JPH09213277A

JPH09213277A - 蛍光ランプ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09213277A
Application number: JP1918696A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Matsuo; 和尋松尾; Yasuhiro Igai; 泰博猪飼; Juichi Sasada; 壽一笹田
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 1997-08-15
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JP3383506B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラスバルブ内に封入される水銀量を低減し
て、環境保護の点で問題のある水銀の使用量を少なく
し、安全性の高い蛍光ランプを得ること。【解決手段】ガラスバルブ２の内面に蛍光体と金属酸
化物、例えば酸化イットリウムの連結体６を有する混合
膜３が形成されており、この混合膜３の連結体６が蛍光
体粒子７間に配設され粒子間を強固に連結している。ガ
ラスバルブ２と混合膜３との間には金属酸化物からなる
第１の薄膜４が形成されており、さらに混合膜３の管中
心に近い面である内面には金属酸化物からなる第２の薄
膜５が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低圧水銀蒸気の放電
を用いるランプである蛍光ランプおよびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、蛍光ランプは、ガラスバルブ等
からなるランプ容器の内面に被着された蛍光体を発光さ
せるために、ランプ容器の中に水銀が封入されており、
水銀の励起波長２５４ｎｍの光が用いられている。近
年、環境保護の観点から、蛍光ランプに使用されている
水銀量を削減する要求が高まっており、ランプ容器内の
水銀消費量を抑制する技術の開発が求められている。従
来の蛍光ランプにおける水銀は、水銀がガラスバルブ内
へ拡散したり、ガラスバルブから拡散したナトリウム
（Ｎａ）が水銀と反応してアマルガムを生成したり、水
銀が蛍光体に吸着すること等により、使用時間の経過と
ともに次第に消費される。水銀がガラスバルブ内へ拡散
したり、ガラスバルブからのナトリウムイオンと反応す
ることを防止するために、従来の蛍光ランプにはガラス
バルブの内面にアルミナ保護膜層を形成していた。

【０００３】本願発明者らは、従来の蛍光ランプにおけ
る水銀の消費について考察するために、二次イオン質量
分析計を用いて従来の蛍光ランプにおける水銀のイオン
カウント数を測定した。図１５は、その分析結果であ
り、従来の三波長域発光形蛍光ランプの蛍光体層、アル
ミナ保護膜層、ガラスバルブにおける水銀の二次イオン
強度を示すグラフである。図１５に示すように、従来の
蛍光ランプにおいては、多くの水銀が蛍光体層に吸着さ
れ消費されていた。

【０００４】以上のように、従来の蛍光ランプにおい
て、ランプ容器内に封入された水銀とガラスバルブのナ
トリウムイオンとの反応は抑制されているものの、相当
量の水銀が蛍光体層に吸着され消費されていた。しかも
この水銀の消費量は蛍光ランプの使用時間の経過ととも
に増大する。このため、従来の蛍光ランプのランプ容器
内には、地球環境に対して有害な物質で使用量をできる
だけ少なくすることが望ましいところの水銀が、発光に
必要な量を大きく上回り、多く使用されていた。

【０００５】水銀の蛍光体層の表面への吸着を防止する
従来の技術としては、特開平４−２４５１６２号公報に
開示されたものがある。この公報に開示された従来の技
術は、蛍光ランプにおいて水銀によりランプ容器が黒ず
む、いわゆる黒化現象を抑制し、光束の低下を防止する
ことを目的とするものである。この公報に開示された蛍
光ランプは、上記目的を達成するため、蛍光体層の内面
に被膜を形成して、その被膜により水銀の蛍光体層への
吸着を少なくし、黒化現象を抑制しようとするものであ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の蛍光ランプ（特開平４−２４５１６２号）にお
いて、蛍光体層の内面に形成された被膜は、いわば砂地
のような隙間を有するものである。このため、蛍光体層
等への水銀の侵入を確実に防止することが困難であっ
た。従って、この従来技術において、蛍光ランプの水銀
消費量を大幅に減少させ、ランプ容器内に封入すべき水
銀量を少なくすることはできなかった。本発明は、水銀
の蛍光体層等への吸着を防止するとともに、ガラスバル
ブのナトリウムと水銀との反応を防止して、予め封入す
べき水銀量を発光に必要な最小限に設定することができ
る蛍光ランプ及びその製造方法を提供することを目的と
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る蛍光ランプ
は、ランプ容器の内面に蛍光体と金属酸化物の連結体と
の混合膜が形成され、ランプ容器の内部に水銀が封入さ
れており、前記混合膜の連結体が前記蛍光体の粒子の隙
間に配設され、前記連結体が前記蛍光体の粒子間を橋掛
け状に接続している。

