JPH0676797A

JPH0676797A - 低圧水銀蒸気放電ランプ

Info

Publication number: JPH0676797A
Application number: JP23064492A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yorifuji; 孝依藤; Takeo Yasuda; 丈夫安田; Hidenori Ito; 秀徳伊藤
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1994-03-18
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JP3269127B2

Abstract

(57)【要約】【目的】補助アマルガムを用いることなく広い温度範
囲で使用できるアマルガムで、光出力（光束）の立上が
り（点灯所要）時間が速くかつ働程特性の向上できるラ
ンプを提供することを目的としている。【構成】少なくとも一対の放電電極を封装したバルブ
内に水銀としてビスマスが５０重量％〜６５重量％、錫
が３５重量％〜５０重量％からなる基体金属にこの金属
の重量に対し水銀を１２重量％を越えて２５重量％含有
のアマルガムのみを封入し補助アマルガムを有しないこ
とを特徴とする低圧水銀蒸気放電ランプである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアマルガムを封入した低
圧水銀蒸気放電ランプに関し、広い温度範囲において放
電に適した水銀蒸気を保つことにある。

【０００２】

【従来の技術】低圧水銀蒸気放電ランプ、たとえば蛍光
ランプは液状の純水銀が封入されており、動作中のバル
ブ壁温度が４０℃のときバルブ内の水銀蒸気圧が６．０
×１０^-3Ｔｏｒｒとなり、この前後の水銀蒸気圧のとき
ランプは最も良い特性を示すことが知られている。

【０００３】近年、電球形蛍光ランプと称せられ、バル
ブの中間を折り返すとともにさらにこのバルブをＵ字形
に折曲して鞍形の小形化したバルブを安定器とともに、
小形でかつ密閉構造のグローブ内に収容したものが開発
されている。このような蛍光ランプは、小形のグローブ
内においてランプと安定器との双方から発生する熱で、
動作中バルブ璧の温度が９０℃以上に達し、バルブ内の
水銀蒸気圧が過度に上昇しランプの光出力が低下する。

【０００４】そこで、従来の電球形蛍光ランプにおいて
は、９０℃程度で好ましい水銀蒸気圧を呈するアマルガ
ム、たとえばビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）な
どのアマルガムをバルブ内に封入することによって動作
中、バルブ内の水銀蒸気圧を適性に制御することが行わ
れていた。

【０００５】しかしながら、近年、Ｕ字形蛍光ランプや
Ｗ字形蛍光ランプあるいはＨ字形蛍光ランプなど屈曲し
た放電路を有する蛍光ランプが多用されるにしたがい、
さらにそのランプ特性を向上することが要求されてい
る。すなわち、このような蛍光ランプにおいては、その
構造上、バルブ璧温度が上述の従来の電球形蛍光ランプ
の９０℃以上であるのに比較して低く、また、直管形蛍
光ランプを裸点灯した場合に比較すれば遥かに高い、い
わば中程度のバルブ璧温度を呈する。

【０００６】この場合、前述したビスマス（Ｂｉ）、イ
ンジウム（Ｉｎ）などのアマルガムをバルブ内に封入す
れば、水銀蒸気圧が低すぎてランプの光力が十分出な
い。また、アマルガムをやめて液状の水銀を封入すれ
ば、今度は水銀蒸気圧が過剰となりやはりてランプの光
出力が十分でない。

【０００７】また、直管形蛍光ランプを高温雰囲気内で
点灯するときにも、バルブ壁温度が上述の中程度の状態
になり、同様にビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）
などのアマルガムをバルブ内に封入すれば水銀蒸気圧が
低過ぎ、また、単体の水銀を封入すれば水銀蒸気圧が高
過ぎる欠点を生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】これら欠点の解消策と
して本願出願人はビスマス（Ｂｉ）−錫（Ｓｎ）のアマ
ルガムを封入することを提案した。このビスマス（Ｂ
ｉ）−錫（Ｓｎ）のアマルガムは、広い温度範囲におい
て水銀蒸気圧をある程度一定に保つことができる特徴を
有するが、常温での水銀蒸気圧が純水銀に比較してかな
り低く、ステンレス板上にインジウム（Ｉｎ）をメッキ
した補助アマルガムを併用せざるをえなかった。

【０００９】この補助アマルガムは水銀をトラップし、
点灯初期のフィラメントの熱で瞬時に水銀をバルブ内に
放出して点灯後の光出力の立上がりを改善するという目
的で使用されている。

