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【発明の名称】 電球形蛍光ランプ
【発明者】 【氏名】高原 雄一郎

【氏名】安田 丈夫
【要約】 【課題】発光時のちらつきを防止できる電球形蛍光ランプを提供する。

【解決手段】内径が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下のバルブ21を設ける。バルブ21内に水銀を含有する主アマルガム33を封入する。ネオンガスの構成比率が８０％以上である希ガスを２４０Ｐａ〜２０００Ｐａの圧力でバルブ内に封止する。バルブ21の両端に対をなすフィラメント電極を封装する。点灯時に１００ｍＡ〜２５０ｍＡのランプ電流をフィラメント電極間に流す。調光下限時に２ｍＡ〜１０ｍＡのランプ電流をフィラメント電極間に流す。ランプ電流はフィラメント電極間に流れる放電電流である。点灯時および調光下限時それぞれにおいて発光管５を点灯する。発光管５にストライエーションが発生しなくなることが実験で確認できた。発光管５を点灯する際の発光管５のちらつきを防止できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内径が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるバルブ、このバルブ内に封入される水銀アマルガム、バルブ内に２４０Ｐａ〜２０００Ｐａの圧力で封止され、ネオンガスの構成比率が８０％以上である希ガス、およびバルブの両端に封装され点灯時に１００ｍＡ〜２５０ｍＡのランプ電流が流され、調光下限時に２ｍＡ〜１０ｍＡのランプ電流が流される対をなすフィラメント電極を有する発光管と；この発光管を点灯させる点灯回路と；発光管のバルブを支持するとともに点灯回路を収容したカバーと；このカバーに取り付けられた口金と；を具備していることを特徴とした電球形蛍光ランプ。
【請求項２】 バルブは、全長１００ｍｍ以下であり、希ガスは、２４０Ｐａ以上１２００Ｐａ以下の圧力でバルブ内に封止され、フィラメント電極は、タングステンにエミッタを塗布した酸化物により形成され、発光管の消費電力をWLとし、フィラメント電極の表面積をＳとした場合に、Ｓ＜１．７×WL−１．７の関係を満たすように構成されていることを特徴とした請求項１記載の電球形蛍光ランプ。
【請求項３】 フィラメント電極は、アルカリ土類金属の炭酸塩とアルカリ土類金属および遷移金属を含む焼結体とを混合した混合物を保持しており、真空雰囲気で熱分解および活性化させて形成されていることを特徴とした請求項１または２記載の電球形蛍光ランプ。
【請求項４】 焼結体は、バリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの少なくともいずれかと、タンタルおよびニオブの少なくともいずれかとを含む酸化物および酸窒化物の少なくともいずれかであることを特徴とした請求項３記載の電球形蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内部に水銀アマルガムが封止されたバルブを有する電球形蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の電球形蛍光ランプは、複数の略Ｕ字型の管体が順次接続されて屈曲した放電路が形成されるバルブを備えている。そして、このバルブ内には、水銀アマルガムが封入されている。さらに、このバルブ内には、アルゴン(Ａｒ)ガスの構成比率が１００％、またはネオン(Ｎｅ)ガスの構成比率が５０％程度である希ガスが封止さている。また、このバルブの両端には、対をなすフィラメント電極が封装されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電球形蛍光ランプは、調光下限付近において水銀蒸気圧が極端に低下することにより、希ガスの放電が中心域に集中するので、希ガスが比較的重い場合には、この発光管を点灯させている際に、ストライエーションといわれる移動縞などの発光の不安定現象が生じてしまうという問題を有している。
【０００４】本発明は、このような点に鑑みなされたもので、発光時のちらつきを防止できる電球形蛍光ランプに関する。
【０００５】
【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、内径が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるバルブ、このバルブ内に封入される水銀アマルガム、バルブ内に２４０Ｐａ〜２０００Ｐａの圧力で封止され、ネオンガスの構成比率が８０％以上である希ガス、およびバルブの両端に封装され点灯時に１００ｍＡ〜２５０ｍＡの電流が流され、調光下限時に２ｍＡ〜１０ｍＡのランプ電流が流される対をなすフィラメント電極を有する発光管と；この発光管を点灯させる点灯回路と；発光管のバルブを支持するとともに点灯回路を収容したカバーと；このカバーに取り付けられた口金と；を具備しているものである。
