JPH05258728A - 蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予熱始動時の熱電子放射を容易にし、しかも
高出力で点灯しても電極フィラメントに充填した電子放
射性物質の消耗を抑制する。 【構成】 ２本のリード線４間に懸架された電極フィラ
メント３が電子放射性物質を充填した３重巻線構造であ
り、それに用いるタングステン主線の直径を５５μｍ以
上とし、かつ電極フィラメント３のリード線４への懸架
後の最終ターンの巻線相互の間隔Ｌを１００μｍ以上６
００μｍ以下とする。そして、電極フィラメント３の予
熱電流（Ａ）をｉ_kとし熱電子放射時間（秒）をｔ_eとし
たとき、予熱時間が２秒以下の領域において、 ｔ_e＜０．２／（ｉ_k ²−０．０６２５） を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蛍光ランプ、特に予熱始
動形の電子安定器との組み合わせで使用される直管形蛍
光ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般の蛍光ランプは、スイッチス
タート形（スタータ形）またはラピッドスタート形とし
て２重または３重巻線構造を有する電極フィラメントを
備え、予熱時の熱電子放出や点灯中のランプ内への電流
の投入はこの電極フィラメントを通じて行われている。

【０００３】また、電流制御予熱始動形の電子安定器と
の組み合わせで、ランプ電力１６Ｗ，３２Ｗおよび５０
Ｗで高周波点灯される蛍光ランプはあった（ＩＥＣ規格
（International Electrotechnical Commission）８１
−ＩＥＣ−７０１０，７２１０および７５１０）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の蛍光ランプでは、電極フィラメントの構造・寸法の
設計がおもに充填すべき電子放射性物質の充填量や、静
的な抵抗値の決定に力点が置かれているために、さまざ
まな予熱始動形の電子安定器との組み合わせにおいて、
熱電子放射のエミッション特性が必ずしも良好でない
（例えばＩＥＣ規格に記載の安定器設計のためのインフ
ォメーションを全く満足しない）場合には、ランプが短
寿命となり、最悪ではランプが始動しないという問題が
あった。また、熱電子放射のエミッション特性が良好に
フィラメント設計された従来のランプでは、タングステ
ン主線の直径を細めることによってそれを実現している
が、各々のランプ定格値（ランプ電力１６Ｗ，３２Ｗお
よび５０Ｗ）以上で高出力点灯させる場合にはランプ電
流が増大し、電極フィラメントの電子放射性物質の消耗
に関連してやはりランプ寿命が短くなるおそれがあっ
た。

【０００５】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、熱電子放射のエミッション特性が良
好で、かつ高出力点灯の可能な蛍光ランプを提供するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光ランプは、
ランプ電流０．２５Ａ以上０．４５Ａ以下で点灯され、
電極フィラメントがタングステン主線とタングステン副
線とを有し、前記タングステン副線が巻回された前記タ
ングステン主線をさらに２回巻回し、電子放射性物質を
充填した３重巻線構造であり、前記タングステン主線の
直径が５５μｍ以上で、かつ前記電極フィラメント懸架
後の最終ターンの巻線相互の間隔が１００μｍ以上６０
０μｍ以下であり、また前記電極フィラメントの予熱電
流（Ａ）をｉ_kとし、熱電子放射時間（秒）をｔ_eとした
とき、予熱時間が２秒以下の領域において、 ｔ_e＜０．２／（ｉ_k ²−０．０６２５） を満足する構成を有している。

【０００７】また、本発明の蛍光ランプは、ランプ電流
０．３５Ａ以上０．５０Ａ以下で点灯され、電極フィラ
メントがタングステン主線とタングステン副線とを有
し、前記タングステン副線が巻回された前記タングステ
ン主線をさらに２回巻回し、電子放射性物質を充填した
３重巻線構造であり、前記タングステン主線の直径が６
３μｍ以上で、かつ前記電極フィラメント懸架後の最終
ターンの巻線相互の間隔が１００μｍ以上６００μｍ以
下であり、また前記電極フィラメントの予熱電流（Ａ）
をｉ_kとし、熱電子放射時間（秒）をｔ_eとしたとき、予
熱時間が２秒以下の領域において、 ｔ_e＜０．３１／（ｉ_k ²−０．１０２４） を満足する構成を有している。

