TWI703612B - 低壓水銀燈 - Google Patents

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Abstract

本案發明的目的為提供一種能使發光管內的汞齊安定地固定於預定的位置，且維持高紫外線強度的低壓水銀燈以及低壓水銀燈的製造方法。
本發明的低壓水銀燈的製造方法係包含汞齊的固定方法；前述汞齊的固定方法具有以下步驟：使具有金屬製按壓件的電極座插入發光管內；使前述金屬製按壓件定位於已形成於前述發光管的內面的凹部附近；對前述發光管的端部進行封夾；經由排氣管將前述汞齊封入前述發光管內；使前述發光管排氣；將前述汞齊對於前述金屬製按壓件與已形成於前述發光管的凹部加熱熔接而將前述汞齊固定於前述發光管的凹部。

Description

低壓水銀燈
本發明係關於一種低壓水銀燈以及低壓水銀燈的製造方法。
低壓水銀燈係利用亮燈中之發光管內的水銀蒸氣壓為100Pa以下之電弧放電的燈(lamp)。低壓水銀燈主要利用於流水殺菌裝置、紫外線氧化水處理裝置等。作為使用低壓水銀燈之水處理槽的代表例，係有使用在飲料用的淨化槽的流水殺菌處理裝置，以及使用在半導體製造的用於產生超純水的紫外線氧化水處理裝置。
以紫外線氧化水處理裝置為例進行說明。圖1A係顯示複數支的水冷套(也稱「套筒」)6已配置於水平方向的橫型水處理槽10-1的示意圖。另一方面，圖1B係顯示複數支的水冷套6已配置於垂直方向的縱型水處理槽10-2的示意圖。任一個的水處理槽10-1、10-2中，處理對象的水係從給水口2給水至水處理槽內部，一邊通過水冷套6的周圍一邊被紫外線處理，並從排水口4被朝外部排水。大規 模的工廠(plant)的水處理槽中係具備有數百支的低壓水銀燈8，所能處理的水量亦達到40萬噸/日。
圖2A係說明低壓水銀燈之構成的示意圖。如圖2A所示，各水冷套6的內部中，於兩端部分別具有基座12-1與基座12-2的一支發光管8-1被插入於水冷套6的內部，基座12-1與基座12-2係成為已接觸水冷套6的內周面的狀態。
低壓水銀燈8的發光效率係以位於基座12-1與基座12-2附近的燈的最冷部溫度來決定。在燈亮燈中，能藉由冷卻基座12-1與基座12-2來使燈最冷部溫度維持於預定的溫度(35℃至45℃)，而使燈以高的照度進行亮燈。
低壓水銀燈8中係封入有水銀或汞齊(amalgam)(水銀與其他金屬間的合金)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2006-209993號公報「低壓水銀蒸氣放電燈的製造方法以及低壓水銀蒸氣放電燈」(公開日2006/08/10)，申請人：日本NIPPO電機股份有限公司(日本特許第4621508號)。
專利文獻2：日本特表2010-535396號公報「包含具有汞齊容室之汞齊艙之低壓水銀放電燈」(公開日 2010/11/18)，申請人：皇家飛利浦電子股份有限公司(KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V)(日本特許第5174148號)。
低壓水銀燈中，為了安定地維持燈的發光效率，較佳地，係將汞齊固定於位於發光管內的電極附近的最冷部。因此，對汞齊進行加熱熔接而將汞齊固定於位於最冷部的發光管的內壁。
然而，汞齊有時會有因在輸送燈時的震動等的外力或因在縱型水處理槽亮燈時，而從發光管的預定的位置移動的狀況。
一但汞齊從發光管的預定的位置移動，則會導致燈發光時的發光管內的水銀蒸氣壓產生變動，使汞齊從適當的動作溫度脫離，從而致使紫外線放射量衰減。
因此，本案發明的目的為提供一種能使發光管內的汞齊安定地固定於預定的位置，且維持高紫外線強度的低壓水銀燈以及低壓水銀燈的製造方法。