【０００８】本発明に係る蛍光ランプの製造方法は、蛍
光体材料をランプ容器の内面に塗布し、乾燥して蛍光体
層を形成し、その蛍光体層に金属アルコキシド溶液を塗
布し、加水分解させる。次に、前記蛍光体層を加熱処理
をすることにより、前記蛍光体層の蛍光体粒子間に金属
酸化物の橋掛け状態の連結体を有する混合膜を形成す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の蛍光ランプにおけ
る実施の形態を記載する。本発明の蛍光ランプでは、内
部に水銀を封入したランプ容器の内面に、蛍光体と金属
酸化物との混合膜が形成されており、前記混合膜が前記
蛍光体の粒子の隙間に形成された前記金属酸化物の連結
体を有し、前記連結体により前記蛍光体の粒子間が連続
した橋掛け状態になっている。このため、本発明の蛍光
ランプでは、蛍光体粒子が金属酸化物により強固に連結
され、蛍光ランプ内の水銀がガラス容器から隔離されて
いる。この結果、水銀がガラス容器のナトリウムと反応
せず、ランプ容器内に封入された水銀の消費は抑制され
る。

【００１０】本発明の蛍光ランプでは、前記ランプ容器
の内面と前記混合膜との間に連続した金属酸化物の第１
の薄膜が形成されている。このため、本発明の蛍光ラン
プは、蛍光ランプ内の水銀がランプ容器から確実に隔離
されており、ランプ容器内の水銀の消費が抑制されてい
る。

【００１１】本発明の蛍光ランプでは、前記混合膜の管
中心に近い面である内面に連続した金属酸化物の第２の
薄膜が形成されている。このため、本発明によれば、蛍
光体が金属酸化物により水銀から隔離され、水銀吸着に
よる蛍光体の化学的な劣化が抑制され、また水銀の蛍光
体へ吸着及び酸化による水銀の消費が防止される。

【００１２】本発明の蛍光ランプでは、前記ランプ容器
の内面と前記混合膜との間に連続した金属酸化物の第１
の薄膜が形成され、かつ前記混合膜の管中心に近い面で
ある内面に連続した金属酸化物の第２の薄膜が形成され
ている。このため、本発明の蛍光ランプでは、ランプ容
器及び蛍光体が金属酸化物により水銀から隔離され、水
銀吸着による蛍光体の化学的な劣化が防止されている。
また、本発明によれば、水銀の蛍光体及びランプ容器へ
の吸着と拡散及び酸化による水銀の消費が防止される。

【００１３】本発明の蛍光ランプでは、前記金属酸化物
が波長２５４ｎｍの光を透過する物質からなる。このた
め、本発明の蛍光ランプでは、水銀の励起波長２５４ｎ
ｍの光が蛍光体にほぼ確実に到達して、蛍光体を発光さ
せる。

【００１４】本発明の蛍光ランプでは、前記金属酸化物
が二酸化硅素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸
化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化
イットリウムの群から選ばれた少なくとも一種から構成
されている。このため、本発明の蛍光ランプでは、水銀
との化学的親和力の低い元素を構成物質とする金属酸化
物を用いて、水銀との化学反応が防止されている。

【００１５】本発明の蛍光ランプでは、前記金属酸化物
が波長１８５ｎｍ付近の光を５０％以上遮断する物質か
ら構成されている。このため、本発明によれば、蛍光ラ
ンプの蛍光体の劣化が防止されている。

【００１６】本発明の蛍光ランプは、前記混合膜が酸化
防止剤を有している。このため、本発明によれば、蛍光
ランプ内の酸化水銀の発生を抑制することができる。

【００１７】本発明の蛍光ランプは、前記混合膜が不純
物としてリンまたはボロンを有している。このため、本
発明によれば、ガラス容器のナトリウムの移動を禁止し
て、水銀とナトリウムとの反応を抑制することができ
る。

【００１８】本発明の蛍光ランプの製造方法は、蛍光体
材料をランプ容器の内面に塗布し、乾燥して蛍光体層を
形成する工程と、金属アルコキシド溶液を前記蛍光体層
の内面に塗布し、加水分解させる工程と、前記蛍光体層
を加熱し、前記蛍光体層の蛍光体の粒子間に橋掛け状の
金属酸化物からなる連結体を有する混合膜を形成する工
程と、を有する。このように、本発明の製造方法による
蛍光ランプは、蛍光体が金属酸化物により強固に連結さ
れ、水銀がガラス容器から隔離されるため、ランプ容器
内の水銀の消費は抑制される。

【００１９】また、本発明の蛍光ランプの製造方法は、
蛍光体材料をランプ容器の内面に塗布し、乾燥して蛍光
体層を形成する工程と、金属アルコキシド溶液を前記蛍
光体層の内面に塗布し、加水分解させる工程と、前記蛍
光体層を加熱し、前記蛍光体層の蛍光体の粒子間に橋掛
け状の金属酸化物からなる連結体を有する混合膜を形成
し、且つ前記蛍光体層を浸透した金属アルコキシド溶液
が前記ランプ容器内面と前記混合膜との間に連続した金
属酸化物からなる第１の薄膜を形成する工程と、を有す
る。このように、本発明の製造方法による蛍光ランプ
は、ランプ容器が金属酸化物により水銀から隔離される
ため、ランプ容器内に封入された水銀の消費は抑制され
る。

