JPH01112651A

JPH01112651A - 蛍光放電灯

Info

Publication number: JPH01112651A
Application number: JP27114387A
Authority: JP
Inventors: Shinji Noguchi; 晋治野口; Osamu Kuramitsu; 修倉光
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1989-05-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕この発明は、蛍光放電灯、とりわけ、無電極蛍光放電灯
等における光束減退（バルブ内壁黒化）防止技術に関す
る。

〔背景技術〕

バルブ（管球）内に電極を設けず、外部から高周波電場
をかけることによりバルブ内部の希ガスあるいは金属蒸
気等のガス類を放電させる、いわゆる、無電極放電灯は
、小型高出力、長寿命等の優れた特徴を有するため、照
明用のみならず、電子複写機やファクシミリ等の光学機
器における原稿読み取り用の光源への応用など、幅広い
用途があり、盛んに研究開発が進められている。

この無電極放電灯のバルブ内には、通常、上記のように
、アルゴン等の希ガスが封入されたり、それら希ガスに
水銀等の発光させたい元素が蒸気化しやすい状態で併せ
て封入されたりしている。

それらの気体原子または分子は、高周波放電により電離
して持続的に発生する電子と衝突し、この衝突電子の運
動エネルギーを吸収して励起される。そして、その励起
状態から基底状態に戻る際に放電スペクトルが発生する
わけであるが、そのほとんどが、人間の視覚でとらえら
れない紫外線領域に属するスペクトルである。したがっ
て、照明用または光学機器における原稿読み取り用の光
源等として利用するためには、何らかの手段により、紫
外線を人間の目に感じることのできる可視光線に変換す
るというプロセスを経ることが必要であり、蛍光放電灯
においてバルブ内に形成された蛍光体層が、この変換の
役目を担っているのである。

このような無電極型のものも含め、一般゛に、蛍光放電
灯においては、使用に伴って経時的にバルブ内壁面が黒
化し、そのため、ランプの発光効率が低下する、いわゆ
る、光束減退（光束維持率の低下）が長年の問題となっ
ている。

その光束減退、すなわち、バルブ内壁面の黒化が起こる
原因として、前記封入ガスとして最も一般的なアルゴン
および水銀を使用した無電極蛍光放電灯を例として挙げ
ると、以下のような現象が考えられる。

■　アルカリアマルガムの形成無電極蛍光放電灯のバルブには、通常、動作時の高温（
２００〜３００℃）に耐えうるように石英ガラスや硬化
珪酸（ホウケイ酸）ガラス〔たとえば、コーニング社（
米）商品名パイレックスガラス〕等が使用されているが
、これらのガラス中には、ごく微量ではあるがＮａ、　
Ｋ、　Ｌｉ等のアルカリ金属が含まれており、放電動作
中にそれらの金属が水銀と反応してアルカリアマルガム
を形成する。

■　金属水銀のバルブ内部への浸透および析出動作温度
が高いために、水銀がイオン化してバルブ内部に浸透す
るが、この水銀イオンは、放電により発生する紫外線を
受けて生成したバルブ内部の光電子に引き寄せられて還
元され、金属水銀となってバルブ表面に析出する。

■　紫外線によるバルブのソーラリゼーション■　酸化
水銀の生成ランプ形成後のバルブ内には少量の空気および水分が残
されており、また、蛍光体層等を形成する際に使用した
水、酢酸ブチル、ニトロセルロース、ポリエチレンオキ
シド、酸化アルミニウムゾル、界面活性剤等の一部が未
分解のまま残留しているため、これらの成分に含まれて
いる酸素が点灯時の放電や紫外線等の刺激を受けて活性
化し、この活性酸素と水銀との反応により酸化水銀が形
成される。

