JP2011096674A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放電用発光管における封止部の信頼性を改善し、寿命特性を向上できる放電ランプを提供する。
【解決手段】両端に細径部が形成された透光性セラミック製の発光管の内部に金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物が封入されており、前記細径部内に電気導入体及びそれに連なる電極極芯が挿通されており、該電気導入体がガラス封着材で気密的に固定されている放電ランプにおいて、前記電気導入体は、前記電極極芯と接続された第１の部材と、前記第１の部材と接続された第２の部材とで構成されており、前記細径部は細管にて構成されており、前記第２の部材の前記細管内への挿入長をＣ（ｍｍ）、前記細管内への前記ガラス封着材の流れ込み長をＤ（ｍｍ）とした場合に、Ｄ−Ｃ≧１．０（ｍｍ）の関係が成立することを特徴とすることで、ランプ寿命を長くすることができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、発光管に透光性セラミック管を使用した放電ランプに関し、特に、発光管端部における封止構造の改良に関する。

従来、高圧放電ランプの発光管材質には石英ガラスが使用されてきたが、近年になって発光管材質に透光性セラミックが使用された高圧放電ランプが製品化されてきた。高圧放電ランプの中でも特にメタルハライドランプの場合、発光管材質が石英ガラスであると、点灯中に石英ガラスと発光物質であるメタルハライドとが徐々に反応し、寿命特性を悪化する原因を作る。しかし発光管材質が透光性セラミックである場合には、メタルハライドとは反応しにくいため、石英ガラス製の発光管より寿命特性が良くなり、また発光管をコンパクトにできるのでランプ効率，演色性が良いランプを作ることができる可能性がある。このような理由から近年、発光管材質に透光性セラミックを使用した放電ランプが実用化されてきた。

セラミック管を用いた放電ランプの発光管の封止構造の従来例として、第１図に示すような特開平６−１９６１３１号公報に記載されたものが知られている。透光性セラミック製の太管１１と、その両端部に設けた同じ透光性セラミック製の細管１２とから、発光管は構成されている。細管１２内には、第１電気導入体２４及び第２電気導入体２７から構成される電気導入体が挿通されている。第１電気導入体２４は、モリブデン，サーメットのような耐ハロゲン性を有する電気導体で構成されている。第２電気導入体２７は、ニオブのような耐ハロゲン性を有しない電気導体で構成されている。この第１電気導入体２５と第２電気導入体２７とは、溶接部２６にて突き合わせ溶接されている。また、電極は、溶接部２５にて第１電気導入体２４に突き合わせ溶接されている電極極芯２１と、電極極芯２１に巻回されたコイル２０とから構成されている。

電極極芯２１を保持した第１電気導入体２４と、第２電気導入体２７と、細管１２とは、耐ハロゲン性の封着ガラス３０で気密封止されている。第２電気導入体２７は、その細管１２に挿入された部分を耐ハロゲン性を有する封着ガラス３０で覆うことによって、ハロゲンの腐食から守られている。更に、第１電気導入体２４の一部も封着ガラス３０で覆われている。

透光性セラミックを使用した放電ランプでは、端部の電気導入体の封止部を信頼性良く形成することが容易でなく、特に、端部径が大きくなればなるほど難しくなり、上記のような従来の構造では、消費電力が大きな放電ランプに適用できないという欠点があった。一般的に放電ランプは消費電力が大きいほど大きな電流が流れるようになっているが、大きな電流を流すためには、電極を構成する電極極芯２１の径を大きくする必要がある。上記のような構造で電極極芯２１の径を大きくしようとした場合、細管１２の内径を大きくしなければならない。

しかしながら、細管１２の内径を大きくすると、電気導入体（第１電気導入体２４及び第２電気導入体２７）と細管１２との隙間が大きくなり、封止が困難となる。即ち、電気導入体と細管１２との大きな隙間を封着ガラス３０が埋めるため、この厚くなった封着ガラス３０の層からの気密漏れが生じやすくなる。

一般的には封着部の耐熱性は封着ガラス３０の層厚が薄いほど優れているが、従来の構造を消費電力が大きいランプに適用した場合、必然的にその層厚が厚くなり、封着時に細管１２にクラックを生じたり、封着がうまくいったとしてもランプの点滅による熱サイクルで早期に封着ガラス３０の層からの気密漏れが生じてしまうという問題があった。

これを避けるために細管１２の内径を大きくすると共に、電気導入体の径を大きくすることが考えられる。しかしながらこの方法では電気導入体と細管１２との材質的な違いから、線膨張率が合わないため、封止がうまくできない。従って、従来の構造は、細管１２の内径が１．３ｍｍより小径で、ランプの消費電力が１５０Ｗ以下の比較的小さいランプには適用可能であったが、それより大きい消費電力のランプには適用不可能であった。

封着ガラス３０には、従来から２種類のものが使用されており、放電空間に面する側には気密性保持には劣るが耐ハロゲン性に優れた、Ａｌ_２Ｏ_３：３０重量％，ＳｉＯ_２：４０重量％，Ｄｙ_２Ｏ_３：３０重量％である組成を有する材料が使用され、放電空間に面しない側には耐ハロゲン性には劣るが気密性保持に優れた、Ａｌ_２Ｏ_３：１３重量％，ＳｉＯ_２：３７重量％，Ｄｙ_２Ｏ_３：５０重量％である組成を有する材料が使用されている。このように２種類の材料を封着ガラス３０に使用するので、封着工程を２段階に分ける必要があり、封着処理が煩雑となって量産に適していないという問題がある。

特開平６−１９６１３１号公報

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、放電用発光管における封止部の信頼性を改善し、寿命特性を向上できる放電ランプを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、封止部の信頼性が良好であって、寿命に優れた、消費電力が大きい放電ランプを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、封止部の信頼性と封着工程の量産性とを向上できる放電ランプを提供することにある。

本発明の放電ランプは、両端に細径部が形成された透光性セラミック製の発光管が用いられ、その細径部内に電気導入体が挿通され、電気導入体がガラス封着材で気密的に固定された気密封着部を有しており、電気導入体と細径部との間に嵌挿部材が設けられており、電気導入体と嵌挿部材との間、及び、嵌挿部材と細径部との間にガラス封着材が充填されている。

このような構成にすることにより、大きな電極を細径部内に挿通するために電気導入体の径と細径部の内径とを大きくしても、それらの間に嵌挿部材が設けられているため、電気導入体と細径部との間に形成されるガラス封着材の層厚が大きくなることはない。従って、封着時の細径部のクラック発生が防止され、ランプの点滅による熱サイクルで早期にガラス封着材の層からの気密漏れが生じることが防止されて、気密封着部の信頼性を保持できる。その結果、消費電力が大きい放電ランプの実現も可能となる。特に、細径部が細管により構成される場合には、電極径が大きくなる関係で細管の内径が電気導入体の径に比べて大きくなりやすいことから、より効果的に気密封着部の信頼性を保持できるようになる。

このような構成の放電ランプにあって、発光管に使用される透光性セラミックとしては、例えば、透光性アルミナ，サファイア，イットリア，イットリウム・アルミニウム・ガーネット，窒化アルミニウム等を用いることができ、価格，透光性等の観点から、好ましくは、透光性アルミナ，窒化アルミニウムを用いることが良く、より好ましくは、透光性アルミナを用いることが良い。

また、ガラス封着材は、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２と希土類元素の酸化物（特にＤｙ_２Ｏ_３）とを含む混合物であり、特に、その重量比は、Ａｌ_２Ｏ_３：１７±３重量％，ＳｉＯ_２：２２±３重量％，Ｄｙ_２Ｏ_３：６１±３重量％であることが好ましい。なお、このＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の混合物は、３成分のみで構成されていなくても良く、各成分の重量比が上記数値範囲内である場合には、これら３成分以外に他の成分が入っていても良い。他の成分としては、例えば、酸化モリブデン，酸化スカンジウム，酸化イットリウム，酸化マグネシウム等を使用できる。このような組成のガラス封着材を使用するため、封止部の耐ハロゲン性と信頼性とに優れた長寿命の放電ランプを提供できる。このような組成のガラス封着材は、耐ハロゲン性と気密保持性との両方の特性に優れている。従って、この１種類のガラス封着材によって、これら両方の良好な特性を実現でき、１回の封着工程で封止処理が完了するので、封止部の信頼性と封着工程の量産性とを向上できる。

