JP3922072B2 - Fluorescent lamp and lighting equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光ランプ及び照明器具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、複数灯の蛍光ランプと、複数灯の蛍光ランプをそれぞれ点灯させる複数のバラストとを備えた多灯点灯形の照明器具が提供されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
多灯点灯形の照明器具では、複数灯の蛍光ランプの内の何れか1灯が点灯すると、最初に点灯した蛍光ランプの光が、まだ点灯していない蛍光ランプに照射されて、その蛍光ランプの始動電圧が上昇し、始動しにくくなるという問題があった。
【0004】
上記の現象によって蛍光ランプの始動性が悪化するのを防止するために、始動電圧の上昇分を考慮して、その上昇分だけ高い始動電圧を発生できるように、それぞれのバラストを設計することが考えられるが、そのような設計を行った場合、本来必要な始動電圧よりも高い始動電圧を発生させるために、バラストの製造コストが高くなるという問題があった。
【0005】
また、複数灯の蛍光ランプの始動する順番を予め決めておき、始動時に所定の照度よりも明るい光が入射する順番の蛍光ランプのみに(例えば最後に点灯する蛍光ランプのみに)、上昇分を加味した高い始動電圧を発生させることができるバラストを用いることも考えられる。この方法であれば全てのバラストに高コストのものを使用する必要がなく、一部のバラストのみを高コストのものにすれば良いから、製造コストの上昇を抑制できるが、この場合にはバラストの設計時に始動電圧の上昇分がどの程度かを予測しなければならず、始動電圧の上昇は使用環境によって大きく変化するため、バラストの設計が困難であった。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、複数灯の蛍光ランプを点灯させる場合に、先に点灯した蛍光ランプからの光によって始動電圧が上昇し、始動しにくくなるのを防止した蛍光ランプ及び照明器具を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述のように未点灯の蛍光ランプに外部から光が照射されると、そのランプの始動電圧が上昇して、始動しにくくなるという現象が発生するのであるが、この現象の発生原因を特定するために、本発明者らは、蛍光ランプにスペクトルランプの光、或いはタングステンハロゲンランプの光を照射させて、始動電圧の変化を測定する実験を行った。なお、スペクトルランプによる実験では、蛍光ランプの全体に光を照射した場合(全体放射)と、蛍光ランプの一部に光を照射した場合(局所放射)について実験を行った。また、タングステンハロゲンランプによる実験でも全体放射と局所放射の両方について実験を行い、さらに局所放射では全スペクトルによる実験と、特定の波長の光を切り出して行う部分スペクトルによる実験を行った。
【0008】
測定対象の蛍光ランプは、定格電力が20Wで電極間の距離が50cmの直管形のもので、蛍光体を塗布していないものを使用した。図4は実験装置の概略図であり、蛍光ランプ1に試験用の光源(図示せず)からの光を直接あるいはスリット20を通して照射している。蛍光ランプ1の両電極3a,3b間には限流用の抵抗Rを介して直流電源Eを接続してあり、直流電源Eの出力電圧を徐々に上昇させて、蛍光ランプ1が放電を開始したときの、直流電源Eの出力電圧(この出力電圧を放電開始電圧と呼ぶ。)を測定することで、始動電圧の変化を観測した。
【0009】
先ず、試験用の光源として水銀、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、水素およびヨウ素のスペクトルランプを使用して、それぞれ実験を行った結果、何れのスペクトルランプの光を照射した場合でも、上昇幅の大小はあるものの、放電開始電圧の上昇が観測された。また、スリット20により光源の光の照射領域を一辺が30mmの正方形領域に限定し、その照射位置をずらして放電開始電圧の変化を測定したところ、アノード電極3aからの距離が約10cmまでの範囲で光を照射した時のみ、放電開始電圧の上昇が観測され、アノード電極3aから数cmの位置で上昇幅が最大となることが判明した。
【0010】
次に、試験用の光源として定格電圧が24Vで消費電力が150Wのタングステンハロゲンランプ(形式:JC25V150W)を使用して、以下の3通りの実験を行った。全体放射実験では、タングステンハロゲンランプを蛍光ランプ1の50cm前方に配置して、タングステンハロゲンランプの光を蛍光ランプ1の全体に照射させた状態で、タングステンハロゲンランプの光出力を変化させて実験を行った。その結果、1〜2(lx)の照度に相当する放射束で、放電開始電圧の上昇が観測され始め、その後、タングステンハロゲンランプの光出力が増加するとともに放電開始電圧も一様に増加し、300〜400(lx)に相当する放射束以上では、放電開始電圧の増加分は略一定値(約200V)となることが判明した。
【0011】
また、全スペクトルによる局所放射実験では、上記タングステンハロゲンランプの電源電圧を0Vから24Vまで2Vずつ変化させ、電源電圧をそれぞれ変化させた状態で、タングステンハロゲンランプの光をレンズにより縦2mm、横5mmの照射領域に結像し、その照射領域を蛍光ランプ1の軸方向に沿って一定間隔(アノード側は2cm間隔、カソード側は4cm間隔)で変化させて、放電開始電圧の変化を観測した。図5はアノード電極3aから照射位置までの距離を変化させた場合の放電開始電圧の測定結果を示しており、図中のa,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,mは、それぞれ、タングステンハロゲンランプの電源電圧を0V、2V、4V、6V、8V、10V、12V、14V、16V、18V、20V、22V、24Vとした時の測定結果を示している。この測定結果よりアノード電極3aからの距離が4〜6cmの範囲に光を照射した場合に、放電開始電圧の上昇幅が最も大きくなり、20,000lxの照度に相当する放射束以上では放電開始電圧の上昇幅は略一定値(約200V)となることが判明した。また、基本的にはアノード電極3aから光の照射位置までの距離が0〜10cmの範囲でしか放電開始電圧の上昇は発生しないが、照射光が1000lxの照度に相当する放射束よりも明るくなると、散乱光によると思われる放電開始電圧の上昇が見られた。
