JPH10106486A - 低圧水銀蒸気放電ランプおよびその製造方法ならびに照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水銀の定量封入が可能であるとともに固定の
問題もなく製造が容易な低圧水銀蒸気放電ランプおよび
ランプの製造方法ならびに照明装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 ガラスバルブ１と、このガラスバルブ１
に設けられた電極４と、上記ガラスバルブ１内に封入さ
れた水銀と希ガスとを含む放電媒体と、上記ガラスバル
ブ１と連通したガラス製細管５と、このガラス製細管５
内に封入され、かつ、細管５中間の縮径部５５と先端の
溶封部５１とに当接して固定された粒状の水銀放出構体
６とを備えている低圧水銀蒸気放電ランプＬおよびこの
ランプＬの製造方法ならびに照明装置Ｄである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラスバルブなどか
らなる透光性気密容器に連通した細管内に水銀放出構体
が配設された低圧水銀蒸気放電ランプおよびこの放電ラ
ンプの製造方法ならびに放電ランプを装着した照明装置
に関する。

【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、管形ガラスバルブ内に放電媒体として水銀およ
びアルゴン等の希ガスを封入して、放電による水銀原子
の転移スペクトルの内、主に２５４ｎｍ、１８５ｎｍな
どを蛍光体の励起源として利用して発光の主役をなさし
めている光源であって、一部希ガスのみを封入したラン
プもあるが、高効率を得るランプでは水銀封入は必須の
ものである。

【０００３】この蛍光ランプの製造に際しバルブ内に水
銀を封入する方法としては、液状の水銀をバルブ端部に
接続した排気管を通じ送り込むのが一般的であるが、液
状のため水銀が封入装置や排気管などの封入経路壁に付
着したり、高温で排気中にあるバルブ内から蒸発するな
どして封入量が不足したりばらつきが大きくなったりし
て定量の封入が困難であった。このため、損失を見込ん
で過剰の水銀を供給するようにしていたが、水銀は環境
保全のために必要最小限にすることが好ましく、その対
策として、所定量秤量された水銀の表面を化学的に安定
な粉末で被覆した後封入するなどしていたが、問題解決
には至っていない。

【０００４】また、これを解決するためになされたもの
としては、水銀とインジウム等のアマルガム形成金属と
をアマルガムとして封入する方法、水銀とチタン等とを
合金化して封入する方法、水銀をアルミナ等からなるペ
レットに含浸して封入する方法や水銀をガラスカプセル
に収容して封入する方法等がある。そして、これらの方
法によれば水銀を滴下する方法よりは定量封入ができ
る。

【０００５】そして、水銀合金や水銀ペレット、特に粒
状としてバルブ内に封入した水銀合金は、バルブやステ
ム面等に積極的に固定する場合もあるが一般的には、加
熱や予熱が終った降温状態にあるバルブ面等のたまたま
位置した部位に付着している。しかし、バルブ面に軽く
付着している水銀合金は、バルブに振動や衝撃等が加わ
ったときにバルブ面等から剥がれバルブ内を移動して異
音を発したり、この移動によりバルブ内壁面に形成して
ある蛍光体膜を剥がして筋状やピンホールなどの傷を付
けたりあるいはバルブ内面に止まって暗点となって影が
見え、ランプの外観が悪く品質が低下していると見られ
ることがあった。また、強制的に固定する場合には格別
な設備や工程を必要とし、生産コストが高まっていた。

【０００６】そこで、粒状の水銀合金や水銀ペレットを
バルブ端部にある細管（排気管）内に封入しておき、こ
の細管（排気管）のバルブ内に連通する側を縮径して水
銀蒸気は通すが固体部分を通さないようにしたことが行
われている。

