JP2012048831A - 蛍光ランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】石英ガラスからなり内部にキセノンを含む放電ガスが封入された発光管と、該発光管の長さ方向に形成され、誘電体を介して対向する一対の電極と、前記発光管の内面に形成された蛍光体層とを備えて、紫外線を放射する蛍光ランプにおいて、波長１８５ｎｍの真空紫外光を効率よく発光する構造を提供することである。
【解決手段】発光管内面に形成される蛍光体層が、ネオジウムで付活されたＬａＰＯ４蛍光体を含むことを特徴とする。
また、前記ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体におけるネオジウム濃度が１〜３モル％の範囲であることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】発光管内面に形成される蛍光体層が、ネオジウムで付活されたＬａＰＯ４蛍光体を含むことを特徴とする。
また、前記ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体におけるネオジウム濃度が１〜３モル％の範囲であることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
この発明は蛍光ランプに関するものであり、特に、真空紫外光を放射する蛍光ランプに係わるものである。
従来、有機質不純物の分解を行う水処理装置には、特開２００８−２６００１７号公報（特許文献１）に開示されているように、低圧水銀ランプが広く利用されている。
ところで、このような水処理においては、同文献１にも記載されているように、低圧水銀ランプから放射される紫外線のうち、特に真空紫外光である波長１８５ｎｍの光が有効であることも知られている。
ところで、このような水処理においては、同文献１にも記載されているように、低圧水銀ランプから放射される紫外線のうち、特に真空紫外光である波長１８５ｎｍの光が有効であることも知られている。
ところが、この低圧水銀ランプにおいては、水銀の発光を利用しているために、波長２５４ｎｍを中心波長とする光が発生しているので、波長１８５ｎｍの真空紫外光は相対的にその発光効率が非常に低い。
図６に該低圧水銀ランプの発光波長ごとのエネルギー比が示されており、最大ピークを有する波長２５４ｎｍの光のエネルギーを１００％としたときの他の波長のエネルギーが相対値で示されている。
これによれば、低圧水銀ランプにおける波長１８５ｎｍの光の放射は、その全発光強度から考えると、おおむね１０％以下という低いものである。すなわち、低圧水銀ランプは投入電力に対して波長１８５ｎｍの発光効率が極めて低く、電力の使用効率が悪いといった問題がある。
このように、低圧水銀ランプから放射される光では波長１８５ｎｍの発光効率が低く、投入電力に対して効率の良い水処理ができていなかった。このような背景のもと、波長１８５ｎｍの光を効率よく放射する光源が望まれていた。
図６に該低圧水銀ランプの発光波長ごとのエネルギー比が示されており、最大ピークを有する波長２５４ｎｍの光のエネルギーを１００％としたときの他の波長のエネルギーが相対値で示されている。
これによれば、低圧水銀ランプにおける波長１８５ｎｍの光の放射は、その全発光強度から考えると、おおむね１０％以下という低いものである。すなわち、低圧水銀ランプは投入電力に対して波長１８５ｎｍの発光効率が極めて低く、電力の使用効率が悪いといった問題がある。
このように、低圧水銀ランプから放射される光では波長１８５ｎｍの発光効率が低く、投入電力に対して効率の良い水処理ができていなかった。このような背景のもと、波長１８５ｎｍの光を効率よく放射する光源が望まれていた。
また、低圧水銀ランプでは、点灯時に水銀が充分に蒸発する必要があり、当然のこととしてその特性は水銀の蒸発の状態に依存するものである。ランプを使用する周囲温度条件によっては立ち上がりが遅く発光特性が安定しないことがあり、また、高入力のランプでは発熱が大きくなってしまう。上述した水処理装置に高入力のランプを適用すると、ランプの最適水銀蒸気圧を上回ることによる１８５ｎｍの発光効率の低下を回避するため、冷却設備が必要で装置が大型化するという問題がある。
