(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体水銀を水銀蒸気に変化させる加熱手段と、前記水銀蒸気をバルブ内に封入する封入手段とを備え、前記封入手段は、前記液体水銀を貯蔵した容器と、前記容器と接続管で接続され、かつ前記水銀蒸気を貯留するシリンダと、前記シリンダ内を往復運動するプランジャと、前記シリンダと前記バルブとを接続する別の接続管とを有していることを特徴とする水銀封入装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記シリンダの外面を加熱することにより、前記シリンダ内の熱を前記容器内に伝導させ、前記液体水銀を前記水銀蒸気に変化させることを特徴とする請求項１記載の水銀封入装置。
【請求項３】
前記水銀蒸気と希ガスとを混合する混合手段と、前記水銀蒸気とともに前記希ガスを前記バルブに封入する別の封入手段とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水銀封入装置。
【請求項４】
前記混合手段は、前記希ガスを供給する供給管を前記接続管に接続されていることを特徴とする請求項３記載の水銀封入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光ランプや高圧放電ランプ等のバルブへの水銀の封入に用いる水銀封入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の水銀封入装置１８としては、図５に示すように、液体水銀の入った水銀槽１９と、水銀槽１９を貫通して軸方向に往復運動し、かつ一端部の側面に凹部２０を有する水銀滴下プランジャ２１と、一端部から水銀滴下プランジャ２１が挿入され、かつ他端部が漏斗状に形成された水銀注入管２２とを備えたものが知られている。凹部２０の深さを適宜変えることによって水銀の封入量を調節することができる。
【０００３】
上記構成の水銀封入装置によるガラスバルブ６内への水銀封入方法は次のとおりである。
【０００４】
ガラスバルブ６の細管１６が、水銀注入管２２の一端部に気密状態で接続される。排気管２３から水銀注入管２２およびガラスバルブ６内の不純ガス等の真空排気が行われる。この時、水銀滴下プランジャ２１は水銀注入管２２には挿入されておらず、凹部２０が水銀槽１９の底部に位置するように配置されている。凹部２０にはガラスバルブ６に封入される所定量の水銀が充填される。真空排気後、水銀滴下プランジャ２１は軸方向に移動し、水銀注入管２２に挿入される。この時、凹部２０に充填された水銀滴は自由落下により水銀注入管２２に滴下し、漏斗状部分の内面を転がり、細管１６を通って、ガラスバルブ６に注入される。その後、希ガス等がガラスバルブ６内に封入される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の水銀封入装置では、ガラスバルブ６内に封入される所定量の水銀が凹部２０に充填される際に、水銀の表面張力が大きいことから、水銀槽１９内の水銀量が多いときはよいが、少なくなって凹部２０への圧力が小さくなると、水銀が凹部２０一杯には充填されないために、あるいは、水銀滴の滴下が自由落下であるために、ガラスバルブ６内に封入される前に、水銀注入管２２や細管１６等に水銀が付着する結果、ガラスバルブ６内への水銀の封入量が不足するという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、バルブ内に封入される水銀量のばらつきを防止し、ランプの品質を向上させる水銀封入装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の水銀封入装置は、液体水銀を水銀蒸気に変化させる加熱手段と、前記水銀蒸気をバルブ内に封入する封入手段とを備え、前記封入手段は、前記液体水銀を貯蔵した容器と、前記容器と接続管で接続され、かつ前記水銀蒸気を貯留するシリンダと、前記シリンダ内を往復運動するプランジャと、前記シリンダと前記バルブとを接続する別の接続管とを有している。
【０００８】
この構成により、水銀蒸気をバルブ内に封入するので、水銀封入装置の一部、例えば水銀をバルブ内に封入する部分に、水銀が付着するのを防止することができる。
【０００９】
