JP5174148B2 - アマルガム室を持つアマルガムカプセルを備えた低圧水銀放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、低圧水銀放電ランプに関し、更に詳細には、温度非依存の動作の手段を達成するためにアマルガムを利用する斯かるランプに関する。

低圧水銀放電ランプは、一般には蛍光灯と呼ばれ、一般に電極、水銀（Ｈｇ）及び不活性ガスを含み、蛍光体層により内部が被覆された、密封されたガラス管の形をとる。

該電極は、外部電力とランプ動作の間に電極間に生じる内部プラズマとの間の電気的なインタフェースを提供する。水銀蒸気が電気エネルギーを吸収してＵＶ放射を発し、蛍光体層が該水銀により発せられたＵＶ放射を吸収して、個別のランプのタイプ及び意図される用途に応じて、より長い波長のＵＶ放射及び／又は可視光を発する。

水銀蒸気圧は、斯かる蛍光灯の効率的な動作の鍵である。プラズマ放電に過度に少ない水銀蒸気しか存在しない場合には、ＵＶ放射が生成されないこととなり、プラズマ放電に過度に多い水銀蒸気が存在する場合には、ＵＶ放射の幾分かが過度の水銀蒸気により再吸収されて、光出力を低減させ、非効率的な電力の利用を引き起こす。

プラズマ放電中の水銀蒸気圧の制御のための一般的な手法は、過度の水銀蒸気が凝縮するコールドスポット（cold spot）を備えるランプを設計して、凝縮させられた水銀と水銀蒸気との間に平衡を確立することである。不運にも、この手法は、比較的狭い温度範囲でしか有用でない。例えば周囲の温度が増大したために、放電容器における温度が該温度範囲を大きく超えて増大すると、出力効率が低下する。

水銀蒸気圧の制御のための他の良く知られた方法は、水銀アマルガムの利用を含む。該方法は、コールドスポット手法を利用する標準的な蛍光灯よりも広い温度範囲で、ランプが効率的に動作することを可能とする。この方法は、小型の蛍光灯において一般に利用されるが、直線状又はＵ字型蛍光灯においては殆ど利用されない。

蛍光灯においてアマルガムを使用することは、取り扱い及び保管の間に周囲への水銀の損失に耐え、ランプ処理及び動作の間に適切な位置にアマルガムが留まることを確実とし、高速な蛍光灯機器及び処理と両立しつつコスト効率の良い方法を必要とする。密封されたアマルガムカプセルが利用される場合には、該方法は、完成した密封されたランプにおいて該カプセルを開けるステップを含む必要がある。この点に関しては、米国特許US4,288,715及び欧州特許出願公開WP0063393を参照されたい。

国際特許出願公開WO2006/000974A2（ここで明細書全体が参照により本明細に組み込まれたものとする）は、水銀蒸気圧を制御するためにアマルガムを利用する低圧水銀放電ランプを開示している。該ランプは、放電空間（３）を内包する管状のガラス容器（２）内に装着されたガラスカプセル（１２）にアマルガムを配置することにより、小型の設計を提供すると言える。カプセル（１２）は一定量のアマルガム（１３）を内包し、アマルガム（１３）と放電空間（３）との間でのガス交換を可能とするため、一方の端にガス開口を持つ。アマルガム（１３）の栓がカプセル（１２）から外れることを防ぐため、アマルガム（１３）とガス開口（１４）との間にガラス棒（１５）が配置される。

以上の構成の欠点は、該棒がカプセルに固定されず、従ってランプ処理及び／又は動作の間に移動し得、アマルガムをランプ中の最適位置に対して移動させてしまい、更にはアマルガムの一部をカプセルから外してしまう点である。

本発明によれば、低圧水銀放電ランプが放電空間を囲むガラス容器を有し、前記ガラス容器は、前記ガラス容器の端部内に配置された少なくとも１つのガラス幹を備え、前記低圧水銀放電ランプは更に、少なくとも１つのアマルガムの栓を封入した容器を有し、前記容器は、前記アマルガムの栓と前記放電空間との間のガス交換を可能とする開口を備え、前記容器は更に、前記アマルガムと前記開口との間に配置された、前記容器内における前記アマルガムの動きを制限するための少なくとも１つのスペーサを備え、前記ランプは、前記容器が更に、前記容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段を含むことを特徴とする。

