JPH11135070A

JPH11135070A - セラミック製放電ランプ

Info

Publication number: JPH11135070A
Application number: JP29888297A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Ikeuchi; 満池内; Kazuyuki Mori; 和之森; Akishi Miyanaga; 晶司宮永; Masaki Yoshioka; 正樹吉岡; Toyohiko Kumada; 豊彦熊田
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-21
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: JP3745519B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発光管部と封止管部とを有する透光性セラミ
ックスよりなるバルブを具え、発光管部と気密封止領域
との間の温度緩衝領域における封止管部と電極構造体と
の間の間隙の温度が高く維持されて封入物の凝縮の発生
が抑制され、高い発光効率が得られるセラミック製放電
ランプを提供すること。【解決手段】セラミック製放電ランプは、透光性セラ
ミックスよりなり、発光管部と封止管部とを有するバル
ブを具え、封止管部内に電極を先端に有する電極構造体
が挿通された状態で当該封止管部の外端側部分と電極構
造体との間に封止用フリットガラスが充填されて気密封
止構造が形成されており、封止管部における気密封止領
域と発光管部との間の温度緩衝領域において、その全容
積に対して金属部分が占める体積の割合が２．６％以下
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
スよりなるバルブを有するセラミック製放電ランプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、例えば液晶表示装置のバックライ
ト用光源や紫外線処理装置の光源として、高圧または低
圧水銀放電ランプやメタルハライドランプなどの放電ラ
ンプが使用されている。このような放電ランプでは、バ
ルブの発光管部内に一対の電極が互いに対向するよう配
置されると共に、水銀と希ガス、並びに必要に応じて各
種の金属のハロゲン化物よりなる発光物質が封入されて
いる。放電ランプのバルブは、通常、石英ガラスにより
形成され、球形または楕円球形の発光管部と、その両端
に一体に連設された封止管部とを具えてなり、先端に電
極を有する電極構造体がこの封止管部において封着され
て気密封止構造が形成され、発光管部内に気密に伸びる
電流供給部が構成されている。

【０００３】一方、透光性材料としては、例えばアルミ
ナ、イットリア、イットリウム−アルミニウム−ガーネ
ット（いわゆる「ＹＡＧ」）、ジルコニアなどの透光性
セラミックスが知られており、これらは石英ガラスより
も強度が大きくて耐熱温度も高い利点を有している。こ
のため、最近においては、バルブを透光性セラミック
ス、特に透光性アルミナで形成したセラミック製放電ラ
ンプが注目されている。このようなセラミック製放電ラ
ンプのバルブも、球形や楕円球形あるいは円筒状の形状
を有する発光管部を具えたものである。

【０００４】このようなセラミック製放電ランプにおい
ては、バルブの材質が透光性セラミックスであるため
に、封止管部に気密封止構造を形成する工程において、
当該封止管部を溶融変形加工することができず、このた
め、封止管部とこれに挿通された電極構造体との間の間
隙に封止用フリットガラスを充填することにより、気密
封止構造が形成されている。しかしながら、フリットガ
ラスはその耐熱温度が約８４０℃と十分に高いものでは
ないため、当該放電ランプの点灯時に過熱状態となるこ
とを避けなければならない。このような要請から、セラ
ミック製放電ランプの封止管部においては、点灯時にき
わめて高い温度となる発光管部の中央部と、気密封止領
域との間を離隔させるために、発光管部に続いて適宜の
長さの温度緩衝領域を設ける構成とされている。

【０００５】然るに、このような温度緩衝領域は、十分
な温度緩衝機能を得るためには相当の長さとされること
が必要であり、その結果、封止管部と電極構造体の間に
は狭くて長い間隙が形成されることとなる。然るに、そ
のような構成では、当該間隙において当該放電ランプの
封入物の凝縮が生ずることがある。これは、放電ランプ
の封入物の蒸気圧は、一般に封入物のガスが接触する部
分のうちで温度が最低となる最冷点の温度によって決定
されるところ、セラミック製放電ランプでは、長い温度
緩衝領域が設けられる結果、最冷点が上記の間隙の個所
に生ずるからである。