また、この嵌挿部材として耐熱性の金属，セラミックまたはサーメットを使用できる。耐熱性の金属を用いる場合には、嵌挿部材が応力緩衝体の機能を果たし、ガラス封着材で気密的に固定された気密封着部に加わる、ガラス封着材と電気導入体との線膨張率の差に基づく熱応力がこの嵌挿部材（応力緩衝体）で吸収され、ランプの点滅による熱サイクルで気密封着部のガラス封着材にクラックが発生することが防止される。そして、このようなクラックが発生しなければ、封止部での気密漏れは生じないので、ランプの寿命特性を向上させることができる。このような耐熱性の金属としては、０〜１０００℃における線膨張率が６．５×１０^−６／℃以上であるような金属、具体的には、ニオブ，タンタル，イリジウム，ロジウム，バナジウム，チタン，白金，ニオブの合金，タンタルの合金，イリジウムの合金，ロジウムの合金，バナジウムの合金，チタンの合金及び白金の合金等が好ましい。これらの耐熱性の金属を用いた場合、その線膨張率がセラミックのそれとよく近似し、変形しやすく柔らかい金属であるので、異種材料間に発生する熱応力を吸収するための応力緩衝体として適し、封着部は強化される。

嵌挿部材の材質としてセラミックを用いる場合には、発光管（細径部）を構成するセラミックと同じ材質であるかまたは線膨張率が近似しているものを使用すると、封着部がより強化されるため、このようにすることが好ましい。ここで、線膨張率が近似するとは、発光管（細径部）を構成するセラミックの線膨張率と比べて、その差が２５％以内となっていることを意味し、近ければ近い程よい。このようなセラミックとしては、２０〜１０００℃における線膨張率が８．９×１０^−６／℃以下であるようなセラミック、具体的には、アルミナ，チタニア，スピネル，ベリリア等を少なくとも１種含んで構成されるものが好ましい。なお、セラミック製の嵌挿部材の形状は、円筒状形状のものが特に良く、いわゆるセラミックスリーブが良い。

なお、上記のようなセラミックからなる単層または複数層のセラミックスリーブと上記のような耐熱性の金属からなる単層または複数層の耐熱金属層とにて、嵌挿部材を構成しても良い。

嵌挿部材をセラミックスリーブで構成する場合、細径部内における電極極芯をこのセラミックスリーブにて完全に覆うのではなく、その電極極芯に金属製のコイルを巻回させておく構成が好ましい。これは、金属はセラミックに比べて熱伝導率が高いので、電極先端部で生じた熱を有効に後方に伝えることができるようにするためである。

嵌挿部材をセラミックスリーブで構成し、細径部を細管にて構成する場合、細管の内径をＡ（ｍｍ）、セラミックスリーブの外径をＢ（ｍｍ）としたときに、０．０２≦Ａ−Ｂ≦０．６０（ｍｍ）を満たすようにする。このような構成にすることによって、封着部の封着工程の際に発生するクラックを防止できる。

また、１種の金属材にて電気導入体を構成する場合には、タングステン，モリブデン，タングステンの合金，モリブデンの合金等が好ましい。

電気導入体を、電極（電極極芯）に接続された耐ハロゲン性の第１の部材と、発光管（細径部）に使用される透光性セラミックに線膨張率が近似する第２の部材とにて構成しても良い。この場合には、第１の部材と細径部との間に上記嵌挿部材が設けられており、第１の部材と第２の部材との例えば溶接による接合部がガラス封着材で覆われている。発光管（細径部）に使用される透光性セラミックと線膨張率が近似する第２の部材を用いることにより、線膨張率の違いにより生じる歪みを低減することができ、より効果的に細径部のクラック発生が防止され、ガラス封着材の層からの気密漏れが防止される。

なお、線膨張率が近似するとは、好ましくは、第２の部材の線膨張率が透光性セラミックの線膨張率と比べて、その差が透光性セラミックの線膨張率の値の２５％以内となっていることを意味し、近ければ近い程よい。また、嵌挿部材と透光性セラミック、嵌挿部材と第２の部材も、それぞれ上記と同様に線膨張率が近似していることが良く、好ましくは、透光性セラミックと嵌挿部材と第２の部材との３つの線膨張率の最大値と最小値との差が、透光性セラミックの線膨張率の値の２５％以内になっていることが好ましい。

細径部としての細管の内径が１．３ｍｍ以上であり、電気導入体の末端側の第２の部材の細管内への挿入長をＣ（ｍｍ）、細管内へのガラス封着材の流れ込み長をＤ（ｍｍ）とした場合に、Ｄ−Ｃ≧１．０（ｍｍ）を満たすようにする。細管の内径を１．３ｍｍ以上としているので、大きな電極を細管内に挿通でき、消費電力が大きなランプの実用化が可能となる。また、Ｄ−Ｃ≧１．０（ｍｍ）を満足するように構成しているので、発光管の内部の金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物と第２の部材とが化学反応を起こすことを防止できて、封止部の信頼性に優れ、寿命特性に優れた放電ランプを提供できる。

このような構成において、第１の部材は、モリブデン，モリブデンの合金，サーメット等を使用できる。特に、第１の部材を、径０．３ｍｍ以上，０．７ｍｍ以下のモリブデンまたはモリブデンの合金とすることが好ましい。このような材料にて第１の部材を構成することにより、第１の部材と接する部分のガラス封着材の層で気密漏れが生じることを防止できる。

また、第２の部材は、ニオブ，ニオブの合金，タンタル，タンタルの合金等を使用できる。このような材料にて第２の部材を構成することにより、第２の部材と接する部分のガラス封着材の層で気密漏れが生じることを防止できる。

本発明の放電ランプでは、電気導入体と細管との間の一部領域に嵌挿部材を設けたので、電気導入体の径と細管の内径とを大きくしても封着ガラスの層厚を小さくできるため、寿命に優れた消費電力が大きい放電ランプを提供することができる。

第１図は放電ランプの発光管の封止構造の従来例を示す断面図である。 第２図は本発明の放電ランプ全体の概略構成を示す断面図である。 第３図は第１実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第４図は第２実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第５図は第３実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第６図は第４実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第７図は第４実施の形態に係る放電ランプでの光束維持率の特性を示すグラフである。 第８図は第５実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第９図は第６実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第１０図は第７実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第１１図は第８実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第１２図は第９実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第１３図は第１０実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第１４図は第１１実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第１５図は第１２実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。 第１６図は第１３実施の形態に係る放電ランプの発光管の封止構造を示す断面図である。 第１７図は第１４実施の形態に係る放電ランプの発光管の封止構造を示す断面図である。

本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

第２図は、本発明の放電ランプ全体の概略構成を示す断面図である。第２図において、１は発光管、２は石英ガラス製の筒、３は硬質ガラス製の外管、４はゲッター、５は口金、６は始動を容易にするため金属線を発光管１に沿わせた補導体、１１は発光管１の太管、１２は発光管１の細管である。

以下、本発明の特徴部分である放電ランプの発光管１の種々の構成について、説明する。

第１実施の形態

第３図は本発明の第１実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第３図において、透光性セラミック製の太管１１の両端部には、透光性セラミック製のディスク１３を介して、細径部を構成する同じく透光性セラミック製の細管１２が気密的に設けられている。この透光性セラミックは、具体的には透光性アルミナである。発光管１内には、金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物が封入されている。

この細管１２内には、電極極芯を兼ねるタングステンからなる電気導入体２３が挿通されている。電気導入体２３の電極極芯となる部分には第１コイル２０と第２コイル２２とが巻回されている。第１コイル２０の目的は、ランプ点灯時に電極先端部に形成されるアークスポットの高温から電極を守るためであり、第２コイル２２の目的は、電極先端部の熱を電極後方に逃がし易くするためである。

