JP4798311B2

JP4798311B2 - 放電ランプ

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Publication number: JP4798311B2
Application number: JP2011003445A
Authority: JP
Inventors: 中野　　邦昭; 二郎本多; 茂行森; 弥三郎竹治; 谷口　　晋史
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2011-10-19
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Description

本発明は、発光管に透光性セラミック管を使用した放電ランプに関し、特に、発光管端部における封止構造の改良に関する。

従来、高圧放電ランプの発光管材質には石英ガラスが使用されてきたが、近年になって発光管材質に透光性セラミックが使用された高圧放電ランプが製品化されてきた。高圧放電ランプの中でも特にメタルハライドランプの場合、発光管材質が石英ガラスであると、点灯中に石英ガラスと発光物質であるメタルハライドとが徐々に反応し、寿命特性を悪化する原因を作る。しかし発光管材質が透光性セラミックである場合には、メタルハライドとは反応しにくいため、石英ガラス製の発光管より寿命特性が良くなり、また発光管をコンパクトにできるのでランプ効率，演色性が良いランプを作ることができる可能性がある。このような理由から近年、発光管材質に透光性セラミックを使用した放電ランプが実用化されてきた。

セラミック管を用いた放電ランプの発光管の封止構造の従来例として、第１図に示すような特開平６−１９６１３１号公報に記載されたものが知られている。透光性セラミック製の太管１１と、その両端部に設けた同じ透光性セラミック製の細管１２とから、発光管は構成されている。細管１２内には、第１電気導入体２４及び第２電気導入体２７から構成される電気導入体が挿通されている。第１電気導入体２４は、モリブデン，サーメットのような耐ハロゲン性を有する電気導体で構成されている。第２電気導入体２７は、ニオブのような耐ハロゲン性を有しない電気導体で構成されている。この第１電気導入体２５と第２電気導入体２７とは、溶接部２６にて突き合わせ溶接されている。また、電極は、溶接部２５にて第１電気導入体２４に突き合わせ溶接されている電極極芯２１と、電極極芯２１に巻回されたコイル２０とから構成されている。

電極極芯２１を保持した第１電気導入体２４と、第２電気導入体２７と、細管１２とは、耐ハロゲン性の封着ガラス３０で気密封止されている。第２電気導入体２７は、その細管１２に挿入された部分を耐ハロゲン性を有する封着ガラス３０で覆うことによって、ハロゲンの腐食から守られている。更に、第１電気導入体２４の一部も封着ガラス３０で覆われている。

透光性セラミックを使用した放電ランプでは、端部の電気導入体の封止部を信頼性良く形成することが容易でなく、特に、端部径が大きくなればなるほど難しくなり、上記のような従来の構造では、消費電力が大きな放電ランプに適用できないという欠点があった。一般的に放電ランプは消費電力が大きいほど大きな電流が流れるようになっているが、大きな電流を流すためには、電極を構成する電極極芯２１の径を大きくする必要がある。上記のような構造で電極極芯２１の径を大きくしようとした場合、細管１２の内径を大きくしなければならない。

しかしながら、細管１２の内径を大きくすると、電気導入体（第１電気導入体２４及び第２電気導入体２７）と細管１２との隙間が大きくなり、封止が困難となる。即ち、電気導入体と細管１２との大きな隙間を封着ガラス３０が埋めるため、この厚くなった封着ガラス３０の層からの気密漏れが生じやすくなる。

一般的には封着部の耐熱性は封着ガラス３０の層厚が薄いほど優れているが、従来の構造を消費電力が大きいランプに適用した場合、必然的にその層厚が厚くなり、封着時に細管１２にクラックを生じたり、封着がうまくいったとしてもランプの点滅による熱サイクルで早期に封着ガラス３０の層からの気密漏れが生じてしまうという問題があった。

これを避けるために細管１２の内径を大きくすると共に、電気導入体の径を大きくすることが考えられる。しかしながらこの方法では電気導入体と細管１２との材質的な違いから、線膨張率が合わないため、封止がうまくできない。従って、従来の構造は、細管１２の内径が１．３ｍｍより小径で、ランプの消費電力が１５０Ｗ以下の比較的小さいランプには適用可能であったが、それより大きい消費電力のランプには適用不可能であった。

