JP2014072112A - 蛍光ランプ及びこの蛍光ランプを用いた点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来のタングステンコイルフィラメントとエミッタの構造を見直すことにより、点灯時間の経過とともに消耗するエミッタの消耗速度を抑制し、極めて点灯寿命の長い蛍光ランプを提供する。
【解決手段】
ガラスバルブの内面に蛍光体層を設けるとともに、内部に水銀あるいは水銀化合物と希ガスを封入し、前記ガラスバルブの両端部に電子放射性物質であるエミッタを保持したタングステンコイルフィラメントがインナーリード線に支持されている電極を具備した蛍光ランプにおいて、前記エミッタを保持したタングステンコイルフィラメントは、エミッタが保持されている部分において、タングステンが表面に露出している面積をＳｔ（ｍｍ²）、前記エミッタが表面に露出している面積をＳｅ（ｍｍ²）としたとき、０．８５≦Ｓｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）≦１の関係を満たす電極構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、点灯寿命の極めて長い電極を具備した蛍光ランプに関するものである。

一般に蛍光ランプの点灯寿命は、タングステンコイルフィラメントに保持される電子放射性物質（エミッタ）の量に比例して長いことが知られている。このエミッタには、アルカリ土類金属の複合酸化物（ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ）が多く用いられる。エミッタは、ランプが点灯している時に剥離・脱落、及び熱蒸発して点灯時間の経過とともに消耗していき、ランプが点灯できなくなるまでエミッタが消耗してしまうと、ランプは点灯寿命となる。この蛍光ランプの点灯寿命を延長するため、エミッタの量を増加させる様々な多重コイルフィラメントが設計され用いられている。さらにランプの製造時の振動、運搬時の振動・衝撃などの外的要因によりエミッタが剥離・脱落することを防止し、寿命延長効果を得るため、多重コイルフィラメントのコイル重量をＭｃ（ｍｇ）とし、エミッタ重量をＭｅ（ｍｇ）として、Ｍｅ／Ｍｃの比を一定範囲内に収め、剥離・脱落を防止するフィラメントとエミッタの構成が開示されている（特許文献１）。

特開平１０−２５５７１８号公報

しかしながら、特許文献１ではこの多重コイルフィラメントのコイル重量Ｍｃ（ｍｇ）とエミッタ重量Ｍｅ（ｍｇ）の比、Ｍｅ／Ｍｃを一定範囲内に収めるフィラメントとエミッタの構成は、エミッタの剥離・脱落を減少することについては考慮されているが、エミッタの熱蒸発については、何等考慮されていない。つまり、Ｍｅ／Ｍｃの比を一定範囲に収めても、例えばエミッタがタングステンコイルフィラメントの内部に保持され、エミッタが保持されている部分において、エミッタが表面に露出せず、逆にタングステンの表面に露出する面積が著しく大きい場合は、この構成ではエミッタの熱蒸発を促進させ、結果的に点灯寿命が短くなる恐れがあった。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、その目的はタングステンコイルフィラメントとそこに保持させるエミッタの構造を見直すことにより、エミッタの熱蒸発を減少させ、エミッタの消耗速度を抑制させることで、点灯寿命の極めて長い蛍光ランプ及びこの蛍光ランプを用いた点灯装置を提供することにある。

本発明は、ガラスバルブの内面に蛍光体層を設けるとともに、内部に水銀あるいは水銀化合物と希ガスを封入し、前記ガラスバルブの両端部に電子放射性物質であるエミッタを保持したタングステンコイルフィラメントがインナーリード線に支持されている電極を具備した蛍光ランプにおいて、前記エミッタを保持したタングステンコイルフィラメントは、エミッタが保持されている部分において、タングステンが表面に露出している面積をＳｔ（ｍｍ²）、前記エミッタが表面に露出している面積をＳｅ（ｍｍ²）としたとき、０．８５≦Ｓｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）≦１であることを特徴とする。

点灯寿命の極めて長い蛍光ランプ及びこの蛍光ランプを用いた点灯装置を提供することができる。

本発明の実施の形態である蛍光ランプを示す正面及び部分断面図 本発明の実施の形態であるタングステンコイルフィラメントとエミッタを示す拡大斜視図 本発明の実施の形態であるタングステンコイルフィラメントを示す拡大斜視図 本発明の実施の形態である蛍光ランプのエミッタの蒸発速度とエミッタの輝点温度の関係を示す図 本発明の実施の形態と従来例の３重コイルの各部の名称と寸法を示す図

以下、本発明の実施の形態に係る蛍光ランプについて、図面を参照しながら説明する。

本発明者らは、タングステンコイルフィラメントに保持されるエミッタの消耗状況を詳しく調査し、そのエミッタの消耗メカニズムを解析したところ、エミッタの消耗速度は、エミッタを保持したタングステンコイルフィラメントのエミッタが保持されている部分において、タングステンが表面に露出している面積とエミッタが表面に露出している面積に密接な関係があることを見出した。

