JP2007012460A - 蛍光ランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命期間に亘って水銀蒸気の拡散が迅速に行え、かつ適正な水銀蒸気圧を維持可能な放電路長の大きい蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを配設する照明器具を提供する。
【解決手段】蛍光ランプ１は、両端部２ａ，３ａにそれぞれ電極１２，１２が封装されて屈曲した放電路が形成された管外径が１２〜２０ｍｍ、放電路長が２０００ｍｍ以上の環形バルブ４と、環形バルブ４の内面側に形成された蛍光体層１４と、環形バルブ４内に封入された１０〜１５ｍｇの水銀１５および希ガスを含む放電媒体と、環形バルブ４の一端部が最冷部１６となるように環形バルブ４に設けられた最冷部形成手段３ｂとを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、環形バルブの両端部にそれぞれ電極を具備する蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを配設する照明器具に関する。

高出力蛍光ランプとして、放電路長（発光長）の大きい蛍光ランプが使用されている。この蛍光ランプは、放電路長が大きくなる分、放射される光量が大きくなる。そして、互いに環径の異なる複数のガラス管を相互に連結してひとつの放電路を形成している多重環蛍光ランプ、特に二重環蛍光ランプが用いられている。例えば、ガラス管（発光管）にアルゴン、クリプトンなどの希ガスおよび水銀が封入され、外側のガラス管の非電極側封止端部から、ガラス管内部に通じている突出した冷却管を設けている二重環蛍光ランプが提案されている（特許文献１参照。）。その冷却管は、ガラス管から離れているためガラス管の熱を受けにくく、かつ外気にさらされるために、冷却管の先端部が最冷部箇所となるので、水銀蒸気圧が適正になって、ランプ光束を最大値に保持できるというものである。
特開２０００−１４９８７５号公報（第３頁、第２図）

冷却管の先端部に最冷部箇所が形成される特許文献１の二重環蛍光ランプであっても、高周波点灯での発光効率が大きくなる細管のガラス管であって放電路長が大きい例えば放電路長が２０００ｍｍ以上の発光管を具備していると、始動直後、最冷部箇所から発光管内の全域への水銀蒸気の拡散に遅れやむらが発生することがある。すなわち、発光管内が適正な水銀蒸気圧に達するのに時間を要する結果、カタホリシス現象やストライエーション（移動縞）現象が発生することがあるという問題がある。特に、蛍光ランプの低温始動時に、当該現象が顕著に発生することがあった。

さらに、蛍光ランプは、累積点灯時間の経過とともに水銀が発光管の内面側に形成された蛍光体層に吸着され次第に減少していく。したがって、前記二重環蛍光ランプは、累積点灯時間の経過とともにカタホリシス現象やストライエーション現象が顕著に発生するとともに、その発生時間が長時間になることがあるという問題を有する。

本発明は、寿命期間に亘って水銀蒸気の拡散が迅速に行え、かつ適正な水銀蒸気圧を維持可能な放電路長の大きい蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを配設する照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の蛍光ランプの発明は、両端部にそれぞれ電極が封装されて屈曲した放電路が形成された管外径が１２〜２０ｍｍ、放電路長が２０００ｍｍ以上の環形バルブと；環形バルブの内面側に形成された蛍光体層と；環形バルブ内に封入された１０〜１５ｍｇの水銀および希ガスを含む放電媒体と；環形バルブの一端部が最冷部となるように環形バルブに設けられた最冷部形成手段と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

環形バルブは、放電路が環を形成していればよく、その形状は問わないが、その形状として例えば円形、楕円形または四角形状等の多角形状などが挙げられる。

管外径が２０ｍｍ以下であると、環形バルブ内の最冷部箇所から蒸発した水銀蒸気が拡散しにくくなるので、本発明の効果が顕著に現れる。また、管外形が１２ｍｍ未満のものは、水銀蒸気の拡散が極端に低下するとともに、ランプ効率が低下するので好ましくない。

