JP2008034276A

JP2008034276A - 蛍光ランプおよび照明装置

Info

Publication number: JP2008034276A
Application number: JP2006207479A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Toda; 尚之戸田; Junya Tanaka; 順也田中
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】管端部へ照射された紫外線を効率よく可視光に変換して全光束を向上させた蛍光ランプおよび照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】長尺な発光管４と；この発光管４内に封入された水銀および希ガスからなり、前記発光管４内に封入される放電媒体と；この発光管４の一方の管端部側よりも他方の管端部側の膜厚が厚くなるように内面に形成され、結着剤としてアルミナ微粒子が添加された蛍光体層３と；この発光管４の両端に封装され、放電を生起させる電極手段７a、７bと；少なくとも他方の厚膜側の管端部に配設した水銀吸着体１１と；を具備したことを特徴とする。蛍光体層３の厚膜側に水銀吸着体を配設したので、立ち上がり時に両端部の光出力の差が目立ちにくくなり、配光特性を改善することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ランプ始動直後における両管端部の光出力の差が小さい蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを用いた照明装置に関する。

蛍光ランプは水銀と希ガスが所定量封入され、発光管の内面に蛍光体層が形成される。蛍光体層は、蛍光体粉末を塗布溶媒に分散させた懸濁液を発光管の内面に塗布し、乾燥、焼成工程を経て形成される。塗布溶媒としては、水性溶媒および有機溶媒が知られている。しかし、有機溶媒は環境保護の観点から使用を抑えるのが好ましいので実際には水性溶媒を用いて蛍光体が塗布されるようになってきた。水性溶媒を使用する場合には、水に蛍光体、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）および結着剤としてのアルミナを混合したものからなる懸濁液を使用するのが一般的である。ところが、結着剤として添加されるアルミナは蛍光体層の膜強度を確保するために必要であるが、ランプの始動直後に発光管内の水銀蒸気を吸着することによって光束の立ち上がりが低下することが知られている。一方、近年環境負荷に対する配慮から水銀の使用量が制限されるようになってきており、ランプ始動直後の水銀蒸気の量が不足している場合には光束立ち上がりがさらに遅くなる傾向がある。

このような立ち上がり時の光束の低下を抑制するために、結着剤のアルミナ表面にアルミン酸塩を被覆することによって水銀がアルミナ表面に吸着されることを抑制した蛍光ランプが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、蛍光体層の比表面積を小さくすることによって水銀の吸着を抑制する技術も知られている（特許文献２参照）。
特開平２００２−９３３７１号公報特許３４３８７１７号

ところで、発光管の内面の蛍光体層は、発光管の一端が上側となるように発光管を鉛直向きに立てた状態で発光管の一端から他端に向かって蛍光体の懸濁液を流すことによって塗布し、乾燥、焼成工程を経て形成される。このため、下側に位置する他端側の蛍光体層の膜厚は一端側の膜厚よりも厚くなる。本発明者は、水性溶媒を用いて長尺な発光管の内面に蛍光体層が形成された蛍光ランプは立ち上がり時に発光管の両端部間で光出力に差が生じるやすくなる原因が蛍光体層の膜厚差に関係していることに着目した。この光出力の差は、配光特性や外観を悪化させる原因となっている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、ランプ始動直後に両端部間の光出力の差を小さくした蛍光ランプおよび照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の蛍光ランプは、長尺な発光管と；この発光管内に封入された水銀および希ガスからなり、前記発光管内に封入される放電媒体と；この発光管の一方の管端部側よりも他方の管端部側の膜厚が厚くなるように内面に形成され、結着剤としてアルミナ微粒子が添加された蛍光体層と；この発光管の両端に封装され、放電を生起させる電極手段と；少なくとも他方の厚膜側の管端部に配設した水銀吸着体と；を具備したことを特徴とする。

