WO2016013127A1 - 発光管および放電灯 - Google Patents

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WO2016013127A1
WO2016013127A1 PCT/JP2014/069870 JP2014069870W WO2016013127A1 WO 2016013127 A1 WO2016013127 A1 WO 2016013127A1 JP 2014069870 W JP2014069870 W JP 2014069870W WO 2016013127 A1 WO2016013127 A1 WO 2016013127A1
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WO
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arc tube
linear transmittance
alumina
phase
light
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Application number
PCT/JP2014/069870
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English (en)
French (fr)
Inventor
祐司 石塚
松原　信次
輪島　尚人
優一 下原
Original Assignee
Toto株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/115—Translucent or transparent products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers

Definitions

  • the aspect of the present invention generally relates to an arc tube, and more particularly to an arc tube suitable for use in a high-intensity discharge lamp.
  • a high-intensity discharge lamp such as a metal halide lamp, a sodium lamp, or a mercury lamp is provided with a translucent arc tube.
  • a pair of electrodes protrudes, and metal halide such as ScI 3 , sodium, mercury and the like are enclosed.
  • An arc discharge is generated by applying a high voltage between the pair of electrodes, and a metal halide or the like enclosed by heat generated by the arc discharge is dissociated to generate light having a specific wavelength.
  • the arc tube has been formed from quartz (SiO 2 ).
  • the arc tube has been formed from polycrystalline alumina (translucent alumina). Yes.
  • a sintering aid such as MgO
  • a phase generated from the sintering aid is formed at the crystal grain boundary of alumina, so that growth of alumina crystal particles is suppressed. For this reason, since the crystal grains of alumina are prevented from becoming large, the mechanical strength is improved.
  • the sintering aid added to make the size of the alumina crystal particles appropriate causes the linear transmittance to decrease. That is, there is a trade-off relationship between improvement in mechanical strength and improvement in linear transmittance.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing a translucent ceramic excellent in mechanical strength and linear transmittance.
  • La 2 O 3 is a translucent ceramic mainly composed of Al 2 O 3 , and a part of Al 2 O 3 is replaced with Sc (Al, Sc) 2 O 3 between La 2 O particles. 3 is composed of a composite in which particles are interposed, and the standard generation energy ( ⁇ Gf °) of the oxide constituting the composite is negative and its absolute value is 1581.9 KJ / mol or more.
  • ⁇ Gf ° standard generation energy
  • the linear transmittance for light having a wavelength of 600 nm is 40% or more, and the linear transmittance for light having a wavelength of 1100 nm is about 55%.
  • the linear transmittance of an arc tube formed of a translucent ceramic having a thickness of 1 mm when considering the linear transmittance of an arc tube formed of a translucent ceramic having a thickness of 1 mm, light passes through the translucent ceramic having a thickness of 1 mm twice. For this reason, the linear transmittance of the arc tube using this translucent ceramic is about 30% (55% ⁇ 55%).
  • Patent Document 1 it is possible to obtain an arc tube having a high linear transmittance while maintaining mechanical strength.
  • the composite produced in Patent Document 1 describes the possibility that the maximum major axis of La 2 O 3 particles is 10 ⁇ m or less and the maximum minor axis is 5 ⁇ m or less.
  • the circle equivalent particle diameter of the La 2 O 3 particles is about 8 ⁇ m at the maximum. If an oxide with a maximum equivalent circle diameter of about 8 ⁇ m is present at the alumina crystal grain boundary, the light emitted and emitted inside the arc tube will go straight due to the effects of light refraction and scattering at the alumina crystal grain boundary. Sex may be impaired.
  • the linear transmittance for light having a wavelength of 1100 nm in the arc tube having a thickness of 1 mm is 5% or less.
  • Patent Document 1 in an arc tube formed of a translucent ceramic having a thickness of 1 mm, the linear transmittance with respect to light having a wavelength of 1100 nm may vary in the range of 5% to 30%. For this reason, there remains room for improvement in stable production of an arc tube having a high linear transmittance and improvement in yield.
  • An aspect of the present invention has been made based on recognition of such problems, and provides an arc tube and a discharge lamp that are excellent in mechanical strength and linear transmittance and can be manufactured stably.
