JP4235720B2 - 蛍光灯用アマルガム及びこれを用いた蛍光灯 - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光灯用アマルガム及びそれを用いた蛍光灯に関する。
蛍光灯の発光のしくみはガラス管両端の電極部分に電流を流し電極温度を高め、両電極間に高電圧を加えることによって放電する。
放電により電極から出てきた熱電子は、水銀蒸気と衝突し、２５３．７ｎｍの紫外線を発生させ、内面に塗布してある蛍光体を発光させる。
そのため蛍光灯には水銀の存在が不可欠である。
しかしながら蛍光灯を製造する場合や、廃棄する場合の環境面を考えて出来るだけ少量でかつ室温での水銀蒸気圧の小さいアマルガムを用いる工夫がなされている。
蛍光灯の発光のしくみはガラス管両端の電極部分に電流を流し電極温度を高め、両電極間に高電圧を加えることによって放電する。
放電により電極から出てきた熱電子は、水銀蒸気と衝突し、２５３．７ｎｍの紫外線を発生させ、内面に塗布してある蛍光体を発光させる。
そのため蛍光灯には水銀の存在が不可欠である。
しかしながら蛍光灯を製造する場合や、廃棄する場合の環境面を考えて出来るだけ少量でかつ室温での水銀蒸気圧の小さいアマルガムを用いる工夫がなされている。
近年、蛍光灯の製造装置は、スピードアップされ、的確に必要量の水銀をすばやく蛍光灯管内に封入する必要がある。そこで予め蛍光管内部にＴｉ３Ｈｇの粉末を塗布したり、ガラスや金属の水銀カプセルを装填し、封止後に高周波加熱により、水銀を放出させる方法や、特亜鉛−水銀からなる合金を排気終了後に投下する方法などが知られている（特許文献１、特許文献２参照）。
各金属と水銀の合金組成については、Ｆ．Ａ．Ｓｈｕｎｋ，「Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙｓ」 （１９６９）に紹介されている。
しかし、水銀−亜鉛系アマルガムは、空気中で酸化されやすく、蛍光灯管内に投入されるまで、不活性ガス雰囲気の環境が必要であったり、水銀放出温度が低いため、室温では水銀がアマルガム表面ににじみ出て、べとつきや固着といった現象が発生し、低温保存等が要求される。
Ｔｉ３Ｈｇや水銀カプセルでの水銀の供給方法だと高周波加熱などの複雑な蛍光灯製造装置が要求され安価な蛍光灯製造には不向きである。
上記問題点を解決した錫−水銀アマルガムが本発明者により提案されたが（特許文献３参照）、アマルガムとしての物質的に安定な有効水銀量は22％が限界であることがわかった。したがって、このアマルガムは、水銀蒸気による水銀量が蛍光管中で1ｍｇから2ｍｇ必要なコンパクト蛍光灯には適したアマルガムであるが、水銀蒸気による水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光灯や円形蛍光灯では必要な水銀量を満たすためにはペレットを大きくしなければならず、必然的に重いペレットとなり、運搬中や取り付け中に、蛍光灯内部に塗付された蛍光体を損傷する事態がおこる恐れがあることがわかった。
特開平６−２６０１３９号公報
特表平８−５０９５６９号公報
特開２０００−２５１８３６号公報
Ｆ．Ａ．Ｓｈｕｎｋ，「Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙｓ」（１９６９）
各金属と水銀の合金組成については、Ｆ．Ａ．Ｓｈｕｎｋ，「Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙｓ」 （１９６９）に紹介されている。
しかし、水銀−亜鉛系アマルガムは、空気中で酸化されやすく、蛍光灯管内に投入されるまで、不活性ガス雰囲気の環境が必要であったり、水銀放出温度が低いため、室温では水銀がアマルガム表面ににじみ出て、べとつきや固着といった現象が発生し、低温保存等が要求される。
Ｔｉ３Ｈｇや水銀カプセルでの水銀の供給方法だと高周波加熱などの複雑な蛍光灯製造装置が要求され安価な蛍光灯製造には不向きである。
上記問題点を解決した錫−水銀アマルガムが本発明者により提案されたが（特許文献３参照）、アマルガムとしての物質的に安定な有効水銀量は22％が限界であることがわかった。したがって、このアマルガムは、水銀蒸気による水銀量が蛍光管中で1ｍｇから2ｍｇ必要なコンパクト蛍光灯には適したアマルガムであるが、水銀蒸気による水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光灯や円形蛍光灯では必要な水銀量を満たすためにはペレットを大きくしなければならず、必然的に重いペレットとなり、運搬中や取り付け中に、蛍光灯内部に塗付された蛍光体を損傷する事態がおこる恐れがあることがわかった。
本発明は、蛍光灯の製造において室温での酸化や水銀の蒸発を最小限に抑えることができ、かつ、内部に塗付された蛍光体を損傷することなく、水銀量を4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光灯や円形蛍光灯においても用いることが出来る蛍光灯用アマルガムペレット及びそれを用いた蛍光灯を提供する。
