(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀と稀ガスを気密に含む放電スペースを取り囲む放電容器を備えた低圧水銀蒸気放電ランプであって、
透光性の管状部分と、第１及び第２端部とを有し、給電導体がこれ等の端部を通って、放電スペース内に配設された夫々の電極に導かれ、前記ランプは更に、定格動作中放電スペース内の水銀蒸気圧を安定化するための主アマルガムとランプのスイッチオン後に水銀を放電スペース内に急速に放出するための補助アマルガムとを備えた低圧水銀蒸気放電ランプにおいて、
室温での平衡状態において補助アマルガムに吸収される水銀の質量（mg）を、平衡状態において放電スペース内に広がる水銀蒸気圧（Pa）で除した値が、最大でも２０mg/Paであり、
室温において補助アマルガムに吸収される水銀の質量（mg）が、平衡水銀蒸気圧（Pa）と放電容器の容積（ｃｍ3）の積の０．００２倍よりも大きい、
ことを特徴とする低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項２】
補助アマルガムの共存領域における水銀蒸気圧は、室温における平衡水銀蒸気圧に略等しいか若しくはそれより低い、
請求の範囲第１項に記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項３】
補助アマルガムは、開いたハウジングで取り囲まれている、
請求の範囲第１又は２項に記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項４】
主アマルガムは少なくとも７０℃の臨界温度を有する、
請求の範囲第１又は２項に記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項５】
主アマルガムは合金ＰｂＢｉＳｎより形成され、補助アマルガムはＳｎＰｂとＰｂＢｉＳｎとからなるグループから選択した合金の１つで形成された、
請求の範囲第１又は２項に記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項６】
主アマルガムはＢｉＩｎの合金より形成され、補助アマルガムはＳｎＰｂとＰｂＢｉＳｎとＢｉＩｎとからなるグループから選択した合金の１つで形成された、
請求の範囲第１又は２項に記載の低圧水銀蒸気放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は水銀と稀ガスを気密に含む放電スペースを取り囲む放電容器をそなえた低圧水銀蒸気放電ランプであって、この放電容器は、透光性の管状部分、第１及び第２端部を有し、給電導体がこれ等の端部を通って、放電スペース内に配設された夫々の電極に導かれ、ランプは更に、定格動作中放電スペース内の水銀蒸気圧を安定化するための主アマルガムとランプのスイッチオン後に水銀を放電スペース内に急速に放出するための補助アマルガムとをそなえた低圧水銀蒸気放電ランプに関するものである。
【０００２】
上記の種類の低圧水銀蒸気放電ランプでは、主アマルガムは、ランプ動作が最適になる値すなわちルーメン出力が可及的に大きい値近傍で動作中、水銀蒸気圧を安定させねばならない。ランプのスイッチオン後補助アマルガムにより放出された水銀が光度の増加を加速させる。ランプがスイッチオフされた後は、水銀は主アマルガムから補助アマルガムに拡散して戻り、或る時間後に平衡状態に近づく。
【０００３】
