JP3169463U - 水銀放出のための装置とゲッタとを含む熱陰極蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】小さな直径を有し、かつ、水銀放出のための装置とゲッタを有する熱陰極蛍光ランプを提供する。【解決手段】端部分１３によって閉じられた端１２を有するガラスチューブ１１から形成される。端付近に陰極１５を有し、陰極の周りに円筒形の金属シールド１７を具備する。糸状水銀分注器２０は、ランプの反対の端方向に向けられ、分注器の軸線が、ランプの軸線にほぼ平行であり、金属部分１８によって金属シールドに固定される。【選択図】図１

Description

本考案は、水銀放出のための装置とゲッタとを含む熱陰極蛍光ランプに関する。

熱陰極蛍光ランプは、以下の記述で使用される頭文字ＨＣＦＬ（Ｈｏｔ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）で、この分野において公知である。これらのランプは通常、周囲照明に使用される。

ＨＣＦＬは、（概ねアルゴン及びネオンの、又はアルゴンのみの）適切な気体状混合物で満たされるガラスチューブからなり、当該気体状混合物に数ミリグラムの水銀が存在する。ランプの光の放射の源である気体中で放電を引き起こし維持するのに必要な２つの陰極が、チューブの両端に存在し、ランプが点灯したときに確立される状況において、水銀原子が紫外線放射を放射し、紫外線放射がガラスのチューブの壁の内部を覆う（蛍光物質と呼ばれる）材料によって可視光線に変えられるという理由で、光の放射が起こる。概して、２つの陰極は金属フィラメント（例えばタングステン）の形で設けられ、当該フィラメントは直線状であることができ、しかし、さらに一般的には、フィラメントの長さを増加するために、例えばらせん形状を有するフィラメントが形成される。フィラメントは、アルカリ土類金属酸化物（本質的に酸化バリウム、酸化カルシウム及び酸化ストロンチウム）から形成される混合物で覆われ、アルカリ土類金属酸化物は、フィラメントの電子放射特性を改善し、ひいては、ランプの放電開始に助力しかつエネルギー消費を減少させる。

点灯するランプのために、熱電子効果に起因して電子の放射を容易にし、ひいては放電をより引き起こしやすくするように、ＨＣＦＬの陰極が予熱され、ランプのスイッチが入れられると、陰極は、７００℃よりも高い温度に達するホットスポットと呼ばれる熱い箇所を用いて作動する。炭酸バリウム、炭酸カルシウム及び炭酸ストロンチウムから構成される混合物でフィラメントを覆い、（陰極に電流を流すことによりフィラメントを加熱することによって）対応する酸化物を付与するように炭酸バリウム、炭酸カルシウム及び炭酸ストロンチウムの熱分解を引き起こすことによって、酸化混合物を含むフィラメントの被覆が得られ、雰囲気中のいくらかの気体との前記酸化物の高い化学反応性の理由から、この作用は必然的に、ランプ製造の最終段階の間にランプの内部で起こらなくてはならず、金属酸化物ですでに覆われているフィラメントを別個に製造し、次いでランプ内部にフィラメントを挿入することができない。炭酸塩から酸化物への分解には、約１２００℃の温度が必要となる。

上述のように、ランプの作用のために、ランプ内に含まれる気体状混合物が数ミリグラムの水銀を含んでなる必要があり、さらに、ランプの良好な性能及び耐用年数を確保するために、ゲッタ材料、すなわちランプの雰囲気内に存在する気体状の不純物であって、その作用パラメータを変更し得る不純物と反応しかつ当該不純物の痕跡を化学的に固定することのできる材料を、ランプ内に有することが必要である。

ランプ内部に水銀を導入するための様々な方法が公知である。例えば、液体水銀の滴下を使用することができるが、この方法は、金属のわずかな供給量の再現と労働環境の汚染とに課題を含む。水銀を含浸した（焼結セラミック又は金属から構成される）多孔質タブレットを使用することができるが、この方法は、前の方法と同じ欠点を有する。水銀アマルガム（例えば、亜鉛、インジウム、ビスマス、又はこれらの混合物を基礎とする）を使用することができるが、この方法は、ランプがまだ密封されていないときに、ランプの製造作用中に水銀を放出するという欠点を有し、結果として労働環境への元素の漏出をもたらす。あるいは、局所的な加熱によってランプの密封の後に次いで破壊されることのできる液体水銀を含むガラスの小瓶を使用することができるが、この方法は、ランプ内部において、複雑な構造及び複雑な位置決めを必要とするという欠点を有する。