本発明者は、錫−水銀アマルガムにさらに改良を加えて、錫、亜鉛、水銀からなるアマルガムが、安定な水銀量を確保することが出来ることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、錫 ：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）である蛍光灯用アマルガムペレットである。さらに、本発明は、 錫 ：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）であるアマルガムを直径が1.5ｍｍ以下に成形した蛍光灯用ペレットとすることができる。またさらに、本発明は、錫 ：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）であるアマルガムを直径が1.5ｍｍ以下に成型した蛍光灯用ペレットを、封入した蛍光灯でもある。
本発明は、蛍光灯の製造において室温での酸化や水銀の蒸発を最小限に抑えることができ、かつ、蛍光管中では揮発しやすいので直径1.5ｍｍ以下の小さな玉として蛍光管に封入できるため、輸送に際して長時間振動を受けても、蛍光灯内部に塗付された蛍光体を損傷することなく、水銀量を4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光灯や円形蛍光灯においても用いることが出来る蛍光灯用アマルガムペレットを作成することが出来た。また、それを用いた蛍光灯を提供することができた。
本発明のアマルガムは、室温常圧では水銀蒸気を発生させにくく、作業者にとってはより安全であるが、蛍光管内では水銀蒸気を発生する能力が高く、従来のアマルガム粒子径３ｍｍに比して、もっと小型化することができる。通常、０．５〜１．５ｍｍで用いるが、好ましくは、1.0〜1.5ｍｍとすることができる。本発明の実施形態をまとめると、以下のとおりである。（１）錫：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）である蛍光灯用アマルガムペレット。（２）錫：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）であるアマルガムを直径が1.5ｍｍ以下に成形した蛍光灯用ペレット。（３）錫：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）であるアマルガムを直径が1.5ｍｍ以下に成型した蛍光灯用ペレットを、封入した蛍光灯。
錫、亜鉛と水銀からなるアマルガム１を次の手順で製造した。
錫400ｇと亜鉛250ｇ及び水銀350ｇ（原子比Ｓｎ：Ｚｎ：Ｈｇ＝３７．７０：４２．７７：１９．５２）を混合し、300℃で１時間混練りしてアマルガム１を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、120℃〜122℃で溶融し始め、150℃〜155℃で完全に溶融する。
またこのアマルガムは室温では水銀をほとんど放出せず120℃までは水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム１を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られた。
（比較例１）
錫と水銀からなるアマルガム１’を次の手順で製造した。
錫７７０ｇと水銀２３０ｇ（原子比Ｓｎ：Ｈｇ＝８４．９８：１５．０２）を混合し、温度２３０℃で１時間混錬してアマルガム１を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、１６０℃〜１７９℃で溶融し始め、２１０℃〜２２０℃で完全に溶融する。
また、このアマルガム１’は室温では水銀をほとんど放出せず、１４０℃でも水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム１’を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られなかった。
規定どおりの明るさを得るためには1.65ｍｍのペレットが必要であった。
またさらに、亜鉛ー水銀アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）は、大気中、室温で水銀を放出した。
アマルガム１と水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）を室温で空気中に３日放置したところ、アマルガム１には変化が見られなかったが、水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）には表面に酸化がみられた。
錫400ｇと亜鉛250ｇ及び水銀350ｇ（原子比Ｓｎ：Ｚｎ：Ｈｇ＝３７．７０：４２．７７：１９．５２）を混合し、300℃で１時間混練りしてアマルガム１を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、120℃〜122℃で溶融し始め、150℃〜155℃で完全に溶融する。
またこのアマルガムは室温では水銀をほとんど放出せず120℃までは水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム１を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られた。
（比較例１）
錫と水銀からなるアマルガム１’を次の手順で製造した。
錫７７０ｇと水銀２３０ｇ（原子比Ｓｎ：Ｈｇ＝８４．９８：１５．０２）を混合し、温度２３０℃で１時間混錬してアマルガム１を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、１６０℃〜１７９℃で溶融し始め、２１０℃〜２２０℃で完全に溶融する。