１９７７年４月の「ジャーナル・オブ・ジ・アイ・イー・エス（Journel of the IES）の第１４１−１４７頁のジェー・ブロエム（J.Bloem）氏外の「サム・ニュー・マーキュリー・アロイズ・フォー・ユース・イン・フロレセント・ランプス（Some new mercury alloys for use in fluorscent lamps）」には、室温で比較的高い水銀蒸気圧制御をするこのようなランプに対するアマルガムが記載されている。アマルガムで制御される水銀蒸気圧というのは、本明細書では、関連した組成物のアマルガムに伴う水銀蒸気圧を意味するものと了解されたい。室温というのは２５℃の温度であると了解されたい。前記の刊行物において提案された主アマルガムの目的は、補助アマルガムの水銀吸収を加速させ、したがってランプをスイッチオンした際のルーメン出力を更に改良することにある。前記の刊行物は更に、インジュームは低い水銀蒸気圧を生ずるので、補助アマルガムとして用いられる通常のアマルガム形成金属であることに言及している。
【０００４】
冒頭に記載した種類のランプは市販されている。この公知のランプは、給電ユニットと共に照明ユニット内に組み込まれ、白熱ランプに代わって使用するように設計されている。放電容器の管状部分は、管によって互いに連結された３つのＵ字状部分を有する。放電容器の端部に固定されて、その中に主アマルガム、この場合には５．３ｍｇＨｇを有する１８０ｍｇの合金Ｐｂ16Ｂｉ36Ｓｎ48のアマルガムが入れられた排気管がある。この記載における各元素の後に数字を有する表記は、合金における関連元素の原子百分率を示す。補助アマルガムを形成する１．２ｍｇのインジュームで被覆されたＣｒＮｉ鋼の条片が、夫々の電極への給電導体の一方に固定される。ランプのスイッチオン後、この条片の温度は、電極で加熱されるために急速に上昇する。
【０００５】
この公知のランプは、スイッチオン後数分の間、外側部分が中央部分にくらべて比較的明るい領域を形成するという欠点を有する。
【０００６】
本発明の目的は、スイッチオンに続く期間において放電容器の部分間の明るさの差をへらすようにした冒頭記載の種類のランプを供することにある。
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するために、冒頭に記載した種類のランプにおいて、室温での平衡状態において補助アマルガムに吸収される水銀の質量を、平衡状態において放電スペース内に広がる水銀蒸気圧で除した値が最大でも２０mg/Paであることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明者は、公知のランプは、毎日使用される場合、スイッチオフされたままでいる期間が、平衡状態に近づくためには余りに短いことを見出した。補助アマルガムは、日中またはそれより短い間働かないでいると、該アマルガムが平衡状態において含む量にくらべて非常に僅かな水銀しか吸収しないので、補助アマルガムで制御される蒸気圧は平衡水銀蒸気圧にくらべて未だ低い。更に、オフ状態及びスイッチオンの瞬間に補助アマルガムで制御される水銀蒸気圧が放電スペース内の水銀蒸気圧を決定する度合いは非常に大きいので、ランプの初期光出力すなわち点弧後１秒の光出力は比較的低いことも見出された。
【０００９】
補助アマルガムはランプのスイッチオンにより急速に水銀蒸気を放出し、このため補助アマルガムに近く位置する部分、公知のランプでは外側にある部分がルーメン出力の急速な上昇を経験するのは事実である。けれども、水銀が全放電スペースを経て拡がって放電容器の中央の部分にもルーメン出力が上昇することができるまでには比較的長い時間がかかる。
【００１０】
本発明のランプでは、室温での平衡状態において補助アマルガムに吸収される水銀の質量が比較的少ないので、ランプのスイッチオフ後比較的速く平衡状態に近づく。オフ状態において補助アマルガムで制御される水銀蒸気圧はしたがって比較的速く上昇する。ランプのスイッチオンの瞬間に既に放電スペース全体に比較的高い水銀蒸気圧が広がっているので、初期ルーメン出力は比較的高い。ランプの部分間の明るさの差は、これ等の事情の下で比較的目立たないことが見出された。
【００１１】
