JP4755170B2 - 発光管、放電ランプ及び発光管の製造方法 - Google Patents
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- Formation Of Various Coating Films On Cathode Ray Tubes And Lamps (AREA)
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Description
蛍光膜は、通常、紫外線により照射されると、その膜厚方向において、ガラス管の外部へと放射される可視光線の量と同量の可視光線がガラス管の内部へと放射される。このガラス管の内部へと放射される可視光線は、ガラス管の横断面において反対側に対向する蛍光膜で、その一部が吸収され、吸収されずに残った可視光がガラス管の外部へと放射される。
この放電ランプは、発光管を構成するガラス管が、その両端間の略中央に折り返し部を有し、この折り返し部から両端部に亘る部分が旋回軸廻りに2重に旋回する2重螺旋形状に形成されており、このガラス管の内周面に塗布される蛍光膜は、ガラス管の横断面において、螺旋形状の内周側に位置する部分(旋回軸に近い部分)では厚く、逆に螺旋形状の外周側に位置する部分では薄くなっている。つまり、旋回軸廻りに旋回しているガラス管の横断面の内周面であって、この横断面でのガラス管の中心を通りかつ旋回軸と略直交する方向に対向する2つの部位において、蛍光膜の厚みが、旋回軸に近い方が遠い方に比べて厚くなっている。
通常、ランプに装着されている発光管は、天井に設置された点灯具に装着されて使用されることが多く、この場合、発光管の折り返し部が下方を向いてしまうことになる。したがって、従来の発光管では、横方向の照度を向上させることができるものの、照度の必要な下方ではさほど明るくならないという問題がある。
しかも、前記ガラス管は、前記折り返し部から両端までの部分が前記旋回軸廻りに旋回する2重螺旋形状に形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る放電ランプは、上記構成の発光管を備える。
一方、本発明にかかる発光管の製造方法は、ガラス管を折り返し、その折り返された部分から少なくとも一方の端部までが旋回軸廻りに旋回する旋回部に形成されていると共に、当該ガラス管の内周面に蛍光体が塗布された発光管の製造方法であって、ガラス管を湾曲させて折り返し部と旋回部とを形成する工程と、当該形成されたガラス管の内部に蛍光膜用の懸濁液を注入する工程と、懸濁液が注入されているガラス管を、前記折り返し部が上になるように立設した状態で、内部の懸濁液を流出させる工程と、前記懸濁液を流出させたガラス管を、前記立設した状態で乾燥させる工程とを経てなされることを特徴としている。これにより、旋回部分のガラス管の横断面における内周面であって、この横断面でのガラス管の中心を通り且つ前記旋回軸と平行な方向に対向する2つの部位において、塗布された蛍光膜の厚みが、折り返し部側よりその対向側の方が厚い発光管を容易に得ることができる。
また、前記懸濁液は、前記ガラス管を当該折り返し部が上となるようにした状態で注入されていることを特徴とし、さらに、前記懸濁液の注入は、注入された懸濁液の先端が折り返し部を越えるまで行われることを特徴とする。このため、例えば、2重螺旋形状のガラス管内に注入された懸濁液を流出する際に、懸濁液内で発泡させることなく行え、しかも、そのままの姿勢で乾燥させることができる。
さらに、前記ガラス管の内径が、5mm以上9mm以下の範囲であることを特徴とする。このようなガラス管の内径が小さいものでも、ガラス管の横断面において旋回軸方向に蛍光膜の厚みを不均一にできる。
また、本発明に係る発光管の製造方法では、懸濁液が注入されているガラス管を、前記折り返し部が上になるように立設した状態で、内部の懸濁液を流出させて、立設した状態で乾燥させている。このため、旋回部分のガラス管の横断面における内周面であって、当該横断面でのガラス管の中心を通り且つ前記旋回軸と平行な方向に対向する2つの部位において、塗布された蛍光膜の厚みが、旋回軸方向で折り返し部と反対側が折り返し部側より厚くできる。これにより、ガラス管の横断面において、旋回軸方向であって折り返し部と反対側の部位に塗布された蛍光膜で反射して折り返し部側に放射される可視光を増やすことができる。
