JP2012511797A - 蛍光ランプ用の水銀供給システム - Google Patents

Abstract

本発明は蛍光ランプ用の水銀供給システム(11;21,31)に関し、その水銀供給システムは、水銀放出化合物を含有する供給部材(12;22,32)を含む。水銀放出化合物の活性化を引き起こすために供給部材(12;22,32)が電磁誘導（インダクション）によって加熱されるのに適する金属支持体(13;23;33)に固定される。金属支持体(13;23;33)の表面積は9から64mm²で構成される。本発明はまた、その水銀供給システム(11;21;31)を含む蛍光ランプに関する。

Description

本発明は蛍光ランプ用の水銀供給システムに関し、この水銀供給システムを含む蛍光ランプに関する。

蛍光ランプは、例えば直線状又は円形状を有するガラスチューブ管を含み、１種以上の希ガス、例えばアルゴン又はネオンを含有し、そして数ミリグラムの水銀を含有する。２つの電極はランプの内側に存在し、カソード（光電陰極）とも呼ばれ、それらのカソードはガス状雰囲気のランプ内で放電を起こしながら継続して、発光が引き起こされる。電極は、チューブ管の両端に配置された金属フィラメントの形態である。好ましくは、電極は、ランプに対して同軸上に配置されたシールド部材によって横方向に遮断される。シールド部材は、ランプの作動中に揮発するカソード材料を遮断して、ガラス壁にその材料が沈着するのを防止する。そして、その沈着が局所的な黒色化と発光量の減少を引き起こすので好ましくない。

蛍光ランプ中の水銀の供給量は、出来るだけ正確、かつ、再生できるようにしなければならない。実際のところ、蛍光ランプが適切に作動するような最少量の水銀であるが、一方では、必要とされる最少量よりも非常に多い水銀量は水銀毒性のために許容されない。実際のところ、このことは、ランプを破壊する場合や蛍光灯寿命の終わりにランプを廃棄する段階において環境問題となる。その上、蛍光ランプの分野における国際基準は、いまだ環境問題に関連して水銀量を徐々に少なくすることが求められている。（最小の標準偏差を伴った）ランプ中の水銀量の更に高い制御レベルと供給量の更に高い正確性とについては、それゆえランプ生産業者は要求している。最新世代のランプは、約2±0.1mgの最少量の水銀を必要とするが、そのランプは、例えば、約1.6cmの径を有する「T5」として当該技術分野において知られているものである。

蛍光ランプを生産するときに、水銀供給システムは、通常、高温、典型的には800℃−900℃のオーダーで水銀を放出することができる化合物に基づいており、その化合物は、同時に400℃未満の温度では水銀放出を無視してよいか又は水銀放出が全くないことを保証する。この特性は、中間の生産工程において、水銀放出を回避させ、そして好ましくないランプの汚染物を回避させる。この特性を有する様々な種類の水銀放出化合物の中で、最も一般的に用いられているものはTi_xZr_yHg_z化合物であり、x及びyはそれらの合計が３〜１３から構成される条件下で０〜１３まで変化し、そしてzは１又は２である。以上のことはUS特許3657589号に述べられている。そして、Ti₃Hgを用いることが特に好ましい。

また、これらの化合物は、水銀放出を最大限にする促進化合物との組み合わせで用いられてもよい。これらの促進化合物は、出願人の名のもとにEP特許0669639号で述べられているように、銅と、スズ、インジウム及び銀から選ばれる少なくとも１つの第２元素と共に形成されてよく、また、出願人の名のもとにEP特許0691670号で述べられているように、銅とケイ素とから形成されてもよく、さらに、出願人の名のもとにEP特許0737995号で述べられているように、銅、スズ及び希土類から形成されてもよい。

代替的には、促進化合物は、例えば出願人の名のもとにGB特許2056490号で述べられているように、チタニウム-銅-水銀の三元化合物が用いられてよく、又は、WO2006/008771号として公開されている出願人の名のもとに国際特許出願で述べられているように、10〜42質量％から構成されるチタンと、14〜50質量%から構成される銅と、20〜50質量%から構成される水銀と、1〜20質量%から構成される、スズ、クロム及びケイ素から選ばれる１種以上の元素とを有する四元の水銀放出化合物が用いられてよい。

