JP2004516621A - 水銀が減少したカラートーン蛍光灯 - Google Patents

Abstract

電灯は、内面を有するエンベロープと、エンベロープの各端部に配置された２個の電極とを有する。電極は、水銀及びチャージ維持ガスが充填されたエンベロープ中で紫外照射を発生するために電力が供給される。エンベロープの内面は、酸化アルミニウム層によってプリコートされ、ＵＶ照射が反射されてエンベロープに戻される。蛍光層は、紫外照射を可視光に変換するために酸化アルミニウム層上に形成される。蛍光層は、４蛍光体、すなわち、青色発光ブルーハロホスファ（ＢＨ）と、赤色発光酸化イットリウム（ＹＯＸ）と、ワームホワイト（ＷＷ）とも称される３０００Ｋ−発光カルシウムハロホスファ光層と、緑色発光ケイ酸亜鉛の混合物である。

Description

【０００１】
技術の分野
本発明は、蛍光体コーティングを設けたランプエンベロープを有する蛍光灯として一般に知られている低圧水銀灯に関し、更に詳しくは、アルミナプレコート上に対する４蛍光体のコーティングに関する。
【０００２】
背景技術
蛍光灯として一般に知られている低圧水銀灯は、点灯中にガス放電を維持するために水銀及び希ガスを充填したランプエンベロープを有する。ガス放電による放射は、主にスペクトルの紫外（ＵＶ）領域で行われ、可視スペクトルにおいては少ない部分でしか行われない。ランプエンベロープの内面は、しばしば蛍光体の混合である蛍光コーティングを有し、紫外照射の際に可視光が生じる。
【０００３】
電力消費の減少のために蛍光灯を使用する傾向が高まっている。電力消費を更に低減するために、ランプに対するエネルギー入力に関連する利用できる光出力の目安であるルーメン／Ｗ（ＬＰＷ）で表される発光効率と称される蛍光灯の効率を増大する駆動がある。
【０００４】
したがって、更に効率的かつ長寿命の蛍光灯が所望される。しかしながら、所望される２０，０００時間以上の長時間のランプ寿命に適合するために、過度の水銀が導入される。これは、ガラスエンベロープ、蛍光コーティング、電極等の互いに相違するランプ構成要素がランプ中で水銀を使い切るからである。そのように水銀の使用が増大するのは、好ましくなく、環境に有害である。したがって、ランプ寿命を減少することなく蛍光灯の水銀消費量が少なくなるよう駆動される。
【０００５】
ランプ寿命を減少することなく効率を増大し及び水銀消費量を減少するために、蛍光コーティングに対して互いに相違する蛍光体の混合が用いられる。蛍光コーティングとガラスエンベロープの間に酸化金属膜が設けられる。酸化金属層は、ＵＶ放射を反射して蛍光層に戻し、更にＵＶ放射を可視光に変換する。これによって、蛍光体の利用性が向上し、光出力が増大する。酸化金属層は、ランプの管状部に向かう水銀を減少することによって水銀消費量を減少する。
【０００６】
所望の蛍光灯の特徴は、高輝度及び高演色を有する。「カラートン」（Ｃｏｌｏｒｔｏｎｅ）ランプと称される蛍光灯は、高い色調指標（ＣＲＩ）を有する光源の群に属する。これら特定の蛍光灯は、周期的な不調を緩和するために用いられ、演色特性が重要な複数の専門分野で使用されている。例えば、これらカラートーンランプは、博物館、花屋、グラフィクアートスタジオ、並びに歯医者及び医師のオフィスで用いられる。
【０００７】
カラートーン５０ランプは、９０を超える高いＣＲＩを有する５０００Ｋの相対色温度（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｌｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を有する。ＣＲＩに対する特定の最小値を指定する基準及び他のランプ仕様、例えば、アメリカナショナル規格組織（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ： ＡＮＳＩ）及び国際標準機構（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ： ＩＳＯ）規格を広める機構がある。カラートーン５０ランプに対して、ＡＮＳＩ規格及びＩＳＯ規格は、ＣＲＩが９０を超える必要がある。
