(57)【要約】【解決課題】本発明は、蛍光ランプ用フィラメントに関する。フィラメントに塗布されるエミッターの塗布量を増大することができるフィラメントの構造を提供すると共に、エミッターの蒸発または飛散を低減することができるフィラメントの適正温度を把握し、フィラメントの温度が適正範囲内に保持きるようにフィラメントの冷抵抗値Ｒｃに対する熱抵抗値Ｒｈの割合を最適化することで、フィラメントに塗布されたエミッターの損失割合を低減させて蛍光ランプの寿命を延ばすことができる蛍光ランプ用フィラメントに関するものである。【解決手段】そのために、本発明に係る蛍光ランプ用フィラメントは一方向に沿って螺旋状に巻かれた内部コイル、上記内部コイルの長手方向に沿って上記内部コイルを取り囲む螺旋状に巻かれた心線、及び上記心線を取り囲みながら螺旋状に巻かれ、上記心線と共に内部コイルを囲む外部コイルを含む蛍光ランプ用フィラメントにおいて、上記フィラメントの熱抵抗値Ｒｈと冷抵抗値Ｒｃの割合はＲｈ／Ｒｃ＝４．８〜６．２であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に沿って螺旋状に巻かれた内部コイル、上記内部コイルの長手方向に沿って上記内部コイルを取り囲む螺旋状に巻かれた心線、及び上記心線を取り囲みながら螺旋状に巻かれ、上記心線と共に内部コイルを取り囲む外部コイルを含む蛍光ランプ用フィラメントにおいて、
上記フィラメントの熱抵抗値Ｒｈと冷抵抗値Ｒｃの割合は、Ｒｈ／Ｒｃ＝４．８〜６．２であることを特徴とする蛍光ランプ用フィラメント。
【請求項２】
上記フィラメントの冷抵抗値Ｒｃは、０．７８〜１．２０Ωであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ用フィラメント。
【請求項３】
上記フィラメントの熱抵抗値Ｒｈは３．８０〜５．００Ωであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ用フィラメント。
【請求項４】
上記外部コイルは、上記外部コイルの外径間に空間を有するように巻線され、上記内部コイル、外部コイル及び心線は互いに電気的にショートされていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ用フィラメント。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蛍光ランプ用フィラメントを用いる直径１６±０．２ｍｍの蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光ランプ用フィラメントに関し、さらに詳しくは、フィラメントに塗布されるエミッターの塗布量を増大することができるフィラメントの構造を提供すると共に、エミッターの蒸発または飛散を低減することができるフィラメントの適正温度を把握し、フィラメントの温度が適正範囲内で保持されるようにフィラメントの冷抵抗値Ｒｃと熱抵抗値Ｒｈを最適化することで、フィラメントに塗布されたエミッターの損失割合を低減させ、蛍光ランプの寿命を延ばすことができる蛍光ランプ用フィラメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプは、放電により発生された紫外線が蛍光体を励起して可視光が生成される光源であり、一般照明用だけでなく最近にはＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）のバックライトユニット用光源などでも広く使われている。
【０００３】
一般的に蛍光ランプは、内壁に蛍光体が塗布されたガラス管及びガラス管の両端に配置されたフィラメントを含み、フィラメントには酸化バリウム（ＣａＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）または酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）などのエミッター（emitter）が塗布される。
図１は、従来のフィラメントのＳＥＭイメージである。図１に示されるように、従来のフィラメント１は一方向に沿って螺旋状に巻かれた心線２及び上記心線２を取り囲む螺旋状に巻かれたコイル３で構成される。図２は、図１のフィラメントにエミッター４が塗布された状態を示すＳＥＭイメージである。
【０００４】
