発光管及び発光管の製造方法

【課題】渦巻き形蛍光ランプなどの略一平面内を渦巻き状に巻回された巻回部を有する発光管において、従来より高いランプ効率を実現する発光管を提供する。
【解決手段】略一平面内を渦巻き状に巻回された巻回部を有する発光管本体と、前記発光管本体の両端部に配設された一対の電極とを有する発光管であって、前記発光管本体の陽光柱領域に相当する横断面の内周の形状が、前記平面と略垂直な方向に扁平（ｂｉ＜ａｉ）である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光管及び発光管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギー及び省資源の時代を迎えて、近年は照明分野においても、従来の蛍光ランプを代替する種々のコンパクト蛍光ランプの開発が進められている。
特許文献１に開示された渦巻き形蛍光ランプの、その発光管を構成する発光管本体は、略一平面内において渦巻き状に巻回した巻回部を有している。このため、従来の環形蛍光ランプと同等のコンパクト性でありながら、放電距離を稼いで発光量を増大させることが可能である。
【特許文献１】特開２００５−１５８４６７号公報
【特許文献２】特開平９−９２１５４号公報
【特許文献３】意匠登録第９６９８７０号公報（正面図）
【特許文献４】特開平９−４５２８３号公報
【特許文献５】独国特許発明第８６０６７５号明細書
【特許文献６】独国特許発明第８７１９２７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この渦巻き形蛍光ランプが環形蛍光ランプに取って代わる存在になるためには、コンパクト性に加えて、高いランプ効率を実現することが急務である。
しかしながら、渦巻き形蛍光ランプにおいては、同ワットタイプ（例えば４８Ｗタイプ）の環形蛍光ランプと比べて、十分なランプ効率の向上を実現できていないのが現状である。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、渦巻き形蛍光ランプなどの略一平面内を渦巻き状に巻回された部分を有する発光管において、従来の環形蛍光ランプより高いランプ効率の実現を可能とする発光管及びそのような発光管の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の発光管は、略一平面内を渦巻き状に巻回された巻回部を有する発光管本体と、前記発光管本体の両端部に配設された一対の電極とを有する発光管であって、前記発光管本体の陽光柱領域に相当する横断面の内周の形状が、前記巻回部の巻回平面と略垂直な方向に扁平であることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明に係る請求項２に記載の発光管は、請求項１に記載の発光管であって、前記横断面における内周形状の扁平率は、０．３１〜０．８１であることを特徴としている。
また、本発明に係る請求項３に記載の発光管は、請求項１または２に記載の発光管であって、前記扁平な横断面の内周における前記巻回平面と略垂直な方向の縦内径が、３．５ｍｍ〜９．０ｍｍであることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係る請求項４に記載の発光管の製造方法は、外観視略円錐体形状をした二重螺旋体のガラス管を準備する準備工程と、前記二重螺旋体としてのガラス管をその管軸が略同一平面上に並ぶところまで平坦になるように変形させる平坦化工程と、平坦化されたガラス管を、その横断面が前記平面と略垂直な方向に扁平になるように変形させる扁平化工程と、を含むことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る請求項５に記載の発光管の製造方法は、請求項４に記載の発光管の製造方法であって、前記二重螺旋体のガラス管を対向面が略平行な一対の平板の間に配し、両平板の間隔を規制部材が規制する所定間隔まで狭めることにより、前記平坦化工程と前記扁平化工程を一連の工程で行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る発光管によれば、陽光柱領域に相当する横断面の内周の形状が、前記巻回平面と略垂直な方向に扁平であるので、内周の径が長い巻回平面方向への光放射割合を減らすことができるので発光損失を抑制し、ランプ効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本実施の形態に係る二重渦巻き形蛍光ランプ１の平面図であり、発光管２の内部がわかるよう一部を切り欠いて示している。図１（ｂ）は二重渦巻き形蛍光ランプ１の正面図である。
二重渦巻き形蛍光ランプ１は管入力４８Ｗタイプであり、発光管２と、発光管２の両端部に取り付けられた口金３，４とを備えている。
【００１１】
二重渦巻き形をした発光管２は、発光管本体５とこの発光管本体５内の両端部６，７に設けられた電極８，９とを備えている。
発光管本体５は、バリウム・ストロンチウムシリケートガラス（軟化点６７５℃の軟質ガラス）製である。
発光管本体５内面には、蛍光体層１０が形成され、その内部には図示しない水銀及び希ガスが封入されている。
【００１２】
蛍光体層１０は、例えば、赤（Ｙ₂Ｏ₃:Ｅｕ³⁺）、緑（ＬａＰＯ₄:Ｃｅ³⁺,Ｔｂ³⁺）及び青（ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇:Ｅｕ²⁺）の各色を発光する蛍光体を混合した希土類蛍光体を塗布することで形成されている。
発光物質である水銀は、発光管本体５内部に水銀単体の形態で５ｍｇ封入されている。なお、水銀の封入形態は、上記水銀単体の形態の他に、ビスマス・インジウム水銀などのアマルガムの形態で封入してもよい。
【００１３】
希ガスとしては、発光管本体５内に、アルゴン（Ａｒ）が封入圧が約５００Ｐａとなるように封入されている。
発光管本体５は、中央部１１と、この中央部１１を挟んで対向する両端部６，７と、両端部６，７と中央部１１との間に位置し、渦巻き状に巻回する巻回部１２とからなる。
なお、端部７には、排気管１３（発光管本体５排気後に、先端部封止）が封着されている。
【００１４】
巻回部１２は、中央部１１から時計回りに一方の端部７まで巻回する右巻回部１４と、同じく中央部１１から時計回りに他方の端部６まで巻回する左巻回部１５とからなる。したがって中央部１１は右巻回部１４と左巻回部１５の折り返し部となっている。
発光管本体５は、その管軸が略同一平面内に含まれている。なお、必ずしも管軸が全長に亘って同一平面内に含まれている必要はなく、少なくとも巻回部１２の管軸が略同一平面内に含まれていればよい。
【００１５】
電極８，９はタングステンフィラメントコイルであって、それぞれリード線１６ａ，１６ｂ、リード線１７ａ，１７ｂを有している。
リード線１６ａ，１６ｂ及びリード線１７ａ，１７ｂは、発光管本体５内から外部に延出しており、口金３，４の電源接続端子ピン１９ａ，１９ｂと電気的に接続される。
なお、ランプ１は、口金３，４を介して図示しない灯具に取り付けられ、この灯具に設けられた高周波専用の電子安定器により点灯される。点灯時（放電時）には、発光管本体５内の一対の電極８，９間のほぼ全域が柱状をした陽光柱領域となる。
【００１６】
発光管本体５は、中央部１１を除く、残り全ての部分の横断面が、巻回部１２の巻回平面と略垂直な方向（以下、巻回平面の方向を「横方向」といい、この方向に略垂直な方向を「縦方向」という場合がある。）に扁平となっている。
なお、中央部１１は、点灯時に最冷点が形成される箇所であり、ランプ効率が最大となる最冷点温度（５５℃〜６５℃）になるようにその形状は設計されている。
【００１７】
図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。なお、図２では蛍光体層１０を取り除いた状態で示している。
図２に示すように、横断面の内周（内側の線）の形状は、従来のような円形ではなく、縦方向に扁平となっている。横断面の形状は競争路状（トラック状）であるとも言い得る。
【００１８】
このように、横断面の形状が扁平であるため、特に縦内径が短い分、陽光柱プラズマ領域における電子及び水銀イオンの管内壁への拡散距離を実質的に短くすることが可能となる。
このため、電子温度を上昇させて、蛍光体膜１０（図１参照）において可視光に変換される２５３．７ｎｍの紫外線の放射効率を増大させることができ、もって発光効率を向上させることが可能となる。
【００１９】
また、縦内径が短いため、発光管２からは、その巻回平面と垂直な方向へ放射される光の割合が多くなるため、例えば発光管２を備えた蛍光ランプ１をその巻回平面が水平になるように設置した場合に、直下方向（直上方向）への照度を強めることができ、照明用途に有用である。
その一方で、横内径が長い分、発光管２からは巻回平面に平行な方向へ放射される光の割合が少なくなる。従って、放射された光が発光管２の巻回部１２等に吸収されること、すなわち発光損失をも抑制できる。
【００２０】
この点、限られた空間内で放電距離を稼ぐために、巻回部１２の渦巻き部分どうしの隙間が狭化する状況にある。本実施の形態によれば、上記隙間が狭くなっても発光損失を抑制でき、コンパクト性と高ランプ効率を両立し得ることとなる。
なお、電極８，９が設けられる位置は、陽光柱プラズマ領域でないため、この電極８，９の位置に相当する発光管本体５の両端部の横断面は略円形としても構わない。
【００２１】
次に、蛍光ランプ１の各部材の具体的な寸法を記す。
発光管本体５の最大外囲径Ｄ＝１８６ｍｍ、巻回部１２間の隙間＝３．５ｍｍ、発光管本体５の平均肉厚ｔ＝０．９ｍｍ、電極８，９間距離＝１３００ｍｍ、中央部１１の最大管外径＝１７．５ｍｍ、横断面の横内径ａｉ＝１６．１ｍｍ、横断面の縦内径ｂｉ＝６．０ｍｍ、横断面の直線部分ｃ＝８ｍｍ。
【００２２】
この寸法の蛍光ランプ１を試作して、特性測定を行ったところ、管入力４８Ｗにおいて初期光束４８２０（ｌｍ）でランプ効率１００．４（ｌｍ／Ｗ）という良好な結果が得られた。
なお、比較のため管内径１１．２ｍｍ、管外径１３．０ｍｍの横断面が略円形で、巻回部間の隙間が約８．８ｍｍの発光管本体（本実施の形態に係る発光管本体５は、この発光管本体を扁平に加工したものである。）を製作し、これを備えたランプの特性を測定したところランプ効率は、８９．９（ｌｍ／Ｗ）に過ぎなかった。
【００２３】
続いて、発光管本体の縦内径（ｂｉ）の長さとランプ効率との関係等を調べた試験の結果について述べる。
図３は、本試験結果を示す図であり、図３（ａ）は、縦内径（ｂｉ）とランプ効率の関係を示し、図３（ｂ）は試験に用いたランプの扁平率を示す。
ここで、扁平率ｆの計算式は次に示す通りである。
【００２４】
ｆ＝[（ａｉーｂｉ）／ａｉ]
本試験は、図１と同様の構成を備えたランプにおいて、横断面の内側の外囲全長（約３５ｍｍ）を固定して、縦内径（ｂｉ）及び横内径（ａｉ）の２つの寸法パラメータを変化させることによって行った。
同図に示すように、主としてランプ効率は縦内径に依存しており、特に、縦内径が３．５ｍｍ〜９．０ｍｍの範囲において、同ワットタイプ（４８Ｗ）の環形蛍光ランプのランプ効率９２．９（ｌｍ／Ｗ）と比べて、５％以上[９２．９（ｌｍ／Ｗ）×１．０５＝９７．５（ｌｍ／Ｗ）]高い結果が得られ、有効な高効率（省エネ）化を実現できる結果となった。
【００２５】
ここで、縦内径が３．５ｍｍより小さくなるとランプ効率が下がるのは、陽光柱プラズマ領域において電子温度が過度に上昇して、１８５ｎｍ紫外線や電極損失の増大と、２５３．７ｎｍ紫外線の相対的な減少をもたらしたことに起因する。なお、図３（ｂ）における「評価」の項目において、「○」は５％以上の高い結果が得られたものを、「△」はランプ効率の向上は見られたものの著しいものではなかったことを示す。
【００２６】
続いて、本実施の形態に係る発光管の製造方法について説明する。
＜発光管の製造工程の概略＞
図４は、発光管を製造する工程の概略を説明するための図である。
最初に製造工程の流れを簡単に説明し、その後各工程について説明する。
先ず、図４の（ａ）に示すように、直管状のガラス管２１を用意し、このガラス管２１を加熱により軟化させる。続いて、図示しない円錐状の形成治具の錐面に沿って巻き付け、両端部の不要な部分を切断により除去することにより、図４（ｂ）に示すような二重螺旋体としてのガラス管２２を形成する（準備する）。このガラス管２２は、巻回方向から見た外観形状が略円錐体形状をしており、頂部には突出部２３が形成されている。
【００２７】
その後、二重螺旋体のガラス管２２の内面に蛍光体懸濁液を塗布し、ガラス管２２を加熱して焼成処理を行う。この焼成処理は、次に述べる平坦化工程・扁平化工程における加熱を利用して行っても良く、これにより生産効率アップと製造コスト低減が図られる。
そして、上記ガラス管２２を再度加熱し、ガラス管２２を、その中心軸Ｚの方向にガラス管２２の管軸が略同一平面上に並ぶところまで平坦に変形させ（平坦化工程）、そのままガラス管の横断面が仮想軸Ｚ方向（上記平面と略垂直な方向）に扁平になるように変形させる（扁平化工程）。
【００２８】
この後、ガラス管２２の変形により形成された発光管本体５の、その両端部に電極を封着する電極封着工程、内部に水銀及び緩衝ガスを封入する封入工程を経て発光管２が製造される。
＜平坦化・扁平化工程＞
次に、図５〜図７を参照して本実施の形態に係る平坦化・扁平化工程について説明する。
【００２９】
図５，図６は平坦化・扁平化工程を説明するための図である。図７は、平坦化・扁平化工程で使用する加熱炉の概略図である。
平坦化・扁平化工程に用いる治具２４は、ガラス管２２を仮想軸Ｚの方向から挟む構造をしており、一対の平板（可動板２５と固定板２６）と、両平板の対向面が平行な状態で接離するように案内する６本のガイド棒２７ａ〜２７ｆを備えている。なお、可動板２５及び固定板２６は、平面視した場合に、略正方形状をしている。
【００３０】
可動板２５の、上記ガイド棒２７ａ〜２７ｆに対応する位置には６個のガイド孔２８ａ〜２８ｆが穿設され、中央位置には突出部２３用の退避穴２９が穿設されている。
固定板２６の主面の四隅には、可動板２５との近接を規制するストッパー３０ａ〜３０ｄがそれぞれ設けられている。ストッパー３０ａ〜３０ｄの高さは互いに等しく、その高さは横断面を扁平にするために横断面略円形のガラス管２２の管外径より短く設定している。このストッパー３０ａ〜３０ｄの高さが、変形工程後のガラス管２２の横断面の縦外径の長さとなる［縦内径（ｂｉ）＝縦外径（ａｉ）ー２（肉厚ｔ）となる]。
【００３１】
なお、ストッパー３０ａ〜３０ｄを固定板２６に設ける代わりに、可動板２５に設けても構わない。
各部材の材質と寸法は次の通りである。
可動板２５及び固定板２６は、ステンレス鋼からなる。可動板２５の重量は、約１．２ｋｇである。
【００３２】
ガイド棒２７ａ〜２７ｆは、外径が２．５ｍｍで、周方向に３５ｍｍ間隔で固体板２６に設けられており、また、ガイド孔２８ａ〜２８ｆの直径は、２．６ｍｍである。
続いて、二重螺旋体としてのガラス管２２を平坦になるように変形させる平坦化工程と、横断面を扁平になるように変形させる扁平化工程についてさらに詳しく説明する。
まず、治具２４を準備し、可動板２５と固定板２６との間に、図６（ａ）に示すようにガラス管２２をセットする。なお、ガラス管２２をセットする際には、可動板２５を取り外しても良いし、可動板２５と固定板２６との間隔を広くした状態でセットしても良い。