細管１２の外側端部と電気導入体２３との間には、嵌挿部材としてのニオブからなる管状の応力緩衝体４０が設けられており、細管１２，応力緩衝体４０及び電気導入体２３は耐ハロゲン性の封着ガラス３０により気密的に固定されている。即ち、電気導入体２３と応力緩衝体４０との間、及び、応力緩衝体４０と細管１２との間に、封着ガラス３０が充満されている。

発光管１（太管１１，細管１２及びディスク１３）に用いられるセラミックの材質としては、透光性アルミナ以外に、サファイア，イットリア，イットリウム・アルミニウム・ガーネット，窒化アルミニウム等を用いることができる。また、電気導入体２３の材質としては、タングステン以外に、モリブデン，ニオブ，タンタル，レニウム，白金，タングステンの合金，モリブデンの合金等を用いることができる。

封着ガラス３０としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系，Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系等のガラス材料を用いることができ、気密封着部は、好ましくは、細径１２の外端部に形成することが良い。なお、メタルハライドを封入した放電ランプにおける封着ガラス３０としては、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系のものがより好ましく、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２と希土類元素の酸化物（特にＤｙ_２Ｏ_３が好ましい）とを含んだ混合物からなるものが特に良い。本例における封着ガラス３０は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２及びＤｙ_２Ｏ_３の混合物で構成され、その組成比はこの順に１７±３重量％，２２±３重量％及び６１±３重量％である。各成分の重量比がこの数値範囲を満たす場合には、酸化モリブデン，酸化スカンジウム，酸化イットリウム，酸化マグネシウム等を他の成分として含んでいても良い。このような組成の場合に、封着ガラス３０の特性は、融点：１，３９０℃，線膨張率：６．５×１０^−６／℃となり、耐ハロゲン性と封着信頼性との両方を実現できる。封着ガラス３０の組成が上記範囲から外れた場合には、次のような不都合が生じる。

封着ガラス３０の組成が上記範囲でない場合には、融点が上昇して封着工程での加熱温度を５０℃以上高くしなければならない。封着温度を高くした場合には発光管１全体の温度も上がるので、発光管１内に封入した水銀及びメタルハライドの一部が蒸発して失われる。封入物の一部が失われると、作製した放電ランプの諸特性が設計値から外れてしまう。封着ガラス３０の組成を上記範囲とした場合には、このようなことは生じず、設計値通りの諸特性を有する放電ランプを作製できる。また、封着ガラス３０の組成が上記範囲でない場合には、線膨張率が変化して、封着部の耐熱衝撃性が低下する。線膨張率が変化した場合、細管１２，電気導入体２３及び封着ガラス３０の線膨張率のバランスが崩れて、ランプ点灯／消灯の繰り返しによる熱衝撃にて封着ガラス３０にクラックが生じることになる。

従って、Ａｌ_２Ｏ_３：１７±３重量％，ＳｉＯ_２：２２±３重量％，Ｄｙ_２Ｏ_３：６１±３重量％の組成比（以下、この組成比を最適組成比という）を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２−Ｏ_３系の金属酸化物の混合物が、封着ガラス３０には最適である。

なお、金属製の応力緩衝体４０としては、ニオブ以外に、他種の金属も使用可能である。本発明者等は、応力緩衝体４０を夫々ニオブ，タンタル，モリブデン，タングステンにて構成した４種の放電ランプを試作して点灯実験を行った結果、ニオブ，タンタルの場合に不具合はなく、一方、モリブデン，タングステンの場合には線膨張率が合わないために細管１２にクラックが生じた。これらの各金属の０〜１，０００℃における線膨張率は夫々、ニオブ：６．９×１０^−６／℃，タンタル：６．５×１０^−６／℃，モリブデン：５．５×１０^−６／℃，，タングステン：５．１×１０^−６／℃であり、線膨張率が６．５×１０^−６／℃以上であることが好ましい。高温に耐えるこのような金属としては、上記ニオブ，タンタル以外に、イリジウム（線膨張率：０〜１００℃で６．８×１０^−６／℃），ロジウム（線膨張率：２０〜１００℃で８．３×１０^−６／℃），バナジウム（線膨張率：２３〜１００℃で８．３×１０^−６／℃），チタン（線膨張率：２５℃で８．５×１０^−６／℃），白金（線膨張率：０℃で８．９×１０^−６／℃）も使用でき、またこれらの金属の合金も使用可能である。

なお、使用される応力緩衝体４０としては、その熱膨張率が電気導入体２３の熱膨張率と細管部（細管１１）を構成するセラミックの熱膨張率との間か細管部（細管１１）を構成するセラミックの熱膨張率と同じであるのが好ましく、電気導入体２３の熱膨張率よりも細径部（細管１１）を構成するセラミックの熱膨張率に近い膨張率を有するものがより好ましい。さらには、その熱膨張率が電気導入体２３よりも大きく、細径部（細管１１）を構成するセラミックの膨張率以下であるのがより好ましく、さらにより好ましくは、電気導入体２３の熱膨張率よりもセラミックの膨張率に近い熱膨張率を有するものが良い。そして、最も好ましくは、電気導入体２３、封着ガラス３０、応力緩衝体４０、細径部（細管１１）を構成するセラミックの各熱膨張率が、この順で大きくなっているのが良い（電気導入体が最も小さい）。

第２実施の形態

第４図は本発明の第２実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第４図において、第３図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。第２実施の形態では、応力緩衝体４０を位置決めするためのセラミック管５１が、細管１２の外側端部と電気導入体２３との間に付設されており、応力緩衝体４０はセラミック管５１を介して第２コイル２２に位置決めされている。封着ガラス３０は、セラミック管５１の応力緩衝体４０側から数ｍｍ入ったところまで充満している。

第３実施の形態

第５図は本発明の第３実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第５図において、第３図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。第３実施の形態では、溶接部２５にて突き合わせ溶接されたタングステン製の電極極芯２１とモリブデン製の電気導入体２４とが、細管１２内に挿通されている。

モリブデンを電気導入体２４として用いることにより、タングステンを用いた場合に比べて封着部の信頼性が更に良好となる。その理由はタングステンに比べてモリブデンの方が線膨張率がよりセラミック（特に透光性アルミナ）のそれに近いからである。またモリブデンの中でも、０．１〜１．０重量％のランタンまたはランタン酸化物を含有したモリブデンは、高温での再結晶粒子の成長による脆化が起こりにくく、電気導入体２４としてより優れているので好ましい。更に、モリブデンとレニウムとの合金も電気導入体２４として使用できる。その他に、電気導入体２４として、アルミナとモリブデンとの混合物を成形，焼結して導電性を持たせたサーメットも使用できる。

第４実施の形態

第６図は本発明の第４実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第６図において、第５図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。第４実施の形態では、電気導入体が、第１の部材としての第１電気導入体２４と第２の部材としての第２電気導入体２７とで構成されている。電極極芯２１と第１電気導入体２４とは、第３実施の形態と同様に、溶接部２５にて突き合わせ溶接されており、第１電気導入体２４と第２電気導入体２７とは、溶接部２６にて突き合わせ溶接されている。

第１電気導入体２４は、第３実施の形態と同様に、モリブデン，モリブデンの合金，サーメット等を使用できる。第２電気導入体２７は、耐熱性があり、セラミックと線膨張率が良く近似している材料特性が必要であり、このような材料としてはニオブ，タンタル，ニオブの合金，タンタルの合金，サーメット等を使用できる。ニオブ，タンタル及びそれらの合金は線膨張率がアルミナセラミックのそれとよく近似しているので、特に優れた封止ができる。但し、このような構造とする場合には、これらの金属は耐ハロゲン性を有しないので、耐ハロゲン性を有する封着ガラス３０で覆う必要がある。よって、第６図の構造では、第１電気導入体２４と第２電気導入体２７との接合部を封着ガラス３０で覆っている。