この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、石英ガラスからなり内部にキセノンを含む放電ガスが封入された発光管と、該発光管の長さ方向に形成され、誘電体を介して対向する一対の電極と、前記発光管の内面に形成された蛍光体層とを備えてなる蛍光ランプにおいて、波長１８５ｎｍの光を効率良く発生することができ、且つ、被照射体に対して熱影響が少なく、放射特性が安定な構造を提供しようとするものである。
上記課題を解決するために、この発明に係る蛍光ランプは、前記発光管内面に形成した蛍光体層が、ネオジウムで付活されたＬａＰＯ４蛍光体を含むことを特徴とする。
また、前記ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体におけるネオジウム濃度が１〜３％の範囲であることを特徴とする。
更には、前記一対の電極のうち発光管の外側に配置された外部電極の表面上に保護層を備えていることを特徴とする。
また、前記ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体におけるネオジウム濃度が１〜３％の範囲であることを特徴とする。
更には、前記一対の電極のうち発光管の外側に配置された外部電極の表面上に保護層を備えていることを特徴とする。
この発明の蛍光ランプによれば、蛍光体層にネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体を含むので、波長１８５ｎｍ付近にピークを有する真空紫外光を効率的に放射することができる。
特に、前記ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体におけるネオジウム濃度を１〜３％の範囲とすることにより、ランプに投入された電力を非常に高い効率で真空紫外光に変換することができる。
また、低圧水銀ランプのように、ランプへの入力を高入力化してもランプの１８５ｎｍ付近の発光効率が低下するといった問題も生じることがなく、冷却設備が小型化できるという利点もある。
特に、前記ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体におけるネオジウム濃度を１〜３％の範囲とすることにより、ランプに投入された電力を非常に高い効率で真空紫外光に変換することができる。
また、低圧水銀ランプのように、ランプへの入力を高入力化してもランプの１８５ｎｍ付近の発光効率が低下するといった問題も生じることがなく、冷却設備が小型化できるという利点もある。
図１は、本発明の蛍光ランプの断面図であり、（Ａ）は軸方向断面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
図において、蛍光ランプ１は、石英ガラスからなる発光管２の外周面上に一対の外部電極３、４が対向配置されている。この外部電極３、４は管軸方向に伸びる概略帯状の形状をなし、例えば、銀（Ａｇ）とフリットガラスを混合した銀ペーストや、金（Ａｕ）とフリットガラスを混合した金ペーストなどの導電膜より形成されている。
前記外部電極３、４上にはガラス層からなる保護膜７、８が被覆さていて、該外部電極３、４にはそれぞれリード線Ｗ１、Ｗ２が接続されており、これらが高周波電圧を発生する電源９に接続されている。
前記発光管２は、波長１８５ｎｍ域の真空紫外光に対して透過性の高い合成石英ガラスからなる。更に、紫外線照度維持率を良好にするため、ＯＨ基含有量の高い合成石英ガラスを使うことが好ましく、例えば、信越石英製Ｆ３１０が使用可能である。
そして、該発光管２内には放電ガスとして希ガスが封入されるが、希ガスとしては、キセノンのみ、或いは、キセノンと他の希ガスの混合ガスのいずれであってもよい。
