(57)【要約】【課題】ランプ効率を高め、且つ、ランプの光束劣化を抑制することが可能な無電極蛍光ランプおよびそれを用いた照明器具を提供する。【解決手段】透光性材料で形成され放電ガスおよび水銀が封入されたバルブ１と、高周波電流が通電されることにより高周波電磁界を発生させる誘導コイル１５と、バルブ１の内壁面側に設けられ上記高周波電磁界の作用による上記放電ガスの放電により発生した紫外線を可視光に変換する蛍光体膜４とを備え、上記放電ガスは、希ガスと酸素ガスとの混合ガスであり、上記混合ガスにおける上記酸素ガスの体積比を、０．１％〜３０％とする。【選択図】図１
2012009346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料で形成され放電ガスおよび水銀が封入されたバルブと、高周波電流が通電されることにより高周波電磁界を発生させる誘導コイルと、前記バルブの内壁面側に設けられ前記高周波電磁界の作用による前記放電ガスの放電により発生した紫外線を可視光に変換する蛍光体膜とを備え、前記放電ガスは、希ガスと酸素ガスとの混合ガスであり、前記混合ガスにおける前記酸素ガスの体積比を、０．１％〜３０％としてなることを特徴とする無電極蛍光ランプ。
【請求項２】
請求項１記載の無電極蛍光ランプを備えてなることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電極蛍光ランプおよびそれを用いた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無電極蛍光ランプとして、例えば、図６に示すように、放電ガスである不活性ガス（例えば、アルゴンなど）および水銀が封入されたバルブ（エンベロープ）３１と、交流電流が通電されることにより電磁界を発生させる誘導コイル３５とを備えたものが提案されている（特許文献１参照）。この無電極蛍光ランプは、バルブ３１の内壁面にバルブ３１を保護する保護膜３３が被着されるとともに、保護膜３３におけるバルブ３１の内壁面側とは反対側に、電磁界の作用による放電ガスの放電により発生した紫外線を可視光に変換する蛍光体膜３４が被着されている。また、この無電極蛍光ランプは、バルブ３１における電球状の外郭（以下、バルブ本体と称する）３１ａ以外の部位に、誘導コイル３５などを収納するキャビティ形成部（凹部キャビティ）３１ｂが形成されている。さらに、この無電極蛍光ランプは、キャビティ形成部３１ｂに、一端部がキャビティ形成部３１ｂに連結されて内部空間がバルブ本体３１ａの内部空間に連通し、他端部が封止された排気細管３７が設けられている。なお、無電極蛍光ランプは、バルブ内に電極を持たない構造のため、電極劣化による不点灯がなく、一般的に有電極蛍光ランプと比べて長寿命であると言われている。
【０００３】
図６に示す無電極蛍光ランプの製造方法としては、バルブ本体３１ａとキャビティ形成部３１ｂとをそれぞれ形成する形成工程と、バルブ本体３１ａとキャビティ形成部３１ｂそれぞれに保護膜３３を形成してから蛍光体膜３４を塗布する塗布工程と、蛍光体膜３４を大気中にて高温で焼成する焼成工程と、バルブ本体３１ａとキャビティ形成部３１ｂとを接合することでバルブ３１を形成する接合工程と、上記他端部が開放された状態の排気細管３７を通してバルブ３１内を高温で真空排気する真空排気工程と、バルブ３１内に不活性ガス（例えば、アルゴンなど）および水銀（アマルガムを含む）を封入する封入工程と、排気細管３７の上記他端部を封止する封止工程とを有する方法が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４８６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の無電極蛍光ランプの製造方法では、蛍光体膜３４を焼成工程により大気中にて高温で焼成し、バルブ３１内を真空排気工程にて真空排気することにより、蛍光体膜３４に含まれる水分および有機物などの不純物をバルブ３１の外部に排出することができる。