JPH0754692B2

JPH0754692B2 - 低圧水銀蒸気放電灯

Info

Publication number: JPH0754692B2
Application number: JP61071150A
Authority: JP
Inventors: 昭浩井上; 秀徳伊藤; 晃川勝; 和久尾岸
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPS62229752A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、けい光ランプに代表される低圧水銀蒸気放電
灯に関する。

（従来の技術）けい光ランプは白熱電球に比べて発光効率が良いので、
省エネルギー形光源として広く普及している。

最近では、けい光ランプを白熱電球と互換性をもたせる
ため、けい光ランプを一層の小形化および高出力化する
方向への開発が進められている。

けい光ランプを小形化および高出力化するには、バルブ
径を細くしたり、バルブを屈曲させて放電路を長くした
り、さらには屈曲バルブの屈曲率を小さくしたり、ある
いはバルブの断面形状を非円形の偏平形にするなどのご
とく放電路の形状を工夫したり、このような放電路の形
状改良と関連して電位傾度を高めるなど、種々の研究が
なされている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、本発明者らは上記研究の過程で、高出力
を図るため、バルブの単位長さ当りの放電負荷を高くし
てゆくと、バルブ全体が茶褐色に黒ずんでくる、いわゆ
る不透明現象が短時間の内に発生することを見い出し
た。

すなわち、内径7mm、電極間距離30cmのけい光ランプに2
0W（ワット）の電力を投入すると、放電負荷は0.67W/cm
となり、このものは点灯数100時間で不透明現象が発生
し始め、光束の低下がみられる。

また、内寸法6mm×14mmの偏平断面を有し、電極間距離
が30cmのけい光ランプに16Wの電力を投入すると、放電
負荷は0.53W/cmとなり、このものも点灯数100時間で不
透明現象の発生が始まる。特にこのものは断面が偏平で
あるため、幅広な面の中央部での不透明現象が著しく進
行する。

このような、茶褐色に黒ずむ不透明現象は、以下の理由
によるものと推察される。

すなわち、不透明現象を生じたガラスバルブはいづれ
も、通常のけい光ランプに良く使用されるソーダライム
ガラスの如き、ナトリウムなどのようなアルカリ金属を
成分の一部としている軟質ガラスであり、しかも不透明
現象を生じたガラスを分析してみると、ガラス壁の肉厚
内から水銀Hgが析出される。

このことから、放電負荷が高くなると、管壁方向への荷
電粒子の膜ができ、そのシース電界が強くなって放電路
内の水銀イオンが管壁面に強く引かれ、水銀イオンが加
速されてガラス壁の肉厚内に打ち込まれ、この結果水銀
イオンがアルカリ金属と結合して茶褐色の変色を発生さ
せると推測される。

このような理由から、従来のけい光ランプでは、電極間
距離32cmの場合、最大でも12Wの電力しか投入すること
ができず、このものは放電負荷が0.375W/cm程度であ
り、高出力化に制約を受けていた。

したがって本発明の目的は、放電負荷を高くしても不透
明現象を生じさせず、高出力化および長寿命化を実現で
きる低圧水銀蒸気放電灯を提供しようとするものであ
る。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、アルカリ金属酸化物を含むガラスにより構成
されたバルブによって放電路を規制するとともに、この
バルブの内面にけい光体被層を設け、しかも上記放電路
長さ1cm当りの放電負荷が0.4W/cm以上で点灯される条件
下の低圧水銀蒸気放電灯において、上記けい光体層の内
面（放電空間側）に、元素周期表でIII、IV、ＶおよびV
I族の金属の酸化物のうち少なくとも１種の金属酸化物
を含有する保護膜を被着したことを特徴とする。

（作用）このような本発明によれば、けい光体層の内面側に被着
した、元素周期表でIII、IV、ＶおよびVI族の金属の酸
化物のうち少なくとも１種の金属酸化物を含有した保護
膜が、水銀イオンがガラス壁の肉厚内に侵入するのを阻
止し、したがって水銀イオンがバルブを構成するアルカ
リ金属と結合するのを防止する。このため、放電路長さ
1cm当りの放電負荷が0.4W/cm以上の条件で点灯しても、
茶褐色の不透明現象が発生するのが抑止されるようにな
り、高出力および長寿命化が可能になる。

