JP2016004750A - 蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、定格寿命を充分に確保することができるとともに、環境負荷をも低減することができる蛍光ランプを提供する。
【解決手段】本発明の蛍光ランプ１は、ガラス管２と、前記ガラス管２の内面上に形成される蛍光体層７と、熱電子放射物質（エミッタ）が担持されたフィラメント１２を有する電極３と、を具備し、希ガスと水銀とを封入する蛍光ランプにおいて、前記ガラス管２が鉛フリーガラスで形成され、前記水銀の封入量が５ｍｇ未満であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光ランプに関する。

一般に、蛍光ランプはガラス管の内面に蛍光体層が形成され、希ガスと水銀とが封入されたガラス管内にはエミッタ（熱電子放射物質）が担持されたフィラメント（電極）が設けられている。蛍光ランプは、ガラス管内の水銀蒸気中での放電によって発生した紫外光が蛍光体層で可視光に変換される構成となっている。従来、蛍光ランプのガラス管の材料としては、加工性の容易なソーダライムガラス（ソーダガラス）等の軟質ガラスが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

ところで、このような従来の蛍光ランプでは、ガラス管を形成する軟質ガラスから析出するナトリウムが、封入した水銀を消費する。そのため、蛍光ランプの定格寿命を確保すべくガラス管内には、予め決めた寿命時間の間に、点灯状態を維持するために必要な水銀量以上の量の水銀が封入される。この水銀封入量は、市場流通品で多い場合には数十ｍｇに達するものもある。
水銀を消耗する現象は、同時に、ガラス管の着色につながり、蛍光ランプの明るさを低下せしめ、光束維持率の低下につながる。

特開２０１３−０３０３８６号公報 特開２０１３−１６１６１８号公報

しかしながら、水銀は環境負荷物質であるため、ガラス管内に封入する水銀量は、可能な限り少ない量に設定されることが望まれる。
近年、業界をあげて、水銀封入量の低減が進められており、特に欧州のＲｏＨＳ(Restriction of Hazardous Substances)指令では、封入量の上限値が毎年下げられており、これに追随する動向となっている。こうした動向の中で、現在、例えば、環形蛍光ランプのほとんどは封入水銀量が５ｍｇとなっているが、従来技術において寿命を延長するためには、より多くの水銀量を必要とすることになる。表現を変えると、蛍光ランプ内に封入する水銀量が少なすぎれば、蛍光ランプの定格寿命を確保することが困難になる。

そこで、本発明の課題は、定格寿命を充分に確保することができるとともに、環境負荷をも低減することができる蛍光ランプを提供することにある。

前記課題を解決した本発明の蛍光ランプは、ガラス管と、前記ガラス管の内面上に形成される蛍光体層と、熱電子放射物質が担持されたフィラメントを有する電極と、を具備し、希ガスと水銀とを封入する蛍光ランプにおいて、前記ガラス管が鉛フリーガラスで形成され、前記水銀の封入量が５ｍｇ未満であることを特徴とする。

本発明によれば、定格寿命を十分に確保することができるとともに、環境負荷をも低減することができる蛍光ランプを提供することができる。
また、本発明によれば、定格寿命が長くなることで、廃棄される蛍光ランプが少なくなるという環境負荷低減にもなる。

本発明の実施形態に係る蛍光ランプの斜視図であり、ガラス管の一部に切欠部を有する図である。 図１の蛍光ランプにおけるガラス管の部分断面図である。 図１の蛍光ランプにおける電極の側面図である。 図１の蛍光ランプの電極におけるエミッタ付きフィラメントの部分拡大図である。 図４のエミッタ付きフィラメントからエミッタを部分的に取り除いて示すフィラメントの構成説明図である。 本発明の実施例と比較例における蛍光ランプの光束維持率と点灯時間との関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る蛍光ランプ１の外観斜視図であり、ガラス管２の周壁の一部を切り欠いて、その内部の電極３の様子を示す図である。図２は、図１のガラス管２の部分断面図である。図３は、電極３の側面図である。
本実施形態に係る蛍光ランプ１は、後に詳しく説明するように、ガラス管２が鉛フリーガラスで形成され、このガラス管２内に封入される水銀量が５ｍｇ未満であることを主な特徴とする。

まず、家電品としての照明器具に使用される環形蛍光ランプを例にとって本実施形態に係る蛍光ランプ１の全体構成について説明する。
図１に示すように、蛍光ランプ１は、環状に湾曲させたガラス管２の両端が口金４で繋げられている。口金４には、口金ピン５が設けられている。この口金ピン５は、次に説明する電極３と電気的に接続されている。また、口金ピン５は、図示しない照明器具のプラグに対して嵌脱自在に電気的接続が可能となっている。