【０００６】そして、この構成では、内径が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるバルブ内に水銀アマルガムを封入するともに、ネオンガスの構成比率が８０％以上である希ガスを２４０Ｐａ〜２０００Ｐａの圧力でバルブ内に封止する。さらに、このバルブの両端に対をなすフィラメント電極を封装する。この状態で、点灯時に１００ｍＡ〜２５０ｍＡのランプ電流をフィラメント電極間に流し、調光下限時に２ｍＡ〜１０ｍＡのランプ電流をフィラメント電極間に流す。なお、ランプ電流とは、対をなすフィラメント電極間に流れる放電電流をいう。このような条件の下、点灯時および調光下限時それぞれにおいて発光管を点灯させたところ、この発光管にストライエーションが発生しなくなることが実験により確認された。よって、発光管を点灯させた際におけるこの発光管のちらつきが防止可能となる。
【０００７】請求項２記載の電球形蛍光ランプは、請求項１記載の電球形蛍光ランプにおいて、バルブは、全長１００ｍｍ以下であり、希ガスは、２４０Ｐａ以上１２００Ｐａ以下の圧力でバルブ内に封止され、フィラメント電極は、タングステンにエミッタを塗布した酸化物により形成され、発光管の消費電力をWLとし、フィラメント電極の表面積をＳとした場合に、Ｓ＜１．７×WL−１．７の関係を満たすように構成されているものである。
【０００８】そして、この構成では、全長が１００ｍｍ以下のバルブ内に２４０Ｐａ以上１２００Ｐａ以下の圧力で希ガスを封止する。次いで、タングステンにエミッタを塗布した酸化物で形成したフィラメント電極の表面積をＳとし、発光管の消費電力をWLとした場合に、＜１．７×WL−１．７の関係を満たすようにこのフィラメント電極をバルブの両端に封装する。ここで、フィラメント電極の表面積Ｓを、エミッタを塗布した状態におけるエミッタおよびフィラメントが露出する外表面の面積とする。この結果、実験的に、熱電子放射量が向上し、予熱電流(フィラメント電流)を抑えることでバルブの発光効率が高効率化し、時に調光点灯状態における熱電子を確保することによって、このフィラメント電極のスパッタによるエミッタ消失を抑制して、発光管の寿命をより長くすることが可能となり、より小型化が可能となる。また、特に調光点灯時に有効である。
【０００９】請求項３記載の電球形蛍光ランプは、請求項１または２記載の電球形蛍光ランプにおいて、フィラメント電極は、アルカリ土類金属の炭酸塩とアルカリ土類金属および遷移金属を含む焼結体とを混合した混合物を保持しており、真空雰囲気で熱分解および活性化させて形成されているものである。
【００１０】そして、この構成では、アルカリ土類金属の炭酸塩とアルカリ土類金属および遷移金属を含む焼結体とを混合して設けた混合物をフィラメント電極が保持し、真空雰囲気で熱分解および活性化させてフィラメント電極を形成することにより、焼成体が電子放射物質であり、スパッタリングに対する耐性を有するので、特に調光点灯時にランプ電流が絞られても、電子放射能力を低下させることなく、調光点灯可能な電球形蛍光ランプのフィラメント電極の寿命を延ばすことが可能となる。
【００１１】請求項４記載の電球形蛍光ランプは、請求項３記載の電球形蛍光ランプにおいて、焼結体は、バリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの少なくともいずれかと、タンタルおよびニオブの少なくともいずれかとを含む酸化物および酸窒化物の少なくともいずれかであるものである。
【００１２】そして、この構成では、バリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの少なくともいずれかと、タンタルおよびニオブの少なくともいずれかとを含む酸化物および酸窒化物の少なくともいずれかで焼結体を構成すれば、電子放射能力を低下させることなく寿命が延びるフィラメント電極がより容易に実施可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】図１ないし図３に本発明の第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であり、図２は電球形蛍光ランプの発光管および仕切体の平面図であり、図３は発光管のバルブの展開図である。
【００１５】図１において、１は電球形蛍光ランプで、この電球形蛍光ランプ１は調光器対応形である。また、この電球形放電ランプ１は、カバー２、口金３およびグローブ４を有する外囲器を備えている。この外囲器内には、発光管５および点灯回路６などを有する蛍光ランプ装置７が収容されている。そして、この外囲器は、例えばミニクリプトンタイプの電球の規格寸法に近似する外形を有している。
【００１６】また、電球形発光ランプ１は、口金３からグローブ４までの高さ方向の寸法が約８１ｍｍ程度、グローブ４の最大直径部分に対応した幅方向の寸法が約４５ｍｍ程度である。そして、以下カバー２の一端側つまり口金３側を上側、他端側つまりグローブ４側を下側として説明する。
【００１７】次いで、カバー２は、下方に拡開する略円筒状に形成された基体11を備えている。この基体11の下端には、環状の仕切体12が取り付けられている。これら基体11および仕切体12は、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などにて形成されている。また、仕切体12は、図示しない円筒状の筒部と、この筒部の内側に形成された円板状の図示しない仕切板部とにより形成されている。さらに、この仕切板部には、発光管５を取り付けるための複数の図示しない取付孔が同一円周上に沿って等間隔に開口されている。
