JP2006500745A - 低圧水銀蒸気蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

発光材料の層を有する低水銀消費ランプであって、この発光材料が、平均粒子寸法が約６．６〜約１０ミクロンの範囲内にあるブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、平均粒子寸法が約９．０〜約１３ミクロンの範囲内にあるカルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体と、平均粒子寸法を約４．６２ミクロンとするのが好ましい微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体との混合物から得られた蛍光体を有する低水銀消費ランプを提供する。

Description

本発明は、低圧水銀蒸気蛍光ランプに関するものである。
本願は、２００２年６月２４日に出願された本願人に係る米国特許出願第10/179,365号明細書（発明者Gary Sigai氏及びSnehasish Ghosh氏）に開示された「低圧水銀蒸気蛍光ランプ」に関連するものである。この米国特許出願は参考のために本明細書中に導入したものである。

低圧水銀蒸気ランプ、より一般的には蛍光ランプとして知られるランプは、点灯中にガス放電を維持するための水銀及び希ガスから成る充填剤が入れられたランプエンベロープを有する。ガス放電により放出される放射としては、紫外線（ＵＶ）領域のスペクトルのものが殆どであり、可視スペクトルの部分は僅かしかない。ランプエンベロープの内面は、紫外線放射が衝突すると可視光を放出する（多くの場合、蛍光体の混合物の）発光被膜を有する。

蛍光ランプは、電力消費が少ないため使用されることが多くなっている。更に電力消費を低減させるために、蛍光ランプの効率を増大させることが求められている。蛍光ランプの効率は、発光効率（ルーメン／ワット（ＬＰＷ））と称され、ランプへのエネルギー入力に対する有効な光出力の目安となる。

すなわち、より効率が高く且つ寿命の長い蛍光ランプが所望されている。しかし、２００００時間以上の所望の長いランプ寿命を満足させるには、ランプに導入される水銀が著しく多量になる。このように多量の水銀が必要になるのは、ガラスエンベロープや、蛍光体被膜や、電極のようなランプの種々の構成部材が、ランプ中の水銀を消耗するためである。このように水銀の使用量が増大することは、環境に有害であり望ましくない。従って、蛍光ランプの寿命を短くすることなくその水銀消費量を低減させることが求められている。

水銀消費量を低減させるのに成功したランプの例が、Ａｌｔｏなる登録商標のエコノワット（Ｅｃｏｎｏｗａｔｔ）（商品名）蛍光ランプである。これらのランプは、平均粒子寸法が約１２〜１６ミクロンの大粒子の冷白色のハロリン酸カルシウム蛍光体を使用しており、添加されている水銀の量は、他のランプより少なく、無害廃棄物に関するＴＣＬＰの条件を満足している。従前通りこれらのランプの定格寿命を満足させるためには、ランプ及びその構成部材による水銀消費量を少なくすることが重要である。

同様に、デイライト（昼白色）及びデイライトデラックスカラーの蛍光ランプでは、２成分の蛍光体混合物のうちの一方の成分として大粒子のブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体を使用し、他方の成分として標準的な白色又は温白色の蛍光体を使用している。これらのランプに添加されている水銀は少量であり、無害廃棄物に関するＴＣＬＰの条件を満足している。

ＴＣＬＰ規格に合格するような、水銀の量を低減させた蛍光ランプが引き続き必要とされている。

本発明の目的は、水銀消費量を低減させた冷白色の蛍光ランプを提供することである。
本発明の他の目的は、このような水銀消費量を低減させた冷白色の蛍光ランプを製造するのに有用な蛍光体混合物を提供することである。

本発明の上述の及びその他の目的は、内面を有するエンベロープと、このエンベロープの両端に配置された電極とするのが好ましい少なくとも１つの電極とを有する電気ランプを提供することによりを達成する。本発明によるランプは、例えば、T12型直管エコノワットランプのような、図１の本発明の例に示すような種類の真直ぐな蛍光管にすることもできるし、図２に線図的に示す本発明の例のようなＵ字状湾曲部により連結された少なくとも２つの真直ぐな脚部を具えるエンベロープのように、所望の形状に屈曲させたエンベロープを有するランプ、即ちＰＬランプや、丸型ランプや、ＳＬＳランプ等のようなランプにすることもできる。いずれの例においても、電極により電力が伝達され、紫外線放射を水銀及び電荷維持ガスが充填されたランプエンベロープ内に発生させる。随意的ではあるが、真直ぐなエンベロープの蛍光ランプの場合には、紫外線放射を反射させてエンベロープ内に戻すために、エンベロープ内面に酸化アルミニウム層のような金属酸化物の層をプレコートすることができる。屈曲したエンベロープを有するランプの場合には、通常このようなプレコートを使用しないが、以下に説明するようにＳＬＳランプの場合には可撓性のプレコートを使用することもできる。

