JP2006100037A - 蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプ光束を低下させずに水銀とアルカリ金属との反応を抑制する保護膜を備えているため、水銀封入量を減らすことのできる蛍光ランプを提供する。
【解決手段】 内面に保護膜６と蛍光体層７とが順次積層され、内部に水銀および希ガスが封入され、両端部に電極８が配置されたガラスバルブ２を備える管壁負荷が０．１３Ｗ／ｃｍ²以上の蛍光ランプ１において、保護膜６の膜厚を０．５〜５．０μｍの範囲とし、且つ、保護膜６には少なくとも５０wt％のシリカを含有させるとともに、水銀を６〜５０μｇ／ｃｍ³の範囲で封入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蛍光ランプに関するものである。

蛍光ランプにとって水銀は、放電ガスとしてまた紫外線の発生源として、不可欠な構成材料である。ところが、水銀は、ランプ点灯中において、ガラスから溶出するアルカリ金属と反応して徐々に不活性化（水銀が不活性化する現象を、以下「水銀消費」と称する）する。そして、水銀消費により発光に寄与する水銀量が不足すると、ランプの光束維持率が低下し、その結果ランプ寿命が短くなる。また、水銀とアルカリ金属とが反応してアマルガムが生成すると、ガラスバルブ表面に黒点や黒ずみが発生するが、これら黒点や黒ずみの発生によってもランプの光束維持率は低下し、ランプ寿命が短くなる。

特に、コンパクト形蛍光ランプ等の管壁負荷の高い蛍光ランプは、水銀消費量が多く、またアマルガムが生成され易いため、光束維持率の低下が著しいことが知られている。特許文献１には、図１０に示すような管壁負荷と光束維持率との関係を示す図が記載されているが、この図を参照すると、管壁負荷が０．１３Ｗ／ｃｍ²以上の蛍光ランプは、管壁負荷が０．１０Ｗ／ｃｍ²以下の蛍光ランプと比べて、光束維持率の低下が著しいことがわかる。

そこで、従来から、水銀消費を見越して予め余分に水銀を封入し、水銀量の不足を補うことが行われている。また、水銀消費やアマルガムの生成を抑制するために、ガラスバルブと蛍光体層との間にシリカ系或いはアルミナ系の保護膜を設けて前記反応を起こり難くする技術が、特許文献２および３に開示されている。
一方、近年、環境に対する意識の高まりから、水銀封入量の低減が望まれている。水銀封入量を低減させる方法としては、保護膜を厚くし、水銀とアルカリ金属との反応をより効果的に抑制することなどが考えられる。
特開２０００−３１５４７７号公報 特開平１０−１２５２８２号公報 特許第３３４１４４３号公報

ところが、保護膜を厚くすると、可視光が遮られランプ光束が低下するおそれがある。また、ガラスバルブを作製する際の曲げ加工やブリッジ接続によって保護膜に亀裂が生じ易く、前記保護膜の上層に形成する蛍光体層も剥離し易くなるため、ランプ光束が低下したり外観不良が生じたりする。
本発明は、上記した課題に鑑み、ランプ光束を低下させずに水銀とアルカリ金属との反応を抑制する保護膜を備えることにより、水銀封入量を減らすことのできる蛍光ランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明に係る蛍光ランプは、内面に保護膜と蛍光体層とが順次積層され、内部に水銀および希ガスが封入され、両端部に電極が配置されたガラスバルブを備える管壁負荷が０．１３Ｗ／ｃｍ²以上の蛍光ランプであって、前記保護膜は、膜厚が０．５〜５．０μｍの範囲であり、少なくとも５０wt％のシリカを含有し、前記水銀は、６〜５０μｇ／ｃｍ³の範囲で封入されている構成を有する。

また、請求項２記載の本発明に係る蛍光ランプは、請求項１記載の蛍光ランプにおいて、前記ガラスバルブは、管内径が１２．５ｍｍ未満であって、前記保護膜は、膜厚が０．８μｍ以上である構成を有する。
さらに、請求項３記載の本発明に係る蛍光ランプは、請求項１または２記載の蛍光ランプにおいて、前記保護膜は、イットリアを含有する構成を有する。

