JPH09213273A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透光性セラミック製の発光管を用いた高圧放
電灯において、封着部のリークがない安定した品質と高
効率、長寿命が得られる発光管封着構造を提供する。 【解決手段】 透光性セラミック製の本管部６と細管部
７ａ，７ｂとによりなる発光管１と、電極５と、閉塞体
９ａ，９ｂとにより構成され、細管部７ａ，７ｂの外径
が発光管最大外径の１／２以下であり、ランプ電力をＰ
［Ｗ］としたとき、閉塞体９ａ，９ｂと放電空間との距
離Ｌ［ｍｍ］が、（３／１１５）Ｐ＋３５５／１１５
［ｍｍ］以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透光性セラミック
製発光管を用いた高圧放電ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックからなる発光管を用いた高圧
放電ランプは、これまで一般的に用いられてきた石英の
発光管の高圧放電ランプに較べ発光管材料と封入金属と
の反応が少ないため、安定した寿命特性が得られるもの
と期待されている。また、前述の理由より、発光管の負
荷を大きくし温度を上げることにより、ランプの効率
［ｌｍ／Ｗ］も高くすることができる。

【０００３】従来、この種のランプには多くの開示例が
ある。その一例である特開平６−１９６１３１号公報に
記載の高圧放電ランプは、放電空所の中央区分に接続さ
れた円柱形の１対の端部区分を設け、その中に電極に接
続した耐ハロゲン化部分と透過性の部分とからなる給電
導体を挿入し、端部区分と給電導体の隙間をセラミック
封止用コンパウンドでシールする構造を持つものであ
る。これは、シール部を放電空所から離れるように限定
しているため、エイジング中（動作中）の高圧放電ラン
プのシール材の劣化反応を抑制する。しかし、給電導体
の耐ハロゲン化部分の熱膨張率が、端部区分のセラミッ
ク材料の熱膨脹率と異なるため、封止用コンパウンドを
耐ハロゲン化部分に延在するようにした本構成では、封
着部にクラックが生じやすい。

【０００４】また、特開平７−２４０１８４号公報の如
く、発光管内面と閉塞体外面との間に余剰の発光金属を
凝縮させる間隙部を設け、ここに発光金属を凝縮させ
て、ガラス接着材が高温ガスに接触するのを防ぐ構造を
持つものもある。しかしこの場合は、複雑な構造をもつ
閉塞体が必要となり、封着部を放電空間から離すに従い
閉塞体の作成も困難となるので、コストの面で不利にな
る。

【０００５】さらに、他の開示例である特開昭６２−２
８３５４３号公報や特開平７−２１９９０号公報におい
ては、封着部分の熱膨張係数を発光管材料である透光性
セラミック材料と一致させた絶縁プラグもしくは導電性
セラミックキャップを閉塞体として用い、発光管開口部
を閉塞する構成としている。かかる構成においては、キ
ャップのシール材が放電空間に直接接しているか、ある
いは、放電空間に近いため、シール材または閉塞体が高
温になり、侵入してきた封入金属化合物や金属蒸気と反
応する。この反応が起こると、ランプの寿命特性は悪化
し、最悪の場合封着部の気密が失われ、封入金属化合物
が発光管外にリークする現象を引き起こす。

【０００６】この構成では、ランプ点灯中の放電空間か
らの熱によりシール材が高温になることから、融点の高
いシール材を用いなければならない。このため、封着温
度をできるだけ高温にする必要があり、結果として発光
管全体の温度が高くなる。一方、封入物を放電空間に投
入して後封着する場合、放電空間はできるだけ低温に保
ち、封入物の蒸発を防ぐ必要がある。したがって、放電
空間と封着部が近い上記従来例の構成においては、封着
部と放電空間の温度勾配を大きく設定する封着条件とな
り、クラックが発生し易くなる。

【０００７】また、これらの開示例においては、放電空
間からの熱伝導ロスの言及がなく、高効率にするための
封着部断面積の考慮がなされていない。充分なランプ効
率を得るために発光管の負荷を上げる方策が考えられる
が、この場合、ますますシール材が高温となり、シール
材と封入金属化合物との反応が促進され、ランプの寿命
特性を悪化させる結果となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題を解決するためになされたもので、簡単な封着条件に
て、信頼性の高い封止部を形成することができ、高効率
で安定した寿命特性が得られる透光性セラミック製発光
管の高圧放電ランプを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る高圧放電ランプは、 一対の電極と、そ
の一対の電極を囲み放電空間を形成する本管部と、その
本管部の両端に接続された細管部と、その細管部の前記
本管部との接続部とは反対側の端部に挿入されたセラミ
ック製の閉塞体とにより構成され、前記本管部と前記細
管部とによりなる透光性セラミック製の発光管の内部に
は発光金属が封入され、前記細管部の外径は前記発光管
の最大外径の１／２以下とし、前記細管部と前記閉塞体
とはシール材で封着され、前記閉塞体の放電空間側の端
面と前記放電空間との距離Ｌ［ｍｍ］が、ランプ電力を
Ｐ［Ｗ］としたとき、（３／１１５）Ｐ＋３５５／１１
５［ｍｍ］以上であることを特徴とする。