この第４実施の形態の具体例（消費電力：１５０Ｗ）について説明する。太管１１の内径は９．１ｍｍ、両端部の細管１２の内径は１．０ｍｍ、電極間長は１０ｍｍである。電極極芯２１の径は０．６ｍｍ、第１コイル２０は径が０．１８ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けてあり、その最大径は０．９６ｍｍである。耐熱金属管からなる応力緩衝体４０は、内径０．６５ｍｍ，外径０．９５ｍｍ，長さ３．０ｍｍのＮｂ−１％Ｚｒ合金を用いた。電気導入体は、モリブデンからなる第１電気導入体２４とニオブからなる第２電気導入体２７とで構成した。

封着ガラス３０は、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系（１７重量％−２２重量％−６１重量％）の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は、細管１２の端部から約４ｍｍ入ったところまで、電気導入体と応力緩衝体４０との隙間及び応力緩衝体４０と細管１２との隙間を満たしている。本例では応力緩衝体４０の全体が耐ハロゲン性を有する封着ガラス３０で覆われているので、応力緩衝体４０はハロゲンからの腐食から保護されている。このように両端が密封された発光管１内には、水銀：約１０ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約１１ｍｇ、沃化タリウム：約３ｍｇ、沃化ナトリウム：約２ｍｇ、沃化セシウム：約１ｍｇ及び始動ガスとして約８ｋＰａのアルゴンガスが封入されている。

このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで第２図に示すような放電ランプを作製し、消費電力１５０Ｗで点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
ランプ特性は１００時間エージング後の値で表す。
管電力：１５０Ｗ 管電流：１．８２Ａ 管電圧：９８．７Ｖ
全光束：１３，５００ｌｍ 平均演色評価数：８７
色温度：４，１３０Ｋ

第７図は、このランプ特性の結果を表している。第７図において縦軸は光束維持率、横軸は点灯時間である。本例の放電ランプは１２，０００時間点灯後も８０％以上の光束維持率を示した。本例の放電ランプは電気導入体とセラミック製の細管１２との間にセラミックと線膨張率が近似した耐熱金属からなるる応力緩衝体４０が存在するので、ランプ点滅時に発生する熱応力がこの応力緩衝体４０で吸収され、封着ガラス３０にクラックを生じさせることがなく、長時間の点灯に耐えることができる。

なお、第１図に示すような構造の従来の放電ランプでは、同じ封着ガラスを用いた場合、点灯時間３，０００時間を過ぎる頃から光束維持率の低下が大きくなり、外管内に黒い付着物が見られた。

第５実施の形態

第８図は本発明の第５実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第８図において、第５図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。第５実施の形態は、消費電力が大きいランプに適用した例である。

太管１１の両端部はテーパ部１５を介して細く絞られた縮径部１４となっており、縮径部１４と細管１２とはディスク１３を介して気密的に接合されている。電気導入体２４と細管１２との間の一部領域には応力緩衝体４０が付設されており、電気導入体２４，応力緩衝体４０及び細管１２は封着ガラス３０で気密的に固定されている。応力緩衝体４０及び電気導入体２４は、応力緩衝体４０を圧着位置６０で圧着することにより位置決めされている。

前述の第１または第３実施の形態の構造では、電気導入体２３または２４と応力緩衝体４０との位置決めは、応力緩衝体４０を電気導入体２３または２４に直接電気溶接するか、または、電気導入体２３または２４に位置決めピンを取り付ける等の工程が必要である。これに対して、筒状の応力緩衝体４０が電気導入体２４を内部に挿入して設けられ、応力緩衝体４０が細管１２の外側まで延在され、応力緩衝体４０の発光管１の内部側の一部のみが電気導入体２４と細管１２との間であって気密封着部に位置する部位にあり、応力緩衝体４０の発光管１の内部に位置する部位が封着ガラス３０で覆われた第８図に示される構造では、応力緩衝体４０を電気導入体２４に機械的に圧着するだけで固定できるという利点がある。

この第５実施の形態の具体例（消費電力：４００Ｗ）について説明する。太管１１の内径は１６ｍｍ、両端部の細管１２の内径は２．０ｍｍ、電極間長は２５ｍｍである。電極極芯２１の径は１．０ｍｍ、第１コイル２０は径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．８ｍｍである。応力緩衝体４０は管体で内径０．６ｍｍ，外径１．９ｍｍ，長さ９．０ｍｍのＮｂ−１％Ｚｒ合金を用いた。応力緩衝体４０の内部には電気導入体２４が、圧着位置６０で応力緩衝体４０を圧着することにより位置決め固定されている。電気導入体２４は径０．５ｍｍ，長さ２５ｍｍで約０．５重量％のランタン酸化物を含有したモリブデンを使用した。封着ガラス３０は、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は、細管１２の端部から約６ｍｍ入ったところまで、電気導入体２４と応力緩衝体４０との隙間及び応力緩衝体４０と細管１２との隙間を満たしている。

本例では応力緩衝体４０は発光管１の中央側の約５ｍｍが耐ハロゲン性を有する封着ガラス３０で覆われているので、応力緩衝体４０はハロゲンからの腐食から保護されている。このように両端が密封された発光管１内には、水銀：約１８ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約２２ｍｇ、沃化タリウム：約６ｍｇ、沃化ナトリウム：約５ｍｇ、沃化セシウム：約３ｍｇ及び始動ガスとして約８ｋＰａのアルゴンガスが封入されている。

このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで第２図に示すような放電ランプを作製し、消費電力４００Ｗで点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
ランプ特性は１００時間エージング後の値で表す。
管電力：４００Ｗ 管電流：３．９Ａ 管電圧：１３３．２Ｖ
全光束：３７，５００ｌｍ 平均演色評価数：８７
色温度：４，０３０Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，消費電力４００Ｗで寿命試験を実施したところ、約６，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

以上の第１〜第５の実施の形態にあっては、応力緩衝体４０の線膨張率が、電気導入体の線膨張率と細管１２の線膨張率との間、または、細管１２の線膨張率と同じであることが好ましく、最も好ましい例は、電気導入体，封着ガラス３０，応力緩衝体４０，細管１２の順に、線膨張率が大きくなっている例である。

このような線膨張率を有する金属材料で応力緩衝体４０を構成することによって、効果的に熱応力を吸収することが可能となり、特に、上記例のような線膨張率の関係がある場合には、最も効率良く熱応力が吸収される。なお、応力緩衝体４０は、このように線膨張率の違いによる熱応力を吸収するためのものであるので、気密封着部内においては、電気導入体に直接固定されて一体化されていないようにするのが良く、所定の間隔が設けられていることが好ましい。また、細管１２と応力緩衝体４０との線膨張率が異なる場合も同様である。特に、上記例のような線膨張率の関係がある場合には、電気導入体と応力緩衝体４０との間に封着ガラス３０が充填された構造となっているのが良い。

また、応力緩衝体４０は、電気導入体と細管１２との間の少なくとも気密封着部内に設けられておれば良く、封着ガラス３０に加わる熱応力を吸収できるように、少なくとも応力緩衝体４０の一部が封着ガラス３０で覆われた状態となっておれば良いが、発光管１の内部に金属ハロゲン化物が封入されている場合には、耐ハロゲン性の封着ガラス３０により応力緩衝体４０の発光管１の内部側が覆われていることが好ましい。このようにすることによって、耐ハロゲン性がない金属材料を用いることが可能となる。

なお、以上の第１〜第５の実施の形態の説明では、応力緩衝体４０として管体を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば耐熱金属製の板を筒状に曲げただけで、合わせ目に隙間があるものでも良い。また、断面が半円筒形のものを二つ突き合わせることによって、２カ所に隙間がある状態で使用してもよい。円筒状のものを３個以上の複数に分割したものを用いても良い。要するに応力緩衝体４０は電気導入体と細管１２との間の少なくとも一部領域に存在すれば良く、応力を吸収する作用が失われない程度に応力緩衝体４０が存在しない部分があっても良い。