プレコートを行ったか否かに拘わらず、内面上に蛍光体層を形成して紫外線放射が可視光に変換されるようにする。従来のランプにおいて、通常のF34T12型の直管エコノワット蛍光ランプに用いる蛍光体層は、好ましくは大粒子寸法の冷白色のハロリン酸カルシウム蛍光体であり、マンガン及びアンチモンにより活性化されたハロリン酸カルシウムを有する被膜から形成されている。同様に、冷白色の通常のＵ字状蛍光ランプに用いる蛍光体層は、大粒子寸法の２種の蛍光体の混合物であって、アンチモン及びマンガンにより活性化された大粒子の冷白色のハロリン酸カルシウム約５０％と、マンガン及びアンチモンにより活性化された微粒子の冷白色のハロリン酸カルシウム約５０％との混合物を含むものとする。微粒子は、特に、屈曲領域において、一般にガラス層又はガラス層上の被膜と、蛍光体層との間の良好な接着を達成するために用いられる。

従来の大粒子寸法の蛍光体混合物により得られる発光色は、微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体と、小粒子寸法のブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、カルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体との混合物から得られる蛍光体により達成しうることを確かめた。さらに、この蛍光体混合物を使用することにより、Ｕ字状に湾曲された屈曲ランプを製造する際の蛍光体の接着性を良好にすると共に、蛍光ランプに使用する水銀ドーズ量を少なくして環境に害のないようにすることができる。

本発明の好適例によれば、約６．６〜約１０ミクロンの範囲内の、最も好ましくは約８．６０ミクロンの平均粒子寸法を有する約１８％のブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、約９．０〜約１３ミクロンの範囲内の、最も好ましくは約１１．３ミクロンの平均粒子寸法を有する約４１％のカルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体と、不規則の粒子寸法、最も好ましくは約４．６２ミクロンの平均粒子寸法を有する約４１％の微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体との混合物を有する蛍光体を具える冷白色のＵ字状蛍光ランプを提供する。

このような蛍光体混合物を使用することにより低水銀消費のランプが得られる。このようなランプは、フィリップス社の低水銀のＡｌｔｏランプに匹敵するものであり、より多くの水銀が必要になる大粒子の蛍光体を用いて製造された（フィリップス社のＡｌｔｏランプを除く）市販のランプと比べて、使用される水銀の量が少なくなる。

水銀消費量は、ランプの点灯中にランプの構成部材に結合してしまい、もはやランプを点灯させるのに利用し得なくなった水銀の量により規定される。本発明によれば、蛍光ランプ、好ましくは冷白色のＵ字状蛍光ランプに添加する水銀量を低減させることができ、このようなランプを環境的に無害でＴＣＬＰの条件に従ったものとすることができる。

また、本発明のこのような蛍光体から得られたランプは、ランプ寿命が極めて長いという特徴を有する。

正確な理由ははっきりとは分からないし、いかなる特定の理論を追求するつもりはないが、微粒子の温白色の蛍光体及びブルーハロの蛍光体の粒子寸法が小さいため、本発明の蛍光体によれば、蛍光体被膜の粒子をランプ上に良好に密集でき且つガラスを良好に遮蔽でき、ガラスでの水銀の損失を低減させる良好な障壁が得られるものと考えられる。

本発明のランプにおいては、元素水銀の初期のドーズ量は、
（Ａ）ランプを約２５００時間点灯させた後で、柱状の放電を維持するのに充分な量の元素水銀が利用可能な状態にあり、
（Ｂ）当該ランプがＴＣＬＰ基準に準拠したもの
となるように設定する。
このことは、ランプの水銀の量を実際に低減させることによりランプがＴＣＬＰ試験に合格したものとなるために実際に利点となるものである。