図２に示されるように、エミッター４が塗布された状態でフィラメント１に電圧を印加し、フィラメント１の温度を上昇させれば、エミッター４が消耗されながら電子が放出され、放出された電子がガラス管内に注入された水銀と衝突しながら紫外線が生成され、生成された紫外線がガラス管内壁に塗布された蛍光体を励起して可視光が生成される。従って、フィラメント１に塗布されたエミッター４が全て消耗されれば電子放出を行うことができなく、蛍光ランプはこれ以上発光できなくなる。その結果、フィラメントに塗布されたエミッター４の残存量は蛍光ランプの寿命に直接的な影響を及ぼすことになる。
【０００５】
しかし、図２に示されるように、従来のフィラメント１では、フィラメント１のコア領域Ｓ１とコイルと間の空間Ｓ２にはエミッター４を塗布することができなく、蛍光ランプの寿命を延ばすのに限界があった。
【０００６】
また、フィラメント１の温度が適正範囲以上に上昇すれば、エミッター４が蒸発（evaporation）される現象が生じ、反対に、フィラメント１の温度が適正範囲以下に下がれば、図３に示されるようにフィラメント１の一部分にホットスポット（hot  spot）が発生され、ホットスポットでスパッタリング（sputtering）が発生され、エミッター４が散らばる飛散現象が発生され、エミッター４の残留量が急激に減少され、蛍光ランプの寿命が短縮される問題点があった。
【０００７】
さらに、最近には、節電効果、省エネ、環境保護及び照明器具の効率向上のために蛍光ランプを細管化し、直径が１６ｍｍの超細管蛍光ランプの開発が進められている。この場合、管壁負荷が増大され、蛍光体の早期劣化及び早期黒化の発生可能性が増加するだけでなく、電極幅が狭くなるにつれて塗布されるエミッター物質の減少により、短寿命化される問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためのものであり、エミッターの塗布量を増大することができるフィラメントの構造を提供すると共に、エミッターの蒸発または飛散を低減することができるフィラメントの適正温度を把握し、フィラメントの温度が適正範囲内で保持されるようにフィラメントの冷抵抗値Ｒｃと熱抵抗値Ｒｈを最適化することで、フィラメントに塗布されたエミッターの損失割合を低減させ、蛍光ランプの寿命を延ばすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る蛍光ランプ用フィラメントは、一方向に沿って螺旋状に巻かれた内部コイル、上記内部コイルの長手方向に沿って上記内部コイルを取り囲む螺旋状に巻かれた心線、及び上記心線を取り囲みながら螺旋状に巻かれ、上記心線と共に内部コイルを囲む外部コイルを含む蛍光ランプ用フィラメントにおいて、上記フィラメントの熱抵抗値Ｒｈと冷抵抗値Ｒｃの割合はＲｈ／Ｒｃ＝４．８〜６．２であることを特徴とする。
【００１０】
上記フィラメントの冷抵抗値Ｒｃは、０．７８〜１．２０Ωであることが好ましく、上記フィラメントの熱抵抗値Ｒｈは３．８０〜５．００Ωであることが好ましい。
【００１１】
上記外部コイルは、上記外部コイルの外径間に空間を有するように巻線され、上記内部コイル、外部コイル及び心線は互いに電気的にショートされていることが好ましい。
【００１２】
上記のフィラメントを用いる蛍光ランプは直径が１６±０．２ｍｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る蛍光ランプ用フィラメントによれば、従来のフィラメントでは、エミッターを塗布することができなかったフィラメントのコア領域及びコイル間の空間にもエミッターを塗布することができるようになり、エミッターの塗布量が約３倍以上増大され、フィラメントを構成する外部コイル及び内部コイルが格子構造を形成し、互いに電気的にショートされ、一部コイルに断線が発生しても蛍光ランプの点灯が可能になり、蛍光ランプの寿命を延ばすことができる。
【００１４】
また、フィラメントの冷抵抗値Ｒｃと熱抵抗値Ｒｈを最適化することで、フィラメントの温度が７９５〜１０４３℃に保持されるようにし、フィラメントで発生されるエミッターの飛散または蒸発現象を抑制し、エミッターの残存量を増大させることによって蛍光ランプの寿命をさらに延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来フィラメントのＳＥＭイメージである。
【図２】エミッターが塗布された従来フィラメントのＳＥＭイメージである。
【図３】ホットスポットが発生された従来フィラメントのイメージである。
【図４】本発明に係るフィラメントのＳＥＭイメージである。
【図５】エミッターが塗布された本発明に係るフィラメントのＳＥＭイメージである。
【図６】本発明に係るフィラメントの一部構造図である。
