(57)【要約】【課題】  昇圧回路を使わず、始動電圧を低くした冷陰極蛍光ランプを提供する。【解決手段】  内部に蛍光体の膜を備え、電子源が挿入される透光管と、スペーサを介して一定の線間距離を保ちながら前記透光管内に配置されるワイヤ電極対と、このワイヤ電極対の端子部と接続される外部電極を備え、前記ワイヤ電極対は全周に突起を持ち、前記ワイヤ電極対の線間距離を、これら電極対に商用電源を印加すると前記突起から電子が放出される間隔とした。更に、前記ワイヤ電極対を、スペーサを介して一定間隔で配置された二重螺旋構造としたり、ワイヤ全体が突起を持つ炭素膜で覆われたカーボンナノ構造体電子源としたりするようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に蛍光体の膜を備え、電子源が挿入される透光管と、
スペーサを介して一定の線間距離を保ちながら前記透光管内に配置されるワイヤ電極対と、
このワイヤ電極対の端子部と接続される外部電極を備えた冷陰極蛍光ランプであって、
前記ワイヤ電極対は全周に突起を持ち、
前記ワイヤ電極対の線間距離は、これら電極対に商用電源を印加すると前記突起から電子が放出される間隔とされていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
【請求項２】
請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプにおいて、前記ワイヤ電極対は、スペーサを介して一定間隔で配置された二重螺旋構造であることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
【請求項３】
請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプにおいて、前記ワイヤ電極対はワイヤ全体が突起を持つ炭素膜で覆われたカーボンナノ構造体電子源であることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源として冷陰極ランプを用いた照明用ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーが注目を集め、電球はＬＥＤ電球が大量かつ安価に生産されるようになり、白熱電球に替わりつつある一方、蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置は制御回路が複雑でＬＥＤ単体以外のコストが高くて価格差が大きく、また交換時に安定器の取り外しなどの工事が必要な場合もあり、蛍光灯のＬＥＤによる代替が進んでいない。
【０００３】
一般的に使われている蛍光灯には、図５（ａ）に示されるグローランプ方式や図５（ｂ）に示されるインバータ方式などがある。
【０００４】
図５（ａ）に示されるグローランプ方式では、商用交流電源１０２が安定器コイル１０３を経由して蛍光灯１０１に印加される。
【０００５】
蛍光灯管の両端には、電球と同じ様なフィラメントが入っていて、これが両端に出ている２本の電極につながっている。
【０００６】
安定器コイル１０３は、スイッチを入れた後グローランプの接点１０５がつながって交流電流が流れると、グローランプ１０４の放電が止まりバイメタルの温度低下により接触している電極が離れて抵抗として作用して電圧を下げ、接点が離れた瞬間に安定器１０３からインダクションキック電圧と呼ばれる高電圧が蛍光灯１０１の両極間にかかり、そのまま電流を流し続けようとする作用により瞬間的な高電圧が発生し、この発生した瞬間的な高電圧によって、蛍光灯管の両端のフィラメント管で放電が開始し、点灯が始まり、始動後は、ランプ電流による熱でエミッター（電子放出物質）が加熱され、電子が放出され続ける。
【０００７】
図５（ｂ）はインバータ方式の照明システムである。これは、蛍光灯１０１を商用交流電源１０２で駆動する時に発生するちらつきをなくす為に、電流共振型回路などのＬＣ共振回路１０６で駆動周波数を高くしている。
【０００８】
インバータ回路では周波数を高くすると共に商用交流電源１０２から印加される商用電圧値１００Ｖを数百Ｖから１０００Ｖに昇圧している。
【０００９】
インバータ回路を使うと、高周波点灯により毎秒の発光回数が増えるため、ワット数あたりの明るさは向上する。
