АМАЛЬГАМНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА
AMALGAM FLUORESCENT LAMP

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве газоразрядных источников света, в частности люминесцентных ламп с разрядом в парах ртути низкого давления, в которых ртуть находится в связанном твердожидком состоянии за счет соединения с каким-либо металлом.
В зависимости от функционального назначения различают дозирующие, пусковые и рабочие амальгамы. Дозирующие амальгамы разлагаются в лампе с выделением ртути в количестве, пропорциональном весу амальгамы. Пусковые амальгамы при пуске лампы быстро нагреваются и обеспечивают необходимое количество паров ртути для возникновения в лампе разряда. Рабочие амальгамы определяют давление паров ртути в рабочем режиме лампы. Известны два способа введения и фиксации амальгамы в лампах: введение готовой амальгамы через штенгель во время откачки с фиксацией ее в штенгеле и введение амальгамообразующего металла (сплава) в детали лампы при ее сборке, с образованием амальгамы в готовой лампе после введения дозы ртути во время откачки.
Известна люминесцентная лампа низкого давления (Авторское свидетельство SU №415754; МПК H01J 61/72, H01J 61/20; 15.11.1974), состоящая из трубки-колбы с нанесенным на ее внутреннюю поверхность люминофорным покрытием и впаянными в нее двумя смонтированными ножками с рабочей амальгамой, которая одновременно выполняет основную и пусковую функцию. Амальгама образуется с помощью дозирующей амальгамы, вводимой в лампу через штенгель, служащий для ее откачки, и фиксируется в экране-ловушке, расположенном в рабочем объеме лампы у выходного отверстия штенгеля вблизи катода. Экран-ловушка выполнен в виде чаши, снабженной отогнутыми внутрь бортами чаши с целью исключения скатывания или стекания амальгамы с экрана, выходное отверстие которого обращено к штенгелю.
Недостатком данного технического решения является нетехнологичность процесса изготовления лампы, обусловленная сложной конструкцией лампы.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является амальгамная люминесцентная лампа (Авторское свидетельство SU №877652; МПК H01J 61/20; 30.10.1981), содержащая трубчатую колбу с люминофором и электроды, установленные на ее противоположных концах с помощью продутых ножек, в одной из которых расположена основная амальгама и дополнительная амальгама (дополнительный амальгамообразующий элемент лампы). Основная амальгама имеет пористую структуру. С целью увеличения ее рабочей поверхности, с которой испаряется ртуть, поры в амальгаме сквозные и имеют цилиндрическую форму. За счет увеличения рабочей поверхности давление насыщенных паров ртути достигает оптимальной величины за более короткий промежуток времени, тем самым сокращается время разгорания лампы, т.е. время достижения максимального светового потока. Дополнительный амальгамообразующий элемент (или, как указано в описании прототипа, - дополнительная амальгама) выполнен в виде тонкой индиевой полоски, расположенной между токовыми вводами на торцевой части стекла ножки.
Существенным недостатком конструкции лампы является необходимость загрузки в штенгель лампы, кроме основной амальгамы, дополнительных элементов, ограничивающих перемещение амальгамы к электроду. Сложность конструкции и процесса изготовления основной амальгамы со сквозными порами цилиндрической формы, а также сложность процесса нанесения полоски индия на торцевую часть стекла ножки между токовыми вводами негативно отражаются на общем технологическом процессе изготовления лампы. Кроме того, процесс нанесения индиевой полоски на торцевую часть стекла ножки должен происходить при высоких температурах, что с большой вероятностью может привести к образованию трещин на ножке лампы и выходу ее из строя. При этом индиевая полоска размещена своей стороной с большей поверхностью очень близко к электроду, поэтому во время работы лампы она будет постепенно покрываться материалами, распыляемыми электродом. Это приведет к потере работоспособности индиевой полоски в качестве дополнительного амальгамообразующего элемента и, как следствие, к ухудшению зажигания лампы и к увеличению времени ее разгорания.
