JP2007066652A - 蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプ出力光のちらつきを防止できる蛍光ランプを提供する。
【解決手段】 内面に蛍光体(11)が塗布されたガラスバルブ(12)と、ガラスバルブ(12)を封止するステム(13)と、ステム(13)に突設された一対の導入線(14,14)と、一対の導入線(14,14)間に架設されたフィラメントコイル(15)と、フィラメントコイル(15)に保持された電子放出物質とを含み、ガラスバルブ(12)内には希ガス及び水銀が封入されており、フィラメントコイル(15)はトリプルコイルであり、フィラメントコイル(15)の二次巻コイルの巻回ピッチをＰ（μｍ）とし、フィラメントコイル(15)の二次巻コイルによって形成される円筒空洞の直径をＤ（μｍ）としたときに、Ｐ＞２４００００／（Ｄ−１９５）＋９２０の関係を満たす蛍光ランプ(10)とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トリプルコイルを用いた蛍光ランプに関する。

従来、スタータ形蛍光ランプの電極を構成するフィラメントコイルには、例えば図４に示すようなダブルコイルが使用されてきた。図４に示すダブルコイル１００は、例えばタングステン線等のワイヤから形成されており、このワイヤを巻回させた一次巻コイル１００ａと、この一次巻コイル１００ａを巻回させた二次巻コイル１００ｂとからなる。

ところが、上述したダブルコイル１００では電子放出物質の保持力が弱いため、蛍光ランプに振動が加わると、電子放出物質が脱落してしまう課題があった。

上記課題を解決するために、ダブルコイルの代りに図５Ａに示すようなトリプルコイルをフィラメントコイルとして使用した蛍光ランプが、例えば特許文献１等に提案されている。図５Ａに示すトリプルコイル２００は、図５ＡのＸ部の拡大図である図５Ｂに示すように、タングステン線等のワイヤから形成された主線２０１と、同じくタングステン線等のワイヤから形成された、主線２０１より細い副線２０２とを含む。この副線２０２は、主線２０１を巻回している。また、トリプルコイル２００は、前記主線２０１を巻回させた一次巻コイル２０１ａ（図５Ａ参照）と、一次巻コイル２０１ａを巻回させた二次巻コイル２０１ｂ（図５Ａ参照）と、副線２０２により形成されたコイル２０２ａ（図５Ｂ参照）とからなる。トリプルコイル２００では、より細い副線２０２に囲み込まれるように電子放出物質（図示せず）が付着するので、電子放出物質の脱落を低減できる。

他方、従来のスタータ形蛍光ランプでは、ランプ出力光がちらつくという課題があった。以下に、ランプ出力光のちらつきが発生する原因について説明する。蛍光ランプを点灯させるためには、まず電極を予熱して電子放出物質から熱電子を放出させる。このとき、一対の電極間に所定の電圧が印加され、陰極側の熱電子が反対側の電極（陽極）方向に加速されて放電が開始される。これによりガラスバルブ内の水銀原子が励起されて波長２５４ｎｍの紫外線が放射され、この紫外線が蛍光体を励起して可視光線（ランプ出力光）が放射される。

商用周波数で蛍光ランプを交流点灯させる際、上記放電過程における電極近傍では、陰極サイクル時には電極から電子が放射され、陽極サイクル時には電極に電子が入射されるが、その陽極サイクル時において、いわゆる陽極振動が発生する。

以下、上記陽極振動について説明する。陽極サイクル時において、電子は陽極降下電圧により加速され、大きなエネルギーを持って陽極表面に到達する。そして電極付近の水銀原子に衝突し、過剰の電離を引き起こす。その結果として陽極付近は電子密度が増大し、陽極降下電圧が一時的にゼロになるが、その後電子が徐々に拡散して電子密度が低下する。この電子密度が所定のレベルまで低下すると再び陽極降下電圧が発生し、電子が加速されて電子密度が増大する。このサイクルを「陽極振動」といい、数ｋＨｚの周期でこの振動が繰り返される。

上記陽極振動が安定して発生している状態では、ランプ出力光は比較的安定した状態で蛍光ランプから放射される。ところが、フィラメントコイルに被着させた電子放出物質が点灯により消耗すると、陽極サイクル時の電極において、電子の流入する部位が広がるため、電流密度が不規則に変化する。その結果、陽極振動が不規則に発生と消滅とを繰り返すこととなり、ランプ出力光にちらつきが発生するようになる。
特開２００２-５６８０５号公報

フィラメントコイルとしてトリプルコイルを使用することにより、電子放出物質の脱落を防止することはできるが、上述したランプ出力光のちらつきについては解決できていなかった。本発明は、上記課題を解決するために、ランプ出力光のちらつきを防止できる蛍光ランプを提供する。

