JP2008288082A - 蛍光ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
無鉛ガラスを用いた管外径１５〜１７ｍｍのガラスバルブに酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２を混合してなる保護膜を効果的な膜厚に形成して紫外線遮断効果および光束維持率特性が優れた蛍光ランプおよびこれを備えた照明装置を提供する。
【解決手段】
蛍光ランプ20は、Ｎａ_２Ｏ １〜１３質量％、Ｋ_２Ｏ １〜１５質量％、ＬｉＯ ０〜５質量％（ただし、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２ＯおよびＬｉ_２Ｏの合計量が５〜２０質量％の範囲）を含む組成を有し、かつ実質的に鉛を含まないとともに、軟化温度が６８５℃以下の無鉛ガラスからなり、少なくとも一部に曲成部を有する管外径１５〜１７ｍｍのガラスバルブ1と、電極と、その内面に形成されたＺｎＯおよびＴｉＯ_２の微粒子混合体を主体とする膜厚が０．２〜２．０μｍの保護膜２と、保護膜の内面側に形成された蛍光体層3と、放電媒体とを具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、管径１５〜１７ｍｍの曲成部を有する蛍光ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。

無鉛ガラスを用いて形成した管径１５〜１７ｍｍのガラスバルブを備えた高周波点灯専用形で環形の蛍光ランプは、既知である（例えば、特許文献１参照。）。

また、酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２を混合してなる紫外線遮断保護膜を備えた蛍光ランプが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この蛍光ランプの紫外線遮断保護膜の好ましい平均膜厚は、０．２〜１．５μｍ、好ましくは０．３〜１．０μｍと説明されている。このような保護膜をガラスバルブと蛍光体層との間に介在させることにより、蛍光ランプから外部へ放射される紫外線の量を所望に低減することができる。

特開２００１−３１９６１９号公報（段落００７６−００７７） 特開平０９−１５３３４４号公報（段落００３６−００３７）

特許文献２に記載されている蛍光ランプは、ガラスバルブが直管のラピッドスタート形である。特許文献２に記載されている保護膜の膜厚０．２〜１．５μｍの範囲は、直管のガラスバルブの場合には問題がないので効果的な保護膜を形成することができる。しかしながら、円環状の蛍光ランプのように曲成部を有する蛍光ランプでは、保護膜の膜厚が大きすぎて曲成時に保護膜に亀裂が目立って発生してしまい、その結果所期の光束維持率および紫外線遮断効果を得ることができない。このため、例えば管径２９ｍｍの円環状に曲成するガラスバルブに保護膜を形成する場合には、ガラスバルブが直管のまま製品化される場合より薄い保護膜しか形成することができない。その結果、保護膜が薄いと、たとえ保護膜に亀裂が生じなくても所期の保護膜作用を得ることが困難になる。また、前記無鉛ガラスを用いて製作したガラスバルブの場合、ソーダ石灰ガラスを用いた場合より紫外線透過量が多いので、効果的な保護膜を備えていないと実用上問題がある。

したがって、無鉛ガラスを用いて形成した管径１５〜１７ｍｍのガラスバルブを備え保護膜形成後に曲成される蛍光ランプの場合、酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２を混合してなる保護膜を効果的な膜厚に形成することが困難であると従来は考えられていた。

ところが、本発明者は、特許文献１に記載されているような無鉛ガラスの場合、紫外線透過率がソーダ石灰ガラスより大きいものの酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２を混合してなる保護膜による紫外線遮断効果がソーダ石灰ガラスの場合より大きいことを見出した。

すなわち、図５は、ソーダ石灰ガラス製のガラスバルブと、無鉛ガラス製のガラスバルブとをそれぞれ用いたＦＣＨ２０形において、保護膜の膜厚を変化させた蛍光ランプを製作して、点灯中の紫外線透過量を測定して求めたグラフである。図において、横軸は保護膜の膜厚（μｍ）を、縦軸は外部に透過する紫外線量の相対値であるＵＶ量（％）を、それぞれ示す。図中、曲線Ａがソーダ石灰ガラス使用の環形蛍光ランプ、曲線Ｂが無鉛ガラス使用の環形蛍光ランプ、さらに曲線Ｃがソーダ石灰ガラス使用の直管形蛍光ランプである。なお、上記直管形蛍光ランプは、形名ＦＣＨ２０の環形蛍光ランプと同じ封止バルブを曲成加工しないで製作した蛍光ランプである。上記の各環形蛍光ランプは、ガラスバルブのガラス材料が異なる以外は同一仕様である。

