JPS6351343B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は湾曲形螢光ランプに係り、特にソーダ
ライムガラスまたは低鉛ガラスを透光性気密容器
とした湾曲形螢光ランプの初光束、働程特性なら
びに透光性気密容器の強度を向上した湾曲形螢光
ランプの改良に関する。 湾曲形螢光ランプ、たとえば環形螢光ランプは
一般に直管のガラスの透光性気密容器の内壁に螢
光体を被着させ、その両端部に電子放射物質を被
着された電極を保持するステムを封止し、これを
炉などで高温に加熱して軟化させ、ドラムに捲回
して環形に成形し、容器内を真空に排気したのち
不活性ガスと水銀とを導入して排気管を封緘して
製造されている。この透光性気密容器を形成する
ガラスは、環形成形の容易さから酸化鉛を24ない
し29重量％含有する軟化温度の低い、一般に鉛ガ
ラスと呼ばれるガラスが使用されていた。この鉛
ガラスは高価な原料である鉛の酸化物を多量に含
有しているから、ガラスの価格が高くなり、その
ため環形螢光ランプなどの湾曲形螢光ランプの製
造原価を高くするばかりでなく、公害の要因であ
る鉛を含有しているので廃棄ランプの処理などに
問題があるという欠点を有していた。 このような欠点を解決するために、近時、直管
形螢光ランプの気密容器に使用されている酸化鉛
の含有されていないソーダライムガラスを環形螢
光ランプの気密容器に使用することが計画され、
試験されたが、軟化温度が高いために環形成形時
に加工温度が高くなり、加工時に螢光体が半溶融
して気密容器を構成するガラス管内壁に溶着し、
冷却後気密容器を亀裂させたり、気密容器の強度
を低下させるという問題を発生したり、気密容器
を亀裂させなくても螢光体の発光を低下させると
いう問題があつた。そうして、この問題を解決す
るために環形成形の際にソーダライムガラスより
軟化温度が低く加工性の容易なガラスとして酸化
鉛を12重量％以下添加した低鉛ガラスが環形螢光
ランプの気密容器を形成するガラスとして本発明
者らによつて提案された。 上記低鉛ガラスはたとえば下記の組成を有する
ものである。 SiO₂60ないし72重量％、Al₂O₃0.5ないし４重量
％、B₂O₃0ないし２重量％、Na₂O12ないし17重
量％、K₂O0.2ないし３重量％、Li²O0ないし１重
量％、Na₂O＋K₂O＋Li₂O13ないし17.5重量％、
CaO3ないし８重量％、MgO1ないし５重量％、
CaO＋MgO5ないし10重量％、PbO0.5ないし12
重量％、BaO0ないし３重量％、PbO＋BaO2.5な
いし13重量％、As₂O₃0ないし0.5重量％、Sb₂O₃0
ないし0.5重量％、As₂O₃＋Sb₂O₃0.02ないし0.59
重量％。 この酸化鉛を12重量％以下含有する低鉛ガラス
の一例のガラスＡおよびＢの酸化物組成と線熱膨
張係数および軟化温度とを、従来環形螢光ランプ
の気密容器に用いられている鉛ガラスと、従来直
管形螢光ランプの気密容器に用いられているソー
ダライムガラスとともに下記の表１に示す。

【表】 上記表１に示すガラスＡおよびＢを使用した気
密容器の環形螢光ランプはソーダライムガラスを
使用した気密容器の環形螢光ランプより初光束が
向上し、従来の鉛ガラスを使用したものと同特の
初特性を得ることができたが、1000時間点灯後の
光束維持率、すなわち働程特性はソーダライムガ
ラスを使用したものと同様に、鉛ガラスを使用し
たものに比べて低下しており、しかも気密容器の
強度もソーダライムガラスを使用したものと同様
に弱く、改良効果が得られていないことが判つ
た。 本発明は、上記したソーダライムガラスまたは
低鉛ガラスを気密容器の材料として使用する環形
螢光ランプなどの湾曲形螢光ランプの初特性なら
びに働程特性および気密容器の強度が従来の鉛ガ
ラスを使用した湾曲形螢光ランプより低下する欠
点を改良するためになされたもので、従来の湾曲
形螢光ランプより優れた初特性と働程と気密容器
の強度とを有し、材料価格が安価で、公害のない
湾曲形螢光ランプを提供することを目的とする。 以下に本発明の完成した経緯と、本発明の構成
の詳細について述べる。 本発明者らは、前記したソーダライムガラスな
らびに低鉛ガラスであるガラスＡおよびＢを使用
した湾曲形螢光ランプの初特性と働程特性との低
下する原因のついて多くの試行錯誤を繰返した。
