JPH0468741B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は管内水銀蒸気圧をアマルガムで制御す
るようにした低圧水銀蒸気放電灯に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、けい光ランプに代表される低圧水銀蒸
気放電灯では、管壁温度が40℃前後で、水銀蒸気
圧が約６×10^-3mmＨｇの時に、供給された電力を
紫外線に変換する効率が最高となるように設計さ
れており、この時のランプ周囲温度は約20〜25℃
とされている。したがつて、周囲温度がこの値を
大幅に上回ると、紫外線の変換効率が急激に悪化
し、光出力が低下する等の問題が生じる。

ところで、近年けい光ランプの高出力化や密閉
型の照明器具内での使用に伴つて、けい光ランプ
の動作温度が高くなる場合があり、このためけい
光ランプの周囲温度が上記値を上回る機会も多
く、光出力や紫外線の変換効率の低下が問題とな
つている。

このようにけい光ランプを温度的に厳しい条件
下で点灯使用する場合には、けい光ランプ内の水
銀蒸気圧をアマルガムによつて適正な範囲内に制
御する方法が取られている。

ところが、この方法はアマルガムの蒸気圧が純
水銀の蒸気圧よりも低いという特性を利用して水
銀蒸気圧の制御を行なつているため、始動時のよ
うにアマルガムの温度が低く、かつまたけい光ラ
ンプの周囲温度が低い場合には、アマルガムの温
度がその作用に最も望ましい温度にまでなかなか
到達せず、水銀を放出する速度が緩慢となつてし
まう。したがつて、光出力の立上がりが悪く、定
常状態に安定するまでに時間を要する不具合が生
じる。

このようなことから、従来例えば特公昭50−
30387号公報に示されている如く、定常点灯時で
の水銀蒸気圧を制御する主アマルガムの他に、始
動時を含む点灯初期に一時的に水銀蒸気を放出
し、かつ消灯時には管内の浮遊水銀を吸着する少
量の補助アマルガムを電極近傍の高温部に設置
し、光出力の立上がり特性を改善したものが知ら
れている。

この先行技術の補助アマルガムは、電極からの
熱を受けることによつて初めて水銀を放出するよ
うに構成されているが、この水銀放出速度を高め
るため、本発明者らは補助アマルガムを電極と電
気的に接続して同電位とし、この補助アマルガム
自体を電極として機能させることを考えた。この
ようにすれば、補助アマルガムは電極からの輻射
熱に加えて、放電によるイオン衝撃を受けるの
で、上記先行技術のものに比べて急激に温度上昇
し、このため水銀の放出が活発に行なわれ、光出
力の立上がりがより早くなることが明らかとなつ
た。

ところが、その反面補助アマルガムを電極と電
気的に接続すると、ランプ始動後もイオン衝撃が
継続されることから、この補助アマルガムとして
低融点のインジウムを用いると、スパツタによる
消耗が激しくなり、このため補助アマルガムが短
寿命となり、光出力の立上がりが点滅回数の増大
とともに劣化する不具合がある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情にもとずいてなされた
もので、再点灯時の光出力の立上がりが略瞬時に
行なわれ、立上がり特性を大幅に改善できるとと
もに、補助アマルガムの消耗も少なく、長期に亙
つて安定した立上がり特性を持続させることがで
きる低圧水銀蒸気放電灯の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明者らは種々実験の結果、水銀
吸着作用を有する金属の中でも特にアルミニウム
がスパツタに対して強いことを見出だし、このア
ルミニウムの薄膜を基体の表面に被着したことを
特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図面に示す一実施例にもとずいて
説明する。

図中１は合成樹脂製のカバーであり、このカバ
ー１の一端頂部には口金２が取付けられている。
カバー１の他端開口部には略球状のグローブ３が
被嵌されており、これらカバー１とグローブ３と
によつて、ボール形の白熱電球に近似された外囲
器４が構成されている。

外囲器４内には、低圧水銀蒸気放電灯として代
表的なけい光ランプ５と、このけい光ランプ５の
始動素子としての点灯管６および放電安定素子と
してのチヨークコイル形安定器７が一体的に収容
されている。けい光ランプ５の発光管８は直管状
をなしたガラスバルブを、その両端部９，９間の
中央で略Ｕ字状に曲成するとともに、この曲成部
１０と両端部９，９との間を上記Ｕ字形を含む平
面と略直交する方向に略Ｕ字状に曲成したもの
で、両端部９，９と曲成部１０とが互いに隣接し
て同方向に位置されている。この発光管８の内面
にはけい光体被膜１２が被着されているととも
に、両端部９，９には、第３図に示したようにマ
ウント１３のフレア部１４が封着されている。フ
レア部１４に連なるステム管１５には内部リード
線１６，１６が封止されておりこれら内部リード
線１６，１６間に電極としてのフイラメント１７
が継線されている。また各マウント１３から導出
された細管１８は、上記フイラメント１７に近接
したステム管１５の先端部に開口されており、こ
の細管１８を通じて発光管８内の排気および可電
離媒体としての不活性ガスの封入が行なわれる。

