JP2007323998A - 蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスバルブの端部の輝度が高く、当該ガラスバルブ管軸方向の輝度むらの少ない蛍光ランプを提供する。
【解決手段】内部に放電空間１１を有し、内面に紫外線を受けて発光する蛍光体層２０が形成されたガラスバルブ１０と、前記ガラスバルブ１０の端部を封止するステム３０とを備えるとともに、前記ステム３０には前記ガラスバルブ１０の放電空間１１側へ紫外線を反射させる反射層５０が形成されている蛍光ランプ１とする。
【選択図】図２

Description

本発明は蛍光ランプに関する。

蛍光ランプは、ランプ効率が高く、また色再現性の高い光を得られるため、一般家庭、オフィス或いは作業場の照明として広く利用されている。蛍光ランプのガラスバルブには、内面に蛍光体層が形成され、内部に金属蒸気および希ガスが封入され、両端部に一対の電極が配されている。そして、それら電極間に電圧を印可し電子を放電させると、金属蒸気或いは希ガスから紫外線が放射され、紫外線が蛍光体層で可視光に変換されて、蛍光ランプが発光する。

ところで、蛍光ランプは、ガラスバルブ全体に亘って輝度が均一であることが外観上好ましい。しかし、ガラスバルブの端部は中央部よりも輝度が低く、管軸方向に輝度むらが生じるのが一般的である。
端部の輝度が低い原因の１つとして、端部を封止するステム（電極を支持するガラス構造物）による紫外線の減損が挙げられる。ガラスバルブの端部内にはステムが存在するため、当該ステムを構成するガラスに紫外線が吸収されたり、当該ステムから紫外線が外部へ漏洩したりする。その結果、可視光を得るための紫外線が不足して、端部の輝度が低くなる。

このようなステムによる紫外線の減損を防止するために、図７に示す特許文献１の蛍光ランプ１００では、ステム１３０の放電空間１１１側の表面に蛍光体層１５０を設けている。この構成によれば、放電空間１１１で発生しステム１３０に向けて放射される紫外線を、蛍光体層１５０によって可視光に変換することができ、ステム１３０による紫外線の減損を防止することができる。
実開昭６２−１７０５９号公報

しかしながら、特許文献１の蛍光ランプ１００は、ステム１３０による紫外線の減損が防止されているにも拘わらず、ガラスバルブ１１０の端部の輝度が十分に高くなっていない。これは、ステム１３０の蛍光体層１５０で発生した可視光を、ガラスバルブ１１０の外部へ効率良く取り出すことができないからである。
図７において矢印ａ’で示すように、放電空間１１１内からガラスバルブ１１０の蛍光体層１２０に向けて放射される紫外線（破線で示す）は、前記蛍光体層１２０によって可視光（実線で示す）に変換され、ガラスバルブ１１０を透過して外部へ取り出される。この場合、ガラスバルブ１１０は透明であるため可視光の減衰は殆どない。

ところが、図７において矢印ｂ’〜ｅ’で示すように、放電空間１１１内からステム１３０の蛍光体層１５０に向けて放射される紫外線は、前記蛍光体層１５０によって可視光に変換され、ガラスバルブ１１０および蛍光体層１２０を透過してガラスバルブ１１０の外部へ取り出される。その際、可視光は、白色の蛍光体層１２０によって吸収・反射され減衰する。したがって、ガラスバルブ１１０の端部の輝度が十分に高くならない。

本発明は、上記した課題に鑑み、ガラスバルブの端部の輝度が高く、管軸方向の輝度むらが少ない蛍光ランプを提供することを目的とする。

本発明に係る蛍光ランプは、内部に放電空間を有し、内面に紫外線を可視光に変換する蛍光体層が形成されたガラスバルブと、前記ガラスバルブの端部を封止するステムとを備え、前記ステムには前記放電空間側へ紫外線を反射させる反射層が形成されている。

