JPS60193252A - 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　Ｘ　
１０−’ｍｎＨｇ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シ、この時
のランプ周囲温度は約２０〜２５℃とされている。した
がって、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間顯が
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って、けい光ランプの動作温度が高
くなる場合があシ、このためけ１光ラングの周囲温度が
上記値を上回る機会も多く、光出力や紫外線の変換効率
の低下が問題となっている。

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
ルガムによって適正な範囲内に制御する方法が採られて
いる。ところが、この方法はアマルガムの蒸気圧が純水
銀の蒸気圧よシも低いという特性を利用して水銀蒸気圧
の制御を行なっているため、始動時のようにアマルガム
の温度が低く、かつまたけｂ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
温度になかなか到達せず、水銀を放出する速度が緩慢と
なってしまう。したがって、光出力の立上がシが悪く、
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、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
的に水銀蒸気を供給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、点灯初期での光出力の立ち上がシ
を改善したものが知られておシ、この補助アマルガムは
、消灯時水銀を吸着する水銀ダックとして作用するよう
になっている。

しかしながら、このように２種類のアマルガムで水銀蒸
気圧を制御するけい光ランプでは、これを、消灯、する
と管内の水銀蒸気の大部分は容量の大きな主アマルガム
に吸収されてしまい、この結果、補助アマルガムの水銀
含有量が減少するから、再点灯させた時の水銀の放出量
が少なくなシ、光出力の立ち上がシが悪くなる欠点があ
った。

このような欠点を克服するため、従来特公昭５０−３０
３８７号公報に示されている如く、補助アマルガムの表
面積を主アマルガムの表面積の０．３倍以上に規定する
ことによシ、消灯後の管内浮遊水銀を速やかに補助アマ
ルガムに吸収させ、水銀含有量の減少を防止するように
したものが知られている。

しかしながら、本発明者らは種々の実験の結果から、主
アマルガムと補助アマルガムとを上述したような位置関
係に設置した場合において、単にこれら両アマルガムの
相対的な表面積比を規定しただけでは、光出力の立上シ
が良好になる時と逆に悪化する時があることを見い出し
た。

すなわち、上記実験によれば、消灯時に水銀蒸気は主ア
マルガムに吸着されるが、この水銀蒸気の流れ糸路に補
助アマルガムが存在すると、水銀蒸気の多くは補助アマ
ルガムに吸着されてしまう。したがって補助アマルガム
が水銀蒸気を吸着するに当って問題となるのは、主アマ
ルガムとの相対的な表面積比にあるのではなく、補助ア
マルガムの表面積そのものが水銀蒸気の吸着作用に関与
し、かつこの補助アマルガムの単位面積当シの被着濃度
も大幅に関与してくることが分った。そしてこの実験を
進めるにつれ、補助アマルガムの表面積が大き過ぎても
却って再点灯時での光出力の立上がシに悪影響を及ぼす
ことが確認された。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情にもとづいてなされたもので、
再点灯時の光出力の立ち上が９が略瞬時に行なわれ、立
ち上がシ特性を大幅に改善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、本発明は上記目的を達成するため、消灯時に
発光管内の水銀を吸着する水銀ｒワタを、主アマルガム
よシも電極近傍の高温部に設置するに当シ、この水銀ゲ
ッタは基体にインジウム（Ｉｎ）　（補助アマルガム形
成金属）を被着したものを使用し、このインジウムの被
着面積（ｆｆｉ、”）をＸ軸、インジウムの単位面積当
シの被着濃度（り／ｍ”　）をｙ軸としたｘ−ｙ座標上
において、インジウムの被着面積と被着濃度を（４゜７
．５　）　、　（２０、５，ＯＸｌ　０−’　）　、（
１２０，５，０Ｘ１０　）、（１００，４，０Ｘ１０　
）の各座標点を結ぶ範囲内に規定したことを特徴とする
。

但し、ｘ軸はリニアスケールであシ、ｙ軸は片対数スケ
ールである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図面に示す一実施例にもとづいて説明する
。