【００２０】また、本発明の蛍光ランプの製造方法は、
蛍光体材料をランプ容器の内面に塗布し、乾燥して蛍光
体層を形成する工程と、金属アルコキシド溶液を前記蛍
光体層の内面に塗布し、加水分解させる工程と、前記蛍
光体層を加熱し、前期蛍光体層の内面に金属酸化物から
なる第２の薄膜を形成し、且つ前記蛍光体層の蛍光体の
粒子間に橋掛け状の金属酸化物からなる連結体を有する
混合膜を形成する工程と、を有する。このように、本発
明の製造方法による蛍光ランプは、蛍光体が金属酸化物
により水銀から隔離されるため、水銀吸着による蛍光体
の化学的な劣化が抑制され、また水銀の蛍光体への吸着
及び酸化による消費が抑制される。

【００２１】また、本発明の蛍光ランプの製造方法は、
蛍光体材料をランプ容器の内面に塗布し、乾燥して蛍光
体層を形成する工程と、金属アルコキシド溶液を前記蛍
光体層の内面に塗布し、加水分解させる工程と、前記蛍
光体層を加熱し、前期蛍光体層の内面に金属酸化物から
なる第２の薄膜を形成し、前記蛍光体層の蛍光体の粒子
間に橋掛け状の金属酸化物からなる連結体を有する混合
膜を形成し、且つ前記蛍光体層を浸透した金属アルコキ
シド溶液が前記ランプ容器内面と前記混合膜との間に連
続した金属酸化物の第１の薄膜を形成する工程と、を有
する。このように、本発明の製造方法による蛍光ランプ
は、ランプ容器及び蛍光体が金属酸化物により水銀から
隔離されるため、水銀吸着による蛍光体層の化学的な劣
化が抑制され、また水銀の蛍光体及びランプ容器への吸
着とと酸化、及び拡散による消費が抑制される。

【００２２】また、本発明の蛍光ランプの製造方法は、
前記金属アルコキシド溶液により形成される金属酸化物
が二酸化硅素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸
化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化
イットリウムの群から選ばれた少なくとも一種から構成
されている。このため、本発明による蛍光ランプは、水
銀との化学的親和力の低い元素を構成物質とする金属酸
化物を用いて、水銀との化学反応が防止されている。

【００２３】本発明の蛍光ランプの製造方法の別の例
（version）では、前記金属アルコキシド溶液の代わり
に、金属硝酸塩、金属硫酸塩、金属カルボン酸塩、金属
β−ジケトナート錯体を用いている。このため、本発明
による蛍光ランプは、水銀との化学的親和力の低い元素
を構成物質とする金属酸化物を用いて、水銀との化学反
応が防止されている。

【００２４】本発明の蛍光ランプの製造方法のさらなる
例（version）では、前記金属酸化物の第１の薄膜、第
２の薄膜及び連結体が、波長２５４ｎｍの光を透過する
金属化合物で構成されている。このため、本発明による
蛍光ランプは、水銀の励起波長２５４ｎｍの光が蛍光体
に確実に到達して、蛍光体を発光させる。

【００２５】本発明の蛍光ランプの製造方法のさらなる
例（version）では、前記金属アルコキシド溶液に酸化
防止剤を添加している。このため、本発明による蛍光ラ
ンプは、蛍光ランプ内の酸化水銀の発生が抑制されてい
る。

【００２６】本発明の蛍光ランプの製造方法のさらなる
例（version）では、前記金属アルコキシド溶液に不純
物としてリンまたはボロンを添加している。このため、
本発明による蛍光ランプは、ガラス容器のナトリウムの
移動を禁止して、水銀とナトリウムとの反応が抑制され
ている。

【００２７】本発明の蛍光ランプの製造方法のさらなる
例（version）では、前記蛍光体材料に金属アルコキシ
ド溶液を予め混合して、ランプ容器上に混合膜を形成す
ることもできる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の蛍光ランプの好適な実施例に
ついて、図面を用いて説明する。図１は、本発明の好適
な実施例である蛍光ランプを一部破断して示した側面断
面図であり、その一部を拡大して示している。図１の拡
大図に示されている各層は理想化して平坦に描いてい
る。図１に示すように、本実施例の蛍光ランプは、ラン
プ容器となる直管形状のガラスバルブ２と、このガラス
バルブ２の両端に設けられた電極１とを有している。ガ
ラスバルブ２の内面には蛍光体を有する混合膜３が形成
されている。また、ガラスバルブ２内には、希ガスとと
もに水銀が封入されている。なお、本実施例の蛍光ラン
プは、高負荷でなく低負荷の直管形状の蛍光ランプや環
形状の蛍光ランプであり、負荷０．３５Ｗ／ｃｍと同程
度のものを用いた。

