JP2005346983A

JP2005346983A - 無電極放電ランプ及びその製造方法。

Info

Publication number: JP2005346983A
Application number: JP2004162510A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Sakai; 和彦酒井; Shigeki Matsuo; 茂樹松尾; Shinji Hizuma; 晋二日妻; Masahiro Tokawa; 雅弘東川; Makoto Ukekawa; 信請川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】バルブに所望の最冷点を設けることができるとともに光出力の立ち上がりが早く、しかもバルブに黒化の生じない無電極放電ランプ及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】内面に蛍光体膜１が形成された略電球形状のバルブ２と、バルブ２に封止されてバルブ２内方に突出したキャビテ３ィと、キャビティ３の底部４からキャビティ３の開口５に向かって延びる排気管６と、を備える無電極放電ランプにおいて、バルブ２の一部にバルブ２の外側に向かって突出する突起部７を設けると共に、排気管内６にZn-Hgアマルガム８が収納された金属容器９を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極放電ランプ及びその製造方法に関するものである。

この種の無電極放電ランプの従来例としては、特開２００１―３２５９２０号公報に示されるものがある。このものは、内部に放電ガスを充填したエンベロープと、エンベロープ内に電磁界を生成するコイルと、エンベロープに形成され、エンベロープの外部に向けて突き出した隆起部とを備えている。この隆起部は、ベースを上にしてランプ点灯した場合に最冷点となりエンベロープ内の水銀蒸気圧を適正な値に制御する。これにより、よりランプからの光出力を増加させることができるという効果を奏するというものである。

また、特開平０９−３２０５２３号公報には、水銀を含有するアマルガムを備える無電極型放電ランプが示されている。そして、アマルガムは、ビスマス、インジウム、錫、鉛、亜鉛及び銀から選択されるとの記載がある。
特開２００１―３２５９２０号公報特開平０９−３２０５２３号公報

上記従来例（特許文献１）においては、ランプ内に封入する水銀の形態として水銀滴が示されているが、水銀滴を使用する場合には封入量の管理が難しく、必要量以上の水銀がランプ内に封入される可能性がある。水銀量は環境保護の点と蛍光体表面に付着すると光出力を遮ることになるため必要最小限にする必要がある。また、一方で水銀はランプの長期使用中にナトリウムと合金を作ったり、酸化物になることで消費されていくので一定量以上封入する必要がある。つまり、封入量の管理はランプ性能維持の為に非常に重要である。さらに、バルブ内の水銀はランプが振動した場合などにバルブ内を移動することで蛍光体を剥がしたり、特にランプを製造する際には、バルブ内の真空度を高めるためにランプを加熱した後、水銀を封入することになるが、水銀滴を封入する際には蒸発によって所望の水銀量が封入できない場合や、封入した水銀がランプ内で蒸発することでランプ表面に黒化として観測されるなどの問題がある。

また、上記従来例（特許文献２）では、ランプ内に封入する水銀の形態としてアマルガムを用いるが、アマルガムとしてビスマスーインジウムアマルガムを使用する場合、光出力が立ち上がるまでに時間がかかるいう課題がある。例えば、安定点灯時の光出力に対して60%の光出力を確保するには1分ほど時間がかかる。これは、ビスマスーインジウムアマルガムの温度が水銀を供給するのに必要な温度に達するのに必要な時間に相当する。つまり、このようなランプでは、立ち上がり時間が遅いという問題がある。

本発明は、このような課題を鑑みてなしたものであって、その目的とするところは、バルブに所望の最冷点を設け、光出力の立ち上がりを早くすると共にバルブ表面に黒化を生じさせないことのできる無電極放電ランプ及びその製造方法を提供することである。

請求項１に係る発明は、内面に蛍光体膜が形成されたバルブと、バルブに封止されてバルブ内方に突出したキャビティと、キャビティの底部からキャビティの開口に向かって延びる排気管と、を備える無電極放電ランプにおいて、バルブの一部にバルブの外側に向かって突出する突起部を設けると共に、排気管内にZn-Hgアマルガムが収納された金属容器を設けたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記金属容器のキャビティ底部側に水銀蒸発抑制部材を設けたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記金属容器の側壁に、略対向し、金属容器の軸方向に位置のずれた複数の孔を設けたことを特徴とする
請求項４に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記突起部は、バルブの一部を加熱・溶融した後、バルブ内部から加熱・溶融した部分を棒状部材で押し込むことによって形成されることを特徴とする。

