JP3635796B2 - 金属蒸気放電灯 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光管バルブとして透光性セラミックを使用した金属蒸気放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透光性アルミナ管はアルカリ金属に対して安定であるという特性を生かして高圧ナトリウムランプの発光管に使用されている。近年この透光性アルミナ管を金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプの発光管に使用する試みが盛んになされている。メタルハライドランプにアルミナ管を使用する目的としては、従来メタルハライドランプで一般に発光管に使われている石英ガラスより、封入物である金属ハロゲン化物に対して、化学的、熱的に安定であるからである。
【０００３】
従来の石英製メタルハライドランプでは、封入物と石英ガラスとの化学反応によって寿命が抑制されるという問題があったが、石英ガラスより封入物に対して化学的により安定なアルミナ管を用いることで寿命特性の向上が期待できる。また石英ガラスより使用限界温度が高いという特徴を生かしたランプの高効率化設計の実現や、石英ガラス製発光管では反応性が大であるために事実上封入出来ないアルカリ金属の封入が可能であるといった利点がある。
【０００４】
セラミック製メタルハライドランプの発光管封止構造としては、図１や図２のような構造が知られている。図１においてセラミック発光管１はアルミナ棒状体の表面に導電膜５を設けその一端に電極固定用の穴を開けた円柱状体の金属コーティングディスク２と封着材６によって気密封止した構造になっている。図２は他の例でセラミック発光管１とアルミナとタングステンまたはモリブデンとの混合物からなりその一端に電極固定用の穴を開けた円柱状体の導通性サ−メットエンドディスク７とは封着材６によって気密封止した構造になっている。いずれの例でも封着材としてはアルミナ、酸化カルシウムなどを主成分としたものや、アルミナ、酸化ケイ素などを主成分とした金属酸化物の混合物からなるガラス封着材が使われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の図１及び図２の構造では発光管とエンドディスクは金属酸化物の混合物からなるガラス封着材によって気密封止されていた。
【０００６】
ところで封着材には下記のような特性が求められる。
【０００７】
（１）アルミナ管と良くなじむこと
（２）エンドディスクと良くなじむこと
（３）ランプ点灯時の高温に耐えること
（４）熱膨張率がアルミナ管のそれに近似していること
（５）融点が適当であること
（６）高温においてアルカリ金属及び金属ハロゲン化物と反応しないこと
しかしながら、セラミック製の発光管を用い、金属ハロゲン化物やアルカリ金属を封入する金属蒸気放電灯に使用できる、このような特性を完全に満足する封着材は知られていなかった。従来から使用されているガラス封着材には次のような欠点があった。
【０００８】
（１）高圧ナトリウムランプで一般的に用いられる酸化カルシウムのようなアルカリ土類金属の酸化物を含んだガラス封着材は金属ハロゲン化物と高温で反応する。
【０００９】
（２）セラミック発光管を用い、ハロゲン化物を封入するいわゆるセラミックメタルハライドランプに一般的に用いられる酸化珪素を含んだガラス封着剤はアルカリ金属と高温で反応する。
【００１０】
（３）酸化珪素を含んだガラス封着材は特に沃化スカンジウムのような金属ハロゲン化物と高温で反応する。
【００１１】
このように従来はセラミック発光管の封着材として、高温で金属ハロゲン化物とアルカリ金属に耐え得るものがなかったため、セラミック製の発光管を用いたメタルハライドランプの実用化が困難であった。
【００１２】