【００２９】図２は、本実施例の蛍光ランプにおける蛍
光体を有する混合膜３等を拡大して示した断面図であ
る。図２に示すように、混合膜３には、蛍光体粒子７間
の隙間を埋めるように、ガラス化した化学的に安定な金
属酸化物、本実施例では酸化イットリウムからなる連結
体６が形成されている。また、ガラスバルブ２と混合膜
３との間には、ガラスバルブ２の内面を被覆するよう
に、前記連結体６と同じ金属酸化物である酸化イットリ
ウムからなる第１の薄膜４が形成されている。さらに、
混合膜３の内面（図２における上面）は、前記連結体６
と同じ金属酸化物である酸化イットリウムからなる第２
の薄膜５により被覆されている。ガラス化した上記金属
酸化物は、酸化イットリウムにより形成されているた
め、水銀の励起波長である２５４ｎｍの光を透過する。
このため、混合膜３内の蛍光体粒子７は、水銀の励起波
長である２５４ｎｍの光を受けて発光する。なお、発明
者らは本実施例の蛍光ランプにおける前述の混合膜３の
連結体６、第１の薄膜４及び第２の薄膜５について、Ｓ
ＥＭ（走査型電子顕微鏡）及びＸＭＡ（Ｘ線マイクロア
ナライザー）等の分析装置によりその存在を確認した。
上記実施例においては、金属酸化物として酸化イットリ
ウムを用いたが、その他に二酸化硅素、酸化アルミニウ
ム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化バナジウ
ム及び酸化ニオブを用いても同様の結果が得られた。

【００３０】次に、本実施例において、第１の薄膜４、
第２の薄膜５及び連結体６に用いた金属酸化物の光の透
過率について説明する。図３から図９は、上記各種の金
属酸化物の膜体（厚み約０．５μｍ）における紫外光の
透過率を示すグラフである。図３は二酸化硅素（ＳｉＯ
₂）、図４は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、図５は酸
化ハフニウム（ＨｆＯ₂）の場合におけるそれぞれの透
過率を示している。図３から図５に示すように、これら
の金属酸化物による膜体は水銀の励起波長である２５４
ｎｍの光をほぼ１００％透過する。このため、二酸化硅
素、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウムにより形成さ
れた第１の薄膜４、第２の薄膜５及び連結体６は、蛍光
体粒子７の発光に対して悪影響を及ぼさない。

【００３１】図６は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、図
７は酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）、図８は酸化ニオブ（Ｎ
ｂ₂Ｏ₅）、図９は酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）の場合に
おけるそれぞれの透過率を示している。図６に示すよう
に、酸化ジルコニウムは水銀の励起波長である２５４ｎ
ｍの光をほぼ９５％透過する。このため、酸化ジルコニ
ウムにより形成された第１の薄膜４、第２の薄膜５及び
連結体６は、蛍光体粒子７の発光に対して悪影響を及ぼ
さない。なお、酸化ジルコニウムの膜体は、波長が２０
０ｎｍ以下の光に対して透過率が低く、８０％以上の遮
断作用を有する。

【００３２】図７から図９に示すように、酸化バナジウ
ム、酸化ニオブ及び酸化イットリウムのそれぞれは、水
銀の励起波長である２５４ｎｍの光をほぼ８５％透過す
る。このため、酸化バナジウム、酸化ニオブ又は酸化イ
ットリウムにより形成された第１の薄膜４、第２の薄膜
５及び連結体６は、蛍光体粒子７の発光に対して悪影響
を及ぼさない。なお、酸化イットリウムの膜体は、波長
が２００ｎｍ以下の光に対して透過率が低く、７０％以
上の遮断作用を有する。

【００３３】次に、本実施例の蛍光ランプにおける水銀
の蛍光体への付着防止作用について図１０を用いて説明
する。図１０は、本実施例の蛍光ランプを一部破断して
示した概念図である。図１０において、電極１から放出
された電子２１（電子２１の動きを矢印ａで示す）は水
銀原子２２を励起する。励起された水銀原子２２（水銀
原子２２の動きを矢印ｂで示す）からの励起波長２５４
ｎｍの紫外光ｃが第２の薄膜５及び連結体６を透過し
て、蛍光体粒子７に衝突する。この蛍光体粒子７がスト
ークスの法則より水銀原子２２の励起波長２５４ｎｍの
光により長波長の可視光を発光して、蛍光ランプは点灯
状態となる。なお、本実施例の第１の薄膜４、第２の薄
膜５及び連結体６が酸化イットリウム又は酸化ジルコニ
ウムにより形成されている場合には、波長１８５ｎｍ付
近の水銀の励起波長の光は実質的に遮断される。このよ
うに、酸化ジルコニウム又は酸化イットリウムにより形
成された第１の薄膜４、第２の薄膜５及び連結体６を有
する蛍光ランプにおいては、蛍光体粒子７を特に劣化さ
せる波長１８５ｎｍの光が金属酸化物により遮断されて
いるため、蛍光体粒子７の劣化が大幅に抑制される。