当業者は、アマルガムの水銀蒸気圧がアマルガムの中にある水銀の質量百分率の関数としてどのように変わるかを、実験することにより確かめることができる。したがって、室温における平衡状態においてアマルガムに吸収される水銀の質量を平衡水銀蒸気圧の２０倍よりも小さくするために、アマルガムを形成する合金の最大許容質量はいかほどであるかを決めることができる。比較的高い水銀含有量でまだ低い水銀蒸気圧を制御する比較的硬質のアマルガム（hard amalgam）の場合には、合金の最大許容量は、比較的低い水銀含有量において既にして高い水銀蒸気圧を制御する比較的軟質のアマルガム（soft amalgam）の場合よりも少ない。室温において補助アマルガムに吸収される水銀の質量（ｍｇで表した）は、平衡水銀蒸気圧（Ｐａで表した）と放電容器の容積（ｃｍ3で表した）の積の０．００２倍よりも大きいのが好ましい。ランプのスイッチオン後のルーメン出力は、小さな量、例えば、前記の積の０．００１倍の質量の場合は比較的ゆっくりと上昇する。
【００１２】
本発明のランプは１つ以上の補助アマルガムを有することもできる。補助アマルガムに吸収される水銀の量はこの場合は補助アマルガムに一緒に合わせて吸収される水銀の量であることを了解されたい。本発明のランプは、例えば、夫々の端部に１つの補助アマルガムを有する。変形では、例えば、第１の補助アマルガムは夫々の端部の給電導体に固定され、第２の補助アマルガムは、電極に隣接した放電容器の壁に固定される。代わりに、補助アマルガムが放電で発生された熱で加熱されるように、放電スペースの中央に位置させることもできる。ランプは１つまたは幾つかの別の主アマルガムを有することができる。例えば、１つの主アマルガムは放電容器の端部の排気管内に入れられる。
【００１３】
導体のコイルが入れられた凹入部を有する１１０ｍｍ直径の洋梨形の放電容器をそなえた無電極低圧水銀蒸気放電ランプが市販されていることは注目に値する。動作時に高周波磁界が前記のコイルによって発生され、放電を維持する。このランプは、５．５ｍｇの水銀が添加された、１８０ｍｇの合金Ｂｉ56Ｉｎ44の主アマルガムと０．１ｍｇのＩｎの補助アマルガムを有する。補助アマルガムに吸収される水銀の質量は、室温での平衡状態における平衡水銀蒸気圧の略３倍である。けれども、補助アマルガムから該補助アマルガムより最も遠く離れた放電スペース内の点迄の距離が比較的小さいこのランプでは、補助アマルガムで放出された水銀は非常に速く放電スペース内に広がることができるので、低い初期ルーメン出力の場合にも局所的な明るさの差は目立たない。
【００１４】
補助アマルガムの水銀蒸気圧が主アマルガムの水銀蒸気圧の少なくとも１／３で、該主アマルガムの水銀蒸気圧より小さいランプが米国特許第５，２０４，５８４号より既知であることは注目に値する。けれども、各補助アマルガムの水銀蒸気圧は、スイッチオフのすぐ後補助アマルガムが冷えた時、無視し得る小さな値から平衡状態の主アマルガムの水銀蒸気圧に等しい値に変わるので、補助アマルガムについての指針はこれよりは得られない。主アマルガムと補助アマルガムの特定の組合せは述べられているが、補助アマルガムの質量、すなわち平衡状態において補助アマルガムに吸収される水銀の質量はこの特許文献よりは知る由もない。
【００１５】
スイッチオフ後にランプが冷えると、補助アマルガムは主アマルガムから該補助アマルガムに拡散する水銀を吸収するので、補助アマルガムで制御される水銀蒸気圧は初めは絶えず上昇する。補助アマルガムが、アマルガムの固相と液相が並存する程の多くの水銀を吸収してしまうと、補助アマルガムで制御される水銀蒸気圧は水銀含有量と事実上無関係となる。
【００１６】
水銀蒸気圧の目立つ程の上昇が再び起こり得ることは、補助アマルガムが完全に液体になる迄はない。
【００１７】
したがって本発明の好ましい実施態様は、補助アマルガムの共存領域における平衡水銀蒸気圧は、室温における水銀蒸気圧に略等しいか若しくはそれより低いことを特徴とする。本発明のランプのこの実施態様では、ランプのスイッチオフ後の放電容器内の水銀蒸気圧の上昇は、共存領域の補助アマルガムの特性によって少なくとも実質的に妨げられることはない。
