダクタ兼用のバラスト巻線、共振用のコンデンサ、スイッチング制御用の部品等の電子部品で構成する。点灯回路は、例えば、高周波を発生するハーフブリッジ形のインバータ回路によって構成され、点灯時に発光管１１に対して２００〜２５０ｍＡの範囲内のランプ電流を通電する点灯制御を行う。

これらの回路部品１３ａは、直径が約４０ｍｍの円盤形状をなしたプリント基板から構成された回路基板１３の上下両面に実装され、比較的小さな部品が回路基板１３の上面に、また比較的大きな部品は下面に位置するようにして配置され、下面に配置された回路部品はカバー部材１４さらには一部の部品が口金１５の空間部１５ａ内に収納されるようにする。

上記のように回路部品１３ａを実装した回路基板１３は、仕切体１２下面の開口部１２ｂに、電気絶縁部材となるキャップ状の隔離体１３ｂを介して嵌合し、シリコーン等の耐熱性の接着剤で固定する。

この隔離体１３ｂは、図５に示すように浅いキャップ状をなし、ポリブチレンテレフタノール（ＰＢＴ）などの耐熱性でかつ電気絶縁性を有する合成樹脂で構成し、キャップの開口部に回路基板１３を嵌合してシリコーン等の耐熱性の接着剤で固定する。

このように一体化された隔離体１３ｂと回路基板１３の組立体を、仕切体１２の開口部１２ｂに仕切体１２と回路基板１３との間に隔離体１３ｂが介在するようにして固定する。

これにより、金属である仕切体１２と回路基板１３が隔離体１３ｂにより電気的に絶縁された状態で仕切体１２に支持される。同時に回路基板１３は仕切体１２と熱的にも絶縁された状態で支持される。

なお、隔離体１３ｂには一対の小孔が形成されており、発光管１１のリードワイヤーおよび細管１１ｅがこの小孔に挿通され回路基板１３の出力端子に接続されている。

カバー部材１４は、上下に開口部を有する略円錐形の円筒状をなし、ポリブチレンテレフタノール（ＰＢＴ）などの耐熱性合成樹脂で構成する。

カバー部材１４は、仕切体の鍔状部１２ｄの外面と略連続した上方に傾斜した外面を有し、一般の白熱電球のシルエットに近似した略連続した面を形成するようにする。

カバー部材１４の下方の他端開口部の外面に口金１５を嵌合して支持する。口金１５は、導電性の金属材料で構成し、商用電源に配線され接続されたソケットに、ねじ込み等の手段で電気的に接続されて取付けられもので、例えばＥ２６型の口金で構成し、内面に空間部１５ａを、外面に雄ねじ部１５ｂを形成する。口金１５と回路基板１３の入力端子とがリードワイヤーにより電気的に接続されている。

グローブ１６は、透明あるいは光拡散性を有する乳白色などで、ガラスあるいは合成樹脂により、一般白熱電球のガラス球と略同一形状の滑らかな曲面形状を有するように形成されている。

グローブ１６の下方の開口端部を、仕切体の鍔状部１２ｄ内面に形成した凹部内に嵌合し、シリコーン等の耐熱性の接着剤等により固定する。

上記のように構成された電球形蛍光ランプは、グローブの最大外径Ｄ１が約６５ｍｍ、ランプ全体の高さ寸法Ｈ１が約１３３ｍｍで、回路損失を含めたランプ電力が２３Ｗ以下で、かつ全光束が約１５００ルーメン（ｌｍ）以上のＥ２６の口金を有する小型高出力化した電球形蛍光ランプとして構成され、１００Ｗ相当の白熱電球と置き換えが可能で、各種の照明器具のソケットにねじ込まれ、点灯回路に電源が投入されて点灯する。

上記に構成された電球形蛍光ランプが点灯すると、発光管１１の温度が上昇し、グローブ内の空気を加熱させると共に、特に電極１１ｄ、１１ｄを有する各端部１１ｂ１１ｃ近傍の温度が上昇し、グローブ１６内の高温の空気と発光管１１の各端部１１ｂ、１１ｃからの熱の伝導及び放熱によって、仕切体１２が加熱され温度が上昇する。

