JP3170821B2 - 無電極放電灯 - Google Patents

無電極放電灯

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波電磁界で発光金
属を励起して発光させる無電極放電灯の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】いわゆる無電極放電灯は、放電電極を内
装(封入)しないため、電極切れによる不点灯などの問
題がないので、照明用光源などとして関心を寄せられて
いる。そして、この無電極放電灯は、一般に高周波電磁
界を発生する高周波電磁界発生コイルを、実質的に囲繞
する形で蛍光発光管を配設し、蛍光発光管内に封入され
ている水銀蒸気(発光金属)を励起して発光させる構成
を成している。図5はこのような無電極放電灯の構成例
を断面的に示したもので、1は高周波電磁界を発生する
たとえば円筒状の高周波電磁界発生コイル、2は前記円
筒状の高周波電磁界発生コイル1を嵌合可能な円筒状の
凹部2aが外壁面側に凹設された発光管本体、3は前記発
光管本体の内壁面に被着形成された蛍光体層であり、こ
の蛍光体層が内壁面に設けられた発光管本体内には、た
とえば水銀などの発光金属およびアルゴンガスなどの希
ガスが封入されている。なお、図5において4は前記高
周波電磁界発生コイル1に接続し、高周波電流を供給し
て所要の高周波電磁界を発生させる高周波発振器であ
る。
【0003】図6は無電極放電灯の他の構成例につい
て、一部を切欠して側面的に示したもので、この構成に
おいては、内壁面に蛍光体層3が被着形成された発光管
本体2の外壁面側に、点灯用の高周波電磁界発生コイル
1が巻装・配設されており、いずれの場合も、高周波電
磁界発生コイルと発光管本体とは磁気的に結合可能な配
置・構成を成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記無電極放電灯は、
電極切れによる不点灯による寿命の問題は解消される
が、光束劣化など発光特性の低下に実用上の寿命は左右
される。つまり、発光管本体2の内壁面に被着形成され
ている蛍光体層3を成す蛍光体自体の劣化、蛍光体層3
の黒化ないし変色に起因して、光束劣化ないし光束低下
を招来するとともに、無電極放電灯の外観も見苦しくな
り、実用に供し得なくなるという問題がある。 本発明
は、上述した課題に対処するためになされたものであ
り、蛍光体層の黒化ないし変色の発生を抑制し、光束低
下を防止して長寿命化を図った無電極放電灯の提供を目
的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の無電極放電灯
は、高周波電磁界を発生する高周波電磁界発生コイル
この高周波電磁界発生コイルによって放電可能に設けら
れた発光管本体、この発光管本体の内壁面に被着形成さ
れた蛍光体層および前記発光管本体内に封入された水銀
および希ガスを含んでなる放電媒体を備えた無電極放電
灯において、前記蛍光体層は、粒径44μm〜74μm
の還元鉄粉との接触時に、蛍光体1gあたり0を超え+
1.5μC以下の電荷が帯電するようにMg,Ca,S
r,Ba,Znの中から選ばれた少なくとも一種の金属
酸化物が表面に付着された蛍光体粒子を含有しているこ
とを特徴とし、さらに具体的には前記金属酸化物が、重
量比で0.01〜3.0%の範囲で前記蛍光体粒子の表
面に付着したことにより、前記所要の電荷を帯電させた
ことを特徴とする。
【0006】本発明は無電極放電灯における蛍光体層な
いし蛍光体粒子の黒化や変色が、水銀もしくは水銀酸化
物の吸着に起因し、またこの水銀もしくは水銀酸化物の
吸着が、蛍光体層を構成する蛍光体粒子のもつ帯電傾向
に大きく影響されていることを見出だし、本発明を達成
するに至ったものである。
【0007】
【作用】一般に、2種の物質が接触するとき、それぞれ
の物質の表面に等量の正と負の電荷が生じる。ここで、
正の電荷を生じる物質は正の帯電傾向があり、負の電荷
を生じる物質は負の帯電傾向にあるといわれ、どのよう
な物質に対しても正に帯電する物質を最上位に、逆にど
のような物質に対しても負に帯電する物質を最下位とし
て順に並べた列を帯電序列という。このような帯電序列
において任意の2種類の物質を接触させたとき、序列が
上の物質は正に、序列が下の物質は負にそれぞれ帯電
し、また序列が上の物質ほど正に帯電する傾向が強いと
される。
【0008】たとえば、一般にマンガン付活ケイ酸亜鉛
蛍光体(Zn2 SiO4 :Mn)は黒化が生じ易いといわれ、Zn
2 SiO4 :Mn は特異的に負帯電する傾向を示す。一方、
光透過性ガラス管内に封入された水銀は、放電灯中の構
成物質から放出されるガス(CO2 など)や不純物と反応
してHgO とななり、この HgOはZn2 SiO4 :Mn よりも強
く正帯電する傾向を示す。したがって、Zn2 SiO4 :Mn
が気体分子状のHgOを吸着した場合、Zn2 SiO4 :Mn と
HgOとの接触表面にそれぞれ負と正の電荷が生じ、さら
にこれに伴う静電引力によって脱離しにくいため、蛍光
体層の黒化が生ずるものと考えられる。すなわち、 HgO
に較べて帯電傾向の差が大きいほど蛍光体層の黒化が出
易いと考えられ、こうしたことは付着物の分析結果など
からも確認されている。Zn2 SiO4 :Mn 蛍光体は、一般
的には上記した如く、強く負帯電する傾向にあり、ZnO
が SiO2 に対して 2.0以下の値になると負帯電がさらに
強くなる傾向を示し、一方、ZnO が SiO2 に対して 2.0
以上になると逆に負帯電が弱くなる傾向が現われる。
【0009】本発明の無電極放電灯においては、蛍光体
層を形成する蛍光体粒子(物質)は、その帯電傾向が粒
径44μm 〜74μm の還元鉄粉との接触時に1gあたりの帯
電量が 0を超え+1.5 μC の範囲内にあると判定された
蛍光体粒子を使用することにより、黒化の発生を確実に
再現性よく抑制される。
【0010】
【実施例】先ず、本発明に係る無電極放電灯の蛍光体層
を形成する蛍光体粒子の帯電特性(帯電傾向)の測定方
法について説明する。
【0011】図1はブローオフ粉体帯電測定装置のファ
ラデーケージの構造を模式的に示す図である。ファラデ
ーケージ5の一端には、金網6が取付けられており、他
端にはノズル7が取付けられている。そして、金網6の
目開きよりも小さい粒径の試料粉体8と、目開きよりも
大きい粒径のキャリア粉体9とを混合してファラデーケ
ージ5に入れ、ノズル7から圧縮ガス(たとえば窒素ガ
ス)を吹付けると試料粉体8のみが金網6を通過してフ
ァラデーケージ5外に吹飛ばされる。このとき、ファラ
デーケージ5内に残ったキャリア粉体9には、試料粉体
8が持ち去ったのと等量で、逆符号の電荷Qが残るの
で、これをファラデーケージ5に接続したコンデンサ10
の容量Cと電圧V、およびQ=C・Vの関係から電荷Q
求める。吹飛ばした試料粉体8の重量mを用いれば、単
位重量あたりの粉体帯電量は、−Q/m(クーロン/グ
ラム)として得られる。
【0012】キャリア粉体9としては、通常、 400メッ
シュよりも粗い粉体を用い、ここでは 200メッシュを通
過しない粒径44μm 〜74μm の還元鉄粉をキャリアを用
いる。また、試料粉体8としては、 400メッシュよりも
細かい螢光体粒子(粉体)を用いた。
【0013】ここで、測定用試料の作製方法について、
その一例を述べる。
【0014】キャリア粉体 20gと蛍光体粉体0.2gを化学
天秤にて正確に秤量し、メノウ乳鉢に移して、あまり力
を加えずに乳棒でよく混合する。次に、全量を 100 ml
のポリエチレン広口ビン移し、混合機(シェーカ)にて
5分間混合して試料を作製する。このキャリア粉体と試
料粉体との混合粉体を0.2g正確に秤量して、ブローオフ
粉体帯電量測定用の試料とする。図2(a),(b) にキャリ
ア粉体とブローオフ用測定試料(キャリアと混合後)の
モデルを示す。キャリア粉体9(図2(a) )と試料粉体
8とを混合することにより、キャリア粉体9表面に試料
粉体8が担持されたブローオフ用測定試料(図2(b) )
となる。
【0015】次に、粒径44μm 〜74μm の還元鉄粉をキ
ャリア粉体として、所要の蛍光体粒子たとえばBaMg2 Al
16O 27Eu2+(青色)、 Y2 O 3 :Eu3+(赤色)、(La,C
e,Tb)(P,Si)O ( 緑色)の各蛍光体粒子の表面に、0.001
〜3.5 重量%のZnO, MgOもしくは SiO2 を、表面にコ
ロイド状に付着して、蛍光体粒子の帯電傾向を制御し調
製した試料について接触帯電量をそれぞれ測定した。
【0016】これらの蛍光体粒子をそれぞれ用い、前記
図5に図示した構成の無電極放電灯を作成し、 300時間
点灯した後における光束比をそれぞれ測定・評価した結
果を図3に示す。図3から分かるように、発光管本体2
の内壁面に被着形成した蛍光体層3に用いた蛍光体粒子
の帯電傾向が 0を超え+1.5 μc/g の範囲内では、高い
光束比が維持(保持)され、また蛍光体層の黒化や変色
も大幅に解消されていた。
【0017】さらに、前記 Y2 O 3 :Eu3+(赤色)を用
いて構成した無電極放電灯について、 300時間点灯した
後における蛍光体層3への水銀(Hg,HgO,Hg+HgO)吸着量
を測定したところ図4に示すごとくであった。図4から
分かるように、使用した蛍光体粒子の帯電傾向が 0を超
え+1.5 μc/g の範囲内では、水銀の吸着量が30μg以
下であり、蛍光体層3の黒化や変色が大幅に解消される
ことを裏付けている。