【００１８】また、口金３は、エジソンタイプのＥ１７型などで、基体11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】さらに、グローブ４は、透明、または光拡散性を有する乳白色などでガラスまたは合成樹脂により、ミニクリプトンタイプの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。また、このグローブ４の一部には、開口部14が形成されており、この開口部14の縁部には、カバー２の仕切体12の下端の開口部14の内側に嵌合されて接着剤により接着される嵌合縁部15が形成されている。なお、このグローブ４は、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、あるいは省略することもできる。
【００２０】また、発光管５は、図１ないし図３に示すように、ガラス製のバルブ21を有している。このバルブ21の内面には、例えば３波長形蛍光体が塗布されて形成されている。そして、このバルブ21内には、放電ガスとしての希ガスＧや、水銀(Ｈｇ)を含む封止ガスが封入されている。この希ガスＧは、ネオン(Ｎｅ)ガスが８０％以上を占める混合ガス、具体的にはネオンガス９７％およびアルゴン(Ａｒ)ガス３％の混合ガスである。そして、この希ガスＧは、２４０Ｐａ〜２０００Ｐａ、好ましくは６００Ｐａ〜２０００Ｐａ、具体的には１２００Ｐａ程度の圧力でバルブ21内に封入されている。
【００２１】さらに、発光管５は、定常点灯時に１００ｍＡ〜２５０ｍＡ程度、好ましくは１００ｍＡ〜２００ｍＡ程度のランプ電流が流され、調光下限時に２ｍＡ〜１０ｍＡのランプ電流が流される。ここで、このランプ電流とは、フィラメント電極22間に流れる放電電流をいう。
【００２２】そして、バルブ21の両端には、対をなす一対のフィラメント電極22は、例えばピンチシールによって封装されている。また、このバルブ21は、３本の略同形状の管体23a,23b,23cを有している。これら管体23a,23b,23cは、例えば管外径が８ｍｍ以下、具体的には約６．５ｍｍ程度で、内径が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、具体的には約５．２ｍｍ程度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、これら各管体23a,23b,23cは、湾曲する曲成部24と、この曲成部24に連続する互いに平行な一対の直管部25とにより構成されている。また、これら管体23a,23b,23cは、略Ｕ字状の状態で曲成部24と端部との高さ方向の管長が約３５ｍｍ程度である。
【００２３】そして、各管体23a,23b,23cの隣接する端部近傍同士が連通管26で順次接続されて１本の連続した放電路27が形成されている。この連通管26は、各管体23a,23b,23cの接続する端部を加熱溶融した後、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。そして、各管体23a,23b,23cの直管部25が、電球形蛍光ランプ１の中心軸を中心とする同一円周上に等間隔で位置され、すなわち各管体23a,23b,23cの直管部25が断面六角形の各頂点に対応して配置されている。
【００２４】また、各管体23a,23b,23cは、マウントを用いたラインシールあるいはマウントを用いないピンチシールなどにより一端部が封止されているとともに、他端部には排気管とも呼ばれる円筒状の細管28がそれぞれ連通状態に突設されている。これら細管28は、フィラメント電極22が封装される端部とは反対側つまり非フィラメント電極22側の端部に突設されている。また、これら各細管28は、バルブ21の製造過程で溶断によって順次封止され、各細管28のうちの封止されていない一部を通じてバルブ21内の排気がなされるとともに、希ガスＧが封入されて置換された後に、これら各細管28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。
【００２５】さらに、各フィラメント電極22は、フィラメントコイル31を有し、このフィラメントコイル31が一対、すなわち２本の線状のウエルズ32に支持されている。これら各ウエルズ32は、例えば両端の管体23a,23cの端部にピンチシールなどによって封着されたジュメット線を介して、両端の管体23a,23cの端部の外部に導出されて点灯回路６に接続されるワイヤ35に接続されている。
【００２６】また、一端の管体23aの細管には、その細管23aを封止する際に水銀アマルガムとしての主アマルガム33が封入されている。この主アマルガム33は、ビスマス(Ｂｉ)、インジウム(Ｉｎ)および水銀(Ｈｇ)にて構成される合金であり、略球形状に形成され、バルブ21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。具体的に、この主アマルガム33は、インジウムに対する水銀の質量比が６％である。