以上のような原因によるバルブ内壁面の黒化を防止する
ため、これまで、バルブの両端に電極を有する一般の電
極内蔵型蛍光放電灯等においては、アルカリ溶出防止膜
や紫外線カットｈ４等のコーテイング膜を設けることが
検討されてきた。これらの膜は、酸化アルミニウム、酸
化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウム等からなり、
微粉末状あるいはゾル状としたこれらの金属酸化物をバ
ルブ内壁にコーティングすることにより、バルブ内壁面
と蛍光体層との間に形成されるものである。

しかし、上記コーテイング膜は、無電極放電灯あるいは
コンパクト蛍光灯などのような小型高出力型のランプに
対してはとりわけ、充分といえるほどの効果を発揮でき
ず、このような小型高出力型ランプに対しては、あらた
に、以下の２条件を満たす光束減退防止のための膜（保
護膜）の必要性が問われている。すなわち； ■　紫外線反射率が高い膜であること。

■　水銀イオン浸透に対する隔絶作用が大きい膜である
こと。

これらを満たす膜として、Ｃｅ＋　Ｚｒ、　Ｔｌ、　ｐ
ｂ、　Ｉｎ等の各酸化物からなる膜が有効であることが
見出され、これまで種々の検討がなされてきた。しかし
、上記金属酸化物からなる膜は、水銀によるバルブ内壁
面の黒化防止には非常に優れた効果を発揮するものの、
可視光の吸収率も高いため、光の損失が大きいという欠
点を有している。

〔発明の目的〕

このような事情に鑑み、この発明は、バルブ内壁面の黒
化を防止することにより光束減退が起こらず、かつ、可
視光域の光透過率に優れた蛍光放電灯を提供することを
目的とする。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するため検討を重ねた結果、黒化防止の
ための保護膜が、前記のＣｅ、　Ｚｒ、　Ｔｉ、　Ｐｂ
、　Ｉｎ等の各金属酸化物と酸化スズとから構成されて
いれば、この発明における目的を達成しうろことが判明
し、この発明を完成した。

したがって、この発明は、バルブ内壁面に光束減退防止
のための保護膜と発光のための蛍光体層とが形成されて
おり、バルブ内に封入されたガス類を放電させて得られ
る紫外線を前記蛍光体層において可視光に変換させるよ
うになっている蛍光放電灯において、前記保護膜が酸化
スズを含んだ金属酸化物からなることを特徴とする蛍光
放電灯を要旨とする。

以下に、この発明を、図を参照しつつ詳しく説明する。

第１図は、この発明にかかる蛍光放電灯の一実施例をあ
られす概略模式断面図である。図には、バルブ１．保護
膜２および蛍光体層３が示されている。

バルブ１は、特に限定されることはなく１、通常の材料
からなるものが使用される。すなわち、ランプが電極内
蔵型の蛍光放電灯である場合は、バルブ材料として、ソ
ーダガラスや鉛ガラス等が用いられ、ランプが無電極型
のものである場合は、動作時の高温（２００〜３００℃
）に耐えうるように、石英ガラスやホウケイ酸ガラス等
が使用される。また、特定波長の光を発するランプの場
合は、それに応じた特殊ガラスを使用することができる
。

バルブ１の形状についても、直管形、環状形。

Ｕ字形、平板形５球形等、何ら限定されることはなく、
その用途に応じて選択されうる。

上記のバルブ１には、洗浄後、その内壁面にこの発明の
特徴である光束減退防止（黒化防止）のための保護膜２
が形成されている。

この保護膜２を構成する金属酸化物として、酸化スズ（
ＳｎＯ□）は必須の成分であるが、併用される他の金属
酸化物は、Ｃｅ０ｚ、　Ｚｒ０ｚ、　Ｔｉ１ｔ、　Ｐｂ
ＴｉＯｘ、　Ｉｎｇｏｔ等から任意に選択でき、それら
は単独で、あるいは複数種を併せて使用される。

上記金属酸化物は、出発物質となる各金属アルコキシド
、有機配位子との金属錯体、有機金属化合物等を任意の
溶剤により希釈混合してコーテイング液を調製し、コー
テイング後、得られた塗膜を高温焼成することにより形
成される。

