JPH053017A

JPH053017A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JPH053017A
Application number: JP15734091A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ikeda; 敏幸池田; Masao Nagai; 雅雄永井
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】低中温領域（０〜５０℃）で使用される蛍光
ランプにおいて、低中温時の始動特性、光束立上りおよ
び電気特性安定性を改善し、短時間で安定状態に達し高
効率で点灯できるようにする。【構成】主アマルガム７の水銀蒸気圧を０〜５０℃の
温度範囲において純水銀の同温度におけるそれの１／３
以上とし、かつ補助アマルガム８の水銀蒸気圧を０〜５
０℃の温度範囲におけるそれの１／３以上にする。【効果】主アマルガムの０〜５０℃における水銀蒸気
圧は従来のこの目的のアルマルガムよりもはるかに高
く、低中温領域における光出力が著く改善され充分な発
光効率が得られる。また、０〜５０℃における補助アマ
ルガムと主アマルガムとの水銀蒸気圧のバランスを改善
したので、消灯補助アマルガムに吸収される水銀蒸気量
が抑制され、始動時、補助アマルガムから放出される水
銀蒸気量が適正に制御できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主アマルガムと補助アマ
ルガムとを封装し、低温域から中温域（０℃〜５０℃）
において使用される蛍光ランプにおいて、両アマルガム
の水銀蒸気圧の比を改善して始動時の光束立上りおよび
電気特性の安定性を良好にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、球形グローブ内に鞍形蛍光ランプ
を収容してなる電球形蛍光ランプや、バルブをＵ字形、
Ｈ字形、ダブルＨ字形などに折り返し成形してなるコン
パクト形蛍光ランプのように、点灯中の管壁温度が非常
に高くなる（高温域８０〜１２０℃）蛍光ランプはその
水銀蒸気圧を高温域下においても適正範囲に制御するた
め、純水銀の代りにビスマス・インジウム・水銀などか
らなるアマルガムを電極近傍に封装している。

【０００３】また、近年、液状水銀充填では不可避であ
った充填量のバラツキに起因する過剰充填ならびに環境
への過剰放出を極力少なくするため、液状水銀の代りに
上述の固体のアマルガムを蛍光ランプに封入するように
なった。

【０００４】このような従来のアマルガム封入蛍光ラン
プはビスマス・インジウム・水銀アマルガムの水銀蒸気
圧が低いため、高温時の点灯特性すなわち光出力特性は
改善されるが、始動時（スイッチイン後点灯してから光
束が安定するまで）の光束立上りおよび電気特性の安定
性が遅い。その対策として、電極に近接して上述の主ア
マルガムよりも水銀蒸気圧の低いたとえばインジウム・
水銀からなる補助アマルガムを設け、始動予熱に際し、
補助アマルガムを電極（フィラメント）からの熱によっ
て加熱して、その含有水銀の大部分を一気に放出させて
水銀蒸気圧を増大させ、光束を急速に立上らせる技術が
開発された。

【０００５】一方、近年、低温領域および中温領域（０
℃〜５０℃）で動作するアマルガムを用いた蛍光ランプ
が開発されている。このものは、補助アマルガムはその
ままにして主アマルガムに水銀蒸気圧が純水銀のそれに
近いたとえばビスマス・錫・水銀のようなアマルガムを用
い、低温時の点灯特性すなわち光出力を改善したもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、主アマ
ルガムとしてビスマス・錫・水銀アマルガムのように水
銀蒸気圧が純水銀のそれに近いものを用い、補助アマル
ガムとしてインジウム・水銀を用いた蛍光ランプは低温
時の点灯特性すなわち光出力特性は著しく改善された
が、その反面、光束立上り、および電気特性の安定性は
改善されず、定常状態に達するまでの時間が長く、その
間の光出力も弱かった。また、始動特性の悪化も見ら
れ、すなわち放電開始が困難になるものも見られた。