ガラス管２は、両端部が封止された管状体で形成されている。このガラス管２は、前記したように、環状に湾曲している。
ガラス管２の環の径（環外径）は、蛍光ランプ電力に応じた所定の規格にて設定することができる。
ガラス管２の管径（管外径）は、例えば、１５〜３３ｍｍの範囲内で設定することができる。望ましくは、２９±４ｍｍである。
また、ガラス管２の内表面積は、４００〜１０００ ｃｍ^２の範囲内で設定することができる。
ガラス管２の肉厚は、例えば、１．０±０．１ｍｍ程度とすることができるが、これに限定されるものではない。
このようなガラス管２は、いわゆる鉛フリーガラスで形成されている。

ソーダガラスも鉛を含まないが、本実施形態でいう鉛フリーガラスとは、鉛、具体的には酸化鉛（ＩＩ）を含まずに、鉛ガラスを使用していた用途に対応できるように、ガラス加工温度を低下させたガラスである。

なお、ＲｏＨＳ(Restriction of Hazardous Substances)指令は、電子・電気機器において、鉛、水銀、カドミウム、六価クロム、ポリ臭化ビフェニル、及びポリ臭化ジフェニルエーテルの６物質からなる特定有害物質の使用制限に係る欧州連合による指令である。
この指令では、環境負荷が低い用途においては、除外項目として別の閾値を条件ごとに定めており、例えば蛍光ランプのガラス中であれば、鉛は０．２質量％まで含有可能となっている。このことは、蛍光ランプを製造するためのガラス原料の一成分として、ガラスカレットが含まれることを想定している。換言すれば、ガラスカレットには、微量の鉛ガラスが含まれてしまう可能性を想定している。
したがって、本実施形態での鉛フリーガラスとしては、前記のとおり原則として鉛を含まないものを想定しているが、ＲｏＨＳ指令に準拠して０．２質量％未満で鉛を含有するものまでを排除する趣旨ではない。

鉛フリーガラスとしては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス等が挙げられる。特に、Ｓｉ及びＢを含む酸化物から構成されるホウケイ酸系ガラスに、Ｌｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｚｎ及びＳｒからなる群より選ばれる１種又は２種以上の元素が部分的に含まれた鉛フリーガラスは、低融点で焼成温度が低く、透明性も高いために好適である。

なお、本実施形態での鉛フリーガラスは、その軟化点が、６５５〜６７５℃程度のものが好適に使用される。また、本実施形態での好適な鉛フリーガラスとしては、３０〜３８０℃での膨張係数が９２．５〜９６．５［１０^−７／℃］、歪点が４３０〜４５０℃、除冷点が４７０〜４９０℃、比重が２．５７±０．０１５のものが挙げられる。

また、本実施形態での鉛フリーガラスとしては、アルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ等）を含まないものが望ましいが、実用のガラス管において、加工後に内在する歪の考慮を含めた成型加工性を考慮すると、ある程度のソーダ分が含まれることが望ましく、アルカリ金属の酸化物として１０質量％未満で含むものは許容され得る。

図２に示すように、ガラス管２の内側（中空部側）には、保護層６を介して蛍光体層７が設けられている。
保護層６としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム（III）等の微粒子を含む層で形成されたものが挙げられる。保護層６は、ガラス管２から外部に向けて紫外光が放出されるのを抑制する。

保護層６を形成する前記微粒子の平均粒子径（レーザー回折粒度分布測定法準拠）は、例えば１０〜６０ｎｍ程度に設定することができるがこれに限定されるものではない。
また、保護層６には、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム（III）のほか、例えば、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ランタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等を使用しても良い。また、これらを任意に組み合わせて使用することを妨げない。

このような保護層６は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム（III）等の微粒子、また、必要に応じてこれに前記の他の金属酸化物の微粒子を一部又は全部に含む塗工液（分散液）を、ガラス管２の内面に塗布・乾燥することにより形成することができる。この塗工液の分散媒としては、例えば、水、アルコール類、酢酸ブチル、キシレン等が挙げられる。
保護層６の厚さとしては、例えば、０．１〜１０μｍ程度に設定することができるがこれに限定されるものではない。

蛍光体層７は、水銀原子から放射される２５３．７ｎｍの紫外光により可視光を発光する蛍光体を含有する層で形成される。
この蛍光体としては、例えば、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、ＹＶＯ₄：Ｅｕ、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇、Ｓｒ₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃ_l2：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ_l2：Ｅｕ等が挙げられる。

また蛍光体層７は、前記の蛍光体を適宜組み合わせて、紫外光により励起され、緑色、赤色、青色領域の可視光を発光させ、演色に優れた白色光を得ることも可能である。例えば、赤色蛍光体として、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、緑色蛍光体として、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、青色蛍光体として、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ_l2：Ｅｕの組み合わせが挙げられるがこれに限定されるものではない。