本発明の蛍光ランプは、内面に蛍光体が塗布されたガラスバルブと、前記ガラスバルブの両端を封止する一対のステムと、前記各ステムに突設された各一対の導入線と、それぞれの前記一対の導入線間に架設された一対のフィラメントコイルと、前記各フィラメントコイルに保持された電子放出物質とを含む蛍光ランプであって、
前記ガラスバルブ内には、希ガス及び水銀が封入されており、
前記各フィラメントコイルは、主線と前記主線を巻回する副線とを含み、かつ前記主線を巻回させた一次巻コイルと、前記一次巻コイルを巻回させた二次巻コイルと、前記副線により形成されたコイルとからなるトリプルコイルであり、
前記二次巻コイルの巻回ピッチをＰ（μｍ）とし、前記二次巻コイルによって形成される円筒空洞の直径をＤ（μｍ）としたときに、Ｐ＞２４００００／（Ｄ−１９５）＋９２０の関係を満たすことを特徴とする。

本発明の蛍光ランプによれば、ランプ出力光のちらつきを防止することができる。

本発明の蛍光ランプは、例えばJIS C 7617-2やJIS C 7618-2で規定された蛍光ランプとして使用できるが、以下に示す実施形態では、JIS C 7617-2に規定された直管型の蛍光ランプに適用した例について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る蛍光ランプの一部断面図である。なお、図１では蛍光ランプの一方の端部のみを示しており、他方の端部はこれと同様であるためその説明を省略する。また、図１では、説明を分かりやすくするためハッチングを付していない。

図１に示すように、蛍光ランプ１０は、内面に蛍光体１１が塗布されたガラスバルブ１２と、ガラスバルブ１２の端部を封止するステム１３と、ステム１３に突設された一対の導入線１４，１４と、一対の導入線１４，１４間に架設されたフィラメントコイル１５と、ステム１３におけるフィラメントコイル１５側とは反対側の端部に固定された口金１６と、口金１６に固定され、かつ一対の導入線１４，１４のそれぞれに電気的に接続する一対の口金ピン１７，１７とを含む。

フィラメントコイル１５は、上述した図５Ａに示すようなトリプルコイルである。また、フィラメントコイル１５の表面の一部には、図示しない電子放出物質が付着している。この電子放出物質としては、例えば酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム等を主成分として含むものが使用できる。なお、電子放出物質の付着量は、一本のフィラメントコイル１５に対し、例えば４〜６ｍｇ程度である。

また、フィラメントコイル１５は、図５Ａに示す二次巻コイル２０１ｂの巻回ピッチＰ（μｍ）と、二次巻コイル２０１ｂによって形成される円筒空洞の直径Ｄ（μｍ）との関係が、Ｐ＞２４００００／（Ｄ−１９５）＋９２０（以下、「式１」という。）を満たしている。これにより、フィラメントコイル１５の形状が最適化され、ランプ出力光のちらつきを防止できる。式１の根拠となる実験データについては後述する。なお、副線２０２により形成されたコイル２０２ａの巻回ピッチは、例えば３０〜２００μｍ程度であればよい。

また、フィラメントコイル１５は、主線２０１の直径ＤＷ（図５Ｂ参照）が５０〜５５μｍであることが好ましい。直径ＤＷが５０μｍ未満では、主線２０１が細すぎるため表面温度が高くなりすぎて、電子放出物質が蒸発するおそれがある。一方、直径ＤＷが５５μｍを超える場合は、主線２０１が太すぎるため電子放出物質が機能するのに充分な表面温度が得られず、電子放出物質が熱電子を放出できなくなるおそれがある。なお、副線２０２の直径は、例えば１５〜４５μｍ程度であればよい。

また、フィラメントコイル１５は、二次巻コイル２０１ｂ（図５Ａ参照）の巻回数が５〜６回であることが好ましい。巻回数が４回以下では、二次巻コイル２０１ｂの形が崩れる可能性がある。一方、巻回数が７回以上では、二次巻コイル２０１ｂの巻回ピッチＰ（図５Ａ参照）が大きく取れないため、式１を満たすことが困難となる可能性がある。

ガラスバルブ１２の構成材料には、例えばソーダガラス等が使用できる。ガラスバルブ１２の容積は、例えば３００〜４００ｃｍ³程度である。また、ガラスバルブ１２内には、希ガス及び水銀が封入されている。希ガスとしては、ネオンガス、アルゴンガス等が使用できる。また、これらの希ガスを複数種含む混合ガスを使用することもできる。水銀の封入量は、例えば数ｍｇ程度である。蛍光体１１としては、例えば希土類蛍光体を使用することができる。通常、蛍光体１１とガラスバルブ１２との間には、アルミナやシリカなどを主成分とする保護膜（図示せず）が形成されている。ステム１３の構成材料には、例えば鉛ガラス等が使用できる。

また、ガラスバルブ１２に封入された希ガスのガス圧は、２８０Ｐａを超え３９０Ｐａ以下であることが好ましく、２９０〜３４０Ｐａであることがより好ましい。ガス圧が２８０Ｐａ以下の場合は、ガラスバルブ１２内に移動縞が発生したり、調光不良となったりするおそれがある。一方、ガス圧が３９０Ｐａを超える場合は、低温でグロースタータが不要な再動作を繰り返すおそれがある。