【００１０】しかしながら、長時間ランプを点灯するに
つれて、補助アマルガム上のインジウム（Ｉｎ）がスパ
ッタ、蒸発により飛散し近傍のバルブ内壁に付着し黒化
を生じたり、この内壁に付着したインジウム（Ｉｎ）が
最冷部となり水銀を吸着し全体にバルブ内の水銀蒸気圧
を低くくしてしまうため光出力の立上がりを悪くしてし
まう問題があった。

【００１１】この発明が解決しようとする問題点は，光
出力の立上がりをはやくするためには補助アマルガムを
用いなければならない点である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の低圧水銀蒸気放電ランプは、少なくとも一対の放電電
極を封装したバルブ内に水銀としてビスマスが５０重量
％〜６５重量％、錫が３５重量％〜５０重量％からなる
基体金属にこの金属の重量に対し水銀を１２重量％を越
えて２５重量％含有のアマルガムのみを封入し補助アマ
ルガムを有しないことを特徴としている。

【００１３】本発明の請求項２に記載の低圧水銀蒸気放
電ランプは、上記バルブが中間部の少なくとも１か所以
上に屈曲部を有することを特徴としている。

【００１４】本発明の請求項３に記載の低圧水銀蒸気放
電ランプは、管璧負荷が５００Ｗ／ｍ²以上であること
を特徴としている。

【００１５】

【作用】ビスマス（Ｂｉ）−錫（Ｓｎ）系のアマルガム
は製造工程中における自然酸化が少なく、しかも補助ア
マルガムを併用しなくても広い温度範囲において放電に
適した水銀蒸気圧を呈し、各種のバルブ形状や広い環境
温度に対応可能な低圧水銀蒸気放電ランプに使用でき
る。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図１に示すＵ字形蛍光ラン
プを参照して説明する。図において１は放電路を構成す
るバルブで直管形のガラスバルブを中間部において折返
した屈曲部２を有するＵ字形に形成してある。３、４は
このバルブ１の両端部に封着されたステム、５はこのス
テム３、４のリード線６、６間に継線されたフィラメン
ト電極、７は排気管である。また、８はバルブ１の内面
に形成された蛍光体膜、１０は排気管７内に封入された
アマルガムで狭搾部９により保持されている。本発明
のアマルガム１０はビスマス（Ｂｉ）５０重量％〜６５
重量％と錫（Ｓｎ）３５重量％〜５０重量％とからなる
合金を基体として、これに水銀（Ｈｇ）１２重量％を越
えて２５重量％の範囲含有させたものである。そして、
本発明ではこのアマルガム以外に水銀は封入していない
上記のように構成したランプを、たとえば、常温雰囲気
において屈曲部２が下方となるベースアップの状態で点
灯すると、屈曲部２はバルブ１内対流の影響を受けない
ので自然冷却によって適度に冷却される。したがって、
この屈曲部２近傍のバルブ１内面が最冷部になる。この
場合、アマルガム１０は上方に位置するので対流の影響
によって温度が上がるが、本発明のビスマス・錫のアマ
ルガム１０の温度変化による水銀蒸気圧の変化が少な
く、しかも、屈曲部２が最冷部になってアマルガム１０
の作用を補完するので、バルブ１内の水銀蒸気圧の変動
はさらに少なくなる。

【００１７】しかも、このベースアップ点灯の場合、最
冷部である屈曲部２が下方に位置しているので、屈曲部
２内面で水銀が凝縮してもフィラメント電極５、５に滴
下して明るさを変動することもない。

【００１８】また、このランプを屈曲部２が上方のベー
スダウンの状態で点灯すると、屈曲部２は対流によって
温められるので自然冷却によって十分に冷却されず、最
冷部は屈曲部２以外の部分通常はバルブ端部（排気管
７）に形成される。しかし、このアマルガム１０は比較
的低温でも動作し、バルブ１内の水銀蒸気圧は上述のと
おり、ほぼ６×１０^-3Ｔｏｒｒを維持する。

【００１９】したがって、ビスマス・錫のアマルガム１
０は、環境温度の変化によるバルブ内の水銀蒸気圧の変
動が少なく、常に最良の効率を維持できる。

【００２０】なお、このようにＵ字形に屈曲したバルブ
１各部の内径は、直管部の内径をＤ１、屈曲部の頂部内
径をＤ２、屈曲部途中の内径をＤ３とした場合にＤ２＜
Ｄ１＜Ｄ３の関係にあるのが好ましい。