本発明によれば、バルブに突起部を設け、更に排気管内に金属容器に入ったZn-Hgアマルガムを封入したので、バルブに所望の最冷点を設けることができるとともに光出力の立ち上がりが早く、しかもバルブに黒化の生じないランプを提供することが可能となる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本実施形態の無電極放電ランプ及びカプラの断面図である。図２（ａ）は、Zn-Hgアマルガムが固形の場合の金属容器断面図、（ｂ）は、Zn-Hgアマルガム溶融時に金属容器の封じた一端を上側（重力方向と反対方向）にした場合の金属容器断面図、（ｃ）は、Zn-Hgアマルガム溶融時に金属容器の封じた一端を下側（重力方向）にした場合の金属容器断面図である。図３は、無電極放電ランプ、カプラ及び点灯回路の斜視図である。図４は、バルブに設けた突起部の形成方法を示す図である。

本実施形態の無電極放電ランプ１００は、図１に示すように蛍光体膜１が形成された略電球形状のバルブ２と、バルブ２に封止されてバルブ２の内方に突出したキャビティ３と、キャビティ３の底部４からキャビティ３の開口５に向かって延びる排気管６と、バルブ２の一部にバルブ２の外側に向かって突出する突起部７と、Zn-Hgアマルガム８が収納された金属容器９と、を備え、カプラ１０に支持されている。

図１に示すバルブ２は、例えばガラス材料等の透明材料を略電球形状に加工したものであり、バルブ２の頂部には、バルブ２の外側に向かって突出する突起部７が設けられている。突起部７の開口径（Ｄ）は約１０ｍｍであり、また高さ（Ｈ）も約１０ｍｍである。そして、バルブ２および突起部７の内面には、保護膜１１および蛍光体膜１が塗布されている。また、バルブ２の下部には、バルブ２とカプラ１０を勘合させるための口金１２が取付られている。

バルブ２には排気管６が溶着されたキャビティ３が封着されている。排気管６内には図２（ａ）に示すZn-Hgアマルガム８が封入されている。Zn-Hgアマルガム８は、水銀を蒸発させ、必要な蒸気圧を確保するためのもので、総量が20mg、重量比で50:50の亜鉛（Ｚｎ）及び水銀（Ｈｇ）からなる合金である。このZn-Hgアマルガム８は、長さが15mmの略筒状で一端１３を封じた鉄−ニッケル合金の金属容器９内に収納されている。Zn-Hgアマルガム８は、ビスマスーインジウムアマルガムに比べて、温度と水銀蒸気圧の関係がより水銀に近くなるという特性を有する。また、金属容器９の側面には、図２（ａ）に示すように略対向し、金属容器の軸方向（図２を示す紙面上で縦方向）に位置のずれた複数の孔１４が設けられている。この孔１４の直径は0.4mmであり、一端１３と一端１３から遠い方の孔１４との距離Ｄ１は１０ｍｍである。また、一端１３と一端１３に近い方との孔１４の距離Ｄ２は７ｍｍである。

また、図１に示すように金属容器９の位置を固定するためのガラスロッド１５及びくぼみ部２７、そして緩衝部材としてのガラスビーズ１６を設けている。そして、キャビティ３の周壁にも保護膜１１および蛍光体膜１が形成されている。蛍光体膜１には、蛍光体を結着させる結着剤が含まれているが、結着剤としては例えばAl₂O₃等の金属酸化物を用い、その添加量を増やすことでキャビティ３の蛍光体を保護し、蛍光体の劣化を防いでいる。なお、結着剤として用いる金属酸化物は、Al₂O₃のほか、Y₂O₃やMgOなどを用いても良い。

カプラ１０は、バルブ２を保持すると共にバルブ２と点灯回路（図１において図示しない）とを電気的に結合するもので、高周波電流が通電される誘導コイル１７、誘導コイル１７が発生する磁束を通すコア１８、誘導コイル１７及びコア１８が発生する熱を放熱する熱伝導体１９を備える。熱伝導体１９は、アルミ等の良好な熱伝導率を有する金属を用いて略円筒形に形成され、その一端は径方向に広がっている。熱伝導体１９は、キャビティ３内に挿入されており、その内部には排気管６が挿通している。熱伝導体１９の側面には、誘導コイル１７が発生する磁束を通すコア１８が取付けられている。コア１８は、高周波磁気特性の良好なMｎ−Znフェライト材料を略円筒状に加工したものである。コア１８の外側面には、点灯回路（図１において図示はしない）から高周波電流が通電されてバルブ２内に高周波電磁界を発生させる誘導コイル１７が絶縁層を介して巻回されている。

また、図３は、本実施形態の無電極放電ランプ１００、カプラ１０及び点灯回路２１の斜視図である。無電極放電ランプ１００及びカプラ１０は、出力線２０を介して点灯回路２１に接続されている。点灯回路２１は、カプラ１０を介して無電極放電ランプ１００に高周波電力を供給し、また動作周波数を間欠的に変化させることにより無電極放電ランプ１００への電力を調整するものである。