【００１０】こうすることにより、封着部分の発光管
（透光性セラミック製），閉塞体（セラミック製）およ
びシール材（フリット等）の熱膨張係数をほぼ一致させ
ることができるので、クラックの発生を防止することが
可能となる。また、封着部と放電空間との間に所定の距
離を保つことができるので、シール材および閉塞体が高
温になることを防止することが可能となる。したがっ
て、簡単な封着条件で高信頼性の封着部を得ることがで
きる。さらに、閉塞体の端面をシール材で覆うことによ
り、閉塞体と封入金属化合物との反応を抑えることが可
能となると同時に、閉塞体と導電性金属との気密性を確
実にすることもできる。また、細管部の径を小さくする
ことにより放電空間の熱伝導ロスを抑えることができ、
高効率の光学特性を得ることができる。

【００１１】さらに、前記閉塞体を、タングステンおよ
びモリブデンの少なくとも１種を含むアルミナよりなる
材料で成形することが好ましい。こうすることにより、
閉塞体と導電性金属線との気密性が強固なものとなる。

【００１２】また、前記電極が、前記閉塞体を貫通する
導電性金属線と接続され、前記シール材が、前記閉塞体
の放電空間側の表面と、前記閉塞体表面から放電空間側
に突出する前記導電性金属線の一部とを被覆しているこ
とが好ましい。こうすることにより、前記閉塞体と封入
金属とが直接接することを防ぎ、エイジング中の封入金
属消失を抑制することができる。

【００１３】さらに、前記閉塞体が導電性セラミックで
あり、前記電極が前記閉塞体を介して導電性金属線に接
続され、前記シール材が、前記閉塞体の放電空間側の表
面と、前記閉塞体表面から放電空間側に突出する前記導
電性金属線の一部とを被覆していることが好ましい。こ
うすることにより、前記閉塞体を使用したときの封入金
属の消失を、防止することができる。

【００１４】また、前記シール材が、前記閉塞体の放電
空間の反対側の表面と、前記放電空間の反対側の表面か
ら突出する前記導電性金属線の一部とを被覆しているが
好ましい。こうすることにより、希に存在する微細クラ
ック等の通路を通り細管部の端部まで移動してきた封入
金属のそれ以上の移動を防止し、エイジング中の封入金
属消失を抑制することができる。

【００１５】さらに、前記閉塞体の放電空間側の端面か
ら前記放電空間までの前記細管部内に、前記発光管と同
一の材料で形成されたセラミック部を備えた構成にする
ことが好ましい。このように、前記閉塞体の放電空間側
に、放電容器（発光管）と同じ材料で形成されたセラミ
ック部を設けたことにより、封入金属に対する耐食性を
高めることができる。

【００１６】また、前記閉塞体と前記細管部とを焼結に
より密閉することが好ましい。こうすることにより、封
止工程の簡略化と気密性の信頼性を向上させることがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図および表を用いて説明する。図１は、本発明の第
一の実施の形態に係る高圧放電灯（１５０［Ｗ］）であ
る。図２は、図１の高圧放電灯に用いる発光管の断面図
である。図３〜図６は、図２の発光管における封着部お
よびその変形例の拡大図である。図７は、本発明に係る
Ｌ（閉塞体９の放電空間側の端面と放電空間との距離）
の有効範囲を示す図である。

【００１８】図１は、透光性セラミック製の発光管１を
外管２内に金属線３ａ，３ｂで固定した構造を示してい
る。発光管１内には、所定量の水銀、始動用希ガスとし
てArが封入され、ハロゲン化金属としてディスプロシウ
ム，タリウムおよびセシウム等のヨウ化物が封入されて
いる。また、外管２内は真空に排気してある。４は口金
である。

【００１９】図２は、本実施形態におけるセラミック製
発光管の断面図である。図２に示す通り、透光性セラミ
ック製の発光管１は、その内部に１対の電極５ａ，５ｂ
を備え、外径１０［ｍｍ］の本管部６の両端に外径３．
２［ｍｍ］の細管部７ａ，７ｂが接続され、さらにその
細管部７ａ，７ｂの端部（本管部６との接続部の反対側
の端部）には、封着部８ａ，８ｂを備えた構造となって
いる。封着部８ａ，８ｂには、外径１．５［ｍｍ］の閉
塞体９ａ，９ｂが挿入されている。導電性金属線１０
ａ，１０ｂは、閉塞体９ａ，９ｂを貫通し、電極５ａ，
５ｂと接続している。この導電性金属線１０ａ，１０ｂ
を通じて電極５ａ，５ｂに電流が供給される。