【００２７】なお、主アマルガム33としては、ビスマス、インジウムの他に、スズ(Ｓｎ)、鉛(Ｐｂ)などを組み合わせた合金で形成したものを用いてもよい。また、各フィラメント電極22の一方のウエルズ32には、インジウム(Ｉｎ)めっきされた補助アマルガム34が取り付けられ、各管体23a,23c内に封止されている。
【００２８】そして、バルブ21の各管体23a,23b,23cの端部が仕切体12の各取付孔に挿入されるとともに、この仕切体21の内側から例えばシリコーン樹脂などの接着剤を充填することにより、各管体23a,23b,23cの端部と仕切体21とが互いに固定される。
【００２９】さらに、バルブ21の各管体23a,23b,23cの端部のうち、両端の管体23a,23cのフィラメント電極22が配置される端部がバルブ21の両端に位置する端部36であり、両端の管体23a,23cのフィラメント電極22が配置されない端部および中間の管体23bの端部がバルブ21の中間に位置する端部37であり、中間の各端部37の連通管26より端部側は、各管体23a,23b,23cおよび連通管26により構成される一条の放電路27から外れた場所である。
【００３０】また、点灯回路６は、図１に示すように、カバー２の基体11内に配置される略円板状の基板41を備えている。この基板41の両面すなわち口金３側である上面およびグローブ４側である下面に、複数の電気部品が実装されて、発光管５を高周波点灯させるインバータ回路、すなわち高周波点灯回路が構成されている。また、基板41の上面には、比較的熱に弱い、すなわち耐熱性が低い大形の電解コンデンサまたはフィルムコンデンサなどの電気部品42が配置されている。また、この基板の下面には、比較的熱に強い、すなわち耐熱性が高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としての整流回路(ＲＥＣ)、トランジスタ、抵抗などのチップ状の電気部品としてのチップ部品43が配置されている。
【００３１】さらに、基板41は、カバー２の基体11の内側に設けられる図示しない係止爪により固定される。このように構成された電球形蛍光ランプ１は、周囲温度が２５℃の状態で点灯させたところ、全光点灯時のランプ電流が２００ｍＡで、全光束が１３７０ｌｍであった。また、この電球形蛍光ランプ１は、周囲温度が２５℃の状態で点灯させたところ、調光下限、すなわちランプ電流が５ｍＡの状態で、全光束が８０ｌｍであった。
【００３２】そして、電球形蛍光ランプ１の消灯状態において、口金３に電力が供給されることにより、点灯回路６にてバルブ21の両端のフィラメント電極22間にランプ点灯電圧を印加して発光管５を点灯させる。
【００３３】ここで、アルゴンが１００％の希ガスを封入した発光管５を用いた電球形蛍光ランプ１の場合には、この発光管５に流すランプ電流値を変更することにより、この発光管５から発光される光を調光した際に、放電がバルブ21の中心域に集中し、ストライエーションが生じてしまう。これは、希ガスＧとして用いたアルゴンの質量が重いからである。よって、質量が比較的軽いネオンをできるだけ多量に使用することによりちらつきが防止できることとなる。
【００３４】そこで、発光管５のバルブ21の各管体23a,23b,23cの内径を５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とし、このバルブ21内に封止される希ガスＧにおけるネオンガス構成比率を８０％以上とし、この希ガスＧをバルブ21内に２４０Ｐａ〜２０００Ｐａ、好ましくは６００Ｐａ〜２０００Ｐａの圧力で封入して電球形蛍光ランプ１を設ける。
【００３５】そして、この電球形蛍光ランプ１を、周囲温度が２５℃で、全光点灯時のランプ電流が２００ｍＡで全光束が１３７０ｌｍであった。また、この電球形蛍光ランプ１を、周囲温度が２５℃で、調光下限、すなわちランプ電流が５ｍＡの状態で全光束が８０ｌｍであった。このとき、全光点灯時および調光下限時において、視認できる発光のちらつきや、ストライエーションといわれる移動縞が観測されなかった。
【００３６】この結果、実験的に、電球形蛍光ランプ１の口金３に対して、全光点灯時に１００ｍＡ〜２５０ｍＡのランプ電流を流し、調光下限時に２ｍＡ〜１０ｍＡの電流を流すことにより、この電球形蛍光ランプ１のバルブ21にストライエーションが生じなくなるので、このバルブ21を発光させた際におけるこのバルブ21のちらつきを防止できる。
【００３７】次に、図４ないし図７に第２の実施の形態を示し、図４は電球形蛍光ランプのフィラメントコイルを示し、(a)は完成したダブルコイルの説明図で、(b)は製造初期の説明図であり、図５はフィラメントコイルを示し、(a)は完成したトリプルコイルの説明図で、(b)は製造途中の説明図で、(c)は製造初期の説明図で、図６はフィラメントコイルを示し、(a)は完成したスティックコイルの説明図で、(b)は製造初期の説明図で、図７はフィラメントコイル表面積と予熱電力との関係を示すグラフである。
