JP4361845B2

JP4361845B2 - 発光管及び低圧水銀放電ランプ

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Publication number: JP4361845B2
Application number: JP2004226040A
Authority: JP
Inventors: 史朗飯田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: US20060022597A1; JP2006049013A; CN100530515C; CN1747122A; US7508134B2

Description

本発明は、内部に１本の放電路となる空間を有する発光管本体と、前記空間の両端に相当する発光管本体の各端部に封着された電極とを備える低圧水銀放電ランプ用の発光管及び当該発光管を用いた低圧水銀放電ランプに関する。

省エネルギー時代を迎えて、照明分野においても白熱電球を代替する省エネルギー光源として電球形蛍光ランプの開発・普及が進められている。
電球形蛍光ランプは、もともと一般白熱電球より消費電力が小さく、省エネルギー化がされていたが、サイズ的に一般白熱電球よりも大きいために、一般白熱電球を用いている既存の照明装置に当該電球形蛍光ランプを装着できなかったり、照明装置から電球形蛍光ランプの先端部分が張り出したりして、その普及の妨げとなっていた。

そこで、電球形蛍光ランプの普及を図るべく、一般白熱電球の大きさにより近づけるように小形化はもとより、ランプ効率をさらに向上させる省エネルギー化について検討されてきた（特許文献１）。
表１に、１９９６年、２０００年、２００４年に発売された電球形蛍光ランプ（一般白熱電球６０Ｗ形に相当する。）の主要寸法及びランプ効率等の推移を示す。なお、６０Ｗ形の一般白熱電球は、その最大外径（図１のＤ１に相当する。）が６０（ｍｍ）、全長（図１のＬ１に相当する。）が１１０（ｍｍ）である。

表１に示すように、１９９６年に発売された電球形蛍光ランプは、最大外径が６０（ｍｍ）、全長が１３５（ｍｍ）であり、一般白熱電球に対してかなり大きく、ランプ効率は５７．９（ｌｍ／Ｗ）であった。
これに対し、２００４年に発売された電球形蛍光ランプは、最大外径が５５（ｍｍ）、全長が１１０（ｍｍ）と一般白熱電球と同じ大きさであり、目標どおりの小形化を達成している。また、ランプ効率は６７．５（ｌｍ/Ｗ）であり、１９９６年に発売されたものと比較してランプ効率が１７％程度向上している。

上記ランプの小形化は、発光管を構成するガラス管を細くすることにより、そして、省エネルギー化は、主に上記発光管の細管化に加えて、その放電路長（電極間距離）を長くして管壁負荷を低下させることによりそれぞれ実現されている。ここで、管壁負荷とは、発光管電力を放電路におけるガラス管の内表面積で除した値である。
特開２００３−２６３９７２号公報

上述のように電球形蛍光ランプは、一般白熱電球と同等な大きさにまで小形化されながら、かつ、高いランプ効率を有するようになった。
しかしながら、最近の電球市場では、一般白熱電球に代わってより小形化されたミニクリプトン電球が主流になりつつある。このミニクリプトン電球は、例えば、６０W形であれば、最大外径が３５（ｍｍ）、全長が６７（ｍｍ）のサイズとなっている。なお、ミニクリプトン電球６０Ｗ形の発光光束は、前記一般白熱電球及び電球形蛍光ランプの発光光束と同じ８１０（ｌｍ）である。

このような中で電球形蛍光ランプをミニクリプトン電球の大きさに近づけるべく、従来の電球形蛍光ランプを小形化するために行ってきた方法、つまり、ガラス管を細く且つ発光管の放電路長を長くする方法を用いて検討を進めたが、ガラス管が細くなるものの逆にその分だけガラス管が長くなり、さほど小形化できなかった。
本発明は、このような問題を解決するためのもので、ランプ効率及び発光光束を維持しつつ、一層の小形化が可能な発光管及びこの発光管を用いた低圧水銀放電ランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る発光管は、内部に１本の放電路となる空間を有する発光管本体と、前記空間の両端に相当する前記発光管本体の各端部に封着された電極とを備える低圧水銀放電ランプ用の発光管であって、前記発光管本体は、１本のガラス管からなり、前記ガラス管の中央部で折り返されて形成された折り返し部からガラス管の両端までが所定の軸の廻りを旋回する二重螺旋形状をし、前記発光管の内径と前記発光管の管壁負荷は、前記発光管の内径をＤｉ（ｍｍ）、管壁負荷をＬ（Ｗ／ｃｍ²）とし、ＤｉとＬの直交座標で表すときに、点（２．５、０．３１）、点（４．０、０．３５）、点（５．５、０．３０）、点（６．５、０．１９）及び点（２．５、０．０１）により囲まれた範囲（但し、前記発光管の内径が５ｍｍ以上は除く）内に規定されていることを特徴としている。

