JP3200964B2 - Manufacturing method of metal vapor discharge lamp - Google Patents

Manufacturing method of metal vapor discharge lamp

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  • Formation Of Various Coating Films On Cathode Ray Tubes And Lamps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属蒸気放電灯の製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a metal vapor discharge lamp.

【0002】[0002]

【従来の技術】発光効率や演色性を改善する為に、石英
で形成された発光管に水銀や希ガスと共に、発光物質と
して金属ハロゲン化物を封入した金属蒸気放電灯が既に
開発されている。
2. Description of the Related Art In order to improve the luminous efficiency and the color rendering, a metal vapor discharge lamp in which a metal halide is sealed as a luminescent material together with mercury and a rare gas in a luminous tube formed of quartz has already been developed.

【0003】金属ハロゲン化物には、高温部では熱解離
によって金属原子とハロゲン原子に分解し、低温部では
金属原子とハロゲン原子が再結合して金属ハロゲン化物
になるというハロゲンサイクルが生じる。
[0003] A metal halide undergoes a halogen cycle in which it is decomposed into a metal atom and a halogen atom by thermal dissociation in a high-temperature portion, and recombined into a metal halide in a low-temperature portion.

【0004】金属蒸気放電灯は、この現象を利用したも
のであり、点灯中の発光管内において、低温部の発光管
の管壁付近では安定な金属ハロゲン化物の形で存在し、
石英発光管とも反応しない。しかし、高温部であるアー
ク放電空間中では、金属原子とハロゲン原子に熱解離
し、金属原子が励起され、その金属特有のスペクトルを
発生する。この発生したスペクトルを光として利用した
ものが金属蒸気放電灯である。
[0004] A metal vapor discharge lamp utilizes this phenomenon, and exists in a stable metal halide form near the tube wall of an arc tube in a low temperature portion in an arc tube during operation.
It does not react with the quartz arc tube. However, in the arc discharge space, which is a high-temperature portion, the metal atoms and the halogen atoms are thermally dissociated, and the metal atoms are excited to generate a spectrum unique to the metal. What uses the generated spectrum as light is a metal vapor discharge lamp.

【0005】ところで、上述のハロゲンサイクルは理想
的なものであり、実際には低温部の発光管の管壁付近で
もハロゲン原子と再結合できなかった金属原子が存在す
る。つまり、アーク放電空間で生じた金属原子や金属イ
オンが発光管である石英と反応を起こす。特にアルカリ
金属やアルカリ土類金属は石英に溶け込みやすく、石英
を変色させ、光の透過率を減少させ光束維持率の低下に
つながる。
[0005] The above-described halogen cycle is ideal. In practice, there are metal atoms that cannot be recombined with halogen atoms even near the tube wall of the arc tube in the low temperature part. That is, metal atoms and metal ions generated in the arc discharge space react with the quartz as the arc tube. In particular, alkali metals and alkaline earth metals easily dissolve in quartz, discolor the quartz, reduce the light transmittance, and lead to a decrease in the luminous flux maintenance rate.

【0006】また、金属と石英との反応による金属の減
少は発光物質の減少にもつながり、発光量の低下、並び
に封入物の封入割合の変化に伴う発光色の変化につなが
る。さらに、金属の消失によって生じた遊離ハロゲン
は、電子付着力が強いのでランプ電圧の上昇や始動電圧
を上昇させ、ランプの寿命を短くする。
[0006] Further, the reduction of the metal due to the reaction between the metal and the quartz leads to the reduction of the luminous substance, which leads to the reduction of the luminescence amount and the change of the luminescent color accompanying the change of the filling ratio of the filling. Furthermore, the free halogen generated by the disappearance of the metal has a strong electron adhesion, so that the lamp voltage increases and the starting voltage increases, thereby shortening the life of the lamp.

【0007】また、発光物質に希土類金属のハロゲン化
物を用いた場合には、効率や演色性の向上が図れるが、
希土類金属が石英と反応し、石英が結晶化したりする失
透現象が生じやすく、光束維持率を低下させるという問
題点がある。
When a rare earth metal halide is used as the light emitting substance, the efficiency and the color rendering can be improved.
There is a problem that a rare-earth metal reacts with quartz to cause a devitrification phenomenon in which quartz is crystallized or the like, and the luminous flux maintenance ratio is lowered.