【０００６】特にメタルハライドランプにおいては、演
色性を向上させるために希土類系金属のハロゲン化物が
封入されることがあるが、希土類系金属のハロゲン化物
は他の金属ハロゲン化物に比して蒸気圧が低く、そのた
めに封止管部内で凝縮が生ずると発光管部内において発
光に必要な高さにまで有効蒸気圧が到達せず、その結
果、ランプの発光効率が低くて十分な演色性を得ること
ができない、という問題がある。

【０００７】以上のような問題点を考慮して、従来、電
極構造体の温度緩衝領域に位置する部分に金属コイルを
巻き付けることにより、封止管部と電極構造体との間の
間隙を小さくし、これにより封入物の凝縮を防止するよ
うにしたセラミック製放電ランプが提案されている。し
かしながら、金属コイルは熱伝導率が高いために、コイ
ルの大きさによっては電極部で発生した熱を封止管部に
伝えてしまうために当該熱が封止管部の表面から大気中
に放散される現象が生じ、その結果、当該間隙の温度を
高温に維持することができず、結局、ランプの発光効率
を改善することを十分確実に達成することができない場
合があることが判明した。すなわち、セラミック製放電
ランプにおいては、封止管部の温度緩衝領域における熱
伝導の程度とランプの発光効率との間に重大な関連があ
ることが判明した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発
光管部と封止管部とを有する透光性セラミックスよりな
るバルブを具え、その封止管部において、発光管部に続
く温度緩衝領域の外端側に封止用フリットガラスによる
気密封止構造が形成されたセラミック製放電ランプにお
いて、当該温度緩衝領域における封止管部と電極構造体
との間の間隙の温度を高く維持することができて封入物
の凝縮の発生を有効に抑制することができ、その結果、
高い発光効率が得られるセラミック製放電ランプを提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック製放
電ランプは、透光性セラミックスよりなり、発光管部と
この発光管部に一体に連設された直管状の封止管部とを
有するバルブを具え、発光管部内に一対の電極が互いに
対向するよう配置され、封止管部内に前記電極を先端に
有する電極構造体が挿通された状態で当該封止管部の外
端側部分と電極構造体との間に封止用フリットガラスが
充填されて気密封止構造が形成されたセラミック製放電
ランプにおいて、前記封止管部における前記気密封止構
造が形成された気密封止領域と発光管部との間の温度緩
衝領域において、その全容積に対して金属部分が占める
体積の割合が２．６％以下であることを特徴とする。以
上において、温度緩衝領域に属する封止管部の外径は
１．６〜３．２ｍｍとされ、長さは４．０〜１２ｍｍと
される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミック製放電
ランプについて詳細に説明する。図１は、交流で点灯さ
れるメタルハライドランプとして構成されたセラミック
製放電ランプの一例の構成を示す説明用断面図、図２
は、その温度緩衝領域を含む部分の構成を示す拡大断面
図である。このセラミック製放電ランプにおいて、バル
ブ１０は、放電空間Ｓを囲繞する大略球状の発光管部１
１と、この発光管部１１の両端から外方に伸びるよう連
設された直管状の封止管部１２とを有してなり、透光性
セラミックスにより形成されている。

【００１１】ここに、バルブ１０を構成するセラミック
スとしては、透光性アルミナ多結晶体、透光性イットリ
ウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体、透光性イッ
トリア多結晶体を用いることができるが、これらのう
ち、アルミナ多結晶体が特に好ましい。また、バルブ１
０は、通常、発光管部１１の最大外径が４．０〜１５ｍ
ｍ、容積は２５〜１５００ｍｍ³、封止管部１２の外径
は１．６〜３．２ｍｍ、内径は０．５〜１．０ｍｍ、長
さは４．０〜１２ｍｍとされる。