蛍光体層７の厚さは、例えば、１０〜３０μｍ程度に設定することができるがこれに限定されるものではない。

このような蛍光ランプ１には、希ガスと水銀とが封入される。
希ガスとしては、例えば、希ガスとしては、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、ヘリウム等から選択した１種を又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
封入する希ガスの量としては、蛍光ランプ１の点灯時において、下記の封入量で水銀を含む混合ガスの蒸気圧で、例えば、１００〜７００Ｐａ程度となる量に設定することができる。一般照明用として流通している蛍光ランプで最も好適に使用されているのは、２４０〜３６０Ｐａの範囲である。

近年、水銀の封入量は、一般照明用として流通している蛍光ランプにおいては５ｍｇに設定されているが、本実施形態にてガラス管２を使用する蛍光ランプ１の水銀封入量は、５ｍｇ未満、望ましくは、２.９ｍｇ以上、５ｍｇ未満に設定される。

ちなみに、本実施形態での水銀としては、アマルガムをも使用することができるが、アマルガムを使用する場合には、これに含まれる水銀の量が５ｍｇ未満となるようにその封入量が調節される。
アマルガムを形成する金属としては、例えば、ビスマス、インジウム、鉛、スズ、亜鉛、カドミウム、銀等が挙げられる。また、アマルガムはペレット状、柱状、板状等の形状でガラス管２内に封入することができる。

このような蛍光ランプ１には、一対の電極３（図１においては一方の電極３のみ図示）が設けられている。一対の電極３は、ガラス管２の両端における図示しない封止部（ピンチシール部）にそれぞれ配置されている。

図３に示すように、電極３は、前記の封止部に溶着されたガラスステム８と、ガラスステム８に支持される一対のインナリード線９と、一対のインナリード線９に架け渡されてこれに電気的に接続されるエミッタ付きフィラメント１０と、を有して構成されている。ちなみに、インナリード線９は、前記した口金ピン５（図１参照）と電気的に接続されている。

図４は、蛍光ランプ１の電極３におけるエミッタ付きフィラメント１０の部分拡大図、図５は、図４のエミッタ付きフィラメント１０からエミッタ（熱電子放出物質）１１を部分的に取り除いて示すフィラメント１２の構成説明図である。
図４に示すように、エミッタ付きフィラメント１０は、フィラメント１２と、このフィラメント１２を被覆するエミッタ１１と、を有して構成されている。

本実施形態でのフィラメント１２は、３重コイル構造を有している。図４に示す３重コイル１５は、図５に示すように、電線１２ａを螺旋状に巻回して１重コイル１３とし、この１重コイル１３を螺旋状に巻回して２重コイル１４とし、この２重コイル１４を螺旋状に巻回して形成したものである。

また、本実施形態でのフィラメント１２においては、図５に示すように、芯線１２ｂの周囲に電線１２ａが螺旋状に巻回されて１重コイル１３が形成されている。また、１重コイル１３の電線１２ａの巻き形状は、芯線１２ｂ周りに略楕円形になっている。そして、この楕円形は、２重コイル１４の螺旋の中心軸方向Ｄに対して長径となるように形成されている。
本実施形態での電線１２ａ及び芯線１２ｂは、タングステン、レニウム−タングステン合金等で形成されている。

エミッタ１１としては、例えば、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、イットリウム等の金属酸化物が挙げられる。

本実施形態に係る蛍光ランプ１（図１参照）は、常法により製造することができる。また蛍光ランプ１の点灯回路としては、スタータ式、ラピッドスタート式、インバータ式（高周波点灯式）等のものを使用することができる。

蛍光ランプ１の寿命時間は、ＪＩＳ Ｃ ７６０１により規定されている。
すなわち、蛍光ランプ１の寿命時間は、ＪＩＳ Ｃ ７６０１に規定する条件の下で点灯したとき、蛍光ランプ１が点灯しなくなるまでの総点灯時間、又は全光束が初期値の７０％（演色性の区分を表す記号がＤＬ、ＳＤＬ及びＥＤＬの蛍光ランプ、並びにコンパクト形蛍光ランプは６０％）に下がるまでの総点灯時間のいずれか短い方の時間、と定義されている。

ここで、寿命となる原因要素に従い、各寿命に呼び名を付ける。
蛍光ランプ１が点灯しなくなるまでの総点灯時間のうち、電極３上のエミッタ材料が枯渇することによる寿命時間を電極寿命時間と呼ぶこととする。
蛍光ランプ１が点灯しなくなるまでの総点灯時間のうち、蛍光ランプ１内の封入水銀がすべて消耗することによる寿命時間を水銀消耗寿命時間と呼ぶこととする。
全光束が初期値の７０％又は６０％に下がるまでの総点灯時間を光束維持率寿命時間と呼ぶこととする。
そして、これらの寿命時間のうち、いずれか短い方の時間を総寿命時間と呼ぶこととする。
例えば、電極寿命時間が充分に長くとも、水銀消耗寿命時間や光束維持率寿命時間が短ければ、総寿命時間は短くなる。