【００３８】また、この電球形蛍光ランプ１は、全長が１００ｍｍ以下であり、この電球形蛍光ランプ１のバルブ21は、外径寸法が６．５ｍｍであり、全長が３５ｍｍである。また、このバルブ21の内面には、３波長形の図示しない蛍光体が塗布されている。
【００３９】そして、電球形蛍光ランプ１をより小型化するためには、バルブ21の各管体23a,23b,23cを細くしなければならず、発光効率を向上させるためには、このバルブ21の放電路27を長くする必要がある。ところが、従来のものは、２本のリードワイヤにタングステンコイルを固定し、このタングステンコイルに酸化バリウム(ＢａＯ)、酸化カルシウム(ＣａＯ)、酸化ストロンチウム(ＳｒＯ)を主成分とする電子放射物質を塗布したフィラメントコイル31がフィラメント電極22として取り付けられているため、バルブ21の管体23a,23b,23cを細くした場合には、このコイル21の全長を短くせざるを得ない。
【００４０】また、この種の電球形蛍光ランプ１の寿命は、フィラメントコイル31に保持された電子放射物質の量に従う。このため、このフィラメントコイル31にて保持する電子放電物質の量が少なくなると、ランプ寿命が短くなる。したがって、バルブ21の管23a,23b,23c体を細くして、フィラメントコイル31の全長を短くした場合には、エミッタの保持量が少なくなり、ランプ寿命が短くなる。
【００４１】さらに、電子放射物質を塗布したフィラメントコイル31を用いたフィラメント電極22は、ランプ始動時や、定常時に非常に高温になるため、このフィラメントコイル31またはこのフィラメントコイル31を固定するリード線が、いずれかの管体23a,23b,23cの内壁に接触するか、またはいずれかの管体23a,23b,23cの内壁に非常に近接した場合には、これら管体23a,23b,23cのいずれかに穴が開いて、発光管５が点灯不可能となる。ずなわち、細い管体23a,23b,23c内に、無理に長いフィラメントコイル31を張ると、ランプ寿命がより短くなる。
【００４２】このため、細い発光管５を使用する場合には、エミッタの塗布量が限られてしまう。そこで、少量のエミッタによりランプ寿命を確保するためには、定常点灯中にフィラメントコイル31を予熱すればよい。このときの予熱温度は、熱電子が十分に取り出せる温度、すなわち８００℃程度にすると効果的である。
【００４３】特に、電球形蛍光ランプ１を調光して点灯する場合、ランプ電流が２ｍＡ〜１０ｍＡに絞られるので、放電によるフィラメント電極22の加熱が適切に行われないため、フィラメントコイル31の予熱を十分に行うことが必要となる。
【００４４】ところが、定常点灯中にフィラメントコイル31を加熱した場合には、予熱に必要な電力分だけ、余分に電力を消費する。したがって、フィラメントコイル31に常時予熱電圧を印加しない場合に比べ、ランプ効率が低下する。
【００４５】したがって、ランプ効率を高くするために細い管体23a,23b,23cを使用し、ランプ寿命を確保するためにフィラメントコイル31に常時予熱を印加し、常時予熱による電力損失を最小限にするためにフィラメントコイル31の略表面積を適度な値に設定する必要がある。
【００４６】そこで、電球形蛍光ランプ１の発光管４のフィラメント電極22間に取り付けたフィラメントコイル31が、表面に酸化物エミッタが塗布されたタングステン(Ｗ)製の単線を螺旋状に巻回したコイル、すなわち図示しないシングルコイルの場合には、このシングルコイルの単線の線径、すなわちメインワイヤ径をFDとし、このシングルコイルの単線をマンドレルに螺旋状に巻回した際におけるこのシングルコイルのコイル内径、すなわちマンドレル径をMDとした。
【００４７】また、フィラメントコイル31が、シングルコイル52をさらに線径PDを有するピアノ線に螺旋状に巻回してダブルコイル53とする。この場合には、このダブルコイル53にシングルコイル52が形成する空隙内にエミッタが充填されるようにエミッタを塗布する。このエミッタが塗布されたシングルコイル52の直線上に伸ばしたとみなした全長をL1としたときのダブルコイル53の表面積Ｓは、Ｓ＝π×(２×FD＋MD)×L1と定義される。
【００４８】さらに、図５に示すように、フィラメントコイル31が、タングステン製のメインワイヤ54の周囲に略円形の１次マンドレル55を形成するようにサブワイヤ56を螺旋状に巻回してファーストコイル57を形成し、このファーストコイル57をさらに２次マンドレル58が形成されるように螺旋状に巻回してセカンドコイル59を形成し、このセカンドコイル59をまた線径PDを有するピアノ線にさらに巻回して形成したコイル、すなわちトリプルコイル60の場合には、ダブルコイルが形成する空隙内にエミッタが充填されるようにエミッタを塗布する。このトリプルコイル60の表面積Ｓは、サブワイヤ56の線径、すなわちサブワイヤ径をFD1とし、メインワイヤ54の線径、すなわちメインワイヤ径をFD２とし、１次マンドレル55の線径、すなわちファーストマンドレル径をMD1とし、２次マンドレル58の線径、すなわちセカンドマンドレル径をMD2とし、セカンドコイル59におけるエミッタが塗布された部分の全長(直線状に伸ばしたとみなしたときの長さ)をL2とした際に、 Ｓ＝π×(４×FD1＋２×MD1＋MD2)×L2 (MD1＞FD2の場合) Ｓ＝π×(４×FD1＋２×FD2＋MD2)×L2 (MD1＜FD2の場合)とする。
