JP2004508683A - 超高出力低圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明の電気ランプは内部表面を有する容器（１０５）と電気ランプの両端に位置する２つの電極（１１５）を有する。両電極は水銀と放電維持ガスが封入された容器内に紫外放射を発生する。容器の内部表面は紫外放射を反射して容器内へ戻す酸化アルミニウム層（２００）で下塗りする。この酸化アルミニウム層の上に、紫外放射を可視光に変換する三燐酸塩層（２１０）を形成する。この三燐酸塩層は酸化イットリウムと、セリウムマグネシウムアルミン酸塩と、バリウムマグネシウムアルミン酸塩とを含む。一方の電極を水銀カプセル（１８０）と一緒に短マウント（１４０）に取り付けるとともに、他方の電極を長マウント（１３５）に取り付ける。長マウントは水平部分（１５５）とランプ端近くに位置するフレア部（１６０）を有する。水平部分は酸化アルミニウム層（２２０）で被覆して水銀消費を低減する。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、蛍光体膜、特にアルミナ下塗り層を覆う三燐酸塩膜が設けられたランプ容器とアルミナで被覆された長マウント電極を有する超高出力（ＶＨＯ）ランプに関するものである。
【０００２】
（背景技術）
蛍光ランプとして一般に知られている低圧水銀蒸気ランプは水銀と点灯中の放電を維持するための希ガスを封入したランプ容器を有する。気体放電により発生される放射はほとんど紫外（ＵＶ）スペクトル域内にあり、ほんの小部分が可視スペクトル域にある。ランプ容器の内部表面は紫外放射を受けると可視光を発生する蛍光性膜（多くの場合蛍光体の混合物）を有する。
【０００３】
低電力消費のために蛍光ランプの使用が増加している。電力消費を更に低減するためには、ランプの入力エネルギーに対する有効光出力の尺度である発光効率ＬＰＷ（ルーメン／ワット）という蛍光ランプの効率を増大させる必要がある。
【０００４】
この目的のために、蛍光体の種々の混合物が蛍光性膜に使用されている。更に、蛍光性膜とガラス容器との間に金属酸化膜を設けている。金属酸化膜は蛍光体発光層を通過した紫外放射を反射して蛍光体発光層内へもどして紫外放射を可視光へ再度変換する。これは蛍光体の利用率を向上させ、光出力を向上させる。金属酸化膜はランプの管部分に結合される水銀を低減して水銀の消費も低減する。
【０００５】
水銀消費を更に低減するために、ランプの両端で電極を支持するガラス封着部を金属酸化膜で被覆してランプの端部における水銀結合を低減させている。
【０００６】
上述した慣例の蛍光ランプは４０ワットのような低電力レベルで動作するのが代表的である。ハイウォールローディング用の慣例の８フィートＶＨＯランプは２１５ワットのランプ電力で１．５アンペアの電流で動作し得る。慣例のＶＨＯランプは単一蛍光体層が設けられ、約１５−４０ｍｇの水銀を用いて製造されている。１００ワット以上の電力レベルで効率よく且つ最少水銀消費量で動作するハイウォールローディング用の蛍光ランプが必要とされている。
【０００７】
本発明の目的は、増大した発光効率及び減少した水銀消費量を有する超高出力（ＶＨＯ）蛍光ランプを提供することにある。
【０００８】
（発明の開示）
本発明は、上述した目的及び他の目的を達成するために、内部表面を有する容器とその両端に位置する２つの電極を有する電気ランプを提供する。これらの電極は水銀と放電維持ガスが封入された容器内で紫外放射を発生する。
容器の内部表面は紫外放射を容器内へ反射させるアルミニウム酸化膜で下塗りする。紫外放射を可視光に変換するためにこのアルミニウム酸化膜の上に三燐酸塩層を形成する。三燐酸塩層は酸化イットリウムとセリウムマグネシウムアルミン酸塩とバリウムマグネシウムアルミン酸塩とからなる。
【０００９】
一方の電極を水銀カプセルと一緒に短マウントに取り付け、他方の電極を長マウントに取り付ける。長マウントは水平部分を有するとともにランプ端の近くにフレア部を有する。水平部分は水銀消費を低減するためにアルミニウム酸化膜で被覆する。
【００１０】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の他の特徴及び利点は図面を参照して以下に記載する本発明の好適実施例の詳細な説明から明らかになる。各図において、同一の素子は同一の符号で示されている。
【００１１】
図１は、細長い外部容器１０５を有する超高出力（ＶＨＯ）低圧水銀蒸気放電ランプ又は蛍光ランプ１００を示す。ＶＨＯランプ１００はハイウォールローディング用の８フィート長であり、４０ワットのランプ電力で動作する代表的な蛍光ランプより遥かに高い２１５ワットの電力及び１．５アンペアで動作する。
【００１２】
ＶＨＯランプ１００は各端に、例えばタングステンからなるフィラメント１１５を含む慣例の電極構造１１０を有する。フィラメント１１５はランプ１００の口金１３０のマウントステムの一端に位置するガラスプレス封着部１２５を貫通する導電性リードワイヤ１２０で支持される。ＶＨＯランプ１００の一方のマウントステムは他方のマウントステムより長く、長マウント１３５といい、短いマウントステムを短マウント１４０という。図に示すように、短マウント１４０は口金１３０から陰極ロング１７５まで約４０ｍｍの長さを有するが、長マウント１３５は口金１３０から陰極ガード１７５Ａまで約８０ｍｍの長さを有する。リード１２０はランプ１００の両端に固定された口金１３０の接点ピン１４５に導電フィード１５０を経て接続される。
【００１３】
マウントステム１３５、１４０はランプ１００の端部又は口金１３０の近くにフレア部を有する水平部分を有する。図１において、長マウント１３５の水平部分は参照番号１５５で示され、フレア部は参照番号１６０で示されている。
【００１４】
中心リードワイヤ１７０が短マウント１４０から延在してフィラメント１１５の周囲に位置する陰極リング１７５を支持する。長マウント１３５のフィラメント１１５は陰極ガード１７５Ａを有し、この陰極ガード１７５Ａは長マウント１３５のフィラメント１１５の両側に位置する２つの矩形シートを有する。水銀を入れたガラスカプセル１８０が短マウント１４０の陰極リング１７５にクランプされ、リボン１８５が更に陰極リング１７５及び短マウント１４０の中心リードワイヤへの支持を与える。
【００１５】
従来既知のように、金属ワイヤを水銀ガラスカプセル１８０上に張り、高周波電磁界で誘導加熱してカプセル１８０を切開して水銀を容器１０５内の放電空間に開放させる。短マウント１４０のみが水銀カプセル１８０を含む。しかし、長マウント１３５は水銀カプセルを含まず、陰極ガード１７５Ａがフィラメント１１５の周囲に設けられる。長いガラスステムマウント１３５は水銀圧力を調整して５０Ｆ以上の周囲温度に対し光出力を最大にするための排気管１９０を有する。
【００１６】
ＶＨＯランプ１００にはアルゴンやアルゴンと他のガスの混合物のような不活性ガスを含む放電維持ガスを低圧で封入する。少量の水銀と不活性ガスの組合せはランプ点灯中のアーク放電を維持する。ランプ１００の点灯時に、電極１１０が接点ピン１４５を経て所定の付勢電圧源に接続されると、ガス放電が容器１０５内の電極１１０の間で維持される。ガス放電は紫外（ＵＶ）放射を発生し、この紫外放射が蛍光体発光層により可視光に変換される。
【００１７】
特に、容器１０５の内部表面を酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３の単層２００で下塗りし、その上に三燐酸塩層２１０を形成する。アルミナ下塗り層２００は三燐酸塩層２１０を通過したＵＶ放射を反射して三燐酸塩層２１０へ戻して再度ＵＶ放射を可視光へ変換する。これは蛍光体の利用率を向上させ、光出力を向上させる。アルミナ下塗り層２００はガラスランプ容器１０５の内部表面における水銀結合も低減して水銀消費も低減する。
【００１８】
アルミナ下塗り層２００は、ランプ容器１０５の内部表面上に蛍光体層を塗布するために一般に使用されている技術に従って、懸濁液で塗布することができる。例えば、酸化アルミニウムを水溶液に懸濁し、ランプ管又は容器１０５内を他端から出るまで流して内部表面上に塗布する。懸濁液を乾燥室内で乾燥させ、次に三燐酸塩層２１０を同様の方法で塗布し、所定の期間に亘って焼結又は焼成する。
【００１９】
三燐酸塩層２１０は三価のユーロピウムで活性化された赤色発光酸化イットリウム（ＹＯＸ）と、テルビウムで活性化された緑色発光セリウムマグネシウムアルミン酸塩（ＣＡＴ）と、二価のユーロピウムで活性化された青色発光バリウムマグネシウムアルミン酸塩（ＢＡＭ）とからなる。従って、このＶＨＯランプ１００はガラス容器１０５を水銀から遮蔽するアルミナ下塗り層２００のために水銀消費が減少する。アルミナ下塗り層２００に加えて、三燐酸塩層２１０がハロ燐酸塩のような他の燐酸塩より低い水銀消費をもたらすとともに輝度の増大をもたらす。
【００２０】
輝度の増大及び水銀消費の減少は、慣例のＶＨＯランプの重い蛍光体層、例えばハロ燐酸塩層を、アルミナ下塗り層上の軽い三燐酸塩層と取り替えることにより達成される。８フィートＶＨＯランプに対しては、慣例のＶＨＯランプの製造に使用されるハロ燐酸塩層の重量は代表的には約１０−１４ｇである。これに対し、三成分蛍光体層２１０の重量は遥かに低く、例えば５−７ｇである。アルミナ下塗り層２００の重量は約２２０−５２０ｍｇである。
【００２１】
図２に示すように、三燐酸塩層（ＹＣＢ）２１０を有するＶＨＯランプ１００は１００時間の点灯後に１７，０００ルーメンを超えるルーメン出力を有する。更に、このＶＨＯランプ１００は２５００時間の点灯後に約１５，０００ルーメンを有する。これに対し三燐酸塩（ＹＣＢ）層の代わりにハロ燐酸塩（ＨＡＬＯ）を有する慣例のＶＨＯランプは約１０，０００ルーメンであった。図２に示す増大した光出力及びルーメン維持特性は３成分蛍光体の上層２１０のみならずアルミナ下塗り層２００のおかげであり、アルミナ下塗り層２００は水銀イオンとガラス容器１０５との相互作用を低減するとともに紫外線を蛍光体層２１０内へ効率よく反射して蛍光体の利用率を向上させ、可視光の発生を向上させる。
【００２２】
ＶＨＯランプ１００の低水銀要件は、水銀カプセル１８０の使用と反射性アルミナ下塗り層２００の存在の結果である。下塗り層２００は水銀イオンとガラス容器１０５との相互作用を低減するのみならず、３成分蛍光体層２１０のルーメン出力も向上させる。
【００２３】
慣例のＶＨＯランプは約１５−４０ｍｇの水銀を用いて製造される。電極領域における水銀消費を更に低減するために、長ガラスステム１３５を酸化アルミニウムの層のようなアルミナ層２２０で被覆する。特に、長ガラスステム１３５の水平部分１５５をアルミナ層２２０で被覆するが、フレア部１６０及びプレス封着部１２５は被覆しない。フレア部１６０をアルミナ層で被覆すると、この被覆が容器１０５のガラスとフレア部１６０及び口金１３０のガラスとの間の封着を妨げることになる。
【００２４】
酸化アルミニウムの薄い膜２２０は長ガラスマウント１３５の水平部分１５５上に塗布し、次いで１００℃で約１時間焼成する。次に、酸化アルミニウム層を被覆した長マウントと被覆してない長マウントの水銀消費量を５００時間及び１０００時間に亘って比較した。
【００２５】
ランプ内の自由水銀と結合水銀の量を決定するためにウエットケミカル分析（ＷＣＡ）を使用する。これは、ランプの中心にある冷スポットに自由水銀を集めることにより行われる。次にランプを複数部分に切断し、硝酸ＨＮ０_３を含む容器に入れる。水銀を６０℃で３時間に亘って酸に溶解させる。この酸溶解処理後に、少量の０．０１ＭＫＭＮＯ_４溶液をサンプルに加えて水銀イオンＨｇ^２＋を安定化させる。冷蒸気原子吸収スペクトロスコピーを用いて水銀を検出する。
【００２６】
水銀カプセル１８０を含む短マウント１４０はアルミナ層で被覆しない。長マウント１３５の水平部分１５５のみをアルミナ層２２０で被覆する。重ハロ燐酸塩蛍光体層の下にアルミナ下塗り層２００を有するランプを製造した。これらのハロ燐酸塩ＶＨＯランプの半数はアルミナ層２２０で被覆された長ステムマウントを含んでいる。同様に、ハロ燐酸塩層の代わりに三燐酸塩層２１０の下にアルミナ下塗り層２００を有する別のグループのランプを製造した。これらの三燐酸塩ＶＨＯランプの半数はアルミナ層２２０で被覆された長ステムマウントを含んでいる。
【００２７】
全ての場合に、アルミナ層２２０はランプ動作及び輝度に悪影響を与えなかった。それどころか、アルミナ層２２０は長マウント１３５の陰極領域における水銀消費を低減した。表１は、長マウント１３５の水平部分１５５にアルミナ層が被覆されている本発明による３成分蛍光体層を有するＶＨＯランプとハロ燐酸塩層を有するＶＨＯランプ及び長マウント１３５の水平部分１５５にアルミナ層が被覆されていない本発明による３成分蛍光体層を有するＶＨＯランプとハロ燐酸塩層を有するＶＨＯランプに対する長マウント１３５の電極領域における水銀消費データを示す。
【００２８】
表１に示すように、最初の５００時間では被覆した長ステムと被覆してない長ステムとの間の差は小さい。１０００時間の動作では、被覆した長ステムと被覆してない長ステムとの間に最大４０％の差が観測された。同一もしくはそれ以上の差が２５００時間の動作で観測された。被覆した長マウントに対し観測された低い水銀消費は、水銀イオンと長ステムマウント１３５のガラスとの相互作用を低減するアルミナ被覆２２０の存在のおかげである。