そして、環形バルブの放電路長が２０００ｍｍ以上であると、点灯直後に最冷部箇所から供給される水銀蒸気が環形バルブの各所に拡散する距離が大きくなることにより、その各所への拡散時間が長くなって、環形バルブ内が所定の水銀蒸気圧になるのに長時間要することがある。この結果、点灯直後にカタホリシス現象やストライエーション現象が発生しやすくなる。特に、蛍光ランプが低温始動されると、水銀の蒸発が低くなるとともに水銀蒸気の拡散速度が遅くなって、さらにカタホリシス現象やストライエーション現象が発生しやすくなる。

放電路長の上限値は、特に限定されないが、蛍光ランプの始動電圧やランプ電圧を考慮すると、３０００ｍｍ程度とするのが好ましい。

「環形バルブの内面側に形成された蛍光体層」とは、蛍光体層が環形バルブの内面に直接形成されていてもよく、環形バルブの内面に形成された保護膜等の中間層上に間接的に形成されてもよいことを意味する。

水銀は、蛍光ランプが累積点灯されるにしたがい、蛍光体層に吸着される累計量が多くなって、環形バルブ内の水銀量が減少していく。そして、封入量が１０ｍｇを下回ると、最冷部箇所から蒸発して供給される水銀蒸気が少なくなり環形バルブ内が所定の水銀蒸気圧に達する時間が長くなって、カタホリシス現象やストライエーション現象が発生しやすくなる。また、封入量が１５ｍｇを超えると、環境に与える影響が大きい水銀が環形バルブ内に過剰に封入されることになるので、環境保全の観点から好ましくない。したがって、封入される水銀量は、１０〜１５ｍｇとする。

水銀蒸気は、蛍光ランプの点灯中、環形バルブの一端部に設けられた最冷部に凝集し、消灯後もその状態が保たれる。環形バルブ内に１０〜１５ｍｇの水銀が封入されていると、その分、最冷部に凝集する水銀量が多くなる。水銀量が多いと、環形バルブの空間に露出する水銀表面積が大きくなり、表面積が大きくなる分、水銀表面から蒸発する水銀蒸気が多くなる。そして、点灯直後、最冷部に凝集した水銀から多量の水銀蒸気が供給されるようになり、この水銀蒸気は、環形バルブ内に迅速に拡散していく。

「最冷部形成手段」とは、環形バルブ内の水銀蒸気圧を適正な蒸気圧にするために、環形バルブの一端部に最冷部を設けるものであり、例えば、環形バルブの端部の端面と電極あるいは放電路とを離間させるものである。

本発明によれば、管外径が１２〜２０ｍｍ、放電路長が２０００ｍｍ以上の環形バルブであっても、環形バルブ内に１０〜１５ｍｇの水銀が封入されるので、消灯時、環形バルブの一端部に設けられた最冷部に多量の水銀が凝集し、点灯直後、最冷部から多量の水銀蒸気が供給されるようになる。この結果、環形バルブ内が迅速に所定の水銀蒸気圧になり、点灯直後のカタホリシス現象やストライエーション現象の発生が抑制される。これらの現象は、封入される水銀量が１０〜１５ｍｇと多いので、蛍光ランプの寿命期間に亘って抑制される。

そして、環形バルブの一端部が最冷部になるので、蛍光ランプの寿命期間に亘り、環形バルブ内の水銀蒸気圧が適正に維持され、環形バルブから所定の光束が放射される。

請求項２に記載の蛍光ランプの発明は、請求項１記載の蛍光ランプにおいて、環形バルブは、互いに環の大きさの異なる内側バルブおよび外側バルブの端部側同士が連結管により連結され、この連結側の一端部が最冷部となることを特徴とする。

連結管は、放電路となっているので、端部の端面と連結管とを所定距離で離間させることにより、端部の端面側での放電路からの熱影響を小さくして、端部の端面側に最冷部を生じさせることができる。

