JPH1055778A - 金属蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、放電灯の点灯時間と共に電流導入体
が、発光管内へ封入された金属ハロゲン化物液相と反応
し腐食していき、終局的な破壊が発生するまでの時間を
延長することにより、寿命特性が良好な金属蒸気放電灯
を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明は、セラミック管の少なくとも一端
をセラミック製プラグで閉塞し、該プラグにモリブデン
金属の電流導入体を気密に貫通してセラミック管内に延
在させ、両端のタングステン製電極心棒に接続し、内部
に少なくとも金属ハロゲン化物を封入してなり、前記少
なくとも一方のタングステン製電極心棒端と該セラミッ
ク製プラグ内面との距離（ｌ）が１ｍｍ以上離れている
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属蒸気放電灯に関
し、セラミック製の発光管を用いた放電灯の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】透光性セラミック管とその両端をセラミ
ック製プラグにより閉塞し、管内部の電極と外部リード
とを電流導入体で接続した高圧ナトリウムランプは多用
されている。このランプではニオビウムの金属管が電流
導入体となることが多い。一方、前記セラミック管に金
属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプが開発
されており、発光管内への封入物は金属ハロゲン化物で
あるため、電流導入体として耐ハロゲン性を有する金属
であるモリブデンやタングステンが用いられる。また、
セラミック管やプラグとして用いられる材料はアルミナ
と少量のイットリウム酸化物とマグネシウム酸化物をド
ープした、透光性アルミナである。

【０００３】この場合、プラグと電流導入体の熱膨張係
数の相違により、電流導入体とセラミック製プラグとの
気密性が発光管の点滅時のヒートサイクルによって損な
われることが多い。このため、特開平５−１９８２８５
号公報ではプラグとして透光性アルミナ管と電流導入体
を構成している金属材料であるモリブデンとの中間の熱
膨張係数を有するタングステン−アルミナ−サーメット
を用いている。この場合、仮焼成したプラグに電流導入
体を貫通し、仮焼成した透光性アルミナ管の端部にプラ
グと電流導入体とを備え付けて本焼成する。そして、セ
ラミックの焼成時の収縮によりプラグと電流導入体の気
密性が確保される。

【０００４】発光管両端部の電流導入体のうち一端を薄
肉のモリブデン製金属パイプとすることにより、透光性
セラミック管の両端をプラグで、ガラスなどの封着材を
用いることなく、同時焼成によって閉塞することができ
る。そして、発光管内へのハロゲン化物の投入がパイプ
を通して可能となる。ここで、電流導入体に薄肉のモリ
ブデン金属パイプを用いるのは、発光管焼成後のプラグ
のクラック発生と発光管の点滅による熱応力によって電
流導入体のパイプとプラグ界面との気密性が損なわれる
のを防止するためである。

【０００５】また、上述の理由から電流導入体として直
径の小さな、例えば５００μｍ以下のモリブデン金属の
ロッドを用いることもできる。特開平６−２２３７８５
号公報において、プラグと電流導入体であるロッドとの
気密性の確保がガラス封止材を用いる点で異なるが、２
５０μｍ以下の金属線を２本以上用いて電流導入体全体
の給電電流容量を上げることが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、比較的直径
の小さな５００μｍ以下の電流導入体としてモリブデン
金属ロッドをセラミック製プラグに気密に貫通してタン
グステン電極に接続してなる発光管では、該発光管を電
極軸方向を重力方向にして点灯した場合（以下、垂直点
灯という）封入した金属ハロゲン化物溶液が前記発光管
下側のプラグ内面に重力によって位置し、モリブデン金
属ロッドと金属ハロゲン化物溶液とが発光管の点灯時間
が進むにつれて化学的に反応し、直径の小さなモリブデ
ン金属ロッドがさらに細くなっていく。径が減少する部
位は下側プラグ内面位置か内面位置から１ｍｍほどプラ
グ内部方向にかけてであることが多い。

【０００７】電流導入体が腐食されて局所的に径が減少
し抵抗値が大きくなると、発光管の点灯時の電流による
ジュール熱により加熱され、該モリブデン金属ロッドが
再結晶化して脆くなり、終局的には接続された電極が倒
れるといった現象が発生する。また、前記腐食箇所に加
えて、それよりも発光管内側方向のハロゲン化物溶液に
浸漬していない電極心棒と電流導入体の溶接箇所の腐食
も確認されている。

【０００８】本発明は前記に艦がみてなされたもので、
放電灯の点灯時間と共に電流導入体が、発光管内へ封入
された金属ハロゲン化物液相と反応し腐食していき、終
局的な破壊が発生するまでの時間を延長することによ
り、寿命特性が良好な金属蒸気放電灯を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明はセラミック管の少なくとも一端をセラミッ
ク製プラグで閉塞し、該プラグにモリブデン金属の電流
導入体を気密に貫通してセラミック管内に延在させ、両
端のタングステン製電極心棒に接続し、内部に少なくと
も金属ハロゲン化物を封入してなり、前記少なくとも一
方のタングステン製電極心棒端と該セラミック製プラグ
内面との距離（ｌ）が１ｍｍ以上離れていることを特徴
とする。