【００２９】
表１

【００３０】
ＶＨＯランプの最大光出力を得るために、冷スポットは長マウント１３５を用いることにより電極の背後に生成している。これがため、電極領域における水銀消費を最低にするめに、長マウントの水平部分１５５をアルミナ層２２０で被覆する。短マウント１４０をアルミナ層で被覆することはＶＨＯランプに対しては有利でなく、僅かな効果をもたらすにすぎない。その理由は、水銀は長マウント１３５の大きなガラス表面領域に引きつけられるからである。口金１３０と容器１０５との封着を妨げないようにするためにフレア部１６０はアルミナ層２２０で被覆しない。
【００３１】
本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲内において多くの変更が可能である。請求の範囲の解釈においては、下記の点に注意されたい。
（ａ）「具える」とは請求項に記載した要素以外の要素の存在を除外しない。
（ｂ）「からなる」とは請求項に記載した要素以外の素子の存在を除外する。
（ｃ）請求項に記載した各要素の数は特定してないが、複数の存在を除外しない。
（ｄ）請求項中の参照番号は請求の範囲を限定しない。
（ｅ）「手段」はハードウエア又はソフトウエア構造又は機能で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＶＨＯ蛍光ランプを示す図である。
【図２】本発明によるＶＨＯ蛍光ランプと慣例のＶＨＯ蛍光ランプのルーメン出力を比較するバーグラフを示す。

Claims (12)

1. 内部表面を有する容器と、
   容器内に紫外放射を発生させる手段と、
   前記内部表面上に形成された酸化アルミニウム層と、
   前記酸化アルミニウム層の上に形成された、前記紫外放射を可視光に変換する三燐酸塩層とを具えた電気ランプにおいて、
   前記三燐酸塩層は酸化イットリウムと、セリウムマグネシウムアルミン酸塩と、バリウムマグネシウムアルミン酸塩とからなることを特徴とする電気ランプ。
2. 前記紫外放射発生手段は第１電極を支持する短マウントと第２電極を支持する長マウントとを含み、前記長マウントは前記電気ランプの端部の近くにフレア部を有する水平部分を有し、前記水平部分が前記酸化アルミニウム層で被覆されていることを特徴とする請求項１記載の電気ランプ。
3. 前記短マウントに支持された水銀カプセルを更に具えたことを特徴とする請求項２記載の電気ランプ。
4. 前記電気ランプの電力消費が２００ワット以上であり、前記電気ランプの長さが４フィート以上であることを特徴とする請求項１記載の電気ランプ。
5. 前記三燐酸塩層の重量が約５−７ｇであることを特徴とする請求項１記載の電気ランプ。
6. 前記酸化アルミニウム層の重量が約２２０−５２０ｍｇであることを特徴とする請求項１記載の電気ランプ。
7. 内部表面を有する容器と、
   前記内部表面上に形成された第１の酸化アルミニウム層と、
   ランプの第１端部に位置する第１電極を支持する短マウントと、
   前記第１端部と対向するランプの第２端部に位置する第２電極を支持する長マウントであって、前記第２端部の近くにフレア部を有する水平部分を有し、前記水平部分が第２の酸化アルミニウム層で被覆されている長マウントと、
   前記第１の酸化アルミニウム層上に形成された三燐酸塩層とを具えていることを特徴とする電気ランプ。
8. 前記三燐酸塩層は酸化イットリウムと、セリウムマグネシウムアルミン酸塩と、バリウムマグネシウムアルミン酸塩とからなることを特徴とする請求項７記載の電気ランプ。
9. 前記短マウントに支持された水銀カプセルを更に具えたことを特徴とする請求項７記載の電気ランプ。
10. 前記電気ランプの電力消費が２００ワット以上であり、前記電気ランプの長さが４フィート以上であることを特徴とする請求項７記載の電気ランプ。
11. 前記三燐酸塩層の重量が約５−７ｇであることを特徴とする請求項７記載の電気ランプ。
12. 前記酸化アルミニウム層の重量が約２２０−５２０ｍｇであることを特徴とする請求項７記載の電気ランプ。

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