【００１０】
ここで、熱陰極管はフィラメントを加熱する為に余分な電力が必要となることから、フィラメントのない冷陰極ランプが使われるようになった。
【００１１】
冷陰極ランプは熱陰極管に比べて寿命が長く、管電流は小さいという特徴がある反面、始動電圧が高いので、商用交流電源電圧だけでは点灯できず、昇圧回路が不可欠であるという課題がある。
【００１２】
しかし、冷陰極蛍光ランプを既存の蛍光灯の代替えとして使う場合、接続する機器が、点灯管式、電子インバータ式、電子スタータ式、ラピッドスタータ式などにおいては、商用交流電源電圧１００Ｖよりも高い電圧が印加されるので、１００Ｖ以外の電圧がかからないように改造しなければ使えなかった。
【００１３】
従来の冷陰極ランプにおいては始動電圧が高かったことが課題の一つであり、この課題を解決する手段としては、電極として先端が尖った突起物を形成した電極を使う方法が考えられる。これについては、先端が凸状に形成された微小冷陰極と、この冷陰極に対向配置され該冷陰極からの放出電子を捕獲する陽極と、前記冷陰極に近接配置され該冷陰極からの放出電子を制御する制御電極とを備えた蛍光灯ランプにおいて、前記冷陰極は前記制御電極と比べて電子放出障壁が小さい材料で形成され、前記陽極には前記冷陰極に対して正の電位が印加され、且つ前記制御電極には前記冷陰極に対して負又は同じ電位が選択的に印加される微小冷陰極ランプが知られている（特許文献１）。
【００１４】
更に、ワイヤ上に針状の炭素膜を形成して電子放出をする方法として、内部真空でかつ内周面に陽極が形成され、この陽極上に蛍光体が形成されている透光管と、この透光管のほぼ管内中心を管軸方向に沿って上記陽極と相対向して配置された陰極ワイヤを備え、上記陰極ワイヤは、表面に陽極との対向間への電界印加で電子放出するエミッションサイトを備えると共に透光管の管内中心を上記管軸方向に沿って螺旋状に敷設されているフィールドエミッションランプが知られている。（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１０−１４９７７８
【特許文献２】特開２００８−１４７１３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ここで、特許文献１の技術は、冷陰極材料にダイヤモンドを用いることにより閾値を低く設定しているが、これは冷陰極ランプを照明用ではなくスイッチング素子として使っていて、しかも冷陰極材料にダイヤモンドを用いているので高価な照明になってしまい蛍光灯のような汎用品には使えない技術である。
【００１７】
特許技術２のフィールドエミッションランプは、透光管のほぼ管内中心を管軸方向に沿って配置された陽極と管内の内周面に形成された陽極の間で電子放出がされてはいるが、商用電源電圧だけではランプを点灯させることができない。
【００１８】
そこで、本発明では、冷陰極ランプにおいて、昇圧回路を使わなくとも商用電源電圧で点灯させることを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するために、本発明の冷陰極蛍光ランプは、内部に蛍光体の膜を備え、電子源が挿入される透光管と、スペーサを介して一定の線間距離を保ちながら前記透光管内に配置されるワイヤ電極対と、このワイヤ電極対の端子部と接続される外部電極を備え、前記ワイヤ電極対は全周に突起を持ち、前記ワイヤ電極対の線間距離を、これら電極対に商用電源を印加すると前記突起から電子が放出される間隔とした。
【００２０】
更に、前記ワイヤ電極対を、スペーサを介して一定間隔で配置された二重螺旋構造としたり、ワイヤ全体が突起を持つ炭素膜で覆われたカーボンナノ構造体電子源とすることが考えらえる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による冷陰極蛍光ランプは、既存の蛍光灯と入れ替えることにより、昇圧回路の有無に関わらず点灯する低消費電力、長寿命かつ安価な蛍光灯ランプを提供できるので工場やトンネルなどでの交換頻度を低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明による冷陰極蛍光ランプは、電極に接続された電極対の線状で突起を有し、ワイヤ電極全体が炭素膜で覆われたカーボンナノ構造体電子源に電流を流し、ワイヤ全体が炭素膜で覆われたワイヤ電極上に設けられた突起に電荷を集中させて放電するものである。
【００２３】
図１（ａ）は、冷陰極蛍光ランプの構造図である。冷陰極蛍光ランプ１の透光管２には外部電極５、６が取り付けられた口金３と、外部電極７、８が取り付けられた口金４がある。外部電極５、７には第１のワイヤ電極５が接続され、外部電極６、８には第２のワイヤ電極６が接続されている。これらワイヤ電極間にはスペーサ１１が挿入されて絶縁され、透光管２の中には放電しやすくするために２〜４ｈＰａの封入ガス（アルゴンＡｒやネオンＮｅなどの不活性の混合希ガス）と少量の水銀Ｈｇの気体が封じ込まれている。
【００２４】
口金３の寸法規格は、受け側の蛍光灯用ソケットの機器規格に合わせたものを使い、例えばＪＩＳ規格のＧ５、Ｇ１３等が相当する。
【００２５】
本発明の冷陰極蛍光ランプは商用電源電圧で駆動されるので、従来の蛍光灯のような高電圧をつかわないため透光管２はガラス製である必要はなく、経年劣化、特に熱収縮の問題がなければプラスチックなどの材料を使うことが可能である。
【００２６】
図１（ｂ）は冷陰極蛍光ランプのＡ−Ａ断面図である。第１のワイヤ電極９、第２のワイヤ電極１０はワイヤ全体が炭素膜で覆われ、表面には、表面に凹凸のある銅線や突起１２となる複数の炭素膜集合単位が形成されたカーボンナノ構造体電子源で構成されている。
【００２７】
前記カーボンナノ構造体は、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォールなどが好ましく、特にグラフェンが多層に重なって先端が尖った構造が望ましい。
【００２８】
本発明で使うカーボンナノ構造体の棒状のワイヤ外部電極９、１０は、例えば特開２００６−２９１６１９号公報等で公開されているプラズマＣＶＤを使って作ることができる。
【００２９】
スペーサ１１としては、例えばセラミックの円盤にワイヤを通す孔を２個空けたものが考えられるが、突起１２以外では大きな発熱は生じないので透明ポリマーアロイなどの耐熱樹脂で同様の形状とすることもできる。
【００３０】
第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０に商用電源電圧が印加されると、どちらかの極性が負極となった時にワイヤ電極の突起１２から電離により電子が反対側の電極に向かって飛び出し、これらの電子が封入ガスに衝突することで次々と電離を引き起こす。その後、電子の数が増加して電子なだれ現象が発生し、放電が開始される。
【００３１】
放電が始まると、γ作用による２次電子１３を電子供給源とし、α作用によりそれらを増殖することで放電が維持される。
【００３２】
紫外線１５は電子１３の衝突により励起された水銀粒子１４が基底状態へと戻る際に発せられ、水銀粒子１４の励起効率を高めるために透光管２内にはＡｒやＮｅなどの不活性ガスが封入されている。
【００３３】
紫外線１５は、管内壁面に塗布された膜状の蛍光体１６を励起し、可視光線１７に変換する。この蛍光体の種類によって様々な色の光を作ることができる。
【００３４】
第１のワイヤ電極９、第２のワイヤ電極１０を使うことにより、線状で突起を有するワイヤ電極の突起１２に電荷が集中して電極対のワイヤ間で放電が始まるので、冷陰極ランプにおいて始動電圧を商用交流電源電圧まで低くすることができる。
【００３５】
これにより、本発明の冷陰極ランプは、昇圧回路が不要となり、商用交流電源を直接電極に接続するので発光効率を改善することができる。
【００３６】
図２は、ワイヤ上の突起体のアーク現象を図示している。本発明で利用するのは、尖った電極の周囲に不均一な電界が生じることにより起こるグロー放電と、負極表面に存在する非常に強い電界により直接電子が両電極の炭素膜間で放出される冷陰極アークの組み合わせである。
【００３７】
一対の外部電極５と６、７と８が商用交流電源に接続された場合でも、取り付けた機器が例えばインバータ蛍光灯装置であった場合はインバータ回路で生成された数百ボルトの交流電圧がもう一対の外部電極から印加される。
【００３８】