また、本発明の水銀封入装置は、さらに前記水銀蒸気と希ガスとを混合する混合手段と、前記水銀蒸気とともに前記希ガスを前記バルブに封入する別の封入手段を備えている構成を有している。
【００１０】
この構成により、バルブ内に水銀と希ガスとを同時に封入することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１２】
図１ないし図４は本発明の実施の形態の水銀封入装置の一部切欠正面図を示すものである。
【００１３】
図１に示すように、本発明の実施の形態の水銀封入装置１は、固定ブロック２と、機械的手段により、固定ブロック２上を移動するスライドブロック３とを備えている。
【００１４】
固定ブロック２には、液体水銀の入った水銀槽４と、水銀槽４から外部に水銀蒸気を供給する供給管５と、ガラスバルブ６内に水銀蒸気やアルゴンガス等の希ガスを注入する注入管７が設けられている。ガス供給管８は供給管５にアルゴンガス等の希ガスを供給することができる。第１の電熱線９は注入管７の外面に、その全体を覆うように巻かれており、注入管７内を均一に加熱することにより、一定温度に保温することができる。
【００１５】
スライドブロック３には、水銀蒸気等を貯留するシリンダ１０と、シリンダ１０内を往復運動して、水銀蒸気等を排出するプランジャ１１と、真空ポンプ１２およびアルゴンガス等の希ガスのガスボンベ１３に接続された排気管１４とが設けられている。第２の電熱線１５はシリンダ１０の外面に、その全体を覆うように巻かれており、シリンダ１０内を均一に加熱することにより、一定温度に保温することができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態では注入管７およびシリンダ１０の加熱手段として、第１の電熱線９または第２の電熱線１５を用いたが、バーナー等による加熱手段を用いてもよい。
【００１７】
なお、シリンダ１０の容積は、ガラスバルブ６内に封入する所定の水銀量を例えば１０ｍｇとする場合、液体の水銀１０ｍｇを２００℃で水銀蒸気にするためには、ボイル−シャルルの法則から、次のように求めることができる。ただし、封入する水銀蒸気の体積がガラスバルブ６の内容積を超えると、水銀蒸気の封入が困難になるため、水銀蒸気の体積はガラスバルブ６の内容積以下とすることが好ましい。
【００１８】
ＰＶ＝ＮＲＴより、Ｖ＝ＮＲＴ／Ｐ（ボイル−シャルルの法則）
ここで、
Ｐ：２００℃における飽和水銀蒸気圧（ａｔｍ）＝（１７．２８７／７６０）
Ｖ：水銀蒸気の体積（Ｌ）
Ｎ：モル数＝（０．０１／２００．５９）
Ｒ：気体定数＝０．０８２
Ｔ：絶対温度（Ｋ）＝（２７３．１６＋２００）
Ｖ＝０．０１×０．０８２×（２７３．１６＋２００）×７６０／２００．５／１７．２８７  ０．０８５（Ｌ）＝８５（ｃｃ）
したがって、シリンダ１０の容積を８５ｃｃに設定する。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態の水銀封入装置１を用いた水銀封入工程について説明する。
【００２０】
第１の過程は図１に示すとおりである。図１に示すように、スライドブロック３は固定ブロック２上を移動し、シリンダ１０と供給管５とが接続される位置に配置される。プランジャ１１はシリンダ１０内の容積が８５ｃｃとなる位置に固定される。第２の電熱線１５はシリンダ１０内の温度が２００℃になるように加熱され、この熱によって水銀槽４の液体水銀を水銀蒸気に変化させる。水銀蒸気は供給管５を通って、シリンダ１０に供給されて、貯留される。これと同時にあるいはガラスバルブ６内に封入される水銀蒸気量が貯留された後に、アルゴンガスがアルゴンガスボンベ（図示せず）に接続されたガス供給管８からシリンダ１０内に供給される。また、ガラスバルブ６の細管１６の一端が注入管７の一端に気密に接続され、真空ポンプ１２によってガラスバルブ６内は真空排気される。
【００２１】
なお、図１中、１７は真空ポンプ１２とガスボンベ１３とを切り替える開閉コックを示す。
【００２２】
なお、ガラスバルブ６内の内容積が５００ｃｍ３、アルゴンガス圧が２５０Ｐａ（２０℃）の場合、アルゴンガスのシリンダ１０への供給量は次のように決まる。
【００２３】
上記条件におけるガラスバルブ６内のアルゴンのモル数（ｍｏｌ）はボイル−シャルルの法則より、５．１３×１０−５（ｍｏｌ）となる。５．１３×１０−５（ｍｏｌ）のアルゴンをシリンダ１０に供給した場合、シリンダ１０内のアルゴンガス圧は上記法則より２．３４×１０−２（ａｔｍ）となり、この圧力に達するまでアルゴンガスを供給すればよい。
