JP3745519B2

JP3745519B2 - セラミック製放電ランプ

Info

Publication number: JP3745519B2
Application number: JP29888297A
Authority: JP
Inventors: 満池内; 和之森; 晶司宮永; 正樹吉岡; 豊彦熊田
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: JPH11135070A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性セラミックスよりなるバルブを有するセラミック製放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、例えば液晶表示装置のバックライト用光源や紫外線処理装置の光源として、高圧または低圧水銀放電ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプが使用されている。このような放電ランプでは、バルブの発光管部内に一対の電極が互いに対向するよう配置されると共に、水銀と希ガス、並びに必要に応じて各種の金属のハロゲン化物よりなる発光物質が封入されている。
放電ランプのバルブは、通常、石英ガラスにより形成され、球形または楕円球形の発光管部と、その両端に一体に連設された封止管部とを具えてなり、先端に電極を有する電極構造体がこの封止管部において封着されて気密封止構造が形成され、発光管部内に気密に伸びる電流供給部が構成されている。
【０００３】
一方、透光性材料としては、例えばアルミナ、イットリア、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（いわゆる「ＹＡＧ」）、ジルコニアなどの透光性セラミックスが知られており、これらは石英ガラスよりも強度が大きくて耐熱温度も高い利点を有している。このため、最近においては、バルブを透光性セラミックス、特に透光性アルミナで形成したセラミック製放電ランプが注目されている。このようなセラミック製放電ランプのバルブも、球形や楕円球形あるいは円筒状の形状を有する発光管部を具えたものである。
【０００４】
このようなセラミック製放電ランプにおいては、バルブの材質が透光性セラミックスであるために、封止管部に気密封止構造を形成する工程において、当該封止管部を溶融変形加工することができず、このため、封止管部とこれに挿通された電極構造体との間の間隙に封止用フリットガラスを充填することにより、気密封止構造が形成されている。
しかしながら、フリットガラスはその耐熱温度が約８４０℃と十分に高いものではないため、当該放電ランプの点灯時に過熱状態となることを避けなければならない。このような要請から、セラミック製放電ランプの封止管部においては、点灯時にきわめて高い温度となる発光管部の中央部と、気密封止領域との間を離隔させるために、発光管部に続いて適宜の長さの温度緩衝領域を設ける構成とされている。
【０００５】
然るに、このような温度緩衝領域は、十分な温度緩衝機能を得るためには相当の長さとされることが必要であり、その結果、封止管部と電極構造体の間には狭くて長い間隙が形成されることとなる。然るに、そのような構成では、当該間隙において当該放電ランプの封入物の凝縮が生ずることがある。これは、放電ランプの封入物の蒸気圧は、一般に封入物のガスが接触する部分のうちで温度が最低となる最冷点の温度によって決定されるところ、セラミック製放電ランプでは、長い温度緩衝領域が設けられる結果、最冷点が上記の間隙の個所に生ずるからである。
【０００６】
特にメタルハライドランプにおいては、演色性を向上させるために希土類系金属のハロゲン化物が封入されることがあるが、希土類系金属のハロゲン化物は他の金属ハロゲン化物に比して蒸気圧が低く、そのために封止管部内で凝縮が生ずると発光管部内において発光に必要な高さにまで有効蒸気圧が到達せず、その結果、ランプの発光効率が低くて十分な演色性を得ることができない、という問題がある。
【０００７】