過去に、本願出願人は、先に示された方法に代わる水銀放出のための方法を開発してきており、当該方法は、チタニウム及びジルコニウムの両方又は一方を有する水銀の金属間化合物、及び具体的にはＳｔ５０５の名称で販売される化合物Ｔｉ_３Ｈｇの使用に基づく。この化合物は、約５００℃まで水銀を放出しないという利点を有し、ひいては、元素の損失なしにランプの製造の間の熱処理に耐えることができ、ランプが閉じられたときのみに、８００〜９００℃で構成される温度での（電磁誘導による外側からの）活性化処理によって、水銀が放出される。つい最近、同じ目的のために、本願出願人は、特許文献１において開示されかつＳｔ５４５の名称で販売されるチタニウム−銅−クロム−水銀組成物を基礎とした材料を市場に発表している。

これらの材料は、例えば、特許文献２に示されるような陰極シールドを形成するリング形状、又は特許文献３に説明されるような適切な形状の金属コンテナ内部に挿入された金属ストリップの上に、ローラで適用された粉末の形でランプ内部で使用されることができる。

ランプの作用のために有用なゲッタ材料は、ジルコニウム、チタニウム、バナジウム、ノビウム、ハフニウム、若しくはタンタルから選択される金属、又は遷移元素、希土類材料若しくはアルミニウムから選択される１若しくは複数の元素を含むこれらの元素（特にジルコニウム又はチタニウム）の合金であり得る。ランプ内で使用される最も一般的なゲッタ材料は、約８４ｗｔ％のジルコニウムを含むジルコニウム−アルミニウム合金と、約８０ｗｔ％のジルコニウムと１５ｗｔ％のコバルトと５ｗｔ％の希土類とを含むジルコニウム−コバルト−希土類合金とである。特許文献２及び特許文献３は、シールド上又はコンテナ内に水銀化合物を一体的に有するゲッタ材料の存在を説明する。

最近では、大きなサイズ（５０インチよりも大きい）のＬＣＤディスプレイの、バックライトユニットにおいて、ＬＣＤディスプレイのために伝統的に使用される冷陰極ランプ（ＣＣＦＬ）の代わりに、ＨＣＦＬを使用することが研究されている。ＣＣＦＬの代わりにＨＣＦＬを使用することによって期待される利点は、さらに良好な光収率（ｌｉｇｈｔ ｙｉｅｌｄ）である。ＬＣＤディスプレイのバックライトに使用されるために、これらのランプは、一般的に４〜６ｍｍで構成される抑制された直径を有さなければならない。

陰極によって達せられる高温を考慮して、炭酸塩の変換の作用の間とランプの使用期間との両方において、熱陰極蛍光ランプにおける陰極は概して、材料の蒸発又はフィラメントからのスパッタリングを防ぐ金属要素で遮蔽される。したがって、実際には、蛍光物質で覆われたランプの壁に付着する材料は、黒みがかった範囲と、美しさの欠陥又は非耽美主義と、より低い光の放射を有するランプの領域とを作り出す。この要素は概して、陰極を取り囲む円筒形シールドの形状を有する。

２．５４ｃｍの直径の伝統的なランプ（“Ｔ８”ランプと呼ばれる）に適した特許文献２で説明される解決策は、数ミリメートルの直径を有するランプに使用されることができない。要求される小さい曲率半径に起因してシールドを形成する金属ストリップを曲げる作用が、金属ストリップ上に保持される粉末を分離してしまうおそれがあるからである。

水銀分注器の様々な形状は別として、特許文献３はさらに、小さな直径のランプの製造工程で使用されるのに適した糸状分注器（ワイヤ分注器（ｗｉｒｅ ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ）と呼ばれる）を使用する方法を説明する。前記方法は、ランプの一端にランプ内での水銀の放出を引き起こす分注器を備えるランプを密封し、次いで、使い尽くされた分注器を取り除くためのそのような位置でランプのガラスチューブの第２の密封を行うことから構成され、したがって、分注器は完成したランプ内に残らない。この方法は、効果的にかつ広く使用されるが、比較的複雑な工程を含み、ＨＣＦＬの製造業者は、この方法を避けることが好ましい。

国際公開第２００６／００８７７１（Ａ１）号 欧州特許第８０６０５３（Ｂ１）号明細書 欧州特許第９８１８２６（Ｂ１）号明細書 欧州特許第１１７９２１６（Ｂ１）号明細書