たとえば、酸化スズを形成するものとしては、有機溶媒
に溶解しうる化合物であれば、特に限定されることはな
く、ジ−ｎ−ブチルスズジアセテート、ジ−ｎ−ブチル
、スズジラウレート、ジ−ｎ−ブチルスズマレート　ト
リーｎ−ブチルスズアセテート等の有機スズ化合物、あ
るいは、塩化スズ等の無機酸塩やオクチル酸スズ等のカ
ルボン酸塩などが例示できる。

酸化スズ以外のその他の金属酸化物を形成する・ものと
しては、エタノール、イソプロパツール等のアルコール
との金属アルコキシド（Ｔｉ（ＯＣｚＨｓ）＋＋Ｔｉ　
（ｉ−ＯＣｓｌｌｔ）４＋Ｚｒ（ｉ−ＯＣｚＨｔ）４ｔ
　Ｉｎ（ｊ−ＯＣＪｙ）ｓ等〕や、アセチルアセトン（
ＣＨＩＣＯＣＩｌ、Ｃ０ＣＨ，、以下ａｃａｃと略す〕
等の有機配位子との金属錯体（Ｃｅ（ａｃａｃ）！　、
　Ｃｅ　（ａｃａｃ）　４　、　Ｉ　ｎ　（ａｃａｃ）
　ｓ等〕、ナフテン酸等のカルボン酸とのカルボン酸塩
（（（ＣＩＬｚ）４ＣＨ（ＣＨりｎｃＯＯ）、Ｐｂ、　
（（Ｃ旧）４ＣＨ（ＣＨＩ）−Ｃｏｏ）　４Ｚｒ、　ｎ
　＝　４等〕などが使用できる。

コーテイング液用の希釈液としては、特に限定はされず
、エタノール、イソプロパツール、ブタノール等の低級
アルコールやアセトン、メチルエチルケトン等のケトン
類あるいは酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類など
が例示できる。これらは、単独で用いてもよいし、複数
種を併用してもよい。なお、上記希釈液には、触媒とし
ての塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸あるいはギ酸、酢酸。

プロピオン酸等の有機酸やホルムアミド、および、加水
分解のための水等が添加されていてもよいスズ化合物の
配合割合は、酸化物となった状態で、他の金属酸化物１
モルに対し０．５〜１モルの酸化スズが形成されるよう
に調節されることが好ましい。保護膜２中における酸化
スズの存在量が、他金属酸化物とのモル比で１．０を越
えると、均一な膜が得られな“い恐れがあり、一方、０
．５未満であると、酸化スズを添加することにより得ら
れるこの発明における効果が充分に発揮されない傾向が
みられる。

このようにして構成される保護膜２用コーテイング液の
バルブ内壁面への塗装方法は、均一なコーティング層が
得られるのであれば、特に限定はされない。たとえば、
バルブをコーテイング液中に浸漬して行うディッピング
塗装、コーテイング液を噴霧状にして吹き付けて行うス
プレー塗装などを実施してもよいし、あるいは、コーテ
イング液をバルブ内に流し込んで行ってもよい。・得ら
れた塗膜の焼成は、アルコキシド等の金属化合物が分解
、酸化する温度（約４７０℃以上）に加熱して、はぼ１
時間もしくはそれ以上、充分に行われることが望ましい
が、これに限定されることはなく、使用する金属化合物
種に応じて、その条件は適宜設定されうる。ただし、焼
成が不充分であると、有機物成分に由来する炭素が膜中
に残存して膜が黒化したり、未反応物中の酸素がこの保
護膜上に形成される蛍光体層中の金属（Ｍｎ。