以上のような問題点を考慮して、従来、電極構造体の温度緩衝領域に位置する部分に金属コイルを巻き付けることにより、封止管部と電極構造体との間の間隙を小さくし、これにより封入物の凝縮を防止するようにしたセラミック製放電ランプが提案されている。
しかしながら、金属コイルは熱伝導率が高いために、コイルの大きさによっては電極部で発生した熱を封止管部に伝えてしまうために当該熱が封止管部の表面から大気中に放散される現象が生じ、その結果、当該間隙の温度を高温に維持することができず、結局、ランプの発光効率を改善することを十分確実に達成することができない場合があることが判明した。すなわち、セラミック製放電ランプにおいては、封止管部の温度緩衝領域における熱伝導の程度とランプの発光効率との間に重大な関連があることが判明した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発光管部と封止管部とを有する透光性セラミックスよりなるバルブを具え、その封止管部において、発光管部に続く温度緩衝領域の外端側に封止用フリットガラスによる気密封止構造が形成されたセラミック製放電ランプにおいて、当該温度緩衝領域における封止管部と電極構造体との間の間隙の温度を高く維持することができて封入物の凝縮の発生を有効に抑制することができ、その結果、高い発光効率が得られるセラミック製放電ランプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック製放電ランプは、透光性セラミックスよりなり、発光管部とこの発光管部に一体に連設された直管状の封止管部とを有するバルブを具え、発光管部内に一対の電極が互いに対向するよう配置され、封止管部内に前記電極を先端に有する電極構造体が挿通された状態で当該封止管部の外端側部分と電極構造体との間に封止用フリットガラスが充填されて気密封止構造が形成されたセラミック製放電ランプにおいて、
前記封止管部における、当該封止管部と発光管部との境界から気密封止構造が形成された気密封止領域の内方境界までの温度緩衝領域に属する封止管部の外径が１．６〜３．２ｍｍであり、当該温度緩衝領域の全容積に対して金属部分が占める体積の割合が１．２〜２．６％であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック製放電ランプについて詳細に説明する。
図１は、交流で点灯されるメタルハライドランプとして構成されたセラミック製放電ランプの一例の構成を示す説明用断面図、図２は、その温度緩衝領域を含む部分の構成を示す拡大断面図である。
このセラミック製放電ランプにおいて、バルブ１０は、放電空間Ｓを囲繞する大略球状の発光管部１１と、この発光管部１１の両端から外方に伸びるよう連設された直管状の封止管部１２とを有してなり、透光性セラミックスにより形成されている。
【００１１】
ここに、バルブ１０を構成するセラミックスとしては、透光性アルミナ多結晶体、透光性イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体、透光性イットリア多結晶体を用いることができるが、これらのうち、アルミナ多結晶体が特に好ましい。
また、バルブ１０は、通常、発光管部１１の最大外径が４．０〜１５ｍｍ、容積は２５〜１５００ｍｍ³、封止管部１２の外径は１．６〜３．２ｍｍ、内径は０．５〜１．０ｍｍ、長さは４．０〜１２ｍｍとされる。
【００１２】
バルブ１０には、一対の電極２１が発光管部１１内において互いに対向するよう配置されている。図示の例の電極２１は電極棒２２の先端部に金属コイルが巻き付けられて形成されており、電極棒２２の基端には、これと同方向に伸びる棒状の中間リード２３を介して、同方向に伸びる外部リード線２４が例えば溶接により一体に連結されて電気的に接続された状態とされている。
ここに、電極棒２２および金属コイルの材質としては例えばタングステンなどが、中間リード２３の材質としては例えばニオブなどが、また外部リード線２４の材質としては例えば白金などが用いられる。
【００１３】
