JPH0997590A - セラミックス放電ランプ、点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高管壁負荷でありながら、気密容器とナトリウ
ムとの反応を長期に亘って抑えることのでき、所期の特
性を長期に亘って維持し得るセラミック放電ランプ、点
灯装置および照明装置を提供する。 【構成】透光性セラミックスからなる気密容器内表面に
形成され深さ方向に傾斜的に窒素原子量が減少する部分
を有する窒素原子を含む保護層とを具備し、定格ランプ
入力に応じた所定の管壁負荷でランプが点灯するように
構成される。 【効果】所定の高い管壁負荷で点灯するよう構成されて
いるにもかかわらず、気密容器に封入されたナトリウム
と高温となる気密容器内表面とが長期的に反応すること
が抑えられ、所期の発光特性を長期に亘って維持し得る
セラミックス放電ランプを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透光性セラミックスか
らなる気密容器を有し、放電媒体としてナトリウムを含
むセラミックス放電ランプ、点灯装置および照明装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水銀・ナトリウムアマルガムを封
入した高圧ナトリウムランプは、ナトリウムに対して比
較的安定であり、しかも強度、耐熱、透光性にも優れた
透光性アルミナ製気密容器が使用されている。

【０００３】しかし、気密容器内表面温度が１０００度
Ｃ以上となる程度に管壁負荷を高くしていくと、アルミ
ナと気密容器に封入している水銀・ナトリウムアマルガ
ム中のナトリウムとが反応してベータアルミナを生成し
てしまう。この反応が進行することによって気密容器に
封入したアマルガム中のナトリウム比率が低下してしま
い、所期の発光特性を維持できなくなるという問題が生
じる。

【０００４】特公平４−４９２２１号公報（先行技術）
には、気密容器温度が１０００度Ｃ以上となる高管壁負
荷で点灯する旨の開示はないが、アルミナ製の気密容器
内表面に窒化アルミニウムコーティングを施した高圧ナ
トリウムランプが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】窒化アルミニウム自体
は、ナトリウムとの反応が殆ど生じない。しかし、先行
技術のランプであると、点灯時１０００度Ｃ以上となる
条件では、コーティング膜厚の如何にかかわらず、点灯
・消灯を繰り返すうちに、気密容器とコーティングとの
熱膨張差によって膜剥がれが生じてしまう。

【０００６】本発明は、従来技術の問題を解消するため
になされたもので、高管壁負荷でありながら、気密容器
とナトリウムとの反応を長期に亘って抑えることので
き、所期の特性を長期に亘って維持し得るセラミック放
電ランプ、点灯装置および照明装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１は、透光性セラ
ミックスからなる気密容器と； 気密容器内に離間対向
して封装された一対の電極と； 気密容器内に封入され
た少なくともナトリウムを含む放電媒体と； 窒素原子
を有し、気密容器の内表面に形成され深さ方向に傾斜的
に窒素原子量が減少する部分を有する保護層と； を具
備し、定格ランプ入力７０〜１００Ｗに対して管壁負荷
が３０〜４０Ｗ／ｃｍ２、定格ランプ入力１５０〜４０
０Ｗに対して管壁負荷が２０〜３５Ｗ／ｃｍ２、定格ラ
ンプ入力６６０〜１０００Ｗに対して管壁負荷が１５〜
２５Ｗ／ｃｍ２で点灯されるように構成されていること
を特徴とするセラミックス放電ランプである。

【０００８】本請求項および他各請求項において、透光
性セラミックスからなる気密容器は、気密容器内の放電
によって発生する可視光を透過でき、１０００度Ｃ以上
の温度に耐え得るものであればよく、材質および形状は
限定されない。一般的に、工業的、経済的理由から放電
ランプに使用されるアルミナが好ましいが、これにこれ
に限定されるものではない。

【０００９】電極は、周知のものを使用できる。

【００１０】放電媒体は、ナトリウムを含み、電極間の
電圧の印加によって放電するものであればよく、水銀・
ナトリウムアマルガムと希ガスとから構成され、高圧蒸
気放電によって発光するものを使用できるが、水銀が含
まれていなくてもよく、またハロゲン元素が含まれてい
てもよい。

【００１１】保護層は、高温下におかれた気密容器を例
えばアンモニアガスに長時間曝して、気密容器内表面材
質を窒素置換した構造であればよいが、製法によって限
定されるものではない。要は、深さ方向に傾斜的に窒素
原子量が減少する部分を有するように構成されればよ
い。