第６実施の形態

第９図は本発明の第６実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第９図において、第６，第８図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。第６実施の形態では、電気導入体と細管１２との間に設ける嵌挿部材としてセラミックスリーブ５０を用いている。

電極極芯２１が接続された電気導入体（第１電気導入体２４及び第２電気導入体２７）が細管１２内に挿通され、これを取り巻くようにセラミックスリーブ５０が配置されている。セラミックスリーブ５０と電気導入体との間、及び、セラミックスリーブ５０と細管１２との間に封着ガラス３０が流し込まれ、封着ガラス３０により電気導入体とセラミックスリーブ５０と細管１２とが気密的に固定されている。セラミックスリーブ５０は、第２コイル２２により、その位置決めがなされる。

セラミックスリーブ５０は、電気導入体と細管１２との間に設置されるので、その線膨張率が細管１２の線膨張率に近似しない場合には、細管１２にクラックが生じることになる。本発明者等は、細管１２をアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）にて構成し、セラミックスリーブ５０を夫々アルミナ，チタニア（ＴｉＯ），スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４），ベリリア（ＢｅＯ），イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）にて構成した５種の放電ランプを試作して点灯実験を行った結果、イットリアの場合のみアルミナ製の細管１２にクラックが発生した。これらの各セラミックの２０〜１，０００℃における線膨張率は夫々、アルミナ：８．６×１０^−６／℃，チタニア：８．７×１０^−６／℃，スピネル：８．８×１０^−６／℃，ベリリア：８．９×１０^−６／℃，イットリア：９．３×１０^−６／℃であり、線膨張率が８．９×１０^−６／℃以下であるセラミックを使用することが好ましい。勿論、このような酸化物の混合物、または、このような酸化物とそれらの以外の酸化物との混合物であっても、その混合比を調整して８．９×１０^−６／℃以下の線膨張率を実現する場合には、セラミックスリーブ５０の材料として使用できる。

第１電気導入体２４としては、耐熱性と耐ハロゲン性とを有し、好ましくは線膨張率がセラミックスリーブ５０のそれと大きく違わないものが好ましい。これは、第１電気導入体２４と第２電気導入体２７との接合部を封着ガラス３０で覆うことにより生じるセラミックスリーブ５０と第１電気導入体２４との間に充填される封着ガラス３０の損傷を防止して、ハロゲン性物質から第２電気導入体２７を守るためである。このような材料としては、モリブデン，モリブデンの合金またはサーメットを使用することができる。

また、第２電気導入体２７としては、耐熱性を有し線膨張率が細管１２を構成するセラミックのそれと良く近似し、更に、セラミックスリーブ５０の線膨張率とも良く近似しているものが好ましい。これは、セラミックスリーブ５０が付設された第２電気導入体２７の部分で封着ガラス３０による気密的な固定が行われるようにすることが好ましいからである。このような材料としてはニオブ，タンタル，ニオブの合金またはタンタルの合金があり、これらの材料の線膨張率は特に、透光性アルミナの線膨張率に良く近似している。例えば、発光管１及びセラミックスリーブ５０を透光性アルミナ、第２電気導入体２７をニオブとした場合、透光性アルミナの線膨張率は８．４×１０^−６／℃（３００〜８００℃）で、ニオブの線膨張率は７．５×１０^−６／℃（１８〜５００℃）となり、その差は２０％以内となる。タンタルの場合は、線膨張率が６．６×１０^−６／℃（２０〜５００℃）であり、透光性アルミナとの差は２５％以内となる。

ところで、セラミックスリーブ５０を使用する場合、第２コイル２２を設けずに長いセラミックスリーブ５０を使用して、第２コイル２２の機能（電極先端部の熱を後方に放散すること）をセラミックスリーブ５０に代用させることが考えられる。しかしながら、このようにした場合に、セラミックは金属に比べて熱伝導率が小さいので好ましくない。第２コイル２２をモリブデン、セラミックスリーブ５０をアルミナで構成した場合、アルミナの熱伝導率（０．３０ジュール／ｃｍ／秒／℃）がモリブデンの熱伝導率（１．３ジュール／ｃｍ／秒／℃）の１／４未満であるため、第２コイル２２の機能をセラミックスリーブ５０に代用させると、電極先端部で発生した熱が後方に伝わりにくい。よって、細管１２とセラミックスリーブ５０とで挟まれた電極後方の隙間に温度が低い部分ができ、この低温部分に溜まった封入物の水銀，メタルハライドの温度が充分に上がらない。封入物の温度が上がらないので、その蒸気圧も上がらず、特にメタルハライドの充分な発光が得られず、効率，演色性に優れた放電ランプを実現できない。また、同様の理由により、ランプ点灯後に封入物が蒸発して所定の明るさを呈するまでの時間も長くなる。また、電極極芯２１からの熱が細管１２に伝わりにくいので、電極極芯２１の温度は高くなる。電極極芯２１が高温になると、その熱は金属である電気導入体を経由して封着部に伝えられる。その結果、封着部の温度が必要以上に高くなって、ランプ寿命は短くなる。以上のように、セラミックスリーブ５０にて第２コイル２２の機能を果たそうとする構成例では、特性が優れた放電ランプを提供できない。従って、セラミックスリーブ５０の細管１２内への挿入長さを必要以上に長くせず、細管１２内の電極極芯２１には第２コイル２２を巻回させることが好ましい。

この第６実施の形態の具体例（消費電力：４００Ｗ）について説明する。太管１１の内径は１６ｍｍ、両端部の細管１２の内径は２．０ｍｍ、電極間長は２７ｍｍである。電極極芯２１の径はタングステンで０．９ｍｍ、第１コイル２０は径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．６ｍｍである。第２コイル２２は径が０．４５ｍｍのモリブデン線を２６〜２８ターン巻き付けてある。第１電気導入体２４はモリブデンからなり径０．５ｍｍ，長さ３ｍｍで電極極芯２１とは溶接位置２５で突き合わせ溶接されている。第２電気導入体２７は径が０．７ｍｍのニオブからなり溶接位置２６で第１電気導入体２４に突き合わせ溶接されている。

セラミックスリーブ５０はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ，外径１．９ｍｍ，長さ６ｍｍである。第２電気導入体２７は細管１２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス３０により固定されている。封着ガラス３０としては最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は、細管１２の端部から約６ｍｍ入ったところまで、電気導入体とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と細管１２との隙間を満たしている。即ち、電気導入体を構成する第１電気導入体２４と第２電気導入体２７との接合部は封着ガラス３０で覆われているので、第２電気導入体２７はハロゲンによる腐食から保護されている。

本例において、封着ガラス３０の層厚は細管１２とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と電気導入体との隙間になるが、何れも０．２ｍｍ以下となっている。封着ガラス３０の層厚が０．２ｍｍ以下であれば、封止構造としては優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を有する。

このように両端が密封された発光管１内には水銀：約１５ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約２２ｍｇ、沃化タリウム：約８ｍｇ、沃化ナトリウム：約３ｍｇ、沃化セシウム：約２ｍｇ及び始動ガスとして約８ｋＰａのアルゴンガスが封入されている。

このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで第２図に示すような放電ランプを作製し、４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。特性は１００時間エージング後の値で表す。
管電力：４００Ｗ 管電流：３．８５Ａ 管電圧：１１８．７Ｖ
全光束：３９，０００ｌｍ 平均演色評価数：８７
色温度：４，１３０Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約６，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

第７実施の形態

第１０図は本発明の第７実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第１０図において、第９図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

透光性アルミナ管からなる発光管１は、中央部の太管１１とその両端部に取り付けられた細管１２とから構成されている。太管１１の両端部は曲率半径Ｒが２ｍｍ以上の曲面を有するテーパ部１５を介して細く絞られた縮径部１４になっている。縮径部１４と細管１２とはアルミナ製のディスク１３を介して気密的に接合されており、縮径部１４はディスク１３の取り付けられた部分とテーパ部１５との間に直線部を有している。

