JPH01298639A

JPH01298639A - 蛍光放電灯

Info

Publication number: JPH01298639A
Application number: JP12864388A
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: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-12-01

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、蛍光放電灯、とりわけ、無電掻蛍充放電灯
灯における光束減退（バルブ内壁黒化）防止技術に関す
る。

〔従来の技術〕

無電極放電灯とは、バルブ（管球）内に電極を持たず、
外部からの高周波電場によりバルブ内部のガス類（希ガ
スあるいは全屈蒸気等）が放電するように構成されたも
のであり、小型高出力、長寿命、瞬時点灯、形状自由等
の優れた特徴を有することから、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
取り用光源への応用など、幅広い用途を備え、盛んに研
究開発が進められている。

以下に、上記無電極放電灯の構造および原理について、
さらに詳しく述べる。無電極放電灯のガラスバルブ内に
は、通常、放電ガスとして、上記のように、Ｈｅ、　Ｎ
ｅ、　Ａｒ等の希ガス類や、それら希ガスと共に水銀等
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
されている。バルブ外面には誘導コイルが巻かれており
、そこに約１０ＭＨｚ程度の高周波電流が通電されると
、誘起される高周波電界により上記バルブ内の放電ガス
の気体原子または分子が絶縁破壊を起こし、放電スペク
トルを発生するのである。

ところが、以上のような無電極放電灯、あるいは一般の
電極内蔵型（バルブの両端に電極を有する）放電灯にお
いて得られる放電スペクトルのはとんどは、人間の視覚
でとらえられない紫外線領域に属している。そこで、蛍
光放電灯では、バルブ内面に蛍光体層を形成し、紫外線
を可視光線に変換させている。こうして得られる光色は
、放電ガスや蛍光体の種類等に応じて選択される。

このような蛍光放電灯においては、一般に、使用に伴っ
て経時的にバルブ内壁面が黒化し、そのためにランプの
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。この黒化が発生す
る原因として、前記封入ガスとして最も一般的なアルゴ
ンおよび水銀を用いた無電極蛍光放電灯を例に挙げると
、以下のような現象が考えられる。

■　アルカルアマルガムの形成無電極蛍光放電灯のバルブの材質としては、通常、動作
時の高温（約２００〜３００℃）に耐えうるよう、石英
ガラスや硼化珪酸（ホウケイ酸）ガラス（たとえば米国
コーニング社製商品名“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、に、Ｌｉ等のアルカリ金属が含まれてい
る。それらの金属が、放電動作中に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パルプ内部に浸透す
る。この水銀イオンは、放電により発生する紫外線を受
けて生成したパルプ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（ＨｇＯ）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、蛍光体層や反射膜を形成する際に
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
一部が分解されないで残留している。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、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ツト膜等のコーテ
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。

・　〔発明が解決しようとする課題〕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、あまり効果的でないことから、小型高出力型
ランプを対象に、あらたな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。

以上の事情に鑑み、この発明は、１）　紫外線反射率または紫外線吸収率が高い、２）水
銀イオン浸透に対する隔絶作用が大きい、３）　可視光
線の透過性が高い、という３性能を備え、かつ、小型高出力型ランプに対し
ても効果を発揮できるような保護膜を開発し、同保護膜
が設けられた蛍光放電灯を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、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が設けられ、同保護膜上に
少なくとも発光のための蛍光体層が形成されており、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、前記保護膜が酸化亜鉛から
なるようにする。

〔作　　　用〕酸化亜鉛は、３８０ｎｍ以下の紫外線の吸収率は非常に
高いが、可視光線は吸収せずに透過させる、という特性
を有している。したがって、酸化亜鉛層を蛍光放電灯の
保護膜とした場合、蛍光体層において変換されて得られ
た可視光線は損失することなく透過する一方、紫外線は
同保護膜においてほとんどカットされてバルブにまで到
達せず、その結果、バルブ内壁面の黒化が防止される。