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

発光管は、透光性材料で形成されている。透光性材料としてはコストが低いガラスを用いるのが好適である。なお、ガラスとしては、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、などを適宜選択して用いることができる。また、形状は直管状、円環状、多角形状、およびこれらが連結されて１本の放電路を形成する２重環形状などであってもよい。

また、「長尺な発光管」とは直線状を意味するものではなく、放電路に沿った発光管の長さが長尺という意味である。ここでは、管長が５００ｍｍ以上の直管形蛍光ランプおよびこれと同等な発光管の長さを有する蛍光ランプを意味し、発光管の長さがこれ以上の蛍光ランプにおいて両端部間の光出力差が現れる。また、この両端部間の光出力差は発光管が長いほど顕著に表れる傾向があり、例えば管長が６００ｍｍ以上、８００ｍｍ以上、１０００ｍｍ以上となるに従ってより明確に光出力差が形成される。なお、ここでいう管長とは、直管形蛍光ランプにおいてJIS C 7617-2で定義される一端の口金端面から他端の口金端面までの距離をいう。

蛍光体層は、発光管の内面側に配設されて放電が形成されたときに放電媒体から放射される紫外線を可視光に波長変換する手段である。なお、発光管の内面側とは、発光管の内面に直接蛍光体層を形成する態様および保護膜または反射膜などを介して透光性バルブの内面に間接的に蛍光体層を形成する態様のいずれをも含む意味である。また、蛍光体は、単一種を、または複数種の蛍光体を混合して用いることができる。例えば、赤色・緑色・青色発光の各蛍光体を混合してなる白色発光の３波長発光形蛍光体を用いることができる。

蛍光体層は、これらの蛍光体を水性溶媒、アルミナと混合した懸濁液が使用される。

水銀吸着体は、水銀合金、水銀と合金を形成しやすい金属単体および合金などの金属をリング状、板状、または箔状に形成したものに蒸着、メッキなどの方法によって配設してもよいし、これらの金属をリング状、板状、または箔状に形成して配設してもよい。また、アルミナなどの酸化物の膜を電極の近傍に配設してもよい。

アルミナの結着剤は、始動直後の発光管内において蒸気化した水銀を吸着しやすいためアルミナの結着剤の量が相対的に多くなる厚膜側では発光に寄与する有効な水銀蒸気が少なくなり、薄膜側に比べて光出力が小さくなる。厚膜側の管端部に水銀吸着体を設けることで、始動直後の厚膜側の水銀蒸気量を薄膜側と同程度にし、両端部間の光出力差を低減させることができる。

請求項２記載の蛍光ランプは、長尺な発光管と；この発光管内に封入される水銀および希ガスからなり、前記発光管内に封入される放電媒体と；この発光管の一方の管端部側よりも他方の管端部側の膜厚が厚くなるように内面に形成され、結着剤としてアルミナ微粒子が添加された蛍光体層と；この発光管の両端に封着されるステムと；このステムに支持されるとともに、発光管内に封装されて放電を生起させる電極手段と；他方に封着されるステムの放電空間側の表面に配設された水銀吸着膜と；を具備したことを特徴とする。

ステムに水銀吸着膜を設けることで、始動直後の厚膜側の水銀蒸気量を薄膜側と同程度にし、両端部間の光出力差を低減させることができる。

水銀吸着膜は、アルミナなどの酸化物を用いることができる。

請求項３記載の照明装置は、請求項１に記載の蛍光ランプと；この蛍光ランプが取付けられた照明器具本体と；この器具本体に設けられ、前記蛍光ランプを点灯させる点灯装置と；を具備していることを特徴とする。

請求項１記載の蛍光ランプによれば、蛍光体層の厚膜側に水銀吸着体を配設したので、立ち上がり時に両端部の光出力の差が目立ちにくくなり、配光特性を改善することができる。

請求項２記載の蛍光ランプによれば、蛍光体層の厚膜側に封着されるステム表面に水銀吸着膜を配設したので、立ち上がり時に両端部の光出力の差が目立ちにくくなり、配光特性を改善することができる。