ソーダライムガラスの軟化温度は、前記した表１
のように697℃であり、低鉛ガラスであるガラス
ＡおよびＢはそれぞれ664℃、680℃であつて従来
の鉛ガラスの軟化温度617℃より相当高い。また、
ソーダライムガラスの酸化ナトリウムNa₂Oの量
は15.5重量％であり、低鉛ガラスであるガラスＡ
およびＢの酸化ナトリウムNa₂Oの量はそれぞれ
14重量％、15.3重量％であつて、従来の鉛ガラス
酸化ナトリウムNa₂Oの量4.55重量％より相当多
い。螢光ランプの気密容器を湾曲形の成形する際
には、気密容器はその材料であるガラスの軟化温
度以上に加熱されなければならないから、ソーダ
ライムガラスを使用した気密容器の場合、その湾
曲形成形時の高温加工によつて初特性が低下し、
気密容器の強度も低下したと考えられる。上記し
たソーダライムガラスより軟化温度が低く、した
がつて、加工温度が低い低鉛ガラスであるガラス
ＡおよびＢを使用した気密容器の湾曲形螢光ラン
プでは、従来の鉛ガラスの湾曲形螢光ランプと同
等の初特性を得ることができ、初特性において改
良効果が明らかに認められたことから、この理論
が正しいと考えられる。しかしながら、上記低鉛
ガラスの使用によつても1000時間点灯後の光束維
持率の低下ならびに気密容器の強度の低下は改良
されていない。この原因として考えられること
は、ソーダライムガラスや低鉛ガラスが湾曲形成
形の際に高温にさらされることによつて、従来の
鉛ガラスよりはるかに多く含有されているナトリ
ウムNaが螢光体の中へ拡散していき、螢光体の
発光効率を低下させ、また螢光ランプ中に存在す
る水銀とナトリウムアマルガムを作り、螢光ラン
プの働程特性を低下させることが考えられる。さ
らに、気密容器を形成するガラスが軟化した際
に、螢光体の粒子は部分的にガラスへめり込むの
であるが、そのめり込みの程度が大きいと螢光ラ
ンプの働程特性を低下させるとともに気密容器の
強度を低下させると思われる。上記の対策とし
て、本発明者らは気密容器を構成するナトリウム
を大量に含有するガラスからナトリウムの拡散を
防止する障壁を気密容器内面に設け、もし上記障
壁をかいくぐつてナトリウムが螢光体被膜側に拡
散してもナトリウムの影響によつて螢光体の輝度
が低下しないように、螢光体に螢光体を保護する
作用のある結着剤を混入させること、について考
察した。透光性気密容器を構成するソーダライム
ガラスまたは低鉛ガラスからのナトリウムの拡散
を防止するためには、耐熱性のよい金属酸化物の
障壁を設けることが適していると思われる。ま
た、湾曲形螢光ランプの必要条件としては、(1)気
密容器を構成するガラスの強度が強いこと、すな
わち割れないこと、(2)完成した湾曲形螢光ランプ
の螢光体が気密容器内面から剥離しないこと、す
なわち螢光体の気密容器への附着強度が大きいこ
とが必要である。湾曲形螢光ランプはその製作時
に気密容器内表面に螢光体被膜が被着された状態
で高温に加熱され湾曲加工されるから、加熱加工
の際、螢光体粒子が気密容器内表面にめり込む量
が大きいと気密容器を構成するガラスが割れやす
くなり上記した(1)の条件を満足しなくなる。これ
の対策としては、前記したナトリウムの拡散を防
止するための金属酸化物の障壁が上記螢光体のガ
ラスへのめり込みを防止することにも効果がある
と思われる。 螢光体に混入させ、螢光体を保護する作用のあ
る結着剤としては、ほう酸バリウム、カルシウム
やりん酸カルシウムにほう酸カルシウムを添加し
たものが考えられ、これらの結着剤は前記した(2)
の条件の螢光体の気密容器への被着強度を大きく
するので好ましいのであるが、従来の鉛ガラスに
常用されていたほう酸バリウム・カルシウムでは
融点が低い（620℃）ので鉛ガラスよりも加熱温
度の高い低鉛ガラスやソーダライムガラスには適
当でない可能性があり、バルブを変えたことによ
り、結着剤も変える必要があると考えた。また、
結着剤のほう酸濃度が高いと、螢光体の被着強度
は向上するけれども、螢光体粒子の気密容器内表
面へのめり込みを助長し、気密容器の強度を低下
させ前記(1)の条件を満足しなくなるおそれがあ
る。 以上のことをふまえて本発明者らは、以下に述
べる試験を行なつた。 気密容器内面に被着させる金属酸化物被膜とし
て、酸化アルミニウム（γ−アルミナ）により被
膜を形成させ、走査形電子顕微鏡（Scanning
