JP4488157B2 - 長寿命蛍光ランプ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
この発明は、一般に蛍光ランプに関し、特に既に市場に存在する高周波数電子安定器で作動する構成の長寿命蛍光ランプに関する。
【０００２】
【関連技術】
Ｔ８蛍光ランプは北米市場で普及してきており、その効率の高さから、前世代のＴ１２蛍光ランプと大幅に置き換わっている。周知の３成分希土類蛍光体ブレンドを用いる代表的な北米４フィートＴ８蛍光ランプは高周波数電子安定器で作動し、寿命が２０，０００時間程度である。
【０００３】
Ｔ８蛍光ランプの寿命を延ばす、特に３０％以上（すなわち２６，０００時間以上に）延ばすのが望ましい。現在、寿命が２６，０００時間以上の長寿命ランプは存在しない。さらに、ランプ寿命を延ばす従来から既知の方法（たとえば封入ガスにクリプトンのような重いガスを用いる、二重陰極を用いるなど）では、標準ランプと比べて、発光出力が低下することが多い。
【０００４】
ランプ寿命が長いことは消費者にとって費用節約になるが、消費者が使用寿命が長ければ性能はどうでもよいと考えることはありそうもない。費用節約のほかに、長い寿命は、切れた水銀含有蛍光ランプを頻繁に処分することに伴う環境への影響を小さくするのにも望ましい。
【０００５】
したがって、標準Ｔ８ランプと同等の光（光束）出力を生成し、寿命が２６，０００時間以上である長寿命Ｔ８蛍光ランプが必要とされている。このような長寿命ランプが現在設置されている高周波数電子安定器で作動するのが好ましい。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、内面を有する光透過性ガラスエンベロープ、放電発生手段、前記ガラスエンベロープの内面に隣接して被覆されたアルミナを含む紫外線反射性バリア層、前記バリア層に隣接して被覆された蛍光体層、および前記エンベロープ内に封入された水銀蒸気およびアルゴンからなる放電支持性封入ガスを備える、長寿命な水銀蒸気放電蛍光ランプを提供する。封入ガスは２５℃で２．９〜５トルの圧力を有し、蛍光体層の被覆量が２〜３．５ｍｇ／ｃｍ²であるのが好ましい。
【０００７】
【好適な実施態様】
以下の説明において、５〜２５のような好適な範囲を記載する場合、これは５以上が好ましく、それとは別個にかつ独立に２５以下が好ましいことを意味する。ここで用いる用語「電子安定器」は、ライン電圧ＡＣ入力信号を、出力電圧が１５０〜１０００Ｖの範囲にあり、周波数が２０〜１５０ｋＨｚ、好ましくは２０〜１００ｋＨｚ、より好ましくは２０〜８０ｋＨｚ、さらに好ましくは２０〜５０ｋＨｚ、特に２５〜４０ｋＨｚの範囲にある高周波数ＡＣ出力信号に変換するよう構成された軽量ソリッドステート電子回路を備える、当業界で周知の高周波数電子安定器（バラスト）を意味する。電子安定器はインスタントスタート型安定器であるのが好ましく、当業界で周知のようにＴ８蛍光ランプを作動させるように構成されている。やや好ましくは、安定器を当業界で周知のラピッドスタート型安定器とすることができる。
【０００８】
またここで用いる用語「Ｔ８蛍光ランプ」は、好ましくは円形断面の直管であり、また好ましくは公称長さ４８インチ、公称外径１インチ（１／８インチの８倍、これが「Ｔ８」の「８」の由来）である、当業界で周知の蛍光ランプである。やや好ましくは、Ｔ８蛍光ランプを公称長さ２、３、６または８フィートあるいはそのほかの長さとすることができる。あるいは、Ｔ８蛍光ランプの形状を非直管、たとえば円形あるいは他の曲線状としてもよい。
【０００９】
「Ｔ１２蛍光ランプ」は、公称外径１．５インチであり、その他の点ではＴ８ランプと類似の、当業界で周知の直管蛍光ランプである。