【００２０】以上の構成において、閉塞体９ａ，９ｂの
本管部６側の端面から、細管部７ａ，７ｂの本管部６内
に存在する端面までの距離Ｌを変えた発光管１を、数種
類作製した。そして、これらの発光管１を高圧放電灯に
搭載し点灯させ、点灯３０００時間までの発光管リーク
の有無を調べた。

【００２１】その結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】すなわち、表１より、Ｌを７［ｍｍ］以上
にすることによって、リークのない封着構造を得られる
ことが分かる。これは、閉塞体９が、高圧放電ランプの
点灯中において高温となる本管部６と、ある一定の距離
を保持することとなり、ある程度の低い温度に保たれる
ので、温度サイクルで発生する封止部のストレスや、金
属ハロゲン化物と閉塞体やシール材との反応が低減され
るためである。

【００２４】以上の実施の形態においては、１５０
［Ｗ］の発光管について説明したが、この発明はこれに
限定されるものではなく、３５［Ｗ］，７０［Ｗ］およ
び１００［Ｗ］の発光管についても、Ｌ［ｍｍ］とリー
ク確率との間には、本実施形態と同様の相関関係があ
る。

【００２５】発光管を３０００時間点灯させて、リーク
確率が０になるランプ電力に対するＬを示したのが図７
である。すなわち図７は、発光管１のランプ電力が３５
［Ｗ］から１５０［Ｗ］の範囲において、Ｌ［ｍｍ］の
値が、Ｌ＝（（３／１１５）Ｐ＋３５５／１１５）の関
係で与えられる値以上であるとき、リークが発生しない
ことを示している。ここでＰは、ランプ電力（Ｗ）を示
している。

【００２６】一方、Ｌを前記範囲に設定した場合、細管
部７ａ，７ｂの外径が大きいと、本管部６からの熱ロス
が過大になったり、封入ヨウ化物が細管部７ａ，７ｂに
過剰に凝縮してしまう。そこでこれを解決するために、
細管部７ａ，７ｂの外径を本管部の外径の１／２以下に
する。こうすることにより、本管部６からの熱ロスを抑
え、満足できる特性を得ることができる。図２に示す発
光管において、細管部７ａ，７ｂの外径を変化させたと
きのランプ効率の変化を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】すなわち、細管部７ａ，７ｂの外径を、発
光管最大外径に対して１／２以下とすることにより、従
来の石英性発光管を使用した高圧放電灯に対して１０％
以上の効率向上を図ることができる。

【００２９】図３は、細管部７と閉塞体９との封着部の
拡大図であり、閉塞体９の本管部６側の端面および導電
性金属線１０をシール材で被覆している。細管部７の封
止部８と閉塞体９とは、シール材による被覆層１１を介
して封着されている。こうすることによって、封入ハロ
ゲン化物が、細管部７と導電性金属線１０との隙間を通
って閉塞体９に直接接することを防ぎ、閉塞体９とハロ
ゲン化物との反応抑制を行うことができる。

【００３０】また図４は、閉塞体９の本管部６の反対側
の端面にもシール材を被覆して被覆体１２を形成した状
態を示している。こうすることにより、閉塞体９を貫通
する導電性金属線１０と、セラミック材料で形成された
閉塞体９との接合による気密性を向上させることができ
る。

【００３１】さらに図５は、導電性金属線１０が閉塞体
９を介して電極５と接続され、閉塞体９に導電性サーメ
ットを用いた場合を示している。この場合においても、
導電性金属線１０と閉塞体９とを、図４と同様の封着構
成にすることにより、リークのない安定した封着部とす
ることができる。

【００３２】また図６は、細管部７の封止部８と閉塞体
９との封着部において、閉塞体９の放電空間側の前面
（本管部６側の端面）から放電空間までの細管部７内
に、その細管部７と同様な材質のセラミック管１３（絶
縁性セラミック）を備えた構造を示している。こうする
ことにより、細管部７内に侵入するハロゲン化金属の量
を減じることができると共に、閉塞体９とハロゲン化金
属との反応を抑制し、良好な光学特性を得ることができ
る。

【００３３】本発明に係る細管部７の封止部８と閉塞体
９との封着部においては、低融点ガラスのシール材を用
いて密閉することおよび焼結により密閉することが可能
で、どちらを用いて密閉したとしても、所定の特性を得
ることができる。