図５から理解できるように、紫外線透過量は、直管形蛍光ランプＣ＜無鉛ガラス使用の環形蛍光ランプＢ＜ソーダ石灰ガラス使用の環形蛍光ランプＡの順に紫外線透過量が少ない。ここで注目されるのは、無鉛ガラス使用の環形蛍光ランプＢの紫外線透過量が曲成加工されない直管形蛍光ランプに近い値であることから、保護膜が効果的に作用していることが分かる。

上述の事実は、上記無鉛ガラスの軟化温度が６８５℃以下であり、したがってソーダ石灰ガラスの軟化温度より低いことが好影響しているものと考えられる。すなわち、ソーダ石灰ガラスの軟化温度は７００℃前後であって無鉛ガラスの軟化温度より高いため、酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２を混合してなる保護膜を形成しても、曲成時の加熱によって保護膜の一部の粒子がガラスバルブのガラス中に埋没ないしガラス化してガラスバルブと一体化して失われやすい。その結果、保護膜の実効的な膜厚減少が多くなる。

これに対して、無鉛ガラスの場合、軟化温度がソーダ石灰ガラスのそれより明らかに低いので、曲成時の加熱によって保護膜の粒子の若干がガラスバルブのガラス中へ埋没ないしガラス化するもののその程度が明らかに少ない。したがって、保護膜の実効的な膜厚減少が少ない。さらに、無鉛ガラスでは、混合アルカリ効果によって、ガラス中のアルカリ成分の移動度が小さくなるため、アルカリ成分が拡散することによる保護膜の劣化が少ないと考えられる。

また、本発明者は、無鉛ガラスを用いた管径１５〜１７ｍｍのガラスバルブを備えた曲成部を有する蛍光ランプの場合、酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２を混合してなる保護膜を効果的な膜厚に形成しても亀裂が生じにくいことに着目した。

本発明者は、以上の技術的知見に基づいて本発明を完成するに至った。

本発明は、無鉛ガラスを用いた管径１５〜１７ｍｍのガラスバルブに酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２を混合してなる保護膜を効果的な膜厚に形成して紫外線遮断効果および光束維持率特性が優れた曲成部を有する蛍光ランプおよびこれを備えた照明装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光ランプは、Ｎａ_２Ｏ １〜１３質量％、Ｋ_２Ｏ １〜１５質量％、ＬｉＯ ０〜５質量％（ただし、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２ＯおよびＬｉ_２Ｏの合計量が５〜２０質量％の範囲）を含む組成を有し、かつ実質的に鉛を含まないとともに、軟化温度が６８５℃以下のガラスからなり、少なくとも一部に曲成部を有する管外径１５〜１７ｍｍのガラスバルブと；ガラスバルブ内に放電を生起するように配設された電極と；ガラスバルブの内面に形成されたＺｎＯおよびＴｉＯ_２の微粒子混合体を主体とする膜厚が０．２〜２．０μｍの保護膜と；保護膜の内面側に形成された蛍光体層と；ガラスバルブ内に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。