従って、本発明の好適例には、
内面を有するランプエンベロープと、
ランプエンベロープ内に設けられ、紫外線を発生させる手段と、
蛍光体を有する発光材料の層と
を有するランプであって、前記蛍光体が、
（１）約６．６〜約１０ミクロンの範囲内の、最も好ましくは約８．６０ミクロンの平均粒子寸法を有する約１８％のブルーハロの蛍光体と、
（２）約９．０〜約１３ミクロンの範囲内の、最も好ましくは約１１．３ミクロンの平均粒子寸法を有する約４１％のカルシウムイエローの蛍光体と、
（３）不規則の粒子寸法、最も好ましくは約４．６２ミクロンの平均粒子寸法を有する約４１％の微粒子の温白色の蛍光体と
から構成された混合物から成るランプが含まれる。

図面は線図的なものであり、実際のものに正比例して描いていない。
本発明は、以下の具体的な実施例の詳細な説明を参照することでより良く理解されるだろう。
図１を参照するに、細長状の真直ぐなランプ容器、即ち管３を有する低圧水銀蒸気蛍光ランプ１が示されている。管３は、通常のソーダ石灰ガラスから形成されている。このランプは、両端に電極装着構造体５を有しており、これらの電極装着構造体５は、導電性のフィードスルー７及び９で支持されたコイル状のタングステンフィラメント６を具えている。これらフィードスルー（リード線）７及び９は、装着ステム１０のガラスプレス封止部１１を貫通している。この装着ステム１０は通常の鉛含有ガラスから形成されている。この装着ステム１０は、エンベロープを気密に封止している。フィードスルー７及び９は、ランプの対向する両端部に固着されたそれぞれの口金１２にあるピン状接点１３に接続されている。

随意的ではあるが、外側エンベロープ３の内面１５に、水銀防護層、即ちアンダーコート層１６を設ける。この層、すなわち被膜１６を設けることで、水銀がエンベロープ３のガラスと反応することにより消費される割合を低減させることができる。この層１６は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム及び希土類元素から成る群から選択した元素の酸化物とすることができる。本明細書中で使用する「希土類元素」の用語は、スカンジウム、イットリウム、ランタン及びランタニド元素を意味するものである。被膜１６とその上に設けるべき被膜との双方とも、管の内壁の全周に且つ管の全長に亘って延在させる。ステム１０にはいかなる被膜も設けない。アンダーコート層１６上には蛍光体被膜１７を配置する。

放電維持充填剤は、アルゴンのような不活性ガス、又はアルゴンと他のガスとの混合物をある量の水銀と一緒に低圧で含みランプ点灯中にアーク放電を維持させる。
特定例によれば、図１に示すランプはF34T12型のエコノワット（Ｅｃｏｎｏｗａｔｔ）（商品名）ランプである。

図２を参照するに、細長状のランプ容器、即ち管３Ａを有するＵ字状ランプユニット１Ａの線図的断面図が示されており、管３Ａは、脚部４とこれら脚部を連結する部分４Ａとを有している。エンベロープは、その他の屈曲した形状にすることができ、ＰＬランプや、丸形ランプや、ＳＬＳランプ等における場合のように、真直ぐなエンベロープを所望の形状に湾曲させたものも含みうるものである。

管は、通常のソーダ石灰ガラスから形成されている。ランプは、電極装着構造体５Ａを有しており、この電極装着構造体５Ａは、エンベロープを気密に封止する通常の鉛含有ガラスからなる装着ステム１０Ａ内で終端している。ランプのリード線は、ランプの対向する両端部にそれぞれ固着された口金にあるピン状接点１３Ａに接続されている。通常の製造工程では、このようなＵ字状ランプに、参照符号１６で示されるようなプレコート層を設けることはしないが、ＳＬＳランプの場合には、層１６として、酢酸イットリウム、ストロンチウムの可撓性プレコート層を設けることもできる。

エンベロープの内面１５（又は存在する場合にはプレコート層１６）上に、蛍光体被膜１７Ａが配置されている。この蛍光体被膜は、管の内壁の全周に且つ管の全長に亘って延在している。ステムには被膜を設けない。