【００１２】管壁負荷とは、ランプ入力ワットを気密容
器の内表面積のうち、電極間の部分で割った値をいう。
入力ワット毎に管壁負荷の範囲が異なるのは、電極降下
を無視しているためであるが、上記範囲であれば、気密
容器温度が１２００度Ｃ以上となる高管壁負荷である。

【００１３】次に、本発明の作用を説明する。電極間に
放電破壊する程度の電圧を印加すると、放電媒体が放電
し、ナトリウム蒸気放電によって可視光が発生する。こ
の可視光は気密容器を通過して外部に出力される。本発
明は、上記範囲の管壁負荷であるので、気密容器は、１
２００度Ｃ以上の高温となる。各管壁負荷の範囲の下限
を下回ると気密容器温度が下がる代わりに、光出力が低
下してしまう。一方、各管壁負荷の範囲の上限を上回っ
てしまうと、電極封装部の気密性を保持できなくなるた
め、実用に供さなくなる。

【００１４】このように本発明は気密容器を過酷な高温
度条件で使用されるにもかかわらず、気密容器の内表面
は、窒素原子を含む材質となっているので、ナトリウム
との反応が抑えられる。さらに、保護層は、傾斜的に窒
素原子量が減少する部分が気密容器の内表面と外表面と
の熱膨張差を緩和するように働くので、セラミックスに
膜を被着した場合と異なり、気密容器内表面の剥がれま
たは亀裂が殆ど発生しない。

【００１５】請求項２の発明は、窒素原子が気密容器内
表面から０．０５μｍ以上の深さで存在することを特徴
とする請求項１記載のセラミックス放電ランプである。

【００１６】窒素原子の存在を上記範囲とすることで、
例えば、請求項１の手段で説明したような製法によって
工業的に簡単に傾斜部分を有する層を形成できる。

【００１７】請求項３の発明は、放電媒体は、ネオンを
有するペニングガスを含んでいて、始動電圧５００Ｖ以
下で点灯可能に構成されていることを特徴とする請求項
１または２記載のセラミックス放電ランプである。

【００１８】ネオンを有するペニングガスは、少なくと
もネオンが加えられたもので、アルゴン、クリプトン、
キセノンのいずれか一種およびこれら任意の複数種とを
混合して使用できる。ペニングガスは、始動電圧を低め
る作用があるがその封入圧力は始動電圧が５００Ｖ以下
となるように既知の数値範囲を適用できる。

【００１９】本発明においては、このように始動電圧を
５００Ｖ以下にすることができるので、始動用パルス発
生手段を使用する必要がない。また、熱伝導率の高いネ
オンが封入されているので、気密容器から不所望に熱が
放出してしまい、所定の蒸気圧が得られにくく、低光出
力となる傾向にある。しかしながら、管壁負荷を所定に
高めているので、所定の蒸気圧を得られ、光出力を高め
ることができる。一方、管壁負荷を所定に高くするの
で、気密容器温度が１２００度Ｃ以上となるが、保護層
によって、ナトリウムと気密容器内表面との反応を抑
え、しかも気密容器内表面の剥がれ、亀裂が発生するこ
とがない。

【００２０】請求項４は、気密容器を収容する外管を具
備していることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載
のセラミックス放電ランプである。

【００２１】請求項５は、請求項１ないし４いずれか記
載のセラミックス放電ランプと；この放電ランプを安定
に点灯する点灯手段と； を具備していることを特徴と
する点灯装置である。

【００２２】請求項６は、請求項３記載のセラミックス
放電ランプと； この放電ランプを安定に点灯する水銀
灯用安定器と； を具備し、始動用高圧パルス発生手段
を有していないことを特徴とする点灯装置である。

【００２３】水銀灯用安定器とは、JIS C 8110 に規定
している高圧水銀灯用安定器をいう。

【００２４】本発明においては、請求項３の作用に加え
て、市場に広く流通している水銀灯用安定器を使用でき
るので、点灯装置を安価に提供できる。

【００２５】請求項７は、請求項１〜４のいずれか記載
のセラミックス放電ランプと； この放電ランプを収容
する照明器具と；を具備していることを特徴とする照明
装置である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図３に基づいて説明する。なお、図１〜図３中、同一
または相当部分には同一符号を付している。