【００１２】バルブ１０には、一対の電極２１が発光管
部１１内において互いに対向するよう配置されている。
図示の例の電極２１は電極棒２２の先端部に金属コイル
が巻き付けられて形成されており、電極棒２２の基端に
は、これと同方向に伸びる棒状の中間リード２３を介し
て、同方向に伸びる外部リード線２４が例えば溶接によ
り一体に連結されて電気的に接続された状態とされてい
る。ここに、電極棒２２および金属コイルの材質として
は例えばタングステンなどが、中間リード２３の材質と
しては例えばニオブなどが、また外部リード線２４の材
質としては例えば白金などが用いられる。

【００１３】そして、これらの電極棒２２、中間リード
２３および外部リード線２４と、後述するスリーブ２６
とにより構成される電極構造体がバルブ１０の封止管部
１２に挿通されている。具体的には、電極２１が発光管
部１１内に位置すると共に外部リード線２４の先端が外
部に位置され、また電極棒２２の基端側部分および中間
リード２３が封止管部１２内に位置された状態とされて
いる。

【００１４】また、図２に示すように、封止管部１２の
発光管部１１に接近する内方部分には、セラミックスよ
りなるスリーブ２６が、電極棒２２が挿通された状態で
配置されている。このスリーブ２６を構成する材料とし
ては、アルミナ多結晶体、シリカガラスなどを用いるこ
とができるが、バルブ１０の材料と同一であることが好
ましい。またスリーブ２６の長さは、封止管部１２の長
さにもよるが、例えば４〜６ｍｍである。このスリーブ
２６の長さは、必ずしも温度緩衝領域Ｒの長さを規定す
るものではない。

【００１５】スリーブ２６は、その外径が封止管部１２
の内径と適合すると共にその内径が電極棒２２の外径と
適合する形状を有することが望ましい。特にスリーブ２
６の外径と封止管部１２の内径との差は小さいことが好
ましく、具体的には０．１２ｍｍ以下であることが望ま
しい。これにより、両者間の間隙が狭隘となってこれに
進入して凝縮する封入物の量を少なく抑えることが可能
となり、その結果、発光管部１１内において、発光物質
の蒸気圧を、常に所期の演色性が実現される上で必要な
高さに維持することができる。

【００１６】更に、封止管部１２におけるスリーブ２６
よりも外方に位置する外端側部分には気密封止構造が形
成されている。具体的には、封止用フリットガラス３０
が封止管部１２の外端側部分内に注入されて、スリーブ
２６の外端（図２で右端）から突出する電極棒２２の基
端部および中間リード２３と封止管部１２の内壁面との
間の間隙に充填されると共に、封止管部１２の外端部上
にフリットガラスのビード部３１が外方に突出するよう
形成され、このビード部３１内に、中間リード２３と外
部リード線２４との接続部を含む部分が埋没された状態
で固定され、外部リード線２４の先端部はこのフリット
ガラスのビード部３１から外部に突出した状態とされて
いる。ここに、封止用フリットガラス３０としては、例
えばアルミナ−シリカ−希土類酸化物系のものまたはア
ルミナ−カルシア系のものを好ましく用いることができ
る。

【００１７】このセラミック製放電ランプにおいては、
封止管部１２の温度緩衝領域Ｒにおける全容積、すなわ
ち、封止管部１２の当該温度緩衝領域Ｒに属する部分の
外表面で囲まれた円柱状部分の容積Ｖに対する、当該温
度緩衝領域Ｒにおける金属部分が占める体積Ｍの割合
（以下「温度緩衝領域の金属比率」ともいう。）Ｍ／Ｖ
が２．６％以下とされている。ここに、温度緩衝領域Ｒ
は、封止管部１２と発光管部１１との境界Ａから、気密
封止構造が形成された気密封止領域の内方境界Ｂまでの
領域をいう。また、温度緩衝領域Ｒにおける全容積Ｖに
は、スリーブ２６と電極棒２２および封止管部１２との
間の間隙の容積が含まれる。なお、上述の例では、温度
緩衝領域Ｒにおける金属部分は電極棒２２による部分の
みである。また、バルブ内の封入物における金属成分
は、ランプの動作中に蒸発するので、温度緩衝領域Ｒに
おける金属部分として考慮されない。

