JP2000511687A - 低圧水銀放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による低圧水銀放電ランプは管軸（１１）を有する管状の放電容器（１０を備える。放電容器（１０）はガスを漏れないような方法で放電空間（１２）を取り囲み、電極（２１ａ，２１ｂ）は該空間に配置され、第１（２２ａ，２２ｂ）および第２の固定具（２２ａ’，２２ｂ’）を有する。少なくともひとつの電極（２１ａ）はスクリーン（２３ａ）によって取り囲まれ、該スクリーンは、管軸（１１）を横切る平面において、かつ、第１の固定具（２２ａ）から第２の固定具（２２ａ’）への方向を横切る方向で、最小幅Ｗを有し、該幅は前記固定具（２２ａ，２２ａ’）間の間隔Ｄよりも小さい。スクリーン（２３ａ）は、管軸（１１）の方向に最小幅Ｗの１倍から３倍の間にある長さＬを有する。ランプは冷点弧の場合に比較的少ししか水銀を消耗しない。

Description

【発明の詳細な説明】 低圧水銀放電ランプ 本発明は、管軸を有し、ガスが漏れないような方法で、充填された水銀とひと つまたは幾つかの希ガスとを含有した放電空間を取り囲む管状の放電容器を備え 、前記放電容器の外から、電流供給導体が前記放電容器内に配置された電極に達 しており、前記電極はそれぞれ第１および第２の固定具を有し、他方、少なくと もひとつの前記電極は、スクリーンによって取り囲まれ、該スクリーンは、前記 管軸を横切る平面において、かつ、前記第１の固定具から第２の固定具への方向 を横切る方向で、最小幅Ｗを有し、該幅は前記固定具間の間隔Ｄよりも小さい、 構成の低圧水銀放電ランプに関する。 このような低圧水銀放電ランプは、後記でランプとして引用されるものでもあ るが、米国特許第４，８９１，５５１号により知られている。その放電容器は、 商業的に利用可能なこのタイプのランプにおいて、両側に電極を有する。その電 極のそれぞれは、７ｍｍの最小幅Ｗで、５ｍｍの長さＬを有するスクリーンによ って取り囲まれている。これらの電極は、それらの電流供給導体に固定され、そ の第１および第２の固定具間の間隔Ｄは、１０ｍｍである。そのようなランプは 、照明ユニットを形成するように、供給ユニットと統合されるか、あるいは、選 択的に、供給ユニットと取りはずせるよう結合可能とされる。このランプを冷（ cold）状態で点弧する供給ユニットは、その簡素性ゆえに魅力がある。さらには 、このランプは、冷点弧（cold lgnition）の場合に、すぐに光を発する。しか しながら、既知のこのランプが冷点弧の場合に多くの水銀を消耗することが見い 出された。これは、照明ユニットが、ひんぱんにスイッチをオンに入れられるよ うな用途においては、特に、不利なものとなる。ここに、水銀の消耗は、ランプ 寿命の間、水銀が放電空間から拘束される現象であって、それゆえに、その水銀 はもはや放電に利用できないことがわかる。 本発明の目的は、冷点弧の場合に比較的少ししか水銀を消耗しないところの、 冒頭の段落で記述した種類の低圧水銀放電ランプを提供することにある。 本発明によると、本低圧水銀放電ランプは、この目的のため、前記スクリーン は、前記管軸の方向に、前記最小幅Ｗの１倍から３倍の間にある長さＬを有する 、ことに特徴付けられる。 本発明者らは、前記範囲内の長さＬは、冷点弧の場合における水銀消耗量のか なりの減少に帰着することを実験的に突きとめた。これは、驚くべきことである が、そのようなスクリーンの長さＬが通常の作動の間効果的な影響をもたらさな いことが見い出された。可能な説明は、次のようであって、すなわち、電極の放 射物質（emitter material）に使用される多くの金属、たとえばＣｒ，Ｓｒおよ びＢａの酸化物は、水銀とアマルガムを形成することが可能である。