【０００７】本発明者らはこの蛍光ランプの低温領域下
および中温領域下での始動特性、光束立上りおよび電気
特性の安定性が悪い理由を調査し研究したところ、意外
にも始動前の管内が補助アマルガムによって、特に低温
時において過度に低い水銀蒸気圧に維持されているこ
と、光束立上りおよび安定性については始動の最初に補
助アマルガムから放出された過剰水銀によることが判明
した。

【０００８】すなわち、始動の最初の主アマルガム温度
は周囲温度とほぼ同じであるのでその水銀蒸気圧が低い
が、始動の最初に電極が予熱されると、その熱によって
補助アマルガムが加熱されて、含有している水銀のほと
んど全部を一気に放出する。このため、放電の初期にお
いては最適水銀蒸気圧を越えて水銀蒸気圧が高過ぎるの
で放電電流が高く、光出力が低下しているが、水銀蒸気
が主アマルガムに吸収されるに従って水銀蒸気圧が低下
して放電電流が減少し、この間、電極や放電空間からの
放熱によって主アマルガムの温度が上昇してこれと平衡
する水銀蒸気圧が上昇して平衡状態に達する。そして、
消灯すると主アマルガムおよび補助アマルガムの温度が
低下し水銀蒸気を吸収するが、このときの吸収は水銀蒸
気圧が低くかつ封入ガスの流動の激しい補助アマルガム
に優先的に起る。

【０００９】そして、上述のとおり、主アマルガムを水
銀蒸気圧の高いビスマス・錫・水銀アマルガムに代える
と、消灯時、主アマルガムによる水銀蒸気の吸収が少な
いので、補助アマルガムによる水銀吸収量が相対的に多
くなる。このため、始動後における補助アマルガムから
の水銀放出量が多くなりすぎ、かつ主アマルガムによる
過剰水銀蒸気の吸収が遅く、過剰水銀蒸気圧による出力
低下が大きく、その低下継続時間が長く、定常状態に達
するまでの時間が長くなるのである。

【００１０】そこで、本発明の課題は低中温領域で使用
される蛍光ランプにおいて、低中温時の始動特性、光束
立上りおよび電気特性の安定性を改善し、短時間で安定
状態に達し、高効率で点灯できるようにすることであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は蛍光ランプにお
いて主アマルガムの水銀蒸気圧を０〜５０℃の温度範囲
において純水銀の同温度におけるそれの１／３以上と
し、かつ補助アマルガムの水銀蒸気圧を０〜５０℃の温
度範囲におけるそれの１／３以上にしたことによって、
蛍光ランプの低中温における水銀蒸気圧を純水銀のそれ
に近づけ、かつ消灯時における補助アマルガムの過度の
水銀吸収を少なくして始動特性ならびに始動時の光束立
上りおよび電気特性の安定性を向上したものである。

【００１２】

【作用】０〜５０℃の温度範囲における主アマルガムの
水銀蒸気圧を純水銀のそれの１／３以上にすれば、従来
のビスマス・インジウム・水銀のアマルガムより水銀蒸
気圧がはるかに高く、むしろ純水銀の水銀蒸気圧に近
く、低中温領域での光出力が著く改善され、周囲温度が
低くても充分な発光効率が得られる。