本発明は、以下の態様を許容する。

〔ガラスバルブについて〕 ガラスバルブは、その無鉛ガラスの組成が好ましくは以下のとおりである。
Ｎａ_２Ｏは１０質量％以下である。Ｋ_２Ｏは１〜１０質量％である。ＬｉＯは０〜３質量％である。（ただし、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２ＯおよびＬｉ_２Ｏの合計量が１３．５〜１８質量％の範囲である。）また、以下の成分を含有している。Ｓｂ_２Ｏ_３ ０．１〜０．５質量％、ＣａＯ １〜５質量％、ＭｇＯ ０〜５質量％、ＢａＯ ０〜７質量％、ＳｒＯ ０〜２．５質量％、（ただし、ＭｇＯ、ＢａＯおよびＳｒＯの合計量が５〜１６質量％の範囲である。）Ｆｅ_２Ｏ_３ ０〜３質量％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜３質量％、ＣｅＯ_２ ０〜２質量％、ＴｉＯ_２ ０〜１質量％、ＳｉＯ_２ ６０〜７５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜５質量％
上記無鉛ガラスの好ましい軟化温度は、６５０〜６８０℃である。

また、ガラスバルブは、蛍光ランプとして完成している状態において、少なくとも一部に曲成部を有している。曲成部は、後述する保護膜および蛍光体層を形成後にガラスバルブを封止してから、ガラスバルブを加熱して無鉛ガラスが軟化した状態で曲成することにより形成される。なお、ガラスバルブの曲成に際して、予めガラスバルブの両端を封止し、内部に不活性ガスを充填する。

ガラスバルブの曲成の形態は、本発明において特段限定されない。例えば、円環状、四角形などの多角形およびＵ字状など多様な形状に曲成することができる。なお、管長は、ランプ電力に応じて所望の値に選定することができる。

さらに、ガラスバルブは、その管外径が１５〜１７ｍｍの範囲内であれば任意の管径を選択することができるが、管外径１６．５ｍｍの高周波点灯専用形の蛍光ランプが商品化されている。これらの商品の寸法は、次のとおりである。なお、いずれも管径１６．５ｍｍ、円環状をなしている。また、肉厚は０．８〜１．２ｍｍである。
ＦＨＣ１３形（内径１１８ｍｍ、外径１５１ｍｍ）、ＦＨＣ２０形（内径１９２ｍｍ、外径２２５ｍｍ）、ＦＨＣ２７形（内径２６６ｍｍ、外径２９９ｍｍ）、ＦＨＣ３４形（内径３４０ｍｍ、外径３７３ｍｍ）、ＦＨＣ４１形（内径４１４ｍｍ、外径４４７ｍｍ）
〔保護膜について〕 保護膜は、ガラスバルブの内面に形成されていて、酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２の微粒子混合体を主体として構成されている。本発明において、酸化亜鉛ＺｎＯおよび酸化チタンＴｉＯ_２の混合比率は特段限定されない。しかし、好ましくはＺｎＯ微粒子の混合比率がＺｎＯおよびＴｉＯ_２の混合体に対する比率で２０〜８０質量％、より好適には３０〜７０質量％である。

また、保護膜は、その膜厚が直管のガラスバルブにおける保護膜の膜厚と同等またはそれ以上であるところの０．２〜２．０μｍ、好適には０．４〜１．４μｍである。この膜厚範囲内であれば、ガラスバルブが保護膜形成後に曲成されても優れた光束維持率特および紫外線遮断効果を得ることができる。しかし、膜厚が０．２μｍ未満であると、保護膜作用すなわち蛍光ランプの光束維持率特性および紫外線遮断効果が低下して所期の保護膜作用を得ることができないので、不可である。また、膜厚が２．０μｍを超えると、ガラスバルブの曲成時に保護膜の亀裂が目立つようになるので、不可である。なお、保護膜の膜厚は、ガラスバルブの管軸方向の中央部において、横断面の一部の電子顕微鏡写真を作成して、保護膜物質がガラス中に埋没ないしガラス化してガラスバルブと一体化しているように見える箇所を含めるとともに、保護膜の膜厚が相対的に大きな部位を選んで測定するものとする。

〔電極について〕 電極は、ガラスバルブ内に放電を生起するように配設されたものであればその余の構成について特段限定されない。例えば、熱陰極形電極、冷陰極形電極および外部電極など既知の電極のいずれであってもよい。しかし、ガラスバルブの両端内部に封装される熱陰極形電極が好適である。