蛍光ランプ用の水銀供給システムは、有利なこととしては、有害ガスを吸収することができるゲッター材料を含んでよい。ガス状の化学種は生産工程の結果物としてランプ中に存在する可能性があり、それらの化学種は生産稼働中に生み出される。それゆえ、ゲッター材料を使用することはランプの作動寿命を延長させて、長期間ランプの性能を実質的に一定にしておくことができる。

水銀供給システムは、水銀放出化合物の活性処理を必要として、その活性処理は典型的には電磁誘導（インダクション）によって引き起こされてランプの生産中に実行される。水銀供給システムの大きさを縮小したことによって、水銀の放出のために必要とされる温度に到達するために非常に高くて集中的な電磁場を使うことが必要であり、そのことは装置に関して高コストを生み出して、非常なまでの精密さを必要とする。その上、ランプがシールド部材も含有する場合に、その表面は非常に幅広く、通常約250mm²程度であり、また、これらのシールド部材は、電磁誘導（インダクション）によって活性処理中に熱の影響を受けることとなり、さらにランプ作動の間、有害であるガスの放出を引き起こす。一般的には「ガス放出」として知られているこの現象は、供給システムに含有されたゲッター材料の吸着能を劣化させて、それゆえ、ランプの耐用年数を短くして結果としてランプを劣化させる。

蛍光ランプ用の水銀供給システムが例えばUS特許6043603号に述べられ、水銀放出化合物及びゲッター材料は粉末形態で存在して支持体として機能するシート状金属プレートに堆積し、そしてストリップスパターンにしたがって配列する。水銀放出化合物のために支持体としてシート状金属プレートを使用することは、水銀放出化合物の粉末よりも非常に大きなサイズを有することとなるので、対陰極を電磁場に対して設置することによって活性処理の効用を増大させる。ところが、平らな支持体にストリップスの形態で水銀放出化合物及びゲッター材料を配置することは支持体から粒子の脱離を引き起こす可能性があり、結果として、黒色化の危険度が増してランプを損傷させることとなる。

国際公開の特許のWO98/53479号は、出願人の名のもとに、水銀を放出することが可能である粉末状の化合物と粉末状のゲッター材料とを含有する糸状の水銀供給部材を述べている。水銀供給システムで糸状部材を使用することは非常に有利なことである。なぜならば、糸状部材を使用することは、（ストリップスよりも良好であって、）正確に水銀を投与して、そしてランプを損傷させるか又はランプの作動を危うくする粒子の脱離の危険度を最小限にするからである。ところが、上記で述べたように、糸状部材は非常に小さなサイズを有し、そのことは非常に高い電磁場を必要とし、材料の活性処理中に局在化の問題を引き起こすこととなる。糸状部材がシールド部材に固定される場合に、活性処理によってシールド部材の加熱が引き起こされて、それゆえガス放出現象が引き起こされて、同時に上記で議論したように、ゲッター材料の吸着能が劣化する。

それゆえ、当該技術分野の水準において存在する不利な点を解決して、特には、ガス放出問題を引き起こさないか又はゲッター材料の吸着能を脅かすことなく、水銀放出化合物の活性処理の効果を増幅させることを可能とする、蛍光ランプ用の水銀供給システムを提供することが本発明の目的である。その目的は水銀供給システムによって達成されて、そのシステムの主な特徴は特許請求の範囲の請求項１に開示されて、他の特徴は従属項に開示される。

本発明による水銀供給システムは適切な支持体に固定された水銀供給部材を含む。支持体の表面積のサイズを最適にすることによって、本発明の水銀供給システムは、ガス放出現象を同時に最小限にしながら、水銀放出化合物の活性を簡易、かつ、効果的に得ることができる。

その上、支持体に対して糸状部材を配列することは閉ループを形成するように選択されてよい。電磁場に対してそのループを適切に配向することは、供給システムにおいて電流の流れの大きさを促進することが可能であり、そしてそのシステムの加熱処理を促進してそれゆえに活性化を促進する。

