JP4861680B2 - 蛍光ランプ - Google Patents

Description

この発明は、蛍光ランプに関するものであり、特にステムに支持部材を用いて水銀保持体を固定した蛍光ランプに関するものである。

従来の水銀保持体により水銀を放出させる蛍光ランプは、ガラス管の内面に蛍光体を形成し、その両端にステムを設け、さらに各ステムにそれぞれ１対のリード線を貫通させ、そのリード線の内側の端に電極（フィラメント）を装着している。さらに少なくとも一方のステムに、加熱によって水銀を放出する水銀保持体を支持部材により、固定している。このガラス管の内部に希ガスを入れ、ステムに設けた排気管をチップオフ（加熱によるガラス加工により管を閉じること）して密封する。その後、水銀保持体に対して、ガラス管の外側から高周波加熱し、例えば、９００℃程度に昇温させてランプ内に水銀を蒸発させる。

このランプは、上記両端の電極間に点灯装置により電圧を印加して、水銀放電を起こし、その放電で励起した水銀原子の紫外線放射を蛍光体で可視光に変換し、照明に利用するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１３９９０６号公報

従来の水銀保持体を用いる蛍光ランプは、水銀保持体を用いない蛍光ランプに比較して、完成後、ステムのガラス部分にひび（クラック）が入り、空気がリークして点灯しなくなる不良あるいはクレームが若干多いという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、水銀保持体により水銀をランプ内に放出させる方式を用いても、ステムにクラックが入る恐れの少ない蛍光ランプを提供することを目的とする。

この発明に係る蛍光ランプは、内周面に蛍光体を塗布したガラス管と、このガラス管の両端部を封じると共に、内部をリード線が貫通するステムと、これらのステムに夫々設けられ、リード線の内側端部に接続される電極と、ガラス管の少なくとも一方の端部に設けられ、高周波加熱により水銀を放出する水銀保持体と、この水銀保持体をステムに固定し、強磁性体としてのキューリー温度が４００℃以下の材料で構成される支持部材とを備えたことを特徴とする。

また、この発明に係る蛍光ランプは、水銀保持体の水銀放出する温度を６００℃以上とすることを特徴とする。

また、この発明に係る蛍光ランプは、支持部材の強磁性体としてのキューリー温度を２９０℃以上とすることを特徴とする。

また、この発明に係る蛍光ランプは、支持部材の材料をニッケルとしたことを特徴とする。

また、この発明に係る蛍光ランプは、水銀保持体は電極を囲むように内包し、水銀保持体のガラス管中央部側の端と、水銀保持体とガラス管の同じ端部に設けられた電極のガラス管中央部側の端との管軸方向の最大距離を、１．５ｍｍ以下としたことを特徴とする。

この発明に係る蛍光ランプは、上記構成により高周波加熱時にこの支持部材に直接、電磁界からはいるエネルギーが小さくなり、ステムにクラックが入る恐れが少ない。

実施の形態１．
図１乃至８は実施の形態１を示す図で、図１は蛍光ランプの一部を破断した全体構成図、図２は蛍光ランプの水銀保持体を設けている側の拡大断面図、図３は蛍光ランプのステム封止工程前のステムの正面図、図４は蛍光ランプのステム封止工程前のステムの側面図、図５は蛍光ランプのステム封止工程前の水銀保持体と支持部材の部分の拡大平面図、図６は蛍光ランプの製造工程を示す図、図７は支持部材の材質とリーク不良との関係を示す図、図８は水銀保持体８のガラス管中心軸Ｐへの投影のガラス管中央部方向（図２では右方向）の端と、水銀保持体８と同じ端に設けられた電極のガラス管中心軸Ｐへの投影のガラス管中央部方向の端との距離をｄとした場合のｄと相対効率との関係を示す図である。

図１と図２を用いて、この実施の形態１の蛍光ランプの構成を説明する。ガラス管１の内面に蛍光体２を形成し、その両端にステム３（右側のステムは図示せず）を設け、さらに各ステムにそれぞれ一対のリード線５、リード線６（右側のリード線は表示せず）を貫通させ、そのリード線５，６の内側の端に電極７（右側の電極は表示せず）を装着している。

