JP2013030487A - 固形水銀放出材及び水銀を放電ランプ内に注入する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】他のディスペンサー成分を発光チャンバ内に導入することなく、少量の水銀を正確に発光チャンバ内に注入できる放電ランプを提供する。
【解決手段】冷陰極放電ランプ１０は、ガラス等の光透過材からなるランプボディ１２、放電を生起する発光チャンバ１４、中間端部１６、１８、一対の電極２０を有する。水銀ディスペンサーを構成するアマルガム２６の粒子を、水銀注入チャンバ２４内に配置する。アマルガム２６は加熱により水銀を放出する。水銀が発光チャンバ１４内へ分配されるまで、水銀注入チャンバ２４と発光チャンバ１４の間は流路２８を介して連通する。アマルガム２６の粒子が流路２８を介して発光チャンバ１４に入らないよう、ガラスビード２９を水銀注入チャンバ２４内に配置する。
【選択図】図１

Description

（優先権の主張）
本出願は、２０００年４月１２日に提出された米国仮特許出願Ｓ．Ｎ．６０／１９６，３０８号の優先権を主張する。

本発明は、一般に、水銀を放電ランプ内に注入することに関する。より具体的には、本発明は、固形水銀含有ディスペンサーを用いて、高純度で、均一なサイズで均一な組成からなる粒子の形で少量の水銀を放電ランプの発光チャンバ内に分配することに関する。

水銀を含有する蒸発性ランプ充填物を有する冷陰極蛍光ランプ等の放電ランプは、一般に、コンピュータ・ディスプレイのバックライトや自動車や飛行機における計測器類の照明に使用されている。このような放電ランプの製造においては、非常に少量の水銀をランプの発光チャンバ内に注入することが必要である。例えば、冷陰極蛍光ランプは、一般に、ランプのサイズにより、約０．１から約１０ｍｇの水銀を含む。しかし、ある放電ランプは、０．００１ｍｇや５０ｍｇ程の水銀を要することもある。液体の水銀を直接チャンバ内に注入することは可能であるが、高表面張力の水銀によるこの方法を用いて、このような少量の水銀を正確に注入することは非常に困難である。従って、この方法で水銀を注入されたランプは通常、該ランプの動作に要するのよりも多量の水銀を含み、水銀含有量の法的基準を満たさなかったり、また、ランプ廃棄時の環境負担を増加させる場合がある。液体水銀のチャンバ内への直接導入は、注入チューブの表面における水銀の小滴の保持によって妨げられる。

このような少量の水銀をどのようにして放電ランプの発光チャンバ内に注入するのかという実施上の問題が残る。当分野では、温度が上げられたときに水銀を放出するアマルガムを用いて水銀を注入する方法が知られている。例えば、ｖａｎ
ｄｅｒ Ｗｏｌｆｅらに対する米国特許第３，９５７，３２８号は、排気管の表面積を増やすために、液状又はペースト上のインジウムアマルガムが、排気管の内表面の周りに注入され分散された後、該排気管が放電ランプの発光チャンバと流体的に連通して接続されるという、水銀を放電ランプの発光チャンバ内に分配する方法を開示している。アマルガムは、アマルガムからチャンバ内への水銀の放出を実施するために加熱され、水銀を放出したアマルガムは排気管内に残留し、ランプから除去される。

ｖａｎ ｄｅｒ Ｗｏｌｆｅらによって開示された方法は、いくつかの欠点を有する。アマルガムは液状又はペースト上の形をとるので、該アマルガムをランプの排気管内に導入する前に、正確な量のアマルガムを測らなければならない。また、アマルガムは、シリンジを用いて排気管に導入しなければならず、そのうえアマルガムの塊は、排気管の内表面の周りに一様に分散しなければならない。アマルガムを分散させるには、排気管を回転させる必要があり、ある場合においては、アマルガムを十分に分散させるためには、空気のような気体の噴射を要する。

排気管内におけるアマルガムの分散をさらに容易にするためには、排気管を、放電ランプの発光チャンバと流体的に連通させて接続する前に、放電ランプと離して、該アマルガムを排気管内に導入する。放電ランプの製造におけるいくつかの処理工程は、（アマルガムを収容した）排気管の接続後に行わなければならず、また高温にさらされるランプの部品を要する。ランプ処理工程の間に高温に曝されたアマルガムは水銀を早期に放出することがある。したがって、水銀の早期放出を防ぐために、アマルガムの冷却が必要である。