【0012】
また更に、部分スペクトルによる局所放射実験では、タングステンハロゲンランプの光からモノクロメータ(株式会社ニコン製の型番G−250)を用いて波長幅が6.4nmの単色光を切り出し、300〜800nmの範囲で5nm毎に波長を変化させた光を蛍光ランプに照射して、放電開始電圧の変化を測定した。なお、光の照射範囲を縦2mm、横2mmの正方形領域、又は、直径1.5mmの円形領域とし、アノード電極3aから光の照射位置までの距離を0cmから10cmまで2cmずつ変化させて測定を行った。図6はアノード電極3aから光の照射位置までの距離を6cmとした場合の測定結果を示し、波長が500nmから800nmまでの光が照射された場合は、放電開始電圧の上昇は見られなかった。また、波長が300nmから500nmまでの光が照射された場合は、波長が370nmから380nmまでの範囲で放電開始電圧が極大値(上昇幅が約100V)を持つような波長依存性が確認され、このような放電開始電圧の波長依存性は照射位置を変化させても殆ど変わらなかった。
【0013】
このように、蛍光体を塗布していない電極間隔が50cmの直管形蛍光ランプに、種々のスペクトルの光を照射した状態で、直流点灯に必要な放電開始電圧を測定し、蛍光ランプ1に照射される光がその始動特性に与える影響を実験的に調べた結果、アノード電極からの距離が0〜15cmまでの範囲(影響が多いのは0〜10cmまでの範囲)に光を照射した場合のみ放電開始電圧の上昇を引き起こし、アノード電極から数cmの位置では放電開始電圧の上昇幅が最大で約220Vとなること、また300nm以上且つ500nm以下の波長成分を有する光を照射した場合のみ放電開始電圧の上昇を引き起こし、波長が370〜380nm付近で放電開始電圧が極大となること、が判明した。
【0014】
ところで、蛍光ランプが始動するためには、一つ(あるいは幾つかの)電子が電界で加速されて、発光管内部に封入された放電ガスと衝突し、電離を引き起こすことが必要である。そして、電離して生成された電子がさらに電離を引き起こして、電子とイオンとのペアの密度が非常に高くなり、そのイオンが陰極に到達し、陰極から1つ以上の電子を放出させることで、この電離現象が継続する。この状況を満たすための条件が始動条件である。
【0015】
一般に蛍光ランプには、アルゴンと水銀の混合ガスからなる放電ガスが封入されており、水銀の電離電圧の方がアルゴンよりも低いが、水銀の密度はアルゴンに比べて2桁以上低いため、電子が水銀に衝突する確率よりも、アルゴンに衝突する確率の方が高く、蛍光ランプの始動特性にはアルゴンが大きな影響を与える。以下に蛍光ランプが始動する際のメカニズムの概略を説明する。
【0016】
電界により加速された電子がアルゴンに衝突すると、電子の運動エネルギーでアルゴンは励起され、励起されたアルゴンは直ぐに光を放出して基底状態に戻る。この時、アルゴンが励起準位にとどまるのは、数ナノ秒〜数十ナノ秒である。
【0017】
一方、アルゴンが準安定状態と呼ばれる準位に励起されている場合、この準位は光放出ができない領域のため、励起準位の寿命は長くなる。そして、準安定状態に励起されたアルゴンが水銀に衝突すると、その励起エネルギーが水銀に与えられる。準安定状態に励起されたアルゴンの励起準位エネルギーは、水銀の電離エネルギーよりも若干大きく、そのため水銀が電離する(この現象はペニング効果として知られている)。また、アルゴンの準安定状態の原子自身が累積電離を引き起こすこともあり、準安定状態に励起されたアルゴン原子の存在が蛍光ランプの始動には不可欠である。
【0018】
このように準安定状態に励起されたアルゴン原子の存在が蛍光ランプの始動には不可欠であるから、他の蛍光ランプからの光が照射された場合に蛍光ランプの始動電圧が上昇する原因は、準安定状態に励起されたアルゴン原子の密度が光照射によって減少することにある、と本発明者らは考察した。以下に、蛍光ランプに光が照射されると、蛍光ランプが始動しにくくなる理由を図7を参照して説明する。準安定状態(図中の状態C)の原子に光があたると、その光を吸収して上位の励起状態(図中の状態A)に遷移する。この状態は上述の様に寿命が短く、すぐに光を放出して他の状態(図中の状態B)へ変化し、さらにこの状態Bから光を放出して基底状態(図中の状態D)に遷移する。実際には準安定状態Cから状態A,B以外を経由して基底状態Dへもどるものも存在しているが、基本的には同じ考え方で理解が可能である。もちろん、準安定状態から他の状態へ遷移した後、再び準安定状態に戻るものも存在しているが、その数は非常に少ない。ここで、光吸収による励起が発生するには、その遷移幅(例えば状態Aと準安定状態Cとのエネルギー差)に相当するスペクトルの光が入射する必要があり、上述した実験結果から分かるように、その波長は300nm以上且つ500nm以下であることが判明した。
【0019】