【0018】本発明において使用する蛍光体(蛍光体粒
子)としては前記例示の他に、たとえばSr10(PO4 6
Cl2 :Eu2+、(Sr,Ca)10(PO4 6 Cl2 :Eu2+、(Sr,C
a,Ba)10(PO4 6 Cl2 :Eu2+、(Ba,Ca,Mg)10(PO4
6 Cl2 :Eu2+などの 2価のユーロピウム付活青色蛍光
体;La2 O 3 ・0.2SiO2 ・0.9P2 O 5 :Ce,Tb 、LaP
O4 :Ce,Tb、 Y2 SiO5 :Ce,Tb、CeMgAl11 O19:Tb 、Zn
2 SiO4 :Mn などの緑色蛍光体; YVO4 :Eu3+、 Y(P,
V)O4 :Eu3+、 Y2 O 2 S:Eu3+などの 3価のユーロピウ
ム付活赤色蛍光体、その他の希土類蛍光体などが例示さ
れ、上記帯電特性を満足するものが使用される。また、
上記青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を、発光
色の相関色温度が 2800K〜10000Kになるように混合した
物質を用いることも可能であり、この場合も上記帯電特
性を満足させたものとする。
【0019】なお、前記無機化合物(MO)が表面に付
着した蛍光体粒子を調製する際には、無機化合物が、
0.01〜3.0重量%の範囲となるように混合する。
ここで、無機化合物としては、MgO,CaO,Sr
O,BaOおよびZnOの群れから選ばれた金属酸化物
である。その理由は金属イオンの電気陰性度が7以下
(正帯電)であり、表面の帯電傾向がHgOより適度の
範囲で正の方向にあることから、HgOとの反応を防止
することが可能で黒化などがより効果的に抑制される。
【0020】そして、これら無機化合物の蛍光体粒子表
面に対する付着量は、蛍光体粒子に対し0.01〜 3.0重量
%の範囲で選ばれる。つまり、付着量が0.01重量%未満
では帯電傾向の制御効果が十分に得られず、3.0重量%
を超えると蛍光体の発光効率が低下する傾向が認められ
るからである。
【0021】
【発明の効果】上記説明したように本発明に係る無電極
放電灯は、発光管本体の内壁面に被着形成する蛍光体層
の帯電傾向をMg,Ca,Sr,Ba,Znの中から選
ばれた少なくとも一種の金属酸化物で制御したことによ
り、放電点灯過程におけるいわゆる蛍光体層の黒化現象
もしくは変色の起生を抑制ないし防止して、結果的に光
束低下を解消するので、無電極放電灯としての長寿命化
を達成し得る。つまり、無電極放電灯の実用性をさらに
高め得るといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る無電極放電灯の蛍光体層を形成す
る蛍光体粒子の帯電特性の測定に用いたブローオフ粉体
帯電測定装置のファラデーケージの構造を模式的に示す
断面図。
【図2】ブローオフ粉体帯電測定装置による帯電特性の
測定に用いる試料例をしめすもので、(a) はキャリア鉄
粉の断面図、(b) はキャリア鉄粉表面に蛍光体粒子が付
着した態様を示す断面図。
【図3】無電極放電灯の蛍光体層を形成する蛍光体粒子
の帯電傾向と光束比との関係例を示す曲線図。
【図4】無電極放電灯の蛍光体層を形成する蛍光体粒子
の帯電傾向と水銀付着量との関係例を示す曲線図。
【図5】無電極放電灯の構成例を示す断面図。
【図6】無電極放電灯の他の構成例を示す一部切欠断面
図。
【符号の説明】
1…高周波磁界発生コイル 2…発光管本体 2a…
凹部 3…蛍光体層 4…高周波発振器 5…ファラデーケージ 6…金
網 7…ノズル 8…試料粉 9…キャリア粉体 10…コンデンサ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波電磁界を発生する高周波電磁界発
    生コイル、この高周波電磁界発生コイルによって放電可
    能に設けられた発光管本体、この発光管本体の内壁面に
    被着形成された蛍光体層および前記発光管本体内に封入
    された水銀および希ガスを含んでなる放電媒体を備えた
    無電極放電灯において、 前記蛍光体層は、粒径44μm〜74μmの還元鉄粉と
    の接触時に、蛍光体1gあたり0を超え+1.5μC
    の電荷が帯電するようにMg,Ca,Sr,Ba,Z
    nの中から選ばれた少なくとも一種の金属酸化物が表面
    に付着された蛍光体粒子を含有していることを特徴とす
    る無電極放電灯。
  2. 【請求項2】 前記金属酸化物は、重量比で0.01〜
    3.0%の範囲で前記蛍光体粒子の表面に付着されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の無電極放電灯。
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