【0008】これらの問題点を解決するために、発光管
の内面に透光性を有する金属酸化物の被膜を形成させる
コーティング方法が考案されている。特公昭46−21
432号公報、特公昭50−27677号公報、特公昭
53−35392号公報に開示されているこれらのコー
ティング方法やコーティング材料では、緻密性の優れた
膜の生成は困難であり、長時間にわたって金属ハロゲン
化物と発光管である石英との反応を防止することは困難
であり、ランプの寿命を大幅に向上することができな
い。
In order to solve these problems, a coating method for forming a metal oxide film having a light-transmitting property on the inner surface of an arc tube has been devised. Tokiko 46-21
No. 432, Japanese Patent Publication No. 50-27677, and Japanese Patent Publication No. 53-35392, it is difficult to form a film having excellent denseness by using these coating methods and coating materials. It is difficult to prevent the reaction between the halide and quartz as the arc tube, and the life of the lamp cannot be significantly improved.

【0009】この欠点を解決するために、金属キレート
化合物のガスを用いたCVD方式による金属酸化膜の形
成方法が提案されている(特開平3−238747号公
報参照)。図2に特開平3−238747号公報に開示
されている減圧CVD装置の概略図を示す。
In order to solve this drawback, a method of forming a metal oxide film by a CVD method using a gas of a metal chelate compound has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-238747). FIG. 2 is a schematic view of a low pressure CVD apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-238747.

【0010】同図において、1は発光管、2は発光管1
を加熱するためのヒータ、3は反応ガスを流すためのガ
ス導入管、4はガスの排気管、5は原料ガスを発生させ
るための気化器、6はキャリアガスの導入口、7は発光
管1を減圧排気するためのポンプである。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an arc tube;
, A gas introduction pipe for flowing a reaction gas, 4 a gas exhaust pipe, 5 a vaporizer for generating a source gas, 6 a carrier gas inlet, and 7 an arc tube. 1 is a pump for evacuating and depressurizing 1.

【0011】実際の工程は、発光管1内をポンプ7で減
圧排気し、ヒータ3により発光管1を所定の温度で加熱
し、気化器5内に金属キレート化合物を入れて所定の温
度で加熱し、その蒸気を、導入口6を通じて流入するキ
ャリアガスと共に、ガス導入管3を通じて発光管1内に
所定流量で所定時間導入し、発光管1の内面に金属酸化
膜を形成する。なお、図示されていないが、所定流量の
キャリアガスを流すために、キャリアガス導入口6には
ガス流量装置が接続されている。
In the actual process, the inside of the arc tube 1 is evacuated to a reduced pressure by a pump 7, the arc tube 1 is heated by a heater 3 at a predetermined temperature, and a metal chelate compound is put in a vaporizer 5 and heated at a predetermined temperature. Then, the vapor is introduced into the arc tube 1 through the gas inlet tube 3 at a predetermined flow rate for a predetermined time together with the carrier gas flowing through the inlet 6 to form a metal oxide film on the inner surface of the arc tube 1. Although not shown, a gas flow device is connected to the carrier gas inlet 6 for flowing a predetermined amount of carrier gas.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
金属キレート化合物を用いたCVD方式、つまりMOC
VD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition )方
式は、緻密な膜を形成することができるが、CVD用の
複雑な装置が必要であり、大量の発光管の製造には適さ
ないという問題があった。
However, the CVD method using the above-mentioned metal chelate compound, that is, MOC
The VD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method can form a dense film, but requires a complicated apparatus for CVD, and has a problem that it is not suitable for manufacturing a large number of arc tubes.

【0013】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、CVD方式に
よって生成される膜と同質の膜を簡単に発光管の内面に
生成できる金属蒸気放電灯の製造方法を提供することに
ある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a metal vapor capable of easily forming a film of the same quality as a film formed by a CVD method on the inner surface of an arc tube. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a discharge lamp.

【0014】[0014]

【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、石英で形成された発光管内に発光物質として
の金属ハロゲン化物が封入される金属蒸気放電灯の製造
において、前記発光管に金属キレート化合物と酸化性の
反応ガス(例えば、酸素、オゾン、亜酸化窒素水、二酸
化炭素など)を所定量封入し、封じ切った発光管を電気
炉等で加熱することにより、発光管の内面に緻密な金属
酸化膜を形成したことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a method for manufacturing a metal vapor discharge lamp in which a metal halide as a luminescent substance is sealed in a luminous tube formed of quartz. A predetermined amount of a metal chelate compound and an oxidizing reaction gas (for example, oxygen, ozone, nitrous oxide, carbon dioxide, etc.) are filled in, and the sealed arc tube is heated in an electric furnace or the like, so that the inner surface of the arc tube is heated. In which a dense metal oxide film is formed.

