JP2819988B2 - 金属蒸気放電灯 - Google Patents
金属蒸気放電灯Info
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- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属蒸気放電灯、特にそ
の発光管に関するものである。
の発光管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、金属蒸気放電灯として発光管内に
水銀と希ガスを封入した高圧水銀灯に演色性や発光効率
を向上させるために、発光物質として金属ハロゲン化物
を１種類または数種類組み合わせたものをさらに封入し
たメタルハライドランプが用いられている。
水銀と希ガスを封入した高圧水銀灯に演色性や発光効率
を向上させるために、発光物質として金属ハロゲン化物
を１種類または数種類組み合わせたものをさらに封入し
たメタルハライドランプが用いられている。
【０００３】メタルハライドランプは点灯中に発光管が
高温になるために、封入されている発光物質（金属ハロ
ゲン化物）と発光管が反応し、発光管が変色したり、発
光管材料の結晶化による失透現象等が生じ、発光管の光
透過率を低下させたり発光管の強度を低下させ、ランプ
寿命を短くさせるという欠点がある。また、金属ハロゲ
ン化物の金属が発光管に溶け込んだり、発光管と反応
し、消失することによって残されたハロゲンにより、始
動電圧やランプ電圧の上昇による不点灯や立ち消え現象
が生じ、これらによってもランプ寿命を短くするという
欠点もある。
高温になるために、封入されている発光物質（金属ハロ
ゲン化物）と発光管が反応し、発光管が変色したり、発
光管材料の結晶化による失透現象等が生じ、発光管の光
透過率を低下させたり発光管の強度を低下させ、ランプ
寿命を短くさせるという欠点がある。また、金属ハロゲ
ン化物の金属が発光管に溶け込んだり、発光管と反応
し、消失することによって残されたハロゲンにより、始
動電圧やランプ電圧の上昇による不点灯や立ち消え現象
が生じ、これらによってもランプ寿命を短くするという
欠点もある。
【０００４】これらの問題を解決するために、発光管の
内面に被膜をコーティングした金属蒸気放電灯が提案さ
れている。例えば、金属酸化物の微粒子を１種類または
数種類混合したものをコーティングしたもの（特開昭４
９−８８３７５号公報、特開昭５０−１２８７７号公
報、特開昭５０−１２８７８号公報、特開昭５１−３２
０７９号公報等参照）、また、微粒子を用いた場合で
は、欠陥のない緻密な金属酸化物膜の作成は困難であ
り、その欠点を改良したものとして、金属アルコラート
等の有機金属を用いたもの（特開昭５０−１２８８１号
公報、特開昭５２−５１７７６号公報等参照）がある。
緻密性等をさらに向上させる方法として、金属キレート
化合物を用いたＣＶＤ法によるもの（特開平３−２３８
７４７号公報参照）がある。金属酸化物以外の被膜とし
ては、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を用いたもの（特開昭５
１−３６７８８号公報、特開昭５６−２２０４１号公報
等参照）、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状カーボン
を用いたもの（特開平３−２３８７４８号公報参照）が
ある。
内面に被膜をコーティングした金属蒸気放電灯が提案さ
れている。例えば、金属酸化物の微粒子を１種類または
数種類混合したものをコーティングしたもの（特開昭４
９−８８３７５号公報、特開昭５０−１２８７７号公
報、特開昭５０−１２８７８号公報、特開昭５１−３２
０７９号公報等参照）、また、微粒子を用いた場合で
は、欠陥のない緻密な金属酸化物膜の作成は困難であ
り、その欠点を改良したものとして、金属アルコラート
等の有機金属を用いたもの（特開昭５０−１２８８１号
公報、特開昭５２−５１７７６号公報等参照）がある。
緻密性等をさらに向上させる方法として、金属キレート
化合物を用いたＣＶＤ法によるもの（特開平３−２３８
７４７号公報参照）がある。金属酸化物以外の被膜とし
ては、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を用いたもの（特開昭５
１−３６７８８号公報、特開昭５６−２２０４１号公報
等参照）、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状カーボン
を用いたもの（特開平３−２３８７４８号公報参照）が
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如き従来のものは単層膜であり、一つの膜では上記のラ
ンプ寿命を短くする種々の要因を除去することができな
い。また、点灯することにより発光管の水分が発光管内
に放出される。この水分は封入物質である金属ハロゲン
化物と反応し、金属酸化物とハロゲン化水素を生成す
る。特にハロゲン化水素は、ランプの始動電圧を上昇さ
せ始動性能を悪くさせ、生成量が多いと不点灯にいた
る。そして、今まで考案された上記の被膜は、発光管と
金属ハロゲン化物の反応を防ぐためのものであり、発光
管からの水分の放出を十分に防ぐことができないという
欠点があった。
如き従来のものは単層膜であり、一つの膜では上記のラ