さらに少なくとも一方のステム３に、加熱によって水銀を放出する水銀保持体８を支持部材９により、固定している。水銀保持体８は、金属板を折り曲げてその断面形状がロの字形の筒状に形成され、電極７を囲むように取り付けられる。この支持部材９は強磁性体としてのキューリー温度が４００℃以下の材料、キューリー温度が、例えば、３５８℃のニッケル、直径が、例えば、０．５ｍｍ程度の線材を用いている。支持部材９の一方の端を水銀保持体８に溶接し、他端をステム３のガラスに埋め込んでいる。強磁性体としてのキューリー温度とは、強磁性体から常磁性体に相転移する温度のことである。

ガラス管１の内部には希ガスが封入され、水銀保持体８を加熱することによって、放出された水銀が入っている。一方、ガラス管１両端のステム３の外側には照明器具に電気的に接続するためのピンを一対ずつ備えた口金１１ａ、口金１１ｂを固定しており、口金１１ａ、口金１１ｂのピンにリード線５、リード線６のランプ外側端が電気的に接続されている。

また、図２において、水銀保持体８のガラス管中央部側の端と、水銀保持体８とガラス管１の同じ端部に設けられた電極７のガラス管中央部側の端との管軸方向の距離をｄとする。このｄについて、水銀保持体８の端が電極７の端よりガラス管中央部方向に突出している場合をプラス、その逆（電極７の端が水銀保持体８の端よりガラス管中央部方向に突出している場合）をマイナスとする。この実施の形態においてはｄが１．５ｍｍ以下、例えば、０．５ｍｍとしている。

図６は、蛍光ランプの製造工程を示す図であり、主にこの図を用いて、本実施の形態における蛍光ランプの製造工程を説明する。まず、ステム作成工程（Ｓ１１１）において、ステム３に排気管１０を設け、フィラメントを取り付けるリード線５、リード線６をステム３を貫通させて取り付けるとともに、支持部材９を先端を埋め込んで固定する。

次にステム３へのフィラメント取り付け工程（Ｓ１１２）において、リード線５、リード線６の完成時ランプ内側になる先端部分にフィラメントを取り付ける。さらにステム３へのフィラメント電子放射物質塗布工程（Ｓ１１３）によりフィラメントに電子放射物質を塗布し、電極７とする。

次にステム３への水銀保持体設置工程（Ｓ１１４）により水銀保持体８を支持部材９に溶接する。この溶接後の状態を図３、図４に示す。これらの図、あるいは図５で解るように、電極７が金属板を折り曲げてロの字状になった水銀保持体８に囲まれるような位置関係になっている。

一方、蛍光体塗布・乾燥・焼き付け工程（Ｓ１０１）で、ガラス管１に蛍光体と水とラッカーを主成分とする塗布液を流し込み、乾燥させ、焼き付け、蛍光体２を形成する。次にこのガラス管１の端に、ステム封止工程（Ｓ１０２）において、ステム３への水銀保持体設置工程（Ｓ１１４）で完成したステム３を、その対応する位置のガラスを加熱することにより軟化させ、ガラス管１と一体にし、整形する。

なお、通常、水銀保持体８を設けたステム３を取り付けるのは、ガラス管１の一方の端のみで、他端は、水銀保持体８と支持部材９を取り付けないか、もしくは支持部材９に水銀保持体８と類似の形状のロの字形の金属板で、水銀を保持していない金属構造体を取り付けたステム３を封止する。これは、主にガラス管１の黒化を抑制するためである。

次に排気・ガス出し・電子放射物質活性化工程（Ｓ１０３）により、両端のステム３に設けられた排気管１０から排気したり、希ガスを流し込むことによってガス出しを繰り返し、その後半部分で、電極７に電流を流して温度を上げることによって、電子放射物質を活性化する。

その後、希ガス導入・チップオフ工程（Ｓ１０４）において、排気管１０から所定量の希ガスを導入して、両端の排気管１０を加熱・軟化させ、閉じるとともに閉じた位置の外側を切り取る。これにより、ガラス管１は密封されることになる。

次に水銀保持体高周波加熱工程（Ｓ１０５）において、ガラス管１の外側の水銀保持体８近傍から高周波をかけることによって、水銀保持体８を一例では約９００℃に加熱し、水銀を放出させる。その後、口金設置・エージング工程（Ｓ１０６）によって、両端に口金１１ａ、口金１１ｂを固定し、エージングとして一定時間点灯してランプとして完成する。

