JP5639363B2 - 低圧水銀蒸気放電ランプおよび低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電容器内部にアマルガムを固定した低圧水銀蒸気放電ランプ、およびこの低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法に関するものである。

水銀蒸気が封入された放電容器内でアーク放電を発生させることによって紫外線を発生させ、この紫外線を発光に利用する種々の低圧水銀蒸気放電ランプが実用化されている。

その一例として、例えば蛍光ランプにおいては、放電容器は蛍光物質が薄く塗布された蛍光管とその両端に固着されるステムからなり、蛍光ランプの電極間に通電することによって放電容器内の水銀を励起させて紫外線を発生させ、この紫外線を蛍光体の発光に変換して可視光を得ているが、紫外線の発光効率が最大となる点は、放電容器内の水銀蒸気圧が５〜６×１０^−３ｔｏｒｒ付近とされており、このときの最冷部である管壁温度は約４０℃である。

近年では蛍光ランプは、コンパクト化、高効率化を達成するために放電容器の径を細くしたり、ランプ電圧を高くする等、管壁負荷が従来のものと比べて高くなる傾向にあり、このような管壁負荷が高いランプに純水銀を用いると放電容器内の水銀蒸気圧が過度に上昇して紫外線の発光効率が低下するため、特許文献１に記載されているように、インジウム、ビスマス、錫、鉛および亜鉛のうちの少なくとも１種の材料と水銀との合金であるアマルガムを放電容器内に配置して、管壁負荷が高い高温下における光出力特性を改善した蛍光ランプが実用化されている。

上記のような蛍光ランプ内に用いられるアマルガムは、管壁負荷が高い高温下での蛍光ランプの光出力特性を安定的に維持するため、放電容器内の定位置に固定することが好ましく、そのため、放電容器の内壁に加熱溶着して固定している。しかしながら、アマルガムは低融点金属であるため、ランプを点灯させて放電容器内の温度が上昇すると、アマルガムが溶融変形して固定部から剥がれたり、またアマルガムが溶融変形している状態でランプを傾けたりすると、アマルガムが流れて移動することがあった。すなわち、アマルガムを放電容器内に安定的に固定することは困難であった。

そのため、本願出願人は、特許文献２において、放電容器の内側から外側に向けて窪ませた凹部を形成し、この凹部内にアマルガムを固定するとともに、凹部を内側から覆う位置に覆い部材を配置して、放電容器内のアマルガムを安定的に保持することが可能な低圧水銀蒸気放電ランプを提案している。

特開２００４−１３９９０７号公報 特開２００６−２０９９９３号公報

しかしながら、上記の低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、覆い部材は、覆い部材の両端近傍において放電容器の外側から内側に向けて覆い部材の側面よりも深く突出させて形成された凸部により移動を規制されて位置決めされているだけであるため、がたつきを生じ、移動する毎に凸部と覆い部材とがわずかな接触を繰り返すおそれがある。また、石英ガラス製の放電容器に覆い部材の移動を規制するための凸部を形成すると、この部分では容器の肉厚が薄くなるため、製造工程中や輸送中等の衝撃により放電容器が破損しやすくなることが懸念される。

そのため、上記のような低圧水銀蒸気放電ランプにおいては、製造工程中や輸送中等の衝撃による破損が起こりにくいものが望まれている。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、放電容器内にアマルガムが保持された低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、製造工程中や輸送中等の衝撃による破損が起こりにくくした低圧水銀蒸気放電ランプ、およびこの低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の低圧水銀蒸気放電ランプは、放電容器と、放電容器の内部に配された覆い部材と、アマルガムとを備え、放電容器または覆い部材の少なくとも一方に形成された凹部内にアマルガムが配され、アマルガムが放電容器と覆い部材との間に保持された低圧水銀蒸気放電ランプであって、アマルガム蒸気の放電容器内への流出を妨げない態様で、放電容器と覆い部材とが固着されていることを特徴とするものである。

本発明の低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、放電容器と覆い部材とは、溶着や接着等どのような方法で固着されていてもよい。