放電維持充填剤は、アルゴンのような不活性ガス、又はアルゴンと他のガスとの混合物をある量の水銀と一緒に低圧で含んでランプ点灯中にアーク放電を維持させる。

特定例によれば、図２に示す断面図は、F12TLU型の蛍光ランプのセグメントであるが、ＰＬ型、丸型、又はＳＬＳ型の蛍光ランプにすることもできる。

実際例Ａ
通常の冷白色のＴＬＵ型Ｕ字状蛍光ランプを、５０％の微粉末の冷白色のハロリン酸カルシウム蛍光体微粒子と、５０％の大粒子冷白色ハロリン酸カルシウム蛍光体とを有する蛍光体混合物を用いて製造した。このようなランプは、許容しうる寿命を得るために通常約１５〜４０ｍｇの水銀を必要とする。本発明の蛍光体混合物を有するＴＬＵ型Ｕ字状ランプを、蛍光体を本発明による蛍光体混合物に代え水銀添加量を調整した他は、通常のランプを製造するのと同じ方法及び構成要素を用いて製造した。このようなランプは、T12TLU型34ワットランプにおいて所望の寿命を得るのに約３〜５ｍｇの水銀しか必要とせず、さらに１８０００〜２００００時間のランプ寿命が得られることを確かめた。従って、このようなランプは、従来の冷白色のＵ字状ランプより優れており、フィリップス社の冷白色の低水銀ランプに匹敵する代替品となるものである。

実際例Ｂ
本発明により、平均粒子寸法が約８．６ミクロンの約１８％のブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、平均粒子寸法が約１１．３ミクロンの約４１％のカルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体と、平均粒子寸法が約４．６ミクロンの約４１％の微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体との混合物からなる蛍光体被膜、及び約４．４ｍｇの水銀を使用してT12TLU型のランプを製造した。発明者の研究所の史料によれば、１８０００時間の定格寿命を得るためには２５００時間における水銀消費量（結合した水銀の量）の最大値が、１．２４ｍｇを超えないようにする必要がある。本発明の上記の蛍光体混合物を用いて得られたランプにおける、２５００点灯時間後の結合した水銀の総量は１．０８ｍｇであることを確かめた。

表１は、本発明の蛍光体の粒子寸法の分布範囲を示しており、表２は、本発明の好適例において使用した実際の粒子寸法の分布範囲を示している。

さらに、本発明のランプは、ＴＣＬＰ試験を合格しており、無害であり埋め立てにより廃棄することができる。
本発明は、その精神及び範囲又は主たる特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができ、実施例に開示した例は、本発明の好適例に過ぎないことを理解されたい。

図１は、本発明の第１の実施例による蛍光ランプを、一部を断面にして、一部を切欠して示す斜視図である。 図２は、本発明の第２の実施例によるＵ字状蛍光ランプの断面図である。

Claims (19)

