JP2009259529A

JP2009259529A - 蛍光ランプおよび照明器具

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Publication number: JP2009259529A
Application number: JP2008105694A
Authority: JP
Inventors: Shoji Naoki; 庄司直木; Taichi Yamada; 太一山田; Ichiro Yamada; 市朗山田; Yusuke Rokusha; 裕介六車; Mitsunori Nakamura; 光紀中村; Mitsuru Shiozaki; 満塩崎
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】ひび割れや剥がれが生じにくい保護膜を有する蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを配設する照明器具を提供する。
【解決手段】蛍光ランプ１は、屈曲部を有するガラスバルブ２と、シリカ（ＳｉＯ_２）粒子およびシリカ（ＳｉＯ_２）粒子よりも平均粒径が径大の大粒子が混合した状態でガラスバルブ２の内面に形成された保護膜３と、この保護膜３の表面に形成された蛍光体膜４と、ガラスバルブ２の両端部２ａ，２ａに封装された一対の電極５，５と、ガラスバルブ２内に封入された放電媒体とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、保護膜が形成されたガラスバルブを有する蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを配設している照明器具に関する。

蛍光ランプは、一般的に、ガラスバルブの内表面と蛍光体膜の間に保護膜を設け、ガラスバルブのナトリウム（Ｎａ）成分が拡散して水銀と結合することによるガラスバルブの黒化を防止し、光束維持率の改善を行っている。保護膜は、例えばγアルミナ（γＡｌ_２Ｏ_３）などの微粒子の塗布膜をガラスバルブの内面に塗布乾燥後、ガラスバルブを加熱して焼成し形成している。しかし、γアルミナ微粒子は、厚膜にすることができない。

また、γアルミナ微粒子を用いた保護膜は、γアルミナの表面が７００℃以上の高温焼成により激しく活性化するので、７００℃以上の高温で加工する工程を含む蛍光ランプに使用した場合にガラスバルブが割れやすくなるという問題がある。このため、平均粒径が０．０５μｍ以下である小粒子のαアルミナと、平均粒子が０．３〜２．０μｍである大粒子のαアルミナの混合物、および低融点物質のホウ酸を含んで形成された保護膜を使用する蛍光ランプが提案されている（特許文献１参照。）。すなわち、αアルミナは、高温で焼成されて生成する高温型の結晶構造を持ち、表面化学的、物理的にも安定であり、ガラスバルブの割れ不良低減に効果がある。また、αアルミナの粒径を小粒子と大粒子の混合物にすることで、酸化アルミニウム被膜の高温加熱状態化におけるガラスバルブの引っ張り加工時の伸びへの追従性を改善することができ、この結果、冷却後に歪み応力が残り難くなり、外力によるガラスバルブの割れが少なくなる。また、ホウ酸は、保護膜を形成するガラスバルブが７００℃以上の高温にさらされるために溶融し、アルミナと化合して適当な保護膜を形成し、結果として、アルミナの活性を緩和する作用があり、アルミナ被膜のガラスバルブへの追従性を改善し、ガラスバルブの割れを防止するというものである。
特開平７−２８８１０３号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、上記特許文献１の技術では、ガラスバルブの割れを防止することができるが、保護膜自体には、ひび割れ、剥れが発生し、外観が悪化するという問題があった。また、厚膜化すると、ひび割れ、剥れがさらに発生し、光束維持率を改善することができなかった。

本発明は、ひび割れや剥がれが生じにくい保護膜を有する蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを配設する照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の蛍光ランプの発明は、屈曲部を有するガラスバルブと；シリカ粒子およびこのシリカ粒子よりも平均粒径が径大の大粒子が混合した状態でガラスバルブの内面に形成された保護膜と；この保護膜の表面に形成された蛍光体膜と；ガラスバルブの両端部に封装された一対の電極と；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。

本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

ガラスバルブは、保護膜を形成した後に、６５０〜７００℃以上で加熱されて屈曲形成される。ガラスバルブは、保護膜が形成された直管部を有してもよく、この場合、シリカ粒子を焼成するために、直管部も６５０〜７００℃以上で加熱される。

ガラスバルブは、ソーダライムガラス、バリウムシリケートガラスおよび鉛ガラスなどの軟質ガラスで形成されるが、要すればホウケイ酸ガラスや石英ガラスなどの硬質ガラス製であってもよい。