本発明の目的は、セラミックからなる発光管に金属ハロゲン化物又はアルカリ金属を封入した金属蒸気放電灯において、封着材と封入物との反応を実質的に防止した、寿命の優れた金属蒸気放電灯を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる金属蒸気放電灯は透光性セラミックからなる発光管の両端開口部と電極を備えた電極支持体とを封着材で気密に封止し、該発光管の内部に金属ハロゲン化物と水銀、不活性ガスを封入した金属蒸気放電灯において、前記封着材は珪素を主体とすることを特徴とした金属蒸気放電灯。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明金属蒸気放電灯は、透光性セラミックからなる発光管の両端開口部と電極を備えた柱状の電極支持体とを気密に封止するための封着材として、珪素を主体とする封着材を用いる。このようにすることにより、セラミックからなる発光管に金属ハロゲン化物又はアルカリ金属を封入した金属蒸気放電灯において、封着材と封入物との反応を実質的に防止した、寿命の優れた金属蒸気放電灯を提供することができる。
【００１５】
【実施例】
以下本発明を実施例に基づいて説明する。本発明にかかる発光管の構造は、基本的には図１及び図２に示す従来の発光管構造と同じである。図において１は透光性アルミナからなるセラミック発光管、２はアルミナ棒状体の表面に白金の導電膜５をコーティングし、その一端に電極固定用の穴を開けた円柱状体の金属コーティングディスク、３はタングステンよりなる電極である。電極３の極芯はエンドディスクに埋め込み固定されている。エンドディスクの発光管内側に面してアルミナセラミック製の絶縁板４が取り付けられている。エンドディスク２と発光管端部開口部とは封着材６によって気密に封止されている。
【００１６】
次に図１により２５０Ｗのメタルハライドランプ発光管について更に詳しく説明する。セラミック発光管１は内径１６ｍｍ、長さ約４０ｍｍで両端部は細く絞られている。電極の極芯径は０．５ｍｍで、先端部にはタングステンコイルが取り付けてある。このような構造の発光管内には約３０トールのアルゴンガスと封入物質が封入されている。封入物質としては水銀２０ｍｇと金属ハロゲン化物としての沃化ディスプロシウム４ｍｇ、沃化タリウム２ｍｇ及び金属ナトリウム０．１ｍｇが封入されている。
【００１７】
図３は本発明にかかるランプ完成品の一実施例である。石英からなる外管８内に発光管１が組み込まれ、外管内は高真空に保たれている。また外管内を長期にわたって高真空に保つため、Ａｌ−Ｚｒゲッター９が取り付けられている。このような構成で下記に示す封着材の比較試験を行った。
【００１８】
封着材１
Ａｌ2 Ｏ3 ４６．０重量パーセント
ＣａＯ ４２．０重量パーセント
Ｙ2 Ｏ3 ３．０重量パーセント
ＳｒＯ ９．０重量パーセント
封着材２
Ａｌ2 Ｏ3 ２１．７重量パーセント
ＳｉＯ2 ２６．０重量パーセント
Ｄｙ2 Ｏ3 ５２．３重量パーセント
封着材３
Ｓｉ ９９．９重量パーセント
封着材のみ１，２，３と変えて他の仕様は同じとしたランプ各１０灯を製作し、２５０Ｗでの初期特性を測定したところ、次の値が得られた。特性値は１０灯の平均値で示す。
【００１９】
封着材種類 １ ２ ３
全光束：ｌｍ ２１，５００ ２２，６００ ２２，８００
効率：ｌｍ／Ｗ ８６ ９０．４ ９１．２
平均演色評価数： ８２ ８４ ８５
色温度：Ｋ ３，７７３ ４，１７１ ４，０５８
次にこれらのランプの中から各３灯を選び、点灯試験を実施したところ、約２，０００時間経過後の各ランプの特性は次のようであった。特性値は３灯の平均値で示す。
【００２０】
封着材種類 １ ２ ３
全光束：ｌｍ １０，７００ １６，５００ ２２，３００
効率：ｌｍ／Ｗ ４２．８ ６６ ８９．２
平均演色評価数： ３４ ７７ ７４
色温度：Ｋ ３，０７５ ４，９４２ ４，１７６
これらの結果から次のことが分かった。
【００２１】
▲１▼封着材１は沃化ディスプロシウムと反応し、点灯時間とともにディスプロシウムの発光が減少する。
【００２２】
▲２▼封着材２は金属ナトリウムと反応し、短時間でナトリウムの発光が減少する。
【００２３】
▲３▼封着材３は約２，０００時間点灯後もディスプロシウムとナトリウムの発光がほとんど変化しない。
【００２４】
ここで封着材にＳｉを用いることの利点をまとめると次の通りである。
【００２５】
（１）アルミナ管となじみが良い。
【００２６】
（２）エンドディスク（サーメットあるいは金属）とのなじみが良い。
【００２７】
（３）ランプ点灯時の高温に耐える。
【００２８】
（４）熱膨張率がアルミナ管のそれに近似しているので、ランプ点滅による熱サ
イクルでクラック等が発生しない。