さらに、水銀を放出している際のアマルガムペーストは、空気及び水分による汚染を受け易く、チャンバ内への汚染物質の混入を招くおそれがある。

従って、高純度で、均一なサイズで均一な組成の、容易に製造され注入される、固形水銀含有ディスペンサーで少量の水銀を放電ランプ内に注入する方法が求められる。

米国特許第３９５７３２８号明細書

従って、本発明の目的は、公知の従来技術の欠点をなくし、新規な水銀含有ディスペンサー及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、放電ランプ内に少量の水銀を注入するのに適した新規な粒子を提供することである。

本発明の別の目的は、公知の従来技術の欠点をなくし、水銀を放電ランプ内に注入する新規な方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、固形アマルガム粒子から放出された少量の水銀を放電ランプに分配する新規な方法を提供することである。

本発明の他の目的は、ランプ内への不純物混入を低減することが可能な、少量の水銀をランプに注入する方法を提供することである。

本発明のこれら及びその他多数の目的及び効果は、本発明に関係する当業者には、クレーム、添付図面及び以下の好適な実施形態の詳細な説明を精読することにより明らかである。

本発明は、所望の量の水銀をあらゆるタイプ及びサイズの放電ランプ内に注入するときに有用性を見出す。実例としてのみ、本発明のいくつかの態様は、アマルガム粒子の実施形態、及びランプ充填材がランプボディの伸長した管状端部を通って発光チャンバ内に分配される、少量の水銀を冷陰極放電ランプ内に注入する方法において、容易に理解することができる。

少量の水銀を放電ランプの発光チャンバ内に分配するのに適した水銀含有ディスペンサーが、水銀と素地金属の溶融混合物から形成された一つ又はそれ以上のアマルガム粒子の形をとることは知られてきた。該粒子の温度は、該粒子に含有されている実質的に全ての水銀の放出を実施するために、一つ又はそれ以上の素地金属を実質的に放出することなく上げられる。

一つ又はそれ以上の素地金属を含むアマルガムは、室温で安定したアマルガムを形成しなければならず、かつ該アマルガムが、一定の温度範囲内の温度まで上げられたときに、本質的に水銀のみを放出しなければならない。アマルガムが本質的に水銀のみを放出する温度範囲は、アマルガムの組成に依存し、温度は当業者により容易に決定される。固形水銀ディスペンサーとしてのアマルガムを形成するのに適した素地金属としては、亜鉛、スズ、インジウム、鉛、銅、カドミウム、ビスマス、銀、金及び合金のようなそれらの組合せが挙げられる。

上記粒子は、所望の量の水銀を一つ又はそれ以上の素地金属と混合し、該混合物を溶融し、溶融混合物から粒子を形成することによって形成する。該粒子中の素地金属の分量は、処理を容易にし、かつ該粒子及び注入されたアマルガムの発光チャンバ内への導入を防ぐのに十分な大きさであり、かつ、水銀分配プロセス中に、該粒子が発光チャンバに極めて接近して配置されることを防いでしまわない程度の大きさである粒子となるように、要求により決定される。

本発明の譲受人に譲渡され、その内容が本願明細書に援用される、１９７２年７月付のＡｎｄｅｒｓｏｎに対する米国特許第３，６７６，５３４号は、均質な溶融物を公知の直径のオリフィスに公知の速度で通し、該溶融物の噴出を音響的又は電気機械的に制御された長さにすることによって均等なサイズの粒子を形成するプロセスを開示している。

本発明の譲受人に譲渡され、１９８０年５月付のＡｎｄｅｒｓｏｎに対する米国特許第４，２０１，７３９号には別のプロセスが記載され、その内容がここに組み込まれる。該Ａｎｄｅｒｓｏｎの特許においては、溶融混合物の滴が大径の球形を形成できるようにするオリフィスの制御された湿潤によって粒子が形成される。

原料の溶融混合物から粒子を形成する、さらに別のプロセスが、Ｙｏｓｈｉｎｏの米国特許第４，６１５，８４６号に開示され、その内容がここに組み込まれる。

水銀を放電ランプ内に分配するのに適した粒子は、ＡｎｄｅｒｓｏｎやＹｏｓｈｉｎｏらにより開示されたプロセス、あるいは原料の溶融混合物から粒子を形成する他の適当なプロセスに従って、水銀を一つまたそれ以上の素地金属と混合し、該混合物を溶融し、溶融混合物から粒子を形成することによって形成することができる。０．００１ｍｇの水銀又は５０ｍｇの水銀を含有し、０．５及び７５重量％の間の水銀を含有する粒子を形成することができる。水銀を冷陰極蛍光ランプ内に注入するための粒子は、一般に、約０．１及び１０ｍｇの間の水銀を含有する。

上記粒子は、通常、約５０及び約３，０００ミクロンの間、好ましくは約１５０及び約１，２００ミクロンの間の平均径を有する球形として形成される。しかし、このような粒子は、上述の滴下プロセスで、約１６００及び約３０００ミクロンの間、好ましくは約１７５０及び約２５００ミクロンの間の径で形成することができる。Ｙｏｓｈｉｎｏらのプロセスは、１０００ミクロン以上の径を有する粒子を形成する。