このような構造の発光管１において、封着工程時にクラックが発生した発光管１を調査したところ、クラックは全て細管１２とセラミックスリーブ５０との間で発生していることが分かった。本発明者等は、封着ガラス３０とセラミックスリーブ５０とは線膨張率が異なるため、封着部における各部の寸法が影響してクラックが発生したと考えた。そこで細管１２の内径及びセラミックスリーブ５０の外径を変化させて、複数種の放電ランプの試作を行った。

太管１１の内径は１６ｍｍ、縮径部１４の内径は１０ｍｍ、テーパ部１５の曲率半径Ｒは５ｍｍ、細管１２の内径は２ｍｍ，３ｍｍと変化させた。材質は透光性アルミナである。電極極芯２１の径は０．９ｍｍでタングステン製であり、電極極芯２１に第１コイル２０（タングステン）、第２コイル２２（モリブデン）が巻き付けてある。第１電気導入体２４はモリブデンからなり、径０．５ｍｍ，長さ３ｍｍで電極極芯２１とは溶接位置２５で突き合わせ溶接されている。第２電気導入体２７は径０．７ｍｍのニオブからなり、第１電気導入体２４とは溶接位置２６で突き合わせ溶接されている。

セラミックスリーブ５０は発光管１の材質と同じ材質のアルミナからなり、長さ６ｍｍ，内径０．７５ｍｍで外径を変化させたものを用いた。第２電気導入体２７は細管１２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス３０により固定される。封着ガラス３０としては、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は細管１２の端部から約６ｍｍ入ったところまで、電気導入体とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と細管１２との隙間を満たしている。

下記表１は、このように試作した放電ランプについて、細管１２の内径とセラミックスリーブ５０の外径とを変化させた場合のクラックの発生率を示している。この表１から分かるように、細管１２の内径（Ａ）とセラミックスリーブ５０の外径（Ｂ）との差が、０．６ｍｍを超えるとクラックの発生率が急激に高くなる。なお、その差の下限値は封着ガラス３０が流れ込む最低寸法の０．０２ｍｍとすることが好ましい。

以上のように、細管１２の内径とセラミックスリーブ５０の外径との差を０．０２〜０．６ｍｍの範囲とすることによって、封着工程時のクラックを無くし、良好な発光管１を製造できる。

細管１２の内径とセラミックスリーブ５０の外径との差を０．０２〜０．６ｍｍの範囲内で構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで図２に示すような放電ランプを作製し、点灯試験を行った。寿命試験は９，０００時間まで実施したが、クラック等の不具合は全くなく、良好な寿命特性が得られた。

第８実施の形態

第１１図は本発明の第８実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第１１図において、第９図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

細管１２内では、電極極芯２１に溶接部２５で突き合わせ溶接された第１電気導入体２４と、第１電気導入体２４に溶接部２６で突き合わせ溶接された第２電気導入体２７とが、封着ガラス３０により気密的に固定されている。

第８実施の形態では、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長（Ｃ）と封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長（Ｄ）との間に、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。この関係が満たされる場合に、ランプ寿命を長くできる。この関係が成立しない場合は、封着ガラス３０と第１電気導入体２４との境界に沿って封入物であるハロゲン化物が進入し、第２電気導入体２７はハロゲンと化学反応を生じて腐食される。その結果、ついには第１電気導入体２４と第２電気導入体２７との溶接部２６で導通が失われ、ランプは点灯できなくなる。

上記Ｃ，Ｄの関係に関して本発明者等が行った実験について説明する。（Ｄ−Ｃ）の長さを変化させた複数の放電ランプを試作し、各ランプ特性（点灯時間を３，０００時間とした際の光束維持率）を測定した。その結果を、下記表２に示す。

（Ｄ−Ｃ）の長さが０ｍｍ，０．５ｍｍである場合には、点灯時間３，０００時間における光束維持率は夫々、３５％，６８％であった。これに対して、（Ｄ−Ｃ）の長さが１．０ｍｍ以上である場合には、何れも９０％以上の光束維持率を維持していた。また、前者の場合には、外観上で発光管１全体が黒化しており、後者の場合には、発光管１の黒化は見られずきれいであった。前者の場合には、封入物であるメタルハライドがニオブ製の第２電気導入体２７と接触して化学反応を起こし、その反応物質が発光管１の内面全体に沈着して黒化したと考えられる。また、本発明者等が行った更なる実験によれば、（Ｄ−Ｃ）の長さを１．０ｍｍ以上とした放電ランプにあっては、点灯時間を６，０００時間に延長しても７０％以上の光束維持率を維持していることが確認された。よって、点灯時間３，０００時間での光束維持率が９０％以上、または、点灯時間６，０００時間での光束維持率が７０％以上を閾値とした場合、この（Ｄ−Ｃ）の長さは１．０ｍｍ以上とすることが必要である。

なお、封着ガラス３０が第１電気導入体２４の先端を超えて流れ込んだ場合、細管１２の内壁と第１電気導入体２４とで囲まれた空間に流れ込む封着ガラス３０の容積が大きくなると共に、電極と封着ガラス３０とが接触するので、この部分で封着ガラス３０にクラックが発生する。これに引き続いて細管１２にもクラックが発生して発光管１に気密漏れが生じ、放電ランプは点灯しなくなる。

第９実施の形態

第１２図は本発明の第９実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第１２図において、第９図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

細管１２内では、電極極芯２１に溶接部２５で突き合わせ溶接された第１電気導入体２４と、第１電気導入体２４に溶接部２６で突き合わせ溶接された第２電気導入体２７と、第１，第２電気導入体２４，２７及び細管１２の間に設けられたセラミックスリーブ５０とが、封着ガラス３０により気密的に固定されている。

この第９実施の形態でも、第８実施の形態と同様の理由により、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの間に、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

この第９実施の形態の具体例（消費電力：４００Ｗ）について説明する。太管１１はアルミナからなり内径は１６ｍｍ、細管１２はアルミナからなり内径は２．０ｍｍ、電極間長は２３ｍｍである。電極極芯２１の径は０．９ｍｍ、第１コイルは径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．６ｍｍである。

第１電気導入体２４はモリブデンからなり径０．５ｍｍ，長さ３ｍｍで電極極芯２１とは溶接位置２５で突き合わせ溶接されている。第２電気導入体２７は、径０．７ｍｍのニオブからなり、溶接位置２６で第１電気導入体２４と突き合わせ溶接されている。セラミックスリーブ５０はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ，外径１．９ｍｍ，長さ６ｍｍである。第２電気導入体２７は細管１２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス３０により固定されている。

封着ガラス３０としては、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は細管１２の端部から約５ｍｍ入ったところまで、電気導入体とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と細管１２との隙間を満たしている。本例において、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの関係は、Ｄ−Ｃ＝２．０ｍｍとなり、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

このように両端が密封された発光管１内には水銀：約２２ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約２２ｍｇ、沃化タリウム：約８ｍｇ、沃化ナトリウム：約３ｍｇ、沃化セシウム：約２ｍｇ及び始動ガスとして約８ｋＰａのアルゴンガスが封入されている。このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで第２図に示すような放電ランプを作製し、４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：４００Ｗ 管電流：４．０６Ａ 管電圧：１１０．１Ｖ
全光束：３９，４００ｌｍ 平均演色評価数：８６
色温度：５，１００Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約９，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

第１０実施の形態

第１３図は本発明の第１０実施の形態に係る放電ランプの構成を示す断面図である。第１３図において、第６，第１２図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

細管１２内では、電極極芯２１に溶接部２５で突き合わせ溶接された第１電気導入体２４と、第１電気導入体２４に溶接部２６で突き合わせ溶接された第２電気導入体２７と、第１，第２電気導入体２４，２７及び細管１２の間に設けられた例えばニオブからなる耐熱金属製の応力緩衝体４０とが、封着ガラス３０により気密的に固定されている。応力緩衝体４０は管状のものを第１，第２電気導入体２４，２７と細管１２との間に差し込んでいる。応力緩衝体４０は、第４実施の形態と同様に、第１，第２電気導入体２４，２７、封着ガラス３０及び細管１２の４つの異なる材質間の線膨張率の違いにより生じる熱応力を吸収する。