Ｈｇ等）あるいは封入ガスである水銀等と反応して黒色
の金属酸化物（ＭｎｚＯｓ＋　ＨｇＯ等）を形成したり
して、光の透過率が減少する恐れがある。

このようにして、バルブ内壁面に保護膜２、すなわち、
Ｃｅ０ｔ／５ｎＯｚ、　Ｚｒ０ｚ／５ｎＯｔ＋　Ｔｉ０
ｚ／５ｎＯｚ　、　ＰｂＴｉｅｓ／Ｓｎｏｗ、　、Ｉｎ
ｚＯ＊／Ｓｎｏｗ等の均一な全尿酸化物膜が形成される
。

保護膜２の厚さについては、特に限定はされないが、５
００〜２０００人程度であることが好ましい。膜厚が５
００人未満であると、紫外線を遮断するという効果が減
少する恐れがある。一方、厚さ２０００人を越える膜を
、焼成時にクラックや剥離を発生することなく形成する
ことは困難である。

以上のような保護膜２上に、蛍光体層３が重ねられてい
るのであるが、そこに含まれる蛍光体としては、特に限
定はされず、たとえば、ハロりん酸塩系（Ｃａｔｓ　（
ＰＯ４）ａＦＣｌ：Ｓｂ：Ｍｎ、３Ｃａ（Ｐｏ４）Ｃａ
Ｆｔ：Ｓｂ：’Ｉｎ、　３Ｃａｚ　（ＰＯ４）　ｚｃａ
Ｆｉ　：Ｓｂ：Ｍｎ等〕、りん酸塩系（Ｃａｔ（ＰＯ４
）ｉ：Ｓｎ、Ｚｎ５（Ｐｏ４）ｚ：Ｔ１等〕、けい酸塩
系〔Ｃａ５ｉＯｚ：Ｐｂ：Ｍｎ、ＺｎｚＳｉＯ４：Ｍｎ
＋　（ＺｎＢｅ）　ｚｓｉｏ４：Ｍｎ等〕などの一般的
なものが挙げられる。蛍光体Ｎ３は、これらの化合物を
適当な溶媒等に分散させて前記保護膜２上に塗布する等
の通常の方法により形成される。

保護膜２および蛍光体層３が形成されたバルブｌ内には
、従来同様、Ｈｅ、　Ｎｅ、　Ａｒ、　Ｋｒ、　Ｘｅ、
　Ｒｎ等の希ガスや、これら希ガスに特定波長（紫外域
）発光のための元素を加えたもの等からなるガス類が封
入されている。

上記発光のための元素としては、Ａｓ＋　Ｂｉｔ　Ｂｒ
。

Ｃｄ、　Ｈｇ、　Ｐ、　Ｐｂ、　Ｓ、　Ｓｂ、　Ｓｅ、
　Ｓｎ、　Ｔｅ、　ＴＩ、　Ｚｎ等が例示できるが、こ
れらに限定されることはない。

ただし、アルカリ金属は、バルブの材料である石英と反
応するため、適当ではない。これらの元素のうち、蒸気
化しやすい元素や最初から気体状態の元素は、そのまま
単体の状態で、その他の元素については、蒸気化しやす
いようにヨウ化物、塩化物、アマルガム等の状態にして
封入するとよい蒸気ガス類の封入量についても、この発
明においては特に限定されることはなく、形成される蛍
光放電灯の種類に応じて、適宜設定されうる。たとえば
、無電極型の蛍光放電灯である場合には、その動作時の
温度（２００〜３００℃）において封入元素のガス圧が
最適となるよう、すなわち、動作時に封入元素から生じ
る紫外線の放射効率が最大となるように、封入量を調節
すればよい。