しかし、前記の通り、最初にインバータ回路で生成された数百ボルトの交流電圧はワイヤの突起でグロー放電を開始し、その後はなだれ現象で負極の突起先端から正極の炭素膜全体に電子が飛ばし、グロー放電と冷陰極アークが併存してバランスする形状で突起８の先端部の形状はバランスがとれ、蛍光灯は継続点灯する。
【００３９】
しかし、本発明の冷陰極蛍光ランプにおいては、前記突起を有する第１のワイヤ電極９、第２のワイヤ電極１０の突起１２先端は先細り構造で先端ほど電気抵抗値が低くなっているので、電極間に電子が飛ぶと、第１のワイヤ電極９、第２のワイヤ電極１０の突起１２の先端部に電子が集中する。
【００４０】
冷陰極蛍光ランプ１がグローランプ方式の蛍光灯装置に取り付けられた場合には、グローランプを取り外せば冷陰極蛍光ランプ１の電極５、６、７、８に商用電源電圧が印加されるのでそのまま使える。
【００４１】
また、本発明の冷陰極蛍光ランプがインバータ式の蛍光灯機器に接続されると商用電源よりも高い電圧が印加されてしまう。しかし、この場合でも突起８の先端部のみが焼き切れ、流れる電流が適切な値になる形状で突起８の先端部の形状はバランスがとれるので使用に差し支えはない。
【００４２】
ここで、ワイヤの突起のグロー放電で急激に過電流が流れると突起が損傷を受けるので、突起先端をアニール処理したり、突起に導電性樹脂をコーティングしたりして突入電流に対する拡散機能を持たせることもできる。
【００４３】
前記突起に突入電流の拡散機能を持たせることにより、インバータ回路で生成された数百ボルトの交流電圧はグロー放電を継続しても、内部電極に何ら電子部品は使われていないので故障することはなく、蛍光灯自体も突起８の先端部のグロー放電によって明るくなるが実用的には何ら危険はない。
【００４４】
図３（ａ）は固定側の口金の構造を示す図である。冷陰極蛍光ランプを組み立てる際には、まず、片側の第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０の片側をアダプタ１９で固定する。
【００４５】
アダプタ１９の凹部には中蓋２０が載置され、スプリング２１でアダプタ１９と中蓋２０がつながっている。
【００４６】
第１のワイヤ電極９は中蓋２０の内部配線２２に接続され、更に中継配線２３を経由して外部電極４と接続され、第２のワイヤ電極６は中蓋２０の内部配線２４に接続され、更に配線２５を経由して外部電極４と接続されている。
【００４７】
第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０の全長は、透光管２に入れた状態で短めに設定されている。これにより、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０を取り付けた中蓋２０がスプリング２１により引っ張られるので、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０が透光管２内部で弛むことはない。
【００４８】
中継配線２３と２５の長さはスプリング２１が延びた状態でも撓みを持つように長めに設定されている。
【００４９】
図３（ｂ）は、本発明の二重螺旋構造冷陰極蛍光ランプの取付け調整機構を示している。外側アダプタ２６には、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０を取り付ける内側アダプタ２７が固定されている。
【００５０】
上記の通り、固定側のアダプタ１９を取り付けた後、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０の自由端を外側アダプタ２６に固定された内側アダプタ２７に取り付け、外側アダプタ２６と口金３を螺合する。
【００５１】
外側アダプタ２６を口金３に螺合する際に外側アダプタ２６をひねると、内側アダプタ２７も回転し、内側アダプタ２７に接続されている第１のワイヤ電極５と第２のワイヤ電極６にねじれが生じて第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０は二重螺旋構造となる。
【００５２】
口金３と透光管２は、あらかじめ気密に接合されていて、透光管２内にＡｒやＮｅなどの不活性ガスを封入した後に、口金３の外径ネジ部と、外側アダプタ２６の内径ネジ部を螺合させて透光管２を密封する。この際に、口金３の外径ネジ部と、外側アダプタ２６の内径ネジ部の両方のネジ部の摺動部分に接着剤を塗布してから螺合すれば透光管２の気密性が保持される。
