JP2006209993A - 低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法および低圧水銀蒸気放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 放電容器内部にアマルガムを固定した低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、放電容器内のアマルガムを安定的に固定できるようにする。
【解決手段】 放電管１０に内側から外側に向けて窪んだ凹部１０ａを形成し、この凹部１０ａにアマルガム１７を固定する。さらに放電管１０の内径よりも若干小さい外径を有する筒状の覆い部材１８を凹部１０ａを内側から覆う所定位置に配置して、覆い部材１８の両端近傍に放電管１０の外側から内側に向けて覆い部材１８の側面よりも深く突出させた凸部１０ｂおよび１０ｃを形成することにより、所定位置に覆い部材１８を位置決めする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、放電容器内部にアマルガムを固定した低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法およびこの方法により製造された低圧水銀蒸気放電ランプに関するものである。

水銀蒸気が封入された放電容器内でアーク放電を発生させることによって紫外線を発生させ、この紫外線を発光に利用する種々の低圧水銀蒸気放電ランプが実用化されている。

その一例として、例えば蛍光ランプにおいては、放電容器は蛍光物質が薄く塗布された蛍光管とその両端に固着されるステムからなり、蛍光ランプの電極間に通電することによって放電容器内の水銀を励起させて紫外線を発生させ、この紫外線を蛍光体の発光に変換して可視光を得ているが、紫外線の発光効率が最大となる点は、放電容器内の水銀蒸気圧が５〜６×１０^−３torr付近とされており、このときの最冷部である管壁温度は約４０℃である。

近年では蛍光ランプは、コンパクト化、高効率化を達成するために放電容器の径を細くしたり、ランプ電圧を高くする等、管壁負荷が従来のものと比べて高くなる傾向にあり、このような管壁負荷が高いランプに純水銀を用いると放電容器内の水銀蒸気圧が過度に上昇して紫外線の発光効率が低下するため、特許文献１に記載されているように、インジウム、ビスマス、錫、鉛および亜鉛のうちの少なくとも１種の材料と水銀との合金であるアマルガムを放電容器内に配置して、管壁負荷が高い高温下における光出力特性を改善した蛍光ランプが実用化されている。
特開平２００４−１３９９０７号公報

このアマルガムは、管壁負荷が高い高温下での蛍光ランプの光出力特性を安定的に維持するため、放電容器内の定位置に固定することが好ましく、そのため、放電容器の内壁に加熱溶着して固定している。しかしながら、アマルガムは低融点金属であるため、ランプを点灯させて放電容器内の温度が上昇すると、アマルガムが溶融変形して固定部から剥がれたり、またアマルガムが溶融変形している状態でランプを傾けたりすると、アマルガムが流れて移動することがあった。すなわち、アマルガムを放電容器内に安定的に固定することは困難であった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、放電容器内部にアマルガムを固定した低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、放電容器内のアマルガムを安定的に固定することが可能な低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法およびこの方法により製造された低圧水銀蒸気放電ランプを提供することを目的とするものである。

本発明による低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法は、アマルガムを固定した放電容器を備えた低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法であって、放電容器の内面に形成された内側から外側に向けて窪んだ凹部にアマルガムを固定し、少なくとも一部が放電容器の内面に略沿った形状の覆い部材を、放電容器内において凹部を内側から覆う位置に移動させ、この位置に覆い部材を位置決めすることを特徴とする方法である。

本発明による低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法においては、放電容器を石英ガラスからなるものとし、凹部に金または白金を基材とする金属膜を形成し、この金属膜上にアマルガムを加熱溶着して固定するようにしてもよい。

本発明による低圧水銀蒸気放電ランプは、アマルガムを固定した放電容器を備えた低圧水銀蒸気放電ランプであって、放電容器の内面に内側から外側に向けて窪んだ凹部が形成され、この凹部にアマルガムが固定され、少なくとも一部が放電容器の内面に略沿った形状の覆い部材を備えるとともに、この覆い部材が凹部を内側から覆う位置で放電容器内に位置決めされていることを特徴とするものである。

本発明による低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、放電容器が石英ガラスからなるものであり、アマルガムは、金または白金を基材とする金属膜を介して凹部に固定されていてもよい。