ンプ寿命を短くする種々の要因を除去することができな
い。また、点灯することにより発光管の水分が発光管内
に放出される。この水分は封入物質である金属ハロゲン
化物と反応し、金属酸化物とハロゲン化水素を生成す
る。特にハロゲン化水素は、ランプの始動電圧を上昇さ
せ始動性能を悪くさせ、生成量が多いと不点灯にいた
る。そして、今まで考案された上記の被膜は、発光管と
金属ハロゲン化物の反応を防ぐためのものであり、発光
管からの水分の放出を十分に防ぐことができないという
欠点があった。
【０００６】また、発光管内面に種々の材質の被膜を成
膜した場合、点灯、消灯を繰り返すと、発光管や被膜の
材質の熱膨張率が大きく異なる場合、発光管と被膜の密
着性が悪くなり、被膜にひび割れや剥離が生じるという
欠点がある。
膜した場合、点灯、消灯を繰り返すと、発光管や被膜の
材質の熱膨張率が大きく異なる場合、発光管と被膜の密
着性が悪くなり、被膜にひび割れや剥離が生じるという
欠点がある。
【０００７】本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、発光管と封入物質とが反応す
ることがなく、しかも、発光管からの水分の放出を防ぐ
ことができる金属蒸気放電灯を、また、被膜を多層膜構
造にしてもひび割れや剥離が生じない金属蒸気放電灯を
提供することにある。
その目的とするところは、発光管と封入物質とが反応す
ることがなく、しかも、発光管からの水分の放出を防ぐ
ことができる金属蒸気放電灯を、また、被膜を多層膜構
造にしてもひび割れや剥離が生じない金属蒸気放電灯を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、石英ガラスや高珪酸ガラスまたは透光性セラ
ミックスや単結晶セラミックからなる発光管の内面に、
材質の異なる薄膜からなる多層膜構造の被膜を形成した
金属蒸気放電灯において、発光管からの水分の放出を防
ぐ被膜と、発光管と封入物質である金属ハロゲン化物と
の反応を防ぐ被膜を、同一被膜ではなく別々の被膜にそ
の機能を分担させた、機能分担型の多層膜構造としたこ
とを特徴とするものである。
本発明は、石英ガラスや高珪酸ガラスまたは透光性セラ
ミックスや単結晶セラミックからなる発光管の内面に、
材質の異なる薄膜からなる多層膜構造の被膜を形成した
金属蒸気放電灯において、発光管からの水分の放出を防
ぐ被膜と、発光管と封入物質である金属ハロゲン化物と
の反応を防ぐ被膜を、同一被膜ではなく別々の被膜にそ
の機能を分担させた、機能分担型の多層膜構造としたこ
とを特徴とするものである。
【０００９】また、発光管に用いている材質の熱膨張率
と、その発光管内面に成膜する被膜の材質の熱膨張率が
大きく異なる場合、その異なる熱膨張率の中間の値を有
する材質の膜を熱膨張率調整膜として介在したことを特
徴とするものである。
と、その発光管内面に成膜する被膜の材質の熱膨張率が
大きく異なる場合、その異なる熱膨張率の中間の値を有
する材質の膜を熱膨張率調整膜として介在したことを特
徴とするものである。
【００１０】
【作用】発光管材料として石英ガラスや高珪酸ガラスま
たは透光性セラミックスや単結晶セラミックがある。特
に石英ガラスや高珪酸ガラスで発光管を形成した場合、
発光管に水分が含まれ、点灯中に放電空間に放出され
る。この水分の放出を防止する手段として、我々は窒化
珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の被膜を発光管の内面に形成するこ
とが有効であることを見出したものであり、加えて、失
透現象防止等の目的から発光管の内面に形成する被膜を
多層膜構造にするとともに、多層膜のうち放電空間に接
する層に共有結合性の強い材料を用い、その層より内側
に水分を遮蔽する窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜を設けるこ
とが有効であることを見出したものである。
たは透光性セラミックスや単結晶セラミックがある。特
に石英ガラスや高珪酸ガラスで発光管を形成した場合、
発光管に水分が含まれ、点灯中に放電空間に放出され
る。この水分の放出を防止する手段として、我々は窒化
珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の被膜を発光管の内面に形成するこ
とが有効であることを見出したものであり、加えて、失
透現象防止等の目的から発光管の内面に形成する被膜を
多層膜構造にするとともに、多層膜のうち放電空間に接
する層に共有結合性の強い材料を用い、その層より内側
に水分を遮蔽する窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜を設けるこ
とが有効であることを見出したものである。
【００１１】ここで、発光管と封入物質との反応につい
て少し説明する。最近、演色性やランプの発光効率を向
上させるために、希土類金属のハロゲン化物が封入物質
（発光物質）として多く用いられている。発光管に石英
ガラス、封入物質として希土類金属ハロゲン化物を用い
た場合、下記の反応が起こる（３価の希土類金属を例と
して示す）。希土類金属ハロゲン化物は、放電している
プラズマ中で希土類金属Ｍとハロゲンに解離している。
て少し説明する。最近、演色性やランプの発光効率を向
上させるために、希土類金属のハロゲン化物が封入物質