【００２９】
珪素 ：７．３×１０-6／℃
アルミナ：６．７×１０-6／℃
（５）融点（１，４１４℃）が適当である。
【００３０】
（６）高温においてアルカリ金属及び金属ハロゲン化物と実質的に反応しない。
【００３１】
すなわち、前述した封着剤が有すべき特性をほぼ満足していることが分かった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光管の気密封止に珪素を使用するので、シール部の耐久性が優れ、ランプの寿命特性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属コ−ティングディスクを用いた、セラミック製高圧蒸気放電灯の封止構造図
【図２】サ−メットディスクを用いた、セラミック製高圧蒸気放電灯の封止構造図
【図３】本発明にかかる金属蒸気放電灯の断面図
【符号の説明】
１ セラミック発光管
２ 金属コーティングディスク
３ 電極
４ 絶縁板
５ 導電膜
６ 封着材
７ サーメットディスク
８ 外管
９ ゲッター
【発明の属する技術分野】
本発明は発光管バルブとして透光性セラミックを使用した金属蒸気放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透光性アルミナ管はアルカリ金属に対して安定であるという特性を生かして高圧ナトリウムランプの発光管に使用されている。近年この透光性アルミナ管を金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプの発光管に使用する試みが盛んになされている。メタルハライドランプにアルミナ管を使用する目的としては、従来メタルハライドランプで一般に発光管に使われている石英ガラスより、封入物である金属ハロゲン化物に対して、化学的、熱的に安定であるからである。
【０００３】
従来の石英製メタルハライドランプでは、封入物と石英ガラスとの化学反応によって寿命が抑制されるという問題があったが、石英ガラスより封入物に対して化学的により安定なアルミナ管を用いることで寿命特性の向上が期待できる。また石英ガラスより使用限界温度が高いという特徴を生かしたランプの高効率化設計の実現や、石英ガラス製発光管では反応性が大であるために事実上封入出来ないアルカリ金属の封入が可能であるといった利点がある。
【０００４】
セラミック製メタルハライドランプの発光管封止構造としては、図１や図２のような構造が知られている。図１においてセラミック発光管１はアルミナ棒状体の表面に導電膜５を設けその一端に電極固定用の穴を開けた円柱状体の金属コーティングディスク２と封着材６によって気密封止した構造になっている。図２は他の例でセラミック発光管１とアルミナとタングステンまたはモリブデンとの混合物からなりその一端に電極固定用の穴を開けた円柱状体の導通性サ−メットエンドディスク７とは封着材６によって気密封止した構造になっている。いずれの例でも封着材としてはアルミナ、酸化カルシウムなどを主成分としたものや、アルミナ、酸化ケイ素などを主成分とした金属酸化物の混合物からなるガラス封着材が使われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の図１及び図２の構造では発光管とエンドディスクは金属酸化物の混合物からなるガラス封着材によって気密封止されていた。
【０００６】
ところで封着材には下記のような特性が求められる。
【０００７】
（１）アルミナ管と良くなじむこと
（２）エンドディスクと良くなじむこと
（３）ランプ点灯時の高温に耐えること
（４）熱膨張率がアルミナ管のそれに近似していること
（５）融点が適当であること
（６）高温においてアルカリ金属及び金属ハロゲン化物と反応しないこと
しかしながら、セラミック製の発光管を用い、金属ハロゲン化物やアルカリ金属を封入する金属蒸気放電灯に使用できる、このような特性を完全に満足する封着材は知られていなかった。従来から使用されているガラス封着材には次のような欠点があった。
【０００８】
（１）高圧ナトリウムランプで一般的に用いられる酸化カルシウムのようなアルカリ土類金属の酸化物を含んだガラス封着材は金属ハロゲン化物と高温で反応する。
【０００９】
