JPH03194846A - アマルガムおよびこのアマルガムを封入してなる低圧水銀蒸気放電灯 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は低圧水銀蒸気放電灯に封入されるアマルガムに
おいて、広い温度範囲において放電に適した水銀蒸気圧
を保ち、特に中程度のバルブ最底温度を呈する放電灯の
構造またはその使用方法の場合に適する。

（従来の技術） 低圧水銀蒸気放電灯、たとえば蛍光ランプは単体の純水
銀が封入されており、動作中の管壁温度が４０℃のとき
管内の水銀蒸気圧が６．ＯＸ　１０−”Ｔｏｒｒを呈し
、この前後の水銀蒸気圧のときランプは最も良い特性を
示すといわれている。

近年、電球形蛍光ランプと称せられ、バルブを折り曲げ
て小形化した蛍光ランプを安定器とともに小形でかつ密
閉構造のグローブ内に収容したものが開発された。この
ような電球形蛍光ランプにおいては、ランプと安定器と
の両方から発生する熱が小形のグローブ内に閉込められ
るため、動作中、管壁温度が９０℃以上に達し、この場
合、管内の水銀蒸気圧が過度に上昇すればランプの光出
力が低下する。そこで、従来の電球形蛍光ランプにおい
ては、９０℃程度の温度で好ましい水銀蒸気圧を呈する
アマルガム、たとえばビスマス（Ｂｉ）、インジウム（
Ｉｎ）などのアマルガムをバルブ内に封入することによ
って動作中、管内の水銀蒸気圧を適正に制御していた。

しかしながら、近年、Ｕ字形蛍光ランプ、Ｈ字形蛍光ラ
ンプなど屈曲した放電路を有する蛍光ランプが多用され
るに至り、そのランプ特性を向上することが要求される
に至った。すなわち、このような蛍光ランプにおいては
、その構造上、管壁温度が上述の従来の電球形蛍光ラン
プのそれが９０℃以上であるのに比較して若干低く、さ
りとて。

通常の直管形蛍光ランプの裸点灯に比較すればはるかに
高い、いわば中程度の管壁温度を呈する。

この場合、前述したビスマスやインジウムのアマルガム
をバルブ内に封入すれば水銀蒸気圧が低過ぎてランプ出
力が充分でない。さりとて、アマルガムをやめて単体の
水銀を封入すれば、今度は水銀蒸気圧が高過ぎてやはり
ランプ出力が充分でない。

また、直管形蛍光ランプを高温雰囲気内で裸点灯すると
きにも、管壁温度が上述の中程度の状態になり、同様に
ビスマスやインジウムのアマルガムをバルブ内に封入す
れば水銀蒸気圧が低過ぎ、また単体の水銀を封入すれば
水銀蒸気圧が高過ぎる欠点を生ずる。

（発明が解決しようとする課題） 上記の中程度管壁温度に関する水銀蒸気圧の問題につい
て、たとえば特願昭６３−０２１３６６号で提案された
ように、ビスマス・鉛（Ｂｉ−Ｐｂ）系アマルガムを低
圧水銀蒸気放電灯内に封入することにより純水銀と上述
のビスマス・インジウムアマルガムとの中間の水銀蒸気
圧を呈させて中程度管壁温度でも良好なランプ出力が得
られる。

しかしながら、上述のビスマス・鉛系アマルガムは取扱
い中に表面が黒化し、酸化しやすい欠点があり、このた
め、ビスマス・鉛系アマルガムを封入した低圧水銀蒸気
放電灯は放電が不安定になりやすく、黒化しやすい欠点
がある。

そこで、本発明の課題は低圧水銀蒸気放電灯に封入して
中程度の管壁温度においても適正な水銀蒸気圧を呈し、
しかも自然酸化のおそれがないアマルガム、およびこの
アマルガムを封入した低圧水銀蒸気放電灯を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