上記構成によれば、放電空間内で発生しステムに向けて放射される紫外線がステムを透過してガラスバルブの外部へ漏洩し難い。そのため、従来よりも多くの紫外線をガラスバルブの端部内において確保することができる。しかも、反射層で反射された紫外線はガラスバルブの蛍光体層１２０によって可視光に変換されるため、当該蛍光体層１２０によって可視光が減衰しない。したがって、ガラスバルブの端部の輝度が高く、その結果管軸方向の輝度むらが少ない。

また、前記反射層が前記ステムの前記放電空間側の表面に形成されている構成では、ステムに向けて放射される紫外線が当該ステムのガラスによって吸収されることがないため、ステムによる紫外線の減損がより少なく、ガラスバルブの端部の輝度がより高い。
また、前記反射層が無機酸化物からなる構成では、無機酸化物は金属蒸気や希ガスとの反応性に乏しいため、それら金属蒸気や希ガスと反応してそれら金属蒸気や希ガスが消費されたり、放電の妨げとなる物質が発生したりすることが少ない。したがって、蛍光ランプが長寿命である。また、無機酸化物は耐熱性が高いため、ガラスバルブにステムを封止する工程で反射層が溶けたり変性したりすることがなく生産性に優れる。また、無機酸化物は紫外線反射性能が高いため、紫外線の吸収による減損が少なく、ガラスバルブの端部をより高輝度にすることができる。また、無機酸化物は電気抵抗値が高いため、ステムに封装され電極を支持する一対のリード線間でショートが起こり難い。

また、前記無機酸化物が白色である構成では、ガラスバルブの外側からステムの色が透けて見え難く、蛍光ランプの外観が損なわれ難い。
また、前記無機酸化物が、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛および酸化セリウムの中から選択される少なくとも１つで構成されている構成では、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタンおよび酸化亜鉛は、特に、金属蒸気や希ガスとの反応性に乏しく、耐熱性が高く、紫外線反射性能が高く、かつ、電気抵抗値が高い無機酸化物であり、白色でもあるため好適である。

また、前記反射層はさらに可視光も反射する構成では、ステムに向けて放射される可視光が当該ステムで減衰しないため、ガラスバルブの端部の輝度をより高くすることができる。

本発明の実施の形態に係る蛍光ランプについて、図面に基づき説明する。
（ランプの構成）
本発明に係るランプの一実施形態として、直管形蛍光ランプについて図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる蛍光ランプの要部構成を示す一部破断断面図であり、図２は、蛍光ランプのステム付近の構成を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態にかかる蛍光ランプ１は、直管形の蛍光ランプ（ＦＬＲ４０Ｓ）であって、基本的には従来技術による蛍光ランプの構造に準じる。
蛍光ランプ１は、内部に放電空間１１を有し、内面に紫外線を受けて発光する蛍光体層２０が形成された直管状のガラスバルブ１０と、前記ガラスバルブ１０の両端部を気密封止する一対のステム３０とを備える。

ガラスバルブ1０の放電空間１１には、金属蒸気としての水銀（不図示）と、希ガスとしてのアルゴン等（不図示）とが封入されている。蛍光体層２０は、例えば３波長形蛍光体（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ）からなる。
図２に示すように、ステム３０には、電極体４０が封装されている。電極体４０は、一対のリード線４１，４２と、それらリード線４１，４２の放電空間１１側の端部間に架設された放電用の電極４３とからなる。また、ステム３０は、排気管３１および排気孔３２を有する。

ステム３０の放電空間１１側の表面には、当該ステム３０に向けて放射された紫外線を前記放電空間１１側に反射させる反射層５０が形成されている。反射層５０は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）からなり、その平均の厚みは１５μｍであって、紫外線領域２００〜３８０ｎｍにおける反射率は８０％である。さらに、反射層５０は、ステム３０に向けて放射された可視光をガラスバルブ１０に向けて反射させる。可視光領域３８０〜７８０ｎｍの反射率は８０％である。

図１に戻って、ガラスバルブ1０の両端部には、それぞれ口金６０が取り付けられている。そして、口金６０の口金ピン６１，６２と電極体４０のリ−ド線４１，４２とが電気的に接続されている。
蛍光ランプ１は、電極４３間に電圧を印可し電子を放電させると、水銀から紫外線が放射され、その紫外線が蛍光体層２０で可視光に変換され、その可視光がガラスバルブの外部に放射されて発光する。

以上のような反射層５０を備えた本発明に係る蛍光ランプ１は、ステム３０の放電空間１１側の表面に反射層５０が形成されているため、ステム３０に向けて放射された紫外線が、ステム３０のガラスに吸収されたり、ステム３０を透過してガラスバルブ１０の外部（口金６０内）に漏洩したりすることがない。したがって、ステム３０の周辺部、すなわちガラスバルブ１０の端部において紫外線の減損が少なく、多くの可視光が得られるためガラスバルブ１０の端部の輝度が高い。

また、反射層５０は、可視光をも反射させるため、ステム３０に向けて放射された可視光が、ステム３０のガラスに吸収されたり、ステム３０を透過してガラスバルブ１０の外部に漏洩したりすることがない。したがって、ステム３０の周辺部において可視光の減損が少なく、ガラスバルブ１０の端部の輝度が高い。
さらに、本発明に係る蛍光ランプ１は、ステム１３０の表面に蛍光体層１５０が形成された特許文献１の蛍光ランプ１００（図７参照）よりも、ガラスバルブ１０の端部の輝度が高い。以下にその理由の詳細を説明する。

本発明に係る蛍光ランプ１は、ステム３０に蛍光体層を備えておらず、放電空間内で発生した紫外線は、全てガラスバルブ１０の内面に形成された蛍光体層２０で可視光に変換される。したがって、可視光が蛍光体層２０を透過する際に吸収・反射されて減衰することが少ない。
図２において矢印ｂ〜ｅで示すように、本発明に係る蛍光ランプ１では、放電空間１１内で発生しステム３０に向けて放射される紫外線（破線で示す）が、反射層５０で反射され、蛍光体層２０で可視光（実線で示す）に変換される。すなわち、図２において矢印ａで示す場合と同様に、矢印ｂ〜ｅで示す場合も、可視光は蛍光体層２０で発生し、前記蛍光体層２０で吸収・反射されることなくガラスバルブ１０の外部へ取り出される。

これに対し、特許文献１の蛍光ランプ１００では、図７において矢印ｂ’〜ｅ’で示すように、ステム１３０の蛍光体層１５０で発生した可視光が、蛍光体層１２０を透過する際に蛍光体層１２０によって吸収・反射され減衰する。
本発明に係る蛍光ランプ１は、特許文献１の蛍光ランプ１００のように、蛍光体層１２０によって可視光が減衰することがないため、当該蛍光ランプ１００よりもガラスバルブ１１０の端部の輝度が高い。

なお、ステム３０に向かって放射される紫外線は、図２において矢印ｂ，ｃ，ｄで示すようなガラスバルブ１０の端部に向けて反射される場合だけでなく、矢印ｅで示すようなガラスバルブ１０の中間部に向けて反射される場合がある。したがって、蛍光ランプ１は、ガラスバルブ１０の端部の輝度が高いだけでなく、中間部の輝度も高い。
（蛍光ランプの変形例）
以上、本発明に係る蛍光ランプを実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明の内容は、上記の実施の形態に限定されない。

例えば、反射層は、ステムの放電空間側の表面の全体に形成されていても良く一部に形成されていても良い。但し、ステムによる紫外線の減損を抑えるためには、できるだけ広範囲に形成されていることが好ましく、表面全体に形成されていることがより好ましい。なお、反射層をステムの放電空間側の表面の一部に形成する場合は、放電空間側に突出している電極に近い領域など、できるだけ紫外線を受け易い領域に形成することが好ましい。

反射層は、ステムの放電空間側の表面以外に形成されていても良い。例えば以下のような変形例が考えられる。図３および図４は、変形例に係る蛍光ランプのステム付近の構成を示す断面図である。
例えば、図３に示すように、ステム３０の放電空間１１側とは反対側の表面に反射層５１を形成することが考えられる。この場合、反射層５１が放電空間１１内の金属蒸気や希ガスと接触しないため、それら金属蒸気や希ガスと反応するような紫外線反射剤を用いて反射層５１を形成することが可能である。

また、図４に示すように、ステム３０の内部に反射層５２を形成することが考えられる。この場合、反射層５２がステム３０のガラスで覆われているため、蛍光ランプ１の製造工程において反射層５２が剥がれたり傷ついたりすることがない。
反射層は、上記実施の形態に係るものに限定されず、紫外線領域２００〜３８０ｎｍにおける反射率が７０％以上であれば良い。顕著な効果を得るためには、紫外線領域２４０〜２８０ｎｍにおける反射率は８０％以上であることが好ましい。

反射層は、酸化チタン以外に、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の無機酸化物、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）等のフッ化物、並びに、マイカ等の天然鉱物等からなる紫外線反射剤で形成されていても良い。また、それら紫外線反射剤を複数組み合わせて形成されていても良い。

反射層は、金属蒸気や希ガスとの反応性に乏しく、耐熱性が高く、紫外線反射性能が高く、電気抵抗値が高く、白色あることが好ましい。酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛および酸化セリウムの中から選択される少なくとも１つで構成されている反射層は上記条件を満たす。
反射層は、可視光領域３８０〜７８０ｎｍの反射率が８０％以上であることが好ましい。

反射層は、無機酸化物で構成されている場合、反射層の平均厚みが５μｍ以上であることが好ましい。平均厚みを５μｍ以上にすることで、紫外線および可視光を十分に反射させることができるため、管軸方向に輝度むらのない蛍光ランプを作製することができる。
（蛍光ランプの製造方法）
まず、蛍光ランプ１の製造方法を簡単に説明すると、内面に蛍光体層２０が形成されたガラスバルブ１０を用意し、そのガラスバルブ１０の両端部の蛍光体層を除去する。次に、電極体４０が封装されたステム３０でガラスバルブ１０の両端部を封止し、さらに排気管３１を介してガラスバルブ１０内からガスを排気し、アマルガム粒および希ガスを封入した後、前記排気管３１の先端部を焼き切って封止する。最後に、口金ピン６１とリード線４１，４２とを電気的に接続し、ガラスバルブ１０の両端部にそれぞれ口金６０を取り付けて、蛍光ランプ１を完成させる。

次に、図面に基づいて電極体４０が封装された前記ステム３０の製造方法を詳細に説明する。
図５は、ステムの製造過程を説明する工程図であって、図５（ａ）および（ｂ）はリード線封装ステップを、図５（ｃ）は反射層形成ステップを、図５（ｄ）は電極取付けステップを示す。

まず、リード線封装ステップにおいては、図５（ａ）に示すように、ステム３０の前駆体である漏斗状のガラス筒体３０ａと、一対のリード線４１，４２と、排気管３１とを用意し、前記ガラス筒体３０ａに前記リード線４１，４２および排気管３１を挿入する。このとき、一対のリード線４１，４２は、その一方の端部がガラス筒体３０ａの大径の開口３０ｂから突出し、他方の端部が前記ガラス筒体３０ａの小径の開口３０ｃから突出するよう配置しておく。また、排気管３１は、その一方の端部がガラス筒体３０ａ内に収まり、他方の端部がガラス筒体３０ａの大径の開口３０ｂから突出するよう配置する。

次に、図５（ｂ）に示すように、ガラス筒体３０ａの小径の開口３０ｃ側を加熱軟化しながら圧潰封止し、前記ガラス筒体３０ａにリード線４１，４２および排気管３１を封装する。なお、圧潰封止の際には、排気管３１のガラス筒体３０ａから突出している側からエアを吹き込み、軟化状態にある圧潰封止部分の側壁近傍を吹き破って排気孔３２を形成する。

次に、紫外線反射剤としての酸化チタンに溶媒（例えば純水）を加えて懸濁液を作製する。そして、懸濁液を、浸漬塗装法や噴き付け塗装法などによりステム３０の表面の所定領域に塗布する。その後、熱風（例えば８０℃）にあてる等して懸濁液を乾燥させ、ステム３０の表面に紫外線反射剤を付着させる。さらに、焼成炉を用いて４００〜６６０［℃］（例えば４００［℃］）で約１分間焼成する。