ここで、発光管は、例えば、ガラス管を用いて形成されている場合、前記ガラス管を加熱等により軟化状態にして、ガラス管内に、例えば、圧力制御された気体を吹き込むと、発光管の内径は大きくなり、ガラス管を特に加工しない場合は、発光管の内径とガラス管の内径とが略等しくなる。つまり、ここでいう「発光管の内径」とは、発光管本体の両端部が電極を封着されて、内部に放電路が形成されたものの内径を指す。

また、前記発光管本体は、１本のガラス管からなり、前記ガラス管の中央部で折り返されて形成された折り返し部からガラス管の両端までが所定の軸の廻りを旋回する二重螺旋形状をしていることを特徴としている。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る低圧水銀放電ランプは、発光管と、口金と、前記口金を介して外部電源から給電され前記発光管を点灯させる点灯回路とを備え、前記発光管は、上記の発光管であることを特徴とし、また、発光管と、口金とを備え、前記発光管は、上記の発光管であることを特徴としている。

以上のように本発明に係る発光管は、この発光管の内径をＤｉ（ｍｍ）、管壁負荷をＬ（Ｗ／ｃｍ²）とし、ＤｉとＬの直交座標で表すときに、点（２．５、０．３１）、点（４．０、０．３５）、点（５．５、０．３０）、点（６．５、０．１９）及び点（２．５、０．０１）により囲まれた範囲内（但し、前記発光管の内径が５ｍｍ以上は除く）に前記発光管の内径と前記発光管の管壁負荷とを規定することで、管壁負荷を高い数値に設定しても、ランプ効率を、例えば、従来の電球形蛍光ランプと同等に維持できる。従って、管壁負荷を従来に比べて高い数値に設定できるので、発光管を小形化できる。

さらに、発光管本体の形状を二重螺旋形状とすることで、発光管の一層の小形化が可能となる。
しかも、前記発光管は、例えば、外周径（ｍｍ）が３５（ｍｍ）、長さ（ｍｍ）が４０（ｍｍ）の円筒内に収まるので、この発光管を用いてランプを構成した場合、例えば、ミニクリプトン電球６０Ｗ形を用いている既存の照明装置へのこのランプの適合率を７０％とすることもできる。

上記の発光管を用いた低圧水銀放電ランプは、ランプ効率を高水準で維持し、ランプ全体の大きさを小形化できる。

＜第１実施の形態＞
以下、ミニクリプトン電球６０Ｗ形に相当する電球形蛍光ランプ（以下「ランプ」という。）の発光管に本発明を適用させた実施の形態について図を用いて説明する。
１．構成について
（１）全体構成
図１は、実施の形態におけるランプを示す全体図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いている。

ランプ１００は、図１に示すように、ガラス管１２０を二重螺旋形状に湾曲させてなる発光管１１０と、発光管１１０を保持する保持部材２１０と、発光管１１０を点灯させるための電子安定器３００と、保持部材２１０に装着され電子安定器３００を覆うケース２５０と、発光管１１０を覆うグローブ４００とを備える。
保持部材２１０は、例えば、周壁２２０と、当該周壁２２０一端を塞ぐ底壁とを有する有底筒状をしている。底壁には発光管の端部を内部に受け入れる受入口を１対備える。

電子安定器３００は、コンデンサー３１０、３３０、３４０、チョークコイル３２０等の複数の電子・電気部品から構成されたシリーズインバータ方式であって、これらの電子・電気部品を実装する基板３６０が保持部材２１０に取着されている。なお、この電子安定器３００の変換効率は９１（％）である。
ケース２５０は、例えば、コーン状をしており、開口の大きい大径部側が保持部材２１０の周壁２２０に被嵌して、内部に上記電子安定器３００を収納するようになっている。ケース２５０の開口の小さい小径部側には、一般白熱電球と同型の口金３８０が取り付けられている。

グローブ４００は、一般白熱電球の外管バルブと同様に、装飾性に優れたガラス材からなり、そのタイプが、なす状型、所謂Ａ型をしている。このグローブ４００の内表面には炭酸カルシウムを主成分とする拡散膜４０２が塗布されている。ここでは、グローブ４００のタイプとしてＡ型を使用しているが、ランプ１００のサイズ等を考慮しなくて良い場合、例えば、Ｇ型、Ｔ形等を利用することもできる。また、グローブを備えなくても良い。