さらにまた、請求項４記載の本発明に係る蛍光ランプは、請求項１乃至３のいずれかに記載の蛍光ランプにおいて、前記シリカは、ＢＥＴ比表面積が２５〜１８０ｍ²／ｇの範囲である構成を有する。

本発明の構成を有する蛍光ランプは、保護膜の膜厚が０．５〜５．０μｍの範囲であり、前記保護膜に少なくとも５０wt％のシリカが含有され、水銀が６〜５０μｇ／ｃｍ³の範囲で封入されている。そのため、ランプ光束を低下させることなく水銀とアルカリ金属との反応を抑制することができるとともに、水銀封入量を従来の蛍光ランプより少なくすることができるため、水銀使用量削減による環境負荷の低減を図ることができる。

特に、管壁負荷が０．１３Ｗ／ｃｍ²以上の蛍光ランプは、水銀とアルカリ金属との反応が激しく、光束維持率の低下が著しいため、本発明の構成が効果的である。なお、管壁負荷とは、ガラスバルブ内面における電極間部分の単位面積当たりのランプ消費電力を意味する。
水銀とアルカリ金属との反応を抑制することができるのは、保護膜の膜厚が従来よりも厚い０．５〜５．０μｍの範囲だからであり、水銀がガラスバルブと接触しにくいからである。そして、前記反応が抑制されることによって、水銀消費が少なくなり、ガラスバルブに黒点等が発生しにくくなると、光束維持率が低下しにくくなって、定格寿命を維持することができる。

また、保護膜の膜厚が従来より厚いにも拘わらずランプ光束が低下しないのは、保護膜が可視光を遮りランプ光束が低下する一方で、保護膜が紫外線を反射することによって蛍光体層における紫外線の利用効率が高まり、ランプ光束が向上するからであると推測される。
さらに、保護膜は、シリカを主体として形成されているため、アルミナで形成されたものよりも蛍光体層との接着力が強い。そのため、保護膜が厚くなって亀裂が生じても蛍光体層が剥離しにくく、蛍光体層の剥離によるランプ光束の低下や外観不良が生じにくいため、製造歩留まりが良い。

その上、保護膜の膜厚が厚いためガラスバルブから機械的に除去し易く、ガラス管の両端を封止する際に封止部分の保護膜を除去する作業や、リサイクルのために廃品のガラスバルブから保護膜を除去する作業が容易である。しかも、既存の設備で製造することができるため新たな設備投資が不要であり、またガラスバルブには従来と同様に安価なソーダライムガラスを使用することができる。

また、本発明の構成を有する蛍光ランプにおいて、ガラスバルブの管内径が１２．５ｍｍ未満の場合は、ランプの管壁負荷が特に高いため、水銀消費量が多くまたガラスバルブに黒点などが発生し易いが、保護膜の膜厚を０．８μｍ以上にすれば定格寿命を維持することができる。
さらに、本発明の構成を有する蛍光ランプの保護膜にシリカ以外の無機酸化物を含有させる場合は、イットリアが適している。イットリアが含有された保護膜を有する蛍光ランプは、他の無機酸化物が含有された保護膜を有する蛍光ランプよりもランプ寿命が長いからである。

さらにまた、本発明の構成を有する蛍光ランプの保護膜に含有されるシリカが、ＢＥＴ比表面積が２５〜１８０ｍ²／ｇの範囲の場合は、均一で耐久性の高い保護膜を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る蛍光ランプについて、図面を参照しながら説明する。
（１）蛍光ランプの構成
１、第１の実施形態
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係るコンパクト形蛍光ランプを示す一部破断側面図、および、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面平面図である。

本発明の一実施形態に係る蛍光ランプ１は、消費電力が４２Ｗのコンパクト形蛍光ランプであって、図１に示すように、放電路が蛇行するソーダ石灰ガラス製のガラスバルブ２と、当該ガラスバルブ２の一端側に取り付けられた口金３とを備えている。
ガラスバルブ２は、長さが１５０ｍｍ、内径が１０ｍｍ、肉厚が１ｍｍのガラス直管４を、ブリッジ５によって内部を連通させ６本接続したものであって、放電路長が６９０ｍｍ、内容積が約６０ｃｍ³、管壁負荷が０．１６Ｗ／ｃｍ²である。また、ガラスバルブ２は、内面に保護膜６と蛍光体層７とが順次積層され、内部に水銀と希ガスとしてのアルゴンガスとが封入され、両端部に電極８が配置されている。