1.電球形蛍光ランプの構成について
図1は、本実施の形態に係る電球形蛍光ランプの一部を切り欠いた全体構成を示す正面図である。この電球形蛍光ランプ(以下、単に「ランプ1」という。)は、白熱電球60Wの代替用である12W品種である。
図2は、発光管の内部の様子を説明するためにガラス管の一部を切り欠いた状態の正面図である。
なお、ガラス管9の管内径φiは、5mm以上9mm以下が好ましい。これは、管内径φiが5mm未満になるとガラス管9内に後述の電極の設置が難しくなり、また、管内径φiが9mmより大きくなると発光管2が大きくなり、従来の白熱電球60Wよりも大きくなるからである。
また、旋回軸方向において、図2での下方をさすときは、その方向に発光管2の頂部があることから頂部側ともいい、逆に上方をさすときは、その方向で発光管の基部側がホルダ41に支持されていることから基部側ともいう。
ガラス管9の内周面には、図2に示すように、希土類の蛍光膜10が塗布されている。なお、塗布方法については後ほど説明する。この蛍光膜10には、赤、緑、青発光の3種類の発光体を混合したもの(三波長域用)が用いられている。
さらに、各旋回部92、93におけるガラス管9の横断面の基部側の部位に塗布された蛍光膜は、折り返し部91から端部94、95に向かう(近づく)に従って徐々に厚くなっている。
ガラス管9の内部には、水銀が単体形態で略5mg封入され、また緩衝ガスとして、例えばアルゴンガスが、上述の排気管96を介して600Paで封入されている。
発光管2の下端部、つまりガラス管9の折り返し部91には、下方(旋回軸方向で口金5と反対側)へと膨出する凸部91aが形成されており、この凸部91aと外管バルブ6の内周面の下端部62とが、透明なシリコーンからなる熱伝導性媒体15により熱的に結合されている。なお、発光管2の下端部とは、ガラス管9の折り返し部91側の先端部分に相当する。
次に発光管2の製造方法を説明する。図3は、ガラス管を屈曲させて2重螺旋形状に形成する工程を説明する図であり、図4は、2重螺旋形状に形成されたガラス管内に蛍光膜を塗布する工程を説明する図である。なお、以下の説明では、直管状のガラス管を2重螺旋状に形成し、そのガラス管内に蛍光膜を塗布する工程までを説明し、この後に行われる、緩衝ガス、水銀等の封入、電極の封着等の工程については、従来と同じ方法であり、その説明は省略する。
ア.ガラス管の軟化工程
まず、図3の(a)に示すような直管状のガラス管110を用意する。このガラス管110は、その横断面形状が略円形状であり、管内径φiが略7.4mm、管外径φoが略9.0mmである。そして、この直管状のガラス管110の中間部(少なくとも2重螺旋形状に湾曲させる部分を含む)を、図3の(a)に示すように、電気或いはガス等の加熱炉120内にセットし、ガラス管110の温度が軟化点以上になるまで加熱して、ガラス管110の中間部を軟化させる。
軟化したガラス管110を加熱炉120から出して、図3の(b)に示すように、ガラス管110の略中央114を成形冶具130(材質:ステンレス)の頂部に位置合わせして、この成形冶具130を図外の駆動装置により回転させる。
これにより軟化したガラス管110は成形冶具130に巻き付けられる。なお、ガラス管110の略中央114は折り返し部117となり、成形治具130の外周面に形成された螺旋形状の溝部131に沿って旋回している部分が旋回部115、116となる。
そして、軟化状態にあったガラス管110の温度が低下して硬化状態に戻ると、成形冶具130をガラス管110の巻き付け時と反対方向に回転させて、成形冶具130から2重螺旋形状のガラス管110を取り外す。
2)蛍光膜の塗付について
ア.注入工程
上記のようにして製造された発光管用のガラス管100の内周面に蛍光膜を塗布する塗布方法を、図4を用いて説明する。
懸濁液の流出が終了すると、もう1つの端部から、同じように懸濁液を、2重螺旋状に形成されたガラス管100内に注入する。このときも懸濁液の先端が折り返し部117を超えるまで注入した後、ガラス管100をそのままの姿勢で内部の懸濁液を流出させる。