（ｉｌｌＩ題を解決するための手段） 本発明は中程度管壁温度で動作する低圧水銀蒸気放電灯
を主たる対象とし、請求項の第１はビスマスが５０〜６
５重量％、錫が３５〜５０重量％からなる基体金属に水
銀をアマルガム全体の１〜１２重量％含有させてなる低
圧水銀蒸気放電灯用のアマルガムで、耐酸化性でかつ中
程度の広い温度範囲において適当な水銀蒸気圧を呈する
。また、請求項の第２は上述の請求項の第１に記載した
アマルガムを封入した低圧水銀蒸気放電灯で、種々の形
状のランプに適用でき、同じ形状でも広い温度範囲に適
用できる。さらに、請求項の第３は両端が同方向にあり
かつこの両端と反対方向に少なくとも１個の折り返し部
を有する連続した放電路を形成したもので、点灯中バル
ブ最冷部が必ず重力線に対し下側に位置するようにバル
ブ形状を定めかつ請求項の第１に記載したアマルガムを
封入した低圧水銀蒸気放電灯で、点灯中適当な水銀蒸気
圧を呈して高い効率とが得られかつ液状水銀滴下に起因
する明るさ変動が防止できる。

（作　用） 上述のビスマス・錫系アマルガム（Ｂｉ−３ｎ・Ｈｇ）
は製造工程中における自然酸化が少なく、しかも広い温
度範囲において放電に適した水銀蒸気圧（６，ＯＸ　１
０−’Ｔｏｒｒ前後）を呈し、各種のバルブ形状や広い
環境温度に使用する低圧水銀蒸気放電灯に使用できる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。本発明のアマルガムは
ビスマス（Ｂｉ）と錫（Ｓｎ）との合金を基体とし、こ
れに水銀（Ｈｇ）を含有させてなるものである。そこで
、ビスマス５７重量、錫４３重量％からなる基体金属に
水銀をアマルガム全体を１００とする１、０．５．０．
１２．０．１７．０の各重量％を配合した種々のアマル
ガムを試作し、それぞれ、種々の温度における水銀蒸気
圧を測定した。また、比較用として純水銀、従来の高温
用アマルガムであるビスマス６４．３重量％、インジウ
ム３１．７重量％、水銀４．０重量％アマルガムおよび
中程度用アマルガムであるビスマス５４．２重量％、錫
４１．８重量％、水銀４．０重量％アマルガムの種々の
温度における水銀蒸気圧を併せて測定した。この結果を
第１図に示す。

図は横軸に温度を℃の単位でとり、縦軸に水銀蒸気圧を
Ｔｏｒｒの単位でとったもので、曲線Ｂ１−８ｎ・Ｈｇ
（実線）は上述した本発明のビスマス・錫アマルガムで
、水銀量を添字してあり、曲線１（ｇ（実線）は純水銀
、曲線Ｂ１−Ｉｎ　ＨＨｇ（鎖線）は上述した従来の高
温用のビスマス・インジウムアマルガム、曲線Ｂｉ−Ｐ
ｂ−Ｈｇ（破線）は上述した従来の中程度用のビスマ・
鉛アマルガムのそれぞれの水銀蒸気圧曲線をそれぞれ示
す。

この第１図から明らかなとおり、水銀含有量１７重量％
のアマルガムは安定する温度範囲が狭く、好ましくない
。また、水銀含有量を１２％以下にすれば低温時におけ
る水銀蒸気圧は純水銀に近く、高温時における水銀蒸気
圧は純水銀のそれよりずっと低く、高温用ビスマス・イ
ンジウムアマルガムのそれに近い。このことは、本発明
のビスマス・錫アマルガムが中程度の管壁温度を有する
低圧水銀蒸気放電用に最適であるばかりか、低温から高
温の管壁温度にもある程度耐えられ、広い温度範囲にお
いて安定的な水銀蒸気圧が得られ、種々のバルブ形状や
広い環境範囲の低圧水銀蒸気放電灯に使用できることを
示す。このことは、従来の中程度用アマルガムである上
述のビスマス・鉛アマルガムの安定化温度領域が極めて
狭く、特定形状のランプや特定環境で使用するランプに
しか使用できないのに比較して本発明のアマルガムが特
に優れた点である。

つぎに、本発明者らは本発明のビスマス・錫アマルガム
における最小必要水銀量を調査するため。

ランプにアマルガムを約１５０ｍｇ封入し、寿命試験を
行った。この結果、水銀量１重量％以上のアマルガムは
総て寿命に問題ないことが判明した。また、本アマルガ
ム中の水銀量が１重量％未満の場合には、水銀量が少な
過ぎて、寿命中に消耗されてしまい、短寿命の原因にな
った。