なお、このようなけい光ランプ５は、両端部
９，９および曲成部１０を口金２側に向けた姿勢
で外囲器４内に収容されており、そのフイラメン
ト１７が点灯管６はもちろん、安定器７を介して
口金２と接続されている。

ところで、上記フイラメント１７よりも管端部
側に位置する細管１８内には、アマルガム１９が
収容されている。なおこの場合、アマルガム１９
の代わりに最初にアマルガム形成金属と水銀を
別々に細管１８および発光管８内に封入してお
き、この後細管１８内でアマルガム形成金属をア
マルガム化しても良い。

上記アマルガム１９は、定常点灯時での管内水
銀蒸気圧を制御するためのもので、本実施例の場
合は、インジウム（In）、ビスマス（Bi）、スズ
（Sn）、鉛（Pb）およびこれら各種金属を適当な
割合で混合させた合金に、水銀（Hg）を加えた
ものを使用している。

また、アマルガム１９よりもフイラメント１７
に近接した高温部分、つまり本実施例ではフイラ
メント１７と細管１８の開口端との間に位置し
て、水銀ゲツタ２０が設置されている。水銀ゲツ
タ２０はニツケル、鉄、ステンレス等の金属板あ
るいはセラミツク板等のように耐熱性を有する基
体２１の表面に、アルミニウムを例えば5μの厚
みで以て圧着したもので、表面がアルミニウムの
薄膜２２によつて覆われている。そして、この水
銀ゲツタ２０の基体２１は、上記一方の内部リー
ド線１６に溶接されており、この溶接によりフイ
ラメント１７と水銀ゲツタ２０とが電気的に導通
されている。このような水銀ゲツタ２０は、消灯
時のように発光管８内の温度が低い状態では管内
の浮遊水銀を吸着し、逆にランプ点灯時には上記
吸着した水銀を管内に放出するようになつてい
る。

このような構成において、いま口金２を電源側
のソケツトに差込み、電源電圧を発光管８に印加
して始動させると、発光管８内に残留している微
量の水銀蒸気と不活性ガスとによりフイラメント
１７，１７間に放電が開始される。この際、製造
直後のランプではまだ水銀ゲツタ２０に水銀が吸
着されていないので、上記放電により発光管８の
管壁温度が上昇するにつれて、細管１８内のアマ
ルガム１９の温度が徐々に上昇し、この温度に対
応した量の水銀蒸気が細管１８を通じて発光管８
内に放出される。そして、光出力が定常状態に達
した以降の管内水銀蒸気圧は、アマルガム１９の
設置部分の温度で定まる蒸気圧に制御される。

一方、このような動作状態にあるけい光ランプ
５を消灯させると、発光管８およびアマルガム１
９の設置部分の温度が低下するので、発光管８内
の浮遊水銀は細管１８内のアマルガム１９に吸着
され始める。この場合、細管１８の開口は比較的
小さいので、アマルガム１９が浮遊水銀を吸着す
る速度は遅くなるとともに、この浮遊水銀は細管
１８の開口に向つて流れるので、この開口近傍に
位置する水銀ゲツタ２０が上記浮遊水銀の大部分
を吸着してしまう。

したがつて、消灯後、発光管８に電源電圧を印
加してけい光ランプ５を再始動させると、上記水
銀を吸着した水銀ゲツタ２０は、近接するフイラ
メント１７から熱影響を受けるとともに、この水
銀ゲツタ２０自体がフイラメント１７と導通され
て電極としての機能を有するので、放電によるイ
オンの衝撃を受ける。この結果、水銀ゲツタ２０
が急激に温度上昇し、水銀の放出が活発に行なわ
れるので、充分な量の水銀が短時間のうちに発光
管８内に供給され、光出力を略瞬時に立上がらせ
ることができる。