【０００８】
ＩＳＯ規格は、個別の色調指標Ｒ_１〜Ｒ_８を超えることも要求される。従来のカラートーン５０ランプは、水銀の消費量が高い蛍光体によって構成され、ランプ寿命を犠牲にすることなくＴＣＬＰ（有毒特性浸出処理）（Ｔｏｘｉｃｉｔｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ｌｅａｃｈｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）に合格することができない。
【０００９】
特に、従来のカラートーン５０蛍光灯は、ストロンチウムマグネシウム蛍光体（Ｓｒ．Ｍａｇ）すなわち（Ｓｒ，Ｍｇ）_３（ＰＯ）_４：Ｓｎ及びストロンチウムフルオロフォスタ（Ｓｒ．Ｂｌｕｅ）すなわちＳｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｆ_２：Ｓｂの２蛍光体混合物を有する。Ｓｒ．Ｍａｇは、スペクトルの赤色領域で非常に強く、ＢＨは、カラートーン５０に対する可視スペクトルの青色領域に寄与する。
【００１０】
これら２蛍光体の組合せによって、９０を超える高い演色特性を有する可視領域において広いスペクトルを生じる。しかしながら、これら蛍光体の混合物は、水銀消費に関して不都合がある。特に、Ｓｒ．Ｍａｇ及びＳｒ．Ｂｌｕｅは、最高の水銀消費量となり、その大部分によって、従来のカラートーン５０ランプは、ＴＣＬＰに従わなくなる。
【００１１】
したがって、高いＣＲＩを有するとともにＴＣＬＰに合格する水銀が減少したカラートーン蛍光灯が必要とされる。
本発明の目的は、高いＣＲＩを有するとともに水銀消費量が減少したカラートーン蛍光灯を提供することである。
【００１２】
発明の開示
本発明は、内面を有するエンベロープと、エンベロープ管の両端に配置された２個の電極のような少なくとも１個の電極とを有する電灯を提供することによって上記及び他の目的を達成する。電極は、水銀及び電荷保持ガス（ｃｈａｒｇｅ ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ ｇａｓ）を充填したエンベロープにおいて紫外照射を発生するよう電力が供給される。エンベロープの内面には、酸化アルミニウムオスのような金属酸化物層がプリコートされて、紫外照射を反射してエンベロープに戻す。
【００１３】
蛍光層は、紫外照射を可視光に変換するために酸化アルミニウム上に形成される。５０００Ｋカラートーンに対する蛍光層は、四つの蛍光体、すなわち、青色発光ブルーハロホスファ（Ｂｌｕｅ Ｈａｌｏｐｈｏｓｐｈｏｒ：ＢＨ）と、赤色発光酸化イットリウム（ＹＯＸ）と、ワームホワイト（Ｗａｒｍ Ｗｈｉｔｅ：ＷＷ）とも称される３０００Ｋ−発光カルシウムハロホスファ（Ｃａｌｃｉｕｍ Ｈａｌｏｐｈｏｓｐｈｏｒ）と、緑色発光ケイ酸亜鉛（ＺＳ）の混合物である。
【００１４】
発明を実施するための最良の形態
図１は、放電空間１０７を気密に包囲する細長い外側エンベロープ１０５を有する低圧水銀灯すなわち蛍光灯１００を示す。図１に示す例のランプ１００を、好適には、例えば約０．５〜８フィート長の長さを有するとともに約０．１６０〜１．５００Ａの電流及び約４．０〜２１５Ｗのランプ電力で点灯する管状ランプとする。しかしながら、ランプを、コンパクトな蛍光灯とすることができ、ランプが、他の点灯パラメータを有してもよく、Ｕ形状、環状又は他の任意の所望の形状のような湾曲形状のような他の形状を有してもよい。
【００１５】
図示したように、ランプ１００は、例えばタングステンによって構成されたフィラメント１１５を両端に有する通常の電極構造１１０を有する。電極構造１１０を、特にコンパクトな蛍光灯に対して単一の端部に設けてもよい。電極構造１１０は本発明に必須ではなく、他の構造を用いて、ランプを点灯するために放電空間１０７に放電を発生し及び維持することができる。例えば、放電空間１０７の外側に配置したコイルを、放電を発生し及び維持するよう放電空間に交番磁界を発生するのに用いることができる。
【００１６】
図１に示すランプ１００に戻ると、電極構造１１０のフィラメント１１５は、ランプ１００のベース１３５に近接するマウントステム１３０の一端に配置したガラスプレスシール１２５を通じて延在する導電リードワイヤ１２０に支持される。リード１２０は、給電線１５０を通じてランプ１００の反対側の端部に固定された各ベース１３５のピン形状コンタクト部１４０に接続される。
【００１７】
中央のリードワイヤ１６０は、フィラメント１１５の周辺に配置されたカソードリング１７０を支持するために、各マウント１３０から各プレスシール１２５を通じて延在する。水銀が添加されたガラスカプセル１８０は、マウント１３０の一方のみのカソードリング１７０でクランプされる。他のマウントは水銀カプセルを含まず、カソードガード１７０をフィラメント１１５の周辺に設けるが、フィラメント１１５を示すために図１では省略した。
【００１８】
金属ワイヤ１９０は、水銀ガラスカプセル１８０の上で伸ばされている。金属ワイヤ１９０は、高周波電磁界で誘導的に加熱されて、エンベロープ１０５の内側の放電空間１０７に水銀を封入するためにカプセル１８０を切り開く。
【００１９】
エンベロープ１０５の放電空間１０７は、アルゴンのような希ガス又はアルゴン及び他のガスの混合物を含むイオン化放電維持充填物（ｉｏｎｉｚａｂｌｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ−ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ ｆｉｌｌｉｎｇ）を低圧で充填する。希ガス及び少量の水銀は、ランプ点灯中にアーク放電を維持する。ランプ１００の点灯中、電極１１０が、予め設定された電源にコンタクトピン１５０を通じて電気的に接続されると、ガス放電が、エンベロープ１０５の内側の電極１１０の間で維持される。ガス放電は、紫外（ＵＶ）放射を発生し、それは、図１で番号２１０で示した蛍光層によって可視光に変換される。
【００２０】
特に、外側エンベロープ１０５の内側表面には、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３２００のような酸化金属の単一層がプレコートされ、その上には、蛍光層２１０が形成される。アルミナプレコート２００は、ＵＶ放射を反射して蛍光層２１０に戻し、更なるＵＶ放射の可視光への変換を行う。これによって、蛍光体の利用が向上し、光出力が増大する。アルミナプレコート２００は、ガラスランプエンベロープ１０５への水銀の拡散を減少することによって水銀消費量を減少する。水銀消費量を更に減少するために、ガラスマウントステム１３０及びプレスシール１２５にはアルミナプレコート層２１５も被覆されて、ガラスマウントステム１３０及びプレスシール１２５に向かう水銀が減少する。
【００２１】
アルミナプリコート層２００は、ランプエンベロープ１０５の内面上に蛍光層を設けるための通常採用されている技術に従って、液体サスペンションによって設けられる。例えば、酸化アルミニウムは、水溶液中で懸濁され、エンベロープ内面を流れるように、他端から放出されるまでランプ管すなわちエンベロープ１０５に流す。溶液は乾燥チャンバで乾燥され、蛍光コート２１０が同様にして設けられ、所定の期間中焼結又は焼成される。
【００２２】
アルミナプリコート層２１５を、従来知られている方法、例えば、懸濁された酸化アルミニウムを含む水溶液をガラスマウントステム１３０及びプレスシール１２５に塗布した後に乾燥及び焼結又は焼成を行うことによって、ガラスマウントステム１３０及びプレスシール１２５の上に形成することができる。
【００２３】
色温度が約５０００Ｋ（ケルビン）である本発明による５０００Ｋカラートーン蛍光灯に対して、蛍光コート２１０は、三つの蛍光体の混合物を具える。カラートーン（Ｃｏｌｏｒｔｏｎｅ）は、Ｓｂによって活性化される青色発光ブルーハロホスファ（Ｂｌｕｅ Ｈａｌｏｐｈｏｓｐｈｏｒ：ＢＨ）、すなわち、Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６Ｆ_２：Ｓｂと、Ｅｕによって活性化される赤色発光酸化イットリウム（ＹＯＸ）、すなわち、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕと、ワームホワイト（Ｗａｒｍ Ｗｈｉｔｅ：ＷＷ）とも称されるＳｂによって活性化される３０００Ｋ−発光カルシウムハロホスファ（Ｃａｌｃｉｕｍ Ｈａｌｏｐｈｏｓｐｈｏｒ）、すなわち、Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（Ｆ，Ｃｌ）_２：Ｓｂ，Ｍｎと、Ｍｎによって活性化される緑色発光ケイ酸亜鉛（ＺＳ）すなわちＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎとから構成される。
【００２４】
４蛍光体混合物の５０００Ｋカラートーン蛍光灯は、Ｓｒ．Ｍａｇ及びＳｒ．ブルー蛍光体混合物を有する通常のカラートーン５０ランプに比べた高いルーメンを有する。特に、５０００Ｋカラートーン蛍光灯は、約２５００ルーメンを示し、表１〜２に示すようにＡＮＳＩ及びＩＳＯに対する色許容要求（ｃｏｌｏｒ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）に適合する。
【００２５】
表１は、本発明による５０００Ｋカラートーン蛍光灯の４個のサンプルＣ５０００Ｋ０Ｋ−１〜Ｃ５０００Ｋ−４と、Ｓｒ．Ｍａｇ及びＳｒ．ブルー蛍光体混合物を有するＣ５０としてリストした従来のカラートーン５０ランプに対する１００時間の光度測定結果を示す。欄３及び４は、Ｘ及びＹカラーポイント座標（ｃｏｌｏｒ ｐｏｉｎｔ ｃｏ−ｏｒｄｉｎａｔｅ）を示し、欄５は、相対色温度（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｌｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ：ＣＣＴ）を示し、欄６は、テストランプに対するルーメン値を示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
本発明による５０００Ｋカラートーン蛍光灯Ｃ５０００Ｋ０Ｋ−１〜Ｃ５０００Ｋ−４は、従来のＣ５０ランプに比べて高いルーメン出力を有するが、重要な因子は、ＸＹカラーポイント座標及びＣＲＩ値である。ＡＮＳＩ規格によれば、演色ＣＲＩすなわちＲａが９０を超える必要があり、ＩＳＯ規格はＣＲＩ＞９０であり、かつ、個別の特定の色調指数Ｒ_１〜Ｒ_８が８０を超えることを要求する。一般的な色調指数Ｒａは、Ｒ_１〜Ｒ_８のような特定の色調指数Ｒｉの平均である。１００に近い一般的なＣＲＩすなわちＲａ値に対して、特定の色調指数Ｒｉは、顕著な色差に対する大きな変動を示すように互いに異なる。しかしながら、Ｒａ 値が１００から減少するので、Ｒｉ指数の変動が増大する。典型的には、最適な演色ランプは、高いＣＲＩを有するだけでなく、Ｒｉの変動を最小にする。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２は、一般的な色調指数ＲａすなわちＣＲＩと、特定の色調指標Ｒ_１〜Ｒ_８とを示す。表２からわかるように、一般的な色調指数Ｒａは、本発明による５０００Ｋカラートーン蛍光灯に対して９０を超え、したがって、ＡＮＳＩ規格に適合する。さらに、特定の特定の色調指標Ｒ_１〜Ｒ_８は全て８０を超え、したがってＩＳＯ規格にも適合する。
【００３０】
図２は、５０００Ｋカラートーン蛍光灯に対する色許容基準を示し、それは、Ｘ＝０．３４５及びＹ＝０．３５９を中心とした３段の楕円を有し、その長軸がほぼ０．３４１，０．３５３及び０．３４９，０．３６５であり、短軸がほぼ０．３６１，０．３４２及び０．３４８，０．３５７である。
【００３１】
図３は、実線で表した本発明による５０００Ｋカラートーン蛍光灯の発光スペクトル及び破線で表した従来のＣ５０カラートーン蛍光灯の発光スペクトルを示す。
【００３２】
