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発明の名称 電球形蛍光ランプおよび照明器具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−12459(P2007−12459A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−192319(P2005−192319)
出願日 平成17年6月30日(2005.6.30)
代理人 【識別番号】100101834
【弁理士】
【氏名又は名称】和泉 順一
発明者 安田 丈夫
要約 課題
外観寸法が100W形の一般白熱電球と略同寸法でありながらランプ効率を損なうことなく光出力を確保した電球形蛍光ランプを提供する。

解決手段
特許請求の範囲
【請求項1】
管内径が7.5〜9.0mm、放電路長が500〜600mmであって、最大幅寸法が40〜55mm、頂部から封止端部までの高さ寸法が65〜80mmの螺旋状発光管と;
この発光管内に200〜250mAのランプ電流で放電を生起させてランプ消費電力が16.5〜20Wの範囲内で発光管を点灯させる点灯装置と;
一方側に口金が他方側に前記発光管がそれぞれ取り付けられているとともに、前記点灯装置の電子部品を基板に実装して収容したカバー体と;
を具備していることを特徴とする電球形蛍光ランプ。
【請求項2】
点灯装置は、発光管をランプ電流密度3.5〜5.5mA/mmで放電することを特徴とする請求項1記載の電球形蛍光ランプ。
【請求項3】
カバー体に、発光管を包囲する透光性グローブを取り付け、口金を含む高さが125〜135mmで、最大外径が60〜70mmであることを特徴とする請求項1または2記載の電球形蛍光ランプ。
【請求項4】
発光管の端部から突出し、先端部が口金付近まで延出し、その先端部にアマルガムを収容した細管を設けたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一記載の電球形蛍光ランプ。
【請求項5】
請求項1ないし4いずれか一記載の電球形蛍光ランプと;
この蛍光ランプが装着された器具本体と;
を具備してい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、小形で光出力を改善した電球形蛍光ランプおよび照明器具に関する。
【背景技術】
【0002】
電球形蛍光ランプとして、螺旋発光管を使用しランプ効率の向上を図ったものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このような電球形蛍光ランプは、小形、高効率、省電力、長寿命といった利点を備えているので、白熱電球に代わって広く普及している。実際に、一般白熱電球の40W、60W、100Wに相当する光量を出力する電球形蛍光ランプが商品化されている。
【特許文献1】特開2003−263972号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
一般白熱電球100W形に相当する光量を出力する定格消費電力20〜25W相当の電球形蛍光ランプは、100W形の一般白熱電球よりも外径寸法が大きかったことから一層の小形化が望まれていた。しかし、定格消費電力20〜25Wの電球形蛍光ランプは、一般白熱電球60W形に相当する電球形蛍光ランプに比べて発光管温度が比較的高いので、発光管を支持するホルダや点灯装置も過度に温度上昇して熱劣化するという問題があり、小形化によってこれらの部品がさらに温度上昇するおそれがあるため、安易に小形化することが困難であった。
【0004】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、外観寸法が100W形の一般白熱電球と略同寸法でありながらランプ効率を損なうことなく光出力を確保した電球形蛍光ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
請求項1記載の電球形蛍光ランプは、管内径が7.5〜9.0mm、放電路長が500〜600mmであって、最大幅寸法が40〜55mm、頂部から封止端部までの高さ寸法が65〜80mmの螺旋状発光管と;この発光管内に200〜250mAのランプ電流で放電を生起させてランプ消費電力が16.5〜20Wの範囲内で発光管を点灯させる点灯装置と;一方側に口金が他方側に前記発光管がそれぞれ取り付けられているとともに、前記点灯装置の電子部品を基板に実装して収容したカバー体と;を具備していることを特徴とする。
【0006】
本発明者らは、一般白熱電球100W形に相当する電球形蛍光ランプを小形化するために発光管の形状、各寸法を種々変更して試作を行ない、ランプ効率、ランプ電圧および点灯時のカバー温度等を測定するとともに、発光管の製造コストが抑えられるかという観点も考慮しながら最適な発光管の構成を検討した。また、発光管は、100W形一般白熱電球と同等の外観寸法を確保するために、最大幅寸法が40〜55mm、頂部から封止端部までの高さ寸法が65〜80mmの範囲内に収まることを前提条件として試作設計を行った。その結果、ランプ消費電力が16.5〜20Wの範囲内で発光管を点灯させたときにランプ効率(全光束(lm)/発光管の消費電力(W))を損なわずに、カバー内が過度に温度上昇することなく発光管形状の小形化が可能であって、発光管の製造コストも抑えられる構造としては、発光管の管内径を7.5〜9.0mm、放電路長を500〜600mmとした螺旋状発光管が最適であることを見出した。発光管の管内径が7.5mm未満の場合には、放電路長が長くなって発光管を上記寸法範囲内に収めることが困難である。一般に消費電力一定の条件ではランプ電流が低いと熱損失が抑えられてランプ効率は高くなるが、ランプ消費電力が16.5〜20Wの範囲内で点灯させる発光管の場合には、200mA以上であればランプ効率はさほど低下しないので許容される。また、発光管の管内径が7.5mm未満の場合には、ランプ強度が低下して螺旋形状に加工することが困難である。また、発光管の管内径が7.5mm未満の場合には、蛍光体層への紫外線照射強度が高すぎて可視光変換効率が低下するので、総合的なランプ効率が低下することが分かった。さらに、発光管の管内径が7.5mm未満だと、ランプ電圧および始動電圧が上昇して点灯回路の回路部品の耐圧を必要として部品コストが向上するとともに、ランプ電圧が100Vを超える場合には別途昇圧回路を付加する等、点灯回路が複雑になるおそれがある。また、ランプ電流が250mAを超えると発光管の温度上昇が大きくなってカバー内の各部品の温度が許容範囲を超えるので不可である。さらに、発光管の管内径が9.0mmを超えると放電路長が短くなってランプ電流が250mAを超えるので、ランプ効率が低下してしまう。
【0007】
なお、発光管の消費電力の最適範囲は18〜20Wであり、最大幅寸法の最適範囲は40〜45mm、高さ寸法の最適範囲は70〜75mmである。
【0008】
請求項1記載の電球形蛍光ランプによれば、外観寸法を大きくすることなく、カバー内の温度上昇を抑えて一般白熱電球100W形に相当する光出力を高いランプ効率で得ることができる。
【0009】
請求項2記載の電球形蛍光ランプは、請求項1記載の電球形蛍光ランプにおいて、発光管を電流密度3.5〜5.5mA/mmで放電することにある。
【0010】
本発明者らは、さらに、ランプ電流密度と発光効率との関係を求める実験を行った。この実験では、螺旋発光管として管内径が8.0mmで放電路長が550mmのものを使用した。ランプ効率を最大発光効率の70%以上を確保するには電流密度を5.5mA/mm以下に設定する必要がある。電流密度が5.5mA/mmよりも小さくなると発光効率は徐々に上昇するが、電流密度が3.5mA/mmよりも小さくなると光束立ち上がり特性が悪くなることが分かった。なお、電流密度を3.5〜5.5mA/mmの範囲にすることでランプ電圧を100V以下に低く抑えることができる。
【0011】
従って、ランプ効率を損なわずに100W形の一般白熱電球相当の明るさを充分に確保でき、しかも、光束立ち上がり特性を良好にするには、発光管を電流密度3.5〜5.5mA/mmの範囲で放電する必要がある。
【0012】
請求項3記載の電球形蛍光ランプは、請求項1または2記載の電球形蛍光ランプにおいて、カバー体に、発光管を包囲する透光性グローブを取り付け、口金を含む高さを125〜135mm、最大外径を60〜70mmにしたことにある。
【0013】
このようにすれば、グローブを取り付けても外観寸法を大きくすることなく、カバー内の温度上昇を確実に抑えて光出力の増大を図ることができる。
【0014】
請求項4記載の電球形蛍光ランプは、請求項1ないし3いずれか一記載の電球形蛍光ランプにおいて、発光管の端部から突出し、先端部が口金付近まで延出し、その先端部にアマルガムを収容した細管を設けたものである。
【0015】
このようにすれば、細管の先端部の温度は低くなり、純水銀に近い蒸気圧特性を有するアマルガムを使用しても管内の水銀蒸気圧を最適な状態に保つことができ、発光効率を高めることができる。
【0016】
請求項5記載の照明器具は、請求項1ないし4のいずれか一記載の電球形蛍光ランプと、この蛍光ランプが装着された器具本体とを具備しているものである。
【0017】
このような構成によれば、請求項1乃至4のいずれか1記載の発明の作用を有する電球形蛍光ランプを備えた照明器具を提供できる。
【発明の効果】
【0018】
請求項1記載の電球形蛍光ランプによれば、外観寸法を大きくすることなく、カバー内の温度上昇を抑えて一般白熱電球100W形に相当する光出力を高いランプ効率で得ることができる。
【0019】
請求項2記載の電球形蛍光ランプによれば、さらに、ランプ効率を損なわずに100W形の一般白熱電球相当の明るさを充分に確保でき、しかも、光束立ち上がり特性を良好にできる。
【0020】
請求項3記載の電球形蛍光ランプによれば、グローブを取り付けても外観寸法を大きくすることなく、光出力の増大を図ることができる。
【0021】
請求項4記載の電球形蛍光ランプによれば、さらに、管内の水銀蒸気圧を最適な状態に保つことができ、発光効率を高めることができる。
【0022】
請求項5記載の照明器具によれば、請求項1ないし4いずれか一記載の発明の作用を有する電球形蛍光ランプを備えた照明器具を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0024】
図1および図2は、本発明の実施形態である電球形蛍光ランプを示し、図1は一部を切り欠いて示す正面視の縦断面図、図2は側面視の一部縦断面図である。
【0025】
図3は本発明の実施形態である照明器具を示し、天井面に設置された照明器具を概略的に示した断面図である。
【0026】
10は電球形蛍光ランプであり、発光管11と、発光管を支持する仕切体12と、発光管11の点灯回路を構成し仕切体に支持される回路基板13、仕切体12に支持されるカバー部材14、カバー部材に支持される口金15、仕切体12に支持され、発光管11を覆うグローブ16から構成されている。以下、発光管11を上側、口金15を下側として説明する。
【0027】
発光管11は、1本の直管状のガラス管の中央領域を頂部11aとして、一対の端部11b、11c方向に直線部分を多く残すことなく全てを螺旋状に形成する。
【0028】
螺旋状をなす発光管11の成形は、1本の直管状のガラス管を加熱溶融し、柔らかくした状態で略二等分するように屈曲し、さらに二等分したガラス管の中央領域を頂部11aとして、螺旋状に形成された溝を有する型に沿わせて巻き付けることにより形成する。
【0029】
発光管11は、透明な無鉛ガラスで管外径寸法が約9.4mm、管内径が約8.0mmで構成されており、ガラス管の内面には、例えば3波長発光形の希土類酸化物蛍光体からなる蛍光体層が形成されている。この発光管11の高さ寸法h1は約73mm、最大幅寸法d1は約43mmで構成されている。
【0030】
発光管11の一対の端部11b、11cは、各端部が直線上に対向し、かつ上下方向に延伸して位置するように形成されている。
【0031】
また、発光管の各端部11b、11cは、電極封止端部を構成するもので、フィラメント電極11d、11dがステムシールによって封入されている。
【0032】
各端部11b、11cからは、一対のアウターワイヤが導出されており、後述する点灯回路の出力端子にそれぞれ接続されている。
【0033】
さらに、発光管11には、細管11eが管内部と連通するように一方の端部11cに封止されている。この細管11eは、発光管11を構成するガラスと同様の透明な無鉛ガラスで構成されており、内部に主アマルガム等を封入したもので、後述するカバー部材14の内面形状に沿う形状に曲成して形成する。細管11eの先端部には、例えば水銀比が15%以上のアマルガム10を収容している。
【0034】
発光管11内には、アルゴン(Ar)単体またはアルゴン(Ar)とネオン(Ne)との混合ガス等からなる放電媒体である希ガスを封入する。必要に応じてクリプトン(Kr)等の他の希ガスを封入してもかまわない。
【0035】
仕切体12は、略円盤状の浅い器の形状をなしたもので、アルミニウムのダイキャストで構成され、円盤の盤状面をなす上面に発光管11の支持部となる一対の支持孔12a、12aを貫通して形成する。仕切体12は、アルミニウムのダイキャストで構成するため、アルミニウム層を合成樹脂にコーティングする工程を施すことなく金属層を形成することが可能である。
