水曜日、16月2011 19:10

電気ランプとチューブの製造

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ランプは、フィラメント (または白熱) ランプと放電ランプの XNUMX つの基本的なタイプで構成されます。 両方のタイプのランプの基本コンポーネントには、ガラス、さまざまな金属ワイヤ片、充填ガス、および通常ベースが含まれます。 ランプの製造元によって、これらの材料は社内で製造されているか、外部のサプライヤから入手することができます。 典型的なランプ メーカーは独自のガラス球を製造しますが、専門メーカーまたは他のランプ会社から他の部品やガラスを購入する場合があります。

ランプの種類に応じて、さまざまなガラスを使用できます。 白熱灯や蛍光灯は通常、ソーダライムガラスを使用しています。 高温ランプはホウケイ酸ガラスを使用しますが、高圧放電ランプは発光管に石英またはセラミックを使用し、外側エンベロープにホウケイ酸ガラスを使用します。 鉛ガラス (約 20 ~ 30% の鉛を含む) は、通常、ランプの電球の端部を密閉するために使用されます。

ランプの構造でサポートまたはコネクタとして使用されるワイヤは、鋼、ニッケル、銅、マグネシウム、鉄などのさまざまな材料で作られていますが、フィラメントはタングステンまたはタングステン - トリウム合金で作られています。 サポート ワイヤの重要な要件の XNUMX つは、ランプに電流を流すためにワイヤがガラスを貫通する場合に、ガラスの膨張特性に一致する必要があることです。 多くの場合、このアプリケーションではマルチパート リード ワイヤが使用されます。

ベース (またはキャップ) は、通常、真鍮またはアルミニウムで作られています。屋外での使用が必要な場合は、真鍮が好ましい素材です。

フィラメントまたは白熱灯

フィラメントまたは白熱灯は、現在も製造されている最も古いタイプのランプです。 その名前は、これらのランプが光を生成する方法に由来しています。つまり、ワイヤ フィラメントを十分に高い温度に加熱して光らせることです。 ほぼすべての種類のフィラメントを使用して白熱灯を製造することができますが (初期のランプは炭素を使用していました)、今日、そのようなランプのほとんどはタングステン金属製のフィラメントを使用しています。

タングステンランプ. これらのランプの一般的な家庭用バージョンは、タングステン ワイヤ フィラメントを取り囲むガラス電球で構成されています。 電気は、フィラメントを支持し、電球に密封されたガラスマウントを通って延びるワイヤーによってフィラメントに伝導されます。 次に、ワイヤを金属ベースに接続し、一方のワイヤをベースの中央のアイレットにはんだ付けし、もう一方をねじ付きシェルに接続します。 支持線はガラスと同じ膨張特性を持つ特殊な組成で、使用中にランプが熱くなっても漏れません。 ガラス バルブは通常ライム ガラスで作られていますが、ガラス マウントは鉛ガラスです。 二酸化硫黄は、マウントの準備によく使用されます。 二酸化硫黄は、ランプの高速組み立て中に潤滑剤として機能します。 ランプの設計に応じて、バルブは真空を封入するか、アルゴンまたはその他の非反応性ガスの充填ガスを使用する場合があります。

このデザインのランプは、透明ガラス電球、つや消し電球、さまざまな素材でコーティングされた電球を使用して販売されています。 つや消し電球と白い素材 (多くの場合、粘土または非晶質シリカ) でコーティングされた電球は、透明な電球に見られるフィラメントからのまぶしさを軽減するために使用されます。 電球はまた、電球の外側に着色されたセラミックやラッカー、電球の内側に黄色やピンクなどの他の色を含む、さまざまな他の装飾コーティングでコーティングされています.