保護膜６は、ＢＥＴ比表面積５０ｍ²／ｇのシリカ（日本アエロジル工業株式会社製、商品名アエロジル）からなり、膜厚は０．８μｍである。なお、本発明において、保護膜６の膜厚とは、前記保護膜６全体における平均膜厚を意味する。蛍光体層７は、青色蛍光体（ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ²⁺）、緑色蛍光体（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ³⁺）、および、赤色蛍光体（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺）を混合したものであり、蛍光体同士をつなぎとめる結着剤として、無機酸化物の微粒子（酸化カルシウム、酸化バリウムおよびホウ素とピロリン酸カルシウムの混合物）が混合されている。

２、第２の実施形態
図２は、本発明の第２の実施形態に係るコンパクト形蛍光ランプを示す一部破断斜視図および破断部分の一部を模式的に示す拡大図である。
本発明の一実施形態に係る蛍光ランプ１１は、消費電力が２７Ｗのコンパクト形蛍光ランプであって、図２に示すように、放電路が蛇行するソーダ石灰ガラス製のガラスバルブ１２と、当該ガラスバルブ１２の一端側に取り付けられた口金１３とを備えている。

ガラスバルブ１２は、長さが１４０ｍｍ、内径が１３．７ｍｍ、肉厚が１．０ｍｍのガラス直管１４を、ブリッジ１５によって４本接続したものであって、放電路長が４４０ｍｍ、内容積が約８０ｃｍ³、管壁負荷が１．４Ｗ／ｃｍ²である。また、ガラスバルブ１２は、内面に保護膜１６と蛍光体層１７とが順次積層され、内部に水銀と希ガスとしてのアルゴンガスとが封入され、両端部に電極１８が配置されている。

保護膜１６は、ＢＥＴ比表面積５０ｍ²／ｇのシリカからなり、膜厚は０．５μｍである。蛍光体層１７は、上記第１の実施形態と同様の構成である。
（２）蛍光ランプの製造方法
第１の実施形態に係る蛍光ランプ１を用いて蛍光ランプの製造方法を説明する。
まず、ガラス直管４の内面に保護膜６および蛍光体層７を形成する。保護膜６は、水とポリエチレンオキサイドとの混合液にシリカを分散させてスラリーを作製し、前記スラリーをガラス直管４内に流し込んで前記ガラス直管４内面に前記スラリーを塗布し、温風エアーで前記スラリーを乾燥させて形成する。蛍光体層７は、青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体の混合物と、無機酸化物（酸化カルシウム、酸化バリウム、ホウ酸およびピロリン酸カルシウムの混合物）の微粒子からなる結着剤とを混合し、保護膜６の上側に積層塗布して形成する。そして、保護膜６および蛍光体層７を形成したガラス直管４を、焼成炉で約５５０℃で５分間加熱する。

次に、ガラス直管４の両端部付近の保護膜６および蛍光体層７を除去し、一方の端部をシールする。６本のガラス直管４のうちのガラスバルブ２の両端部を形成する２本のガラス直管４の開放側の端部にコイル付きマウントを封止し、前記ガラスバルブ２の中間部を形成する残り４本のガラス直管４の開放側の端部に排気細管（不図示）を封止する。そして、それら６本のガラス直管４を順次ブリッジ５で接合する。

ガラスバルブ２内には、排気細管から水銀およびアルゴンガスを封入し、封入後前記排気細管を封止切る。最後に、ガラスバルブ２の電極８が封止されている側の端部を覆うように口金３を取り付け、蛍光ランプ１を完成させる。
（３）保護膜の膜厚と水銀封入量とがランプ寿命に及ぼす影響
管壁負荷の高い蛍光ランプの中でも、ガラスバルブの管内径が１２．５ｍｍ未満の蛍光ランプは、点灯中の温度が極端に高くなる。そこで、ガラスバルブの管内径が１２．５ｍｍ未満の蛍光ランプと、ガラスバルブの管内径が１２．５ｍｍ以上の蛍光ランプについて、保護膜６の膜厚と水銀封入量とがランプ寿命に及ぼす影響について検討した。

