(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電用空間を包囲した内側面に蛍光塗膜を有するとともに少なくとも一端に口金部を設けてなるガラス管と、前記口金部を支持し、かつその口金部が有する少なくとも２個の外部端子に電気接触して蛍光灯の電気回路を完結するためのソケットを備え、
前記ガラス管内には主として紫外線領域で励起発光する水銀その他のガスを封入するとともに、４本の金属棒電極をその横断面方向に間隔を置いて配設し、
前記電気回路中において、２個の進相キャパシタ及び２個の遅相インダクタンスを含み、かつこれらのキャパシタ及びインダクタンスの各一端に前記４本の金属棒電極の一端をそれぞれ接続し、さらに、そのうちの第１のキャパシタ及び第１のインダクタンスの各他端を一括接続するとともに、第２のキャパシタ及び第２のインダクタンスの各他端を一括接続し、安定器を含む単相交流電源ラインの一端及び他端にそれぞれ導くようにしたことを特徴とする等価四相放電フリッカレス蛍光灯。
【請求項２】
前記少なくとも２個の外部端子がガラス管の延長方向に突出した端子脚からなり、前記４本の金属棒電極が前記ガラス管内において互いに間隔を置いて軸対称的に配設されていることを特徴とする請求項１記載の蛍光灯。
【請求項３】
前記２個の進相キャパシタ及び２個の遅相インダクタンスを前記口金部内に配置し、前記第１及び第２のキャパシタ‐インダクタンス一括接続部を２個の前記外部端子にそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蛍光灯。
【請求項４】
前記少なくとも２個の外部端子がガラス管の両端口金部からそれぞれ２本ずつ突出した４本の端子脚からなるとともに、前記４本の金属棒電極の一端が前記４本の端子脚にそれぞれ接続されたものであり、前記２個の進相キャパシタ及び２個の遅相インダクタンスが前記ソケットを含む蛍光灯本体部に装備されたものであることを特徴とする請求項２記載の蛍光灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、単相交流電源で動作させるための等価四相放電フリッカレス蛍光灯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、商用電源周波数の単相交流電源で点灯する通常の（低圧水銀）蛍光灯においては、給電電圧のゼロ交差位相が１秒間に１００回又は１２０回生ずることになり、このゼロ交差毎に放電が停止し、発光が消えることになる。このような１秒間当たり１００回又は１２０回の明滅（フリッカ）は、その放電停止期間が放電期間に比して短時間であること、及び明滅サイクルが人間の視覚追従速さより速いため、通常の態様では定常的に点灯しているように見える。しかしながら、このようなフリッカは蛍光灯照明下における移動体の撮影や高速度撮影にとっては重大な欠点であるとともに、人間の視覚にとっても快い照明とはならず、目の疲れの原因ともなる。
【０００３】
このような蛍光灯のフリッカを解消もしくは緩和するための従来の典型的な試みは、キャパシタとインダクタンスを挿入して各管の放電位相をずらせるようにした独立２灯式フリッカレス蛍光灯の構成である。その原理的構成は図1 に示すように、並列蛍光管１及び２が安定器３を含む単相電源回路４に対し互いに１／４周期ずれて点灯するようにそれぞれ進相キャパシタＣ1 、Ｃ2 及び遅相インダクタンスＬ1 、Ｌ2 を挿入した２つの放電回路として並列接続されたものである。（なお、Ｃ1 ＝Ｃ2 、Ｌ1 ＝Ｌ2 とする。）
【０００４】
図２Ａは蛍光管１及び２についてモデル化した放電電圧及び電流特性を示し、図２Ｂには対応する瞬時消費電力の特性を示している。蛍光管１及び２に印加される正弦波電圧ｖ1 、ｖ2 に対し、それらの放電電流ｉ1 、ｉ2 は電圧がゼロクロス点を挟む一定の閾値電圧Ｖth以下の期間は流れないため、急峻な立ち上がり及び立ち下がりを有する部分正弦波として断続することになる。このような放電電流が流れる結果として消費電力特性は、蛍光管１による電力値Ｐ1 と蛍光管２による電力値Ｐ2 とが１／４周期毎に交互に発生し、しかも、一方の電力の立ち下がり部と他方の電力の立ち上がり部とが交差するため、ほぼ矩形状となる交差部Ｐ0 を介して連続した電力波形Ｐt となる。したがって、電力波形は途切れることなく連続し、その発光出力の脈動は蛍光塗膜の残光特性によりさらに減殺されるため、通常の単相蛍光灯に比べて視覚上無視できる程度となる。