本発明によれば、環形バルブの連結側の一端部が最冷部となっていて、不点時に最冷部に多量の水銀が凝集しているとともに、連結管が放電路の途中に存在しているので、点灯直後に、最冷部に凝集している水銀から蒸発した水銀蒸気の環形バルブの各所に拡散する距離が短くなる。これにより、点灯直後に迅速に環形バルブ内が所定の水銀蒸気圧となり、カタホリシス現象やストライエーション現象の発生がより抑制されるとともに、環形バルブから放射される光束の立ち上がりがより早くなる。

請求項３に記載の照明器具の発明は、請求項１または２記載の蛍光ランプと；この蛍光ランプを点灯させる点灯装置と；蛍光ランプおよび点灯装置を配設している照明器具本体と；を具備していることを特徴とする。

本発明によれば、請求項１または２記載の蛍光ランプを配設する照明器具が提供される。

請求項１の発明によれば、環形バルブの外管径が１２〜２０ｍｍ、放電路長が２０００ｍｍ以上の蛍光ランプであっても、寿命期間に亘って、点灯直後に最冷部から多量の水銀蒸気が供給されて環形バルブ内が迅速に所定の水銀蒸気圧となるので、寿命期間に亘り、点灯直後のカタホリシス現象やストライエーション現象の発生を抑制することができる。また、点灯時に、最冷部の温度により、環形バルブ内が適正な水銀蒸気圧に維持されるので、寿命期間に亘り、所定の光束を得ることができる。

請求項２の発明によれば、環形バルブの連結側の一端部が最冷部となるので、最冷部に凝集している水銀から供給される水銀蒸気が環形バルブの各所に拡散する拡散距離が短くなって、点灯直後に、より迅速に環形バルブ内を所定の水銀蒸気圧にすることができる。この結果、カタホリシス現象やストライエーション現象の発生をより抑制することができるとともに、光束の立ち上がりをより早くすることができる。

請求項３の発明によれば、請求項１または２記載の蛍光ランプが配設されるので、蛍光ランプの寿命期間に亘り、点灯直後のカタホリシス現象やストライエーション現象の発生が抑制される照明器具を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１ないし図３は、本発明の第１の実施形態を示し、図１は蛍光ランプの正面図、図２は端部側における概略正面断面図、図３はストライエーション現象の継続時間を示し、（ａ）は放電路長の相違による変化図、（ｂ）はペレットおよび純水銀の相違による変化図、（ｃ）は純水銀量による変化図である。

図１において、蛍光ランプ１は、互いに環の大きさが異なる相似形の四角形状に形成された内側バルブ２および外側バルブ３を連結して形成した環形バルブ４と、内側バルブ２の両端部２ａ，２ｂおよび外側バルブ３の両端部３ａ，３ｂに跨って設けられた口金５とを有して形成されている。内側バルブ２および外側バルブ３は、それぞれ管外径１２〜２０ｍｍ、肉厚０．８〜１．５ｍｍのソーダライムガラスからなり、それぞれ１本の直管形バルブを４箇所において略直角状に屈曲して形成されている。また、内側バルブ２および外側バルブ３は、平面状に配置されるように適宜の隙間を有して干渉用シリコン材６により複数箇所で固定されて一体化されている。

そして、図２に示すように、環形バルブ４の両端部である内側バルブ２および外側バルブ３のそれぞれの一端部２ａ，３ａは、それぞれマウント７が封装され、それぞれの他端部２ｂ，３ｂは、封止されている。そして、他端部２ｂ，３ｂ側同士は、連結管８により連結されている。

マウント７，７は、前記一端部２ａ，３ａにそれぞれ封装されたフレアステム９，９、フレアステム９，９に封着され環形バルブ４内を排気後に一端がチップオフされた排気管１０，１０、フレアステム９，９にそれぞれ封着されている一対のリード線１１，１１およびリード線１１，１１の先端に支持されている電極としてのフィラメント電極１２，１２を有して形成されている。