1. 内面を有するランプエンベロープと、
   前記ランプエンベロープ内に設けられ、紫外線を発生する手段と、
   前記内面上の発光材料の層と
   を有する電気ランプであって、前記発光材料は、
   平均粒子寸法が約６．６〜約１０ミクロンの範囲内にあるブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
   平均粒子寸法が約９．０〜約１３ミクロンの範囲内にあるカルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
   微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体と
   の混合物から得られた蛍光体を有している電気ランプ。
2. 請求項１に記載の電気ランプにおいて、
   前記ブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約８．６０ミクロンである電気ランプ。
3. 請求項１に記載の電気ランプにおいて、
   前記カルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約１１．３ミクロンである電気ランプ。
4. 請求項１に記載の電気ランプにおいて、
   前記微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約４．６２ミクロンである電気ランプ。
5. ａ．管状の光透過性ランプエンベロープであって、互いに対向する封止端部及び管内面を有し、前記封止端部間のある容積の放電空間を包囲している当該ランプエンベロープと、
   ｂ．元素水銀及び希ガスの充填剤と、
   ｃ．前記ランプエンベロープの各封止端部にそれぞれ配置された一対の放電電極と、
   ｄ．前記放電電極を前記ランプエンベロープの外部にある電位源に接続し、それによりランプ点灯中にガス放電が前記放電電極間で維持され、このガス放電により紫外線放射が放出されるようにする手段と、
   ｅ．設けるのは随意であるが、前記ランプエンベロープの内面に隣接して配置され光透過性だが紫外線放射を反射する層と、
   ｆ．蛍光体を有する発光材料の層と
   を有する低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプであって、前記蛍光体が、
   平均粒子寸法が約６．６〜約１０ミクロンの範囲内にあるブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
   平均粒子寸法が約９．０〜約１３ミクロンの範囲内にあるカルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
   微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体と
   の混合物であって、ランプが冷白色発光するようにする当該混合物から得られたものである低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
6. 請求項５に記載の低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプにおいて、
   前記ランプエンベロープが、屈曲したものであり、且つＵ字状湾曲部により連結された少なくとも２つの脚部を有するエンベロープ、又は所望の形状に湾曲させたエンベロープである低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
7. 請求項６に記載の低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプにおいて、
   前記ブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約８．６０ミクロンである低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
8. 請求項６に記載の低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプにおいて、
   前記カルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約１１．３ミクロンである低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
9. 請求項６に記載の低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプにおいて、
   前記微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約４．６２ミクロンである低圧低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
10. ａ．管状の光透過性ランプエンベロープであって、互いに対向する封止端部及び管内面を有し、前記封止端部間である容積の放電空間を包囲している当該ランプエンベロープと、
    ｂ．元素水銀及び希ガスの充填剤と、
    ｃ．前記ランプエンベロープの各封止端部にそれぞれ配置された一対の放電電極と、
    ｄ．前記放電電極を前記ランプエンベロープの外部にある電位源に接続し、それによりランプ点灯中にガス放電が前記放電電極間で維持され、このガス放電により紫外線放射が放出されるようにする手段と、
    ｅ．設けるのは随意であるが、前記ランプエンベロープ内面に隣接して配置され、光透過性であるが紫外線放射を反射する層と、
    ｆ．蛍光体を有する発光材料の層と
    を有する低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプであって、前記蛍光体が、
    平均粒子寸法が約６．６〜約１０ミクロンの範囲内にある約１８重量％のブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
    平均粒子寸法が約９．０〜約１３ミクロンの範囲内にある約４１重量％のカルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
    約４１重量％の微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体と
    の混合物であって、ランプが冷白色発光するようにする当該混合物から得られたものである低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
11. 請求項１０に記載の低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプにおいて、
    前記ランプエンベロープが、屈曲したものであり、且つＵ字状湾曲部により連結された少なくとも２つの脚部を有するかエンベロープ、又は所望の形状に湾曲させたエンベロープである低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
12. 請求項１１に記載の低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプにおいて、
    前記ランプエンベロープが、Ｕ字状湾曲部により連結された少なくとも２つの脚部を有し、前記ブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約８．６０ミクロンである低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
13. 請求項１２に記載の低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプにおいて、
    前記カルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約１１．３ミクロンである低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
14. 請求項１３に記載の低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプにおいて、
    前記微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約４．６２ミクロンである低水銀消費水銀蒸気蛍光ランプ。
15. 平均粒子寸法が約６．６〜約１０ミクロンの範囲内にあるブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
    平均粒子寸法が約９．０〜約１３ミクロンの範囲内にあるカルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
    微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体と
    を有する低水銀消費蛍光ランプ用の蛍光体混合物。
16. 請求項１５に記載の蛍光体混合物において、
    前記ブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約８．６０ミクロンである蛍光体混合物。
17. 請求項１５に記載の蛍光体混合物において、
    前記カルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約１１．３ミクロンである蛍光体混合物。
18. 請求項１５に記載の蛍光体混合物において、
    前記微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体の平均粒子寸法が約４．６２ミクロンである蛍光体混合物。
19. 低水銀消費蛍光ランプ用の蛍光体混合物であって、
    平均粒子寸法が約６．６〜約１０ミクロンの範囲内にある約１８重量％のブルーハロのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
    平均粒子寸法が約９．０〜約１３ミクロンの範囲内にある約４１重量％のカルシウムイエローのハロリン酸カルシウム蛍光体と、
    約４１重量％の微粒子の温白色のハロリン酸カルシウム蛍光体と
    を有し、ランプが冷白色発光するようにする蛍光体混合物。

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