しかしながら、それは空間的に分離した２灯から交互に放出される光の合成であり、１灯からの光ではないこと等により、なお光学的安定性が要求される照明としては不完全であると言える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、前述した従来の独立２灯式フリッカレス蛍光灯における計４個のフィラメント間の電圧がベクトル図において対称４相交流を構成するように設計できることに着目し、この関係を積極的に活用するとともに、一つの放電用空間内に４本の金属棒電極を配置し、相互放電従属型又は４極循環放電型とも言うべき機能を発揮させるフリッカレス蛍光灯を創出しようとするものである。すなわち、２灯方式でなく、１灯型の単相電源駆動により従来の２灯方式よりも優れた電気的及び光学的特性を得ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するため、放電用空間を包囲した内側面に蛍光塗膜を有するとともに少なくとも一端に口金部を設けてなるガラス管と、前記口金部を支持し、かつその口金部が有する少なくとも２個の外部端子に電気接触して蛍光灯の電気回路を完結するためのソケットを備え、前記ガラス管内には主として紫外線領域で励起発光する水銀その他のガスを封入するとともに、４本の金属棒電極をその横断面方向に間隔を置いて配設し、前記電気回路中において、２個の進相キャパシタ及び２個の遅相インダクタンスを含み、かつこれらのキャパシタ及びインダクタンスの各一端に前記４本の金属棒電極の一端をそれぞれ接続し、さらに、そのうちの第１のキャパシタ及び第１のインダクタンスの各他端を一括接続するとともに、第２のキャパシタ及び第２のインダクタンスの各他端を一括接続し、安定器を含む単相交流電源ラインの一端及び他端にそれぞれ導くようにした等価四相放電フリッカレス蛍光灯を構成したものである。
【０００７】
本発明はまた、上記の基本構成において、前記少なくとも２個の外部端子がガラス管の延長方向に突出した端子脚からなり、前記４本の金属棒電極が前記ガラス管内において互いに間隔を置いて軸対称的に配設されているようにしたものである。
【０００８】
本発明はまた、上記の構成において、前記２個の進相キャパシタ及び２個の遅相インダクタンスを前記口金部内に配置し、前記第１及び第２のキャパシタ‐インダクタンス一括接続部を２個の前記外部端子にそれぞれ接続したものである。
【０００９】
本発明はさらに、上記の構成において、前記少なくとも２個の外部端子がガラス管の両端口金部からそれぞれ２本ずつ突出した４本の端子脚からなるとともに、前記４本の金属棒電極の一端を前記４本の端子脚にそれぞれ接続し、前記２個の進相キャパシタ及び２個の遅相インダクタンスを前記ソケットを含む蛍光灯本体部に装備したものである。
【００１０】
【作用】
本発明の構成によれば、１つの連続した放電用空間内において単相電源から得られた等価四相を代表する４電極が配置されるため、それらの間で循環的に、かつ円滑に放電の移行が生じ、したがって、実質的にフリッカをなくした発光特性を得ることができる。
【００１１】
各相電極を互いに小間隔に配置した金属棒電極とすることにより、これらの間で直接にグロー放電を開始させることが可能である。
【００１２】
また、上記の金属棒電極方式によれば、フィラメント電極のようにその両端を接続して点灯回路を形成する必要がないので、各電極に接続されるキャパシタ及びインダクタンスを口金部内に配置することにより、その口金に２個の外部端子を設けるだけでも電源回路に接続可能となる。
【００１３】
【実施例】
実施例の説明に先立ち、従来の並列２灯フリッカレス方式に外形上類似した構成の図３の参考例を説明する。この参考例において、蛍光管部１１及び１２は中央連結部１３により互いに管内が連通したものであり、これにより内側面に蛍光塗膜を有する蛍光管１１及び１２は一つの連続したＨ型の放電用空間を包囲することになる。各管１１及び１２の本体両端部にはそれぞれフィラメント電極１４が配置されるとともに、それらの口金部１１ａ、１１ｂ及び１２ａ、１２ｂには進相キャパシタと遅相インダクタンスＣ1 、Ｌ2 及びＬ1 、Ｃ2 がそれぞれ収納され、対応する各フィラメント１４と接続されている。管１１及び１２の右側口金部内における進相キャパシタＣ1 及び遅相インダクタンスＬ1 の他端子は端子脚１５ａに一括接続され、左側口金部内における進相キャパシタＣ2 及び遅相インダクタンスＬ2 の他端子は端子脚１５ｂに一括接続される。そして、端子脚１５ａ及び１５ｂは適当なソケット（ここでは図示しない）を介して安定器３を含む単相電源回路４の両端に接続される。
【００１４】