Технический результат, достигаемый заявленным техническим решением, заключается в упрощении конструкции лампы, в обеспечении надежного зажигания лампы и в сокращении времени разгорания лампы до оптимальной величины светового потока.
Технический результат достигается тем, что в амальгамной люминесцентной лампе с трубчатой колбой с нанесенным на ее внутреннюю поверхность люминофорным покрытием и с электродами, установленными на противоположных концах колбы с помощью ножек, в каждой из которых имеется два токовых ввода, внутренние концы которых соединены с электродом, а наружные - с контактными штырьками цоколя, при этом в одной из ножек имеется расположенный между токовыми вводами третий изолированный ввод, который отогнут от электрода в сторону цоколя и на котором закреплена основная амальгамообразующая прямоугольная пластина толщиной 0,1-0,15 мм из никеля или никелевой сетки, поверхность которой покрыта тонким слоем амальгамирующего материала, при этом расстояние от основной амальгамообразующей пластины до электрода составляет 12-14 мм, при этом на одном из токовых вводов этой же ножки на расстоянии 4-5 мм от электрода закреплена дополнительная амальгамообразующая прямоугольная пластина толщиной 0,1-0,15 мм из никеля или никелевой сетки меньшей площади, поверхность которой покрыта тонким слоем амальгамирующего металла, при этом площади основной и дополнительной амальгамообразующих пластин находятся в соотношении 3:1, а массы амальгамирующего металла, покрывающего эти пластины, находятся в соотношении 10:2, при этом в этой же ножке имеется штенгель, в котором размещается свободно перемещаемый внутри штенгеля дозатор ртути, представляющий собой двухкомпонентную амальгаму в форме шарика весом 20 мг с соотношением металла и ртути 50:50 весовых процентов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлена амальгамная люминесцентная лампа с одной дополнительной амальгамообразующей пластиной, где 1 - трубчатая колба, 2 - цоколь, 3 - ножка лампы, 4 - электрод, 5 - контактные штырьки цоколя, 6 - штенгель, 7 - люминофорное покрытие, 8 - изолированный ввод, 9 - токовый ввод, 10 - основная амальгамообразующая пластина, 11 - дополнительная амальгамообразующая пластина, 12 - дозатор ртути.
На фиг. 2 представлена амальгамная люминесцентная лампа с двумя дополнительными амальгамообразующими пластинами 11, расположенными на токовых вводах 9 противоположных электродов лампы.
Амальгамная люминесцентная лампа, как показано на фиг. 1, содержит трубчатую колбу 1, с нанесенным на ее внутреннюю поверхность люминофорным покрытием 7, электроды 4, установленные на противоположных концах колбы с помощью ножек 3, каждая из которых имеет два токовых ввода 9, внутренние концы которых соединены с электродом 4, а наружные - с контактными штырьками 5 цоколя 2. При этом в одной из ножек имеется третий изолированный ввод 8, который расположен между токовыми вводами и отогнут от электрода в сторону цоколя, т.е. в область с более низкой температурой по сравнению с другими областями работающей лампы. В этой же ножке имеется штенгель 6, в котором размещен дозатор ртути 12, представляющий собой двухкомпонентную амальгаму (например, цинк-ртуть, свинец-ртуть, олово-ртуть) в форме шарика, который может свободно перемещаться внутри штенгеля. На изолированном вводе 8 закреплена основная амальгамообразующая пластина 10 прямоугольной формы толщиной 0,1-0,15 мм из никеля или никелевой сетки, поверхность которой покрыта тонким слоем амальгамирующего материала (например, индием или сплавом индия с другими металлами). В процессе изготовления лампы на этой пластине образуется основная (рабочая) амальгама. На одном из токовых вводов 9 закреплена дополнительная амальгамообразующая пластина 11 толщиной 0,1-0,15 мм из никеля или никелевой сетки прямоугольной формы и с меньшей, чем у основной амальгамообразующей пластины, площадью. Поверхность дополнительной амальгамообразующей пластины также покрыта тонким слоем амальгамирующего металла (например, индием или сплавом индия с другими металлами). В процессе изготовления лампы на этой пластине образуется дополнительная (пусковая) амальгама. Основная амальгамообразующая пластина 10 расположена на расстоянии 12-14 мм от электрода. Дополнительная амальгамообразующая пластина расположена на расстоянии 4-5 мм от электрода. Площади пластин находятся в соотношении 3:1, а массы амальгамирующего металла, покрывающего эти пластины, находятся в соотношении 10:2.