【０００８】

【作用】この構成により、予熱始動形の電子安定器との
組み合わせにおいて、予熱始動時に電極フィラメントか
らの熱電子放射が良好に行われることから、電極フィラ
メントへのイオン衝撃に伴う電子放射性物質の消耗が抑
制される。また、ランプ電流０．４５Ａ（６００mmおよ
び１２００mm長さの場合）または０．５Ａ（１５００mm
長さの場合）の高出力点灯であっても、タングステン主
線が太いために、電極フィラメント上に形成されるホッ
トスポットの温度は過上昇とならず、蒸発に起因する電
子放射性物質の消耗も極力抑制されることとなる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例である蛍光ラン
プの一部切欠正面図である。

【００１０】図１に示すように、この実施例の直管形蛍
光ランプは、長さが１２００mmであり、内面に蛍光体被
膜１が形成されたガラスバルブ２の両端部に、２本のリ
ード線４間に懸架された３重巻線構造の電極フィラメン
ト３が設けられている。すなわち、電極フィラメント３
は、図３に示すように、タングステン主線３ａとタング
ステン副線３ｂとを有し、タングステン副線３ｂを巻回
したタングステン主線３ａをさらに２回巻回し、これに
電子放射性物質５を充填したものである（図３では電子
放射性物質５は図示せず）。そして、ガラスバルブ２の
内部にはアルゴンと適当量の水銀が封入されている。

【００１１】図２は同蛍光ランプの要部拡大正面図であ
る。図２において、Ｌは電極フィラメント懸架後の最終
ターンの巻線相互の間隔を示す。

【００１２】図３において、Ｄはおもに電流が流れるタ
ングステン主線の直径を示す。発明者は、点灯中のラン
プ寿命にも配慮しつつ、さらに熱電子放射のエミッショ
ン特性を良好にする手段として、タングステン主線３ａ
の直径Ｄと最終ターンの巻線相互の間隔Ｌとを関連づけ
て規定すればよいことを見いだした。以下にその内容に
ついて述べる。

【００１３】ＩＥＣ規格では、安定器設計のためのイン
フォメーションの中で予熱電流と熱電子放射時間との関
係において、図４に示すように、安定器側（上側）とラ
ンプ側（下側）とがそれぞれの領域を守るべき境界線ｌ
を定めている。

【００１４】ｉ_k＝（ａ／ｔ_e＋ｉ_m ²）^1/2 ……
（１） ここでｉ_kは予熱電流（Ａ）、ｔ_eは熱電子放射時間
（秒）である。また、ａおよびｉ_mはこの曲線を決定す
る定数で、それぞれ陰極定数、絶対最小予熱電流と呼ば
れる。１２００mm長さのランプの場合（８１−ＩＥＣ−
７２１０）には、両者定数はそれぞれ ａ＝０．２０，ｉ_m＝０．２５ という値が与えられている。

【００１５】（１）式の境界線ｌは規格として表現され
たものであるが、発明者はこの式に表れる陰極定数ａお
よび絶対最小予熱電流ｉ_mが、実際のランプに適用され
たさまざまな電極フィラメントの予熱電流に対して求め
られる熱電子放射時間、すなわち熱電子放射のエミッシ
ョン特性を表現するのにも有効であることを見いだし
た。なお、実際のランプにおいて、熱電子放射のエミッ
ション特性は電流制御の予熱始動に基づくランプ始動試
験またはこれに準ずる評価方法に従って求めることがで
きる。

【００１６】図５は３重巻線構造を有する電極フィラメ
ントの一部について、実際のエミッション測定点と、そ
れによって与えられる陰極定数ａと絶対最小予熱電流ｉ
_mから求めたエミッション曲線を併記したものである。
これら両者定数が小さいほど熱電子放射は起こりやすく
エミッション特性はより下側の曲線を描くことになる。

