專利名稱：充有低壓汞蒸汽的放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用汞齊充低壓汞蒸汽的放電燈，具體講涉及一種結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈，在該熒光燈中，一根玻璃管被多重彎曲并被一個(gè)玻璃球形外殼罩起來(lái)。
這種結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈被推薦代替常規(guī)的白熾燈。在該緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈(以下稱之為熒光燈)中，玻璃管被多次彎曲，例如被變成U形，以便增加燈管的長(zhǎng)度(以下，該燈管被稱為多U形彎曲燈管)。這種多U形燈管用那種玻璃球形燈罩罩起來(lái)，以便模仿常規(guī)白熾燈的形狀。這樣，在具有多個(gè)U形彎的燈管中的汞蒸汽壓在熒光燈被點(diǎn)亮?xí)r比起直形燈管更容易受到熱的影響。
為了解決這一問(wèn)題，推薦了第一類常規(guī)熒光燈，例如在日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)昭-62-64044中就是這樣。在這種第一類常規(guī)熒光燈中，在所述多重U型彎曲燈管中的放電空間中的汞蒸汽壓利用汞齊保持在一優(yōu)選的范圍內(nèi)。圖8是所述第一種常規(guī)熒光燈的多重U型彎曲燈管的局部橫剖側(cè)視圖。
如從圖8可看到的那樣，第一種類型的常規(guī)的熒光燈包括一個(gè)主汞齊1和一個(gè)輔助汞齊8。主汞齊1主要在熒光燈被點(diǎn)亮?xí)r控制汞蒸汽壓力在預(yù)定范圍內(nèi)。輔助汞齊8使汞在熒光燈打開(kāi)的起初容易蒸發(fā)。這樣，第一種類型的常規(guī)的熒光燈的亮度從點(diǎn)亮開(kāi)始到結(jié)束保持在大致恒定不變的水平。
主汞齊1被設(shè)置在多U型彎曲燈管6的一端處的每個(gè)電極7附近的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)管4中的一個(gè)預(yù)定的位置。輔助汞齊8被設(shè)置在每個(gè)電極7附近，使得它直接暴露于放電空間6a。
另一方面，因?yàn)樽枣?zhèn)流熒光燈代替了常規(guī)的白熾燈，所以熒光燈在熒光燈配置時(shí)的安裝方向是變化的。因此，在多U形彎曲燈管中汞齊位置處的溫度明顯地隨熒光燈的安裝方向而變化。于是，要將汞蒸汽壓力從點(diǎn)亮開(kāi)始到結(jié)果控制在一個(gè)預(yù)定的范圍內(nèi)是困難的。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，就推薦了第二種類型的熒光燈，例如在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)昭60-202652中可以看到這種例子。圖9是這種第二種類型的常規(guī)的熒光燈的多U形彎曲燈管的局部橫剖側(cè)視圖，而

圖10是顯示圖9中所示容器10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的經(jīng)過(guò)放大的橫剖側(cè)視圖。如從圖9和10中可以看到的那樣，主汞齊1被盛放在一個(gè)可移動(dòng)的容器10中，而容器10在第二種類型的常規(guī)的熒光燈中多U形彎曲燈管中可以自由移動(dòng)。這樣，被盛存在容器10中的主汞齊1總是逆重力方向基本上被放置在多彎曲燈管6中的最低位置處，與第二類常規(guī)熒光燈的安裝方向無(wú)關(guān)。輔助汞齊8被設(shè)置在溫度高于主汞齊1的電極7附近。當(dāng)?shù)诙N常規(guī)熒光燈被關(guān)閉時(shí)，輔助汞齊8吸收放電空間6a中的汞原子。當(dāng)?shù)诙惓Ｒ?guī)熒光燈被打開(kāi)時(shí)，輔助汞齊8在點(diǎn)亮開(kāi)始釋放汞原子。
在上述第一和第二種類型的常規(guī)熒光燈中，主要使用一種包括一個(gè)輝光放電管的銅鐵鎮(zhèn)流電路。在點(diǎn)亮的開(kāi)始，輔助汞齊8通過(guò)在輝光放電管工作時(shí)預(yù)熱燈絲的方式被加熱，結(jié)果，汞從輔助汞齊8中釋放出來(lái)。當(dāng)汞從輔助汞齊8中被釋放出來(lái)時(shí)，在多U形彎曲燈管6的放電空間6a的汞蒸汽壓力迅速上升。因此，常規(guī)熒光燈的亮度從點(diǎn)亮初始增加到預(yù)定值的時(shí)間可以縮短。(關(guān)于汞齊的原理，請(qǐng)看Journal of IES/APRIL 1977，PP.141 to 147)。
近年來(lái)，要求結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈瞬間點(diǎn)亮，就象白熾燈那樣。因此，可以瞬間起動(dòng)熒光燈的電子鎮(zhèn)流電路被廣泛地采用代替了常規(guī)的銅-鐵鎮(zhèn)流電路。當(dāng)將電子鎮(zhèn)流電路用于常規(guī)的熒光燈時(shí)，預(yù)熱燈絲的時(shí)間太短以至于不能加熱輔助汞齊8釋放出汞原子。由于燈絲的熱量太少?gòu)妮o助汞齊8中釋放出的汞原子的量也太少。因此，要將汞蒸汽的壓力在點(diǎn)亮的開(kāi)始就保持在一個(gè)預(yù)定值范圍內(nèi)是困難的。燈的亮度從點(diǎn)亮開(kāi)始增加到預(yù)定值的時(shí)間變得更長(zhǎng)。