【図７】断線が発生された場合を示したフィラメントの一部構造図である。
【図８】フィラメントの温度によるエミッターの消耗量を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図４は本発明に係るフィラメント１０のＳＥＭイメージであり、図５は図４に示されたフィラメント１０に酸化バリウム（ＣａＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）または酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）などのエミッター１１が塗布された状態を示すＳＥＭイメージである。以下ではこれらを3重構造のフィラメントと称する。
【００１７】
図４に示されるように、本発明に係るフィラメント１０は内部コイル１２、外部コイル１３及び外部コイル１３の内部を通過している心線１４で構成される。具体的に、内部コイル１２は一方向に沿って螺旋状に巻かれ、心線１４は内部コイル１２の長手方向に沿って内部コイル１２を取り囲みながら螺旋状に巻かれ、外部コイル１３は内部コイル１２を取り囲む心線１４を取り囲みながら螺旋状に巻かれている。
【００１８】
従って、従来のフィラメントではエミッター１１を塗布することができなかったフィラメントのコア領域Ｓ３及び外部コイル間の空間Ｓ４にもエミッター１１の充填が可能になるので、さらに多い量のエミッター１１を塗布することができる。本発明者の実験によれば、従来のフィラメントに塗布できたエミッターの全重量は３．５ｍｇであったが、本発明に係るフィラメントの場合には１１．５ｍｇのエミッターを塗布することができ、エミッターの総塗布量が３倍以上増大された。
【００１９】
また、本発明に係るフィラメント１０は、外部コイルの外径間の空間Ｓ４を有するように巻線されて適正抵抗を有し、外部コイル１３と内部コイル１２が図６に示されるように格子状をなし、互いに接触されて電気的にショーとされており、また、心線１４も外部コイル１３と電気的にショートされている。従って、図７に示されるように、外部コイル１３または内部コイル１２に断線が発生しても電流は断線が発生したポイントＡを迂回して継続流れるようになるので、コイル１２、１３の一部ポイントに発生される断線だけではフィラメント１０の寿命が終わることなく、フィラメント１０及び蛍光ランプの寿命をさらに延ばすことができる。
【００２０】
以上では、本発明に係るフィラメント１０の構造的特徴を中心に説明をしたが、以下では、フィラメント１０に塗布されたエミッター１１の蒸発または飛散を低減させ、蛍光ランプの寿命をさらに延ばすことができる条件について説明する。
本発明者は、フィラメント１０の寿命は点灯時の温度に敏感に依存していることを見出した。以下では、フィラメント１０の温度を適正温度に保持できるようにフィラメント１０を設計する方法について説明する。
【００２１】
図８はフィラメント１０の温度（electrode  temperature）によるエミッター１１の消耗量を示した概念図である。図８に示されるように、フィラメント１０は温度が低すぎると、フィラメント１０の一部分にホットスポットが発生し、ホットスポットでスパッタリングが発生し、フィラメント１０に塗布されたエミッター１１が散らばる飛散現象が発生されることを主原因とし、寿命が短縮されるものと把握された。反面にフィラメント１０の温度が高すぎると、エミッター１１が蒸発（evaporation）されることを主原因とし、フィラメント１０の寿命が短縮されるものと把握された。従って、エミッター１１が急激に消耗され、蛍光ランプの寿命が短縮されることを防止するためには、フィラメント１０の温度を適正範囲（Ｔｏｐｔｉｍｕｍ）内に保持させることが必須である。
【００２２】
本発明者の実験によれば、図４の構造を有するフィラメント１０をガラス管の直径が１５．８〜１６．２ｍｍの蛍光ランプに設けて実験した結果、フィラメント１０の温度が７９５℃未満のとき、フィラメント１０にホットスポットが発生しており、フィラメント１０の温度が１０４３℃を超えると、フィラメント１０でのエネルギー損失が多くなり、光束効率（Ｌｍ／Ｗａｔｔ）が悪化され、フィラメント１０に塗布されたエミッター１１の蒸発量が急激に増大してしますので、フィラメント１０の温度は７９５〜１０４３℃の範囲内に保持されることが好ましい。
【００２３】