また、覆い部材は、放電容器の内径よりも若干小さい外径を有する筒状体としてもよい。ここで覆い部材の外形を放電容器の内径と略等しくしてしまうと、凹部に固定したアマルガムから放電容器内に水銀蒸気が流出入するのを妨げてしまい、逆に覆い部材の外形を放電容器の内径よりも小さくしすぎてしまうと、凹部に固定したアマルガムが溶融変形して移動してしまうのを防止することが出来なくなってしまう。そのため、「放電容器の内径よりも若干小さい外径」とは、放電容器の内径と比べて０．５〜５ｍｍ小さい外径であることが好ましく、０．５〜３ｍｍ小さい外径とすればさらに好ましい。

なお、覆い部材を形成する材料には、セラミックス、ステンレス、ニッケル等酸化しにくく、また水銀とアマルガムを形成しない材料を用いることが好ましい。

本発明による低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法によれば、アマルガムを固定した放電容器を備えた低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法において、放電容器の内面に形成された内側から外側に向けて窪んだ凹部にアマルガムを固定し、少なくとも一部が放電容器の内面に略沿った形状の覆い部材を、放電容器内において凹部を内側から覆う位置に移動させ、この位置に覆い部材を位置決めすることにより、簡易な方法により、放電容器内のアマルガムを安定的に固定した低圧水銀蒸気放電ランプを製造することが可能となる。

また、放電容器を石英ガラスからなるものとし、石英ガラスおよびアマルガムのいずれとも結合親和性の高い金または白金を基材とする金属膜を凹部に形成し、この金属膜上にアマルガムを加熱溶着して固定することにより、石英ガラスにアマルガムを直接固着するよりも、固着強度を高くすることができる。

本発明による低圧水銀蒸気放電ランプによれば、アマルガムを固定した放電容器を備えた低圧水銀蒸気放電ランプであって、放電容器の内面に内側から外側に向けて窪んだ凹部が形成され、この凹部にアマルガムが固定され、少なくとも一部が放電容器の内面に略沿った形状の覆い部材を備えるとともに、この覆い部材が凹部を内側から覆う位置で放電容器内に位置決めされていることを特徴とするものである。

また、放電容器を石英ガラスからなるものとし、石英ガラスおよびアマルガムのいずれとも結合親和性の高い金または白金を基材とする金属膜を凹部に形成し、この金属膜上にアマルガムを加熱溶着して固定することにより、石英ガラスにアマルガムを直接固着するよりも、固着強度を高くすることができる。

また、覆い部材を放電容器の内径よりも若干小さい外径を有する筒状体とすることにより、簡易な構成で本発明を実現することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による紫外線ランプの部分断面図、図２は図１中のII−II線断面図である。なお、図２中においては放電容器、金属膜、アマルガムおよび覆い部材のみ図示している。

低圧水銀蒸気放電ランプの一例であるこの紫外線ランプ１は、石英ガラスからなる直管状の放電管１０の両端部に同じく石英ガラスからなるステム１１が固着されてなる放電容器を備えており、この放電容器の両端部には口金１４が嵌着されている。

なお、放電管１０の内面には、石英ガラスの劣化防止のために酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化チタン等を０．０１〜数μｍ程度の厚さで保護膜として形成することが好ましい。

ステム１１には、口金１４から外部に突出した２本の電極端子１５に各々接続された２本の電極１２が固着されており、この２本の電極１２によってフィラメント１３が保持されている。

また、片側のステム１１には、紫外線ランプ１の製造時に放電容器内の排気を行うための細管１１ａが形成されている。

放電管１０には内側から外側に向けて窪んだ凹部１０ａが形成されており、この凹部１０ａに金属膜１６を介してアマルガム１７が固定されており、さらに放電管１０の内径よりも若干小さい外径を有する筒状の覆い部材１８が、凹部１０ａを内側から覆う所定位置で放電容器内に位置決めされている。なお、覆い部材１８の位置決めは、覆い部材１８を所定位置に移動させた後、覆い部材１８の両端近傍に、放電管１０の外側から内側に向けて覆い部材１８の側面よりも深く突出させた凸部１０ｂおよび１０ｃを形成することにより行っている。

金属膜１６は、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）を基材とする金属からなるものであり、厚さは０．０１μｍ〜１μｍとすることが好ましい。金属膜１６を放電管１０の内面上に形成する方法としては、放電管１０の内面上に金または白金を直接蒸着して金属膜を形成してもよいし、金または白金を含有するディップ溶液を塗布した後に焼成して金属膜を形成してもよい。

アマルガム１７は、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）および亜鉛（Ｚｎ）のうちの少なくとも１種の材料と少量の水銀（Ｈｇ）とを混合してなる合金であり、金属膜１６上に加熱溶着により固着されている。