すなわち、点灯寿命の極めて長い蛍光ランプ及びこの蛍光ランプを用いた点灯装置を提供するという課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ガラスバルブの内面に蛍光体層を設けるとともに、内部に水銀あるいは水銀化合物と希ガスを封入し、前記ガラスバルブの両端部に電子放射性物質であるエミッタを保持したタングステンコイルフィラメントがインナーリード線に支持されている電極を具備した蛍光ランプにおいて、前記エミッタを保持したタングステンコイルフィラメントは、エミッタが保持されている部分において、タングステンが表面に露出している面積をＳｔ（ｍｍ²）、エミッタが表面に露出している面積をＳｔ（ｍｍ²）としたとき、０．８５≦Ｓｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）≦１であることを特徴とするとするものである。

請求項１に記載の発明によれば、一般に多く用いられているアルカリ土類金属の複合酸化物であるエミッタの熱放射率は、ランプが点灯している時の温度領域において、タングステンの熱放射率よりも著しく大きいため、ランプが点灯している時、エミッタを保持したタングステンフィラメントからの熱放射が高まり、エミッタの最大温度（輝点温度）を下げることが可能となり、エミッタの熱蒸発を減少できる。よって、従来よりも点灯寿命の極めて長い電極を具備する蛍光ランプの作成が可能となる。

より詳細には、請求項２に記載の発明では、請求項１において、タングステンコイルフィラメントを３重コイルにすることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、タングステンコイルフィラメントでエミッタを保持した状態で、エミッタが保持されている部分において、タングステンが表面に露出している面積は、２重コイルやスティックコイル等の他の構成の多重コイルフィラメントよりも容易に少なくすることができ、エミッタが表面に露出する面積を大きくすることが可能となる。

請求項３に記載の発明では、請求項１において、ガラスバルブの管径を１５〜３８ｍｍにすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、インナーリード線に支持されているタングステンコイルフィラメントの最大外形は、必然的にガラスバルブの管径よりも小さく作成するため、熱放射率が小さいタングステンを必要以上に大きくすることができないため、ランプが点灯している時、エミッタの輝点温度も必要以上に高くならず、エミッタの熱蒸発を減少させる最適な大きさのタングステンコイルフィラメントをもつ電極を具備する蛍光ランプの作成が可能となる。

請求項４に記載の発明では、請求項１において、点灯周波数を１０ｋＨｚ以上にすることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、例え点灯周波数が１０ｋＨｚ以上である電子回路方式の点灯回路で蛍光ランプが点灯され、ランプの点灯中にインナーリード線を介してフィラメントを加熱する電流が流れたとしても、エミッタが保持されたタングステンコイルフィラメントの熱放射率が大きいために、点灯中のエミッタの輝点温度を下げることが可能となり、エミッタの熱蒸発を減少できる。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３あるいは請求項４に記載の蛍光ランプを光源として用いた点灯装置であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、従来よりも点灯寿命の極めて長い蛍光ランプを光源として用いた点灯装置を提供することが可能となる。

図１は、本実施形態による高周波点灯専用形蛍光ランプの直管３２Ｗ（ＦＨＦ３２）を示す正面及び部分断面図である。ガラスバルブ１の内面には、蛍光体層２が設けられ、内部に水銀あるいは水銀化合物と希ガス（図示せず）が封入されている。ガラスバルブ１の両端部には、電子放射性物質であるエミッタ４を保持した３重コイルのタングステンコイルフィラメント３が２本のインナーリード線５で圧着され、リード線５間でタングステンコイルフィラメント３が支持されている電極６が設けられている。２本のインナーリード線５は２本の口金ピン７とカシメにより接続され、外部からタングステンコイルフィラメント３への給電は口金ピン７を介して行われる。ランプを点灯する時は、口金ピン７を介して、エミッタ４を保持したタングステンコイルフィラメント３に給電されるとともに、電極６間に放電を開始させる電圧が印加され、電極６間の気体放電により、蛍光ランプは点灯する。

本発明者らは、タングステンコイルフィラメントに保持されるエミッタの消耗状況を初期の状態から点灯時間の経過とともに消耗していく状態まで、順に詳しく調査し、エミッタの消耗メカニズムを解析したところ、エミッタの消耗速度は、エミッタを保持したタングステンコイルフィラメントのエミッタが保持されている部分において、タングステンが表面に露出している面積とエミッタが表面に露出している面積に密接な関係があることを見出した。すなわち、エミッタが保持されているタングステンコイルフィラメントの部分において、タングステンが表面に露出している面積をＳｔ（ｍｍ²）、エミッタが表面に露出している面積をＳｅ（ｍｍ²）としたとき、
０．８５≦Ｓｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）≦１
を満足するようにタングステンコイルフィラメントを設計し、エミッタを保持させてやれば、エミッタの熱蒸発が減少し、エミッタの消耗速度を抑制できることが分かったのである。