鑒於上述目的，本發明的低壓水銀燈的製造方法於發明的一個方案中係包含汞齊的固定方法；前述汞齊的固定方法具有以下步驟：使具有金屬製按壓件的電極座插入發光管內；使前述金屬製按壓件定位於已形成於前述發光管的內面的凹部附近；對前述發光管的端部進行封夾；經由排氣管將前述汞齊封入前述發光管內；使前述發光管排氣；將前述汞齊對於前述金屬製按壓件與已形成於前述發光管的凹部加熱熔接而將前述汞齊固定於前述發光管的凹部。
進一步地，本發明的低壓水銀燈於發明的一個方案中係具備：發光管，係於兩端附近的內面分別形成有凹部；電極座，係插入於前述發光管內且具有金屬製按壓件；汞齊，係已定位於前述凹部；其中前述金屬製按壓件係以至少覆蓋前述汞齊的一部分的方式配置。
進一步地，於本發明的低壓水銀燈中，前述汞齊可藉由加熱熔接而定位固定於前述凹部。
進一步地，於本發明的低壓水銀燈中，前述金屬製按壓件可含有具彈性的金屬箔。
進一步地，於本發明的低壓水銀燈中，前述金屬箔可由選自由鉬(Mo)、鎢(W)、鎳(Ni)、鈮(Nb)以及鋁(Al)所組成之群組之金屬所形成。
進一步地，於本發明的低壓水銀燈中，前述電極座可具有玻璃製的支桿；前述金屬箔可安裝於由前述玻璃製的支桿所支承的導線棒。
進一步地，於本發明的低壓水銀燈中，前述導線棒的一部分可朝形成於前述發光管的凹部的方向延伸。
進一步地，於本發明的低壓水銀燈中，前述導線棒可由第一導線棒及第二導線棒構成，前述第一導線棒係固定於前述玻璃製的支桿，前述第二導線棒係連接於前述第一導線棒；前述金屬箔可安裝於前述第二導線棒的前端。
依據本案發明，能提供一種將發光管內的汞齊安定地固定於預定的位置，且維持高紫外線強度的低壓水銀燈以及低壓水銀燈的製造方法。
2:給水口
4:排水口
6:水冷套
8:低壓水銀燈
8-1:發光管
10-1:橫型水處理槽
10-2:縱型水處理槽
12、12-1、12-2:基座
16:支承構件
18、18a、18b:金屬製按壓件
18-1:第一導線棒
18-2:第二導線棒
18-3:金屬箔
20:凹部
22:電極導線
22-1:陽極
22-2:燈絲
24:支桿
26:汞齊
26a、26b:汞齊的表面
圖1A係顯示使用低壓水銀燈之紫外線氧化水處理裝置的示意圖，且為用於說明複數支的水冷套已配置於水平方向的橫型水處理槽的圖。
圖1B係顯示使用低壓水銀燈之紫外線氧化水處理裝置的示意圖，且為用於說明複數支的水冷套已配置於垂直方向的縱型水處理槽的圖。
圖2A係說明低壓水銀燈之構成的圖。
圖2B係說明圖2A所顯示的低壓水銀燈之發光管的端部附近的發光管、基座以及水冷套之位置關係的圖。
圖3A係具有單側的金屬製按壓件的電極座單體的側視圖。
圖3B係具有單側的金屬製按壓件的電極座單體的前視圖。
圖3C係將圖2A所顯示的低壓水銀燈之發光管的凹部切斷，且在包含燈軸線的面觀察發光管端部附近的部分切斷面圖。
圖3D係以與圖3C的切斷面為垂直的關係且包含低壓水銀燈的燈軸線的面觀察發光管端部附近的部分切斷面圖。
圖4A係說明利用發光管的凹部與電極座的金屬製按壓件將汞齊固定於發光管的狀態的示意圖。
圖4B係從正上方觀察發光管的凹部的示意圖。
圖4C係從正上方觀察利用電極座的金屬製按壓件將已放入發光管的凹部的汞齊予以固定的狀態的示意圖。
圖5係說明低壓水銀燈的製造方法之中，與本實施例相關之汞齊的固定方法的流程圖。
以下，參照圖式來詳細說明關於本發明之低壓水銀燈以及低壓水銀燈的製造方法的實施形態。圖中，對於相同的元件給予相同的參照符號，並省略重複的說明。
[低壓水銀燈]
(低壓水銀燈的構造)
圖2A係顯示低壓水銀燈8的圖。低壓水銀燈8的發光管8-1係由石英玻璃形成。汞齊係被封入發光管8-1的內部。汞齊係除了含有水銀(Hg)之外尚至少含有銦(In)、鉍(Bi)、錫(Sn)、以及鉛(Pb)等中的一種的金屬的合金。一般而言，其他金屬的比例係相對於水銀為5重量%以下。
再者，雖然圖2A顯示的發光管是直管形的發光管，但並不限定於直管形的發光管。本實施形態中，由於電極部的構造為相同，故能適用於U形、W形、M形等其他形狀的發光管。