典型的な家庭用の形状が最も一般的ですが、白熱灯は、管状、球体、リフレクターなどの多くの電球形状で作成でき、サブミニチュアから大型のステージ/スタジオ ランプまで、さまざまなサイズとワット数で作成できます。

タングステンハロゲンランプ. 標準的なタングステン フィラメント ランプの設計における 2 つの問題は、使用中にタングステンが蒸発し、低温のガラス壁に凝縮して、それを暗くし、光の透過率を低下させることです。 臭化水素や臭化メチルなどのハロゲンを充填ガスに追加すると、この問題が解消されます。 ハロゲンはタングステンと反応し、ガラス壁に凝縮するのを防ぎます。 ランプが冷えると、タングステンがフィラメントに再堆積します。 この反応はランプの圧力が高いほど最もよく機能するため、通常、タングステン ハロゲン ランプには数気圧のガスが含まれています。 通常、ハロゲンはランプ充填ガスの一部として、通常 XNUMX% 以下の濃度で追加されます。

タングステン ハロゲン ランプは、ガラスの代わりに石英製の電球を使用することもあります。 石英バルブは、ガラス製バルブよりも高い圧力に耐えることができます。 ただし、石英は紫外線を透過するため、石英電球には潜在的な危険性があります。 タングステン フィラメントは紫外線をほとんど生成しませんが、近距離で長時間露光すると、皮膚が赤くなったり、目に刺激を与えたりすることがあります。 カバーガラスを通して光をフィルタリングすると、紫外線の量が大幅に減少し、使用中にランプが破裂した場合に高温の石英から保護されます。

危険と注意事項

全体として、ランプ製造における最大の危険は、製品の種類に関係なく、自動化された装置の危険と、ガラス球やランプ、その他の材料の取り扱いによるものです。 ガラスからの切り傷や操作機器に手を伸ばすことは、事故の最も一般的な原因です。 反復運動や背中の怪我などのマテリアルハンドリングの問題は特に懸念されます。

ランプには鉛はんだがよく使われます。 高温用途で使用されるランプの場合、カドミウムを含むはんだを使用できます。 自動化されたランプ アセンブリ作業では、これらの両方のはんだへの露出は最小限に抑えられます。 修理や半自動作業のように手はんだ付けを行う場合、鉛やカドミウムへの暴露を監視する必要があります。

ランプの製造中に有害物質にさらされる可能性は、20 世紀半ば以降一貫して減少しています。 白熱灯の製造では、以前は多くのランプがフッ化水素酸または二フッ化塩溶液でエッチングされてつや消しランプが製造されていました。 これは、主に低毒性の粘土コーティングの使用に置き換えられました. フッ化水素酸の使用量は、完全に代替されたわけではありませんが、大幅に削減されました。 この変更により、酸による皮膚の火傷や肺の炎症のリスクが軽減されました。 以前は一部のランプ製品の外側に使用されていたセラミック カラー コーティングには、鉛、カドミウム、コバルトなどの重金属顔料が含まれており、組成の一部としてケイ酸鉛ガラス フリットが使用されていました。 近年、重金属顔料の多くは毒性の低い着色剤に置き換えられています。 重金属がまだ使用されている場合は、毒性の低い形態を使用することができます (たとえば、クロム VI の代わりにクロム III)。

コイル状のタングステン フィラメントは、タングステンをモリブデンまたはスチール マンドレル ワイヤに巻き付けることによって作られ続けています。 コイルが形成され、焼結されると、マンドレルは塩酸 (鋼の場合) またはモリブデンの場合は硝酸と硫酸の混合物を使用して溶解されます。 酸にさらされる可能性があるため、この作業は通常フード システムで行われますが、最近では完全に密閉された溶解槽で行われます (特に硝酸/硫酸混合物が含まれる場合)。

タングステン ハロゲン ランプで使用される充填ガスは、完全に密閉されたシステムでランプに追加され、損失や露出がほとんどありません。 臭化水素の使用は、その腐食性のためにそれ自体の問題を引き起こします。 LEV を提供する必要があり、ガス供給システムには耐腐食性の配管を使用する必要があります。 トリエーテッド タングステン ワイヤ (通常 1 ~ 2% のトリウム) は、一部のランプ タイプで今でも使用されています。 ただし、ワイヤ状のトリウムによるリスクはほとんどありません。

二酸化硫黄は慎重に管理する必要があります。 材料がプロセスに追加される場合は常に、LEV を使用する必要があります。 漏れ検出器は、保管場所でも役立つ場合があります。 壊滅的な放出の可能性があるため、75 kg の大型コンテナよりも小型の 1,000 kg ガスボンベを使用することをお勧めします。

皮膚への刺激は、はんだ付け用フラックスまたは下地セメントに使用される樹脂による潜在的な危険性があります。 一部の基礎セメント系は、天然樹脂の代わりにパラホルムアルデヒドを使用しているため、基礎セメントの硬化中にホルムアルデヒドにさらされる可能性があります。