また、このアマルガム１’は室温では水銀をほとんど放出せず、１４０℃でも水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム１’を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られなかった。
規定どおりの明るさを得るためには1.65ｍｍのペレットが必要であった。
またさらに、亜鉛ー水銀アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）は、大気中、室温で水銀を放出した。
アマルガム１と水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）を室温で空気中に３日放置したところ、アマルガム１には変化が見られなかったが、水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）には表面に酸化がみられた。
錫、亜鉛と水銀からなるアマルガム２を次の手順で製造した。
錫460ｇ、亜鉛110ｇと水銀420ｇ（原子比Ｓｎ：Ｚｎ：Ｈｇ＝５０．６５：２１．９８：２７．３６）を混合し、300℃で１時間混練りしてアマルガム２を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、110℃〜115℃で溶融し始め、150℃〜155℃で完全に溶融する。
またこのアマルガムは室温では水銀をほとんど放出せず110℃までは水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム２を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られた。
（比較例２）
錫と水銀からなるアマルガム２’を次の手順で製造した。
錫３７０ｇと水銀１３０ｇ（原子比Ｓｎ：Ｈｇ＝８２．７９：１７．２１）を混合し、温度２３０℃で１時間混錬してアマルガム２を作成した。
このアマルガム２’は室温で固体であり、１６０℃〜１７９℃で溶融し始め、２１０℃〜２２０℃で完全に溶融する。
また、このアマルガム２’は室温では水銀をほとんど放出せず、１４０℃でも水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム２’を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な円形型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られなかった。
一方、亜鉛ー水銀アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）は、大気中、室温で水銀を放出した。
アマルガム２と水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）を室温で空気中に３日放置したところ、アマルガム２には変化が見られなかったが、水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）には表面に酸化がみられた。
錫460ｇ、亜鉛110ｇと水銀420ｇ（原子比Ｓｎ：Ｚｎ：Ｈｇ＝５０．６５：２１．９８：２７．３６）を混合し、300℃で１時間混練りしてアマルガム２を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、110℃〜115℃で溶融し始め、150℃〜155℃で完全に溶融する。
またこのアマルガムは室温では水銀をほとんど放出せず110℃までは水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム２を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られた。
（比較例２）
錫と水銀からなるアマルガム２’を次の手順で製造した。
錫３７０ｇと水銀１３０ｇ（原子比Ｓｎ：Ｈｇ＝８２．７９：１７．２１）を混合し、温度２３０℃で１時間混錬してアマルガム２を作成した。
このアマルガム２’は室温で固体であり、１６０℃〜１７９℃で溶融し始め、２１０℃〜２２０℃で完全に溶融する。
また、このアマルガム２’は室温では水銀をほとんど放出せず、１４０℃でも水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム２’を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な円形型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られなかった。
一方、亜鉛ー水銀アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）は、大気中、室温で水銀を放出した。
アマルガム２と水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）を室温で空気中に３日放置したところ、アマルガム２には変化が見られなかったが、水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）には表面に酸化がみられた。