【００４９】また、図６に示すように、フィラメントコイル31が、表面に酸化物エミッタが塗布されたタングステン(Ｗ)製のメインワイヤ54の周囲に略円形の１次マンドレル55を形成するようにサブワイヤ56を螺旋状に巻回してファーストコイル57を形成し、このファーストコイル57をさらに２次マンドレル58が形成されるように螺旋状に巻回して形成したスティックコイル61の場合には、このスティックコイル61が形成する空隙内にエミッタが充填されるようにエミッタを塗布する。このスティックコイル61の表面積Ｓは、サブワイヤ56の線径、すなわちサブワイヤ径をFD1とし、メインワイヤ54の線径、すなわちメインワイヤ径をFD２とし、１次マンドレル55の線径、すなわちファーストマンドレル径をMD1とし、２次マンドレル58の線径、すなわちセカンドマンドレル径をMD2とし、スティックコイル61にエミッタが塗布された部分の全長をL2とした際に、 Ｓ＝π×(４×FD1＋２×MD1＋MD2)×L2 (MD1＞FD2の場合) Ｓ＝π×(４×FD1＋２×FD2＋MD2)×L2 (MD1＜FD2の場合)とする。
【００５０】なお、フィラメント電極22の表面積Ｓは、エミッタを塗布した状態におけるエミッタおよびフィラメントが露出する外表面の面積である。
【００５１】ここで、各フィラメントコイル31を、目的の温度まで加熱するために必要な電力は、一般的に各フィラメントコイル31の表面積に依存する。これは、フィラメントコイル31の熱損失の内訳は、輻射損失およびガス損失が優勢で、これらはフィラメントコイル31の表面積に依存するからである。したがって、フィラメントコイル31の予熱電力を下げるためには、このフィラメントコイル31の表面積が小さいほうが良い。
【００５２】特に、電球形蛍光ランプ１の場合には、発光管５で消費される電力が５Ｗ〜３０Ｗ程度と比較的小さいため、予熱によって消費される電力は可能な限り小さい方が望ましい。
【００５３】そして、この電球形蛍光ランプににて許容される電力は、発光管５の電力の１０％程度である。すなわち、発光管５の消費電力をWLとすると、予熱電力Wfは、Wf＜０．１×WLであることが望ましい。
【００５４】一方、フィラメントコイル31の目標温度を８００℃とすると、このフィラメントコイル31の略表面積Ｓと予熱電力Wfとの間には、図７に示す関係がある。この図７は、スチックコイル61を用いた発光管５の実験結果である。このとき、発光管５のバルブ21内に封入した希ガスＧをアルゴンとし、このバルブ21に対する希ガスＧの封入圧力を１０００Ｐａ〜６０００Ｐａ程度にしたが変化がなかった。また、この発光管５の各管体23a,23b,23cの内径を５ｍｍ〜１５ｍｍと変化させたが、大きな変化がなかった。そこで、図７に示す直線を近似することにより、Wf＝０．０６×Ｓ＋０．１となる。この結果、Ｓ＜１．７×WL−１．７とすることにより、発光管５をより小型化でき、熱電子放射量が向上し、予熱電流(フィラメント電流)を抑えることで、この発光管５の発光効率を高効率化できる。さらに、時に調光点灯状態における熱電子を確保することによって、このフィラメント電極22のスパッタによるエミッタ消失を抑制して、この発光管５のランプ寿命を確保できる。ここで、例えばランプ電力WLが８Ｗであれば、略表面積Ｓを１２ｍｍ２にすることが望ましい。
【００５５】さらに、実験として、FD1＝０．０１８２ｍｍ、FD2＝０．０３１６ｍｍ、MD1＝０．０５００ｍｍ、MD2＝０．１９３ｍｍで、セカンドコイルの全長L２＝８．０ｍｍのトリプルコイルの略表面積Ｓは、９．３ｍｍ２と見積もることができる。
【００５６】また、このトリプルコイル60の表面に、バリウム(Ｂａ)、ストロンチウム(Ｓｒ)およびカルシウム(Ｃａ)を含有した酸化物にて構成された電子放射物質を塗布し、このトリプルコイル60を消費電力８Ｗの発光管５に取り付け、このトリプルコイル60の略表面積Ｓを１２ｍｍ２とした場合には、このトリプルコイル60の予熱電力が軽減できた。
【００５７】次に、第３の実施の形態を説明する。
【００５８】内面に蛍光体が塗布され、少量の水銀とアルゴンガスとが１５００Ｐａの圧力で内部に封入されたガラス製のバルブ21の両端に封止されたフィラメント電極22は、電極マウントであり、ニッケル(Ｎｉ)製のリード線を通してバルブ21内に電力を供給する。また、このフィラメント電極22のインナーリードには、タングステン製のフィラメントコイル31がクランプされている。
【００５９】このフィラメントコイル31は、多重コイルとしての、いわゆるトリプルコイル60である。このフィラメントコイル31には、放電電極エミッタが塗布されている。このエミッタは、アルカリ土類金属、例えばバリウム、ストロンチウムおよびカルシウムなどの炭酸塩と、アルカリ土類金属および遷移金属を含む焼結体、例えばバリウムおよびタンタルの酸窒化物とを主材料としている。
【００６０】ここで、この焼成体は、バリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの少なくともいずれか１つと、タンタルおよびニオブの少なくともいずれか１つとを含む酸窒化物などであっても良い。