  • a main phase composed of polycrystalline alumina containing alumina crystals, and a first phase located at a grain boundary of the alumina crystals and generated from a sintering aid containing lanthanum,
  • the total area of the main phase on the surface is S1
  • the total area of the first phase on the surface is S2
  • the S1 and the S2 are S2 / (S1 + S2) ⁇ 100 ⁇ 0.5
  • An arc tube for a discharge lamp is provided in which the maximum value of the equivalent-circle particle diameter of the first phase is 4 ⁇ m or less.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are graphs illustrating the relationship between the particle size of the alumina crystal particles and the mechanical strength. It is a graph which illustrates the relationship between the maximum value of the equivalent circle diameter of the phase produced
  • FIGS. 7B are graphs illustrating the frequency distribution of the linear transmittance of the arc tube. It is a graph which illustrates the relationship between the linear transmittance
  • FIGS. 15A to 15F are electron micrographs illustrating the influence of the firing temperature of primary sintering. It is a schematic diagram which illustrates the processing apparatus used for a hot isostatic pressing process. It is a schematic diagram which illustrates the process of a hot isostatic pressing process. It is a schematic diagram which illustrates the temperature conditions and pressure conditions of a hot isostatic pressurization process.
  • the 1st invention contains the main phase which consists of a polycrystalline alumina containing the crystal
  • the S1 and S2 are: S2 / (S1 + S2) ⁇ 100 ⁇ 0.5
  • the maximum value of the equivalent-circle particle diameter of the first phase is a discharge tube for a discharge lamp having a size of 4 ⁇ m or less. According to this arc tube, an arc tube excellent in mechanical strength and linear transmittance can be manufactured industrially stably, and the yield can be improved.
  • the second invention is the first invention, when the linear transmittance for light having a wavelength of 500 nm or more and 1100 nm or less is T and the wavelength of the light is ⁇ , T (%) ⁇ ⁇ / 60-3.33
  • An arc tube that satisfies the above relationship. According to this arc tube, the luminous efficiency can be improved while maintaining the strength. For example, since it has a high linear transmittance with respect to light having a wavelength of 500 nm or more, the luminous efficiency can be improved in a high-pressure sodium lamp. Moreover, since it has a high linear transmittance with respect to light having a long wavelength, it is possible to improve saturation and color rendering in a ceramic metal halide lamp.
  • 3rd invention is an arc_tube
  • 4th invention is an arc_tube
  • a fifth invention is the arc tube according to the first invention, wherein an average height of roughness curve elements on the surface is 0.4 ⁇ m or less, and a skewness of the roughness curve on the surface is ⁇ 0.34 or less. is there. According to this arc tube, since the scattering of the radiated light from the arc inside the arc tube can be suppressed, the linear transmittance is improved and the luminous efficiency of the discharge lamp can be improved.
  • a sixth invention is the arc tube according to the first invention, wherein D90 in the cumulative distribution of the particle diameter of the alumina crystal is 45 ⁇ m or less. According to this arc tube, the mechanical strength of the arc tube can be improved by setting the size of the crystal grains of alumina within an appropriate range.
  • a seventh invention is the arc tube according to the first invention, wherein the alumina crystal has an average particle size of 5 ⁇ m or more. According to this arc tube, the linear transmittance can be improved by setting the size of the crystal grains of alumina within an appropriate range.
  • An eighth invention is a discharge lamp including the arc tube according to the first invention. According to this discharge lamp, a discharge lamp excellent in mechanical strength and linear transmittance can be stably manufactured.
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating an arc tube and a discharge lamp according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for illustrating the configuration of a metal halide lamp as an example.
  • FIG. 2 is a schematic view illustrating the arc tube.
  • the discharge lamp 1 is provided with an arc tube 2, an electrode 3, an outer tube 4, a lead wire 5, a main body portion 6, a terminal 7, and a sealing portion 8.
  • the arc tube 2 has a form in which a hemispherical end 2b is connected to both ends of a cylindrical main body 2a.
  • the thin tube part 2c is connected to the hemispherical end part 2b.
  • the inside of the arc tube 2 is a discharge space 2d.
  • a pair of electrodes 3 is provided, and has a tip portion 3a and an introduction portion 3b. One end portion of the tip portion 3a protrudes into the discharge space 2d. A pair of front-end
  • tip parts 3a are opposingly arranged at a predetermined distance.
  • the tip portion 3a can be formed of, for example, Ta (tantalum), Mo (molybdenum), or the like. The other end of the distal end portion 3a is provided inside the narrow tube portion 2c and is electrically connected to the introduction portion 3b.
  • the end portion of the introduction portion 3b on the side electrically connected to the distal end portion 3a is provided inside the narrow tube portion 2c.
  • the opposite end of the introduction portion 3b is exposed from the thin tube portion 2c.
  • the introduction part 3b can be formed from Nb (niobium) or the like, for example.