〔蛍光体層について〕 蛍光体層は、保護膜の内面側に形成されている。そして、ガラスバルブの内部空間に放電媒体の放電が生起したときに放射する紫外線が照射されることによって励起されて例えば可視光を発生する蛍光体を用いて形成されている。蛍光体層に使用する蛍光体は、本発明において特段限定されない。しかし、３波長発光形蛍光体が好適である。

〔その他の構成について〕 本発明において、所望により以下の構成を付加することができる。

１．（反射膜） 反射膜は、反射性の微粒子を主体として構成されていて、保護膜の内面側にガラスバルブの径方向の適当な角度範囲で形成される。一般照明用の蛍光ランプの場合、約１８０°にわたり形成された反射膜を用いることで直下照度を効率よく高めることができる。なお、反射膜は、蛍光ランプの用途に応じて適当な角度範囲に形成される。

本発明によれば、無鉛ガラスからなり、少なくとも一部に曲成部を有する管外径１５〜１７ｍｍのガラスバルブの内面にＺｎＯおよびＴｉＯ_２の微粒子混合体を主体とする膜厚が０．２〜２．０μｍの保護膜を形成し曲成部を形成したことにより、紫外線遮断効果および光束維持率特性が優れた曲成部を有する蛍光ランプおよびこれを備えた照明装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１および図２は、本発明の蛍光ランプを実施するための一形態を示し、図１は正面図、図２は拡大横断面図である。本形態において、蛍光ランプ２０は、曲成部の態様が円環状をなしているガラスバルブ１、保護膜２、蛍光体層３、電極４、口金５および水銀放出合金６を具備している。

ガラスバルブ１は、無鉛ガラス製で円環状をなしていて、管径ｄが１６．５ｍｍ、環の外径Ｄ１が１５１〜４４７ｍｍ、内径Ｄ２が１１８〜４１４ｍｍである。無鉛ガラスは、以下の組成である。ＳｉＯ_２ ６０〜７５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜５質量％、Ｎａ_２Ｏ ０〜１３質量％、Ｋ_２Ｏ １〜１２質量％、Ｌｉ_２Ｏ １〜５質量％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ １３．５〜１８質量％、ＣａＯ １〜５質量％、ＭｇＯ ０〜５質量％、ＢａＯ ０〜７質量％、ＳｒＯ０〜２．５質量％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ ５〜１６質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３ ０〜３質量％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜３質量％、ＣｅＯ_２ ０〜１質量％、ＴｉＯ_２ ０〜１質量％からなる。

保護膜２は、ＺｎＯおよびＴｉＯ_２の微粒子混合体を主成分としてガラスバルブ１の内面に形成されている。ＺｎＯおよびＴｉＯ_２の微粒子の混合比は例えばそれぞれ５０％の等量比であり、また膜厚は例えば１．２μｍである。

蛍光体層３は、３波長発光形蛍光体を用いて形成されている。例えば、２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、２価のユーロピウムおよびマンガン付活アルミン酸塩蛍光体、２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体などの青色ないし青緑色発光蛍光体、３価のユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体、３価のユーロピウム付活酸硫化イットリウム蛍光体などの赤色発光蛍光体、および希土類系の緑色発光蛍光体を適宜に混合した三波長形白色発光蛍光体などを適宜選択して用いることができる。

電極４は、ガラスバルブ１の内部両端に封装された熱陰極形電極である。

そうして、直管状のガラスバルブ１に保護膜１および蛍光体層２を形成し、ガラスバルブ１の両端内部に一対の電極４、４を封装して気密な封止バルブを形成してから、加熱軟化した状態で成形型を用いて封止バルブを円環状に曲成加工する。これにより、ガラスバルブに曲成部が形成される。

その後、封止バルブの内部を排気してから、放電媒体を内部に封入して封止を行う。なお、放電媒体としては、純水銀とほぼ同様な蒸気圧特性を有する既知の水銀放出合金６および数百Ｐａのアルゴンを用いることができる。