しかしながら、上述の無電極蛍光ランプの製造方法では、蛍光体膜３４を焼成し、バルブ３１内を真空排気しているにもかかわらず、蛍光体膜３４に含まれている不純物を真空排気により除去し切れなかったりして、不純物がバルブ３１内の蛍光体膜３４に残留していることが懸念される。これは、蛍光体の粉末と、例えば酢酸ブチルからなる有機溶媒と、例えばニトロセルロースからなる増粘剤とを混合した混合液をバルブ３１の内壁面に塗布して蛍光体膜３４を形成した後に、大気中にて高温で蛍光体膜３４を焼成すると、上記増粘剤が酸化して、上記有機溶媒が蒸発するが、焼成工程の温度（焼成温度）や焼成時間によっては、不純物が蛍光体膜３４に残留してしまうからである。したがって、不純物が蛍光体膜３４に残留したまま無電極蛍光ランプを形成することになり、蛍光体膜３４に残留している不純物は、無電極蛍光ランプの使用時に、バルブ３１の内部空間に拡散されて不純ガスとなる。この不純ガスは、バルブ３１内に発生するプラズマや紫外線により水素とカーボンとに解離され、カーボン膜が、蛍光体膜３４の表面に形成される（特に、誘導コイル３５付近のキャビティ形成部３１ｂに形成された蛍光体膜３４が激しく黒化する）。その結果、蛍光体膜３４の表面に形成されたカーボン膜が、蛍光体膜３４における紫外線から可視光への変換を妨げたり、可視光を吸収して可視光の放射を妨げたりすることで、無電極蛍光ランプの光束劣化が促進したり、無電極蛍光ランプのランプ効率が低下したりする。
【０００６】
ここで、不純物を低減させる方法としては、焼成工程および真空排気工程において、温度を高くする方法や、焼成工程および真空排気工程の処理時間を長くする方法が考えられる。しかし、焼成工程および真空排気工程は、約４５０度以上の高温で行われるため、蛍光体膜３４の性能劣化が懸念され、温度を高くする方法はあまり好ましくなく、できる限り４５０度の温度で、且つ、短時間で行うのが好ましい。
【０００７】
また、不純物を低減させる他の方法として、例えば有電極蛍光ランプのように、バルブ３１内に不純ガスを吸着するゲッターを配置する方法が考えられるが、実際にこの方法によって実験を行ったところ、効果は得られなかった。この原因としては、有電極蛍光ランプの場合は、電極寿命を考慮して管壁負荷（入力電力／バルブ内の表面積）をあまり大きくすることができないのに対して、無電極蛍光ランプの場合は電極がないため、管壁負荷を大きくすることができることが挙げられる。なお、有電極蛍光ランプの管壁負荷は、通常、０．０３〜０．０５［Ｗ／ｃｍ２］で設計されるのに対して、無電極蛍光ランプの管壁負荷は、通常、０．１〜０．２［Ｗ／ｃｍ２］で設計される。そのため、無電極蛍光ランプは、有電極蛍光ランプと比較して、バルブ３１内の表面積が入力電力に対して小さくなるものの、管壁温度が高くなり、単位面積あたりのプラズマや紫外線が多くなるため、多量の不純ガスが蛍光体膜３４からバルブ３１の内部空間に排出されると考えられる。つまり、無電極蛍光ランプは、これらの不純ガスを吸着するために、多量のゲッターが必要となる。さらに、ゲッターの経時的な劣化や、無電極蛍光ランプのバルブ３１内に多量のゲッターを配置すること等を考慮すると、無電極蛍光ランプにゲッターを使用する方法は適当でないと考えられる。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ランプ効率を高め、且つ、ランプの光束劣化を抑制することが可能な無電極蛍光ランプおよびそれを用いた照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の無電極蛍光ランプは、透光性材料で形成され放電ガスおよび水銀が封入されたバルブと、高周波電流が通電されることにより高周波電磁界を発生させる誘導コイルと、前記バルブの内壁面側に設けられ前記高周波電磁界の作用による前記放電ガスの放電により発生した紫外線を可視光に変換する蛍光体膜とを備え、前記放電ガスは、希ガスと酸素ガスとの混合ガスであり、前記混合ガスにおける前記酸素ガスの体積比を、０．１％〜３０％としてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の照明器具は、前記無電極蛍光ランプを備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の無電極蛍光ランプにおいては、ランプ効率を高め、且つ、ランプの光束劣化を抑制することが可能となるという効果がある。