  • a sealing portion 8 made of a sealing material is provided between the inner wall of the thin tube portion 2c, the tip portion 3a, and the introduction portion 3b, and the discharge space 2d is hermetically sealed.
  • the sealing agent for forming the sealing part 8 can be, for example, frit glass containing SiO 2 , Al 2 O 3 , Dy 2 O 3 and the like.
  • a discharge medium is sealed in the discharge space 2d.
  • the discharge medium includes a metal halide 9 and an inert gas.
  • the metal halide 9 can be, for example, ScI 3 or the like.
  • the inert gas can be, for example, argon gas. Still further, mercury can be included.
  • the outer tube 4 is provided concentrically with the main body 2 a of the arc tube 2. That is, it has a double tube structure. One end of the outer tube 4 is closed, and the other end of the outer tube 4 is sealed by the main body 6.
  • the closed space formed between the outer tube 4 and the arc tube 2 can be, for example, an atmosphere reduced in pressure from atmospheric pressure.
  • the outer tube 4 can be formed from, for example, quartz glass.
  • the lead wire 5 electrically connects the introduction part 3 b of the electrode 3 and the terminal 7.
  • the main body 6 is made of an insulating material such as resin.
  • One end of the terminal 7 is provided inside the main body 6 and the lead wire 5 is electrically connected thereto.
  • the other end of the terminal 7 is exposed from the main body 6.
  • FIG. 3 is a graph illustrating the relationship between the linear transmittance and the light emission efficiency.
  • the vertical axis in FIG. 3 is the lamp efficiency index (%).
  • the horizontal axis is the linear transmittance.
  • FIG. 3 exemplifies the characteristics of an arc tube formed of ceramics having a thickness of 1 mm with respect to light having a wavelength of 1100 nm.
  • the measuring method of luminous efficiency (lamp efficiency index) and the measuring method of linear transmittance is mentioned later.
  • the luminous efficiency of the arc tube depends on the linear transmittance.
  • the luminous efficiency is remarkably improved when the linear transmittance is in the range of 5% to 10%. Furthermore, the luminous efficiency is improved even when the linear transmittance is in the range of 10% to 15%.
  • the change in luminous efficiency is small when the linear transmittance is in the range of 15% to 25%. Therefore, the linear transmittance for light having a wavelength of 1100 nm is preferably 15% or more.
  • the mechanical strength of the arc tube 2 needs to be sufficient.
  • the linear transmittance can be increased by increasing the size of the alumina crystal particles.
  • the mechanical strength of the arc tube decreases.
  • 4 (a) and 4 (b) are graphs illustrating the relationship between the particle diameter of the alumina crystal particles and the mechanical strength.
  • FIG. 4A illustrates the relationship between the average particle diameter of alumina crystal particles and the mechanical strength.
  • the vertical axis represents the strength index
  • the horizontal axis represents the average particle diameter of the alumina crystal particles.
  • the strength index is a value with respect to the mechanical strength of the arc tube 2 formed of alumina having an average particle diameter of 10 ⁇ m.
  • the mechanical strength of the arc tube 2 is the pressure (water pressure) when the arc tube 2 is broken by applying water pressure inside the arc tube 2.
  • FIG. 4B illustrates the relationship between the particle diameter D90 of the alumina crystal particles and the mechanical strength.
  • the vertical axis in FIG. 4 (b) represents the strength index
  • the horizontal axis represents D90 in the cumulative distribution of the particle diameter.
  • D90 in the cumulative particle size distribution is a particle size corresponding to 90% counted from the smallest in the cumulative particle size distribution.
  • the mechanical strength of the arc tube decreases. That is, a trade-off relationship is established between the improvement of the mechanical strength of the arc tube and the improvement of the linear transmittance.
  • the average particle diameter of the alumina crystal particles can be increased to reduce the influence of grain boundaries, which is a factor impeding the straightness of light.
  • the mechanical strength is lowered. Therefore, it may be difficult to improve both the mechanical strength and the linear transmittance of the arc tube.
  • the mechanical strength and the linear transmittance are improved by using the arc tube 2 made of polycrystalline alumina described below.
  • the mechanical strength and the linear transmittance can be improved regardless of the arc tube configuration described above. That is, if the polycrystalline alumina described below is used as the material of the arc tube 2, the forms of the arc tube 2 and the discharge lamp 1 described above can be changed as appropriate.
  • the mechanical strength of the arc tube 2 can be increased, but the linear transmittance is lowered. It will be. According to the knowledge obtained by the present inventor, the growth of crystal grains of alumina can be suppressed by adding a sintering aid to alumina, so that the mechanical strength of the arc tube 2 can be improved. .
