JP2011171055A

JP2011171055A - 透光性セラミックスバルブ、放電ランプおよび照明器具

Info

Publication number: JP2011171055A
Application number: JP2010032489A
Authority: JP
Inventors: Takuya Honma; 卓也本間
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】
消灯中保安上最低限の明るさを保持する手段を提供するとともに機械的強度が大きい透光性セラミックスバルブ、これを備えた高圧放電ランプおよび照明器具を提供する。
【解決手段】
透光性セラミックスバルブ１は、セラミックス母剤に対して蓄光性酸化物蛍光体が５〜５０質量％添加した透光性セラミックスにより形成され、少なくとも放電空間１ｃを包囲する包囲部１ａおよび包囲部を気密に封止する封止予定部を具備している。高圧放電ランプが消灯すると、透光性セラミックスバルブ１は、残光により長時間光輝するので、保安上最低限の明るさを保持する手段を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透光性セラミックスバルブ、これを備えた高圧放電ランプおよび照明器具に関する。

蛍光体を所定条件の下で透光性焼結体または透光性蛍光焼結体を得て発光管を形成し、またこの発光管を用いて放電灯とすることは既知である（特許文献１参照。）。特許文献１の記載は、透光性焼結体または透光性蛍光焼結体を得る蛍光体としてマグネットプランバイト構造を有する蛍光体を用いている。

一方、透光性セラミックスバルブを用いたメタルハライドランプは、従来の石英ガラスからなる発光管に比べ耐熱性および耐食性に優れていて、より高温で動作させることが可能であることから、高効率、高演色および長寿命という特長を有しているため、急速に普及しつつある。

特開２００１−３２２８６７号公報

しかしながら、蛍光体を所定条件の下で透光性焼結体とした従来技術は、得られる透光性焼結体が発光管として要求される機械的強度の面で実用化に対して十分満足できるものでないという課題がある。

近時、ＣＯ_２削減方針の下で、照明分野においては、省エネの観点から、高圧放電ランプのさらなる高効率化が期待されている一方で無駄な照明の消灯が勧められている。しかしながら、消灯中であっても保安上最低限の明るさを保持することも重要である。

本発明は、消灯中保安上最低限の明るさを保持して安全を図るとともに機械的強度が大きい透光性セラミックスバルブ、これを備えた高圧放電ランプおよび照明器具を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の透光性セラミックスバルブは、セラミックス母材に対して蓄光性酸化物蛍光体が５〜５０質量％添加した透光性セラミックスにより形成され、少なくとも放電空間を包囲する包囲部および包囲部を気密に封止するための封止部を具備していることを特徴としている。

また、本発明の高圧放電ランプは、封止予定部を封止した本発明の透光性セラミックスバルブ、透光性セラミックスバルブ内に配設されて先端部が放電空間に臨む一対の電極および透光性セラミックスバルブの内部に封入された放電媒体を備えた発光管と；発光管を包囲する外管と；を具備していることを特徴としている。

さらに、本発明の照明器具は、照明器具本体と；照明器具本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯装置と；を具備していることを特徴としている。

以上の各発明において、透光性セラミックスには、アルミナ、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）およびイットリウム酸化物（ＹＯＸ）と非酸化物、例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）などとの多結晶または単結晶のセラミックスであって、非蛍光体のセラミックスを選択して用いるものとする。しかし、上記材料の中でも透光性多結晶アルミナセラミックスは、工業的に量産できて比較的容易に入手できるため、透光性セラミックス放電容器の構成材料として実際的に好適である。

蓄光性酸化物蛍光体は、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４、ＢａＡｌ_２Ｏ_４、ＳｒＳｉ_２Ｏ_４およびＢａＳｉ_２Ｏ_４などの酸化物からなる蓄光性蛍光体である。なお、上記の例はいずれも賦活剤がユウロピウムで、所望によりランタノイドの中から選択された希土類金属を共賦活剤とすることができる。また、好ましくは以下の残光特性を有する蓄光性蛍光体が好ましい。すなわち、常用光源Ｄ６５ランプの発光を照度５０００lxで６０分間照射した後の蓄光性蛍光体の残光の光度が室内における最低視認レベルである１０mcd/m²に達するまでの残光時間が１時間以上である。なお、好ましくは５時間以上である。

高圧放電ランプは、発光効率および演色性に優れるメタルハライドランプが好適であるが、これに限定されない。例えば、高圧ナトリウムランプ、水銀ランプおよびキセノンランプなどであってもよい。

