JP3778278B2 - 電球形蛍光ランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数本のＵ字形屈曲バルブを接続して構成される発光管を備えた電球形蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電球形蛍光ランプでは、例えば、The Self-Ballasted Compact Fluorescent Lamp of an A60 Buib Shape,J.Light & Vis.Env.Vol.24,No.2,2000,pp1-7（以下、文献１と呼ぶ）に記載されているように、蛍光ランプ、この蛍光ランプを点灯させる点灯回路、蛍光ランプを支持するとともに点灯回路を収納するカバー、このカバーに取り付けられたＥ２６型の口金、および蛍光ランプを内包してカバーに取り付けられたグローブなどを備え、Ｅ２６型の口金を使用する白熱電球に近似した形状に形成されている。
【０００３】
蛍光ランプは、３本のＵ字形屈曲バルブを順次接続して放電路が形成された発光管を備えており、この発光管の両端には電極が封装され、発光管内にはアルゴンなどの希ガスや水銀などを含む封入ガスが封入されている。３本のＵ字形屈曲バルブは、三角形の各辺に対応してデルタ状に配置されて構成されている。
【０００４】
また、文献１には、同一の放電路長を有する蛍光ランプのランプ効率は管外径が太い方が高いことが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白熱電球の形状の寸法制約内に蛍光ランプを収容する場合には、管外径が太いと放電路長を十分に確保できず、所望の光出力を得られないとともに、発光に寄与しない電極損失部分の放電路長に占める割合が大きくなることで所望のランプ効率が得られない問題がある。
【０００６】
また、放電路長を長くした場合、点灯維持に必要とするランプ電圧が高くなり、例えば蛍光ランプ内に封入する希ガスがアルゴンのみの場合にはランプ電圧が１００Ｖ以上となる場合があり、１００Ｖの商用電源電圧にて点灯維持するのが難しい問題がある。
【０００７】
この場合、点灯回路を変更し、倍電圧回路や昇圧チョッパを用いて電圧を上げたり、平滑コンデンサの容量を大きくして脈流によるリップルの低下を小さくする改善方法も考えられるが、倍電圧回路や昇圧チョッパを用いる場合には部品点数が増加して点灯回路が大形化し、また、平滑コンデンサの容量を大きくする場合にはコンデンサインプット形の回路になるために高調波成分が増大し、それを改善するためには部品の追加を要するので、部品点数が増加して点灯回路が大形化する。この点灯回路が大形化すれば、白熱電球の形状の寸法制約内に点灯回路を収容するのが困難になってしまう。
【０００８】
このように、白熱電球の形状の寸法制約内に収容する小形の点灯回路では十分なランプ電圧を発生させるのが困難であるため、十分な長さの放電路長を確保できず、所望のランプ効率を得ることができない問題がある。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率を向上させ、さらに、ランプ電圧を低下させて小形の点灯回路で点灯維持できる電球形蛍光ランプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電球形蛍光ランプは、直管部および屈曲部を有する複数本のＵ字形屈曲バルブをそのＵ字形をなす面が互いに平行に対向するように中央とその両側とに並列に並べて接続した発光管を備え、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 である蛍光ランプと；ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように蛍光ランプを点灯させる点灯回路と；を具備しているものである。
【００１１】
そして、この構成では、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 の蛍光ランプを形成し、ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように構成したので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率が向上する。
【００１２】
請求項２記載の電球形蛍光ランプは、直管部および屈曲部を有する複数本のＵ字形屈曲バルブをそのＵ字形をなす面が互いに平行に対向するように中央とその両側とに並列に並べて接続した発光管を備え、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2であり、発光管内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを含む希ガスを封入した蛍光ランプと；ランプ電圧が１００Ｖ以下となるように蛍光ランプを点灯させる点灯回路と；を具備しているものである。
【００１３】
そして、この構成では、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 の蛍光ランプを形成し、発光管内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを含む希ガスを封入してランプ電圧が１００Ｖ以下となるように構成したので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率を向上させるとともに、クリプトンの封入によりランプ電圧を低下させて小形の点灯回路で点灯維持可能とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１ないし図７に第１の実施の形態を示し、図１は電球形蛍光ランプの断面図、図２は電球形蛍光ランプのグローブを透過した状態の側面図、図３は蛍光ランプの平面図、図４は蛍光ランプおよび回路基板の展開図、図５は電球形蛍光ランプの点灯回路の回路図、図６は放電路長とランプ電圧との関係を示すグラフ、図７はランプ電流とランプ電圧およびランプ電力との関係を示すグラフである。
【００１６】
図１および図２において、11は電球形蛍光ランプで、この電球形蛍光ランプ11は、カバー12、口金13およびグローブ14を有する外囲器、仕切体15に取り付けられて外囲器内に収容される蛍光ランプ16の発光管17および点灯回路18を備えて電球形蛍光ランプ装置を構成している。そして、外囲器は、白熱電球の規格寸法に近似する外形で、口金13からグローブ14までの高さＨが１１０ｍｍ以下、グローブ14の最大直径部分に対応した径Ｄが５０〜６５ｍｍであって、好ましくは６０ｍｍ以下に形成されている。そして、以下、カバー12の一端側つまり口金13側を上側、他端側つまりグローブ14および発光管17側を下側として説明する。
【００１７】
そして、カバー12は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの白色の耐熱性合成樹脂などにて、発光管17側の下方に拡開する略円筒状に形成されている。
【００１８】
また、口金13は、エジソンタイプのＥ２６型で、点灯回路18との配線後にカバー12の上端部に被せられ、接着剤またはかしめなどにより固定されている。
【００１９】
また、グローブ14は、透明あるいは光拡散性を有するガラスあるいは合成樹脂などの材質により、白熱電球のガラス球の形状に近似した略球形に形成されている。グローブ14の一部に開口部21が形成され、この開口部21の縁部22がカバー12に嵌合されて接着剤により接着固定されている。このグローブ14の光拡散性は、乳白色とするか、グローブ14の内面または外面にサンドブラスト加工を施して形成しており、水平方向の配光分布の均一化を図ることができる。さらに、拡散膜などの別部材を組み合わせて輝度の均一性を向上することもでき、あるいはグローブ14自体を省略することもできる。
【００２０】