【００１８】一方、温度緩衝領域Ｒの金属比率Ｍ／Ｖの
下限は、実用上必要とされる機械的強度を確保する観点
から、１．２％とされる。すなわち、温度緩衝領域の金
属比率が１．２％未満の場合には、電極構造体を構成す
る電極棒２２の外径が小さくなるために十分な電極支持
力が得られず、電極構造体の構成部分の変形が生ずるた
め、電極位置および電極間距離の精度が低くなり、良好
な性能のセラミック製放電ランプを得ることができな
い。

【００１９】本発明において、温度緩衝領域Ｒの長さは
４．０〜１２ｍｍであることが好ましい。温度緩衝領域
Ｒの長さが過大の場合には、ランプの全長が徒に大きく
なるため、小型で高い発光効率が得られるセラミック製
放電ランプの利点が減殺されるようになり、一方、温度
緩衝領域Ｒの長さが過小の場合には、点灯時に所要の温
度緩衝作用が確実に発揮されない結果、気密封止領域の
フリットガラス３０が過熱された状態となって気密封止
構造が損なわれるおそれがある。

【００２０】図２の例では、スリーブ２６の内端位置
が、封止管部１２と発光管部１１との境界Ａの位置と一
致した状態となっているが、当該スリーブ２６の内端位
置は当該境界Ａよりも外端部側（図で右方）であっても
よい。しかし、スリーブ２６の内端位置が境界Ａよりも
内方（図で左方）の場合には、ランプの点灯時に当該ス
リーブ２６の内端部分が過熱状態となるために、当該温
度緩衝領域Ｒの機能が十分に発揮されないおそれがあ
る。

【００２１】バルブ１０の発光管部１１内には、通常の
放電ランプの場合と同様に、例えば水銀とバッファーガ
スとしての希ガス、並びに必要に応じて例えば特定の金
属ハロゲン化物が発光物質として封入されるが、これら
は、従来公知のものを適宜の量で使用される。

【００２２】本発明のセラミック製放電ランプが点灯さ
れると、電極２１において発生する熱は、電極構造体を
構成する電極棒２２、中間リード２３およびバルブ１０
の封止管部１２の壁を介して気密封止領域に伝達される
が、封止管部１２には、発光管部１１に続いて温度緩衝
領域Ｒが設けられており、この温度緩衝領域Ｒで十分な
温度低下が達成されるために、気密封止領域で気密封止
構造を構成するフリットガラス３０が過熱状態となるこ
とが有効に回避され、当該封止構造が損なわれることが
ない。

【００２３】しかも温度緩衝領域Ｒにおいては、電極棒
２２と封止管部１２との間の円筒状空間にスリーブ２６
が配置されているので間隙の容積が小さくなっている
上、本発明では、この温度緩衝領域Ｒの金属比率Ｍ／Ｖ
が２．６％以下であるので、熱伝導率が相当に低い状態
である。従って、当該温度緩衝領域Ｒにおける封止管部
１２を介して熱が大気中に放散される程度が少なく、当
該温度緩衝領域Ｒにおける間隙では比較的高い温度状態
が維持されるために、封入物の凝縮が生ずることが防止
され、その結果、発光管部１１に包囲された放電空間Ｓ
では、封入物の蒸気圧が有効な動作に必要な程度に維持
され、従って常に高い発光効率を得ることができる。