【００３３】
セットする位置は固定板２６の主面の略中央の位置であって、可動板２５の退避穴２９に突出部２３がちょうど入りこむ位置である。このとき、退避穴２９の周縁が突出部２３に当接する。
次に、図７に示すように、治具２４をコンベア３３により加熱炉３４内に搬送して、ガラス管２２の外周面が略６００℃になるように加熱する。
【００３４】
このとき、軟質ガラスであるガラス管２２が、軟化点６７５℃近くになるため、塑性変形可能な状態となり、可動板２５はその自重により下降（固定板２６に接近）し始める。
この接近は、可動板２５が固定板２６のストッパー３０ａ〜３０ｄに接触するまで続き、その過程で、図６（ｂ）に示すように、ガラス管２２は平坦に変形され、そして、図６（ｃ）に示すように、横断面が略円形から扁平へと変形される。このように平坦化と扁平化は一連の工程においてなされるので製造コストの点で有利である。
【００３５】
このようにして、管軸が略同一平面上に位置し、その横断円が上記平面と略垂直な方向に扁平である発光管本体５が得られる。
なお、ガラス管２２の変形に用いる治具は、基本的に可動板２５の重量を利用したものであり、その構造が非常に簡単であるため、発光管本体５を安価に製造できる。
＜その他＞
（１）本実施の形態では、横断面の形状が扁平の一例として競争路状（図２参照）の場合を説明したが、直線部分を有しない扁平な楕円形状であってよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る発光管によれば、コンパクトで、しかも従来より高いランプ効率を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１（ａ）本実施の形態に係る二重渦巻き形蛍光ランプ１の平面図、図１（ｂ）二重渦巻き形蛍光ランプ１の正面図
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図
【図３】試験結果を示す図
【図４】発光管を製造する工程の概略を説明するための図
【図５】平坦化・扁平化工程を説明するための図
【図６】平坦化・扁平化工程を説明するための図
【図７】平坦化・扁平化工程で使用する加熱炉の概略図
【符号の説明】
【００３８】
１蛍光ランプ
２発光管
５発光管本体
６，７発光管本体の端部
８，９電極
１２巻回部
１４右巻回部
１５左巻回部
２２ガラス管（二重螺旋体）
２４治具
２５可動板
２６固定板
３０ａ〜３０ｄストッパー

【特許請求の範囲】
【請求項１】
略一平面内を渦巻き状に巻回された巻回部を有する発光管本体と、
前記発光管本体の両端部に配設された一対の電極とを有する発光管であって、
前記発光管本体の陽光柱領域に相当する横断面の内周の形状が、前記巻回部の巻回平面と略垂直な方向に扁平であることを特徴とする発光管。
【請求項２】
前記横断面における内周形状の扁平率は、０．３１〜０．８１であることを特徴とする請求項１に記載の発光管。
【請求項３】
前記扁平な横断面の内周における前記巻回平面と略垂直な方向の縦内径が、３．５ｍｍ〜９．０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の発光管。
【請求項４】
外観視略円錐体形状をした二重螺旋体のガラス管を準備する準備工程と、
前記二重螺旋体としてのガラス管をその管軸が略同一平面上に並ぶところまで平坦になるように変形させる平坦化工程と、
平坦化されたガラス管を、その横断面が前記平面と略垂直な方向に扁平になるように変形させる扁平化工程と、
を含むことを特徴とする発光管の製造方法。
【請求項５】
前記二重螺旋体のガラス管を対向面が略平行な一対の平板の間に配し、両平板の間隔を所定間隔まで狭めることにより、前記平坦化工程と前記扁平化工程を一連の工程で行うことを特徴とする請求項４に記載の発光管の製造方法。

【図１】