また、仕切体15は、カバー12の下端の開口部に取り付けられるもので、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの耐熱性合成樹脂材料にて円板状に形成されている。仕切体15には、発光管17が挿通される複数の取付孔25が形成され、これら取付孔25に発光管17の端部が挿通された状態で例えばシリコーン樹脂などの接着剤26で固定される。
【００２１】
また、発光管17は、図３および図４に示すように、ガラス製のバルブ体29を有し、このバルブ体29の内面に例えば３波長形の蛍光体が形成され、バルブ体29の内部にアルゴン（Ar）およびクリプトン（Kr）などの希ガスや水銀などを含む封入ガスが封入され、バルブ体29の両端に対の電極30がピンチシールによって封装されている。クリプトンの混合分圧比は、３〜７５％であって、好ましくは５〜５０％としている。
【００２２】
バルブ体29は、少なくとも３本のＵ字形屈曲バルブ31，32，33を有し、これらＵ字形屈曲バルブ31，32，33がそのＵ字形をなす面が互いに平行に対向するように並列に並べて接続され、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33で発光管17の対角線上に位置する各一端に対の電極30が配置されている。
【００２３】
各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33は、例えば、管外径ｄが５〜１０ｍｍのガラス製の断面略円筒状の管が、中間部で湾曲されて頂部を有する略Ｕ字状に形成されている。すなわち、各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33は、湾曲する屈曲部34と、この屈曲部34に連続する互いに平行な対の直管部35とを備えている。中央のＵ字形屈曲バルブ32の高さをh1、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の高さをh2とした場合、h1、h2は６０〜７０ｍｍの範囲で、h1＞h2の関係を有している。中央のＵ字形屈曲バルブ32の高さh1および両端のＵ字形屈曲バルブ31，33の高さh2は、バルブ封止端部から屈曲部34の頂部までの長さを意味する。また、中央のＵ字形屈曲バルブ32の直管部35の並設方向の幅をb1、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の直管部35の並設方向の幅をb2とした場合、b1、b2は２５〜３５ｍｍの範囲で、b1＞b2の関係を有している。
【００２４】
両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の電極30が封装されない側の各端部と中央のＵ字形屈曲バルブ32の各端部とが連通管36で順次接続されて放電路長が３００〜５００ｍｍ、好ましくは３００〜４００ｍｍで、本実施の形態では３４０ｍｍの１本の連続した放電路37が形成されている。各連通管36は、各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の接続する端部近傍を加熱溶融した後、吹き破ることによって形成された開口同士をつなぎ合わせて形成されている。
【００２５】
各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の各端部には、各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の各端部を加熱溶融した後にピンチすることにより、つまりピンチシールにより封止されたピンチシール部38が形成されている。
【００２６】
両側のＵ字形屈曲バルブ31，33で発光管17の両端に位置する各一端にピンチシールによって封装された各電極30は、フィラメントコイル41を有し、このフィラメントコイル41が一対（２本）の線状のウエルズ42に支持されている。各ウエルズ42は、例えば、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の端部にピンチシールによって封装されたジュメット線を介して、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の端部の外部に導出されて点灯回路18に接続されるワイヤ43に接続されている。
【００２７】
両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の電極30が封装されていない側の各端部、および中央のＵ字形屈曲バルブ32の一端には、ピンチシールによって封装されて排気管とも呼ばれる円筒状の細管44，45が連通状態に突設されている。これら各細管44，45は、バルブ体29の製造過程で溶断によって順次封止され、各細管44，45のうちの封止されていない一部を通じてバルブ体29内の排気がなされるとともに、封入ガスが封入されて置換された後に、その各細管44，45のうちの封止されていない一部を溶断することによって封止される。
【００２８】
中央のＵ字形屈曲バルブ32の細管45には、その細管45を封止する際にアマルガムとしての主アマルガム46が封入されている。この主アマルガム46は、ビスマス、インジウムおよび水銀にて構成される合金であり、略球形状に形成され、バルブ体29内の水銀蒸気圧を適正な範囲に制御する作用を有している。なお、主アマルガム46としては、ビスマス、インジウムの他に、スズ、鉛などを組み合わせた合金によって形成したものを用いてもよい。また、両端の各Ｕ字形屈曲バルブ31，33の電極30のウエルズ42には、主としてインジウムからなる水銀吸着放出作用を有する補助アマルガム47が取り付けられて封入されている。さらに、中央のＵ字形屈曲バルブ32の細管45が封装されていない側の端部には、主アマルガム46および補助アマルガム47と同様の水銀蒸気圧特性を有する補助アマルガム48がサポートワイヤ49によって封入されている。
【００２９】
そして、発光管17の各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の各端部が仕切体15の各取付孔25に挿入されるとともに、仕切体15の内側から例えばシリコーン樹脂などの接着剤26が充填されることにより、各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の端部と仕切体15とが互いに固定されている。
【００３０】
また、点灯回路18は、カバー12内に配置される略円板状の回路基板51を備え、この回路基板51の口金13側の一面、あるいは口金13側と発光管17側との両面に、複数の電気部品52が実装されて、発光管17を高周波点灯させるインバータ回路つまり高周波点灯回路が構成されている。
【００３１】
回路基板51の両面に電気部品を実装する場合、口金13側には、比較的熱に弱く、大形の電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどの電気部品52が配置されるとともに、発光管17側には、比較的熱に強く、高さ寸法の小さい整流素子やダイオードブリッジなどのＲＥＣ、トランジスタ、抵抗などのチップ状の電気部品52が配置される。
【００３２】
回路基板51には、発光管17の主アマルガム46が封入された細管45が挿通される通孔53が形成され、回路基板51の上面側で細管45が挿通される通孔53の側部に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むスイッチング素子などの複数の高発熱部品54が配置されている。すなわち、細管45内の主アマルガム46と複数の高発熱部品54とが接近して配置されるため、電球形蛍光ランプ11の始動時において、回路部品のなかで比較的早く発熱しやすい高発熱部品54の熱で主アマルガム46が素早く暖められ、発光管17内の水銀蒸気圧が素早く増加し、光束の立ち上がり特性を改善できる。
【００３３】
図５に示すように、点灯回路18は、商用交流電源ｅにヒューズF1を介してフィルタを構成するコンデンサC1が接続され、このコンデンサC1にはフィルタを構成するインダクタL1を介して全波整流器61の入力端子が接続されている。また、この全波整流器61の出力端子には平滑用のコンデンサC2が接続されて入力電源回路Ｅを構成し、この入力電源回路ＥのコンデンサC2には高周波を発生するハーフブリッジ形のインバータ回路62のインバータ主回路63が接続されている。