特開平６−１９６１３１号公報

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、放電用発光管における封止部の信頼性を改善し、寿命特性を向上できる放電ランプを提供することを目的とする。

請求項１の発明の放電ランプは、両端に細径部が形成された透光性セラミック製の発光管の内部に金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物が封入されており、前記細径部内に電気導入体及びそれに連なる電極極芯が挿通されており、該電気導入体がガラス封着材で気密的に固定されており、前記細径部は内径１．３ｍｍ以上の細管にて構成されている放電ランプにおいて、
前記電気導入体と前記細径部との間には嵌挿部材が設けられ、前記電気導入体と前記嵌挿部材との間、及び前記嵌挿部材と前記細径部との間に、前記ガラス封着剤が充填されており、
前記電気導入体は、前記電極極芯と接続された第１の部材と、前記第１の部材と接続された第２の部材とで構成されており、
前記第１の部材の径は、０．３ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下であり、
前記第２の部材の前記細径部内への挿入長をＣ（ｍｍ）、前記細径部内への前記ガラス封着材の流れ込み長をＤ（ｍｍ）とした場合に、Ｄ−Ｃ≧１．０（ｍｍ）の関係が成立することを特徴とする。

細管の内径を１．３ｍｍ以上としているので、大きな電極を細管内に挿通でき、消費電力が大きなランプの実用化が可能となる。
また、Ｄ−Ｃ≧１．０（ｍｍ）を満足するように構成することで、発光管の内部の金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物と第２の部材とが化学反応を起こすことを防止できて、封止部の信頼性に優れ、寿命特性に優れた放電ランプを提供できる。さらに、このような構成を備えた放電ランプは、点灯時間３０００時間における光束維持率を９０％以上に維持することができる。

さらに、請求項１の発明は、前記電気導入体と前記細径部との間には嵌挿部材が備えられ、前記電気導入体と前記嵌挿部材との間、及び前記嵌挿部材と前記細径部との間に、前記ガラス封着剤が充填されていることを特徴とする。

このような構成にすることにより、大きな電極を細径部内に挿通するために電気導入体の径と細径部の内径とを大きくしても、それらの間に嵌挿部材が設けられているため、電気導入体と細径部との間に形成されるガラス封着材の層厚が大きくなることはない。従って、封着時の細径部のクラック発生が防止され、ランプの点滅による熱サイクルで早期にガラス封着材の層からの気密漏れが生じることが防止されて、気密封着部の信頼性を保持できる。
その結果、消費電力が大きい放電ランプの実現も可能となる。特に、細径部が細管により構成される場合には、電極径が大きくなる関係で細管の内径が電気導入体の径に比べて大きくなりやすいことから、より効果的に気密封着部の信頼性を保持できるようになる。

また、この嵌挿部材として耐熱性の金属，セラミックまたはサーメットを使用できる。耐熱性の金属を用いる場合には、嵌挿部材が応力緩衝体の機能を果たし、ガラス封着材で気密的に固定された気密封着部に加わる、ガラス封着材と電気導入体との線膨張率の差に基づく熱応力がこの嵌挿部材（応力緩衝体）で吸収され、ランプの点滅による熱サイクルで気密封着部のガラス封着材にクラックが発生することが防止される。そして、このようなクラックが発生しなければ、封止部での気密漏れは生じないので、ランプの寿命特性を向上させることができる。このような耐熱性の金属としては、０〜１０００℃における線膨張率が６．５×１０^−６／℃以上であるような金属、具体的には、ニオブ，タンタル，イリジウム，ロジウム，バナジウム，チタン，白金，ニオブの合金，タンタルの合金，イリジウムの合金，ロジウムの合金，バナジウムの合金，チタンの合金及び白金の合金等が好ましい。これらの耐熱性の金属を用いた場合、その線膨張率がセラミックのそれとよく近似し、変形しやすく柔らかい金属であるので、異種材料間に発生する熱応力を吸収するための応力緩衝体として適し、封着部は強化される。

さらに、請求項１の発明は、前記第１の部材の径は、０．３ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下であることを特徴とする。