（発光物質）として多く用いられている。発光管に石英
ガラス、封入物質として希土類金属ハロゲン化物を用い
た場合、下記の反応が起こる（３価の希土類金属を例と
して示す）。希土類金属ハロゲン化物は、放電している
プラズマ中で希土類金属Ｍとハロゲンに解離している。
【００１２】 Ｍ＋ＳｉＯ2 →ａＭ2 Ｏ3 ・ｂＳｉＯ2 ＋ＣＳｉＯ ……… ２ＳｉＯ→ＳｉＯ2 ＋Ｓｉ ……… 希土類金属Ｍと石英ガラス（ＳｉＯ2 ）が反応し、複合
酸化物ａＭ2 Ｏ3 ・ｂＳｉＯ2 とＳｉＯを作る。ＳｉＯ
は不安定な状態であり、気体として存在する。このＳｉ
Ｏは安定なＳｉＯ2 とＳｉに変化する。ＳｉＯが気体と
して蒸発するので、石英ガラスの表面上はエッチングさ
れた状態になる。また、ＳｉＯから出来たＳｉＯ2 は石
英表面上に再結晶して存在する。これらの複合化合物、
ＳｉＯが蒸発した跡、再結晶したＳｉＯ2 が失透現象と
して現れる。分析した結果、再結晶したＳｉＯ2 は、ア
モルファス状態の石英ガラスとは異なりクリストバライ
ト状の結晶、また、封入物質にＣｓＩが含まれていると
きには、クリストバライト以外にトリジマイト状の結晶
が含まれていることがわかった。また、発光管に透光性
アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を用いた場合も、上記式、
式と同様に、ＳｉＯ2がＡｌ2 Ｏ3 に置き変わった反応
の結果が得られた。
酸化物ａＭ2 Ｏ3 ・ｂＳｉＯ2 とＳｉＯを作る。ＳｉＯ
は不安定な状態であり、気体として存在する。このＳｉ
Ｏは安定なＳｉＯ2 とＳｉに変化する。ＳｉＯが気体と
して蒸発するので、石英ガラスの表面上はエッチングさ
れた状態になる。また、ＳｉＯから出来たＳｉＯ2 は石
英表面上に再結晶して存在する。これらの複合化合物、
ＳｉＯが蒸発した跡、再結晶したＳｉＯ2 が失透現象と
して現れる。分析した結果、再結晶したＳｉＯ2 は、ア
モルファス状態の石英ガラスとは異なりクリストバライ
ト状の結晶、また、封入物質にＣｓＩが含まれていると
きには、クリストバライト以外にトリジマイト状の結晶
が含まれていることがわかった。また、発光管に透光性
アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を用いた場合も、上記式、
式と同様に、ＳｉＯ2がＡｌ2 Ｏ3 に置き変わった反応
の結果が得られた。
【００１３】これらの結果より、耐熱性、耐アルカリ性
に優れているＡｌ2 Ｏ3 でも希土類金属と反応すること
がわかった。現象としては、イオン結合性の強い金属酸
化物と希土類金属イオンとのイオン反応であることが判
明した。その結果より、イオン結合性が少なく、より化
学的にも安定であり、緻密な共有結合性の強い材料を上
記の発光管内面に被膜したものを作成し、点灯実験した
結果、式、式に示す失透現象は抑えられることが判
明した。特に材料の共有結合性の強さを示す指標とし
て、その材料を構成している元素の電気陰性度の差が2.
0 以下のもの（電気陰性度の差が小さい程、共有結合性
は強い）は、良好な結果を示した。
に優れているＡｌ2 Ｏ3 でも希土類金属と反応すること
がわかった。現象としては、イオン結合性の強い金属酸
化物と希土類金属イオンとのイオン反応であることが判
明した。その結果より、イオン結合性が少なく、より化
学的にも安定であり、緻密な共有結合性の強い材料を上
記の発光管内面に被膜したものを作成し、点灯実験した
結果、式、式に示す失透現象は抑えられることが判
明した。特に材料の共有結合性の強さを示す指標とし
て、その材料を構成している元素の電気陰性度の差が2.
0 以下のもの（電気陰性度の差が小さい程、共有結合性
は強い）は、良好な結果を示した。
【００１４】このように、放電空間に接する層に共有結
合性の強い材料を用い、その層より内側（発光管側）に
水分を遮蔽する窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜を設けた発光
管を用いることにより、始動電圧の上昇も少なく、失透
現象による光透過率の低下のない良好なメタルハライド
ランプが得られた。
合性の強い材料を用い、その層より内側（発光管側）に
水分を遮蔽する窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜を設けた発光
管を用いることにより、始動電圧の上昇も少なく、失透
現象による光透過率の低下のない良好なメタルハライド
ランプが得られた。
【００１５】また、発光管に用いている材質の熱膨張率
と、その発光管内面に成膜する被膜の材質の熱膨張率が
大きく異なる場合、その異なる熱膨張率の中間の値を有
する材質の膜を熱膨張率調整膜として介在したことによ
り、被膜のひび割れや剥離を防ぐことができる。
と、その発光管内面に成膜する被膜の材質の熱膨張率が
大きく異なる場合、その異なる熱膨張率の中間の値を有
する材質の膜を熱膨張率調整膜として介在したことによ
り、被膜のひび割れや剥離を防ぐことができる。
【００１６】
【実施例】図１は、本発明に係る発光管を示すもので、
発光管１の内面には後述の多層膜構造の被膜２が成膜さ
れている。その製法は、発光管材料（管材）の内面に多
層膜構造の被膜を成膜した後、その管材を所定の長さに
切断するとともに、その両端部に電極を封着する。その
後、管内を排気管３を介して真空排気した後、封入物質