この発明にかかる蛍光放電灯の性能を、従来の、酸化ス
ズを含まない金属酸化物からなる保護膜を有する蛍光放
電灯と比較すると、初期の照度とともに、１００時間連
続点灯後の光束維持率も向上し、ランプの寿命が大幅に
伸びている。また、可視光域における分光透過率特性に
ついては、第２図（以下の実施例１および比較例１を参
照）にみるように、破線で示した、この発明の一実施例
である蛍光放電灯（無電極型、保護１１ｉ１：　Ｔｉ０
ｚ／５ｎ０２系、膜厚１０００人）では、実線で示した
従来の蛍光放電灯（無電極型、保護膜：　Ｔｉ０ｚ系、
膜厚１０４０人）に比べて透過率が向上し、酸化スズを
添加することの有効性が顕著にあられれているなお、こ
れまで、無電極型の蛍光放電灯を中心として説明を進め
てきたが、この発明にかかる蛍光放電灯はこれに限定さ
れることはな（、バルブ内壁面の黒化という同様な問題
を抱えている一般の電極内蔵型蛍光放電灯あるいはコン
パクト蛍光放電灯等、あらゆる蛍光放電灯を対象とした
ものであることは言うまでもない。その構成も第１図に
示したものに限定されることはなく、たとえば、蛍光放
電灯が反射型あるいはアパーチャ型のものであって、上
記保護膜２と蛍光体層３との間等に、酸化チタン等から
なる反射膜を設けて配光を制御するようになっていても
よい。

つぎに、この発明の実施例について、比較例と併せて説
明する。

■　１光放１几皇立裂（実施例１）パイレックスガラス製バルブ（直径１６鶴、長さ３００
ｎ）を洗浄後、下記配合からなるコーテイング液中に浸
漬した。

チタンテトライソプロポキシド：１８ｇエタノール　　
　　　　　　　　：８０ｇ塩酸　　　　　　　　　　　
　：０．４ｇ水　　　　　　　　　　　　　　　　　：
１．６ｇジ−ｎ−ブチルスズマレート　：２０ｇ浸漬後
、２００ｍｍ／分の一定速度で溶液中から引き上げて塗
膜を形成した後、１２０℃１５分間、６００℃／６０分
間の焼成を行って、酸化チタン／酸化スズ系保護膜（膜
厚９００〜１０００人）を得た。

つぎに、この保護膜上に、ハロりん酸カルシウム系（Ｃ
ａ＋ｏ（ＰＯａ）＊ＦＣ１：Ｓｂ：Ｍｎ　）の蛍光体層
を形成し、アルゴンガスおよび水銀を封入して無電極蛍
光放電灯を作製した。

（比較例１）コーテイング液にスズ化合物を添加しないようにした他
は実施例１と同様に行って酸化チタン系保護膜を作製し
、以下、実施例１と同様にして無電極蛍光放電灯を得た
。

（実施例２）実施例１と同様のバルブを使用し、洗浄後、下記配合か
らなるコーテイング液中に浸漬した。

ナフテン酸ジルコニウム　　　２２８ｇブタノール　　
　　　　　　　　ニア２ｇジ−ｎ−ブチルスズマレート
　＝６ｇ浸漬後、２７０ｍ＋ａ／分の一定速度で溶液中から引き
上げて塗膜を形成した後、実施例１と同様にして焼成を
行い、酸化ジルコニウム／酸化スズ系保護膜（膜厚１０
００〜１１００人）を得た。

以下、実施例１と同様にして無電極蛍光放電灯を作製し
た。

（比較例２）コーテイング液にスズ化合物を添加しない゛ようにした
他は実施例２と同様に行い、酸化ジルコニウム系保護膜
を有する無電極蛍光放電灯を作製した。

（実施例３）パイレックスガラス製バルブ（直径１２ｍｍ、長さ２５
０ｍｍ）を洗浄後、下記配合からなるコーテイング液中
に浸漬した。

セリウムドリアセチルアセトナト：１５ｇブタノール　
　　　　　　　　　　、８５ｇ塩化スズの１０％エタノ
ール溶液：１０ｇ以下、実施例１と同様に行い、酸化セ
リウム／酸化スズ系保護膜（膜厚９００〜１０００人）
を得た。