ガラス管100内の懸濁液の流出が終了すると、図4の(c)に示すように、乾燥炉135内にガラス管100をそのまま立設させた状態でセットして乾燥させる。このとき、乾燥がより早く終了するように、ガラス管100の両端部から内部に温風を交互に流し込んでいる。乾燥炉135内の温度は、略45℃に設定されており、この乾燥炉135内にガラス管100を約8分間入れておく。
従来の2重螺旋形状の発光管の製造方法は、直管状のガラス管に、まず蛍光膜を、例えば、ダウンフラッシュ法により塗布し、その後で、ガラス管を加熱して2重螺旋形状に湾曲させている。この方法は、ガラス管を旋回軸廻りに旋回させる、その半径(以下、この半径を「旋回半径」という。)が大きい場合には、ガラス管の内周面に塗布された蛍光膜にひびが入ったり、蛍光膜が剥がれたりすることも少ないが、本実施の形態のように、旋回半径が小さい場合には、蛍光膜にひびが入ったり、蛍光膜が剥がれたりして、ガラス管内に蛍光膜を塗布することができなかった。つまり、本実施の形態で説明するような外観寸法の小さな発光管には適用できなかった。
3.ランプ性能について
1)蛍光膜の膜厚(単位面積当たりの質量)
上記製造方法で製造された発光管の蛍光膜の膜厚について測定した。測定位置は、図2に示すように、旋回軸Aを含む平面で発光管2を上下方向(紙面に対して直交する方向)に切断し、その時の各周におけるガラス管の横断面であってガラス管の中心を通り且つ旋回軸方向に相対向する位置である。なお、測定位置の符号Pna、Pnbの「n」は、折り返し部91からの周回数であり、「a」は、ガラス管9の横断面における旋回軸方向の頂部側の測定位置を現し、「b」は、同じく旋回軸方向の基部側、つまり折り返し部側と反対側の測定位置を現している。
これに対して、頂部側の蛍光膜(図2における測定位置が、P1a、P2a、P3a、P4a)の被膜量は、周回数が増えても、大きな変化がなく、若干小さくなる傾向にある。
上記塗布方法で蛍光膜を塗布すると、その発光管は、上述の測定結果で示したように、旋回軸方向に蛍光膜の厚さが異なる。以下に、ガラス管内に塗布された蛍光膜の厚さが旋回軸方向で異なる発光管を用いたランプ(以下、「不均一品」という。)と、ガラス管内に塗布された蛍光膜の厚さが略一定な発光管を用いたランプ(以下、「均一品」という。)とについて、それぞれのランプを点灯させて発光光束を測定した。
ランプ性能の測定時の条件を以下に示す。
印加電圧 ・・・ 交流100V(周波数:60Hz)
点灯時の温度 ・・・ 25°C
点灯条件 ・・・ 口金上点灯
消費電力 ・・・ 12W
この条件でランプを点灯して、100時間のエージング後にランプ性能を測定した。ランプ性能の結果を以下の表2に示す。ここでは、ランプ性能として、発光光束及びランプ直下での直下照度の2種類について測定した。
図6は、塗布された蛍光膜が不均一な不均一品と、略均一な均一品との配光特性を示す配光曲線図である。同図及び表2に示すように、ランプ直下での直下照度は、均一品が58cdであるのに対し、不均一品は64cdであった。このように不均一品の方が約6cd(約10%)向上している。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記の各実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば以下のような変形例を実施することができる。
1.発光管を覆う外管バルブについて
上記の実施の形態では、発光管を覆う外管バルブとしてA型を用いたが、他の形状の外管バルブ、例えば、T型、G型などを用いても良い。さらに、発光管は、その頂部でシリコンを介して外管バルブに結合されているが、外管バルブに結合されていなくても良い。また、この外管バルブを備えていなくても良い。この場合においても上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
1)材料について
上記の実施の形態では、赤、緑、青色の3色用の蛍光体を用いた3波長用の懸濁液を用いてガラス管の内周面に蛍光膜を塗布しているが、他の蛍光体、例えば、一般照明用のハロりん酸カルシウム蛍光体を主成分とした懸濁液を用いても良いし、さらにこのハロりん酸カルシウム蛍光体に、赤、緑、青色等の蛍光体を混合したものでも良い。
