JP4451836B2 - 蛍光体塗布方法 - Google Patents
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Description
ところで、省エネルギー時代を迎え、一般電球を代替する種々の蛍光ランプの開発が進められている。最近では特に、小型化に有利である螺旋状のガラス管を有する螺旋状発光管の採用が検討されている。
このような二重螺旋状のガラス管への蛍光体塗布方法は、例えば(イ)蛍光体懸濁液をガラス管の開口部から内部に注入し、内面に塗布する、(ロ)開口部が下になる姿勢にガラス管を保持して、蛍光体懸濁液を開口部から流出・滴下させる、(ハ)ガラス管を乾燥させ蛍光体膜を形成する、という(イ)(ロ)(ハ)の工程を経て行われている。
(1)ガラス管全体における不均一性、すなわち、折り返し部に近づくにつれて塗布量が少なくなり、遠ざかるにつれて(開口部に近づくにつれて)塗布量が多くなる。
このような塗布量の不均一性は、二重螺旋状のガラス管に限らず、一重螺旋状等の曲がりくねった形状のガラス管に共通の問題である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、螺旋形状のガラス管の内面に蛍光体を塗布するガラス管の蛍光体塗布方法であって、蛍光体懸濁液の塗布量の不均一性を抑制することが可能なガラス管の蛍光体塗布方法及びこの方法を用いて蛍光体膜が形成された発光管を提供することを目的とする。
また、本発明に係る請求項3に記載の蛍光体塗布方法は、請求項1に記載の蛍光体塗布方法であって、前記ガラス管は、一方の開口部が上方となる姿勢において他方の開口部は下方となり、前記一方の開口部が下方となる姿勢において前記他方の開口部は上方となる一重螺旋形状であって、前記流出工程は、前記ガラス管の一方の開口部が下方となり他方の開口部が上方となる姿勢に保持した状態で、前記一方の開口部から蛍光体懸濁液を流出させ、前記反転工程は、再び前記ガラス管の一方の開口部が上方となり他方の開口部が下方となる姿勢に保持した状態で、前記ガラス管内に残った蛍光体懸濁液を、前記一方の開口部と反対方向へ流動させ、前記乾燥工程は、再び前記ガラス管の一方の開口部が下方となり他方の開口部が上方となる姿勢に保持した状態で、前記ガラス管内に残った蛍光体懸濁液を乾燥させることを特徴とする。
また、本発明に係る発光管によれば、旋回部または巻回部の横断面において、従来は特に差が大きかった部位での蛍光体膜厚の差が2倍以内の範囲であるため、各部分における膜厚が最適な範囲から逸脱することを抑制し、従来より発光効率を向上させることが可能となる。
(実施の形態1)
1.二重螺旋状蛍光ランプ及び発光管の構成
図1は、本発明の第一の実施形態である二重螺旋状蛍光ランプ1(以下、「本発明品A」という。)を示す一部切欠正面図である。
発光管2は二重螺旋状、すなわちソフトクリーム状に高さを有するような縦巻に、一定の径を保って旋回された部分を有しており、先端の折り返し部(頂部)7には凸部7aが形成され、一対の電極14,15(図2参照)が封着された両端部12,13は樹脂製の保持基板10に保持・装着されている。
外管バルブ3の内表面には、主成分が炭酸カルシウムの粉体からなる白色の拡散膜が塗布されている。
図2は、本実施の形態に係る二重螺旋状蛍光ランプ1の発光管2を示す一部切欠正面図であり、その横断面の形状がわかるようにガラス管11の一部を切り欠いた状態で示している。
発光管2は、容囲器となるガラス管11と、このガラス管の両端部12,13内に配設された一対の電極14,15とを備えている。
両旋回部16a,16bは、約6.5回旋回されている。
電極14,15は、それぞれ一対のリード線19a,19b,20a,20bにより支持されている。