另一方面，在第二種類型的常規(guī)的熒光燈中，主汞齊1被盛放在容器10中，汞齊1的表面的大部分通過(guò)容器10的開(kāi)口10a被暴露于放電空間6a，因?yàn)橹鞴R1的表面大得足以在第二種類型的常規(guī)熒光燈關(guān)閉后吸收大量汞原子，所以容器10的開(kāi)口10a允許放電空間6a中的汞原子返回處于容器10中的主汞齊1中。輔助汞齊8也被采用吸收汞原子，這要比使用主汞齊1要容易得多。在與瞬時(shí)啟動(dòng)型電子鎮(zhèn)流電路相組合的情況下，在第二種類型的常規(guī)的熒光燈重新點(diǎn)亮的開(kāi)始在放電空間6a中的汞蒸汽壓力不能保持大于預(yù)定值。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其包括結(jié)構(gòu)緊湊的帶有電極的自鎮(zhèn)流熒光燈和無(wú)電極熒光燈，在這些燈中，在放電空間中的汞蒸汽壓從燈點(diǎn)亮開(kāi)始就可以保持在一個(gè)優(yōu)選的范圍內(nèi)，并且在燈被打開(kāi)后燈的亮度達(dá)到一個(gè)預(yù)定值的時(shí)間也可以被縮短。
本發(fā)明的充有低壓汞蒸汽的放電燈包括一個(gè)具有涂于其一個(gè)內(nèi)表面上的熒光層的容器；一個(gè)包括汞并被設(shè)置在形成于該容器內(nèi)部的一個(gè)放電空間中的一個(gè)預(yù)定位置上的汞齊；以及一個(gè)用于根據(jù)燈的開(kāi)和關(guān)限制汞齊和放電空間之間的汞原子的運(yùn)動(dòng)的阻擋器件。提供該阻擋器件與汞齊接觸以便保護(hù)汞齊不受放電空間的影響，至少該阻擋器件有一個(gè)開(kāi)口除外。阻擋器件的開(kāi)口使得可以在熒光燈被點(diǎn)亮?xí)r將汞原子從汞齊供給放電空間，并且在熒光燈被關(guān)閉之后汞齊固化時(shí)防止汞原子從放電空間返回汞齊。
在上述結(jié)構(gòu)中，除去上述汞齊系統(tǒng)外不引入任何其他形式的汞齊，例如輔助汞齊。當(dāng)充電低壓汞蒸汽的放電燈被點(diǎn)亮?xí)r，汞齊由于來(lái)自燈絲或類似物的熱而由固相變?yōu)橐合?。在放電空間中消耗掉的汞原子可以通過(guò)阻擋器件的開(kāi)口從汞齊補(bǔ)充。這樣，當(dāng)熒光燈被點(diǎn)亮?xí)r可以保持燈的亮度。當(dāng)熒光燈被關(guān)閉時(shí)，散布在放電空間中的汞原子開(kāi)始返回汞齊。然而，阻擋器件限制汞原子由放電空間返回汞齊。當(dāng)汞齊固化時(shí)只有一部分散布在放電空間中的汞原子可以返回汞齊，因?yàn)樽钃跗骷拈_(kāi)口太小，以至于不能使所有應(yīng)該返回普通型汞齊的汞原子都返回汞齊。大多數(shù)散布在放電空間中的汞原子仍然保持現(xiàn)狀。因此，在熒光燈重新點(diǎn)亮的開(kāi)始在放電空間中的汞蒸汽壓力保持在一個(gè)大于預(yù)定值的水平。熒光燈的亮度從該燈重新點(diǎn)亮開(kāi)始到達(dá)預(yù)定值的時(shí)間變短了，結(jié)果，在熒光燈重新點(diǎn)亮一開(kāi)始就可以得到充分的亮度。在熒光燈照明時(shí)消耗在放電空間中的汞原子可以由汞齊補(bǔ)充，使得在熒光燈亮?xí)r可以將放電空間中的汞蒸汽壓力保持在一個(gè)預(yù)定的范圍內(nèi)。這樣，可以從熒光燈點(diǎn)亮開(kāi)始至結(jié)束得到預(yù)定的亮度。
在本發(fā)明的上述充有低壓汞蒸汽的放電燈中，較為可取的是阻擋器件是只帶有一個(gè)開(kāi)口的容器，當(dāng)開(kāi)口的面積被轉(zhuǎn)換成為具有相同面積的圓的直徑時(shí)開(kāi)口的有效部分的直徑大于汞原子的直徑，但小于0.5mm。此外，幾乎所有的汞齊表面都與阻擋器件接觸，只是開(kāi)口除外。利用這樣一種結(jié)構(gòu)，返回汞齊的汞原子被集中在汞齊表面以作為阻擋器件的容器的開(kāi)口的位置上。這樣，汞原子返回汞齊的速度變慢。同時(shí)，在放電空間里的汞原子返回汞齊之前，熒光燈的溫度變得低于汞齊的固化溫度。這樣，汞齊上面對(duì)著容器開(kāi)口的汞原子難以擴(kuò)散到汞齊中并且它們也難以留在汞齊的表面上。這樣，大量的汞原子就仍然留在放電空間中。
進(jìn)一步講，較為可取的是該容器被設(shè)置在放電空間的最冷部分；該容器沿長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度大于與長(zhǎng)度方向垂直的方向的最大寬度，并且所述開(kāi)口形成于容器沿長(zhǎng)度方向的一端。借助于這樣的結(jié)構(gòu)，汞齊朝向開(kāi)口的表面暴露于放電空間中的冷條件下。因此，汞齊朝向開(kāi)口的表面處的溫度低于汞齊內(nèi)部，結(jié)果汞齊朝向開(kāi)口的表面固化得比其內(nèi)部快。這樣，在汞齊固化時(shí)粘附在汞齊朝向開(kāi)口的表面上的汞原子擴(kuò)散到汞齊中所用的時(shí)間就被縮短了。
更進(jìn)一步講，較為可取的是該容器的長(zhǎng)度大于5mm而小于15mm。按照這樣一種結(jié)構(gòu)，在容器中汞齊從表面到底部的距離足以防止在汞齊已在進(jìn)行固化時(shí)均勻地從放電空間返回的汞原子的擴(kuò)散。
更進(jìn)一步講，極為可取的是容器上形成開(kāi)口的那一端被設(shè)置在比另一端冷的一側(cè)。借助于這樣的結(jié)構(gòu)，在熒光燈關(guān)閉后，在開(kāi)口附近的汞齊可以固化得比其他部分(例如汞齊的內(nèi)部)快。
更進(jìn)一步講，較為可取的是在容器的開(kāi)口中設(shè)置了具有一系列通孔的多孔過(guò)濾器，當(dāng)將通孔的面積被轉(zhuǎn)換成具有相同面積的直徑時(shí)，每一個(gè)通孔的有效部分的直徑大于汞原子的直徑。這種結(jié)構(gòu)在容器的開(kāi)口不能做得足以起到阻擋物作用所需要的那么小的情況下是十分有效的。這種多孔過(guò)濾器起阻擋物作用。