本発明によって提供される別の利点は、供給システムを配置することによって、カソード（光電陰極）のフィラメントと可能性として考えられるシールド部材に関して最適化がなされることであり、このようにしてそれらのガス放出を最小限に留めて、さらにはランプの性能を悪化することや寿命を短くすることのような関連する問題を最小限に抑える。

さらに、本発明による水銀供給システムの利点及び特徴は、次に述べる、本発明の可能性として考えられる実施形態の詳細であって、かつ、限定的ではない記述と添付された図面の参照とにより、当該技術分野の当業者にとって明確である。

図1は、本発明による水銀供給システムの第１の実施形態を含む蛍光ランプの部分的に破断した斜視図である。 図2は、図１に示された供給システムの詳細図である。 図3は、本発明の供給システムの第２の実施形態を示す。 図4は、本発明にしたがった水銀供給システムの第３の実施形態を示す。 図5は、本発明にしたがった水銀供給システムの第４の実施形態を示す。

図に対する理解を助けるために、図示された構成部材の寸法及び大きさの比率はスケール（縮尺比）とおりではない。その上、本発明を実行するために可能性として必要ではないと厳密には考えられる供給システムの詳細部は示されていない。例えば、図１及び図２の糸状部材は縦方向のスリットが提供されるように示されているが、スリットが提供される糸状部材か、又は端部の所だけにアパーチャー部を有する糸状部材は、本発明によると区別なく用いられることは指摘されるべきである。

図1は、本発明にしたがった水銀供給システム11を含む蛍光ランプ10の部分的に破断した斜視図である。供給システム11は支持体13に取り付けられた供給部材12を含む。供給部材12は、好ましくは、国際公開WO98/53479号に述べられているように糸状部材である。糸状要素は、長さと最大横幅との比が少なくとも2:1であることによって特徴付けられる。糸状部材12の典型的な長さは2〜7mmから成り、一方、横方向の長さは、典型的には0.5〜1.5mmから構成される。糸状部材の断面は、好ましくは台形形状であるが、例えば、四角形又は円形のような他の形状もまた用いられてよい。その上、糸状部材12には、化合物から水銀蒸気を制御して放出することを促進するように設定された縦方向のスリットが好ましくは提供される。有利なこととしては、糸状部材12はゲッター材料を更に含み、例えば、ゲッター材料は、US特許3203901号で述べられているように、16質量％のAlを含有するZr-Al合金であるか、又はZr-Co-MM合金である。MMはY、La、Ce、Pr、Nd、希土類金属又はそれらの元素の混合物であり、Zr-Co-MM合金は、約80質量％のZr及び15質量%のCoを含み、さらに残りがMMである。この場合に、水銀放出化合物及びゲッター材料の両方は粉末の形態で糸状部材中に存在し、相互に混合されて、好ましくは125μm未満の粒子サイズを一般的には有する。

図示されているように、ランプの作動中に揮発するカソード（光電陰極）材料を遮断するのに適するシールド部材15は第3電極14に固定される。支持体13は、例えば、溶接又は機械的なクリンピング（圧接）によってランプの第3電極14に固定される。代替的には、支持体は、第3電極というよりはむしろ、ランプのリードワイヤー(フィラメントを保持する金属製のワイヤー）の１つに固定されてよい。

図2の詳細図に示されているように、本発明の第１の実施形態では、支持体13はシート状金属プレートの形態である。

US特許6043603号からわかるように、水銀供給部材のために支持体としてシート状金属プレートを使用することは、供給部材12よりも大きいサイズを有する対陰極を提供することによる水銀放出化合物の活性処理の効用を増幅させ、電磁場と供給システムとの連結を良化させる。

ところが、多くの試験の結果として、本発明者らは、支持体13の広い表面積は活性処理の効用を増幅させるが、このことは支持体13のガス放出を引き起こし、上記で述べたと同様な否定的な結果を生み出すことを見出した。それゆえに、効果的な活性処理の要件を満たすためであるが、同時に支持体13の不純物のガス放出を制限することを保証するために、支持体13を設計することが必要である。本発明によると、支持体13のサイズは9〜64mm²から構成される。実際のところ、10cm³mbar未満のガス放出の値を保証する供給システムを使用することが好ましい。64mm²超の表面積を有する支持体を用いると、本発明者らは、供給システムからのガス放出が上記で述べた上限制限値よりも高いことを見出した。本発明の好ましい実施形態においては、水銀供給部材を支持する金属シートの表面積は20〜50mm²から構成される。