【００３４】さらに、本実施形態で示した発光管１にお
いては、導電性金属線１０と電極５を直接固定したもの
について示したが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。例えば、導電性金属線１０をモリブデン、電極５
を固定する金属線をタングステンとし、このタングステ
ン線と導電性金属線１０とを接合し、その接合部を細管
部７内に存在させるような構成、すなわち、導電性金属
線１０と電極５との間に異種の導電性物質を介在させる
構造にしてもよい。

【００３５】また、細管部７内の導電性金属線１０との
隙間を少なくするため、ハロゲン化金属との反応性が低
い金属を存在させる構成にしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高圧
放電ランプによれば、本管部から閉塞体までの距離を適
切に保つことができるので、封止部の信頼性を向上させ
ることが可能となり、しかも細管部の外径を本管部の外
径の１／２以下としたので、本管部と細管部との距離を
ある一定値以上にすることによって起こる発光特性の悪
化を抑えることができる。

【００３７】また、閉塞体を形成する材料として、発光
管を形成する透光性セラミックと同様の材質および熱膨
脹率をもつセラミックを用いることにより、封着部での
クラックの発生率を減少させることができると共に、閉
塞体とハロゲン化金属との反応を抑制することが可能と
なり、良好な光学特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態に係る高圧放電灯

【図２】図１の高圧放電灯において用いる発光管の断面
図

【図３】図２の発光管における封着部の拡大図

【図４】図３と同様の封着部の変形例の拡大図

【図５】図３と同様の封着部の変形例の拡大図

【図６】図３と同様の封着部の変形例の拡大図

【図７】本発明に係るＬの有効範囲を示す図

【符号の説明】

１ 発光管 ２ 外管 ３ａ，３ｂ 金属線 ４ 口金 ５ａ，５ｂ 電極 ６ 本管部 ７ａ，７ｂ 細管部 ８ａ，８ｂ 封止部 ９ａ，９ｂ 閉塞体 １０ａ，１０ｂ 導電性金属線 １１ 被覆層 １２ 被覆体 １３ セラミック管

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極と、その一対の電極を囲み放
   電空間を形成する本管部と、その本管部の両端に接続さ
   れた細管部と、その細管部の前記本管部との接続部とは
   反対側の端部に挿入されたセラミック製の閉塞体とによ
   り構成され、前記本管部と前記細管部とによりなる透光
   性セラミック製の発光管の内部には発光金属が封入さ
   れ、前記細管部の外径は前記発光管の最大外径の１／２
   以下とし、前記細管部と前記閉塞体とはシール材で封着
   され、前記閉塞体の放電空間側の端面と前記放電空間と
   の距離Ｌ［ｍｍ］が、ランプ電力をＰ［Ｗ］としたと
   き、（３／１１５）Ｐ＋３５５／１１５［ｍｍ］以上で
   あることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 【請求項２】 前記ランプ電力Ｐ［Ｗ］が、３５［Ｗ］
   から１５０［Ｗ］の範囲内の値である請求項１記載の高
   圧放電ランプ。
3. 【請求項３】 前記閉塞体を、タングステンおよびモリ
   ブデンの少なくとも１種を含むアルミナよりなる材料で
   成形した請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
4. 【請求項４】 前記電極が、前記閉塞体を貫通する導電
   性金属線と接続され、前記シール材が、前記閉塞体の放
   電空間側の表面と、前記閉塞体表面から放電空間側に突
   出する前記導電性金属線の一部とを被覆している請求項
   １、２または３記載の高圧放電ランプ。
5. 【請求項５】 前記閉塞体が導電性セラミックであり、
   前記電極が前記閉塞体を介して導電性金属線に接続さ
   れ、前記シール材が、前記閉塞体の放電空間側の表面
   と、前記閉塞体表面から放電空間側に突出する前記導電
   性金属線の一部とを被覆している請求項１または２記載
   の高圧放電ランプ。
6. 【請求項６】 前記シール材が、前記閉塞体の放電空間
   の反対側の表面と、前記放電空間の反対側の表面から突
   出する前記導電性金属線の一部とを被覆している請求項
   ４または５記載の高圧放電ランプ。
7. 【請求項７】 前記閉塞体の放電空間側の端面から前記
   放電空間までの前記細管部内に、前記発光管と同一の材
   料で形成されたセラミック部を備えた請求項１から６の
   いずれか１項記載の高圧放電ランプ。
8. 【請求項８】 前記閉塞体と前記細管部とを焼結により
   密閉する請求項１から７のいずれか１項記載の高圧放電
   ランプ。