便宜上、ここで利用される「アマルガム」なる語は、１つ以上の他の金属又は合金との水銀のアマルガムと、容器又はカプセルに最初に存し後続するランプ起動及び／又は動作の間に水銀とアマルガム化されるプレアマルガム金属又は合金と、の両方を意味する。カプセル中のプレアマルガム金属又は合金により開始することは、保存、取り扱い及びランプ製造の間に起こり得る水銀の損失を防ぐ。水銀はこのとき、幾つかの既知の方法のうちいずれかにより、ランプへと別個に導入される。

適切なアマルガム形成金属及び合金は良く知られており、例えばインジウム、ビスマス−インジウム合金、並びに銀、鉛、錫及びこれらの合金を含む。

カプセルは、ランプの放電空間内において、例えばランプの内部リード線又は既存の補助ワイヤに容易に取り付けられる（例えば溶接により）電極シールド又は金属カラーに装着される。カプセルは、該カプセルの位置及び電極からの距離により、アマルガムの動作温度を設定し、ランプ動作温度における該アマルガムの移動を抑制する。

カプセルにおけるスペーサを抑制するための適切な手段は、カプセルの内壁における金属ワイヤ及び突起又は環状の隆線を含む。適切なスペーサは、石英又はホウ珪酸ガラスのような耐熱性ガラスの棒及び／又は管を含む。

本発明の好適な実施例によれば、該カプセルは、前記カプセルの閉口端の近くの主アマルガム栓と、前記カプセルの開口の近くの補助アマルガム栓と、前記主アマルガム栓と前記補助アマルガム栓との間に配置された第１のスペーサと、前記補助アマルガム栓と前記カプセルの開口との間に配置された第２のスペーサと、を含む。

本発明の他の好適な実施例によれば、アマルガムカプセルはアマルガム栓に加えて磁気栓を含み、アマルガムカプセルは放電空間内の固定位置を持つより大きなカプセル内に移動可能に装着され、それにより、アマルガムカプセルは、ランプの封止が実行された後に外部磁石によって移動させられることができ、変化する内部及び／又は外部条件を補償するためのアマルガムカプセルの位置に対する調節を可能とする。

本発明は例えば、アマルガムのない標準的なＴ８ランプについての約３２乃至７７°Ｆの温度範囲及び約２５乃至４０Ｗのパワー率に比べて、約２０乃至１５０°Ｆの温度範囲に亘って約８０乃至８５Ｗのパワー率において効率的に動作可能な、タイプ「Ｔ８」の管状包絡線を持つもののような、高負荷の略温度非依存の直線型蛍光灯において、有利に実施化される。

本発明は、現代の高速な水平型ランプ作成装置とも両立可能であり、Ｔ８ランプのような直線型の蛍光灯のための既存の製造技術に容易に組み入れられることができる。

本発明のこれらの及び他の態様は、図面を参照しながら更に説明されるであろう。

図面は図式的なものであり定縮尺で描かれてはいない。異なる図面における同一の参照番号は、同様の部分を示す。

本発明の一実施例による保持手段を備えたアマルガムカプセルを持つ低圧水銀放電ランプを示す。 本発明の第２の実施例による保持手段を備えたアマルガムカプセルを示す。 本発明の第３の実施例による保持手段を備えたアマルガムカプセルを示す。 本発明の第４の実施例による保持手段を備えたアマルガムカプセルを示す。 本発明の第５の実施例による主及び補助アマルガムを備えたアマルガムカプセルを示す。 本発明の第６の実施例による移動可能なアマルガムカプセルを示す。 本発明の第６の実施例による固定されたカプセルにおける図６の移動可能なアマルガムカプセルの位置を示す。

図１は、アルゴン及び水銀蒸気のような不活性ガスのガス混合物で満たされた放電空間３を内包する、一般にＴＬランプとして知られるタイプの直線状に細長いガラス容器２を持つ、本発明による低圧水銀放電ランプ１の模式図を示す。該ガラス容器は、それぞれが導電体８及び９並びに１０及び１１に装着された電極６及び７を備えた、２つの末端部４及び５を持つ。導電体（８、９、１０及び１１）は、放電空間３がガス混合物により満たされた後に、既知の方法で管状のガラス幹から容器２の端において形成される、気密性圧力シール１２及び１３を通る。放電空間の外部に延在する導電体の部分は、電極６及び７への電力供給のための接続ピンを形成する。電極６及び７は、ランプ動作の間還元末端減光の機能を持ち、且つカプセルのための従来の装着配置としても機能する、金属シールド１４及び１５により囲まれる。