このような構成にすることにより、封着部の良好な気密性が実現できる。

請求項２の発明は、請求項１記載の放電ランプにおいて、前記嵌挿部材の表面の全体が前記ガラス封着材で覆われていることを特徴とする。

このような構成にすることにより、発光管１の内部に封入されている金属ハロゲン化物による腐食から、嵌挿部材を保護することができる。

本発明の放電ランプでは、Ｄ−Ｃ≧１．０（ｍｍ）を満足するように構成しているので、発光管の内部の金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物と第２の部材とが化学反応を起こすことを防止できて、封止部の信頼性に優れ、寿命特性に優れた放電ランプを提供できる。さらに、本発明の放電ランプは、点灯時間３０００時間における光束維持率を９０％以上に維持することができる。

第１図は放電ランプの発光管の封止構造の従来例を示す断面図である。第２図は本発明の放電ランプ全体の概略構成を示す断面図である。第３図は第１実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。第４図は第２実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。第５図は第３実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。第６図は第４実施の形態に係る放電ランプの発光管の構成を示す断面図である。

本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

第２図は、本発明の放電ランプ全体の概略構成を示す断面図である。第２図において、１は発光管、２は石英ガラス製の筒、３は硬質ガラス製の外管、４はゲッター、５は口金、６は始動を容易にするため金属線を発光管１に沿わせた補導体、１１は発光管１の太管、１２は発光管１の細管である。

以下、本発明の特徴部分である放電ランプの発光管１の種々の構成について、説明する。

第１実施の形態

第３図は本発明の第１実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第３図において、透光性セラミック製の太管１１の両端部には、透光性セラミック製のディスク１３を介して、細径部を構成する同じく透光性セラミック製の細管１２が気密的に設けられている。この透光性セラミックは、具体的には透光性アルミナである。発光管１内には、金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物が封入されている。

細管１２内では、電極極芯２１に溶接部２５で突き合わせ溶接された第１電気導入体２４と、第１電気導入体２４に溶接部２６で突き合わせ溶接された第２電気導入体２７とが、封着ガラス３０により気密的に固定されている。

電極極芯には第１コイル２０と第２コイル２２とが巻回されている。第１コイル２０の目的は、ランプ点灯時に電極先端部に形成されるアークスポットの高温から電極を守るためであり、第２コイル２２の目的は、電極先端部の熱を電極後方に逃がし易くするためである。

第１電気導入体２４は、モリブデン，モリブデンの合金，サーメット等を使用できる。モリブデンを第１電気導入体２４として用いることにより、タングステンを用いた場合に比べて封着部の信頼性が更に良好となる。その理由はタングステンに比べてモリブデンの方が線膨張率がよりセラミック（特に透光性アルミナ）のそれに近いからである。またモリブデンの中でも、０．１〜１．０重量％のランタンまたはランタン酸化物を含有したモリブデンは、高温での再結晶粒子の成長による脆化が起こりにくく、第１電気導入体２４としてより優れているので好ましい。更に、モリブデンとレニウムとの合金も第１電気導入体２４として使用できる。その他に、第１電気導入体２４として、アルミナとモリブデンとの混合物を成形，焼結して導電性を持たせたサーメットも使用できる。

第２電気導入体２７は、耐熱性があり、セラミックと線膨張率が良く近似している材料特性が必要であり、このような材料としてはニオブ，タンタル，ニオブの合金，タンタルの合金，サーメット等を使用できる。ニオブ，タンタル及びそれらの合金は線膨張率がアルミナセラミックのそれとよく近似しているので、特に優れた封止ができる。但し、このような構造とする場合には、これらの金属は耐ハロゲン性を有しないので、耐ハロゲン性を有する封着ガラス３０で覆う必要がある。よって、第３図の構造では、第１電気導入体２４と第２電気導入体２７との接合部を封着ガラス３０で覆っている。

発光管１（太管１１，細管１２及びディスク１３）に用いられるセラミックの材質としては、透光性アルミナ以外に、サファイア，イットリア，イットリウム・アルミニウム・ガーネット，窒化アルミニウム等を用いることができる。

