JPS60208044A - 低圧水銀蒸気放電灯およびその製造方法 - 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およびその製造方法に関する。

〔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”−’ＩＬＩＨｇ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って、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５０−３０３
８７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１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、光出力の立ち上がり特性を改善した
ものが知られている。

そして、このような立上り特性を改善する機能を有する
ものは、補助アマルガム、すなわち電極近傍番て配置さ
れたアマルガム形成金属に限らず、消灯時に水銀を例え
ば物理吸着する物質であってもよいことが本発明者らの
研究によりわかってきた。そこで本発明者らは上記補助
アマルガムあるいは物理吸着をする物質を消灯時に管内
の浮遊水銀を吸着する機能を有することから水銀ゲッタ
と称している。

ところで、上記先行技術のものによると、始動時の光出
力の立上り時間の短縮は達成できたが、補助アマルガム
の設置された部分から発光現数が始まり、徐々に全体が
明るくなってくるという始動時における輝度分布の不均
一性が欠点として見出された。そこで、補助アマルガノ
・を両方の電極近傍に設置することでこの不均一性を改
善しようと試みたが、やはり始動時の輝度分布の不均一
性は残存した。そしてこのような欠点は水銀ゲッタとし
て補助アマルガノ、を使用したときに限らず、上記物理
吸着の作用しかない水銀ゲッタの場合には、さらに顕著
となった。すなわち、本発明者らの行った種々の実験に
よれば、定常点灯時の管内水銀蒸気圧を制御する主アマ
ルガムが上記先行技術の如く一方の電極のステムに取着
されていると、この主アマルガムは放電空間の一端側に
片寄って位置するため、水銀ゲッタとしての補助アマル
ガムをいづれかの電極近傍に設置した場合、あるいは両
方の電極近傍に設置した場合でも、一方の電へ側のアマ
ルガム容重が実質的に多くなってし土う０ したがって、ランプを消灯すると、管内の浮遊水銀は、
アマルガム容量が大きい一方の’、＊’ｌ　’ｊｆｉ−
側に向って流れ、浮遊水銀の大部分は主アマルガム側の
補助アマルガムに吸着されてしまう。

この結果、反対側の補助アマルガムの水銀含有量が減少
するから、ランプを再始動させると、発光管内への水銀
の放出が主アマルガム側の補助アマルガムから開始され
、同様に電離も発光管の一端側から始まり、点灯初期に
おいて輝度分布が不均一となるという事実が見い出され
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、
点灯初期の明るさを均一化することができる低圧水銀蒸
気放電灯の提供を第１の目的とする。

さらに本発明は、上記目的を達した低圧水銀蒸気放電灯
を製造するに当り、発光管の排気工程中に主アマルガム
が溶融したり、酸化する虞れのない低圧水銀蒸気放電灯
の製造方法の提供を第２の目的とする。

〔発明の概要〕

すなわち、上記第１の目的を達成する第１の、ｐ朋ｈ　
、発光管両端の電極よりも端部側に定常点灯時での管内
水銀蒸気圧を制御する主アマルガムを夫々設置するとと
もに、これら両方の主アマルガムよりも電極近傍の高温
部に、消灯時に発光管内の浮遊水銀を吸着し、かつ始動
時には吸着した水銀を放出する水銀ゲッタを夫々設置し
たことを特徴とする。

また、上記第２の目的を達成する第２の発明は、上記第
１の発明の低圧水銀蒸気放電灯のうち特に両方の主アマ
ルガムの組成を異ならせてそれぞれ細管内に設置した低
圧水銀蒸気放電灯の製造方法であって、発光管の両端部
に、予め電極近傍に水銀ゲッタを設置してなるマウント
を封着する工程と、一方のマウントの細管内に組成を高
融点とした主アマルガムを設置するとともに、この設置
後に他方のマウントの細管を通じて発光管内を排気する
工程と、この排気後上記他方のマウントの細管内に組成
を低融点とした主アマルガムを設置する工程と、この排
気後の発光管内に不活性ガスおよび必要に応じて１水銀
を封入する工程とを具備してなることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図面に示す一実施例にもとづいて説明する
。