このそれぞ れの金属の酸化物の減少は、実際に、たとえば電極の励起の間、行われることが 見い出される。Ｚｒ−これは、しばしば、放射物質に添加物として使用されるも のであるが−もまた、アマルガム形成金属である。電極上でそのような金属に拘 束された水銀は、電極が熱せられているランプ作動の間、再び解放される。しか しながら、特に、冷点弧の間、その中にあるいくらかのアマルガム形成金属をも つ電極物質は、電極から飛ばされる。上述のように規定された範囲のあるスクリ ーン長さをもつ、本発明に従うランプにおいては、この電極物質は、スクリーン によって捕獲される。他方、このスクリーンは、ランプ作動の間、この位置にお いてまた、電極物質に拘束された水銀の大部分を解放するのに、十分に熱せられ た状態となる。最小幅Ｗの３倍よりも大きい長さＬを有するスクリーンでは、放 射のせいで、比較的多くの熱を失い、したがって、水銀の解放を妨げるところの 、あまりにも低い温度を呈する。もしも、長さＬが最小幅Ｗよりも小さいと、多 くの電極物質は、結局、最後には放電容器の壁になるだろう。この位置において 電極物質に拘束された水銀は、比較的に低い温度のため、きわめて限られた範囲 だけで、本来の場所に解放される。 本発明に従う低圧水銀放電ランプの実用的な実施態様は、前記スクリーンの比 率Ｌ／Ｗは、１．２から２．５の間にある、ことに特徴付けられる。水銀消耗量 の低減は、１．２より低い比率の場合、比較的に制限される。２．５をこえる比 率の場合、水銀消耗量のさらなる低減の評価は示されず、その一方で、そのスク リーンは、放電容器を局部的に暗くする。 コンパクトな構造を達成するため、前記スクリーンの外周は、好ましくは、多 くても、前記間隔Ｄの４倍である。 もっとも有利な結果は、前記電極のそれぞれは、上述したようなスクリーンを 有するところの、本発明に従うランプの実施態様によって、得られる。 本発明に従うランプの電極は、それぞれ、冷励起の場合に単一の電流供給導体 だけを有することができる。この実施態様において、電極は、前記電流供給導体 に対する第１の固定具および放電容器の壁に取り付けたワイヤに対する第２の固 定具を有することができる。 好ましくは、熱励起（hot-ignting）供給ユニットで作動を可能にさせるため 、あるいは、作動の間、電極の追加的な加熱を可能にさせるため、電極は、それ ぞれ、第１および第２の電流供給導体を有し、それらは、それらのそれぞれの第 １および第２の固定具を有する。電極は、第１および第２の固定具間に、追加的 な固定具を有することができる。 上記で述べたそれらのほかの要素としては、熱励起供給ユニットの場合に、お よび／またはランプのスイッチング−オンとスイッチング−オフの間が比較的長 い作動時間の場合に、水銀の消耗での効果的な影響をもたらすことが、見い出さ れる。これらの作動条件のもとでもまた、水銀消耗量を減らすため、本発明に従 う低圧水銀放電ランプの有利な実施態様は、前記放電容器は、内面に保護層が設 けられている、ことに特徴付けられる。そのような保護層、たとえば酸化アルミ ニウムまたは酸化イットリウムのような金属酸化物からなる保護層は、水銀と放 電容器の壁との間の相互作用を妨げる。それはまた、ランプ寿命の間、光束の維 持に貢献する。この放電容器の端部にもまた、保護層が設けられるうる。 この放電容器は、たとえば、一般の照明目的のためのランプにおいて、あるい はＵＶ放射をより波長の大きなＵＶ放射に変換するためのたとえば日焼け用ラン プにおいて、ＵＶ放射を可視放射に変換するための発光層を有することができる 。これに代えて、この発光層は、たとえば殺菌ランプにおいては、これをなしと しうる。 