【０００７】しかしながら、この細管（排気管）内に水
銀合金や水銀ペレットなどの水銀放出構体を配設したラ
ンプは、塊部分がバルブ内へ侵入していくことがなく、
蛍光体膜を損傷するようなことはなくなったが、今度は
細管（排気管）内において移動して異音を発する場合が
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この細管（排
気管）内においての水銀放出構体の移動を防止すること
も考えられている。これはたとえば特開平７−９４１４
３号公報に記載されているように、細管内に金属ワイヤ
やガラス棒を入れて移動を阻止している。

【０００９】しかし、この場合、水銀放出構体は細管
（排気管）内の中間部にあり、水銀の放出は別途にガス
バーナなどで加熱をする必要がある。

【００１０】本発明は、排気管内に封入した水銀放出構
体が、排気管内で自由に移動せず異音を発生することが
なく、また、水銀の定量封入が確実に行えるとともにそ
の固定にも格別な作業や設備を要しない、ランプ特性、
作業性、ランプ特性および外観品質の向上した低圧水銀
蒸気放電ランプおよびこの放電ランプの製造方法ならび
に放電ランプを有する照明装置を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
低圧水銀蒸気放電ランプは、ガラスバルブと、このガラ
スバルブに設けられた電極と、上記ガラスバルブ内に封
入された水銀と希ガスとを含む放電媒体と、上記ガラス
バルブと連通したガラス製細管と、このガラス製細管内
に封入され、かつ、細管中間の縮径部と先端の溶封部と
に当接して固定された粒状の水銀放出構体とを具備して
いることを特徴とする。

【００１２】上記粒状の水銀放出構体は、細管（排気
管）先端側に形成した縮径部と溶封部との間に位置し、
排気管を溶断するときに、溶融したガラス部分が内外の
気圧差により内方に吸込まれたり流動したりして水銀放
出構体（の水銀放出孔跡に侵入？）と接するようにし
て、排気管内にて移動が阻止される。

【００１３】なお、本発明が適用される低圧水銀蒸気放
電ランプとしては、蛍光ランプのほか、バルブ表面に被
膜を形成または形成していない紫外線放射ランプなどガ
ラスバルブ内に水銀を封入する他のランプにも適用でき
るものである。

【００１４】また、ガラスバルブは環形に曲成したもの
について述べたが、バルブはこれに限らず、直管形はも
ちろんＵ字形、Ｗ字形、ＷＵ字形等曲成したものや複数
本の直管状バルブをつないだ、いわゆるコンパクト形で
あってもよい。また、管状のガラス管や一端を閉塞した
ガラスバルブの開口端部に金属製ステムやエンドキャッ
プを封着して気密容器を形成した放電ランプあるいはス
ペーサを介し表裏２枚の板材を接合したりＵ字形などの
放電溝が刻設された板体を重合やガラス板を接合して形
成した平板形の放電ランプ等でも、ガラス製細管（排気
管）を用いるバルブに適用できる。また、ランプの封止
部はフレヤステムを封着したものに限らず、ボタンステ
ムあるいはビードステムを封着したものであってもよ
い。

【００１５】また、水銀放出構体の材料としては、水銀
Ｈｇはもちろん必要であるが、水銀Ｈｇと亜鉛Ｚｎのほ
か、水銀Ｈｇと金属中では融点が低く、かつ、密封され
るバルブ内において不純ガスの発生がなくランプの光束
や寿命の低下を来さない、ビスマスＢｉ、インジウムＩ
ｎ、鉛Ｐｂ、スズＳｎなどの他の金属との合金であって
もよい。また、この粒状の水銀放出構体の大きさは、細
管（排気管）内部を通過できる大きさであればよく、そ
の封入量も品種、要求特性等に応じて適宜決めればよ
く、１本のランプに封入する構体の個数も１個に限らず
複数個であってもよい。