【００１７】以下に、陰極定数ａ、絶対最小予熱電流ｉ
_mと電極フィラメント各種寸法との関係について説明す
る。

【００１８】まず、図５に示したのと同様の測定例を数
多く集め、電極フィラメント各種寸法を独立変数とし、
陰極定数ａと絶対最小予熱電流ｉ_mを従属変数とする重
回帰分析および分散分析を行った。

【００１９】図６および図７はそうした分析結果の一例
である。分散分析の結果からは、陰極定数ａにはタング
ステン主線の直径と３次（最終）ピッチが１％で有意と
なり、また絶対最小予熱電流ｉ_mにはタングステン主線
の直径のみが１％で有意となった。主として予熱電流を
流すタングステン主線の直径を削減することが両者定数
の低下、すなわち熱電子放射を速やかに生じさせるのに
有効であることは容易に理解できるが、上記の分析によ
って電極フィラメントの３次ピッチの削減も陰極定数ａ
の低下に有効であることがわかった。これは巻線相互の
放射熱の相乗効果に基づくものと考えられ、本発明で
は、この効果をより明確化するために、電極フィラメン
ト懸架後の最終ターンの巻線相互の間隔Ｌを規定するこ
とにした。

【００２０】熱電子放射を速やかに生じさせる一般的な
考え方に従えば、効果のより大きいタングステン主線の
直径Ｄのみを削減すれば十分であるが、高出力点灯でラ
ンプ電流を増大させる場合には、ランプ寿命との関係で
タングステン主線の直径Ｄをあまり削減することは得策
ではなく、こうした場合には最終ターンの巻線相互の間
隔Ｌとの削減と組み合わせてタングステン主線の外径Ｄ
を決定するのが有効となる。

【００２１】最終ターンの巻線相互の間隔Ｌが１００μ
ｍより小さいと、電子放射性物質の充填時に巻線同士が
接触するおそれがあり、また電子放射性物質の充填形状
も粗悪になる傾向にあった。

【００２２】図８はタングステン主線の直径Ｄを５８μ
ｍに固定し、最終ターンの巻線相互の間隔Ｌのすべての
区間における平均値を種々変えて、熱電子放射のエミッ
ション特性を求めた結果である。ここで、その他のフィ
ラメント寸法はすべて固定した。図中の数字は、最終タ
ーンの巻線相互の間隔Ｌのすべての区間における平均値
を表す。

【００２３】図８から明らかなように、最終ターンの巻
線相互の間隔Ｌが増すにつれて、エミッション曲線は上
側にシフトし熱電子放射の生じやすさは弱まり、さらに
最終ターンすべての区間で６００μｍを上回る場合には
その効果を認めるのが困難となった。ここで熱電子放射
の生じやすさとは、電子安定器の予熱時間の設定でほぼ
上限と言える２秒間で、フィラメント予熱電流ｉ_kに対
する熱電子放射時間ｔ_eが ｔ_e＜０．２／（ｉ_k ²−０．０６２５） を満足することとした。

【００２４】したがって、電極フィラメント懸架後の最
終ターンの巻線相互の間隔Ｌは、１００μｍ以上６００
μｍ以下の範囲とするのが好ましい。

【００２５】タングステン主線の直径Ｄを種々変え、ラ
ンプ電流が０．４５Ａとなる電子安定器で点灯させた場
合の、５０００時間点灯後に電極フィラメント上に残っ
た電子放射性物質の割合を（表１）に示す。ここで、そ
の他の電極フィラメント寸法はすべて固定した。

【００２６】

【表１】

【００２７】（表１）から明らかなように、ランプ電流
０．４５Ａの高出力で点灯した場合、タングステン主線
の直径Ｄを５５μｍより小さくすると、電子放射性物質
の残存量は極端に少なくなり、やや短寿命となる傾向が
認められた。この原因は電極フィラメント上に形成され
るホットスポットの温度が上昇しすぎて、電子放射性物
質の蒸発量が増えたためであると思われる。