（２）セラミック発光管を用い、ハロゲン化物を封入するいわゆるセラミックメタルハライドランプに一般的に用いられる酸化珪素を含んだガラス封着剤はアルカリ金属と高温で反応する。
【００１０】
（３）酸化珪素を含んだガラス封着材は特に沃化スカンジウムのような金属ハロゲン化物と高温で反応する。
【００１１】
このように従来はセラミック発光管の封着材として、高温で金属ハロゲン化物とアルカリ金属に耐え得るものがなかったため、セラミック製の発光管を用いたメタルハライドランプの実用化が困難であった。
【００１２】
本発明の目的は、セラミックからなる発光管に金属ハロゲン化物又はアルカリ金属を封入した金属蒸気放電灯において、封着材と封入物との反応を実質的に防止した、寿命の優れた金属蒸気放電灯を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる金属蒸気放電灯は透光性セラミックからなる発光管の両端開口部と電極を備えた電極支持体とを封着材で気密に封止し、該発光管の内部に金属ハロゲン化物と水銀、不活性ガスを封入した金属蒸気放電灯において、前記封着材は珪素を主体とすることを特徴とした金属蒸気放電灯。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明金属蒸気放電灯は、透光性セラミックからなる発光管の両端開口部と電極を備えた柱状の電極支持体とを気密に封止するための封着材として、珪素を主体とする封着材を用いる。このようにすることにより、セラミックからなる発光管に金属ハロゲン化物又はアルカリ金属を封入した金属蒸気放電灯において、封着材と封入物との反応を実質的に防止した、寿命の優れた金属蒸気放電灯を提供することができる。
【００１５】
【実施例】
以下本発明を実施例に基づいて説明する。本発明にかかる発光管の構造は、基本的には図１及び図２に示す従来の発光管構造と同じである。図において１は透光性アルミナからなるセラミック発光管、２はアルミナ棒状体の表面に白金の導電膜５をコーティングし、その一端に電極固定用の穴を開けた円柱状体の金属コーティングディスク、３はタングステンよりなる電極である。電極３の極芯はエンドディスクに埋め込み固定されている。エンドディスクの発光管内側に面してアルミナセラミック製の絶縁板４が取り付けられている。エンドディスク２と発光管端部開口部とは封着材６によって気密に封止されている。
【００１６】
次に図１により２５０Ｗのメタルハライドランプ発光管について更に詳しく説明する。セラミック発光管１は内径１６ｍｍ、長さ約４０ｍｍで両端部は細く絞られている。電極の極芯径は０．５ｍｍで、先端部にはタングステンコイルが取り付けてある。このような構造の発光管内には約３０トールのアルゴンガスと封入物質が封入されている。封入物質としては水銀２０ｍｇと金属ハロゲン化物としての沃化ディスプロシウム４ｍｇ、沃化タリウム２ｍｇ及び金属ナトリウム０．１ｍｇが封入されている。
【００１７】
図３は本発明にかかるランプ完成品の一実施例である。石英からなる外管８内に発光管１が組み込まれ、外管内は高真空に保たれている。また外管内を長期にわたって高真空に保つため、Ａｌ−Ｚｒゲッター９が取り付けられている。このような構成で下記に示す封着材の比較試験を行った。
【００１８】
封着材１
Ａｌ2 Ｏ3 ４６．０重量パーセント
ＣａＯ ４２．０重量パーセント
Ｙ2 Ｏ3 ３．０重量パーセント
ＳｒＯ ９．０重量パーセント
封着材２
Ａｌ2 Ｏ3 ２１．７重量パーセント
ＳｉＯ2 ２６．０重量パーセント
Ｄｙ2 Ｏ3 ５２．３重量パーセント
封着材３
Ｓｉ ９９．９重量パーセント
封着材のみ１，２，３と変えて他の仕様は同じとしたランプ各１０灯を製作し、２５０Ｗでの初期特性を測定したところ、次の値が得られた。特性値は１０灯の平均値で示す。
【００１９】
封着材種類 １ ２ ３
全光束：ｌｍ ２１，５００ ２２，６００ ２２，８００
効率：ｌｍ／Ｗ ８６ ９０．４ ９１．２
平均演色評価数： ８２ ８４ ８５
色温度：Ｋ ３，７７３ ４，１７１ ４，０５８
次にこれらのランプの中から各３灯を選び、点灯試験を実施したところ、約２，０００時間経過後の各ランプの特性は次のようであった。特性値は３灯の平均値で示す。
【００２０】
封着材種類 １ ２ ３
全光束：ｌｍ １０，７００ １６，５００ ２２，３００
効率：ｌｍ／Ｗ ４２．８ ６６ ８９．２