請求項３記載の照明装置によれば、請求項１の蛍光ランプの特徴を備えた照明装置を提供することができる。

本発明による実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による第１の実施形態を示す蛍光ランプの一部切り欠き正面図であり、図２は、図１の要部拡大断面図である。

蛍光ランプ１は、長尺な発光管４を有し内部に３〜５ｍｇの水銀および希ガスからなる放電媒体が封入された４０Ｗ形の直管形蛍光ランプである。発光管４は、内面に保護膜２および一端側に比べて他端側の膜厚が相対的に厚い蛍光体層３が形成されている。また、発光管４の一端側には電極手段７a、他端側には７bが封装されて発光管４が閉塞されている。そして、この発光管４の両端部に一対の接続ピン５、５を備えた口金６、６がそれぞれ装着されている。電極手段７a、７bは、発光管４の両端部に封着されるステム８a、８b、接続ピン５とそれぞれ接続された図示しない一対のアウターウエルズ、このアウターウエルズに接続されてステム８a、８bに支持された一対のインナーウエルズ９a、９bおよびこのインナーウエルズ９a、９bに支持されるフィラメント電極１０a、１０bからなる。フィラメント電極１０a、１０bには、酸化バリウム（BaO）等からなる電子放射性物質が担持されている。また、他端側に封着されるステム８aの放電空間側の表面には水銀吸着膜としてのアルミナの膜１１が配設されている。なお、発光管４内の所定量の水銀はアマルガム１２によって定量封入される。

蛍光体層３に使用する蛍光体は、紫外線を吸収して、可視光を発する物質であれば、どのようなものであってもよい。このような蛍光体としては、例えば、２価のユーロピウム付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体、セリウム、テルビウム共付活リン酸ランタン蛍光体（LaPO₄：Ce，Tb）、および３価のユーロピム付活酸化イットリウム蛍光体（Y₂O₃：Eu）のような３波長発光形の蛍光体、或いはハロリン酸塩蛍光体のような白色発光形の蛍光体を使用することができる。なお、蛍光体は、用途によって適宜選択して使用することができる。また、蛍光体層３には結着剤として添加されたアルミナが含有している。

放電媒体は、水銀および希ガスから構成されている。水銀は、３．５５〜５．６６μｇ/cm³になるようにアマルガムの状態で定量封入される。

アマルガムは、水銀と合金を作る物質であるビスマス（Bi）、インジウム（In）、鉛（Pb）、錫（Sn）、亜鉛（Zn）、銀（Ag）等の中から選ばれた少なくとも１種と水銀との合金である。例えば、ビスマス−インジウム−水銀、ビスマス−インジウム−鉛−水銀、ビスマス−錫−水銀などが適用可能である。アマルガムはペレット状、柱状、板状などどのような形状であってもよい。なお、これらの構成の水銀合金は水銀吸着体１１としても適用することができる。

希ガスは、放電開始を容易にするために使用されるもので、一般的には放電容器を透過しなければ特に限定されないが、ネオン（Ｎｅ）は石英ガラスを透過しやすいので、放電容器を石英ガラスで形成する場合には、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）またはキセノン（Ｘｅ）が推奨される。また、希ガスには、混合希ガスであってもよい。なお、希ガスの圧力は、１００〜１０００Ｐａ程度である。

保護膜としては金属酸化物微粒子から構成したものが好適であり、金属酸化物微粒子には、アルミナ（Al₂O₃）の他にシリカ（SiO₂）や酸化チタン（TiO₂）など周知のものを用いることが可能である。