本考案の目的は、小さな直径を有しかつ水銀放出のための装置とゲッタとを含む熱陰極蛍光ランプを提供することにある。

本考案によれば、この目的は、蛍光物質で内部を覆われたガラスチューブから形成される熱陰極蛍光ランプであって、
２つの端であって、各端が端部分によって閉じられた端を有し、
適切な気体状の雰囲気で満たされ、
前記端のそれぞれの付近に陰極を有し、
各陰極の周りに円筒形の金属シールドを具備する
熱陰極蛍光ランプにおいて、
糸状水銀分注器が、前記分注器がランプの反対の端の方向に向けられ、かつ、前記分注器の軸線がランプの軸線に対して本質的に平行であるような形状で、金属部分（１８）によって、少なくとも１つのシールドに固定される、
熱陰極蛍光ランプにより達せられる。

本記載及び実用新案登録請求の範囲における糸状分注器では、細長い構造を有する分注器が意図され、細長い構造とは、分注器の長さと横方向の寸法との間の比が２よりも大きく、かつこの横方向の寸法が１．５ｍｍ以下であることを意味する。複雑な断面（例えば台形断面）の場合において、前記比は最も広い横方向の寸法を参照する。

本考案によるランプの一方の端の破断内視図。 本考案によるランプ内で使用するための水銀分注器の好ましい実施形態を示す図。

本考案は、図面を参照しつつ、以下においてさらに説明される。

図において、様々な要素の寸法及びこれらの関係は、実際のものに対応してないかもしれないが、図の可読性を向上するために意図的に変更されている。

通常はガラスから形成されるランプ１０は、端部分１３によってランプの端１２で閉じられるガラスチューブ１１を具備し、この端部分１３において、陰極１５の２つの支持体１４，１４’が固定される。描写を簡素化するために、陰極は支持体１４，１４’の２つの端に接続される簡易ならせん形状のフィラメントとして図面に示されるが、すでに述べたように、さらに複雑な形状、例えばランプの軸線と一致する軸線とシールドの高さとほぼ同じ高さとを有するさらに延ばされたらせん形状も有し得る。さらに、第３の支持体１６は平坦部分１３に固定され、平坦部分１３は、支持体１４，１４’及び外側から電気的に絶縁されており、第３の支持体１６は、金属シールド１７を正しい位置に保つ機能のみを有し、金属シールド１７は、２つのベース開口とランプの軸線と本質的に一致する軸線とを有する円筒形であり、ランプの軸線に対して垂直な方向に陰極を完全に遮蔽する高さであるという形状を概ね有する。２つの支持体１４，１４’は、陰極の電力供給のための（２つの外部電気導体と直接に又はこの部分を通過して接続されているような）部分１３に対するフィードスルーである。代替案において、第３の支持体１６を必要とすることなく、シールドが第２の支持体にもフィラメントにも触れないように、２つの支持体１４，１４’のうちの１つに、シールドを固定することができる。金属部分１８は、ランプの中央に面するシールド１７の端に例えば複数の溶接スポット（ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｐｏｔｓ）により固定され、ワイヤ又は好ましくはストリップ（後者が図面に例示される。）の形であることができる。糸状水銀分注器２０は、シールド１７と反対側のワイヤ又はストリップの端に例えば複数の溶接点（ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ）により固定される。代替案として、糸状分注器を、完全に又は部分的に支持体として働く金属部分１８が分注器の長さ部分と重なるように固定することができる。上述のように、分注器２０がランプの軸線に対して平行又はほんのわずかだけ傾いているという意味で、分注器２０は本質的にランプの軸線に対して平行である。具体的には、ランプの軸線と糸状分注器の軸線との間の角度は、２０°より少ないべきである。最も小さい直径の場合に特に有用である本考案の特定の実施形態として、上述された角度は、所望しない影効果（ｓｈａｄｏｗ ｅｆｆｅｃｔ）の可能性を完全に防ぐために１０〜２０°から構成されるべきである。図面には、台形断面を有する特許文献３で説明されるタイプの分注器が示されるが、他の形状、具体的には正方形又は円形を有することのできる本考案によるランプの寸法的な制限と両立できる、他の断面形状が可能である。例えば、他の有用な分注器のタイプは、特許文献４に示され、分注器の材料は、開口端と減少された断面とを有する金属チューブの内側に含まれる。