実験は、第１の実施形態に係る蛍光ランプ１および第２の実施形態に係る蛍光ランプ１１をベースに、保護膜６、１６の膜厚および水銀封入量について変更を加えた蛍光ランプ１、１１を種々作製し、それら蛍光ランプ１、１１について寿命試験を行った。
寿命試験は、本発明品および比較品についてそれぞれ１０本ずつの蛍光ランプ１、１１を用意し、点灯安定器を用いて電力４２Ｗまたは２７Ｗ、３時間サイクル（２．７５時間点灯、０．２５時間消灯）で点灯させ、蛍光ランプ１、１１が不点になるまでの時間を測定した。

図３および図４は、それぞれ保護膜６、１６の膜厚と封入水銀量とがランプ寿命に与える影響を示す図であって、図３は、管内径が１２．５ｍｍ未満のガラスバルブを備えた蛍光ランプに関し、図４は、管内径が１２．５ｍｍ以上のガラスバルブを備えた蛍光ランプに関する。
図３および図４において、「○」は、１０本全ての蛍光ランプ１、１１が定格寿命である６０００時間を超えて点灯したことを示し、「×」は、６０００時間を超えない蛍光ランプ１、１１があったことを示す。

また、図３および図４における曲線Ａ、Ｂは、それぞれ実験結果から全ての蛍光ランプ１、１１が定格寿命を超えて点灯するであろうと推測される範囲の下限を示している。すなわち、曲線Ａ、Ｂを含む前記曲線Ａ、Ｂより上側の範囲が、定格寿命を維持するであろうと推測される範囲であって、前記曲線Ａ、Ｂよりも下側の範囲が、定格寿命を維持しないであろうと推測される範囲である。

したがって、図３に示すように、ガラスバルブの管内径が１２．５ｍｍ未満の場合、本発明に係る蛍光ランプ１を得るためには、保護膜６の膜厚および封入水銀量が、曲線Ａを含む前記曲線Ａより上側の範囲であることが好ましい。
また、前記範囲であっても、曲線Ａ付近は定格寿命を満たす条件の限界付近であり、実質上大きな効果が望めないため、確実に定格寿命を維持することができた範囲、すなわち図中に斜線で示す保護膜６の膜厚が０．８〜５．０μｍ、水銀封入量が６〜５０μｇ／ｃｍ³の範囲であることがより好ましい。この範囲であれば、水銀封入量が少ないにも拘わらず定格寿命を維持できる蛍光ランプ１を得ることができる。

一方、図４に示すように、ガラスバルブの管内径が１２．５ｍｍ以上の場合、本発明に係る蛍光ランプ１１を得るためには、保護膜１６の膜厚および封入水銀量が、曲線Ｂを含む前記曲線Ｂより上側の範囲であることが好ましい。
また、前記範囲であっても、曲線Ｂ付近は定格寿命を満たす条件の限界付近であり、実質上大きな効果が望めないため、確実に定格寿命を維持することができた範囲、すなわち図中に斜線で示す保護膜１６の膜厚が０．５〜５．０μｍ、水銀封入量が６〜５０μｇ／ｃｍ³の範囲であることがより好ましい。この範囲であれば、水銀封入量が少ないにも拘わらず定格寿命を維持できる蛍光ランプ１１を得ることができる。

なお、水銀封入量は、２５μｇ／ｃｍ³以下の範囲であることがより好ましい。この範囲であれば、水銀封入量が従来の蛍光ランプの半分以下となるため、水銀封入量の削減効果が大きいといえる。さらに、水銀封入量が９μｇ／ｃｍ³以上の範囲であることが好ましい。一般的に、管壁負荷の高い蛍光ランプはガラスバルブの内容積が小さいため、水銀封入量が９μｇ／ｃｍ³未満になると、ガラスバルブに投入する水銀の量（μｇ）が少なくなり過ぎて、生産工程上正確な封入が困難だからである。