【００１０】

【作用】発光管内に延在している電流導入体であるモリ
ブデンロッドが発光管を垂直点灯した場合、下側キャッ
プ内面上の位置で滞留している金属ハロゲン化物液相と
反応する速さは該モリブデンロッドに接続されたタング
ステン電極心棒端がキャップ内面上に位置し金属ハロゲ
ン化物液相に浸かり、同様に金属ハロゲン化物に浸かっ
ている電流導入体であるモリブデンロッドと電池を形成
しタングステンよりもモリブデンのほうが金属ハロゲン
化物液相中に解け出し易いため加速される。このような
機構により電流導入体であるモリブデンが腐食され易く
なりひいては電極の倒れといった終局的現象を引き起こ
す。

【００１１】本発明のように構成することにより、電流
導入体であるモリブデンロッドと、タングステン電極心
棒と、点灯時発光管内に滞留している金属ハロゲン化物
液相とで形成される電池は形成されなくなり、モリブデ
ンロッド電流導入体の腐食する速さが遅くなる。又、モ
リブデンの電流導入体とタングステン電極心棒の隙間に
毛管現象によりハロゲン化物溶液が浸透して、溶接箇所
まで到達し、溶接箇所の腐食を招くことがなくなり、溶
接箇所を保護することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づき説明
する。図１は、本発明の一実施例にかかる金属蒸気放電
灯の発光管の概略構成図である。発光管は両端を開口し
た透光性アルミナ管１と、前記透光性アルミナ管１の開
口部を閉塞するためのプラグ２、３と、管内のタングス
テン電極５に接続するためにプラグ２、３の中央部に貫
通して、気密に封止された電流導入体としてのモリブデ
ンロッド６からなる。製造に際し、電流導入体６は直径
３００μｍの再結晶抑制剤としてのランタンの酸化物が
ドープされたワイヤーであり、タングステン製の電極心
棒５ａの側面にレーザービーム等を用いて溶接されてい
る。この際の溶接点が７である。この電極心棒の側面に
溶接する理由は、電極心棒の直径に比べて電流導入体の
直径が小さく、電極心棒の底面に溶接することが煩雑で
あるということと、側面に溶接した方が電極心棒がプラ
グ内面に対して垂直を維持しやすいからである。

【００１３】また、電極心棒側面上の溶接箇所７を選ぶ
ときには十分な注意が必要である。なぜならば、モリブ
デンロッドのスポット状に溶融した部分と溶融していな
い部分の境界付近は材料の性質が変化しているところで
あり、腐食物質に対して反応しやすい部位である。この
ため、この部位が図２に示すような従来の発光管下側の
滞留したハロゲン化物液相中に位置してしまうような溶
接箇所では５００時間以内の点灯時間で腐食してしま
う。図２中、１０は電極心棒であり、図１と同一部材は
同一番号を付し、その説明を省略する。

【００１４】さらに、モリブデンロッド６とタングステ
ン電極心棒５ａの隙間に毛細管現象によりハロゲン化物
溶液が浸透して、溶接箇所まで到達し、溶接箇所の腐食
を招く。もし仮に、電極心棒５ａがプラグ２の内面に接
触していると上記毛細管現象で供給されるハライド溶液
量は多く、溶接箇所７まで到達してしまう。

【００１５】次に、前記のように組立られた電流導入体
６は予備焼成されたアルミナタングステンサーメット製
のプラグ２に貫通される。そして、予備焼成された透光
性アルミナ管１の片側開口部に位置させて本焼成し、透
光性アルミナ管１とプラグ２、プラグ２と電流導入体６
とはそれぞれ固着され気密封止される。また、透光性ア
ルミナ管１を閉塞するもう一方のプラグ３も上記と同様
に電極心棒５ａと電流導入体６とを接続し、電流導入体
６を予備焼成したタングステンアルミナサーメット製プ
ラグに貫通させた後に本焼成し、プラグ３と電流導入体
６は気密に固着される。