水銀消耗寿命時間について、蛍光ランプ１内の水銀が消耗する原因としては、ガラスのソーダ分（ナトリウム分）と水銀の反応、蛍光体、特に青色蛍光体への水銀の吸着、電極３からのスパッタによる水銀の捕獲等が挙げられる。
この中で、通常点灯時に最も主たる原因となるのは、ガラスのソーダ分と水銀の反応である。つまり、ガラス管２のソーダ分と水銀が反応して、アマルガム合金を形成するなどして、金属水銀を不活性化、つまり消耗させる。
同時に、この反応で形成されるアマルガム等は、蛍光ランプ１の発光光を遮ることにも寄与するため、全光束（明るさ）を低下させ、結果、光束維持率を低下させることで、光束維持率寿命時間をも短くさせる。

本実施形態に係る蛍光ランプ１に使用する鉛フリーガラスは、従来の蛍光ランプ（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）のガラス管に使用されるソーダライムガラス（ソーダガラス）と比べて酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）等のソーダ分の含有量が少ない、という特徴をもつ。

つまり、ガラス管２が鉛フリーガラスである本実施形態の蛍光ランプ１では、ソーダ分が少ないため、ガラス管２内に封入した水銀の消耗量を低減し、かつ、光束維持率の低下を抑えることができる。
したがって、本実施形態に係る蛍光ランプ１によれば、ガラス管２に封入される水銀量が５ｍｇ未満（望ましくは３ｍｇ以上、５ｍｇ未満）であっても長寿命化を達成することができる。具体的には、ＦＣＬ３０/２８の蛍光ランプ１で２００００時間の定格寿命を達成することができる。

ところで、蛍光ランプ１において、ガラスでの水銀の消耗を防ぐ手段として、通常、ガラス管２と蛍光体層７の間に、微粒子金属酸化物の保護層６を形成することが行われる。直管形、環形、コンパクト形、電球形等の発光管に有効な手段である。しかし、環形蛍光ランプは、直管状のガラス管２を８００℃近くまで加熱して屈曲するため、このとき当該保護層６に亀裂が発生することで、保護層６としての機能が低下してしまうことが考えられる。

本実施形態のようにガラス管２に鉛フリーガラスを使用することで、たとえ、保護層６の機能が低下した環形蛍光ランプにおいても、水銀の消耗スピードを遅くし、光束維持率の低下を抑えることができ、蛍光ランプ１の寿命を長くすることが可能となる。

また、本実施形態に係る蛍光ランプ１によれば、ガラス管２に封入される水銀量が５ｍｇ未満であるので、環境負荷をも低減することができる。
近年、業界を挙げて、水銀封入量の低減が進められており、特に前記のＲｏＨＳ指令では、封入量の上限値が毎年下げられており、これに追随する動向となっている。こうした動向の中で、現在、例えば、環形蛍光ランプのほとんどは封入水銀量が５ｍｇとなっているが、従来技術において寿命を延長するためには、より多くの水銀量を必要とすることになる。
しかし、本実施形態に関わる蛍光ランプ１は、ガラス管２に鉛フリーガラスを使用しており、水銀の消耗スピードが遅くなり、また、光束維持率の低下が抑えられるため、寿命を延長する目的を達成するために、封入水銀量を５ｍｇから増やさなくても良い、という環境負荷低減のメリットが潜在する。

また、ガラス管２に使用する鉛フリーガラスは、軟化点がソーダライムガラスよりも３０℃程度低いので、例えば、直管を湾曲させて環状のガラス管２を形成する際等のガラス管２の加熱加工時の温度を低下させることができる。そのため本実施形態に係る蛍光ランプ１によれば、ガラス管２の加工性が良好となって製造効率が一段と向上する。

また、本実施形態に係る蛍光ランプ１は、電極３のフィラメント１２が３重コイルにて形成され、このフィラメント１２を被覆するようにエミッタ１１が設けられている。これによりフィラメント１２とエミッタ１１との接触面積が増大することで、熱電子の放射効率が一段と向上する。また、フィラメント１２に対するエミッタ１１の保持状態が良好となって、蛍光ランプ１の長寿命化を達成することができる。

また、本実施形態に係る蛍光ランプ１では、図５に示す３重コイルの芯線１２ｂの径寸法が、０．０５〜０．０９ｍｍとなっている。蛍光ランプ電流が６００ｍＡのＦＣＬ３０/２８には、約０.０８１ｍｍが好適であり、蛍光ランプ電流が４２５ｍＡのＦＣＬ３２/３０、ＦＣＬ４０/３８には、約０．０５９ｍｍが好適である。各蛍光ランプ電流に好適な芯線１２ｂの径寸法を選定することにより、電極３上のエミッタ材料が枯渇することによる蛍光ランプ１の寿命、つまり電極寿命時間を２００００ｈ以上にできる。