保護膜６の膜厚の上限を５．０μｍとしたのは、これ以上保護膜６を厚くすると保護膜６が可視光を遮りランプ光束が低下するとともに、封入水銀量の削減効果も頭打ちになるからである。
（４）ランプ寿命についての評価
本発明に係る蛍光ランプ（以下、本発明品という）のランプ寿命を、寿命試験によって評価した。実験は、第１の実施形態に係る蛍光ランプ１をベースに、保護膜６の膜厚に変更を加えた蛍光ランプを種々作製し（図５、Ｎｏ．１〜５参照）、水銀封入量を１０ｍｇ、３ｍｇおよび１ｍｇとしたときのランプ寿命を評価した。その結果を図５に示す。

比較品には、アルミナ（平均粒径０．０５μｍ、ＢＥＴ比表面積１００ｍ²／ｇ）で形成した膜厚が０．５μｍの保護膜６を備え、前記保護膜６以外は、第１の実施形態に係る蛍光ランプ１と同様の構成を有する蛍光ランプ（以下、比較品という）を用いた。
まず、第１の実施形態に係る蛍光ランプ１（図５、Ｎｏ．１〜５）についての結果を説明する。図５は、保護膜の膜厚がランプ寿命に及ぼす影響を示す図である。図５における「判定」の欄の評価は、各蛍光ランプ１について上記寿命試験をおこない、１０本の蛍光ランプ１が全てが定格寿命である６０００時間を超えて点灯していた場合を「○」とし、６０００時間を超えずに不点となる蛍光ランプ１があった場合を「×」とした。

図５に示すように、保護膜６の膜厚を厚くするほど水銀消費を抑える効果が向上し、少ない水銀封入量で長時間ランプを点灯させることが可能である。
比較品は、水銀封入量が１ｍｇのときの平均寿命が３０００時間であり、定格寿命の６０００時間に満たなかった。原因としては、水銀封入量が少ないため余分な水銀が殆どなく、その上、水銀消費が保護膜６で十分に抑えられていなかったため、発光に寄与する水銀量が不足したと考えられる。

また、本発明品である膜厚が０．５μｍで、水銀封入量が１ｍｇの蛍光ランプ１（Ｎｏ．５）は、平均寿命が６０００時間であり定格寿命を維持していたが、一部にランプ寿命が６０００時間を超えない蛍光ランプ１があり、水銀消費が十分に抑えられているとはいえない。一方、膜厚６が０．８μｍ以上の蛍光ランプ１（Ｎｏ．１〜４）は、平均寿命が８０００時間以上であり定格寿命を維持しているとともに、ランプ寿命が６０００時間に満たない蛍光ランプ１もなかったため、水銀消費が十分に抑えられているといえる。そして、例えば、膜厚が１．５μｍ以上になると、１ｍｇでも十分に長い平均寿命（１００００時間）を有する。

本発明に係る蛍光ランプは、従来の蛍光ランプの半分よりもはるかに少ない水銀封入量で、従来の蛍光ランプの１．５〜２倍以上の平均寿命を有した。
また、シリカで形成した保護膜６を備えた本発明に係る蛍光ランプ１は、保護膜６の膜厚を５．０μｍにしても蛍光体層７が剥離することがなかった。一方、アルミナで形成した保護膜６は、蛍光体層７が剥離するため膜厚を１．０μｍ以上にすることができなかった。

そして、本実施の形態に係る蛍光ランプ１は、保護膜６の膜厚を厚くしたにも拘わらず、ランプ光束および光束維持率が低下することがなく、予想に反してランプ光束および光束維持率が向上していた。これは、保護膜６が可視光を遮ってランプ光束が低下する一方で、保護膜６が紫外線を反射することによって蛍光体層７における紫外線の利用効率が高まり、ランプ光束が向上したためであると推測される。

以上のことから、本発明に係る蛍光ランプ１は、保護膜６の膜厚が０．８μｍ以上であることが好ましく、この範囲であれば、水銀消費を抑える効果を発揮することができる。
（５）保護膜におけるシリカの含有率がランプ寿命に及ぼす影響
保護膜６におけるシリカの含有率がランプ寿命に及ぼす影響を検討した。上記本実施の形態に係る蛍光ランプ１をベースに保護膜６の組成に変更を加えた蛍光ランプ１を種々作製し、それら蛍光ランプ１の特性を評価した。