本発明では、フィラメント１０の温度をＲｈ／Ｒｃをパラメーターとして単純化して表示した。表１はＲｈ／Ｒｃによるフィラメント１０の平均温度を示したものである。この時、Ｒｃは蛍光ランプが点灯される前の室温でのフィラメント１０の抵抗値である冷抵抗値を意味し、Ｒｈは蛍光ランプが点灯されて加熱安定した状態でのフィラメント１０の抵抗値である熱抵抗値を意味する。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１から明らかなように、冷抵抗値Ｒｃに対する熱抵抗値Ｒｈの割合（Ｒｈ／Ｒｃ）が大きくなるほど、フィラメント１０の温度は高くなる。上述のように、フィラメントの温度を７９５〜１０４３℃に保持するためには、Ｒｈ／Ｒｃは４．８０〜６．２０の値を有していなければならない。この時、フィラメントが配置されたガラス管の直径は１５．８〜１６．２ｍｍ、即ち、１６±０．２ｍｍであり、Ｒｈは３．８０〜５．００Ωの値を有することが好ましい。上述のように、Ｒｈを３．８０〜５．００Ωに保持する場合、Ｒｃは０．７８〜１．２０Ωの値を有するようになる。
【００２６】
表２は、Ｒｈ／Ｒｃによる蛍光ランプの点滅寿命生存率を示し、Ｒｈ／Ｒｃを別にしながら６００，０００回まで蛍光ランプを点滅した場合の蛍光ランプの生存率を示したものである。
【００２７】
この時、蛍光ランプの点滅過程では、蛍光ランプが点灯される時間と消灯される時間をそれぞれ１０秒に維持した。表２での既存構造は図１、２の構造を有する従来のフィラメントを採用した蛍光ランプを意味し、３重構造は図４、５によるフィラメント構造を有する蛍光ランプを意味し、これは以下で同様である。
【００２８】
表２に示されるように、１００，０００回点滅を行った場合の既存構造の生存率は０％であったが、３重構造のフィラメント１０を用いた場合には１００％の生存率を示した。特に、本発明品の場合、Ｒｈ／Ｒｃを４．８〜６．２に保持した場合には４００，０００回点滅をした場合の生存率が７０％以上であり、６００，０００回点滅をした場合にも生存率が５０％以上であり、蛍光ランプの寿命が大きく延びたことが分かる。
【００２９】
【表２】
2011519131.tif 000004
【００３０】
表３には点滅回数による残存エミッター１１の重量が示されている。点滅開始以前に塗布されたエミッターの重量は既存構造のフィラメントの場合３．５ｍｇであり、３重構造のフィラメントの場合１２ｍｇである。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
既存構造のフィラメントの場合、点滅回数が１５，０００回を越えたとき、エミッター１１が全部消耗され、蛍光ランプの寿命が終わっていることが分かる。しかし、エミッター１１を既存構造から３倍以上塗布できる３重構造フィラメント１０にしたときには、１００，０００回点滅を行った場合、いずれの場合においても、エミッター１１が残存していることが分かる。
【００３３】
特に、Ｒｈ／Ｒｃが４．８〜６．２のときには、３００，０００回点滅を行った場合にも約５０％のエミッター１１が残存していることが分かり、６００，０００回点滅を行った場合にもエミッター１１が全部消耗されていないことが分かる。これは、Ｒｈ／Ｒｃが４．８より低い場合には、フィラメント１０の温度が十分に上昇しなく、フィラメント１０にホットスポットが発生され、その結果、フィラメント１０に塗布されたエミッター１１が飛散されるからである。また、Ｒｈ／Ｒｃが６．２を超える場合には、フィラメント１０の温度が過度に上昇し、エミッター１１が蒸発してしまうからである。従って、蛍光ランプの寿命を延ばすためには、Ｒｈ／Ｒｃが４．８〜６．２に保持されることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る蛍光ランプ用フィラメントによれば、従来のフィラメントではエミッターを塗布することができなかったフィラメントのコア領域及びコイル間の空間にもエミッターを塗布することができ、エミッターの塗布量が約３倍以上増大され、フィラメントを構成する外部コイル及び内部コイルが格子構造を形成しながら互いに電気的にショートされ、一部コイルに断線が発生しても蛍光ランプの点灯が可能になり、蛍光ランプの寿命を延ばすことができる。
【００３５】
また、フィラメントの冷抵抗値Ｒｃと熱抵抗値Ｒｈを最適化することで、フィラメントの温度が７９５〜１０４３℃が保持されるようにし、フィラメントで発生されるエミッターの飛散または蒸発現象を抑制し、エミッターの残存量を増大することによって、蛍光ランプの寿命をさらに延ばすことができる。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【国際調査報告】
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