JPH065256A - ランプ封入用水銀キャリアおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水銀キャリアに含浸されている液状水銀が不所
望に脱落したり蒸発することがなく、含浸量を高精度に
維持することができて、ランプ内に収容した場合封入量
のばらつきを防止することができるランプ封入用水銀キ
ャリアおよびその製造方法を提供する。 【構成】無機多孔質ペレット８１に含浸された液状水銀
８２は、ペレットの表面層で水銀保持率を内部に比べて
低くしてあることを特徴とする。 【作用】表面層の水銀保持率が低いから、従来のように
表面層の水銀が流出したり蒸発することがなく、内部に
含浸された多量の水銀の脱出が防止され、振動を受けた
り、外部が低圧状態になっても、飛散する割合が少なく
なる。このため含浸水銀量を高精度に維持することがで
き、ランプへ封入する水銀量のばらつきを少なくするこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水銀蒸気放電灯などの
ようなランプ内に水銀を封入する場合に用いられる水銀
キャリアおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、けい光ランプなどで代表される水
銀蒸気放電灯の発光管に水銀を封入する場合、液状水銀
をマーキュリードーザを用いて秤量し、この秤量液状水
銀を排気管を通じて発光管内に投入していた。しかしな
がら、液状水銀は表面張力が大きいため小量の水銀を正
確に秤量することが困難であり、封入量のばらつきが避
けられなかった。ところが、水銀蒸気放電灯は、ランプ
特性上から封入水銀量の最低充填量が定まっており、こ
の限度より少ないとランプ出力が著しく低下し、かつ短
寿命になり、甚だしい場合は不点灯になる。このため、
従来の場合、秤量水銀のばらつきを考慮してばらつきが
下限になっても最小必要量の水銀が確保できるように、
平均充填量を大きくしていた。しかし、ランプ内に過剰
の水銀が封入されると、バルブの内面に多くの水銀粒が
付着し、けい光ランプなどの場合は点灯中に外から見え
るので外観が著しく低下し、また廃品ランプを通じて無
駄に捨てられる水銀が多くなる等の不具合もある。

【０００３】このようなことから従来、水銀をアマルガ
ムまたは金属間化合物の形態にしてランプに封入する技
術が知られている。水銀のアマルガムまたは金属間化合
物はいづれも、常温では固体であるから取扱いが容易で
あり、かつ正確に秤量できるからランプへの充填量のば
らつきを少なくすることができるなどの利点がある。し
かしながら、アマルガムは水銀蒸気圧が低いので管壁負
荷の高いけい光ランプや周囲環境が高温の下で用いられ
るランプに有効であるが、通常の条件で使用されるラン
プの場合は始動特性がよくなく、特に低温環境では始動
が困難でありかつ点灯中の光出力も低くなり、立ち消え
の心配もある。

【０００４】そこで最近、液状水銀を無機多孔質ペレッ
トに含浸させて水銀キャリアを構成し、このような水銀
キャリアをランプに収容することにより含浸させた液状
水銀をランプ内に持ち込む技術が提案されている。

【０００５】無機多孔質ペレットは、全体が連続した１
個の塊りからなり、この塊り中に顕微鏡的大きさの細孔
が網目状に連続して形成されて連続空孔を形成したも
の、または、多数の微小粒子が局部的に融着し、粒子間
に形成される空隙が互いに連続して全体に亘り連続空孔
を形成したものなどが知られている。

【０００６】このような無機多孔質ペレットは、真空中
で加熱することにより連続空孔内に残留している空気や
水分を除去し、これを液状水銀中に投じて加圧すること
により空孔内に液状水銀を侵入させ、これにより水銀を
含浸した水銀キャリアが形成される。

【０００７】このような水銀キャリアは、連続空孔内の
液状水銀が細孔を通じて外界と連通しているので、周囲
環境内の水銀蒸気圧は空孔内の液状水銀のそれと同等に
なって平衡するようになる。このため、このような水銀
キャリアをランプに封入すれば、充填水銀量の管理が正
確に行え、取り扱いが容易であり、しかも水銀蒸気圧は
液状水銀の蒸気圧と同等であるから、常温および低温雰
囲気においてもランプ内の水銀蒸気圧を比較的最適状態
に維持することができるなどの利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような水銀キャリアは、無機多孔質ペレットの連続空孔
内に含浸させた液状水銀が細孔を通じて外界と連通して
いるので、含浸されている液状水銀が不所望に落下した
り、飛散することがある。