照明器具は、高圧放電ランプを光源とする照明器具であるが、その用途は特段限定されない。

本発明は、透光性セラミックスバルブがセラミックス母材に対して蓄光性酸化物蛍光体を５〜５０質量％添加した透光性セラミックスにより形成されていることにより、良好な可視光透過率および機械的強度を備えているので、高圧放電ランプの従来の多結晶アルミナセラミックスからなる透光性セラミックスバルブを代替可能であり、その結果透光性セラミックスバルブは、放電媒体の放電による発光を外部へ導出する過程において、発光のうちの主として短波長側の光、特に紫外線が透光性セラミックスバルブの内面側を照射すると、蓄光性酸化物蛍光体が蓄光する。そして、消灯時には透光性セラミックスバルブの内部に含有されている蓄光性酸化物蛍光体が蓄光を放出することで残光を発して明るく光輝し、そのため周囲を照明し続けるので、保安灯として機能させることができる。このため、省エネおよび安全性維持に寄与する透光性セラミックスバルブ、これを備えた高圧放電ランプおよび照明器具を提供することができる。

本発明を実施するための一形態としての透光性セラミックスバルブを備えた発光管を示す図である。蓄光性蛍光体の添加量と機械的強度および残光時間との関係を示すグラフである。本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態としてのメタルハライドランプを示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の透光性セラミックスバルブを実施するための一形態は、透光性セラミックスバルブ１が蓄光性酸化物蛍光体を所定比率含有する透光性多結晶アルミナセラミックスからなる。そして、包囲部１ａおよび包囲部１ａの両端に連通して配設された一対の小径筒部１ｂ、１ｂを備えていて、鋳込み成形により一体に成形され、かつ包囲部１ａおよび小径筒部１ｂが連続した曲面を介して接続している。

包囲部１ａは、放電空間１ｃを包囲するように膨出している。一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、それぞれの内部が包囲部１ａの両端内に連通していて、管軸方向に直線状に延在している。そして、本形態においては、一対の小径筒部１ｂ、１ｂの端部が封止予定部を構成している。

透光性多結晶アルミナセラミックスは、そのセラミックス母材がアルミナであり、母材にマグネシア（ＭｇＯ）などの結晶添加剤を適量添加するとともに、後述の蓄光性酸化物蛍光体が母材に対して所定比率添加されている焼結体である。

透光性多結晶アルミナセラミックス内に含有されている蓄光性酸化物蛍光体は、ＭＡｌ_２Ｏ_４および／またはＭＳｉ_２Ｏ_４で表される化合物で、Ｍはカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびバリウム（Ｂａ）のグループから選択される少なくとも１種の金属元素からなる母結晶に対するmol%で０．０１〜０．５のユウロピウム（Ｙ）を賦活剤として添加している。また、所望によりランタノイドを共賦活剤として母結晶に対するmol%で０．０１〜０．５添加することができる。なお、この種の蓄光性酸化物蛍光体は既知であり、例えばＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｙ、ＢａＡｌ_２Ｏ_４：Ｙ、ＳｒＳｉ_２Ｏ_４：Ｙ、ＢａＳｉ_２Ｏ_４：Ｙを選択的に用いることができる。

また、蓄光性酸化物蛍光体の添加比率は、アルミナからなる母材に対して５〜５０質量％の範囲である。蓄光性酸化物蛍光体の添加比率が５質量％未満であると、消灯時の残光が少なくなりすぎて、所望の残光照明を行うのが困難になる。これに対して、蓄光性酸化物蛍光体の添加比率が５０質量％を超えると、消灯時の残光が添加比率に比例的に増大するものの、透光性セラミックスバルブ１の機械的強度が低下しすぎて、所望の寿命特性が得られなくなる。なお、好適には１５〜４５質量％である。

次に、透光性セラミックスバルブの試作例およびその性能を説明する。蓄光性酸化物蛍光体としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４を母材のＡｌ_２Ｏ_３に対して下表に示す比率でそれぞれ添加し、さらに結晶添加剤としてＭｇＯを添加し焼結して得た透光性セラミックスバルブの残光時間および機械強度の測定結果を説明する。なお、測定は、試作した透光性セラミックスバルブと同じ材料組成のサンプルを同時に作成して行った。測定結果は下表のとおりであった。なお、表中「蛍光体添加比率」は、蓄光性酸化物蛍光体のセラミックス母材に対する添加比率である。機械強度は、３点折曲げ強度である。

表１
サンプルNo. 蛍光体添加比率（質量％）残光時間（ｈ）機械強度（N）
１００１５０
２５１１４０
３１５２１３５
４４５７１２５
５６０１０１１５

次に、図２を参照して透光性セラミックスバルブの母材に対する蓄光性酸化物蛍光体の添加比率と機械強度および残光時間との関係についての調査結果を説明する。調査は、まずセラミックス母材に対する蓄光性酸化物蛍光体の添加比率を０〜６０質量％の間で変化させた透光性セラミックスのサンプルを作成し、次に錫ハロゲン化物を主体とする太陽光に近い分光分布特性を有する白色常用光源であるＤ６５形メタルハライドランプ（東芝ライテック株式会社製）を用いて５０００lx、６０分間光照射後の残光時間を測定し、さらに機械強度評価のために３点折曲げ強度試験を行った。なお、残光時間測定は、消灯時から室内での容易視認レベルである１０mcd/m²に達するまでの時間を測定した。