そして、これらの電極棒２２、中間リード２３および外部リード線２４と、後述するスリーブ２６とにより構成される電極構造体がバルブ１０の封止管部１２に挿通されている。具体的には、電極２１が発光管部１１内に位置すると共に外部リード線２４の先端が外部に位置され、また電極棒２２の基端側部分および中間リード２３が封止管部１２内に位置された状態とされている。
【００１４】
また、図２に示すように、封止管部１２の発光管部１１に接近する内方部分には、セラミックスよりなるスリーブ２６が、電極棒２２が挿通された状態で配置されている。このスリーブ２６を構成する材料としては、アルミナ多結晶体、シリカガラスなどを用いることができるが、バルブ１０の材料と同一であることが好ましい。またスリーブ２６の長さは、封止管部１２の長さにもよるが、例えば４〜６ｍｍである。このスリーブ２６の長さは、必ずしも温度緩衝領域Ｒの長さを規定するものではない。
【００１５】
スリーブ２６は、その外径が封止管部１２の内径と適合すると共にその内径が電極棒２２の外径と適合する形状を有することが望ましい。特にスリーブ２６の外径と封止管部１２の内径との差は小さいことが好ましく、具体的には０．１２ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、両者間の間隙が狭隘となってこれに進入して凝縮する封入物の量を少なく抑えることが可能となり、その結果、発光管部１１内において、発光物質の蒸気圧を、常に所期の演色性が実現される上で必要な高さに維持することができる。
【００１６】
更に、封止管部１２におけるスリーブ２６よりも外方に位置する外端側部分には気密封止構造が形成されている。具体的には、封止用フリットガラス３０が封止管部１２の外端側部分内に注入されて、スリーブ２６の外端（図２で右端）から突出する電極棒２２の基端部および中間リード２３と封止管部１２の内壁面との間の間隙に充填されると共に、封止管部１２の外端部上にフリットガラスのビード部３１が外方に突出するよう形成され、このビード部３１内に、中間リード２３と外部リード線２４との接続部を含む部分が埋没された状態で固定され、外部リード線２４の先端部はこのフリットガラスのビード部３１から外部に突出した状態とされている。
ここに、封止用フリットガラス３０としては、例えばアルミナ−シリカ−希土類酸化物系のものまたはアルミナ−カルシア系のものを好ましく用いることができる。
【００１７】
このセラミック製放電ランプにおいては、封止管部１２の温度緩衝領域Ｒにおける全容積、すなわち、封止管部１２の当該温度緩衝領域Ｒに属する部分の外表面で囲まれた円柱状部分の容積Ｖに対する、当該温度緩衝領域Ｒにおける金属部分が占める体積Ｍの割合（以下「温度緩衝領域の金属比率」ともいう。）Ｍ／Ｖが２．６％以下とされている。
ここに、温度緩衝領域Ｒは、封止管部１２と発光管部１１との境界Ａから、気密封止構造が形成された気密封止領域の内方境界Ｂまでの領域をいう。また、温度緩衝領域Ｒにおける全容積Ｖには、スリーブ２６と電極棒２２および封止管部１２との間の間隙の容積が含まれる。
なお、上述の例では、温度緩衝領域Ｒにおける金属部分は電極棒２２による部分のみである。また、バルブ内の封入物における金属成分は、ランプの動作中に蒸発するので、温度緩衝領域Ｒにおける金属部分として考慮されない。
【００１８】
一方、温度緩衝領域Ｒの金属比率Ｍ／Ｖの下限は、実用上必要とされる機械的強度を確保する観点から、１．２％とされる。すなわち、温度緩衝領域の金属比率が１．２％未満の場合には、電極構造体を構成する電極棒２２の外径が小さくなるために十分な電極支持力が得られず、電極構造体の構成部分の変形が生ずるため、電極位置および電極間距離の精度が低くなり、良好な性能のセラミック製放電ランプを得ることができない。
【００１９】
本発明において、温度緩衝領域Ｒの長さは４．０〜１２ｍｍであることが好ましい。温度緩衝領域Ｒの長さが過大の場合には、ランプの全長が徒に大きくなるため、小型で高い発光効率が得られるセラミック製放電ランプの利点が減殺されるようになり、一方、温度緩衝領域Ｒの長さが過小の場合には、点灯時に所要の温度緩衝作用が確実に発揮されない結果、気密封止領域のフリットガラス３０が過熱された状態となって気密封止構造が損なわれるおそれがある。
【００２０】
図２の例では、スリーブ２６の内端位置が、封止管部１２と発光管部１１との境界Ａの位置と一致した状態となっているが、当該スリーブ２６の内端位置は当該境界Ａよりも外端部側（図で右方）であってもよい。しかし、スリーブ２６の内端位置が境界Ａよりも内方（図で左方）の場合には、ランプの点灯時に当該スリーブ２６の内端部分が過熱状態となるために、当該温度緩衝領域Ｒの機能が十分に発揮されないおそれがある。
【００２１】
バルブ１０の発光管部１１内には、通常の放電ランプの場合と同様に、例えば水銀とバッファーガスとしての希ガス、並びに必要に応じて例えば特定の金属ハロゲン化物が発光物質として封入されるが、これらは、従来公知のものを適宜の量で使用される。
【００２２】
本発明のセラミック製放電ランプが点灯されると、電極２１において発生する熱は、電極構造体を構成する電極棒２２、中間リード２３およびバルブ１０の封止管部１２の壁を介して気密封止領域に伝達されるが、封止管部１２には、発光管部１１に続いて温度緩衝領域Ｒが設けられており、この温度緩衝領域Ｒで十分な温度低下が達成されるために、気密封止領域で気密封止構造を構成するフリットガラス３０が過熱状態となることが有効に回避され、当該封止構造が損なわれることがない。
【００２３】
しかも温度緩衝領域Ｒにおいては、電極棒２２と封止管部１２との間の円筒状空間にスリーブ２６が配置されているので間隙の容積が小さくなっている上、本発明では、この温度緩衝領域Ｒの金属比率Ｍ／Ｖが２．６％以下であるので、熱伝導率が相当に低い状態である。従って、当該温度緩衝領域Ｒにおける封止管部１２を介して熱が大気中に放散される程度が少なく、当該温度緩衝領域Ｒにおける間隙では比較的高い温度状態が維持されるために、封入物の凝縮が生ずることが防止され、その結果、発光管部１１に包囲された放電空間Ｓでは、封入物の蒸気圧が有効な動作に必要な程度に維持され、従って常に高い発光効率を得ることができる。
【００２４】
以上、本発明の実施の一形態について説明したが、放電ランプの具体的構成については種々の変更を加えることが可能である。
図３は、セラミック製放電ランプの他の例の温度緩衝領域を含む部分の構成を示す拡大断面図であり、この例では、温度緩衝領域Ｒに属する電極棒２２の外周に、スリーブ２６の代わりに金属コイル４０が巻き付けられており、その他の点は図１の例と同様である。
このような構成の温度緩衝領域Ｒにおいても、その全容積Ｖに対する、当該温度緩衝領域Ｒに属する電極棒２２および金属コイル４０による全金属部分が占める体積Ｍの割合が１．２〜２．６％とされている。
【００２５】
また、例えば図１の例ではスリーブに電極棒が挿通されることによって温度緩衝領域Ｒでの電気的導通状態が実現されているが、例えばアルミナ−タングステンサーメットのような金属粒子が分散された状態で含有される焼結体を用いることによって電気的導通状態を確保することもできる。この場合には、温度緩衝領域Ｒにおける金属部分が占める体積Ｍの一部として当該焼結体中の金属粒子による体積が考慮されなければならず、その結果として、当該温度緩衝領域Ｒの金属比率が１．２〜２．６％とされることが必要である。ただし、発光管部１１内の封入物における金属成分を考慮する必要はない。
【００２６】
本発明において、放電ランプの具体的構造は図示のものに限られず、種々の構成とすることができる。例えば、電極構造体において、中間リード２３が除去されて電極棒２２と外部リード線２４が直接接続され、当該外部リード線２４の内方部分の外周にニオブのスリーブが配置された構成とすることができる。バルブの構成も両端封止型のものにに限られず、一端封止型とすることも可能である。放電ランプとしても、交流点灯型でなくて直流点灯型とすることもできる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】下記の条件により、図１に示す構成に従って、ランプの全長が３６ｍｍ、電極間距離が６ｍｍ、定格電力が７５Ｗの交流点灯型メタルハライドランプを作製した。