このグローブ４００は、保持部材２１０の周壁２２０と、当該周壁２２０に被嵌するケース２５０の周壁との間に、グローブ４００の開口側の端部４０５が挿入されて固着されている。なお、グローブ４００の固着は、保持部材２１０とケース２５０との間に充填されている接着剤４２０を利用して行われる。
グローブ４００の頂部４０６（図１における上端）の内周面は、発光管１１０の頂部（図１における上端）の凸部１２６に、熱伝導性媒体４１０、具体的には、シリコン樹脂を介して熱的に結合されている。これは、ランプ点灯時における発光管１１０の熱を熱伝導性媒体４１０を介してグローブ４００に伝え、このグローブ４００から放熱させることで、点灯時の発光管１１０の温度を、最高領域の発光光束が得られる最適範囲（６０〜６５℃程度）の温度とするためである。

（２）発光管
図２は、発光管を示す図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いている。
発光管１１０は、図２に示すように、ガラス管１２０をその中央で折り返して形成した折り返し部１２１と、この折り返し部１２１から両端部１２４、１２５までを旋回軸Ａ（本発明の所定の軸に相当する。）を中心としてＢ１方向（この方向を、以下、「旋回方向」ともいう。）に旋回させた２つの旋回部１２２、１２３とからなる二重螺旋形状をしている（この二重螺旋形状をしたガラス管１２０を、「発光管本体１１５」という。）。なお、旋回軸Ａと平行な方向を、以下、「旋回軸方向」という。

ガラス管１２０は、その旋回部１２２，１２３において、折り返し部１２１から所定位置（この位置を、以下、「ピッチ拡大位置」といい、具体的な位置については後述する。）までの部分が、略同じ第１の螺旋ピッチで旋回し、ピッチ拡大位置から端部１２４、１２５までの部分（この範囲を、以下、「端寄り部分」という。）１２４ａ，１２５ａが、端部１２４、１２５が旋回軸方向に隣合うガラス管１２０から旋回軸方向に離れるように、第１の螺旋ピッチより大きい第２の螺旋ピッチで旋回している。なお、ここでいう螺旋ピッチは、旋回軸方向に隣合うガラス管の横断面における中心間の間隔である（図２におけるＰ１ｔ）。

つまり、ガラス管１２０において、折り返し部１２１からピッチ拡大位置までは旋回軸Ａに対して角度（この角度を、以下、「旋回角度」という。）α傾斜した状態で旋回し、また、端寄り部分１２４ａ，１２５ａは旋回軸Ａに対して、旋回角度αよりも小さい角度である旋回角度β傾斜した状態で旋回している。
発光管本体１１５内の空間の端部に相当する部分、つまりガラス管１２０の両端部１２４、１２５には、フィラメントコイル１３１と、フィラメントコイル１３１をビーズガラスマウント方式により架持する一対のリード線１３３、１３４とからなる電極１３０が封着されている。フィラメントコイル１３１は、タングステン製の素線を複次、例えば、３次巻きしたものであって、最終次の巻き数が略１回である。なお、このフィラメントコイル１３１には、電子放射物質が充填されている。

また、ガラス管１２０の一方の端部１２４には、発光管本体１１５の内部を真空にしたり、後述する、水銀、緩衝ガス等を封入したりする際に使用する排気管１４０が電極１３０の封着に併せて取着されている。排気管１４０におけるガラス管１２０の外部に位置する部分が、発光管本体１１５の内部の排気及び水銀、緩衝ガスの封入後に、例えば、チップオフ方式で封止される。

封入する水銀は、ランプ点灯時の水銀の蒸気圧が、水銀を単体形態で封入した場合と同じ水銀の蒸気圧特性を呈することができる形態であれば良く、単体形態以外に、亜鉛水銀や錫水銀等のようなアマルガム形態であっても良い。なお、発光管１１０の先端（折り返し部１２１）には、点灯時において、発光管１１０の最冷点箇所となる凸部１２６が形成されており、この箇所の温度により発光管１１０の内部の水銀の蒸気圧が一義的に規定される。

発光管本体１１５の内周面には蛍光体１５０が塗布されている。この蛍光体１５０は、例えば、希土類の３波長型のものが用いられ、赤（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ）、緑（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ、Ｔｂ）及び青（ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ、Ｍｎ）発光の３種類を用いている。
上記構成の発光管１１０は、図１に示すように、その端部（ガラス管１２０の端部１２４，１２５）が、有底筒状の保持部材２１０の底壁の受入口から内部に挿入された状態で、保持部材２１０の内周面に接着剤３９０を介して固着されることで、保持部材２１０による保持されている。

（３）具体例について
ミニクリプトン電球６０Ｗ形に相当するグローブ有りタイプのランプに本発明を適用する場合について説明する。
まず、本ランプ１００は、ミニクリプトン電球６０Ｗ品に相当する光量を必要とするため、発光管１１０の両旋回部１２２、１２３の旋回数を合せて略４．５周としている。