【０００９】すなわち、上記のように無機多孔質ペレッ
ト内に液状水銀を含浸させてなる水銀キャリアは、これ
をカプセルに収容して持ち運んだり、この収容状態で管
理しており、このような搬送中に振動等を受けるとペレ
ット内の液状水銀の一部が細孔を通じて流れ出し、ラン
プに封入する前にその含浸量が変化することがある。

【００１０】また、この水銀キャリアをランプに投入す
る場合、排気管を通じて挿入されるが、ランプの投入前
にはドーザ内で、また投入後はランプ内で排気工程のた
め周囲環境が真空に引かれるので、液状水銀が細孔を通
じて蒸発し、この蒸発水銀が排気とともにランプ外に持
ち去られるようになり、ランプに封入される水銀量にば
らつきが生じる場合がある。

【００１１】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、水銀キャリアに含浸されている液状水銀が、
ランプに挿入される前に脱落したり蒸発することがな
く、含浸量を高精度に維持することができて、ランプ内
に収容した場合封入量のばらつきを防止することができ
るランプ封入用水銀キャリアおよびその製造方法を提供
しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の水銀キャリアの
構造は、無機多孔質ペレットに含浸された液状水銀の保
持率を、ペレットの表面層では内部に比べて低くしてあ
ることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の水銀キャリア製造方法は、
無機多孔質ペレットに液状水銀を含浸させ、これを加熱
することにより表面層の水銀を飛散させて表面層の水銀
保持率を内部に比べて低くすることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明の水銀キャリアによれば、無機多孔質ペ
レットに含浸された液状水銀はその保持率がペレットの
表面層で内部に比べて低くしてあるから、従来のように
表面層の水銀が流出したり蒸発することがなく、内部に
含浸された多量の水銀は表面張力により内部の連続空孔
内に止まり、表面側の細孔により脱出が防止され、よっ
て振動を受けたり、外部が低圧状態になっても、抜け出
す割合が少なくなる。このため無機多孔質ペレットに含
浸される液状水銀の量を高精度に維持することができ、
ランプへ封入する水銀量のばらつきを少なくすることが
できる。

【００１５】また、本発明の水銀キャリア製造方法は、
無機多孔質ペレットに液状水銀を含浸させたのち、この
ペレットの表面を加熱して表面層の水銀を飛散させるの
で、表面層の水銀保持率を内部に比べて低くした水銀キ
ャリアを容易に得ることができる。なお、この発明で水
銀保持率というのは、水銀ペレットにおける単位容積当
りの水銀量であり、濃度または密度で定まる。

【００１６】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。

【００１７】図３は環形けい光ランプを示すもので、環
形のガラスチューブからなるバルブ１の内面には、図２
に示すように、けい光体被膜２が形成されており、この
バルブ１の開口端はフレアステム３により閉塞されてい
る。フレアステム３には排気細管４が接続されており、
この排気細管４は連通孔５を通じてバルブ１内部の放電
空間に通じている。ステム３にはリード線６、６が封着
されており、これらリード線６、６の内端にはフィラメ
ント電極７が架設されている。そして、バルブ１内には
アルゴン等の始動用希ガスが封入されている。

【００１８】上記排気細管４には水銀キャリア８が収容
されている。水銀キャリア８は、無機多孔質ペレット８
１に液体水銀８２を含浸させたものであり、無機多孔質
ペレット８１としては、窒化アルミニウムからなるセラ
ミックスや、シリカまたはアルミナ等のようなガラス系
セラミックス等であってよく、連続空孔構造をなしたも
のである。

【００１９】本発明の水銀キャリア８は、図１に模式的
に示すように、無機多孔質ペレット８１が小球形をなし
ている。無機多孔質ペレット８１は図示しないが実際は
全体に亘り蟻の巣のような連続した空孔を有している。
このようなペレット８１には、このペレット８１の表面
層を除いて内部に液状水銀８２を含浸させてある。つま
り、無機多孔質ペレット８１は表面層で液状水銀８２の
含浸量が少なく、よってペレット８１の表面層は内部と
比べて水銀保持率が低くなっている。

【００２０】このような水銀キャリア８を製造する方法
について説明する。無機多孔質ペレット８１が窒化アル
ミニウムからなるセラミックスである場合、窒化アルミ
ニウムの微粉末に有機物粉末や炭素粉末などを適量配合
して混ぜ合わせ、これを型成形して小球に形成し、これ
を焼成することにより有機物粉末を飛散させ、あるいは
さらに水蒸気または湿潤水素中で焼成することにより残
留炭素を除去する。

【００２１】このものは、原料の窒化アルミニウム微粉
末が相互に密接しており、これら隣接する粒子相互がそ
の接触点で相互に融着して全体が連続した塊りをなし、
かつ始めから粒子間に存在していた空隙や、上記有機物
粉末および炭素粉末が除去されることにより生じた空隙
が互いに連続した網目状の空孔をなし、いわゆる連続空
孔が形成されている。

【００２２】上記のようにして得られたセラミックス質
多孔質ペレット８１を、真空中で加熱することにより残
留している水分を除去し、かつ空孔内の空気を排除す
る。そして、この多孔質ペレット８１を真空中で冷却
し、液状水銀の溜りに浸漬して加圧する。すると、液状
水銀８２は外圧によって多孔質ペレット８１の連続空孔
内に侵入する。

【００２３】これにより水銀キャリア８が完成するが、
本発明の場合、さらにこの水銀キャリア８を大気圧中
で、例えば４０〜８０℃程度に加熱する。すると、この
加熱により空孔の外側開口部付近に存在している液状水
銀が蒸発され、排除される。つまり、多孔質ペレット８
１はその表面層の液状水銀８２が取り除かれた状態とな
り、無機多孔質ペレット８１の表面層で液状水銀８２の
含浸量が少なく、よってペレット８１の表面層は内部と
比べて水銀保持率が低くなる。

【００２４】このようにして得られた水銀キャリア８の
水銀含有量は、空隙率に加えて、多孔質ペレット８１を
排気するときの真空度、液状水銀を浸漬した際の圧力お
よび表面層の水銀を飛散させる温度、および時間によっ
て定まる。

【００２５】このようにして製造した水銀キャリア８
を、図２に示すように排気細管４に収容し、この細管４
を通じてバルブ１内を排気し、不活性ガスを封入し、そ
の後排気細管４を封止切りする。そして、この水銀キャ
リア８を排気細管４の外部からバ−ナ炎や高周波加熱に
より加熱すると、水銀キャリア８に含浸されている水銀
が蒸発され、この蒸発した水銀は他の低温部に凝縮す
る。

【００２６】このような構成の環形けい光ランプを点灯
すると、フィラメント電極７からの放熱により凝縮して
いる水銀および水銀キャリア８に含浸されている水銀が
加熱されて蒸発し、放電電流が増し、水銀蒸気圧が上昇
するので光出力が増大する。水銀キャリア８から水銀が
蒸発されて、過剰になると過剰水銀は最冷部に凝縮し、
放電空間内を所定の水銀蒸気圧に維持するようになる。

【００２７】このような構成においては、水銀キャリア
８が固形物である無機多孔質ペレット８１に液状水銀８
２を含浸して構成されているので取り扱いが容易であ
り、しかも含有水銀量が比較的容易に管理できるので、
水銀封入量のばらつきが少なくなる。このため、平均封
入量を少なくしても必要最小限の封入量を確保すること
ができ、水銀を大幅に節約することができる。

【００２８】また、水銀キャリア８内の水銀は通常の液
状水銀であるから、水銀蒸気圧は純水銀のそれと等し
く、したがってランプの始動性および低温点灯特性の良
好である。

【００２９】しかも、本実施例の水銀キャリア８は、無
機多孔質ペレット８１の表面層に液状水銀８２を存在さ
せず、内部に集中的に液状水銀８２を保有しているか
ら、完成した水銀キャリア８を運搬や管理する場合に振
動、衝撃を受けても、内部の水銀が表面に達するまでの
間に細孔の通路抵抗を受けることから含浸した水銀が飛
び出したり、垂れ流れることがない。

【００３０】また、水銀キャリア８をランプ１に投入す
る場合、投入前のドーザ内で、また投入後にランプ１の
排気工程により真空に引かれるが、表面層の液状水銀８
２の保持率が低いから蒸発割合が少なく、よって蒸発に
より水銀が排気とともにランプ外に持ち去られることが
なくなる。このようなことから、ランプ１に封入される
水銀量のばらつきを著しく低減することができる。

【００３１】なお、無機多孔質ペレット８１は、窒化ア
ルミニウムからなるセラミックスにより構成されること
には限らず、シリカまたはアルミナ等のようなガラス系
セラミックス等であってよく、このようなガラス質多孔
質ペレットは、ガラス粉末に有機物粉末を適量配合して
混ぜ合わせ、これを型成形して小球に形成し、これを焼
成して有機物粉末を飛散させることにより得ることがで
きる。このものは、ガラス粉末が相互に密接しており、
これら隣接する粒子相互がその接触点で相互に融着して
全体が連続した塊りをなし、かつ始めから粒子間に存在
していた空隙や上記有機物粉末が除去されることにより
生じた空隙が互いに連続した網目状の空孔をなし、いわ
ゆる連続空孔が形成されているものである。 （実験例）以下、本発明について実験した結果を説明す
る。

【００３２】本発明者らは、無機多孔質ペレット８１と
してシリカよりなるガラス質多孔質セラミックスを持
ち、粒径ｄが２．４mmの無機多孔質ペレット８１に単に
液状水銀８２を全体に亘り含浸させた従来構造の水銀キ
ャリア（Ａ）と、ペレット８１の径ｄの略１／１０に相
当する表面層で水銀保持率を下げ、内部のみに液状水銀
８２を含浸させた本発明の水銀キャリア８（Ｂ）とを用
いて、それぞれ３０Ｗの環形けい光ランプを製造した。

【００３３】これら水銀キャリア（Ａ）および（Ｂ）
は、いづれも製造時における水銀含有量を１０mgにして
製造したが、これらの製造直後の含有量ばらつきは下記
表１の通りである。

【００３４】そして、このような水銀キャリア（Ａ）お
よび（Ｂ）を用いてランプを製造した後、各ランプ内に
封入された水銀量を化学分析により測定したところ、下
記表１に示すような値が得られた。

【００３５】

【表１】

【００３６】上記の測定値から明らかなように、従来の
水銀キャリア（Ａ）および本発明の水銀キャリア（Ｂ）
は、製造直後のばらつきは相互の大差ないが、ランプに
収容されて水銀を放出した後のばらつきは従来の水銀キ
ャリア（Ａ）の方が大きい。これは、排気工程の熱や排
気により水銀キャリアの含浸されている液状水銀のうち
の表面層に存在する水銀が蒸発して飛散することが原因
しており、表面層に水銀を存在させない本発明の水銀キ
ャリア（Ｂ）の場合は、排気工程で蒸発し難いためであ
る。よって、本発明の水銀キャリア（Ｂ）を用いれば、
封入水銀量が安定し、ランプ特性のばらつきも少なくな
る。

【００３７】なお、表面層の水銀保持率を低くするため
に、本発明では、多孔質ペレット８１に形成した連続空
孔に液状水銀を含浸させた後、この水銀キャリア８を大
気圧中で、例えば４０〜８０℃程度にあぶることにより
表面層の水銀を飛散させるようにしたので、表面層の水
銀保持率を低くした水銀キャリア８の製造が容易であ
る。

【００３８】なお、本発明は上記実施例に制約されるも
のではなく、水銀キャリア８はランプ１の排気細管４に
収容されることには限らず、例えばステム３に取着した
り、リード線６に固定するなどの構造であってもよく、
このため水銀キャリア８の形状は球形に制約されず、円
や角形の棒、円板、環状板など種々の形態が実施可能で
ある。

【００３９】さらに、本発明の水銀キャリアはけい光ラ
ンプに適用する場合に限らず、高圧水銀灯等のようなラ
ンプ、つまり要するに水銀を封入したランプに適用可能
である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の水銀キャリ
アによれば、無機多孔質ペレットに含浸された液状水銀
はペレットの表面層で水銀保持率を内部に比べて低くし
てあるから、内部に含浸された多量の水銀の脱出が防止
され、振動を受けたり、外部が低圧状態になっても、飛
散が少なくなる。このため無機多孔質ペレットに含浸さ
れる液状水銀の量を高精度に維持することができ、ラン
プへ封入する水銀量のばらつきを少なくすることができ
る。

【００４１】また、本発明の水銀キャリア製造方法は、
無機多孔質ペレットに液状水銀を含浸させたのち、この
ペレットの表面を加熱して表面層の水銀を飛散させるの
で、表面層の水銀保持率を内部に比べて低くした水銀キ
ャリアを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、水銀キャリアの断面
構造を模式的に示す断面図。

【図２】同実施例の環形けい光ランプの端部を示す断面
図。

【図３】同実施例の環形けい光ランプの側面図。

【符号の説明】

１…バルブ、２…けい光体被膜、３…ステム、４…排気
細管、６…リード線、７…フィラメント電極、８…水銀
キャリア、８１…無機多孔質ペレット、８２…液状水
銀。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼丸 敞 東京都千代田区大手町１丁目７番２号 野 村興産株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機多孔質ペレットに液状水銀を含浸し
   て水銀キャリアを構成し、この水銀キャリアはランプに
   収容されることにより上記含浸した液状水銀をランプに
   封入するものであり、 この水銀キャリアは、ペレットの表面層の水銀保持率を
   内部に比べて低くしてあることを特徴とするランプ封入
   用水銀キャリア。
2. 【請求項２】 無機多孔質ペレットに液状水銀を含浸さ
   せ、これを加熱することにより表面層の水銀を飛散させ
   て表面層の水銀保持率を内部に比べて低くすることを特
   徴とするランプ封入用水銀キャリアの製造方法。