封着ガラス３０としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系，Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系等のガラス材料を用いることができ、気密封着部は、好ましくは、細径１２の外端部に形成することが良い。なお、メタルハライドを封入した放電ランプにおける封着ガラス３０としては、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系のものがより好ましく、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２と希土類元素の酸化物（特にＤｙ_２Ｏ_３が好ましい）とを含んだ混合物からなるものが特に良い。本例における封着ガラス３０は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２及びＤｙ_２Ｏ_３の混合物で構成され、その組成比はこの順に１７±３重量％，２２±３重量％及び６１±３重量％である。各成分の重量比がこの数値範囲を満たす場合には、酸化モリブデン，酸化スカンジウム，酸化イットリウム，酸化マグネシウム等を他の成分として含んでいても良い。このような組成の場合に、封着ガラス３０の特性は、融点：１，３９０℃，線膨張率：６．５×１０^−６／℃となり、耐ハロゲン性と封着信頼性との両方を実現できる。封着ガラス３０の組成が上記範囲から外れた場合には、次のような不都合が生じる。

封着ガラス３０の組成が上記範囲でない場合には、融点が上昇して封着工程での加熱温度を５０℃以上高くしなければならない。封着温度を高くした場合には発光管１全体の温度も上がるので、発光管１内に封入した水銀及びメタルハライドの一部が蒸発して失われる。封入物の一部が失われると、作製した放電ランプの諸特性が設計値から外れてしまう。封着ガラス３０の組成を上記範囲とした場合には、このようなことは生じず、設計値通りの諸特性を有する放電ランプを作製できる。また、封着ガラス３０の組成が上記範囲でない場合には、線膨張率が変化して、封着部の耐熱衝撃性が低下する。線膨張率が変化した場合、細管１２，電気導入体２３及び封着ガラス３０の線膨張率のバランスが崩れて、ランプ点灯／消灯の繰り返しによる熱衝撃にて封着ガラス３０にクラックが生じることになる。

従って、Ａｌ_２Ｏ_３：１７±３重量％，ＳｉＯ_２：２２±３重量％，Ｄｙ_２Ｏ_３：６１±３重量％の組成比（以下、この組成比を最適組成比という）を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２−Ｏ_３系の金属酸化物の混合物が、封着ガラス３０には最適である。

第１実施の形態では、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長（Ｃ）と封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長（Ｄ）との間に、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。この関係が満たされる場合に、ランプ寿命を長くできる。この関係が成立しない場合は、封着ガラス３０と第１電気導入体２４との境界に沿って封入物であるハロゲン化物が進入し、第２電気導入体２７はハロゲンと化学反応を生じて腐食される。その結果、ついには第１電気導入体２４と第２電気導入体２７との溶接部２６で導通が失われ、ランプは点灯できなくなる。

上記Ｃ，Ｄの関係に関して本発明者等が行った実験について説明する。（Ｄ−Ｃ）の長さを変化させた複数の放電ランプを試作し、各ランプ特性（点灯時間を３，０００時間とした際の光束維持率）を測定した。その結果を、下記表１に示す。

（Ｄ−Ｃ）の長さが０ｍｍ，０．５ｍｍである場合には、点灯時間３，０００時間における光束維持率は夫々、３５％，６８％であった。これに対して、（Ｄ−Ｃ）の長さが１．０ｍｍ以上である場合には、何れも９０％以上の光束維持率を維持していた。また、前者の場合には、外観上で発光管１全体が黒化しており、後者の場合には、発光管１の黒化は見られずきれいであった。前者の場合には、封入物であるメタルハライドがニオブ製の第２電気導入体２７と接触して化学反応を起こし、その反応物質が発光管１の内面全体に沈着して黒化したと考えられる。また、本発明者等が行った更なる実験によれば、（Ｄ−Ｃ）の長さを１．０ｍｍ以上とした放電ランプにあっては、点灯時間を６，０００時間に延長しても７０％以上の光束維持率を維持していることが確認された。よって、点灯時間３，０００時間での光束維持率が９０％以上、または、点灯時間６，０００時間での光束維持率が７０％以上を閾値とした場合、この（Ｄ−Ｃ）の長さは１．０ｍｍ以上とすることが必要である。

