JP3449102B2 - 金属蒸気放電灯 - Google Patents
金属蒸気放電灯Info
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- JP3449102B2 JP3449102B2 JP05619796A JP5619796A JP3449102B2 JP 3449102 B2 JP3449102 B2 JP 3449102B2 JP 05619796 A JP05619796 A JP 05619796A JP 5619796 A JP5619796 A JP 5619796A JP 3449102 B2 JP3449102 B2 JP 3449102B2
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- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。
にその発光管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、金属蒸気放電灯の演色性や発光効
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添加したメ
タルハライドランプが用いられている。
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添加したメ
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、時間の経過とともに、封入されてい
る発光物質（金属ハロゲン化物）と発光管が反応して発
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
った。また、金属ハロゲン化物の金属イオンが発光管に
溶け込んで発光空間から消失し、時間の経過とともに発
光空間内にハロゲンがとり残されるようになる。このこ
とが始動電圧や放電維持電圧の上昇につながり、やはり
ランプ寿命を短くするという欠点があった。
高温になるために、時間の経過とともに、封入されてい
る発光物質（金属ハロゲン化物）と発光管が反応して発
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
った。また、金属ハロゲン化物の金属イオンが発光管に
溶け込んで発光空間から消失し、時間の経過とともに発
光空間内にハロゲンがとり残されるようになる。このこ
とが始動電圧や放電維持電圧の上昇につながり、やはり
ランプ寿命を短くするという欠点があった。
【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、発光管に窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）薄
膜を用いたもの（特開昭５１−３６７８８号公報、特開
昭５６−２２０４１号公報参照）、あるいは窒化硼素
（ＢＮ）薄膜を用いたもの（特開平６−３３３５３５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、発光管に窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）薄
膜を用いたもの（特開昭５１−３６７８８号公報、特開
昭５６−２２０４１号公報参照）、あるいは窒化硼素
（ＢＮ）薄膜を用いたもの（特開平６−３３３５３５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
窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を用いたもの（特開昭５１−３
６７８８号公報、特開昭５６−２２０４１号公報参照）
では、熱膨張係数が管体（石英ガラスの場合、約０．５
５×１０-6／℃、高珪酸ガラスの場合、約０．８×１０
-6／℃）に比べて、窒化珪素膜の場合３．２×１０-6／
℃と大きく、管体との密着性が悪いために、ひび割れた
り管体から剥離したりするという問題があった。また、
窒化珪素は成膜条件を慎重に選ばないと着色した膜が形
成され、光透過性の点で問題があった。
窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を用いたもの（特開昭５１−３
６７８８号公報、特開昭５６−２２０４１号公報参照）
では、熱膨張係数が管体（石英ガラスの場合、約０．５
５×１０-6／℃、高珪酸ガラスの場合、約０．８×１０
-6／℃）に比べて、窒化珪素膜の場合３．２×１０-6／
℃と大きく、管体との密着性が悪いために、ひび割れた
り管体から剥離したりするという問題があった。また、
窒化珪素は成膜条件を慎重に選ばないと着色した膜が形
成され、光透過性の点で問題があった。
【０００６】また、窒化硼素（ＢＮ）を用いたもの（特
開平６−３３３５３５公報参照）では、立方晶系窒化硼