Electron Microscope）により被膜の肉厚を測定
した後、気密容器内表面にアンチモン、マンガ
ン、不活ハロリン酸カルシウム螢光体を被着して
螢光体被膜を形成させ、環形螢光ランプ
100V30Wを製作して試験したところ、被膜の平
均肉厚は、0.1ないし1.0μが好ましいことがわか
つた。すなわち、酸化アルミニウム被膜の肉厚が
0.1μより薄いと、被膜がナトリウムの螢光体への
拡散の障壁とならず、螢光体の劣化が発生し、
1μより厚いと、螢光体被膜が気密容器内表面か
ら剥離した。ここで平均とあるのは次の意味を含
む。すなわち被膜の膜厚は部位によつて異なるた
め、また被膜の膜厚が薄い場合には金属酸化物層
を形成しないでバルブに直接蛍光膜が被着してい
る部分も発生し、またさらに膜厚を薄くすると、
すなわち金属酸化物を少くすると、金属酸化物の
粒子がガラスの上に砂をまいたように分散され
（このような部分が発生しても問題はない）、これ
らの場合にも金属酸化物の重量、密度及び被着面
積から膜厚は計算される。平均というのはこのよ
うにして得られた値を意味する。また、酸化アル
ミニウムのほか、マグネシウム、けい素、チタン
から選ばれた一種または複数種の酸化物でも酸化
アルミニウムと同様の効果が認められた。 つぎに、酸化アルミニウムの被膜の肉厚を0.5μ
として、その被膜の上に前記螢光体と保護する作
用のある結着剤としてほう酸カルシウムを含有さ
せた螢光体被膜を形成して試験を行なつた。その
結果、螢光体被膜の螢光体に含有されるほう酸カ
ルシウムの量は、螢光体の重量を100としたとき
に、0.2ないし2.0重量％で予期の効果があること
が判つた。すなわち、螢光体被膜に含有されるほ
う酸カルシウムの量が0.2重量％より少ないと、
気密容器と螢光体との結着力が弱く、そのため螢
光体被膜が剥離するので不可であり、2.0重量％
より多いと、ほう酸が多くなるために酸化アルミ
ニウム被膜があつても気密容器のガラスからナト
リウムの拡散を促進させるとともに、螢光体粒子
をほう酸が蔽う様になり、螢光体の発光を阻害
し、光束が低下するので不可であつた。 また比較のため、ほう酸カルシウムの代りにほ
う酸バリウム・カルシウムを結着剤として実験し
たが、ほう酸バリウム・カルシウムは、ほう酸カ
ルシウムと同様に蛍光体の結着力が向上すること
もあつたが、りん酸カルシウムについては重量を
どのように変えても結着力の向上はみられなかつ
た。これはりん酸カルシウムの融点が低鉛ガラス
やソーダライムガラスに比べて極めて高い（1670
℃）ためであると考えられる。 なお、気密容器と螢光体との結着力は気密容器
の螢光体被膜面に10mmの距離から300torrの空気
を吹きつけた時に発生する螢光体の剥離の有無を
観察して判定した。 この結果から、気密容器内表面に被着した上記
金属酸化物被膜が、気密容器からのナトリウムの
拡散を防止するとともに、螢光体の気密容器への
めり込みを防止する障壁となり、さらに螢光体被
膜に含有されるほう酸カルシウムが、螢光体を保
護するとともに、蛍光体の被着強度が向上したこ
とが判つた。またほう酸カルシウムについては、
ほう酸バリウム・カルシウムのような螢光体粒子
の気密容器へのめり込みを助長して気密容器の強
度低下をもたらす現象が発生しないことが判つ
た。これはほう酸バリウム・カルシウムの融点
（620℃）が低鉛ガラスやソーダライムガラスの融
点（640〜720℃）に比べて低く、このためほう酸
バリウム・カルシウムの気密容器へのめり込みが
大きいと考えられるからである。この点ほう酸カ
ルシウムは融点が680℃であり、この値は鉛ガラ
スにとつては高すぎるが、融点の高い低鉛ガラス
やソーダライムガラスにとつては適切な値となる
からであると考えられる。気密容器の強度を低下
させないことは、本発明者らの行なつたつぎの試
験によつて明らかである。 本発明者らは、（）−従来の鉛ガラスを気密容
器とし、気密容器内面の被膜を有しないもの、
（）−（）と同じ鉛ガラスを気密容器とし、そ
の内面に酸化アルミニウムの被膜を設けたもの、
（）−ソーダライムガラスまたは低鉛ガラスを気
密容器とし、気密容器内面の被膜を有しないも
の、（）−（）の気密容器の内面に酸化アルミ
ニウムの被膜を設けたもの、（）−（）の気密
容器の内面に酸化アルミニウムの被膜を設け、そ
の上にほう酸カルシウムを含有する螢光体被膜を