また、本実施形態に係る蛍光ランプ１では、ガラス管２内に封入される水銀と希ガスとを含む混合ガスの圧力が、２４０〜３６０Ｐａとなっている。これより低い圧力ではエミッタ１１の蒸散が進み電極寿命時間が短くなる傾向になり、これより高い圧力では点灯のための始動が困難となり早期の不点灯に繋がる。２４０〜３６０Ｐａの圧力範囲とすることは、本発明のように水銀量を少なくしても、蛍光ランプ１の寿命２００００ｈ以上を安定に達成するために、必要な条件のひとつである。

請求項１に係る発明は、ガラス管２と、前記ガラス管２の内面上に形成される蛍光体層７と、熱電子放射物質が担持されたフィラメントを有する電極３と、を具備し、希ガスと水銀とを封入する蛍光ランプ１において、前記ガラス管２が鉛フリーガラスで形成され、前記水銀の封入量が５ｍｇ未満であることを特徴とする蛍光ランプ１である。
ガラス管２に鉛フリーガラスを用いることにより、水銀の封入量が５ｍｇ未満であっても、ソーダガラスを用いた従来仕様に比較して、より長い寿命時間をもつ蛍光ランプ１を提供できる。

請求項２に係る発明は、前記蛍光ランプ１が、環形蛍光ランプであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ１である。
環形蛍光ランプは、水銀消耗を抑制するための保護層６を備えていても、直管状のガラス管２を８００℃近くまで加熱して屈曲して製作する。このとき当該保護層６に亀裂が発生すると、保護層６としての機能が低下してしまうことが考えられる。請求項２に係る環形蛍光ランプの発明においては、保護層６を形成していなくとも、鉛フリーガラスを用いることで、水銀消耗の抑制、及び光束維持率低下の抑制ができる。そのため、封入水銀量が５ｍｇ未満であっても、ソーダガラスを用いた従来仕様に比較して、より長い寿命時間をもつ蛍光ランプ１を提供できる。

請求項３に係る発明は、前記蛍光ランプ１の管径が２９ｍｍ±４ｍｍであることを特徴とする請求項１及び２に記載の蛍光ランプ１である。
管径が２９ｍｍ±４ｍｍである蛍光ランプ１は、近年の管径の細い高周波点灯専用形に比較して、蛍光ランプ１の内表面積が約５００〜約９００ｃｍ^２と大きい。特に、ソーダガラスを用いた従来仕様の蛍光ランプにおいては、この内表面積が大きいほど、ガラス管のソーダ分と水銀が接触及び反応する機会が多い。そして、この従来仕様の蛍光ランプにおいて寿命を延ばすためには、封入水銀量を多くする必要がある。しかし、本発明のように、鉛フリーガラスを用いれば、管径２９ｍｍ±４ｍｍである蛍光ランプ１においても、封入水銀量を５ｍｇ未満としたまま、寿命を延ばすことが可能となる。

請求項４に係る発明は、前記フィラメントが３重コイルで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の蛍光ランプ１である。鉛フリーガラスを用いることで、封入水銀量が５ｍｇであっても到達できる寿命時間に対し、フィラメントとエミッタ１１の接触面積が大きく設定された３重コイルを用いることで、総寿命時間の長い蛍光ランプ１を提供することができる。

請求項５に係る発明は、前記３重コイルの芯線１２ｂの径寸法が、０．０５〜０．０９ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４に記載の蛍光ランプ１である。前記３重コイルの芯線１２ｂは、蛍光ランプ電流に適した径寸法を選択する必要があり、０．０５〜０．０９ｍｍが好適な範囲である。

請求項６に係る発明は、前記フィラメントが４重コイルで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の蛍光ランプ１である。鉛フリーガラスを用いることで、封入水銀量が５ｍｇであっても到達できる寿命時間に対し、フィラメントとエミッタ１１の接触面積が大きく設定された４重コイルを用いることで、総寿命時間の長い蛍光ランプ１を提供することができる。

請求項７に係る発明は、封入される前記水銀と前記希ガスとを含む混合ガスの圧力が、２４０〜３６０Ｐａの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至６に記載の蛍光ランプ１である。これより低い圧力ではエミッタ１１の蒸散が進み電極寿命時間が短くなる傾向になり、これより高い圧力では点灯のための始動が困難となり早期の不点灯に繋がる。２４０〜３６０Ｐａの圧力範囲とすることは、水銀量が５ｍｇ未満と少なくても、蛍光ランプ１の寿命２００００ｈ以上を安定に達成するために、必要な条件のひとつである。