ビスマスと錫との含有量については、ビスマス５７重量
％、錫４３重量％の共晶合金を使用することが組成ばら
つきの面から最も望ましいが、ビスマス５０〜６５重量
％、錫３５〜５０重量％の範囲であれば、実用上問題な
いことがランプ試験の結果から判明した。

そして、本発明のビスマス・錫アマルガムは製造後１年
程度留置きを行なってからランプに封入しても特性面で
の、表面の変色も見られなかった。

つぎに、上述した本発明のビスマス・錫アマルガムを封
入してなる低圧水銀蒸気放電灯の一例であるＨ字形蛍光
ランプを第２図に示す。図中、（１）はＨ字形バルブ、
（２）はこのバルブ（１）の内部空間に形成された放電
路、（３）はバルブ（１）の内面に形成された蛍光膜、
（４）、（４）はバルブ（１）の両端を閉塞するステム
、（５）はバルブ（１）端部に設けられた本発明のビス
マス・錫アマルガムからなる主アマルガム、（６）はス
テム（４）、　（４）に取付けられた補助アマルガムで
ある。

上記バルブ（１）は２本の直管形ガラスバルブ（１１）
、（１１）を並行配置し、その折り返し予定部の先端面
（１２）、（１２）を閉塞し、かつ先端面（１２）、（
１２）近傍の側面間に連通部（１３）を形成して両ガラ
スバルブ（１１）、（１１）を結合するとともに放電路
（２）をＨ字形に連通させて折り返し部（１４）を形成
しである。

上記ステム（４）は１対のリード線（４１）、（４１）
が貫通してその内端部間にフィラメント（４２）を装着
し、排気管（４３）内に上述した本発明の主アマルガム
（５）を充填するとともに、リード線の一方（４１）の
フィラメント（４２）に近接した部位に補助アマルガム
（６）を取付けである。

しかして、上述の折り返し部（１４）　（蛍光膜を除く
）を第３図に示す。図において、連通部（１３）の中心
線（１５）と先端面（１２）内壁との距離をＱ、ガラス
バルブ（１１）の直線部分の管内径をＤｌとすれば。

Ｑ≦０．８Ｄ□ なる関係がある。

上記主アマルガムは前述したとおり、ビスマスが５０〜
６５重量％、錫が３５〜５０重量％からなる基体金属に
水銀をアマルガム全体の１〜１２重量％含有させたもの
である。

つぎに、本実施例蛍光ランプの作用を説明する。

本蛍光ランプは上述のとおり主アマルガムとして本発明
のビスマス・錫アマルガムを使用しているので、水平点
灯中バルブ最冷部温度が約７０℃前後に達するにもかか
わらず、管内水銀蒸気圧はほぼ６、ＯＸ　１Ｏ−３Ｔｏ
ｒｒ前後に保たれ、正常に放電し、規定通りの高い効率
を発揮する。しかも、環境温度がかなり大幅に変動して
も管内水銀蒸気圧はさほど変動せず、発効率はさほど変
動しない。また、製造工程中におけるアマルガムの自然
酸化もないのでランプ特性のばらつきも極めて少ない。

また、本実施例蛍光ランプは折り返し部（１４）を上述
のとおり構成されているので、この折返し部（１４）の
自然冷却が適当に弱く、たとえば折り返し部（１４）が
重力線に対し下側に位置するような状態（ベースアップ
状態）で点灯すると、折り返し部（１４）が管内対流の
影響を受けないので加熱が少なく、シたがって、折り返
し部（１４）近傍のバルブ内面が最冷部になる。この場
合、主アマルガム（５）は上方に位置するので対流の影
響によって温度が上るが、本発明のビスマス・錫アマル
ガムの温度変化による水銀蒸気圧変化が少なく、しかも
、折り返し部（１４）が最冷部となって主アマルガム（
５）の作用を補完するので、管内水銀蒸気圧の変動はさ
らに少なくなる。しかも、このベースアップ点灯の場合
、最冷部である折り返し部（１４）が下方に位置してい
るので、折り返し部（１４）内面で水銀が凝縮してもフ
ィラメント（４２）に滴下して明るさを変動させること
がない効果もある。