すべてのランプは化学的な「ゲッタリング」システムを使用しており、組み立てる前に材料がフィラメントにコーティングされます。 ゲッターの目的は、ランプが密閉された後、ランプ内の残留水分または酸素と反応して除去することです。 典型的なゲッターには、窒化リン、およびアルミニウムとジルコニウムの金属粉末の混合物が含まれます。 リン窒化物ゲッターは使用しても問題ありませんが、アルミニウムやジルコニウムの金属粉末を取り扱うと、可燃性の危険が生じる可能性があります。 ゲッターは有機溶剤で湿らせて塗布しますが、材料がこぼれると、乾燥した金属粉末が摩擦によって発火する可能性があります。 金属火災は、特別なクラス D 消火器で消火する必要があり、水、泡、またはその他の通常の物質で消火することはできません。 第3のタイプのゲッターには、ホスフィンまたはシランの使用が含まれる。 これらの材料は、低濃度でランプのガス充填に含めることも、最終ガス充填の前に高濃度で追加してランプ内で「フラッシュ」することもできます。 これらの物質はどちらも非常に有毒です。 高濃度で使用する場合は、漏れ検出器とアラームを備えた完全密閉システムを現場で使用する必要があります。

放電ランプと放電管

低圧モデルと高圧モデルの両方の放電ランプは、白熱ランプよりもワットあたりの光の効率が優れています。 蛍光灯は商業ビルで長年使用されており、家庭での使用が増えてきています。 最近、特に白熱灯の代替品として蛍光灯のコンパクトバージョンが開発されました。

高圧放電ランプは、大面積照明や街路照明に長く使用されてきました。 これらの製品の低ワット版も開発中です。

蛍光灯

蛍光灯は、ガラス管の内側をコーティングするために使用される蛍光粉末にちなんで名付けられました。 この粉末は、ランプに使用されている水銀蒸気によって生成された紫外線を吸収し、可視光に変換して再放射します。

このランプに使用されているガラスは、白熱灯に使用されているものと似ており、チューブには石灰ガラスが使用され、両端のマウントには鉛ガラスが使用されています。 現在、1950 つの異なるファミリーの蛍光体が使用されています。 クロロフルオロリン酸カルシウムまたはストロンチウムのいずれかをベースとするハロリン酸塩は古い蛍光体であり、XNUMX 年代初頭にケイ酸ベリリウムをベースとする蛍光体に取って代わって広く使用されるようになりました。 第2の蛍光体ファミリーには、典型的にはイットリウム、ランタンなどを含む希土類から作られた蛍光体が含まれる。 これらの希土類蛍光体は通常、狭い発光スペクトルを持ち、これらの混合物 (一般的には赤、青、緑の蛍光体) が使用されます。

蛍光体はバインダー系と混合され、有機混合物または水/アンモニア混合物に懸濁され、ガラス管の内側にコーティングされます。 有機懸濁液は、酢酸ブチル、酢酸ブチル/ナフサ、またはキシレンを使用します。 環境規制により、水ベースの懸濁液が有機ベースのものに取って代わりつつあります。 コーティングが適用されると、チューブ上で乾燥され、チューブが高温に加熱されて結合剤が除去されます。

ランプの両端に XNUMX つのマウントが取り付けられています。 水銀がランプに導入されます。 これは、さまざまな方法で行うことができます。 一部の地域では手動で水銀を追加しますが、主な方法は、ランプを垂直または水平に取り付けて自動的に追加する方法です。 縦型機械では、ランプの一方の端にあるマウント ステムが閉じています。 次に、水銀をランプの上から落とし、ランプを低圧でアルゴンで満たし、上部マウント ステムを密閉して、ランプを完全に密閉します。 水平型の機械では、水銀は片側から導入され、ランプは反対側から排出されます。 アルゴンを再び加えて適切な圧力にし、ランプの両端を密閉します。 密封したら、キャップまたはベースを端に追加し、ワイヤ リードを電気接点にはんだ付けまたは溶接します。