上記の実施の形態では、懸濁液の粘度が5.8cPとなるようにバインダ、脱イオン水等の構成比率を調整して懸濁液を製作しているが、ガラス管の内径の寸法、旋回軸方向に隣接するガラス管の間隔(螺旋ピッチ)、蛍光体の種類・材料を変えることで、この粘度も変わるものと考えられる。
なお、本実施の形態において、懸濁液の粘度が、4.5cP〜8.0cPの範囲外であっても、ガラス管の横断面における基部側の蛍光膜の方を頂部側よりも厚くすることも可能である。しかしながら、発光管からの発光光束が減少したり、直下照度が均一品と大差なかったりする。つまり、上記の懸濁液の粘度の範囲は、ガラス管内に蛍光膜を略均一に塗布した発光管を用いたランプよりも、発光管から発する全光束を高め、さらに、直下照度を向上させることができるように、蛍光膜を塗布するための粘度である。
3.蛍光膜の厚さについて
1)折り返し部側の部位に塗布された蛍光膜について
上記実施の形態では、発光管を構成するガラス管の横断面において、旋回軸方向であって折り返し部側の部位に塗布されている蛍光膜の単位面積当たりの質量が、略5.8mg/cm2 としているが、2mg/cm2以上12mg/cm2以下の範囲であれば良い。これは、蛍光膜の厚さが略5.8mg/cm2のとき、発光管から発せられる発光光束が最大となり、上記の2mg/cm2以上12mg/cm2以下の範囲では、さほど最大の発光光束と差が無いからである。
上記実施の形態では、発光管を構成するガラス管の横断面において、旋回軸方向であって折り返し部側と反対側の部位(端部側の部位)に塗布されている蛍光膜の単位面積当たりの質量が、略13.9mg/cm2としているが、5mg/cm2以上30mg/cm2の範囲であれば良い。
本実施の形態では2重螺旋形状の発光管を用いているが、実験の容易性から直管状の発光管を用いている。
用いた直管は、直径25mm、全長580mmの20W型の直管蛍光ランプである。この直管状のガラス管は、まず、ダウンフラッシュ工法で蛍光膜が管内に略均一に塗布されている。この蛍光膜の被膜量は、略5.8mg/cm2である。この理由は、上記1)で説明したように発光管から発光光束が最大となるからである。なお、用いた蛍光膜は、上記の実施の形態で用いたものと同じであり、懸濁液の構成も略同じである。
このようにして製作された発光管を用いて、厚塗部と対向する側、つまり薄塗部側での輝度と、発光管から発せられた光束について測定した。この結果を図7に示す。
このような結果から、厚塗部における蛍光膜の被膜量が、5mg/cm2以上30mg/cm2以下の範囲であれば、発光管から発せられる光束もさほど低下することもなく、しかも、薄塗部側の輝度も向上させることができる。
4.発光管の形状について
上記の実施の形態では、発光管は、折り返し部で折り返され、その両側が、ガラス管の端部まで旋回軸の廻りを旋回し、全体として2重螺旋状に形成されている。しかし、発光管の形状は、他の形状、例えば、折り返し部で折り返された一方の側だけが旋回軸廻りに旋回して、全体として1重の螺旋形状であっても良い。また、ガラス管は、折り返し部の両側が旋回する2重螺旋状であって、ガラス管の端部が旋回軸と略平行にしたものであっても、実施の形態と同様な効果が得られる。
一方、上記の実施の形態のように、ガラス管内に塗布された蛍光膜が、旋回軸方向であってホルダ側が折り返し部側よりも厚くすることで、ランプを口金上点灯したとき(このとき旋回軸が上下方向と一致する)のランプの直下照度が向上することが判明している。
実施の形態では、電球形蛍光ランプに適用した発光管について説明したが、上記構成のように蛍光膜が塗布されている或いは上記製造方法で製造された発光管は、放電ランプである他のランプ、例えば、電子安定器を備えていない蛍光ランプにも適用できる。
2 発光管
4 ケース
5 口金
6 外管バルブ
7、8 電極
9 ガラス管
91 折り返し部
92、93 旋回部
10 蛍光膜
A 旋回軸
Claims (13)
- ガラス管の中間部に折り返し部を有し、前記ガラス管における前記折り返し部から少なくとも一方の端部に向かって旋回軸の廻りを旋回している旋回部を有すると共に、前記ガラス管の内周面に蛍光膜が塗布されている発光管であって、
前記旋回部の任意のガラス管の横断面において、前記横断面でのガラス管の中心を通り且つ前記旋回軸と平行な方向に対向する2つの部位の内、前記一方の端部側部位の蛍光膜の厚みが前記折り返し部側部位の蛍光膜の厚みよりも厚く、且つ、前記折り返し部側部位から前記対向する一方の端部側部位にかけて蛍光膜の厚みが徐々に厚くなり、