リード線19a,19b,20a,20bはビーズガラスマウント方式によりガラス管の端部12,13において圧潰封着によって気密封止されている。この圧潰封着によりガラス管11の両端部12,13に圧潰封着部を備える。また、ガラス管の一方の端部13には、排気管21(発光管排気後に先端部封止)が封着されている。
ガラス管11内面には、紫外線を可視光へと変換する蛍光体を含む蛍光体膜22形成されている。この蛍光体としては、赤(Y2O3:Eu3+)、緑(LaPO4:Ce3+,Tb3+)及び青(BaMg2Al16O27:Eu2+)の各色を発光する蛍光体を混合した平均粒径約5μmのものを用いている。
二重螺旋状蛍光ランプ1のランプ全長L0は137mm、外管バルブ3の外径L1は60mmである。また、平面視したときの(旋回軸A側から見たときの)ガラス管11の環外径Lbは41.5mm、環内径は24.5mmであり、ガラス管11の全長Laは88.8mmである。旋回部16での外径は8.5mm、内径は6.7mm、旋回部16における隣接するガラス管11の間隔は1.2mm、また、電極14,15間距離は700mmである。
2.ガラス管の蛍光体塗布方法
発光管2は、(A)直管状のガラス管を二重螺旋状に形成する工程、(B)ガラス管内面に蛍光体を塗布し、蛍光体膜を形成する工程、(C)電極の封着、希ガス、水銀等の封入等の工程、を経て製造される。
図3(a)〜図3(e)は、蛍光体塗布方法の全体的な流れを説明する図である。
本実施の形態に係る蛍光体塗布方法は、(1)注入工程(2)流出工程(3)反転工程(4)予備乾燥工程(5)本乾燥工程を含んでいる。
(1)注入工程
注入工程では、二重螺旋状に形成されたガラス管11を、その開口部24,25が上方に位置し、折り返し部が下方に位置する姿勢に設置する。
注入後、ガラス管11の内面全体に蛍光体懸濁液26を行き渡らせるために、ガラス管11を軽く揺らす[図3(b)]。
(2)流出工程
注入工程に続いて流出工程が行われる。本流出工程では、折り返し部が上方で開口部24,25が下方となるように、ガラス管11を反転させる。
なお、ガラス管11を回転させるのは、滴下の速度向上のためである。
この流出工程においては、重力により蛍光体懸濁液は全体的に下方に移動し、折り返し部7における塗布量は少なくなり、下方の開口部24,25に近づくにつれて塗布量が多くなるという偏りが生ずる。
(3)反転工程(反転流動工程)
流出工程に引き続いて、開口部24,25が上方となるようにガラス管11を再び反転させ、開口部24,25と反対側の折り返し部7側へと、蛍光体懸濁液26を流動させる。この流動させる時間は、5秒〜20秒程度である。
図4は、図3(d)におけるガラス管11のC部の拡大正面図である。図4に示すように、本反転工程の過程では旋回部17fの横断面においても折り返し部7側へと蛍光体懸濁液の流れが戻るので、各横断面における塗布量の偏りも減らすことができる。
なお、本反転工程において、ガラス管11を、流出工程における回転方向と逆方向に回転すると、特に蛍光体懸濁液26の流れを戻す効果が顕著に得られ好ましい。
(4)予備乾燥工程
反転工程に引き続いて、さらにガラス管11を反転させる。そして、回転させながら、ガラス管11に外部から温風を当てつつ、一方の開口部24から常温の乾燥空気を吹き込み、蛍光体懸濁液26を予備乾燥する[図3(e)]。
(5)本乾燥工程
ガラス管11を乾燥炉内に移設し、一方の開口部24から温風を吹き込むことにより、ガラス管11の蛍光体懸濁液26の本乾燥を行う[図3(f)]。
3.比較試験
次に、本実施の形態に係る蛍光体塗布方法の効果を検証するために行った比較試験の結果について説明する。
図5は、図2におけるガラス管11のB部の拡大正面図である。旋回部17fの横断面を4分割し、折り返し部7側の部分を領域U、領域Uと向かい合う開口部12,13側の部分を領域Dとし、領域Uにおける蛍光体膜の平均塗布量をWu、領域Dにおける蛍光体膜の平均塗布量をWdとして測定を行った。図示しないが他の旋回部17a〜17eも同様である。