水銀蒸気を導入する他の XNUMX つの可能な方法を使用することができます。 あるシステムでは、ランプが最初に点灯したときに水銀を放出する水銀含浸ストリップに水銀が含まれています。 もう一方のシステムでは、液体水銀が使用されますが、マウントに取り付けられたガラス カプセル内に含まれています。 カプセルは、ランプが密閉されて使い果たされた後に破裂し、それによって水銀が放出されます。

コンパクト蛍光灯は、標準蛍光灯の小型版であり、ランプの不可欠なコンポーネントとしてバラスト電子機器を含む場合があります。 コンパクト蛍光灯は、一般に希土類蛍光体の混合物を使用します。 一部のコンパクト ランプには、ランプの始動を補助する少量の放射性物質を含むグロー スターターが組み込まれています。 これらのグロー スターターは通常、クリプトン 85、水素 3、プロメチウム 147、または天然トリウムを使用して、いわゆる暗電流を供給し、ランプの始動を早めます。 これは消費者の観点からは望ましいことであり、消費者はちらつきなしにランプがすぐに始動することを望んでいます。

危険と注意事項

蛍光灯の製造には、かなりの数の変化が見られます。 ベリリウム含有蛍光体の初期の使用は 1949 年に中止され、蛍光体の製造および使用中の重大な呼吸器への危険が排除されました。 多くの作業で、蛍光灯のコーティングに含まれる有機懸濁液が水ベースの蛍光体懸濁液に置き換わり、作業者への暴露が減少するだけでなく、環境への VOC の排出も減少しました。 水ベースの懸濁液は、特に懸濁液の混合中に、アンモニアへの露出を最小限に抑えます。

水銀は、蛍光灯の製造において最大の懸念材料であり続けています。 排気装置の周りを除いて曝露は比較的低いですが、排気装置の周りに配置された労働者、これらの機械で作業している機械工、および清掃作業中に重大な曝露を受ける可能性があります. 露出を回避または制限するためのカバーオールや手袋などの個人用保護具、および必要に応じて呼吸保護具を使用する必要があります。 水銀尿検査を含む生物学的監視プログラムは、蛍光灯の製造現場のために確立されるべきです。

現在製造されている XNUMX つの蛍光体システムは、毒性が比較的低いと考えられる材料を使用しています。 親蛍光体への添加剤の一部 (バリウム、鉛、マンガンなど) には、さまざまな政府機関によって設定された暴露限界がありますが、これらの成分は通常、組成物中に比較的低い割合で存在します。

フェノールホルムアルデヒド樹脂は、ランプのエンドキャップの電気絶縁体として使用されています。 セメントは通常、ヘキサメチレンテトラミンなどの皮膚刺激物質を含む可能性がある天然および合成樹脂を含む。 自動化された混合および取り扱い装置は、これらの材料への皮膚接触の可能性を制限し、それによって皮膚刺激の可能性を制限します.

高圧水銀ランプ

高圧水銀ランプには、水銀のみを使用するものと、水銀とさまざまな金属ハロゲン化物を混合して使用するものがあります。 ランプの基本的なデザインは似ています。 どちらのタイプも、水銀または水銀/ハロゲン化物の混合物を含む石英発光管を使用します。 次に、この発光管は硬質のホウケイ酸ガラスの外側ジャケットで囲まれ、電気接点を提供するために金属ベースが追加されます。 外側のジャケットは透明にすることも、光の色を変更するために拡散材料または蛍光体でコーティングすることもできます。

水銀ランプ ランプの石英発光管には水銀とアルゴンのみが含まれています。 高圧下の水銀は、青色と紫外線を多く含む光を生成します。 石英発光管は紫外線に対して完全に透明であり、外側のジャケットが破損したり取り外されたりした場合、強力な紫外線光源となり、皮膚や目に火傷を負う可能性があります。 典型的な水銀ランプのデザインは、外被を取り外せば動作し続けますが、メーカーは、外被が壊れると動作を停止する融着設計のモデルも提供しています。 通常の使用では、外側ジャケットのホウケイ酸ガラスが紫外線を高い割合で吸収するため、損傷していないランプが危険を及ぼすことはありません。

水銀ランプのスペクトルは青色成分が多いため、外側ジャケットの内側は、リン酸バナジン酸イットリウムまたは同様の赤色増強蛍光体などの蛍光体でコーティングされることがよくあります。