同時に、酸化亜鉛は優れた耐候性、耐久性等を備えてお
り、水銀イオン浸透に対する隔絶作用等も大きい。

〔実　施　例〕

以下に、この発明を、図面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模
式的にあられす概略断面図であり、バルブｌ、酸化亜鉛
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、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
型の蛍光放電灯の場合は、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場合
は、動作時の高温に耐えうるように、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２球形等、何ら限定されることなく、その
用途等に応じて選択されうる。

上記バルブ１の内壁面には、この発明の特徴である光束
減退防止（黒化防止）のための酸化亜鉛保護膜２が形成
されている。同保護膜２の形成方法は、特に限定されず
、電子ビーム等を用いた真空蒸着、スパッタリング、イ
オンブレーティング等の各種物理的蒸着法（ＰＶＤ）、
化学的蒸着法（ＣＶＤ）、あるいはディッピング法など
の一般的方法を任意に選択できる。

たとえば、ディッピング法では、以下のようにして行わ
れる。まず、焼成により酸化亜鉛となる原料化合物を適
当な溶剤に溶解し、コーテイング液を調製する。ついで
、このコーテイング液中に洗浄後のバルブを浸漬し、そ
れを一定速度で引き上げた後、乾燥して高温で焼成を行
い、バルブ内面に退所な酸化亜鉛薄膜を形成する。ある
いは、上記と同様のコーテイング液を用い、これをスプ
レー等により塗装したり、同コーテイング液をバルブ内
に流し込んだりしてコーテイング膜を形成することもで
きる。すなわち、バルブ内壁面に均一なコーティングが
行われるのであれば、塗装方法等、特に限定はされない
のである。

上記コーテイング液中の原料化合物は、亜鉛を含んだ化
合物（−亜鉛化合物）であれば特に限定はされないが、
たとえば、有機系の亜鉛化合物としては、 ■　オクチル酸亜鉛、２−エチルヘキサン酸亜鉛、ナフ
テン酸亜鉛等のカルボン酸塩（金属石鹸）、■　アセチ
ルアセトナト亜鉛等のキレート化合物（錯体）、 ■　各種亜鉛アルコキシド、 ■　ジアルキル亜鉛、ジフェニル亜鉛等の有機亜鉛化合
物、等が最も好ましい一例として挙げられる。また、無機系
のものとしては、硝酸亜鉛、塩化亜鉛等の一般的な塩が
同様に用いられる。これらの亜鉛化合物は単独で、ある
いは複数種を併せて使用できる。

上記亜鉛化合物を溶かす溶剤としては、（４）芳香族系
炭化水素類（ベンゼン、トルエン。

キシレン、シメン、ナフタレン等）、［Ｆ］）　アルコール類（イソプロピルアルコール、ブ
チルアルコール等）、（ａ　ケトン類（ア・七トン、アセチルアセトン、ジエ
チルケトン等）、 ■）精油系テルペン炭化水素類（ジペンテン、α−ピネ
ン、テレピン油、ミルセン等）、等が好ましく用いられ
るが、これらに限定されることはなく、沸点、基材に対
する濡れ性、溶質である亜鉛化合物の溶解性などの点を
鑑みて、任意の溶剤を使用することができる。

上記溶剤は、上記化合物等の１種からなる単独溶剤でも
よいが、それが低沸点溶剤の場合には、形成される膜が
白濁する恐れもあるため、必要に応じて、適宜、高沸点
溶剤との混合溶剤を調整して用いることが好ましい。ま
た、沸点を上げるという同様の理由から、上記（５）〜
（Ｄｌ以外の溶剤として、不飽和脂肪酸（たとえば、オ
レイン酸、リノール酸等）を一部添加することも好まし
い。

さらに、必要に応じては、その他の各種添加剤をコーテ
イング液に配合することもできる。たとえば、基材への
塗布状態を向上させるために、スクリーン油等のレベリ
ング剤を添加することも好ましい。

コーテイング液の濃度は、特に限定はされないが、おお
よその目安として、ＺｎＯ濃度換算で５重量％前後であ
ることが最も好ましい。あまり濃度が高いと、得られる
膜が白濁したり、剥離したりする恐れがあり、一方、あ
まり低すぎるようでは、紫外線をカットするために必要
とされる所定な膜厚が得られない傾向が見られる。