図中１は合成樹脂製のカバーであシ、このカバー１の一
端頂部には口金２が取着されている。

カバー１の他端開口部には透光性を有する略球状のグロ
ーブ３が被冠されておシ、これらカッ々−１とグローブ
３とによっ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ョークコイル形
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ノ々ルゾをその両端
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とが互に隣接して同方向に位置さ
れた鞍形状に曲成されている。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υ、
これらリード線１６．１６間に電極としてのフィラメン
ト１７が継線されている。またステム管１５から導出さ
れた排気管１８は、上記フィラメント１７に近接するス
テム管１５の先端に開口されておシ、この排気管１８を
通じて所定量の不活性ガス者≠者を含む可電離媒体が発
光管８内に封入されている。

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
容されておシ、上記点灯管６および安定器７を介して口
金２と接続されている。

ところで、上記フィラメント１７よシも管端部側に位置
する排気管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の代シに最初にアマ
ルガム形成金属と水銀を別々に封入しておき、後でアマ
ルガム形成金属をアマルカム化してもよい。

上記アマルガム１９は、定常点灯時での管内水銀蒸気圧
を制御するだめのもので、本実施例の場合はインジウム
（Ｉｎ）　、ビスマス（Ｂｌ）　、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）を化合させたものを使用して
いる。またステム管１５の先端部には、支持線２０を介
して水銀ダック２ノが支持されている。この水銀ｒツタ
２１はステンレス、ニッケル、モリブデンアルいハクロ
ム製ノ金銅あるいはプレートからなる基体２２の表面に
、少量のインジウム（Ｉｎ）をメッキ又は蒸着などによ
って被着させたもので、発光管８内に封入された水銀蒸
気の原子数と略同数以上のインジウムを含有することが
望ましい。そしてこのような水銀ダック２１は、排気管
１８の開口端とフィラメント１７との間つまシ上記アマ
ルガム１９よシもフィラメント１７近傍の高温部に位置
しておシ、消灯時のように発光管８内の温度が低い状態
では管内の水銀蒸気を吸着し、逆にランプ点灯時には近
接するフィラメント１７からの熱影響を受けて消灯時に
吸着した水銀を放出するようになっている。

このような構成において、いま口金２を電源側のソケッ
トに差し込み、電源電圧を発光管８に印加して始動させ
ると、排気管１８内に収容されたアマルガム１９は、放
電による熱影響を受けて温度上昇し、発光管８内に水銀
を放出する。そして光出力が定常状態に移行した以降の
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
すると、発光管８内およびアマルガム１９の設置部分の
温度が低下するので、発光管８内の水銀蒸気はアマルガ
ム１９に吸着され始める。この場合、アマルガム１９は
排気管１８内に収容されているから、発光管８内には排
気管１８の開口端に向うような水銀蒸気の流れが形成さ
れる。そしてこの際、水銀蒸気が集合してくる排気管１
８の開口端近傍に上記水銀ゲッタ２１が位置されている
ので、排気管１８内に流れ込む水銀蒸気の一部はこの水
銀ゲッタ２１すなわちインジウムに効率良く吸着され、
イシジウムの水銀含有量は充分なものとなる。

したがって、消灯後に再びけい光ランプ５を点灯させる
と、水銀蒸気を吸着した水銀ゲッタ２１は、近接するフ
ィラメント１７からの熱影響を受けて急激に温度上昇し
、充分な量の水銀を速やかに発光管８内に放出する。こ
の結果、光出力の立上がシが良好となシ、立上がシに要
する時間を短縮できることになる。

ところで、本発明者らは水銀ダ、り２１として使用され
たインジウムの水銀吸着作用について検討を加えたとこ
ろ、このインジウムの被着面積（、、”）と基体２２に
付層されるインジウムの単位面積当シの被着濃度（ｒｖ
／＋！＋＋１２）との間には、光出力の立上がり特性に
影響を及ぼす相関関係があることを見い出した。

以下この根拠について第４図ないし第６図を加えて説明
する。すなわち、第４図は温度に対するアマルガム１９
．水銀ｒ２夕２１に使用されたインジウムおよび純水銀
の蒸気圧の移シ変わシを示したもので、図中Ａ　Ｉ　Ａ
’ｌ　Ａ“はインジウム、Ｂはアマルガム１９．Ｃは純
水銀の蒸気圧曲線を夫々示す。さらに蒸気圧曲線Ａ、Ａ
’。

Ａ”は、インジウムの水銀含有比率が異なる結果、蒸気
圧曲線が異なってくるものであシ、水銀含有比率が小さ
くなるほど蒸気圧曲線は右にずれてくる。また、けい光
ランプ５の点灯中の水銀蒸気圧は、アマルガム１９によ
って曲線Ｂのように制御されておシ、例えば点灯中温度
が約８０℃前後と高くても、水銀蒸気圧は６　Ｘ　１０
−’ガム１９が存在しなければ、水銀蒸気圧は曲線Ｃで
示される値になる。） さて、け５光ランプ５を消灯した場合、その消灯後の温
度によって定まるアマルガム１９およびインジウムの水
銀蒸気圧と消灯時の管内の浮遊水銀蒸気圧（一般的には
６　Ｘ　１０−’　ｍｎＨｇ付近）との差圧が大きい程
、アマルガム１９およびインジウムが発光管８内の水銀
蒸気を吸着する割合は多くな）、特に上記構成のように
水銀蒸気が集合してくる場所に水銀ｒ、夕２１が位置し
ていると、水銀蒸気の多くはインジウムに吸着される。

この際、基体２２に被着されたインジウムの付着濃度が
大きいと、インジウムの水銀含有比率は小さくなシ、蒸
気圧曲線は第４図中人に比べＡ′へと高温側に移行する
。したがって温度を一定と仮定して考えると、消灯時に
おいて蒸気圧曲線Ｃで示される管内水銀蒸気圧との差圧
が大きくなるから、インジウムが水銀蒸気を吸着する割
合はよシ多くなる。

ところが、その反面第４図からも明らがなように再始動
時には蒸気圧曲線Ａ′の示す蒸気圧は低いので、水銀の
放出が遅くなシ、この結果、吸着は良好に行なわれるも
のの光出力の立ち上がシが悪くなりてしまう。

一方、インジウムの付着濃度を少くすると、インジウム
の水銀含有比率は大きくなシ、蒸気圧曲線は逆ＫＡＫ比
べてＡ“へと低温側に移行する。そうすると、消灯時に
おいて上記管内水銀蒸気圧との差圧が小さくなるから、
管内の浮遊水銀の一部はアマルガム１９に吸着されてし
ま込、相対的にインジウムに吸着される水銀の割合が減
少する。この結果、インジウム中の水銀含有量は減少す
る。したがって、再始動させた時の水銀の放出量が少〈
なシ、やけシ光出力の立ち上がシが悪くなってし甘う。

そこで本発明者らはこのような実験結果にもとづいて、
さらに詳細な実験をおこなった。すなわちアマルガム１
９として、旧−Ｉｎ　−Ｈｇの三種類の金属を、モル比
で以って Ｂｉ　：　Ｉｎ　＝　０．５３　：　０．４７Ｈｇ　：
　（Ｂｉ　＋　Ｉｎ　）　＝　０．０３２　：０．９６
８の割合で混合させた合金を使用し、この合金を直径２
．０　ｍｍ　、表面積１２．６　ｒｔａｎ”の粒状に形
成して排気管１８内に封入するとともに、水銀？”ｙり
２１としてモリブデン箔にインジウムを付着させたもの
を、排気管１８の開口端とフィラメント１７との間に配
置した１７Ｗ級のけい光ランプ５を製作した。そして水
銀ゲッタ２１のインジウム被着面積を２ｍｍ２から１３
０ｗ１１２の範囲内に規定するとともに、夫々の場合に
ついてインジウムの単位面積当シの被着濃度を種々変え
て光出力の立ち上がシ特性を比較実験したところ、第５
図に示す如き結果を得た。この実験では光出力の立ち上
がシ特性を、始動後４〜５秒経過した時の光出力と定常
点灯時との比で評価しておシ、上記第５図からも明らか
なように、被着面積を規定した夫々の場合において、被
着濃度がある値の時に光出力の立ち上が９特性が最大と
なることが判明した。そしてこの第５図中鎖線Ｓ１は、
アマルガムを使用しない通常のけい光ランプの立ち上が
りレベルを宗しておシ、シたがってこの立ち上、がシレ
ベル（ｓｏ’ｚ）以上の立ち上がシ特性を得るためには
、インジウムの被着面積を４鱈２〜１２０　ｍ”の範囲
内に規定する必要があることが分る。また同時にインジ
ウムの被着面積を４諭２〜１２０ｍｍ”と規定した場合
夫夫において、８０％以上の立ち上がシ特性を得るため
に必要なインジウムの被着濃度は、上記破線と各立ち上
がシ特性を示す特性曲線との交点で示され、この交点を
プロットすると、下記第１表に示した如き値となる。

第１表 そして上記被着面積と被着濃度の値を、被着面積をリニ
アスケールでＸ軸にとシ被着濃度を片対数スケールでｙ
軸にと、！７　、Ｘ−７座標上に表わすと、第６図に示
したようになる。この第６図においては座標点（１２０
、５，ＯＸｌ　０−５）と（２０，５，０Ｘ１０−３）
との二点を結ぶ線分Ｑ１がインジウムの被着面積に対す
る被着濃度の最低レベルを、座標点（１００，４，０Ｘ
１０−２）と（４゜７．５）との二点を結ぶ線分Ｑ２が
同じく被着濃度の最高レベルを示してお）、また座標点
（４゜７．５）と（２０，５，０Ｘ１０−３）との二点
を結ぶ線分ＱＢが被着濃度に対する被着面積の最低レベ
ルを、座標点（１００，４，０Ｘ１０−２）と（１２０
゜５ｘｉｏ−５）との二点を結ぶ線分Ｑ４が同じく最高
レベルを表わしている。

したがって、上記各線分Ｑ１〜Ｑ４によって囲まれる範
囲内にインジウムの被着面積と被着濃度の値が夫々含ま
れるように設定すれば、再点灯時での光出力の立ち上が
シ特性を、少なくともアマルガムを用いない通常のけい
光ランプと同等のレベルに維持することが可能となる。

このことは消灯時においてインジウムが管内の浮遊水銀
を効率良く吸着し、かつ再始動時には充分な量の水銀を
速やかに発光管８内に放出していることを意味してお）
、よって光出力の立ち上がシが略瞬時のうちに行なわれ
、立ち上がシ特性を大幅に改善でき、かつ信頼性も向上
する利点がある。

なお、アマルガムとしては、上述し九Ｂ　ｉ　−Ｉ　ｎ
−Ｈｇの他にＢ１−Ｉｎ−８ｎ　＋Ｂ１−Ｉｎ−Ｐｂの
合金に水銀を化合したものも考えられ、これ他の場合で
も水銀ゲッタの水銀吸着作用はほとんど変化しないこと
が確認されて騒る。

さらに、本発明に係る放電灯は、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、一般の直管形あるい
は曲管形のけい光ラングのように外方鈍露出させて点灯
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。

またそのワット数も１７Ｗに限らず、４０Ｗ程度のもの
でもほぼ同様の結果を示した。

〔発明の効果〕

以上詳述した本発明によれば、水銀ゲッタは消灯時に発
光管内の浮遊水銀を効率良く吸着し、その水銀含有量が
充分なものとなるとともに、再始動時には電極からの熱
影響を受けて充分な量の水銀を速やかに発光管内に放出
することになシ、シたがって光出力の立ち上がシが略瞬
時に行なわれるので、立ち上がシ特性を大幅に改善でき
、かつ信頼性も向上する利点がある。

【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図は第１図中田−ｎ線に沿う断面図、第３図は管
端部の断面図、第４図ないし第６図は夫々特性図である
。 ８・・・発光管、１７・・・電極（フィラメント）、１
９・・・アマルガム、２１・・・水銀ゲッタ、２２・・
・基体。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図　口■

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端に電極を封着し、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、このアマルガムよシも電
   極近傍の高温部に位置して消灯時に発光管内の水銀を吸
   着する水銀ゲッタを設けた低圧水銀蒸気放電灯であって
   、上記水銀ｒ、夕は基体にインジウム（Ｉｎ）を被着し
   てなシ、このインジウムの被着面積（■２）をＸ軸、イ
   ンジウムの単位面積当シの被着濃度（■／簡２）をｙ軸
   としたＸ−７座標上においで、インジウムの被着面積と
   被着濃度を（４，７，５）、（’２０．５．０Ｘ１０−
   ’）。 （１２０、５，０Ｘ１０−５）　、　（１００，４，０
   Ｘ１０″″２）の各座標点を結ぶ範囲内に規定したこと
   を特徴とする低圧水銀蒸気放電灯。 （但しＸ軸はリニアスケールであり、ｙ軸は片対数スケ
   ールである。）
2. （２）上記アマルガムは発光管の排気管内に収容され、
   この排気管の開口端と電極との間に上記水銀ゲッタが位
   置されている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。