図2の詳細図を更に参照すると、シート状金属プレート13は長方形の形状であり、短い方の辺は糸状部材12の縦方向の長さよりも僅かに長い長さを有する。糸状部材12は、シート状金属プレート13の１つのエッジ部に最も近い表面で溶接することによって固定される。固定することが溶接をすることによって実行される場合、生産過程の中間工程の溶接中に、水銀放出化合物の望ましくない活性化やランプの汚染物のリスクを避けるために溶接領域から糸状部材12を離しておくことが好ましい。

シールド部材15が水銀放出化合物の活性化工程で電磁場内に存在することを回避するために、支持体13の重心はシールド部材15の最も近接したエッジ部から少なくとも5mmの間隔をあける。

図3は本発明の供給システムの第２の実施形態を示す。供給システム21は、垂直材24に固定された曲がった状態のシート状金属プレートの形態で、静止した状態で支持体23に固定された糸状部材22を含む。図2のシート状金属プレート13とは異なって、シート状金属プレート23は横方向に少なくとも１つの折れた部分を有する。代替的には、ベント（曲がった）部分が提供される。折れた又はベント（曲がった）のシート状金属プレートを有する実施形態は、特には小さい径のランプにおいて特に有利であり、供給システムはまたシールド部材としての目的を果たす。

糸状部材12、22の支持体13、23を生産するための適切な材料は、例えば、スチール、ニッケル、ニッケルメッキした鉄であり、それらは、糸状の供給部材を生産するのに典型的に用いられる金属である。

図4は本発明にしたがった供給システムの第３の実施形態である。供給システム31は支持体33に取り付けられた糸状部材32を含み、好ましくは 円筒形であって、小さな断面形状を有する糸状部材32を含み、そして、第１の直線部分33aと第２のベント（曲がった）部分33bを含む。支持体33は垂直材34に固定される。「小さな断面を有する支持体」ということばは、2mm未満の横寸法を有する支持体を指し示す。

糸状部材32は、第２ベント（曲がった）部分の自由端と第１直線部分との間に固定されて、それらと共に閉ループを形成する。この実施形態は、活性処理中に電磁場に対して糸状部材32と支持体33とによって形成される閉ループを適切に配向することによって電流の流れを促進することが可能であるという有利な点を有する。この態様の結果として、シート状金属プレートの実施形態よりもサイズが小さな支持体33を用いることによって、水銀放出化合物の活性化に対して糸状部材32の効果的な熱を得ることが可能であり、供給システムの全体の大きさの観点から優れた利点がある。本発明者らは、支持体と供給部材との間の閉ループ構造体を用いることによって、効果的な活性処理を保証してガス放出問題を回避するために閉ループの支持体に含まれる適切な表面は9〜35mm²から構成される。

本発明の代替的な実施態様として図5に供給システム41が示されているが、糸状供給要素は、１つ以上の機械的な固定手段(45、45')によって、金属プレート支持体43に固定される。

上記に示された本発明の実施形態は、可能性のある様々な改良例の中からほんの１例に過ぎない。例えば、折れたシート状金属プレートの支持体が閉ループの実施形態に用いられてよく、その実施形態において、糸状部材は、シート状金属プレートの対向関係のエッジ部の間に固定される。本発明は次の実施例を参照しながら更に述べられる。

実施例１
本発明による水銀供給システムを、25mm²の領域(5mmの長さであり、そして5mm幅である。)を有する金属基板に、糸状供給要素(長さが約5mmであり、台形断面は最大横幅が約1mmであり、最大高さが約0.8mmである。)を固定して得た。真空条件(10^-4mbar未満の圧力)下で、供給システムは、40mm径を有する誘導（インダクション）コイルで750℃又は900℃まで加熱した。コイルは公称5KWのパワーを有するRFパワー電源に接続した。実験中、水銀供給システムを電磁場と垂直に結合した。表１及び２には、好ましい温度を得るために必要とされる不純物ガス放出(圧力ゲージによって測定された。)とパワーとを報告する。