【００６１】そして、この炭酸塩８０％と、酸窒化物２０％とを有機バインダに分散し、これら炭酸塩と酸窒化物とを混合してスラリを形成する。この後、このスラリをフィラメントコイル31に塗布し、このスラリを塗布したフィラメントコイル31を真空雰囲気で短時間かつ約１２００℃に通電加熱して、このスラリを熱分解および活性化させる。
【００６２】ここで、アルカリ土壌金属の炭酸塩を主材料とし、この主材料を真空雰囲気で活性化させてアルカリ土類酸化物を生成し、陰極降下電圧を低くすることが知られており、この種の代表的なエミッタとしては、炭酸バリウム(ＢａＣＯ３)を真空雰囲気で短時間１２００℃程度に加熱して得られる酸化バリウム(ＢａＯ)がある。
【００６３】そして、この酸化バリウムをエミッタとした場合には、仕事関数が低く、放出電子量も多いので、陰極エミッタとしては好適であるが、一般的にはバリウムの他にストロンチウムおよびカルシウムを混合した(Ｂａ,Ｓｒ,Ｃａ)Ｏのエミッタが使用されている。さらに、この種の放電電極エミッタに、酸化ジルコニウム(ＺｒＯ２)などの添加材を混合すると、この酸化ジルコニウムがスパッタリングに強いことに起因して、電極の寿命が延びることが知られている。
【００６４】ところが、酸化ジルコニウムを混合したエミッタでは、この酸化ジルコニウムを混合しない場合に比べ、電子放出能力が低下してしまう。
【００６５】そこで、バリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの炭酸塩と、酸化ジルコニウムを、９０％：１０％の重量パーセントの割合で混合したエミッタと、酸化ジルコニウムを混合したエミッタと比較する。
【００６６】両方のエミッタを用いた発光管５を１０本ずつ形成し、これら計２０本の発光管５を、ランプ電流３００ｍＡおよび周波数５０Ｈｚの定電流回路で連続的に点灯させた。このとき、９０分間の点灯の後、３０分間の消灯させる点灯周期とした。
【００６７】この結果、１００時間点灯後の両者のランプ電力を、１０本の平均値で比較すると、本実施の形態のエミッタを用いた発光管５のランプ電力が、約１３．８Ｗであり、酸化ジルコニウムを混合したエミッタを用いた発光管５のランプ電力が、約１４．５Ｗとなった。よって、本実施の形態のエミッタを用いた発光管は、省電力化がされた。
【００６８】また、ランプ寿命については、各発光管５が点灯不可能となった時点までの点灯時間を計測し、数量が半減した時点をランプ寿命とすると、本実施の形態のエミッタを用いた発光管５、および酸化ジルコニウムを混合したエミッタを用いた発光管５それぞれが、約７５００時間であった。
【００６９】この結果、バリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの炭酸塩と、酸化ジルコニウム(ＺｒＯ２)を、９０％：１０％の重量パーセントの割合で混合したエミッタを用いたフィラメント電極22で発光管５を設けることにより、特に調光点灯時にランプ電流が絞られても、この発光管５の電子放出能力を低下させることなく、調光点灯可能な電球形蛍光ランプ１のフィラメント電極22の寿命を伸ばすことができるので、ランプ寿命を延ばすことができる。
【００７０】次に、図８に第４の実施の形態を示し、図８はアマルガムの温度と水銀蒸気圧との関係を示すグラフである。
【００７１】発光管５のバルブ21内には、アルゴンが１０００Ｐａ程度封入されている。また、このバルブ21内には、水銀と少なくともインジウムとを含有した水銀アマルガムが主アマルガム33として封入されている。この主アマルガム33は、水銀を除く金属成分に対するインジウムの構成比率が９０％以上である。また、この主アマルガム33におけるインジウムに対する水銀の質量比は、６％である。発光管５内における水銀蒸気圧は、全光点灯時の定常状態において６００Ｐａ以上、２０００Ｐａ以下であり、調光下限時の定常状態においては２００Ｐａ以下である。
【００７２】また、この発光管５内に位置する主アマルガム33は、全光点灯時の定常状態において、液相固相混合状態Ａである。すなわち、この液相固相混合状態Ａとは、図８に示す最大ピーク値、すなわち極大値近傍での状態である。
【００７３】ここで、通常、電球形蛍光ランプ１のランプ電流は、図示しない調光器の状態に応じて、全光点灯時には２００ｍＡ〜３００ｍＡ程度とし、調光時には数ｍＡ〜数１０ｍＡ程度とするように点灯回路６が設計されている。この結果、発光管５の全光束が変化して調光が可能となる。ところが、調光幅を大きくするためには、ランプ電流を大きく変化させる必要があるが、設計が非常に困難であり、点灯回路６の寸法が大きくなり、部品コストが高くなるなどの問題がある。
【００７４】そこで、全光時および調光時における水銀蒸気圧の差を利用して、調光幅を大きくする。具体的には、全光時に水銀蒸気圧が６００Ｐａ以上２０００Ｐａ以下で最大効率となるように、主アマルガム33および発光管５などを設計する。さらに、調光時に発光管５の温度が下がることを利用して、水銀蒸気圧が２００Ｐａ以下となるように設計する。この結果、ランプ電流が大きく変化しなくとも、光出力が大きく低下して、所望の調光幅を得ることができる。