【００１０】
本明細書および特許請求の範囲において、ワット数（Ｗ）は、当業界で既知の標準ＩＥＳ６０Ｈｚラピッドスタート試験用回路で測定した値である。
【００１１】
図１に、本発明の低圧水銀蒸気放電蛍光ランプ１０を示す。この蛍光ランプ１０は、断面円形の光透過性ガラスチューブまたはエンベロープ１２を有する。ガラスエンベロープ１２は内径２．３７ｃｍ、長さ１１８ｃｍであるのが好ましいが、ガラスエンベロープの内径や長さはこれ以外でもよい。紫外線（ＵＶ）反射性バリア層１４が、ガラスエンベロープ１２の内面に隣接して、好ましくは直接接触して被覆されている。バリア層１４は好ましくはα−アルミナおよびγ−アルミナ粒子の混合物を含み、被覆量が好ましくは０．１〜３ｍｇ／ｃｍ²、特に０．５〜０．７ｍｇ／ｃｍ²である。
【００１２】
蛍光体層１６がバリア層１４の内面に隣接して、好ましくはバリア層１４の内面上に被覆されている。蛍光体層１６は希土類蛍光体層、たとえば当業界で知られている希土類三蛍光体層であるのが好ましい。やや好ましくは、蛍光体層１６は当業界で知られているハロホスフェート蛍光体層とすることができ、この場合発生する光束が低くなるものの、標準Ｔ８ランプと比較して長い寿命を達成する。
【００１３】
ランプは両端に取り付けられた口金２０で気密シールされ、（放電を発生する手段である）１対の離間した電極構造１８が口金２０にそれぞれ装着されている。水銀および不活性ガスからなる放電支持性封入ガス２２がガラスチューブ内に封入されている。不活性ガスは純度ほぼ１００％のアルゴンであるのが好ましい（すなわち封入ガスがクリプトンを含有しない）。不活性ガスおよび少量の水銀により低蒸気圧での作動（点灯）を実現する。
【００１４】
封入ガス２２の合計圧力が、２５℃で好ましくは２．９〜５トル（ｔｏｒｒ）、より好ましくは３〜４．５トル、さらに好ましくは３〜４．２トル、さらに好ましくは３．１〜４トル、さらに好ましくは３．１〜３．９トル、さらに好ましくは３．２〜３．７トル、特に３．５トルである。標準Ｔ８蛍光ランプ内の封入ガス圧力は２５℃で２．５トルであり、数種の現存する長寿命Ｔ８ランプ（たとえばＧＥ社のＦ３２Ｔ８／ＸＬ、Ｐｈｉｌｉｐｓ社のＦ３２Ｔ８／ＴＬおよびＯｓｒａｍ社のＦＯ３２／ＸＰ）の封入ガス圧力は２５℃で２．８トル程度である。これらの現存するランプにおいて封入ガス合計圧力を約２．５トルから２．８トルに上げると、ランプ寿命が約２０％増加するが、光出力（ランプ光束）を犠牲にすることになる。封入ガス圧力が高いと（約１．５〜２．５トルの範囲外）、ランプ性能が劣化し、特に光束が低下し、始動電圧が高くなる。蛍光ランプにおける高い封入ガス圧力にこのような負の効果があることはよく知られており、たとえばＪ．Ｆ． Ｗａｙｍｏｕｔｈ， Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｌａｍｐｓ， ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ， １９７１に記載されている。
【００１５】
本発明による長寿命蛍光ランプは、封入ガス中のアルゴンの量を増加し、したがって封入ガス圧力を増加するにもかかわらず、標準Ｔ８ランプと比較して同等の光束を発光する。長寿命（２６，０００時間以上）と光束出力保持とが、上述したアルゴン圧力の上昇を新たに組み込み、また後述する三蛍光体混合層およびＵＶ反射性被覆層を用い、蛍光体被覆量の増加を組み込むことにより、達成される。
【００１６】
蛍光体層１６は好ましくは、赤、緑および青発光希土類蛍光体の混合物、好ましくは三蛍光体（ｔｒｉｐｈｏｓｐｈｏｒ）混合物を含有する。赤発光蛍光体としては、ユーロピウム（Ｅｕ³⁺）で活性化された酸化イットリウム（略称ＹＥＯ）が好ましい。
【００１７】
緑発光蛍光体としては、セリウム（Ｃｅ³⁺）およびテルビウム（Ｔｂ³⁺）で活性化された燐酸ランタン（略称ＬＡＰ）が好ましい。やや好ましくは、緑発光蛍光体は、テルビウム（Ｔｂ³⁺）で活性化されたセリウム−マグネシウムアルミネート（略称ＣＡＴ）、セリウム（Ｃｅ³⁺）およびテルビウム（Ｔｂ³⁺）で活性化されたガドリニウム−マグネシウムペンタボーレート（略称ＣＢＴ）、その他当業界で知られた適当な緑発光蛍光体とすることができる。
【００１８】
青発光蛍光体としては、ユーロピウム（Ｅｕ³⁺）で活性化されたカルシウム−ストロンチウム−バリウムクロロアパタイトが好ましく、やや好ましくは、ユーロピウム（Ｅｕ³⁺）で活性化されたバリウム−マグネシウムアルミネート、その他当業界で知られた適当な青発光蛍光体とすることができる。
【００１９】
３種の三蛍光体成分を、当業界で知られた重量％基準で組み合わせて所定のランプ色を得る。代表的なランプ色としては、相関色温度（ＣＣＴ）が公称３０００Ｋ、３５００Ｋ、４１００Ｋ、５０００Ｋおよび６５００Ｋである色が挙げられるが、三蛍光体を、他の所定の色温度を有するランプを生成する相対重量％比で組み合わせるのも可能であり、有効である。色温度は、上述した色温度以上または以下、すなわち±５０Ｋ、１００Ｋ、１５０Ｋまたは２００Ｋであるのが好ましい。ランプ色が、上記ＣＣＴに対応する標準ＣＩＥ色の２、３または４ＭＰＣＤステップ内にあるのが好ましい。
【００２０】
やや好ましい実施態様では、他の数の希土類蛍光体からなる希土類蛍光体ブレンド、たとえば４種または５種の希土類蛍光体からなる系を蛍光体層１６に使用してもよい。
【００２１】
通常の被覆構造が米国特許第５，６０２，４４４号に開示されている。この特許に開示されているように、ＵＶ反射性バリア層１４は、α−アルミナおよびγ−アルミナ粒子の混合物をガラスエンベロープ１２の内面上に被覆した構成であり、蛍光体層１６はバリア層１４の内面に被覆されている。
【００２２】
本発明の蛍光体層１６はＵＶ反射性バリア層１４の内面上に配置され、その被覆量が好ましくは２〜３．５ｍｇ／ｃｍ²、より好ましくは２．２〜３．２ｍｇ／ｃｍ²、より好ましくは２．４〜３ｍｇ／ｃｍ²、さらに好ましくは２．５〜２．８ｍｇ／ｃｍ²、特に好ましくは２．６ｍｇ／ｃｍ²程度である。これは、従来技術、たとえば米国特許第５，００８，７８９号、第５，０５１，６５３号および第５，６０２，４４４号よりも被覆量がはるかに多いことを示している（具体的には、ＧＥ社のよく知られたＳＴＡＲＣＯＡＴ（商標）のＳＰおよびＳＰＸ型ランプではそれぞれ被覆量約１．２および１．７ｍｇ／ｃｍ²が用いられている）。ランプコストは被覆量により大きく左右されるので、被覆量が少ないことはこれまでコスト節減手段として望ましいことであった。しかし、本発明による長寿命Ｔ８蛍光ランプは、名目的にはより高価であるが、寿命が標準Ｔ８ランプより３０％、好ましくは３５％、より好ましくは４０％、より好ましくは４５％、さらに好ましくは５０％、特に５５％程度またはそれ以上長く、これは現存する電子安定器と組み合わせて使用した場合、ランプ寿命が２６，０００時間、好ましくは２７，０００時間、より好ましくは２８，０００時間、より好ましくは２９，０００時間、さらに好ましくは３０，０００時間、特に３１，０００時間程度またはそれ以上であることに相当する。蛍光体被覆量の増量と、上述したアルミナバリア層１４とを組み合わせた結果として、放電により発生する紫外線全量の９９％以上が吸収され、その後可視光に変換される。これは、当業界で周知の現存する高性能ＧＥ社製ＳＰＸランプより約３％の効率上昇になる。したがって、本発明の蛍光ランプは、ランプ効率の向上の結果として、同じ光束（すなわち標準Ｔ８ランプで典型的な２８００ｌｍ以上）を発光する消費電力が少なくなる。