素（ｃ−ＢＮ）の場合、その熱膨張係数は約４．３×１
０-6／℃であり、六方晶系窒化硼素（ｈ−ＢＮ）の場
合、ｃ軸方向が約４０．５×１０-4／℃、ｃ軸に垂直方
向が約２．９×１０-4／℃であり、いずれも管体（石英
ガラスの場合、約０．５５×１０-6／℃、高珪酸ガラス
の場合、約０．８×１０ -6／℃）に比べて、熱膨張係数
が一桁以上大きく、管体との密着性が悪いため、ひび割
れたり管体から剥離したりするという問題があった。
開平６−３３３５３５公報参照）では、立方晶系窒化硼
素（ｃ−ＢＮ）の場合、その熱膨張係数は約４．３×１
０-6／℃であり、六方晶系窒化硼素（ｈ−ＢＮ）の場
合、ｃ軸方向が約４０．５×１０-4／℃、ｃ軸に垂直方
向が約２．９×１０-4／℃であり、いずれも管体（石英
ガラスの場合、約０．５５×１０-6／℃、高珪酸ガラス
の場合、約０．８×１０ -6／℃）に比べて、熱膨張係数
が一桁以上大きく、管体との密着性が悪いため、ひび割
れたり管体から剥離したりするという問題があった。
【０００７】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、窒化硼素（Ｂ
Ｎ）と同程度に化学的に安定で、しかも、耐熱性、密着
性、透光性に優れた薄膜を発光管内面に形成した金属蒸
気放電灯を提供することにある。
されたもので、その目的とするところは、窒化硼素（Ｂ
Ｎ）と同程度に化学的に安定で、しかも、耐熱性、密着
性、透光性に優れた薄膜を発光管内面に形成した金属蒸
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、高珪酸ガラス、透光性セラミッ
クス、あるいは単結晶アルミナなどの結晶性非金属無機
材料からなるからなる発光管の内面に、酸素、炭素、硼
素、窒素を主要構成元素とする薄膜（以下、Ｏ−Ｃ−Ｂ
−Ｎ薄膜と略称する）を形成したことを特徴とするもの
である。なお、発光管の内面に前記薄膜を形成する方法
としては、化学気相析出（ＣＶＤ）法を用いた。
本発明は、石英ガラス、高珪酸ガラス、透光性セラミッ
クス、あるいは単結晶アルミナなどの結晶性非金属無機
材料からなるからなる発光管の内面に、酸素、炭素、硼
素、窒素を主要構成元素とする薄膜（以下、Ｏ−Ｃ−Ｂ
−Ｎ薄膜と略称する）を形成したことを特徴とするもの
である。なお、発光管の内面に前記薄膜を形成する方法
としては、化学気相析出（ＣＶＤ）法を用いた。
【０００９】
【作用】発光管の内面にＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を形成する
ことによって、発光管内に封入されている発光物質（金
属ハロゲン化物）と発光管（石英ガラス、高珪酸ガラ
ス、透光性セラミックス、あるいは単結晶アルミナなど
の結晶性非金属無機材料）との反応を防止することがで
きる。Ｏ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜は化学的に安定であり、耐熱
性能にも優れているので、このＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜によ
って形成されている被膜が発光物質（金属ハロゲン化
物）との反応を長期間にわたって防止することができ
る。また、この薄膜は構造的にはアモルファスであり、
結晶質薄膜に比べて熱膨張の仕方に異方性がない。この
ため発光管内面との密着性に優れており、剥離やクラッ
クが生じにくい。その結果、金属蒸気放電灯の寿命を大
幅に改善することができる。
ことによって、発光管内に封入されている発光物質（金
属ハロゲン化物）と発光管（石英ガラス、高珪酸ガラ
ス、透光性セラミックス、あるいは単結晶アルミナなど
の結晶性非金属無機材料）との反応を防止することがで
きる。Ｏ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜は化学的に安定であり、耐熱
性能にも優れているので、このＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜によ
って形成されている被膜が発光物質（金属ハロゲン化
物）との反応を長期間にわたって防止することができ
る。また、この薄膜は構造的にはアモルファスであり、
結晶質薄膜に比べて熱膨張の仕方に異方性がない。この
ため発光管内面との密着性に優れており、剥離やクラッ
クが生じにくい。その結果、金属蒸気放電灯の寿命を大
幅に改善することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】プラズマＣＶＤ法により、発光管
の内面にＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を成膜した実施例を、図１
に示す概略図に基づいて説明する。
の内面にＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を成膜した実施例を、図１
に示す概略図に基づいて説明する。