水銀保持体８から水銀が放出する温度は、６００℃以上とすることが好ましい。そうすることにより、確実にチップオフする前には水銀が放出することがなく、且つ、６００℃以上の所定の温度まで高周波加熱すれば、所定の水銀量を放出させることができる。

この実施の形態においては、水銀保持体８を用いる蛍光ランプは、水銀保持体８を用いない蛍光ランプに比較して、完成後、ステム３のガラス部分にひび（クラック）が入り、空気がリークして点灯しなくなる不良あるいはクレームが若干多くなる原因を調査すると共に、その対策を検討した。

上記の水銀保持体高周波加熱工程（Ｓ１０５）において、効率的に加熱するために水銀保持体８を構成する金属板は強磁性体で、かつキューリー温度が高い鉄を主成分とし、表面の酸化やガス吸着を防ぐためにニッケルをメッキしている。従来は、これを固定する支持部材９の材料として、溶接が確実なように水銀保持体８と同じ材質の鉄にニッケルメッキをした材料を用いており、僅かであるが、水銀保持体８を用いないランプより、ステム３にクラックが入り、リークし、点灯しなくなる不良が多いことが分かった。一例では、水銀保持体８を用いない場合、リーク不良率が１００ｐｐｍ以下に対して、従来例の場合、リーク不良率が２０００ｐｐｍ程度である。この場合、問題となるのはこのリークがゆっくりと起こり、点灯しなくなるまでに時間がかかり、ユーザーに渡った後判明する場合があるということである。

このため、不良原因を調べたが、特にステム３のガラスと支持部材９の熱膨張率の差、あるいは、支持部材９の熱伝導にはあまりよらないことが分かった。このため高周波加熱による支持部材９の加熱の可能性と磁性に関する物性に着目し、調べた。特に、強磁性体から常磁性体に相転移するキューリー温度が高周波加熱の効率に影響するとして、キューリー温度の異なる材料特に、ニッケルと鉄を主体として、その比率を変えた合金を用いた。その結果、図７に示すように、キューリー温度が４００℃以下の合金なら、ステム３のクラックによるリーク不良が０になることが分かった。

なお、これらの試験は、リーク不良率の差が顕著にあらわれるように、水銀保持体８の加熱温度を通常の約９００℃より高い１０５０℃で行った。水銀保持体８の加熱温度が１０５０℃の場合は、不良率が比較例の鉄で数％のレベルになる。従って、夫々２００本の試作ランプによりリーク不良の発生の有無を判定した。

図７に示すように、比較例１（キューリー温度７７０℃、Ｆｅ）は、不良率５．５％、比較例２（キューリー温度５１０℃）は、不良率３．０％、比較例３（キューリー温度４５０℃）は、不良率０．５％であった。

それに対し、実施例１乃至４のものは、いずれもリーク不良が発生しなかった。ステム３のクラックによるリーク不良については、支持部材９の材料が、強磁性体としてのキューリー温度が４００℃以下の合金なら、問題ないことが分かった。

実施例１のキューリー温度が４００℃（Ｎｉ−Ｆｅ合金）と、実施例２の３５８℃のＮｉについては、水銀保持体８の加熱温度が通常の約９００℃（実際の製造時の加熱温度）についても、ステム３のクラックによるリーク不良率を調査し、リーク不良率が１００〜２００ｐｐｍになることを確認した。すなわち、キューリー温度が４００℃以下であれば十分効果があることが分かった。

また、キューリー温度が２９０℃未満の場合、例えば、２２５℃の場合（実施例４）、水銀保持体８と支持部材９との溶接がはずれるという不良が起こりやすいことが判明した。これは水銀保持体高周波加熱工程（Ｓ１０５）後に起こることが分かった。これはキューリー温度が低すぎると、支持部材９の温度が上がりにくく、水銀保持体８の温度との差が大きくなり、この温度差が熱膨張の差をもたらすなどして、溶接がはずれることによると推定される。キューリー温度が２９０℃以上の場合、この不良はほとんど起こらず、キューリー温度が２９０℃以上であればよい。