低壓水銀燈8於發光管8-1的兩端部分別具備基座(燈頭)12-1、12-2，基座12-1與基座12-2係覆蓋屬於發光管的最冷部的發光管端部。基座12-1與基座12-2係將發光管8-1予以固定且防止發光管端部破損的罩(cover)。基座12-1與基座12-2係藉由陶瓷、金屬、具有耐紫外線性的彈性體樹脂(例如氟樹脂)而形成。
(低壓水銀燈於水冷套內進行定位、支承的構造)
圖2B係說明低壓水銀燈於水冷套內的預定位置進行定位、支承的構造的示意圖。在此，圖2B中的(A)係沿著 燈端部附近的燈軸線進行切斷的一部分切斷面圖，圖2B中的(B)係B-B切斷面圖。
於水冷套6的內部係配置有發光管8-1。水冷套6係被設置為用於燈與被處理水之間的絕緣以及燈破損保護，且水冷套6係由具有紫外線穿透性的構件(例如石英玻璃)所構成。
發光管8-1係以其一端被安裝於基座12-2。基座12-2係藉由基座定位支承構件16而支承於水冷套6的內部的預定的位置。燈的相反側端部亦為同樣的構造。
如圖2B所示，基座12-1與基座12-2係以接觸於水冷套6的狀態支撐發光管8-1。因此，發光管8-1的最冷部係受亮燈時的高溫的發光管8-1的溫度以及與以被處理水所冷卻的水冷套6接觸的低溫的基座12的溫度間的雙方的影響。被處理水的水溫通常約為25℃左右。
一般而言，低壓水銀燈8的紫外線輸出係由燈亮燈時的發光管內的汞齊的蒸氣壓力所控制。藉由對發光管管壁的最冷部進行溫度控制，就能控制燈內部的水銀蒸氣壓力。使發光管管壁的最冷部維持在約40℃，並使汞齊維持在約80℃至120℃，藉此就能使從低壓水銀燈8放射出的波長254nm的紫外線輸出成為最大。
(汞齊的固定手段)
圖3A係具有單側的金屬製按壓件的電極座單體的側視圖。圖3B係具有單側的金屬製按壓件的電極座單體的前視圖。低壓水銀燈8係交流驅動，低壓水銀燈8的相反側的端部亦成為同樣的電極座構造。
從發光管外部延伸出的電極導線22的前端係接合有陽極22-1。陽極22-1的前方係接合有已塗佈電子放射物質的燈絲(filament)22-2。電極導線22係藉由以二支玻璃製構件所形成的支桿24從兩側予以夾持而被支承。
構成電極座的一部分的金屬製按壓件18係具有第一導線棒18-1、第二導線棒18-2以及板狀的金屬箔18-3，前述第一導線棒18-1係以由玻璃製的支桿24所支承的鉬(Mo)所形成，前述第二導線棒18-2係以安裝於前述第一導線棒18-1的前端的鎳(Ni)所形成，前述第二導線棒的前端係具有前述金屬箔18-3。第一導線棒18-1的一部分係被彎折成L字形狀，並朝形成在發光管8-1的凹部20的方向延伸。前述第一導線棒18-1的前端係安裝有第二導線棒18-2，前述第二導線棒18-2的前端係安裝有板狀的金屬箔18-3，前述金屬箔18-3係覆蓋發光管8-1的凹部20的至少一部分。
金屬箔18-3係由鉬(Mo)、鎢(W)、鎳(Ni)、鈮(Nb)以及鋁(Al)中的任一個所形成。此些材質的選定理由係如下述。
(1)為不會形成水銀與汞齊的材質。
(2)為能耐的住後面所說明的製造方法的步驟7的加熱融化工序的高熔點材質。
(3)為具有一定的彈性且具有按壓汞齊的功能的材質。
接下來，說明使圖3A以及圖3B所顯示的電極座定位於發光管內，之後對於發光管凹部以及金屬製按壓件熔接已封入的汞齊的狀態。圖3C係將圖2A所顯示的低壓水銀燈之發光管8-1的凹部20切斷，且在包含燈軸線的面觀察發光管端部附近的部分切斷面圖。圖3D係以與圖3C的切斷面為垂直的關係且包含低壓水銀燈8的燈軸線的面觀察發光管端部附近的部分切斷面圖。發光管8-1的端部附近係從內面形成有凹部20。
低壓水銀燈8的實施例的一個設計係如下述。
燈：直管形、燈電力110W、燈電流1.38A、燈長度(基座端部間)1020mm、燈徑
Figure 107133385-A0305-02-0012-1
17mm。
凹部形狀：長5mm×寬5mm×深度1mm之角為圓形的四角形。
金屬製按壓件之第一導線棒18-1：
Figure 107133385-A0305-02-0012-2
0.4mm×7mm(延伸長度)。