更進(jìn)一步講，較為可取的是這種多孔過(guò)濾器選自沸石、多孔玻璃或多孔氧化物顆粒的聚集體。借助于這樣的結(jié)構(gòu)，多孔過(guò)濾器具有進(jìn)一步的作用，即它的顆粒起到一種用于防止汞齊過(guò)冷的假核作用。這樣，汞齊可以很容易地由液相變?yōu)楣滔唷?br> 在上述結(jié)構(gòu)中，較為可取的是該容器是用玻璃材料制成的。借助于這種結(jié)構(gòu)，該容器可以制成所希望的形狀，例如水滴狀。容器的生產(chǎn)率可以提高，它的成本可以降低。
另一方面，在本發(fā)明的上述充有低壓汞蒸汽的放電燈中，較為可取之處在于阻擋器件是一種具有一系列分散開(kāi)設(shè)置在其中的開(kāi)口的容器，當(dāng)將開(kāi)口的面積轉(zhuǎn)換為具有相同面積的圓的直徑但是開(kāi)口的總面積小于0.2mm2時(shí)，每一個(gè)開(kāi)口的有效部分的直徑大于汞原子的直徑。借助于這樣的結(jié)構(gòu)，返回汞齊的汞原子被聚集在汞齊表面上由容器的開(kāi)口預(yù)先限定的位置上。這樣，汞原子返回汞齊的速度變慢。同時(shí)，在放電空間中的汞原子返回汞齊之前，熒光燈的溫度變得低于汞齊的固化溫度。因此，許多汞原子仍然保留在放電空間中。
此外，較為可取的是容器是用多孔玻璃材料制成的。借助于這樣的結(jié)構(gòu)，多孔玻璃的貫通孔起到所述開(kāi)口的作用。玻璃的顆粒起到防止汞齊過(guò)冷的假核作用。這樣，汞齊可以很容易地由液相變?yōu)楣滔唷?br> 另一方面，在本發(fā)明的上述充有低壓汞蒸汽的放電燈中，較為可取的是阻擋器件是用一種顆粒聚集體制成的這些顆粒被涂在汞齊的表面上并且具有一系列貫通孔，當(dāng)貫通孔的面積被轉(zhuǎn)換成具有相同面積的圓的直徑并且這些貫通孔的總面積小于約0.2mm2時(shí)，每一個(gè)貫通孔的有效部分的直徑大于汞原子的直徑。借助這樣一種結(jié)構(gòu)，返回汞齊的汞原子聚集在阻擋器件的通孔附近的汞齊表面的若干部分上。這樣，汞原子返回汞齊的速度變慢。同時(shí)，在放電空間中的汞原子返回汞齊之前，熒光燈的溫度變得低于汞齊的固化溫度。這樣，大量的汞原子仍然留在放電空間中。
此外，較為可取的是顆粒聚集體選自氧化物顆粒、沸石顆粒、云母顆粒和玻璃顆粒。尤其是氧化物是選自氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、氧化鎂和稀土金屬氧化物。按照這樣一種結(jié)構(gòu)，顆粒被用作防止汞齊過(guò)冷的假核。這樣，汞齊容易由液相變?yōu)楣滔唷?br> 在上述那些結(jié)構(gòu)中，較為可取的是在容器的兩端提供一對(duì)電極并且至少在這對(duì)電極之中的一個(gè)電極附近提供汞齊。借助于這樣的一種結(jié)構(gòu)，可以得到一種帶有球形燈罩的結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈，在這種熒光燈中，汞齊根據(jù)用于控制放電空間中的汞蒸汽壓的那個(gè)電極附近的溫度而起作用。
另一方面，較為可取的是從該容器的外部提供電磁能量供給裝置，并且汞齊被設(shè)置在放電空間中供給電磁化量的那一部分。按照這樣一種結(jié)構(gòu)，可以得到一種無(wú)電極熒光燈，在這種熒光燈中，使汞齊起作用的是由容器外部提供的用于控制放電空間內(nèi)的汞蒸汽壓力的電磁能量所產(chǎn)生的溫度。
在上述結(jié)構(gòu)中，較為可取的是汞齊的基礎(chǔ)材料包括至少一種選自鉍、銦、錫、鋅和銀的金屬。按照這樣一種結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)選擇這些材料之一或它們的組合可以自由設(shè)定使汞齊起作用的溫度。
在上述結(jié)構(gòu)中，較為可取的是所述容器可以是選自包括多次彎曲管、圓形彎曲管、直管和燈泡在內(nèi)的一組之中的一種。借助于這樣一種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的汞齊系統(tǒng)可以應(yīng)用于市場(chǎng)上的各種類型的熒光燈中。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的充有低壓汞蒸汽的放電燈的第一個(gè)實(shí)施例的一種結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈的多次U形彎曲的燈管的結(jié)構(gòu)的局部剖開(kāi)的橫剖側(cè)視圖；圖2A、2B和2C分別是顯示在圖1所示的多次U形彎曲的管6中含有汞齊1的容器2的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的放大的橫剖視圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的充有低壓汞蒸汽的放電燈的第二個(gè)實(shí)施例的一種結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈的多次U形彎曲的燈管的結(jié)構(gòu)的局部剖開(kāi)的橫剖側(cè)視圖；圖4是顯示圖3所示的多次U形彎曲的燈管的汞齊和粘附于其上的顆粒聚集體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的放大的橫剖視圖；圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的充有低壓汞蒸汽的放電燈的第三個(gè)實(shí)施例的一種無(wú)電極型熒光燈的結(jié)構(gòu)的局部剖開(kāi)的橫剖側(cè)視圖；圖6是顯示從第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈、第一個(gè)常規(guī)的結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈和一個(gè)對(duì)照的結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈點(diǎn)亮開(kāi)始亮度和時(shí)間之間的關(guān)系的特性曲線；