【0036】
また円盤の下面には開口部12bが空間部を形成し、さらに円盤の外周部に外面に露出するリング状の鍔状部12dを外方の斜め上方に傾斜するように一体に形成する。
【0037】
円盤をなす仕切体12の外径D2は約50mm、鍔状部12dの高さ寸法は約7mmに構成する。この高さ寸法を大きくして鍔状部が外面に露出する面積を広くした方が放熱効果がよい。
【0038】
仕切体12の一対の支持孔12a、12aに、発光管の各端部11b、11cの下端部を挿入し、支持孔と発光管各端部のそれぞれの外面周辺にシリコーン等の耐熱性の接着剤を塗布して固定する。これにより仕切体12の盤状面となる上面に発光管11が支持される。
【0039】
この際、仕切体12の盤状面となる上面がアルミニウムで構成されているため、この面が光の反射面となり、発光管11から下方に向かって放射される光がアルミニウムの上面で上方に反射され、光ロスが発生しない。さらに、この上面に鏡面加工を施し、より反射性能を高めるようにしてもよい。
【0040】
なお、発光管11のリードワイヤーが仕切体12の空間部内に導出され、後述する点灯回路の出力端子に接続される。
【0041】
さらに細管11eが仕切体12の支持孔12aを貫通し、さらに後述する点灯回路の回路基板13を貫通して、カバー部材14の内面形状に沿い、かつ主アマルガムを封入した先端が口金15内に挿入されるように配置される。
【0042】
回路基板13は、発光管11の点灯回路を構成する回路部品13aを実装したもので、回路部品13aは、発光管11をインバータ等を用いて高周波点灯する点灯回路を構成するための部品で、商用電源電圧を整流するダイオード、平滑用の電解コンデンサ、スイッチング素子としてのトランジスタまたは電界効果形トランジスタ、共振インダクタ兼用のバラスト巻線、共振用のコンデンサ、スイッチング制御用の部品等の電子部品で構成する。点灯回路は、例えば、高周波を発生するハーフブリッジ形のインバータ回路によって構成され、点灯時に発光管11に対して200〜250mAの範囲内のランプ電流を通電する点灯制御を行う。
【0043】
これらの回路部品13aは、直径が約40mmの円盤形状をなしたプリント基板から構成された回路基板13の上下両面に実装され、比較的小さな部品が回路基板13の上面に、また比較的大きな部品は下面に位置するようにして配置され、下面に配置された回路部品はカバー部材14さらには一部の部品が口金15の空間部15a内に収納されるようにする。
【0044】
上記のように回路部品13aを実装した回路基板13は、仕切体12下面の開口部12bに、電気絶縁部材となるキャップ状の隔離体13bを介して嵌合し、シリコーン等の耐熱性の接着剤で固定する。
【0045】
この隔離体13bは、図5に示すように浅いキャップ状をなし、ポリブチレンテレフタノール(PBT)などの耐熱性でかつ電気絶縁性を有する合成樹脂で構成し、キャップの開口部に回路基板13を嵌合してシリコーン等の耐熱性の接着剤で固定する。
【0046】
このように一体化された隔離体13bと回路基板13の組立体を、仕切体12の開口部12bに仕切体12と回路基板13との間に隔離体13bが介在するようにして固定する。
【0047】
これにより、金属である仕切体12と回路基板13が隔離体13bにより電気的に絶縁された状態で仕切体12に支持される。同時に回路基板13は仕切体12と熱的にも絶縁された状態で支持される。
【0048】
なお、隔離体13bには一対の小孔が形成されており、発光管11のリードワイヤーおよび細管11eがこの小孔に挿通され回路基板13の出力端子に接続されている。
【0049】
カバー部材14は、上下に開口部を有する略円錐形の円筒状をなし、ポリブチレンテレフタノール(PBT)などの耐熱性合成樹脂で構成する。
【0050】
カバー部材14は、仕切体の鍔状部12dの外面と略連続した上方に傾斜した外面を有し、一般の白熱電球のシルエットに近似した略連続した面を形成するようにする。
【0051】
カバー部材14の下方の他端開口部の外面に口金15を嵌合して支持する。口金15は、導電性の金属材料で構成し、商用電源に配線され接続されたソケットに、ねじ込み等の手段で電気的に接続されて取付けられもので、例えばE26型の口金で構成し、内面に空間部15aを、外面に雄ねじ部15bを形成する。口金15と回路基板13の入力端子とがリードワイヤーにより電気的に接続されている。
【0052】
グローブ16は、透明あるいは光拡散性を有する乳白色などで、ガラスあるいは合成樹脂により、一般白熱電球のガラス球と略同一形状の滑らかな曲面形状を有するように形成されている。
