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電気設備の知識と技術 > 照明設計・電球の知識 > 蛍光灯の種類と点灯の仕組み

蛍光灯とは

蛍光灯は、ランプ内の放電で発生する紫外線を蛍光物質に当て、可視光線として取り出せるランプである。電流を流すことで放出された電子と、蛍光灯内部の水銀が接触すると紫外線が発生する。この紫外線が蛍光物質と反応し、可視光線として光を生み出すというのが、蛍光灯の仕組みになる。

蛍光灯の両端に取り付けられている「エミッタ」という部品は、電流を流すことで電子を放出する。蛍光灯の中には不活性ガスとともに水銀ガスが封入されており、管の内面には紫外線に反応して発光する蛍光物質が塗布されている。

蛍光灯の内部に塗布された蛍光物質の種類に電球色や温白色、昼白色、昼光色など、数多くの色温度を作り出せるため、家庭用、業務用などで幅広く使われている。

リビングなどで団らんのあかりを求めた場合は電球色の蛍光灯を選定したり、書斎や勉強室では昼白色を選定したりと、生活スタイルや用途にあわせて、蛍光灯の色を決めることが可能である。

蛍光灯は、1954年頃に、国内初のラピッドスタート型蛍光灯が開発された。事務所の業務施設では、即時点灯型の蛍光灯が一般的になった。その後、霞が関ビルなどでシステム天井が採用されたのが1968年頃である。2灯用下面開放埋込型の蛍光灯が主流となった。

1975年頃には、VDT作業が多くなり、グレアカットルーバを備えた蛍光灯が流通するようになった。1991年には、インバーターにより点灯効率の向上やチラツキを防止したHf蛍光灯が開発されている。

現在はLED光源に置き換えられているが、10年ほど前まではHf蛍光灯が主流であった。長寿命Hf蛍光灯や、大光束Hf蛍光灯など、さらに改良が進められた製品が販売されている。グローランプを使用した蛍光灯は1950年頃から販売されているが、キッチンライトなど、FL10W程度の小型製品を除き、ほとんど採用されることはない。

オフィスのシステム天井の写真

水銀封入方式による発光方式の違い

蛍光灯の内部には微量の水銀が封入されており、この水銀分子が無ければ、蛍光灯は発光できない。水銀は環境上有害な物質であるため、過多な封入を行うことは不可能である水銀を蛍光灯内部に封入する方法として、水銀ペレット方式、水銀放出リング方式、アマルガム方式の3種類が代表的である。

水銀ペレット封入方式

水銀ペレットは、水銀と亜鉛を合金とした直径1mmの粒子で、水銀ペレットの大きさや個数を調整して、蛍光灯内に一定量の水銀を封入する。

水銀ペレット方式を採用している蛍光灯は、ランプ内部に金属粒子を封入している関係上、ランプを振るとカラカラと音がする。ランプを点灯した際に、水銀ペレットの影が見えるのが特徴である。

水銀放出リング方式

黒化防止のため、電極にシールドリングを使用する方式である。水銀放出リング防止機では、水銀化合物を塗布した金属リポンをシールドリングとして電極部に取付け、ランプ製造工程中に、管内で水銀を放出させるという封入方式となる。

アマルガム方式

コンパクト蛍光灯や電球形蛍光灯は、コンパクト化による放熱性能の悪化により、ランプ温度が高くなる。高温でも安定した明るさを維持するため、アマルガムという水銀合金に水蒸気圧の制御を行っている。

蛍光灯の種類と形状・特性の違い

蛍光灯には種々の形状があり、ベース照明用として使用される直管形、デスクライトに使用されるコンパクト形、トイレや廊下などダウンライトに使用する電球型蛍光灯などが普及している。

ここでは、建築物の電気設備設計で広く用いられている蛍光灯の種類、形状について、選定方法や使い分けを含めて解説する。

直管蛍光灯

棒状の蛍光灯器具で、4Wから110Wまで多種多様なラインナップがある。住宅では洗面器やキッチン手元灯として20Wのランプを使用することが多く、業務用では40W級(Hf32W)、スーパーマーケット等では40W級(Hf32W)の他に110W級が良く使われる。

蛍光灯は、3波長域発光をさせることで、高い発光効率と演色性を持たせている。「青:波長450nm」「緑:波長450nm」「赤:波長610nm」の3波長域の光を集中させることで、明るさを損なうことなく、演色性を高める事ができる技術として普及している。