請求項８に係る発明は、前記水銀の封入量が２.９ｍｇ以上であることを特徴とする請求項１乃至７に記載の蛍光ランプ１である。従来仕様のようにソーダガラスを用いた蛍光ランプでは５ｍｇの水銀量でも到達できなかったような長い寿命時間、例えば、２００００ｈ以上の寿命を、鉛フリーガラスを用いることにより、より少ない水銀量の２.９ｍｇ以上で提供することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の他の形態で実施することができる。
前記実施形態では、環状の蛍光ランプ１について説明したが、本発明は直管形、Ｕ字形、及び放電路を通じるための接合部をもつ複数の直管形発光管をもつような、いずれの発光管形状にも適用することができる。
また、前記実施形態では、電極３のフィラメント１２が３重コイルであるものについて説明したが、本発明はフィラメント１２が前記の３重コイルをさらに螺旋形状に巻回した４重コイルとすることもできる。フィラメント１２が４重コイルであるものは、熱電子の放射の効率に直接影響するフィラメント１２とエミッタ１１の接触面積が増加することで、蛍光ランプ１の寿命を長くすることができる。

次に、本発明の作用効果を具体的に検証した実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例では、下記組成比の鉛フリーガラスからなるガラス管を有するスタータ形環形蛍光ランプを作製した。

＜鉛フリーガラスの組成比＞
ＳｉＯ_２：６８．５７質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１．８１質量％、ＣａＯ：４．５６質量％、ＳｒＯ：３．８４質量％、ＭｇＯ：２．２０質量％、ＢａＯ：４．０７質量％、Ｎａ_２Ｏ：８．９６質量％、Ｋ_２Ｏ：５．５７質量％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０．０８質量％、Ｐ_２Ｏ_５：０．２１質量％、ＳＯ_３：０．０３質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．０６質量％、ＴｉＯ_２：０．０３質量％、及びＭｎＯ：０．０１質量％（以上合計で１００質量％）。

本実施例では、下記表１に示す３種類のスタータ形環形蛍光ランプ（ＦＣＬ３０ＥＤＫ/２８、ＦＣＬ３２ＥＤＫ/３０及びＦＣＬ４０ＥＤＫ/３８）を作製した。以下、これらのスタータ形環形蛍光ランプをそれぞれ単に「ＦＣＬ３０ＥＤＫ/２８」、「ＦＣＬ３２ＥＤＫ/３０」及び「ＦＣＬ４０ＥＤＫ/３８」と称する場合がある。

＜ＦＣＬ３０ＥＤＫ/２８＞
表１中、Ｎｏ．１として示すＦＣＬ３０ＥＤＫ/２８において、そのガラス管の管径は約２９ｍｍ、環外径は約２２５ｍｍ、定格蛍光ランプ電力は２８Ｗ、ガラス管の内表面積は約５００ｃｍ^２、フィラメントは３重コイル、希ガスはアルゴン、水銀封入量は４.５ｍｇとした。水銀封入方法としては、亜鉛と水銀のアマルガム合金を用いた。ちなみに、ガラス管内における希ガスと水銀とのガス圧力は２６７Ｐａであった。

＜ＦＣＬ３２ＥＤＫ/３０＞
表１中、Ｎｏ．２として示すＦＣＬ３２ＥＤＫ/３０において、そのガラス管の管径は約２９ｍｍ、環外径は約２９９ｍｍ、定格蛍光ランプ電力は３０Ｗ、ガラス管の内表面積は約７００ｃｍ^２、フィラメントは３重コイル、希ガスはアルゴン、水銀封入量は４.５ｍｇとした。水銀封入方法としては、亜鉛と水銀のアマルガム合金を用いた。ちなみに、ガラス管内における希ガスと水銀とのガス圧力は３０７Ｐａであった。

＜ＦＣＬ４０ＥＤＫ/３８＞
表１中、Ｎｏ．３として示すＦＣＬ４０ＥＤＫ/３８において、そのガラス管の管径は約２９ｍｍ、環外径は約３７３ｍｍ、定格蛍光ランプ電力は３８Ｗ、ガラス管の内表面積は約９００ｃｍ^２、フィラメントは３重コイル、希ガスはアルゴン、水銀封入量は４.５ｍｇとした。水銀封入方法としては、亜鉛と水銀のアマルガム合金を用いた。ちなみに、ガラス管内における希ガスと水銀とのガス圧力は３３３Ｐａであった。

前記３品種の蛍光ランプにおける光色はＪＩＳに規定のない色であるが、いずれもＪＩＳ Ｃ ７６０１で規定する、２９ｍｍ±４ｍｍの管径をもつタイプである。
水銀量を４.５ｍｇとした理由は、材料組成、製造プロセスの変動により、量産製品として取りうる下限値として想定したためである。