また、この実施の形態においては、ｄを１．５ｍｍ以下とするが、これは、ｄが１．５ｍｍを越える場合、全光束が低下してゆくからである。ｄを変えて試作した結果を図８に示す。

図８に示すように、図７の比較例１、比較例２、実施例２に加えて、実施例５乃至８のものを用意して、夫々全光束／ランプ電力を測定した。実施例２の全光束／ランプ電力を１００％として、その他はそれに対する相対効率で示す。相対効率の０．５程度の違いは有意差ではなく、ｄが１．５ｍｍ以下なら問題ないといえるが、２ｍｍ以上になると急に悪くなる。ｄが大きくなるということは電極７を水銀保持体８が深く覆うということを意味し、ひとつは放電からの紫外線放射を遮蔽することが効率の低下をもたらすと考えられるが、この場合、この程度のｄであれば、この効果は大きすぎる。調査した結果、電気的に接続されていない水銀保持体８によって、電極７近傍の電界が増加し、電極７近傍の発光に寄与しない電位が大きくなり、ここで電力損失があるためと分かった。この電極７近傍の電位の増加分による電力損失に相当して効率が低下したと考えられる。ちなみに水銀保持体８は電気的に接続されていないため、ｄを２ｍｍを越えてさらに増加させても電極７近傍の電位は余り変化が大きくなく、このため、相対効率の低下はあまり大きくなって行かない。結局、ｄは１．５ｍｍ以下ならよい。

ｄが小さいと、一般的には水銀保持体８の加熱時の熱が熱伝導あるいは放射としてステム３に伝わりやすく、ひずみが大きくなり、ステム３のクラック原因になり得るが、上記のようにキューリー温度を一定範囲にすることによって、実施例で示すような小さなｄを適用しても、ステム３のクラックによる不良は起こらない。

実施の形態１を示す図で、蛍光ランプの一部を破断した全体構成図である。 実施の形態１を示す図で、蛍光ランプの水銀保持体を設けている側の拡大断面図である。 実施の形態１を示す図で、蛍光ランプのステム封止工程前のステムの正面図である。 実施の形態１を示す図で、蛍光ランプのステム封止工程前のステムの側面図である。 実施の形態１を示す図で、蛍光ランプのステム封止工程前の水銀保持体と支持部材の部分の拡大平面図である。 実施の形態１を示す図で、蛍光ランプの製造工程を示す図である。 実施の形態１を示す図で、支持部材の材質とリーク不良との関係を示す図である。 実施の形態１を示す図で、水銀保持体８のガラス管中心軸Ｐへの投影のガラス管中央部方向（図２では右方向）の端と、水銀保持体８と同じ端に設けられた電極のガラス管中心軸Ｐへの投影のガラス管中央部方向の端との距離をｄと相対効率との関係を示す図である。

符号の説明

１ ガラス管、２ 蛍光体、３ ステム、５ リード線、６ リード線、７ 電極、８ 水銀保持体、９ 支持部材、１０ 排気管、１１ａ 口金、１１ｂ 口金。

Claims (3)

1. 内周面に蛍光体を塗布したガラス管と、
   このガラス管の両端部を封じると共に、内部をリード線が貫通するステムと、
   これらのステムに夫々設けられ、前記リード線の内側端部に接続される電極と、
   前記ガラス管の少なくとも一方の端部に設けられ、鉄にニッケルをメッキした金属板と、前記金属板に保持された水銀とから構成され、高周波加熱により水銀を放出する水銀保持体と、
   一端がこの水銀保持体の前記金属板に溶接され他端が前記ステムに埋め込まれることによりこの水銀保持体を前記ステムに固定し、強磁性体としてのキューリー温度が２９０℃以上かつ４００℃以下のＮｉ−Ｆｅ合金（ニッケル鉄合金）で構成される支持部材とを備えたことを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記水銀保持体は、水銀を放出させるために製造中に約９００℃に加熱されたことを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
3. 前記水銀保持体は、前記電極を囲むように内包し、
   前記水銀保持体の前記ガラス管中央部側の端が、前記水銀保持体と前記ガラス管の同じ端部に設けられた前記電極の前記ガラス管中央部側の端から、前記ガラス管中央部側方向に突出した距離ｄを、０．０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蛍光ランプ。

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