演色性能が高い蛍光灯を利用することで、光の照射対象の本来の色を再現できる。一般に市販されている蛍光灯では太陽光と比較して70%~80%の演色性しか得られないが、美術館用や食品陳列用として、演色性能99%の演色AAAというクラスの器具も販売されている。

蛍光灯の点灯方式は、グロースタータ形蛍光灯(FL)とラピッドスタート形蛍光灯(FLR)がある。FLは住宅用として広く普及しており、ランプの種類が非常に多いという特徴がある。点灯に時間がかかるため、頻繁にオンオフする部屋や即時点灯を求める部屋には向いていない。長さによって寿命がまちまちなので注意が必要である。

FLRは電球の種類が非常に少ないが、即時点灯性能が非常に良いため事務所等の業務施設に大量に使用されていた。今はHf蛍光灯が主流になっており、水銀規制の国策にあわせて、LED照明への置き換えが進んでいる。

天井に取り付けられた逆富士型の照明器具

コンパクト形

片口金のピン構造になっており、ダウンライト等で使用されている蛍光灯である。スクエア型蛍光灯や電気スタンド照明に良く使われているFPL蛍光灯やFPH蛍光灯、ダウンライトに使われているFDL蛍光灯、FHT蛍光灯など、豊富な種類がある。

ピンを差し込むだけでランプ交換ができるため、メンテナンスが容易である。ランプを回転させて固定する必要がないため、大量のランプ交換を行う場合に適している。コンパクト形の蛍光灯にはねじ込み式の製品もあり、パナソニックのパルックボールスパイラル電球など、蛍光灯が家庭用の電球としても普及していた。これも現在ではLED電球が一般的になっており、置き換えが進んでいる。

パルックボールスパイラル電球の写真

電球形

白熱電球と同じサイズ、形状で作られた蛍光灯である。E26口金やE17口金器具への取付が可能である。家庭用で普及している電球では、点滅回数を大幅に強化したランプが開発されており、繰り返し点滅させても、寿命に大きな影響を与えないようになる。安定器とスターターは電球に内蔵されており、レセプタクルに取付けるだけで点灯できる。

点灯直後の光束が低く、最大光束になるまで数秒から数十秒の時間を要する。トイレなど頻繁にオンオフを繰り返し、かつ使用時間が短い用途だと、最大光束に達する前に照明をオフにするため注意が必要である。

埋込型蛍光灯の特徴

直管蛍光灯は、主に事務所等の執務室で使用される。床面や机上面を効率良く照射することに特化した器具であり、天井内に器具全体を飲み込ませることで天井面がすっきりとする。下面にルーバーやパネルを設置できるものも販売されており、室用途によって使い分ける。

従来のFLRタイプの蛍光灯は幅300mmであるが、今はHf蛍光灯が主流なので幅220mmのものが多く使用されており、より天井面がすっきりとするようになった。Hf蛍光灯は輝度が若干高く、グレア対策に注意が必要である。

下面開放

もっとも基本になる方式の蛍光灯である。天井内に蛍光灯器具本体を埋め込んで使用する。蛍光灯が露出しているため、最も効率的に光を活用でき、ランプ交換も容易で低コストである。ランプがそのまま見えることによりグレアが気である。

埋込み型照明器具が点灯している写真

ルーバー付

下面開放器具に遮光ルーバーを設置したタイプの蛍光灯である。ランプ本体をルーバーで目隠しすることで、ディスプレイやモニターへのランプ映り込みを防止しており、OA化された事務所では必須の蛍光灯方式である。ランプ交換時でルーバーに指紋が付くことがあるため、清掃をこまめに行わなければならない。

近年の事務所は、パソコンとモニターを使用するのが前提の運用方法になっているが、液晶モニターへの映り込みはほとんどないため、ルーバー付き照明器具でなくてもほとんど支障ない。

ルーバー付き照明器具の写真

パネル付

下面開放の蛍光灯器具に、アクリルやガラスの乳白パネルを取り付けた照明器具である。蛍光灯の光を和らげ、不快グレアを大きく緩和する。手元照度が若干低くなり、パネルの清掃を頻繁に行わないと汚れが目立つうえ、照明効率が悪化するので、規定の照度を確保する場合、設計照度を若干高めに設定すべきである。

パネル付き照明器具の写真

グレアカット型

埋込形蛍光灯の取付位置が上部奥深くなっており、蛍光灯を目視しにくくしているタイプである。人間の目の高さから、上下30度に高原がある場合、グレアを感じるといわれるが、このタイプの蛍光灯器具では、30度のグレアをカットするように作られているためグレアを感じない。グレアによる集中力の欠如を防止できるため、主に学校教室などで使用される。

空調ダクト回避型

蛍光灯本体の埋込深さが60mm程度になっているため、天井裏に敷設する空調や換気ダクトと干渉しない蛍光灯である。建築計画上、天井裏に余裕が取れない場合に良く採用され、空調機やダクトの配置に左右されず、照明計画できる。

一般的な埋込型器具と比較してコストが割高であり、多用するとコストアップである。

Cチャンネル回避型蛍光灯

空調ダクト回避型蛍光灯をよりも薄く、本体埋め込み深さが20mm程度の蛍光灯である。軽天下地と干渉しない薄さであり、ボードと吊り材分の厚さがあれば、照明器具が設置できる。

Cチャンネル回避型蛍光灯の場合、パネル付器具の採用が困難である。蛍光灯とパネルの距離がほとんどないため、パネル面に蛍光灯のラインがはっきりと見えてしまうため、パネル全体を明るくすることができない。下面開放とするのが良い。

直管直付型

倉庫や機械室など、機能性を重視した室に採用される。埋込型器具と比べて意匠性に劣るが、ランプ効率が高く、より明るく照らしたい場合に有効な器具である。

富士型

反射板が山形になっている蛍光灯であり、天井がある部屋で使用される。器具効率が非常に良く、床面だけでなく天井面も明るく照らされるため、部屋全体が明るい雰囲気である。直付型蛍光灯の中ではもっとも安価である。逆富士器具とも呼ばれている。

逆富士型蛍光灯の写真

反射笠付蛍光灯

両端に下向きの反射板を取り付けた蛍光灯で、下向きの照明効率を向上させている。レースウェイやケーブルラックの下部に設置したり、天井スラブから吊り下げたりして設置する。機械室や駐車場に良く使われる。

天井面への光の反射がほとんどないため、執務空間で使用すると、天井面が暗くなることで陰鬱な雰囲気となる。天井面への反射が必要であれば、逆富士形などが良い。

片反射笠付

器具片側に反射板を取り付けた蛍光灯で、片側を重点的に照射したい場合に使用する。駐車場の外周部や、屋外避難階段、室外機置場など、光を片方にのみ照射したい用途に適している。

笠なし

トラフとも呼ばれ、直方体のベース器具に蛍光ランプを取付けている。反射板がないため、間接照明として使用するのに向いている。

防湿・防雨型

ランプ差込口に防水キャップが付いており、湿気や水が入らないような措置を施した蛍光灯である。軒下など、雨掛りになる部分に設置する。

雨掛りの場所で一般器具を使用すると、器具が漏電を起こしたり、ランプ接点が水損して絶縁性能が劣化し危険である。ランプと本体の接点同士が癒着し、ランプが外れなくなるといった事故にもつながる。

密閉型

ランプ、充電部をカバーで密閉した蛍光灯器具である。ランプの保温効果があるので、低温でも照度が十分に確保でき、また充電部が密閉されているので火花による引火の可能性を低減できる。IP性能が規定されており、防塵・防水性能が数値で規定されている。

特殊蛍光管の種類と特徴

特殊用途の蛍光灯として、飛散防止膜付き、紫外線カットタイプ、殺菌ランプ、ブラックランプなど多種多様な蛍光管が生産されている。

飛散防止膜付蛍光灯

蛍光管の外面に、ポリエステルフィルムの合成樹脂被膜を施し、破損時の飛散を防止している。万が一ランプに衝撃を受けたとしても、ガラス片の破損が少なく安全である。学校教室、美術館や博物館、食品工場、電車の車両内部、サーバー室やコンピュータールームなど、ランプ破損による二次被害が大きくなる場所では、飛散防止膜付きの蛍光灯採用が望まれる。

飛散防止膜付き蛍光灯は非常用照明、誘導灯用のランプとして使用できない。防爆形や高温型など、特殊環境用照明器具の内蔵ランプとして使用することもできないため、使用時には注意が必要である。

飛散防止膜付き蛍光灯は、一般使用の蛍光管にフィルムが付着している関係上、産業廃棄物として処分・撤去する場合に追加コストが発生する。処分・撤去を依頼する業者へ確認すると良い。排出時に分別するよう求められる。

高演色性蛍光灯

演色評価数を100に近づけることで、照射対象物の色を忠実に再現できる蛍光灯である。色彩検査用として適している。一般蛍光灯よりも演色評価数が高いのが特徴であるが、演色性を高めることにより光束量が少なくなっているため、同一照度を確保する場合は台数を増やす必要がある。