ガラスカプセル１６が、装着部材１７によりシールド１５に装着される。ガラスカプセル１６は、閉口端と、開口２１を持つ開口端とを持つ。例えばビスマス−インジウムのアマルガムのような一定量のアマルガム１８が、カプセル１６の閉口端の近くに配置され、アマルガム１８の動きを制限するため、アマルガム１８とカプセル１６の開口端との間にガラス棒１９が配置される。該ガラス棒は、該カプセルの内径よりも小さな直径を持ち、水銀蒸気が開口２１を介してアマルガム１８と放電空間３との間を通過できるようにする。

本発明によれば、カプセル１６におけるガラス棒１９の動きを制限するために、ガラスカプセル１６の内壁からの突起２０の形をとる制限手段が備えられる。突起２０は、１つ以上の隆起した部分、連続的な環状の隆線、又はその他の、ガラス棒１９の動きを制限するように働くいずれの形態の形をとっても良い。

該カプセルの位置は、ランプの最適な動作に帰着するように、電極７とアマルガム１８との間の望ましい距離により決定される。

図２は、本発明の蛍光灯における使用のためのアマルガムカプセルの第２の実施例を示す。カプセル２２は、開口端２３と、カプセル２２の反対側の閉口端の近くに配置されたアマルガム栓２４と、ガラス棒２５と、ガラス棒２５の動きを制限するための短いワイヤ２６と、を持つ。

本実施例の典型は、２ｍｍの内径及び２．４ｍｍの外径を持つホウ珪酸毛細ガラス管から作られたカプセル２２、１．５ｍｍの直径を持つ石英棒２５、並びに４乃至８ｍｍの長さを持つ０．０１４乃至０．０１５口径のステンレスのワイヤである。該毛細ガラス管の一方の端は加熱により封止され、その後にワイヤ２６が挿入される。直径１．４乃至１．５ｍｍのインジウム金属又はビスマス−インジウム合金の小球（又は短いワイヤ片）が次いで、該管の封止された端の近くにおいて該管に追加される。封止された端は次いで熱風銃を用いて加熱され、該球又はワイヤ片を、ステンレスのワイヤを囲む栓２４へと溶かす。次いで、石英棒２５が該カプセルに追加され、ワイヤ及びアマルガム栓を含む室を形成する。該管の開口端は次いで火炎研磨されて、ガラスを艶出しし、管の直径を例えば１．５ｍｍよりも小さい開口へと小さくする。このことは、該管から石英棒が抜けることを可能とすることなく、水銀蒸気の準備通路を実現するに十分である。

図３は、本発明のランプにおける使用のために適切なカプセルの第３の実施例を示す。カプセル３２は開口端３３と、カプセル３２の反対側の閉口端の近くに配置されたアマルガム栓３４と、栓３４の動きを制限するためのガラス棒３５と、を持つ。本実施例においては、ワイヤ２６は、ガラス棒３５の動きを制限するための手段としての突起３６及び３７により置き換えられている。

カプセル３２を形成するための手順の例は、カプセル２２について説明されたものと類似するが、管の閉口端を形成した後に、アマルガムの球が追加され加熱されて栓を形成する点が異なる。該突起は、小型のバーナを用いてカプセルの外壁に窪みを生成することにより形成され、カプセルの封止された端においてアマルガム栓のための室を形成する。

図４は、本発明のランプにおける使用のために適切なカプセルの第４の実施例を示す。カプセル４２は開口端４３と、カプセル４２の反対側の閉口端の近くに配置されたアマルガム栓４４と、栓４４の動きを制限するための一方の端が閉じられたガラス管４５と、を持つ。本実施例においては、ガラス管４５は、以上に説明されたように形成された突起４６により制限される。

図５は、本発明のランプにおける使用のために適切なカプセルの第５の実施例を示す。カプセル５２は開口端５３と、カプセル５２の反対側の閉口端の近くに配置された第１のアマルガム栓５４と、管５２の開口端５３の近くの第２のアマルガム栓５６と、を持つ。栓５４と５６との間に第１のガラス棒が配置され、第２の栓５６と管５２の開口端５３との間に第２のガラス棒５７が配置される。ガラス棒５５及び５７は、栓５４と５６とを互いから分離し、またカプセル５２における栓５４及び５６の動きを制限する。本実施例においては、ガラス棒５５及び５７は、以上に説明された第３の実施例の突起３６及び３７と同様に形成された突起５８、５９及び６０により制限される。