さらに、上記金属酸化物を含有した保護膜はけい光体層
の内面側に形成されているから、水銀から放出される特
に185nmの紫外線がけい光体層に達するのを抑制し、け
い光体が紫外線によって劣化するのが防止されるように
なり、このため光束維持率が向上する。

（発明の実施例）以下本発明について、第１図ないし第６図に示す第１の
実施例にもとづき説明する。

第１図はけい光ランプ装置の構成を示し、１は外囲器で
ある。外囲器１は金属製のカバー２と、ガラスや透光性
樹脂等からなる透光性グローブ３とで構成されており、
この外囲器１内は、基盤４によりカバー２側とグローブ
３側とに仕切られている。

基盤４とカバー２とで囲まれた部屋には図示しない電子
点灯回路部品が収容されており、また、カバー２にはね
じ込み形の口金５が取着されている。

基盤４とグローブ３とで囲まれた空間には屈曲形のけい
光ランプ６が収容されている。屈曲形けい光ランプ６
は、断面が略真円形をなすガラスチューブを複数回屈曲
成形することにより、例えば鞍形をなすバルブ７を備え
ている。このバルブ７の両端部には電極マウント8,8を
封着してあり、またバルブ７の内面には、第２図に示す
ように、けい光体被膜９が被着されているとともに、こ
のけい光体被膜９の内面（放電空間側）に後述する金属
酸化物よりなる保護層10が被着されている。

このようなけい光ランプ６は、その両端部が前記基盤４
に支持されている。

また、バルブ７は上記基盤４とグローブ３とで囲まれた
空間とは独立した気密空間、すなわち放電空間を構成し
ている。

上記けい光体被膜９は、例えば希土類付活リン酸塩けい
光体が使用され、また保護層10は、元素周期表でIII、I
V、ＶおよびVI族の金属の酸化物のうち少なくとも１種
の金属酸化物よりなるもので、本実施例ではAl₂O₃（酸
化アルミニウム）が被着されている。

なお、上記けい光体被膜９および保護層10を形成するに
は以下の方法で実施できる。すなわち希土類付活リン酸
塩けい光体粉末とニトロセルロースを含むバインダーと
を、酢酸ブチルの有機溶剤に混入させてなる溶液を、バ
ルブ７の内面に所定の膜厚となるように塗布し、これを
一旦乾燥させる。次に、このけい光体塗布層の内面に、
Al₂O₃の微粒子を酢酸ブチルの有機溶剤に混入させてな
る溶液を所定膜厚となるように塗布する。しかる後、バ
ルブ７を加熱し、これらけい光体塗布層およびAl₂O₃塗
布層を同時に焼成する。つまり１回の焼成工程で２つの
層を同時に焼成することができる。

なお、Al₂O₃に代わって、Al(NC₃)₃またはAlCl₃（いずれ
も無機金属塩）あるいはAl(SOC₄H₉)₃またはAl(CH₃COO)₃
あるいはAl(CF₃COO)₃（いずれも有機金属化合物）の微
粒子を酢酸ブチルの有機溶剤に混入させたものを用いて
もよく、これらは焼成によりAl₂O₃に変わって保護層10
となる。

上記の構成に係るけい光ランプ６について実験した結果
を説明する。

内径7mm、電極間距離が30cmに設定されたバルブ７の内
面に、希土類付活リン酸塩けい光体よりなる被膜９およ
び、このけい光体被膜９の内面にAl₂O₃よりなる保護層1
0を0.1mg/cm²の割合で形成する。

このけい光ランプに20W（ワット）の電力を投入する
と、放電負荷は0.67W/cmとなるが、その光束維持率を調
べると第３図中の特性ａのようになった。

これに対し、Al₂O₃保護層10を全く設けない上記と同様
のけい光ランプでは、その光束維持率は第３図中の特性
ｄである。

また、上記Al₂O₃保護層10を設けないけい光ランプ（特
性ｄ）に対する光束維持率の向上割合（特性ｄのランプ
を100％とした場合の比率）は、第４図に示す特性ａの
通りである。