【００１２】
本発明の照明器具においては、ランプ効率を高め、且つ、ランプの光束劣化を抑制することが可能な前記無電極蛍光ランプを備えた照明器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の無電極蛍光ランプの概略断面図である。
【図２】同上の無電極蛍光ランプおよび比較例の無電極蛍光ランプのランプ特性図である。
【図３】同上の無電極蛍光ランプのランプ効率と、放電ガスに混合される酸素ガスの体積比との相関図である。
【図４】同上の無電極蛍光ランプを点灯させる無電極蛍光ランプ装置の概略説明図である。
【図５】同上の照明器具を示す概略説明図である。
【図６】従来例の無電極蛍光ランプの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態の無電極蛍光ランプは、例えば、図１に示すように、放電ガスである希ガス（例えば、アルゴンなど）と酸素ガスとの混合ガスおよび水銀が封入されたバルブ１と、高周波電流が通電されることにより高周波電磁界を発生させる誘導コイル１５とを備えている。なお、バルブ１は、透光性材料であるガラス等で形成されている。
【００１５】
バルブ１の内壁面には、バルブ１を保護する保護膜３が被着されている。また、保護膜３におけるバルブ１の内壁面側とは反対側には、上述の高周波電磁界の作用による混合ガスの放電により発生した紫外線を可視光に変換する蛍光体膜４が被着されている。また、バルブ１における電球状の外郭（以下、バルブ本体と称する）１ａ以外の部位に、誘導コイル１５などを収納するキャビティ５が形成されている。なお、保護膜３は、シリカやアルミナなどで形成されている。また、保護膜３および蛍光体膜４は、バルブ１の内壁面の略全面に形成されており、図１ではその一部のみを図示している。
【００１６】
バルブ１は、電球状に形成され口金２側（図１において、下側）の端部が開口されたバルブ本体１ａと、口金２側が開放された有底筒状に形成されバルブ本体１ａに挿入されるキャビティ形成部１ｂとの口金２側の端部同士を接合することにより構成されており、キャビティ形成部１ｂに、一端部がキャビティ形成部１ｂの底部に連結されて内部空間がバルブ本体１ａの内部空間に連通し、他端部が封止された排気細管７が設けられている。
【００１７】
排気細管７内には、バルブ１内に水銀蒸気を供給する水銀アマルガムが収納された金属容器１２が配置されており、金属容器１２を排気細管７の上記一端部側と上記他端部側との両側から挟む形で、上記一端部側に第１のガラスロッド１１ａが配置され、上記他端部側に第２のガラスロッド１１ｂが配置されている。なお、排気細管７には、第１のガラスロッド１１ａ、金属容器１２および第２のガラスロッド１１ｂを、上記他端部との間に保持する保持部８が設けられている。
【００１８】
誘導コイル１５は、排気細管７に外装される筒状のフィライトコア１７に巻回されている。また、誘導コイル１５とフィライトコア１７とを具備するカプラ１６が、キャビティ形成部１ｂに収納されている。
【００１９】
ところで、上述の無電極蛍光ランプは、製造時に、蛍光体膜４に含まれている有機物などの不純物を真空排気により除去し切れなかったりして、不純物がバルブ１内の蛍光体膜４に残留している場合がある。蛍光体膜４に残留している不純物は、無電極蛍光ランプの使用時に、バルブ１の内部空間に拡散されて不純ガスとなり、この不純ガスは、バルブ１内に発生するプラズマや紫外線により、水素とカーボンとに解離される。しかしながら、上述の無電極蛍光ランプは、バルブ１内に放電ガスである希ガスと酸素ガスとの混合ガスが封入されているので、上述のカーボンは、バルブ１内に封入された酸素ガスと化学反応して、一酸化炭素や二酸化炭素に変化する。ここにおいて、一酸化炭素や二酸化炭素は、安定した化合物であり、特に二酸化炭素は、一酸化炭素に比べて、安定した化合物である。このため、一酸化炭素や二酸化炭素は、蛍光体膜４に吸着し易く、バルブ１内に発生するプラズマや紫外線により、カーボンと酸素とに解離されることは非常に少ないと考えられる。また、上述の無電極蛍光ランプは、バルブ１内に酸素ガスが封入されているが、バルブ１内に電極を持たない構造であるため、有電極蛍光ランプのように電極が酸化してランプ特性に影響を及ぼすことがない。