圖7是顯示從第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈點(diǎn)亮開(kāi)始亮度和時(shí)間之間的關(guān)系的特性曲線；圖8是顯示第一種類型的常規(guī)的結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈的結(jié)構(gòu)的局部剖去的橫剖側(cè)視圖；圖9是顯示第二種類型的常規(guī)的結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈的結(jié)構(gòu)的局部剖去的橫剖側(cè)視圖；以及圖10是顯示圖9所示容器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的放大的橫剖側(cè)視圖。
第一個(gè)實(shí)施例參照?qǐng)D1、2A和6說(shuō)明本發(fā)明的充有低壓汞蒸汽的放電燈的第一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例。第一個(gè)實(shí)施例涉及一種結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈，例如具有多U形彎曲燈管的那種熒光燈(以下簡(jiǎn)稱熒光燈)。如從圖1可看到的那樣，第一個(gè)實(shí)施例的熒光燈包括一個(gè)多次U形彎曲管(玻璃器皿)6、一對(duì)電極(燈絲)7(在圖中示出了一個(gè)電極)和設(shè)置在管6兩端的細(xì)長(zhǎng)管4。在管6的內(nèi)表面上形成一個(gè)熒光層5。容器2(例如它是用玻璃制的)被設(shè)置在每一個(gè)細(xì)長(zhǎng)管4內(nèi)。汞齊1由基本材料鉍銦合金和包括在基本材料中的3％(按重量計(jì))的汞構(gòu)成。汞齊1被盛放在容器2中。
容器2被用作限制汞原子在汞齊1和管6內(nèi)的放電空間6a之間運(yùn)動(dòng)的阻擋物。換句話講，阻擋物降低了汞原子的運(yùn)動(dòng)度。如可從圖2A中看到的那樣，容器2的一個(gè)內(nèi)側(cè)壁與汞齊1貼合，從而將汞齊1與放電空間6a隔開(kāi)。容器2具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的水滴形狀。容器2的在軸向(長(zhǎng)度方向)上的長(zhǎng)度約為10mm，而在容器2的一端開(kāi)口3的直徑約為0.1mm。然而，開(kāi)口3的尺寸不受這個(gè)數(shù)量方面的例子的限制。較為可取的是當(dāng)容器2的開(kāi)口3的面積被轉(zhuǎn)換為具有相同面積的圓的直徑時(shí)，開(kāi)口3的有效部分的直徑大于汞原子的直徑但小于0.5mm。容器2以一種方式設(shè)置在細(xì)長(zhǎng)管4中，使得開(kāi)口3被設(shè)置在遠(yuǎn)離電極7的低溫端。通常，當(dāng)熒光燈被點(diǎn)亮?xí)r，細(xì)長(zhǎng)管4的內(nèi)部是放電空間內(nèi)最冷的部分。當(dāng)熒光燈亮著時(shí)，開(kāi)口3的面積使得可以將汞原子從汞齊1供給放電空間6a，但又在熒光燈關(guān)閉后當(dāng)汞齊1固化時(shí)防止汞原子由放電空間6a返回汞齊1。
以下描述本發(fā)明的原理。在熒光燈亮著時(shí)，存在于處于一極為可取的蒸汽壓力下的放電空間中的汞原子在熒光燈被關(guān)閉后隨著溫度的降低開(kāi)始返回汞齊1。然而，容器2中的汞齊1只在開(kāi)口3處暴露于放電空間6a。如上所述，開(kāi)口3的面積是極小的。汞原子的運(yùn)動(dòng)度非常小，結(jié)果在大量汞原子返回汞齊1之前汞齊1業(yè)已固化。因此，汞原子向汞齊1中擴(kuò)散的速度變得非常慢。在汞齊1固化后，汞原子僅僅粘附在汞齊1在開(kāi)口3附近的極小表面上。進(jìn)一步講，在汞齊1與放電空間6a之間的邊界處汞原子的密度變得要比在其他部分大得多，使得在邊界附近的汞蒸汽壓力上升。這樣，可以降低放電空間內(nèi)汞原子的減少。因此，在熒光燈重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)可以增加第一個(gè)實(shí)施例的熒光燈的亮度。
制造第一個(gè)實(shí)施例的熒光燈的樣品燈并測(cè)量該熒光燈在重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度。制備圖8所示的第一種類型的常規(guī)的熒光燈并且沒(méi)有汞齊和輔助汞齊但充有汞蒸汽的參考熒光燈作為對(duì)照例。也測(cè)量這些對(duì)照例在重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度。測(cè)量結(jié)果示于圖6中。
在圖6中，橫座標(biāo)表示從熒光燈點(diǎn)亮初始開(kāi)始計(jì)算的時(shí)間，而縱座標(biāo)表示每個(gè)熒光燈在測(cè)量時(shí)對(duì)于該熒光燈亮度的最大強(qiáng)度的相對(duì)亮度(％)。特性曲線“A”表示本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的熒光燈的相對(duì)光通量。特性曲線“B”表示常規(guī)熒光燈的相對(duì)亮度。特性曲線“C”表示參考熒光燈的相對(duì)亮度。每個(gè)熒光燈除去預(yù)熱型燈絲之外包括一個(gè)電子鎮(zhèn)流電路。每個(gè)熒光燈點(diǎn)亮一次時(shí)間為數(shù)個(gè)小時(shí)。此后，在環(huán)境溫度為25℃的情況下在將熒光燈關(guān)閉后經(jīng)過(guò)15個(gè)小時(shí)后重新點(diǎn)亮每一個(gè)熒光燈。