蛍光体層３は、環境負荷に対する配慮から水性溶媒が用いられるようになってきた。この水溶性溶媒を用いた蛍光体懸濁液を一般的な製法である流し塗りによって形成した蛍光体層は、本実施形態のように発光管の一端側に比べ他端側の膜厚が厚くなる。さらに、このように発光管の一端側と他端側で蛍光体層の膜厚に差が生じた蛍光ランプは、水銀の封入量が所定値以下になると立ち上がり時に厚膜側が薄膜側に比べて相対的に光出力が低くなることが明らかとなってきた。特に、管長が１１９８mm以上の直管形蛍光ランプおよびこれと同等な発光管の長さを有する蛍光ランプにおいて、水銀封入量が５．６６μｇ/cm³以下になるとこの現象が顕著に発生することが確認された。

これは次のように説明することができる。ランプ点灯後しばらくすると発光管内に水銀蒸気が充分に行き渡り、所望の光束を得ることができる。そして、ランプを消灯すると発光管内の温度が低下するとともに、水銀蒸気が冷えた発光管内面側に付着する。このとき最冷部に水銀が付着しやすいため発光管の中央部に水銀が集まりやすくなる。この状態で再び点灯すると、まず温度上昇がはやい電極近傍に付着した水銀が水銀蒸気となり、次に発光管の中央部に付着した水銀が水銀蒸気になり発光管内に広がる。ところで、近年環境負荷に対する配慮から水銀の使用量を制限するようになってきた。特に、封入する水銀の量が所定値以下になると、電極近傍に付着した水銀だけでは立ち上がり時に充分な光出力を得ることが難しい。つまり、水銀の封入量が所定値以下になると、立ち上がり時はランプの光束が発光管の中央部に付着した水銀から供給される水銀蒸気の量に依存する状態となる。ところが、発光管４の中央部に付着した水銀は、水銀蒸気となって発光管の両端部に広がるが、両端部において一部蛍光体層３に再び付着する水銀が存在する。この付着は蛍光体層３の膜厚に依存し、厚いほど付着しやすい傾向がある。このため、発光管の両端部間で膜厚に差がある場合には、立ち上がり時に厚膜側の光出力が薄膜側の光出力に比べて相対的に低下する。ただし、膜厚に対する水銀の付着のしやすさは、水性溶媒によって蛍光体を塗布したときに見られる傾向であり、結着剤として用いたアルミナおよび比表面積などの蛍光体層の構成が影響していると考えられる。また、発光管の長さが長くなるほど蛍光体層の両端部間の膜厚の差が大きくなり、さらに発光管中央から両端部までの距離が長くなるため水銀蒸気の拡散が遅くなると考えられる。

第１の実施形態の蛍光ランプは、厚膜側のステム８a上に水銀吸着膜としてのアルミナの膜１１が形成されている。このアルミナの膜１１は、ランプ消灯後水銀を吸着し、再び点灯すると温度上昇に伴い水銀を放出するため、立ち上がり時に両端部間で光出力の差が抑制される。また、ステム８a上に形成されるアルミナの膜１１は保護膜として使用されるものを用いることができるので、それほどコストが増加することがない。

次に、本実施形態の厚膜側に配設するステム８aの製造方法について説明する。まず、ステム８aにインナーウェルズ９aを封着し、その後水性溶媒に分散させたアルミナ水溶液をステム８a上に塗布しアルミナの膜１１を形成する。このとき、ステム８aのフレア部に形成されたアルミナの膜１１はブラシで取り除いておく。そして、アルミナの膜１１上にアマルガム１２を付着させ、乾燥させることによってアマルガム１２がアルミナの膜１１上に固定される。さらに、インナーウェルズ９aにフィラメント電極１０aを把持させ、フィラメント電極１０aに炭酸塩を坦持して電極７aを形成する。電極７aには、排気用の細管８cが接続されているので、この細管８aを固定しながら作業を行うことができる。

次に、本発明による第２の実施形態について説明する。

図３は、本発明による第２の実施形態に係る蛍光ランプの要部拡大図である。なお、第２の実施形態は水銀吸着体の構成以外は第１の実施形態と同一なので、同一部分については詳細な説明を省略する。