先ず、ランプ１００の最大外径Ｄ１が４５（ｍｍ）であり、また、全長Ｌ１が９０（ｍｍ）であり、従来の電球形蛍光ランプ（表１参照：最大外径５５ｍｍ、全長１１０ｍｍ）に比べて、最大外径で１０（ｍｍ）、全長で２０（ｍｍ）小さくなり、明らかに全体として小形化されている。
発光管１１０の状態におけるガラス管１２０の寸法は、内径Ｄｉが４．０（ｍｍ）、外径Ｄｏが５．６（ｍｍ）である。発光管１１０の大きさは、その外周径Ｄａが３５（ｍｍ）で、全長Ｌａが４０（ｍｍ）である。

また、発光管１１０の放電路長が４００（ｍｍ）で、そのときの管壁負荷が０．２２（Ｗ／ｃｍ²）に設定されている。なお、ガラス管１２０には、例えば、ストロンチウム・バリウムシリケイトガラスからなる軟質ガラスが用いられている。
二重螺旋形状のガラス管１２０におけるピッチ拡大位置は、ガラス管１２０の端部１２４、１２５から旋回軸Ａの廻りに９０（°）折り返し部１２１側へと旋回した位置である。

ガラス管１２０における折り返し部１２１からピッチ拡大位置までの部分では、旋回部１２２同士あるいは旋回部１２３同士が旋回軸方向（図２では上下方向）に隣合うピッチＰ２ｔが１３．２（ｍｍ）であり、また、旋回部１２２と旋回部１２３とが旋回軸方向に隣合うピッチＰ１ｔが６．６（ｍｍ）である。
従って、旋回軸方向に隣合うガラス管１２０の最小の隙間は略１．０（ｍｍ）となる。この隙間は３．０（ｍｍ）以下が好ましい。これは、隙間が３．０（ｍｍ）より大きくなると、発光管１１０の全長が長くなると共に、隣合うガラス管１２０が旋回軸方向に離れるために輝度ムラを生じるからである。

また、ガラス管１２０の折り返し部１２１からピッチ拡大位置までの範囲における旋回角度αが略７６．７（°）で、ピッチ拡大位置から端部１２４、１２５までの範囲における旋回角度βが略６９．２（°）である。
発光管本体１１５内には、水銀が約３（ｍｇ）、また、緩衝ガスとしてアルゴンガスが４００（Ｐａ）でそれぞれ封入されている。

このランプ１００を点灯させたとき、その全光束が８３０（ｌｍ）、ランプ効率６９．２（ｌｍ／Ｗ）であった。また、本ランプ１００の定格寿命時間が、４５００〜５０００（Ｈｒ）であり、従来のミニクリプトン電球の定格寿命時間が２０００（Ｈｒ）であることから、約２．３〜２．５倍の長寿命化が図られている。
上記構成のミニクリプトン電球６０Ｗ形に相当する本ランプ１００は、代替対象のミニクリプトン電球に対してサイズ的に大きいものの、従来の一般白熱電球６０Ｗ形に対して小形化が図られ、ミニクリプトン電球用の照明装置への本ランプ１００の適合率は６５％である。なお、一般白熱電球６０Ｗ形に相当する従来の電球形蛍光ランプ（表１における２００４年販売品）の適合率は２０〜３０（％）であることから、本ランプ１００は、従来の電球形蛍光ランプに比べて、ミニクリプトン電球用の照明装置への適合率が飛躍的に向上しているのがわかる。

２．ランプの小形化及び省エネルギー化について
（１）検討内容
発明者らは、ミニクリプトン電球代替品として電球形蛍光ランプを適用すべく、ランプの小形化及び省エネルギー化を、当初、従来のランプを小形化してきた方法、つまり、ガラス管を細くして管壁負荷を低下させる方法で検討したが、ガラス管が細くなった分、放電路長が長くなり発光管としてさほど小形化できなかった。また、発光管についても、より小形化できる形状・構造等も検討をしたが、現在のスパイラルタイプより優れたものは見出されなかった。

なお、背景技術の欄で説明した表１において、２００４年に発売されたランプのサイズが２０００年に発売されたランプに対して小形化できているのは、ガラス管を細くして管壁負荷を低下させたためだけでなく、発光管の形状を、「Ｕ」字形状のガラス管を３本結合した、所謂「３Ｕ」タイプから、実施の形態で説明したスパイラルタイプに変更したためでもある。これは、スパイラルタイプにすると隣接するガラス管の隙間を狭くでき、発光管の放電路長を、３Ｕタイプよりスパイラルタイプの方を長くしたときでも、スパイラルタイプの方が発光管を小形化できるからである。