【００１６】さらに、電極はフィラメントコイルなどの
熱陰極に限らず、冷陰極であってもよく、配設位置もバ
ルブの内部、外部を問はない。

【００１７】なお、本発明でいうガラス製細管と排気管
とは同一物であって、内部に水銀放出構体を収容してい
る場合も、収容していない場合もある。

【００１８】本発明の請求項２記載の低圧水銀蒸気放電
ランプは、ガラス製細管先端の溶封部が、溶融したガラ
スが細管の内方に向け流動固化していることを特徴とす
る。上記請求項１に記載と同様な作用を奏する。

【００１９】本発明の請求項３記載の低圧水銀蒸気放電
ランプは、ガラス製細管が、ガラスバルブ内のガス置換
を行う排気管であることを特徴とする。

【００２０】ガラス製細管は、ガラスバルブ内の排気や
希ガス封入に用いる排気管であってもよく、排気管とは
別個に独立した水銀放出構体を収容した細管を設けても
よい。また、１本のランプに２個の排気管が設けられた
ものにおいては、排気管のうち一方をガスなどの供給用
に、他方を排気用にしてもよい。

【００２１】本発明の請求項４記載の低圧水銀蒸気放電
ランプは、水銀放出構体が、亜鉛Ｚｎを主体としている
ことを特徴とする。

【００２２】水銀放出構体として亜鉛Ｚｎを主体として
いるので低圧水銀蒸気放電ランプ用として好ましい。ま
た、鉛Ｐｂガラス製の細管（排気管）と水銀放出構体と
は、同系の材質からなるので、両者はなじみがよく剥が
れにくい。

【００２３】本発明の請求項５記載の低圧水銀蒸気放電
ランプは、ガラスバルブに蛍光体膜が形成してあること
を特徴とする。

【００２４】バルブの表面に蛍光体膜を形成したランプ
においては、水銀放出構体がバルブ内に侵入することが
なく、蛍光体膜を損傷したり陰影の発生を防止できる。

【００２５】なお、本発明が適用される蛍光ランプとし
ては、一般の蛍光ランプに限らず、ガラスバルブ面と蛍
光体膜との間にアルミナ等の保護膜や透明導電膜を形成
した他の蛍光ランプであってもよい。

【００２６】本発明の請求項６記載の低圧水銀蒸気放電
ランプの製造方法は、縮径部に粒状の水銀放出構体を係
止したガラス製細管および電極が設けられたガラスバル
ブを排気する工程と、排気後バルブ内に低圧の希ガスを
封入する工程と、水銀放出構体が収容されたガラス製細
管の先端側をバーナで加熱する工程と、加熱によってガ
ラス製細管を溶断するとともに溶融した細管のガラスを
細管内に負圧により流動せしめ、水銀放出構体をこの溶
封部および上記縮径部に当接させる溶封工程とを具備し
ていることを特徴とする。

【００２７】細管（排気管）の溶封工程において、溶封
部（チップ部）形成時に同時に特別の設備を要さずして
水銀放出構体の固着を行うことができる。

【００２８】本発明の請求項７記載の照明装置は、照明
装置本体と、この装置本体に設置された請求項１ないし
請求項５のいずれか一記載の低圧水銀蒸気放電ランプと
を具備していることを特徴とする。

【００２９】請求項１のないし請求項５のいずれかの発
明と同様の作用を奏する。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図３を参照して説明する。図１は低圧水銀蒸気放
電ランプたとえば環形蛍光ランプＬの正面図、図２はラ
ンプＬの一端部の拡大断面図、図３は細管（排気管）部
をさらに拡大した断面図である。

【００３１】図において、１はソーダライムガラスまた
は鉛ガラスからなる環形のバルブ、２は鉛ガラスからな
るステム、１１は上記バルブ１の端部に形成されたステ
ム２との封止部で、上記バルブ１とステム２とで気密容
器を構成している。また、１９はバルブ１両端の封止部
１１，１１間を覆い橋絡して設けられた口金である。こ
のステム２は、フレヤ状のステムガラス管２１に一対の
リード線３，３とソーダライムガラスまたは鉛ガラスか
らなる細管（排気管）５とを封着してなり、リード線
３，３間にはフィラメントコイルからなる電極４が継線
してある。また、細管（排気管）５は先端部には溶断し
た溶封部５１が、中間部には内径を絞った縮径部５５が
形成され、溶封部５１と縮径部５５との間には略楕円形
の粒状の水銀放出構体６が収容され、溶封部５１側では
その一部が溶融されてガラス面に流れ、冷却後は固着さ
れた状態となっている。

