JP2014072113A - 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】
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、前記エミッタの熱放射率をΕ₁、前記エミッタに放射率の高い物質を添加したエミッタの放射率をΕ₂としたとき、１＜Ε₂／Ε₁＜１．６２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、エミッタの熱蒸発は減少せず、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に保持させるエミッタに放射率の大きい物質を添加することにより、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、タングステンコイルフィラメントに保持させるエミッタに、放射率の大きい物質を添加す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、エミッタの組成と放射率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、前記エミッタの放射率をΕ₁、前記エミッタに放射率の大きい物質を添加した後のエミッタの放射率をΕ₂としたとき、１＜Ε₂／Ε₁＜１．６２であることを特徴とするものである。

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放射率が、放射率の大きい物質を添加したことにより、ランプが点灯している時の温度領域において放射率が大きくなり、ランプが点灯している時、エミッタ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。

請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記エミッタに添加する放射率の大きい物質を非金属あるいは金属酸化物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、エミッタに添加する物質が非金属あるいは金属酸化物であるため、タングステンコイルフィラメントの抵抗値は変化せず、タングステンコイルフィラメントより発生するジュール熱も変化しないため、エミッタからの熱放射のみが高まり、エミッタの輝点温度を下げ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あるいは請求項２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３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、エミッタの組成と放射率に密接な関係があることを見出した。すなわち、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放射率をΕ₁、前記エミッタに放射率の大きい物質を添加したエミッタの放射率をΕ₂としたとき、
１＜Ε₂／Ε₁＜１．６２
を満足するようにエミッタに放射率の大きい物質を添加すれば、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熱放射による伝熱量を計算した結果、この範囲ではエミッタ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。本発明は、例えば図５に記載の寸法の３重コイルを用い、従来のエミッタに放射率の高い物質の酸化物であるＺｒＯ₂（二酸化ジルコン）を添加して、放射率をより大きくしたものである。

図２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。

従来例のエミッタの放射率Ε₁は０．６２であり、本実施形態のエミッタの放射率Ｅ₂は０．８５である。従って、Ε₂／Ε₁は１．３７となり、１＜Ε₂／Ε₁＜１．６２の範囲では、エミッタ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、Ε₂／Ε₁が１以下の範囲では、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。次に、Ε₂／Ε₁が１．６２以上の範囲を考える。従来例のエミッタの放射率Ε₁が０．６２であり、放射率Ε₂は原理的に１を超えることは有り得ないため、この場合Ε₂／Ε₁の最大値は１．６１〜１．６２の範囲となる。つまり、Ε₂／Ε₁は１．６２に近づくほど、熱放射が大きくなり、エミッタの輝点温度が下がり、エミッタの消耗速度も遅くなる。

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。本発明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 (3)

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、
   前記エミッタの熱放射率をΕ₁、前記エミッタに放射率の高い物質を添加したエミッタの放射率をΕ₂としたとき、１＜Ε₂／Ε₁＜１．６２であることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記エミッタに添加した放射率の高い物質は、非金属乃至金属酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
3. 請求項１乃至請求項２の何れか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。