この第１０実施の形態でも、第８実施の形態と同様の理由により、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの間に、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

この第１０実施の形態の具体例（消費電力：２５０Ｗ）について説明する。太管１１の内径は１３ｍｍ、細管１２の内径は１．５ｍｍ、電極間長は１８ｍｍである。電極極芯２１の径は０．７ｍｍ、第１コイルは径が０．３０ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．３０ｍｍである。応力緩衝体４０は内径０．７５ｍｍ，外径１．４０ｍｍ，長さ３．０ｍｍのＮｂ−１％Ｚｒ合金を用いた。第２電気導入体２７は、径０．７ｍｍ，長さ約２０ｍｍのＮｂ−１％Ｚｒ合金からなり、細管１２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス３０により固定されている。封着ガラス３０は、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は、細管１２の端部から約５ｍｍ入ったところまで、電気導入体と応力緩衝体４０との隙間及び応力緩衝体４０と細管１２との隙間を満たしている。

本例において、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの関係は、Ｄ−Ｃ＝２．０ｍｍとなり、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

更に、応力緩衝体４０は全体が耐ハロゲン性を有する封着ガラス３０で覆われているので、ハロゲンからの腐食から保護される。このように両端を密封した発光管１内には水銀：約１５ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約２０ｍｇ、沃化タリウム：約６ｍｇ、沃化ナトリウム：約４ｍｇ、沃化セシウム：約４ｍｇ及び始動ガスとして約８ｋＰａのアルゴンガスが封入されている。このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで第２図に示すような放電ランプを作製し、消費電力２５０Ｗで点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。ランプ特性は１００時間エージング後の値で表す。
管電力：２５０Ｗ 管電流：２．４１Ａ 管電圧：１２３．９Ｖ
全光束：２２，５００ｌｍ 平均演色評価数：８６
色温度：４，２３０Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，２５０Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約９，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

第１１実施の形態

第１４図は本発明の第１１実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第１４図において、第１２図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

この第１１実施の形態では、耐ハロゲン性を有するモリブデンまたはモリブデン合金からなる第１電気導入体２４の径を、０．３ｍｍ以上，０．７ｍｍ以下としている。第１電気導入体２４の径は０．７ｍｍ以下とするが、これはこれより径を大きくすると、セラミックスリーブ５０の厚さ，細管１２の内径，第２電気導入体２７の径等を調整しても、封着時の細管１２のクラック発生を防止し、ランプの点滅による熱サイクルで早期の封着ガラス３０からの気密漏れの発生を防止することが難しく、０．７ｍｍ以下とすることにより、他の構成を適宜調整することで簡単に封着時の細管１２のクラック発生を防止し、ランプの点滅による熱サイクルで早期の封着ガラス３０からの気密漏れの発生を防止することができるようになるからである。

例えば、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の封着ガラス３０を用い、細管１２とセラミックスリーブ５０との間及びセラミックスリーブ５０と電気導入体との間とに形成される封着ガラス３０の層厚が０．２ｍｍ以下となるように各部の大きさを決めれば、封着時の細管１２のクラック発生を防止し、ランプの点滅による熱サイクルで早期に封着ガラス３０からの気密漏れが生じることを防止できる。更に、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物の中でも、最適組成比を有するものを用いる場合には、この効果をより確実に奏することができる。

第１電気導入体２４の径に関して本発明者等が行った実験について説明する。モリブデン製の第１電気導入体２４の径を変化させた複数の封止構造を試作し、各封止構造における封着部の気密性を調べた。その結果を、下記表３に示す。

表３の結果から、モリブデン製の第１電気導入体２４の径を０．７ｍｍ以下にすれば、良好な気密性を実現できることが判る。その径が０．８ｍｍ以上になった場合には、封着ガラス３０と第１電気導入体２４との線膨張率の違いにより、封着ガラス３０にクラックが発生して封着部の気密性はなくなる。

なお、封着部の気密性の点からは、第１電気導入体２４の径は細い方が良いが、あまり細くしすぎると、ランプ作製工程中に加わる機械的衝撃に耐えれなくなる。また、細すぎると、ランプ作製後、ランプ点灯中の電流により第１電気導入体２４が発熱し、封着部に局部的な温度不均一部分が発生して、封着ガラス３０にクラックが生じる。従って、第１電気導入体２４の径は０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。

なお、第１電気導入体２４の材料としては、サーメットも使用可能である。使用できるサーメットの条件は、導電性を有すること、耐ハロゲン性を有すること、線膨張率がアルミナ（細管１２）の線膨張率に近似していることの３条件である。これらの条件を満足するサーメットとして、具体的にはクロム−アルミナ，モリブデン−アルミナ，タングステン−アルミナ等を使用できる。

この第１１実施の形態の具体例（消費電力：４００Ｗ）について説明する。太管１１の内径は１６ｍｍ、細管１２の内径は２．０ｍｍ、電極間長は２７ｍｍである。電極極芯２１はタングステンで、径が０．９ｍｍの線材、第１コイル２０は径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けたもので、その最大径は１．６ｍｍである。第２コイル２２は径が０．４５ｍｍのモリブデン線を２６〜２８ターン巻き付けたものである。

第１電気導入体２４は、径０．７ｍｍ，長さ３ｍｍのモリブデンで、電極極芯２１と溶接位置２５で突き合わせ溶接されている。第２電気導入体２７は、径０．７ｍｍのニオブで、溶接位置２６で第１電気導入体２４と突き合わせ溶接されている。セラミックスリーブ５０は発光管１と同じ透光性アルミナからなり、内径０．７５ｍｍ，外径１．９ｍｍ，長さ６ｍｍである。

第２電気導入体２７は細管１２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス３０により固定されている。封着ガラス３０としては、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系（１６．８重量％−２１．８重量％−６１．４重量％）の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は、細管１２の端部から約５ｍｍ入ったところまで、電気導入体とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と細管１２との隙間を満たしている。即ち、第１電気導入体２４と第２電気導入体２７との接合部は封着ガラス３０で覆われているので、第２電気導入体２７はハロゲンによる腐食から保護されている。

本例において、封着ガラス３０の層厚は細管１２とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と電気導入体との隙間になるが、何れも０．２ｍｍ以下となっている。封着ガラス３０の層厚が０．２ｍｍ以下であれば、封止構造としては優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を有する。

このように両端が密封された発光管１内には水銀：約１５ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約２２ｍｇ、沃化タリウム：約８ｍｇ、沃化ナトリウム：約３ｍｇ、沃化セシウム：約２ｍｇ及び始動ガスとして約１０ＫＰａのアルゴンガスが封入されている。

このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで図２に示すような放電ランプを作製し、４００Ｗのランプ電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
特性は１００時間エージング後の値で表す。
管電力：４００Ｗ 管電流：３．８７Ａ 管電圧：１１６Ｖ
全光束：３７，８００ｌｍ 平均演色評価数：８７
色温度：３，９８０Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，４００Ｗの電力で５．５時間点灯，０．５時間消灯の繰り返しで寿命試験を実施したところ、約６，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

第１２実施の形態

第１５図は本発明の第１２実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第１５図において、第５図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

この第１２実施の形態では、嵌挿部材としてセラミックスリーブと耐熱金属層との積層体を用いる。即ち、細管１２の外側端部内において、電極極芯２１に溶接部２５で突き合わせ溶接された電気導入体２４と、電気導入体２４と細管１２との間に設けられたセラミックスリーブ２８及び耐熱金属層２９の積層体とが、封着ガラス３０により気密的に固定されている。

セラミックスリーブ２８は、発光管１を構成するセラミックと同材質またはその線膨張率が近似するものを用いる。よって、封着部がより強化されることとなる。なお、線膨張率が近似するとは、発光管１を構成するセラミックの線膨張率と比べて、その差が２５％以内となっていることを意味し、近ければ近い程よい。また、耐熱金属層２９は、ニオブ，ニオブの合金，タンタルまたはタンタルの合金を用いる。これらの金属は、その線膨張率がセラミックのそれとよく近似し、変形しやすく柔らかい金属であるので、異種材料間に発生する熱応力を吸収するための応力緩衝体として適し、封着部はさらに強化される。