このことから、けい光体被膜９の内面にAl₂O₃よりなる
保護層10を形成したけい光ランプは、放電負荷を0.67W/
cmとして光出力を増しても不透明現象を発生せず、長寿
命になることが確認された。

ところで、本発明者等は、けい光体被膜９とAl₂O₃より
なる保護層10を、第５図に示すように、内外逆転して形
成したものについても実験を行った。この実験の条件
は、けい光体被膜９とAl₂O₃保護層10を内外逆の位置に
形成すること以外は前記特性ａのものと同一条件であ
る。第５図に示す構成のランプは、第３図および第４図
にそれぞれ特性ｂとして示されている。

このことから、バルブ７の内面にAl₂O₃保護層10を形成
し、さらにこの内面にけい光体被膜９を形成したけい光
ランプ（特性ｂ）は、放電負荷を0.67W/cmとして光出力
を増しても、Al₂O₃保護層10を設けないランプ（特性
ｄ）に比べて、不透明現象を発生せず、光束維持率が向
上して長寿命になる。

しかしながら、このランプ（特性ｂ）は、バルブ７の内
面にけい光体被膜９を形成しさらにこの内面にAl₂O₃保
護層10を形成しけい光ランプ（特性ａ）に比べると、そ
の光束維持率が若干劣る。この理由は、けい光体被膜９
が最内層に位置すると、けい光体被膜９が放電空間の水
銀の発光に直接さらされるため、水銀の発光波長185nm
の紫外線によってけい光体が劣化されるものと推測され
る。

しかしながら、けい光体被膜９を最内層に位置させて
も、Al₂O₃保護層10がバルブ７の内面に設けられている
から、水銀イオンがバルブ肉厚内へ侵入するのを阻止
し、よってAl₂O₃保護層10を設けない場合よりも寿命特
性が向上する。

なお、上記バルブ７の内面に保護層10を形成し、さらに
その内面にけい光体被膜９を形成したのもは、さらにそ
の内面にAl₂O₃保護層を形成すれば、けい光体被膜９の
劣化が防止され、特性ａと同等の特性が得られる。

さらに、本発明者等は、第６図に示すように、けい光体
粉末とAl₂O₃粉末を混合して単一の被膜15をバルブ７の
内面に被着したものについても実験を行った。この実験
の条件は、単一の被膜15とすること以外は前記特性ａの
ものと同一条件である。

なお、上記単一の被膜15は、希土類付活リン酸塩けい光
体粉末とニトロセルロースを含むバインダーとを、酢酸
ブチルの有機溶剤に混入させてなる溶液に、先に説明し
たAl(NC₃)₃またはAlCl₃（いずれも無機金属塩）あるい
はAl(SOC₄H₉)₃またはAl(CH₃COO)₃あるいはAl(CF₃COO)₃
（いずれも有機金属化合物）の微粒子の少なくとも１種
を１〜10重量％溶解させて、バルブ７の内面に所定の膜
厚となるように塗布し、これを焼成すれば、上記アルミ
ニウムの化合物がAl₂O₃（アルミナ）となるので、けい
光体粉末とAl₂O₃粉末の混合した層15が得られる。

第６図に示す構成のランプは、第３図および第４図にそ
れぞれ特性ｃとして示されている。

このことから、バルブ７の内面けい光体とAl₂O₃粉末と
を混合した被膜15を形成したけい光ランプ（特性ｃ）
は、放電負荷を0.67W/cmとして光出力を増すにも拘ら
ず、Al₂O₃粉末を混合しないランプ（特性ｄ）に比べ
て、不透明現象を発生せず、光束維持率が向上して長寿
命になる。

ただし、このランプ（特性ｃ）も、前述したバルブ７の
内面けい光体被膜９を形成しさらにこの内面にAl₂O₃保
護層10を形成しけい光ランプ（特性ａ）に比べると、そ
の光束維持率が若干劣る。この理由は、被膜15内に混入
されているけい光体が放電空間の水銀の発光波長185nm
の紫外線よって劣化されるものと推測される。

しかしながら、Al₂O₃が被膜15に混在されているため、
水銀イオンがバルブ肉厚内へ侵入するのを阻止し、よっ
てAl₂O₃を混入しないランプよりも寿命特性が向上す
る。