なお、封着ガラス３０が第１電気導入体２４の先端を超えて流れ込んだ場合、細管１２の内壁と第１電気導入体２４とで囲まれた空間に流れ込む封着ガラス３０の容積が大きくなると共に、電極と封着ガラス３０とが接触するので、この部分で封着ガラス３０にクラックが発生する。これに引き続いて細管１２にもクラックが発生して発光管１に気密漏れが生じ、放電ランプは点灯しなくなる。

第２実施の形態

第４図は本発明の第２実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第４図において、第３図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

細管１２内では、電極極芯２１に溶接部２５で突き合わせ溶接された第１電気導入体２４と、第１電気導入体２４に溶接部２６で突き合わせ溶接された第２電気導入体２７と、第１，第２電気導入体２４，２７及び細管１２の間に設けられたセラミックスリーブ５０とが、封着ガラス３０により気密的に固定されている。

この第２実施の形態でも、第１実施の形態と同様の理由により、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの間に、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

この第２実施の形態の具体例（消費電力：４００Ｗ）について説明する。太管１１はアルミナからなり内径は１６ｍｍ、細管１２はアルミナからなり内径は２．０ｍｍ、電極間長は２３ｍｍである。電極極芯２１の径は０．９ｍｍ、第１コイルは径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．６ｍｍである。

第１電気導入体２４はモリブデンからなり径０．５ｍｍ，長さ３ｍｍで電極極芯２１とは溶接位置２５で突き合わせ溶接されている。第２電気導入体２７は、径０．７ｍｍのニオブからなり、溶接位置２６で第１電気導入体２４と突き合わせ溶接されている。セラミックスリーブ５０はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ，外径１．９ｍｍ，長さ６ｍｍである。第２電気導入体２７は細管１２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス３０により固定されている。

封着ガラス３０としては、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は細管１２の端部から約５ｍｍ入ったところまで、電気導入体とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と細管１２との隙間を満たしている。本例において、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの関係は、Ｄ−Ｃ＝２．０ｍｍとなり、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

このように両端が密封された発光管１内には水銀：約２２ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約２２ｍｇ、沃化タリウム：約８ｍｇ、沃化ナトリウム：約３ｍｇ、沃化セシウム：約２ｍｇ及び始動ガスとして約８ｋＰａのアルゴンガスが封入されている。このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで第２図に示すような放電ランプを作製し、４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：４００Ｗ管電流：４．０６Ａ管電圧：１１０．１Ｖ
全光束：３９，４００ｌｍ平均演色評価数：８６
色温度：５，１００Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約９，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

第３実施の形態

第５図は本発明の第３実施の形態に係る放電ランプの構成を示す断面図である。第５図において、第４図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

細管１２内では、電極極芯２１に溶接部２５で突き合わせ溶接された第１電気導入体２４と、第１電気導入体２４に溶接部２６で突き合わせ溶接された第２電気導入体２７と、第１，第２電気導入体２４，２７及び細管１２の間に設けられた例えばニオブからなる耐熱金属製の応力緩衝体４０とが、封着ガラス３０により気密的に固定されている。応力緩衝体４０は管状のものを第１，第２電気導入体２４，２７と細管１２との間に差し込んでいる。応力緩衝体４０は、第４実施の形態と同様に、第１，第２電気導入体２４，２７、封着ガラス３０及び細管１２の４つの異なる材質間の線膨張率の違いにより生じる熱応力を吸収する。

この第３実施の形態でも、第１実施の形態と同様の理由により、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの間に、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

この第３実施の形態の具体例（消費電力：２５０Ｗ）について説明する。太管１１の内径は１３ｍｍ、細管１２の内径は１．５ｍｍ、電極間長は１８ｍｍである。電極極芯２１の径は０．７ｍｍ、第１コイルは径が０．３０ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．３０ｍｍである。応力緩衝体４０は内径０．７５ｍｍ，外径１．４０ｍｍ，長さ３．０ｍｍのＮｂ−１％Ｚｒ合金を用いた。第２電気導入体２７は、径０．７ｍｍ，長さ約２０ｍｍのＮｂ−１％Ｚｒ合金からなり、細管１２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス３０により固定されている。封着ガラス３０は、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は、細管１２の端部から約５ｍｍ入ったところまで、電気導入体と応力緩衝体４０との隙間及び応力緩衝体４０と細管１２との隙間を満たしている。