また、覆い部材１８は石英ガラスから構成することが好ましいが、これ以外にもセラミックス、ステンレス、ニッケル等酸化しにくく、また水銀とアマルガムを形成しない材料を用いることができる。また金属メッシュにより構成してもよい。

次に、上記のように構成された紫外線ランプ１の製造手順ついて説明する。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は紫外線ランプ１の製造手順を示す図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも放電容器を図２と同じ方向から示したものであり、放電容器、金属膜、アマルガムおよび覆い部材のみ図示している。

最初に、放電管１０に内側から外側に向けて窪んだ凹部１０ａと、外側から内側に向けて覆い部材１８の側面よりも深く突出させた凸部１０ｂを形成するとともに、凹部１０ａに金属膜１６を形成する。なお、凸部１０ｂは、アマルガム１７を凹部１０ａに固定する際に、凹部１０ａを基準として覆い部材１８を退避させる方向とは逆方向側に形成する。次に、凹部１０ａを基準として覆い部材１８を退避させる方向側から放電管１０内に覆い部材１８を挿入した後、放電管１０の両端部にステム１１を固着して放電容器を製作する。この段階では細管１１ａの端部は開口されており、細管１１ａによって放電容器の外側と中側とが連通されている。

次に、細管１１ａから放電容器内の排気を行って内部空間を略真空状態とした後、放電容器内にアルゴン、ネオン、クリプトンまたはキセノン等の希ガス、もしくは混合希ガスを注入する。

次に、細管１１ａからアマルガム１７を投入した後に細管１１ａの端部を密封し、アマルガム１７を放電管１０内の金属膜１６上に移動させ、放電管１０の外側からアマルガム１７を加熱して、アマルガム１７を金属膜１６に加熱溶着して、図３（ａ）に示す状態にする。

次に、図３（ｂ）に示すように、覆い部材１８を凹部１０ａを内側から覆う所定位置に移動させた後、図３（ｃ）に示すように、覆い部材１８の両端近傍において凸部１０ｂが形成されていない側にも、外側から内側に向けて覆い部材１８の側面よりも深く突出させた凸部１０ｃを形成し、覆い部材１８を所定位置において位置決めする。

次いで、本発明の第２の実施の形態について図面を用いて説明する。図４は本発明の第２の実施の形態による紫外線ランプの部分断面図である。なお、図４は製造時において第３電極１９により覆い部材１８を保持した状態を示している。

本実施の形態の紫外線ランプ２は、第１の実施の形態による紫外線ランプ１と比較して、大きくはアマルガム１７の固定位置および覆い部材１８の位置決め方法を変更したものであり、これ以外の構成については図１および図２を参照して説明した第１の実施の形態の紫外線ランプ１と同様の構成を有するから、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

この紫外線ランプ２のステム１１には、製造時においては覆い部材１８を保持し、完成時においては覆い部材１８の位置決めを行う部材として機能する第３電極１９がさらに固着されている。なお、放電管１０の両端部にステム１１を固着した後に覆い部材１８を外すことになるため、覆い部材１８を外す際には覆い部材１８に直接触れることができないため、第３電極１９は、外部から軽い衝撃を与えることにより覆い部材１８が第３電極１９から外れる程度の強さで覆い部材１８を保持する必要がある。

第３電極１９に上記のような機能を持たすためには、第３電極１９を針金から構成するとともに、例えば図４、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、覆い部材１８を保持する部分をクリップ形状とし、製造時においては上側保持部１９ａと下側保持部１９ｂとで覆い部材１８を保持し、完成時すなわち覆い部材１８を外した状態においては第３電極１９の弾性により上側保持部１９ａと下側保持部１９ｂとの間隔が狭まり、上側保持部１９ａおよび下側保持部１９ｂの先端部が覆い部材１８に当接するように構成すればよい。

本実施の形態においては、第３電極１９の保持部は上記のようなクリップ形状となっており、覆い部材１８が放電容器の端部側に外れ、覆い部材１８が第３電極１９から外れた際に、放電容器内の端部と第３電極１９の保持部先端により位置決めされるように構成されている。これに合わせて、アマルガム１７を固定する凹部１０ａは、覆い部材１８が第３電極１９から外れた際に、覆い部材１８により覆われる位置に形成されている。

次に、上記のように構成された紫外線ランプ２の製造手順ついて説明する。図５（ａ）、（ｂ）は紫外線ランプ２の製造手順を示す図である。なお、図５（ａ）、（ｂ）はいずれも図４中のV−V線断面方向から示したものであり、放電容器、金属膜、アマルガム、覆い部材および第３電極のみ図示している。