従来から行ってきた検討内容は、上述したとおり、ランプの小形化及び省エネルギー化を行うには、発光管の内径を細く、そして発光管の放電路長を長くして管壁負荷を小さくしてきた。
これは、ガラス管の管径を細くすると、基本的に陽光柱プラズマにおける電子温度が高くなり、これにより水銀からの２５３．７（ｎｍ）の紫外線放射の発生効率が増大できて、ランプ効率が向上するからである。

一方、放電路長を長くすると、発光管のインピーダンスが大きくなり、ガラス管内を流れるランプ電流密度が低減し、これによっても上記同様に電子温度が高くなり、ランプ効率が向上するものである。
この考えを逆に言うと、細いガラス管を用いても発光管の放電路長を長くしないと、ランプ電流密度が高くなり、ガラス管を細くしたことによるランプ効率の向上がランプ電流密度の増大による低下で相殺されると考えられていた。

ところが、発明者らは、種々の検討を行った結果、従来とは異なる意外な事実を見出した。それは、発光管の内径を７．４（ｍｍ）より小さくすると、放電路長を従来の発光管と同等の４００（ｍｍ）にして管壁負荷が大幅に増大し、ランプ電流密度が大幅に増大した場合でも、ランプ効率はさほど低下しない、ということである。
図３は、発光管の管壁負荷を変えたときの各管壁負荷における発光管の内径Ｄｉとランプ効率Ｅとの関係を示す図である。この図は、発光管の管壁負荷Ｌ（Ｗ／ｃｍ²）を、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０の５種類に設定し、発光管の内径Ｄｉ（ｍｍ）が、２．５、４．０、５．５、７．４の４種類を製作（放電路長は、各発光管の内径から所定の管壁負荷になるように決められる。）して、この発光管を用いて実際に点灯試験を行った結果である。

ここで、試験に用いた発光管の内径Ｄｉが２．５（ｍｍ）以上なのは、発光管の内径Ｄｉを２．５（ｍｍ）より小さくすると、発光管本体の端部にフィラメントコイルの挿入が困難になったり、発光管本体の端部に電極を封着するのが困難になったりするからである。
また、点灯試験は、口金を上にした状態でランプが室温で点灯されている。また、各発光管内に希ガスとして、４００（Ｐａ）のアルゴンガスが封入され、ランプ消費電力及び発光管電力は、それぞれ１２（Ｗ）及び１０．９（Ｗ）である。

上記試験結果を示す図３から、発光管の内径Ｄｉが４．０（ｍｍ）以上では、管壁負荷が小さい程、また発光管の内径Ｄｉが小さい程、ランプ効率が良いことが分かる。つまり、内径Ｄｉを４．０（ｍｍ）以上の範囲で一定にした場合、管壁負荷Ｌが小さいほどランプ効率Ｅが高く、逆に、管壁負荷Ｌを一定にした場合、発光管の内径Ｄｉが４（ｍｍ）以上の範囲では内径Ｄｉが小さいほどランプ効率が高くなっている。この結果は従来の考えと一致し、特に、内径Ｄｉが５．５（ｍｍ）より大きいところで顕著に表れている。

ここで、発明者らは、試験をさらに進めた結果、新しく見出した現象について説明する。それは、管壁負荷Ｌを一定にした場合、ランプ効率Ｅの最大値が、発光管の内径Ｄｉが４（ｍｍ）程度のところにあること、そして、発光管の内径Ｄｉを一定にした場合、管壁負荷Ｌを変化させたときのランプ効率Ｅの変化分が、発光管の内径Ｄｉが２．５（ｍｍ）以上５．５（ｍｍ）以下の範囲で小さくなることである。

これらを纏めると、管壁負荷Ｌが大幅に増加した場合におけるランプ効率Ｅの低下は、発光管の内径Ｄｉが２．５〜５．５（ｍｍ）の範囲内であれば、発光管の内径Ｄｉが５．５（ｍｍ）より大のところ（例えば、内径Ｄｉが７．４（ｍｍ）の場合）に比べて小さくなることが新しく判明したのである。
従って、内径Ｄｉが２．５（ｍｍ）〜５．５（ｍｍ）の範囲では、管壁負荷Ｌを従来の０．１（Ｗ／ｃｍ²）程度に対して、０．３（Ｗ／ｃｍ²）程度にまで大きくしても、ランプ効率Ｅは、従来とさほど変わらずに、６７．５（ｌｍ/Ｗ）を維持できるのである。