口金５は、円環状に曲成されたガラスバルブ１の両端間を橋架するようにガラスバルブ１に装着され、一対の電極の両端に接続している。

図３は、本発明の曲成部を有する蛍光ランプと比較例の光束維持特性を示すグラフである。図において、横軸は点灯時間（ｈ）を、縦軸は光束維持率（％）を、それぞれ示す。図中の曲線は、曲線Ｄが本発明、曲線Ｅが比較例１、曲線Ｆが比較例２、曲線Ｇが比較例３である。

なお、本発明は、ＦＨＣ２０形蛍光ランプで、保護膜の膜厚が０．６８μｍである。

比較例１は、ガラスバルブが無鉛ガラス製であるが、保護膜がアルミナで膜厚０．１１μｍである。

比較例２は、ガラスバルブがソーダ石灰ガラス製、保護膜がＺｎＯ、ＴｉＯ_２の微粒子が各５０％混合で膜厚０．６５μｍである。

比較例３は、ガラスバルブがソーダ石灰ガラス製で、保護膜がアルミナで膜厚０．１１μｍである。

図３から理解できるように、本発明の蛍光ランプは、比較例１ないし３に比べて光束維持率が顕著に優れている。

図４は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての天井取付形照明器具の断面図である。なお、本実施形態の照明器具４０は、照明器具本体４１、環外径の異なる環形蛍光ランプ２０，２０'、透光性のセード４４および点灯装置４５などから構成されている。

環形蛍光ランプ２０，２０'は、図１および図２に示す構造と同様であり、互いに同心円状にして照明器具本体４１のランプソケット４６，４７に配設されている。環形蛍光ランプ２０は、管外径１６．５ｍｍ、環外径３７３ｍｍ、ランプ電力３４Ｗである。環形蛍光ランプ２０'は、管外径１６．５ｍｍ、環外径２９９ｍｍ、ランプ電力２７Ｗである。

照明器具本体４１内には、高周波インバータを主体とする点灯装置４５が収容されて環形蛍光ランプ２０，２０'に接続されている。また、照明器具本体４１は、天井４８に電気接続器具などを介して係止固定され、前面はセード４４によって覆われている。

点灯装置４５は、環形蛍光ランプ２０，２０'を高周波で付勢する。

本発明の蛍光ランプを実施するための一形態を示す正面図 同じく拡大横断面図 本発明の蛍光ランプと比較例の光束維持特性を示すグラフ 本発明の照明装置を実施するための一形態としての天井取付形照明器具の断面図 ソーダ石灰ガラス製のガラスバルブと、無鉛ガラス製のガラスバルブとをそれぞれ用いたＦＣＨ２０形において、保護膜の膜厚を変化させた蛍光ランプを製作して、点灯中の紫外線透過量を測定して求めたグラフ

符号の説明

１…ガラスバルブ、２…保護膜、３…蛍光体層、４…電極、５…口金、６…水銀放出合金

Claims (4)

1. Ｎａ_２Ｏ １〜１３質量％、Ｋ_２Ｏ １〜１５質量％、ＬｉＯ ０〜５質量％（ただし、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２ＯおよびＬｉ_２Ｏの合計量が５〜２０質量％の範囲）を含む組成を有し、かつ実質的に鉛を含まないとともに、軟化温度が６８５℃以下の無鉛ガラスからなり、少なくとも一部に曲成部が形成される管外径１５〜１７ｍｍのガラスバルブと；
   ガラスバルブ内に放電を生起するように配設された電極と；
   ガラスバルブの内面に形成されたＺｎＯおよびＴｉＯ_２の微粒子混合体を主体とする膜厚が０．２〜２．０μｍの保護膜と；
   保護膜の内面側に形成された蛍光体層と；
   ガラスバルブ内に封入された放電媒体と；
   を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 保護膜は、ＺｎＯ微粒子の混合比が２０〜８０質量％であることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. ガラスバルブは、その曲成部が保護膜および蛍光体層を形成後に加熱軟化状態で形成されることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光ランプ。
4. 照明装置本体と；
   請求項１ないし３のいずれか一記載の蛍光ランプと；
   この蛍光ランプを点灯する点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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