JP2003077417A - 低圧水銀蒸気放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アマルガムが含有している水銀の放出を確実
に行わせ、低温雰囲気中でのランプ点灯時に水銀蒸気圧
不足による発光特性の低下防止をはかった、発光特性の
向上できる低圧水銀蒸気放電ランプおよびこの放電ラン
プを有する照明装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 ガラスバルブ１と、このガラスバルブ１
内に設けられた電極４，４と、上記ガラスバルブ１内に
封入された希ガスおよび水銀放出温度以上の温度で昇温
することによって水銀が放出されたアマルガム６とを備
えている低圧水銀蒸気放電ランプＬ１およびこの放電ラ
ンプＬ１を用いた照明装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラスバルブ内にア
マルガムが配設された低圧水銀蒸気放電ランプおよびこ
の放電ランプを装着した照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】低圧水銀蒸気放電ランプたとえば蛍光ラ
ンプは、管形のガラスバルブ内に放電媒体として水銀お
よびアルゴン等の希ガスを封入して、放電による水銀原
子の転移スペクトルの内、主に２５４ｎｍ、１８５ｎｍ
等を蛍光体の励起源として利用して発光の主役をなさし
めている光源であって、一部希ガスのみを封入したラン
プもあるが、高効率を得るランプでは水銀封入は必須の
ものである。

【０００３】この蛍光ランプの製造に際しバルブ内に水
銀を封入する方法としては、液状の水銀をバルブ端部に
接続した排気管を通じ送り込むのが一般的であるが、水
銀が液状のため封入装置や排気管等の封入経路壁に付着
したり、高温で排気中のバルブ内から蒸発する等して封
入量が不足したりばらつきが大きくなったりして定量の
封入が困難であった。

【０００４】通常、この損失を見込んで過剰の水銀を供
給するようにしていたが、水銀は環境保全のために必要
最小限にすることが好ましく、その対策として所定量秤
量された水銀の表面を化学的に安定な粉末で被覆した
後、封入していたが問題解決には至っていない。

【０００５】また、これを解決するためになされたもの
としては、水銀と亜鉛とからなるアマルガムを封入する
方法、水銀とチタン等とを合金化して封入する方法、水
銀をアルミナ等からなるペレットに含浸して封入する方
法や水銀をガラスカプセルに収容して封入する方法等が
ある。

【０００６】そして、これらの方法によれば水銀を滴下
する方法よりは定量封入ができ、現在、作業性やコスト
等を勘案してアマルガム化したものが多く採用されてい
る。

【０００７】特に特開平６−２８３１０１号公報に記載
されているように、水銀と亜鉛と空なるアマルガムを加
熱してガラスバルブ端部に固着する方法は、固着時にア
マルガムが溶融するため、水銀が確実に放出されるので
製造が容易である。

【０００８】しかしながら、この従来技術のように水銀
と亜鉛とからなるアマルガムとして封入し固着したラン
プは、周囲温度がたとえば１０℃以下の低温度雰囲気中
で点灯すると、ランプ全体が暗放電現象を示す暗い発光
となることがあった。

【０００９】この暗放電現象は周囲温度が低いためで、
バルブ内にあるアマルガムの温度が上昇せずに水銀蒸気
圧が不足していることによる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、この暗
放電現象について究明し、アマルガムが低温および他の
要因によっても水銀蒸気圧が低くなり易いことを見出だ
した。これは、アマルガムは製造加工時、保管運搬時や
ランプ組立時等の取扱時に、その表面に酸化や反応等に
よって不所望な膜が形成されるものと考えられる。

【００１１】すなわち、アマルガムの表面が酸化物等の
不純物で覆われていると、従来技術のように固着のため
に溶融した程度では、この不純物等からなる膜が飛散す
ることもあるので、アマルガム中の水銀の蒸発が抑制さ
れて、十分な量の水銀が放出されないものと推定した。

【００１２】本発明は、上記問題を解消するためなされ
たもので、アマルガムが含有している水銀の放出を確実
に行わせ、低温度雰囲気中でランプを点灯した場合の水
銀蒸気圧不足による発光特性の低下防止をはかった、発
光特性の向上できる低圧水銀蒸気放電ランプおよびこの
放電ランプを有する照明装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
低圧水銀蒸気放電ランプは、ガラスバルブと、このガラ
スバルブ内に設けられた電極と、上記ガラスバルブ内に
封入された希ガスおよび水銀放出温度以上の温度で昇温
することによって内部の水銀存在比率がほぼ均一となる
ように水銀が放出されたアマルガムとを具備しているこ
とを特徴とする。

【００１４】なお、本発明ならびに以下の各発明におい
て、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は
次ぎによる。

【００１５】低圧水銀蒸気放電ランプとは、ガラスバル
ブ内に一対以上の電極を有するとともに内部に希ガスを
２００〜４００Ｐａ程度封入したランプで、蛍光ランプ
や紫外線放射ランプ等の水銀をアマルガムとして封入し
た各種放電ランプである。また、本発明は一般の蛍光ラ
ンプに限らず、ガラスバルブ面と蛍光体被膜との間にア
ルミナ等の保護膜や透明導電膜を形成したりあるいは反
射被膜を併設した他の種類の蛍光ランプにも適用できる
ものである。

【００１６】放電容器を構成するガラスバルブの材質は
ソーダライムガラスや鉛ガラス等の軟質ガラス、ホウケ
イ酸ガラス、アルミノシリケートガラスや石英ガラス等
の硬質ガラスあるいはアルミニウム酸化物等からなるセ
ラミックスを用いることができる。

【００１７】また、形状は直管形、環形、Ｕ字形、Ｗ字
形、ＷＵ字形等や複数本の直管状バルブを継いだ、いわ
ゆるコンパクト形であってもよい。また、管状のガラス
管や一端を閉塞したガラスバルブの開口端部に金属製ス
テムやエンドキャップを封着して気密容器を形成した放
電ランプあるいはスペーサを介し表裏２枚の板材を接合
したりＵ字形等の放電溝が刻設された板体を重合やガラ
ス板を接合して形成した平板形の放電ランプ等にももち
ろん適用できる。また、封着部はステムやエンドキャッ
プ等を用い閉塞したもの、圧潰封着等その形態は問わな
い。

【００１８】アマルガムの材質は、亜鉛、鉛、錫等のう
ちの少なくとも一種のアマルガム形成金属と水銀との合
金からなり、水銀放出後は実質的に水銀を再吸収しない
材料からなる。特に亜鉛をアマルガム形成金属として使
用した場合に、本発明の水銀放出効果は顕著に現れる。

【００１９】アマルガムの大きさは、排気管内部を通過
できる大きさであればよく、その封入量も品種、要求特
性等に応じて適宜決めればよく、１本のランプに封入す
る個数も１個に限らず複数個であってもよい。また、ア
マルガムの配設箇所は封着部付近、ステム面あるいは口
金等が被冠されることによりアマルガムを隠すことがで
きる場合は、蛍光体被膜上に配設させてもよい。

【００２０】さらに、本発明の低温雰囲気とは１０℃以
下の温度をいう。

【００２１】請求項１の記載によれば、アマルガムを所
定温度および所定時間で強制的に加熱することにより、
アマルガムの内部の水銀存在比率がほぼ均一になるよう
にアマルガムの表面から水銀を放出させてバルブ内に拡
散させることができる。また、この加熱によりアマルガ
ム表面を覆っている酸化物等の不所望の被膜が飛散し
て、十分な量の水銀の蒸発を行わせれば、以後の低温雰
囲気下の点灯において所定の水銀蒸気圧を得ることがで
き発光特性の低下がない。

【００２２】本発明の請求項２記載の低圧水銀蒸気放電
ランプは、アマルガムの水銀放出温度が１００〜３５０
℃であることを特徴とする。

【００２３】本発明の放電ランプのアマルガムは、約１
００℃位でその表面から水銀が蒸発していくとともに、
約３５０℃で溶融した。そして、溶融したアマルガムを
冷却すればバルブ面等にアマルガムを固着させることが
できる。

【００２４】本発明の請求項３記載の低圧水銀蒸気放電
ランプは、アマルガムのアマルガム形成金属が亜鉛Ｚｎ
を主体としていることを特徴とする。

【００２５】アマルガム形成金属を亜鉛Ｚｎを主体とし
て用いて、上記請求項２に記載と同様な作用を奏する。

【００２６】本発明の請求項４記載の低圧水銀蒸気放電
ランプは、ガラスバルブの内面に蛍光体被膜が形成され
ていることを特徴とする。

【００２７】バルブの内面に蛍光体被膜を形成した蛍光
ランプに適用して、上記請求項１ないし３に記載と同様
な作用を奏する。

【００２８】本発明の請求項５記載の照明装置は、照明
装置本体と、この装置本体に設置された請求項１ないし
４のいずれか一記載の低圧水銀蒸気放電ランプと、この
低圧水銀蒸気放電ランプの点灯回路装置とを具備してい
ることを特徴とする。

【００２９】照明装置は、上記請求項１ないし請求項４
に記載の作用を有する放電ランプを装着したので、発光
特性の低下の虞がない優れた照明を行うことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明に係わる低圧水銀蒸
気放電ランプたとえば直管形蛍光ランプＬ１の一部切欠
断面正面図、図２は同じくたとえば環形蛍光ランプＬ２
の概略正面図、図３は図２の一端部の拡大断面図であ
る。

【００３１】図１において、１はソーダライムガラスか
らなる直管状のガラスバルブ、２，２は鉛ガラスからな
るステム、３，３は上記ガラスバルブ１とステム２との
封着部で、上記バルブ１とステム２とで気密容器を構成
している。

【００３２】４は上記各ステム２，２に設けられた電
極、２１はソーダライムガラスまたは鉛ガラスからなる
排気管である。また、バルブ１の内面には３波長形の希
土類蛍光体や連続波長発光形のハロリン酸塩蛍光体等を
塗布した蛍光体被膜５が形成してある。

【００３３】また、バルブ１内には放電媒体としてアマ
ルガム６およびアルゴンＡｒ、クリプトンＫｒ、キセノ
ンＸｅ等の希ガスが単独または混合して封入されている
とともにバルブ１の一方の封着部３内近傍にはたとえば
水銀Ｈｇ濃度５０〜６０重量％−亜鉛Ｚｎ残部の合金で
球状のペレットに成形したアマルガム６が配設されてい
る。なお、図中７は封着部３を被冠して設けられた口金
である。

【００３４】また、図２の環形蛍光ランプＬ２は、ソー
ダライムガラスまたは鉛ガラスからなる環状のガラスバ
ルブ１の両端にステム２，２との封着部３，３が形成さ
れ、上記バルブ１とステム２，２とで気密容器を構成
し、バルブ１内面には蛍光体被膜５が形成してあるとと
もに内部に放電媒体として希ガスおよび上記組成合金の
アマルガム６が封入されている。

【００３５】このバルブ１の封着部３，３の先端部外周
縁には環状の突出した節部３１が、内部には環状の凹部
３２が形成されていて、一方の封着部３の凹部３２内に
は略球状をした上記アマルガム６のペレットが配設され
ている。

【００３６】そして、上記ランプＬ１およびＬ２完成後
のアマルガム６の状態は、アマルガム形成金属が亜鉛Ｚ
ｎを主成分とするものであって、水銀放出前は球状をな
す水銀との合金を形成しているが、ランプ製造過程での
加熱により殆どの水銀Ｈｇが放出された後は、僅かの水
銀Ｈｇが水銀Ｈｇ−亜鉛Ｚｎ合金の内部にほぼ均一に存
在するように残留している。

【００３７】従来技術のように、固着のためにアマルガ
ムの表面を溶融させただけでは水銀が十分蒸発せずにア
マルガムの中心に向うにしたがい水銀の残留濃度が高く
なってしまうことがあった。そこで、アマルガムを水銀
放出温度以上となるように所望の時間をかけて加熱する
ことにより、水銀がアマルガムの内部にほぼ均一に存在
するようにし、水銀を十分な量放出させることができ
る。このアマルガム内部の水銀の存在状態はアマルガム
の断面をＥＰＭＡ等の電子顕微鏡で観察することにより
評価することができる。

【００３８】また、その表面は多少の凹凸を有する多面
体をなしていて、上記環形蛍光ランプＬ２の場合は、そ
の一部が溶融してガラス面に流れ、冷却後、アマルガム
６は固着された状態となっている。

【００３９】特にアマルガムをガラスバルブに確実に固
着するためには、アマルガムとガラスバルブとの接触面
積をアマルガム表面積の１／４以上とする必要がある。
このため、ガラスバルブの端部には、アマルガムが入り
込むことが可能な周溝が設けられており、この周溝にア
マルガムが入り込むことで、アマルガムの接触面積が増
大する。

【００４０】また、アマルガム形成金属は水銀放出後は
実質的に水銀を再吸収しない材料が好ましい。

【００４１】そして、上記蛍光ランプＬ１，Ｌ２のバル
ブ１内にあるアマルガム６を上記状態とするのには、排
気管２１を通じバルブ１内にアマルガム６を供給し、バ
ルブ１内の排気、希ガスの封入をして排気管２１を溶封
した後、アマルガム６を一方の封着部３の所定位置に移
動させてから、この封着部３を加熱炉等に入れて封着部
３近傍を加熱するとか、このアマルガム６が配設された
部分と対応するバルブ１の外面にホットエアー等を当て
局部的な加熱を行う。

【００４２】そして、水銀Ｈｇ−亜鉛Ｚｎ合金からなる
アマルガム６を１００℃以上の温度で加熱することによ
り、アマルガム６の表面から水銀を放出させてバルブ１
内に拡散させることができる。また、この加熱によりア
マルガム６表面を覆っている酸化物等の不所望の被膜が
飛散して、水銀の蒸発が円滑に行われ、以後の常温以上
の雰囲気であっても低温雰囲気中での点灯において所定
の水銀蒸気圧を得ることができ暗放電現象を生じないの
で発光特性の低下がない。

【００４３】因みに、上記組成のアマルガム６は、水銀
が約１００℃位でその表面から蒸発していくとともに、
金属中では融点の低い亜鉛Ｚｎを使用しているためその
溶融開始温度が約３５０℃位である。

【００４４】なお、このアマルガム６の加熱温度が３５
０℃以上になると加熱時間も関係するが、アマルガム６
の表面が活性化され水銀の放出がし易くなるとともにバ
ルブ１のガラスや蛍光体被膜５等からの不純ガスの発生
があって蛍光体被膜５を黒化して発光特性を低下させた
り短寿命を招く等好ましくなく、加熱する温度と時間は
アマルガム６の組成、条件等によって適宜確認しておく
ことが必要である。

【００４５】また、上記加熱でアマルガム６から放出で
きなかった主体内部の水銀Ｈｇは、その後ランプＬ１，
Ｌ２の点灯経過にともなう温度上昇で表面に少しずつ滲
み出てきて消耗した水銀の補給をなし、寿命中発光特性
の低下を来さない作用を有する。

【００４６】このようにアマルガム６から水銀Ｈｇの放
出は、ランプＬ１，Ｌ２の製造過程での加熱によって容
易に行うことができるとともに低温雰囲気でも上記蛍光
ランプＬ１，Ｌ２は、点灯時、この水銀の供給によって
所定の発光特性が得られる。

【００４７】また、このアマルガム６は固形であるから
その取扱い特に定量封入が容易で、不純物の付着や吸着
が少なくバルブ１内封入後に特性に悪影響を与える不純
ガスの発生が少なく、寿命中の光束低下やランプ電圧や
始動電圧の上昇等の特性低下を防止でき長寿命化がはか
れる。

【００４８】図４はアマルガム６を加熱しない場合と、
加熱した場合のランプの点灯時の照度を測定したグラフ
である。グラフは縦軸に相対照度を（相対照度１は加熱
した場合のランプの安定照度）、横軸に点灯時間（分）
を対比してある。

【００４９】試料とした蛍光ランプは直管形の２０Ｗ
で、バルブ１は外径３２ｍｍ、長さ５８０ｍｍ、内部に
アルゴンガスを３２０Ｐａと、水銀Ｈｇ濃度約５５重量
％−亜鉛Ｚｎ残部の合金で球状のペレットに成形したア
マルガム６を８ｍｇとが封入してある。また、試料ラン
プは２０本（グラフは平均値）で、点灯は同一の点灯回
路装置を用い周囲温度が１０℃の状態で行った。

【００５０】そして、製造後のランプを点灯した場合
は、暗放電現象を起こし図４中のＢ線で示す立上がりで
あるのに対して、同じランプを加熱炉を通しバルブ温度
を１８０〜２００℃で約１５分間の加熱を行ったらＡ線
で示す経過を得た。

【００５１】すなわち、加熱してアマルガムから予め水
銀放出を行っておけば点灯後５分程度で１００％の出力
を呈するのに対して、加熱を行わないと水銀蒸気圧が不
足のため２５％程度の出力で所望の明るさが得られな
い。

【００５２】また、上記蛍光ランプＬ１，Ｌ２は、ラン
プＬ１，Ｌ２が照明器具から落下したり、何かが衝突し
たり、取扱いの不注意等でバルブ１が破損したときガラ
スの破片が飛散するのを防ぎ安全性を確保するため、バ
ルブ１の外表面全体にＰＥＴ製熱収縮チューブやテフロ
ン（登録商標）チューブ等の透光性合成樹脂材料からな
る防飛被膜を密着して形成している。