図６は、保護膜６におけるシリカの含有率がランプ寿命に及ぼす影響を示す図である。図６における「判定」の欄の評価は、上記図３における「判定」の欄の評価と同様の基準で行った。
図６に示すように、シリカの含有率が５０wt％以上の保護膜６を有する蛍光ランプ１（Ｎｏ．６〜１２）は、いずれも定格寿命を維持していた。ただし、Ｎｏ．１２の蛍光ランプ１は、定格寿命を維持していたものの、比較品の蛍光ランプ１よりもランプ光束が低かったため、「判定」の欄では「△」と評価した。したがって、シリカの含有量は５０wt％以上であることが好ましい。シリカの含有量が５０wt％以上であれば他の無機酸化物を添加物として加えても、シリカで形成した保護膜６の特徴を生かしながらさらに前記添加物の特性を得ることができる。

なお、シリカの含有率が５０wt％よりも少なくなると蛍光体層７が剥離し易く、保護膜６の膜厚を０．７μｍより厚くすることができなかった。また、保護膜６自体も剥離し、蛍光体層７の厚みが不均一になったり、紫外線の照射を受けてガラスが着色したりする不都合も生じた。
膜厚が１．５ｍｍの蛍光ランプ１（Ｎｏ．６、７、８、１０、１１）において、イットリアが含有された保護膜６を有する蛍光ランプ１（Ｎｏ．７、８、１１）は、シリカのみからなる保護膜６を有する蛍光ランプ１（Ｎｏ．６）と同等の平均寿命を有した。したがって、イットリアはシリカと組み合わせて用いる材料として適しているといえる。このような結果は、チタニアが含有された保護膜６を有する蛍光ランプ１（Ｎｏ．１０）では得られない効果である。

以上のように、保護膜６にシリカを５０wt％以上含有させることによって、水銀消費を抑える効果を維持できるとともに、シリカ以外の無機酸化物として添加する場合には、イットリアが好ましいことがわかる。
（６）シリカのＢＥＴ比表面積が保護膜形成に及ぼす影響
シリカのＢＥＴ比表面積が保護膜６の形成に及ぼす影響について検討した。実験は、ＢＥＴ比表面積の異なる種々のシリカを用いて保護膜６を形成し、膜厚の均一な保護膜６を形成することができるか否かについて評価した。

図７は、シリカのＢＥＴ比表面積が保護膜の形成に及ぼす影響を示す図である。図７に示すように、ＢＥＴ比表面積が２０ｍ²／ｇのシリカは、懸濁液中において数時間で沈殿するため、本発明に係る蛍光ランプ１に適さなかった。一方、ＢＥＴ比表面積が３００ｍ²／ｇのシリカは、非常にコスト高となるとともに、空気抵抗が小さく安全に扱いにくいため、本発明に係る蛍光ランプ１に適さなかった。

ＢＥＴ比表面積が２５ｍ²／ｇ〜１８０ｍ²／ｇのシリカは、一般的な分散剤に対する分散性、膜厚の均一性、ガラス加工時の膜の耐久性を評価した結果も良好であり、本発明に係る蛍光ランプ１に適していることがわかった。
また、ＢＥＴ比表面積が２５ｍ²／ｇ〜１８０ｍ²／ｇのシリカは、分散剤に安定に分散させることができるため、スラリーのシリカ濃度の調整が容易で、膜厚が１〜５μｍになるように塗布することができた。また、分散剤として使用するポリエチレンオキサイドの添加量を調整することにより、保護膜６に緻密性や耐熱加工性を付与することができた。

なお、分散剤としては、ポリエチレンオキサイドのほかに、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなど水溶性の高分子なども一般に使用できる。また、分散剤の溶媒をブタノールや酢酸ブチルにした場合や、アンモニアや酢酸を添加してｐＨを調整した場合にも、保護膜６の水銀消費を抑える効果が高いことがわかった。また、上記以外に、酸、塩およびアルカリなどによるｐＨの変化、その他無機酸化物などの混合効果によっても、本発明に係る保護膜６を形成することが可能である。