ところで、上述の如き水銀ゲツタ２０に用いる
水銀吸着金属としては、例えば銅（Cu）、アルミ
ニウム（Al）、銀（Ag）、金（Au）等数多くのも
のが知られているが、本発明者らは種々実験の結
果、上記金属の中でも特にアルミニウムがイオン
スパツタに対して強いことを見い出した。そこで
本発明者らは、上述の如きけい光ランプ５におい
て、基体２１に被着されるアルミニウム薄膜２２
の薄厚を、100μ〜0.5μの範囲内で変化させ、夫々
のランプを5000回点滅を繰返した後、再始動後30
秒経過した時点での光出力を調べたところ、第６
図に示した如き結果を得た。この点灯実験での光
出力は、定常点灯時の光出力を100％とした時の
相対値で評価しており、この第６図からも明らか
なように、アルミニウム薄膜２２の膜厚が略0.5μ
〜20μの範内において、始動後30秒経過した時点
で定常点灯時の70％以上の光出力が得られること
が判明した。この理由について究明したところ、
上述のようにアルミニウムはイオンスパツタに対
して強いので、薄膜２２の被着量が少量、つまり
膜厚が薄くても消耗が少く抑えられているためと
推察され、その水銀の吸着および放出作用に最適
な膜厚が上記範囲内に有るものと考えられる。ち
なみに、上記アルミニウムに代わつて黄銅鋼、ニ
ツケルおよびステンレスを用いた場合の立上がり
特性を調べたところ、上記第６図中線Ａ、Ｂ、Ｃ
にこの順で示したように、始動後30秒経過した時
点での光出力が定常点灯時の略30％程度と低く、
実用に供し得ないことが分る。

なお、一般にアルミニウムは酸素と容易に結合
し易く、その表面にアルマイトの酸化膜を作り易
い。したがつて、この酸化膜がイオンスパツタに
よつて除去されるまでの間、水銀の吸着能力が若
干低下することが考えられるので、本発明を実施
するに当たつては、上記水銀吸着能力の低下を補
うため、第５図に示したようにアルミニウム薄膜
２２の表面上に、さらにインジウムの薄膜２３を
微量付着させることが望ましい。そして、本発明
者らの行なつた実験の結果、インジウム薄膜２３
の膜厚は3μ〜0.1μ程度が最も望ましいことが判明
した。

以上説明した構成によれば、水銀ゲツタ２０は
フイラメント１７からの熱影響に加えていイオン
の衝撃を受けるので、吸着した水銀を速やかに発
光管８内に放出し、このため光出力の立上がりが
略瞬時に行なわれ、立上がり特性を大幅に改善で
きる。しかもアルミニウムはイオンスパツタに対
して強いので、消耗が少なく、上記水銀ゲツタ本
来の機能を、ランプの寿命末期まで良好に持続さ
せることができる。

なお、上述した実施例では、水銀ゲツタの基体
を直接内部リード線に溶接したが、例えばバイメ
タルや形状記憶合金を介して始動時のみ電極と電
気的に接続させるようにしても良い。

また、本発明に係る低圧水銀蒸気放電灯は、電
球形の外囲器内に収容して点灯使用するものに限
らず、高出力の直管形あるいは曲管形のけい光ラ
ンプのように外方に直接露出させて点灯するもの
や、点滅回数の多い複写器用の光源としても同様
に適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、水銀ゲツタは電
極からの熱影響に加えてイオンの衝撃を受けるの
で、吸着した水銀を速やかに発光管内に放出し、
このため光出力の立上がりが略瞬時に行なわれ、
立上がり特性を大幅に改善できる。しかもアルミ
ニウムはイオンスパツタに対して強いので、消耗
が少なく、上記水銀ゲツタ本来の機能をランプの
寿命末期まで良好に持続させることができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体
の断面図、第２図はけい光ランプを一部断面した
斜視図、第３図は管端部の断面図、第４図および
第５図は水銀ゲツタの断面図、第６図は光出力の
立上がり特性図である。 ８……発光管、１７……電極（フイラメント）、
１９……アマルガム、２０……水銀ゲツタ、２１
……基体、２２……アルミニウム薄膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端に電極を有し、かつ所定量の水銀を含む
   可電離媒体を封入した発光管内に、上記電極より
   も管端部側に位置して定常点灯時での管内水銀蒸
   気圧を制御するアマルガムを設けるとともに、こ
   のアマルガムよりも電極近傍の高温部に位置して
   消灯時に発光管内の浮遊水銀を吸着する水銀ゲツ
   タを設けた低圧水銀蒸気放電灯であつて、上記水
   銀ゲツタは、表面にアルミニウムの薄膜を被着し
   た基体からなり、少なくとも始動時上記電極に対
   して電気的に接続されることを特徴とする低圧水
   銀蒸気放電灯。 ２ 上記アルミニウム薄膜の膜厚を、20μ〜0.5μ
   の範囲内に規定したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の低圧水銀蒸気放電灯。 ３ 上記アルミニウム薄膜の表面上に、インジウ
   ムの薄膜を重ねて付着したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の低圧水銀蒸
   気放電灯。