図２は水銀分注器２０をさらに詳細に示し、
水銀分注器２０のコンテナ２１は金属ストリップによって形成され、
金属ストリップは、
概して、ニッケルでメッキされた鉄により実施され、
上方側にスリット２２を有する台形断面を形成するように曲げられ、
コンテナ２１の内部には、加熱されると水銀を放出することのできる材料とゲッタ材料との粉末から形成される混合物２３が、９：１と４：６との間の質量比で存在する。
水銀の放出のために好ましい材料は、
Ｓｔ５０５又はＳｔ５４５と、
ゲッタ材料としてＳｔ１０１という名称で本願出願人により販売される、約８４ｗｔ％のジルコニウムを含む、ジルコニウム−アルミニウム合金と
である。
この分注器の典型的な寸法は、
台形の最も大きい辺では約１．０〜１．２ｍｍであり、
高さでは約０．８〜１．０ｍｍであり、
長さが約２〜１０ｍｍ、好ましくは約４〜８ｍｍで構成され、
これらの寸法は、特定のランプで必要とされる水銀の量次第である。

本考案では、（図１にｄで示される）最大接近の位置で測定されるシールド１７と分注器２０との間の距離が１ミリメートルよりも小さくてはならないことが確認されており、これは、炭酸バリウム、炭酸カルシウム及び炭酸ストロンチウムをこれらの酸化物に変えるための処理中の分注器の過剰加熱を防ぐためである。過剰加熱が起こる場合には、結果として失われることになる水銀の放出が早期に起こり得る。この作用が、ランプがまだ閉じられていないときに、ガス流の下かつポンピング中に行われるからである。逆もまた同様に、この距離の最大値は分注器の作用にとって臨界的（ｃｒｉｔｉｃａｌ）ではないが、分注器がランプ内部で“延び”過ぎて、それによりランプ内の厄介な影効果を引き起こし得ることを防ぐように、当該距離が大きすぎないことが好ましい。本考案では、適切な最大距離が約５ｍｍであることが確認されている。

Claims (10)

1. 蛍光物質で内部を覆われたガラスチューブ（１１）から形成される熱陰極蛍光ランプ（１０）であって、
   ２つの端（１２）であって、各端が端部分（１３）によって閉じられた端を有し、
   適切な気体状の雰囲気で満たされ、
   前記端のそれぞれの付近に陰極（１５）を有し、
   各陰極の周りに円筒形の金属シールド（１７）を具備する
   熱陰極蛍光ランプにおいて、
   糸状水銀分注器（２０）が、前記分注器がランプの反対の端の方向に向けられ、かつ、前記分注器の軸線がランプの軸線に対して本質的に平行であるような形状で、金属部分（１８）によって、少なくとも１つのシールドに固定される、
   熱陰極蛍光ランプ。
2. 陰極が２つの支持体（１４，１４’）の２つの端に接続され、
   ２つの支持体（１４，１４’）がランプの前記端部分（１３）に対するフィードスルーであり、
   シールド（１７）が、
   前記支持体の一方により支持され、
   支持体の他方及び陰極から電気的に絶縁されている、
   請求項１に記載のランプ。
3. 前記シールドが第３の支持体（１６）により支持され、
   第３の支持体（１６）が、
   次いで、端部分（１３）に固定され、
   陰極の支持体（１４，１４’）及び外側から電気的に絶縁されている、
   請求項１に記載のランプ。
4. 水銀分注器が固定される前記金属部分が、ワイヤ又はストリップ（１８）の形状を有する、
   請求項１に記載のランプ。
5. 前記水銀分注器が、
   台形断面と、
   台形の最大の辺に対応する側の全体の長さに沿ったスリットと
   を有する、
   請求項１に記載のランプ。
6. 前記分注器が、加熱作用及びゲッタ材料に起因して水銀を放出することのできる材料の粉末の混合物を含む、
   請求項１に記載のランプ。
7. 水銀放出材料とゲッタ材料との間の質量比が９：１と４：６との間である、
   請求項６に記載のランプ。
8. 最大接近の位置で測定される前記シールドと前記分注器との距離ｄが１〜５ｍｍである、
   請求項１に記載のランプ。
9. 分注器の軸線及びランプの軸線が、２０°以下の角度を形成する、
   請求項１に記載のランプ。
10. 分注器の軸線及びランプの軸線が、２０°〜１０°の角度を形成する、
    請求項１に記載のランプ。

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