【００２７】図１は本発明のセラミックス放電ランプの
要部断面図である。図１において、１は、セラミックス
放電ランプ本体である。２は、気密容器であり、透光性
アルミナ（Ａ１2０3）セラミックスにより密閉円筒状に
形成されていて、この円筒の両端部には貫通孔３ａ，３
ｂが形成されている。これら貫通孔３ａ，３ｂには電極
６ａ，６ｂが封装されている。電極６ａ，６ｂは、ニオ
ビウムＮｂ，またはニオビウムＮｂとジルコニウムＺｒ
の合金等からなる導電体４ａ，４ｂ、これら導電体４
ａ，４ｂの各内端に溶接された例えばタングステンから
なる電極軸７ａ，７ｂおよびこれら電極軸７ａ，７ｂの
先端部に複数巻回されたタングステンからなる電極コイ
ル８ａ，８ｂからなる。電極コイル８ａ，８ｂには、例
えばＢａ０−Ｃａ０−Ｗ０3などのような電子放射物質
（エミッタ）を塗布している。

【００２８】電極６ａ，６ｂの封装は、具体的には導電
体４ａ，４ｂをガラス封着剤５ａ，５ｂにより貫通孔３
ａ，３ｂ内に気密に接合することで行っている。

【００２９】気密容器２は、定格ランプ入力および電極
間距離との関係で、定格ランプ入力７０〜１００Ｗに対
しては管壁負荷が３０〜４０Ｗ／ｃｍ２、定格ランプ入
力１５０〜４００Ｗに対して管壁負荷が２０〜３５Ｗ／
ｃｍ２、定格ランプ入力６６０〜１０００Ｗに対して管
壁負荷が１５〜２５Ｗ／ｃｍ２で点灯されるように構成
される。

【００３０】気密容器２内には、例えば水銀Ｈｇ、ナト
リウムＮａおよび始動用希ガスとしてネオン（Ｎｅ）と
アルゴン（Ａｒ）とのペニングガスを適量封入してい
る。

【００３１】このネオンとアルコンとの混合ガスは高圧
の始動用パルスにより点灯せしめる必要がないように放
電開始（始動）電圧を低下せしめるものであり、例えば
５００Ｗ以下の始動電圧で点灯されるように適量封入さ
れる。これにより高圧の始動用パルス発生手段（イグナ
イター）を省略することができ、部品数の削減とコスト
低減とを共に図ることができる。また、イグナイターを
省略することができるので、寿命中の気密容器２が何ら
かの原因により点灯しない場合に、イグナイターから繰
り返し出力される高圧の始動パルスにより電磁波ノイズ
を発生させ、また配線間の絶縁を破壊せしめて配線ショ
ートや溶断が発生するのを未然かつ確実に防止すること
ができる。

【００３２】そして、透光性アルミナ（Ａ１2０3）セラ
ミックス製の気密容器２は、少なくともその内表面に窒
素原子を含む保護層９を形成している。この窒素原子を
含む保護層９は、気密容器２を構成するアルミナ（Ａ１
2０3）中の酸素（０2）成分を窒素（Ｎ2）に置換した反
応構造からなる窒素原子を含む層であり、この層の深さ
は例えば０．０５μｍ以上であればよい。

【００３３】このような構成のセラミックス放電ランプ
は、透光性アルミナセラミック製の気密容器２の内表面
に室化保護層９を形成しているので、ランプ効率を上げ
るために気密容器２への投入ワットを上げて管壁負荷を
高めてランプ温度を立上げた場合においても、この窒素
原子を含む保護層９により、ナトリウム（Ｎａ）とアル
ミナ（Ａ１2０3）との反応を防止し、発光物質のナトリ
ウムの消失を防止することができる。このためランプ効
率を高めることができると共に、光束の低下を抑止し、
光束維持率を高くすることができる。

【００３４】

【実施例】

気密容器；透光性アルミナ製；全長８８mm，外径８．５
５mm，内径φ６・８５mm，肉厚０．８５mm 放電媒体；ペニングガス：ネオン（Ｎｅ）とアルゴン
（Ａｒ）との混合ガス８０ＫＰa; 水銀：気密容器の単位容積当り１．０ｍｇ／cc、ナトリ
ウム：気密容 器２の単位容積当り７．３ｍ
ｇ／cc 電極 ；電極間距離６２ｍｍ 保護層 ；５０μｍ 定格ランプ入力；３６０Ｗ 管壁負荷；２５Ｗ／ｃｍ２ この実施例の効果；窒素原子を含む保護層９を形成しな
い従来のランプでは、６０００時間点灯後の光束維持率
が５０％であるのに対し、本実施例は、６０００時間点
灯後の光束維持率は９０％となり、室化保護層を形成す
ることによる効果が確認されている。