以上の構成において、図１に示す誘導コイル１７に高周波電流を流すと誘導コイル１７の周囲に高周波電磁界が発生する。この高周波電磁界によりバルブ２内の電子が加速され、電子の衝突によりガスが電離され、放電が発生する。また、放電中、放電ガスは励起され、励起された原子は基底状態に戻るときに紫外線を発生する。この紫外線はバルブ２の内壁に塗布された蛍光体膜１、およびキャビティ３の周壁に塗布された蛍光体膜１により可視光に変換される。変換された可視光は、バルブ２を透過して外部に放出される。ここで、突起部７を下側（重力方向）に向けて点灯した場合には、突起部７がバルブ表面の中で最も温度が低くなるため、水銀が突起部７に集まり、突起部７の温度でバルブ２内の水銀蒸気圧が制御されることになる。

実際に無電極放電ランプ１００への入力電力を５０Ｗ（１００％）とした場合（光出力１００％）、口金１２を下（重力方向）にした所謂ベースダウン（ＢＤ）で点灯させたところ、突起部７の温度が約６２℃、キャビティ封着部２２の温度が約４６℃、排気管６のチップオフ部２３の温度が約６７℃となり、キャビティ封着部２２の温度が最冷点となった。一方、口金１２を上（重力方向と逆方向）にした所謂ベースアップ（ＢＵ）で点灯させたところ、突起部７の温度が約４３℃、キャビティ封着部２２の温度が約６３℃、排気管６のチップオフ部２３の温度が約７０℃となり、突起部７の温度が最冷点となった。すなわち、ベースダウン（ＢＤ）とベースアップ（ＢＵ）とでは、最冷点となる部分が異なるが、最冷点の温度は約４３℃〜４６℃とほぼ等しくなり、ほぼ最大光出力に対応する水銀蒸気圧を得ることができる。また、ベースダウン（ＢＤ）で入力電力を絞って６８％とした場合（光出力約６０％）には、突起部７の温度が約５０℃、キャビティ封止部２２の温度が約４１℃、チップオフ部２３の温度が約６２℃となる。そして更に入力電力を絞って５６％とした場合（光出力約４０％）には、突起部７の温度が約４６℃、キャビティ封止部２２の温度が約４０℃、チップオフ部２３の温度が約５９℃となった。

一方、ベースアップ（ＢU）で入力電力を５０Ｗ（１００％）とした場合（光出力１００％）、突起部７の温度が約４３℃、キャビティ封止部２２の温度が約６２℃、チップオフ部２３の温度が約６９℃となった。そして、入力電力を５９％に絞った場合（光出力約４０％）には、突起部７の温度が約３５℃、キャビティ封止部２２の温度が約５１℃、チップオフ部２３の温度が約６５℃となった。

そして、上記無電極放電ランプ１００の光出力の立ち上がりを測定したところ、ビスマスーインジウムアマルガムを用いた場合に比べ始動後約５秒経過時で約４０％光出力が上昇し、安定点灯時の光出力の約９４％となった。また、６０秒経過時においても約４０％光出力が上昇し、ほほ安定時と同等の光出力を得ることができた。ここで、突起部７の寸法は、開口径（Ｄ）10mm、高さ（H）10mmとしたが、開口径（Ｄ）20mm、高さ（H）15mmとしても同様の結果が得られる。

ここで、無電極放電ランプ１００が点灯していない状態では、図２（ａ）に示すようにZn-Hgアマルガム８が粒形状で金属容器９内に存在しているが、無電極放電ランプ１００が点灯すると無電極放電ランプ１００及び誘導コイル１７等の熱が伝わってZn-Hgアマルガム８が加熱され、所定の温度を超えると溶融して液化する。ここで、金属容器９の封じた一端１３が上側（重力方向と反対方向）を向いている場合には、図２（ｂ）に示すように紙面上で上側の孔１４までZn-Hgアマルガム８の液面が達していない。すなわち、紙面上で上側の孔１４がZn-Hgアマルガム８の溶融液で塞がれていない。また、金属容器９の封じた一端１３が下側（重力方向）を向いている場合にも、図２（ｃ）に示すように紙面上で上側の孔１４までZn-Hgアマルガム８の液面が達していない。すなわち、紙面上で上側の孔１４がZn-Hgアマルガム８の溶融液で塞がれていない。これにより、無電極放電ランプ１００の向きを逆にして金属容器９の向きを反転させても一方の孔１４が、Zn-Hgアマルガム８の溶融液で塞がれないため、無電極放電ランプ１００内に水銀を供給することができ、水銀不足によって発生する不具合を抑制することができる。

また、バルブ２には、水銀滴を滴下した場合ほどの黒化は見られなかった。これは、Zn-Hgアマルガム８を金属容器９内に納めることで、急激な水銀の蒸発が抑制された為と考えられる。