これらの、および本発明に従うランプの他の実施態様は、図面を参照して、さ らに詳細に説明される。ここに、 図１は、本発明に従う低圧水銀放電ランプを示し、 図２は、図１のII−II線による断面図であり、 図３は、スイッチング−オン動作の数（Ｎ）の関数としての自由な水銀のパー センテージ（％_Hg）を示す。 図１および２は、管軸１１を有する管状の放電容器１０を備え、ここでは一般 の照明目的のための、低圧水銀放電ランプを示す。この放電容器１０は、１２０ ｍｍの長さと２５ｍｍの内径を有する。この放電容器１０は、ガスを漏れないよ うな方法で放電空間１２を取り囲み、ここに放電空間１２は、１ｍｇの水銀と、 ２ｍｂａｒのじゅう填圧のアルゴンおよびクリプトンの混合（２５／７５ｖｏｌ ％）を含有する。電流供給導体２０ａ，２０ａ’，２０ｂ，２０ｂ’は、この放 電容器１０の外から、この放電容器の端部１７ａ，１７ｂを通して、この放電空 間に配置された第１および第２の電極２１ａ，２１ｂに達している。図示の実施 態様において、この電極２１ａ，２１ｂそれぞれは、第１の電流供給導体２０ａ ，２０ｂおよび第２の電流供給導体２０ａ’，２０ｂ’を有し、それらは、それ ぞれの第１の固定具２２ａ，２２ｂおよび第２の固定具２２ａ’，２２ｂ’を有 する。この電極２１ａ，２１ｂは、酸化バリウム、酸化ストロンチウムおよび酸 化カルシウムからなる放射物資で、コーティングされている。この電極２１ａ， ２１ｂは、この例の場合には、鉄からなるスクリーン２３ａ，２３ｂによって、 それぞれ取り囲まれている。図示されたこのランプ−下記で“ｉｎｖ１”として 表記され示されるランプ−におけるスクリーン２３ａ，２３ｂは、管軸１１を横 切る平面において、かつ、それぞれの第１の固定具２２ａ，２２ｂから第２の固 定具２２ａ’，２２ｂ’への方向を横切る方向で、７ｍｍの最も小さい幅Ｗを有 する。このスクリーン２３ａ，２３ｂの最小幅Ｗは、電極の固定具間の間隔Ｄで ある１０ｍｍよりも小さい。このスクリーン２３ａ，２３ｂは、この固定具間の 間隔の４倍よりも少ないところの、３６ｍｍの外周を有する。この第１の電極２ １ａのスクリーン２３ａは、その管軸１１の方向に、１５ｍｍの長さ、すなわち この最小幅Ｗの２．１４倍の長さＬを有する。この長さＬは、このように、この 最小幅Ｗの１倍から３倍の間にある。特に、その比率Ｌ／Ｗは、１．２から２． ５の間にある。第２の電極２１ｂのスクリーン２３ｂの長さＬは、５ｍｍである 。 この放電容器は、その内面上に、５５μｇ／ｃｍ²のコーティング加重で微細に 塗布された酸化アルミニウムの保護層１４を有する。この保護層の酸化アルミニ ウムの粒子は、径の中央値（median diameter）がほぼ０．０１３μｍの径で、 ほぼ１００ｍ²／ｇの比面積（specfic area）を有する。図示の実施態様におい て、この保護層１４は、この放電容器１０の内面上に直接に設けられる。変形例 においては、その保護層は、たとえば酸化シリコンからなる、アルカリ金属を退 ける層によって、支持される。アルカリ金属を退ける層は、その放電容器壁から その放電空間への、たとえばナトリウムなどのアルカリ金属の移動を妨害する。 ここに、それらは、水銀とアマルガムを形成するか、あるいは別の他の方法で水 銀の消耗に至らしめるだろうところのものである。この保護層１４は、ここでは 、１．８ｍｇ／ｃｍ²のコーティング加重で発光層１６を支持する。ここに、発 光層１６は、テルビウムにより励起され緑光を発するセリウム−マグネシウムア ルミン塩酸と、二価のユーロピウムにより励起され青光を発するバリウム−マグ ネシウムアルミン塩酸と、三価のユーロピウムにより励起され赤光を発するイッ トリウム酸化物との混合からなる。 