本例において、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの関係は、Ｄ−Ｃ＝２．０ｍｍとなり、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

更に、応力緩衝体４０は全体が耐ハロゲン性を有する封着ガラス３０で覆われているので、ハロゲンからの腐食から保護される。このように両端を密封した発光管１内には水銀：約１５ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約２０ｍｇ、沃化タリウム：約６ｍｇ、沃化ナトリウム：約４ｍｇ、沃化セシウム：約４ｍｇ及び始動ガスとして約８ｋＰａのアルゴンガスが封入されている。このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで第２図に示すような放電ランプを作製し、消費電力２５０Ｗで点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。ランプ特性は１００時間エージング後の値で表す。
管電力：２５０Ｗ管電流：２．４１Ａ管電圧：１２３．９Ｖ
全光束：２２，５００ｌｍ平均演色評価数：８６
色温度：４，２３０Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，２５０Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約９，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

第４実施の形態

第６図は本発明の第４実施の形態に係る放電ランプの発光管１の構成を示す断面図である。第６図において、第４図と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略する。

この第４実施の形態では、耐ハロゲン性を有するモリブデンまたはモリブデン合金からなる第１電気導入体２４の径を、０．３ｍｍ以上，０．７ｍｍ以下としている。第１電気導入体２４の径は０．７ｍｍ以下とするが、これはこれより径を大きくすると、セラミックスリーブ５０の厚さ，細管１２の内径，第２電気導入体２７の径等を調整しても、封着時の細管１２のクラック発生を防止し、ランプの点滅による熱サイクルで早期の封着ガラス３０からの気密漏れの発生を防止することが難しく、０．７ｍｍ以下とすることにより、他の構成を適宜調整することで簡単に封着時の細管１２のクラック発生を防止し、ランプの点滅による熱サイクルで早期の封着ガラス３０からの気密漏れの発生を防止することができるようになるからである。

例えば、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の封着ガラス３０を用い、細管１２とセラミックスリーブ５０との間及びセラミックスリーブ５０と電気導入体との間とに形成される封着ガラス３０の層厚が０．２ｍｍ以下となるように各部の大きさを決めれば、封着時の細管１２のクラック発生を防止し、ランプの点滅による熱サイクルで早期に封着ガラス３０からの気密漏れが生じることを防止できる。更に、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系の金属酸化物の混合物の中でも、最適組成比を有するものを用いる場合には、この効果をより確実に奏することができる。

第１電気導入体２４の径に関して本発明者等が行った実験について説明する。モリブデン製の第１電気導入体２４の径を変化させた複数の封止構造を試作し、各封止構造における封着部の気密性を調べた。その結果を、下記表２に示す。

表２の結果から、モリブデン製の第１電気導入体２４の径を０．７ｍｍ以下にすれば、良好な気密性を実現できることが判る。その径が０．８ｍｍ以上になった場合には、封着ガラス３０と第１電気導入体２４との線膨張率の違いにより、封着ガラス３０にクラックが発生して封着部の気密性はなくなる。

なお、封着部の気密性の点からは、第１電気導入体２４の径は細い方が良いが、あまり細くしすぎると、ランプ作製工程中に加わる機械的衝撃に耐えられなくなる。また、細すぎると、ランプ作製後、ランプ点灯中の電流により第１電気導入体２４が発熱し、封着部に局部的な温度不均一部分が発生して、封着ガラス３０にクラックが生じる。従って、第１電気導入体２４の径は０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。

なお、第１電気導入体２４の材料としては、サーメットも使用可能である。使用できるサーメットの条件は、導電性を有すること、耐ハロゲン性を有すること、線膨張率がアルミナ（細管１２）の線膨張率に近似していることの３条件である。これらの条件を満足するサーメットとして、具体的にはクロム−アルミナ，モリブデン−アルミナ，タングステン−アルミナ等を使用できる。

この第４実施の形態でも第１実施の形態と同様に、第２電気導入体２７の細管１２内への挿入長Ｃと封着ガラス３０の細管１２内への流れ込み長Ｄとの関係は、Ｄ−Ｃ＝２．０ｍｍとなり、Ｄ−Ｃ≧１．０ｍｍなる関係が成立している。