【００３４】本実施例の混合膜３の内側面は、蛍光体粒
子７を覆うように形成された、ガラス化した平坦な第２
の薄膜５で覆われている。このため、水銀原子２２がブ
ラウン運動により移動しても、混合膜３内の蛍光体粒子
７に衝突することはなく、水銀原子２２が蛍光体粒子７
に吸着して、酸化水銀を作るおそれがない。さらに、本
実施例においては、混合膜３とガラスバルブ２との間に
は第１の薄膜４が形成されているため、水銀原子２２が
ガラスバルブ２まで達するおそれがない。従って、ガラ
スバルブ２に含有されているナトリウム原子２３が水銀
原子２２と反応してアマルガムを生成することがない。
上記のように、本実施例の蛍光ランプは、水銀原子２２
が蛍光体粒子７に吸着して、酸化されることがない。ま
たガラスバルブのナトリウム原子２３と反応することが
ない。これらのため、ガラスバルブ２内の水銀の消費量
を大幅に抑制でき、蛍光ランプの封入水銀量を発光に必
要な最少量にとどめることができる。

【００３５】次に、本実施例の第１の薄膜４、第２の薄
膜５及び連結体６として用いられる金属酸化物材料にお
ける水銀の侵入状態について図１１を用いて説明する。
図１１は、各種材料における水銀の深さ方向への拡散量
を示すグラフである。図１１において、水銀の拡散量と
して、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析装置）を用いて水
銀イオンのカウント数を測定した。この測定において用
いたランプは、（ａ）ソーダガラスからなるクリアバル
ブのみのランプと、（ｂ）同じクリアバルブの内面上に
酸化アルミニウム膜体を約０．５μｍの厚みで作成した
ランプと、（ｃ）同じクリアバルブの内面上に酸化イッ
トリウム膜体を約０．５μｍの厚みで作成したランプで
ある。これらのランプを２０００時間点灯した後、各ラ
ンプにおける水銀の深さ方向への拡散量を分析した。そ
の結果を図１１に示す。

【００３６】図１１において、曲線Ａはソーダガラスの
みからなるクリアバルブにおける水銀の拡散曲線を示
し、曲線Ｂはクリアバルブ上の酸化アルミニウム膜体へ
の水銀の拡散曲線を示している。また、曲線Ｃはクリア
バルブ上の酸化イットリウム膜体への水銀の拡散曲線を
示している。なお、図１１において、横軸は深さ（μ
ｍ）を通常の１０進数目盛で示し、縦軸は水銀イオンの
カウント数（個数）を対数目盛で示した。図１１に示す
ように、金属酸化物の膜体を形成したランプは、水銀の
侵入量が極めて少なく、水銀の蛍光体粒子への吸着を防
止する効果を有する。このため、本実施例の金属酸化物
の膜体等を有する蛍光ランプは水銀の消費を抑制するこ
とが実験的に確認された。

【００３７】次に、本実施例の蛍光ランプ内に封入する
水銀の使用量について説明する。以下の説明において、
金属酸化物の膜体として酸化イットリウムを用いた実施
例の蛍光ランプ（直管形状の２０Ｗ；ＦＬ２０ＳＳ・Ｅ
Ｘ−Ｎ／１８）を例にとり、図１２を用いて説明する。
図１２は、蛍光体層のみの蛍光ランプと、金属酸化物と
して酸化イットリウムを用いた蛍光ランプとにおける、
光束と点灯時間との関係を解析したグラフである。従来
の蛍光ランプにおける水銀使用量は直管形状２０Ｗの場
合、約１０ｍｇであるが、この解析において用いた直管
形状２０Ｗの本実施例の蛍光ランプは水銀使用量を０．
５ｍｇときわめて少量に制限した。

【００３８】図１２において、曲線Ｄは蛍光体層のみの
比較例の蛍光ランプの光束変化曲線を示し、曲線Ｅは酸
化イットリウムの金属酸化物を有する本実施例の蛍光ラ
ンプの光束変化曲線を示している。図１２のグラフから
明らかなように、蛍光体層のみの蛍光ランプ（曲線Ｄ）
は、約２０００時間で水銀が消失して、点灯しなくなっ
た。これに対して、酸化イットリウムの金属酸化物を有
する蛍光ランプ（曲線Ｅ）は、５０００時間経過した時
点で光束維持率９０％を維持していた。図１２に示した
グラフの結果から、本実施例の蛍光ランプは金属酸化物
を有する混合膜３や、金属酸化物からなる第１の薄膜４
及び第２の薄膜５を有している。このため、本実施例の
蛍光ランプは水銀使用量を大幅に削減する効果があるこ
とが確認された。

【００３９】次に、蛍光ランプ内に封入される水銀の消
費量について説明する。蛍光ランプ内の水銀消費量を計
測するために、非破壊で蛍光ランプ中の水銀量を定量分
析できるカタホレシス法（Cataphoresis-analysis）を
用いた。図１３は水銀の消費量と点灯時間との関係を解
析したグラフである。この解析において用いた蛍光ラン
プは、直管形状の２０Ｗの蛍光ランプ（ＦＬ２０ＳＳ・
ＥＸ−Ｎ／１８）に３．０ｍｇの水銀を封入した。図１
３において、曲線Ｆは蛍光体層のみの蛍光ランプの水銀
消費曲線を示し、曲線Ｇは酸化イットリウムの金属酸化
物を有する蛍光ランプの水銀消費曲線を示している。図
１３のグラフから明らかなように、金属酸化物を有する
蛍光ランプは蛍光体層のみの蛍光ランプに比べて水銀消
費量が極めて少ない。図１３のグラフから、金属酸化物
を有する蛍光ランプは、蛍光体層のみの蛍光ランプに比
べて、５０００時間点灯時において約６５％の水銀消費
量が低減できることが理解できる。