【００１６】さらに、電流導入体６と電極５が設けられ
たプラグ３は透光性アルミナ管１に適量の水銀と金属ハ
ロゲン化物とを封入し所定の圧力のアルゴン雰囲気中で
ガラス封着材４を溶融して封着される。なお、透光性ア
ルミナ管の一端のガラス封着材４を用いて封着されるプ
ラグ３に設けられた電極心棒とプラグを貫通しているモ
リブデンロッドの溶接位置と電極心棒端とプラグ内面位
置は必ずしも本発明に従う必要はない。上記発光管を垂
直点灯する場合、透光性アルミナ管１と同時に焼結され
たプラグ側を地側とするべきであり、ガラス４で封着し
たプラグ側を地側にして発光管を点灯すると、封入した
金属ハロゲン化物は点灯時間とともにガラス４内に浸入
していき発光に寄与しなくなり、発光色の著しい変化を
引き起こすからである。ここで、図中９はプラグ２，３
に形成したアルミナ絶縁層を示す。

【００１７】次に、実験例について説明する。本実施例
に係わる発光管と従来の電極心棒端がプラグ内面から約
０．３ｍｍ上方に位置した発光管を試作した。０．３ｍ
ｍプラグ内面から離れている理由は、プラグの仮焼成後
電極心棒端をプラグ内面に接触させるようにモリブデン
ロッドを貫通させて本焼成した場合、プラグは焼き縮じ
むのに対してモリブデンロッドとタングステン電極心棒
は縮じまないからである。逆に本実施例のように電極心
棒端とプラグ内面の距離（ｌ）を１ｍｍ以上離したい場
合、プラブ仮焼成後の電流導入体のセッティングは電極
心棒端とプラグ内面距離は０．７ｍｍ以上離すようにす
る。

【００１８】なお、該タングステン電極心棒端とプラグ
下側内面の距離の上限値は一概には規定できない。なぜ
ならば、第一に、プラグ内面と電極先端の距離により、
あるいは、発光管の内表面積、電極間距離等でキャップ
内面温度がきまりそれにより発光管シール部の気密の信
頼性や発光特性が左右されてしまうので電極心棒長の適
正な長さは決められないからである。本発明の実施例で
はキャップ内面と電極先端の距離は８ｍｍが適正であ
り、電極心棒の全長は６．７ｍｍとした。

【００１９】上述のような発光管で、他の仕様として両
電極間のアーク長５ｍｍ、最大内径１０ｍｍのほぼ直管
状の発光管にヨウ化ディスプロシウムを１．０ｍｇ、ヨ
ウ化タリウムを０．４ｍｇ、ヨウ化インジウムを０．２
ｍｇ、ヨウ化リチウムを０．３ｍｇ、水銀２０ｍｍｇ、
始動ガスとしてアルゴン０．４５Ｐａ封入した。完成し
た発光管は内径４０ｍｍのガラス製の外管に封入し外管
内は真空に排気した。このランプを１５０ｗ入力で点滅
テストをおこなった。点滅サイクルは２時間３０分点
灯、３０分消灯である。なお点灯方向は垂直点灯であ
る。

【００２０】点滅テストの結果、従来タイプの発光管は
１５００時間ほどで発光管本体のクラックや破裂が発生
した。この原因は下側プラグ内面に出た電流導入体のモ
リブデンロッドが腐食により細くなり電極心棒が倒れる
からである。又、タングステン製の電極心棒端には発光
管材料と封入ハロゲン化物が反応してでき、液状のハラ
イド溶融物に溶けて析出した物質が確認できた。これ
は、モリブデン電流導入体とタングステン心棒及びそれ
らが浸かる金属ハロゲン化物溶液とで電池を形成し、モ
リブデンが溶出したことを示す。

【００２１】一方、本発明の発光管は約６５００時間点
灯後上記のごとき電極が倒れる現象が発生した。しか
し、本発明発光管の下部電極心棒端には析出物はなく、
細くなったモリブデンロッド表面からは元素分析の結
果、封入した金属ハロゲン化物の金属元素が検出され
た。これは、本発明発光管の電流導入体の腐食はモリブ
デンと金属ハロゲン化物溶液との直接的な反応と考えら
れる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係わる金属蒸気
放電灯は、ランプ点灯時の滞留した金属ハロゲン化物溶
液と電流導入体との速やかな反応を防止し、発光管の寿
命特性を延ばすことができる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる金属蒸気放電灯の発光管を示す
要部断面図である。

【図２】従来の発光管を示す要部破談断面図である。

【符号の説明】

１ 透光性アルミナ管 ２ プラグ ３ プラグ ４ ガラス封着材 ５ タングステン電極 ６ 電流導入体（モリブデンロッド） ７ 溶接点 ８ アルミナ絶縁層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック管の少なくとも一端をセラミッ
   ク製プラグで閉塞し、該プラグにモリブデン金属の電流
   導入体を気密に貫通してセラミック管内に延在させ、両
   端のタングステン製電極心棒に接続し、内部に少なくと
   も金属ハロゲン化物を封入してなる発光管において、前
   記少なくとも一方のタングステン製電極心棒端と該セラ
   ミック製プラグ内面との距離（ｌ）が１ｍｍ以上離れて
   いることを特徴とする金属蒸気放電灯。