エミッタが保持されているタングステンコイルフィラメントの部分において、タングステンが表面に露出している面積とエミッタが表面に露出している面積を計算し、さらに実測した結果、この範囲ではタングステンコイルフィラメントからの熱放射による伝熱量が大きくなることで、エミッタの輝点温度が下がり、エミッタの熱蒸発が減少し、エミッタの消耗速度が遅くなることが判明した。具体例を以下に述べる。実施形態は、例えば図１に記載の寸法の３重コイルを用い、従来よりもタングステンコイルフィラメントのエミッタが保持されている部分において、エミッタが表面に露出している面積をより大きくしたものである。

図２は、エミッタが保持されている部分において、タングステンが表面に露出している状態とエミッタが表面に露出している状態を示している。

図２及び図３を参照しながら、本実施形態と従来例の３重コイルの各部の名称と寸法を図５に示す。

本実施形態の高周波点灯専用形蛍光ランプＦＨＦ３２は、ランプの点灯時間とタングステンコイルフィラメントに保持されているエミッタ質量変化の関係から、定格出力時（ランプ電流２５５ｍＡ時）で約６２，２００時間、高出力時（ランプ電流４２５ｍＡ時）で約４８，０００時間の平均寿命が得られた。一方、従来例の高周波点灯専用形蛍光ランプＦＨＦ３２は、定格出力時（ランプ電流２５５ｍＡ時）で約２４，７００時間、高出力時（ランプ電流４２５ｍＡ時）で約２４，５００時間の平均寿命であり、本実施形態はエミッタ重量が従来例とほぼ同等であるにも関わらず、本実施形態により著しく長寿命化が成されたことが分かる。

従来例の３重コイルのＳｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）の比は、０．８５未満の範囲にあり、従ってＳｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）が０．８５未満の範囲では、エミッタの熱蒸発は従来並となり、エミッタの消耗速度を抑制できず、長い点灯寿命をもつ電極を得ることができない。一方、Ｓｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）が０．８５以上の範囲では、熱放射率の大きいエミッタが、タングステンに比べて表面に露出する面積が増し、エミッタを保持したタングステンコイルフィラメントからの熱放射が大きくなり、エミッタの熱蒸発が減少し、エミッタの消耗速度が抑制され、長寿命化が実現可能となる。また、長寿命化を実現できるＳｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）の上限は、エミッタを保持している部分において、タングステンが表面に露出していない状態（つまり、Ｓｔ＝０の時）であり、この場合エミッタのみが表面に露出しているため、最もタングステンコイルフィラメントからの熱放射が大きくなり、最もエミッタの輝点温度が下がり、エミッタの消耗速度も最も遅くなる。

図４は本実施形態の高周波点灯専用形蛍光ランプＦＨＦ３２と従来例の高周波点灯専用形蛍光ランプＦＨＦ３２のエミッタの蒸発速度とエミッタの輝点温度の関係を示している。エミッタの蒸発速度は、エミッタの輝点温度に対して指数関数的に上昇する。本実施形態のエミッタの輝点温度は約９８９〜１０１０℃であり、この時のエミッタの蒸発速度は約２．５〜４．５μｇ／ｍｍ²・ｈであった。一方、従来例のエミッタの輝点温度は約１０１３〜１０３０℃であり、この時のエミッタの蒸発速度は約４．９〜７．８μｇ／ｍｍ²・ｈであった。

よって、本実施形態のエミッタの輝点温度は従来例よりも約３〜４１℃下がっており、またエミッタの蒸発速度は従来例の３２〜９２％と抑制されていることが分かる。

上記した本実施例によれば、エミッタの熱蒸発を減少させ、エミッタの消耗速度を抑制でき、点灯寿命の極めて長い電極を具備した蛍光ランプを得ることができる。

以上説明したように、点灯寿命の極めて長い電極を具備した蛍光ランプ及びこの蛍光ランプを光源として用いた点灯装置が得られるため、ランプ交換回数の低減による省力化、省メンテナンス効果によるコストの削減及び省資源化につながり、廃棄物削減による地球環境保護に貢献することができる。

１ … ガラスバルブ
２ … 蛍光体層
３ … タングステンコイルフィラメント
４ … エミッタ
５ … インナーリード線
６ … 電極
７ … 口金ピン

Claims (5)

1. ガラスバルブの内面に蛍光体層を設けるとともに、内部に水銀あるいは水銀化合物と希ガスを封入し、前記ガラスバルブの両端部に電子放射性物質であるエミッタを保持したタングステンコイルフィラメントがインナーリード線に支持されている電極を具備した蛍光ランプにおいて、
   前記エミッタを保持したタングステンコイルフィラメントは、エミッタが保持されている部分において、タングステンが表面に露出している面積をＳｔ（ｍｍ²）、前記エミッタが表面に露出している面積をＳｅ（ｍｍ²）としたとき、０．８５≦Ｓｅ／（Ｓｅ＋Ｓｔ）≦１であることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記タングステンコイルフィラメントを３重コイルとしたことを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
3. 前記ガラスバルブの管径を１５〜３８ｍｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
4. 点灯周波数を１０ｋＨｚ以上としたことを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の蛍光ランプを光源として用いたことを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。