各フィラメント１４のキャパシタ又はインダクタンスに接続されていない端子は対応する口金部内の接続を介して別の右側端子脚１６ａ及び左側端子脚１６ｂに接続され、これらの端子脚はグロー球からなる点灯管１７の両端に接続される。この実施例の蛍光灯においても、連続空間内において形成されるべき放電抵抗と、進相キャパシタ及び遅相インダクタンスによる各直列リアクタンスとを整合させると、各フィラメント１４の素子接続側端子（１）、（１’）、（２）及び（２’）相互間の電圧ベクトル図は図４に示すように、等価四相電圧となる。この値は互いに異なった蛍光管１１、１２内において対向位置にあるフィラメント間の主電圧、例えば、端子（１’）、（２’）間の電圧Ｖ1'2'が端子脚１５ａ、１５ｂ間における主電圧ＶSGの１／√２となり、同一管内のフィラメント間電圧はさらにその１／√２、すなわちＶSG／２となる。
【００１５】
このような中央連結型並列連続管方式において、異なった蛍光管部の対向位置にあるフィラメント間の放電路は中央連結部１３を通って斜めに走り、また、異なった蛍光管部の同一側フィラメント電極間の放電路はやはり中央連結部１３を通ってＵ字路となるが、一般に放電電極は幾何学的に対向していなくとも放電を形成することはサークライン蛍光ランプ等においても知られる通りであり、この参考例の蛍光灯は前述した循環型等価四相放電を好ましく形成する。
【００１６】
図５は電極構造をより単純化した本発明の好ましい実施例を示すものである。この実施例においては、１本の蛍光管２１内に４本の金属棒電極２２がこの場合軸対称的に配置される。金属棒電極２２は、タングステンなどの金属線あるいは金属棒からなり、両端を口金部（図示せず）等により適当に支持されるとともに、好ましくは口金部内に配置された進相キャパシタＣ1 、Ｃ2 及び遅相インダクタンスＬ1 、Ｌ2 にそれぞれ一端を接続される。蛍光管２１の右側に配置接続されたキャパシタＣ1 及びインダクタンスＬ1 の他端子、及び左側において配置接続されたキャパシタＣ2 及びインダクタンスＬ2 の他端子はそれぞれ一括接続され、安定器３を含む単相電源回路４の両端に接続される。この実施例においても、放電抵抗と、各直列リアクタンスとを整合させると、図４に示したような等価四相電圧を得ることができ、その場合、各電極間に加わる電圧位相の回転方向は、Ｖ1'1 、Ｖ12' 、Ｖ2'2 、Ｖ 21'となり、放電もこの方向に滑らかに変化し、１周期の間に１回転する。本発明の等価四相放電に係わらず、多相交流放電の一般的特徴は、放電の止む位相がないため、放電が安定し、また、複数の電極配置により、個々の放電路が短縮され、低電圧でも電流が流れ易くなることである。したがって、先の実施例と同様、あるいは単一管構造内の対称電極配置によってそれ以上に、総消費電力の脈動が小さく、実質上フリッカが無視できるような放電発光を生ずる。
【００１７】
図６Ａ、Ｂ及びＣは、図５の実施例についてモデル化した放電電圧、電流及び瞬時消費電力特性をそれぞれ示すものである。（なお、電圧ｖ及び電流ｉに付した２桁の添数字は２つの電極端子番号とその間の放電方向を表す。）但し、図２の場合と全体の消費電力は同じであるが、閾電圧値は小さくしてある。前述の通り、放電電流は全体として途切れることなく、連続して流れるが故に閾電圧値は低下すると考えるからである。図１に示す独立型二灯管の場合の消費電力特性に比べ、脈動、すなわち、光の強弱（フリッカ）がさらに小さくなることは一目瞭然である。
【００１８】
前述した通り、電極間距離が両端フィラメント配置型に比して極めて小さくなること、及び三相以上の多相交流放電において、放電開始電圧が単相放電に比して小さくなるという特徴の故に、フィラメント電極による熱電子放出を要することなく、放電が開始され、以後、封入ガス原子からの励起紫外線が管２１の蛍光塗膜に入射し、管外への蛍光放射が維持される。
【００１９】
この実施例において、注意しなけばならないことは、電極材料の放電時におけるスパッタリングである。このような電極材料のスパッタリング飛散物は蛍光管内壁の蛍光塗膜に被着してこれを黒色化し、発光性能を損なうことになる。このスパッタリングの軽減方法としては、例えば、蛍光管中にハロゲンガスを微少量混入し、いわゆるハロゲン再生サイクルと呼ばれる電極材料の管内リサイクルを行わせる。しかしながら、ハロゲンガスは電気陰性度が大きく、電子を吸着する性質をもつため、一般に、このガスにより放電が抑制されること、すなわち、初期放電開始電圧及び放電維持電圧が上昇することに留意しなければならない。これを補うためには、例えば、水銀やアルゴンなどの封入ガス圧力を調整し、放電が生じ易いようにすることも一法である。
【００２０】
