JP5064128B2

JP5064128B2 - 蛍光ランプ

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Publication number: JP5064128B2
Application number: JP2007173740A
Authority: JP
Inventors: 昌広石塚; 靖仁細川; 三郎梅田; 眞吾川嶋
Original assignee: オスラム・メルコ株式会社
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: JP2009016065A; WO2009005048A1

Description

この発明は、一般照明用などに用いられる蛍光ランプに関する。更に詳しくは、ガラスバルブ内壁面に施される保護膜に関する。

蛍光ランプ（低圧水銀蒸気放電ランプ）は、一般照明用、ＯＡ機器用照明、巨大画面用の画素光源など広範囲に使用されている。蛍光ランプは、内壁面に蛍光膜が設けられたガラスバルブ内に、水銀と希ガスを含む混合ガスを充填し、この混合ガス中で陽光柱放電を生じるように構成したものである。

このような蛍光ランプにおいて、従来から水銀とガラスから溶出するアルカリ金属との反応によるガラス内面及び蛍光体層の変色を妨ぐため、ガラスバルブ内壁面と蛍光膜との間に金属酸化物からなる保護膜を設けることが行われている。

上記の変色を低減させる方法の一つとして、保護膜を厚くし、水銀とアルカリ金属との反応をより効果的に妨げることが考えられる。特に、環形蛍光ランプのように屈曲したガラスバルブを備える蛍光ランプに有効である。屈曲したガラスバルブは、曲げ加工の際に加熱されるためガラスからアルカリ金属が溶出しやすく、水銀とより反応しやすい状態になっているからである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−４９２８０号公報

しかしながら、保護膜を厚くすると、蛍光体層とガラスバルブとの密着性（以下蛍光体被着強度）が弱くなり、蛍光体がガラスバルブから剥がれ、外観が悪化するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、蛍光体被着強度を維持しながら光束維持率の向上が図れる蛍光ランプを提供することを目的とする。

この発明に係る蛍光ランプは、金属酸化物を分散したスラリーを塗布して保護膜を形成した蛍光ランプにおいて、
（１）前記保護膜の厚さが、２．０μｍを超え３．０μｍ以下；
（２）前記金属酸化物の１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）が、０を超え１．３以下；
（３）前記金属酸化物の一次粒子径が、５ｎｍ〜５０ｎｍ
の条件を満たすとともに、
前記金属酸化物は、少なくともアルミナ、チタニア、シリカ、イットニア、セリア、ジルコニアのいずれか一つを含むことを特徴とする。

この発明に係る蛍光ランプは、金属酸化物を分散したスラリーを塗布して保護膜を形成した蛍光ランプにおいて、
（１）前記保護膜の厚さが、０．８〜４．０μｍ；
（２）前記金属酸化物の１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）が、０を超え１．３以下；
（３）前記金属酸化物の一次粒子径が、５ｎｍ
の条件を満たすとともに、
前記金属酸化物は、少なくともアルミナ、チタニア、シリカ、イットニア、セリア、ジルコニアのいずれか一つを含むことを特徴とする。

前記保護膜は、水に、または、水とポリエチレンオキサイドとの混合液に、前記金属酸化物を分散させて懸濁液を作製し、懸濁液を乾燥させて形成されることを特徴とする。

この発明に係る蛍光ランプは、蛍光体被着強度（外観）を維持しながら、光束維持率が向上する。

実施の形態１．
図１乃至図１１は実施の形態１を示す図で、図１は環形蛍光ランプ１の平面図、図２は同要部断面図、図３は金属酸化物の一次粒子と凝集粒子の概念の説明図（（ａ）は一次粒子、（ｂ）は凝集粒子）、図４はアルミナ及びシリカを用いたスラリーの分散処理方法を変えて粒度分布を測定した結果を示す図、図５は保護膜５が材料がＳｉＯ_２で厚さ０．８μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図、図６は保護膜５が材料がＳｉＯ_２で厚さ３．０μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図、図７は保護膜５が材料がＳｉＯ_２で厚さ４．０μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図、図８は保護膜５が材料がＡｌ_２Ｏ_３で厚さ０．８μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図、図９は保護膜５が材料がＡｌ_２Ｏ_３で厚さ３．０μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図、図１０は保護膜５が材料がＡｌ_２Ｏ_３で厚さ４．０μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図、図１１はＳｉＯ_２保護膜とＡｌ_２Ｏ_３保護膜についての保護膜５の厚さと光束維持率との関係図である。