設けたもののそれぞれによつて環形螢光ランプ
100V30Wを製作し、気密容器の強度を試験した。
なお、上記酸化アルミニウムの被膜の肉厚は0.5μ
とし、（）の螢光体に含有させるほう酸カルシ
ウムの量は螢光体を100としたときに1.0重量％と
した。また、気密容器の強度は、環形螢光ランプ
の気密容器の肉厚が環形成形によつて最も薄くな
つていると思われる位置、すなわち環形螢光ラン
プの排気管側の気密容器の端部から100mm付近に
直径10mmで3.5ｇの重量の鋼球を高さを変えて落
下させ、破壊に到つたときの高さのエネルギーｇ
cmによつて強度の比較を行なう方法によつた。 その結果、上記（）は46ｇcm、（）は45ｇ
cm、（）は44ｇcm、（）は50ｇcm、（）は55
ｇcmであり、本発明のソーダライムガラスまたは
低鉛ガラスの気密容器の内面に酸化アルミニウム
の0.5μの肉厚の被膜を設け、その上にほう酸カル
シウムを含有させた螢光体の被膜を設けた環形螢
光ランプの気密容器（）の強度が従来の鉛ガラ
スの気密容器（）の環形螢光ランプの強度より
優つており、さらに気密容器の内面に酸化アルミ
ニウムの被膜を設けたのみのものに比較しても強
度が一段と優つていることが明らかになつた。こ
の結果から、さらに従来の鉛ガラスおよび上記鉛
ガラスの気密容器内面に金属酸化物の被膜を有す
るものは、いずれも本発明のソーダライムガラス
または低鉛ガラスの気密容器内面に金属酸化物の
被膜を設けたもの、および同じガラスの気密容器
内面に金属酸化物の被膜を設け、さらに螢光体に
ほう酸カルシウムを結着剤として混入させたもの
より強度が弱く好ましい効果を示さないことが判
つた。 以上のことから、本発明に使用する気密容器の
ガラスは、高価で公害の原因となる酸化鉛の使用
を減少させるためソーダライムガラスまたは酸化
鉛を12重量％以下含有する低鉛ガラスを使用しし
かも大量産加工が可能な軟質ガラスであつて、本
発明は軟化温度が640ないし720℃で線熱膨脹係数
が92ないし105×10^-7cm／cm／℃の範囲のガラス
を気密容器の材料とする湾曲形螢光ランプに適用
されるものである。 以上詳述したとおり、本発明は軟化温度が640
ないし720℃で線熱膨脹係数が92ないし105×10^-7
cm／cm／℃のソーダライムガラスまたは酸化鉛を
12重量％以下含有する低鉛ガラスからなる湾曲形
透光性気密容器の内面にアルミニウム、マグネシ
ウム、けい素、チタンから選ばれた一種または複
数種の金属の酸化物を平均膜厚で0.1μないし1.0μ
被着させてなる被膜の上に螢光体の重量に対し
0.2ないし2.0重量％のほう酸カルシウムを含有す
る螢光体からなる螢光体被膜を具備する湾曲形螢
光ランプを特徴とし、従来の鉛ガラスからなる気
密容器の湾曲形螢光ランプよりすぐれた初特性、
働程特性を有しており、しかも湾曲形螢光ランプ
の螢光体の被着強度が強く、気密容器の強度も鉛
ガラスの気密容器のものより一段とすぐれたもの
であり、従来の鉛ガラスのように高価で、公害の
要因となることがなく、安価で容易に製作可能な
湾曲形螢光ランプを提供できるという効果を有し
ている。なお、本発明は実施例として説明した環
形螢光ランプに限るものではなく、高温での加工
工程を有するＵ字形その他の形状の湾曲形螢光ラ
ンプに適用可能であることはいうまでもない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内面に蛍光体被膜を有し、軟化温度が640な
   いし720℃で線熱膨張係数が92ないし105×10^-7
   cm／cm／℃のソーダライムガラスまたは酸化鉛を
   12重量％以下含有する低鉛ガラスからなる湾曲形
   透光性気密容器の両端部に電子放射物質を被着さ
   れた電極を具備するものにおいて、上記透光性気
   密容器はその内面にアルミニウム、マグネシウ
   ム、けい素、チタン、から選ばれた一種または複
   数種の金属の酸化物の被膜を被着され、上記金属
   酸化物被膜の上にほう酸カルシウムを含有する蛍
   光体被膜が被着されており、上記金属酸化物の被
   膜の平均膜厚は0.1μないし1.0μであり、上記蛍光
   体被膜は、蛍光体の重量に対し0.2ないし2.0重量
   ％のほう酸カルシウムを含有する蛍光体からなる
   ことを特徴とする湾曲形蛍光ランプ。