本発明による５０００Ｋカラートーンランプの４蛍光体混合物によって、ランプ１００は、ガラスエンベロープ１０５を水銀から遮断するアルミナプリコート２００と共同して水銀消費量を減少することができる。アルミナプリコート２００に加えて、蛍光層２１０は、他の蛍光体に比べて水銀消費量が低減し、明るさが増大する。
【００３３】
明るさの増大及び水銀消費量の低減を、ＵＶアルミナプリコート層に被覆するものを従来のランプの蛍光層から４蛍光体混合物に置換することによって達成される。特に、表１〜２に示す１００時間の光学測定結果を得るのに用いられるランプは、４フィート長の真直ぐな管状ランプのＦ４０Ｔ１２である。使用される加工されていない蛍光体重量は、約６．５±０．２ｇである。それに対して、４蛍光体混合物層２１０の重量は、約５．５〜６．０ｇのように著しく小さくなる。したがって、本発明によるランプは、約１．３７５〜１．５ｇ／フィートの蛍光体重量を有する。アルミナプリコート層２００の重量を、約１２０〜２４０ｇとする。
【００３４】
表３は、従来の５０カラートーン蛍光灯Ｃ５０と比較した場合の本発明による５０００Ｋカラートーン蛍光灯Ｃ５０００Ｋの４蛍光体混合物の特定の組成を示す。
【００３５】
【表３】

【００３６】
従来の４フィートのカラートーンランプは、約１５〜４０ｍｇの水銀を用いて製造される。ランプ寿命が２０，０００時間の４フィート長の４蛍光体混合物を有する本発明によるカラートーンランプは、１５ｍｇ未満であり、すなわち、４フィートのランプに対して約４．４ｍｇのように、８フィート未満の長さのランプに対して３ｍｇ〜８ｍｇであり、定格ランプ寿命及び表１に示すような高ルーメン出力、すなわち、５０００Ｋのランプに対する約２５００ルーメンを維持する。したがって、本発明によるランプは、約１．０〜１．１ｍｇ／フィートの水銀を有する。
【００３７】
光出力の増大及び水銀消費量の減少は、蛍光体２１０の主成分に起因し、ＵＶプリコート層２００によって、水銀イオンの相互作用が減少し、ＵＶ光が反射された更に有効に蛍光層２１０に戻されて、蛍光体の利用を向上し、かつ、可視光の生成を増大する。
【００３８】
本発明を特に詳細に説明したが、種々の変更が本発明の範囲内で可能である。添付した請求の範囲において、
（ａ）用語「具える」は、請求の範囲に挙げた要素以外の要素を除外するものではない。
（ｂ）用語「構成する」は、請求の範囲に挙げた要素以外の要素を除外するものではない。
（ｃ）要素は、１個のみのものに限定されるものではなく、複数の要素を除外するものではない。
（ｄ）請求の範囲の任意の符号は本発明を限定するものではない。
（ｅ）複数の「手段」は、ハードウェア又はソフトウェアで実現される構造又は機能の同一アイテムによって表される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるカラートーン蛍光灯を示す。
【図２】本発明による５０００Ｋカラートーン蛍光灯に対する色許容基準を示す。
【図３】本発明による５０００Ｋカラートーン蛍光灯の発光スペクトルを示す。

Claims (6)

1. 内面を有するとともに、１５ｍｇ未満の重量の水銀を充填した放電空間を包囲するエンベロープと、
   前記放電空間に紫外放射を発生する少なくとも１個の電極と、
   前記紫外放射を可視光に変換するために前記内面に形成した蛍光層とを具え、
   前記蛍光層を、約５０００Ｋの色温度で少なくとも９０の色調指標となるように形成したことを特徴とする電灯。
2. 前記蛍光層を、ブルーハロホスファと、酸化イットリウムと、カルシウムハロホスファと、ケイ酸亜鉛とによって構成したことを特徴とする請求項１記載の電灯。
3. 前記蛍光層を、約４５重量％ブルーハロホスファと、約３１重量％酸化イットリウムと、約１２重量％カルシウムハロホスファと、約１２重量％ケイ酸亜鉛とによって構成したことを特徴とする請求項１記載の電灯。
4. 前記水銀の重量を約１．０〜１．１ｍｇ／ｆｔとしたことを特徴とする請求項１記載の電灯。
5. 前記内面と前記蛍光層との間に形成された酸化アルミニウム層を更に具えることを特徴とする請求項１記載の電灯。
6. 前記蛍光層の重量を、約１．３７５〜１．５ｇ／ｆｔとしたことを特徴とする請求項１記載の電灯。

Images