図１に示すように、環形蛍光ランプ１（蛍光ランプの一例、単にランプとも呼ぶ）は、環状のガラスバルブ２を備え、ガラスバルブ２の両端部には、それぞれ図示しない電極が配置されているとともに、それら両端部を跨いで覆うようにして口金３が取り付けられている。また、ガラスバルブ２の内面には、保護膜５、蛍光体層４が順次積層されている（図２も参照）。

保護膜５は、例えば水または水とポリエチレンオキサイドとの混合液にシリカを分散させて懸濁液を作製し、懸濁液をガラスバルブ２内に流し込んでガラスバルブ２内面に懸濁液を塗布し、温風エアーで懸濁液を乾燥させて形成される。

ランプ中の水銀による変色を抑制し、光束維持率の高いランプを得るためには、シリカ等の金属酸化物からなる保護膜５を厚くすることが考えられる。この場合、蛍光体層４の結着強度が低下しないようにするために、保護膜５を緻密に形成する必要がある。

シリカ等の金属酸化物は、一次粒子径が例えば数ｎｍ〜数十ｎｍのものを用いて懸濁液を作製しても粒子が凝集するため、凝集粒子径は一次粒子径の約千倍と大きくなる。

図３はシリカ等の金属酸化物の一次粒子と凝集粒子の概念の説明図である。このように一次粒子径が小さくても、作製された懸濁液の凝集粒子径は大きくなる。

保護膜５を緻密にするためには、懸濁液の作製時に金属酸化物を分散させる分散処理を施す必要がある。

本実施の形態では、懸濁液の作製時における金属酸化物を分散させる分散処理について検討した。

図４の従来例に示すように、材料にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用い、懸濁液の分散処理にプロペラ式攪拌機を使用したものは懸濁液の分散が不十分のため、粒度分布における１μｍ（１０００ｎｍ）未満の累積％が１０で、１μｍ（１０００ｎｍ）以上の累積％が９０である。そのため凝集粒子比率（１μｍ以上の累積％／１μｍ未満の累積％）が約９と大きい。

図４に示す実施例１のものは、材料にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用い、懸濁液の分散処理にタービン式ホモジナイザーを使用した。懸濁液の分散が従来例のものより改善されている。粒度分布における１μｍ未満の累積％が９５で、１μｍ以上の累積％が５である。そのため凝集粒子比率（１μｍ以上の累積％／１μｍ未満の累積％）が約０．０５と従来例に比べ著しく小さくなっている。

図４に示す実施例２のものは、材料にシリカ（ＳｉＯ_２）を用い、懸濁液の分散処理にボールミル（ポット、６時間）を使用した。この実施例でも懸濁液の分散が従来例のものより改善されている。粒度分布における１μｍ未満の累積％が８０で、１μｍ以上の累積％が２０である。そのため凝集粒子比率（１μｍ以上の累積％／１μｍ未満の累積％）が約０．２５と従来例に比べ大幅に小さくなっている。

図４に示す実施例３のものは、材料にシリカ（ＳｉＯ_２）を用い、懸濁液の分散処理に超音波（４００Ｗ、１０分）を使用した。この実施例でも懸濁液の分散が従来例のものより改善されている。粒度分布における１μｍ未満の累積％が９７で、１μｍ以上の累積％が３である。そのため凝集粒子比率（１μｍ以上の累積％／１μｍ未満の累積％）が約０．０３と従来例に比べ著しく小さくなっている。

凝集粒子比率（１μｍ以上の累積％／１μｍ未満の累積％）を小さくする効果を、環形蛍光ランプ１を用いて実験により検証した。図５乃至図１０にその結果を示す。

図５乃至図１０は、蛍光体被着強度（点）と１０００ｎｍ以上比率（凝集粒子比率（１μｍ以上の累積％／１μｍ未満の累積％））との関係を、保護膜５の材料（ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３）、保護膜５の膜厚（０．８、３．０、４．０μｍ）、材料の一次粒子径をパラメータとして調査した結果である。