【００１３】また、補助アマルガムの０℃〜５０℃の温
度範囲における水銀蒸気圧を主アマルガムの同温度にお
けるそれの１／３以上にすれば、両者の水銀気蒸圧のバ
ランスがとれ、消灯時、補助アマルガムの吸収される水
銀蒸気量が抑制され、この結果、始動時、補助アマルガ
ムから放出される水銀量が少なくなって過剰分が減り、
始動後水銀蒸気が速やかに定常状態に達し、あわせて電
気特性を速やかに安定する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。第１図において、（１）は外囲器の一部であ
るガラスバルブ、（２）はこのバルブ（１）の内面に形
成された蛍光膜、（３）、（３）はバルブ（１）の両端
面を閉塞する外囲器の他の部であるステム（図では一方
のみ示す。）、（４）、（４）…はこれらステム
（３）、（３）を貫通してバルブ（１）内に導入された
各１対のリード線、（５）、（５）はこれらリード線
（４）、（４）…の先端部間に装架されたフィラメント
（図１では１方のみ示す。）、（６）はステム（１）か
ら導出された排気管、（７）はこの排気管（６）内に封
装された主アマルガム、（８）はフィラメント（５）に
近接してリード線（４）に装着された補助アマルガムで
ある。そして、バルブ（１）内にはアルゴンなどの放電
ガスが封入してある。ちなみに上記蛍光ランプの形状お
よび各部寸法を例示すれば、バルブ（１）形状Ｕ字形バルブ（１）内径（Ｄ）１５．５ｍｍ排気管（６）の管壁温度４０．０℃ 管内水銀蒸気圧６×１０^-3Ｔｏｒｒこのような条件を満すため、主アマルガム（７）とし
て、たとえばビスマス・錫・水銀（Ｂｉ・Ｓｎ・Ｈｇ）
アマルガムを用い、補助アマルガム（８）として、長さ
７ｍｍ×幅２ｍｍ×厚さ０．０３ｍｍのニッケル板にた
とえばビスマス・インジウム・鉛（Ｂｉ・Ｉｎ・Ｐｂ）
合金をめっきしたものをリード線（４）のフィラメント
（５）に近接した部位に取り付け、最初の点灯において
水銀を吸収させてアマルガム化したものである。

【００１５】つぎに、上記両アマルガム、従来一般に用
いられたアマルガムおよび純水銀のそれぞれの水銀蒸気
圧特性を調査した。まず、これらアマルガムおよび純水
銀の組成を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】つぎに上記表１記載のアマルガムおよび純
水銀の水銀蒸気圧特性を図２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を単位と
した対数目盛りでとったもので、実線（ａ）（−）は
表１記載の（ａ）純水銀、一点鎖線（ｃ）（−・−）は
表１記載の（ｃ）ビスマス・錫・水銀（Ｂｉ・Ｓｎ・Ｈ
ｇ）アマルガム、二点鎖線（ｆ）（−・・−）は表１記載
の（ｆ）ビスマス・インジウム・鉛・水銀（Ｂｉ・Ｉｎ
・Ｐｂ・Ｈｇ）アマルガム、長い破線（ｅ）（−−−）
は第１表記載の（ｅ）ビスマス・鉛・水銀（Ｂｉ・Ｐｂ
・Ｈｇ）アマルガム、短かい破線（ｇ）（----)は表１
記載の（ｇ）ビスマス・インジウム・水銀（Ｂｉ・Ｉｎ
・Ｈｇ）アマルガム、点線（ｈ）（・・・・・・）は表１記載
の（ｈ）インジウム・水銀（Ｉｎ・Ｈｇ）アマルガムの
それぞれの水銀蒸気圧特性を示す。だだし、（ｂ）およ
び（ｄ）は除く。この図から明らかなとおり、純水銀の
水銀蒸気圧が最も高く、ビスマス・錫・水銀アマルガム
の０〜５０℃における水銀蒸気圧は同温度における純水
銀のそれの１／３以上の値を有して近似しており、ビス
マス・インジウム・錫アマルガムの０〜５０℃における
水銀蒸気圧は同じ温度におけるビスマス・錫・水銀アマ
ルガムのそれの１／３より大きい値を有して若干低くな
っている。これに対し、ビスマス・インジウム。水銀ア
マルガムの０〜５０℃における水銀蒸気圧はこの同じ温
度におけるビスマス・インジウム・鉛・水銀アマルガム
のそれの１／３より大きい値を有している。そして、ビ
スマス・インジウム・水銀アマルガムは８０〜１２０℃
の温度範囲において、８〜９×１０^-3程度の安定した水
銀蒸気圧を有する。これに比較してビスマス・錫・水銀
アマルガムは８０〜１２０℃の高温域の水銀蒸気圧がビ
スマス・インジウム・水銀アマルガムのそれに比較して
はるかに高く、むしろ純水銀のそれに近い。この図２か
らビスマス・錫・水銀アマルガムを用いた蛍光ランプは
低中温時の光束立上り、電気特性の安定性および始動特
性のいずれにおいても純水銀封入ランプのそれらに近似
していることを示唆する。