これらの作製した３品種の蛍光ランプを、ＪＩＳ Ｃ ７６０１に従い点灯し、適時の点灯時間にて、水銀消耗量、及び光束維持率を評価した。
これらの各要素による寿命時間を各々表１に示す。

ここで、寿命となる原因要素に従い、各寿命の呼び名は次の通りとした。
蛍光ランプが点灯しなくなるまでの総点灯時間のうち、電極上のエミッタ材料が枯渇することによる寿命時間を電極寿命時間とした。
蛍光ランプが点灯しなくなるまでの総点灯時間のうち、蛍光ランプ内の封入水銀がすべて消耗することによる寿命時間を水銀消耗寿命時間とした。
全光束が初期値の７０％に下がるまでの総点灯時間を光束維持率寿命時間とした。
そして、これらの寿命時間のうち、いずれか短い方の時間を総寿命時間とした。
なお、環形蛍光ランプの各品種について、本実施例に用いている電極の仕様は、同じ仕様の３重コイルであり、実績に基づいて、２σをとったときの最小値を記した。

（比較例１）
本比較例では、次の組成比のソーダガラスからなるガラス管を使用したほかは、実施例１と同様にしてＦＣＬ３０ＥＤＫ/２８、ＦＣＬ３２ＥＤＫ/３０及びＦＣＬ４０ＥＤＫ/３８を作製した。

＜ソーダガラスの組成比＞
ＳｉＯ_２：７１．８±１．０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１．５±０．６質量％、（ＣａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ）：７．７±０．０９量％、Ｎａ_２Ｏ：１６．２±０．５質量％、Ｋ_２Ｏ：１．５±０．３質量％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０．３±０．１質量％、及びＦｅ_２Ｏ_３：≦０．２質量％（以上合計で１００質量％）。

これらの作製した蛍光ランプをＪＩＳ Ｃ ７６０１に従い点灯し、適時の点灯時間にて、実施例１と同様に水銀消耗量、及び光束維持率を評価した。その結果を表２に示す。

＜蛍光ランプの性能比較＞
表１に示すように、実施例１で作製したＦＣＬ３０/２８（Ｎｏ．１）は、水銀消耗寿命時間が５０６３０ｈであり、光束維持率寿命時間が２２０００ｈであった。つまり総寿命時間としては２２０００ｈであった。

表１に示すように、実施例１で作製したＦＣＬ３２/３０（Ｎｏ．２）は、水銀消耗寿命時間が４１８４０ｈであり、光束維持率寿命時間が２３４００ｈであった。つまり総寿命時間としては２３４００ｈであった。

表１に示すように、実施例１で作製したＦＣＬ４０/３８（Ｎｏ．３）は、水銀消耗寿命時間が３８２８０ｈであり、光束維持率寿命時間が２５０００ｈであった。つまり総寿命時間としては２５０００ｈであった。

一方、表２に示すように、比較例１で作製したＦＣＬ３０/２８（Ｎｏ．１）は、水銀消耗寿命時間が１６５３０ｈであり、光束維持率寿命時間が１７４００ｈであった。つまり総寿命時間としては１６５３０ｈであった。

表２に示すように、比較例１で作製したＦＣＬ３２/３０（Ｎｏ．２）は、水銀消耗寿命時間が１４０２０ｈであり、光束維持率寿命時間が１８４００ｈであった。つまり総寿命時間としては１４０２０ｈであった。

表２に示すように、比較例１で作製したＦＣＬ４０/３８（Ｎｏ．３）は、水銀消耗寿命時間が１２６６０ｈであり、光束維持率寿命時間が１９５００ｈであった。つまり総寿命時間としては１２６６０ｈであった。

また、表１及び表２に示すように、実施例１及び比較例１で作製したＦＣＬ３０/２８（Ｎｏ．１）の電極寿命時間は、その最小値で２３８００ｈであった。また、ＦＣＬ３２/３０（Ｎｏ．２）の電極寿命時間は、その最小値で２６３００ｈであった。また、ＦＣＬ４０/３８（Ｎｏ．３）の電極寿命時間は、その最小値で２３８００ｈであった。

以上の結果から、ソーダガラスをガラス管に使用した比較例１（表２中、ソーダガラス管使用と記す）では、総寿命時間が電極寿命時間（最小値）よりも著しく短いことが判明した。具体的には、電極寿命時間（最小値）と総寿命時間との差で表すと、比較例１のＦＣＬ３０/２８（Ｎｏ．１）では、その差が７２７０ｈであり、ＦＣＬ３２/３０（Ｎｏ．２）では、その差が１２２８０ｈであり、ＦＣＬ４０/３８（Ｎｏ．３）では、その差が１１１４０ｈであった。