Для того чтобы обеспечить более надежное зажигание лампы и более существенное сокращение времени разгорания лампы до оптимальной величины светового потока, лампа может быть выполнена, как показано на фиг. 2, с двумя дополнительными амальгамообразующими пластинами 11, расположенными на токовых вводах 9 противоположных электродов лампы.
Процесс образования амальгамы на основной и дополнительной/дополнительных амальгамообразующих пластинах происходит следующим образом. После термовакуумной обработки лампы, перед ее отпаем, в штенгель вводится дозатор ртути в виде шарика амальгамы. После отпая лампы от откачной установки она подвергается технологической операции цоколевания, при этом цоколь необходимо разогреть до 220-250°С. Цоколевание происходит в вертикальном положении колбы, при этом ножка со штенгелем находится снизу и дозатор ртути перемещается к месту отпая штенгеля, где температура в момент цоколевания составляет не менее 220°С. Под воздействием этой температуры происходит высвобождение ртути из дозатора, и она поступает во внутренний объем колбы лампы. После тренировки и выдержки лампы в течение 3-х часов вся ртуть поглощается амальгамирующим металлом основной и дополнительной/дополнительных амальгамообразующих пластин в количественном соотношении, соответствующем площадям поверхностей пластин. При этом во внутренний объем лампы поступает около 10 мг ртути и, с учетом соотношений площадей основной и дополнительной амальгамообразующих пластин, а также масс покрывающего их амальгамирующего металла, 80% ртути поглотится основной амальгамообразующей пластиной, а оставшееся количество ртути поглотится дополнительной амальгамообразующей пластиной. При этом за счет ртути, поглощенной дополнительной/дополнительными амальгамообразующей пластиной, а также за счет расположения этой пластины вблизи электрода обеспечивается необходимое количество содержащихся во внутреннем объеме лампы паров ртути для надежного зажигания лампы. За счет амальгамы, образовавшейся на основной амальгамообразующей пластине, обеспечивается достаточное количество содержащихся во внутреннем объеме лампы паров ртути для быстрого разгорания лампы до оптимальной величины светового потока и поддержания рабочего режима лампы. При этом расположение основной амальгамообразующей пластины в зоне, удаленной на 12-14 мм от электрода, позволяет обеспечить ее нагрев до температуры 40-45°С и поддерживать на оптимальном уровне количество паров ртути во внутреннем объеме лампы в диапазоне температуры окружающей среды от 20°С до 65°С.
Зажигание лампы после выдержки происходит без затруднений, при этом разгорание лампы до уровня 60% от максимальной величины светового потока достигается в течение 40 с для лампы с одной дополнительной амальгамообразующей пластиной и 30 с для лампы с двумя дополнительными амальгамообразующими пластинами (при температуре окружающей среды 25°С). В таблице 1 приведены значения времени разгорания ламп типа ЛБ 15 с одной дополнительной амальгамообразующей пластиной и двумя дополнительными амальгамообразующими пластинами, которые получены в ходе испытаний ламп в аттестованном фотометрическом шаре диаметром 1 м с подогреваемым устройством.
Упрощение конструкции лампы достигается за счет использования широко применяемых в светотехнической отрасли конструктивных элементов и технологий их изготовления. При этом за счет использования отработанных в отрасли технологий значительно снижается трудоемкость изготовления лампы.