【００１８】つぎに、蛍光ランプにおいて、主アマルガ
ムとしてビスマス・錫・水銀アマルガムを用いたものに
おいて、補助アマルガムとして上述の実施例のビスマス
・インジウム・鉛・水銀アマルガムと従来例のインジウ
ム・水銀アマルガムとを用いたもの、および補助アマル
ガムを用いないものをとり、これらを従来の水銀封入ラ
ンプとともに高温領域および低中温領域における光束、
光束立上り、放電特性および低温領域における黒化特性
を調査した。この結果を次の表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】つぎに、上記表２記載の蛍光ランプを２５
℃の環境において点灯し、ランプ光束の時間的経過を調
査した。この結果を図３に示す。図は横軸に始動後の点
灯時間を時間の単位で対数目盛りで示し、縦軸の光束を
水銀封入ランプの定常状態における光束を１００とする
相対値で示したもので、実線（ｉ）（−）は上記表２
記載の純水銀封入ランプ、２点鎖線（ｓ）、（ｋ）（−
・・−）は上記表２記載の鉛・錫・水銀アマルガムを主ア
マルガムとし、補助アマルガムを用いないランプ（ｓ）
およびビスマス・鉛・水銀アマルガムを主アマルガムと
し、補助アマルガムを用いないランプ（ｋ）の２種で、
両者は図面上区別できないほど近似している。１点鎖線
（ｎ）、（ｏ）、（ｇ）、（ｒ）（−・−）は上記表２
記載の本発明の実施例で、ビスマス・鉛・水銀アマルガ
ムを主アマルガムとし補助アマルガムにビスマス・イン
ジウム・鉛・水銀アマルガムを用いたランプ（ｎ）、ビ
スマス・鉛水銀アマルガムを主アマルガムとし補助アマ
ルガムにビスマス・インジウム・鉛・水銀アマルガムを
用いたランプ（ｏ）、鉛・錫・水銀アマルガムを主アマ
ルガムとし、補助アマルガムにビスマス・インジウム・
鉛・水銀アマルガムを用いたランプ（ｑ）、および鉛・
錫・水銀アマルガムを主アマルガムとし、補助アマルガ
ムにビスマス・インジウム・鉛・水銀アマルガムを用い
たランプ（ｒ）の４種で、これらは図面上区別できない
ほど近似している。破線（ｐ）（----)は上記表２記載
のビスマス・インジウム・鉛・水銀アマルガムを主アマ
ルガムとし、補助アマルガムにビスマス・インジウム・
水銀アマルガムを用いたものである。点線（ｊ）、
（ｌ）、（ｍ）（・・・・・・)は上記表２記載の従来例で、
ビスマス・インジウム・水銀アマルガムを主アマルガムと
し、補助アマルガムにインジウム・水銀アマルガムを用
いたランプ(ｊ）、ビスマス・鉛・水銀アマルガムを主
アマルガムとし補助アマルガムにはインジウム・水銀ア
マルガムを用いたランプ（ｌ）およびビスマス・インジ
ウム・鉛・水銀アマルガムを主アマルガムとし、補助ア
マルガムにはインジウム・水銀アマルガムを用いたラン
プ（ｍ）の３種で、これらは図面上区別できないほど近
似している。