「Ave.」は、全60個の平均値を表し、「Max.」,「Min.」は、それぞれ全60個中の最大値、最小値を表している。
図7は、図6の測定結果に基づいて作成した図である。
本発明品Aのガラス管11は、蛍光体膜の塗布量はWdとWuとで2倍以内の範囲に収まっている。この塗布量は形成された蛍光体層の膜厚と比例する関係にあるので、蛍光体膜厚も2倍以内の範囲となる。
比較品Aでは、旋回部17aのWuと旋回部17fのWdの平均値の差は、20.6/6.5=3.2倍もの差がある。これに対して、本発明品Aでは旋回部17aのWuと旋回部17fのWdとは18.9/10.8=1.75倍の差になっており差が縮小されている。
なお、比較品Aに係るガラス管は頂上の折り返し部7での塗布量が特に薄くなりやすく、極端な場合では、折り返し部7が透けて内部が見えていた。
次に、本発明品Aと比較品Aに係るガラス管を用いて二重螺旋状のランプを製作し、初期光束と光束維持率を測定した。図8(a),図8(b)にその結果を示す。
(実施の形態2)
本実施の形態は、発光管が二重渦巻き形の平面状の渦巻き形蛍光ランプの本発明を適用する例である。基本的には実施の形態1と同様であるので、異なる部分を中心に説明して共通部分の説明は省略する。
図9は、本発明の第二の実施形態である二重渦巻き形蛍光ランプ31(以下、「本発明品B」という。)を示す図であり、図9(a)は一部切欠分解平面図、図9(b)は正面図である。
二重渦巻き形蛍光ランプ31は管入力50Wタイプであり、発光管32を備えている。
ガラス管33は、中央のS字状をした折り返し部38と両端部34,35と渦巻き状に巻回された巻回部39とからなる。
巻回部39は、折り返し部38から一方の端部34まで巻回する第1巻回部39aと、折り返し部から他方の端部35まで巻回する第2巻回部39bを備える。
ガラス管33内面には、蛍光体層42が形成され、その内部には図示しない水銀及び希ガスが封入されている。
なお、端部35には、排気管43が封着されている。
電極36,37はそれぞれリード線44a,44b、リード線45a,45bを有している。
リード線44a,44b及びリード線45a,45bは、ガラス管33内から外部に延出しており、口金46,47と電気的に接続される。
ここで、巻回部39を、中央の折り返し部38から端部側34,35へと順番に、40aから40eと符号を付する。
2.発光管の製造工程の概略
図10は、発光管を製造する工程の概略を説明するための図である。
このガラス管51は、巻回方向から見た外観形状が略円錐体形状をしており、頂部には突出部52が形成されている。
そして、上記ガラス管51を再度加熱し、ガラス管22を、ガラス管51の管軸が略同一平面上に並ぶところまでその中心軸Fの方向に平坦に変形させる。
本願発明者らの検討によれば、平坦に変形されたガラス管33に蛍光体懸濁液を塗布すると、注入した蛍光体懸濁液が速やかに滴下させることが困難であり、ガラス管33内に局所的な蛍光体溜まりが形成される問題が発生することが確認されている。
なお、ガラス管51の旋回部53は、平坦に変形されたガラス管33の巻回部39に相当する。
3.ガラス管の蛍光体塗布方法
図11(a)〜図11(f)は、蛍光体塗布方法の全体的な流れを説明する図であり、実施の形態1における図3に対応している。
(1)注入工程
注入工程では、二重螺旋体としてのガラス管51を、その開口部54,55が上方に位置し、折り返し部52が下方に位置する姿勢に設置する。
注入後、ガラス管11の内面全体に蛍光体懸濁液26を行き渡らせるために、ガラス管11を軽く揺らす[図11(b)]。
(2)流出工程
次いで折り返し部52が上方で開口部54,55が下方となるように、ガラス管51を垂直方向に対して約8度傾けながら軸F周りに回転させて、管内に残った余剰の蛍光体懸濁液57を両開口部54,55から滴下(流出)させる[図11(c)]。