平均演色評価数： ３４ ７７ ７４
色温度：Ｋ ３，０７５ ４，９４２ ４，１７６
これらの結果から次のことが分かった。
【００２１】
▲１▼封着材１は沃化ディスプロシウムと反応し、点灯時間とともにディスプロシウムの発光が減少する。
【００２２】
▲２▼封着材２は金属ナトリウムと反応し、短時間でナトリウムの発光が減少する。
【００２３】
▲３▼封着材３は約２，０００時間点灯後もディスプロシウムとナトリウムの発光がほとんど変化しない。
【００２４】
ここで封着材にＳｉを用いることの利点をまとめると次の通りである。
【００２５】
（１）アルミナ管となじみが良い。
【００２６】
（２）エンドディスク（サーメットあるいは金属）とのなじみが良い。
【００２７】
（３）ランプ点灯時の高温に耐える。
【００２８】
（４）熱膨張率がアルミナ管のそれに近似しているので、ランプ点滅による熱サ
イクルでクラック等が発生しない。
【００２９】
珪素 ：７．３×１０-6／℃
アルミナ：６．７×１０-6／℃
（５）融点（１，４１４℃）が適当である。
【００３０】
（６）高温においてアルカリ金属及び金属ハロゲン化物と実質的に反応しない。
【００３１】
すなわち、前述した封着剤が有すべき特性をほぼ満足していることが分かった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光管の気密封止に珪素を使用するので、シール部の耐久性が優れ、ランプの寿命特性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属コ−ティングディスクを用いた、セラミック製高圧蒸気放電灯の封止構造図
【図２】サ−メットディスクを用いた、セラミック製高圧蒸気放電灯の封止構造図
【図３】本発明にかかる金属蒸気放電灯の断面図
【符号の説明】
１ セラミック発光管
２ 金属コーティングディスク
３ 電極
４ 絶縁板
５ 導電膜
６ 封着材
７ サーメットディスク
８ 外管
９ ゲッター
Claims (1)
- 透光性セラミックからなる発光管の両端開口部と電極を備えた柱状の電極支持体とを封着材で気密に封止し、該発光管の内部に金属ハロゲン化物と水銀、不活性ガスを封入した金属蒸気放電灯において、前記封着材は珪素を主体とすることを特徴とした金属蒸気放電灯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21659796A JP3635796B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 金属蒸気放電灯 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21659796A JP3635796B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 金属蒸気放電灯 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050263A JPH1050263A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3635796B2 true JP3635796B2 (ja) | 2005-04-06 |
Family
ID=16690922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21659796A Expired - Fee Related JP3635796B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 金属蒸気放電灯 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3635796B2 (ja) |
-
1996
- 1996-07-29 JP JP21659796A patent/JP3635796B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1050263A (ja) | 1998-02-20 |
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