蛍光体被着強度（点）は、ガラスバルブ２の外側を金属棒で所定回数叩き剥がれた蛍光体の部分の径の大きさでランクを決め、例えば５点法で評価する蛍光体被着強度試験により測定した。点数が大きい程、蛍光体被着強度が優れている。例えば、５点のものは、全く剥がれがない。４点、３点のものは、少々剥がれはあるが、許容レベルである。２点、１点のものは、剥がれが大きく不合格である。

図５は保護膜５の材料がＳｉＯ_２で、保護膜５の厚さが０．８μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図である。ＳｉＯ_２の一次粒子径が、５ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍの４種類の保護膜５について調べた。

図５に示すように、スラリーを分散処理して１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率を小さくすると、蛍光体被着強度が向上する。ＳｉＯ_２の一次粒子径が、小さい程蛍光体被着強度は大きい。一次粒子径が５ｎｍ乃至５０ｎｍでは、１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が約１．３までは蛍光体被着強度は最高の５点である。１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が約１．３を超えると、蛍光体被着強度は低下する。一次粒子径が６０ｎｍでは、一次粒子径が５ｎｍ乃至５０ｎｍのものに比べ、蛍光体被着強度は全体的に弱い。

図６に示すように、保護膜５の材料がＳｉＯ_２で、保護膜５の厚さが３．０μｍの場合は、保護膜５の厚さが０．８μｍのときより若干蛍光体被着強度が低下する。一次粒子径が５ｎｍ乃至５０ｎｍでは、１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が約１までは蛍光体被着強度は最高の５点であるが、１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が約１を超えると蛍光体被着強度が低下する。しかし、１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が約１．３でも、蛍光体被着強度は約４．５点ある。一次粒子径が６０ｎｍでは、一次粒子径が５ｎｍ乃至５０ｎｍのものに比べ、保護膜５の厚さが０．８μｍのときよりもさらに蛍光体被着強度は全体的に低下する。

図７に示すように、保護膜５の材料がＳｉＯ_２で、保護膜５の厚さが４．０μｍの場合は、蛍光体被着強度はさらに低下する。１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が１を超えても、使用可能なものは一次粒子径が５ｎｍのもののみである。従って、保護膜５の材料がＳｉＯ_２で、保護膜５の厚さが４．０μｍものは、保護膜５がの厚すぎて十分な蛍光体被着強度が得られない。

以上のように、保護膜５の材料がＳｉＯ_２の場合、所定の蛍光体被着強度を得る条件は、保護膜５の厚さが３．０μｍ以下、１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が１．３以下である。そして、ＳｉＯ_２の一次粒子径は、５ｎｍ〜５０ｎｍが好ましい。

次に、保護膜５の材料がＡｌ_２Ｏ_３の場合について、図８乃至図１０により説明する。図８に示すように、保護膜５の厚さが０．８μｍの場合は、保護膜５の材料がＳｉＯ_２の場合より若干蛍光体被着強度が低下するが、略ＳｉＯ_２と同じ蛍光体被着強度が得られる。

図９に示すように、保護膜５の厚さが３．０μｍでも、保護膜５の厚さが０．８μｍのお場合と蛍光体被着強度は余り変わらない。

図１０に示すように、保護膜５の厚さが４．０μｍになると、１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が１を超えても、使用可能なものは一次粒子径が５ｎｍのもののみである。従って、保護膜５の材料がＡｌ_２Ｏ_３で、保護膜５の厚さが４．０μｍものは、保護膜５がの厚すぎて十分な蛍光体被着強度が得られない。

以上のように、保護膜５の材料がＡｌ_２Ｏ_３の場合も、所定の蛍光体被着強度を得る条件は、保護膜５の厚さが３．０μｍ以下、１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が１．３以下である。そして、Ａｌ_２Ｏ_３の一次粒子径は、５ｎｍ〜５０ｎｍが好ましい。

保護膜５の厚さが薄くなると、ガラスバルブ２内に封入される水銀とガラスバルブ２のアルカリ金属との反応によりガラス内面または蛍光体層が変色して、ランプの光束維持率が低下する。