【００３４】
インバータ主回路63は、コンデンサC2に対して並列に、スイッチング素子である互いに相補形となるＭＯＳ形のＮチャネルのトランジスタとしての電界効果トランジスタQ1およびＭＯＳ形のＰチャネルのトランジスタとしての電界効果トランジスタQ2が直列に接続されている。Ｎチャネルの電界効果トランジスタQ1およびＰチャネルの電界効果トランジスタQ2は互いのソースが接続されている。
【００３５】
電界効果トランジスタQ2のドレイン、ソース間には、共振用のインダクタL2、直流カット用のコンデンサC3およびバラストチョークL3を介して、発光管17の両端のフィラメントコイル41，41の一端がそれぞれ接続され、一方のフィラメントコイル41の一端と他方のフィラメントコイル41との一端間には共振用のコンデンサC4が接続され、一方のフィラメントコイル41の他端と他方のフィラメントコイル41との他端間には始動用のコンデンサC5が接続されている。
【００３６】
コンデンサC2と電界効果トランジスタQ1のゲートおよび電界効果トランジスタQ2のゲートとの間には、起動回路65を構成する起動用の抵抗R1が接続され、これら電界効果トランジスタQ1のゲートおよび電界効果トランジスタQ2のゲートと電界効果トランジスタQ1および電界効果トランジスタQ2のソースとの間に、コンデンサC6およびコンデンサC7の直列回路が接続され、これらコンデンサC6およびゲート制御手段としてのゲート制御回路66のコンデンサC7の直列回路に対して並列に電界効果トランジスタQ1および電界効果トランジスタQ2のゲート保護のためのツェナダイオードZD1およびツェナダイオードZD2の直列回路が接続されている。また、インダクタL2には、二次巻線L4が磁気的に結合して設けられ、この二次巻線L4はコンデンサC6およびコンデンサC7の接続点に接続されている。さらに、コンデンサC6に対して並列に、起動回路65の抵抗R2が接続されている。
【００３７】
電界効果トランジスタQ2のドレイン、ソース間には、起動回路65の抵抗R3およびスイッチング改善用のコンデンサC8の並列回路が接続されている。
【００３８】
なお、インバータ主回路63は互いに直列的に接続されたスイッチング素子を２対以上有するたとえばフルブリッジ形のものでもよい。さらに、発光管17は両方のフィラメントコイル41，41が予熱される形式のものでも、両方のフィラメントコイル41，41が予熱されない形式のものでもよい。
【００３９】
そして、点灯回路18に電源が投入されると、商用交流電源ｅの電圧を全波整流器61で全波整流し、コンデンサC2で平滑する。
【００４０】
まず、抵抗R1を介してＮチャンネルの電界効果トランジスタQ1のゲートに電圧が印加され、電界効果トランジスタQ1がオンする。電界効果トランジスタQ1のオンによりインダクタL2、コンデンサC3、バラストチョークL3、コンデンサC4およびコンデンサC5の閉路に電圧が印加され、インダクタL2、コンデンサC3、バラストチョークL3、コンデンサC4およびコンデンサC5は共振する。そして、インダクタL2の二次巻線L4に電圧が誘起され、ゲート制御回路66のコンデンサC6およびコンデンサC7となどが固有共振して電界効果トランジスタQ1をオンさせ、電界効果トランジスタQ2をオフさせる電圧を発生する。
【００４１】
ついで、インダクタL2、コンデンサC3，バラストチョークL3、コンデンサC4およびコンデンサC5の共振電圧が反転すると二次巻線L4には前回と逆の電圧が発生し、ゲート制御回路66は電界効果トランジスタQ1をオフさせ、電界効果トランジスタQ2をオンさせる電圧を発生する。さらに、インダクタL2、コンデンサC3、バラストチョークL3、コンデンサC4およびコンデンサC5の共振電圧が反転すると、電界効果トランジスタQ1がオンするとともに、電界効果トランジスタQ2がオフする。以後、同様に、電界効果トランジスタQ1および電界効果トランジスタQ2が交互にオン、オフして、共振電圧が発生し、コンデンサC4およびコンデンサC5に並列接続された発光管17はフィラメントコイル41，41が予熱されつつ始動電圧を印加されて、始動、点灯する。
【００４２】
ツェナダイオードZD1およびツェナダイオードZD2により、電界効果トランジスタQ1および電界効果トランジスタQ2のゲート電圧を一定化するとともに、ゲートを過大な電圧から保護している。
【００４３】
したがって、ＮチャネルおよびＰチャネルの電界効果トランジスタQ1，Q2を用い、かつ、Ｎチャネルの電界効果トランジスタQ1を高電位側に接続したので、１つのゲート制御回路66によりＮチャネルおよびＰチャネルの電界効果トランジスタQ1，Q2を制御できる。
【００４４】
このように構成された点灯回路18は、１００Ｖの商用電源により、ランプ電圧が１００Ｖ以下、ランプ電力が１４Ｗ以下で蛍光ランプ16を点灯させたときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように点灯させる。
【００４５】
そして、電球形蛍光ランプ11の蛍光ランプ16は、管外径が５〜１０ｍｍ、幅b1、b2が２５〜３５ｍｍ、高さh1、h2が６０〜７０ｍｍであるＵ字形屈曲バルブ31，32，33を並列に並べて接続することにより、３００〜５００ｍｍの十分な長さの放電路長を確保し、ランプ効率を向上できる。この発光管17内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを封入することにより、ランプ電圧を１００Ｖ以下にできる。そのため、ランプ電圧が１００Ｖ以下、ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように構成できる。
【００４６】
発光管17内に封入するクリプトンは、アルゴンに比べて、原子量が大きいので電子の弾性衝突ロスが減り、電離電圧が低いので電極降下電圧が低下する点において有利になる特性を有しているが、電子温度が低下するために水銀の高準位への励起確率が下がり、電離電圧が低いので水銀に代わって陽光柱にて電離を起し、ストライエーションと呼ばれる縞状の放電となりやすい特性も有しているため、最適な混合分圧比の範囲を取得する必要がある。
【００４７】
そこで、実験により、発光管17内に封入するクリプトンの混合分圧比を変化させて特性を取得した結果を図６および図７に示す。
【００４８】
図６には各実験例１〜４に関してこれらは、ランプ電力を１２Ｗ一定条件下における放電路長とランプ電圧との関係を示す。実験例１は管外径５ｍｍ、アルゴンが１００％で５Torr封入し、実験例２は管外径８ｍｍ、アルゴンが１００％で４Torr封入し、実験例３は管外径８ｍｍ、アルゴンが５０％、クリプトンが５０％で３Torr封入し、実験例４は管外径１０ｍｍ、アルゴンが２５％、クリプトンが７５％で２．５Torr封入した。
【００４９】
図７には放電路長３４０ｍｍ、管外径８ｍｍ管にて実験したランプ電流とランプ電圧およびランプ電力との関係を示す。曲線Ａはアルゴンが１００％でのランプ電流とランプ電圧との関係を示し、曲線Ｂはクリプトンを混合した場合でのランプ電流とランプ電圧との関係を示す。なお、曲線Ｃはアルゴンが１００％でのランプ電流とランプ電力との関係を示し、クリプトンを混合した場合のランプ電流とランプ電圧との関係はランプ電力が約１２Ｗで一定の条件にて取得したデータである。
【００５０】
このような実験により、クリプトンの混合分圧比を３％以上とすることでランプ電圧が１００Ｖ以下となり、１００Ｖの商用電源で点灯回路18を安定的に動作させて蛍光ランプ16の点灯維持が容易になった。クリプトンの混合分圧比を７５％程度まで増やしても、ランプ効率の低下は３％程度であり、この程度であればアルゴンのみの場合と比べて大きな低下ではなく、点灯回路18の回路設計の自由度が向上し、小形化も容易になった。ランプ電圧を確実に低下させるとともにランプ効率の低下を抑制することを考慮した場合、クリプトンの混合分圧比は５〜５０％の範囲が好ましい。
【００５１】