【００２４】以上、本発明の実施の一形態について説明
したが、放電ランプの具体的構成については種々の変更
を加えることが可能である。図３は、セラミック製放電
ランプの他の例の温度緩衝領域を含む部分の構成を示す
拡大断面図であり、この例では、温度緩衝領域Ｒに属す
る電極棒２２の外周に、スリーブ２６の代わりに金属コ
イル４０が巻き付けられており、その他の点は図１の例
と同様である。このような構成の温度緩衝領域Ｒにおい
ても、その全容積Ｖに対する、当該温度緩衝領域Ｒに属
する電極棒２２および金属コイル４０による全金属部分
が占める体積Ｍの割合が２．６％以下とされている。

【００２５】また、例えば図１の例ではスリーブに電極
棒が挿通されることによって温度緩衝領域Ｒでの電気的
導通状態が実現されているが、例えばアルミナ−タング
ステンサーメットのような金属粒子が分散された状態で
含有される焼結体を用いることによって電気的導通状態
を確保することもできる。この場合には、温度緩衝領域
Ｒにおける金属部分が占める体積Ｍの一部として当該焼
結体中の金属粒子による体積が考慮されなければなら
ず、その結果として、当該温度緩衝領域Ｒの金属比率が
２．６％以下とされることが必要である。ただし、発光
管部１１内の封入物における金属成分を考慮する必要は
ない。

【００２６】本発明において、放電ランプの具体的構造
は図示のものに限られず、種々の構成とすることができ
る。例えば、電極構造体において、中間リード２３が除
去されて電極棒２２と外部リード線２４が直接接続さ
れ、当該外部リード線２４の内方部分の外周にニオブの
スリーブが配置された構成とすることができる。バルブ
の構成も両端封止型のものにに限られず、一端封止型と
することも可能である。放電ランプとしても、交流点灯
型でなくて直流点灯型とすることもできる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２８】下記の条件により、図１に示す構成に従っ
て、ランプの全長が３６ｍｍ、電極間距離が６ｍｍ、定
格電力が７５Ｗの交流点灯型メタルハライドランプを作
製した。バルブ（１０）は、透光性多結晶アルミナより
なるセラミックスよりなり、発光管部（１１）の最大外
径が８．７ｍｍ、内容積が０．３ｍｍ³であり、封止管
部（１２）の外径が２．５ｍｍ、内径が０．８ｍｍであ
る。電極構造体の電極棒（２２）は外径が０．３ｍｍの
タングステン線、中間リード（２３）は外径が０．４ｍ
ｍのニオブ線、外部リード線（２４）は外径が０．４ｍ
ｍの２０％のイリジウムを含有する白金合金線である。
スリーブ（２６）は、多結晶アルミナよりなり、外径が
０．７５ｍｍ、長さが５ｍｍである。従って、スリーブ
（２６）の外径と封止管部（１２）の内径の差は０．０
５ｍｍである。また、発光管部（１１）には、水銀７ｍ
ｇと、発光物質としてディスプロシウムとタリウムとナ
トリウムの複合沃化物（ＤｙＩ₃−ＴｌＩ−ＮａＩ）５
ｍｇとが封入され、更にバッファーガスとしてアルゴン
ガスが１３ｋＰａの圧力で封入された。

【００２９】この実施例に係るセラミック製放電ランプ
において、温度緩衝領域Ｒの長さはスリーブ（２６）の
長さと同じ５ｍｍであり、温度緩衝領域Ｒにおける全容
積Ｖに対する金属部分が占める体積Ｍの割合（Ｍ／Ｖ）
は１．４％であった。このセラミック製放電ランプを定
格条件で点灯させたところ、その発光効率は１０６ルー
メン／Ｗであった。