このことは、同じ内径Ｄｉのガラス管を用いた場合、発光管としての放電路長が従来の１／３になることを示し、ガラス管の大幅な短尺化、延いては、発光管、ランプの小形化に直接つながる。
次に、この理由について説明する。
内径Ｄｉが２．５〜５．５（ｍｍ）の範囲で生じる特異な現象は、この範囲へ内径Ｄｉを細くしたことによるランプ効率Ｅの向上割合が、管壁負荷Ｌを増大させランプ電流密度を高めたことによるランプ効率Ｅの低下割合を大きく上まわった故と言える。つまり、前述のように基本的には、この範囲へ内径Ｄｉを細くしたことによる陽光柱プラズマにおける電子温度の上昇割合が、ランプ電流密度を高めたことによる電子温度の低下割合を上まわった故である。

（２）発光管の内径及び管壁負荷について
発明者らは、ミニクリプトン電球の代替を目的に検討し、その目標を、ランプ効率を６７．５（ｌｍ／Ｗ）以上、ランプの全長Ｌ１を１００（ｍｍ）以下とした。この値とした理由は、ランプ効率については現行の電球形蛍光ランプ６０Ｗ形と同じ以上にするためであり、ランプの全長Ｌ１については、既設のミニクリプトン電球用照明装置への本発明にかかるランプの装置適合率を６０（％）以上にするためである。なお、発明者らによる調査では、既設のミニクリプトン電球用照明装置への適合率を６０（％）以上にするには、ランプの全長Ｌ１を１００（ｍｍ）以下にする必要があった。

Ａ．ランプ効率について
先ず、ランプ効率Ｅが６７．５（ｌｍ／Ｗ）以上となるのは、図３に示す線Ｘ１よりも上の範囲である。すなわち、各内径Ｄｉにおいて線Ｘ１上の管壁負荷Ｌよりも小さい管壁負荷Ｌの値であれば、ランプ効率Ｅが６７．５（ｌｍ／Ｗ）以上となる。
ここで、境界となる線Ｘ上に位置するＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４及びＡ５点における内径Ｄｉと管壁負荷Ｌは、内径をＤｉ（ｍｍ）、管壁負荷をＬ（Ｗ／ｃｍ²）としてそれぞれを直交座標（Ｄｉ、Ｌ）で表すと、Ａ１点が（２．５、０．３１）、Ａ２点が（４．０、０３５）、Ａ３点が（５．５、０．３０）、Ａ４点が（６．５、０．１９）、Ａ５点が（８．０、０．１０）となる。

これらＡ１〜Ａ５点までを、横軸に内径Ｄｉ、縦軸に管壁負荷Ｌとしてプロットしたものが図５である。上記Ａ１〜Ａ５点までを結んだ線分Ｘ２が、図３におけるＸ１に相当し、この線分Ｘ２（線分Ｘ２は含む。）よりも下が、ランプ効率Ｅが６７．５（ｌｍ／Ｗ）以上となる領域である。
Ｂ．サイズについて
図４は、発光管の管壁負荷Ｌを変えて、各管壁負荷Ｌにおける発光管の内径Ｄｉとランプ全長Ｌ１との関係を示す図である。この図は、上記構成で説明した発光管を用い、その管壁負荷Ｌ（Ｗ／ｃｍ²）を、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０の５種類に設定し、発光管の内径Ｄｉ（ｍｍ）が、２．５、４．０、５．５、７．４の４種類を製作（放電路長は、各発光管の内径から所定の管壁負荷になるように決められる。）して、この発光管を用いて実際にランプを製作し、その全長を測定した結果である。なお、管壁負荷Ｌが０．３５（Ｗ／ｃｍ²）のときの値は、４種類の管壁負荷Ｌでの試験結果を基に求めたものであり、実際の試験結果ではない。

ランプの全長Ｌ１を１００（ｍｍ）以下となるのは、図４に示す線Ｙ１よりも下の範囲である。すなわち、図４の線Ｙ１より下の範囲に含まれるような内径Ｄｉ及び管壁負荷Ｌであれば、ランプの全長Ｌ１は１００ｍｍ以下となる。
ここで、境界となる線Ｙ１上に位置するＡ６、Ａ７、Ａ８点における内径Ｄｉと管壁負荷Ｌは、内径をＤｉ（ｍｍ）、管壁負荷をＬ（Ｗ／ｃｍ²）としてそれぞれを直交座標（Ｄｉ、Ｌ）で表すと、Ａ６点が（２．５、０．０１）、Ａ７点が（４．４、０．１０）、Ａ８点が（５．８、０．１５）となる。