【００３２】また、バルブ１の内面には３波長形の希土
類蛍光体や連続波長発光形のハロリン酸塩蛍光体等を塗
布した蛍光体膜１５が形成してある。また、バルブ１内
には放電媒体として水銀ＨｇおよびアルゴンＡｒ、クリ
プトンＫｒ、キセノンＸｅ等の希ガスが単独または混合
して２５０〜３６０Ｐａ（パスカル）封入されている。
図２および図３は、水銀放出構体６が配設されている
ランプＬの端部および細管（排気管）５部分を拡大して
示す。この粒状の水銀放出構体６は、細管（排気管）５
先端側に形成した縮径部５５と溶封部５１との間に位置
し、排気管５を溶融して切断（チッピング）するとき
に、溶融した排気管５ガラス部分５２が内方に吸込まれ
たり流動したりして水銀放出構体６（の水銀放出孔跡に
侵入？）と接するようにしている。すなわち、細管（排
気管）５内の粒状の水銀放出構体６は、一端側が縮径部
５５に、他端側が溶封部５１に当接した状態で固定また
は固着され、排気管５内にて移動することがない。ま
た、細管（排気管）５の材料として鉛Ｐｂガラスを用い
た場合は、水銀放出構体６との互いの材料中の鉛成分が
馴染み合って強固に固着できる。

【００３３】この水銀放出構体６はたとえば亜鉛Ｚｎ−
水銀Ｈｇ合金からなる表面が多数の凹凸を有する多面体
をなしている。そして、このランプＬ完成後の水銀放出
構体６は、亜鉛Ｚｎを主成分とするものであって、水銀
放出前は粒状をなす水銀との合金（水銀Ｈｇ濃度５０〜
６０重量％の過剰溶融したもので、この合金自体は知ら
れている。）を形成しているが、ランプ製造過程での加
熱により殆どの水銀Ｈｇが放出され、僅かの水銀Ｈｇを
含んだ亜鉛Ｚｎ−水銀Ｈｇ合金だけが残留しているもの
である。

【００３４】この水銀放出構体６は、ランプＬ完成後の
通常点灯時のバルブ１壁温度を越え、かつ、ガラスバル
ブ１の軟化温度未満で溶融し、水銀放出後には水銀の再
吸収は実質的には行われない。この実質的にとは、アマ
ルガムのようにバルブ内の水銀蒸気圧に影響を与えるほ
ど吸収しないという意味である。しかしながら、亜鉛Ｚ
ｎ−水銀Ｈｇ合金は、消灯時間が長いと、たとえば１０
日間程度点灯しないでおくと徐々に水銀を吸収するが、
点灯動作等により再放出し、最初と同じ動作が得られ
る。

【００３５】そして、この環形蛍光ランプＬの製造は図
４（ａ）〜（ｆ）に示す工程を経て行われる。

【００３６】図４（ａ）は、両端部にステム２，２が封
着された直管状のガラスバルブ１がベンディングマシン
のヘッド８１に排気管５を介し気密に接続され、垂直に
吊下した状態を示す。（なお、このとき他方の細管（排
気管）は既に溶封などして閉塞してある。） 図４（ｂ）は、直管状のガラスバルブ１全体が加熱さ
れ、軟化した状態で円形ドラム８２に巻付けら、環形に
曲成される工程を示す。