焼付は条件（温度２時間等）についても、特に限定され
ることはなく、用いる亜鉛化合物、溶剤等に応じて、適
宜設定されることが好ましい。具体的に例を示すと、上
記のような亜鉛化合物を用いる場合、４７０℃以上の温
度で、３０〜６０分間程度の焼付けを行うことが一般的
に好ましい。

これにより、亜鉛化合物の分解、酸化反応が完全に行わ
れ、その結果、基材上に透明な酸化亜鉛保護膜２が形成
される。なお、焼成が不充分であると、有機系成分に由
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、同保護膜２上に形成される蛍光体層３中の
金属（Ｍｎ、）Ｉｇ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（Ｍｎ□Ｏｘ、ＨｇＯ等
）を形成したりして、可視光線の透過率が減少する恐れ
がある。

得られる酸化亜鉛保護膜２の膜厚は、特に限定はされな
いが、５００〜３０００人程度であることが好ましい。

５００人に満たない場合は、充分な紫外線カツト効果が
得られない恐れがあり、反対に３０００人を越えると、
膜２中にクランクが発生し、バルブ１との密着性が低下
したり、あるいは可視光線の透過率が劣ってきたりする
傾向が見られる。

なお、この発明における酸化亜鉛としては、通常は、Ｚ
ｎ０Ｍ１成のものを用いることが好ましいが、これに限
定されることはなく、ＺｎｚＯ等の酸化形態の異なるも
のを併せて、または単独で用いることもできる。

つぎに、上記酸化亜鉛保護膜２上に重ねられる蛍光体層
３について述べる。同蛍光体屓３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（
Ｃａ＋ｏ（ＰＯ４）ａＦｃＩ：Ｓｂ：Ｍｎ＋　３Ｃａ（
ＰＯ４）ＣａＦｚ：Ｓｂ：Ｍｎ、　３Ｃａｓ（ＰＯ４）
ｚＣａＦｚ：Ｓｂ：Ｍｎ等〕。

りん酸塩系（Ｃａｓ（ＰＯ４）ｚ：Ｓｎ、　Ｚｎｘ（Ｐ
Ｏ４Ｊ＠：Ｔ１等〕。

けい酸塩系（ＣａＳｉＯｓ：Ｐｂ：Ｍｎ、　ＺｎｚＳｉ
Ｏ４：Ｍｎ＋　（ＺｎＢｅ）ｚｓｉｏ４：Ｍｎ等〕など
の一般的なものが挙げられる。

蛍光体層３は、たとえば、これらの化合物を適当な溶媒
等に分散させて前記酸化亜鉛保護膜２上に塗布する、等
の通常の方法により形成される。

このようにして、酸化亜鉛保護膜２および蛍光体層３が
形成されたバルブ１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て
なるガス類等が封入される。

上記発光のための元素としては、Ａｓ、旧＋　Ｂｒ　＋
　Ｃｄ　＋Ｈｇ、　Ｐ、　Ｐｂ、　Ｓ、　Ｓｂ、　Ｓｅ
、　Ｓｎ、　Ｔｅ、　ＴＩ、　Ｚｎ等が例示できるが、
特に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、アマルガム等にして封入するとよい。

上記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
等に応じて、適宜設定されうる。

たとえば、無電極型の蛍光放電灯の場合は、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。

第２図に、ガラスバルブ、および同ガラスバルブにＺｎ
Ｏ保護膜を形成したものの分光透過率特性をそれぞれ示
す。同図にみるように、ＺｎＯ保護膜を有するガラスバ
ルブでは、高度な可視光線透過率が得られているととも
に、波長３８０ｎｍ以下の紫外線は非常によくカットさ
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
に限定されず、バルブ内壁面の黒化という同様の問題を
抱えた一般の電極内蔵型蛍光放電灯あるいはコンパクト
蛍光放電灯など、高負荷形蛍光放電灯全般を対象として
いる。その構成についても、第１図に示したもの等に限
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、酸化亜鉛保護膜２
と蛍光体層３の間等に、酸化チタン等からなる反射膜が
設けられ、配光が制御されるようになっていてもよい。