如從圖6可看到的那樣，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的熒光燈的特性曲線“A”是從大約50％的相對(duì)亮度開(kāi)始。另一方面，根據(jù)常規(guī)熒光燈的特性曲線“B”是從大約20％的相對(duì)亮度開(kāi)始，因?yàn)樵谥匦曼c(diǎn)亮開(kāi)始由于主汞齊1和輔助汞齊8的緣故汞蒸汽壓較低。大約經(jīng)過(guò)1000秒后，第一個(gè)實(shí)施例的熒光燈可以基本上保持最大亮度。同樣，在經(jīng)過(guò)大約2000秒后，常規(guī)熒光燈可以基本上保持最大亮度。相反，根據(jù)參考熒光燈的特征曲線“C”是從大約60％的相對(duì)亮度開(kāi)始。然而，參考熒光燈的相對(duì)亮度在達(dá)到最大亮度之后降低，這是由于汞蒸汽壓在熒光燈的亮度通過(guò)最大亮度后增加到最佳壓力以上的一個(gè)壓力值。
其次，要研究第一個(gè)實(shí)施例的熒光燈的亮度的相對(duì)強(qiáng)度在重新點(diǎn)亮開(kāi)始增加的原因。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)實(shí)施例的熒光燈在首次被點(diǎn)亮幾個(gè)小時(shí)過(guò)程中，容器2中的汞齊1在大約120℃的溫度下變?yōu)橐合唷Ｒ虼?，汞原子均勻地分散在汞齊1中，在容器2的開(kāi)口3處在汞齊1和放電空間6a之間的邊界處汞處于氣相的液相之間的平衡狀態(tài)。盡管熒光燈被點(diǎn)亮了很長(zhǎng)時(shí)間，但放電空間中的汞蒸汽壓仍然基本上保持在最佳條件下，結(jié)果事實(shí)上始終獲得最大強(qiáng)度的亮度。與消耗在管6的放電空間6a中相同量的汞原子是由汞齊1供給的。
當(dāng)?shù)谝粋€(gè)實(shí)施例的熒光燈被關(guān)閉時(shí)，汞原子將通過(guò)開(kāi)口3直接返回汞齊1或者當(dāng)重復(fù)附著容器2的側(cè)壁上和從容器2的側(cè)壁上釋放之間的循環(huán)時(shí)直接通過(guò)開(kāi)口3返回汞齊1，在容器2中溫度和汞蒸汽壓力都降低了。然而，由于當(dāng)將開(kāi)口3變換成圓形時(shí)容器2的開(kāi)口3的直徑大約為0.1mm，所以汞原子的運(yùn)動(dòng)的傳導(dǎo)性太小了。盡管汞齊1處于液相，但是存在于放電空間中的汞原子只有一部分可以返回汞齊1中。附著在呈液相的汞齊1的表面上的汞原子可以容易地?cái)U(kuò)散到汞齊1中。
當(dāng)汞齊1固化時(shí)，汞原子向汞齊1中擴(kuò)散的速率驟然降低。在汞齊1固化后到達(dá)的汞原子就沉積并附著在汞齊1的表面上。然而，汞齊1暴露于放電空間6a的面積太小，使得附著在汞齊1的表面上的汞的密度驟然增加。當(dāng)汞齊1表面附近的汞蒸汽壓力實(shí)際上與容器2的壁的表面附近的汞蒸汽壓力相等時(shí)，汞原子的運(yùn)動(dòng)就停止了。此時(shí)，在熒光燈點(diǎn)亮過(guò)程中存在于放電空間6a中的汞原子的大多數(shù)仍然繼續(xù)存在于包括容器2的壁的放電空間6a中。借助于上述過(guò)程，可以認(rèn)為第一個(gè)實(shí)施例的熒光燈在它被重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度同常規(guī)的熒光燈相比較將增加。
如圖2A所示，參考當(dāng)將開(kāi)口3的面積變換為相同面積的圓的直徑時(shí)，容器2的開(kāi)口3的直徑約為0.1mm，這個(gè)關(guān)于數(shù)量的例子解釋了上述第一個(gè)實(shí)施例。然而，容器2的開(kāi)口3的尺寸越小，可留在放電空間6a中的汞原子的量越大。因此，可以使熒光燈被重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度增加。另一方面，將開(kāi)口3的面積變換為相同面積的圓的直徑的情況下當(dāng)容器2的孔3的直徑為大約0.5mm時(shí)，可以使熒光燈在重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度高于常規(guī)熒光燈。在前一種情況下，容器2的制造變得困難并且成本也將增加，但是熒光燈在重新被點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度要比常規(guī)熒光燈大得多。相反，在后一種情況下，可以比較容易地制造容器2，但熒光燈在被重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度相對(duì)來(lái)說(shuō)要比前一種情況低。要根據(jù)熒光燈的用途和成本在兩者之間進(jìn)行選擇。
此外，如圖2B所示，較為可取的是除去容器2的開(kāi)口3中的貫通孔22a之外還提供一個(gè)具有一系列與汞齊1的表面接觸的貫通孔22a的多孔過(guò)濾器。在將通孔22a的面積變換為具有相同面積的圓的直徑時(shí)，多孔過(guò)濾器22的每一個(gè)通孔22a具有大于汞原子直徑的有效直徑。多孔過(guò)濾器22的材料選自沸石、多孔玻璃和氧化物顆粒，例如氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、氧化鎂或稀土金屬氧化物。利用這種結(jié)構(gòu)，可以減小容器2的開(kāi)口3的面積，結(jié)果當(dāng)熒光燈關(guān)閉后可以減小汞原子運(yùn)動(dòng)的傳導(dǎo)性。尤其是在容器2的開(kāi)口3不容易制作得小時(shí)這是有效的。