【００３０】電極構造体を構成する電極棒（２２）とし
て外径の異なるものを用い、スリーブ（２６）として適
合するものを用いることにより、温度緩衝領域Ｒの金属
比率（Ｍ／Ｖ）を変化させたセラミック製放電ランプ
を、上記と同様にして作製し、点灯テストを行って、そ
の発光効率（ルーメン／Ｗ）を調べた。結果を、上記の
場合と共に表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１の結果から理解されるように、温度緩
衝領域の金属比率が２．６％以下のランプ１または２に
よれば、１００ルーメン／Ｗ以上とこのタイプの放電ラ
ンプとしては十分に高い発光効率が実現される。一方、
ランプ３または４によれば、従来のセラミック製放電ラ
ンプと同様の発光効率が得られるに過ぎず、特に発光効
率が改善されたものとはいえない。

【００３３】

【発明の効果】以上のように，本発明によれば、発光管
部と封止管部とを有する透光性セラミックスよりなるバ
ルブを具え、その封止管部において、発光管部に続く温
度緩衝領域の外端側に封止用フリットガラスによる気密
封止構造が形成されたセラミック製放電ランプにおい
て、当該温度緩衝領域における封止管部と電極構造体と
の間の間隙の温度を高く維持することができて封入物の
凝縮の発生を有効に抑制することができ、その結果、高
い発光効率が得られるセラミック製放電ランプを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミック製放電ランプの一例における構成を
示す説明用断面図である。

【図２】図１のセラミック製放電ランプにおける温度緩
衝領域を含む部分の構成を示す拡大断面図である。

【図３】セラミック製放電ランプの他の一例における温
度緩衝領域を含む部分の構成を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１０バルブＳ放電空間１１発光管部１２封止管部２１電極２２電極棒２３中間リード２４外部リード線２６スリーブ３０フリットガラス３１フリットガラスのビード部Ｒ温度緩衝領域Ａ，Ｂ境界４０金属コイル

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】下記の条件により、図１に示す構成に従
って、ランプの全長が３６ｍｍ、電極間距離が６ｍｍ、
定格電力が７５Ｗの交流点灯型メタルハライドランプを
作製した。バルブ（１０）は、透光性多結晶アルミナよ
りなるセラミックスよりなり、発光管部（１１）の最大
外径が８．７ｍｍ、内容積が０．３ｍｍ³であり、封止
管部（１２）の外径が２．５ｍｍ、内径が０．８ｍｍで
ある。電極構造体の電極棒（２２）は外径が０．３ｍｍ
のタングステン線、中間リード（２３）は外径が０．４
ｍｍのニオブ線、外部リード線（２４）は外径が０．４
ｍｍの白金合金線である。スリーブ（２６）は、多結晶
アルミナよりなり、外径が０．７５ｍｍ、長さが５ｍｍ
である。従って、スリーブ（２６）の外径と封止管部
（１２）の内径の差は０．０５ｍｍである。また、発光
管部（１１）には、水銀７ｍｇと、発光物質としてディ
スプロシウムとタリウムとナトリウムの複合沃化物（Ｄ
ｙＩ₃−ＴｌＩ−ＮａＩ）５ｍｇとが封入され、更にバ
ッファーガスとしてアルゴンガスが１３ｋＰａの圧力で
封入された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮永晶司兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者吉岡正樹兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者熊田豊彦兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性セラミックスよりなり、発光管部
とこの発光管部に一体に連設された直管状の封止管部と
を有するバルブを具え、発光管部内に一対の電極が互い
に対向するよう配置され、封止管部内に前記電極を先端
に有する電極構造体が挿通された状態で当該封止管部の
外端側部分と電極構造体との間に封止用フリットガラス
が充填されて気密封止構造が形成されたセラミック製放
電ランプにおいて、前記封止管部における前記気密封止構造が形成された気
密封止領域と発光管部との間の温度緩衝領域において、
その全容積に対して金属部分が占める体積の割合が２．
６％以下であることを特徴とするセラミック製放電ラン
プ。
【請求項２】温度緩衝領域に属する封止管部の外径が
１．６〜３．２ｍｍであり、長さが４．０〜１２ｍｍで
ある請求項１に記載のセラミック製放電ランプ。