また、凹部は、覆い部材側のみに、覆い部材の外側の一部を内側に向けて窪ませた態様で形成されているものとしてもよい。

また、放電容器および覆い部材を、石英ガラスからなるものとし、放電容器および覆い部材を加熱溶着により固着されたものとしてもよい。

本発明の低圧水銀蒸気放電ランプを製造するための第１の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法は、放電容器の内面に形成された内側から外側に向けて窪んだ凹部にアマルガムを固着し、覆い部材を放電容器内において凹部を内側から覆う位置に移動させ、この位置において放電容器と覆い部材とを固着することを特徴とする方法である。

本発明の第１の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法においては、放電容器および覆い部材を、石英ガラスからなるものとし、放電容器と覆い部材を加熱溶着して固着するようにしてもよい。

本発明の低圧水銀蒸気放電ランプを製造するための第２の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法は、放電容器の側面に細管を取り付け、細管から連通する細管連通部、細管連通部から所定距離離れたアマルガム退避部、および、細管連通部とアマルガム退避部とを連通させる通路部からなる凹部が外側から内側に向けて窪ませた態様で形成された覆い部材を、放電容器の側面に取り付けられた細管と凹部の細管連通部とが連通する位置で放電容器に固着し、細管から凹部内にアマルガムを挿入し、アマルガムを、凹部のアマルガム退避部に移動させた状態で、放電容器の細管取付部を加熱溶融により封止することを特徴とする方法である。

本発明の第２の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法においては、放電容器および覆い部材を、石英ガラスからなるものとし、放電容器と覆い部材を加熱溶着して固着するようにしてもよい。

また、覆い部材を筒状の形状にするとともに、筒の全周に亘って凹部を形成するようにしてもよい。

本発明の低圧水銀蒸気放電ランプによれば、放電容器と、放電容器の内部に配された覆い部材と、アマルガムとを備え、放電容器または覆い部材の少なくとも一方に形成された凹部内にアマルガムが配され、アマルガムが放電容器と覆い部材との間に保持された低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、アマルガム蒸気の放電容器内への流出を妨げない態様で、放電容器と覆い部材とを固着したことにより、従来の低圧水銀蒸気放電ランプのように放電容器に覆い部材の移動を規制するための凸部を形成する必要がなくなるとともに、覆い部材のがたつきも生じなくなるため、製造工程中や輸送中等の衝撃による破損を起こりにくくすることができる。

ここで、凹部を、覆い部材側のみに、覆い部材の外側の一部を内側に向けて窪ませた態様で形成することにより、従来の低圧水銀蒸気放電ランプのように放電容器の外側に突出する部分がなくなるため、さらに製造工程中や輸送中等の衝撃による破損を起こりにくくすることができる。

また、放電容器および覆い部材を、石英ガラスからなるものとし、放電容器および覆い部材を加熱溶着により固着されたものとすれば、本発明の低圧水銀蒸気放電ランプを容易に実現できる。

本発明の第１の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法によれば、放電容器の内面に形成された内側から外側に向けて窪んだ凹部にアマルガムを固着し、覆い部材を放電容器内において凹部を内側から覆う位置に移動させ、この位置において放電容器と覆い部材とを固着することにより、本発明の低圧水銀蒸気放電ランプを容易に製造することができる。

ここで、放電容器および覆い部材を、石英ガラスからなるものとし、放電容器と覆い部材を加熱溶着して固着するようにすれば、本発明の低圧水銀蒸気放電ランプを容易に製造することができるようになる。

本発明の第２の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法は、放電容器の側面に細管を取り付け、細管から連通する細管連通部、細管連通部から所定距離離れたアマルガム退避部、および、細管連通部とアマルガム退避部とを連通させる通路部からなる凹部が外側から内側に向けて窪ませた態様で形成された覆い部材を、放電容器の側面に取り付けられた細管と凹部の細管連通部とが連通する位置で放電容器に固着し、細管から凹部内にアマルガムを挿入し、アマルガムを、凹部のアマルガム退避部に移動させた状態で、放電容器の細管取付部を加熱溶融により封止することにより、本発明の低圧水銀蒸気放電ランプを容易に製造することができる。