第７図および第８図は本発明の第２の実施例を示し、け
い光ランプの放電路が偏平形をなした例について説明す
る。

本実施例では、グローブを用いず、屈曲形けい光ランプ
20がむき出しに取付けられている。

けい光ランプ20は、例えば４本の略Ｕ字形をなすガラス
管21a,21b,21cおよび21dを、１本の放電路23を形成する
ように接続することでバルブ24を構成したものである。
この場合、各ガラス管21a,21b,21cおよび21dは、それぞ
れの両端部をセラミックなどよりなる基盤４に接合し、
隣接するガラス管21a,21b,21cおよび21d相互は、基盤４
の裏面に接合した中空の中間接続部材22…を介して導通
されている。

各ガラス管21a,21b,21cおよび21dにおける放電路23は、
断面偏平に形成されており、したがって断面円形のもの
に比べて表面積が大きくなり、したって放熱面積が大き
くなるからけい光ランプ20の温度上昇を小さくできる。
ガラス管21a,21b,21cおよび21dの内面には、前記第１の
実施例と同様に、けい光体被膜９が形成されているとと
もに、その内面側に酸化インジウムよりなる保護層10が
形成されている。

なお、上記断面偏平に形成された放電路23は、その長軸
方向が円弧をなすように形成されており、これらガラス
管21a,21b,21cおよび21dは基盤４に取付けた場合、基盤
４の中心線、つまりランプ装置の中心線O-Oに対し、上
記各偏平形をなす放電路23の長軸方向が、第８図に示す
ように、同一円周上に位置するように配置されている。
この円周は基盤４の外郭線により僅かに小さな円であ
る。

なお、25は連続壁を示す。

上記の構成に係るけい光ランプ20について実験した結果
を説明する。

短軸方向寸法6mm、長軸方向寸法14mm、電極間距離が40c
mに設定されたバルブ24の内面に、希土類付活リン酸塩
けい光体よりなる被膜９および、このけい光体被膜９の
内面に酸化インジウムよりなる保護層10を１μｍの厚み
で形成する。

このけい光ランプに20W（ワット）の電力を投入する
と、放電負荷は0.5W/cmとなるが、その光束維持率を調
べると第９図中の特性ｅのようになった。

これに対し、保護層10を全く設けない上記と同様のけい
光ランプでは、その光束維持率は第９図中の特性ｇであ
る。

また、このランプの上記保護層10を設けないけい光ラン
プ（特性ｇ）に対する光束維持率の向上割合（特性ｇの
ランプを100％とした場合の比率）は、第４図に示す特
性ｅの通りである。

このことから、けい光体被膜９の内面に保護層10を形成
したけい光ランプは、放電負荷を0.5W/cmとして光出力
を増しても不透明現象を発生せず、長寿命になることが
確認された。

さらに、本発明者等は、上記のような偏平形のランプに
おいても、けい光体被膜９と保護層10を、内外逆転して
形成したものについての実験を行った。この実験の条件
は、けい光体被膜９と保護層10を内外逆の位置に形成す
ること以外は前記特性ｅのものと同一条件である。この
ような構成のランプは、第９図および第４図にそれぞれ
特性ｆとして示されている。

このことから、特性ｆのけい光ランプは、放電負荷を0.
5W/cmにして光出力を増しても、前記特性ｅのランプに
比べると光束維持率は若干劣るものの、保護層10を設け
ないランプ（特性ｇ）に比べて、不透明現象を発生せ
ず、光束維持率は向上し長寿命になる。

さらに、本発明者等は以下の実験を行った。

すなわち、内径15.5mm、電極間距離が37cmとされた第１
図および第２図のようなバルブ７を有するけい光ランプ
に13W（ワット）の電力を投入する（放電負荷は0.35W/c
mとなる）ように構成し、希土類付活リン酸塩けい光体
よりなる被膜９の内面にAl₂O₃よりなる保護層10を形成
した場合と、保護層10を形成しない場合とで、その光束
維持率を調べてみた。

けい光体被膜９の内面に保護層10を形成した場合は第10
図に特性ｉとして示され、また保護層10を形成しない場
合は第10図に特性ｈとして示されている。

この実験結果から、放電負荷が0.35W/cm程度では、保護
膜10を設けても設けなくても、あまり差がないことが分
る。保護層10を設けて効果があるのは、放電負荷を0.4W
/cm以上にして高出力を狙った場合である。