  • the arc tube 2 includes a main phase made of polycrystalline alumina containing alumina crystals and a phase (first phase) that is located between the grain boundaries of the alumina crystals and is generated from a sintering aid. And having.
  • a composite in which La 2 O 3 particles are interposed between Al 2 O 3 particles is formed.
  • the average particle diameter of the alumina crystal particles is 5 ⁇ m or more, preferably 5 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less, and more preferably 5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • D90 in the cumulative distribution of the particle diameter of the alumina crystal is 45 ⁇ m or less, preferably 43 ⁇ m or less.
  • the linear transmittance Improvements can be made. That is, if the maximum value of the equivalent circle diameter of the phase generated from the sintering aid at the alumina grain boundary is within an appropriate range, both the mechanical strength and the linear transmittance of the arc tube 2 are improved. Can be made. In addition, by setting the equivalent circle diameter of the phase generated from the sintering aid to an appropriate range, variation in linear transmittance can be suppressed as described later, and the arc tube can be manufactured stably. Can do.
  • the auxiliary for sintering for example, La 2 O 3 , MgO, Ta 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Ce2O 3, Er 2 O 3, Lu 2 O 3, Sm 2 O 3, it is possible to use an oxide such as Tm 2 O 3. Therefore, the case where the sintering aid is La 2 O 3 will be described below as an example.
  • FIG. 5 is a graph illustrating the relationship between the maximum value of the equivalent circle diameter of the phase generated from the sintering aid and the linear transmittance.
  • FIG. 5 illustrates a case where the average particle diameter of the alumina crystal particles is 5 ⁇ m or more and D90 in the cumulative distribution of the alumina particle diameter is 45 ⁇ m or less.
  • the linear transmittance in FIG. 5 is a linear transmittance with respect to light having a wavelength of 1100 nm of an arc tube formed of ceramics having a thickness of 1 mm.
  • the linear transmittance is 15% or more. Thereby, luminous efficiency can be improved.
  • the linear transmittance is 15 % Or more.
  • the maximum value of the equivalent circle diameter of the phase generated from the sintering aid is larger than 0 ⁇ m.
  • FIG. 6 is a graph illustrating the relationship between the occupied area ratio of the phase generated from the sintering aid and the linear transmittance of the arc tube.
  • the vertical axis in FIG. 6 is the linear transmittance similar to that in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 6 represents the ratio (occupied area ratio) occupied by the area of the phase generated from the sintering aid on the surface of the arc tube.
  • the surface area of the arc tube is , S1 + S2.
  • the occupied area ratio (%) shown in FIG. 6 can be expressed as S2 / (S1 + S2) ⁇ 100.
  • the linear transmittance can be 15% or more by setting the occupied area ratio of the phase generated from the sintering aid to 0.5% or less. That is, S1 and S2 are S2 / (S1 + S2) ⁇ 100 ⁇ 0.5 By satisfying this relationship, the linear transmittance can be made 15% or more.
  • S2 / (S1 + S2) ⁇ 100 is set to 0.5 or less, preferably 0.46 or less, and more preferably 0.36 or less. Thereby, the linear transmittance can be improved.
  • S2 / (S1 + S2) ⁇ 100 is larger than 0.
  • the surface of the arc tube is the inner surface of the arc tube within the observation range described later.
  • the inner surface is a region facing the discharge space 2 d in the ceramic surface of the arc tube 2. Details regarding the method of measuring the occupation area ratio will be described later.
  • the mechanical strength of the arc tube 2 can be increased, but the linear transmittance is low.
  • the linear transmittance can be 15% or more.
  • plasma resistance on the inner surface is improved, corrosion is less likely to occur with respect to the arc inside the arc tube, and the life of the discharge lamp can be extended.
  • Patent Document 1 As described above, also in Patent Document 1, a complex in which La 2 O 3 particles are interposed between Al 2 O 3 particles is formed, and an arc tube having a high linear transmittance (about 30%) is formed. Obtainable. However, the linear transmittance of the arc tube in Patent Document 1 varies between 5% and 30%, and it is estimated that the yield is low. On the other hand, according to the arc tube 2 according to the embodiment, it is possible to stably manufacture an arc tube with improved linear transmittance.
  • FIG. 7A and FIG. 7B are graphs illustrating the frequency distribution of the linear transmittance of the arc tube.
  • 7A is a frequency distribution of the linear transmittance of the arc tube described in Patent Document 1
  • FIG. 7B is a frequency distribution of the linear transmittance of the arc tube according to the present embodiment.
  • the linear transmittance is a linear transmittance with respect to light having a wavelength of 1100 nm in an arc tube formed of ceramics having a thickness of 1 mm.