ここで、放電容器および覆い部材を、石英ガラスからなるものとし、放電容器と覆い部材を加熱溶着して固着するようにすれば、本発明の低圧水銀蒸気放電ランプを容易に製造することができるようになる。

また、覆い部材を筒状の形状にするとともに、筒の全周に亘って凹部を形成するようにすれば、覆い部材に容易に凹部を形成することができる。

本発明の第１の実施の形態による低圧水銀蒸気放電ランプ（紫外線ランプ）の部分断面図 図１中のII−II線断面図 上記紫外線ランプの製造手順を示す図 本発明の第２の実施の形態による低圧水銀蒸気放電ランプ（紫外線ランプ）の部分断面図 図４中のV−V線断面図 上記紫外線ランプの製造手順を示す図

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による低圧水銀蒸気放電ランプ（紫外線ランプ）の部分断面図、図２は図１中のII−II線断面図である。なお、図２中においては放電容器、金属膜、アマルガムおよび覆い部材のみ図示している。

低圧水銀蒸気放電ランプの一例であるこの紫外線ランプ１は、石英ガラスからなる直管状の放電管１０の両端部に同じく石英ガラスからなるステム１１が固着されてなる放電容器を備えており、この放電容器の両端部には口金１４が嵌着されている。

なお、放電管１０の内面には、石英ガラスの劣化防止のために酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化チタン等を０．０１〜数μｍ程度の厚さで保護膜として形成することが好ましい。

ステム１１には、口金１４から外部に突出した２本の電極端子１５に各々接続された１本の電極１２が固着されており、この２本の電極１２によってフィラメント１３が保持されている。

また、片側のステム１１には、紫外線ランプ１の製造時に放電容器内の排気を行うための細管１１ａが形成されている。

放電管１０には内側から外側に向けて窪んだ凹部１０ａが形成されており、この凹部１０ａに金属膜１７を介してアマルガム１６が固定されており、さらに放電管１０の内径よりも若干小さい外径を有する筒状体の覆い部材１８が、凹部１０ａを内側から覆う所定位置で放電容器内に固着されている。なお、覆い部材１８の固着は、覆い部材１８を所定位置に移動させた後、覆い部材１８の上に放電管１０の溶着部１０ｂを形成することにより行っている。

アマルガム１６は、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）および亜鉛（Ｚｎ）のうち少なくとも１種の材料と少量の水銀（Ｈｇ）とを混合してなる合金であり、金属膜２７上に加熱溶着により固着されている。

金属膜１７は、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）を基材とする金属からなるものであり、厚さは０．０１〜１μｍとすることが好ましい。金属膜１６を放電管１０の内面上に形成する方法としては、放電管１０の内面上に金または白金を直接蒸着して金属膜を形成してもよいし、金または白金を含有するディップ溶液を塗布した後に焼成して金属膜を形成してもよい。

また、覆い部材１８は石英ガラスから構成することが好ましいが、これ以外にもセラミックス、ステンレス、ニッケル等酸化しにくく、また水銀とアマルガムを形成しない材料を用いることができる。また金属メッシュにより構成してもよい。

次に、上記のように構成された紫外線ランプ１の製造手順について説明する。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は紫外線ランプ１の製造手順を示す図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも放電容器を図２と同じ方向から示したものであり、放電容器、金属膜、アマルガムおよび覆い部材のみ図示している。

最初に、放電管１０に内側から外側に向けて窪んだ凹部１０ａを形成した後、凹部１０ａ内に金属膜１７を形成する。

次に、放電管１０内に覆い部材１８を挿入した後、放電管１０の両端部にステム１１を固着して放電容器を製作する。この段階ではステム１１に形成された細管１１ａの端部は開口されており、細管１１ａによって放電容器の外側と中側とが連通されている。

次に、細管１１ａに給排気装置を接続し、細管１１ａから放電容器内の排気を行って内部空間を略真空状態とした後、放電容器内にアルゴン、ネオン、クリプトンまたはキセノン等の希ガス、もしくは混合ガスを注入する。

この給排気工程中は放電容器内が高温となるため、アマルガム１６を放電容器内に入れておくことはできない。そのため、図３（ａ）に示すように、給排気工程中はアマルガム１６を放電容器から離れた位置（細管１１ａの端部付近）で待機させておく。

次に、細管１１ａの端部を加熱溶融により封止して給排気装置から切り離した後、放電容器全体を常温まで冷却する。その後、アマルガム１６を細管１１ａから凹部１８ａ内に移動させ、放電管１０の外側からアマルガム１６を加熱して、アマルガム１６を金属膜１７に加熱溶着して、図３（ｂ）に示す状態にする。

最後に、覆い部材１８を凹部１０ａを内側から覆う所定位置に移動させた後、図３（ｃ）に示すように、覆い部材１８の上に放電管１０の溶着部１０ｂを形成し、放電容器（放電管１０）と覆い部材１８とを加熱溶着により固着する。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を用いて説明する。図４は本発明の第２の実施の形態による低圧水銀蒸気放電ランプ（紫外線ランプ）の部分断面図、図５は図４中のV−V線断面図である。なお、図５中においては放電容器、金属膜、アマルガムおよび覆い部材のみ図示している。

低圧水銀蒸気放電ランプの一例であるこの紫外線ランプ２は、放電容器と、放電容器の内部に配された覆い部材２８と、アマルガム２６とを備え、覆い部材２８に形成された凹部２８ａ内にアマルガム２６が保持されるとともに、アマルガム蒸気の放電容器内への流出を妨げない態様で、放電容器と覆い部材２８とが固着されている。

放電容器は、石英ガラスからなる直管状の放電管２０の両端部に同じく石英ガラスからなるステム２１が固着されてなり、この放電容器の両端部には口金２４が嵌着されている。

なお、放電管２０の内面には、石英ガラスの劣化防止のために酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化チタン等を０．０１〜数μｍ程度の厚さで保護膜として形成することが好ましい。

ステム２１には、口金２４から外部に突出した２本の電極端子２５に各々接続された２本の電極２２が固着されており、この２本の電極２２によってフィラメント２３が保持されている。

石英ガラスからなる覆い部材２８は、放電管２０の内径よりも若干小さい外径を有する筒状の形状であり、外側から内側に向けて窪んだ凹部２８ａが筒の全周に亘って形成されている。

ともに石英ガラスからなる放電管２０と覆い部材２８とは、溶着部２０ａにおいて加熱溶着により固着されており、凹部２８ａを覆う放電管２０の表面に金属膜２７を介してアマルガム２６が固定されている。

なお、覆い部材２８は石英ガラスから構成することが好ましいが、これ以外にもセラミックス、ステンレス、ニッケル等酸化しにくく、また水銀とアマルガムを形成しない材料を用いることができる。また金属メッシュにより構成してもよい。

アマルガム２６は、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）および亜鉛（Ｚｎ）のうち少なくとも１種の材料と少量の水銀（Ｈｇ）とを混合してなる合金であり、金属膜２７上に加熱溶着により固着されている。

金属膜２７は、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）を基材とする金属からなるものであり、厚さは０．０１〜１μｍとすることが好ましい。金属膜２７を放電管２０の内面上に形成する方法としては、放電管２０の内面上に金または白金を直接蒸着して金属膜を形成してもよいし、金または白金を含有するディップ溶液を塗布した後に焼成して金属膜を形成してもよい。

次に、上記のように構成された紫外線ランプ２の製造手順について説明する。図６は紫外線ランプ２の製造手順を示す図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）はいずれも放電容器を図５と同じ方向から示したものであり、放電容器、金属膜、アマルガムおよび覆い部材のみ図示している。

最初に、放電管２０に細管２０ａを取り付けるとともに、放電管２０内の細管取付部２０ｃと対向する位置（アマルガム固着位置）に金属膜２７を形成する。さらに全周に亘って凹部２８ａが形成された覆い部材２８を放電管１０内に挿入する。

次に、放電管２０の両端部にステム２１を固着して放電容器を製作し、図６（ａ）に示す状態にする。この段階では細管２０ａの端部は開口されており、細管２０ａによって放電容器の外側と中側とが連通されている。

次に、細管２０ａに給排気装置を接続し、細管２０ａから放電容器内の排気を行って内部空間を略真空状態とした後、放電容器内にアルゴン、ネオン、クリプトンまたはキセノン等の希ガス、もしくは混合ガスを注入する。

この給排気工程中は放電容器内が高温となるため、アマルガム２６を放電容器内に入れておくことはできない。そのため、図６（ａ）に示すように、給排気工程中はアマルガム２６を放電容器から離れた位置（細管２０ａの端部付近）で待機させておく。

また、放電容器内部において細管取付部２０ｃに覆い部材２８を被せてしまうと放電容器に対する給排気効率が低下するため、図６（ａ）に示すように、給排気工程中は覆い部材２８を細管取付部２０ｃに被らない位置に退避させておく。

次に、細管２０ａの端部を加熱溶融により封止して給排気装置から切り離した後、放電容器全体を常温まで冷却する。そして、覆い部材２８の凹部２８ａと細管２０ａとが連通する位置まで移動させ、覆い部材２８の上に放電管２０の溶着部２０ｂを形成して、放電容器（放電管２０）と覆い部材２８とを加熱溶着により固着した後、アマルガム２６を細管２０ａから凹部２８ａ内に移動させ、図６（ｂ）に示す状態にする。

最後に、図６（ｃ）に示すように、アマルガム２６を、放電容器の細管取付部２０ｃから離間した位置（アマルガム固着位置）に移動させた状態で、細管取付部２０ｃを加熱溶融により封止する。その後、放電管２０の外側からアマルガム２６を加熱して、アマルガム２６を金属膜２７に加熱溶着する。

なお、覆い部材２８の凹部２８ａについて、この凹部２８ａは覆い部材２８の全周に亘って一様に形成されているために特定の部位を持たないが、細管２０ａから連通する位置が細管連通部、細管連通部から所定距離離れ、最終的にアマルガムを固着させる位置がアマルガム退避部、細管連通部とアマルガム退避部とを連通させる部分が通路部として機能する。

なお、本実施の形態において、覆い部材に形成する凹部は、上記の様に覆い部材の全周に亘って一様に形成する態様に限らず、覆い部材の外周の一部（例えば半周等）のみに凹部を形成するようにしてもよい。

また、凹部の形状は、筒の外周方向に延びるものに限らず、筒の高さ方向に延びるもの等、細管連通部とアマルガム退避部とが所定距離離れた態様であればどのような形状としてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記の態様に限定されるものではなく、紫外線ランプ以外にも、蛍光ランプや無電極ランプ等種々のランプに適用することができる。

また、覆い部材の形状についても、筒状体に限定されるものではなく、例えば断面がＣ字状の柱状体等、アマルガムを固定した凹部を内側から覆う所定位置に固定可能であり、かつ覆い部材が所定位置にある際に水銀蒸気の流出入を妨げない形状であればどのような形状としてもよい。

１、２ 紫外線ランプ
１０、２０ 放電管
１１、２１ ステム
１２、２２ 電極
１３、２３ フィラメント
１４、２４ 口金
１５、２５ 電極端子
１６、２６ アマルガム
１７、２７ 金属膜
１８、２８ 覆い部材

Claims (3)

1. 放電容器内にアマルガムが保持された低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法であって、
   前記放電容器の側面に細管を取り付け、
   該細管から連通する細管連通部、該細管連通部から所定距離離れたアマルガム退避部、および、前記細管連通部とアマルガム退避部とを連通させる通路部からなる凹部が外側から内側に向けて窪ませた態様で形成された覆い部材を、前記放電容器の側面に取り付けられた細管と前記凹部の前記細管連通部とが連通する位置で前記放電容器に固着し、
   前記細管から前記凹部内に前記アマルガムを挿入し、
   該アマルガムを、前記凹部の前記アマルガム退避部に移動させた状態で、前記放電容器の前記細管取付部を加熱溶融により封止することを特徴とする低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法。
2. 前記放電容器および前記覆い部材を、石英ガラスからなるものとし、
   該放電容器と該覆い部材を加熱溶着して固着することを特徴とする請求項１記載の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法。
3. 前記覆い部材を筒状の形状にするとともに、該筒の全周に亘って前記凹部を形成することを特徴とする請求項１または２記載の低圧水銀蒸気放電ランプの製造方法。

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