【００１１】発光管材料１の一端にはガス導入管２が接
続され、他端にはガス排気管３が接続されている。ま
た、ガス排気管３は真空排気装置（図示せず）に接続さ
れている。原料の入った気化器５は、原料導入管６、流
量制御器７を介してガス導入管２に接続されている。ま
た、気化器５はキャリアガス導入管８を介してキャリア
ガスボンベ（図示せず）に接続されている。原料ガスボ
ンベ（図示せず）は原料ガス導入管９、流量制御器１０
を介してガス導入管２に接続されている。
続され、他端にはガス排気管３が接続されている。ま
た、ガス排気管３は真空排気装置（図示せず）に接続さ
れている。原料の入った気化器５は、原料導入管６、流
量制御器７を介してガス導入管２に接続されている。ま
た、気化器５はキャリアガス導入管８を介してキャリア
ガスボンベ（図示せず）に接続されている。原料ガスボ
ンベ（図示せず）は原料ガス導入管９、流量制御器１０
を介してガス導入管２に接続されている。
【００１２】なお、発光管材料１には高周波電源１１に
接続された高周波電力印加用コイル１２が巻回されてい
る。高周波電力印加用コイル１２を含む発光管材料１全
体が電気炉（図示せず）内に納められている。また、上
記実施例では、発光管材料１に石英管を用いたが、本発
明はこれに限定されるものではない。
接続された高周波電力印加用コイル１２が巻回されてい
る。高周波電力印加用コイル１２を含む発光管材料１全
体が電気炉（図示せず）内に納められている。また、上
記実施例では、発光管材料１に石英管を用いたが、本発
明はこれに限定されるものではない。
【００１３】次に、上記実施例に係る成膜方法を説明す
る。まず、発光管材料１の内部を真空にし、電気炉によ
る加熱によって発光管材料１を１０００℃に保つ。次
に、流量制御器７，１０を開いて原料ガスを流す。原料
としては、ＮＨ3 と（Ｃ2 Ｈ5Ｏ）3 Ｂとを用いた。本
実施例においては、（Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）3 Ｂを気化させるた
めに、特にキャリアガスは用いていない。
る。まず、発光管材料１の内部を真空にし、電気炉によ
る加熱によって発光管材料１を１０００℃に保つ。次
に、流量制御器７，１０を開いて原料ガスを流す。原料
としては、ＮＨ3 と（Ｃ2 Ｈ5Ｏ）3 Ｂとを用いた。本
実施例においては、（Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）3 Ｂを気化させるた
めに、特にキャリアガスは用いていない。
【００１４】それぞれの原料ガスの流量は、ＮＨ3 が１
０．００sccm、（Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）3 Ｂが約５sccmである。
原料の組み合わせとしては、他に例えば、Ｂ2 Ｈ6 ＋Ｎ
Ｈ3＋Ｏ2 ，ＢＣｌ3 ＋ＮＨ3 ＋Ｏ2 ，（ＣＨ3 Ｏ）3
Ｂ＋ＮＨ3 ，（ＣＨ3 ＣＨ2Ｏ）3 Ｂ＋ＮＨ3 ＋Ｎ2 等
がある。
０．００sccm、（Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）3 Ｂが約５sccmである。
原料の組み合わせとしては、他に例えば、Ｂ2 Ｈ6 ＋Ｎ
Ｈ3＋Ｏ2 ，ＢＣｌ3 ＋ＮＨ3 ＋Ｏ2 ，（ＣＨ3 Ｏ）3
Ｂ＋ＮＨ3 ，（ＣＨ3 ＣＨ2Ｏ）3 Ｂ＋ＮＨ3 ＋Ｎ2 等
がある。
【００１５】高周波電源１１によって高周波電力印加用
コイル１２に高周波電流を流すと、発光管材料１の内面
にＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜が形成される。形成されたＯ−Ｃ
−Ｂ−Ｎ薄膜の元素組成をラザフォード後方散乱（ＲＢ
Ｓ）法を用いて分析したところ、この薄膜の元素組成
は、Ｏが２９atom％、Ｃが１３atom％、Ｂが４７atom
％、Ｎが１１atom％であった。なお、本発明に係るＯ−
Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜の元素組成は、本実施例に限定されるも
のではない。
コイル１２に高周波電流を流すと、発光管材料１の内面
にＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜が形成される。形成されたＯ−Ｃ
−Ｂ−Ｎ薄膜の元素組成をラザフォード後方散乱（ＲＢ
Ｓ）法を用いて分析したところ、この薄膜の元素組成
は、Ｏが２９atom％、Ｃが１３atom％、Ｂが４７atom
％、Ｎが１１atom％であった。なお、本発明に係るＯ−
Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜の元素組成は、本実施例に限定されるも
のではない。
【００１６】成膜後は、この発光管材料１を取り外し、
所定の長さに切断した後、電極を両端に封止し発光管を
形成する。この発光管内を真空排気した後、封入物質と