【００４０】次に、本発明の蛍光ランプの製造方法につ
いて、図１４に示すフローチャートに従って説明する。
ステップ１において、蛍光体材料、例えば三波長域発光
形の発光体材料を調合する。次に、この蛍光体材料をガ
ラスバルブ２の内面に塗布し、乾燥して、蛍光体層を形
成する（ステップ２）。その後、ステップ３において、
前記蛍光体層の上に金属アルコキシド、例えばイットリ
ウムイソプロポキシドを酢酸ブチルに溶解して、塗布
し、約１００℃で約１５分間乾燥するとともに、金属ア
ルコキシドを加水分解させる。さらに、金属アルコキシ
ドの重合反応が進むにつれてアルコールが発生するた
め、このアルコールを気化除去する。その後、ステップ
４において、前記蛍光体層をシンター炉で適時加熱処理
（約５００℃、約２分間）を施し、混合膜３、第１の薄
膜４及び第２の薄膜５を形成する。以降、通常のとおり
の次のステップからなる蛍光ランプの製造方法を経て、
本実施例の蛍光ランプが製造される：すなわちガラスバ
ルブを排気処理し（ステップ５）、そのガラスバルブ中
に希ガス及び水銀を封入し（ステップ６）、ガラスバル
ブを封止する（ステップ７）の各工程である。

【００４１】上記製造方法においては、蛍光体材料によ
り蛍光体層を形成した後、金属化合物を塗布したが、本
発明の蛍光ランプの製造方法は上記製造方法に限定する
ものではない。即ち、金属化合物と蛍光体材料とを予め
混合して、ガラスバルブ内面に混合膜３を形成すること
も可能である。ただし、金属化合物と蛍光体材料とを予
め混合して混合膜を形成する場合には、上記製造方法に
おけるステップ３及びステップ４は不要となり、ステッ
プ１における乾燥時間及び温度の設定変更が必要であ
る。本実施例の金属アルコキシドの金属化合物は、金属
酸化物からなる膜体等の分子構造が低分子構造の酸化物
（ＭＯ_x）でなく、高分子構造の酸化物（Ｍ−Ｏ−Ｍ−
Ｏ−・・・）が得られる金属アルコキシドを用いて、強
固な膜体等を形成している。

【００４２】金属酸化物の膜体の一例として、金属元素
をイットリウム（Ｙ）としたときのイットリウムイソプ
ロポポキシドを例にとり、蛍光体粒子間等に形成される
金属酸化物の生成プロセスを金属アルコキシドの化学反
応の流れに基づいて示すと、次のとおりとなる。

【００４３】

【化１】

【００４４】イットリウムイソプロポポキシドは、加水
分解によりイットリウムイソプロポポキシドのイソプロ
ピル基（−ＯＣ₃Ｈ₇）が水酸基（−ＯＨ）に置換され、
プロパノールが生成される。このイットリウム化合物が
さらに脱水して重合する。この反応を繰り返し、約５０
０℃のアニール処理を行うことにより、酸化イットリウ
ム（Ｙ₂Ｏ₃）の連続した金属酸化物が形成される。な
お、本発明の製造方法は、アルキル基に代表されるよう
な有機金属化合物を出発材料としても酸化イットリウム
（Ｙ₂Ｏ₃）の連続した金属酸化物の膜体等が形成され
る。その一般的な化学反応を次に示す。

【００４５】

【化２】

【００４６】金属酸化物の膜体の他の一例として、金属
元素をシリコン（Ｓｉ）としたときのテトラエトキシシ
ラン（ＴＥＯＳ）を例にとり、蛍光体粒子間等に形成さ
れる金属酸化物の生成プロセスを金属アルコキシドの化
学反応の流れに基づいて示す次のとおりとなる。

【００４７】

【化３】

【００４８】テトラエトキシシランは、加水分解により
テトラエトキシシランのエトキシ基（−ＯＣ₂Ｈ₅）が水
酸基（−ＯＨ）に置換され、シラノールへと変化して、
エタノールが生成される。シラノールがさらに脱水して
重合する。この反応を繰り返し、約５００℃のアニール
処理を行うことでＳｉＯ₂の強固な金属酸化物の膜体等
が形成される。

【００４９】さらに、本発明の蛍光ランプの製造方法で
は、金属酸化物を形成するための出発材料を金属硝酸
塩、金属硫酸塩、金属カルボン酸塩、金属β−ジケトナ
ート錯体などの無機金属化合物及び有機金属化合物を用
いることができる。このような金属化合物を用いた場合
には、加水分解反応過程を経ずに熱分解反応により有機
金属化合物が酸化され、最終生成物として前述の金属酸
化物と同様の膜体等が形成されることが確認された。