【００３５】また、この窒素原子を含む保護層９は、気
密容器２を構成するアルミナ（Ａ１2０3）の中の酸素
（０2）成分と窒素（Ｎ2）とが置換された反応構造から
なる層であるから、径方向に傾斜構造になっていて、ひ
び割れや剥離，脱落などが発生する心配がない。

【００３６】なお、上記実施例の場合、気密容器２の内
表面に窒素原子を含む保護層９を形成した場合について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えば気密容器２の外表面に窒素原子を含む保護層を形
成してもよい。この窒素原子を含む保護層は熱伝導性を
向上させる性質があるので、局部的に高温になる部分の
熱を他の温度の低い部分に効果的に逃がすようになるか
ら、局部的に昇華や溶融が発生することがなく、また熱
歪の発生がなくなり、破損を防止することができる。こ
の点から気密容器２の耐久性が向上することになる。

【００３７】図２は、本発明のセラミックス放電ランプ
の外観図である。図２は、気密容器２を、例えば硬質ガ
ラス等からなる透光性の外管２２内に収容したものであ
る。セラミックス放電ランプは、外管２２を硬質ガラス
により形成しており、その中央部に膨出部を形成し、そ
の上下部に小径なトップ部２３ａとネック部２３ｂを形
成して、いわゆるＢＴ形をなしている。ネック部２３ｂ
端部には口金２４を被着している。外管２２内は真空に
保たれている。

【００３８】外管２２内は気密容器２を収容しており、
この気密容器２は外管２２内において、サポートワイヤ
２５により支持されている。サポートワイヤ２５はステ
ンレスのような導電性ワイヤを四角の枠状に形成したも
のであり、上部が弾性片２６を介して外管２２のトップ
部２３ａ内に係止されていると共に、下部はステム２７
に封着した一方の封着線２８ａに溶接されている。

【００３９】気密容器２の上端から導出された一方の導
電体４ａは、導電線を兼用する上部導電性ホルダ２９ａ
を介して上記サポートワイヤ２５に電気的および機械的
に接続されている。気密容器２の下端から導出された他
方の導電体４ｂは絶縁体を介して他の下部ホルダー２９
ｂに機械的に支持されており、この下部ホルダー２９ｂ
はサポートワイヤ２５に機械的に取り付けられている。
したがって、気密容器２は上下端部でホルダー２９ａ，
２９ｂに支持され、これらホルダー２９ａ，２９ｂを介
してサポートワイヤ２５に支持されている。

【００４０】気密容器２の下部導電体４ｂは、リード線
３０を介してステム２７に封着した他の封着線２８ｂに
電気的に接続されている。これら封着線２８ａ，２８ｂ
は口金２４のシェル２４ａおよ外部端子２４ｂに接続さ
れている。

【００４１】気密容器２の外面には始動補助のための近
接導体３１が接近して配置され、あるいはスパイラルに
巻回されている。この近接導体３１は、例えばモリブデ
ン，タングステン・タンタル・ニオビウム，鉄，ニッケ
ル等の少なくとも１種からなる高融点金属からなり、一
端がバイメタル３３片に支持されていると共に、他端は
上部ホルダー２９ａに形成した係止部に支持されてい
る。なお、３２はゲッターである。上記ナトリウムを金
属ハロゲン化物のナトリウムに置換することによりメタ
ルハライドランプに構成することができる。

【００４２】図３は、本発明の点灯装置および照明装置
を一部省略および切断して示す概念図である。

【００４３】図３において、２１はセラミックス放電ラ
ンプであり、セラミックス放電ランプ２１は照明装置４
１の光源として用いられる。つまり、照明装置４１は照
明器具本体４２の内面に反射面４２ａを有するととも
に、下面または一側面が閉口されたハウジング構造をな
している。この照明器具本体４２の側壁にはソケット４
４が取り付けられており、このソケット４４内にはセラ
ミックス放電ランプ２１の口金２４がねじ込まれて照明
器具本体４２に取り付けられている。

【００４４】ソケット４４は、照明器具本体４２に取り
付けられ、または器具本体４２の外部に設置された水銀
灯用安定器からなる点灯手段４５を介して交流商用電源
２００Ｖ４６に接続されるようになっており 点灯手段
４５の入力電圧が２００Ｖ，出力電圧が１３０Ｖ±１０
Ｖとなる。この点灯手段４５はチョークコイルや力率改
善用のコンデンサーを有し、始動用の高圧パルスを出力
するイグナイターを有しないものである。すなわち、気
密容器１内に封入された希ガスがネオンとアルゴンとの
混合ガスであるために始動電圧が４００Ｖ程度となり、
高圧の始動パルスが不要となる。