つぎに、この保護膜上に、（３Ｃａ（Ｐｏ４）ＣａＦｚ
：Ｓｂ：Ｍｎ、　Ｃａ５ｉＯｔ：Ｐｂ：Ｍｎ）系蛍光体
層を形成した後、アルゴンガスおよび水銀を封入して無
電極蛍光放電灯を得た。

（比較例３）コーテイング液にスズ化合物を添加しないようにした他
は実施例３と同様に行い、酸化セリウム系保護膜を有す
る無電極蛍光放電灯を作製した。

（実施例４）下記配合からなるコーティング液；インジウムトリアセチルアセトナト＝１５ｇアセトン　
　　　　　　　　　　　二８５ｇ塩化スズの１０％エタ
ノール溶液　：１０ｇを調製し、その他は実施例３と同
様に行い、酸化インジウム／酸化スズ系保護膜（膜厚８
００〜９００人）を有する無電極蛍光放電灯を作製した
。

（比較例４）コーテイング液にスズ化合物を添加しないようにした他
は実施例４と同様に行い、酸化インジウム系保護膜を有
する無電極蛍光放電灯を作製したなお、以上の比較例１
〜４における保護膜の膜厚は、それぞれ対応する実施例
１〜４において得られたものと同じである。

（実施例５）実施例１において、ジ−ｎ−ブチルスズマレートの添加
量をＬｏｇとした以外は実施例１と同様に行い、酸化チ
タン／酸化スズ系保護膜（膜厚１１００〜１２００人）
を形成した。

つぎに、この保護膜上に、実施例３と同様の蛍光体層を
形成し、アルゴンガスおよび水銀を封入して無電極蛍光
放電灯を作製した。

（比較例５）保護膜を形成しないようにした以外は実施例１と同様に
、すなわち、バルブ内壁面に直−接蛍光体層を形成して
、無電極蛍光放電灯を作製した。

■　　８雀　・バルブおよび　　　・・　の　　管面実
施例１〜５および比較例１〜４において、内壁に保護膜
が形成された各バルブの、可視光域における分光透過率
を測定した。

また、作製された実施例１〜５および比較例１〜５の各
蛍光放電灯を高周波で点灯し、１００時間連続点灯後の
光束維持率を測定した。

以上の結果を第１表に示す。なお、実施例１および比較
例１のバルブにおける可視光域の分光透過率特性は、第
２図にも表しである。

第１表および第２図にみるように、保護膜中に酸化スズ
が含まれている実施例のものでは、比較例に比べ、可視
光域全域における分光透過率、および、１００時間連続
点灯後の光束維持率が共に向上していることが判明した
。

〔発明の効果〕

この発明にかかる蛍光放電灯は、以上のようであり、バ
ルブ内壁面に、酸化スズを含んだ金属酸化物からなる保
護膜が形成されているため、この保護膜の働きによりバ
ルブ内壁面の黒化、つまりは、ランプの光束維持率の低
下が防止され、ランプ寿命が大幅に伸びていると共に、
可視光域において優れた光透過率を有する蛍光放電灯の
実現を可能とさせる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる蛍光放電灯の一実施例をあら
れす概略模式断面図であり、第２図は保護膜中の酸化ス
ズの有無による、可視光域における分光透過率特性の相
違の一例をあられすグラフである。１・・・バルブ　２・・・保護膜　３・・・蛍光体層代
理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）バルブ内壁面に光束減退防止のための保護膜と発
光のための蛍光体層とが形成されており、バルブ内に封
入されたガス類を放電させて得られる紫外線を前記蛍光
体層において可視光に変換させるようになっている蛍光
放電灯において、前記保護膜が酸化スズを含んだ金属酸
化物からなることを特徴とする蛍光放電灯。
（２）光束減退防止のための保護膜における酸化スズの
量が、その他の金属酸化物１モルに対し０．５〜１モル
である特許請求の範囲第１項記載の蛍光放電灯。