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が取着されている。

カバー１の他端開口部には略球状のグローブ３が被冠さ
れており、これらカバー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の始動米子としての
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８ｔよ、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
の第１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ａ、、７状に曲成するこ
とにより１対の第２曲成部１１．１１を形成したもので
、両端部９，９と第１曲成部１０とが互に隣接して同方
向に位置された概略鞍形状をなしている。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図および第４図に示したよう
にマウント１３．１３のフレア部１４．１４が封着され
ている。フレア部１４．１４に連なるステム管１５には
、内部リード線１ｅ；、ｌｅ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ィラメント
１７．１７が継線されている。また各マウント１３．１
３から導出された細管１８゜１９は、上記フィラメント
１７に近接するステム管１６の先端部に開口されており
、この細管１８．１９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は、両端部９゜９および
第１曲成部１０を口金２側に向けた姿魯て外囲器４内に
収容されており、そのフィラメント１７，１７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、上記発光管８の両端の細管１８゜ノ９内には
、定常点灯時での管内水銀蒸気圧を制卸する第１の主ア
マルガム２０および第２の主アマルガム２ノが夫々設置
されている。一方の１ｉｌＢ管Ｊ８側の第１の主アマル
ガム２０は、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、
水銀（Ｈｇ）の化合物を略球状に形成したもので、上記
細管１８の途中に設けた絞り部１８ａと封止端との間で
脱落不能に保持されている。そして、この第１の主アマ
ルガム２０はビスマス（Ｂｉ）を加えた分だけ融点が低
くなり、その動作温度が定′帛点灯時での外囲器４内の
雰囲気温度、つまり略７０℃〜９０℃に達した時に、発
光管８内の水銀量を紫外線に変換する効率が最高となる
Ｇ　Ｘ　１０””ｍＨｇに制御するようになっている。

また、他方の細管１９側の第２の主アマルガノ・２Ｉは
、発光管８内の浮遊水銀との接触面積を充分に確保する
ため、ニッケル又はアルミニウム等のコイルスプリング
やスリーブ２２の表面に、少量のインジウム（Ｉｎ）を
メッキ又は蒸着等により薄膜状に被着してなり、上記細
管１９内に挿入保持されている。この第２の主アマルガ
ム２１は、上記第１の主アマルガム２゜に比べてビスマ
ス（Ｂｊ）を含んでいない分融点が高く、上記表面積が
犬であることと相まって、雰囲気温度の変動に伴う水銀
の放出を、第１の主アマルガム２０よりも素早く行なえ
るようになっている。

なおこの場合、上記主アマルガム２０．２１の代りに最
初にアマルガム゛形成金属と水銀とを別々に細管１８．
１９および発光管８内に封入しておき、この後アマルガ
ム形成金属を細管１８．１９内でアマルガム化させるよ
うにしても良い。

また、主アマルガム２０．２１よりも夫々フイラメン）
７７．１７に近接した高温部分、つまり本実施例では両
方のフィラメント１７゜１７と細管１８．１９の開口端
との間に位置して、２ｙ　１および第２の水銀ゲッタ２
２，２３が設置さｉｔでいる。これら両水銀ゲッタ２２
，２３は、ステンレス、ニッケル等の金網又はプレート
かＣ）なる基体２４の表面に、少量のインジウム（Ｉｎ
）をメッキ又は蒸着等によって薄膜状に被着させたもの
で、この基体２４の一端が上記内部リード繍１６に溶接
されている。そしてこのような水銀ゲッタ２２，２３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
の浮遊水岱を吸着し、逆にランプ点灯時には上記吸着Ｌ
／　Ｈ’ｉ二水銀を管内に放出するようになっている。

次に、上述の如き構成のけい光ランプ５を製造する手順
について説明する。

ヨすｉｉ！ｆ＋　方のマウント１３．１３のステ入管１
．５　、１５に細管１８．１９を組み付けるが、一方の
細管１８は予めモールドによってその途ｒ４月こ絞り部
１８ａを形成しておく。

次に、マウント１３，１３の一方の内部り一ド腺１６に
夫々水銀ゲッタ２２，２３の基体２４．２４を溶接した
ならば、絞り部１１１ａの形成されていない他方の細管
１９内に先端間［」を通じてコイルスプリング又はスリ
ーブ状をなした第２の主アマルガム２２を挿入し、その
Ｘ田管Ｊ９を封止切る。

次に絞り部１８ａの設けらｈた細管１８を有するマウン
トと、第２の主アマルガノ・２２の挿入された細Ｗ１９
を有するマウントのフレア部１４．１４をそれぞれ曲成
以前の発光管８、つまり直管状ｔなしたガラスバルブの
両端開口部に封着する。このようなマクー／ト１３．）
３の封着が完了し比ならば、バルブの曲げ工程に入り、
この工程ではまず、上記ガラスバルブのノミ手方向に沿
う中間の第１曲成予定部をバーナ等により加嶋軟化させ
、この後略ｔＪ字状にＦｌｌ成することにより第１曲成
部１ｏを形成する。引き続き、ガラスバルブの両端部９
．９と１へ１曲、置部ＩＱとの間の第２曲成予定部をバ
ーナ専により加熱軟化させ、この状態で上記Ｔ１字形を
含む平面と略直交する方向（て１晒Ｕ字伏ｊ′ζ回成す
ることにより、１対の第２曲成部１１，１１を形成する
。このような２回の曲けによって、両端部９．９と第１
曲成部１０とが互に脚接して同方向に位置された概略鞍
形状の発光管８が形成される。

次に絞り部ｌｅａの形成されている細管１８を排気装置
に接続することにより、発光管８の排気を行う。そして
、通常この排気時には発光管８を加熱して、発光管８．
マウント１３゜１３およびフィラメント１７．１７等に
含まれる不純物の排出が行々われるが、本実施例の発光
管８の場合は、既に上記ガラスパルプの曲げ工程時にお
いてパルプをバーナ等で加熱しているので、この加熱に
より不純物の排出が同時に行なわれており、したがって
、排気工程中での発光管８の加熱は簡単にすませること
ができる。

このようにして発光管８内の排気が完了したならば、こ
の排気装置を利用して細管１８内に球状の第１の主アマ
ルガム２ノを封入するとともに、この細管１８を介して
所定量の不活性ガスを発光管８内に封入する。

そして最後に、上記排気装置に組み込まれた封止バーナ
を用いて細管１８の封止切りを行い、このことにより発
光管８０両端部に夫々主アマルガム２０．２１および水
銀ゲッタ２２，２３を設置したけい光ランプ５が完成さ
れる。なお、上記主アマルガム２００代りにアマルガム
形成金属を設置した場合には、発光管８内に所定量の水
銀を不活性ガスとともに封入する必要があることはもち
ろんである。

しかして、上述の如き構成において、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Ｉ
！Ｊ動さぜると、才ｌｉｔ　’Ｈ’：Ｆ　／　／ｌ　Ｉ
°目・設置された第１の主アマルガム２０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、主に第１の主アマルガム２０の設置部分
の温度で定まる蒸気圧、すなわち、紫外線の変換効率が
最高となる６　Ｘ　１０−”　ｍＨｇ付近の値に制御さ
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内および第１．第２両方の主アマルガ
ム２０．２１の設置部分の温度が低下するので、発光管
８内の浮遊水銀は第１．第２両方の主アマルガム；ｔｏ
、ｘｚＦｃ吸着され始める。この場合、主アマルガム２
０゜２ノは発光管８の両端の細管１８．１９内に設置さ
れているから、発光管８内には夫々細管１８．１９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
この水銀蒸気が集合してくる細管１８．１９の開口端近
傍に、夫々第１および第２の水銀ゲッタ２２，２３が位
置されているので、細管１８．１９内に流れ込む水銀蒸
気の一部は、両方の水銀ゲッタ２２，２３のインジウム
に略均等に吸着される。加え−にの−ｆンジウムは、そ
れ自体でアマルガムを形成するので、発光管８内に水銀
蒸気の流れを作り出す作用を有しており、このため水銀
ゲッタ２２．２３として物理吸着等を利用したステンレ
スの金網等を用いる場合に比べて水銀蒸気の吸着作用は
顕著なものとなり、したがって、水銀ゲッタの表面積が
小さくてもその水銀含有１は充分なものとなる。

一方、消灯後けい光ランプ５を再始動させると、水銀蒸
気を吸着した水銀ゲッタ２２，２３は、近接するフィラ
メント１７．１７からの熱影響を受けるとともに、放電
にもとづくイオンが衝突することＫよって急激に温度上
昇し、充分な量の水銀を速やかに発光管８内に放出する
。

したがって、光出力の立ち上がりが略瞬時に行なわれる
とともに、発光管８内にはその放電壁間の両端側から略
均等に水銀が放出されるので、電離も発光管８０両端側
から始まり、よって点灯初期での管軸方向に沿う明るさ
ケ均−１ヒすることができる。

また、第１の主アマルガム２０（Ｔ）ように、略７０℃
〜９０℃の動作′温度で管内水銀蒸気圧全適正値に制御
する低１独点のアマルガムは、一般的に水銀の放出速度
が遅いことから、点灯初期において上記水銀ゲッタ２２
　、２　、？から放出され′た水銀の一部を逆に吸収し
てしまい、この第１の主アマルガム２０から水銀の放出
が開始されるまでの間、発光管８内の水銀蒸気量が実質
的に不足する虞れがある。しかるに、上記第１の発明に
係る実施例の構成では、反対側の第２の主アマルガム２
２を高融点とするとともに、表面積を大キくシて温度の
変動に伴う水銀の放出速度を上記第１の主アマルガム２
０よりも早くしであるので、点灯初期にはこの第２の主
アマルガム２２が水銀ゲッタ２２．ｔｓｌに追従して管
内に水銀を放出し始め、上記水銀蒸気の不足分を補う。

したがって、点灯初期から定常点灯時への過渡期におい
て光出力の落ち込みも少く、良好な立ち上がり特性が得
られる。

また、第２の主アマルガム２２のインジウムは極めて少
量であるので、定常点灯状態に移行した時点では、吸着
した水銀の放出は既に完了しており、このため第２の主
アマルガム２２が定常点灯時の管内水銀蒸気圧に悪影響
を及はすとはない。

なお、上述した第１の発明に係る実施例では、第１およ
び第２の主アマルガムの組成を互に異ならせたが、けい
光２ンプが置かれる温度条件によっては第１および第２
両方の主アマルガムを同組成、つまり両方とも低融点と
したり、あるい伏高融点としても良い。

一方、上述の如きけい光ランプ５用の主アマルガム２０
．２１は、その動作温度が略７０℃〜９０℃の時に管内
水銀蒸気圧を６　Ｘ　１０−”ｔｘｍＨｇ付近に制御で
きなければならないが、上記温度条件で蒸気圧が適正値
を示すものは、実際のところ組成が低融点のアマルガム
に限られてくる０したがって、主アマルガム２０．２１
のうち少なくとも一方は低融点のものを用いる必要があ
る。

ところが、両方の細管１８．１９内に主アマルガム２０
．２１を設置したけい光ランプ５を製造する一場合、一
般的なランプ製造技術では、一方の細管１９内に主アマ
ルガム２ノを設置し７ｈ後に、発光管８を加熱して不純
物の排出を行いつつ管内の排気を行い、この後残りの細
管１８内に主アマルガム２０を封入する必要があること
から、排気以前に細管１９内に設置する主アマルガム２
１を低融点とすると、排気時の熱によってこの主アマル
ガム２１が溶融したり酸化する等の問題が生じる。

しかるに、上述した第２の発明に係る製造方法によれば
、排気前に細管１９内に設置する生アマルガト２１の組
成を高融点とし、かつこの排気終了後に低融点の主アマ
ルガム２０を細管ＪＢ内に設置するようにしたので、排
気時の熱によって両方の主アマルガム２θ、２１が溶融
したり酸化することはなくなる。それとともにこれまで
の一般的なランプ製造技術をそのまま適用できる利点も
ある。

なお、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、例えば高出力の直管形
あるいは曲管形のけい光う点滅回数の多し複写器用の光
源としても同様に適用可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述した第１の発明によれば、ランプの再始動時、
光出力の立ち上がりが略瞬時に行なわれるとともに、発
光管内にはその放電空間の両端側から略均等に水銀が放
出されるので、電離も同様に両端側から開始され、した
がって、点灯初期での管軸方向に沿う明るさを均一化す
ることができる。

また第２の発明方法によれば、融点の低い主アマルガム
が排気時の熱によって溶融したり酸化する虞れもなく、
このため主アマルガムの作用のばらつきも少くなり、管
内水銀蒸気圧を略適正値に制御できる利点がある。

【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図およ
びＭ４図は夫々管尾部の断面８・・・発光管、９・・・
両端部、１３・・・マウント、１２・・・電極（フィラ
メント）、１８．１９・・・細管、；ｏ、２ノ・・・生
アマルガム、２２．２３・・・水銀ゲッタ。 出厩人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光管の両端部に電極を有するマウントを封着す
   るとともに、この発光管内に所定量の水銀と不活性ガス
   を含む可電離媒体を封入した低圧水銀蒸気放電灯におい
   て、上記発光管両端に、電極よりも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主アマルガムを
   夫々設置するとともに、これら両方の主アマルガムより
   も電極近傍の高温部には、消灯時に発光管内の浮遊水銀
   を吸着し、かつ始動時に吸着した水銀を放出する水銀ゲ
   ッタを大々設けたことを特徴とする低圧水銀蒸気放電灯
   。
2. （２）上記主アマルガムは、それぞれ発光管の両端部の
   マウントから導出された細管内に設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。 １ａＩ　Ｐ起生アマルガムの組成を互に異ならせ、いず
   れか一方側の主アマルガムの水銀の放出速度を他方側の
   主アマルガムよりも早め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０（４）発光管の両端部に封着したマウントの細管
   内に互に組成かつ融点が異なる主アマルガムを夫々設置
   するとともに、これら両方の主アマルガムよりも電極近
   傍の高温部に、消灯時に管内の浮遊水銀を吸着し、かつ
   始動時には吸着した水銀を放出する水銀ゲッタを夫々設
   置した低圧水銀蒸気放電灯を製造する方法であって、発
   光管の両端部に、予め電極近傍に水銀ゲッタを設置して
   なるマウントを封着する工程と、一方のマウントの細管
   内に高融点の主アマルガムを設置するとともに、この設
   置後他方のマウントの細管を通じて発光管内を排気する
   工程と、この排気後、上記他方のマウントの細管内に低
   融点の主アマルガムを設置する工程と、この排気後の発
   光管内に上記他方のマウントの細管を通じて不活性ガス
   および必要に応じて水銀を封入する工程とを具備するこ
   とを特徴とする低圧水銀蒸気放電灯の製造方法。