図１について説明すると、冷陰極放電ランプ１０は、ガラス等の光透過材からなるランプボディ１２を有する。該ボディ１２は、発光チャンバ１４の中間端部１６、１８を構成する。互いに離間した一対の電極２０が、各端部に同軸に配置されている。ボディ１２は、該ボディ内に配置された電極２０を越えて伸長されており、水銀注入チャンバ２４を形成するように、該ボディの端部２２で密閉する。チャンバ２４は、端部２２の先端を切ることにより、あるいはガス供給ホース（図示せず）の端部２２への接続により密閉する。水銀注入チャンバ２４と発光チャンバ１４の間の流体の連通は、水銀がチャンバ１４内へ分配されるまで、流路２８を介して維持される。

一つ又はそれ以上のアマルガム２６粒子を、端部２２を密閉する前に、水銀注入チャンバ２４内に配置する。アマルガム２６粒子は、チャンバ２４内に入るくらいに小さく、また、アマルガム２６粒子及び注入されるアマルガムに含まれる素地金属が流体流路２８を介してチャンバ１４内へ入るのを防ぐのに十分な大きさでなければならない。ガラスビード２９等の、アマルガム２６粒子の流路２８を介した通過に対する障害物をチャンバ２４内に配置する。

アマルガム２６粒子がチャンバ２４内に密封されると、アマルガム２６粒子の温度は、該粒子２６を含むチャンバ２４の一部を局部的に加熱することにより、アマルガム２６粒子からの水銀の放出を実施するために上げられる。チャンバ２４は、局所的に向けられた炎又は放射等の従来の手段によって局部的に加熱される。局部的に加熱されたチャンバ２４とチャンバ１４の温度差は、放出された水銀蒸気を流体流路２８を通じて冷却チャンバ１４内へ押し流し、水銀はそこで凝縮する。

アマルガム２６粒子は、該粒子から素地金属が放出されないように制限され、かつガラスで形成されたランプ部品が軟化しないように制限された温度の範囲内で、水銀の放出を実施するのに十分な温度まで加熱されなければならない。所望の温度は、アマルガム２６粒子の組成によるが、一般に、約２５０℃から約４２５℃の範囲内である。望ましくは、該粒子内に含まれる実質的に全ての水銀は、該粒子の温度が上げられた後、４分以内に放出される。

水銀がチャンバ１４内に分配されると、チャンバ１４は、従来の手段、例えば、流路２８を構成する部分において端部１８を収縮密閉することにより密閉し、水銀注入チャンバ２４は細長い端部１８の収縮密閉部において切り離され、水銀を放出したアマルガムの残留物と共に除去される。

水銀を冷陰極蛍光ランプ内に注入するために用いられる本発明の好適な実施形態においては、アマルガム粒子は、水銀をビスマス及びスズと混ぜ、該混合物を溶解し、該溶解した混合物から粒子を形成することによって形成される。

本発明のアマルガム粒子は、加熱することにより該アマルガム粒子からチャンバ内へ水銀が放出されるように、放電ランプの発光チャンバに極めて接近して容易に注入できる固形水銀含有ディスペンサーを形成する。該アマルガム粒子は、高純度で、均一なサイズで、かつ均一な構成物を含有するように形成される。該アマルガム粒子は、従来の蛍光ランプ、小型蛍光ランプ及びメタルハライドランプを含む全てのサイズ及び種類の放電ランプと同様に、少量の水銀を冷陰極蛍光ランプ内に注入するのに適している。

さらに、アマルガム粒子をチャンバ１４に極めて接近して配置することの簡便性は、
該粒子が高温に曝される放電ランプ製造工程の完了後に該粒子を配置することを可能にし、水銀の早まった放出を防ぐ。

実施例１ １６ｇの水銀を４８ｇのビスマス及び３６ｇのスズと混合し、該混合物を溶融して均質な溶融物にし、該溶融物を凝固させて、約１６重量％の水銀からなる組成を有する５３ｍｇの粒子にすることによって、一つの粒子を形成する。形成された粒子は通常球状で、約２２００μｍの直径及び約８．５ｍｇの水銀を有する。図２は、圧力１．４ｔｏｒｒで、アルゴンの雰囲気における図示の温度サイクルにさらされた場合の粒子からの水銀の放出を示す。