第２の栓５６によって、第２のアマルガム（補助アマルガム）が、ランプのウォーミングアップの間に動作するように利用可能である。該第２のアマルガムは迅速に水銀を放出し、初期点灯の際のランプの起動特性を改善する。

ランプ中のカプセル５２の長さ及び位置は、ランプ動作の間の、主及び補助アマルガムの位置及び温度を決定する。

図６及び７は、本発明のランプにおける使用のために適切なカプセルの第６の実施例を示す。図６は移動可能なカプセル６２を示し、該カプセル６２は、開口端６３と、カプセル６２の反対側の閉口端の近くに配置されたアマルガム栓６４と、開口端６３の近くに配置された磁気栓６６と、栓６４と６６とを互いから及び開口端６３から分離させる第１の及び第２のガラス棒６５及び６７と、を持つ。栓６４及び６６並びにガラス棒６５及び６７の動きは、突起６８、６９及び７０により制限される。

図７は、水銀蒸気の通過のための開口端７３及び７４を備えた第２のカプセル７２を示す。カプセル７２はランプの放電空間３内の固定位置に配置され、移動可能なカプセル６２が固定カプセル７２内に配置されて、完成した蛍光灯におけるアマルガム栓の再配置を可能とする。

完成したランプ中のアマルガム栓の位置を再配置することができることは、隣接する電極からの該栓の距離の調節（栓の温度を変化させる）を可能とし、変化する周囲及びランプ負荷条件に応じて水銀の圧力を最適化するとともに、ランプの寿命に亘って消費される水銀の量を減少させて、ランプ動作の効率を最適化及び／又は維持する。

アマルガム栓はまた、より迅速に定常状態に達するためにランプ起動の間電極から近くに移動され、次いで定常状態のランプ動作のための最適な位置へと電極から離されても良い。

外部ガラス管７２は、例えば、ランプの端部において堅固に位置を固定するために内部リード線（又は利用可能である場合には補助ワイヤ）に取り付けられた非磁性カラーによって、放電空間３に装着される。外部管７２は、該管に沿ったカプセル６２の移動が、アマルガム栓６５を隣接する電極７に近づく方向に又は電極７から遠ざかる方向に移動させるような向きとされる。カプセル６２の移動は、磁気栓６６の位置に隣接する外部磁石を移動させることにより実現される。カプセルの第２の実施例について以上に示された例示的な大きさに基づけば、金属栓６６の直径は１．４ｍｍである。ガラス管７２の内径はカプセルの外径よりも僅かに大きく、例えば２．５乃至３．５ｍｍである。

本発明は、必然的に限られた数の実施例に関して説明された。該説明から、他の実施例及び実施例の変形が当業者には明らかとなるであろうし、本発明及び添付される請求項内に完全に包含されることが意図される。例えば、他の実施例は、スペーサのために他のガラス又は非磁性金属の管、及びスペーサのための制限手段として室形成挿入物を利用し得る。

Claims (16)

