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「光・ひかり」の豆知識 蛍光ランプ技術解説 その1

蛍光ランプ技術解説 その1

蛍光ランプの特長

寿命が長く、ランプ効率が高いなど経済性に優れています。
演色性(物の色の見え方)が良く、光色も豊富にラインナップしていますので、様々な用途や分野に対応できます。発光面積が大きく、影の少ない広がりのある光が得られます。
最近では、地球の資源と環境保全の為、エネルギー効率を考慮した細くて明るい高周波点灯専用形が新しい光源として使用され、増加しています。

「ランプ効率」については、こちらを参照

蛍光ランプの特長

蛍光ランプの構造

蛍光ランプは、
・蛍光物質が塗布されたガラス管
・ガラス両端に取付けられた電極
・封入ガス(アルゴン又は混合希ガス)
・微量の水銀
とで構成されています。

電極はコイル状のフィラメントにエミッタ―(電子放出物質)を塗布してあり、ガラス管内には3の封入ガス(2〜4hPaの圧力/1気圧=1013hPa。)と4の水銀が封入されていて、より放電しやすくなっています。

蛍光ランプの構造

蛍光ランプの発光原理

点灯(始動)時のしくみ

電極(陰極)に電流を流して余熱されます。
高温になったエミッタ―(電子放出物質)から電子が大量に放出されます。
放出された電子は反対側の電極(陽極)に引かれて移動し、放電が始まります。
放電により流れる電子はガラス管内に封入された水銀原子と衝突します。
衝突した水銀原子は電子のエネルギーを受け、紫外線を発生します。
ガラス管内に塗布された蛍光物質が紫外線を受けて可視光線を発生させます。

蛍光ランプの光色は蛍光物質の種類によって決まり、蛍光物質を選択・調合することにより白色・昼白色・青色・緑色など種々の光が得られ、ランプの使用場所、使用目的などに応じて光色を選ぶことができます。

蛍光ランプの発光原理

技術トピック

高周波点灯専用蛍光ランプの開発

蛍光ランプの消費電力低減の例としては、これまでに「ワットブライター」が開発されてきましたが、既存の点灯器具で点灯できることが前提で開発されており、ランプ設計上の制約条件がありました。
これに対し、高周波点灯専用形蛍光ランプでは高周波点灯による効率の向上に加えて専用の電子安定器とランプを組み合わせルことにより、始動困難、放電不安定の問題を解消し、また、ランプ電力も変更できるようになり、管状、形状、効率など、新しいランプの設計に広がりが出ました。
また、これらのランプの内、一部の品種については定格点灯だけでなく高出力点灯もできるような電極設計にしています。
蛍光物質には明るく、物の見え方がきれいな3波長形を採用しています。更にガラス管内に保護膜を設け、点灯中の明るさの低下が少なくなるよう改善を図りました。
また、高周波点灯用照明器具には、
・ちらつきが少ない
・安定器の唸りの少ない
・50Hz・60Hz地区両用で使用できる
などの利点があります。

周囲温度特性改善

蛍光ランプは、周囲温度の影響を受けて明るさが変化します。これはランプ管内の水銀蒸気圧がランプ管内の最冷部温度により変化する為です。従来の蛍光灯ランプでは最冷部がランプ中央部に形成される為、高出力点灯時には周囲温度が約15℃で明るさが最大になっていました。しかし、実際に器具を装着して使用する場合、器具温度が上昇する為に、一般的に全光束が低下する傾向にあります。
これを改善する為に、ランプ片側の電極高さを高くして、この管端部分に最冷部分を形成することにより、高い周囲温度でも、明るさの低下を抑える構造を採用しました。これにより、高出力点灯時における明るさのピークはランプ周囲温度30℃で得られ、周囲温度25℃〜40℃迄の範囲でほぼフラットな明るさが得られるようになりました。

代表的な製品

東芝ライテック ネオスリムZ/ ネオスリムZスクエアなど。

東芝ライテック ネオスリムZ/ ネオスリムZスクエアなど。

水銀定量封入技術

蛍光ランプでは発光の原理上微量の水銀が不可欠です。必要最低限度の水銀がランプ管内に確保されていないと点灯中に水銀が枯渇して、ランプが本来の寿命を全うできない事があります。一方、環境上は封入水銀量を極力少なくする事が望ましいことは言うまでもありません。

微量の水銀を蛍光灯に封入する方法には次のようなものがあります。

水銀放出リング方式

黒化防止の為に電極にシールドリングを採用しているランプでは、水銀を含む金属間化合物を塗布した金属リボンをシールドリングとして使用することにより、水銀の定量封入を実現しています。
まず、この金属リボンをランプの種類毎に必要最低限度の水銀量を含む長さでリング状に成形し、これを電極部に取付け、ランプ製造工程でランプ管内に水銀を放出する方法です。
( 例:ラピッドスタート形蛍光ランプなどに使用されます。)

水銀ペレット方式

水銀ペレットとは水銀と金属との合金で、直径約1mm程度の固形粒の事です。水銀は金属の母体の中に一定の割合で含まれていますので、水銀ペレットの量を調整することで、ランプに必要最低限の水銀を入れる事ができます。
この方式を採用しているランプでは、
・ランプを振ると微かに何かが動く音がする。
・ランプを点灯するとペレットの影が見える。
などの特徴がありますが、異常ではありません。いずれもランプ管内でペレットが動く為に起こる現象です。

アマルガム方式

水銀ペレット方式と似ていて、アマルガム(水銀合金)を使用することで、蛍光灯管内へ必要最低限の水銀を封入して利用できる方法。合金の中に一定の割合で水銀が含まれているので、入れる合金の大きさ・量を調整することでランプに必要最低限の水銀を封入することができます。小型ランプに水銀を封入するのに適した方法で、主にコンパクト型蛍光灯や電球型蛍光ランプでとられる方法です。
この方法では適切な水銀蒸気圧特性を持つアマルガム組成を選択することによりランプの周囲温度に依存せずに最適な水銀蒸気圧を実現することができます。

滴下方式

直に水銀を蛍光灯管内に滴下する方法。水銀そのものを直に扱うのでランプ管内に入れる水銀を必要最低限に抑えるために厳しい工程管理を行う必要があります。