【００２８】高出力点灯でランプ寿命を確保するために
はタングステン主線を太くする必要があるが、熱電子放
射の生じやすい条件（前述）を維持する範囲において、
最終ターンの巻線相互の間隔Ｌを削減することにより、
タングステン主線の直径Ｄは５５μｍ以上に設定するこ
とができる。

【００２９】また、タングステン主線の直径Ｄが５５μ
ｍ以上であっても、ランプ電流０．２５Ａで点灯させる
ことによる問題はない。

【００３０】以上のように、本発明の第１の実施例の蛍
光ランプは、タングステン主線の直径が５５μｍ以上の
３重巻線構造を有する電極フィラメント３を電極部４に
懸架し、懸架後の電極フィラメント３の最終ターンの巻
線相互の間隔Ｌを１００μｍ以上６００μｍ以下に設定
し、またフィラメント予熱電流（Ａ）をｉ_kとし、熱電
子放射時間（秒）をｔ_eとしたとき、予熱時間が２秒以
下の領域において、 ｔ_e＜０．２／（ｉ_k ²−０．０６２５） を満足しているので、予熱始動時に熱電子放射は速やか
に生じることができ、ランプ電流０．４５Ａの高出力で
点灯させても、電極フィラメント上に形成されるホット
スポットの温度は過上昇とならずに最適に維持すること
ができる。

【００３１】なお、上記実施例では直管形蛍光ランプの
長さが１２００mmの場合について説明したが、長さが６
００mmの場合についても上記結果と同一の結果となるこ
とが認められた。

【００３２】次に、本発明の第２の実施例について図面
を用いて説明する。この実施例は、蛍光ランプの長さが
１５００mmの場合であり、基本的な構成は上記第１の実
施例とほぼ同様であるが、図９に示すように、この長さ
のランプの場合（８１−ＩＥＣ−７５１０）、上記
（１）式の陰極定数ａと絶対最小予熱電流ｉ_mはそれぞ
れ ａ＝０．３１，ｉ_m＝０．３２ という値が与えられている。

【００３３】図１０はタングステン主線の直径Ｄを６５
μｍに固定し、最終ターンの巻線相互の間隔Ｌのすべて
の区間における平均値を種々変えて、熱電子放射のエミ
ッション特性を求めた結果である。ここで、その他のフ
ィラメント寸法はすべて固定した。図中の数字は、最終
ターンの巻線相互の間隔Ｌのすべての区間における平均
値を表す。

【００３４】図１０から明らかなように、最終ターンの
巻線相互の間隔Ｌが増すにつれて、エミッション曲線は
上側にシフトし熱電子放射の生じやすさは弱まり、さら
に最終ターンすべての区間で６００μｍを上回る場合に
はその効果を認めるのが困難となった。ここで、フィラ
メント予熱電流ｉ_kに対する熱電子放射時間ｔ_eが ｔ_e＜０．３１／（ｉ_k ²−０．１０２４） を満足することとした。

【００３５】したがって、電極フィラメント懸架後の最
終ターンの巻線相互の間隔Ｌは１００μｍ以上６００μ
ｍ以下の範囲とするのが好ましい。

【００３６】また、最終ターンの巻線相互の間隔Ｌを極
力小さくしても、なおかつタングステン主線の直径Ｄを
大きくしたい場合には、上記第１および第２の実施例と
もに、電極フィラメントは電流制御で予熱されるため
に、最終ターンのターン数を増やし、フィラメント抵抗
値を上げることにより、先と同様の結果を繰り返すこと
ができる。

【００３７】（表２）はタングステン主線の直径Ｄを種
々変え、ランプ電流が０．５０Ａとなる電子安定器で点
灯させた場合の、５０００時間点灯後に電極フィラメン
ト上に残った電子放射性物質の割合を示す。ここで、そ
の他の電極フィラメント寸法はすべて固定した。

【００３８】

【表２】

【００３９】（表２）から明らかなように、ランプ電流
０．５０Ａの高出力で点灯した場合、タングステン主線
の直径Ｄを６３μｍより小さくすると、電子放射性物質
の残存量は極端に少なく、やや短寿命となる傾向が認め
られた。