してＤｙＩ3 を９mg、ＮｄＩ3 を５mg、ＣｓＩを６mg、
水銀を４０mg、Ａｒガスを３０Torr封入した入力２５０
Ｗタイプのメタルハライドランプを作製した。また、比
較のために、窒化硼素（ＢＮ）薄膜を内面に形成した同
一サイズ、同一封入物の石英製発光管、および内面に何
ら薄膜形成を行わない同一サイズ、同一封入物の石英製
発光管も作製した。
所定の長さに切断した後、電極を両端に封止し発光管を
形成する。この発光管内を真空排気した後、封入物質と
してＤｙＩ3 を９mg、ＮｄＩ3 を５mg、ＣｓＩを６mg、
水銀を４０mg、Ａｒガスを３０Torr封入した入力２５０
Ｗタイプのメタルハライドランプを作製した。また、比
較のために、窒化硼素（ＢＮ）薄膜を内面に形成した同
一サイズ、同一封入物の石英製発光管、および内面に何
ら薄膜形成を行わない同一サイズ、同一封入物の石英製
発光管も作製した。
【００１７】これらを２５０Ｗの安定器を用いて、連続
寿命試験（５時間３０分点灯、３０分消灯のサイクルを
繰り返した）および点滅寿命試験（１時間点灯、３０分
消灯のサイクルを繰り返した）の２種類の寿命試験を行
った。
寿命試験（５時間３０分点灯、３０分消灯のサイクルを
繰り返した）および点滅寿命試験（１時間点灯、３０分
消灯のサイクルを繰り返した）の２種類の寿命試験を行
った。
【００１８】連続寿命試験の結果、１００００時間経過
した時点の光束維持率は、薄膜形成を行わなかった発光
管を用いたランプで４５％であったのに対して、窒化硼
素薄膜およびＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を形成したものでは、
それぞれ８２％、８１％であった。また、点滅寿命試験
の結果、窒化硼素薄膜を形成したランプは、１５００時
間経過した時点で薄膜にクラックが発生した。始動電圧
も、初期値が１８０Ｖであったのに対して、発生したク
ラック内に露出した石英面と封入物との反応が起こった
ことにより、２０００時間後の始動電圧は２１０Ｖと大
きく上昇してしまい、不点灯状態に陥った。
した時点の光束維持率は、薄膜形成を行わなかった発光
管を用いたランプで４５％であったのに対して、窒化硼
素薄膜およびＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を形成したものでは、
それぞれ８２％、８１％であった。また、点滅寿命試験
の結果、窒化硼素薄膜を形成したランプは、１５００時
間経過した時点で薄膜にクラックが発生した。始動電圧
も、初期値が１８０Ｖであったのに対して、発生したク
ラック内に露出した石英面と封入物との反応が起こった
ことにより、２０００時間後の始動電圧は２１０Ｖと大
きく上昇してしまい、不点灯状態に陥った。
【００１９】それに対して、Ｏ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を形成
したランプでは、２０００時間経過した時点で未だクラ
ックの発生は見られなかった。また、始動電圧も、初期
値が１７０Ｖであるのに対して２０００時間後の値が１
８０Ｖであり、それほど大きな上昇は見られなかった。
したランプでは、２０００時間経過した時点で未だクラ
ックの発生は見られなかった。また、始動電圧も、初期
値が１７０Ｖであるのに対して２０００時間後の値が１
８０Ｖであり、それほど大きな上昇は見られなかった。
【００２０】なお、図１に示す実施例においては、発光
管材料１の内面にＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を形成したが、電
極を封止した発光管でも同様に成膜することができ、そ
れを図２に示す。図２において、１’が発光管であり、
他の構成は前記実施例と同様であるので、同等構成に同
一符号を付すことにより説明を省略する。
管材料１の内面にＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を形成したが、電
極を封止した発光管でも同様に成膜することができ、そ
れを図２に示す。図２において、１’が発光管であり、
他の構成は前記実施例と同様であるので、同等構成に同
一符号を付すことにより説明を省略する。
【００２１】また、上記実施例は有電極のメタルハライ
ドランプであるが、最近研究開発が行われている無電極
ＨＩＤランプにも本発明が適用されることは言うまでも
ないことである。
ドランプであるが、最近研究開発が行われている無電極
ＨＩＤランプにも本発明が適用されることは言うまでも
ないことである。
【００２２】
【発明の効果】本発明は上記のように、発光管の内面
に、酸素、炭素、硼素、窒素を主要構成元素とする薄膜
（Ｏ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜）を形成したことにより、発光管
と発光物質の反応を長期間にわたって防ぐことができ
る。また、本発明に係る薄膜は密着性が優れているの
で、長時間点灯しても剥離やクラックが生じにくい。そ
の結果として、長寿命の金属蒸気放電灯を提供できる。
に、酸素、炭素、硼素、窒素を主要構成元素とする薄膜
（Ｏ−Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜）を形成したことにより、発光管
と発光物質の反応を長期間にわたって防ぐことができ
る。また、本発明に係る薄膜は密着性が優れているの
で、長時間点灯しても剥離やクラックが生じにくい。そ
の結果として、長寿命の金属蒸気放電灯を提供できる。
【図１】発光管材料の内面にＣＶＤ法でＯ−Ｃ−Ｂ−Ｎ
薄膜を成膜する一実施例を示す概略図である。
薄膜を成膜する一実施例を示す概略図である。
【図２】電極を封止した発光管の内面にＣＶＤ法でＯ−
Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を成膜する一実施例を示す概略図であ
る。
Ｃ−Ｂ−Ｎ薄膜を成膜する一実施例を示す概略図であ
る。
１ 発光管材料
２ ガス導入管
３ ガス排気管
４ 原料
５ 気化器
６ 原料導入管
７ 流量制御器
８ キャリアガス導入管
９ 原料ガス導入管
１０ 流量制御器
１１ 高周波電源
１２ 高周波電力印加用コイル
フロントページの続き
(72)発明者 渡辺 和彦
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63−26349（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−157674（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−60339（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−21985（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−246521（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−33240（ＪＰ，Ａ)
国際公開95／023879（ＷＯ，Ａ１)
Claims (2)
- 【請求項１】 発光管の内面に、原料として酸素分子
（Ｏ 2 ）又は酸素原子（Ｏ）を組み合わせて酸素、炭
素、硼素、窒素を主要構成元素とする酸窒化硼素炭素
（Ｏ−Ｃ−Ｂ−Ｎ）薄膜を形成したことを特徴とする金
属蒸気放電灯。 - 【請求項２】 前記酸窒化硼素炭素（Ｏ−Ｃ−Ｂ−Ｎ）
薄膜を、原料として酸素原子（Ｏ）を（Ｃ 2 Ｈ 5 Ｏ） 3 Ｂ
又は（ＣＨ 3 Ｏ） 3 Ｂ又は（ＣＨ 3 ＣＨ 2 Ｏ） 3 Ｂの形で組
み合わせて用い、化学気相析出（ＣＶＤ）法により形成
したことを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電灯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05619796A JP3449102B2 (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 金属蒸気放電灯 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05619796A JP3449102B2 (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 金属蒸気放電灯 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09245732A JPH09245732A (ja) | 1997-09-19 |
| JP3449102B2 true JP3449102B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=13020400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05619796A Expired - Fee Related JP3449102B2 (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 金属蒸気放電灯 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3449102B2 (ja) |
-
1996
- 1996-03-13 JP JP05619796A patent/JP3449102B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09245732A (ja) | 1997-09-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080711 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |