JP2004349259A

JP2004349259A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2004349259A
Application number: JP2004151246A
Authority: JP
Inventors: Jon B Jansma; ジョン・ビー・ジャンスマ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2004-12-09
Also published as: EP1492155A3; EP1492155A2; CN1591767B; US20040232820A1; US7282848B2; CN1591767A

Abstract

【課題】イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含む蛍光体層（１６）を有する水銀蒸気放電蛍光ランプ（１０）を提供する。
【解決手段】蛍光体層（１６）は、ランプのガラスエンベロープ（１２）の内表面上に水性蛍光体スラリーを被覆し、次にスラリー中の非蛍光体成分を蒸発又は分解させるようにガラス焼きなまし炉内でベーキングして、後に最終的な蛍光体層を残留させることによって形成される。蛍光体スラリーは、好ましくはポリエチレン酸化物のような非イオン化増粘剤を含むが、炭酸カルシウム又は炭酸塩類は何ら含まない。蛍光体層（１６）は、イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光ランプに関する。より具体的には、本発明は、実質的に炭酸塩を含有しない蛍光体皮膜を有する蛍光ランプに関する。

当技術分野においては、希土類をブレンドした蛍光体系を使用した蛍光ランプがよく知られている。従来の希土類蛍光体ブレンドは、例えば米国特許第５０４５７５２号、第４０８８９２３号、第４３３５３３０号、第４８４７５３３号、第４８０６８２４号、第３９３７９９８号及び第４４３１９４１号に開示されている。典型的には、従来の希土類蛍光体ブレンドを使用した希土類蛍光体層は、三色蛍光体（ｔｒｉｐｈｏｓｐｈｏｒ）混合物を形成する赤色、緑色及び青色発光希土類蛍光体の混合物を含む。

従来の三色蛍光体系においては、赤色、緑色及び青色発光蛍光体が組合された時、それらのそれぞれの色を発光することにより、意図した用途に適した演色性（ＣＲＩ）を有する所望の色の光出力が生じるように、特定の赤色、緑色及び青色発光蛍光体とそれらの重量パーセントとが、それらの特定の色発光特性に基づいて選択される。

赤色発光蛍光体は、最も一般的には、例えば一般にＹＥＯと略記されるユーロピウム（Ｅｕ³⁺）活性形（ユーロピウム（Ｅｕ³⁺）で活性化された）酸化イットリウムのようなイットリア系種である。緑色発光蛍光体は、一般にＬＡＰと略記されるセリウム（Ｃｅ³⁺）及びテルビウム（Ｔｂ³⁺）活性形リン酸ランタンとすることができ、或いは好ましさは劣るが、一般にＣＡＴと略記されるテルビウム（Ｔｂ³⁺）活性形アルミン酸セリウム、マグネシウムであってもよく、或いはさらに好ましさは劣るが、一般にＣＢＴと略記されるセリウム（Ｃｅ³⁺）及びテルビウム（Ｔｂ³⁺）活性形五ホウ酸ガドリニウム、マグネシウムであってもよい。青色発光蛍光体は、最も一般的には、ユーロピウム（Ｅｕ²⁺）活性形カルシウム、ストロンチウム、バリウムクロロアパタイトのようなカルシウム系である。好ましさは劣るが、青色発光蛍光体は、ユーロピウム（Ｅｕ²⁺）活性形アルミン酸バリウム、マグネシウムであってもよい。これらに代えて、別の赤色、緑色及び青色発光希土類蛍光体も知られており、作動及びコストを考慮して選択できるであろう。

上記の三色蛍光体系に加えて、４つ又は５つの希土類蛍光体を有する系のような他の多数の希土類蛍光体を含む希土類蛍光体ブレンドも知られており、使用可能である。さらには、希土類蛍光体とより安価なハロ蛍光体との混合物を有する蛍光体層も使用できる。

ほとんど全ての希土類蛍光体ブレンド及び希土類蛍光体とハロ蛍光体との両方を含有するブレンドにおいては、赤色発光希土類蛍光体を含むことが必要であるか又は望ましい。上述したように、最も一般的な赤色発光希土類蛍光体は、イットリア系である。その他の赤色発光希土類蛍光体も知られているが、イットリア種の蛍光体は、赤色スペクトルの色強度及び得られるＣＲＩを含むそれらの優れた赤色発光特性により、非常に好ましい。

蛍光ランプを製作する方法は、ランプのガラスエンベロープの内表面を所望の蛍光体のスラリーで被覆するステップを含む。次に、液体のスラリー成分を分解又は蒸発させて、後に乾燥した蛍光体皮膜を残留させるように、スラリーは乾燥又は加熱される。

スラリーは、蛍光体（一般に粉末状形態で供給される）の水性スラリー懸濁液として調製される。水性スラリーは、乾燥に先立ってガラスエンベロープの内表面を有効かつ均一に被覆するのに十分な粘性を持たなくてはならない。従来は、スラリーの粘性を高め又は調整するために、カルボン酸（ＣＯＯＨ）基を含むアクリル増粘剤が使用されている。しかしながら、イットリア系希土類蛍光体を使用する場合には、僅かに水溶性のイットリアがアクリル分子のＣＯＯＨ基と反応して、該アクリル分子を事実上架橋結合させる架橋結合カスケードを生じ、スラリーのゲル化又は凝集を引き起こす。その結果、スラリーは、本質的に「ゲル化」して、最早液状つまり流動可能な状態でなくなる。

上述したやっかいな問題を回避するために、イットリア系赤色蛍光体が蛍光体スラリー中に含まれる場合には、ＣＯＯＨ基をもたない別の高分子増粘剤が使用される。この場合、好ましい増粘剤は、ポリエチレン酸化物（ＰＥＯ）である。ＰＥＯは、水性系にとって非常に有効な増粘剤であって、蛍光ランプのガラスエンベロープ上に被覆するための蛍光体スラリーの粘性を調整するために非常に具合よく使用されてきた。しかしながら、ＰＥＯは通常、その製造法の結果として微量の炭酸塩類、特に炭酸カルシウム粒子を含有している。通常入手可能なＰＥＯは、重量で０．２〜約１パーセントの炭酸カルシウムを含有する。

ＰＥＯ増粘剤内におけるこの少量の炭酸カルシウムの存在は、ランプ製造業者にはよく知られていることであり、今日までランプの製造及び／又は性能にとって無害である信じられてきた。しかしながら、ＰＥＯ増粘剤内にこの少量の炭酸カルシウムが存在する結果、最終的な蛍光体層内に炭酸カルシウムが存在することになり、これが完成蛍光ランプのルーメン効率及びルーメン維持能力を低下させる原因になることを、驚くべきことにかつ予想外のことながら本発明の発明者は発見した。
米国特許第５０４５７５２号米国特許第４０８８９２３号米国特許第４３３５３３０号米国特許第４８４７５３３号米国特許第４８０６８２４号米国特許第３９３７９９８号米国特許第４４３１９４１号

従って、イットリア系赤色発光希土類蛍光体を使用し、しかも蛍光体層内に炭酸カルシウムを何ら含有しない蛍光ランプに対する必要性が存在する。

内表面を有する透光性エンベロープと、放電を行うための手段と、エンベロープの内表面に隣接して配置された蛍光体層と、エンベロープの内部に密封された水銀及び不活性ガスの封入ガスとを有する蛍光ランプを提供する。蛍光体層は、イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含み、８００℃の温度で原子状又は分子状酸素を生成するように不安定であるか又は不安定になる酸素含有種を実質的に含まない。

内表面を有する透光性エンベロープと、放電を行うための手段と、エンベロープの内表面に隣接して配置された蛍光体層と、エンベロープの内部に密封された水銀及び不活性ガスの封入ガスと有する別の蛍光ランプを提供する。蛍光体層は、イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含み、本蛍光ランプは、ａ）イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含む複数の蛍光体を選択し、該複数の蛍光体を乾燥固体重量基準で混合して固体蛍光体混合物を形成するステップと、ｂ）固体蛍光体混合物を多量の水及び実質的に炭酸塩類を含まない多量の非イオン化増粘剤と混合して、水性蛍光体スラリーを形成するステップと、ｃ）エンベロープの内表面又は介在バリヤ層を水性蛍光体スラリーで被覆して、該内表面又は介在バリヤ層上に蛍光体スラリー皮膜を形成するステップと、ｄ）スラリーの非蛍光体成分を蒸発又は分解させて後に蛍光体を残留させるように、被覆したエンベロープをベーキングして、蛍光体層を形成するステップとを含む方法によって製作される。

さらに、蛍光ランプを製作する方法を提供し、本方法は、ａ）イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含む複数の蛍光体を選択し、該複数の蛍光体を乾燥固体重量基準で混合して固体蛍光体混合物を形成するステップと、ｂ）固体蛍光体混合物を多量の水及び８００℃の温度で原子状又は分子状酸素を生成するように不安定であるか又は不安定になる酸素含有種を実質的に含まない多量の非イオン化増粘剤と混合して、水性蛍光体スラリーを形成するステップと、ｃ）ランプエンベロープの内表面上又は該内表面に隣接して水性蛍光体スラリーの皮膜を形成するステップと、ｄ）スラリー皮膜の非蛍光体成分を蒸発又は分解させて後に蛍光体を残留させるように、蛍光体スラリーの皮膜をその上に有するエンベロープをベーキングして、蛍光体層を形成するステップとを含む。

以下の記述において、５〜２５のような好ましい範囲が与えられた場合、これは、好ましくは少なくとも５であり、またこれとは別にかつ独立して好ましくは２５よりも大きくないということを意味する。本明細書で使用する場合、「蛍光ランプ」という語は、当技術分野において知られているような任意の水銀蒸気放電蛍光ランプであって、有電極蛍光ランプと無電極蛍光ランプとを含み、無電極蛍光ランプにおいては、放電を行うための手段が、電磁信号の発信によって水銀蒸気原子を励起するようになった無線送信機を含む。また、本明細書で使用する場合、「Ｔ８型ランプ」という用語は、当技術分野において公知の蛍光ランプであって、好ましくは公称長さ４８インチ、公称外径１インチ（１／８インチの８倍、これが「Ｔ８型」における「８」の由来である）を有する直管形である。好ましさは劣るが、Ｔ８型蛍光ランプは、２、３、６又は８フィートの公称長さであってもよく、好ましさはより劣るが、その他の長さであってもよい。

図１は、本発明による水銀蒸気放電蛍光ランプ１０を示す。図１のランプは直管形であるが、本発明は直管形ランプに限定されるものではなく、任意のタイプの蛍光ランプに適用できる。蛍光ランプ１０は、円形断面を有する透光性ガラス管又はエンベロープ１２を有する。ランプは、両端部に取り付けられた口金２０により密封され、有電極ランプ（図１に示すような）においては、１対の間隔をおいた電極構造体１８がそれぞれ口金２０に取り付けられる。水銀及び不活性ガスの放電維持用の封入ガス２２が、ガラス管内に密封される。不活性ガスは、好ましくはアルゴン又はアルゴンとキセノンの混合物であり、好ましさは劣るが、幾つかの他の不活性ガス又は不活性ガス混合物である。不活性ガス及び少量の水銀蒸気は、低蒸気圧方式の作動を提供する。

水銀蒸気は、ほぼ２５℃における水銀蒸気圧である、４〜６μｍＨｇの分圧を有するのが好ましい。図示した実施形態では、蛍光ランプ１０は、バリヤ層１４と蛍光体層１６とを有する。バリヤ層１４は、ランプ作動中に活性化又は励起された水銀イオンがガラスエンベロープ１２内に浸出することを防ぐのに有効な材料を含む任意選択的な層である。当技術分野において知られているように、バリヤ層材料はまた、可視光線に変換すべく紫外線（ＵＶ）を反射して蛍光体層１６内に戻すためにも有効であるのが好ましい。好適なバリヤ層材料には、アルミナ粒子のようなアルミナ、好ましくはほぼ等割合のアルファアルミナ粒子とガンマアルミナ粒子との混合物が含まれる。好ましいアルミナバリヤ層は、０．０５〜３ｍｇ／ｃｍ²、好ましくは約０．１２〜０．１５ｍｇ／ｃｍ²の皮膜重量を有する。アルミナ粒子は、１５〜８００ｎｍ、好ましくは２０〜６００ｎｍ、より好ましくは２０〜４００ｎｍ、より好ましくは２２〜３００ｎｍ、より好ましくは２５〜２００ｎｍ、より好ましくは３０〜１００ｎｍの平均粒径を有するのが好ましい。

好ましさは劣るがこれらに代えて、バリヤ層１４（存在する場合）は、シリカ、イットリア、ハフニア、ジルコニア又はニオビアのバリヤ層であってもよく、好ましさは劣るが、これらの幾つかの組合せ又は混合物であってもよい。

蛍光体層１６は、赤色、緑色及び青色発光希土類蛍光体を有する、当技術分野において公知の希土類三色蛍光体層のような希土類蛍光体層であるのが好ましい。赤色発光蛍光体は、イットリア系赤色蛍光体であって、最も好ましくは、一般にＹＥＯと略記されるユーロピウム（Ｅｕ³⁺）活性形酸化イットリウムである。緑色発光蛍光体は、最も好ましくは、一般にＬＡＰと略記されるセリウム（Ｃｅ³⁺）及びテルビウム（Ｔｂ³⁺）活性形リン酸ランタンであり、好ましさは劣るが、一般にＣＡＴと略記されるテルビウム（Ｔｂ³⁺）活性形アルミン酸セリウム、マグネシウム、或いは好ましさはさらに劣るが、一般にＣＢＴと略記されるセリウム（Ｃｅ³⁺）及びテルビウム（Ｔｂ³⁺）活性形五ホウ酸ガドリニウム、マグネシウムである。青色発光蛍光体は、最も好ましくは、ユーロピウム（Ｅｕ²⁺）活性形カルシウム、ストロンチウム、バリウムクロロアパタイトである。青色発光蛍光体は、好ましさは劣るが、ユーロピウム（Ｅｕ²⁺）活性形アルミン酸バリウム、マグネシウムであってもよい。これらに代えて、その他の緑色及び青色発光希土類蛍光体が知られており、作動及びコストを考慮して選択することができるであろう。

上に述べた希土類三色蛍光体系に加えて、蛍光体層１６は、２つ、４つ又は５つの希土類蛍光体のようなその他の数の希土類蛍光体を含むことができ、或いは５つよりもさらに多くの希土類蛍光体を含んでもよい。さらに蛍光体層１６は、希土類蛍光体とハロ蛍光体との混合物であってもよい。これら全てで必要なことは、蛍光体層１６が少なくとも１つのイットリア系赤色発光希土類蛍光体を含むことである。蛍光体層１６は、１〜５ｍｇ／ｃｍ²の皮膜重量を有することが好ましい。

以下においてさらに十分に説明するように、本発明においては、蛍光体層１６が８００℃又は９００℃の温度で比較的不安定であるか又は不安定になる酸素含有種を含まないか又は実質的に含まないことが重要である。言い換えると、蛍光体層中に存在するいずれの（又は実質的にいずれの）酸素含有種も、８００℃、好ましくは８１０℃、より好ましくは８２０℃、より好ましくは８３０℃、より好ましくは８４０℃、より好ましくは８５０℃、より好ましくは８６０℃、より好ましくは８７０℃、より好ましくは８８０、８９０、９００、９２０、９４０、９６０、９８０、１０００℃、又はこれより高い温度において、原子状又は分子状酸素を生成又は生じるクラッキング（分子分解又は分子の個々の原子の解離）に対して安定でなくてはならない。

上に述べたように、イットリア（イットリア系赤色発光蛍光体に使用されている）は、水に僅かに溶解してＹ³⁺ _(aq)を生成する。水性蛍光体スラリー内で従来のＣＯＯＨ含有アクリル増粘剤を使用する場合には、ＣＯＯＨ基がイオン化して、溶液中に［アクリル］−ＣＯＯ^-及びＨ⁺（又はより正確にはＨ₃Ｏ⁺）を生成する。水性蛍光体スラリー内では、イオン化したＣＯＯ^-成分が高い反応性のＹ³⁺イオンと反応して、事実上アクリル分子を架橋結合させて、スラリー全体をゲル化する。これが、イットリア系赤色発光希土類蛍光体が蛍光体スラリー中に含まれている場合には、従来のアクリル増粘剤が使用できない理由である。同様な架橋結合作用が、水溶液中でイオン化する任意の高分子量増粘剤において観察される。従って、イットリア系赤色発光蛍光体を使用する場合には、スラリーの粘性を調整するために選ばれる増粘剤は、非イオン化種でなくてはならない。つまり、かかる増粘剤は、それが水性スラリーに溶解するような水溶性でなくてはならないが、溶液中でイオン化して負に帯電した成分を生成し、溶解したＹ³⁺イオンがこの負に帯電した成分と反応して増粘剤分子を架橋結合させることのないような増粘剤でなくてはならない。

蛍光体スラリーの粘性を調整するために最も一般的に選ばれる非イオン化増粘剤は、ポリエチレン酸化物（ＰＥＯ）である。ＰＥＯは、水性蛍光体スラリーに１〜１０重量パーセント、好ましくは２〜９重量パーセント、より好ましくは３〜８重量パーセント、より好ましくは４〜７重量パーセント、より好ましくは４．５〜６重量パーセント、より好ましくは約５重量パーセントの濃度で添加されるのが好ましい。ＰＥＯは、１０００〜１０００００〜１００００００ｇ／ｍｏｌ又はそれ以上にわたる広い分子量範囲で使用可能であり、それらは実質的に非毒性であって、比較的廉価でありかつ普通に入手可能である。さらにＰＥＯは、蛍光体スラリーを乾燥させてガラスエンベロープ１２の表面上の所定位置に最終的な蛍光体皮膜（蛍光体層１６）を残留させるために使用される通常のベーキング又はガラス焼きなまし工程（後述する）中に容易に分解する。

スラリー懸濁液を増粘するために使用される一層高い分子量（１０００００ｇ／ｍｏｌ又はそれ以上のような）のＰＥＯ種が、微細な白色固体粉末として供給される。さらに、ＰＥＯ粉末は、通常０．２〜約１重量パーセントの炭酸カルシウムを含有する。

特定用途のための蛍光体スラリーを作るために、先ず複数の特定の蛍光体を選択し、乾燥固体重量基準で混合して、固体蛍光体混合物を形成する。次にこの混合物を、当技術分野において公知のその他の通常の成分と共に水に加え、ほぼ均一になるように攪拌する。さらに、固体蛍光体粒子がスラリー全体にわたり均一に分散された安定な懸濁液を得るようにスラリーに十分な粘性を与えるために、またガラスエンベロープの表面を均一に被覆するのに適した粘性を得るために、増粘剤が加えられる。既に述べたように、イットリア系赤色発光希土類蛍光体を使用する場合には、増粘剤はＰＥＯであるのが好ましい。

スラリーが調製されたら、該スラリーを使用して、ガラスエンベロープ１２の内表面を被覆するか、又はバリヤ層１４が存在する場合にはこのバリヤ層１４を被覆する。スラリーの粘性（少なくとも１０００ｃＰ、好ましくは１００００ｃＰ、より好ましくは１０００００ｃＰであるのが好ましい）を高めることにより、被覆表面全体にわたりほぼ均一なスラリー皮膜が保証される。スラリーで被覆し終えたら、被覆されたガラスエンベロープ１２は、スラリーの蛍光体以外の成分を蒸発又は分解させ後に蛍光体を残留させて蛍光体層１６を形成するために、ベーキング炉内でガラス焼きなまし処理又はベーキング処理される。ベーキング処理は、約６００℃で約３０秒間行われる。ガラスエンベロープ（ソーダ石灰ガラスで作られている）は約６５０℃で溶融し始めるから、ベーキング処理中に温度が６００℃よりも余り上昇しないように注意しなくてはならない。

ベーキング処理の６００℃の温度は、蛍光体スラリーから水を蒸発させかつＰＥＯを分解させるのに十分である。蛍光体は、最大９００℃まで安定しており、従ってベーキング処理によって影響を受けることはない。しかしながら、炭酸カルシウム（カルサイト）は約９００℃までは分解しないので、ＰＥＯの炭酸カルシウム（カルサイト結晶相の）もまた蛍光体層１６内に残留する。その結果、蛍光体層１６は、約０．１〜０．５重量パーセントの炭酸カルシウムを含有する。

確かではないが、ＰＥＯ内の炭酸カルシウムは、ＰＥＯを製造するために使用する触媒法の結果として存在すると信じられている。例えば、固体炭酸カルシウムは、ＰＥＯの製造において使用される触媒の成分であるか又は触媒の成分を形成し、また炭酸カルシウムは、固体のＰＥＯ生成物と混合された状態になると信じられている。ＰＥＯと炭酸カルシウムとは両者共に微細な固体白色粉末であり、従って物理的又は機械的方法によって容易には分離されない。

蛍光体層内における炭酸カルシウムの存在は、蛍光ランプ工業界では長い間知られてきたことであり、ランプの性能に悪影響を及ぼさないと常に信じられてきた。しかしながら、この従来信じられてきた事柄に反して、本発明の発明者は、驚くべきことにかつ予想外のことながら、蛍光体層中の炭酸カルシウムがランプ性能低下の大きな原因となっていることを発見した。

炭酸カルシウムを含有する従来のＰＥＯ増粘剤を使用して作られた蛍光体層内にイットリア系赤色発光希土類蛍光体を含む従来の蛍光ランプを、炭酸カルシウムを含有しない本発明によるＰＥＯを使用することを除けば同じように作られた同様なランプと比較するための試験を行った。両ランプは共にＴ８形蛍光ランプであって、ほぼ上述したような従来の方法で製作された。初期ルーメン並びに１０００及び８０００ルーメン維持能力を比較する試験を、両ランプに対し並行的に行った。試験実施に際しては、従来のランプと本発明のランプの両方に、８０００時間の全ランプ作動時間にわたり同一パターンの周期的点滅を行い、それぞれ１０００ルーメン及び８０００ルーメンにおいてＬＰＷ維持能力が測定されかつ記録された。周期的点滅は、連続３時間で２０分間の中休みというサイクルの北米照明学会（ＩＥＳ）標準試験方法ＩＥＳＮＡＬＭ４０−２００１に従って行われた。結果を下表１に示す。

表１及び本出願全体を通して使用する場合、初期ルーメン／ワット（初期ＬＰＷ）は、最初の点灯直後にランプが消費する電力１ワット当たりのルーメンで測定したランプから放出される光として計算した蛍光ランプのルーメン効率を意味する。また、表１及び本出願全体を通して使用する場合、ＬＰＷ維持能力は、点灯後の特定時間において測定したルーメン／ワット（ＬＰＷ）で表したランプのルーメン効率の初期ＬＰＷに対する比率を意味し、例えば表１の１０００ＬＰＷ維持能力は、或る蛍光ランプについての１０００時間のサイクル作動後に測定したＬＰＷの当該ランプの初期ＬＰＷに対する比率である。ＬＰＷ維持能力は、蛍光ランプが該ランプの寿命期間にわたってその初期ルーメン効率を維持する能力を初期ＬＰＷのパーセントで表した指標を提供する。

表１から分かるように、０．５重量パーセントの炭酸カルシウムを含有するＰＥＯを使用して製作された従来のランプの１０００ＬＰＷ維持能力が僅かに９７．６であるのに比べて、炭酸カルシウムを含有しないＰＥＯ増粘剤を使用して製作された本発明のランプは、９８．８の１０００ＬＰＷ維持能力を示した。これは、１０００時間のルーメン維持能力が１．２％増大したことを表し、この増大は、炭酸カルシウムをＰＥＯ増粘剤から単に排除しただけで達成された大きな改善である。このことは、特に従来の見識が蛍光体層内の炭酸カルシウムはランプ性能にマイナス効果を引き起こすことは全くないとしていたことを考えると、非常に驚くべきかつ予想外の結果である。蛍光体層１６内に実質的に何らの炭酸カルシウムも含まない本発明によるランプは、少なくとも９７．８％の１０００ＬＰＷ維持能力を有し、好ましくは９８．０％、より好ましくは９８．２、９８．４、９８．６、９８．８、９９．０、９９．２、９９．４、９９．６、９９．７、９９．８、又は９９．９％の１０００ＬＰＷ維持能力を有するのが好ましい。

さらに表１を参照すると、従来のランプと本発明のランプと間の８０００ルーメン維持能力性能の比較は、一層印象的である。８０００時間において、０．５重量パーセントの炭酸カルシウムを含有するＰＥＯを使用して製作された従来のランプが僅かに９２．３であるのに比較して、炭酸カルシウムを含有しないＰＥＯを使用して製作された本発明によるランプは、９５．５のルーメン維持能力を示した。この結果は、８０００時間ルーメン維持能力が従来のランプよりも３．７％改善するものであった。この大きな改善は、今一度言うがランプ性能に何らの悪影響も及ぼさないと従来信じられてきた炭酸カルシウムをＰＥＯ増粘剤から単に排除しただけで達成された改善である。蛍光体層１６内に実質的に何らの炭酸カルシウムも含まない本発明によるランプは、少なくとも９２．５％の８０００ＬＰＷ維持能力を有し、好ましくは９２．６％、より好ましくは９２．８、９３．０、９３．２、９３．４、９３．６、９３．８、９４．０、９４．２、９４．４、９４．６、９４．８、９５．０、９５．２、９５．４、９５．６、９５．８、９６．０、９６．２、９６．４、９６．６、９６．８、９７．０、９７．２、９７．４、９７．６、９７．８、又は９８．０％の８０００ＬＰＷ維持能力を有するのが好ましい。

蛍光体層１６内に何らの炭酸カルシウムも含まない本発明による蛍光ランプの１０００及び８０００ＬＰＷ維持能力の両方における改善がこのように大きいことは、炭酸カルシウムはランプ性能に対して悪影響を及ぼさないと当業者が長い間信じてきた事実を考えると、非常に驚くべきかつ予想外の結果であった。

特定の理論に縛られることを欲するものではないが、炭酸カルシウムの作用のメカニズムは下記のように進行してランプ性能を低下させると考えられる。作動中に、電極１８間のアーク放電は、ガラスエンベロープ１２内部の蒸気空間内に８００〜９００℃を超える温度を生じることがある。これらの温度において、炭酸カルシウムは解離又は分解して、ランプ内部の蒸気空間内に原子状酸素及び／又は分子状酸素を生じる。放電温度において高度に励起された水銀イオンは、存在する酸素とほとんど瞬間的に反応して、黒色又は茶色がかった固体である酸化水銀（ＨｇＯ及び／又はＨｇ₂Ｏ）を生成する。この酸化水銀は、エンベロープ１２の内表面上に付着して、ランプを変色させかつランプからのルーメン出力を低下させる。時間の経過と共にルーメン維持能力が低下する理由は、ランプ作動中に時間が経過するにつれて酸化水銀がさらに形成されてランプエンベロープ１２に付着することに因る。

ランプ出力（総ルーメン及びＬＰＷ）に悪影響を及ぼすことに加えて、ランプエンベロープ上への酸化水銀の付着は、さらに２つの付加的なマイナス効果を有する。その第１は、ランプは、該ランプがより一層変色されるにつれて、益々不快な外観を呈することである。蛍光ランプがその取付け器具内で目に見える状態にある特定の照明用途においては、美観の低下はランプの消費者にとって重大な関心事である。おそらく一層重大である第２の付加的マイナス効果は、励起された水銀が酸素と反応し続けて酸化水銀を生成するので、水銀は蒸気相から消耗されて、液相から新たに蒸気化することによって補充されなくてはならないということである。この水銀消耗メカニズムの結果として、蛍光ランプの全寿命期間にわたり酸化された水銀を補充するのに十分な水銀が存在するように保証しようとする場合には、蛍光ランプ内に余分な液体水銀が存在しなければならないことになる。ランプ内で必要とされる水銀は少ない方が良いことは明らかである。従って、本発明に従ってＰＥＯ増粘剤から炭酸カルシウムを排除することによって、ランプの寿命又は性能を犠牲にせずに、蛍光ランプに加える必要のある水銀の量を最少化することができる。事実、本発明によれば、ランプ内に加えられる水銀量を減らすことも可能にしながら、ルーメン維持能力に関して性能が実際に改善される。