発光管17にクリプトンを封入し、ランプ電圧を１００Ｖ以下にすることにより、１００Ｖの商用電源で蛍光ランプ16の点灯維持が容易になるが、ランプ電圧が７０Ｖ以下ではランプ効率が低下するので、図６にＳの範囲で示す７０〜１００Ｖの範囲が好ましい。
【００５２】
なお、Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の管外径ｄは、１０ｍｍを超えると、十分な長さの放電路長が得られず、管外径を５ｍｍ未満とすると、始動電圧が上昇するとともにランプ効率が低下し、また発光管17の製造上も困難になるため、５〜１０ｍｍの範囲が好ましい。
【００５３】
Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の高さh1、h2は、７０ｍｍを超えると、白熱電球と同等の寸法を実現するのが困難であり、６０ｍｍ未満では、所望の放電路長を確保することが困難となるとともに製造が困難になるため、６０〜７０ｍｍが好ましい範囲としている。
【００５４】
Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の幅b1、b2は、３５ｍｍを超えると、白熱電球と同等の寸法を実現するのが困難であり、２５ｍｍ未満では、所望の放電路長を確保することが困難となるため、２５〜３５ｍｍが好ましい範囲としている。
【００５５】
発光管17の放電路長は、白熱電球と略同等の光出力とするためには３００ｍｍ以上必要であることが実験により確認された。すなわち、放電路長が３００ｍｍ未満であると、所望の光出力が得られず、また、発光に寄与しない電極損失部分の放電路長に占める割合が大きくなるため、所望のランプ効率が得られない。放電路長が５００ｍｍを超えると、ランプ始動電圧が過度に高くなり、白熱電球と略同等の外形寸法内に収容される小形インバータ回路では十分な始動電圧を発生させるのが困難なことから、放電路長は３００〜５００ｍｍとしている。なお、放電路長が４００ｍｍを超えると、３本のＵ字形屈曲バルブ31，32，33でその放電路長を得るのは難しく、４本以上のＵ字形屈曲バルブを接続する必要があるが、設計が難しくなるため、設計の容易性を考慮すれば放電路長は３００〜４００ｍｍとすることが好ましい。
【００５６】
こうして、蛍光ランプ16の発光管17は、Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の管外径ｄ、高さh1、h2、幅b1、b2、放電路長、蛍光体層、封入ガス種およびガス圧等を適宜考慮することにより、発光管17の電極30間に入力されるランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときに、全光束が７２０lm以上、ランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように構成できる。
【００５７】
このように構成された蛍光ランプ16を備えた電球形蛍光ランプ11は、白熱電球と同等の光出力で、略同サイズの光源とすることが可能となる。
【００５８】
したがって、このように構成された電球形蛍光ランプ11によれば、口金13を含んだ高さが１１０ｍｍ以下とするとともに、最大径が５０〜６５ｍｍのグローブ14によって発光管17を内包することにより、発光効率が高く、白熱電球と同等の形状にできる。
【００５９】
次に、図８に第２の実施の形態を示し、図８は蛍光ランプおよび回路基板の展開図である。なお、第１の実施の形態と同様の構成については同一符号を用いてその説明を省略する。
【００６０】
発光管17の各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の各端部をラインシールによって封止する例を示す。両側のＵ字形屈曲バルブ31，33で発光管17の両端に位置する各一端に電極30、補助アマルガム47および細管44を支持したステム71がラインシールによって封装され、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の各他端はラインシールによって封止されている。また、中央のＵ字形屈曲バルブ32の一端には図８に示すように細管45および補助アマルガム48が取り付けられるサポートワイヤ49を支持したステム72がラインシールによって封装され、中央のＵ字形屈曲バルブ32の他端はラインシールによって封止されている。
【００６１】
そして、中央のＵ字形屈曲バルブ32に主アマルガム46が封入された細管45とともに補助アマルガム48を封装したので、補助アマルガム48と細管45内に封入された主アマルガム46との距離および発光管17の端部に封装される電極30との距離が近く、消灯中に細管45内の主アマルガム46からの水銀蒸気が補助アマルガム48に吸着しやすいとともに、始動時には補助アマルガム48が電極30によって温まりやすく、光束の立ち上がり特性を改善できる。
【００６２】
なお、前記各実施の形態の電球形蛍光ランプ11は、グローブ14を省略したタイプにも適用でき、同様の作用効果を奏する。
【００６３】
また、蛍光ランプ16の寸法を満足するものであれば、中央のＵ字形屈曲バルブ32を２本として合計４本のバルブとするなど、４本以上を並設してもよく、放電路長をより長くできる。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１記載の電球形蛍光ランプによれば、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 の蛍光ランプを形成し、ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように構成したので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率を向上できる。
【００６５】
請求項２記載の電球形蛍光ランプによれば、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2、発光管内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを含む希ガスを封入した蛍光ランプを形成し、ランプ電圧が１００Ｖ以下となるように構成したので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率を向上できるとともに、ランプ電圧を低下させて小形の点灯回路で点灯維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す電球形蛍光ランプの断面図である。
【図２】 同上電球形蛍光ランプのグローブを透過した状態の側面図である。
【図３】 同上蛍光ランプの平面図である。
【図４】 同上蛍光ランプおよび回路基板の展開図である。
【図５】 同上電球形蛍光ランプの点灯回路の回路図である。
【図６】 同上放電路長とランプ電圧との関係を示すグラフである。
【図７】 同上ランプ電流とランプ電圧およびランプ電力との関係を示すグラフである。
【図８】 第２の実施の形態を示す蛍光ランプおよび回路基板の展開図である。
【符号の説明】
11 電球形蛍光ランプ
16 蛍光ランプ
17 発光管
18 点灯回路
31，32，33 Ｕ字形屈曲バルブ
34 屈曲部
35 直管部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数本のＵ字形屈曲バルブを接続して構成される発光管を備えた電球形蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電球形蛍光ランプでは、例えば、The Self-Ballasted Compact Fluorescent Lamp of an A60 Buib Shape,J.Light & Vis.Env.Vol.24,No.2,2000,pp1-7（以下、文献１と呼ぶ）に記載されているように、蛍光ランプ、この蛍光ランプを点灯させる点灯回路、蛍光ランプを支持するとともに点灯回路を収納するカバー、このカバーに取り付けられたＥ２６型の口金、および蛍光ランプを内包してカバーに取り付けられたグローブなどを備え、Ｅ２６型の口金を使用する白熱電球に近似した形状に形成されている。