を封入する。
発光管１の内面には後述の多層膜構造の被膜２が成膜さ
れている。その製法は、発光管材料（管材）の内面に多
層膜構造の被膜を成膜した後、その管材を所定の長さに
切断するとともに、その両端部に電極を封着する。その
後、管内を排気管３を介して真空排気した後、封入物質
を封入する。
【００１７】なお、図１において、４，５は主電極、６
は始動補助用電極であり、これらの電極４，５，６は、
それぞれモリブデン箔７，８，９を介して発光管１に封
着されている。また、それぞれのモリブデン箔７，８，
９は導入線１０，１１，１２を介して外部回路と電気的
に接続される。
は始動補助用電極であり、これらの電極４，５，６は、
それぞれモリブデン箔７，８，９を介して発光管１に封
着されている。また、それぞれのモリブデン箔７，８，
９は導入線１０，１１，１２を介して外部回路と電気的
に接続される。
【００１８】次に、上記多層膜構造の被膜２について実
施例を基に詳細に説明する。 （実施例１）図２に基づいて本発明の第１の実施例を説
明する。図２は発光管の管壁部分の拡大断面図であり、
１は石英ガラスや高珪酸ガラスまたは透光性セラミック
スや単結晶セラミックからなる発光管、２は発光管１の
内面に成膜した多層膜構造の被膜であり、発光管側に水
分放出防止用の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２ａが、放電
空間側に発光管１と封入物質（金属ハロゲン化物）の反
応を防止する共有結合性の強い材料の膜２ｂが成膜され
ている。
施例を基に詳細に説明する。 （実施例１）図２に基づいて本発明の第１の実施例を説
明する。図２は発光管の管壁部分の拡大断面図であり、
１は石英ガラスや高珪酸ガラスまたは透光性セラミック
スや単結晶セラミックからなる発光管、２は発光管１の
内面に成膜した多層膜構造の被膜であり、発光管側に水
分放出防止用の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２ａが、放電
空間側に発光管１と封入物質（金属ハロゲン化物）の反
応を防止する共有結合性の強い材料の膜２ｂが成膜され
ている。
【００１９】窒化珪素膜２ａについては、ＮＨ3 とＳｉ
Ｈ4 からなる混合ガスをプラズマＣＶＤ法を用いて成膜
した。窒化珪素膜２ａを成膜する材料及び方法について
は、これに限定するものではない。共有結合性の強い材
料の膜２ｂとしては、ＣＨ4とＳｉＨ4 の混合ガスを用
いてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を成膜した。この
ＳｉＣ膜２ｂについても、成膜する材料及び方法につい
ては、これに限定するものではない。
Ｈ4 からなる混合ガスをプラズマＣＶＤ法を用いて成膜
した。窒化珪素膜２ａを成膜する材料及び方法について
は、これに限定するものではない。共有結合性の強い材
料の膜２ｂとしては、ＣＨ4とＳｉＨ4 の混合ガスを用
いてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＣ膜を成膜した。この
ＳｉＣ膜２ｂについても、成膜する材料及び方法につい
ては、これに限定するものではない。
【００２０】上記被膜２が成膜された発光管１を真空排
気した後、封入物質としてＤｙＩ3を９mg、ＮｄＩ3 を
５mg、ＣｓＩを６mg、水銀を４０mg、Ａｒガスを３０To
rr封入した入力２５０Ｗタイプのメタルハライドランプ
を作成し、２５０Ｗの安定器で６０００時間点灯させた
後の光束維持率は８０％であった。これに対して、多層
膜を成膜していない同一の封入物、同一サイズのランプ
も同時に作成し、同一条件で６０００時間点灯させた後
の光束維持率は４１％であった。
気した後、封入物質としてＤｙＩ3を９mg、ＮｄＩ3 を
５mg、ＣｓＩを６mg、水銀を４０mg、Ａｒガスを３０To
rr封入した入力２５０Ｗタイプのメタルハライドランプ
を作成し、２５０Ｗの安定器で６０００時間点灯させた
後の光束維持率は８０％であった。これに対して、多層
膜を成膜していない同一の封入物、同一サイズのランプ
も同時に作成し、同一条件で６０００時間点灯させた後
の光束維持率は４１％であった。
【００２１】次に、始動電圧を比較するために、窒化珪
素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を成膜せず、ＳｉＣ膜だけを成膜した
同一条件のランプも作成した。作成直後のランプは、い
ずれも１４０〜１５０Ｖの範囲で点灯した。また、６０
００時間点灯後の各ランプの始動電圧を比較すると、被
膜なしランプでは２００Ｖ以上、ＳｉＣ膜だけのランプ
では１８５Ｖ以上必要であったのに対し、上記実施例１
に係るランプでは１７０Ｖ以下で始動が可能であった。
素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を成膜せず、ＳｉＣ膜だけを成膜した
同一条件のランプも作成した。作成直後のランプは、い
ずれも１４０〜１５０Ｖの範囲で点灯した。また、６０
００時間点灯後の各ランプの始動電圧を比較すると、被
膜なしランプでは２００Ｖ以上、ＳｉＣ膜だけのランプ
では１８５Ｖ以上必要であったのに対し、上記実施例１
に係るランプでは１７０Ｖ以下で始動が可能であった。
【００２２】（実施例２）実施例１と異なる点は、上記
共有結合性の強い材料の膜２ｂとして、キャリアガスを