【００１８】
若し平衡水銀蒸気圧と補助アマルガムの共存領域における水銀蒸気圧との間に小さな正の差があれば、水銀蒸気圧は、共存領域の水銀蒸気圧レベルに比較的速く上昇するであろう。けれども、その後は補助アマルガムは、小さな正の蒸気圧差の結果として、水銀をゆっくりと長期間吸収し続ける。したがって、本発明の一実施態様では、室温での補助アマルガムの共存領域における水銀蒸気圧が平衡水銀蒸気圧よりも高いのが好ましい。補助アマルガムで制御される水銀蒸気圧が平衡水銀蒸気圧に近づくと、補助アマルガムは、該補助アマルガムが平衡状態において有する水銀量を略吸収している。
【００１９】
補助アマルガムは、例えば、電極への給電導体に固定された金網条片上に設けられる。本発明の低圧水銀蒸気放電ランプの有利な実施態様では、補助アマルガムは、開いたハウジングによって取り囲まれる。このハウジングは、補助アマルガムの材料がランプ動作時に飛散するのを防ぐ。本発明の低圧水銀蒸気放電ランプの好ましい一実施態様は、主アマルガムが少なくとも７０℃の臨界温度を有することを特徴とする。本願明細書にいう「臨界温度」という言葉は、固相と液相とが共存する主アマルガムの最高温度であると了解されたい。７０℃以上の臨界温度を有する主アマルガムは、動作時に比較的高い温度をとることを可能にし、ランプの設計を楽にする。
【００２０】
好ましい結果は、主アマルガムは合金ＰｂＢｉＳｎより形成され、補助アマルガムはＳｎＰｂとＰｂＢｉＳｎのグループよりの合金の１つで形成されたことを特徴とする本発明の低圧水銀蒸気放電ランプで得られた。
【００２１】
好ましい結果は、主アマルガム（３０）はＢｉＩｎの合金より形成され、補助アマルガム（３１Ａ，３１Ｂ）はＳｎＰｂとＰｂＢｉＳｎと、ＢｉＩｎのグループよりの合金の１つで形成されたことを特徴とする本発明の低圧水銀蒸気放電ランプで得られた。
【００２２】
本発明のランプの以上述べた及びその他の観点を図面を参照して更に詳しく説明する。図中第１図は本発明のランプの一実施例の斜視図を示す。第２図は第１図の部分IIに相当する部分の縦断面図を示す。第３図は補助アマルガムで吸収されるｍｇで表した水銀の質量とＰａで表した水銀蒸気圧との関係を示す。
【００２３】
第１図の低圧水銀蒸気放電ランプは、水銀と稀ガスを気密状態で含む放電スペース１１を取り囲む放電容器１０をそなえている。この放電容器は、４００Ｐａの封入圧を有する７５％の容積のアルゴンと２５％の容積のネオンとの混合物を含む。この放電容器１０は、４６ｃｍの全長と１０ｍｍの内径を有し且つ端部１３Ａ，１３Ｂで封止された、３つのＵ字形部分１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃより成る石灰ガラスの透光性管状部分から形成される。前記の部分１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃは管１２Ｄ，１２Ｅで互いに連結される。管状部分１２は内面に発光層１５を有する。
【００２４】
給電導体２０Ａ，２０Ａ′：２０Ｂ，２０Ｂ′が、各端部１３Ａ，１３Ｂを通って、放電スペース１１内に配設された各電極２１Ａ，２１Ｂに導かれる。定格動作時に放電スペース１１内の水銀蒸気圧を安定するための主アマルガム３０は、端部１３Ａに連結され且つ放電スペース１１と連通した排気管１４内に位置する（第２図も参照）。この排気管１４内に側方にすき間をもって収容された１１ｍｍの長さのガラスロッド１６により、主アマルガム３０は端部１３Ａから離れて保持される。鋼製のハウジング３２Ａ，３２Ｂが各電極２１Ａ，２１Ｂの給電導体２０Ａ，２０Ｂの一方に固定され、このハウジング内には補助アマルガム３１Ａ，３１Ｂが入れられている。ハウジング３２Ａ，３２Ｂは直径０．１ｍｍの４つの孔を有する。ランプがスイッチオンされると、電極２１Ａ，２１Ｂの放射熱によって、補助アマルガム３１Ａ，３１Ｂを有するハウジング３２Ａ，３２Ｂの温度が急速に上昇し、このため水銀蒸気が放電スペース１１内に放出される。別の実施態様では、補助アマルガムは例えば電極間の放電路内に配設されることができる。この場合アマルガムは放電で発生された熱によって加熱される。