（７）蛍光ランプの変形例
本発明に係る蛍光ランプは、上記本実施の形態に係るコンパクト形蛍光ランプに限定されず、電球形蛍光ランプであってもよい。また、ガラスバルブがグローブ内に収容されていてもよい。さらに、ガラスバルブは、ガラス直管を６本接続した形状のものに限定されず、例えば、ガラス直管を４本接続した形状のものや、Ｕ字形ガラス管を２本或いは３本接続した形状のもの、Ｕ字形ガラス管を更に折り曲げたいわゆるダブルＵ形状のもの、スパイラル形状のもの等が考えられる。さらにまた、点灯回路内蔵形蛍光ランプであってもよい。

具体的な例として、図８に示すような複数のＵ字形ガラス管２０をブリッジ接続してなるガラスバルブ２１を備えた蛍光ランプ２２が挙げられる。当該ガラスバルブ２１は、内面に保護膜２３および蛍光体層２４が形成され、両端部に電極２５が配置され、前記電極２５と電気的に接続する点灯回路２６を内部に収容した口金２７付きのケース２８に取り付けられている。そして、ガラスバルブ２１は、ケース２８に取り付けられたガラス製または樹脂製のグローブ２９で覆われている。

また、図９に示すような２重螺旋形状のガラスバルブ３０を備えた蛍光ランプ３１が挙げられる。ガラスバルブ３０は、内面に保護膜３２および蛍光体層３３が形成され、両端部に電極３４が配置され、前記電極３４と電気的に接続する点灯回路（不図示）を内部に収容した口金３５付きのケース３６に取り付けられ、グローブ３７で覆われている。
さらに、本発明に係る蛍光ランプは、外部電極から誘導磁界を発生させランプ内に電力投入する無電極蛍光ランプであってもよい。無電極蛍光ランプは、電極エミッターの消耗がなく、半永久的に使用することのできる環境への負荷の低い蛍光ランプである。しかしながら、内部に水銀蒸気を含み、前記水銀が消費されることにより点灯しなくなるため、長寿命化を実現するためには通常の蛍光ランプと同様に水銀消費量が少ないことが望まれる。本発明の構成は、それに十分応えることができるものである。

加えて、本発明に係る蛍光ランプは、冷陰極蛍光ランプであってもよい。冷陰極蛍光ランプは、ガラスバルブの管径が細く、熱や紫外線の影響が大きいため、本発明の効果を発揮する。
（８）その他の変形例
１．保護膜について
本発明に係る保護膜は、スラリー溶媒は、酢酸ブチル、キシレン、メタノール、エタノール、ブタノール、ベンゼン、トルエン、ペンタン、ジオキサン、ヘキサンなど石油系の溶媒を使用して形成してもよい。近年、有機溶媒の使用が制限されるようになり、水を使用した環境にやさしい塗布媒体を使用することが好まれる。そのため、水に水溶性分散剤（ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコールおよびポリビニルピロリドンなど）混合したものが最も好適である。

また、保護膜は、エタン、メタン、二酸化炭素、窒素、一酸化炭素および酸素などの加圧液体を分散媒としてシリカなどを分散させ、前記シリカなどをノズルから急激に射出させて、ガラスバルブの内面に保護膜を形成する方法で形成してもよい。この方法で形成された保護膜は、かさ密度が低く均一に塗布されているため水銀消費を抑える効果が高い。また、その後の曲げ加工による膨張収縮に対しても耐久性が高いため、保護膜を厚く形成することができる。

さらに、本発明に係る保護膜は、シリカに添加できる無機酸化化合物として、イットリア、チタニア、アルミナ、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、ジルコニア、酸化亜鉛などが安価で入手し易い材料を使用することが好ましい。また、高価ではあるが、マンガン、ユーロピウム、バナジウム、リン、硫黄、ホウ素、アンチモン、テルビウム、ガリウム、鉄、銀、銅、鉛、亜鉛、カドミウム、ガドリニウム、ランタン、ストロンチウム、タングステン、タリウムなどから選ばれる元素を含んだ複合酸化物を使用することも、発光輝度を向上する効果があるため好ましい。

なお、シリカ５０wt％以上であれば、上記材料を添加したとしても、膜のかさ密度、膜厚の制限に大きな影響はなく、消費水銀量を低減する効果を十分に発揮することができる。
２．蛍光体について
本発明に係る蛍光体層には、一般的な蛍光体を使用することができるが、微粒子化或いは球状化された蛍光体を使用してもよい。この場合、保護膜のかさ密度が比較的大きくなるため、蛍光体層の剥離などをより防止することができる。また、近年注目されている数百ナノ〜数ナノの粒径を有するいわゆるナノ粒子蛍光体と呼ばれる微粒子蛍光体を使用することも好ましい。この場合、本発明に係る保護膜の上に前記蛍光体を塗布すると、前記蛍光体が保護膜材料と混合されて発光効率を高く保つため、蛍光体層をある程度厚く塗布することが可能である。