ＡｒガスにしたＢＨ3 ・Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 とＮＨ3 の混
合ガスを材料にプラズマＣＶＤ法で窒化硼素（ＢＮ）膜
を成膜したことである。なお、窒化硼素膜成膜のための
材料及び方法はこれに限定されない。
共有結合性の強い材料の膜２ｂとして、キャリアガスを
ＡｒガスにしたＢＨ3 ・Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 とＮＨ3 の混
合ガスを材料にプラズマＣＶＤ法で窒化硼素（ＢＮ）膜
を成膜したことである。なお、窒化硼素膜成膜のための
材料及び方法はこれに限定されない。
【００２３】実施例１と同一仕様のランプで６０００時
間点灯後の光束維持率は８３％であった。始動電圧につ
いては、窒化硼素膜２ｂだけのランプでは１８０Ｖ以上
必要であり、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２ａも成膜した
ランプでは１７０Ｖ以下で始動可能であった。
間点灯後の光束維持率は８３％であった。始動電圧につ
いては、窒化硼素膜２ｂだけのランプでは１８０Ｖ以上
必要であり、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２ａも成膜した
ランプでは１７０Ｖ以下で始動可能であった。
【００２４】（実施例３）実施例１と異なる点は、共有
結合性の強い材料の膜２ｂとして、Ｈ2 とＣＨ4の混合
ガスを用いてプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド状カ
ーボン（ＤＬＣ）膜を成膜したことである。ダイヤモン
ド状カーボンを合成させる材料及び方法はこれに限定す
るものでなく、プラズマＣＶＤ法に更に熱を加える方
法、熱ＣＶＤ法により成膜する方法もこれに含まれる。
結合性の強い材料の膜２ｂとして、Ｈ2 とＣＨ4の混合
ガスを用いてプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド状カ
ーボン（ＤＬＣ）膜を成膜したことである。ダイヤモン
ド状カーボンを合成させる材料及び方法はこれに限定す
るものでなく、プラズマＣＶＤ法に更に熱を加える方
法、熱ＣＶＤ法により成膜する方法もこれに含まれる。
【００２５】実施例１と同一仕様のランプを作成し、同
一の実験を行った結果、光束維持率は８４％、始動電圧
はダイヤモンド状カーボン膜２ｂだけのランプでは１８
０Ｖ以上必要であり、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２ａも
成膜したランプでは１７０Ｖ以下で始動可能であった。
一の実験を行った結果、光束維持率は８４％、始動電圧
はダイヤモンド状カーボン膜２ｂだけのランプでは１８
０Ｖ以上必要であり、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２ａも
成膜したランプでは１７０Ｖ以下で始動可能であった。
【００２６】（実施例４）上述のように、発光管材料と
その内面に被膜する材質の熱膨張率が大きく異なる場
合、点灯・消灯を続けていると、被膜にひび割れや剥離
が生じることがある。発光管に石英を用いた場合、その
熱膨張率は約0.55×10-6／℃であり、石英からの水分の
放出を防止する膜として使用する窒化珪素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）膜２ａの熱膨張率は、約3.2 ×10-6／℃であ
り、この二つの熱膨張率は大きく異なる。
その内面に被膜する材質の熱膨張率が大きく異なる場
合、点灯・消灯を続けていると、被膜にひび割れや剥離
が生じることがある。発光管に石英を用いた場合、その
熱膨張率は約0.55×10-6／℃であり、石英からの水分の
放出を防止する膜として使用する窒化珪素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）膜２ａの熱膨張率は、約3.2 ×10-6／℃であ
り、この二つの熱膨張率は大きく異なる。
【００２７】そこで、本実施例においては、この熱膨張
率を調整するために、ゾルゲル法による金属酸化物をコ
ーティングするときに用いる金属アルコラートの混合液
を用いた。その混合液は、ＳｉＯ2 を作成するＳｉのア
ルコラートＳｉ（ＯＲ）4 とＡｌ2 Ｏ3 を作成するＡｌ
のアルコラートＡｌ（ＯＲ）3 である。なお、Ｒはアル
キル基を表す。
率を調整するために、ゾルゲル法による金属酸化物をコ
ーティングするときに用いる金属アルコラートの混合液
を用いた。その混合液は、ＳｉＯ2 を作成するＳｉのア
ルコラートＳｉ（ＯＲ）4 とＡｌ2 Ｏ3 を作成するＡｌ
のアルコラートＡｌ（ＯＲ）3 である。なお、Ｒはアル
キル基を表す。
【００２８】この混合液を塗布し、乾燥させ焼成させる
ことによって得られる金属酸化物の被膜の熱膨張率は、
それぞれの混合割合を変えることにより、ＳｉＯ2 の0.
55×10-6／℃からＡｌ2 Ｏ3 の８×10-6／℃までの間で
変化させることができる。また、Ａｌ（ＯＲ）3 以外に
Ｍｇ（ＯＲ）を用いたならば、16×10-6／℃まで変化さ
せることができる。
ことによって得られる金属酸化物の被膜の熱膨張率は、
それぞれの混合割合を変えることにより、ＳｉＯ2 の0.
55×10-6／℃からＡｌ2 Ｏ3 の８×10-6／℃までの間で
変化させることができる。また、Ａｌ（ＯＲ）3 以外に
Ｍｇ（ＯＲ）を用いたならば、16×10-6／℃まで変化さ
せることができる。
【００２９】図３は実施例４を示すもので、Ｓｉ（Ｏ
Ｒ）4 とＡｌ（ＯＲ）3 で成膜される混合金属酸化物の
熱膨張率を、1.8 〜2.0 ×10-6／℃に調整した熱膨張率
調整膜２ｃを、石英で形成された発光管１の内面に成膜
し、その上に実施例１と同様に窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）
膜２ａを、さらにその上に共有結合性の強い材料の膜２
ｂを成膜したものである。
Ｒ）4 とＡｌ（ＯＲ）3 で成膜される混合金属酸化物の
熱膨張率を、1.8 〜2.0 ×10-6／℃に調整した熱膨張率
調整膜２ｃを、石英で形成された発光管１の内面に成膜
し、その上に実施例１と同様に窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）
膜２ａを、さらにその上に共有結合性の強い材料の膜２
ｂを成膜したものである。
【００３０】この実施例においても実施例１と同様の仕
様でランプを作成し、２時間３０分点灯、３０分間消灯
の点滅サイクルを２０００時間繰り返した。その結果、
熱膨張率調整膜２ｃを用いない場合は、多層膜２にひび
割れや剥離が発生したが、熱膨張率調整膜２ｃを用いた
場合、ひび割れや剥離は発生しなかった。
様でランプを作成し、２時間３０分点灯、３０分間消灯
の点滅サイクルを２０００時間繰り返した。その結果、
熱膨張率調整膜２ｃを用いない場合は、多層膜２にひび
割れや剥離が発生したが、熱膨張率調整膜２ｃを用いた
場合、ひび割れや剥離は発生しなかった。
【００３１】この実施例では、発光管１とその上に成膜
する多層膜２との間に熱膨張率調整膜２ｃを設けたが、
水分放出防止用の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２ａと共有
結合性の強い材料の膜２ｂの間に熱膨張率調整膜２ｃを
設けることにより、それらの膜２ａ，２ｂの密着性が向
上することは言うまでもない。
する多層膜２との間に熱膨張率調整膜２ｃを設けたが、
水分放出防止用の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２ａと共有
結合性の強い材料の膜２ｂの間に熱膨張率調整膜２ｃを
設けることにより、それらの膜２ａ，２ｂの密着性が向
上することは言うまでもない。
【００３２】（実施例５）上述のように、実施例１の多
層膜２はＳｉ3 Ｎ4 膜２ａとＳｉＣ膜２ｂよりなり、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜２ａはＮＨ3 とＳｉＨ4 からなる混合ガスを
プラズマＣＶＤ法により成膜し、ＳｉＣ膜２ｂはＣＨ4
とＳｉＨ4 の混合ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により
ＳｉＣ膜を成膜した。Ｓｉ3 Ｎ4 の熱膨張率は約3.2 ×
10-6／℃であり、ＳｉＣの熱膨張率は約4.7 ×10-6／℃
である。この二つの膜２ａ，２ｂの密着性を良くするに
は、実施例４に示すような熱膨張率調整膜（熱膨張率が
3.9×10-6／℃程度の膜）２ｃをＳｉ3 Ｎ4 膜２ａとＳ
ｉＣ膜２ｂの間に設ければ良い。
層膜２はＳｉ3 Ｎ4 膜２ａとＳｉＣ膜２ｂよりなり、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜２ａはＮＨ3 とＳｉＨ4 からなる混合ガスを
プラズマＣＶＤ法により成膜し、ＳｉＣ膜２ｂはＣＨ4
とＳｉＨ4 の混合ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により
ＳｉＣ膜を成膜した。Ｓｉ3 Ｎ4 の熱膨張率は約3.2 ×
10-6／℃であり、ＳｉＣの熱膨張率は約4.7 ×10-6／℃
である。この二つの膜２ａ，２ｂの密着性を良くするに
は、実施例４に示すような熱膨張率調整膜（熱膨張率が
3.9×10-6／℃程度の膜）２ｃをＳｉ3 Ｎ4 膜２ａとＳ
ｉＣ膜２ｂの間に設ければ良い。
【００３３】しかし、本実施例５で示す成膜方法を用い
れば、発光管側から放電空間側に向かってＳｉ3 Ｎ4 →
Ｓｉ→ＳｉＣの熱膨張率が連続的に変化した密着性の良
い膜２を成膜できる。以下、その方法を説明する。
れば、発光管側から放電空間側に向かってＳｉ3 Ｎ4 →
Ｓｉ→ＳｉＣの熱膨張率が連続的に変化した密着性の良
い膜２を成膜できる。以下、その方法を説明する。
【００３４】Ｓｉ3 Ｎ4 膜を成膜するとき、必要な厚さ
のＳｉ3 Ｎ4 膜を成膜した後、その原料となる混合ガス
の成分の内、ＳｉＨ4 の量はそのままで、ＮＨ3 の混合
割合を徐々に減らし、ゼロになった段階で今度はＣＨ4
の混合割合を徐々に増やして行く。その結果、成膜され
た膜質は図４に示すように、発光管１に接している側は
Ｓｉ3 Ｎ4 であり、放電空間に面する側に行くにしたが
ってＳｉとなり、やがて放電空間に接する面はＳｉＣと
なる。
のＳｉ3 Ｎ4 膜を成膜した後、その原料となる混合ガス
の成分の内、ＳｉＨ4 の量はそのままで、ＮＨ3 の混合
割合を徐々に減らし、ゼロになった段階で今度はＣＨ4
の混合割合を徐々に増やして行く。その結果、成膜され
た膜質は図４に示すように、発光管１に接している側は
Ｓｉ3 Ｎ4 であり、放電空間に面する側に行くにしたが
ってＳｉとなり、やがて放電空間に接する面はＳｉＣと
なる。
【００３５】さらに、発光管１の材料に石英ガラスを用
いた場合には、石英ガラスの熱膨張率が0.55×10-6／℃
であり、その上に上記の（Ｓｉ3 Ｎ4 →Ｓｉ→ＳｉＣ）
膜２を成膜した場合、石英ガラスと接するＳｉ3 Ｎ4 の
熱膨張率は約3.2 ×10-6／℃である。この熱膨張率を調
整するために実施例４では、熱膨張率1.8 〜2.0 ×10 -6
／℃の熱膨張率調整膜２ｃを用いた。しかし、本実施例
５の方法を用いるとさらに密着性を高めることができ
る。
いた場合には、石英ガラスの熱膨張率が0.55×10-6／℃
であり、その上に上記の（Ｓｉ3 Ｎ4 →Ｓｉ→ＳｉＣ）
膜２を成膜した場合、石英ガラスと接するＳｉ3 Ｎ4 の
熱膨張率は約3.2 ×10-6／℃である。この熱膨張率を調
整するために実施例４では、熱膨張率1.8 〜2.0 ×10 -6
／℃の熱膨張率調整膜２ｃを用いた。しかし、本実施例
５の方法を用いるとさらに密着性を高めることができ
る。
【００３６】その方法は、ＳｉＨ4 とＮ2 Ｏの混合ガス
を用いプラズマＣＶＤ法で、石英ガラスの上に石英ガラ
スの成分と同じＳｉＯ2 膜を成膜する方法である（Ｓｉ
Ｏ2膜を成膜する材料はこれに限定されるものではな
く、ＣＶＤ法もプラズマＣＶＤ法に限定するものではな
い）。
を用いプラズマＣＶＤ法で、石英ガラスの上に石英ガラ
スの成分と同じＳｉＯ2 膜を成膜する方法である（Ｓｉ
Ｏ2膜を成膜する材料はこれに限定されるものではな
く、ＣＶＤ法もプラズマＣＶＤ法に限定するものではな
い）。
【００３７】まず、ＳｉＨ4 とＮ2 ＯでＳｉＯ2 膜を石
英ガラスの上に成膜し、Ｎ2 Ｏの混合割合を徐々に減ら
しゼロにする。次の段階として、ＮＨ3 の混合割合を徐
々に増加させＳｉ3 Ｎ4 膜を作成する。そしてＮＨ3 を
徐々に減らしゼロにし、次にＣＨ4 を徐々に増やしＳｉ
Ｃ膜を作成する。その結果、図５に示すように、石英ガ
ラス１上には石英ガラスと同じ成分で熱膨張率も同じの
ＳｉＯ2 膜ができ、放電空間面に向かってＳｉＯ2 →Ｓ
ｉ→Ｓｉ3 Ｎ4 →ＳｉＣの熱膨張率が連続的に変化した
密着性の良い膜２ができる。
英ガラスの上に成膜し、Ｎ2 Ｏの混合割合を徐々に減ら
しゼロにする。次の段階として、ＮＨ3 の混合割合を徐
々に増加させＳｉ3 Ｎ4 膜を作成する。そしてＮＨ3 を
徐々に減らしゼロにし、次にＣＨ4 を徐々に増やしＳｉ
Ｃ膜を作成する。その結果、図５に示すように、石英ガ
ラス１上には石英ガラスと同じ成分で熱膨張率も同じの
ＳｉＯ2 膜ができ、放電空間面に向かってＳｉＯ2 →Ｓ
ｉ→Ｓｉ3 Ｎ4 →ＳｉＣの熱膨張率が連続的に変化した
密着性の良い膜２ができる。
【００３８】この膜２を成膜した発光管を用いて実施例
１と同一仕様でランプを作成し、２時間３０分点灯、３
０分間消灯の点滅サイクルを４０００時間繰り返した
が、膜２のひび割れや剥離は発生じなかった。それに対
して、単にＳｉ3 Ｎ4 膜とＳｉＣ膜を重ねた多層膜で
は、２０００時間でひび割れや剥離が生じた。
１と同一仕様でランプを作成し、２時間３０分点灯、３
０分間消灯の点滅サイクルを４０００時間繰り返した
が、膜２のひび割れや剥離は発生じなかった。それに対
して、単にＳｉ3 Ｎ4 膜とＳｉＣ膜を重ねた多層膜で
は、２０００時間でひび割れや剥離が生じた。
【００３９】なお、本実施例では一例としてＳｉ系の膜
について説明したが、材質はこれに限定するものではな
い。また、この方法を多層膜すべてについて用いる必要
もなく、熱膨張率の大きく異なる二つの膜の間に用いれ
ば良く、その二つの膜の熱膨張率の値の間の値を有する
膜を成膜する手段に用いても良い。ところで、上記各実
施例においては、有電極のメタルハライドランプで説明
したが、本発明は、最近研究開発が行われている無電極
ＨＩＤランプにも適用できることは言うまでもないこと
である。
について説明したが、材質はこれに限定するものではな
い。また、この方法を多層膜すべてについて用いる必要
もなく、熱膨張率の大きく異なる二つの膜の間に用いれ
ば良く、その二つの膜の熱膨張率の値の間の値を有する
膜を成膜する手段に用いても良い。ところで、上記各実
施例においては、有電極のメタルハライドランプで説明
したが、本発明は、最近研究開発が行われている無電極
ＨＩＤランプにも適用できることは言うまでもないこと
である。
【００４０】
【発明の効果】本発明は上記のように、発光管の内面に
材質の異なる薄膜からなる多層膜構造の被膜を形成した
金属蒸気放電灯において、前記多層膜の放電空間に接す
る層以外の少なくとも１層を材質が窒化珪素の層膜とし
たことにより、発光管からの水分の放出を防止でき、始
動電圧の上昇の少ない金属蒸気放電灯を提供することが
できる。また、放電空間に接する層膜の材質を共有結合
性の強い材料とすることにより、失透現象を抑制でき、
長寿命の金属蒸気放電灯を提供できる。さらに、多層膜
の少なくとも１層を熱膨張率調整膜としたことにより、
被膜のひび割れや剥離を防ぐことができるという効果も
ある。さらにまた、前記熱膨張率調整膜を膜質が連続的
に変化する傾斜機能材料構造とするとともに、その熱膨
張率も連続的に変化させることにより、さらに密着性の
良い多層膜を成膜できる。
材質の異なる薄膜からなる多層膜構造の被膜を形成した
金属蒸気放電灯において、前記多層膜の放電空間に接す
る層以外の少なくとも１層を材質が窒化珪素の層膜とし
たことにより、発光管からの水分の放出を防止でき、始
動電圧の上昇の少ない金属蒸気放電灯を提供することが
できる。また、放電空間に接する層膜の材質を共有結合
性の強い材料とすることにより、失透現象を抑制でき、
長寿命の金属蒸気放電灯を提供できる。さらに、多層膜
の少なくとも１層を熱膨張率調整膜としたことにより、
被膜のひび割れや剥離を防ぐことができるという効果も
ある。さらにまた、前記熱膨張率調整膜を膜質が連続的
に変化する傾斜機能材料構造とするとともに、その熱膨
張率も連続的に変化させることにより、さらに密着性の
良い多層膜を成膜できる。
【図１】本発明に係る発光管の断面図である。
【図２】本発明に係る発光管の一実施例を示すもので、
その管壁部分の拡大断面図である。
その管壁部分の拡大断面図である。
【図３】本発明に係る発光管の一実施例を示すもので、
その管壁部分の拡大断面図である。
その管壁部分の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る発光管の一実施例を示すもので、
その管壁部分の拡大断面図である。
その管壁部分の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る発光管の一実施例を示すもので、
その管壁部分の拡大断面図である。
その管壁部分の拡大断面図である。
１ 発光管 ２ 多層膜 ２ａ 窒化珪素膜 ２ｂ 共有結合性の強い材料の膜 ２ｃ 熱膨張率調整膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 透 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−120076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−26783（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−232993（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 61/35 H01J 9/20
Claims (7)
- 【請求項１】 発光管の内面に材質の異なる薄膜からな
る多層膜構造の被膜を形成した金属蒸気放電灯であっ