【００２０】
したがって、バルブ１内に発生するプラズマや紫外線により解離されたカーボンが、バルブ１内に封入された酸素ガスと化学反応して、一酸化炭素や二酸化炭素に変化するため、蛍光体膜４にカーボン膜が形成されることを抑制することができる。つまり、蛍光体膜４の黒化を抑制することができる。
【００２１】
ここで、放電ガスとしてアルゴンと酸素ガスとの混合ガスを所定の圧力（例えば、約１５［Ｐａ］）でバルブ１内に封入した本実施形態における実施例の無電極蛍光ランプを２個、作製した。これに対して、放電ガスとしてアルゴンのみを所定の圧力（例えば、約１５［Ｐａ］）でバルブ１内に封入した比較例の無電極蛍光ランプを２個、作製した。また、実施例および比較例の無電極蛍光ランプにおいて、ランプ点灯時間が０時間、１００時間の時点におけるランプ効率をそれぞれ測定した結果を図２に示す。なお、実施例の無電極蛍光ランプについては、混合ガスに対する酸素ガスの体積比を０．１［％］とした。
【００２２】
図２に示した結果は、比較例の無電極蛍光ランプのランプ効率と、実施例の無電極蛍光ランプのランプ効率とをそれぞれ比較したものであり、比較例の無電極蛍光ランプのランプ効率（図２では、「イ」および「ロ」）は、ランプ点灯時間が０時間である場合を白丸で示し、ランプ点灯時間が１００時間である場合を黒丸で示している。また、実施例の無電極蛍光ランプのランプ効率（図２では、「ハ」および「ニ」）は、ランプ点灯時間が０時間である場合を白丸で示し、ランプ点灯時間が１００時間である場合を黒丸で示している。また、図２に示したランプ効率は、ランプ点灯時間が１００時間における比較例の無電極蛍光ランプのうち、ランプ効率が低かった無電極蛍光ランプのランプ効率「イ」を１００として規格化した相対値で示している。
【００２３】
比較例の無電極蛍光ランプのランプ効率「イ」は、ランプ点灯時間が０時間の場合、約１０４であるが、ランプ点灯時間が１００時間の場合、１００となり、ランプ効率が約４［％］低下した。また、比較例の無電極蛍光ランプのランプ効率「ロ」は、ランプ点灯時間が０時間の場合、約１０３．５であるが、ランプ点灯時間が１００時間の場合、約１０１となり、ランプ効率が約２．５［％］低下した。一方、実施例の無電極蛍光ランプのランプ効率「ハ」は、ランプ点灯時間が０時間の場合、約１０８であるが、ランプ点灯時間が１００時間の場合、約１０５．５となり、ランプ効率が約２．５［％］低下した。また、実施例の無電極蛍光ランプのランプ効率「ニ」は、ランプ点灯時間が０時間の場合、約１０６であるが、ランプ点灯時間が１００時間の場合、約１０５となり、ランプ効率が約１［％］低下した。したがって、実施例の無電極蛍光ランプは、比較例の無電極蛍光ランプと比較して、ランプの光束劣化を抑制することができた。ここにおいて、通常、蛍光ランプは、有電極や無電極にかかわらず、最初の点灯時から１００時間経過した時点までに蛍光ランプの光束劣化が大きいと言われている。そのため、蛍光ランプの明るさが急激に変化しないように、ランプ点灯時間が１００時間の時点におけるランプ効率をランプ点灯時間が０時間のランプ効率（最初の点灯時におけるランプ効率）としている。なお、最初の点灯時から１００時間経過した時点のランプ効率は、最初の点灯時におけるランプ効率よりも数［％］劣化すると一般的に言われている（但し、蛍光ランプによって異なる）。
【００２４】