しかし、本実施形態では、仕切体１２がアルミニウムの熱伝導性の良好な金属で、かつ外周部に外面に露出する高さ約７ｍｍのリング状の鍔状部１２ｄを一体に形成してある。

このため、温度が上昇した仕切体１２は、一体に形成した鍔状部１２ｄが外気との対流によって熱が奪われ、仕切体全体が冷却される。

この際、仕切体１２は鍔状部１２ｄを一体に形成してあるので、発光管からの熱の伝導ロスがなく効果的に放熱部である鍔状部１２ｄに伝達され外気によって冷却される。その結果、仕切体１２全体の温度が低下し、仕切体に支持された回路基板１３及び回路部品１３ａの温度上昇が抑制される。さらに、アルミニウムは熱の放射率が０．１以下と低いので、仕切体１２の裏面から空間部を介する回路基板１３側への熱放射も低く抑えられる。

この電球形蛍光ランプ１は、定格電力１００Ｗ相当の一般照明用電球ＪＩＳ Ｃ ７５０１に定義された外観形状に類似する外形で、口金５の底部からグローブ１６の頂部までの高さ寸法Ｈ1が１３０ｍｍ〜１３５ｍｍの範囲になっている。また、最大外径Ｄ１、すなわち、グローブ１６の最大外径Ｄ1が６０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲になっている。

上記寸法関係はＡ形の構成に最適であるが、グローブ形状が球形状のＧ形の場合には、高さ寸法Ｈ1を１２５ｍｍ〜１３０ｍｍ、最大外径Ｄ１を９０ｍｍ〜１００ｍｍにするのが好ましい。

螺旋状の発光管１１は、管内径が７．５〜９．０ｍｍの範囲で、電極間の放電路長が５

００〜６００ｍｍの範囲になっている。これにより、発光管１１を点灯制御する点灯回路への熱的影響を抑制して回路部品１３ａの信頼性を高めることができ、小形で高効率な１００Ｗ相当の一般照明用電球に相当する電球形蛍光ランプ１０が構成される。

次に、上記のように構成された電球形蛍光ランプを光源とした照明器具の構成を説明する。図３に示すように、２０は店舗等の天井面Ｘに設置されたダウンライト式の照明器具で、下面に開口部２１ａを有する金属製の箱状をなした本体ケース２１と、開口部２１ａに嵌合される金属製の反射体２２で構成されている。

反射体２２は、例えばステンレス等の金属板で構成し、下面周囲に飾り枠２２ａ一体に形成されている。反射体２２の上面板の中央部には、電球形蛍光ランプの口金をねじ込むソケット２３を配設する。

このソケット２３に、上述した電球形蛍光ランプ１０の口金１５をねじ込む。これにより螺旋状をなす発光管１１を有する電球形蛍光ランプ１０が設置されたダウンライト式照明器具が構成される。

このように構成された照明器具は、光源となる電球形蛍光ランプの配光が一般白熱電球の配光に近似することで、照明器具内に配置されたソケット近傍の反射体への光の照射量が充分に確保され、反射体の光学設計とおりの器具特性を得ることができる。

本発明の実施形態である電球形蛍光ランプの縦断面図。 図１の一部切欠き縦断面図。 本発明の実施形態である天井面に設置された照明器具を概略的に示した断面図。

符号の説明

１０…電球形蛍光ランプ、１１…発光管、１３…回路基板、１４…カバー、１５…口金、１６…グローブ。

Claims (5)

1. 管内径が７．５〜９．０ｍｍ、放電路長が５００〜６００ｍｍであって、最大幅寸法が４０〜５５ｍｍ、頂部から封止端部までの高さ寸法が６５〜８０ｍｍの螺旋状発光管と；
   この発光管内に２００〜２５０ｍＡのランプ電流で放電を生起させてランプ消費電力が１６．５〜２０Ｗの範囲内で発光管を点灯させる点灯装置と；
   一方側に口金が他方側に前記発光管がそれぞれ取り付けられているとともに、前記点灯装置の電子部品を基板に実装して収容したカバー体と；
   を具備していることを特徴とする電球形蛍光ランプ。
2. 点灯装置は、発光管をランプ電流密度３．５〜５．５ｍＡ／ｍｍ^２で放電することを特徴とする請求項１記載の電球形蛍光ランプ。
3. カバー体に、発光管を包囲する透光性グローブを取り付け、口金を含む高さが１２５〜１３５ｍｍで、最大外径が６０〜７０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の電球形蛍光ランプ。
4. 発光管の端部から突出し、先端部が口金付近まで延出し、その先端部にアマルガムを収容した細管を設け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電球形蛍光ランプ。
5. 請求項１ないし４いずれか一記載の電球形蛍光ランプと；
   この蛍光ランプが装着された器具本体と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

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