【００２５】
ランプ部分間の明るさの差への補助アマルガムの量とタイプの影響を調べるために、補助アマルガム３１Ａ，３１Ｂが夫々０．３ｍｇのインジュームを含む本発明によるランプ（II）がつくられた。更に、各補助アマルガム３１Ａ，３１Ｂに対して２．５ｍｇのＰｂ16Ｂｉ36Ｓｎ48を有する本発明によるランプ（III）がつくられた。比較のために、１．２ｍｇのインジュームを有する補助アマルガムを含む本発明によらないランプ（Ｉ）がつくられた。主アマルガムは合金Ｐｂ16Ｂｉ36Ｓｎ48より形成され、５．５ｍｇの水銀量が本発明による両方のランプ（II，III）と本発明によらないランプ（Ｉ）に添加された。主アマルガムを形成する合金の質量（ＭL）が７２ｍｇである各タイプ（Ｉ，II，III）のランプと合金の質量（ＭL）が３３ｍｇの各タイプ（Ｉ，II，III）のランプとが１個又は複数個つくられた。主アマルガムの臨界温度は両方の場合ともほぼ８０℃である。
【００２６】
前記のランプは１００時間の耐久テストを受けた。２４時間の不動作の後、ランプは再びスイッチオンされ、初期ルーメン出力（Φ1S）が測定された。この初期ルーメン出力（Φ1S）は、最適動作時のルーメン出力の百分率として表に示されている。ランプが動作してから１分後のルーメン出力（Φ1m）も、やはり動作時のルーメン出力値の百分率として示されている。この表のＮは同一タイプのランプの数を示す。ルーメン出力が同一タイプの１個以上のランプに対して測定された場合は、表はその平均値を示す。この表は更に、平衡水銀蒸気圧（ＰE）、平衡状態において補助アマルガムに吸収される水銀の質量（ｍHg）、本発明による、平衡状態において補助アマルガムに吸収されるべき水銀の最大量（２０×ＰE）、及び補助アマルガムの共存領域における水銀蒸気圧（Ｐc）も含む。
【００２７】
【表１】
0004205161.tif 000002
【００２８】
補助アマルガムに吸収される水銀の質量は、すべての場合、平衡水銀蒸気圧（ＰE）と放電スペースの容積（Ｖ）の積の０．００２倍よりも大きい。
【００２９】
平衡状態において補助アマルガムに吸収される水銀の質量が平衡蒸気圧の２０倍よりも小さい本願発明によるランプは、前記の質量（ｍHg）が平衡蒸気圧（ＰE）の２０倍よりも大きい本発明によらないランプとくらべて、比較的短い不動作期間後でも比較的高い初期ルーメン出力（Φ1S）を有する。種々のランプ部分間の明るさの差は、本発明によるランプ（II，III）の方が、本発明によらないランプにおけるよりも遥に小さいことが見出された。最良の結果はタイプIIIのランプで得られた。本発明によるランプ（II，III）の動作１分後のルーメン出力（Φ1m）は本発明によらないランプ（Ｉ）のそれに匹敵する。
【００３０】
第３図は、室温において補助アマルガムに吸収される水銀の質量（ｍHg）の関数として、使用したアマルガムの水銀蒸気圧（ＰHg）を示す。補助アマルガムに吸収される水銀の質量（ｍHg）は、自由水銀の量が無視し得る程度に小さいので、主アマルガムよりの水銀の質量に略相当する。曲線Ａ，Ｂ及びＣ（破線）はランプの補助アマルガムＡ，Ｂ及びＣの水銀蒸気圧を夫々表す。曲線ＤとＥは、夫々７２ｍｇと３３ｍｇのＰｂ16Ｂｉ36Ｓｎ48で形成された主アマルガムの水銀蒸気圧を示す。曲線Ｆは、補助アマルガムに吸収されるべき水銀の最大質量と平衡水銀蒸気圧の関係を示す。この第３図から、本発明によるランプの補助アマルガムは、本発明によらないランプとくらべると、平衡状態において少ない水銀を含むことが明らかである。したがって、本発明によるランプでは補助アマルガムは比較的少量の水銀を吸収した後既に比較的高い水銀蒸気圧を制御し、このため放電スペース内の水銀蒸気圧は、ランプの比較的短いオフ時間の後既に比較的高い初期ルーメン出力を容易にする。