【００２１】この図３からも明らかなとおり、ビスマス
・錫・水銀アマルガムの水銀蒸気圧特性が純水銀のそれ
に近似しているので、補助アマルガムを用いないランプ
（ｓ）、（ｋ）の始動特性は純水銀封入ランプ（ｉ）の
それに極めて近似しており、これに対し、補助アマルガ
ムにビスマス・インジウム・鉛・水銀アマルガムを用い
た本実施例ランプ（ｍ）、（ｏ）、（ｇ）、（ｒ）は純
水銀封入ランプ（ｉ）より光束がはるかに速く上昇する
が、いったん光束が若干低下し、まもなく純水銀封入ラ
ンプ（ｉ）の光束に近くなり、その後定常状態になる。
この理由は本実施例ランプ（ｍ）、（ｏ）（ｇ）、
（ｒ）はフィラメント予熱によって補助アマルガムが加
熱されてその全水銀を一気に放出し、急速に放電が開始
される。そして、補助アマルガムから放出された過剰水
銀が次第に主アマルガムに吸収されるに従って管電流が
増大し、これに従って主アマルガムの温度が上昇し、や
がて定常状態に達する。これに対し、従来の補助アマル
ガムにインジウム・水銀アマルガムを用いたランプ
(ｊ)、(ｌ)、(ｍ)は始動に際し、水銀放出時点が本実施
例（ｍ）、（ｏ）（ｑ）、（ｒ）より速く、放出量も本
実施例よりはるかに多く、このため補助アマルガムから
放出された過剰水銀が主アマルガムに吸収されるための
時間が非常に多く必要で、光束低下が甚しく、しかも定
常状態に達するまでの時間が長い。その理由は従来例記
載のランプ（ｊ）、（ｌ）、（ｍ）の補助アマルガムに
用いたインジウム・水銀アマルガムの水銀蒸気圧特性が
主アマルガムに用いたビスマス・錫・水銀アマルガムの
それに比較して著しく低く、したがって消灯時に補助ア
マルガムの水銀吸収量が著しく多い。このため、上述の
とおり、始動時に補助アマルガムからの水銀放出が急速
かつ多量に行なわれるのである。そして、この時管壁へ
の水銀付着を招いたり、始動時の補助アマルガム自体の
スパッタにより管壁へのアマルガム材付着による黒化を
招き、外観上非常に見苦しくしていた。

【００２２】これに比較して、本実施例のランプ
（ｎ）、（ｏ）、（ｑ）、（ｒ）は補助アマルガムの水
銀蒸気圧特性を主アマルガムのそれに近づけたので、消
灯時に、水銀吸収量が少なく、したがって始動時、水銀
放出量が少なく、過剰水銀量が少ないので、その間の光
束低下も少なく、しかも短時間で定常状態に達するので
ある。さらに、水銀蒸気圧が低くなりがちな低温時の始
動および点灯時の補助アマルガムのスパッタも少なく、
管壁黒化が少ないのである。

【００２３】しかして、本発明においては管定格、形状
あるいは管壁負荷などの違いから、ビスマス・インジウ
ム・鉛・水銀（Ｂｉ・Ｉｎ・Ｐｂ・Ｈｇ）アマルガムや
ビスマス・錫・水銀（Ｂｉ・Ｓｎ・Ｈｇ）アマルガムの
ように純水銀より低い水銀蒸気圧特性を有するアマルガ
ムを主アマルガムに用いる場合には、主アマルガムに対
する補助アマルガムの水銀蒸気圧比（両アマルガムの同
温度における水銀蒸気圧力の比率）が１／３未満になる
と消灯時における補助アマルガムの水銀捕獲作用が急速
に起こり、次の始動時のおける水銀放出を増大させて上
述のように始動直後から定常状態に至るまでの時間が著
しく長くなったのである。

【００２４】そこで、本発明においては主アマルガムの
同温度に純水銀に対する水銀蒸気圧比を１／３以上に限
定し、かつ、補助アマルガムの同温度の主アマルガムに
対する水銀蒸気圧比を１／３以上に限定した。この結
果、本発明の蛍光ランプは光束立上り、電気特性の安定
性および始動特性特に低温始動特性が良好で、始動から
定常状態に達するまでの時間が短く、かつその間の光束
低下も少なく、管壁黒化も少ない利点があり、しかもア
マルガム封入に伴う定量封入の容易さは何んら損われる
ことがない。