メタルハライドランプ 発光管には水銀とアルゴンも含まれていますが、金属ハロゲン化物 (通常はナトリウムとスカンジウムの混合物、おそらく他のものとの混合物) を追加します。 金属ハロゲン化物を追加すると、ランプの赤色光出力が向上し、よりバランスの取れた光スペクトルを持つランプが生成されます。

危険と注意事項

水銀以外に、高圧水銀ランプの製造に使用される潜在的に危険な物質には、外側エンベロープに使用されるコーティング材料と、メタル ハライド ランプに使用されるハロゲン化物添加剤が含まれます。 XNUMX つのコーティング材料は、白熱灯で使用されるものと同じ単純なディフューザーです。 もうXNUMXつは、色補正蛍光体、バナジン酸イットリウムまたはリン酸バナジン酸イットリウムです。 五酸化バナジウムに似ていますが、バナジン酸塩は毒性が低いと考えられています。 ハロゲン化物は湿った空気中で反応し、取り扱いおよび使用中は乾燥した不活性雰囲気下に保たれなければならないため、ハロゲン化物物質への曝露は通常重要ではありません。 同様に、ナトリウムは反応性の高い金属ですが、金属の酸化を避けるために不活性雰囲気下で取り扱う必要があります。

ナトリウムランプ

現在、XNUMX種類のナトリウムランプが生産されています。 低圧ランプは、発光源として金属ナトリウムのみを含み、非常に黄色の光を生成します。 高圧ナトリウムランプは、水銀とナトリウムを使用してより白い光を生成します。

低圧ナトリウムランプ XNUMX 番目のガラス管内に囲まれた金属ナトリウムを含む XNUMX つのガラス管を持っています。

高圧ナトリウムランプ 高純度セラミックアルミナ発光管内に水銀とナトリウムの混合物が含まれています。 高圧ナトリウムランプの構造は、発光管の構成以外は水銀ランプやメタルハライドランプと基本的に同じです。

危険と注意事項

高圧または低圧ナトリウムランプの製造中に特有の危険はほとんどありません。 どちらのタイプのランプでも、ナトリウムは乾燥した状態に保つ必要があります。 純粋な金属ナトリウムは水と激しく反応し、水素ガスと発火を引き起こすのに十分な熱を生成します。 空気中に放置された金属ナトリウムは、空気中の水分と反応し、金属に酸化被膜を生成します。 これを避けるために、ナトリウムは通常、乾燥窒素またはアルゴン雰囲気下のグローブ ボックスで処理されます。 高圧ナトリウムランプを製造するサイトでは、高圧水銀ランプを製造するサイトと同様に、水銀を取り扱うために追加の予防措置が必要です。

環境と公衆衛生の問題

水銀を含むランプの廃棄物処理および/またはリサイクルは、過去数年間、世界中の多くの地域で高い注目を集めてきた問題です。 コストの観点からはせいぜい「損益分岐点」の操作ですが、現在、蛍光灯や高圧放電ランプから水銀を回収する技術が存在します。 現在、ランプ材料のリサイクルは、再利用としてより正確に説明されています。これは、ランプ材料が再処理され、新しいランプの製造に使用されることはめったにないためです。 通常、金属部品はスクラップ金属ディーラーに送られます。 回収されたガラスは、グラスファイバーまたはガラスブロックの製造に使用したり、セメントまたはアスファルト舗装の骨材として使用したりできます。 場所とリサイクルの利用可能性、および有害または特別な廃棄物処理オプションによっては、リサイクルが低コストの代替手段になる場合があります。

蛍光灯の設置に使用されるバラストには、以前は PCB を誘電体として使用するコンデンサが含まれていました。 PCB を含むバラストの製造は中止されましたが、古いバラストの多くは寿命が長いため、まだ使用されている可能性があります。 PCB を含むバラストの廃棄は規制されている可能性があり、特殊廃棄物または有害廃棄物として廃棄する必要がある場合があります。

ガラス製造、特にホウケイ酸ガラスは、NOの重大な発生源になる可能性がありますx 大気への放出。 最近では、空気の代わりに純粋な酸素が、NO を減らす手段としてガス バーナーで使用されています。x 排出量。

 

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読む 9830 <font style="vertical-align: inherit;">回数</font> 最終更新日: 28 年 2011 月 13 日火曜日 46:XNUMX
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内容

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