なお、上記各実施例では、バルブ７および24がこれのみ
で独立して放電空間を構成した例について説明したが、
本発明は第11図に示すように、バルブ31,31の端部を、
気密に形成された外管、例えばグローブ３内に連通させ
た、いわゆる分離内管方式と称される形式のけい光ラン
プであっても実施可能である。このものは、放電が、一
方の電極８から一方のバルブ31を通り、この開放端を出
てグローブ３で規制される空間を介して他方のバルブ31
の開放端から、このバルブ31内を通って他方の電極８に
至る経路でなされる。

また、上記実施例では、保護膜10の材料としてAl₂O
₃（元素周期表のIII族）を使用した例について説明した
が、水銀イオンの透過を防止する材料としては、SiO
₂（IV族）、TiO₂（IV族）、酸化ハフニウム（IV族）、
酸化ネオジウム（希土類＝III族）、酸化モリブデン（V
I族）、酸化セレン（VI族）などの酸化金属化合物であ
ればよい。

また、本発明は、けい光体の材質は特に制約されるもの
ではなく、けい光体を使用しないランプ、例えば紫外線
殺菌ランプなどでも実施可能である。

そして、本発明は、ナトリウムなどのアルカリ金属酸化
物と水銀イオンの結合による不透明現象を防止するもの
であるから、バルブの材質はアルカリ金属酸化物を含む
ものであることがは言うまでもない。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、けい光体層の内面
側に形成した、元素周期表でIII、IV、ＶおよびVI族の
金属の酸化物のうち少なくとも１種の金属酸化物を含有
した保護膜が、水銀イオンがガラス壁の肉厚内に侵入す
るのを阻止するようになり、したがって水銀イオンがバ
ルブを構成するアルカリ金属と結合するのを防止する。
このため、放電路長さ1cm当りの放電負荷が0.4W/cm以上
で点灯しても、茶褐色の不透明現象の発生が抑止される
ことになり、高出力および長寿命化が可能になる。

しかも、上記金属酸化物を含有した保護膜は、けい光体
層の内面側に形成されているから、水銀から放出される
特に185nmの紫外線がけい光体層に達するのを抑制し、
けい光体が紫外線によって劣化するのが防止されるよう
になる。このため光束維持率が向上するという効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図はけい光ランプ装置全体を示す構成図、第２図はバ
ルブの断面図、第３図および第４図はそれぞれ特性図、
第５図および第６図は変形例を示すバルブの断面図、第
７図ないし第９図は本発明の第２の実施例を示し、第７
図はけい光ランプ装置全体を示す構成図、第８図は第７
図中VIII-VIII線の断面図、第９図は特性図、第10図は
他の実験例の特性図、第11図は本発明の第３実施例を示
すけい光ランプ装置の構成図である。 6,20……けい光ランプ、7,24,31……バルブ、８……電
極マウント、９……けい光体被膜、10……保護層、15…
…けい光体とアルミナを混合した保護層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾岸和久神奈川県横須賀市船越町１丁目201番地１株式会社東芝横須賀工場内 (56)参考文献特開昭61−27055（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−105160（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属酸化物を含むガラスにより構
成されたバルブによって放電路を規制するとともに、こ
のバルブの内面にけい光体被層を設け、上記放電路長さ
1cm当りの放電負荷が0.4W/cm以上で点灯される低圧水銀
蒸気放電灯において、上記けい光体層の内面に、元素周期表でIII、IV、Ｖお
よびVI族の金属の酸化物のうち少なくとも１種の金属酸
化物を含有する保護膜を形成したことを特徴とする低圧
水銀蒸気放電灯。
【請求項２】上記バルブは断面形状が偏平であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の低圧水銀蒸気
放電灯。
【請求項３】上記放電路を規制するバルブは、このバル
ブ自身で気密な放電空間を形成したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項または第２項に記載の低圧水銀蒸気
放電灯。
【請求項４】上記放電路を規制するバルブは、気密な放
電空間を形成する外管内にこの外管内と連通した状態で
設置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項に記載の低圧水銀蒸気放電灯。