つぎに、さらに具体的な実施例を、比較例と併せて説明
する。

一実施例１− パイレックスガラス製バルブ（直径１６龍、長さ３００
ｍ＞を洗浄後、下記成分からなるコーテイング液（以下
、％は重量％をあられす）；中に浸漬した。毎分３００
ｍの速度で引き上げた後、１５０℃×１０分間の乾燥、
ついで５００℃×３０分の焼成を行って、膜厚１０００
〜１１００人の酸化亜鉛保護膜を得た。

ついで、上記酸化亜鉛保護膜上に、ハロりん酸塩系蛍光
体（３Ｃａ＊（ＰＯ＋）ｚ　Ｉ　Ｃａ（Ｆ、ＣＩ）ｚ：
Ｓｂ”、Ｍｎ”　）層を形成した後、Ａｒガスおよびｎ
ｇを封入し、無電極蛍光放電灯を作製した。

一実施例２− 下記成分からなるコーティング液；を用いるようにする他は、上記実施例１と同様にして酸
化亜鉛保護膜を形成し、以下も同様にして無電極蛍光放
電灯を作製した。

一実施例３− 下記成分からなるコーティング液；を用いるようにする他は、上記実施例１と同様にして、
無電極蛍光放電灯を作製した。

一実施例４− 下記成分からなるコーティング液；を用いるようにする他は、上記実施例１と同様にして、
無電極蛍光放電灯を作製した。

一実施例５一実施例１において、引き上げ速度を１００ｍ／分にして
、得られる酸化亜鉛保護膜の膜厚を変えるようにした。

−実施例６− 実施例１において、引き上げ速度を４００ｍｍ／分にし
て、得られる酸化亜鉛保護膜の膜厚を変えるようにした
。

一比較例１− 上記実施例と同様のガラスバルブに、酸化亜鉛保護膜を
形成せずに、直接上記実施例と同様の蛍光体層を形成し
、以下は同様にして無電極蛍光放電灯を作製した。

一比較例２− 上記実施例と同様のガラスバルブに、酸化亜鉛保護膜の
代わりに、アルミナゾルを用いて酸化アルミニウム保護
膜を形成するようにする他は、同様にして無電極蛍光放
電灯を作製した。

上記実施例および比較例において、Ｚｎ０（またはＡＩ
ｔｏｚ）保護膜形成後あるいは未形成での各ガラスバル
ブの可視光線透過率を測定した。

さらに、得られた各蛍光放電灯を高周波で点灯し、１０
０時間連続点灯後の光束維持率を測定するとともに、ラ
ンプの外観を観察した。測定は、入力電力１３０Ｗ（内
ランプ電力９０Ｗ）、光束６０００１ｍで行った。

以上の結果を、第１表に示す。

第１表にみるように、酸化亜鉛保護膜が形成された実施
例の無電極蛍光放電灯では、比較例に比べ、１００時間
連続点灯後もバルブ内壁に黒化が生じることなくその光
束維持率が大幅に向上し、９５％以上という非常に優れ
た光束維持率が達成された。また、酸化亜鉛保護膜を形
成しても、それを形成しない場合とほぼ同程度の良好な
可視光線透過率を維持できることも判明した。

〔発明の効果〕

この発明にかかる蛍光放電灯は、酸化亜鉛保護膜の作用
によりバルブ内壁の黒化、すなわちランプの光束維持率
の低下が防止され、従来に比べてランプ寿命が大幅に伸
びた蛍光放電灯となっている。同時に、この発明にかか
る蛍光放電灯は、可視光域における光透過性にも優れて
いるため、可視光線を損失することな（、有効に利用で
きるものである。

【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模式
的にあられす概略断面図であり、第２図はＺｎＯ保護膜
の有無による、可視光域における分光透過率特性の相違
を示したグラフである。１・・・バルブ　２・・・酸化亜鉛保護膜　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が設け
られ、同保護膜上に少なくとも発光のための蛍光体層が
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
護膜が酸化亜鉛からなることを特徴とする蛍光放電灯。