これらＡ６〜Ａ８点までを、横軸に内径Ｄｉ、縦軸に管壁負荷Ｌとしてプロットしたものが図５であり、Ａ４、Ａ６〜Ａ８点までを結んだ線分Ｙ２が、図４のＹ１に相当し、この線分Ｙ２（線分Ｙ２は含む。）より上が、ランプの全長が１００（ｍｍ）以下となる領域である。
（３）まとめ
上記の結果から、図５において、線分Ｘ２よりも下の領域（線分Ｘ２は含む。）では、ランプ効率が６７．５（ｌｍ／Ｗ）以上となり、一方、線分Ｙ２よりも上の領域（Ｙ２は含む。）では、ランプの全長Ｌ１が１００（ｍｍ）以下となる。

また、フィラメントコイルの発光管本体の端部への挿入及び電極の発光管本体の端部への封着を考慮すると、発光管の内径Ｄｉが２．５（ｍｍ）以上とするのが好ましく、図５の線分Ｚより右側の領域（Ｚは含む。）となる。
従って、発光管の製造を考慮し、ランプ効率Ｅが６７．５（ｌｍ／Ｗ）以上で、ランプの全長Ｌ１が１００（ｍｍ）以下となるのは、線分Ｘ２、線分Ｙ２、線分Ｚに囲まれた領域の内径Ｄｉと管壁負荷Ｌということになる。
＜第２実施の形態＞
以下、ミニクリプトン電球４０Ｗ形に相当する電球形蛍光ランプ（以下、単に、「ランプ」という。）５００の発光管に本発明を適用させた実施の形態について説明する。

１．構成について
図６は、実施の形態におけるランプを示す全体図である。
ランプ５００は、図６に示すように、ガラス管５１０を二重螺旋形状に湾曲させてなる発光管５２０と、発光管５２０を保持する有底筒状の保持部材５３０と、発光管５２０を点灯させるための電子安定器(図省略)と、保持部材５２０に被嵌して電子安定器を覆うコーン状のケース５４０とを備え、ケース５４０における発光管５１０と反対側にＥ型の口金５４１が装着されている。

本ランプ５００は、基本的に、第１の実施の形態で説明したランプ１００と同じ組立構成をしているため、各部品の説明は省略し、ランプ１００とは、発光管５２０を覆うグローブを有しない（このタイプを「グローブ無しタイプ」という。）点で構造上異なる。
また、発光管５１０の基本構成も、前記ランプ１００の発光管１１０に準じたものである。この場合、特に発光管５１０の内径Ｄｉと管壁負荷Ｌを前記図５と同じ範囲に、規定することにより、ミニクリプトン４０Ｗ代替に適応した小形で省エネルギーの電球形蛍光ランプが得られた。

なお、ランプ５００は、前記ミニクリプトン代替のランプに比べて、ランプ電力が１２Ｗから８Ｗへと低減されている故に、基本的に発光管５１０の放電路長が短縮されることになる。この結果、（１）まず、発光管電力のうちで陽光柱入力に対する電極損失の割合が増大してランプ効率が約５％低下し、（２）一方で、発光管１００の外周径あるいは全長などが小形化でき、よって、ランプ５００の外囲形状も小形される。

２．具体例について
本ランプ５００は、ミニクリプトン電球４０Ｗ品に相当する光量を必要とするため、発光管５２０の両旋回部５２１，５２２の旋回数を合せて略３周となるようにしている。
ランプ５００の大きさは、最大外径Ｄ２が３５（ｍｍ）、全長Ｌ１が６７（ｍｍ）であり、ミニクリプトン電球４０Ｗ（最大外径３５ｍｍ、全長６７ｍｍ）と略同等にまで小形化されている。

発光管５１０の大きさは、その外周径が３２（ｍｍ）で、全長が３５（ｍｍ）である。発光管５１０の放電路長は３００（ｍｍ）で、そのときの管壁負荷が０．１９（Ｗ／ｃｍ²）に設定されている。
ガラス管５１０は、上記のミニクリプトン電球６０Ｗ形相当品と同様に、内径が４．０（ｍｍ）、外径が５．６（ｍｍ）のものが用いられている。なお、ガラス管５１０には、例えば、ストロンチウム・バリウムシリケイトガラスからなる軟質ガラスを用いられているほか、発光管における端部からのピッチ拡大位置、ピッチ、旋回角度等は、上記のミニクリプトン電球６０Ｗ形相当品と同じである。

また、ガラス管１２０内には、ミニクリプトン電球６０Ｗ形相当品と同様に、水銀が約２（ｍｇ）、また、緩衝ガスとしてアルゴンガスが４００（Ｐａ）でそれぞれ封入されている。
このランプ５００をランプ電力８Ｗで点灯させたとき、その全光束が５１０（ｌｍ）、ランプ効率が６３．８（ｌｍ／Ｗ）であった。また、本ランプの定格寿命時間も、上記のミニクリプトン電球４０Ｗ形相当品と同様の４５００〜５０００（Ｈｒ）が得られている。