第２の実施形態は、ステム８aに水銀吸着体としての金属リング１３が配設されている。金属リング１３は、ステム８aに溶着される脚部１３aおよびこの脚部１３aに支持されるリング部１３bからなる。リング部１３bは全体が水銀合金からなり円筒状に形成されて、フィラメント電極１０を囲うように配置される。

次に、本発明による第３の実施形態について説明する。

図４は、本発明による第２の実施形態に係る蛍光ランプの要部拡大図である。なお、第２の実施形態は水銀吸着体の構成以外は第１の実施形態と同一なので、同一部分については詳細な説明を省略する。

第３の実施形態は、インナーウェルズ９aに水銀放出体としての金からなる金属箔１４が接着されている。金属箔１４は、金、金を含有する合金、または水銀合金などを使用することができる。水銀合金としては、ビスマス（Bi）、インジウム（In）、鉛（Pb）、錫（Sn）、亜鉛（Zn）、銀（Ag）等の中から選ばれた少なくとも１種と水銀との合金を使用することができる。例えば、ビスマス−インジウム−水銀、ビスマス−インジウム−鉛−水銀、ビスマス−錫−水銀などが適用可能である。この構成によると、ランプ消灯後水銀蒸気は蛍光体層３だけでなく、金属箔１４にも付着する。このため、ランプの立ち上がり時には金属箔１４から水銀が放出されて他端側の光出力が向上し、両端部間の光出力の差が抑制される。

金属箔１４は、溶接、圧接、および接着材などの方法によってインナーウェルズ９aに接着することができる。

図５は、天井直付け形の照明装置Dを示す。図中D１は照明器具本体で、この本体D１には天井面などの構造体への取付具（図示しない。）、電源接続機構や安定器などの点灯装置D２が収納され、この本体D１の下方には一対のランプソケットD３、D３が取付けられ、その間に蛍光ランプ２０が装着されている。この蛍光ランプ２０はソケットD３、D３に支持されているとともに、安定器D２およびソケットD３、D３を介して給電され、安定的に点灯される。

なお、本発明は上記の実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明による第１の実施形態を示す蛍光ランプの一部切り欠き正面図である。本発明による第１の実施形態の蛍光ランプを示す要部拡大断面図である。本発明による第２の実施形態の蛍光ランプを示す要部拡大断面図である。本発明による第３の実施形態の蛍光ランプを示す要部拡大断面図である。本発明による天井直付形の照明装置Ｌを示す断面図である。

符号の説明

１、２０蛍光ランプ
３蛍光体層
４発光管
８ステム
７a、７b 電極手段
８a 蛍光体層
８b 支持部
L 照明装置
１１、１３、１４水銀吸着体
Ｄ照明装置
Ｄ１器具本体
Ｄ２点灯装置

Claims

長尺な発光管と；
この発光管内に封入された水銀および希ガスからなり、前記発光管内に封入される放電媒体と；
この発光管の一方の管端部側よりも他方の管端部側の膜厚が厚くなるように内面に形成され、結着剤としてアルミナ微粒子が添加された蛍光体層と；
この発光管の両端に封装され、放電を生起させる電極手段と；
少なくとも他方の管端部に配設した水銀吸着体と；
を具備したことを特徴とする蛍光ランプ。
長尺な発光管と；
この発光管内に封入される水銀および希ガスからなり、前記発光管内に封入される放電媒体と；
この発光管の一方の管端部側よりも他方の管端部側の膜厚が厚くなるように内面に形成され、結着剤としてアルミナ微粒子が添加された蛍光体層と；
この発光管の両端に封着されるステムと；
このステムに支持されるとともに、発光管内に封装されて放電を生起させる電極手段と；
他端側に封着されるステムの放電空間側の表面に配設された水銀吸着膜と；
を具備したことを特徴とする蛍光ランプ。
請求項１に記載の蛍光ランプと；
この蛍光ランプが取付けられた器具本体と；
この器具本体に設けられ、前記蛍光ランプを点灯させる点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。