紫外線吸収膜付

蛍光灯からの紫外線放射量を抑え、衣料や書籍などへの色あせ被害を防止できる蛍光灯である。演色性が低いため、美術館や博物館の展示物照射用に使用するのには適していない。

副次的な効果として、紫外線放出量が少ないことにより、若干の低誘虫効果を期待できる。イエローランプなど専用の低誘虫ランプよりも効果が薄いため、荷捌き場、料金徴収所など、本格的な低誘虫効果を必要とする場所での採用は避けるべきである。

カラー蛍光灯

単色の蛍光物質を塗布した蛍光灯で、赤、青、緑のカラー照明できる。商業施設やショーウインドウ等の演出用として広く使用されている。果樹園など害虫の誘引をできる限り避けたい場合、純黄色の蛍光灯を使用することが望まれる。すべての色が黄色となるため、色の判別は不可能である。

ブラックライト蛍光灯

可視波長をカットし、蛍光作用の強い近紫外線域である352nmの波長を効率良く放射させる蛍光灯である。可視光線を吸収し紫外線を透過させる特殊なフィルターコーティングがされている。

鉱石等の鑑定、衣類のシミや汚れの検出に使用される。カラオケボックス等で、ブラックライト蛍光灯を用いて演出している事例もある。

一般照明器具にそのまま取り付けられるが、通常蛍光灯の反射板は白色のメラミン塗装がされているため、波長400nm以下の光をほとんど反射しない。もし反射効率を上げる場合、メラミン塗装ではなくアルミニウム反射板を利用するのが効果的である。

ブラックライト蛍光灯の光は、殺菌効果のある蛍光灯ではないが、長時間接近していると眼や肌に悪影響を及ぼす可能性があるため、保護のため眼鏡やグローブを装備することが望まれる。

放出する波長の違いを利用した特殊な蛍光灯

蛍光灯は、光の波長を変化させることで、大きな特性変化を得ることが可能である。生態系に影響するような、特殊な機能を果たす蛍光灯も製造できるため、誘虫、植物育成、殺菌といった効果を持たせた蛍光灯が生産されている。

低誘虫

虫が集まりやすい光の波長をカットした蛍光灯で、黄色味がかった光を放出する。低誘虫蛍光灯の近くで水銀灯や蛍光灯を使用すると、そのランプに虫が多く集まる。

建物全体に低誘虫蛍光灯を設置し、虫が多く飛来しても支障がない離れた場所に、水銀灯の「強く誘虫される照明器具」を配置すると、建物への誘虫がより抑えられる。

捕虫用

虫が集まりやすい、青色光と近接紫外線を放出する蛍光灯である。350nm前後の波長を強く放出するので、捕虫器用の光源として利用されている。

殺菌灯よりも紫外線による影響は少ないが、目など、紫外線の被害を受けやすい部位に光を当ててはならない。人体を保護するため、長時間光を浴びる場合には、保護眼鏡を使用することが望まれる。

植物育成用

植物の成長に効率の良い波長の光を放出する蛍光灯である。主に400nm・450nm・650nmの波長を放出し、植物の育成を促進する。

鑑賞用と育成用のランプがあり、用途によって使い分けが必要である。

殺菌灯の効果と人体への影響

253.7nmの光の波長(紫外線)による殺菌作用を利用した蛍光灯である。空気の殺菌、水の殺菌に広く利用されている。光を当てるだけなので、殺菌後の被照射物に大きな変化を残さないという利点がある。設備が安価に構築できるのも利点のひとつである。

紫外線による殺菌は、細菌細胞に紫外線を吸収させ、核蛋白構造の構造を変化させることにより細菌の生命活動に障害を与えるという原理に基づく。肉眼で殺菌灯を直視すると眼を強く傷めてしまうため、直視することは禁止されている。点灯中のランプを短時間直視しただけでも、眼の痛みにより結膜炎のような症状を引き起こす。皮膚に殺菌灯の光を当てると、炎症を起こす。

殺菌のために必要な波長は250~260nmの範囲となっており、紫外線照度と照射時間によって殺菌力も変化する。殺菌灯は周囲温度20℃が最も効率の良い殺菌性能を保ち、10~35℃の範囲では効率の低下はほとんどない。周囲温度が推奨範囲外になると、殺菌力が低下し、必要な性能が維持できない。

植物等の近くで使用すると、葉を枯らすなど育成障害を及ぼすことがあるため、設置には細心の注意が必要である。

 
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