また、実施例の無電極蛍光ランプのランプ効率は、ランプ点灯時間が１００時間の場合、比較例の無電極蛍光ランプのランプ効率と比較して、約５［％］も向上した。つまり、本実施形態の無電極蛍光ランプは、バルブ１内に封入されるアルゴンに酸素ガスを０．１［％］混合することによって、バルブ１内に発生するプラズマや紫外線により解離されたカーボンが、バルブ１内に封入された酸素ガスと化学反応して、一酸化炭素や二酸化炭素に変化するため、蛍光体膜４の黒化が抑制されたと考えられる。さらに、比較例の無電極蛍光ランプは、不純物として酸素ガスが混入する場合があり、バルブ１内に封入されたアルゴンに対する酸素ガスの体積比は、０．０１［％］以下である。したがって、実施例の無電極蛍光ランプは、バルブ１内に封入されたアルゴンに対する酸素ガスの体積比が０．１［％］であっても十分に効果が得られると考えられる。
【００２５】
ここにおいて、実施例の無電極蛍光ランプは、放電ガスである希ガスにアルゴンを用いているが、これに限らず、例えばヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンなどであってもよい。
【００２６】
また、本実施形態の無電極蛍光ランプについて、放電ガスとしてアルゴンに混合される酸素ガスの体積比を０．１［％］、１［％］、３０［％］とし、ランプ点灯時間が１００時間の時点におけるランプ効率をそれぞれ測定した結果を図３に示す。なお、アルゴンに混合される酸素ガスの体積比が３０［％］を超えると、無電極蛍光ランプにおけるランプの始動が極めて困難となるため、測定を行っていない。また、図３に示すランプ効率は、図２に示すランプ効率と同様に、ランプ点灯時間が１００時間における比較例の無電極蛍光ランプのランプ効率「イ」を１００として規格化した相対値で示している。
【００２７】
図３に示した結果は、本実施形態の無電極蛍光ランプのランプ効率と、アルゴンに混合される酸素ガスの体積比との相関関係を示す。したがって、本実施形態の無電極蛍光ランプは、アルゴンに混合される酸素ガスの体積比を０．１［％］〜３０［％］の範囲内で適宜選択することにより、比較例の無電極蛍光ランプと比較して、ランプ効率を約５［％］以上も向上させることができる。
【００２８】
本実施形態の無電極蛍光ランプを点灯させる無電極蛍光ランプ装置は、例えば、図４に示すように、無電極蛍光ランプの誘導コイル１５（図１参照）に高周波電流（例えば、周波数が１３．５６Ｍ［Ｈｚ］の電流）を供給する電源ユニット２０と、電源ユニット２０と誘導コイル１５とを電気的に接続する管灯線１９とで構成されている。なお、電源ユニット２０は、商用電源からなる交流電源（図示せず）に接続するプラグ２２に電線２１を介して接続されている。上記交流電源から電源ユニット２０に電力を供給し、電源ユニット２０から誘導コイル１５に上記高周波電流を流すことによって、バルブ１内に高周波電磁界が発生する。この高周波電磁界の作用による混合ガスの放電により発生した紫外線が、蛍光体膜４（図１参照）によって可視光に変換され、この可視光がバルブ１の外部へ放射される。
【００２９】
以下、上述の無電極蛍光ランプ装置を備えた照明器具の一例について、図５に基づいて説明する。なお、無電極蛍光ランプ装置は、図４に示したものと同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００３０】
上述の無電極蛍光ランプ装置を備えた照明器具は、光を反射する椀状の反射板１０ａおよび透光性材料で形成された前面パネル１０ｂで構成された筐体１０と、この筐体１０内に本実施形態の無電極蛍光ランプが配置された上述の無電極蛍光ランプ装置とを備えている。なお、上述の照明器具における動作は、上述の無電極蛍光ランプ装置の動作と同じなので、説明を省略する。したがって、本実施形態の無電極蛍光ランプを備えた照明器具を提供することが可能となる。
【００３１】
以上説明した本実施形態の無電極蛍光ランプでは、ランプ効率を高め、且つ、ランプの光束劣化を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００３２】
１  バルブ
４  蛍光体膜
１５  誘導コイル
【図１】
2012009346.tif 000003
【図２】
2012009346.tif 000004
【図３】
2012009346.tif 000005
【図４】
2012009346.tif 000006
【図５】
2012009346.tif 000007
【図６】
2012009346.tif 000008