【００２４】
第２の過程は図２に示すとおりである。図１に示す状態から、図２に示すように、スライドブロック３は固定ブロック２上をＡ方向（図１参照）へ移動し、シリンダ１０と注入管７とが接続される位置に配置される。この時、注入管７の内面には水銀が付着しないように、第１の電熱線９で注入管７内を２００℃に加熱しておく。
【００２５】
第３の過程は図３に示すとおりである。図３に示すように、プランジャ１１を下降させて、シリンダ１０内の水銀蒸気とアルゴンガスとの混合ガスを注入管７に導入し、この混合ガスをガラスバルブ６内に封入する。
【００２６】
第４の過程は図４に示すとおりである。図３に示す状態から、図４に示すように、スライドブロック３は固定ブロック２上をＢ方向（図３参照）へ移動し、排気管１４と注入管７とが接続される位置に配置される。その後、開閉コック１７がガスボンベ１３側に切り替えられ、微量のアルゴンガスは排気管１４を通って、注入管７に注入され、注入管７や細管１６に残った水銀蒸気とともにガラスバルブ６に封入される。
【００２７】
なお、第４の過程におけるアルゴンガスの封入量は、本来封入されるべき量より過剰となるが、微量であるために実用上支障はない。また、それ以上の量を封入しなければならない場合は、第１の過程におけるアルゴンガスの封入時にあらかじめその分量を減らしておけばよい。
【００２８】
以上のように本発明によると、液体水銀の大きな表面張力等の特性に影響されることなく、また水銀が注入管７等の水銀封入装置１の一部に付着することがないので、常時所定量の水銀をガラスバルブ６内に封入することができる。その結果、ガラスバルブ６における水銀封入量のばらつきを防止することができ、ランプの品質を向上させることができる。また、水銀蒸気は液体水銀に比べてその容積がきわめて大きいので、少量の水銀封入においても容易に、かつ所定量を封入することができる。さらに、水銀蒸気と希ガスとを同時にガラスバルブ６内に封入することができるので、ランプの製造工程の簡略化および高効率化を図ることができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、第１の過程で、アルゴンガスを水銀蒸気とともに封入する場合について説明したが、第４の過程で説明した方法によりアルゴンガスを水銀蒸気とは別々に封入してもよい。
【００３０】
本発明の水銀封入装置は、蛍光ランプや高圧放電ランプ等のバルブへの水銀の封入に用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、液体水銀を水銀蒸気に変化させる加熱手段と、前記水銀蒸気をバルブ内に封入する封入手段とを備え、前記封入手段は、前記液体水銀を貯蔵した容器と、前記容器と接続管で接続され、かつ前記水銀蒸気を貯留するシリンダと、前記シリンダ内を往復運動するプランジャと、前記シリンダと前記バルブとを接続する別の接続管とを有することにより、バルブ内に常時所定量の水銀を封入することができるので、バルブ内における水銀封入量のばらつきを防止することができ、ランプの品質を向上させることのできる水銀封入装置を提供することができるものである。
【００３２】
また、本発明は、加熱手段および封入手段に加えて、水銀蒸気と希ガスとを混合する混合手段と、水銀蒸気とともに希ガスをバルブに封入する別の封入手段とを備えることにより、ランプの製造工程の簡略化および高効率化を図ることのできる水銀封入装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の水銀封入装置を用いた水銀封入工程の第１の過程を示す一部切欠正面図
【図２】同水銀封入工程の第２の過程を示す一部切欠正面図
【図３】同水銀封入工程の第３の過程を示す一部切欠正面図
【図４】同水銀封入工程の第４の過程を示す一部切欠正面図
【図５】従来の水銀封入装置の一部切欠正面図
【符号の説明】
１  水銀封入装置
４  水銀槽
５  供給管
６  バルブ
７  注入管
８  ガス供給管
９，１５  電熱線
１０  シリンダ
１１  プランジャ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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