【0053】
グローブ16の下方の開口端部を、仕切体の鍔状部12d内面に形成した凹部内に嵌合し、シリコーン等の耐熱性の接着剤等により固定する。
【0054】
上記のように構成された電球形蛍光ランプは、グローブの最大外径D1が約65mm、ランプ全体の高さ寸法H1が約133mmで、回路損失を含めたランプ電力が23W以下で、かつ全光束が約1500ルーメン(lm)以上のE26の口金を有する小型高出力化した電球形蛍光ランプとして構成され、100W相当の白熱電球と置き換えが可能で、各種の照明器具のソケットにねじ込まれ、点灯回路に電源が投入されて点灯する。
【0055】
上記に構成された電球形蛍光ランプが点灯すると、発光管11の温度が上昇し、グローブ内の空気を加熱させると共に、特に電極11d、11dを有する各端部11b11c近傍の温度が上昇し、グローブ16内の高温の空気と発光管11の各端部11b、11cからの熱の伝導及び放熱によって、仕切体12が加熱され温度が上昇する。
【0056】
しかし、本実施形態では、仕切体12がアルミニウムの熱伝導性の良好な金属で、かつ外周部に外面に露出する高さ約7mmのリング状の鍔状部12dを一体に形成してある。
【0057】
このため、温度が上昇した仕切体12は、一体に形成した鍔状部12dが外気との対流によって熱が奪われ、仕切体全体が冷却される。
【0058】
この際、仕切体12は鍔状部12dを一体に形成してあるので、発光管からの熱の伝導ロスがなく効果的に放熱部である鍔状部12dに伝達され外気によって冷却される。その結果、仕切体12全体の温度が低下し、仕切体に支持された回路基板13及び回路部品13aの温度上昇が抑制される。さらに、アルミニウムは熱の放射率が0.1以下と低いので、仕切体12の裏面から空間部を介する回路基板13側への熱放射も低く抑えられる。
【0059】
この電球形蛍光ランプ1は、定格電力100W相当の一般照明用電球JIS C 7501に定義された外観形状に類似する外形で、口金5の底部からグローブ16の頂部までの高さ寸法H1が130mm〜135mmの範囲になっている。また、最大外径D1、すなわち、グローブ16の最大外径D1が60mm〜70mmの範囲になっている。
【0060】
上記寸法関係はA形の構成に最適であるが、グローブ形状が球形状のG形の場合には、高さ寸法H1を125mm〜130mm、最大外径D1を90mm〜100mmにするのが好ましい。
【0061】
螺旋状の発光管11は、管内径が7.5〜9.0mmの範囲で、電極間の放電路長が5
【0062】
00〜600mmの範囲になっている。これにより、発光管11を点灯制御する点灯回路への熱的影響を抑制して回路部品13aの信頼性を高めることができ、小形で高効率な100W相当の一般照明用電球に相当する電球形蛍光ランプ10が構成される。
【0063】
次に、上記のように構成された電球形蛍光ランプを光源とした照明器具の構成を説明する。図3に示すように、20は店舗等の天井面Xに設置されたダウンライト式の照明器具で、下面に開口部21aを有する金属製の箱状をなした本体ケース21と、開口部21aに嵌合される金属製の反射体22で構成されている。
【0064】
反射体22は、例えばステンレス等の金属板で構成し、下面周囲に飾り枠22a一体に形成されている。反射体22の上面板の中央部には、電球形蛍光ランプの口金をねじ込むソケット23を配設する。
【0065】
このソケット23に、上述した電球形蛍光ランプ10の口金15をねじ込む。これにより螺旋状をなす発光管11を有する電球形蛍光ランプ10が設置されたダウンライト式照明器具が構成される。
【0066】
このように構成された照明器具は、光源となる電球形蛍光ランプの配光が一般白熱電球の配光に近似することで、照明器具内に配置されたソケット近傍の反射体への光の照射量が充分に確保され、反射体の光学設計とおりの器具特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】本発明の実施形態である電球形蛍光ランプの縦断面図。
【図2】図1の一部切欠き縦断面図。
【図3】本発明の実施形態である天井面に設置された照明器具を概略的に示した断面図。
【符号の説明】
【0068】
10…電球形蛍光ランプ、11…発光管、13…回路基板、14…カバー、15…口金、16…グローブ。




 

 


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