実施例２ １５ｇの水銀を８５ｇのインジウムと混合し、該混合物を溶融して均質な溶融物にし、該溶融物を凝固させて、約１５重量％の水銀からなる組成を有する７．７ｍｇの粒子にすることによって、一つの粒子を形成する。形成された粒子は通常球状で、約１２３０μｍの直径及び約１．２ｍｇの水銀を有する。図３は、圧力１．６ｔｏｒｒで、アルゴンの雰囲気における図示の温度サイクルにさらされた場合の粒子からの水銀の放出を示す。

実施例３ １５．８ｍｇの水銀を１８４．２ｇの鉛と混合し、該混合物を溶融して均質な溶融物にし、該溶融物を凝固させて、約７．９重量％の水銀からなる組成を有する６ｍｇの粒子にすることによって、一つの粒子を形成する。形成された粒子は通常球状で、約１０００μｍの直径及び約０．４７ｍｇの水銀を有する。図４は、圧力１．４ｔｏｒｒで、アルゴンの雰囲気における図示の温度サイクルにさらされた場合の粒子からの水銀の放出を示す。

実施例４ ３００ｇの水銀を７００ｇの亜鉛と混合し、該混合物を溶融して均質な溶融物にし、該溶融物を凝固させて、約３０重量％の水銀からなる組成を有する４．３５ｍｇの粒子にすることによって、一つの粒子を形成する。形成された粒子は通常球状で、約１０００μｍの直径及び約１．３ｍｇの水銀を有する。図５は、圧力１．４ｔｏｒｒで、アルゴンの雰囲気における図示の温度サイクルにさらされた場合の粒子からの水銀の放出を示す。

本発明の好適な実施形態について説明してきたが、記載した実施形態は単に実例であり、本発明の範囲は、添付クレームによって定義すべきであることを理解すべきであり、本願明細書を精読すれば、当業者には当然多数の変形例及び変更例が思い浮かぶであろう。

本発明に係る、排気管内に収容されたアマルガム粒子を有する放電ランプを示す略図である。 低減された圧力雰囲気における、本発明の実施例１に従って形成された粒子からの水銀放出を示すグラフである。 低減された圧力雰囲気における、本発明の実施例２に従って形成された粒子からの水銀放出を示すグラフである。 低減された圧力雰囲気における、本発明の実施例３に従って形成された粒子からの水銀放出を示すグラフである。 低減された圧力雰囲気における、本発明の実施例４に従って形成された粒子からの水銀放出を示すグラフである。

Claims (10)

1. 放電ランプボディの発光チャンバ内に水銀を分配するための水銀ディスペンサーであって、
   前記ディスペンサーが、水銀及び一つ又はそれ以上の素地金属からなるアマルガムから形成された粒子を備え、
   前記粒子が、前記放電ランプボディの発光チャンバ内にアマルガムもしくはアマルガムに含まれる素地金属を実質的に流入させることなく水銀の放出を実施するように加熱するのに適していることを特徴とし、
   該放電ランプボディが、水銀注入チャンバ内の電極ワイヤ上にガラスビードを有している放電ランプボディであることを特徴とし、
   該ガラスビードが、前記アマルガムが流路を介して水銀注入チャンバから発光チャンバ内に流入することを防ぐための障害物であることを特徴とする水銀ディスペンサー。
2. 前記一つ又はそれ以上の素地金属が、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＡｕからなる群のうちの一つ又はそれ以上の金属を含有することを特徴とする請求項１に記載の水銀ディスペンサー。
3. 前記一つ又はそれ以上の素地金属が、Ｐｂ、Ｓｎ及びＢｉからなる群のうちの一つ又はそれ以上の金属を含有することを特徴とする請求項２に記載の水銀ディスペンサー。
4. 前記粒子がＰｂを含むことを特徴とする請求項３に記載の水銀ディスペンサー。
5. 前記粒子がＢｉ及びＳｎを含むことを特徴とする請求項３に記載の水銀ディスペンサー。
6. 前記一つ又はそれ以上の粒子が、約０．５重量％以上で約７５重量％以下の水銀を含むことを特徴とする請求項１に記載の水銀ディスペンサー。
7. 前記一つ又はそれ以上の粒子が、約３．０重量％以上で約４０重量％以下の水銀を含むことを特徴とする請求項６に記載の水銀ディスペンサー。
8. アマルガムもしくはアマルガムに含まれる素地金属を流入させることなく水銀の放出を実施することができ、前記粒子の温度を少なくとも約２５０℃まで上げられることを特徴とする、請求項１に記載の水銀ディスペンサー。
9. アマルガムもしくはアマルガムに含まれる素地金属を流入させることなく水銀の放出を実施することができ、前記粒子の温度を少なくとも約４００℃まで上げられることを特徴とする、請求項１に記載の水銀ディスペンサー。
10. 少なくとも０．１ｍｇ以上１０ｍｇ以下の水銀を含むことを特徴とする請求項１に記載の水銀ディスペンサー。
    
    

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