これに対して、鉛フリーガラスをガラス管に使用した実施例１（表１中、鉛フリーガラス管使用と記す）のＦＣＬ３０/２８（Ｎｏ．１）では、その差が僅か１８００ｈであり、ＦＣＬ３２/３０（Ｎｏ．２）では、その差が僅か２９００ｈであった。また、ＦＣＬ４０/３８（Ｎｏ．３）では、逆に総寿命時間が電極寿命時間（最小値）よりも１２００ｈ上回っていた。
つまり、実施例１の蛍光ランプは、比較例１の蛍光ランプと比べて総寿命時間が格段に延びることが検証された。

図６は、実施例１のＦＣＬ３０/２８（鉛フリーガラスをガラス管に使用）と、比較例１のＦＣＬ３０/２８（ソーダガラスをガラス管に使用）とにおける光束維持率と点灯時間との関係を示すグラフである。図６中、実施例１のＦＣＬ３０/２８は、単に「実施例」と記し、比較例１のＦＣＬ３０/２８は、単に「比較例」と記す。
図６に示すように、蛍光ランプの光束維持率は、その点灯時間が増加するにしたがって次第に低下する。実施例１のＦＣＬ３０/２８は、比較例１のＦＣＬ３０/２８と比べて点灯時間に対する光束維持率の低下割合が小さい。表１に示す実施例１のＦＣＬ３０/２８（Ｎｏ．１）と、表２に示す比較例１のＦＣＬ３０/２８（Ｎｏ．１）とは、点灯初期から光束維持率にその差が生じていき、点灯時間を増すほどにその差は開いていく。そして、光束維持率寿命時間の算定基準となる光束維持率７０％を下回るまでの点灯時間において、両者の差は４６００ｈとなった。

また、他の２品種における両者の差は、表１及び表２における「光束維持率寿命時間」の欄のそれぞれの値に基づいて算出すると、ＦＣＬ３２/３０（Ｎｏ．２）では、５０００ｈであり、ＦＣＬ４０/３８（Ｎｏ．３）では、その差が５５００ｈであった。
つまり、３品種のいずれにおいても実施例１の蛍光ランプの光束維持率は、比較例１の蛍光ランプの光束維持率と比べて格段に優れていることが検証された。

そして、実施例１及び比較例１の水銀消耗寿命時間は、水銀量４.５ｍｇとしたときに達成できる寿命時間であるが、水銀量を増やさなくても、鉛フリーガラスのガラス管を使用することで、従来の水銀量では達成できなかった２００００ｈ以上の寿命時間を実現できることが確認できた。

また、実施例１では、水銀消耗寿命時間に裕度があるため、より少ない水銀量でも２００００ｈ以上の寿命を実現することが可能である。
実施例１の結果から得られる水銀消耗スピードを用い、各品種での水銀消耗時間が２１０００ｈ以上と計算される水銀量（以下、これを最少水銀量と称する）を求めた。その結果を表３に示す。

表３に示すように、実施例１のＦＣＬ３０/２８（Ｎｏ．１）の最少水銀量は２.９ｍｇであり、ＦＣＬ３２/３０（Ｎｏ．２）の最少水銀量は３.２ｍｇであり、ＦＣＬ４０/３８（Ｎｏ．３）の最少水銀量は３.４ｍｇであった。つまり、実施例１の蛍光ランプによれば、従来の蛍光ランプよりも少ない水銀量で２００００ｈ以上の長寿命を達成することが検証された。

１ 蛍光ランプ
２ ガラス管
３ 電極
４ 口金
５ 口金ピン
６ 保護層
７ 蛍光体層
８ ガラスステム
９ インナリード線
１０ エミッタ付きフィラメント
１１ エミッタ
１２ フィラメント
１２ａ 電線
１２ｂ 芯線
１３ １重コイル
１４ ２重コイル
１５ ３重コイル
Ｄ 中心軸方向

Claims (8)

1. ガラス管と、
   前記ガラス管の内面上に形成される蛍光体層と、
   熱電子放射物質が担持されたフィラメントを有する電極と、
   を具備し、
   希ガスと水銀とを封入する蛍光ランプにおいて、
   前記ガラス管が鉛フリーガラスで形成され、
   前記水銀の封入量が５ｍｇ未満であることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記蛍光ランプが、
   環形蛍光ランプ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. 前記蛍光ランプの管径が２９ｍｍ±４ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光ランプ。
4. 前記フィラメントが３重コイルで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の蛍光ランプ。
5. 前記３重コイルの芯線の径寸法が、０．０５〜０．０９ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の蛍光ランプ。
6. 前記フィラメントが４重コイルで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の蛍光ランプ。
7. 封入される前記水銀と前記希ガスとを含む混合ガスの圧力が、２４０〜３６０Ｐａの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の蛍光ランプ。
8. 前記水銀の封入量が２.９ｍｇ以上であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の蛍光ランプ。

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