此外，將多孔過(guò)濾器22設(shè)置得與汞齊1的表面接觸，結(jié)果多孔過(guò)濾器的顆粒起到一種防止汞齊1過(guò)冷的假核作用。這樣，可以使汞齊1從液相到固相的變化變得更為容易(見(jiàn)未經(jīng)審查的日本專利申請(qǐng)公開(kāi)昭63-284748)。多孔過(guò)濾器22的這些功能對(duì)于保持留在放電空間中的汞原子的數(shù)量是有效的，并且對(duì)于增加熒光燈在重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度也是有效的。
另外，如圖2C所示，較為可取的是容器2可以用多孔玻璃制作。容器2就有了一系列貫通孔2a，類似于圖2B所示的多孔過(guò)濾器22，容器2的通332a允許使汞原子在多孔U形彎曲管6中從汞齊1向放電空間6a運(yùn)動(dòng)，但是限制汞原子在汞齊1固化時(shí)的短時(shí)間內(nèi)從放電空間6a返回汞齊1。這樣，當(dāng)容器2是用多孔玻璃制造的時(shí)候，可以獲得與多孔過(guò)濾器同樣的作用。
此外，汞齊1的基本材料不受以上所述鉍和銦的合金的例子的限制。較為可取的是基本材料的合金包括選自鉍、銦、錫、鉛、鋅和銀的一種或多種金屬。通過(guò)選擇汞齊1的基本材料的物質(zhì)，可以按需要選擇汞齊相變溫度。第二個(gè)實(shí)施例本發(fā)明的充有低壓汞蒸汽的放電燈的第二個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例參考圖3、4和7加以描述。第二個(gè)實(shí)施例涉及一種帶有多次U形彎曲管的結(jié)構(gòu)緊湊的自鎮(zhèn)流熒光燈(以下簡(jiǎn)稱熒光燈)。如可以從圖3所看到的那樣，第二個(gè)實(shí)施例的熒光燈包括一根多次U形彎曲的管6、一對(duì)電極7(圖中示出了一個(gè)電極)和設(shè)置在管6的兩端的細(xì)長(zhǎng)管4。熒光層5形成在管6的內(nèi)表面上。在細(xì)長(zhǎng)管4中從電極7這端開(kāi)始成串地設(shè)置了一根玻璃棒11和汞齊1。汞齊1由鉍和銦的合金形成的基本材料和包含在其中的3％(重量)的汞構(gòu)成。汞齊1基本上成球形。
如從圖3和4可以看出的那樣，顆粒9的聚集體被涂在汞齊1的表面上。顆粒9的聚集體起到了限制汞原子隨熒光燈的開(kāi)關(guān)在管6內(nèi)部的汞齊1和放電空間之間的運(yùn)動(dòng)的阻擋物的作用。例如，顆粒9的聚集體是通過(guò)將分散在揮發(fā)溶劑中的滑石的懸浮液噴到汞齊1的表面上。顆粒9的聚集體的平均顆粒直徑為大約0.1μm，附著顆粒的量為大約1mg/cm2。顆粒9的聚集體具有一系列分散開(kāi)形成的通孔9a、當(dāng)通孔9a的面積被轉(zhuǎn)換為面積相同的圓的直徑時(shí)，每一個(gè)通孔9a的有效直徑大于汞原子的直徑，但通孔9a的總面積小于約0.2mm2。
制造第二個(gè)實(shí)施例的熒光燈的樣品燈并測(cè)量重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的相對(duì)亮度，結(jié)果示于圖7中。在圖7中，橫座標(biāo)代表從熒光燈點(diǎn)亮開(kāi)始計(jì)的時(shí)間，而縱座標(biāo)代表熒光燈在測(cè)量時(shí)相對(duì)于該熒光燈的最大亮度的相對(duì)亮度(％)。特性曲線“D”表示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的熒光燈的相對(duì)亮度。該熒光燈除預(yù)熱型為絲外包括一個(gè)電子鎮(zhèn)流電路。該熒光燈一次點(diǎn)亮若干小時(shí)。此外，在熒光燈關(guān)閉后又經(jīng)過(guò)15小時(shí)后，在25℃的環(huán)境溫度下重新點(diǎn)亮熒光燈。
如從圖7可以看到的那樣，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的熒光燈的特性曲線“D”從相對(duì)亮度40％開(kāi)始。另一方面，如圖6所，根據(jù)常規(guī)熒光燈的特性曲線“B”是從相對(duì)亮度20％開(kāi)始，這是因?yàn)橛捎谥鞴R1和輔助汞齊8的汞蒸汽壓力在重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)比較低。與常規(guī)熒光燈相比較，第二個(gè)實(shí)施例的熒光燈在重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)的亮度增加了。這樣，發(fā)現(xiàn)了涂在汞齊1的表面上的顆粒9的聚集體可以起到限制汞原子在汞齊1和放電空間6a之間運(yùn)動(dòng)的阻擋件的作用。
顆粒聚集體9的材料不限于以上所述的滑石的例子?？梢詮姆惺?、玻璃粉末和氧化物顆粒，例如氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、氧化鎂和稀土金屬氧化物中選擇一種用以代替滑石粉。第三個(gè)實(shí)施例本發(fā)明的充有低壓汞蒸汽的放電燈的第三個(gè)實(shí)施例參考圖5加以描述。第三個(gè)實(shí)施例涉及一種無(wú)電極型熒光燈。如從圖5可以看到的那樣，第三個(gè)實(shí)施例的無(wú)電極型熒光燈包括一個(gè)燈泡(玻璃器皿)16、一個(gè)設(shè)置在燈泡的中心的細(xì)長(zhǎng)管4和一個(gè)繞在細(xì)長(zhǎng)管4外側(cè)的線圈12。熒光層形成在燈泡16的內(nèi)表面上。燈泡16的中心部分是空的，而細(xì)長(zhǎng)管4與燈泡16的內(nèi)放電空間16a相連接。這樣，燈泡16內(nèi)部的放電空間16可考慮作成多次彎曲的。線圈12將電磁能量送入放電空間16a。容器2(例如用玻璃制成的)被設(shè)置在細(xì)長(zhǎng)管4內(nèi)部。由鉍銦合金基本材料和3％(重量)包含在該基本材料中的汞構(gòu)成的汞齊1被盛放在容器2中。