図において、蛍光ランプ１は、石英ガラスからなる発光管２の外周面上に一対の外部電極３、４が対向配置されている。この外部電極３、４は管軸方向に伸びる概略帯状の形状をなし、例えば、銀（Ａｇ）とフリットガラスを混合した銀ペーストや、金（Ａｕ）とフリットガラスを混合した金ペーストなどの導電膜より形成されている。
前記外部電極３、４上にはガラス層からなる保護膜７、８が被覆さていて、該外部電極３、４にはそれぞれリード線Ｗ１、Ｗ２が接続されており、これらが高周波電圧を発生する電源９に接続されている。
前記発光管２は、波長１８５ｎｍ域の真空紫外光に対して透過性の高い合成石英ガラスからなる。更に、紫外線照度維持率を良好にするため、ＯＨ基含有量の高い合成石英ガラスを使うことが好ましく、例えば、信越石英製Ｆ３１０が使用可能である。
そして、該発光管２内には放電ガスとして希ガスが封入されるが、希ガスとしては、キセノンのみ、或いは、キセノンと他の希ガスの混合ガスのいずれであってもよい。
図１（Ｂ）および図２に詳細が示されているように、発光管２の内面にはガラス層５がほぼ全域に広がるように形成されていて、このガラス層５の内表面上に積層されるように蛍光体層６が形成されている。なお、後述するように、発光管とガラス層の間に、一部を除いて紫外線反射膜を形成することも可能である。
前記ガラス層５は、発光管２を構成する石英ガラスに対して蛍光体層６を付着させるためのものであり、そのガラスの特性として好ましくは、軟化点が蛍光体の焼成温度（４００〜９００℃）範囲にあるものである。
例えば、軟質ガラスや硬質ガラスであり、好ましくは、耐熱衝撃性の良好な硬質ガラスである。具体的な材質としては、硬質ガラスの場合、ホウケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ系ガラス、軟化点：約８００℃）、アルミノケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系ガラス、軟化点：約９００℃）、または、これらいずれかの組成を元にアルカリ土類酸化物やアルカリ酸化物、金属酸化物を添加したガラスが好ましい。
前記ガラス層５は、発光管２を構成する石英ガラスに対して蛍光体層６を付着させるためのものであり、そのガラスの特性として好ましくは、軟化点が蛍光体の焼成温度（４００〜９００℃）範囲にあるものである。
例えば、軟質ガラスや硬質ガラスであり、好ましくは、耐熱衝撃性の良好な硬質ガラスである。具体的な材質としては、硬質ガラスの場合、ホウケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ系ガラス、軟化点：約８００℃）、アルミノケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系ガラス、軟化点：約９００℃）、または、これらいずれかの組成を元にアルカリ土類酸化物やアルカリ酸化物、金属酸化物を添加したガラスが好ましい。
このようなガラス層５に関しては、特開２０１０−５６００７号公報に記載されているように、蛍光体層６と発光管２の間にガラス層５を介在させることにより、蛍光体の焼成温度を低く設定することが可能で、蛍光体層６を安定的に保持することができるという作用効果を奏するものである。しかも、ガラス層５による透過率の低下を抑えられ、所期の紫外光を効率よく放射することができるランプとなる。
蛍光体層６を構成する蛍光体は、発光管内のキセノンガスのエキシマ発光により放射された１７２ｎｍ等の真空紫外光が照射され、これにより励起されて、波長１８５ｎｍに発光ピークを有するものであって、下記の一般式で表されるネオジウムで付活されたＬａＰＯ４蛍光体である。
（Ｌａ１−ｘ，Ｎｄｘ）ＰＯ４
上記蛍光体を用いることにより、波長１８５ｎｍの発光特性を最大とし、効率が極めて良好な蛍光ランプを提供することができる。
（Ｌａ１−ｘ，Ｎｄｘ）ＰＯ４
上記蛍光体を用いることにより、波長１８５ｎｍの発光特性を最大とし、効率が極めて良好な蛍光ランプを提供することができる。
このような蛍光ランプについて具体的な数値例を挙げると、次の通りである。