【0015】[0015]

【作用】上記方法により、常温では固体である金属キレ
ート化合物が加熱によって蒸発し、蒸発した金属キレー
ト化合物のガスと反応ガスが、CVD方式の場合と同じ
ように高温の発光管内面で金属酸化物の膜を形成する。
According to the above method, the metal chelate compound which is solid at normal temperature is evaporated by heating, and the gas of the evaporated metal chelate compound and the reaction gas are deposited on the inner surface of the high-temperature arc tube in the same manner as in the CVD method. Is formed.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を参照して説
明する。図1(a)は本発明に用いる製造装置の概略を
示す図で、図1(a)において、11は石英で形成され
た発光管、12は排気管、13は真空排気装置、14,
15はバルブ、16は金属キレート化合物、17は反応
ガス用容器、18は真空ポンプである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1A is a view schematically showing a manufacturing apparatus used in the present invention. In FIG. 1A, 11 is an arc tube formed of quartz, 12 is an exhaust tube, 13 is a vacuum exhaust device,
Reference numeral 15 denotes a valve, 16 denotes a metal chelate compound, 17 denotes a reaction gas container, and 18 denotes a vacuum pump.

【0017】常温で固体の金属キレート化合物(本実施
例においてキレート剤としてアセチルアセトン(C5
8 2 )を用いた金属キレート化合物は、ほとんどの金
属で固体である)16を所定量封入した発光管11が排
気管12を介して真空排気装置13に接続されている。
ガス封入用バルブ15を閉じた状態で真空ポンプ18用
のバルブ14を開き、金属キレート化合物16が封入さ
れている発光管11内を真空排気する。真空排気後、バ
ルブ14を閉じ、反応ガス導入用のバルブ15を開き、
発光管11内に反応ガスを所定量封入する(反応ガス封
入用の圧力計は図示せず)。その後、排気管12をバー
ナー等(図示せず)で封じ切る。封じ切った発光管21
を図1(b)に示すように電気炉22を用いて所定温度
で加熱する。この加熱過程により、発光管21内で蒸発
した金属キレート化合物が反応ガスとの反応により、高
温の発光管21内面に金属酸化膜を形成する。また、電
気炉22を用いるため、同時に大量の発光管の処理が可
能となる。
A metal chelate compound which is solid at ordinary temperature (in this embodiment, acetylacetone (C 5 H
A metal chelate compound using 8 O 2 ) is almost a metal and is a solid). A light emitting tube 11 in which a predetermined amount of 16 is sealed is connected to a vacuum exhaust device 13 via an exhaust tube 12.
With the gas filling valve 15 closed, the valve 14 for the vacuum pump 18 is opened, and the inside of the arc tube 11 in which the metal chelate compound 16 is sealed is evacuated. After the evacuation, the valve 14 is closed, the valve 15 for introducing the reaction gas is opened,
A predetermined amount of a reaction gas is sealed in the arc tube 11 (a pressure gauge for sealing the reaction gas is not shown). Thereafter, the exhaust pipe 12 is sealed off with a burner or the like (not shown). Sealed arc tube 21
Is heated at a predetermined temperature using an electric furnace 22 as shown in FIG. During this heating process, the metal chelate compound evaporated in the arc tube 21 reacts with the reaction gas to form a metal oxide film on the inner surface of the high-temperature arc tube 21. Further, since the electric furnace 22 is used, a large amount of arc tubes can be processed at the same time.

【0018】ここで、具体例として金属キレート化合物
にZr(C5 7 2 ) 4 、反応ガスに酸素を用いた例
について説明する。
Here, an example using Zr (C 5 H 7 O 2 ) 4 as a metal chelate compound and oxygen as a reaction gas will be described as a specific example.

【0019】図1(a)に示すように、内径15mm、電
極間距離32mmの発光管11にZr(C5 7 2 ) 4
を50mg、酸素を400Torr封入し、図1(b)に示す
ように、電気炉22において450℃で30分間放置す
ることにより、発光管21内面に膜厚約1μmのZrO
2 膜を形成することができた。
As shown in FIG. 1 (a), Zr (C 5 H 7 O 2 ) 4 is added to an arc tube 11 having an inner diameter of 15 mm and a distance between electrodes of 32 mm.
Is sealed in an electric furnace 22 at 450 ° C. for 30 minutes to form a ZrO film having a thickness of about 1 μm on the inner surface of the arc tube 21 as shown in FIG.
Two films could be formed.