1. 放電空間を囲むガラス容器を有する低圧水銀放電ランプであって、
   当該ランプは、少なくとも１つのアマルガムを封入した容器を有し、
   前記容器は、
   前記アマルガムと前記放電空間との間のガス交換を可能とする開口と、
   前記アマルガムと前記開口との間に配置された、前記容器内における前記アマルガムの動きを制限するための少なくとも１つのスペーサと、
   前記容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段とを備え、
   当該ランプは、少なくとも１つの電極と前記電極を囲む少なくとも１つの電極シールドとを有し、前記容器は、前記電極シールド上に装着される、低圧水銀放電ランプ。
2. 前記容器は、装着部材により前記電極シールド上に装着される、請求項１に記載の低圧水銀放電ランプ。
3. 前記容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段は、前記容器の内壁における１つ以上の突起を有する、請求項１に記載の低圧水銀放電ランプ。
4. 前記スペーサはガラス棒を有する、請求項１に記載の低圧水銀放電ランプ。
5. 放電空間を囲むガラス容器を有する低圧水銀放電ランプであって、
   当該ランプは、少なくとも１つのアマルガムを封入した容器を有し、
   前記容器は、
   前記アマルガムと前記放電空間との間のガス交換を可能とする開口と、
   前記アマルガムと前記開口との間に配置された、前記容器内における前記アマルガムの動きを制限するための少なくとも１つのスペーサと、
   前記容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段とを備え、
   前記容器の閉口端の近くの主アマルガムと、前記容器の開口の近くの補助アマルガムと、前記主アマルガムと前記補助アマルガムとの間に配置された第１のスペーサと、前記補助アマルガムと前記容器の開口との間に配置された第２のスペーサと、がある、低圧水銀放電ランプ。
6. 前記第１及び第２のスペーサを制限するための手段は、前記第１のスペーサと前記第２のスペーサとの間、及び前記主アマルガムと前記補助アマルガムとの間に突起を有する、請求項５に記載の低圧水銀放電ランプ。
7. 放電空間を囲むガラス容器を有する低圧水銀放電ランプであって、
   当該ランプは、少なくとも１つのアマルガムを封入した容器を有し、
   前記容器は、
   前記アマルガムと前記放電空間との間のガス交換を可能とする開口と、
   前記アマルガムと前記開口との間に配置された、前記容器内における前記アマルガムの動きを制限するための少なくとも１つのスペーサと、
   前記容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段とを備え、
   前記容器の閉口端の近くの主アマルガムと、前記容器の開口の近くの磁気部材と、前記主アマルガムと前記磁気部材との間に配置された第１のスペーサと、前記磁気部材と前記容器の開口との間に配置された第２のスペーサと、がある、低圧水銀放電ランプ。
8. 前記容器は、開口を備えた対向端を持つ、より大きな容器内に移動可能に装着され、前記より大きな容器は、前記放電空間内の固定された位置に装着される、請求項７に記載の低圧水銀放電ランプ。
9. 低圧水銀放電ランプのためのアマルガムの容器であって、
   当該容器は、少なくとも１つのアマルガムを封入し、
   当該容器は、
   前記アマルガムと前記ランプの放電空間との間のガス交換を可能とする開口と、
   前記アマルガムと前記開口との間に配置された、当該容器内における前記アマルガムの動きを制限するための少なくとも１つのスペーサと、
   当該容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段とを含み、
   当該容器は、前記ランプにおける、少なくとも１つの電極を囲む少なくとも１つの電極シールド上に装着される、容器。
10. 当該容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段は、当該容器の内壁における１つ以上の突起を有する、請求項９に記載の容器。
11. 当該容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段は、当該容器の内壁における少なくとも１つの突起を有する、請求項９に記載の容器。
12. 前記スペーサはガラス棒を有する、請求項９に記載の容器。
13. 低圧水銀放電ランプのためのアマルガムの容器であって、
    当該容器は、少なくとも１つのアマルガムを封入し、
    当該容器は、
    前記アマルガムと前記ランプの放電空間との間のガス交換を可能とする開口と、
    前記アマルガムと前記開口との間に配置された、当該容器内における前記アマルガムの動きを制限するための少なくとも１つのスペーサと、
    当該容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段とを含み、
    当該容器の閉口端の近くの主アマルガムと、前記容器の開口の近くの補助アマルガムと、前記主アマルガムと前記補助アマルガムとの間に配置された第１のスペーサと、前記補助アマルガムと前記容器の開口との間に配置された第２のスペーサと、がある、容器。
14. 前記第１及び第２のスペーサを制限するための手段は、前記第１のスペーサと前記第２のスペーサとの間、及び前記主アマルガムと前記補助アマルガムとの間に突起を有する、請求項１３に記載の容器。
15. 低圧水銀放電ランプのためのアマルガムの容器であって、
    当該容器は、少なくとも１つのアマルガムを封入し、
    当該容器は、
    前記アマルガムと前記ランプの放電空間との間のガス交換を可能とする開口と、
    前記アマルガムと前記開口との間に配置された、当該容器内における前記アマルガムの動きを制限するための少なくとも１つのスペーサと、
    当該容器内における前記スペーサの動きを制限するための手段とを含み、
    当該容器の閉口端の近くの主アマルガムと、当該容器の開口の近くの磁気部材と、前記主アマルガムと前記磁気部材との間に配置された第１のスペーサと、前記磁気部材と当該容器の開口との間に配置された第２のスペーサと、がある、容器。
16. 当該容器は、開口を備えた対向端を持つ、より大きな容器内に移動可能に装着され、前記より大きな容器は、前記放電空間内の固定された位置に装着される、請求項１５に記載の容器。

Images