このような構成では、電気導入体２４と細管１２とはセラミックスリーブ２８と耐熱金属層２９とを介して気密的に固定されているので、細管１２の内径が大きく、消費電力が大きい放電ランプに適用しても、電気導入体２４と細管１２との間に形成される封着ガラス３０の層厚が大きくなることはなく、従って、封着時の細管１２のクラック発生を防止し、ランプの点滅による熱サイクルで早期に封着ガラス３０からの気密漏れが生じることを防止できる。

この第１２実施の形態の具体例（消費電力：７００Ｗ）について説明する。太管１１の内径は１８ｍｍ、細管１２の内径は３．５ｍｍ、電極間長は３０ｍｍである。電極極芯２１の径は１．２ｍｍ、第１コイル２０は径が１．０ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けてあり、その最大径は３．２ｍｍである。電気導入体２４はモリブデンからなり径０．７ｍｍ，長さ２０ｍｍで電極極芯２１とは溶接部２５で突き合わせ溶接されている。

セラミックスリーブ２８はアルミナからなり、内径１．４ｍｍ，外径３．４ｍｍ，長さ３ｍｍである。耐熱金属層２９はニオブからなり、内径０．７５ｍｍ，外径１．３５ｍｍ，長さ３ｍｍである。セラミックスリーブ２８と耐熱金属層２９とは、細管１２の端面から約３ｍｍ挿入した位置でピン留めされている。電気導入体２４とセラミックスリーブ２８及び耐熱金属層２９とは夫々封着ガラス３０により気密的に固定されている。

封着ガラス３０は、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は細管１２の端面から４〜６ｍｍ入ったところまで、電気導入体２４と耐熱金属層２９との隙間、耐熱金属層２９とセラミックスリーブ２８との隙間、及び、セラミックスリーブ２８と細管１２との隙間を満たしている。耐熱金属層２９を構成するニオブ等の耐熱性金属は高温でハロゲンに腐食されるが、本例では耐熱金属層２９は耐ハロゲン性の封着ガラス３０で完全に覆われているので、ハロゲンによる腐食からは保護されている。

本例において、封着ガラス３０の層厚は、電気導入体２４と耐熱金属層２９との隙間、耐熱金属層２９とセラミックスリーブ２８との隙間、及び、セラミックスリーブ２８と細管１２との隙間になるが、何れも０．２ｍｍ以下となっている。封着ガラス３０の層厚が０．２ｍｍ以下であれば、封止構造としては優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を有している。

このように両端が密封された発光管１内には水銀：約２１ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約３６ｍｇ、沃化タリウム：約６ｍｇ、沃化セシウム：約５ｍｇ及び始動ガスとして約８ｋＰａのアルゴンガスが封入されている。このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで第２図に示すような放電ランプを作製し、７００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：７００Ｗ 管電流：６．８３Ａ 管電圧：１１３．５Ｖ
全光束：７２，１００ｌｍ 平均演色評価数：８６
色温度：４，３３０Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，７００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約６，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

第１３実施の形態

第１６図は本発明の第１３実施の形態に係る放電ランプの発光管１の封止構造を示す断面図である。第１６図において、第１５図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

この第１３実施の形態でも、第１２実施の形態と同様に、嵌挿部材としてセラミックスリーブと耐熱金属層との積層体を用いている。即ち、電気導入体２４は、セラミックからなる細管１２と２層の耐熱金属層２９と単層のセラミックスリーブ２８とを介して封着ガラス３０で気密封止されている。

第１４実施の形態

第１７図は本発明の第１４実施の形態に係る放電ランプの発光管１の封止構造を示す断面図である。第１７図において、第６，第１５図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

この第１４実施の形態でも、第１２実施の形態と同様に、嵌挿部材としてセラミックスリーブと耐熱金属層との積層体を用いている。即ち、第１電気導入体２４及び第２電気導入体２７は、セラミックからなる細管１２と単層のセラミックスリーブ２８と単層の耐熱金属層２９とを介して封着ガラス３０で気密封止されている。

なお、これらの第１２〜第１４実施の形態にあっては、セラミックスリーブ２８と耐熱金属層２９とを組み合わせて幾重にも重ねていけば、理論上は細管１２の内径はどこまでも大きくすることが可能である。

なお、上述した例では、電気導入体と細管との間に設ける嵌挿部材として、耐熱性の金属（第１〜第５実施の形態）、セラミック（第６〜第１１実施の形態）、セラミックスリーブと耐熱金属層との積層体（第１２〜第１４実施の形態）を使用する場合について説明したが、サーメットも嵌挿部材に使用可能である。具体的には、クロム−アルミナ，モリブデン−アルミナ，タングステン−アルミナ等を使用できる。サーメットを使用する場合、金属と金属酸化物との混合比率を調整することにより、適宜の線膨張率を得ることができる。例えば、クロム−アルミナの場合、７７Ｃｒ−２３Ａｌ_２Ｏ_３の線膨張率が８．９×１０^−６／℃となり、嵌挿部材として使用可能である。

以上のように、本発明の放電ランプでは、電気導入体と細管との間の一部領域に嵌挿部材を設けたので、電気導入体の径と細管の内径とを大きくしても封着ガラスの層厚を小さくできるため、寿命に優れた消費電力が大きい放電ランプを提供することができる。

また本発明によれば、電気導入体と細管との間に、耐熱性の金属からなる応力緩衝部材を設けたので、電気導入体及び封着ガラスの線膨張率の差に基づく熱応力を応力緩衝部材が吸収するため、封着部の信頼性が増し、寿命特性に優れた放電ランプを提供することができる。

また本発明によれば、細管の内径とセラミックスリーブの外径との差を０．０２〜０．６ｍｍの範囲としたので、封着工程時のクラックは発生せず、信頼性がある封着技術を確立できる。

また本発明によれば、細管の内径を１．３ｍｍ以上にしているので、大きな電極を使用でき、消費電力が大きな放電ランプの実用化が可能となる。また、細管内への封着ガラスの流れ込み長と第２電気導入体の細管内への挿入長との差を１．０ｍｍより大きくしたので、ガラス封着部の耐久性が優れており、寿命特性に優れた消費電力が大きい放電ランプを提供することができる。

また本発明によれば、第１電気導入体の径を０．３ｍｍ以上，０．７ｍｍ以下としたので、封止部の信頼性を確保でき、寿命に優れた消費電力が大きな放電ランプを提供することができる。

更に本発明によれば、電気導入体と細管との間に単層または複数層のセラミックスリーブ及び酎熱金属層を存在させて、封着ガラスの層厚を小さくしているので、内径が大きい細管を有するセラミック発光管を用いる消費電力が大きいランプに対して適用が可能で、寿命特性に優れた消費電力が大きい放電ランプを提供することができる。

Claims (4)

1. 両端に細径部が形成された透光性セラミック製の発光管の内部に金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物が封入されており、前記細径部内に電気導入体及びそれに連なる電極極芯が挿通されており、該電気導入体がガラス封着材で気密的に固定されている放電ランプにおいて、
   前記電気導入体は、前記電極極芯と接続された第１の部材と、前記第１の部材と接続された第２の部材とで構成されており、
   前記第２の部材の前記細径部内への挿入長をＣ（ｍｍ）、前記細径部内への前記ガラス封着材の流れ込み長をＤ（ｍｍ）とした場合に、以下の関係が成立することを特徴とする放電ランプ。
   Ｄ−Ｃ≧１．０（ｍｍ）
2. 前記電気導入体と前記細径部との間には嵌挿部材が備えられ、
   前記電気導入体と前記嵌挿部材との間、及び前記嵌挿部材と前記細径部との間に、前記ガラス封着剤が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記第１の部材の径は、０．３ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下である請求項１または２に記載の放電ランプ。
4. 前記嵌挿部材の表面の全体が前記ガラス封着材で覆われていることを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ。