JP2005135604A - セラミック製放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 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、封止管部における発光管部に近接した領域の温度を高温状態に維持することができるセラミック製放電ランプを提供すること。
【解決手段】 セラミック製放電ランプは、透光性セラミックスにより形成された、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、封止管部に前記電極を先端に有する電極棒が挿通され、前記封止管部には、前記発光管部に近接した位置に、その肉厚が他の部分より小さい薄肉部が形成されていることを特徴とし、この薄肉部は、封止管部が切削加工により形成されたものであることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

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。

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、高圧水銀放電ランプ、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金属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シール材により封着されることにより気密封止構造が形成されている。

一方、バルブを形成するための透光性材料として、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する透光性セラミックスが知られており、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多結晶体で形成したセラミック製放電ランプが注目されている。図６に示されているように、このようなセラミック製放電ランプのバルブ３０も、球形や楕円球形の形状を有する発光管部３１を具えたものである。

このようなセラミック製放電ランプにおいては、バルブ３０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３２とこれに挿通された電極構造体４６との間の間隙に封止用フリットガラスよりなるシール材４４を充填することにより、気密封止構造が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。図６において、電極構造体４６は、電極棒４２と、この電極棒４２の先端部に巻き付けられた電極コイル４５と、電極棒４２の基端部に一体に連結された給電体４３とにより構成されている。

最近、セラミック製放電ランプにおいては、大きな消費電力のものを用いて大きな出力の放射光を得ることが要請されており、これに伴って電極に与えられる熱ダメージが、軽減されたものとなるよう、電極棒４２の先端部に巻き付けられる電極コイル４５の外径を大きなものとすることが行われている。その結果、電極４１の外径が大きなものとなり、必然的に電極構造体４６が挿通される封止管部３２の内径が大きなものを用いることが必要となっている。

このように、封止管部３２の内径が大きいものを用いる結果、封止管部３２の内周面と電極棒４２の外周面との隙間Ｊが大きなものとなり、当該セラミック製放電ランプの点灯時、当該隙間Ｊは、封止管部３２からの熱の放散によって発光管部３１内に比して低温状態に維持されてしまい、発光金属物質を蒸発させることができないために、この隙間Ｊに発光金属物質が溜まってしまうという問題があり、発光管部３１内における発光金属物質の蒸気圧が所期の大きさに達しない結果、放射される光に色ムラが発生するなどという欠陥が生じた。

また、電極棒４２に金属部材を巻回して封止管部３２の内周面と電極棒４２の外周面との間隙を小さいものとする方法もあるが、十分な効果を得ることはできない。
特開平１１−１３５０７０号公報

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、封止管部における発光管部に近接した領域の温度を高温状態に維持することができるセラミック製放電ランプを提供することにある。

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により形成された、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、封止管部に前記電極を先端に有する電極棒が挿通され、前記封止管部には、前記発光管部に近接した位置に、その肉厚が他の部分より小さい薄肉部が形成されていることを特徴とする。

このセラミック製放電ランプにおいては、前記薄肉部は、封止管部が切削加工により形成されたものであることが好ましい。

本発明のセラミック製放電ランプによれば、封止管部における発光管部に近接した位置に薄肉部が形成されているので、この薄肉部においては、伝熱断面積が小さいために熱の放散が抑止されて封止管部における発光管部に近接した領域の温度が高温状態に維持される結果、発光金属物質を確実に蒸発させることができて発光管部内における蒸気圧が所期の大きさに達し、その結果、所望の放射光を得ることができる。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の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、図２は、図１のセラミック製放電ランプの封止管部における発光管部に近接した領域部分を拡大して示す説明用断面図である。

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一体に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。

バルブ１０を構成する透光性セラミックスとしては、例えば、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などを用いることができるが、これらのうち、透光性アルミナ多結晶体を用いることが好ましい。

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。電極２１は、電極棒２２の先端部に電極コイル２５が巻き付けられることにより構成されており、電極棒２２の基端部には、その延長方向に伸びる棒状の給電体２３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。
電極棒２２および電極コイル２５の材質としては例えばタングステンなどが用いられ、給電体２３の材質としては例えばニオブなどが用いられる。

これらの電極棒２２と、電極コイル２５と、給電体２３とにより構成される電極構造体２６がバルブ１０の封止管部１２に挿通され、電極コイル２５が発光管部１１内に位置すると共に給電体２３の外端部が外部に位置され、電極棒２２の基端部が封止管部１２内に位置された状態とされている。封止管部１２の内周面と電極棒２２の外周面との間には隙間Ｋが形成されている。

封止管部１２におけ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が封止管部１２の外端側部分内に注入されて、給電体２３と封止管部１２の内周面との間の間隙に充填されると共に、封止管部１２の外端部上に封止用フリットガラスが外方に突出した状態でシール材２４が形成され、このシール材２４内に給電体２３の外端側部分が埋没された状態で固定され、給電体２３の外端部はこのシール材２４から外部に突出した状態とされている。
封止用フリットガラスとしては、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。

バルブ１０の発光管部１１内には、例えば、水銀と、バッファーガスとしての希ガスと、更に必要に応じて例えば特定の金属ハロゲン化物が発光金属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することができる。

このようなセラミック製放電ランプの寸法例としては、例えば、バルブ１０は、発光管部１１の最大外径が４．０〜１５．０ｍｍ、容積が２５〜１５００ｍｍ³ であり、封止管部１２の外径が２．４ｍｍ、内径が０．８ｍｍ、長さが４．０〜１２．０ｍｍである。また、封止管部１２内に挿通される電極棒２２の直径は、０．１５〜０．５ｍｍである。

そして、本発明のセラミック製放電ランプにおいては、バルブ１０の封止管部１２における発光管部１１に近接した位置に、その肉厚が他の部分より小さい薄肉部１２１が形成されている。
具体的には、この薄肉部１２１は、封止管部１２の全周にわたって伸びる、適宜の幅Ｌを有する断面矩形の溝が、発光管部１１との境界から僅かに外方に離間した位置に形成されることにより、形成されている。

バルブにおいて、封止管部と発光管部との境界とは、均一な外径の封止管部の外径が拡大し始める位置をいう。

バルブは、セラミック粉末よりその原形が成形された後に仮焼成が行われて仮焼成体が形成され、この仮焼成体のバルブの封止管部の外周面における発光管部に近接した位置に対して切削加工が行われ、この後、本焼成が行われることにより切削加工した位置に上述の形状の薄肉部１２１が形成される。

以上のような薄肉部１２１の寸法例を挙げると、薄肉部１２１における封止管部１２の外径が２．２ｍｍであり、薄肉部１２１の最も薄い部分の肉厚ｔ１は、０．６ｍｍ以上であり、好ましくは０．７ｍｍである。バルブ１０の肉厚ｔ２は薄肉部１２１以外の領域において均一であり、その肉厚ｔ２は０．７〜１．２ｍｍであり、好ましくは０．８〜１．０ｍｍである。また、薄肉部１２１の幅Ｌは０．５〜５．０ｍｍであり、好ましくは１．０ｍｍである。

本発明のセラミック製放電ランプは、適宜の電源により電力が投入されると、放電が生じて発光管部１１内の発光金属物質の蒸気圧に応じて光が放射される。

本発明のセラミック製放電ランプにおいて、電極２１において発生する熱は、バルブ１０の発光管部１１を介して封止管部１２に伝達されるが、封止管部１２には薄肉部１２１が設けられており、この薄肉部１２１においては伝熱断面積が小さいために熱の放散が抑止される。すなわち、発光管部１１よりの熱が前記薄肉部１２１において留まり、封止管部１２における発光管部１１に近接した領域の隙間Ｋの温度が、発光金属物質を確実に蒸発させる高温状態に維持される。このため、発光管部１１内における発光金属物質の蒸気圧が所期の大きさに達し、その結果、セラミック製放電ランプにおいて所望の放射光を得ることができる。

また、薄肉部１２１において熱の放散が抑止されることにより、電極２１において発生した熱が封止管部１２における薄肉部１２１より外端側に伝達されることが抑制され、このため当該封止管部１２から放散されることが抑制されるために熱の損失が少ないものとなり、発光管部１１内をより確実に高温状態に維持することができ、発光管部１１内における蒸気圧がより確実に所期の大きさに達することにより、高い発光効率を得ることができる。

セラミック製放電ランプにおいて、上記のような薄肉部を形成させる代わりに、バルブ自体の肉厚を小さいものとすることも考えられるが、この場合においては、発光管部および封止管部の機械的強度が小さいものとなり、発光管部または封止管部が実用に耐えないものとなる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上述の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。

例えば、薄肉部は、その形状は図１に示されているものに限定されず、例えば図３に示されているように、封止管部１２の外周面において外端側から発光管部側に向かって適宜の幅にわたって径方向内方に突入された状態の斜面部を有するように形成された形状の薄肉部１２３であってもよく、また、例えば図４に示されているように、封止管部１２の外周面において適宜の幅にわたって、その径方向内方に凹んだ湾曲した断面形状を有するように形成された形状の薄肉部１２５であってもよい。

また、例えば、薄肉部１２１が発光管部１１に連続した状態、すなわち、薄肉部１２１の基端部１２０が発光管部１１と封止管部１２との境界に位置されているか、あるいは、薄肉部１２１の基端部１２０が発光管部１１の機械的強度について許容される範囲である位置まで発光管部１１の内方に突入して位置されている状態に形成されていてもよい。
発光管部１１と薄肉部１２１との距離が近いものとされることにより、セラミック製放電ランプの点灯による発光管部１１の熱が封止管部１２から放散されることが一層抑制された状態となるために、隙間Ｋの温度をより一層高温状態に維持することができる。

さらに、セラミック製放電ランプとして、球形または楕円球形の発光管部を有するバルブの代わりに、図５に示されているように、円筒体１１ａと、この円筒体１１ａの両端を閉塞する中心孔を有する一対の円盤体１１ｂと、この円盤体１１ｂの中心孔から外方に伸びる、薄肉部１２７を有する直管状の側管部１２ａとが一体に接合されてなる放電容器１０ａを具えるものとすることができる。

以下に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。

＜実施例１＞
図１に示す構成に従って、全長が１２０ｍｍ、定格電力が５０Ｗのメタルハライドランプ１を作製した。

メタルハライドランプ１の詳細は以下の通りである。
バルブ（１０）は、透光性アルミナ多結晶体よりなる透光性セラミックスよりなり、発光管部（１１）の長さが３０．０ｍｍ、最大外径が８．３ｍｍ、であり、封止管部（１２）の外径が２４．０ｍｍ、内径が０．８ｍｍ、肉厚（ｔ２）が０．８ｍｍである。
電極棒（２２）としては０．２８ｍｍ径のタングステン線を用い、当該電極棒（２２）の先端に、電極コイル（２５）として０．１５ｍｍ径のタングステン線を巻き付けて電極（２１）を構成した。
また、発光管部（１１）には、水銀８．０ｍｇと、発光金属物質としてヨウ化ナトリウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化ディスプロシウムを総量２．４ｍｇとを封入し、更にバッファーガスとしてアルゴンガスを４０ｋＰａの圧力で封入した。
封止管部（１２）には、肉厚（ｔ１）が０．７ｍｍ、幅（Ｌ）が１．０ｍｍの薄肉部（１２１）が形成されている。

このようなメタルハライドランプ１を点灯状態にさせて、発光効率、色温度および平均演色評価数を調べた。結果を表１に示す。

＜比較例１＞
薄肉部（１２１）が形成されていない他は実施例１と同様にして図６に示されるメタルハライドランプ２を作製し、実施例１と同様にして発光効率、色温度および平均演色評価数を調べた。結果を表１に示す。

上記のメタルハライドランプ１およびメタルハライドランプ２の点灯状態において、メタルハライドランプ１においては色ムラの発生が認められなかったが、メタルハライドランプ２においては明確な色ムラの発生が認められた。

そして、表１の結果から理解されるように、実施例１に係るメタルハライドランプ１によれば、２９７０（Ｋ）の色温度が得られ、これは、比較例１に係るメタルハライドランプ２との比較において、発光管部内が十分な高温状態に維持されて、発光金属物質の蒸気圧が所期の大きさに維持された結果である。
また、メタルハライドランプ１においては良好な平均演色評価数が得られると共に、セラミック製放電ランプとしては十分に高い発光効率が実現されたことが明らかである。

一方、比較例１に係るメタルハライドランプ２によれば、色温度は３４９０（Ｋ）であり、これは、発光金属物質の蒸気圧が所期の大きさに維持されず、水銀の発光が強い状態だからである。
また、メタルハライドランプ２においては、メタルハライドランプ１に比して平均演色評価数が低く、また、発光効率も低いことが明らかである。

本発明の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１のセラミック製放電ランプの封止管部における発光管部に近接した領域部分を拡大して示す説明用断面図である。 薄肉部の他の例を示す説明用断面図である。 薄肉部のさらに他の例を示す説明用断面図である。 本発明のセラミック製放電ランプの他の一例における構成を示す説明用断面図である。 従来の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。

符号の説明

１０ バルブ
１０ａ 放電容器
Ｓ 放電空間
１１ 発光管部
１１ａ 円筒体
１１ｂ 円盤体
１２ 封止管部
１２０ 基端部
１２１、１２３、１２５、１２７ 薄肉部
１２ａ 側管部
２１ 電極
２２ 電極棒
２３ 給電体
２４ シール材
２５ 電極コイル
２６ 電極構造体
Ｌ 幅
Ｋ 隙間
ｔ１、ｔ２ 肉厚
３０ バルブ
３１ 発光管部
３２ 封止管部
４１ 電極
４２ 電極棒
４３ 給電体
４４ シール材
４５ 電極コイル
４６ 電極構造体
Ｊ 隙間

Claims (2)

1. 透光性セラミックスにより形成された、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、封止管部に前記電極を先端に有する電極棒が挿通されたセラミック製放電ランプにおいて、
   前記封止管部には、前記発光管部に近接した位置に、その肉厚が他の部分より小さい薄肉部が形成されていることを特徴とするセラミック製放電ランプ。
2. 前記薄肉部は、封止管部が切削加工により形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のセラミック製放電ランプ。
   

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