反射層５０は、ステム３０をガラスバルブ１０に封止した際に放電空間１１側となる領域に形成する。反射層５０がステム３０とガラスバルブ１０との接合部分に存在すると、ガラスバルブ１０を気密封止することができず、希ガス等がガラスバルブ１０からリークし得るため、前記接合部分には反射層５０が形成されないことが好ましい。なお、不要な領域に付着してしまった紫外線反射剤は、焼成前に拭き取ったり、焼成後に剥ぎ取ったりして除去する。

最後に、図５（ｄ）に示すように、リード線４１，４２間に電極４３を架設し、電極体４０が封装されたステム３０が完成する。
（実験）
本発明に係る蛍光ランプについて、ガラスバルブの管軸方向の輝度むらを実験により評価した。実施例として、ステムの表面に酸化チタンからなる反射層が形成された上記実施の形態に係る蛍光ランプ１を用い、比較例として、反射層が形成されていない同型の蛍光ランプを用いた。

実験では、各蛍光ランプについて、ガラスバルブの中央部および端部の輝度をそれぞれ測定し、中央部に対する端部の輝度の割合（％）を算出して、当該割合が１００（％）に近いほどガラスバルブの管軸方向の輝度むらが少ないと評価した。なお、ガラスバルブの端部とは、図２に示すように、電極４３の位置からガラスバルブ１０の端部側の部分を意味する。

図６は、ガラスバルブの輝度むらの評価結果を示す図である。図６に示すように、従来の蛍光ランプは中央部に対する管端部の輝度の割合が２０％であったのに対し、本発明に係る蛍光ランプ１の輝度の割合は８０％であった。この結果から、本発明に係る蛍光ランプ１は、従来の蛍光ランプよりもガラスバルブの端部の輝度が高く、管軸方向の輝度むらが少ないと評価することができる。

なお、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛および酸化セリウムからなる反射層が形成された蛍光ランプをそれぞれ作製し、上記と同様の実験を行ったが、酸化チタンからなる反射層が形成された蛍光ランプ１と同様に、ガラスバルブの端部の輝度が従来の蛍光ランプよりも高かった。

本発明に係る蛍光ランプは、直管形蛍光ランプ、環形蛍光ランプ、電球型蛍光ランプ、コンパクト形蛍光ランプおよび冷陰極蛍光ランプなど蛍光ランプ全般に広く利用できる。

本発明の一実施形態にかかる蛍光ランプの要部構成を示す一部破断断面図である。 蛍光ランプのステム付近の構成を示す断面図である。 変形例に係る蛍光ランプのステム付近の構成を示す断面図である。 変形例に係る蛍光ランプのステム付近の構成を示す断面図である。 ステムの製造過程を説明する工程図であって、図５（ａ）および（ｂ）はリード線封装ステップを、図５（ｃ）は反射層形成ステップを、図５（ｄ）は電極取付けステップを示す。 ガラスバルブの輝度むらの評価結果を示す図である。 従来の蛍光ランプのステム付近の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 蛍光ランプ
１０ ガラスバルブ
１１ 放電空間
２０ 蛍光体層
３０ ステム
５０，５１，５２ 反射層

Claims (6)

1. 内部に放電空間を有し、内面に紫外線を可視光に変換する蛍光体層が形成されたガラスバルブと、前記ガラスバルブの端部を封止するステムとを備え、
   前記ステムには前記放電空間側へ紫外線を反射させる反射層が形成されていることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記反射層は、前記ステムの前記放電空間側の表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 前記反射層は無機酸化物からな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. 前記無機酸化物は白色であることを特徴とする請求項３記載の蛍光ランプ。
5. 前記無機酸化物は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛および酸化セリウムの中から選択される少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項３記載の蛍光ランプ。
6. 前記反射層は、さらに可視光も反射することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蛍光ランプ。

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