次に、式１の根拠となる実験データについて説明する。まず、フィラメントコイル１５の二次巻コイル２０１ｂの巻回ピッチＰ（図５Ａ参照）と、二次巻コイル２０１ｂによって形成される円筒空洞の直径Ｄ（図５Ａ参照）とを種々の条件に設定して、図１に示すような蛍光ランプを複数個作製した。そして、これらの蛍光ランプを点灯させたときにランプ出力光のちらつきが発生しなかった条件を「○」とし、ランプ出力光のちらつきが発生した条件を「×」として図２にプロットした。その結果、図２の曲線Ｃを境界線として、「○」の条件と「×」の条件とが分布したグラフが得られた。この曲線Ｃは、Ｐ＝２４００００／（Ｄ−１９５）＋９２０で近似できるため、式１、即ちＰ＞２４００００／（Ｄ−１９５）＋９２０の関係を満たす場合に、ランプ出力光のちらつきを防止できることが分かった。これは、式１の関係を満たすと陽極サイクル時の電極において電子の流入点が一定するため、陽極振動が安定して発生し、その結果、ランプ出力光のちらつきを防止できたものと考えられる。

次に、本発明の蛍光ランプを作動させる方法について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る蛍光ランプ１０を作動させるための電気接続図の一例である。

図３では、商用周波数の交流電源２０と、スイッチ２１と、安定器２２と、蛍光ランプ１０とが直列接続されている。更に、グロースタータ２３が蛍光ランプ１０に接続されている。蛍光ランプ１０を作動させる際は、まずスイッチ２１を閉じる。これにより、蛍光ランプ１０とグロースタータ２３とに電圧がかかり、グロースタータ２３内で放電が発生し、その熱でグロースタータ２３に内蔵されるバイメタルスイッチが閉じる。その結果、蛍光ランプ１０に大きな予熱電流が流れるため、蛍光ランプ１０の電極が加熱される。次いで、グロースタータ２３が冷えることによって上記バイメタルスイッチが開くと、安定器２２の誘導現象によって大きな電圧が蛍光ランプ１０の電極間にかかり、その内部に放電が発生して点灯する。なお、図３ではグロースタータ２３を使用したが、グロースタータ２３に代えて電子スタータを使用してもよい。また、本発明の蛍光ランプ１０を電子安定器に応用してもよい。

本発明の一実施形態に係る蛍光ランプの一部断面図である。 二次巻コイルの巻回ピッチと二次巻コイルによって形成される円筒空洞の直径との関係について、ランプ出力光のちらつきが発生しなかった条件とランプ出力光のちらつきが発生した条件とをプロットした図である。 本発明の一実施形態に係る蛍光ランプを作動させるための電気接続図の一例である。 ダブルコイルの一例を示す模式図である。 Ａはトリプルコイルの一例を示す模式図であり、ＢはＡのＸ部の拡大図である。

符号の説明

１０ 蛍光ランプ
１１ 蛍光体
１２ ガラスバルブ
１３ ステム
１４ 導入線
１５ フィラメントコイル
１６ 口金
１７ 口金ピン
２０ 交流電源
２１ スイッチ
２２ 安定器
２３ グロースタータ
２００ トリプルコイル
２０１ 主線
２０１ａ 一次巻コイル
２０１ｂ 二次巻コイル
２０２ 副線
２０２ａ 副線により形成されたコイル
Ｃ 曲線
Ｄ，ＤＷ 直径
Ｐ 巻回ピッチ

Claims (4)

1. 内面に蛍光体が塗布されたガラスバルブと、前記ガラスバルブの両端を封止する一対のステムと、前記各ステムに突設された各一対の導入線と、それぞれの前記一対の導入線間に架設された一対のフィラメントコイルと、前記各フィラメントコイルに保持された電子放出物質とを含む蛍光ランプであって、
   前記ガラスバルブ内には、希ガス及び水銀が封入されており、
   前記各フィラメントコイルは、主線と前記主線を巻回する副線とを含み、かつ前記主線を巻回させた一次巻コイルと、前記一次巻コイルを巻回させた二次巻コイルと、前記副線により形成されたコイルとからなるトリプルコイルであり、
   前記二次巻コイルの巻回ピッチをＰ（μｍ）とし、前記二次巻コイルによって形成される円筒空洞の直径をＤ（μｍ）としたときに、Ｐ＞２４００００／（Ｄ−１９５）＋９２０の関係を満たすことを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記主線の直径が、５０〜５５μｍである請求項１に記載の蛍光ランプ。
3. 前記二次巻コイルの巻回数が、５〜６回である請求項１に記載の蛍光ランプ。
4. 前記希ガスのガス圧が、２８０Ｐａを超え３９０Ｐａ以下である請求項１に記載の蛍光ランプ。
   
   

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