実施例２
本発明による水銀供給システムを、実施例１と同様に糸状供給要素を固定して得て、54mm²の領域(6mmの長さであり、そして9mm幅である。)を有する金属基板に、糸状供給要素を固定した。供給システムを同様な実験条件で評価をした。表１及び２には、好ましい温度を得るために必要とされる不純物ガス放出とパワーとを報告する。

実施例３（比較例）
本発明による水銀供給システムを、実施例１と同様に糸状供給要素を固定して得て、72mm²の領域(8mmの長さであり、そして9mm幅である。)を有する金属基板に、糸状供給要素を固定した。供給システムを同様な実験条件で評価をした。表１及び２には、好ましい温度を得るために必要とされる不純物ガス放出とパワーとを報告する。

実施例４（比較例）
実施例１と同様な糸状供給要素であるが、金属基板に固定しないものを前の実施例で述べられた実験条件と同様な条件で評価をした。表１及び２には、好ましい温度を得るために必要とされる不純物ガス放出とパワーとを報告する。

Claims (19)

1. 水銀を放出するために適する化合物を含有する供給部材を含み、該水銀放出化合物を活性化させるために該供給部材が電磁誘導（インダクション）によって加熱されるのに適する金属支持体に固定される蛍光ランプ用の水銀供給システムであって、該供給部材が糸状であり、かつ、電磁場に曝されるのに適する該支持体の表面積が9から64mm²で構成されることを特徴とする、水銀供給システム。
2. 前記金属支持体がシート状金属プレートである、請求項１に記載の供給システム。
3. 前記シート状金属プレートの前記表面積が20から50mm²から構成されることを特徴とする、請求項２に記載の供給システム。
4. 前記シート状金属プレートに少なくとも１つのベント(曲がり）が横断方向に提供されることを特徴とする、請求項３に記載の供給システム。
5. 前記供給部材が前記シート状金属プレートの面に固定されていることを特徴とする、請求項３に記載の供給システム。
6. 前記供給部材が前記シート状金属プレートの対向関係のエッジ間に固定されていることを特徴とする、請求項４に記載の供給システム。
7. 前記金属支持体が第１直線部分と第２ベント（曲がった）部分とを含み、前記供給部材が該第２ベント（曲がった）部分の自由端と該第１直線部分との間に在り、それらと共に閉ループを形成することを特徴とする、請求項１に記載の供給システム。
8. 前記電磁場に曝されるのに適する前記金属支持体の前記表面積が9から35mm²から構成されることを特徴とする、請求項７に記載の供給システム。
9. ランプの作動中に揮発するカソード（光電陰極）材料を遮断するのに適するシールド部材を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の供給システム。
10. 前記水銀放出化合物がTi_xZr_yHg_Z化合物を含み、x及びyは０から１３の範囲であり、zは１又は２であり、x及びyの合計が３から１３で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の供給システム。
11. 前記水銀放出化合物がTi₃Hg相を含んでなることを特徴とする、請求項１０に記載の供給システム。
12. 前記水銀放出化合物が水銀放出促進化合物を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の供給システム。
13. 前記水銀放出促進化合物が、スズ、インジウム及び銀から選ばれる少なくとも１つの第２元素を有する銅を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の供給システム。
14. 前記水銀放出促進化合物が銅とケイ素とを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の供給システム。
15. 前記水銀放出促進化合物が銅、スズ及び希土類を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の供給システム。
16. 前記水銀放出化合物がチタン-銅-水銀の三元化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の供給システム。
17. 前記水銀放出化合物が、10〜42質量％から構成されるチタンと、14〜50質量%から構成される銅と、20〜50質量%から構成される水銀と、1〜20質量%から構成される、スズ、クロム及びケイ素から選ばれる１種以上の元素とを含む四元水銀放出化合物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の供給システム。
18. 前記水銀放出化合物がゲッター材料を更に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の供給システム。
19. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の水銀供給システムを含む蛍光ランプ。

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