また、本実施例蛍光ランプを折り返し部（１４）が重力
線に対し上方に位置する状態（ベースダウン状Ｍ）で点
灯すると、折り返し部（１４）が対流によって温められ
るので自然冷却によって充分に冷却されず、最冷部は折
り返し部（１４）以外の部分、通常は管端部に形成され
る。この場合、管内水銀蒸気圧は主アマルガム（５）の
水銀蒸気圧によって定まり、上述のとおり、はぼ６Ｘ１
０−３丁ｏｒｒを維持される。しかも、主アマルガム（
５）を構成するビスマス・錫アマルガムの温度による水
銀蒸気圧の変化が少なく、環境温度の変動による管内水
銀蒸気圧の変動が少なく、したがって、常に最良の効率
を維持できる。

このように、本実施例蛍光ランプは水平点灯の場合はも
ちろん、ベースアップ状態で点灯しても、あるいはベー
スダウン状態で点灯しても、いずれの場合も管内水銀蒸
気圧を正常に維持でき、さらに環境温度が変化しても管
内水銀蒸気圧があまり変化しないので、始動特性が良好
で高効率を維持できる。

つぎに、上述した本発明のビスマス・匍アマルガムを封
入してなる低圧水銀蒸気放電灯の他の例であるＵ字形蛍
光ランプを第４図に示す。このものは放電路（２）の折
り返し部（１４）に特徴があり。

その他は総て第２図に示したＨ字形蛍光ランプと同様な
ので、相違点だけを詳説する。すなわち、バルブ（１）
は長い直管形ガラスバルブ（１６）の中間部をＵ字形に
屈曲して屈曲部（１７）を形成したもので、その他同一
部分には同一符号を付して説明を略す。そうして、第５
図に示すように、バルブ（１）の直管部の内径をＤｌ、
屈曲部（１７）頂部の内径をＤ２、屈面途中部の内径を
Ｄ３としたとき。

Ｄ、＜Ｄｌ＜Ｄ３ なる関係を満足し、さらに主アマルガム（５）は上述の
ビスマスが５０〜６５重量％、錫が３５〜５０重量％か
らなる基体金属に水銀をアマルガム全体の１〜１２重量
％含有させたものを用いている。

このものも、主アマルガム（５）が上述のビスマス・錫
アマルガムで構成されているので、上述の８字形蛍光ラ
ンプと同様、本蛍光ランプの管壁温度が約７０℃の温度
であるが、この温度でほぼ６．ＯＸ　１０−’Ｔｏｒｒ
前後の水銀蒸気圧に保たれ、しかも環境温度がかなり大
幅に変動しても管内水銀蒸気圧はさほど変動しない。

また、本Ｕ字形蛍光ランプは折り返し部（１４）を上述
のとおり構成されているので、折り返し部（１４）の冷
却能力が適当に弱く、この場合も、上述の８字形蛍光ラ
ンプと同様ベースアップ状態で点灯しても、またベース
ダウン状態で点灯しても管内水銀蒸気圧の変動が少なく
、かつ環境温度がかなり大幅に変動しても管内水銀蒸気
圧はさほど変動しない。したがって、種々の使用状態に
お５Ｎで、はぼ一定の発光効率を維持する。

さらに、本Ｕ字形蛍光ランプはベースダウン状態で点灯
しても折り返し部（１４）で水銀が凝縮しないので凝縮
水銀の滴下による明るさの変動もなく、さらに、アマル
ガムの製造工程中における自然酸化もないので、ランプ
特性のばらつきも少なり１゜なお１本発明のビスマス・
錫アマルガムは上述の両種蛍光ランプの主アマルガムに
限らず、他の形状の蛍光ランプ、殺菌灯あるいは各種紫
外線灯などの低圧水銀蒸気放電灯において管内水銀蒸気
圧の調整用に用いて、広い管壁温度範囲において水銀蒸
気圧をほぼ適正に保ち、特に７０℃前後の中程度管壁温
度の各種低圧水銀蒸気放電灯に用いて環境温度のかなり
大幅な変動に対してもほぼ一定の管内水銀蒸気圧を保つ
利点がある。