【００５３】
冷陰極蛍光ランプ１を照明機器に取り付ける際には、二重螺旋構造の場合と直線構造の場合の外部電極位置が同位置になるように、ワイヤ電極９で接続された外部電極対５と７を上側にした時に、ワイヤ電極１０で接続された外部電極対６と８が下側になるように水平位置と極性を調節する。
【００５４】
図４は、冷陰極蛍光ランプを環型蛍光管として使う例を示している。形状はサークライン（登録商標）と同じであり、環型蛍光管２８の口金２９の規格は、ＦＣＬなどに相当する標準規格に準拠している。
【００５５】
環型蛍光管２８の中には突起を持つ第１のワイヤ電極３０と第２のワイヤ電極３１が、不図示のスペーサで電気的接続を持たないように物理的に隔離されて配置されている。
【００５６】
また、第１のワイヤ電極３０と第２のワイヤ電極３１は、円形に変形されて環型蛍光管２８の中を通すことにより、同心円状に配置されている。
【００５７】
前記の通り、本発明の冷陰極蛍光ランプは商用電源電圧で駆動されるので、従来の蛍光灯のような高電圧をつかわないため環型蛍光管２８の筒はガラス製である必要はなく、経年劣化、特に熱収縮の問題がなければプラスチックなどの材料を使った円形の透光管でもよいし、管を上下に分割した半割管内部に第１のワイヤ電極３０と第２のワイヤ電極３１のアッセンブリを敷設し、上下管を接合する方法も考えられる。
【００５８】
また、本発明の照明冷陰極蛍光ランプは管長に関係なく商用電源電圧で駆動できるので、照明を明るくする必要がある場合には、規格に準拠した環型蛍光管ではなく、渦巻形状に管を形成して管長することにより光束を高めることもできる。
【００５９】
内部構造は前記図１（ｂ）と同様であり、電極対の間で発生した電子が透光管の中に封入されている水銀粒子と衝突し、水銀粒子が電子のエネルギーを受け、紫外線を発生させ、発生した紫外線は環型蛍光管２８内に塗布されている蛍光体３２に照射され、蛍光体３２から可視光線３３を発生する。
【００６０】
口金２９は丸型蛍光灯と互換性があるＧ１０ｑなどの口金形状のものを使うことにより、従来の丸型蛍光灯と入れ替えるだけで省エネ効果が得られるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
従来から蛍光灯の消費電力を減らす目的で開発され、電子回路を使う蛍光灯型照明機器やＣＣＦＬに比べ、高価な電気回路を使うことなく商用交流電源電圧で直接ランプを点灯させることができるので、安価かつ長寿命となり、産業の発達に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】冷陰極蛍光ランプの構造図を示している。
【図２】炭素膜突起における電弧の生成を示している。
【図３】内部電極を二重螺旋にした冷陰極蛍光ランプの外観図と拡大図を示している。
【図４】冷陰極蛍光ランプを丸型蛍光灯として使う内部構造図を示している。
【図５】従来のグローランプ方式とインバータ方式の蛍光灯回路図を示している。
【符号の説明】
【００６３】
１  冷陰極蛍光ランプ
２  透光管
３  口金
４  外部電極
５  左側の第１外部電極
６  左側の第２外部電極
７  右側の第１外部電極
８  右側の第２外部電極
９  第１のワイヤ電極
１０  第２のワイヤ電極
１１  スペーサ
１２  突起
１３  電子
１４  水銀粒子
１５  紫外線
１６  蛍光体
１７  可視光線
１８  口金
１９  アダプタ
２０  中蓋
２１  スプリング
２２  内部配線
２３  中継配線
２４  内部配線
２５  中継配線
２６  外側アダプタ
２７  内側アダプタ
２８  環型蛍光管
２９  口金
３０  第１のワイヤ電極
３１  第２のワイヤ電極
３２  蛍光体
３３  可視光線
１０１  蛍光灯
１０２  商用交流電源
１０３  安定器コイル
１０４  グローランプ
１０５  コンデンサ
１０６  インバータ回路
【図１】
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【図２】
2013145679.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013145679.tif 000007