【００２５】しかして、本発明において、外囲器を他の
形状にすることができる。たとえば、図４に示すよう
に、ベルジャ形ガラス製外管（１１）の開口端を金属、
セラミクス、ガラスなどの平板状ステム（３１）で閉塞
し、一脚が短かい両端開口したＵ字形内管（１２）、
（１２）の長脚（１２１）、（１２１）をステム（３
１）に固着し、両短脚（１２２）、（１２２）を並行に
して開口端（１２３）、（１２３）を近接配置し、外管
（１１）両内管（１２）、（１２）およびステム（３
１）で外囲器を構成して内管（１２）、（１２）内面に
は図示しない蛍光膜を形成し、ステム（３）を貫通して
両長脚（１２１）、（１２１）の端部にそれぞれ１対の
リード線（４１）、（４１）…を封装し、これらリード
線（４１）、（４１）の内端間にフィラメント（５）、
（５）を装着し、ステム（３１）外面に排気管（６）を
突設して主アマルガム（７）を収容し、かつリード線
（４１）のフィラメント（５）近傍には補助アマルガム
（８）を固着してある。そして、外管（１１）内にはア
ルゴンなどの始動ガスが封入され、両内管（１２）、
（１２）内と自由に交流している。そして、上述の主ア
マルガム（７）は上述の実施例と同様０〜５０℃の温度
における水銀蒸気圧が同温度における純水銀のそれの１
／３以上であり、かつ上述の補助アマルガム（８）は０
〜５０℃の温度における水銀蒸気圧が同温度における主
アマルガム（７）のそれの１／３以上にしてある。

【００２６】そして、本変形例においても両内管（１
２）、（１２）内の放電が短脚（１２２）、（１２２）
の開口端から漏出して外管（１１）内を経て連通し、放
電が継続し、そのとき発生した紫外線により内管（１
２）、（１２）内面の図示しない蛍光膜が発光する。本
変形例蛍光ランプもまた、光束立上り、電気特性の安定
性および始動特性特に低温始動特性が良好で、始動から
定状状態に達するまでの時間が短かい利点がある。

【００２７】しかして、本発明において、主アマルガム
の封入位置は排気管に限らず、たとえばバルブの最端部
の内面あるいはステムのフレヤ部の表面などでもよく、
要はガラス外囲器の電極近傍の部位に設ければよく、さ
らに補助アマルガムは電極に近接して設けられ、フィラ
メント予熱に際してフィラメントからの放熱または伝熱
によって熱せられて水銀を放出するようになっていれば
よい。

【００２８】

【発明の効果】このように、本発明の蛍光ランプは主ア
マルガムと補助アマルガムとを設けたものにおいて、主
アマルガムは０℃ないし５０℃の温度における水銀蒸気
圧が同温度における純水銀のそれの１／３以上であり、
かつ補助アマルガムは０℃ないし５０℃の温度における
水銀蒸気圧が同温度における主アマルガムのそれの１／
３以上であるように限定したので、光束立上り、電気特
性の安定性、および始動特性特に低温始動特性特にすぐ
れ、特に始動から定常状態に達するまでの所要時間が短
くかつこの間の光束低下が少なく、さらに管壁黒化も少
ない利点があり、しかもアマルガム封入の利点が失われ
ない特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による蛍光ランプの一実施例の要部断
面図である。

【図２】各種アマルガムの水銀蒸気圧特性を示すグラフ
である。

【図３】各種アマルガムを封入した蛍光ランプの光束立
上りおよび安定性を示すグラフである

【図４】本発明による他の実施例の断面図である。

【符号の説明】（１）…外囲器の一部であるバルブ（１１）…外囲器の一部である外管（１２）…外囲器の一部である内管（１２１）…内管の長脚（１２２）…内管の短脚（２）…蛍光膜（３）（３１）…外囲器の他の部であるステム（４）（４１）…リード線（５）…フィラメント（６）…排気管（７）…主アマルガム（８）…補助アマルガム

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】両端に電極を封装してなるガラス外囲器
内に主アマルガムを設けるとともに上記電極に近接して
補助アマルガムを設けてなる蛍光ランプにおいて、上記
主アマルガムは０℃ないし５０℃の温度における水銀蒸
気圧が同温度における純水銀のそれの１／３以上であ
り、かつ上記補助アマルガムは０℃ないし５０℃の温度
における水銀蒸気圧が同温度における上記主アマルガム
のそれの１／３以上であることを特徴とする蛍光ラン
プ。