前記折り返し部から前記一方の端部に向かう前記旋回部において、前記各横断面の一方の端部側部位の各蛍光膜の膜厚が、前記折り返し部から離れるに従って厚くなっていることを特徴とする発光管。 - 前記ガラス管は、前記折り返し部から両端部までが前記旋回軸廻りに旋回する2重螺旋形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の発光管。
- 前記ガラス管は、前記ガラス管の両端部が前記旋回軸と略平行であり、前記折り返し部から前記両端部手前までが旋回する2重螺旋形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の発光管。
- 前記旋回部に対応するガラス管の横断面において、前記旋回軸方向であって前記折り返し部側の内周面に塗布されている蛍光膜の単位面積当たりの質量が、2mg/cm2以上12mg/cm2以下の範囲内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光管。
- 前記旋回部に対応するガラス管の横断面において、前記旋回軸方向であって前記少なくとも一方の端部側の内周面に塗布されている蛍光膜の単位面積当たりの質量が、5mg/cm2以上30mg/cm2以下の範囲内であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光管。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光管を備えていることを特徴とする放電ランプ。
- ガラス管を折り返し、その折り返された部分から少なくとも一方の端部に向かって旋回軸の廻りを旋回する旋回部に形成されていると共に、前記ガラス管の内周面に蛍光体が塗布され、前記旋回部の任意のガラス管の横断面において、前記横断面でのガラス管の中心を通り且つ前記旋回軸と平行な方向に対向する2つの部位の内、前記一方の端部側部位の蛍光膜の厚みが前記折り返し部側部位の蛍光膜の厚みよりも厚く、且つ、前記折り返し部側部位から前記対向する一方の端部側部位にかけて蛍光膜の厚みが徐々に厚くなり、前記折り返し部から前記一方の端部に向かう前記旋回部において、前記各横断面の一方の端部側部位の各蛍光膜の膜厚が、前記折り返し部から離れるに従って厚くなっている発光管の製造方法であって、
ガラス管を湾曲させて折り返し部と旋回部とを形成する工程と、
当該形成されたガラス管の内部に蛍光膜用の懸濁液を注入する工程と、
懸濁液が注入されているガラス管を、前記折り返し部が上になるように立設した状態で、内部の懸濁液を流出させる工程と、
前記懸濁液を流出させたガラス管を、前記立設した状態で乾燥させる工程と
を経てなされることを特徴とする発光管の製造方法。 - 前記ガラス管は、前記折り返し部から両端部までが前記旋回軸廻りに旋回する2重螺旋形状に形成されていること特徴とする請求項7に記載の発光管の製造方法。
- 前記ガラス管は、前記ガラス管の両端部が前記旋回軸と略平行であり、前記折り返し部から前記両端部手前までが旋回する2重螺旋形状に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の発光管の製造方法。
- 前記懸濁液は、前記ガラス管を前記折り返し部が上となるようにした状態で注入されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の発光管の製造方法。
- 前記懸濁液の注入は、注入された懸濁液の先端が折り返し部を越えるまで行われることを特徴とする請求項10に記載の発光管の製造方法。
- 前記懸濁液の粘度が、4.5cP以上8.0cP以下の範囲内であることを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の発光管の製造方法。
- 前記ガラス管の内径が、5mm以上9mm以下の範囲であることを特徴とする請求項7〜12のいずれか1項に記載の発光管の製造方法。
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