耐久性テストにおいて、上述したような本発明に従うランプ“ｉｎｖｌ”、さ らに別の本発明に従うランプ“ｉｎｖ２”、および本発明によらないランプ“ｒ ｅｆ”に対して、水銀消耗量が測定された。ランプｉｎｖ２における両電極は、 １０ｍｍの長さのスクリーンを有する。ランプｒｅｆの両電極は、５ｍｍの長さ のスクリーンを有する。このランプｉｎｖ２およびｒｅｆのスクリーンの比率Ｌ ／Ｗは、それぞれ、１．４３および０．７１である。このランプｉｎｖ２および ｒｅｆは、これら述べたもののほかのすべての事項は、ランプｉｎｖ１に一致す る。 これらのランプは、この耐久性テストの間、冷状態で励起するところの供給ユ ニットによって高い頻度で作動させた。これらのランプは、この間、周期的に、 １５分間スイッチをオンさせ、そして５分間スイッチをオフさせた。水銀消耗量 は、スイッチング−オン動作の数の関数として、ヨーロッパ特許第７２５，９７ ７号に記述された方法によって確かめられ、自由な水銀の移動が、ＤＣ作動の間 、測定された。自由な水銀の重さによる残存パーセンテージ（％_Hg）が、冷励起 作 動の回数（Ｎ）の関数として、図３にプロットされている。図３から、ランプｒ ｅｆの放電空間にある水銀は、３７５０回のスイッチング−オン作動後に、実質 的に使い尽くされたことが、明らかにわかる。本発明に従うランプｉｎｖ１およ びｉｎｖ２においては、かなりの量の水銀が、その時期でも、ランプ作動のため に、まだ自由であった。 これら本発明に従うランプはまた、放電空間を通ずる電流を減少させたような 薄暗い作動（dimmed operaion）の場合、本発明によらないランプに比べて、比 較的少ない水銀を消耗することもわかる。本発明に従うランプと本発明によらな いランプランプとの水銀消耗は、通常の作動の間は、ほぼ同じである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．管軸（１１）を有し、ガスが漏れないような方法で、充填された水銀とひと つまたは幾つかの希ガスとを含有した放電空間（１２）を取り囲む管状の放電 容器（１０）を備え、前記放電容器の外から、電流供給導体（２０ａ，２０ａ ’ ，２０ｂ，２０ｂ’）が前記放電容器内に配置された電極（２１ａ，２１ｂ） に達しており、前記電極はそれぞれ第１（２２ａ，２２ｂ）および第２の固定 具（２２ａ’，２２ｂ’）を有し、他方、少なくともひとつの前記電極（２１ ａ）は、スクリーン（２３ａ）によって取り囲まれ、該スクリーンは、前記管 軸を横切る平面において、かつ、前記第１の固定具から第２の固定具への方向 を横切る方向で、最小幅Ｗを有し、該幅は前記固定具間の間隔Ｄよりも小さい 、 構成の低圧水銀放電ランプであって、前記スクリーン（２３ａ）は、前記管軸 の方向に、前記最小幅Ｗの１倍から３倍の間にある長さＬを有する、ことを特 徴とする低圧水銀放電ランプ。 ２．前記スクリーン（２３ａ）の比率Ｌ／Ｗは、１．２から２．５の間にある、 ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の低圧水銀放電ランプ。 ３．前記スクリーン（２３ａ）の外周は、多くても、前記間隔Ｄの４倍である、 ことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の低圧水銀放電ランプ 。 ４．前記電極のそれぞれは、関連する請求の範囲において規定されたスクリーン を有する、ことを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、または第３項のいず れかに記載の低圧水銀放電ランプ。 ５．前記放電容器（１０）は、内面（１３）に保護層（１４）が設けられている 、 ことを特徴とする先行する請求の範囲のいずれか一に記載の低圧水銀放電ラン プ。