科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、最新科学の?をなるべくわかりやすくコメントします。
いつも当たり前のように使用している電気。私たちは様々なものに電気を使用している。一番身近なものとしては、あかり(照明)である。あかり(照明)というとどんなものがあるだろう。

電球や蛍光灯などであろうか?最近では電球がすくなく、蛍光灯が多くなってきた。

蛍光灯に水銀が使われているのはご存じだろうか?蛍光灯の水銀は微量といえども、危険性があり最近問題視されている。

今日は蛍光灯について科学する。(参考HP Wikipedia)

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そもそも蛍光灯とは何か?


蛍光灯(けいこうとう)は、照明の一種。 ガラス管内の低圧水銀蒸気中のアーク放電により発生する波長253.7 nmの紫外線を蛍光体で可視光線に変換する光源である。


蛍光灯の歴史


1856年にドイツのガラス工(後に物理学者)であったハインリッヒ・ガイスラーによってつくられたガイスラー管は、蛍光灯の起源と考えられている。管の中に電極を置き、電極間に誘導コイルによって高電圧をかけることで青っぽく光ることが得られた。

1859年、フランスの物理学者、アレクサンドル・エドモン・ベクレルは、蛍光、燐光、放射能の研究の際に蛍光性ガスを管のなかに封入することを考案した。

1893年、シカゴ万国博覧会ではアメリカ・イリノイ州のパビリオンが、ニコラ・テスラによる蛍光灯を紹介した。

1894年、アメリカの発明家、ダニエル・マクファーレン・ムーアは、ムーアランプを発明した。このランプは市販用であり、彼の上司だったトーマス・エジソンが発明した白熱電球と販売を競う目的でつくられた。

使われたガスは窒素と二酸化炭素であり、それぞれピンク色と白色の光を放ち、商業的にそこそこ成功した。

1901年、アメリカの電気技術者、ピーター・クーパー・ヒューイットは、水銀灯のデモンストレーションを行った。青緑色に光る水銀灯は、照明としての実用性は低かったが、現代の蛍光灯に非常に近かった。

白熱電球よりも光の波長は短かかったが、効率は高かったため、写真撮影など特別な用途に使われた。

1926年、ドイツの発明家、エトムント・ゲルマーのグループは、管内の圧力を上げ、蛍光粉末で覆うことで、放たれた紫外線を均一な白い光に変換することを提案した。この発見によってゲルマーは一般に蛍光灯の発明者と認められた。

その後、アメリカの電機メーカーであるゼネラル・エレクトリックは、ゲルマーの特許を購入し、ジョージ・インマンの指導のもとで、1938年に蛍光灯を発売した。

どうして蛍光灯は光るの?


電流が流れると蛍光管フィラメントから電子が飛び出し、内部に封入されている気体の水銀と衝突、紫外線が発せられる。蛍光ガラス管の内側には蛍光体が塗布されており、紫外線が当たると発光、蛍光管外に可視光線を放ち、これにより照明の用途をなす。 白熱灯と比べると同じ明るさでも消費電力を低く抑えられる。なお、消費したエネルギーの変換比率は、可視放射25%、赤外放射30%、紫外放射0.5%で、残りは熱損失となる。


蛍光灯の寿命はどうやって決まるの?


蛍光管の寿命は、蛍光管の種類により異なるが、およそ6000-12000時間。

蛍光管が点灯しなくなり寿命となる原因は、蛍光管始動時に起こる、電極に塗布された電子放出性物質(主にタングステン酸バリウム等)の蒸発・飛散による消耗が主となる。

短時間点灯と長時間点灯ではどちらが長持ち?

点灯時に負荷がかかり、グロースターター(点灯管方式、詳細は後述)の場合一回の点灯で約1時間寿命が縮むため、頻繁に入切を繰り返す場所よりも長時間点灯する場所に向く。

数分以内に再点灯する場合は、つけっぱなしの方が寿命が長くなる。尚後述の高周波点灯方式では、電子機器で制御することによって始動時の電熱予熱を最適化し、従来方式に比べ点灯耐性の大幅向上を実現した。

ワット数は大きい方が長持ち?

直管は、ワット数が大きいほど定格寿命が長い。よって、器具が選べる場合は20ワット*2本より40ワット*1本を選択することにより、交換の手間を減らすことができる。

また、点灯することができても輝度は次第に低下するため、輝度が当初の70%に低下した時点で寿命とされる。ただし、蛍光灯は点灯後に徐々に明るくなるため、数分待ってから計る必要がある。

蛍光灯の水銀問題 遅れている日本の回収方法


蛍光ランプには水銀を含むガスが封入されているため、割って埋め立て処分するなどの方法では、割った際にガスが環境中に放出されたり、最終処分場が水銀で汚染されてしまうなどの問題がある。

そのため、水銀を回収できる専用のリサイクル施設(例:イトムカ鉱山を参照)に処理を委託する方法がとられつつあり、環境マネジメントシステム ISO 14000 の認証を取得している企業などではこちらの方法が一般的である。

米国においては廃棄蛍光ランプは専門の業者が回収を行い、この際割らずに回収することと定められている。割れた蛍光ランプを回収する場合には高額な回収費用が請求される。

回収された廃棄蛍光ランプは専門の設備により口金金属部、管状部に丁寧に分割され、中の水銀は銅キャニスターに回収される。残りの部材はアルミ、電極、ガラス、蛍光体へと分別され、完全リサイクルされる体制が確立されている。 また、北ヨーロッパにおいては蛍光ランプのロングライフ化への取り組みが盛んであり、これは、廃棄蛍光ランプの総量を出元から削減しようとするものである。

一方、日本においては、一般家庭から廃棄される蛍光ランプについては、一部の自治体が回収を行っているものの、現在でも多くの地方自治体が燃えないごみに出すように定めており、環境意識の高まりとともに改善を求める声があがっている。

なお、自治体が回収を行っていない地域であっても、一部の家電量販店や電器店・ホームセンターなどが「蛍光管回収協力店」として店頭で回収している場合があり、個人で持ち込むことができる。 

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