また、本発明に係る蛍光体には、蛍光体層が剥離しないよう結着剤を混合することが好ましい。結着剤を増加することにより蛍光体層の脱落を防ぐことができる。なお、結着剤としては、上記本実施の形態で使用した結着剤以外に、アルミナ、イットリア、シリカなど無機酸化物を使用することができる。
３．ガラスについて
本発明に係るガラスは、加工性の良いソーダライムガラスが好ましいが、ホウケイ酸ガラスやアルミナガラスなどを用いてもよい。この場合、加工性は低下するが、ホウケイ酸ガラスやアルミナガラスは、アルカリ成分が少ないため水銀削減効果は高まる。

また、ソーダライムガラスを使用する場合は、洗浄によって、バルブ内面のソーダを除去することにより水銀消費量をさらに少なくすることができるため、酸洗浄、蒸気洗浄などを行うことが好ましい。
４．水銀について
本発明に係る蛍光ランプにおいて水銀を封入する方法としては、ドロッパーによって水銀を滴下する方法、亜鉛やスズとのアマルガム形態にして封入する方法、ディスペンサーによって鉄亜鉛銅水銀合金やチタン水銀を封入する方法、水銀を封入したガラスなどのカプセルを封入する方法などが考えられる。また、水銀の蒸気圧を高温域（５０〜８０℃）で低く保つことができるビスマス、インジウム、鉛、スズ混合アマルガムも、水銀低封入を実現する手段と考えられる。

蛍光ランプに封入する水銀の量が少なくなると、極微量の水銀をばらつきなく封入する必要があるが、前記水銀をアマルガム形態で封入する方法は、封入量の調整が容易である。また、カプセルを封入する方法は、カプセルの有無を見分けることが容易なことから、水銀未封入品が市場に流出することを防止することができる。

本発明に係る蛍光ランプは、コンパクト形蛍光ランプや電球形蛍光ランプに利用することができる。特に、管壁負荷の高い蛍光ランプに適している。

図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係るコンパクト形蛍光ランプを示す一部破断側面図、および、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面平面図 図２は、本発明の第２の実施形態に係るコンパクト形蛍光ランプを示す一部破断斜視図および破断部分の一部を模式的に示す拡大図 保護膜の膜厚と封入水銀量とがランプ寿命に与える影響を示す図 保護膜の膜厚と封入水銀量とがランプ寿命に与える影響を示す図 保護膜の膜厚がランプ特性に与える影響を示す図 シリカの含有量がランプ寿命に与える影響を示す図 シリカのＢＥＴ比表面積がランプ特性に与える影響を示す図 変形例に係る電球形蛍光ランプを示す一部破断斜視図および破断部分の一部を模式的に示す拡大図 変形例に係る電球形蛍光ランプを示す一部破断斜視図および破断部分の一部を模式的に示す拡大図 管壁負荷と光束維持率との関係を示す図

符号の説明

１ 蛍光ランプ
２ ガラスバルブ
６ 保護膜
７ 蛍光体層
８ 電極

Claims (4)

1. 内面に保護膜と蛍光体層とが順次積層され、内部に水銀および希ガスが封入され、両端部に電極が配置されたガラスバルブを備える管壁負荷が０．１３Ｗ／ｃｍ²以上の蛍光ランプであって、
   前記保護膜は、膜厚が０．５〜５．０μｍの範囲であり、少なくとも５０wt％のシリカを含有し、前記水銀は、６〜５０μｇ／ｃｍ³の範囲で封入されていることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記ガラスバルブは、管内径が１２．５ｍｍ未満であって、前記保護膜は、膜厚が０．８μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 前記保護膜は、イットリアを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光ランプ。
4. 前記シリカは、ＢＥＴ比表面積が２５〜１８０ｍ²／ｇの範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蛍光ランプ。

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