【００４０】熱電子放射の生じやすい条件（前述）を維
持する範囲において、最終ターンの巻線相互の間隔Ｌを
削減することにより、タングステン主線の直径Ｄは６３
μｍ以上に設定することができる。

【００４１】また、タングステン主線の直径Ｄが６３μ
ｍ以上であっても、ランプ電流０．３５Ａで点灯させる
ことによる問題はない。

【００４２】以上のように、本発明の第２の実施例の蛍
光ランプは、タングステン主線の直径が６３μｍ以上の
３重巻線構造を有する電極フィラメントを電極部に懸架
し、懸架後の電極フィラメントの最終ターンの巻線相互
の間隔Ｌを１００μｍ以上６００μｍ以下に設定し、ま
たフィラメント予熱電流をｉ_kとし熱電子放射時間をｔ_e
としたとき、予熱時間が２秒以下の領域において、 ｔ_e＜０．３１／（ｉ_k ²−０．１０２４） を満足しているので、予熱始動時に熱電子放射は速やか
に生じることができ、ランプ電流０．５０Ａの高出力で
点灯させても、電極フィラメント上に形成されるホット
スポットの温度は過上昇とならずに最適に維持すること
ができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は予熱始動
の不具合に基づくランプ短寿命を防止することができ、
しかも高出力点灯可能な蛍光ランプを提供することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である蛍光ランプを示す
一部切欠正面図

【図２】同じく要部拡大正面図

【図３】図２のＡ部における拡大正面図

【図４】本発明の第１の実施例における予熱電流と熱電
子放射時間との関係を示す図

【図５】エミッション曲線を示す図

【図６】陰極定数ａに関する重回帰分析結果を示す図

【図７】絶対最小予熱電流ｉ_mに関する重回帰分析結果
を示す図

【図８】エミッション曲線を示す図

【図９】本発明の第２の実施例における予熱電流と熱電
子放射時間との関係を示す図

【図１０】エミッション曲線を示す図

【符号の説明】

１ 蛍光体被膜 ２ ガラスバルブ ３ 電極フィラメント ３ａ タングステン主線 ３ｂ タングステン副線 ４ リード線 ５ 電子放射性物質 Ｄ タングステン主線の直径 Ｌ 電極フィラメント懸架後の最終ターンの巻線相互の
間隔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ランプ電流０．２５Ａ以上０．４５Ａ以下
   で点灯され、電極フィラメントが、タングステン主線と
   タングステン副線とを有し、前記タングステン副線が巻
   回された前記タングステン主線をさらに２回巻回し、電
   子放射性物質を充填した３重巻線構造であり、前記タン
   グステン主線の直径が５５μｍ以上で、かつ前記電極フ
   ィラメント懸架後の最終ターンの巻線相互の間隔が１０
   ０μｍ以上６００μｍ以下であり、また前記電極フィラ
   メントの予熱電流（Ａ）をｉ_kとし、熱電子放射時間
   （秒）をｔ_eとしたとき、予熱時間が２秒以下の領域に
   おいて、 ｔ_e＜０．２／（ｉ_k ²−０．０６２５） を満足することを特徴とする蛍光ランプ。
2. 【請求項２】ランプ電流０．３５Ａ以上０．５０Ａ以下
   で点灯され、電極フィラメントが、タングステン主線と
   タングステン副線とを有し、前記タングステン副線が巻
   回された前記タングステン主線をさらに２回巻回し、電
   子放射性物質を充填した３重巻線構造であり、前記タン
   グステン主線の直径が６３μｍ以上で、かつ前記電極フ
   ィラメント懸架後の最終ターンの巻線相互の間隔が１０
   ０μｍ以上６００μｍ以下であり、また前記電極フィラ
   メントの予熱電流（Ａ）をｉ_kとし、熱電子放射時間
   （秒）をｔ_eとしたとき、予熱時間が２秒以下の領域に
   おいて、 ｔ_e＜０．３１／（ｉ_k ²−０．１０２４） を満足することを特徴とする蛍光ランプ。