【００５０】なお、前述のいずれの無機金属化合物及び
有機金属化合物についても、熱分解反応と酸化反応を経
て膜体等を作成するためには、３００℃〜８００℃の範
囲の温度でアニール処理することが好ましい。この温度
範囲は示差熱分析により確認した。

【００５１】なお、前述の実施例では、ランプ容器内に
少なくとも一対の電極を有する場合について説明した
が、本発明の蛍光ランプは無電極の蛍光ランプについて
も実施することができる。

【００５２】また、本発明の蛍光ランプにおいては、前
述の酸化イットリウム及び二酸化珪素の他に次の金属酸
化物も同様に用い得る。その例を示せば、酸化アルミニ
ウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化バナジ
ウム及び酸化ニオブの単体、またはそれらの中から選ば
れた二種以上からなるものを用いた場合である。この場
合も前述の酸化イットリウム及び二酸化珪素と同様に実
施することができる。

【００５３】なお、本発明の蛍光ランプでは、金属アル
コキシド溶液に酸化防止剤を添加して、混合膜を形成す
ることにより、水銀の酸化を防止し、蛍光ランプ内に酸
化水銀の発生を抑制することができる。また、本発明の
蛍光ランプは、金属アルコキシド溶液に不純物としてリ
ンまたはボロンを添加して、混合膜を形成することによ
り、ガラスバルブからのナトリウムの移動を禁止し、ナ
トリウムと水銀との反応を確実に抑制することができ
る。また、前記金属アルコキシド溶液の代わりに、金属
硝酸塩、金属硫酸塩、金属カルボン酸塩、金属β−ジケ
トナート錯体を用いて、酸化防止剤及び、リン又はボタ
ンを添加しても前述の効果と同様の効果を有する。

【００５４】また、本発明の蛍光ランプの技術は、通常
のスタータ型蛍光ランプに適用できることはもちろんの
こと、導電性膜を有するラピッドスタータ型蛍光ランプ
にも適用することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明の蛍光ランプによ
れば、ランプ容器の内面に励起波長２５４ｎｍの光を透
過する連結体と蛍光体とを有する混合膜を形成すること
により、蛍光体に対する水銀の吸着を防止することがで
きる。またそれにより蛍光ランプ内に封入すべき水銀量
を発光に必要な最低量に抑えることができる。このた
め、本発明によれば、環境保護の観点から問題となって
いる水銀の使用量を著しく低減することが可能となり、
安全性の高い蛍光ランプを提供することができる。

【００５６】また、本発明の蛍光ランプは、ガラス容器
と混合膜との間に第１の薄膜を形成し、混合膜の管中心
に近い面である内面に第２の薄膜を形成した。このた
め、ガラス容器内に封入された水銀がガラス容器及び蛍
光体から確実に隔離され、水銀のガラス容器及び蛍光体
への拡散、吸着等が防止され、水銀の消費量が大幅に低
減される。この結果、本発明によれば、無駄な水銀の使
用をなくすことができ、公害上問題となっている水銀の
使用量を著しく低減することが可能となる。

【００５７】また、本発明の蛍光ランプの製造方法によ
れば、金属アルコキシド等を保護膜の製造に用いること
により、前記金属アルコキシドの重合反応を蛍光体層上
で行い、強固な混合膜を得ることができる。またこの方
法により化学的に安定な混合膜を形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である蛍光ランプの一部を破
断して示した側面断面図と、その一部を拡大して示した
拡大図である。