〔発明の効果〕

このように、本発明の請求項の第１はビスマスが５０〜
６５重量％、錫が３５〜５０重量％からなる基体金属に
、水銀をアマルガム全体の１〜１２重量％含有させてな
るアマルガムで、各種低圧水銀蒸気放電灯に封入して、
広い管壁温度範囲において管内水銀蒸気圧を適正範囲に
保って良好な放電状態に維持して発光効率を維持し、特
に中程度の管壁温度のランプに好適である。さらに、こ
のアマルガムは製造工程中における自然酸化が少ないの
で得られたランプの特性のばらつきが少ない利点もある
。

また、本発明の第２は両端部に、１対のフィラメントを
封装したバルブ内に請求項の第１記載のアマルガムを封
入して低圧水銀蒸気放電灯に構成したので、広い管壁温
度範囲において管内水銀蒸気圧を適正に保って良好な発
光効率を維持し、特にバルブ温度が約７０℃前後の中程
度のものに好適である。

さらに、請求項の第３は両端が同方向にありかつこの両
端と反対方向に少なくとも１個の折り返し部を有する連
続した放電路を形成したバルブの両端部に１対のフィラ
メントを封装してなる低圧水銀蒸気放電灯において、バ
ルブは点灯中、折り返し部が重力線に対し下側に位置す
るとき、この折り返し部近傍のバルブ内面が最冷部にな
り、また折り返し部が重力線に対し上側に位置するとき
。

この折り返し部以外のバルブ内面が最冷部になる形状を
有し、かつバルブ内に請求項の第１記載のアマルガムを
封入してなる低圧水銀蒸気放電灯であるので、水平点灯
の場合はもちろん、ベースアップ状態で点灯するときも
、ベースダウン状態で点灯するときも、はぼ一定の管内
水銀蒸気圧が得られ、かつ環境温度の大幅な変動に対し
ても管内水銀蒸気圧はさほど変動せず、常に良好な発光
効率を維持できる利点があり、かつベースダウン状態で
点灯しても凝縮した水銀がフィラメントに滴下して管内
水銀蒸気圧が変動して明るさが急に変動することがない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアマルガム、比較される従来のアマル
ガムおよび純水銀の水銀蒸気圧曲線のグラフ、第２図は
上記本発明のアマルガムを封入してなる低圧水銀蒸気放
電灯の一実施例の断面図、第３図は同じく要部の寸法部
分を示す断面図、第４図は他の実施例の断面図、第５図
は同じく要部の寸法部分を示す断面図である。 （１）・・・バルブ、（１１）、（１６）・・・ガラス
バルブ、（１２）・・・先端面、（１３）・・・連通部
、（１４）・・・折り返し部、（１７）・・・屈曲部、
（１８）・・・屈曲かど部、（２）・・・放電路、（３
）・・・蛍光膜、（４）・・・ステム、（４１）・・・
リード線、 （４２）・・・フィラメント （５）・・・主アマルガム、 （６）・・・補助アマルガム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビスマスが５０ないし６５重量％、錫が３５ない
   し５０重量％からなる基体金属に水銀をアマルガム全体
   の１ないし１２重量％含有させてなり、低圧水銀蒸気放
   電灯に封入されることを特徴とするアマルガム。
2. （２）両端部に１対のフィラメントを封装したバルブ内
   に上記請求項の第１記載のアマルガムを封入してなるこ
   とを特徴とする低圧水銀蒸気放電灯。
3. （３）両端が同方向にありかつこの両端と反対方向に少
   なくとも１個の折り返し部を有する連続した放電路を形
   成したバルブの上記両端部に１対のフィラメントを封装
   してなる低圧水銀蒸気放電灯において、上記バルブは点
   灯中、上記折り返し部が重力線に対し下側に位置すると
   き、この折り返し部近傍のバルブ内面が最冷部になり、
   また上記折り返し部が重力線に対し上側に位置するとき
   、この折り返し部以外のバルブ内面が最冷部になる形状
   を有し、かつ上記バルブ内に上記請求項の第１記載のア
   マルガムを封入したことを特徴とする低圧水銀蒸気放電
   灯。