この第４実施の形態の具体例（消費電力：４００Ｗ）について説明する。太管１１の内径は１６ｍｍ、細管１２の内径は２．０ｍｍ、電極間長は２７ｍｍである。電極極芯２１はタングステンで、径が０．９ｍｍの線材、第１コイル２０は径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯２１に４〜５ターン巻き付けたもので、その最大径は１．６ｍｍである。第２コイル２２は径が０．４５ｍｍのモリブデン線を２６〜２８ターン巻き付けたものである。

第１電気導入体２４は、径０．７ｍｍ，長さ３ｍｍのモリブデンで、電極極芯２１と溶接位置２５で突き合わせ溶接されている。第２電気導入体２７は、径０．７ｍｍのニオブで、溶接位置２６で第１電気導入体２４と突き合わせ溶接されている。セラミックスリーブ５０は発光管１と同じ透光性アルミナからなり、内径０．７５ｍｍ，外径１．９ｍｍ，長さ６ｍｍである。

第２電気導入体２７は細管１２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス３０により固定されている。封着ガラス３０としては、最適組成比を有するＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系（１６．８重量％−２１．８重量％−６１．４重量％）の金属酸化物の混合物を用いた。封着ガラス３０は、細管１２の端部から約５ｍｍ入ったところまで、電気導入体とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と細管１２との隙間を満たしている。即ち、第１電気導入体２４と第２電気導入体２７との接合部は封着ガラス３０で覆われているので、第２電気導入体２７はハロゲンによる腐食から保護されている。

本例において、封着ガラス３０の層厚は細管１２とセラミックスリーブ５０との隙間及びセラミックスリーブ５０と電気導入体との隙間になるが、何れも０．２ｍｍ以下となっている。封着ガラス３０の層厚が０．２ｍｍ以下であれば、封止構造としては優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を有する。

このように両端が密封された発光管１内には水銀：約１５ｍｇ、沃化ジスプロシウム：約２２ｍｇ、沃化タリウム：約８ｍｇ、沃化ナトリウム：約３ｍｇ、沃化セシウム：約２ｍｇ及び始動ガスとして約１０ＫＰａのアルゴンガスが封入されている。

このように構成した発光管１を真空の外管３内に組み込んで図２に示すような放電ランプを作製し、４００Ｗのランプ電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
特性は１００時間エージング後の値で表す。
管電力：４００Ｗ管電流：３．８７Ａ管電圧：１１６Ｖ
全光束：３７，８００ｌｍ平均演色評価数：８７
色温度：３，９８０Ｋ

更に、この放電ランプについて、裸水平点灯，４００Ｗの電力で５．５時間点灯，０．５時間消灯の繰り返しで寿命試験を実施したところ、約６，０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。

以上のように、本発明では、発光管の内部の金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物と第２の部材とが化学反応を起こすことを防止できるため、封止部の信頼性に優れ、寿命特性に優れた放電ランプを提供でき、産業上の利用可能性が高い。

Claims

両端に細径部が形成された透光性セラミック製の発光管の内部に金属ハロゲン化物を含むイオン化可能な充填物が封入されており、前記細径部内に電気導入体及びそれに連なる電極極芯が挿通されており、該電気導入体がガラス封着材で気密的に固定されており、前記細径部は内径１．３ｍｍ以上の細管にて構成されている放電ランプにおいて、
前記電気導入体と前記細径部との間には嵌挿部材が設けられ、
前記電気導入体と前記嵌挿部材との間、及び前記嵌挿部材と前記細径部との間に、前記ガラス封着剤が充填されており、
前記電気導入体は、前記電極極芯と接続された第１の部材と、前記第１の部材と接続された第２の部材とで構成されており、
前記第１の部材の径は、０．３ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下であり、
前記第２の部材の前記細径部内への挿入長をＣ（ｍｍ）、前記細径部内への前記ガラス封着材の流れ込み長をＤ（ｍｍ）とした場合に、以下の関係が成立することを特徴とする放電ランプ。
Ｄ−Ｃ≧１．０（ｍｍ）
前記嵌挿部材の表面の全体が前記ガラス封着材で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。