【００４５】なお、図４中セラミックス放電ランプ２１
を図２で示すメタルハライドランプに置換してもよい。

【００４６】

【発明の効果】請求項１によれば、気密容器の内表面に
形成され深さ方向に傾斜的に窒素原子量が減少する部分
を有する窒素原子を含む保護層を具備しているので、そ
れぞれの数値範囲内の高い管壁負荷で点灯するよう構成
されているにもかかわらず、気密容器に封入されたナト
リウムと高温となる気密容器内表面とが長期的に反応す
ることが抑えられ、所期の発光特性を長期に亘って維持
し得るセラミックス放電ランプを提供することができ
る。

【００４７】請求項２によれば、上記に加えて、窒素原
子が気密容器内表面から０．０５μｍ以上の深さで存在
する十分に厚い保護層であるため確実に傾斜的に減少す
る部分を形成することができ、工業的に信頼性のより高
いセラミックス放電ランプを提供できる。

【００４８】請求項３によれば、放電媒体が、ネオンを
有するペニングガスを含んでいて、始動電圧５００Ｖ以
下で点灯可能に構成されているので、始動用パルス発生
手段を必要としない、高い光出力が長期に亘って低下し
にくいセラミックス放電ランプを提供することができ
る。

【００４９】請求項４によれば、請求項１〜３いずれか
記載の効果を有する点灯装置を提供できる。

【００５０】請求項５によれば、請求項１ないし４いず
れか記載の効果を得ることができる。 請求項６によれ
ば、請求項３記載の効果に加え、始動用高圧パルス発生
手段を有していない安価な点灯装置を提供できる。

【００５１】請求項７によれば、請求項１〜４のいずれ
か記載の効果を有する照明装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックス放電ランプの要部断面図
である。

【図２】本発明のセラミックス放電ランプの外観図であ
る。

【図３】本発明の点灯装置および照明装置を一部省略お
よび切断して示す概念図である。

【符号の説明】

１，２１ セラミックス放電ランプ ２ 気密容器 ３ａ，３ｂ 一対の電極 ９ 保護層 ２２ 外管 ４１ 照明装置 ４２ 照明器具本体 ４５ 点灯手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 一生 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 青木 貴之 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性セラミックスからなる気密容器と；
   気密容器内に離間対向して封装された一対の電極と；気
   密容器内に封入された少なくともナトリウムを含む放電
   媒体と；窒素原子を有し、気密容器の内表面に形成され
   深さ方向に傾斜的に窒素原子量が減少する部分を有する
   保護層と；を具備し、定格ランプ入力７０〜１００Ｗに
   対して管壁負荷が３０〜４０Ｗ／ｃｍ２、定格ランプ入
   力１５０〜４００Ｗに対して管壁負荷が２０〜３５Ｗ／
   ｃｍ２、定格ランプ入力６６０〜１０００Ｗに対して管
   壁負荷が１５〜２５Ｗ／ｃｍ２で点灯されるように構成
   されていることを特徴とするセラミックス放電ランプ。
2. 【請求項２】窒素原子は、気密容器内表面から０．０５
   μｍ以上の深さで存在することを特徴とする請求項１記
   載のセラミックス放電ランプ。
3. 【請求項３】放電媒体は、ネオンを有するペニングガス
   を含んでいて、始動電圧５００Ｖ以下で点灯可能に構成
   されていることを特徴とする請求項１または２記載のセ
   ラミックス放電ランプ。
4. 【請求項４】気密容器を収容する外管を具備しているこ
   とを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のセラミック
   ス放電ランプ。
5. 【請求項５】請求項１ないし４いずれか記載のセラミッ
   クス放電ランプと；この放電ランプを安定に点灯する点
   灯手段と；を具備していることを特徴とする点灯装置。
6. 【請求項６】請求項３記載のセラミックス放電ランプ
   と；この放電ランプを安定に点灯する水銀灯用安定器
   と；を具備し、始動用高圧パルス発生手段を有していな
   いことを特徴とする点灯装置。
7. 【請求項７】請求項１〜４のいずれか記載のセラミック
   ス放電ランプと；この放電ランプを収容する照明器具
   と；を具備していることを特徴とする照明装置。