金屬製按壓件之第二導線棒18-2：
Figure 107133385-A0305-02-0012-3
0.6mm×3mm。
金屬製按壓件之金屬箔：寬度5mm×厚度35μm×長度10mm。
圖4A係說明利用發光管8-1的凹部20與電極座的金屬製按壓件18將汞齊26固定於發光管8-1的狀態的示意圖。石英製的發光管8-1的內面係形成有凹部20。利用金屬製按壓件18使汞齊26被固定於凹部20的內部，熔接於雙方。在此，於圖4A中的(a)係金屬製按壓件18a覆蓋凹部20的開口面積的約三分之一的狀態。圖4A中的(b)係金屬製按壓件18b覆蓋凹部20的開口面積的約三分之二的狀態。
在圖4A中的(a)之覆蓋約三分之一的狀態中，汞齊26的表面形狀係成為如元件符號26a所示。汞齊26係熔接於凹部20以及金屬製按壓件18a的雙方。在圖4A中的(b)之覆蓋約三分之二狀態中，汞齊26的表面形狀係成為如元件符號26b所示。汞齊26係熔接於凹部20以及金屬製按壓件18b的雙方。
表面形狀26a與26b的差異係起因於金屬製按壓件18的對於凹部的接觸面積的大小所導致的偏差。
圖4B係從正上方觀察發光管的凹部20的示意圖。凹部20的尺寸雖以長5mm×寬5mm×深度1mm之角圓滑後的四角形為代表。但此尺寸以及形狀僅為例示，並不限定於此尺寸以及形狀。
圖4C係從正上方觀察利用凹部20以及電極座的金屬製按壓件18將已放入發光管的凹部20的汞齊26予以固定的狀態的示意圖。
(低壓水銀燈的製造方法)
圖5係說明低壓水銀燈的製造方法之中，與本實施例相關之汞齊的固定方法的流程圖。
在步驟S1中，於發光管的製造時，係於發光管的兩端部附近的燈最冷部分別形成凹部。凹部的形成係一邊從發光管的外側進行加熱，一邊使用專用的治具從內側進行押壓而形成前述凹部。
在步驟S2中，係形成電極座。在電極座的陽極熔接工序中，係安裝金屬製按壓件。
在步驟S3中，係使電極座插入發光管內，且使金屬製按壓件以覆蓋發光管的凹部的方式進行定位固定。
在步驟S4中，係進行發光管的封夾。
在步驟S5中，係經由排氣管將包含汞齊的添加物封入發光管內。
在步驟S6中，係經由排氣管對發光管內進行排氣。之後切離(chip off)排氣管並予以去除。
在步驟S7中，係使汞齊定位固定於發光管凹部。前述步驟S7係一邊挪動燈一邊使汞齊移動而放入發光管凹部，於此狀態下從外側加熱發光管凹部而使汞齊融化，對 於電極座的金屬製按壓件與發光管凹部熔接而使汞齊固定。
[總結]
以上，雖然針對關於本發明之低壓水銀燈以及低壓水銀燈的製造方法的實施形態來進行說明，但是此等為用以理解本發明的例示，並非限制本發明的範圍。關於此些實施形態，該發明所屬技術領域中具有通常知識者能易於完成的追加、刪除、變更、改良等，係涵蓋在本發明的範圍內。本發明之技術範圍係藉由所附的申請專利範圍之記載所決定。
8-1:發光管
18-1:第一導線棒
18-2:第二導線棒
18-3:金屬箔
20:凹部
22:電極導線
22-1:陽極
22-2:燈絲
24:支桿

Claims (4)

  1. 一種低壓水銀燈，係具備：發光管，係於兩端附近的內面分別形成有凹部；電極座，係插入於前述發光管內且具有金屬製按壓件；以及汞齊，係已定位於前述凹部；前述低壓水銀燈係以覆蓋前述汞齊的至少一部分的方式配置；前述金屬製按壓件係由以下構件所構成：第一導線棒，係固定於玻璃製的支桿；第二導線棒，係連接於前述第一導線棒；以及金屬箔，係安裝於前述第二導線棒的前端。
  2. 如請求項1所記載之低壓水銀燈，其中前述第一導線棒的一部分係朝形成於前述發光管的前述凹部的方向延伸。
  3. 如請求項1所記載之低壓水銀燈，其中前述汞齊係藉由加熱熔接而定位固定於前述凹部。
  4. 如請求項1所記載之低壓水銀燈，其中前述金屬箔係由選自由鉬、鎢、鎳、鈮以及鋁所組成之群組之金屬所形成。
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