【図２】本発明の蛍光ランプにおける混合膜等を拡大し
て示した断面図である。

【図３】二酸化硅素膜の光の透過率を示す図である。

【図４】酸化アルミニウム膜の光の透過率を示す図であ
る。

【図５】酸化ハフニウム膜の光の透過率を示す図であ
る。

【図６】酸化ジルコニウム膜の光の透過率を示す図であ
る。

【図７】酸化バナジウム膜の光の透過率を示す図であ
る。

【図８】酸化ニオブ膜の光の透過率を示す図である。

【図９】酸化イットリウム膜の光の透過率を示す図であ
る。

【図１０】本発明の蛍光ランプの一部を破断して示した
概念図である。

【図１１】酸化イットリウム膜、酸化アルミニウム膜等
における深さと水銀の拡散量との関係を示す図である。

【図１２】本発明の蛍光ランプと従来の蛍光ランプの光
束維持率と点灯時間との関係を示す図である。

【図１３】本発明の蛍光ランプと従来の蛍光ランプにお
ける、水銀の消費量と点灯時間との関係を示す図であ
る。

【図１４】本発明の蛍光ランプの製造方法を説明するた
めのフローチャートである。

【図１５】従来の蛍光ランプ（４０Ｗ）における、水銀
の拡散量を示す図である。

【符号の説明】

２ガラスバルブ３混合膜４第１の薄膜５第２の薄膜６連結体７蛍光体粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に水銀を封入したランプ容器の内面
に、蛍光体と金属酸化物との混合膜が形成されており、
前記混合膜が前記蛍光体の粒子の隙間に形成された前記
金属酸化物の連結体を有し、前記連結体により前記蛍光
体の粒子間が連続した橋掛け状態になっていることを特
徴とする蛍光ランプ。
【請求項２】前記ランプ容器の内面と前記混合膜との
間に連続した金属酸化物の第１の薄膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
【請求項３】前記混合膜の管中心に近い面である内面
に連続した金属酸化物の第２の薄膜が形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
【請求項４】前記ランプ容器の内面と前記混合膜との
間に連続した金属酸化物の第１の薄膜が形成され、かつ
前記混合膜の管中心に近い面である内面に連続した金属
酸化物の第２の薄膜が形成されていることを特徴とする
請求項１記載の蛍光ランプ。
【請求項５】前記金属酸化物が波長２５４ｎｍの光を
透過する物質からなることを特徴とする請求項１、２、
３又は４記載の蛍光ランプ。
【請求項６】前記金属酸化物が二酸化硅素、酸化アル
ミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化バ
ナジウム、酸化ニオブ及び酸化イットリウムからなる群
から選ばれた少なくとも一種からなることを特徴とする
請求項１、２、３又は４記載の蛍光ランプ。
【請求項７】前記金属酸化物が波長１８５ｎｍ付近の
光を５０％以上遮断する物質からなることを特徴とする
請求項１、２、３又は４記載の蛍光ランプ。
【請求項８】前記混合膜が酸化防止剤を有することを
特徴とする請求項１、２、３又は４記載の蛍光ランプ。
【請求項９】前記混合膜が不純物としてリンまたはボ
ロンを有することを特徴とする請求項１、２、３又は４
記載の蛍光ランプ。
【請求項１０】蛍光体材料をランプ容器の内面に塗布
し、乾燥して蛍光体層を形成する工程、金属アルコキシド溶液を前記蛍光体層の内面に塗布し、
加水分解させる工程、前記蛍光体層を加熱し、前記蛍光体層の蛍光体の粒子間
に橋掛け状の金属酸化物からなる連結体を有する混合膜
を形成する工程、を有することを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
【請求項１１】蛍光体材料をランプ容器の内面に塗布
し、乾燥して蛍光体層を形成する工程、金属アルコキシド溶液を前記蛍光体層の内面に塗布し、
加水分解させる工程、前記蛍光体層を加熱し、前記蛍光体層の蛍光体の粒子間
に橋掛け状の金属酸化物からなる連結体を有する混合膜
を形成し、且つ前記蛍光体層を浸透した金属アルコキシ
ド溶液が前記ランプ容器内面と前記混合膜との間に連続
した金属酸化物からなる第１の薄膜を形成する工程、を有することを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
【請求項１２】蛍光体材料をランプ容器の内面に塗布
し、乾燥して蛍光体層を形成する工程、金属アルコキシド溶液を前記蛍光体層の内面に塗布し、
加水分解させる工程、前記蛍光体層を加熱し、前期蛍光体層の内面に金属酸化
物からなる第２の薄膜を形成し、且つ前記蛍光体層の蛍
光体の粒子間に橋掛け状の金属酸化物からなる連結体を
有する混合膜を形成する工程、を有することを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
【請求項１３】蛍光体材料をランプ容器の内面に塗布
し、乾燥して蛍光体層を形成する工程、金属アルコキシド溶液を前記蛍光体層の内面に塗布し、
加水分解させる工程、前記蛍光体層を加熱し、前期蛍光体層の内面に金属酸化
物からなる第２の薄膜を形成し、前記蛍光体層の蛍光体
の粒子間に橋掛け状の金属酸化物からなる連結体を有す
る混合膜を形成し、且つ前記蛍光体層を浸透した金属ア
ルコキシド溶液が前記ランプ容器内面と前記混合膜との
間に連続した金属酸化物からなる第１の薄膜を形成する
工程、を有することを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
【請求項１４】前記金属アルコキシド溶液により形成
される金属酸化物が二酸化硅素、酸化アルミニウム、酸
化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸
化ニオブ及び酸化イットリウムからなる群から選ばれた
少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１０、
１１、１２又は１３記載の蛍光ランプの製造方法。
【請求項１５】前記金属アルコキシド溶液の代わり
に、金属硝酸塩、金属硫酸塩、金属カルボン酸塩、金属
β−ジケトナート錯体を用いることを特徴とする請求項
１０、１１、１２又は１３記載の蛍光ランプの製造方
法。
【請求項１６】前記金属酸化物の第１の薄膜、第２の
薄膜及び連結体が、波長２５４ｎｍの光を透過する金属
化合物であることを特徴とする請求項１０、１１、１２
又は１３記載の蛍光ランプの製造方法。
【請求項１７】前記金属アルコキシド溶液に酸化防止
剤を添加したことを特徴とする請求項１０、１１、１２
又は１３記載の蛍光ランプの製造方法。
【請求項１８】前記金属アルコキシド溶液に不純物と
してリンまたはボロンを添加したことを特徴とする請求
項１０、１１、１２又は１３記載の蛍光ランプの製造方
法。
【請求項１９】前記蛍光体材料に金属アルコキシド溶
液を予め混合することを特徴とする請求項１０、１１、
１２又は１３記載の蛍光ランプの製造方法。