上記構成のミニクリプトン電球４０Ｗに相当品であるランプ５００は、代替対象のミニクリプトン電球と同等な大きさであり（但し、形状が若干異なる。）、ミニクリプトン電球用の照明装置への本ランプの適合率は９５（％）にまで高められている。
以上、本発明を各実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記各実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例をさらに実施することができる。

＜変形例＞
１．ランプについて
実施の形態では、本発明に係るランプは、主に、ミニクリプトン電球の代替を目的に様々な検討が行われ、発光管の内径が小さいほど、管壁負荷の変化に伴うランプ効率の変化が小さいことを見出した。この現象は、発光管の形状が二重螺旋形状に限定して生じるものではなく、発光管の形状が、例えば、「Ｕ」字状に湾曲するガラス管を複数本、例えば、４本連結したような形状、直管状のガラス管を複数本連結して隣接するガラス管を相互に上下で連結するような形状、ガラス管を１本用いた直管形状、ガラス管を１本用いて湾曲させた円環形状であっても、さらには、ガラス管の軸心が一平面内に位置するような一重又は二重螺旋形状、外観形状が円錐状をした一重又は二重の螺旋形状であっても生じ得ると考えられる。

従って、本発明は、管径が従来の７．５（ｍｍ）程度以上のガラス管を用いている発光管をさらに小形化する場合に、発光管の形状に関係になく適用させることができると考えられる。
さらに、実施形態では、ミニクリプトン電球の代替としてのランプについて説明したが、本発明の発光管は、例えば、発光管を点灯させる点灯回路を備えず、口金が片口金を使用した蛍光ランプにも適用できる。つまり、本発明は、低圧水銀放電ランプの一種であるコンパクトタイプのような発光管にも適用できるのである。なお、口金、保持部材、ケースの形状は、各実施の形態で説明した形状に限定するものではない。

また、発光管は、その内周面に蛍光体が形成されたものでも良いし、また、蛍光体が形成されていないものでも良い。
２．緩衝ガスについて
実施の形態では、発光管内に緩衝ガスとしてアルゴンガスを用いたが、緩衝ガスは、アルゴンガスに限定するものではない。例えば、緩衝ガスとして、２種以上のガスを混合した混合ガスであっても良い。

例えば、第１の実施の形態で説明した二重螺旋形状の発光管本体２１５に、ネオンガスが４０（％）、アルゴンガスが６０（％）からなる混合ガスを７００（Ｐａ）で封入した場合、アルゴンを単体で封入した場合に比べて、全光束及びランプ効率が２（％）程度向上する結果が得られている。

本発明は、内部に１本の放電路を有する形成された発光管本体と、前記放電路の両端に相当する発光管本体の端部に封着された電極とを備える低圧水銀放電ランプ用の発光管において小形化するのに利用できる。

第１の実施の形態におけるランプを示す全体図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いた図発光管を示す図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いた図発光管の管壁負荷を変えて、各管壁負荷における発光管の内径とランプ効率との関係を示す図発光管の管壁負荷を変えて、各管壁負荷における発光管の内径とランプ全長との関係を示す図内径と管壁負荷との関係を示す図第２の実施の形態におけるランプを示す全体図

符号の説明

１００ランプ
１１０発光管
１２０ガラス管
２２０保持部材
２５０ケース
３００電子安定器
４００グローブ

Claims

内部に１本の放電路となる空間を有する発光管本体と、前記空間の両端に相当する前記発光管本体の各端部に封着された電極とを備える低圧水銀放電ランプ用の発光管であって、
前記発光管本体は、１本のガラス管からなり、前記ガラス管の中央部で折り返されて形成された折り返し部からガラス管の両端までが所定の軸の廻りを旋回する二重螺旋形状をし、
前記発光管の内径と前記発光管の管壁負荷は、前記発光管の内径をＤｉ（ｍｍ）、管壁負荷をＬ（Ｗ／ｃｍ²）とし、ＤｉとＬの直交座標で表すときに、点（２．５、０．３１）、点（４．０、０．３５）、点（５．５、０．３０）、点（６．５、０．１９）及び点（２．５、０．０１）により囲まれた範囲（但し、前記発光管の内径が５ｍｍ以上は除く）内に規定されていることを特徴とする発光管。
発光管と、口金と、前記口金を介して外部電源から給電され前記発光管を点灯させる点灯回路とを備える低圧水銀放電ランプにおいて、前記発光管は、請求項１に記載の発光管であることを特徴とする低圧水銀放電ランプ。
発光管と、口金とを備える低圧水銀放電ランプにおいて、前記発光管は、請求項１に記載の発光管であることを特徴とする低圧水銀放電ランプ。