フィラメント電極１２，１２間には、連結管８を介して内側バルブ２および外側バルブ３の屈曲した放電路が形成されている。その放電路長は、２０００ｍｍ以上例えば２８００ｍｍとなっている。そして、フレアステム９，９は、フィラメント電極１２，１２と前記一端部２ａ，３ａの端面２ａａ，３ａａからの距離が３０〜４０ｍｍとなるようにしている。そして、リード線１１，１１は、口金５に設けられている接続ピン（図示しない。）に電気的に接続されている。

そして、内側バルブ２および外側バルブ３のそれぞれの内面には、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）微粒子からなる保護膜１３が形成され、保護膜１３上に三波長発光形の蛍光体層１４が形成されている。

また、環形バルブ４内には、放電媒体として、水銀としての純水銀１５およびアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）などの希ガスを単体または混合して封入している。純水銀１５は、１０〜１５ｍｇとなるように封入されている。

そして、連結管８は、内側バルブ２および外側バルブ３のそれぞれの他端側２ｂ，３ｂの端面２ｂｂ，３ｂｂからの距離が大きくなるように、例えば３０〜４０ｍｍとなるようにして設けられている。これにより、外側バルブ３の前記端面３ｂｂの内面側が最冷部１６となる。外側バルブ３の他端側３ｂは、最冷部形成手段を形成している。

連結管８が連結された外側バルブ３の他端側（連結側）３ｂの端面３ｂｂ側が最冷部１６となると、蛍光ランプ１の消灯時に最冷部１６に純水銀１５が凝集する。そして、最冷部１６は、フィラメント電極１２，１２間の放電路の略中間の付近に位置している。

次に、本発明の第１の実施形態の作用について述べる。

図３（ａ）は、放電路長が１２００ｍｍと２８００ｍｍのときの点灯直後に発生するストライエーション現象の継続時間の変化を示したものである。雰囲気温度は５℃、無風状態である。そして、環形バルブ４は、管外径１６．５ｍｍであり、放電媒体は、純水銀１５に代えて、Ｚｎ−Ｈｇアマルガムを球状のペレットにしたものが用いられている。ペレットは、水銀を約８ｍｇ含有している。その他、図１に示す蛍光ランプ１と同様に形成されている。

図３（ａ）に示すように、放電路長が１２００ｍｍの蛍光ランプは、点灯後、約３分でストライエーション現象が発生しなくなるのに対して、放電路長が２８００ｍｍの蛍光ランプは、点灯後、１５分間に亘ってストライエーション現象が発生することがあった。これは、最冷部１６からの水銀蒸気の環形バルブ４内の各所への拡散が遅く、環形バルブ４内が一定の水銀蒸気圧になるのに時間を要することによると推察される。

そして、図３（ｂ）は、放電媒体の水銀がペレットと純水銀１５のときの点灯直後に発生するストライエーション現象の継続時間の変化を示したものである。雰囲気温度は５℃、無風状態である。環形バルブ４は、管外径１６．５ｍｍであり、放電路長は、約２０００ｍｍである。その他、図１に示す蛍光ランプ１と同様に形成されている。

図３（ｂ）に示すように、ペレットを封入する蛍光ランプは、点灯後、１５分間に亘ってストライエーション現象が発生するのに対して、純水銀１５を封入する蛍光ランプは、点灯後、７分でストライエーション現象が発生しなくなった。これは、ペレットよりも純水銀１５から蒸発する水銀蒸気が多く、この水銀蒸気が環形バルブ４内の各所へ迅速に拡散していくことを示している。ペレットは、Ｚｎ−Ｈｇアマルガムであり、このアマルガムから環形バルブ４の内部空間に純水銀１５と同等の水銀蒸気が放出されていないと考えられる。あるいは、ペレットから蒸発した水銀蒸気が再びペレットに吸収される量が多く、ペレットから供給される水銀蒸気が純水銀１５よりも少ないと推察される。いずれにしても、ペレットよりも純水銀１５を用いることが有利であることが判った。

また、図３（ｃ）は、放電媒体の純水銀１５が７ｍｇと１２ｍｇのときの点灯直後に発生するストライエーション現象の継続時間の変化を示したものである。雰囲気温度は５℃、無風状態である。環形バルブ４は、管外径１６．５ｍｍであり、放電路長は、２８００ｍｍである。その他、図１に示す蛍光ランプ１と同様に形成されている。