発光管の全長：約３００〜２０００ｍｍ、管の肉厚：０．５〜２ｍｍである。また、蛍光体層の平均厚さ：１０〜２０μｍであり、蛍光体層と発光管の間に形成された低軟化点ガラスからなるガラス層の厚さ：１〜３０μｍである。
発光管の全長：約３００〜２０００ｍｍ、管の肉厚：０．５〜２ｍｍである。また、蛍光体層の平均厚さ：１０〜２０μｍであり、蛍光体層と発光管の間に形成された低軟化点ガラスからなるガラス層の厚さ：１〜３０μｍである。
図３は、本発明の他の実施形態に係る、蛍光ランプの断面図である。発光管２の内面に紫外線反射膜１０を形成し、その円周状の一部を切り欠いてアパーチャ１１を形成して、該紫外線反射膜１０の上に前記ガラス層５と蛍光体層６を積層形成したものである。
前記紫外線反射膜１０は、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ２Ｐ２Ｏ７）、リン酸カルシウム（Ｃａ３（ＰＯ４）２）、ピロリン酸マグネシウム（Ｍｇ２Ｐ２Ｏ７）、及び、Ｂａ−Ｎａ−Ｓｉ−Ｏ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれかを含むものであり、これらの総量が膜の中に５０％を超える範囲で含まれていることが望ましい。
この実施形態によれば、発光管２内で生成された紫外線は、該発光管内で紫外線反射膜１０によって反射されつつ、アパーチャ１１部分の蛍光体層６、ガラス層５をこの順に透過して発光管２の外部に指向性をもって放射される。
前記紫外線反射膜１０は、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ２Ｐ２Ｏ７）、リン酸カルシウム（Ｃａ３（ＰＯ４）２）、ピロリン酸マグネシウム（Ｍｇ２Ｐ２Ｏ７）、及び、Ｂａ−Ｎａ−Ｓｉ−Ｏ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれかを含むものであり、これらの総量が膜の中に５０％を超える範囲で含まれていることが望ましい。
この実施形態によれば、発光管２内で生成された紫外線は、該発光管内で紫外線反射膜１０によって反射されつつ、アパーチャ１１部分の蛍光体層６、ガラス層５をこの順に透過して発光管２の外部に指向性をもって放射される。
以下、本発明の具体例を説明する。
１．蛍光体の製法
まず、ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体を作製するにあたり、原材料としてＬａ２Ｏ３，Ｈ２ＰＯ４，Ｎｄ２Ｏ３の粉末を用いた。
この具体例では、一般式を（Ｌａ１−ｘ，Ｎｄｘ）ＰＯ４ で表したときに、
ｘ＝０．０１〜０．１１の組成比となるように調製を行なった。設定した化学両論比となるよう原料粉末を秤量し混合し、焼成を行った。焼成条件は、大気中（または、若干還元性ガスを混入しても良い）で１２００〜１４００℃で、約２ｈ程度であった。焼成後は、粉砕を行い平均粒子径で約３〜５μｍになるように分級を行った。
１．蛍光体の製法
まず、ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体を作製するにあたり、原材料としてＬａ２Ｏ３，Ｈ２ＰＯ４，Ｎｄ２Ｏ３の粉末を用いた。
この具体例では、一般式を（Ｌａ１−ｘ，Ｎｄｘ）ＰＯ４ で表したときに、
ｘ＝０．０１〜０．１１の組成比となるように調製を行なった。設定した化学両論比となるよう原料粉末を秤量し混合し、焼成を行った。焼成条件は、大気中（または、若干還元性ガスを混入しても良い）で１２００〜１４００℃で、約２ｈ程度であった。焼成後は、粉砕を行い平均粒子径で約３〜５μｍになるように分級を行った。
２．蛍光ランプの作製
図１に示す構成に基づいて外部電極型の希ガス蛍光ランプ１を製作した。発光管２は真空紫外光を透過する合成石英ガラスからなる。この合成石英ガラス製の発光管２の内表面には、低融点ガラスの粉末を被覆してガラス層５を形成し、蛍光体層６との付着性を改善している。蛍光体の塗布時には、該蛍光体をニトロセルロース入りの酢酸ブチルと混合して、蛍光体スラリーを作製し、上記の発光管内面に塗布した。