【００２１】具体例として、バルブ長さ（Ｕ字形高さ
Ｈ）約４１０ｍｍ、バルブ幅（Ｕ字形幅Ｗ）約４２．５
ｍ、バルブ直管部内径（Ｄ１）約１７ｍｍ、バルブ屈曲
部の頂部内径（Ｄ２）約１５ｍｍ、バルブ屈曲部途中の
内径（Ｄ３）約２０ｍｍ、（これら内径の関係はＤ２＜
Ｄ１＜Ｄ３）のＵ字形に曲成したガラスバルブを用意
し、定格３６Ｗ、管壁負荷が約１０００Ｗ／ｍ²とし、
ガラスバルブ（排気管）内にビスマス（Ｂｉ）５７重量
％、錫（Ｓｎ）４３重量％、水銀１５重量％（全重量約
１５０ｍｇ）のアマルガムを封入（バルブ内には補助ア
マルガムは封入しない）した蛍光ランプを製作し諸種の
試験を行った。

【００２２】本発明の蛍光ランプはビスマス・錫のアマ
ルガムを使用しているので、水平点灯中バルブ最冷部温
度が約７０℃に達しているにも拘らず、管内の水銀蒸気
圧はほぼ６×１０^-3Ｔｏｒｒ前後に保たれて正常に放電
し、所定の発光効率を得ることができた。しかも、環境
温度が大幅に変化してもあるいはランプを垂直点灯して
も管内の水銀蒸気圧はさほど変動せず正常に維持でき、
発光効率はあまり変らないとともに始動特性を向上でき
る。また、製造工程中におけるアマルガムの酸化もなく
ランプ特性のばらつきも少ない。

【００２３】つぎに、上記定格の本発明に係わるアマル
ガムを封入したランプ（Ａ）と、従来からのビスマス
（Ｂｉ）５７重量％、錫（Ｓｎ）４３重量％、水銀４重
量％のアマルガムを封入するとともに電極にステンレス
製リボン上にインジウム（Ｉｎ）をメッキした補助アマ
ルガムを取付けたランプ（Ｂ）との、スイッチイン後光
出力（光束）が安定するまでの立上がり（点灯所要）時
間を図３を参照して説明する。

【００２４】図３は縦軸に光出力（％）を、横軸にスイ
ッチイン後から光束が安定するまでの立上がり（点灯所
要）時間（分）を示す。図より明らかなように本発明に
係わるアマルガムを用いたランプ（Ａ）は補助アマルガ
ムを使用しないにも拘らず、スイッチイン後光束が安定
するまでの立上がり時間が約１．３秒と速く、良好な始
動特性が得られた。これに比べ従来のランプ（Ｂ）は、
スイッチインをして直ぐにピークが出ているがこれは補
助アマルガムからの水銀放出によるもので、主アマルガ
ムからの水銀放出が遅れ光束が安定するまでの立上がり
時間に約２．６秒要している。

【００２５】また、スイッチイン後の瞬時の光出力比も
約６０％と従来のランプの約４０％に対し、大幅に改善
され純水銀を使用したランプとほぼ同等となっている。

【００２６】また、図４は本発明と従来のアマルガムを
用いた上記ランプ（Ａ）、（Ｂ）の働程特性を対比させ
たもので、図中縦軸は光束維持率（％）を、横軸は点灯
時間（Ｈｒ）を示す。図４より明らかなように本発明に
係わるランプ（Ａ）は、従来のランプ（Ｂ）に比べ１〜
２％光束の低下が少なく、良好な働程特性が得られた。
また、本発明者等は上記働程特性を行ったランプ
（Ａ）、（Ｂ）について３０００時間（Ｈｒ）点灯後の
バルブ黒化とスイッチイン後光束が安定するまでの立上
がり（点灯所要）時間について調査した。

【００２７】本発明によるランプ（Ａ）については電極
フィラメント近傍にごく僅かに黒化がみられたが、従来
のランプ（Ｂ）では電極フィラメント付近のみならず補
助アマルガムの近傍にも薄茶色の黒化がみられた。分析
の結果この黒化は補助アマルガムのインジウム（Ｉｎ）
が飛散したものであることが分った。したがって、本発
明ランプは補助アマルガムを使用しないためこのような
黒化は認められなかった。

【００２８】また、光束の立上がり（点灯所要）時間に
ついては、本発明によるランプ（Ａ）では図３に示すと
同様な特性で点灯初期と殆ど変わらないのに対し、従来
のランプでは図３に示す（Ｂ１）のように著しく悪くな
っていた。この理由としては、補助アマルガムのインジ
ウム（Ｉｎ）が早期に飛散してしまい補助アマルガムの
役目が果たせなくなったためと推定される。