バルブ（１０）は、透光性多結晶アルミナよりなるセラミックスよりなり、発光管部（１１）の最大外径が８．７ｍｍ、内容積が０．３ｍｍ³であり、封止管部（１２）の外径が２．５ｍｍ、内径が０．８ｍｍである。
電極構造体の電極棒（２２）は外径が０．３ｍｍのタングステン線、中間リード（２３）は外径が０．４ｍｍのニオブ線、外部リード線（２４）は外径が０．４ｍｍの白金合金線である。
スリーブ（２６）は、多結晶アルミナよりなり、外径が０．７５ｍｍ、長さが５ｍｍである。従って、スリーブ（２６）の外径と封止管部（１２）の内径の差は０．０５ｍｍである。
また、発光管部（１１）には、水銀７ｍｇと、発光物質としてディスプロシウムとタリウムとナトリウムの複合沃化物（ＤｙＩ₃−ＴｌＩ−ＮａＩ）５ｍｇとが封入され、更にバッファーガスとしてアルゴンガスが１３ｋＰａの圧力で封入された。
【００２９】
この実施例に係るセラミック製放電ランプにおいて、温度緩衝領域Ｒの長さはスリーブ（２６）の長さと同じ５ｍｍであり、温度緩衝領域Ｒにおける全容積Ｖに対する金属部分が占める体積Ｍの割合（Ｍ／Ｖ）は１．４％であった。
このセラミック製放電ランプを定格条件で点灯させたところ、その発光効率は１０６ルーメン／Ｗであった。
【００３０】
電極構造体を構成する電極棒（２２）として外径の異なるものを用い、スリーブ（２６）として適合するものを用いることにより、温度緩衝領域Ｒの金属比率（Ｍ／Ｖ）を変化させたセラミック製放電ランプを、上記と同様にして作製し、点灯テストを行って、その発光効率（ルーメン／Ｗ）を調べた。結果を、上記の場合と共に表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１の結果から理解されるように、温度緩衝領域の金属比率が１．２〜２．６％のランプ１または２によれば、１００ルーメン／Ｗ以上とこのタイプの放電ランプとしては十分に高い発光効率が実現される。
一方、ランプ３または４によれば、従来のセラミック製放電ランプと同様の発光効率が得られるに過ぎず、特に発光効率が改善されたものとはいえない。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように，本発明によれば、発光管部と封止管部とを有する透光性セラミックスよりなるバルブを具え、その封止管部において、発光管部に続く温度緩衝領域の外端側に封止用フリットガラスによる気密封止構造が形成されたセラミック製放電ランプにおいて、当該温度緩衝領域における封止管部と電極構造体との間の間隙の温度を高く維持することができて封入物の凝縮の発生を有効に抑制することができ、その結果、高い発光効率が得られるセラミック製放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック製放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
【図２】図１のセラミック製放電ランプにおける温度緩衝領域を含む部分の構成を示す拡大断面図である。
【図３】セラミック製放電ランプの他の一例における温度緩衝領域を含む部分の構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０バルブ
Ｓ放電空間
１１発光管部
１２封止管部
２１電極
２２電極棒
２３中間リード
２４外部リード線
２６スリーブ
３０フリットガラス
３１フリットガラスのビード部
Ｒ温度緩衝領域
Ａ，Ｂ境界
４０金属コイル

Claims

透光性セラミックスよりなり、発光管部とこの発光管部に一体に連設された直管状の封止管部とを有するバルブを具え、発光管部内に一対の電極が互いに対向するよう配置され、封止管部内に前記電極を先端に有する電極構造体が挿通された状態で当該封止管部の外端側部分と電極構造体との間に封止用フリットガラスが充填されて気密封止構造が形成されたセラミック製放電ランプにおいて、
前記封止管部における、当該封止管部と発光管部との境界から気密封止構造が形成された気密封止領域の内方境界までの温度緩衝領域に属する封止管部の外径が１．６〜３．２ｍｍであり、当該温度緩衝領域の全容積に対して金属部分が占める体積の割合が１．２〜２．６％であることを特徴とするセラミック製放電ランプ。