【００３７】図４（ｃ）は、環形に曲成されたバルブ１
を脱ガスのため加熱しながら内部を排気管５を介し図示
しない真空ポンプで排気する工程を示す。

【００３８】図４（ｄ）は、封止部１１近傍の排気管５
の中間部をガスバーナ８３で加熱し、縮径部５５を形成
する工程を示す。この加熱は、強すぎると排気管５を閉
塞してしまうので注意を要する。（なお、排気管５に予
め縮径部５５が形成してある場合は、この工程は不要で
ある。） 図４（ｅ）は要部を拡大して示し、排気管５を通じて希
ガスおよび水銀放出構体６の封入を行う工程で、水銀放
出構体６は絞られた上記縮径部５５に係止される。

【００３９】なお、水銀放出構体６は予めヘッド８１に
収容されている。また、希ガスおよび水銀放出構体６の
封入は個別に行ってもよい。

【００４０】図４（ｆ）は、ガスバーナ８４で排気管５
を溶融して封切（チッピング）し、溶封部５１を形成す
る工程である。

【００４１】そして、これら工程を経た環形蛍光ランプ
Ｌは、封止部１１，１１間に口金が取付けられエージン
グ工程や検査工程を経て完成する。

【００４２】そして、上記環形蛍光ランプＬはランプ製
造の排気管５の溶封工程で、バーナ加熱により排気管５
を形成するガラスが軟化溶融するとともに、バルブ１内
はたとえば約３００Ｐａの低圧（負圧）であるので溶融
（軟化）したガラスは内外の気圧差による内方への吸込
みや流動によって隣接する亜鉛Ｚｎ−水銀Ｈｇ合金から
なる粒状の水銀放出構体６に接する。そして、この排気
管５溶封時の熱により水銀放出構体６が加熱される結
果、水銀Ｈｇを放出する。因みに上記組成の水銀放出構
体６は、金属中では融点の低い亜鉛Ｚｎを使用している
ためその溶融開始温度は約３５０℃位で、構体６の水銀
Ｈｇは約１００℃位でその表面から蒸発していく。

【００４３】このように、本発明によれば水銀Ｈｇ放出
のための特別な手段を必要としないとともに粒状をなす
水銀放出構体６が、溶封部５１と縮径部５５との間に位
置して固定され排気管５内にて移動することがない。

【００４４】また、特性的にもランプＬに必要な水銀Ｈ
ｇが供給されるので所定の発光特性が得られる。また、
この水銀放出構体６は固形であるからその取扱い特に定
量封入が容易で、不純物の付着や吸着が少なくランプＬ
内封入後に特性に悪影響を与える不純ガスの発生が少な
く、寿命中の光束低下やランプ電圧や始動電圧の上昇な
どの特性低下を防止でき長寿命化がはかれる。

【００４５】また、図５は本発明の上記環形の蛍光ラン
プＬを用いた照明装置の実施の形態を示す説明図であ
る。図に示す照明装置は照明器具Ｄであって、図中Ｄ１
は照明器具本体で、この本体Ｄ１には建物等への取付具
Ｄ２、電源接続機構や安定器Ｄ３等などの点灯装置が収
納され、この本体Ｄ１にはランプホルダＤ４、Ｄ４が取
付けられその間に蛍光ランプＬが装着されている。この
蛍光ランプＬはランプホルダＤ４、Ｄ４に支持されてい
るとともに、電源接続機構、安定器Ｄ３からの給電線Ｄ
５を介して給電され安定的に点灯できる。

【００４６】なお、この照明装置（照明器具）Ｄの形態
は、図５のものに限らず各種のランプの形状、目的や適
用に応じて変わっていることはいうまでもない。

【００４７】

【発明の効果】請求項１および請求項２の発明では、水
銀Ｈｇ放出のための特別な手段を必要としないとともに
粒状をなす水銀放出構体が、細管（排気管）内の溶封部
と縮径部との間に位置して固定されているので、固着強
度が高く排気管内にて移動することがなく、異音などを
発する虞がない。また、水銀放出構体は固形であるから
その取扱い特に定量封入が容易で、不純物の付着や吸着
が少なくランプ内封入後に特性に悪影響を与える不純ガ
スの発生が少ない。したがって、寿命中の光束低下、ラ
ンプ電圧や始動電圧の上昇などの特性低下を防止でき長
寿命化がはかれる。