【００２９】上記のような関係のほか、このようなアマ
ルガムをランプに封入する場合に、水銀含有率が１２重
量％以下になると管壁負荷が５００Ｗ／ｍ2 以上のラン
プでは水銀蒸気圧が上がらず、スイッチイン後光束が安
定するまでの立上がり時間に長時間を要し、逆に水銀含
有率が２５重量％を越えると水銀分が多く固体とならず
べたつきランプ内に封入する作業が面倒となったりバル
ブ壁や排気管壁あるいは封入装置の経路壁に付着してラ
ンプ内に所定量の水銀が封入できなかったりランプの外
観を低下させるという問題があり、ビスマス・錫との合
金基体への水銀の含有は１２重量％を越えて２５重量％
までがよい。

【００３０】さらに、ビスマス（Ｂｉ）と錫（Ｓｎ）と
の混合比率については、ビスマス（Ｂｉ）５７重量％、
錫（Ｓｎ）４３重量％の共晶合金を使用することが組成
ばらつきの面から最も望ましいが、ビスマス（Ｂｉ）５
０〜６５重量％、錫（Ｓｎ）３５〜５０重量％の範囲で
あれば、実用上問題ないことがランプ試験の結果から判
った。

【００３１】また、図２は本発明の他の実施例を示し、
上記図１に示す実施例と相違する部分はバルブ１形状
で、バルブ１以外の部分は同一であるので同一の符号を
付してその説明は省略する。図２に示すものは通称Ｈ字
形と呼ばれている蛍光ランプで、バルブ１は２本の並行
配置した直管形バルブ１Ａ、１Ｂとこの両バルブ１Ａ、
１Ｂを端部近くで繋いだ連通管１Ｃとで構成したほぼＨ
字形（以下、Ｈ字形という。）をなしている。

【００３２】そして、このバルブ１は直管形バルブ１
Ａ、１Ｂの内径をＤ１、直管形バルブ１Ａ、１Ｂの先端
部内面と連通管１Ｃの中心線との距離をＬとすると、Ｌ
≦０．８Ｄ１なる関係がある。

【００３３】そして、このＨ字形蛍光ランプも上述のＵ
字形蛍光ランプと同様な作用効果を奏することを確認し
た。

【００３４】なお，本発明はバルブが屈曲した高管壁負
荷形の低圧水銀蒸気放電灯に適用して好適な結果を得た
が、本発明はこれに限らない。たとえば、放電灯として
は蛍光ランプに限らず、殺菌ランプあるいは各種紫外線
ランプなど水銀を封入する他の放電灯にも広く適用でき
る。また、バルブ形状も図示した実施例に限らずもっと
丸味を帯びたＵ字形やＷ字形、鞍形など他の形状に曲成
したものあるいは直管形や環形などでもよい。

【００３５】また、本発明はバルブを屈曲したり細径化
してランプを小形・高出力化した、特に管壁負荷５００
Ｗ／ｍ²以上のランプにおいて著効がある。

【００３６】

【発明の効果】本発明は以上詳述したように，ビスマス
（Ｂｉ）５０〜６５重量％、錫（Ｓｎ）３５〜５０重量
％からなる基体金属に水銀を１２重量％を越えて２５重
量％まで含有させたアマルガムで、高管壁負荷の各種低
圧水銀蒸気放電ランプに使用して、広い管壁温度範囲に
おいて管内の水銀蒸気圧を適性範囲に保って良好な放電
状態で発光効率を維持し、寿命初期から末期に至るまで
スイッチイン時の光束の立上がり（点灯所要）時間が速
く、また、補助アマルガムを併用していないので電極近
傍の黒化も少なく長時間に亘り光束低下の少ない働程特
性のよい低圧水銀蒸気放電ランプを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すＵ字形蛍光ランプの断面
図。

【図２】本発明の他の実施例を示すＨ字形蛍光ランプの
断面図。

【図３】スイッチイン時の光出力（光束）の立上がり
（点灯所要）時間を示す対比グラフである。

【図４】働程特性を示す対比グラフである。

【符号の説明】

１…バルブ２…屈曲部５…電極１０…アマルガム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対の放電電極を封装したバ
ルブ内に水銀としてビスマスが５０重量％〜６５重量
％、錫が３５重量％〜５０重量％からなる基体金属にこ
の金属の重量に対し水銀を１２重量％を越えて２５重量
％含有のアマルガムのみを封入し補助アマルガムを有し
ないことを特徴とする低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項２】上記バルブが中間部の少なくとも１か所
以上に屈曲部を有することを特徴とする請求項１に記載
の低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項３】管璧負荷が５００Ｗ／ｍ²以上であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の低圧水
銀蒸気放電ランプ。