最初に、放電管１０の端部近傍において内側から外側に向けて窪んだ凹部１０ａを形成するとともに、凹部１０ａに金属膜１６を形成する。次に、放電管１０の両端部にステム１１を固着して放電容器を製作する。このとき、凹部１０ａを形成した側に固着するステム１１には、第３電極１９を固着するとともに、この第３電極１９に覆い部材１８を保持させた状態としておく。この段階では細管１１ａの端部は開口されており、細管１１ａによって放電容器の外側と中側とが連通されている。

次に、細管１１ａから放電容器内の排気を行って内部空間を略真空状態とした後、放電容器内にアルゴン、ネオン、クリプトンまたはキセノン等の希ガス、もしくは混合希ガスを注入する。

次に、細管１１ａからアマルガム１７を投入した後に細管１１ａの端部を密封し、アマルガム１７を放電管１０内の金属膜１６上に移動させ、放電管１０の外側からアマルガム１７を加熱して、アマルガム１７を金属膜１６に加熱溶着して、図５（ａ）に示す状態にする。

次に、図５（ｂ）に示すように、覆い部材１８を第３電極１９から外すことにより、覆い部材１８が凹部１０ａを内側から覆う所定位置に移動するとともに、この所定位置で覆い部材１８が位置決めされる。

なお、放電容器内の端部に覆い部材１８を位置決めする場合、本実施の形態において説明した第３電極１９を用いず、図６に示すように、予め放電容器内に挿入してある覆い部材１８を凹部１０ａを内側から覆う所定位置に移動させた後に、覆い部材１８の放電容器端部と反対側の端部近傍において外側から内側に向けて覆い部材１８の側面よりも深く突出させた凸部１０ｄを形成し、覆い部材１８を所定位置において位置決めしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記の態様に限定されるものではなく、紫外線ランプ以外にも、蛍光ランプや無電極ランプ等種々のランプに適用することができる。

また、覆い部材の形状についても、筒状体に限定されるものではなく、例えば断面がＣ字状の柱状体等、アマルガムを固定した凹部を内側から覆う所定位置に位置決め可能であり、かつ覆い部材が所定位置にある際に水銀蒸気の流出入を妨げない形状であればどのような形状としてもよい。

本発明の第１の実施の形態による紫外線ランプの概略構成図 図１中のII−II線断面図 第１の実施の形態による紫外線ランプの製造手順を示す図 本発明の第２の実施の形態による紫外線ランプの概略構成図 第２の実施の形態による紫外線ランプの製造手順を示す図 第２の実施の形態による紫外線ランプのその他の形態を示す図

符号の説明

１、２ 紫外線ランプ
１０ 放電管
１１ ステム
１１ａ 細管
１２ 電極
１３ フィラメント
１４ 口金
１５ 電極端子
１６ 金属膜
１７ アマルガム
１８ 覆い部材
１９ 第３電極

Claims (5)

1. アマルガムを固定した放電容器を備えた低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法であって、
   前記放電容器の内面に形成された内側から外側に向けて窪んだ凹部に前記アマルガムを固定し、
   少なくとも一部が前記放電容器の内面に略沿った形状の覆い部材を、前記放電容器内において前記凹部を内側から覆う位置に移動させ、
   該位置に前記覆い部材を位置決めすることを特徴とする低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法。
2. 前記放電容器を石英ガラスからなるものとし、
   前記凹部に金または白金を基材とする金属膜を形成し、
   該金属膜上に、前記アマルガムを加熱溶着して固定することを特徴とする請求項１記載の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法。
3. アマルガムを固定した放電容器を備えた低圧水銀蒸気放電ランプであって、
   前記放電容器の内面に内側から外側に向けて窪んだ凹部が形成され、
   該凹部に前記アマルガムが固定され、
   少なくとも一部が前記放電容器の内面に略沿った形状の覆い部材を備えるとともに、該覆い部材が前記凹部を内側から覆う位置で前記放電容器内に位置決めされていることを特徴とする低圧水銀蒸気放電ランプ。
4. 前記放電容器が、石英ガラスからなるものであり、
   前記アマルガムが、金または白金を基材とする金属膜を介して前記凹部に固定されていることを特徴とする請求項３記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
5. 前記覆い部材が、前記放電容器の内径よりも若干小さい外径を有する筒状体であることを特徴とする請求項３または４記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。

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