【００５３】昨今、ごみの分別化がすすめられており、
寿命等に至り破棄されるこの種蛍光ランプＬ１，Ｌ２も
ガラス部分や合成樹脂部分等、材料を分別して破棄しな
ければならない。この場合、バルブ１表面に密着して形
成してある防飛被膜は剥がしにくいが、長手方向に沿い
ほぼ平行や螺旋状に２本のミシン目を形成しておけば、
ミシン目に沿い被膜を容易に剥がし外すことができる。

【００５４】また、図５は本発明の直管形蛍光ランプＬ
１を用いた照明装置（照明器具）９の実施の形態を示す
斜視図である。図中９１は装置本体で、器具９の建物等
への取付具、電源接続機構や安定器等の点灯回路９２が
収納されている。この本体９１の下方にはセード９３が
設けられ、この内部に取付けられたソケット９５，９
５，…には２本の直管形蛍光ランプＬ１，Ｌ１の口金
６，６が装着されランプＬ１，Ｌ１が支持されている。
また、図中９４は反射板である。

【００５５】この蛍光ランプＬ１，Ｌ１は、電源接続機
構、安定器等の点灯回路９２、図示しないコードおよび
ソケット９５，９５を介し給電され安定した点灯ができ
る。

【００５６】そして、この照明装置（照明器具）９に装
着された蛍光ランプＬ１，Ｌ１は、発光特性の低下がな
いので、高効率の照明を行うことができる。

【００５７】

【発明の効果】請求項１の発明では、周囲温度が１０℃
程度の低温雰囲気であっても、アマルガムから水銀が十
分に放出されるので、暗放電現象の発生がなく所定の発
光特性を呈する低圧水銀蒸気放電ランプを提供できる。

【００５８】請求項２の発明では、アマルガムを１００
〜３５０℃で加熱することにより、水銀の放出とアマル
ガムの固定を行うことができるとともに上記請求項１に
記載と同様な効果を奏する。

【００５９】請求項３の発明では、アマルガム形成金属
を亜鉛Ｚｎを主体として用いて、上記請求項２に記載と
同様な効果を奏する。

【００６０】請求項４の発明では、蛍光ランプに適用し
て、上記請求項１ないし３に記載と同様な効果を奏す
る。

【００６１】請求項５の発明では、上記請求項１ないし
請求項４に記載の効果を有する放電ランプを装着したの
で、発光特性の低下の虞がない優れた照明を行うことが
できる照明器具等の照明装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低圧水銀蒸気放電ランプ（直管形蛍光
ランプ）の実施の形態を示す一部切欠断面正面図であ
る。

【図２】本発明の低圧水銀蒸気放電ランプ（環形蛍光ラ
ンプ）の実施の形態を示す概略正面図である。

【図３】図２の一端部の拡大断面図である。

【図４】アマルガムを加熱しない場合と、加熱した場合
のランプの点灯時の照度を測定、対比したグラフであ
る。

【図５】本発明の照明器具（照明装置）の実施の形態を
示す斜視図である。

【符号の説明】

Ｌ１：低圧水銀蒸気放電ランプ（直管形蛍光ランプ） Ｌ２：低圧水銀蒸気放電ランプ（環形蛍光ランプ） １：ガラスバルブ ２：ステム ２１：排気管 ３：封着部 ４：電極 ５：蛍光体被膜 ６：アマルガム ９：照明装置（照明器具） ９１：本体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスバルブと；このガラスバルブ内に
   設けられた電極と；上記ガラスバルブ内に封入された希
   ガスおよび水銀放出温度以上の温度で昇温することによ
   って内部の水銀存在比率がほぼ均一となるように水銀を
   放出させたアマルガムと；を具備していることを特徴と
   する低圧水銀蒸気放電ランプ。
2. 【請求項２】 アマルガムの水銀放出温度が１００〜３
   ５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の低圧水
   銀蒸気放電ランプ。
3. 【請求項３】 アマルガムのアマルガム形成金属が亜鉛
   Ｚｎを主体としていることを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
4. 【請求項４】 ガラスバルブの内面に蛍光体被膜が形成
   されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   か一記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
5. 【請求項５】 照明装置本体と；この装置本体に設置さ
   れた請求項１ないし４のいずれか一記載の低圧水銀蒸気
   放電ランプと；この低圧水銀蒸気放電ランプの点灯回路
   装置と；を具備していることを特徴とする照明装置。