保護膜の大粒子は、例えばαアルミナ（αＡｌ_２O_３）等の不活性な金属酸化物であればよい。

保護膜の大粒子とシリカ粒子は、シリカ粒子が大粒子の間を埋めているようなイメージで混合している。

シリカ粒子は、６５０〜７００℃以上で加熱焼成したときに、官能基（ＯＨ基）が遊離して、表面が不活性化することによって、ガラスバルブ内に不純ガスが残留しにくいと考えられる。大粒子は、比較的安定的な物質であり、ガラスバルブ内の不純ガスと反応しにくく、径大である分、シリカ粒子との結合接点が少なく、全体的に保護膜の結合力（結着力）を小さくしているものである。

本発明によれば、保護膜は、大粒子とシリカ粒子との混合により形成されるので、大粒子およびシリカ粒子の結合接点が少なくなって保護膜の結合力が低下し、ガラスバルブの加熱、曲げ加工の際に、保護膜中に目視できない小さな亀裂が発生しやすい。すなわち、保護膜に目視できる大きな亀裂が発生しにくくなる。また、シリカ粒子を大粒子に混合した保護膜は、γアルミナを大粒子に混合させた場合と比べて、剥れが発生しにくくなるとともに、厚膜化しても目立った亀裂や剥れが発生しないことが分かった。

請求項２に記載の蛍光ランプの発明は、請求項１に記載の蛍光ランプにおいて、保護膜は、大粒子の平均粒径が０．２〜０．７μｍであり、シリカ粒子の平均粒径が２０〜１００ｎｍであることを特徴とする。

大粒子の平均粒径が０．２μｍを下回ると、亀裂の発生を防止できる効果が小さくなり、目視的に確認できる亀裂が発生しやすくなる。また、平均粒径が０．７μｍを上回ると、均質な保護膜を形成しにくくなる。したがって、当該平均粒径を０．２〜０．７μｍとするものである。

また、シリカ粒子の平均粒径が２０ｎｍを下回ると、シリカ粒子同士、シリカ粒子と大粒子との結合接点が多くなって結合力が向上するが、その分、亀裂が発生したときに、その亀裂が大きくなりやすい。また、結晶性が悪くなるおそれがあり、この結果、一対の電極間の放電により発生する紫外線に対する劣化が生じやすくなる。

また、平均粒径が１００ｎｍを上回ると、シリカ粒子全体の表面積が小さくなってガラスバルブからのナトリウム（Ｎａ）成分の拡散に対するブロッキング効果が低下し、光束維持率が低下する。したがって、当該平均粒径を２０〜１００ｎｍとするものである。

本発明によれば、大粒子の平均粒径が０．２〜０．７μｍ、シリカ粒子の平均粒径が２０〜１００ｎｍであるので、曲げ加工時に保護膜にひび割れが生じにくくなり、点灯中にガラスバルブおよび蛍光体膜が着色しにくくなって光束維持率の低下が抑制される。

請求項３に記載の蛍光ランプの発明は、請求項１または２記載の蛍光ランプにおいて、保護膜は、大粒子が１０〜５０容量％、シリカ粒子が９０〜５０容量％の割合で混合されていることを特徴とする。

大粒子が１０容量％を下回る割合で混合されると、シリカ粒子が多くなる分、シリカ粒子同士の結合接点が多くなって結合力が向上するため、亀裂が発生したときに、その亀裂が大きくなりやすい。また、大粒子が５０容量％を上回る割合で混合されると、シリカ粒子が少なくなって保護膜全体の表面積が小さくなり、ガラスバルブからのナトリウム（Ｎａ）成分の拡散に対するブロッキング効果が低下し、光束維持率が低下するおそれがある。したがって、大粒子を１０〜５０容量％の割合で混合するものである。

本発明によれば、保護膜は、大粒子が１０〜５０容量％、シリカ粒子が９０〜５０容量％の割合で混合されて形成されるので、保護膜にひび割れが生じにくくなり、保護膜および蛍光体膜が着色しにくくなって光束維持率の低下が抑制される。

請求項４に記載の照明器具の発明は、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放電ランプ用点灯装置と；蛍光ランプおよび放電ランプ用点灯装置を配設している器具本体と；を具備していることを特徴とする。