錫、亜鉛と水銀からなるアマルガム３を次の手順で製造した。
錫560ｇ、亜鉛400ｇと水銀640ｇ（原子比Ｓｎ：Ｚｎ：Ｈｇ＝３３．６３：４３．６４：２２．７４）を混合し、300℃で１時間混練りしてアマルガム３を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、118℃〜121℃で溶融し始め、165℃〜170℃で完全に溶融する。
またこのアマルガムは室温では水銀をほとんど放出せず118℃までは水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム３を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られた。
（比較例３）
錫と水銀からなるアマルガム３’を次の手順で製造した。
錫８１３ｇと水銀１８７ｇ（原子比Ｓｎ：Ｈｇ＝８８．０：１２．０）を混合し、２３０℃で１時間混錬してアマルガム３’を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、１６０℃〜１７９℃で溶融し始め、２１０℃〜２２０℃で完全に溶融する。
またこのアマルガム３’は室温では水銀をほとんど放出せず１４０℃までは水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム２’を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な円形型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られなかった。
一方、亜鉛ー水銀アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）は、大気中、室温で水銀を放出した。
アマルガム３と水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）を室温で空気中に３日放置したところ、アマルガム３には変化が見られなかったが、水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）には表面に酸化がみられた。
錫560ｇ、亜鉛400ｇと水銀640ｇ（原子比Ｓｎ：Ｚｎ：Ｈｇ＝３３．６３：４３．６４：２２．７４）を混合し、300℃で１時間混練りしてアマルガム３を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、118℃〜121℃で溶融し始め、165℃〜170℃で完全に溶融する。
またこのアマルガムは室温では水銀をほとんど放出せず118℃までは水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム３を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な直管型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られた。
（比較例３）
錫と水銀からなるアマルガム３’を次の手順で製造した。
錫８１３ｇと水銀１８７ｇ（原子比Ｓｎ：Ｈｇ＝８８．０：１２．０）を混合し、２３０℃で１時間混錬してアマルガム３’を作成した。
このアマルガムは室温で固体であり、１６０℃〜１７９℃で溶融し始め、２１０℃〜２２０℃で完全に溶融する。
またこのアマルガム３’は室温では水銀をほとんど放出せず１４０℃までは水銀をほとんど放出しなかった。
このアマルガム２’を直径1.5ｍｍのペレットにして、水銀量が蛍光管中で4ｍｇから5ｍｇ必要な円形型蛍光管に封入し、所定電圧を印加したところ、規定どおりの明るさが得られなかった。
一方、亜鉛ー水銀アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）は、大気中、室温で水銀を放出した。
アマルガム３と水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）を室温で空気中に３日放置したところ、アマルガム３には変化が見られなかったが、水銀-亜鉛アマルガム（原子比Ｚｎ：Ｈｇ＝５２：４８）には表面に酸化がみられた。
本発明の蛍光灯用アマルガムは、室温でほとんど水銀を放出することなく、蛍光管中では揮発しやすく、また室温でほとんど酸化されることはなかった。
本発明の蛍光灯用アマルガムを使用し、製造した円形型蛍光灯は、内部の蛍光体を損傷することなく、安価な円形型蛍光灯が製造できた。
本発明の蛍光灯用アマルガムを使用し、製造した円形型蛍光灯は、内部の蛍光体を損傷することなく、安価な円形型蛍光灯が製造できた。
Claims (3)
- 錫：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）である蛍光灯用アマルガムペレット。
- 錫：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）であるアマルガムを直径が1.5ｍｍ以下に成形した蛍光灯用ペレット。
- 錫：亜鉛：水銀が錫25〜50：亜鉛５〜30：水銀20〜45（質量比）であるアマルガムを直径が1.5ｍｍ以下に成型した蛍光灯用ペレットを、封入した蛍光灯。
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