図１１は光束維持率と保護膜５の厚さとの関係をＳｉＯ_２保護膜とＡｌ_２Ｏ_３保護膜について調べた結果である。光束維持率は、２０００時間での光束の１００時間での光束に対する比率で表す。即ち、光束維持率（％）＝２０００時間での光束／１００時間での光束。

図１１に示すように、ＳｉＯ_２保護膜とＡｌ_２Ｏ_３保護膜とでは殆ど差はない。両者共に保護膜の厚さが０．８μｍより小さくなると光束維持率が低下する。光束維持率の観点から、保護膜５の厚さは０．８μｍ以上が条件となる。

以上をまとめると、所定の蛍光体被着強度及び光束維持率を得る条件は、保護膜５の材料がＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３の場合、保護膜５の厚さが０．８μｍ〜３．０μｍ、１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率が１．３以下である。そして、ＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３の一次粒子径は、５ｎｍ〜５０ｎｍが好ましい。

以上の説明は、最も効果が大きい環形蛍光ランプ１について行ったが、本実施の形態は、他の直管蛍光ランプ等の他の蛍光ランプにも適用できる。

保護膜５の材料は、シリカ（ＳｉＯ_２）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いたが、その他にチタニア、イットリア、セリア、ジルコニアにも本実施の形態は適用できる。

実施の形態１を示す図で、環形蛍光ランプ１の平面図。実施の形態１を示す図で、同要部断面図。実施の形態１を示す図で、金属酸化物の一次粒子と凝集粒子の概念の説明図（（ａ）は一次粒子、（ｂ）は凝集粒子）。実施の形態１を示す図で、アルミナ及びシリカを用いた懸濁液の分散処理方法を変えて粒度分布を測定した結果を示す図。実施の形態１を示す図で、保護膜５が材料がＳｉＯ_２で厚さ０．８μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図。実施の形態１を示す図で、保護膜５が材料がＳｉＯ_２で厚さ３．０μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図。実施の形態１を示す図で、保護膜５が材料がＳｉＯ_２で厚さ４．０μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図。実施の形態１を示す図で、保護膜５が材料がＡｌ_２Ｏ_３で厚さ０．８μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図。実施の形態１を示す図で、保護膜５が材料がＡｌ_２Ｏ_３で厚さ３．０μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図。実施の形態１を示す図で、保護膜５が材料がＡｌ_２Ｏ_３で厚さ４．０μｍのときの１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）と蛍光体被着強度との関係図。実施の形態１を示す図で、ＳｉＯ_２保護膜とＡｌ_２Ｏ_３保護膜についての保護膜５の厚さと光束維持率との関係図高圧放電灯点灯装置１００の回路図。

符号の説明

１環形蛍光ランプ、２ガラスバルブ、３口金、４蛍光体層、５保護膜。

Claims

金属酸化物を分散したスラリーを塗布して保護膜を形成した蛍光ランプにおいて、
（１）前記保護膜の厚さが、２．０μｍを超え３．０μｍ以下；
（２）前記金属酸化物の１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）が、０を超え１．３以下；
（３）前記金属酸化物の一次粒子径が、５ｎｍ〜５０ｎｍ
の条件を満たすとともに、
前記金属酸化物は、少なくともアルミナ、チタニア、シリカ、イットニア、セリア、ジルコニアのいずれか一つを含むことを特徴とする蛍光ランプ
金属酸化物を分散したスラリーを塗布して保護膜を形成した蛍光ランプにおいて、
（１）前記保護膜の厚さが、０．８〜４．０μｍ；
（２）前記金属酸化物の１０００ｎｍ以上の凝集粒子比率（１０００ｎｍ以上の累積％／１０００ｎｍ未満の累積％）が、０を超え１．３以下
（３）前記金属酸化物の一次粒子径が、５ｎｍ
の条件を満たすとともに、
前記金属酸化物は、少なくともアルミナ、チタニア、シリカ、イットニア、セリア、ジルコニアのいずれか一つを含むことを特徴とする蛍光ランプ。
前記保護膜は、水に、または、水とポリエチレンオキサイドとの混合液に、前記金属酸化物を分散させて懸濁液を作製し、懸濁液を乾燥させて形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蛍光ランプ。