【0020】この発光管を用いて、発光管内封入物とし
て、ScI3 、NaI、水銀およびArガスを所定量封
入した250W用のランプを試作し、点灯試験を行っ
た。
Using this arc tube, a lamp for 250 W in which predetermined amounts of ScI 3 , NaI, mercury and Ar gas were sealed as an enclosure in the arc tube was prototyped, and a lighting test was performed.

【0021】6000時間点灯させた結果では、光束維
持率(100時間エージング点灯後の光束値を100%
とした値)は80%であった。なお、本発明を施さない
同一封入物のランプでは60%であった。
As a result of lighting for 6000 hours, the luminous flux maintenance ratio (the luminous flux value after aging lighting for 100 hours is 100%
Was 80%. In addition, it was 60% in the lamp of the same enclosure without applying the present invention.

【0022】また、ランプ電圧の上昇については、本発
明により製造されたランプでは6000時間点灯後で8
Vの電圧上昇であった。因に、本発明を施さない同一封
入物のランプでは、約30Vの電圧上昇が生じた。
Regarding the increase in lamp voltage, the lamp manufactured according to the present invention has an increase of 8 hours after lighting for 6000 hours.
V voltage rise. Incidentally, in the lamp of the same enclosure without applying the present invention, a voltage rise of about 30 V occurred.

【0023】色温度については、4000K程度に設計
したランプを試作して行った。本発明に係るランプで
は、色温度の変化が100K以内に収まったが、本発明
によらないランプでは、200K以上の変化を生じるも
のもあった。
As for the color temperature, a lamp designed to be about 4000 K was experimentally manufactured. In the lamp according to the present invention, the change in color temperature was within 100K, but in some lamps not according to the present invention, a change of 200K or more occurred.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明は上記のように、発光管に金属キ
レート化合物と酸化性の反応ガスを所定量封入し、封じ
切った発光管を加熱することにより、発光管の内面に緻
密な金属酸化膜を形成したことにより、簡単な方法でC
VD方式によって生成される膜と同質の膜を生成でき
る。従って、本発明によれば、金属蒸気放電灯の寿命特
性を大幅に改善することが可能となる。
According to the present invention, as described above, a predetermined amount of a metal chelate compound and an oxidizing reaction gas are sealed in an arc tube, and the sealed arc tube is heated to form a dense metal on the inner surface of the arc tube. By forming an oxide film, C
A film of the same quality as the film generated by the VD method can be generated. Therefore, according to the present invention, it is possible to greatly improve the life characteristics of the metal vapor discharge lamp.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に用いる製造装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a manufacturing apparatus used in the present invention.

【図2】従来例を示す減圧CVD装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a reduced pressure CVD apparatus showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 発光管 12 排気管 13 真空排気装置 14 バルブ 15 バルブ 16 金属キレート化合物 17 反応ガス用容器 18 真空ポンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Arc tube 12 Exhaust tube 13 Vacuum exhaust device 14 Valve 15 Valve 16 Metal chelate compound 17 Reactor gas container 18 Vacuum pump

フロントページの続き (72)発明者 東川 真吾 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 小谷 幹 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 平3−238747(JP,A) 特開 昭59−148229(JP,A) 特開 昭59−40436(JP,A) 特開 昭56−123651(JP,A) 特開 平1−252779(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 9/20 H01J 61/35 Continuing from the front page (72) Inventor Shingo Higashikawa 1048 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside (72) Inventor Miki Kotani 1048 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works Co., Ltd. (56) References Special JP-A-3-238747 (JP, A) JP-A-59-148229 (JP, A) JP-A-59-40436 (JP, A) JP-A-56-123651 (JP, A) JP-A-1-252779 ( JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 9/20 H01J 61/35

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 石英で形成された発光管内に発光物質と
しての金属ハロゲン化物が封入される金属蒸気放電灯の
製造において、前記発光管に金属キレート化合物と酸化
性の反応ガスを所定量封入し、封じ切った発光管を加熱
することにより、発光管の内面に緻密な金属酸化膜を形
成したことを特徴とする金属蒸気放電灯の製造方法。
1. A method for manufacturing a metal vapor discharge lamp in which a metal halide as a luminescent substance is sealed in an arc tube formed of quartz, a predetermined amount of a metal chelate compound and an oxidizing reaction gas are sealed in the arc tube. A method for manufacturing a metal vapor discharge lamp, wherein a dense metal oxide film is formed on the inner surface of the arc tube by heating the sealed arc tube.
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