【００３１】
補助アマルガムＢを有する本発明によるランプでは、共存領域における水銀蒸気圧（Ｐc）は平衡水銀蒸気圧（ＰE）よりも遥に低い。その場合、水銀蒸気圧は、ランプのスイッチオフ後しばらく水銀蒸気圧が補助アマルガムの共存領域において有する値すなわち略０．０１６Ｐａのままである。水銀蒸気圧の絶えざる上昇が、スイッチオフ後にランプが冷えた後に、補助アマルガムＣを有する本発明によるランプに生じる。この場合、共存領域における水銀蒸気圧（Ｐc）は平衡水銀蒸気圧（ＰE）と略同じである。
【００３２】
２つのグループのランプ（IV，Ｖ）が次の実験のためにつくられたが、この場合封入物は２．５ｍｇの水銀を有し、主アマルガムは４５ｍｇの合金Ｂｉ56Ｉｎ44より形成された。かくして形成された主アマルガムは略１０５℃の臨界温度を有する。１つが夫々のランプ端部にある補助アマルガムは、５ｍｇの合金Ｂｉ56Ｉｎ44（IV）とＰｂ16Ｂｉ36Ｓｎ48（Ｖ）とにより２つのグループに形成された。これ等のランプは、アマルガムの選択を除いては第１図のランプに一致する。
【００３３】
【表２】
0004205161.tif 000003
【００３４】
本発明によるランプ（IV，Ｖ）が比較的高い初期ルーメン出力（Φ1S）を有することはやはり明らかである。ランプのスイッチオン後のランプ部分間の明るさの差は小さい。共存領域における補助アマルガムにより制御される水銀蒸気圧（Ｐc）は、グループIVのランプにおける平衡水銀蒸気圧（ＰE）に略等しいグループＶのランプでは、共存領域における補助アマルガムにより制御される水銀蒸気圧は平衡水銀蒸気圧（ＰE）よりも高い。補助アマルガムで制御される蒸気圧が平衡水銀蒸気圧に近づくと、補助アマルガムは該補助アマルガムが平衡状態において有する水銀の量を略吸収していることはこれ等のランプに当て嵌まる。すべての場合において、ランプが動作しなかった期間に補助アマルガムで制御される水銀蒸気圧の上昇は、共存領域の位置によって遅らされることはない。
【００３５】
合金Ｓｎ74Ｐｂ26より形成された補助アマルガムが用いられた本発明による１０個のランプがやはりつくられた。前記の合金の５ｍｇをそなえた金網条片がこの目的で夫々の電極の給電導体に固定された。平衡状態においてこの合金より形成された補助アマルガムに吸収される水銀の質量は、補助アマルガムの質量が等しいとすると、合金Ｐｂ16Ｂｉ36Ｓｎ48より形成された補助アマルガムの質量と同じオーダーかまたは小さい。前記の１０個のランプのうちの５個は６０ｍｇの合金Ｐｂ16Ｂｉ36Ｓｎ48の主アマルガムを有し、２．５ｍｇの量の水銀が添加された。他の５個のランプは４５ｍｇの合金Ｂｉ56Ｉｎ44の主アマルガムを有し、やはり２．５ｍｇの量の水銀が添加された。これ等のことを別にすると、このランプは第１図のランプに相応する。第１のグループの５個のランプの初期ルーメン出力（Φ1S）は２１％であった。第２グループのルーメン出力は２０％であった。１分後のルーメン出力は、両グループのランプに対して７２％であった。これ等のランプがスイッチオン後に示したランプ部分間の明るさの差はやはり僅かなものであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】低圧水銀蒸気放電ランプを示す線図である。
【図２】図1の水銀蒸気放電ランプの一部を拡大して示す線図である。
【図３】水銀蒸気圧を補助アマルガムに吸収された水銀の質量の関数として示すグラフである。
【図１】
0004205161.tif 000004
【図２】
0004205161.tif 000005
【図３】
0004205161.tif 000006