【０００３】
蛍光ランプは、３本のＵ字形屈曲バルブを順次接続して放電路が形成された発光管を備えており、この発光管の両端には電極が封装され、発光管内にはアルゴンなどの希ガスや水銀などを含む封入ガスが封入されている。３本のＵ字形屈曲バルブは、三角形の各辺に対応してデルタ状に配置されて構成されている。
【０００４】
また、文献１には、同一の放電路長を有する蛍光ランプのランプ効率は管外径が太い方が高いことが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白熱電球の形状の寸法制約内に蛍光ランプを収容する場合には、管外径が太いと放電路長を十分に確保できず、所望の光出力を得られないとともに、発光に寄与しない電極損失部分の放電路長に占める割合が大きくなることで所望のランプ効率が得られない問題がある。
【０００６】
また、放電路長を長くした場合、点灯維持に必要とするランプ電圧が高くなり、例えば蛍光ランプ内に封入する希ガスがアルゴンのみの場合にはランプ電圧が１００Ｖ以上となる場合があり、１００Ｖの商用電源電圧にて点灯維持するのが難しい問題がある。
【０００７】
この場合、点灯回路を変更し、倍電圧回路や昇圧チョッパを用いて電圧を上げたり、平滑コンデンサの容量を大きくして脈流によるリップルの低下を小さくする改善方法も考えられるが、倍電圧回路や昇圧チョッパを用いる場合には部品点数が増加して点灯回路が大形化し、また、平滑コンデンサの容量を大きくする場合にはコンデンサインプット形の回路になるために高調波成分が増大し、それを改善するためには部品の追加を要するので、部品点数が増加して点灯回路が大形化する。この点灯回路が大形化すれば、白熱電球の形状の寸法制約内に点灯回路を収容するのが困難になってしまう。
【０００８】
このように、白熱電球の形状の寸法制約内に収容する小形の点灯回路では十分なランプ電圧を発生させるのが困難であるため、十分な長さの放電路長を確保できず、所望のランプ効率を得ることができない問題がある。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率を向上させ、さらに、ランプ電圧を低下させて小形の点灯回路で点灯維持できる電球形蛍光ランプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電球形蛍光ランプは、直管部および屈曲部を有する複数本のＵ字形屈曲バルブをそのＵ字形をなす面が互いに平行に対向するように中央とその両側とに並列に並べて接続した発光管を備え、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 である蛍光ランプと；ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように蛍光ランプを点灯させる点灯回路と；を具備しているものである。
【００１１】
そして、この構成では、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 の蛍光ランプを形成し、ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように構成したので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率が向上する。
【００１２】
請求項２記載の電球形蛍光ランプは、直管部および屈曲部を有する複数本のＵ字形屈曲バルブをそのＵ字形をなす面が互いに平行に対向するように中央とその両側とに並列に並べて接続した発光管を備え、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2であり、発光管内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを含む希ガスを封入した蛍光ランプと；ランプ電圧が１００Ｖ以下となるように蛍光ランプを点灯させる点灯回路と；を具備しているものである。
【００１３】
そして、この構成では、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 の蛍光ランプを形成し、発光管内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを含む希ガスを封入してランプ電圧が１００Ｖ以下となるように構成したので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率を向上させるとともに、クリプトンの封入によりランプ電圧を低下させて小形の点灯回路で点灯維持可能とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１ないし図７に第１の実施の形態を示し、図１は電球形蛍光ランプの断面図、図２は電球形蛍光ランプのグローブを透過した状態の側面図、図３は蛍光ランプの平面図、図４は蛍光ランプおよび回路基板の展開図、図５は電球形蛍光ランプの点灯回路の回路図、図６は放電路長とランプ電圧との関係を示すグラフ、図７はランプ電流とランプ電圧およびランプ電力との関係を示すグラフである。
【００１６】
図１および図２において、11は電球形蛍光ランプで、この電球形蛍光ランプ11は、カバー12、口金13およびグローブ14を有する外囲器、仕切体15に取り付けられて外囲器内に収容される蛍光ランプ16の発光管17および点灯回路18を備えて電球形蛍光ランプ装置を構成している。そして、外囲器は、白熱電球の規格寸法に近似する外形で、口金13からグローブ14までの高さＨが１１０ｍｍ以下、グローブ14の最大直径部分に対応した径Ｄが５０〜６５ｍｍであって、好ましくは６０ｍｍ以下に形成されている。そして、以下、カバー12の一端側つまり口金13側を上側、他端側つまりグローブ14および発光管17側を下側として説明する。
【００１７】
そして、カバー12は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの白色の耐熱性合成樹脂などにて、発光管17側の下方に拡開する略円筒状に形成されている。
【００１８】
また、口金13は、エジソンタイプのＥ２６型で、点灯回路18との配線後にカバー12の上端部に被せられ、接着剤またはかしめなどにより固定されている。
【００１９】
また、グローブ14は、透明あるいは光拡散性を有するガラスあるいは合成樹脂などの材質により、白熱電球のガラス球の形状に近似した略球形に形成されている。グローブ14の一部に開口部21が形成され、この開口部21の縁部22がカバー12に嵌合されて接着剤により接着固定されている。このグローブ14の光拡散性は、乳白色とするか、グローブ14の内面または外面にサンドブラスト加工を施して形成しており、水平方向の配光分布の均一化を図ることができる。さらに、拡散膜などの別部材を組み合わせて輝度の均一性を向上することもでき、あるいはグローブ14自体を省略することもできる。
【００２０】
また、仕切体15は、カバー12の下端の開口部に取り付けられるもので、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの耐熱性合成樹脂材料にて円板状に形成されている。仕切体15には、発光管17が挿通される複数の取付孔25が形成され、これら取付孔25に発光管17の端部が挿通された状態で例えばシリコーン樹脂などの接着剤26で固定される。
【００２１】
また、発光管17は、図３および図４に示すように、ガラス製のバルブ体29を有し、このバルブ体29の内面に例えば３波長形の蛍光体が形成され、バルブ体29の内部にアルゴン（Ar）およびクリプトン（Kr）などの希ガスや水銀などを含む封入ガスが封入され、バルブ体29の両端に対の電極30がピンチシールによって封装されている。クリプトンの混合分圧比は、３〜７５％であって、好ましくは５〜５０％としている。
【００２２】