【００２３】
上述した通りの、封入ガス組成および圧力上昇、蛍光体組成および被覆量増加ならびにアルミナバリア層組成および被覆量の新規な組合せに基づくランプは、発光出力を犠牲にすることなく、消費電力を減らし、ランプ寿命を延ばしている。
【００２４】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明し、本発明の特定の観点をさらに説明する。
【００２５】
実施例
実施例１
本発明のランプを、ＡＳＶ（Absolute Starting Voltage）ランプ試験法により、市場で普及している種々のインスタントスタート電子安定器で試験した。試験したランプは、アルゴン圧力が３．２〜３．７トル、三蛍光体被覆量約２．６ｍｇ／ｃｍ²、アルミナバリア層の被覆量０．５〜０．７ｍｇ／ｃｍ²であった。驚くべきことには、試験ランプが、２．５トルより高い上昇した封入ガス圧力にもかかわらず、始動補助を用いることなく、試験したすべての高周波数電子安定器で良好なランプ始動を示すことを確認した。その結果、本発明のランプは、市場に既に存在する電子安定器と組み合わせて使用でき、有効に電気的に接続することができる。これは、消費者が現存する蛍光管照明器具に本発明の蛍光ランプをすぐに使用し始めることが可能なことを意味する。
【００２６】
実施例２
本発明による長寿命４フィートＴ８ランプを、標準ＩＥＳ６０Ｈｚ試験用回路で試験し、その性能を同じ回路での標準４フィートＴ８ランプの性能と比較した。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１からわかるように、本発明の長寿命Ｔ８ランプは、標準Ｔ８ランプと比べて、消費電力が約５．５％少なく、１００時間での光束出力が約２．６％増加した。標準Ｔ８ランプは１００時間で約８８ｌｍ／Ｗを示し、本発明の長寿命Ｔ８ランプは１００時間で９５ｌｍ／Ｗを示した。本発明のランプが、標準ランプ性能に一致する８８ｌｍ／Ｗ以上を示すのが好ましく、９５ｌｍ／Ｗ以上を示すのが特に好ましい。
【００２９】
また表１からわかるように、本発明のランプが受ける変色は無視できる程度である（表１のＸおよびＹはそれぞれランプの赤および緑色度座標を表し、両者とも本発明のランプおよび標準ランプ間でほぼ一定である）。さらに、本発明のＴ８ランプは、等価の標準Ｔ８ランプと比べて、演色評価数（ＣＲＩ）特性が名目上同一である。したがって、本発明のランプは、現在Ｔ８ランプが用いられているほぼすべての照明用途に使用することができ、そのＣＲＩ特性は蛍光体層１６中の三蛍光体重量％比を適切に選ぶことにより同様に調整可能である。本発明のランプは、ＣＲＩが好ましくは５０以上、より好ましくは６０以上、より好ましくは７０以上、さらに好ましくは７５以上、特に８０以上である。
【００３０】
ここに開示した構成要素（すなわち、高圧力でのほぼ水銀蒸気およびアルゴンよりなる封入ガス、蛍光体被覆量の増加およびα−およびγ−アルミナ配合ＵＶ反射性バリア層）の新規な組合せを用いたランプは、標準蛍光ランプと比較して、ほぼ同じかそれ以上の光束を発光し、同様に調整可能な演色および色温度特性を有し、少なくとも３０％長い寿命を有する。さらに、これらの構成要素の新規な組合せの結果として、ランプは標準Ｔ８ランプと比較して同等またはそれより優れた光束維持性を有する。光束維持性は、（ランプ寿命全長での）平均光束対１００時間光束の比として計算される。長寿命にもかかわらず、本発明のランプは、ラピッドスタート安定器と組み合わせて用いた場合、光束維持率が９５％以上である。
【００３１】
以上、本発明を好適な実施態様について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であり、その構成要素を均等物に置き換えることが可能である。さらに、本発明の要旨から逸脱することなく、特定の状況や材料を本発明の教示内容に合致させるために種々の変更を行うことができる。したがって、本発明は本発明を実施する最良の態様として開示した特定の実施態様に限定されず、本発明は特許請求の範囲に入るすべての実施態様を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による代表的な低圧水銀蒸気放電ランプを一部破断して示す平面図である。
【符号の説明】
１０ ランプ
１２ ガラスエンベロープ
１４ バリア層
１６ 蛍光体層
１８ 放電発生手段
２２ 封入ガス

Claims (13)

1. 光透過性ガラスエンベロープ（１２）、放電発生手段（１８）、前記ガラスエンベロープ（１２）の内面に隣接して被覆されたアルミナを含む紫外線反射性バリア層（１４）、前記バリア層（１４）に隣接して被覆された蛍光体層（１６）、および前記エンベロープ（１２）内に封入された放電支持性封入ガス（２２）を備え、
   前記封入ガス（２２）がクリプトンを含まずに本質的に水銀蒸気およびアルゴンのみからなり、２５℃で３．６〜５トルの圧力を有し、
   前記バリア層（１４）の被覆量が０．１〜３ｍｇ／ｃｍ ² であり、
   前記蛍光体層（１６）の被覆量が２．４〜３ｍｇ／ｃｍ²である、水銀蒸気放電蛍光ランプ（１０）。
2. 前記蛍光体層（１６）が赤、緑および青色発光希土類蛍光体の混合三蛍光体系を含む、請求項１に記載のランプ（１０）。
3. 前記バリヤ層（１４）がα−アルミナおよびγ−アルミナ粒子の混合物を含み、前記バリヤ層（１４）が前記ガラスエンベロープ（１２）の内面に直接接触している、請求項１又は２に記載のランプ（１０）。
4. 前記封入ガス（２２）の圧力が２５℃で３．６〜３．７トルである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のランプ（１０）。
5. 光束維持比が９５％以上である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のランプ（１０）。
6. 前記バリヤ層（１４）の被覆量が０．５〜０．７ｍｇ／ｃｍ²である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のランプ（１０）。
7. 前記封入ガス（２２）の圧力が２５℃で３．６〜４．５トルである、請求項１に記載のランプ（１０）。
8. 発光効率が８８ｌｍ／Ｗ以上である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のランプ（１０）。
9. ランプ寿命が２６，０００時間以上である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のランプ（１０）。
10. ランプ（１０）が１００時間で２８００ｌｍ以上を発光する、請求項１に記載のランプ（１０）。
11. ＣＲＩが７５以上である、請求項１に記載のランプ（１０）。
12. Ｔ８蛍光ランプである、請求項１に記載のランプ（１０）。
13. 前記蛍光体層（１６）がハロホスフェート蛍光体層である、請求項１に記載のランプ（１０）。

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