図７〜図９は図５に示した実施例の構造モデルを示したものである。図７のモデルにおいては、蛍光管２１の口金部２１ａ、２１ｂ内にそれぞれキャパシタＣ1 とインダクタンスＬ1 、及びキャパシタＣ2 とインダクタンスＬ2 を収容し、これらのキャパシタ及びインダクタンスの他端子を各側における一方の端子脚１５ａ及び１５ｂにそれぞれ一括接続して電源回路４に導き、各側における他の端子脚１６ａ及び１６ｂを単なる挿入補助のためのアイドル端子としたものである。
【００２１】
口金部２１ａ、２１ｂの端面に接し、かつ端子脚１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂをそれぞれ受容するソケット１７ａ、１７ｂは端子脚１５ａ及び１５ｂを電源回路４の両端に接続するものである。
【００２２】
図８に示す構造モデルは蛍光管２１’の口金部２１ａ’及び２１ｂ’が端子脚１５ａ、１６ａ及び１５ｂ、１６ｂを有するとともに、それらの口金部内には四本の端子脚と４本の金属棒電極２２をそれぞれ接続する各２本のリード線２３のみが存在する。進相キャパシタＣ1 と遅相インダクタンスＬ1 は右側ソケット１７ａを介してそれぞれ端子脚１５ａ及び１６ａに接続され、別の進相キャパシタＣ2及び遅相インダクタンスＬ2 は左側ソケット１７ｂを介して端子脚１５ｂ及び１６ｂにそれぞれ接続される。これらのキャパシタ及びインダクタンスの他端一括接続部は安定器３を含む単相電源回路４の両端にそれぞれ導かれる。この方式においては、蛍光管構造及びソケットの構造は従来と同じであるが、蛍光灯本体部において進相キャパシタ及び遅相インダクタンスを装備したものである。
【００２３】
図９の構造モデルにおける蛍光管２４は同図Ａに示す通り、バルブ状（球根状）であり、その付け根部に１個のベース部２４ａを形成し、この中にキャパシタ及びインダクタンスを収容したものである。ベース部２４ａ内のキャパシタＣ1及びインダクタンスＬ1 の一括接続部はこのベース部２４ａの端面から突出形成されたねじ型口金２５の外周本体に接続され、他方のキャパシタＣ2 及びインダクタンスＬ2 の一括接続部は口金２５の端面中央部における圧接端子２６に導かれる。ベース部２４ａ内の各キャパシタ及びインダクタンスの一端に接続された金属棒電極２７は付け根部から一定範囲だけバルブ形状に対応して湾曲し、さらに、直線的に伸びるように形成され、かつ同図Ｂに示すような軸対称配置となるように維持されている。この構造モデルにおいては、通常の白熱電球と同様のねじソケット内に挿入して使用することができる。なお、このバルブ球においては、四電極を正四面体の各面中央に配置して電極相互の完全対称性を確立し、放電路の移動をよりいっそう円滑にすることもできる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上の通り、単一もしくは連続管構造において、単相電源に接続できる等価四相放電フリッカレス蛍光灯を構成したものであり、同一放電空間内の四相電極間において循環的に放電を形成させるという全く新たな概念の蛍光放電灯を提供するものであり、単にフリッカレス特性の改善に止まらず、その使用性及び光学特性において、今後ともさらに改善もしくは発展の余地があるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の独立２灯式フリッカレス蛍光灯の回路図である。
【図２】Ａは図１のフリッカレス蛍光灯における電圧電流特性を示すグラフであり、Ｂはその消費電力特性を示すグラフである。
【図３】参考例におけるフィラメント電極型の構成原理を示す回路図である。
【図４】図３の各フィラメント間電圧のベクトル図である。
【図５】Ａは本発明の実施例における棒状電極型等価四相蛍光灯の概略構成図であり、Ｂはその電極配置を示す断面図である。
【図６】Ａは図５の実施例における電圧特性、Ｂは電流特性、そして、Ｃは消費電力特性を示すグラフである。
【図７】本発明の棒状電極型等価四相蛍光灯の一つの構造モデルを示す線図である。
【図８】第２の構造モデルを示す線図である。
【図９】Ａは第３の構造モデルの側面略図であり、Ｂはその電極配置を示す横断面図である。
【符号の説明】
１１、１２、２１、２４ 蛍光管
１３ 中央連結部
１４ フィラメント電極
１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ 端子脚
１７ 点灯管
２１ａ、２１ｂ 口金部
２２、２７ 金属棒電極
２３ リード線
２４ａ、２４ｂ ベース部
２５ ねじ型口金
２６ 圧接端子
【図１】
0003727081.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003727081.tif 000008
【図８】
0003727081.tif 000009
【図９】
0003727081.tif 000010