本発明によれば、請求項１ないし３に規定する蛍光ランプを具備する照明器具が提供される。

請求項１の発明によれば、シリカ粒子およびシリカ粒子よりも平均粒径が径大の大粒子が混合した状態でガラスバルブの内面に形成された保護膜を有するので、保護膜に亀裂が発生しても、その亀裂が小さくなる結果、保護膜および蛍光体膜にひび割れや剥がれが生じにくくなり、外観および光束維持率が良好な蛍光ランプを提供することができる。

請求項２の発明によれば、保護膜は、大粒子の平均粒径が０．２〜０．７μｍであり、シリカ粒子の平均粒径が２０〜１００ｎｍであるので、保護膜にひび割れが生じにくくなるとともに、ガラスバルブおよび蛍光体膜が着色しにくくなる結果、蛍光ランプの外観および光束維持率を良好にすることができる。

請求項３の発明によれば、保護膜は、大粒子が１０〜５０容量％、シリカ粒子が９０〜５０容量％の割合で混合されて形成されているので、保護膜にひび割れが生じにくくなり、ガラスバルブおよび蛍光体膜が着色しにくくなる結果、蛍光ランプの外観および光束維持率を良好にすることができる。

請求項４の発明によれば、請求項１ないし３いずれか一記載の蛍光ランプを具備するので、蛍光ランプの外観および光束維持率が良好である照明器具を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す蛍光ランプの正面図である。蛍光ランプ１は、環形蛍光ランプであり、ガラスバルブ２、保護膜３、蛍光体膜４、一対の電極５，５および放電媒体を有して構成されている。

蛍光ランプ１は、直管形のガラス管の内面に保護膜３を形成し、この保護膜３の表面に蛍光体膜４を形成した後、ガラス管全体を７００℃以上に加熱し、ガラス管をほぼ閉じるように屈曲形成されている。すなわち、ガラスバルブ２は、円環状に形成されている。

保護膜４のシリカ粒子は、ガラス管の加熱に伴って７００℃以上に加熱されると、表面が不活性になるものである。また、保護膜４の大粒子は、シリカ粒子と同様に、その表面が不活性で、ガラスバルブ２内の不純ガスと反応しにくく、また、ガラスバルブ２への水銀の打ち込みおよびガラスバルブ２のナトリウム（Ｎａ）成分の蛍光体膜４への拡散に対するブロッキングを有する。そして、保護膜４は、ガラス管が曲げられるときに、目視できない亀裂が発生することによって、目視できる大きな亀裂が発生しない。保護膜４に目視できない小さな亀裂が発生しても、ガラスバルブ２のナトリウム（Ｎａ）成分が当該亀裂を通って蛍光体膜４側に拡散しにくく、これにより、保護膜３および蛍光体膜４が着色しにくくなって、光束維持率の低下が抑制される。したがって、外観および光束維持率が良好な蛍光ランプ１を提供することができるものである。

ガラスバルブ２は、１本のガラス管を全域に亘って加熱、軟化させた後に、湾曲するように曲げて形成され、全体としてほぼ円環形をなしている。そして、ガラスバルブ２は、直管状のガラス管の内面に保護膜３および蛍光体膜４が重ねて形成され、一対の電極５，５が封装されてから、全体的に加熱軟化されることによって円環形状に成形されている。そして、両端部２ａ，２ａに跨って、４個の接続ピン６を有する口金７が配設されている。

保護膜３は、ガラスバルブ２の内面に水溶性バインダーからなる塗布液を用いて塗布形成されている。そして、シリカ粒子およびシリカ粒子よりも平均粒径が径大の大粒子が混合した状態で、膜厚０．５〜３．０μｍに形成されている。大粒子は、平均粒径が０．２〜０．７μｍであるαアルミナ（αＡｌ_２Ｏ_３）からなり、例えば平均粒径０．３μｍのαアルミナ粒子が用いられている。また、シリカ（ＳｉＯ２）粒子は、平均粒径が２０〜１００ｎｍであり、例えば平均粒径４０ｎｍのシリカ粒子が用いられている。また、保護膜３は、αアルミナからなる大粒子が１０〜５０容量％、シリカ粒子が９０〜５０容量％の割合で混合されている。

蛍光体膜４は、保護膜３の表面上に形成され、三波長発光形の蛍光体微粒子からなっている。三波長発光形の蛍光体としては、４５０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する青系蛍光体としてＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、５４０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する緑系蛍光体として（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ_４、６１０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する赤系蛍光体としてＹ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋などが適用可能であるが、本発明はこれらに限定されない。

また、蛍光体膜４は、三波長発光形の蛍光体微粒子を塗布量２．０〜５．５ｍｇ／ｃｍ^２、好ましくは３．０〜４．６ｍｇ／ｃｍ^２の範囲内になるように塗布し、乾燥・焼成工程を経て約１０〜３０μｍの膜厚を有している。そして、放電媒体の水銀蒸気放電によって放射される主として波長２５４ｎｍの紫外光によって励起されたときに、蛍光体層４は、例えば相関色温度５０００Ｋの白色光を発生する。しかし、蛍光ランプ１は、所望によりハロ燐酸塩蛍光体など周知の他の蛍光体を用いて構成することもできる。

一対の電極５，５は、電子放射性物質が塗布されたタングステンのトリプルコイルからなるフィラメント形であり、それぞれガラスバルブ２の両端部２ａ，２ａに封装されている。また、一対の電極４、４は、図示しないフレアステムに封着された一対のリードワイヤ８，８間に継線されることによって支持されている。このリードワイヤ８，８は、口金７の接続ピン６，６に接続されている。

放電媒体は、希ガスおよび水銀（Ｈｇ）からなり、希ガスとしてアルゴン(Ａｒ)が低圧、例えば約３２０パスカル（Ｐａ）の圧力でガラスバルブ２の内部に封入されている。希ガスは、アルゴン(Ａｒ)、ネオン(Ｎｅ)およびクリプトン(Ｋｒ)などの一種または複数種を選択して封入することができる。放電媒体は、ガラスバルブ２が曲げ加工され、さらにガラスバルブ２の端部２ａに設けられた図示しない排気管によりガラスバルブ２内が排気された後に、排気管よりガラスバルブ２内に封入される。この後、排気管は、チップオフされる。

次に、本発明の第１の実施形態の実施例および試験結果について説明する。

図２は、αアルミナ粒子（大粒子）の混合割合（容積％）に対する蛍光ランプ１の外観の評価を示すものであり、保護膜３の膜厚をパラメータとして変化させたものである。αアルミナ粒子（大粒子）は、平均粒径が０．３μｍのものを用い、シリカ粒子（小粒子）は、平均粒径４０ｎｍのものを用いた。そして、外観は、蛍光体膜４の亀裂の有無およびその程度について調査した。

図２に示すように、αアルミナ粒子の混合割合が１０％以上であれば、保護膜３の膜厚が０．３〜２．０μｍにわたって、蛍光体膜４に亀裂や剥れがなく、または目視できない程度の小さな亀裂が得られ、蛍光ランプ１の外観が良好なものであった。

図３は、αアルミナ粒子（大粒子）の混合割合（容積％）に対する蛍光ランプ１の光束維持率の変化を示すものであり、保護膜３の膜厚をパラメータとして変化させたものである。αアルミナ粒子（大粒子）は、平均粒径が０．３μｍのものを用い、シリカ粒子（小粒子）は、平均粒径４０ｎｍのものを用いた。そして、蛍光ランプ１を連続して定格点灯させ、１００時間後の光束に対する１５０００時間後の光束の比率を得たものである。

図３に示すように、蛍光ランプ１は、保護膜３の膜厚が０．３〜２．０μｍにわたって、７５％以上の光束維持率が得られた。

したがって、保護膜３は、αアルミナからなる大粒子の混合割合を１０％以上とし、残余をシリカ粒子で形成するものであれば、保護膜３や蛍光体膜４に目視できる大きな亀裂（ひび割れ）や剥れが生じず、光束維持率が良好な蛍光ランプ１を得ることができる。しかし、αアルミナ粒子の混合割合が大きいと、シリカ粒子が少なくなって保護膜３の表面全体の表面積が小さくなる結果、ガラスバルブ２からのナトリウム（Ｎａ）成分の拡散に対するブロッキング効果が低下して、保護膜３および蛍光体膜４が着色するおそれがある。したがって、図３に示すように、混合割合が５０容量％を超えると光束維持率が大幅に低下することを勘案して、保護膜３は、αアルミナ粒子（大粒子）を１０〜５０容量％の割合で混合すると好適である。さらに、αアルミナ粒子（大粒子）を２０〜３０容量％の割合で混合すると最適である。

保護膜３は、上述したように、αアルミナ粒子（大粒子）とシリカ粒子との混合により形成されている。そして、αアルミナ粒子とシリカ粒子の結合接点が少なく、αアルミナ粒子とシリカ粒子とは、強固に結合せず、保護膜３の粒子同士の結合力を低下させている。したがって、ガラスバルブ２の加熱、曲げ加工の際には、保護膜３中に目視できない小さな亀裂が発生しやすくなる。仮に、保護膜３の結合力が強固であると、保護膜３に小さな亀裂が発生したときに、その結合力のために小さな亀裂に集中的に応力が発生し大きな亀裂に拡大する。これため、保護膜３や蛍光体膜４に目視できる大きなひび割れや剥れが生じることになる。これに対し、保護膜３がαアルミナ粒子（大粒子）とシリカ粒子との混合により形成される場合には、ガラスバルブ２の加熱、曲げ加工時に、保護膜３および蛍光体膜４にひび割れや剥がれを発生しにくくすることができて、外観および光束維持率が良好である蛍光ランプ１を提供することができる。

そして、保護膜３は、αアルミナ粒子の平均粒径が０．２〜０．７μｍとなり、シリカ粒子の平均粒径が２０〜１００ｎｍとなることによって、保護膜３および蛍光体膜４にひび割れや剥れが生じにくくなるとともに、ガラスバルブ２および蛍光体膜４が着色しにくくなる結果、蛍光ランプ１の外観および光束維持率を良好にすることができる。また、当該平均粒径を有するαアルミナ粒子およびシリカ粒子は、比較的容易に入手できて安価であるので、蛍光ランプ１を安価に形成することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態を示す照明器具であり、（ａ）は下面図、（ｂ）は、一部切り欠き側面図である。なお、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

照明器具１は、天井に取り付けられる直付け照明器具であり、略箱状の器具本体１０の開口に略四角形状の枠体１１が配設され、この枠体１１に器具本体１０の開口を塞ぐセード１２が取り付けられている。そして、器具本体１０の底面１０ａに３個のランプホルダ１３が設けられ、このランプホルダ１３に蛍光ランプ１が取り付けられている。また、器具本体１０の内部から底面１０ａ側にランプソケット１４付きのリード線１５が導出され、ランプソケット１４に蛍光ランプ１の口金７の接続ピン６が接続されている。

また、器具本体１０の底面１０ａには、放電ランプ用点灯装置１６が配設されている。放電ランプ用点灯装置１６は、リード線１５を介して蛍光ランプ１に電力を供給して、蛍光ランプ１を点灯する。さらに、器具本体１０の底面１０ａには、点灯管ソケット１７が配設されており、この点灯管ソケット１７に点灯管１８が装着されている。

蛍光ランプ１が点灯すると、ガラスバルブ２から３波長形の可視光が放射され、この可視光は、セード１２を通過して床面側を照明する。こうして、外観および光束維持率が良好である蛍光ランプ１を具備する照明器具１６を提供することができる。

本発明の第１の実施形態を示す蛍光ランプの概略正面図。同じく、大粒子の混合割合に対する蛍光ランプの外観の評価を示す説明図。同じく、大粒子の混合割合に対する蛍光ランプの光束維持率の変化を示す説明図。本発明の第２の実施形態を示す照明器具であり、（ａ）は下面図、（ｂ）は、一部切り欠き側面図。

符号の説明

１…蛍光ランプ
２…ガラスバルブ
３…保護膜
４…蛍光体膜
５，５…一対の電極
９…照明器具
１０…器具本体
１６…放電ランプ用点灯装置

Claims

屈曲部を有するガラスバルブと；
シリカ粒子およびこのシリカ粒子よりも平均粒径が径大の大粒子が混合した状態でガラスバルブの内面に形成された保護膜と；
この保護膜の表面に形成された蛍光体膜と；
ガラスバルブの両端部に封装された一対の電極と；
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。
保護膜は、大粒子の平均粒径が０．２〜０．７μｍであり、シリカ粒子の平均粒径が２０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
保護膜は、大粒子が１０〜５０容量％、シリカ粒子が９０〜５０容量％の割合で混合されてい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。
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放電ランプ用点灯装置と；
蛍光ランプおよび放電ランプ用点灯装置を配設している器具本体と；
を具備していることを特徴とする照明器具。