容器2起到一種用于限制汞原子在汞齊1和燈泡16的內(nèi)放電空間16a之間運(yùn)動(dòng)的阻擋物的作用。換句話講，阻擋物降低了汞原子的運(yùn)動(dòng)度。類似于圖2所示的第一個(gè)實(shí)施例，容器2的內(nèi)壁粘合汞齊1以便將汞齊1與放電空間16a隔開(kāi)。容器2具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的水謫形狀。容器2在軸向(或長(zhǎng)度方向上)的長(zhǎng)度為約10mm，并且在容器2的一端的開(kāi)口3的直徑為約0.1mm。然而，開(kāi)口3的尺寸并不限于這個(gè)例子。容器2按照這樣一種方式設(shè)置在細(xì)長(zhǎng)管4中，使得開(kāi)口3被設(shè)置在遠(yuǎn)離線圈12的溫度較低側(cè)。
第三個(gè)實(shí)施例參考盛放在容器2中的汞齊1的例子加以說(shuō)明，這與第一個(gè)實(shí)施例類似。然而，汞齊1并不受這個(gè)例子的限制。較為可取的是類似于第二個(gè)實(shí)施例在汞齊的表面上涂有氧化物顆粒的聚集體。此外，較為可取的是容器2是用多孔玻璃制成的。另外，多孔過(guò)濾器可以設(shè)置在容器2的開(kāi)口3處。
汞齊1和用作阻擋件的容器2的作用與以上所述的第一個(gè)實(shí)施例相同。因此，省略對(duì)它們的說(shuō)明。
此外，參考多次U形彎曲管或燈泡來(lái)說(shuō)明充有低壓汞蒸汽的放電燈的上述那些實(shí)施例。然而，在本發(fā)明的汞齊系統(tǒng)中提供了阻擋器件與汞齊表面接觸，以便將汞齊1與放電空間(除所述開(kāi)口或貫通孔外)隔開(kāi)，本發(fā)明的這種汞齊系統(tǒng)對(duì)于直形熒光燈和環(huán)形熒光燈是有效的。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下本發(fā)明可以以其他一些特定形式來(lái)實(shí)施。這些實(shí)施例在各個(gè)方面都被認(rèn)為是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說(shuō)明而不是對(duì)它進(jìn)行限制。本發(fā)明的范圍是用所附屬的各權(quán)利要求而不是用前面的說(shuō)明來(lái)表示，并且所有包括在權(quán)利要求書的等效物的含意和范圍之中的變化都被定為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求書之中。
權(quán)利要求
1.一種充有低壓汞蒸汽的放電燈，包括一個(gè)具有涂于它的內(nèi)表面上的熒光層的器皿；含有汞并被設(shè)置在形成于該器皿內(nèi)部的放電空間中的一個(gè)預(yù)定位置上的汞齊；以及若干用于限制汞原子根據(jù)熒光燈的開(kāi)關(guān)在汞齊和放電空間之間運(yùn)動(dòng)的阻擋器件；在其中，設(shè)置該阻擋器件與汞齊接觸以便將汞齊與放電空間除至少一個(gè)開(kāi)口之外隔開(kāi)，阻擋器件的這個(gè)開(kāi)口使得可以在熒光燈點(diǎn)亮?xí)r將汞原子從汞齊供給放電空間并限制汞原子在關(guān)閉熒光燈后從放電空間返回汞齊而產(chǎn)生的汞齊固化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于在所述器皿的兩端設(shè)置一對(duì)電極，并將汞齊設(shè)置在這對(duì)電極的至少一個(gè)電極附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于從該器皿的外部提供了一個(gè)電磁能量供給裝置，并且將汞齊裝置在得到電磁能量的放電空間中的一部分上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于阻擋器件是一個(gè)具有一個(gè)開(kāi)口的容器，當(dāng)該開(kāi)口的面積轉(zhuǎn)換為面積相同的圓的直徑時(shí)，開(kāi)口的有效直徑小于0.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于所述容器被設(shè)置在放電空間的最冷部分的附近；該容器沿長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度大于在垂直于長(zhǎng)度方向的方向上的最大寬度；以及所述開(kāi)口形成在該容器沿長(zhǎng)度方向上的一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于管狀容器沿軸向的長(zhǎng)度大于5mm又短于15mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于該容器所形成開(kāi)口的那一端被設(shè)置在比另一端冷的那一端。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于該容器是用玻璃材料制成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于一對(duì)電極被設(shè)置在器皿的每一端，并且汞齊被設(shè)置在該對(duì)電極的至少一個(gè)的附近。