図２において、横軸は（セラミックス母材に対する）蓄光性酸化物蛍光体の添加比率（質量％）を、縦軸は左側が機械強度（N）、右側が残光時間（h）を、それぞれ示す。図から理解できるように、残光時間は、上記添加比率に正比例して変化し、添加比率５質量％以上であれば残光時間１時間以上が得られ、添加比率５０質量％で残光時間８時間が得られる。これに対して、機械強度は添加比率の増加に応じて負の相関を示し、添加比率５０質量％以下であれば、実用強度であると認められる１２０N以上が得られることが分かった。以上の結果から、添加比率が５〜５０質量％の範囲内で実用的な残光時間と機械強度を得ることができ、また１５〜４５質量％の範囲でより一層良好な残光時間と機械強度を得ることができることが分かった。

図３は、本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態としてのメタルハライドランプの正面図である。本形態において、メタルハライドランプは、図１に示す発光管ＩＴを具備している。発光管ＩＴは、透光性セラミックスバルブ１、一対の電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対の封止部４、４および透光性セラミックスバルブ１の内部に封入された放電媒体を備えている。

一対の電極２、２は、タングステンを主成分として形成され、それぞれ電極軸部２ａ、先端部２ｂおよび電極マウントサブコイル２ｃを備えている。電極軸部２ａは、小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿通されている。

一対の電流導入導体３、３は、それぞれニオブ棒状体３ａおよびモリブデン棒状体３ｂからなる。ニオブ棒状体３ａは、その先端が小径筒部の内部に挿入され、基端が小径筒部１ｂから外部へ突出している。モリブデン棒状体３ｂは、ニオブ棒状体３ａの先端に突合せ溶接されており、その先端に電極軸部２ａの基端を突合せ溶接して、電極２を支持している。

一対の封止部４、４は、小径筒部１ｂの封止予定部に形成され、いずれもＤｙ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系のフリットガラスを加熱して溶融し、固化することにより形成されている。そうして、一対の封止部４、４は、透光性セラミックスバルブ１の小径筒部１ｂ、１ｂの端面側の部分と、これに対向する電流導入導体３、３と、の間に介在して透光性セラミックス気密容器１を気密に封止していて、電流導入導体３、３のニオブ棒状体３ａが透光性セラミックスバルブ１の内部に露出しないように小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿入されている部分の全体を被覆している。以上の封止により、電極２を透光性セラミックスバルブ１の所定の位置に固定している。

放電媒体は、発光金属のハロゲン化物および始動ガスおよびランプ電圧形成媒体を含んでいる。ランプ電圧形成媒体としては、水銀または可視域の発光が少なくて、蒸気圧が比較的高い金属のハロゲン化物を第２のハロゲン化物として用いることができる。

第２のハロゲン化物は、主として発光金属のハロゲン化物を第１のハロゲン化物としたとき、これと区別される意味であって、主としてランプ電圧形成作用に優れている。例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなるグループの中から選択された１種または複数種のハロゲン化物を第２のハロゲン化物として用いることができる。

さらに、ハロゲン化物は、蒸発する分より過剰に封入するのが一般的であり、その場合、一部が安定点灯時に小径筒部１ｂ、１ｂ内に形成されるわずかな隙間内に液相状態で滞留している。そして、点灯中下側となる例えば小径筒部１ｂ内に液相状態で滞留している放電媒体の表層部付近に最冷部が形成される。

１…透光性セラミックスバルブ、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、１ｃ…放電空間、２…電極、２ａ…電極軸部、２ｂ電極先端部、２ｃ…電極マウントサブコイル、３…電流導入導体、４…封止部、ＩＴ…発光管

Claims

セラミックス母材に対して蓄光性酸化物蛍光体を５〜５０質量％添加した透光性セラミックスにより形成され、少なくとも放電空間を包囲する包囲部および包囲部を気密に封止するための封止予定部を具備していることを特徴とする透光性セラミックスバルブ。
封止予定部を封止した請求項１記載の透光性セラミックスバルブ、透光性セラミックスバルブ内に配設されて先端部が放電空間に臨む一対の電極および透光性セラミックスバルブの内部に封入された放電媒体を備えた発光管と；
発光管を包囲する外管と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
照明器具本体と；
照明器具本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを点灯する点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明器具。