以上に示したように、バルブ２に突起部を設け、排気管６内に金属容器に入ったZn-Hgアマルガム８を封入したことにより、無電極放電ランプ１００の光束立ち上がりを早めると共に、無電極放電ランプ１００内の水銀蒸気圧を適正な値に近づけることができる。また、Zn-Hgアマルガム８を金属容器９に収納することにより、水銀が過剰にバルブ２の内面に付着することを抑制し、これによりバルブ２の黒化を抑制することができる。

なお、バルブ２に設けた突起部７は以下に示す方法で形成した。図４に示すようにまず、バルブ２の外側からバルブ２の頂部をバーナー２４で加熱する。そして、バルブ２内部に棒状部材である金属棒２５を挿入し、バルブ２の頂部が溶融した時点で金属棒２５をバルブ２内側から外側へ向かって押し込むことによって形成するのである。実際にこの方法を用いて突起部７を形成したところ、バルブ２の頂部を溶かした状態で内部から空気などを送り込むことで膨らます一般的な方法では突起部の先端でのバルブ肉厚が０．５〜１．０ｍｍであったのが、１．５〜２．０ｍｍの肉厚に形成することができた。また、突起部７の付け根においては、バルブ２の頂部を溶かした状態で内部から空気などを送り込むことで膨らます方法では突起部７の先端でのバルブ肉厚が０，２〜０．７ｍｍであったのが、１．０〜１．５ｍｍの肉厚に形成することができた。すなわち、バルブ２の内部から加熱・溶融した部分を金属棒２５で押し込むことによって形成する方法では、突起部７の厚みが薄くなることを抑制することが可能となるのである。
（第２の実施形態）
第２の実施形態を図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態の無電極放電ランプ及びカプラの断面図である。

本実施形態においては、Zn-Hgアマルガム８が収納された金属容器９のキャビティ３の底部４側に水銀蒸発抑制部材を設けた点が第１の実施形態と異なり、他は同じである。

すなわち、金属容器９のキャビティ３の底部４側に水銀蒸発抑制部材としてガラスロッド２６を設けているのである。このガラスロッド２６は、金属容器９とくぼみ部２７との間に挟まれて固定されている。また、チップオフ部２３から金属容器９までの距離は１５ｍｍとしている。

以上の構成で、無電極放電ランプ１００を点灯させたところ、バルブ２の黒化を無くすことが確認できた。ちなみに、ガラスロッド２６無しの場合には、金属容器９と排気管６のチップオフ部２３との間の距離を５５ｍｍとするとバルブ２に黒化が見られ、また、排気管６のチップオフ部２３との間の距離を１５ｍｍと短くしても殆どない程度ではあるが黒化が見られた。

すなわち、Zn-Hgアマルガム８から拡散する水銀は、ガラスロッド２６の存在によりコンダクタンスが小さくなり、水銀が過剰に無電極放電ランプ１００内に拡散しないため、バルブ２に付着する水銀量は少なくなる。これにより、バルブ２に発生する黒化を抑制することが可能となるのである。

第１の実施形態における無電極放電ランプ及びカプラの断面図である。同実施形態における金属容器の断面図で、（ａ）は、Zn-Hgアマルガムが固形の場合を示す断面図、（ｂ）は、Zn-Hgアマルガム溶融時に金属容器の封じた一端を重力方向と反対方向を向けた場合の断面図、（ｃ）は、Zn-Hgアマルガム溶融時に金属容器の封じた一端を重力に向けた場合の断面図である。同実施形態における無電極放電ランプ、カプラ及び点灯回路の斜視図であるバルブに設けた突起部の形成方法を示す図である。第２の実施形態における電極放電ランプ及びカプラの断面図である。金属容器の断面図である。

符号の説明

１蛍光体膜
２バルブ
３キャビティ
４底部
５開口
６排気管
７突起部
８ Zn-Hgアマルガム
９金属容器
１０カプラ

Claims

内面に蛍光体膜が形成されたバルブと、バルブに封止されてバルブ内方に突出したキャビティと、キャビティの底部からキャビティの開口に向かって延びる排気管と、を備える無電極放電ランプにおいて、バルブの一部にバルブの外側に向かって突出する突起部を設けると共に、排気管内にZn-Hgアマルガムが収納された金属容器を設けたことを特徴とする無電極放電ランプ。
前記金属容器のキャビティ底部側に水銀蒸発抑制部材を設けたことを特徴とする請求項1記載の無電極放電ランプ。
前記金属容器の側壁に、略対向し、金属容器の軸方向に位置のずれた複数の孔を設けたことを特徴とする請求項1記載の無電極放電ランプ。
前記突起部は、バルブの一部を加熱・溶融した後、バルブ内部から加熱・溶融した部分を棒状部材で押し込むことによって形成されることを特徴とする請求項1記載の無電極放電ランプの製造方法。