バルブ体29は、少なくとも３本のＵ字形屈曲バルブ31，32，33を有し、これらＵ字形屈曲バルブ31，32，33がそのＵ字形をなす面が互いに平行に対向するように並列に並べて接続され、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33で発光管17の対角線上に位置する各一端に対の電極30が配置されている。
【００２３】
各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33は、例えば、管外径ｄが５〜１０ｍｍのガラス製の断面略円筒状の管が、中間部で湾曲されて頂部を有する略Ｕ字状に形成されている。すなわち、各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33は、湾曲する屈曲部34と、この屈曲部34に連続する互いに平行な対の直管部35とを備えている。中央のＵ字形屈曲バルブ32の高さをh1、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の高さをh2とした場合、h1、h2は６０〜７０ｍｍの範囲で、h1＞h2の関係を有している。中央のＵ字形屈曲バルブ32の高さh1および両端のＵ字形屈曲バルブ31，33の高さh2は、バルブ封止端部から屈曲部34の頂部までの長さを意味する。また、中央のＵ字形屈曲バルブ32の直管部35の並設方向の幅をb1、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の直管部35の並設方向の幅をb2とした場合、b1、b2は２５〜３５ｍｍの範囲で、b1＞b2の関係を有している。
【００２４】
両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の電極30が封装されない側の各端部と中央のＵ字形屈曲バルブ32の各端部とが連通管36で順次接続されて放電路長が３００〜５００ｍｍ、好ましくは３００〜４００ｍｍで、本実施の形態では３４０ｍｍの１本の連続した放電路37が形成されている。各連通管36は、各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の接続する端部近傍を加熱溶融した後、吹き破ることによって形成された開口同士をつなぎ合わせて形成されている。
【００２５】
各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の各端部には、各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の各端部を加熱溶融した後にピンチすることにより、つまりピンチシールにより封止されたピンチシール部38が形成されている。
【００２６】
両側のＵ字形屈曲バルブ31，33で発光管17の両端に位置する各一端にピンチシールによって封装された各電極30は、フィラメントコイル41を有し、このフィラメントコイル41が一対（２本）の線状のウエルズ42に支持されている。各ウエルズ42は、例えば、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の端部にピンチシールによって封装されたジュメット線を介して、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の端部の外部に導出されて点灯回路18に接続されるワイヤ43に接続されている。
【００２７】
両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の電極30が封装されていない側の各端部、および中央のＵ字形屈曲バルブ32の一端には、ピンチシールによって封装されて排気管とも呼ばれる円筒状の細管44，45が連通状態に突設されている。これら各細管44，45は、バルブ体29の製造過程で溶断によって順次封止され、各細管44，45のうちの封止されていない一部を通じてバルブ体29内の排気がなされるとともに、封入ガスが封入されて置換された後に、その各細管44，45のうちの封止されていない一部を溶断することによって封止される。
【００２８】
中央のＵ字形屈曲バルブ32の細管45には、その細管45を封止する際にアマルガムとしての主アマルガム46が封入されている。この主アマルガム46は、ビスマス、インジウムおよび水銀にて構成される合金であり、略球形状に形成され、バルブ体29内の水銀蒸気圧を適正な範囲に制御する作用を有している。なお、主アマルガム46としては、ビスマス、インジウムの他に、スズ、鉛などを組み合わせた合金によって形成したものを用いてもよい。また、両端の各Ｕ字形屈曲バルブ31，33の電極30のウエルズ42には、主としてインジウムからなる水銀吸着放出作用を有する補助アマルガム47が取り付けられて封入されている。さらに、中央のＵ字形屈曲バルブ32の細管45が封装されていない側の端部には、主アマルガム46および補助アマルガム47と同様の水銀蒸気圧特性を有する補助アマルガム48がサポートワイヤ49によって封入されている。
【００２９】
そして、発光管17の各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の各端部が仕切体15の各取付孔25に挿入されるとともに、仕切体15の内側から例えばシリコーン樹脂などの接着剤26が充填されることにより、各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の端部と仕切体15とが互いに固定されている。
【００３０】
また、点灯回路18は、カバー12内に配置される略円板状の回路基板51を備え、この回路基板51の口金13側の一面、あるいは口金13側と発光管17側との両面に、複数の電気部品52が実装されて、発光管17を高周波点灯させるインバータ回路つまり高周波点灯回路が構成されている。
【００３１】
回路基板51の両面に電気部品を実装する場合、口金13側には、比較的熱に弱く、大形の電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどの電気部品52が配置されるとともに、発光管17側には、比較的熱に強く、高さ寸法の小さい整流素子やダイオードブリッジなどのＲＥＣ、トランジスタ、抵抗などのチップ状の電気部品52が配置される。
【００３２】
回路基板51には、発光管17の主アマルガム46が封入された細管45が挿通される通孔53が形成され、回路基板51の上面側で細管45が挿通される通孔53の側部に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むスイッチング素子などの複数の高発熱部品54が配置されている。すなわち、細管45内の主アマルガム46と複数の高発熱部品54とが接近して配置されるため、電球形蛍光ランプ11の始動時において、回路部品のなかで比較的早く発熱しやすい高発熱部品54の熱で主アマルガム46が素早く暖められ、発光管17内の水銀蒸気圧が素早く増加し、光束の立ち上がり特性を改善できる。
【００３３】
図５に示すように、点灯回路18は、商用交流電源ｅにヒューズF1を介してフィルタを構成するコンデンサC1が接続され、このコンデンサC1にはフィルタを構成するインダクタL1を介して全波整流器61の入力端子が接続されている。また、この全波整流器61の出力端子には平滑用のコンデンサC2が接続されて入力電源回路Ｅを構成し、この入力電源回路ＥのコンデンサC2には高周波を発生するハーフブリッジ形のインバータ回路62のインバータ主回路63が接続されている。
【００３４】
インバータ主回路63は、コンデンサC2に対して並列に、スイッチング素子である互いに相補形となるＭＯＳ形のＮチャネルのトランジスタとしての電界効果トランジスタQ1およびＭＯＳ形のＰチャネルのトランジスタとしての電界効果トランジスタQ2が直列に接続されている。Ｎチャネルの電界効果トランジスタQ1およびＰチャネルの電界効果トランジスタQ2は互いのソースが接続されている。
【００３５】
電界効果トランジスタQ2のドレイン、ソース間には、共振用のインダクタL2、直流カット用のコンデンサC3およびバラストチョークL3を介して、発光管17の両端のフィラメントコイル41，41の一端がそれぞれ接続され、一方のフィラメントコイル41の一端と他方のフィラメントコイル41との一端間には共振用のコンデンサC4が接続され、一方のフィラメントコイル41の他端と他方のフィラメントコイル41との他端間には始動用のコンデンサC5が接続されている。
【００３６】
コンデンサC2と電界効果トランジスタQ1のゲートおよび電界効果トランジスタQ2のゲートとの間には、起動回路65を構成する起動用の抵抗R1が接続され、これら電界効果トランジスタQ1のゲートおよび電界効果トランジスタQ2のゲートと電界効果トランジスタQ1および電界効果トランジスタQ2のソースとの間に、コンデンサC6およびコンデンサC7の直列回路が接続され、これらコンデンサC6およびゲート制御手段としてのゲート制御回路66のコンデンサC7の直列回路に対して並列に電界効果トランジスタQ1および電界効果トランジスタQ2のゲート保護のためのツェナダイオードZD1およびツェナダイオードZD2の直列回路が接続されている。また、インダクタL2には、二次巻線L4が磁気的に結合して設けられ、この二次巻線L4はコンデンサC6およびコンデンサC7の接続点に接続されている。さらに、コンデンサC6に対して並列に、起動回路65の抵抗R2が接続されている。
【００３７】
電界効果トランジスタQ2のドレイン、ソース間には、起動回路65の抵抗R3およびスイッチング改善用のコンデンサC8の並列回路が接続されている。
【００３８】
なお、インバータ主回路63は互いに直列的に接続されたスイッチング素子を２対以上有するたとえばフルブリッジ形のものでもよい。さらに、発光管17は両方のフィラメントコイル41，41が予熱される形式のものでも、両方のフィラメントコイル41，41が予熱されない形式のものでもよい。
【００３９】
そして、点灯回路18に電源が投入されると、商用交流電源ｅの電圧を全波整流器61で全波整流し、コンデンサC2で平滑する。
【００４０】
まず、抵抗R1を介してＮチャンネルの電界効果トランジスタQ1のゲートに電圧が印加され、電界効果トランジスタQ1がオンする。電界効果トランジスタQ1のオンによりインダクタL2、コンデンサC3、バラストチョークL3、コンデンサC4およびコンデンサC5の閉路に電圧が印加され、インダクタL2、コンデンサC3、バラストチョークL3、コンデンサC4およびコンデンサC5は共振する。そして、インダクタL2の二次巻線L4に電圧が誘起され、ゲート制御回路66のコンデンサC6およびコンデンサC7となどが固有共振して電界効果トランジスタQ1をオンさせ、電界効果トランジスタQ2をオフさせる電圧を発生する。
【００４１】
ついで、インダクタL2、コンデンサC3，バラストチョークL3、コンデンサC4およびコンデンサC5の共振電圧が反転すると二次巻線L4には前回と逆の電圧が発生し、ゲート制御回路66は電界効果トランジスタQ1をオフさせ、電界効果トランジスタQ2をオンさせる電圧を発生する。さらに、インダクタL2、コンデンサC3、バラストチョークL3、コンデンサC4およびコンデンサC5の共振電圧が反転すると、電界効果トランジスタQ1がオンするとともに、電界効果トランジスタQ2がオフする。以後、同様に、電界効果トランジスタQ1および電界効果トランジスタQ2が交互にオン、オフして、共振電圧が発生し、コンデンサC4およびコンデンサC5に並列接続された発光管17はフィラメントコイル41，41が予熱されつつ始動電圧を印加されて、始動、点灯する。
【００４２】
ツェナダイオードZD1およびツェナダイオードZD2により、電界効果トランジスタQ1および電界効果トランジスタQ2のゲート電圧を一定化するとともに、ゲートを過大な電圧から保護している。
【００４３】
したがって、ＮチャネルおよびＰチャネルの電界効果トランジスタQ1，Q2を用い、かつ、Ｎチャネルの電界効果トランジスタQ1を高電位側に接続したので、１つのゲート制御回路66によりＮチャネルおよびＰチャネルの電界効果トランジスタQ1，Q2を制御できる。
【００４４】
このように構成された点灯回路18は、１００Ｖの商用電源により、ランプ電圧が１００Ｖ以下、ランプ電力が１４Ｗ以下で蛍光ランプ16を点灯させたときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように点灯させる。
【００４５】
そして、電球形蛍光ランプ11の蛍光ランプ16は、管外径が５〜１０ｍｍ、幅b1、b2が２５〜３５ｍｍ、高さh1、h2が６０〜７０ｍｍであるＵ字形屈曲バルブ31，32，33を並列に並べて接続することにより、３００〜５００ｍｍの十分な長さの放電路長を確保し、ランプ効率を向上できる。この発光管17内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを封入することにより、ランプ電圧を１００Ｖ以下にできる。そのため、ランプ電圧が１００Ｖ以下、ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように構成できる。
【００４６】
発光管17内に封入するクリプトンは、アルゴンに比べて、原子量が大きいので電子の弾性衝突ロスが減り、電離電圧が低いので電極降下電圧が低下する点において有利になる特性を有しているが、電子温度が低下するために水銀の高準位への励起確率が下がり、電離電圧が低いので水銀に代わって陽光柱にて電離を起し、ストライエーションと呼ばれる縞状の放電となりやすい特性も有しているため、最適な混合分圧比の範囲を取得する必要がある。
【００４７】
そこで、実験により、発光管17内に封入するクリプトンの混合分圧比を変化させて特性を取得した結果を図６および図７に示す。
【００４８】
図６には各実験例１〜４に関してこれらは、ランプ電力を１２Ｗ一定条件下における放電路長とランプ電圧との関係を示す。実験例１は管外径５ｍｍ、アルゴンが１００％で５Torr封入し、実験例２は管外径８ｍｍ、アルゴンが１００％で４Torr封入し、実験例３は管外径８ｍｍ、アルゴンが５０％、クリプトンが５０％で３Torr封入し、実験例４は管外径１０ｍｍ、アルゴンが２５％、クリプトンが７５％で２．５Torr封入した。
【００４９】
図７には放電路長３４０ｍｍ、管外径８ｍｍ管にて実験したランプ電流とランプ電圧およびランプ電力との関係を示す。曲線Ａはアルゴンが１００％でのランプ電流とランプ電圧との関係を示し、曲線Ｂはクリプトンを混合した場合でのランプ電流とランプ電圧との関係を示す。なお、曲線Ｃはアルゴンが１００％でのランプ電流とランプ電力との関係を示し、クリプトンを混合した場合のランプ電流とランプ電圧との関係はランプ電力が約１２Ｗで一定の条件にて取得したデータである。
【００５０】
このような実験により、クリプトンの混合分圧比を３％以上とすることでランプ電圧が１００Ｖ以下となり、１００Ｖの商用電源で点灯回路18を安定的に動作させて蛍光ランプ16の点灯維持が容易になった。クリプトンの混合分圧比を７５％程度まで増やしても、ランプ効率の低下は３％程度であり、この程度であればアルゴンのみの場合と比べて大きな低下ではなく、点灯回路18の回路設計の自由度が向上し、小形化も容易になった。ランプ電圧を確実に低下させるとともにランプ効率の低下を抑制することを考慮した場合、クリプトンの混合分圧比は５〜５０％の範囲が好ましい。
【００５１】
発光管17にクリプトンを封入し、ランプ電圧を１００Ｖ以下にすることにより、１００Ｖの商用電源で蛍光ランプ16の点灯維持が容易になるが、ランプ電圧が７０Ｖ以下ではランプ効率が低下するので、図６にＳの範囲で示す７０〜１００Ｖの範囲が好ましい。
【００５２】
なお、Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の管外径ｄは、１０ｍｍを超えると、十分な長さの放電路長が得られず、管外径を５ｍｍ未満とすると、始動電圧が上昇するとともにランプ効率が低下し、また発光管17の製造上も困難になるため、５〜１０ｍｍの範囲が好ましい。
【００５３】
Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の高さh1、h2は、７０ｍｍを超えると、白熱電球と同等の寸法を実現するのが困難であり、６０ｍｍ未満では、所望の放電路長を確保することが困難となるとともに製造が困難になるため、６０〜７０ｍｍが好ましい範囲としている。
【００５４】
Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の幅b1、b2は、３５ｍｍを超えると、白熱電球と同等の寸法を実現するのが困難であり、２５ｍｍ未満では、所望の放電路長を確保することが困難となるため、２５〜３５ｍｍが好ましい範囲としている。
【００５５】
発光管17の放電路長は、白熱電球と略同等の光出力とするためには３００ｍｍ以上必要であることが実験により確認された。すなわち、放電路長が３００ｍｍ未満であると、所望の光出力が得られず、また、発光に寄与しない電極損失部分の放電路長に占める割合が大きくなるため、所望のランプ効率が得られない。放電路長が５００ｍｍを超えると、ランプ始動電圧が過度に高くなり、白熱電球と略同等の外形寸法内に収容される小形インバータ回路では十分な始動電圧を発生させるのが困難なことから、放電路長は３００〜５００ｍｍとしている。なお、放電路長が４００ｍｍを超えると、３本のＵ字形屈曲バルブ31，32，33でその放電路長を得るのは難しく、４本以上のＵ字形屈曲バルブを接続する必要があるが、設計が難しくなるため、設計の容易性を考慮すれば放電路長は３００〜４００ｍｍとすることが好ましい。
【００５６】
こうして、蛍光ランプ16の発光管17は、Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の管外径ｄ、高さh1、h2、幅b1、b2、放電路長、蛍光体層、封入ガス種およびガス圧等を適宜考慮することにより、発光管17の電極30間に入力されるランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときに、全光束が７２０lm以上、ランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように構成できる。
【００５７】
このように構成された蛍光ランプ16を備えた電球形蛍光ランプ11は、白熱電球と同等の光出力で、略同サイズの光源とすることが可能となる。
【００５８】
したがって、このように構成された電球形蛍光ランプ11によれば、口金13を含んだ高さが１１０ｍｍ以下とするとともに、最大径が５０〜６５ｍｍのグローブ14によって発光管17を内包することにより、発光効率が高く、白熱電球と同等の形状にできる。
【００５９】
次に、図８に第２の実施の形態を示し、図８は蛍光ランプおよび回路基板の展開図である。なお、第１の実施の形態と同様の構成については同一符号を用いてその説明を省略する。
【００６０】
発光管17の各Ｕ字形屈曲バルブ31，32，33の各端部をラインシールによって封止する例を示す。両側のＵ字形屈曲バルブ31，33で発光管17の両端に位置する各一端に電極30、補助アマルガム47および細管44を支持したステム71がラインシールによって封装され、両側のＵ字形屈曲バルブ31，33の各他端はラインシールによって封止されている。また、中央のＵ字形屈曲バルブ32の一端には図８に示すように細管45および補助アマルガム48が取り付けられるサポートワイヤ49を支持したステム72がラインシールによって封装され、中央のＵ字形屈曲バルブ32の他端はラインシールによって封止されている。
【００６１】
そして、中央のＵ字形屈曲バルブ32に主アマルガム46が封入された細管45とともに補助アマルガム48を封装したので、補助アマルガム48と細管45内に封入された主アマルガム46との距離および発光管17の端部に封装される電極30との距離が近く、消灯中に細管45内の主アマルガム46からの水銀蒸気が補助アマルガム48に吸着しやすいとともに、始動時には補助アマルガム48が電極30によって温まりやすく、光束の立ち上がり特性を改善できる。
【００６２】
なお、前記各実施の形態の電球形蛍光ランプ11は、グローブ14を省略したタイプにも適用でき、同様の作用効果を奏する。
【００６３】
また、蛍光ランプ16の寸法を満足するものであれば、中央のＵ字形屈曲バルブ32を２本として合計４本のバルブとするなど、４本以上を並設してもよく、放電路長をより長くできる。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１記載の電球形蛍光ランプによれば、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 の蛍光ランプを形成し、ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように構成したので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率を向上できる。
【００６５】
請求項２記載の電球形蛍光ランプによれば、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2、発光管内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを含む希ガスを封入した蛍光ランプを形成し、ランプ電圧が１００Ｖ以下となるように構成したので、十分な長さの放電路長を確保してランプ効率を向上できるとともに、ランプ電圧を低下させて小形の点灯回路で点灯維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す電球形蛍光ランプの断面図である。
【図２】 同上電球形蛍光ランプのグローブを透過した状態の側面図である。
【図３】 同上蛍光ランプの平面図である。
【図４】 同上蛍光ランプおよび回路基板の展開図である。
【図５】 同上電球形蛍光ランプの点灯回路の回路図である。
【図６】 同上放電路長とランプ電圧との関係を示すグラフである。
【図７】 同上ランプ電流とランプ電圧およびランプ電力との関係を示すグラフである。
【図８】 第２の実施の形態を示す蛍光ランプおよび回路基板の展開図である。
【符号の説明】
11 電球形蛍光ランプ
16 蛍光ランプ
17 発光管
18 点灯回路
31，32，33 Ｕ字形屈曲バルブ
34 屈曲部
35 直管部
Claims (2)
- 直管部および屈曲部を有する複数本のＵ字形屈曲バルブをそのＵ字形をなす面が互いに平行に対向するように中央とその両側とに並列に並べて接続した発光管を備え、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2 である蛍光ランプと；
ランプ電力が１４Ｗ以下で点灯したときのランプ効率が６０lm／Ｗ以上となるように蛍光ランプを点灯させる点灯回路と；
を具備していることを特徴とする電球形蛍光ランプ。 - 直管部および屈曲部を有する複数本のＵ字形屈曲バルブをそのＵ字形をなす面が互いに平行に対向するように中央とその両側とに並列に並べて接続した発光管を備え、Ｕ字形屈曲バルブの管外径が５〜１０ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法が２５〜３５ｍｍ、Ｕ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法が６０〜７０ｍｍ、発光管の放電路長が３００〜５００ｍｍ、中央のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b1 と両側のＵ字形屈曲バルブの屈曲部を介して並設される直管部の並設方向の寸法 b2 との関係が b1 ＞ b2 、中央のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h1 と両側のＵ字形屈曲バルブの直管部の端部から屈曲部の頂部までの寸法 h2 との関係が h1 ＞ h2であり、発光管内に３〜７５％の混合分圧比のクリプトンを含む希ガスを封入した蛍光ランプと；
ランプ電圧が１００Ｖ以下となるように蛍光ランプを点灯させる点灯回路と；
を具備していることを特徴とする電球形蛍光ランプ。
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