続いて、発光管２の外表面上に金、または、銀とフリットガラスを混合したペースト材をスクリーン印刷し、焼成することで外部電極３、４を形成した。更に、これらの電極３、４の上にＳｉ−Ｂ−Ｏのガラス粉末をペースト状にしたものをスクリーン印刷で印刷して焼成した。こうして電極上に形成したガラス層は、電極表面の保護膜７、８として機能する。ここで用いるガラス材は膨張係数が、３０×１０−７（１／Ｋ）以下のものが好ましい。また、発光管２にはＸｅガスを２１．３ｋＰａ（１６０Ｔｏｒｒ）封入した。
図１に示す構成に基づいて外部電極型の希ガス蛍光ランプ１を製作した。発光管２は真空紫外光を透過する合成石英ガラスからなる。この合成石英ガラス製の発光管２の内表面には、低融点ガラスの粉末を被覆してガラス層５を形成し、蛍光体層６との付着性を改善している。蛍光体の塗布時には、該蛍光体をニトロセルロース入りの酢酸ブチルと混合して、蛍光体スラリーを作製し、上記の発光管内面に塗布した。
続いて、発光管２の外表面上に金、または、銀とフリットガラスを混合したペースト材をスクリーン印刷し、焼成することで外部電極３、４を形成した。更に、これらの電極３、４の上にＳｉ−Ｂ−Ｏのガラス粉末をペースト状にしたものをスクリーン印刷で印刷して焼成した。こうして電極上に形成したガラス層は、電極表面の保護膜７、８として機能する。ここで用いるガラス材は膨張係数が、３０×１０−７（１／Ｋ）以下のものが好ましい。また、発光管２にはＸｅガスを２１．３ｋＰａ（１６０Ｔｏｒｒ）封入した。
３．点灯実験
以上のように作製した蛍光体の組成が異なる蛍光ランプ１を、点灯電源９に接続し、Ｖ０−ｐ＝１７００Ｖの矩形波を印加して点灯させ、放射される光の分光スペクトル測定を行った。測定には、分光器（ウシオ電機製、ＵＳＲ４０およびＶＵＶ分光器）を用いた。
図４に、ネオジウムのモル濃度ｘ＝０．０２（２モル％）の分光分布図を示す。
以上のように作製した蛍光体の組成が異なる蛍光ランプ１を、点灯電源９に接続し、Ｖ０−ｐ＝１７００Ｖの矩形波を印加して点灯させ、放射される光の分光スペクトル測定を行った。測定には、分光器（ウシオ電機製、ＵＳＲ４０およびＶＵＶ分光器）を用いた。
図４に、ネオジウムのモル濃度ｘ＝０．０２（２モル％）の分光分布図を示す。
また、図５にネオジウム濃度と波長１８５ｎｍの放射強度の関係を示す。なお、同図では、ネオジウム濃度が１．５モル％の蛍光体を用いたランプが、最大強度を示したため、これを１００％とし、他の強度を相対値で示している。
同図に示すように、ネオジウム濃度が１〜３モル％の範囲が、おおむね７０％以上の範囲にあり実用的な範囲とわかった。
同図に示すように、ネオジウム濃度が１〜３モル％の範囲が、おおむね７０％以上の範囲にあり実用的な範囲とわかった。
以上説明したように、本発明に係る蛍光ランプによれば、蛍光体層がネオジウムで付活されたＬａＰＯ４蛍光体を含むものとしたことにより、波長１８５ｎｍ付近にピークを有する真空紫外光を効率的に放射することができるものである。
１ 蛍光ランプ
２ 発光管
３、４ 電極
５ ガラス層
６ 蛍光体層
７、８ 電極保護膜
１０ 紫外線反射膜
１１ アパーチャ
２ 発光管
３、４ 電極
５ ガラス層
６ 蛍光体層
７、８ 電極保護膜
１０ 紫外線反射膜
１１ アパーチャ
Claims (3)
- 石英ガラスからなり内部にキセノンを含む放電ガスが封入された発光管と、該発光管の長さ方向に形成され、誘電体を介して対向する一対の電極と、前記発光管の内面に形成された蛍光体層とを備えてなる蛍光ランプにおいて、
前記蛍光体層は、ネオジウムで付活されたＬａＰＯ４蛍光体を含むことを特徴とする蛍光ランプ。 - 前記ネオジウム付活ＬａＰＯ４蛍光体におけるネオジウム濃度は１〜３モル％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
- 前記一対の電極のうち発光管の外側に配置された外部電極の表面上に保護膜を備えてい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。
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