ランプ作動中にアーク放電により高度に励起された（不安定な）水銀蒸気イオンは、上述した水銀消耗メカニズムに従って、ランプの蒸気空間中に存在するあらゆる原子状又は分子状酸素と反応することになる。従って、水銀の消耗を回避するためには、最大８００〜９００〜１０００℃、好ましくはこれよりもさらに高い温度までクラッキングに対して不安定な酸素含有種を、蛍光体層が何ら含まないか又は実質的に何ら含まないことが重要である。特に、蛍光体層１６内からは炭酸塩のような炭酸塩類が排除されるべきである。炭酸塩を含有しないＰＥＯ増粘剤を使用することによって、最終的な蛍光体層１６内から炭酸カルシウムのような炭酸塩類の存在は排除される。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、また本発明の要素を均等物と置き換えることができることは当業者には明らかであろう。さらに、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料に合わせて、本発明の教示に多くの変更を加えることも可能である。従って、本発明は、これを実施する上で考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることを意図するものである。

本発明による、炭酸塩を含有しない希土類蛍光体層を有する改良型の蛍光ランプを示す図。

符号の説明

１０水銀蒸気放電蛍光ランプ
１２透光性ガラスエンベロープ
１４バリヤ層
１６蛍光体層
１８電極構造体
２０口金
２２封入ガス

Claims

内表面を有する透光性エンベロープ（１２）と、
放電を行うための手段と、
前記エンベロープ（１２）の内表面に隣接して配置された蛍光体層（１６）と、
前記エンベロープ（１２）の内部に密封された水銀及び不活性ガスの封入ガス（２２）と、を含み、
前記蛍光体層（１６）が、イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含み、
前記蛍光体層（１６）が、８００℃の温度で原子状又は分子状酸素を生成するように不安定であるか又は不安定になる酸素含有種を実質的に含まない、
蛍光ランプ（１０）。
前記蛍光体層（１６）が、８５０℃の温度で原子状又は分子状酸素を生成するように不安定であるか又は不安定になる酸素含有種を実質的に含まない、請求項１記載の蛍光ランプ（１０）。
少なくとも９７．８％の１０００ＬＰＷ維持能力を有する、請求項１記載の蛍光ランプ（１０）。
少なくとも９２．５％の８０００ＬＰＷ維持能力を有する、請求項１記載の蛍光ランプ（１０）。
前記蛍光体層（１６）が実質的に炭酸カルシウムを含まない、請求項１記載の蛍光ランプ（１０）。
前記蛍光体層（１６）が実質的に炭酸塩類を含まない、請求項１記載の蛍光ランプ（１０）。
前記赤色発光希土類蛍光体が、（Ｅｕ³⁺）活性形酸化イットリウムを含む、請求項１記載の蛍光ランプ（１０）。
内表面を有する透光性エンベロープ（１２）と、
放電を行うための手段と、
前記エンベロープ（１２）の内表面に隣接して配置された蛍光体層（１６）と、
前記エンベロープ（１２）の内部に密封された水銀及び不活性ガスの封入ガス（２２）と、を含み、
前記蛍光体層（１６）が、イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含む、
蛍光ランプ（１０）であって、前記蛍光ランプ（１０）が、
ａ）前記イットリア系赤色発光希土類蛍光体を含む複数の蛍光体を選択し、該複数の蛍光体を乾燥固体重量基準で混合して固体蛍光体混合物を形成するステップと、
ｂ）前記固体蛍光体混合物を多量の水及び実質的に炭酸塩類を含まない多量の非イオン化増粘剤と混合して、水性蛍光体スラリーを形成するステップと、
ｃ）前記エンベロープ（１２）の内表面又は介在バリヤ層を前記水性蛍光体スラリーで被覆して、該内表面又は介在バリヤ層上に蛍光体スラリー皮膜を形成するステップと、
ｄ）前記スラリーの非蛍光体成分を蒸発又は分解させて、後に蛍光体を残留させるように前記被覆したエンベロープをベーキングして、前記蛍光体層（１６）を形成するステップと、
を含む方法によって製作される蛍光ランプ（１０）。
前記非イオン化増粘剤がポリエチレン酸化物である、請求項８記載の蛍光ランプ（１０）。
前記ベーキングするステップが、約６００℃で行われる、請求項８記載の蛍光ランプ（１０）。