図３（ｃ）に示すように、純水銀１５を７ｍｇ封入する蛍光ランプは、点灯後、１２分間に亘ってストライエーション現象が発生するのに対して、純水銀１５を１２ｍｇ封入する蛍光ランプは、点灯後、５分でストライエーション現象が発生しなくなった。これは、純水銀１５の封入量が多いと、その分、純水銀１５の表面積が広くなって純水銀１５から蒸発する水銀蒸気が多くなるためと考えられる。純水銀１５から供給される水銀蒸気が多くなると、拡散する水銀蒸気も多くなって環形バルブ４内の各所へ拡散していき、環形バルブ４内が早く所定の水銀蒸気圧になるものと推察される。すなわち、環形バルブ４内に封入する純水銀１５を多くすることが有利であることが判った。

図３（ａ）〜図３（ｃ）の結果を踏まえて、管外径が１２〜２０ｍｍ、放電路長が２０００ｍｍ以上、約３０００ｍｍ以下の環形バルブ４に、純水銀１５を１０〜１５ｍｇを封入するようにして蛍光ランプ１を形成すると、点灯直後のカタホリシス現象やストライエーション現象の発生が抑制されることが判った。

蛍光ランプ１の消灯時、連結管８が連結された他端側（連結側）３ｂの端面３ｂｂ側の最冷部１６に多くの純水銀１５が凝集する。この最冷部１６は、フィラメント電極１２，１２間の放電路の略中間の付近に位置している。

そして、環形バルブ４内に封入される純水銀１５が１０ｍｇ以上であると、蛍光ランプ１の点灯直後に、最冷部１６に凝集している純水銀１５から多量の水銀蒸気が蒸発し、この水銀蒸気は環形バルブ４内に拡散していく。最冷部１６となっている前記他端側３ｂは、放電路の略中間に位置するので、水銀蒸気の拡散距離は短く、水銀蒸気は、迅速に環形バルブ４の各所に拡散する。これにより、環形バルブ４内が迅速に所定の水銀蒸気圧になって、カタホリシス現象やストライエーション現象の発生時間が短縮化されるようになる。すなわち、純水銀１５から蒸発した水銀蒸気の拡散距離が短くなってより迅速に拡散することにより、カタホリシス現象やストライエーション現象の発生がより抑制される。また、環形バルブ４内に水銀蒸気が迅速に拡散することにより、環形バルブ４から放射される光束の立ち上がりがより早くなる。

また、純水銀１５が１０ｍｇ以上封入されていると、蛍光ランプ１が点灯されるにしたがい純水銀１５が蛍光体層１４に吸着されても、蛍光ランプ１の寿命（１５０００時間）期間に亘って、環形バルブ４内に前記現象を抑制することのできる純水銀量が残存するものである。そして、封入される純水銀１５を１５ｍｇ以下とすることにより、蛍光ランプ１の寿命期間（１５０００時間）後に残存する純水銀量は過剰とならないものである。

そして、蛍光ランプ１の点灯時、環形バルブ４内の過剰な水銀蒸気は、放電路長の大きい環形バルブ４内を最冷部１６に向かって移動する。そして、時間の経過とともに環形バルブ４内の過剰な水銀蒸気が最冷部１６に集まって純水銀１５になる。これにより、環形バルブ４内は、蛍光ランプ１の寿命期間に亘って所定の水銀蒸気圧に維持されるようになり、環形バルブ４から一定の光束が放射されるようになる。

なお、内側バルブ２および外側バルブ３のそれぞれの一端部２ａ，３ａの端面２ａａ，３ａａの内側、さらに内側バルブ２および外側バルブ３のそれぞれの他端部３ａ，３ｂの端面２ｂｂ，３ｂｂの内側に、純水銀１５に代えて、それぞれペレットを配設しても、上述と同様な作用、効果が得られる。このとき、それぞれのペレットに含有される水銀量の合計は、環形バルブ４内に封入される純水銀１５と同等以上とする。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態を示す蛍光ランプの正面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