流出工程に引き続いて、開口部54,55が上方となるように再びガラス管51を反転させ、開口部54,55と反対側の折り返し部52側へと、蛍光体懸濁液57を流動させる。
この反転工程においては、下方の折り返し部52側へと蛍光体懸濁液57が流れるので、流出工程におけるガラス管11内の蛍光体懸濁液57の偏りを減らすことができる。
反転工程に引き続いて、さらにガラス管51を反転させる。そして、回転させながら、ガラス管51に外部から温風を当てつつ、一方の開口部24から常温の乾燥空気を吹き込み、蛍光体懸濁液57を予備乾燥する[図11(e)]。
この予備乾燥により、蛍光体懸濁液の流動性は次第に低下し、工程の半ばに略無くなる。
ガラス管51を乾燥炉内に移設し、一方の開口部54から温風を吹き込むことにより、ガラス管51内の蛍光体懸濁液57の本乾燥を行う[図11(f)]。
4.比較試験
次に、本実施の形態に係る蛍光体塗布方法の効果を検証するために行った比較試験の結果について説明する。
図12から図14は、それぞれ図6から図8に相当する図である。
図12,図13から明らかなように、本発明品Bの巻回部40a〜40eの各横断面におけるWuとWdの差は、比較品Bと比べて格段に小さくなっている。
<その他>
(1)本発明に係るガラス管の蛍光体塗布方法は、上述の各実施の形態で説明した形状のガラス管に限られない。例えば、旋回軸を中心に一方向へと旋回された一重螺旋状のガラス管にも適用することができる。
2,32 発光管
7,38,52 折り返し部
11,33 ガラス管
12,13 端部
16,53 旋回部
16a 第1巻回部
16b 第2巻回部
24,25,54,55 開口部
26,57 蛍光体懸濁液
31 二重渦巻き形蛍光ランプ
39 巻回部
39a 第1巻回部
39b 第2巻回部
51 ガラス管(二重螺旋体)
Claims (3)
- 開口部と旋回された旋回部とを有する螺旋形状のガラス管の内面に、蛍光体を塗布する蛍光体塗布方法であって、
前記ガラス管内に蛍光体懸濁液を注入する注入工程と、
前記注入工程の後に、前記ガラス管の開口部を下方となる姿勢に保持した状態で、前記開口部から蛍光体懸濁液を流出させる流出工程と、
前記流出工程の後に、前記ガラス管の開口部が上方となる姿勢に保持した状態で、前記ガラス管内に残った蛍光体懸濁液を、前記開口部と反対方向へと流動させる反転工程と、
前記反転工程の後に、再び前記ガラス管の開口部が下方となる姿勢に保持した状態で、前記ガラス管内に残った蛍光体懸濁液を乾燥させる乾燥工程と
を含むことを特徴とする蛍光体塗布方法。 - 前記ガラス管は、一方の開口部が上方となる姿勢において他方の開口部も上方となり、前記一方の開口部が下方となる姿勢において前記他方の開口部も下方となる二重螺旋形状であること
を特徴とする請求項1に記載の蛍光体塗布方法。 - 前記ガラス管は、一方の開口部が上方となる姿勢において他方の開口部は下方となり、前記一方の開口部が下方となる姿勢において前記他方の開口部は上方となる一重螺旋形状であって、
前記流出工程は、前記ガラス管の一方の開口部が下方となり他方の開口部が上方となる姿勢に保持した状態で、前記一方の開口部から蛍光体懸濁液を流出させ、
前記反転工程は、再び前記ガラス管の一方の開口部が上方となり他方の開口部が下方となる姿勢に保持した状態で、前記ガラス管内に残った蛍光体懸濁液を、前記一方の開口部と反対方向へ流動させ、
前記乾燥工程は、再び前記ガラス管の一方の開口部が下方となり他方の開口部が上方となる姿勢に保持した状態で、前記ガラス管内に残った蛍光体懸濁液を乾燥させる
ことを特徴とする請求項1に記載の蛍光体塗布方法。
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