【００４８】また、請求項３の発明では、ガラス製細管
は、ガラスバルブ内の排気や希ガス封入に用いる排気管
であってもよく、兼用とすれば特別に設けなくてもよい
のでコストを低減できる。

【００４９】また、請求項４の発明では、水銀放出構体
として亜鉛Ｚｎを主体としているので、比較的低い温度
で水銀を放出し、放出のための特別な手段を必要としな
い。また、鉛Ｐｂガラス製の細管（排気管）と水銀放出
構体とは、同系の材質からなるので、両者はなじみがよ
く強固に固着できる。

【００５０】また、請求項５の発明では、バルブの表面
に蛍光体膜を形成したランプにおいて、水銀放出構体が
バルブ内に侵入することがなく、蛍光体膜を損傷したり
陰影が生じるのを防ぐことができ外観品質を向上でき
る。

【００５１】また、請求項６の発明では、細管（排気
管）の溶封工程において、特別の設備を要さず溶封と同
時に水銀放出構体の固着が行え、設備費を低減できる。

【００５２】さらに、請求項７の発明では、請求項１な
いし請求項５に記載のランプを外観を損なうことなく点
灯させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の環形蛍光ランプの実施の形態を示す正
面図である。

【図２】図１のランプの一端部の拡大断面図である。

【図３】図１のランプの細管（排気管）部をさらに拡大
した断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｆ）は、環形蛍光ランプの製造工程
を順を追って示す説明図である。

【図５】本発明の照明器具（照明装置）の実施の形態を
示す説明図である。

【符号の説明】

Ｌ：低圧水銀放電ランプ（環形蛍光ランプ） Ｄ：照明装置（照明器具） １：ガラスバルブ １１：封止部 １３：蛍光体膜 ２：ステム ４：電極 ５：ガラス製細管（排気管） ５１：溶封部 ５２：ガラス部分 ５５：縮径部 ５：蛍光体膜 ６：水銀放出構体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスバルブと；このガラスバルブに設
   けられた電極と；上記ガラスバルブ内に封入された水銀
   と希ガスとを含む放電媒体と；上記ガラスバルブと連通
   したガラス製細管と；このガラス製細管内に封入され、
   かつ、細管中間の縮径部と先端の溶封部とに当接して固
   定された粒状の水銀放出構体と；を具備していることを
   特徴とする低圧水銀蒸気放電ランプ。
2. 【請求項２】 ガラス製細管先端の溶封部は、溶融した
   ガラスが細管の内方に向け流動固化していることを特徴
   とする請求項１に記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
3. 【請求項３】 ガラス製細管は、ガラスバルブ内のガス
   置換を行う排気管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。
4. 【請求項４】 水銀放出構体は、亜鉛Ｚｎを主体として
   い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。
5. 【請求項５】 ガラスバルブに蛍光体膜が形成してある
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一
   記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
6. 【請求項６】 縮径部に粒状の水銀放出構体を係止した
   ガラス製細管および電極が設けられたガラスバルブを排
   気する工程と；排気後バルブ内に低圧の希ガスを封入す
   る工程と；水銀放出構体が収容されたガラス製細管の先
   端側をバーナで加熱する工程と；加熱によってガラス製
   細管を溶断するとともに溶融した細管のガラスを細管内
   に負圧により流動せしめ、水銀放出構体をこの溶封部お
   よび上記縮径部に当接させる溶封工程と；を具備してい
   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。
7. 【請求項７】 照明装置本体と；この装置本体に設置さ
   れた請求項１ないし請求項５のいずれか一記載の低圧水
   銀蒸気放電ランプと；を具備していることを特徴とする
   照明装置。