図４に示す蛍光ランプ１８は、１本の直管形バルブを屈曲して環形バルブ１９が形成されたものであり、環形バルブ１９の両端部１９ａ，１９ｂに跨って口金２０が配設されている。以下、図１に示す蛍光ランプ１と同様にして形成されている。フィラメント電極１２，１２に接続されているリード線１１，１１は、口金２０の接続ピン２１，２１に電気的に接続されている。最冷部１６は、環形バルブ１９の両端部１９ａ，１９ｂの端面または環形バルブ１９の放電路の中間（屈曲部）に形成される。

放電路長が２０００ｍｍ以上である一重環の環形バルブ１９であっても、最冷部１６に凝集している純水銀１５から水銀蒸気が供給され、この水銀蒸気が迅速に環形バルブ１９内に拡散するので、カタホリシス現象やストライエーション現象の発生が抑制される。また、最冷部１６の温度により、環形バルブ１９内の水銀蒸気圧が適正に維持されて、環形バルブ１９から所定の光束が放射される。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

図５は、本発明の第３の実施形態を示す照明器具の斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

図５に示す照明器具２２は、天井などの造営物に設置される直付け照明器具であり、照明器具本体２３が造営物に取り付けられている。照明器具本体２３は、反射板２４を配設しているとともに、この反射板２４に露出するようにして一対のランプホルダー２５，２５および一対のランプホルダー２６，２６、さらにランプソケット２７，２８を配設している。また、照明器具本体２３は、両側の内部に点灯装置２９，３０を配設している。

図１に示す蛍光ランプ１は、口金５がランプソケット２７に装着され、環形バルブ４がランプホルダー２５，２５に支持されることにより明器具本体２３に配設されている。また、蛍光ランプ３１は、同様に、ランプソケット２８、ランプホルダー２６，２６により照明器具本体２３に配設されている。蛍光ランプ３１は、蛍光ランプ１よりも放電路長が短く、環の大きさも小さいものである。蛍光ランプ１は、点灯装置２９により高周波点灯され、蛍光ランプ３１は、点灯装置３０により高周波点灯される。

蛍光ランプ１および蛍光ランプ３１は、寿命期間（１５０００時間）に亘り、点灯直後にカタホリシス現象やストライエーション現象の発生を抑制することができ、点灯時に所定の光束を放射することができる。

本発明の第１の実施形態を示す蛍光ランプの正面図。 同じく、端部側における概略正面断面図。 同じく、ストライエーション現象の継続時間を示し、（ａ）は放電路長の相違による変化図、（ｂ）はペレットおよび純水銀の相違による変化図、（ｃ）は純水銀量による変化図。 本発明の第２の実施形態を示す蛍光ランプの正面図。 本発明の第３の実施形態を示す照明器具の斜視図。

符号の説明

１，１８…蛍光ランプ
３ｂ…最冷部形成手段としてのバルブ端部
４，１９…環形バルブ
８…連結管
１４…蛍光体層
１５…水銀としての純水銀
２２…照明器具
２３…照明器具本体
２９，３０…点灯装置

Claims (3)

1. 両端部にそれぞれ電極が封装されて屈曲した放電路が形成された管外径が１２〜２０ｍｍ、放電路長が２０００ｍｍ以上の環形バルブと；
   環形バルブの内面側に形成された蛍光体層と；
   環形バルブ内に封入された１０〜１５ｍｇの水銀および希ガスを含む放電媒体と；
   環形バルブの一端部が最冷部となるように環形バルブに設けられた最冷部形成手段と；
   を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 環形バルブは、互いに環の大きさの異なる内側バルブおよび外側バルブの端部側同士が連結管により連結され、この連結側の一端部が最冷部となることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 請求項１または２記載の蛍光ランプと；
   この蛍光ランプを点灯させる点灯装置と；
   蛍光ランプおよび点灯装置を配設している照明器具本体と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

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