【００７５】また、全光点灯時の定常状態における主アマルガム33が液相固相混合状態Ａにあることにより、全光点灯時に主アマルガム33が液相状態にあると、調光による温度の低下に対して、液相状態から液相固相混合状態Ａへ、さらには固相状態へと変化するが、液相固相混合状態Ａにおける水銀蒸気圧の変化量が小さいことに起因して、温度の変化に対する水銀蒸気圧の変化が小さくなる。
【００７６】よって、ランプ電流を低下させて発光管５の温度が下がっても、水銀蒸気圧が比較的高めに維持されるので、所望の調光幅を得るためには、ランプ電流を大きく変化させる必要がある。
【００７７】この結果、全光点灯時の定常状態における主アマルガム33が、液相固相混合状態Ａにある場合、温度の低下に対して速やかに固相状態に移るため、温度変化に対する水銀蒸気圧の変化が大きいから、ランプ電流が大きく変化しなくても、光出力が大きく低下し、所望の調光幅を得ることができる。
【００７８】さらに、主アマルガム33を水銀と少なくともインジウムを含有し、この主アマルガム33中における水銀を除く金属成分の構成比率を、インジウムが９０％以上とすることにより、主アマルガム33の金属成分として一般的に用いられるのはインジウムやビスマス、鉛、スズなどであり、構成比率によって温度に対する水銀蒸気圧特性が大きく異なる。このため、電球形蛍光ランプ１の場合には、定常点灯時の発光管温度が１００℃〜１４０℃程度になることを考慮すると、主アマルガム33としての蒸気構成が最適となる。
【００７９】そして、周囲温度が２５℃の状態で、点灯試験を行ったところ、全光点灯時において、ランプ電流が２５０ｍＡで全光束が１３７０ｌｍとなった。また、調光下限時においては、ランプ電流が２０ｍＡで全光束が１２０ｌｍとなった。
【００８０】
【発明の効果】請求項１記載の電球形蛍光ランプによれば、内径が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるバルブ内に水銀アマルガムを封入するともに、ネオンガスの構成比率が８０％以上である希ガスを２４０Ｐａ〜２０００Ｐａの圧力でバルブ内に封止し、このバルブの両端に対をなすフィラメント電極を封装し、点灯時に１００ｍＡ〜２５０ｍＡのランプ電流をフィラメント電極間に流し、調光下限時に２ｍＡ〜１０ｍＡのランプ電流をフィラメント電極間に流したところ、ランプ電流とは、対をなすフィラメント電極間に流れる放電電流をいうので、このような条件の下で点灯時および調光下限時それぞれにおいて発光管を点灯させた際に、この発光管にストライエーションが発生しなくなることが実験により確認できたので、発光管を点灯させた際におけるこの発光管のちらつきを防止できる。
【００８１】請求項２記載の電球形蛍光ランプによれば、請求項１記載の電球形蛍光ランプの効果に加え、全長が１００ｍｍ以下のバルブ内に２４０Ｐａ以上１２００Ｐａ以下の圧力で希ガスを封止し、タングステンにエミッタを塗布した酸化物で形成したフィラメント電極の表面積をＳとし、発光管の消費電力をWLとした場合に、＜１．７×WL−１．７の関係を満たすようにこのフィラメント電極をバルブの両端に封装し、フィラメント電極の表面積Ｓを、エミッタを塗布した状態におけるエミッタおよびフィラメントが露出する外表面の面積とすれば、実験的に、熱電子放射量が向上し、予熱電流(フィラメント電流)を抑えることでバルブの発光効率を高効率化でき、時に調光点灯状態における熱電子を確保することによって、このフィラメント電極のスパッタによるエミッタ消失を抑制して、発光管の寿命をより長くでき、より小型化でき、また、特に調光点灯時に有効となる。
【００８２】請求項３記載の電球形蛍光ランプによれば、請求項１または２記載の電球形蛍光ランプの効果に加え、アルカリ土類金属の炭酸塩とアルカリ土類金属および遷移金属を含む焼結体とを混合して設けた混合物をフィラメント電極が保持し、真空雰囲気で熱分解および活性化させてフィラメント電極を形成することにより、焼成体が電子放射物質であり、スパッタリングに対する耐性を有するので、特に調光点灯時にランプ電流が絞られても、電子放射能力を低下させることなく、調光点灯可能な電球形蛍光ランプのフィラメント電極の寿命を延ばすことができる。
【００８３】請求項４記載の電球形蛍光ランプによれば、請求項３記載の電球形蛍光ランプの効果に加え、バリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの少なくともいずれかと、タンタルおよびニオブの少なくともいずれかとを含む酸化物および酸窒化物の少なくともいずれかで焼結体を構成すれば、電子放射能力を低下させることなく寿命が延びるフィラメント電極をより容易に実施できる。
【出願人】 【識別番号】０００００３７５７
【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社
【出願日】 平成１３年３月２９日（２００１．３．２９）
【代理人】 【識別番号】１０００６２７６４
【弁理士】
【氏名又は名称】樺澤 襄 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−２９８６０９（Ｐ２００２−２９８６０９Ａ）
【公開日】 平成１４年１０月１１日（２００２．１０．１１）
【出願番号】 特願２００１−９７６４５（Ｐ２００１−９７６４５）