て、前記多層膜の放電空間に接する層膜の材質を、その
層膜を構成する元素の電気陰性度の差が２．０以下であ
る共有結合性の強い材料とするとともに、前記多層膜の
放電に接する層膜以外の少なくとも１層を材質が窒化珪
素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の層膜としたことを特徴とする金属蒸
気放電灯。 - 【請求項２】 前記共有結合性の強い材料が、炭化珪素
（ＳｉＣ）であることを特徴とする請求項１記載の金属
蒸気放電灯。 - 【請求項３】 前記共有結合性の強い材料が、窒化硼素
（ＢＮ）であることを特徴とする請求項１記載の金属蒸
気放電灯。 - 【請求項４】 前記共有結合性の強い材料が、ダイヤモ
ンドまたはダイヤモンド状カーボンであることを特徴と
する請求項１記載の金属蒸気放電灯。 - 【請求項５】 前記多層膜の少なくとも１層を熱膨張率
調整機能を有する層膜としたことを特徴とする請求項１
乃至請求項４のいずれかに記載の金属蒸気放電灯。 - 【請求項６】 前記熱膨張率調整機能を有する層膜が、
膜質が連続的に変化する傾斜機能材料構造で、且つその
膨張率も連続的に変化する層膜としたことを特徴とする
請求項５記載の金属蒸気放電灯。 - 【請求項７】 前記膜質が連続的に変化する傾斜機能材
料構造で、且つその膨張率も連続的に変化する層膜を、
気相成長法（ＣＶＤ法）を用い、その原料となる混合ガ
スの混合割合を変化させることにより成膜したことを特
徴とする請求項６記載の金属蒸気放電灯。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159447A JP2819988B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 金属蒸気放電灯 |
| US08/265,784 US5500571A (en) | 1993-06-29 | 1994-06-27 | Metal vapor discharge lamp |
| NL9401086A NL194813C (nl) | 1993-06-29 | 1994-06-29 | Metaaldampontladingslamp welke op het binnenoppervlak ten minste is bedekt met een laag siliciumnitride en een laag met een sterk covalent karakter, zoals siliciumcarbide. |
| CN941077047A CN1065072C (zh) | 1993-06-29 | 1994-06-29 | 金属蒸汽放电灯 |
| DE4422778A DE4422778C2 (de) | 1993-06-29 | 1994-06-29 | Metalldampf-Bogenentladungslampe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159447A JP2819988B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 金属蒸気放電灯 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0721986A JPH0721986A (ja) | 1995-01-24 |
| JP2819988B2 true JP2819988B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=15693958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5159447A Expired - Fee Related JP2819988B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 金属蒸気放電灯 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5500571A (ja) |
| JP (1) | JP2819988B2 (ja) |
| CN (1) | CN1065072C (ja) |
| DE (1) | DE4422778C2 (ja) |
| NL (1) | NL194813C (ja) |
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| EP1565930A2 (en) | 2002-11-08 | 2005-08-24 | Advanced Lighting Technologies, Inc. | Barrier coatings and methods in discharge lamps |
| DE102004061464B4 (de) * | 2004-12-17 | 2008-12-11 | Schott Ag | Substrat mit feinlaminarer Barriereschutzschicht und Verfahren zu dessen Herstellung |
| EP2070104A2 (en) * | 2006-07-25 | 2009-06-17 | David W. Cunningham | Incandescent lamp incorporating infrared-reflective coating system, and lighting fixture incorporating such a lamp |
| JP2008282748A (ja) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Harison Toshiba Lighting Corp | メタルハライドランプ |
| JP2010198976A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Seiko Epson Corp | 放電ランプ及びその製造方法、光源装置、プロジェクタ |
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- 1993-06-29 JP JP5159447A patent/JP2819988B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
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