また、上述の実験結果から光の照射位置が始動電圧に影響を与えることが判明しており、この理由を以下に述べる。蛍光ランプの場合は始動前に電極を十分に加熱して熱電子を放出させており、陰極から放出された電子は電極間に印加された始動電圧(電界)で加速されてエネルギーを得る。上述のように蛍光ランプの内部にはアルゴンが封入されており、電子は電界からのエネルギーの取得と、アルゴン原子との衝突によるエネルギーの損失とを繰り返しながら陽極に向かって移動する。したがって、電子がアルゴンを準安定状態まで励起させるエネルギーを得るにはかなりの距離が必要になり、陽極に近い場所に到達して初めて所定のエネルギーに達する。上述の実験結果では陽極から約15cm以内の範囲に到達して初めてそのエネルギーを取得できるようになっており、アルゴンの準安定状態の原子はその場所でやっと生成されるものと推定される。ここで、準安定状態の原子が存在する領域(すなわち、陽極からの距離が約15cm以内の領域)に光が入射すると、電子との衝突によって生成されたアルゴンの準安定状態の原子が、入射した光を吸収して上位の励起状態に遷移した後、光を放出して基底状態にもどることにより消滅するため、この領域に光を照射すると、放電開始電圧が上昇するのである。一方、それ以外の領域に光を照射させても、その場所にはアルゴンの準安定状態の原子が存在しないため、放電開始電圧に変化が現れないのである。なお、アルゴンの準安定状態の原子が発生する場所は、蛍光ランプの長さや、放電ガスの封入圧力、始動時に印加される電圧に依存するので、その正確な場所についてはそれぞれの蛍光ランプ、照明器具ごとに評価する必要がある。
【0020】
以上説明したように、本発明者らは、未点灯の蛍光ランプに外部から光が照射されることによってその始動電圧が上昇する原因が、ランプ始動時に重要な働きをするアルゴンの準安定状態の原子が外部からの光の照射によって消滅することにあると考え、アルゴンの準安定状態の原子が外部からの光の照射によって失われないようにすれば、始動電圧の上昇を防ぐことができるので、アルゴンの準安定状態の原子を消滅させる可能性のある光の波長と、準安定状態の原子が存在する場所とに着目して本発明を行った。
【0021】
すなわち、上記発明を達成するために、請求項1の発明では、内面に蛍光体被膜を形成するとともに内部に少なくともアルゴンを含む放電媒体を封入した発光管と、当該発光管の両端にそれぞれ設けた電極とを備え、波長が300nm以上、且つ、500nm以下の全ての光が外部から発光管内に入射するのを防止するとともに波長が300nm未満の全ての光及び波長が500nmを超える全ての光は透過させる遮光手段を発光管に設けたことを特徴とする。
【0022】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、遮光手段は、発光管の表面に形成された遮光膜からなることを特徴とする。
【0023】
請求項3の発明では、請求項2の発明において、遮光膜は、少なくとも発光管の表面において、光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極付近の部位に形成されたことを特徴とする。
【0024】
請求項4の発明では、内面に蛍光体被膜を形成するとともに内部に少なくともアルゴンを含む放電媒体を封入した発光管及び当該発光管の両端にそれぞれ設けた電極をそれぞれ有する複数灯の蛍光ランプと、複数灯の蛍光ランプが取り付けられる器具本体とを備え、それぞれの蛍光ランプから他の蛍光ランプに照射される光のうち波長が300nm以上、且つ、500nm以下の全ての光は遮光するとともに波長が300nm未満の全ての光及び波長が500nmを超える全ての光は透過させる遮光手段を器具本体に設けたことを特徴とする。
【0025】
請求項5の発明では、請求項4の発明において、遮光手段は、波長が300nm以上、且つ、500nm以下の全ての光に対して遮光性を有するとともに波長が300nm未満の全ての光及び波長が500nmを超える全ての光に対して透光性を有し、隣接する蛍光ランプの間に配置された遮光部材からなることを特徴とする。
【0026】
請求項6の発明では、請求項5の発明において、遮光部材は、発光管の表面において、光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極付近の部位を少なくとも遮光するように配置されたことを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
本発明に係る蛍光ランプの実施形態を図1(a)〜(c)に基づいて説明する。図1(a)に示す蛍光ランプ1は電極間隔が例えば約50cmの直管形のランプであり、内面に蛍光体被膜を形成するとともに内部にアルゴンを含む放電媒体を封入した発光管2と、発光管2の両端にそれぞれ設けた電極3a,3bとを備え、発光管2の両端部の表面には遮光手段としての遮光膜4をそれぞれ塗布してある。
【0028】
遮光膜4は、例えば波長が300nm以上且つ約500nm以下の光に対して遮光性を有するとともに、他の波長の光に対して透過性を有する誘電体多層膜からなり、発光管2内の放電路に沿って電極3a,3bから約15cmの距離まで形成されている。尚、本実施形態では遮光膜4として誘電体多層膜を用いているが、波長が300nm以上且つ約500nm以下の外光が入射するのを遮光できれば良く、最も望ましいのは波長が300nm以上且つ約500nm以下の光が外側からは入射しないが、内側から外側へは透過するような半透過膜である。
【0029】
蛍光ランプ1の始動時において、発光管2の内部には電極3a,3b付近の部位に電子との衝突によってアルゴンの準安定状態の原子が生成されており、準安定状態の原子が存在する部位に波長が300nm以上且つ約500nm以下の光が照射されると、アルゴンの準安定状態の原子が消滅して始動電圧の上昇を招くが、本実施形態では発光管2の表面において、光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極3a,3b付近の部位、すなわち電極3a,3bからの距離が約15cmの範囲に遮光膜4を塗布してある。したがって、この遮光膜4により波長が300nm以上且つ約500nm以下の光が発光管2内に入射するのを防止でき、光の入射によってアルゴンの準安定状態の原子が消滅するのを防止して、始動電圧の上昇を防止し、蛍光ランプ1を始動しやすくできる。
【0030】
ここで、上述した実験結果より電極間隔が50mmの直管形のランプでは、電極3a,3bからの距離が約15cmの範囲内にアルゴンの準安定状態の電子が存在することが判明しているので、本実施形態では電極3a,3bから約15cmの距離まで遮光膜4を形成しているが、蛍光ランプ1の種類や始動電圧によってアルゴンの準安定状態の原子が存在する領域が異なるため、場合によっては発光管2の長手方向における中央部分にも遮光膜4を塗布する必要があり、遮光膜4を塗布する部位は適宜設定すれば良い。
【0031】
ところで、図1(a)に示す実施形態では直管形の蛍光ランプ1を例に説明を行ったが、蛍光ランプ1を直管形に限定する趣旨のものではなく、例えば図1(b)に示すように、両端部に電極3a,3bが設けられたU字状の発光管2’を有するFPL形のコンパクト形蛍光ランプ1’や、図1(c)に示すように、一端部に電極3a,3bがそれぞれ設けられたU字状の2本の発光管2’を有し、発光管2’,2’の他端部を互いに連結することで1つの放電路を形成したFDL形のコンパクト形蛍光ランプ1″において、発光管2’の表面における光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極3a,3b付近の部位に遮光膜4を形成しても良く、上述と同様に、外部からの光の照射によって始動電圧が上昇するのを防止できる。
【0032】
(実施形態2)
本発明に係る照明器具の実施形態を図2及び図3に基づいて説明する。図2(a)に示す照明器具10は、3本の直管形の蛍光ランプ1と、3本の蛍光ランプ1をそれぞれ点灯させる点灯装置(図示せず)と、蛍光ランプ1および点灯装置が取り付けられる器具本体11とを備える。器具本体11は図2(b)に示すように下面が開口した箱形に形成され、その内部は遮光部材としての遮光板12によって3つの収納室に仕切られており、各収納室にそれぞれ蛍光ランプ1が収納されている。
【0033】
各遮光板12は透光性を有する材料により細長の板状に形成され、その表面には波長が300nm以上且つ約500nm以下の光に対して遮光性を有するとともに、他の波長の光に対して透過性を有する誘電体多層膜を形成してあり、隣接する蛍光ランプ1の間にそれぞれ配置されている。ここで、蛍光ランプ1の始動時において、発光管2の内部には電極3a,3b付近の部位に電子との衝突によってアルゴンの準安定状態の原子が生成されており、準安定状態の原子が存在する部位に波長が300nm以上且つ約500nm以下の光が照射されると、アルゴンの準安定状態の原子が消滅して始動電圧の上昇を招くが、本実施形態では隣接する蛍光ランプ1の間に遮光板12を配置しているので、この遮光板12によって最初に点灯した蛍光ランプ1から照射された波長が300nm以上且つ約500nm以下の光が他の蛍光ランプ1に入射するのを遮光することができ、光の入射によってアルゴンの準安定状態の原子が消滅するのを防止して、始動電圧の上昇を防止し、蛍光ランプを始動しやすくできる。
【0034】
尚、本実施形態では遮光板12の表面に、例えば波長が300nm以上且つ約500nm以下の光に対して遮光性を有する誘電体多層膜を形成しているが、蛍光ランプ1の始動前は光の透過率が小さく、点灯後は透過率が大きくなるように光の透過率を制御できるようなもの(例えば偏向板の組み合わせ、或いは液晶など)で遮光手段を構成しても良い。
【0035】
また、遮光板12は、発光管2の長手方向における一端側から他端側まで配置されており、発光管2の略全体を遮光しているが、発光管2の表面において、光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極付近の部位(例えば電極からの距離が約15cmの範囲)のみを遮光するように配置しても良い。
【0036】
ところで、図2に示す実施形態では直管形の蛍光ランプ1を用いた多灯点灯形の照明器具10を例に説明を行ったが、照明器具を直管形の蛍光ランプ1を用いるものに限定する趣旨のものではなく、例えば図3(a)(b)に示すように、下面が開口した半球状の器具本体13と、器具本体13の内部に取り付けられる2個のFDL形のコンパクト形蛍光ランプ1″と、蛍光ランプ1″をそれぞれ点灯させる点灯装置(図示せず)とを備えた照明器具10において、一方の蛍光ランプ1から、波長が約300nm以上、且つ、約500nm以下の光が他方の蛍光ランプ1に照射されるのを防止する遮光部材14を設けても良い。遮光部材14は透光性を有する材料により円筒状に形成され、その表面には波長が300nm以上且つ約500nm以下の光に対して遮光性を有するとともに、それ以外の波長の光に対して透光性を有する誘電体多層膜を形成してある。そして、遮光部材14は一方の蛍光ランプ1″の周りをとり囲むように配置されており、発光管2’の表面における電極付近の部位を遮光している。而して、この遮光部材14によって最初に点灯した蛍光ランプ1から照射された波長が300nm以上且つ約500nm以下の光が他の蛍光ランプ1に入射するのを遮光することができ、光の入射によってアルゴンの準安定状態の原子が消滅するのを防止して、始動電圧の上昇を防止し、蛍光ランプを始動しやすくできる。
【0037】
尚、図3(a)(b)に示す実施形態では遮光部材14の表面に、例えば波長が300nm以上且つ約500nm以下の光に対して遮光性を有する誘電体多層膜を形成しているが、蛍光ランプ1の始動前は光の透過率が小さく、点灯後は透過率が大きくなるように光の透過率を制御できるようなもの(例えば偏向板の組み合わせ、或いは液晶など)で遮光手段を構成しても良い。
【0038】
【発明の効果】
上述のように、請求項1の発明は、内面に蛍光体被膜を形成するとともに内部に少なくともアルゴンを含む放電媒体を封入した発光管と、当該発光管の両端にそれぞれ設けた電極とを備え、波長が300nm以上、且つ、500nm以下の全ての光が外部から発光管内に入射するのを防止するとともに波長が300nm未満の全ての光及び波長が500nmを超える全ての光は透過させる遮光手段を発光管に設けたことを特徴とし、外部より発光管の内部に波長が300nm以上、且つ、500nm以下の光が入射すると、電子との衝突によって発光管内部に生成されたアルゴンの準安定状態の原子が消滅して、蛍光ランプの始動電圧が上昇するが、遮光手段により上記波長の光が発光管内部に入射するのを防止しているので、アルゴンの準安定状態の原子が消滅するのを防止し、蛍光ランプの始動電圧が上昇するのを防止できる。したがって、複数灯の蛍光ランプを点灯させる場合に、先に点灯した蛍光ランプからの光が入射して、点灯しにくくなるのを防止できるという効果がある。
【0039】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、遮光手段は、発光管の表面に形成された遮光膜からなることを特徴とし、請求項1の発明と同様の効果がある。
【0040】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、遮光膜は、少なくとも発光管の表面において、光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極付近の部位に形成されたことを特徴とし、アルゴンの準安定状態の原子は電極付近の部位に存在するので、光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極付近の部位に遮光膜を形成することで、外部からの光の入射によって、アルゴンの準安定状態の原子が消滅するのを防止し、蛍光ランプの始動電圧が上昇するのを防止できるという効果がある。
【0041】
請求項4の発明は、内面に蛍光体被膜を形成するとともに内部に少なくともアルゴンを含む放電媒体を封入した発光管及び当該発光管の両端にそれぞれ設けた電極をそれぞれ有する複数灯の蛍光ランプと、複数灯の蛍光ランプが取り付けられる器具本体とを備え、それぞれの蛍光ランプから他の蛍光ランプに照射される光のうち波長が300nm以上、且つ、500nm以下の全ての光は遮光するとともに波長が300nm未満の全ての光及び波長が500nmを超える全ての光は透過させる遮光手段を器具本体に設けたことを特徴とし、外部より発光管の内部に波長が300nm以上、且つ、500nm以下の光が入射すると、電子との衝突によって発光管内部に生成されたアルゴンの準安定状態の原子が消滅して、蛍光ランプの始動電圧が上昇するが、遮光手段によって、それぞれの蛍光ランプから他の蛍光ランプへ上記波長の光が照射されるのを防止しているので、光の照射によってアルゴンの準安定状態の原子が消滅するのを防止し、蛍光ランプの始動電圧が上昇するのを防止できるという効果がある。したがって、複数灯の蛍光ランプを点灯させる場合に、先に点灯した蛍光ランプからの光が入射して、未点灯の蛍光ランプが点灯しにくくなるのを防止した照明器具を実現できる。
【0042】
請求項5の発明は、請求項4の発明において、遮光手段は、波長が300nm以上、且つ、500nm以下の全ての光に対して遮光性を有するとともに波長が300nm未満の全ての光及び波長が500nmを超える全ての光に対して透光性を有し、隣接する蛍光ランプの間に配置された遮光部材からなることを特徴とし、請求項4の発明と同様の効果を奏する。
【0043】
請求項6の発明は、請求項5の発明において、遮光部材は、発光管の表面において、光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極付近の部位を少なくとも遮光するように配置されたことを特徴とし、アルゴンの準安定状態の原子は電極付近の部位に存在するので、光の入射によって始動電圧の上昇を招くような電極付近の部位を遮光部材で遮光することで、外部からの光の入射によって、アルゴンの準安定状態の原子が消滅するのを防止し、蛍光ランプの始動電圧が上昇するのを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は実施形態1の蛍光ランプの外観斜視図である。
【図2】実施形態2の照明器具を示し、(a)は下側から見た図、(b)は器具本体の外観斜視図である。
【図3】同上の別の照明器具を示し、(a)は下側から見た図、(b)は一部破断せる外観斜視図である。
【図4】蛍光ランプの放電開始電圧を測定する測定装置の概略構成図である。
【図5】全スペクトルの局所放射実験の測定結果を示し、アノード電極から照射位置までの距離に対する放電開始電圧の変化を示す図である。
【図6】部分スペクトルの局所放射実験の測定結果を示し、照射光の波長に対する放電開始電圧の変化を示す図である。
【図7】アルゴンの準安定状態の原子が消滅する現象を説明するエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
1,1’,1″ 蛍光ランプ1
2,2’ 発光管
3a,3b 電極
4 遮光膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluorescent lamp and a lighting fixture.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a multi-lamp lighting apparatus including a plurality of fluorescent lamps and a plurality of ballasts that respectively light the plurality of fluorescent lamps has been provided.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In a multi-lamp lighting fixture, when any one of a plurality of fluorescent lamps is lit, the light of the fluorescent lamp that is initially lit is applied to the fluorescent lamp that is not yet lit, and the fluorescent lamp There was a problem that the starting voltage of the engine increased, making it difficult to start.
[0004]
In order to prevent the startability of the fluorescent lamp from deteriorating due to the above phenomenon, each ballast can be designed in consideration of the increase in the start voltage so that a higher start voltage can be generated. However, when such a design is performed, there is a problem that the manufacturing cost of the ballast increases because a starting voltage higher than the originally required starting voltage is generated.
[0005]
In addition, the starting order of the plurality of fluorescent lamps is determined in advance, and only the fluorescent lamps in the order in which light brighter than the predetermined illuminance is incident at the time of starting (for example, only the fluorescent lamp that is lit last) are increased. It is also conceivable to use a ballast that can generate a high starting voltage in consideration. With this method, it is not necessary to use high-cost ones for all ballasts, and only a part of the ballasts need to be high-cost. It is difficult to design a ballast because it is necessary to predict how much the starting voltage will increase at the time of designing, and the increase in starting voltage varies greatly depending on the usage environment.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to increase the starting voltage by the light from the previously lit fluorescent lamp when lighting multiple fluorescent lamps, An object of the present invention is to provide a fluorescent lamp and a luminaire that are prevented from becoming difficult to start.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As described above, when a non-lighted fluorescent lamp is irradiated with light from the outside, the starting voltage of the lamp increases and it becomes difficult to start. The cause of this phenomenon is specified. Therefore, the present inventors conducted an experiment in which a fluorescent lamp is irradiated with light from a spectral lamp or light from a tungsten halogen lamp to measure a change in starting voltage. In addition, in the experiment using the spectrum lamp, the experiment was performed for the case where the entire fluorescent lamp was irradiated with light (overall radiation) and the case where a part of the fluorescent lamp was irradiated with light (local radiation). In addition, in the experiment with a tungsten halogen lamp, both the total radiation and the local radiation were experimented. In the local radiation, the experiment using the full spectrum and the experiment using the partial spectrum performed by cutting out light of a specific wavelength were performed.
[0008]
The fluorescent lamp to be measured was a straight tube type with a rated power of 20 W and a distance between electrodes of 50 cm, and a phosphor not coated. FIG. 4 is a schematic view of the experimental apparatus, and the
[0009]
First, as a result of experiments using mercury, argon, helium, krypton, hydrogen, and iodine spectrum lamps as light sources for testing, the magnitude of the rise range is large regardless of the light emitted from any spectrum lamp. Although there was an increase in the discharge starting voltage was observed. Further, when the light irradiation area of the light source is limited to a square area having a side of 30 mm by the
[0010]
Next, the following three experiments were performed using a tungsten halogen lamp (type: JC25V150W) having a rated voltage of 24V and a power consumption of 150W as a test light source. In the whole radiation experiment, the tungsten halogen lamp was placed 50 cm ahead of the
[0011]
Further, in the local radiation experiment using the full spectrum, the tungsten halogen lamp light is changed by 2V from 0V to 24V, and the power of the tungsten halogen lamp is changed by 2mm and 5mm by the lens. A change in the discharge start voltage was observed by changing the irradiation area at regular intervals along the axial direction of the fluorescent lamp 1 (2 cm intervals on the anode side and 4 cm intervals on the cathode side). FIG. 5 shows the measurement results of the discharge start voltage when the distance from the
[0012]
Furthermore, in a local radiation experiment using a partial spectrum, monochromatic light having a wavelength width of 6.4 nm is cut out from the light of a tungsten halogen lamp using a monochromator (model number G-250 manufactured by Nikon Corporation), and a range of 300 to 800 nm. Then, the fluorescent lamp was irradiated with light whose wavelength was changed every 5 nm, and the change in the discharge start voltage was measured. Note that the light irradiation range is a square area of 2 mm in length and 2 mm in width, or a circular area of 1.5 mm in diameter, and the distance from the
[0013]
In this way, the discharge start voltage required for direct current lighting is measured in a state where light of various spectra is irradiated onto a straight tube fluorescent lamp having an electrode interval of 50 cm without applying a phosphor, and the
[0014]
By the way, in order to start the fluorescent lamp, it is necessary that one (or several) electrons are accelerated by the electric field, collide with the discharge gas enclosed in the arc tube, and cause ionization. Then, the electrons generated by ionization further cause ionization, and the density of pairs of electrons and ions becomes very high. The ions reach the cathode, and one or more electrons are emitted from the cathode. This ionization phenomenon continues. The condition for satisfying this situation is the starting condition.
[0015]
In general, a fluorescent lamp contains a discharge gas composed of a mixed gas of argon and mercury, and the ionization voltage of mercury is lower than that of argon, but the density of mercury is two or more orders of magnitude lower than that of argon. The probability of collision with argon is higher than the probability of collision with mercury, and argon has a great influence on the starting characteristics of the fluorescent lamp. The outline of the mechanism when the fluorescent lamp is started will be described below.
[0016]
When electrons accelerated by the electric field collide with argon, the argon is excited by the kinetic energy of the electrons, and the excited argon immediately emits light and returns to the ground state. At this time, argon stays at the excitation level for several nanoseconds to several tens of nanoseconds.
[0017]
On the other hand, when argon is excited to a level called a metastable state, the life of the excited level becomes long because this level is a region where light cannot be emitted. When argon excited to a metastable state collides with mercury, the excitation energy is given to mercury. The excited level energy of argon excited to a metastable state is slightly larger than the ionization energy of mercury, so mercury is ionized (this phenomenon is known as the Penning effect). Also, the argon metastable atoms themselves may cause cumulative ionization, and the presence of argon atoms excited to the metastable state is essential for starting a fluorescent lamp.
[0018]
Since the presence of argon atoms excited in such a metastable state is indispensable for starting a fluorescent lamp, the cause of an increase in the starting voltage of a fluorescent lamp when light from another fluorescent lamp is irradiated is The present inventors considered that the density of argon atoms excited to a metastable state is to be reduced by light irradiation. Hereinafter, the reason why it becomes difficult to start the fluorescent lamp when the fluorescent lamp is irradiated will be described with reference to FIG. When light strikes an atom in the metastable state (state C in the figure), the light is absorbed and transitions to a higher excited state (state A in the figure). This state has a short lifetime as described above, and immediately emits light to change to another state (state B in the figure), and further emits light from this state B to cause a ground state (state D in the figure). ). Actually, there are things that return from the metastable state C to the ground state D via states other than the states A and B, but basically they can be understood with the same idea. Of course, there are those that transition from the metastable state to another state and then return to the metastable state, but the number is very small. Here, in order to generate excitation due to light absorption, light having a spectrum corresponding to the transition width (for example, the energy difference between the state A and the metastable state C) needs to be incident. In addition, the wavelength was found to be 300 nm or more and 500 nm or less.
[0019]
Further, it has been found from the above experimental results that the light irradiation position affects the starting voltage, and the reason will be described below. In the case of a fluorescent lamp, the electrodes are sufficiently heated before starting to emit thermal electrons, and the electrons emitted from the cathode are accelerated by a starting voltage (electric field) applied between the electrodes to obtain energy. As described above, argon is sealed inside the fluorescent lamp, and the electrons move toward the anode while repeatedly acquiring energy from the electric field and losing energy due to collision with argon atoms. Therefore, a considerable distance is required to obtain energy for the electrons to excite argon to the metastable state, and a predetermined energy is reached only after reaching a location near the anode. In the above experimental results, the energy can be acquired only after reaching a range within about 15 cm from the anode, and it is presumed that the metastable atoms of argon are finally generated at that location. Here, when light enters a region where metastable atoms exist (that is, a region within a distance of about 15 cm from the anode), argon metastable atoms generated by collision with electrons enter the region. After the light is absorbed and transitions to a higher excited state, it is extinguished by emitting light and returning to the ground state. Therefore, when this region is irradiated with light, the discharge start voltage rises. On the other hand, even if light is irradiated to other regions, there is no change in the discharge start voltage because there is no argon metastable atom in that place. Note that the location where argon metastable atoms are generated depends on the length of the fluorescent lamp, the discharge gas sealing pressure, and the voltage applied at start-up. Each instrument needs to be evaluated.
[0020]
As described above, the present inventors have found that the reason why the starting voltage rises by irradiating light to an unlit fluorescent lamp from the outside is the metastable state of argon, which plays an important role when starting the lamp. If we think that atoms are to be extinguished by external light irradiation and prevent the argon metastable atoms from being lost by external light irradiation, the starting voltage can be prevented from rising. The present invention was carried out by paying attention to the wavelength of light that may cause the metastable atoms of argon to disappear and the place where the metastable atoms exist.
[0021]
That is, in order to achieve the above-mentioned invention, in the invention of
[0022]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the light shielding means comprises a light shielding film formed on the surface of the arc tube.
[0023]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the light-shielding film is formed at least on the surface of the arc tube at a location near the electrode that causes an increase in starting voltage due to the incidence of light. .
[0024]
In the invention of
[0025]
In the invention of
[0026]
In the invention of claim 6, in the invention of
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
An embodiment of a fluorescent lamp according to the present invention will be described with reference to FIGS. A
[0028]
The light-shielding
[0029]
When the
[0030]
Here, from the above experimental results, it has been found that in a straight tube lamp with an electrode interval of 50 mm, argon metastable electrons exist within a distance of about 15 cm from the
[0031]
In the embodiment shown in FIG. 1 (a), the straight tube
[0032]
(Embodiment 2)
Embodiment of the lighting fixture which concerns on this invention is described based on FIG.2 and FIG.3. A
[0033]
Each light-shielding
[0034]
In the present embodiment, a dielectric multilayer film having a light shielding property with respect to light having a wavelength of 300 nm or more and about 500 nm or less is formed on the surface of the
[0035]
Further, the
[0036]
In the embodiment shown in FIG. 2, the
[0037]
In the embodiment shown in FIGS. 3A and 3B, a dielectric multilayer film having a light shielding property with respect to light having a wavelength of 300 nm or more and about 500 nm or less is formed on the surface of the
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the invention of
[0039]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the light shielding means comprises a light shielding film formed on the surface of the arc tube, and has the same effect as the first aspect of the invention.
[0040]
The invention of
[0041]
The invention of
[0042]
According to a fifth aspect of the invention, in the invention of the fourth aspect, the light shielding means has a wavelength. 3 00nm or more, and 5 Less than 00nm All of It has light shielding properties against light All light with a wavelength less than 300 nm and all with a wavelength greater than 500 nm The light-transmitting material is a light-shielding member disposed between adjacent fluorescent lamps, and has the same effects as the invention of
[0043]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the light shielding member is disposed on the surface of the arc tube so as to shield at least a portion in the vicinity of the electrode that causes an increase in starting voltage due to incidence of light. Since the atoms in the metastable state of argon are present in the vicinity of the electrode, light from the outside can be obtained by shielding the portion in the vicinity of the electrode that causes an increase in starting voltage by the incidence of light with a light shielding member. Is effective in preventing the metastable atoms of argon from disappearing and preventing the starting voltage of the fluorescent lamp from increasing.
[Brief description of the drawings]
1A to 1C are external perspective views of a fluorescent lamp according to
FIGS. 2A and 2B show a lighting apparatus according to a second embodiment, wherein FIG. 2A is a view seen from below, and FIG. 2B is an external perspective view of the apparatus main body.
FIGS. 3A and 3B show another lighting apparatus according to the embodiment, in which FIG. 3A is a view seen from the lower side, and FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a measuring apparatus that measures a discharge start voltage of a fluorescent lamp.
FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of a local radiation experiment of the entire spectrum, and showing a change in discharge start voltage with respect to a distance from an anode electrode to an irradiation position.
FIG. 6 is a diagram showing a measurement result of a partial spectrum local radiation experiment and showing a change in a discharge start voltage with respect to a wavelength of irradiation light.
FIG. 7 is an energy band diagram for explaining a phenomenon in which atoms in a metastable state of argon disappear.
[Explanation of symbols]
1,1 ', 1 "
2,2 'arc tube
3a, 3b electrode
4 Shading film
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