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于電磁能量供給裝置是從器皿的外面設(shè)置，以及汞齊被設(shè)置在得到電磁能量的放電空間的一部分上。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于汞齊的基本材料是選自包括鉍、銦、錫、鋅和銀的一組中的至少一種元素。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于一種具有一系列通孔的多孔過(guò)濾器被設(shè)置在所述容器的開(kāi)口內(nèi)，并且當(dāng)通孔的面積被轉(zhuǎn)換為具有相同面積的圓的直徑時(shí)，每一個(gè)通孔的有效直徑大于汞原子的直徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于多孔過(guò)濾器是選自包括沸石、多孔玻璃和氧化物顆粒的一組的顆粒聚集體。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于所述容器是由玻璃材料制成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于在器皿的每一端設(shè)置一對(duì)電極，并且汞齊被設(shè)置在該對(duì)電極的至少一個(gè)的附近。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于一種電磁能量供給裝置是從所述器皿的外邊提供的，并且汞齊被設(shè)置在得到電磁能量的放電空間中的一部分上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充有低壓汞蒸氣的放電燈，其特征在于所述阻擋器件是一個(gè)具有以分散方式設(shè)置的一系列開(kāi)口，當(dāng)開(kāi)口的面積被轉(zhuǎn)換成具有相同面積的圓的直徑時(shí)，每一個(gè)開(kāi)口的有效直徑大于汞原子的直徑，但這些開(kāi)口的總面積小于約0.2mm。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于所述容器是用多孔玻璃材料制成的。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于一對(duì)電極被設(shè)置在所述器皿的兩端，并且汞齊被設(shè)置在這對(duì)電極的至少一個(gè)的附近。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于一個(gè)電磁能量供給裝置是從所述器皿的外邊提供的，并且汞齊被設(shè)置在得到電磁能量供應(yīng)的放電空間的一部分上。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于阻擋器件是由涂在汞齊的表面上的顆粒聚集體構(gòu)成的，當(dāng)所述通孔的面積被轉(zhuǎn)換成具有相同面積的圓的直徑時(shí)，每一個(gè)通孔的有效直徑大于汞原子的直徑，但這些通孔的總面積小于約0.2mm2。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于所述顆粒聚集體是從包括氧化物、沸石、滑石和玻璃顆粒的一組中選擇出來(lái)的。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于所述氧化物選自包括氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、氧化鎂和稀土金屬氧化物的一組。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于在所述的器皿的每一端設(shè)置有一對(duì)電極，并且汞齊被設(shè)置在這對(duì)電極的至少一個(gè)的附近。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于從所述器皿外部提供一種電磁能量供給裝置，而汞齊被設(shè)置得到電磁能量供給的放電空間中的一部分上。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于汞齊的基本材料是選自包括鉍、銦、錫、鋅和銀的一組的至少一種元素。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充有低壓汞蒸汽的放電燈，其特征在于所述器皿是選自包括多次彎曲管、圓形彎曲管、直形管和燈泡的一組中的一種。
全文摘要
在帶有汞齊的熒光燈中，汞齊的表面由一種具有至少有一個(gè)開(kāi)口的阻擋物覆蓋著，在熒光燈亮著時(shí)，汞原子可以從中穿過(guò)從汞齊運(yùn)動(dòng)到燈的放電空間。當(dāng)熒光燈被關(guān)閉時(shí)，該阻擋物限制汞原子由放電空間返回汞齊。汞齊固化得比所有返回汞齊的汞原子都快，結(jié)果大多數(shù)汞原子仍留在放電空間中。當(dāng)熒光燈重新被點(diǎn)亮?xí)r，可以保持初始汞蒸汽壓力。這樣，從重新點(diǎn)亮開(kāi)始時(shí)熒光燈就按照一預(yù)定的照明強(qiáng)度來(lái)發(fā)光。
文檔編號(hào)H01J61/24GK1167334SQ9611093
公開(kāi)日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1996年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月5日
發(fā)明者明星稔, 苗村俊行 申請(qǐng)人:松下電子工業(yè)株式會(huì)社