  • the average value of the linear transmittance is about 12%, and the standard deviation is about 3.5. Therefore, it is difficult to stably obtain an arc tube having a linear transmittance of 15% or more.
  • the arc tube having a linear transmittance of about 30% is estimated to be located at the end of the distribution. In this example, an arc tube having a linear transmittance of about 30% has not been obtained, and it is considered that an arc tube having a high transmittance can be obtained by increasing the parameter.
  • the average value of the linear transmittance is 24%, and the standard deviation is about 0.9. According to this embodiment, it is possible to stably manufacture an arc tube having a high linear transmittance.
  • FIG. 8 is a graph illustrating the relationship between the linear transmittance of the arc tube and the wavelength of light.
  • the horizontal axis in FIG. 8 is the wavelength of light transmitted through the arc tube, and the vertical axis is the linear transmittance of the arc tube formed of ceramics having a thickness of 1 mm.
  • FIG. 8 illustrates the characteristics of the arc tube 2 according to the embodiment and the characteristics of the conventional arc tube 29.
  • the dependence of the linear transmittance of the arc tube 29 on the wavelength is small.
  • the linear transmittance of the arc tube 2 according to the embodiment is high at a long wavelength.
  • the light emission efficiency can be increased by setting the linear transmittance for light having a wavelength of 1100 nm to 15% or more. Furthermore, according to Patent Document 2, in the arc tube used for illumination, the characteristics can be improved by increasing the linear transmittance for long-wavelength light in the visible light.
  • the linear transmittance T (%) is T (%) ⁇ ⁇ / 60-3.33 Satisfy the relationship.
  • ⁇ is the wavelength of light transmitted through the arc tube.
  • a high linear transmittance is set for long-wavelength light. Thereby, luminous efficiency can be improved in a high-pressure sodium lamp.
  • it since it has a high linear transmittance with respect to light having a long wavelength, it is possible to improve saturation and color rendering in a ceramic metal halide lamp.
  • the linear transmittance depends on the impurities in the arc tube. It has been found that the linear transmittance depends on the amount of calcium (Ca) and iron (Fe), among other impurities.
  • FIG. 9 and 10 are graphs illustrating the relationship between the impurity concentration and the linear transmittance.
  • the horizontal axis in FIG. 9 indicates the Ca concentration (composition ratio) in the ceramic composition
  • the horizontal axis in FIG. 10 indicates the Fe concentration (composition ratio) in the ceramic composition.
  • the vertical axis in FIG. 9 and the vertical axis in FIG. 10 are linear transmittances of light having a wavelength of 1100 nm of an arc tube formed of ceramics having a thickness of 1 mm. Details of the composition analysis method will be described later.
  • the Ca content (concentration) As can be seen from FIG. 9, by setting the Ca content (concentration) to 40 ppm or less, preferably 37 ppm or less, light impurity scattering by Ca can be suppressed, and the linear transmittance can be 15% or more. Further, as can be seen from FIG. 10, by making the Fe content (concentration) 2.2 ppm or less, preferably 2.0 ppm or less, light impurity scattering by Fe is suppressed, and the linear transmittance is 15% or more. It can be.
  • FIGS. 11 and 12 are graphs illustrating the relationship between the structure of the inner surface of the arc tube and the linear transmittance.
  • the vertical axis in FIGS. 11 and 12 represents the linear transmittance of the arc tube formed of ceramics having a thickness of 1 mm with respect to light having a wavelength of 1100 nm.
  • the unevenness height Rc average height of roughness curve elements defined in JIS B 0601
  • skewness Rsk skewness of a roughness curve defined in JIS B 0601
  • 11 and 12 show the linear transmittance when the structure of the inner surface is changed using thermal etching.
  • the linear transmittance is affected by the grain boundary scattering of the crystal. For this reason, the linear transmittance is considered to depend on Rc and Rsk representing the depth and width of the grain boundary. The details of the Rc measurement method and the Rsk measurement method will be described later.
  • the particle diameter of the alumina crystal particles was measured as follows. First, the arc tube 2 is broken to prepare a measurement sample. Next, the surface of the sample is imaged using a laser microscope. At this time, the inner surface (inner wall surface) of the arc tube 2 was imaged. The laser microscope was an Olympus scanning confocal laser microscope OLS-4000.
  • the imaging range (observation range) was 680 ⁇ m ⁇ 480 ⁇ m.
  • the phase at the grain boundary of alumina has a high luminance because it contains a transition metal. Therefore, the high luminance portion can be separated as a phase at the crystal grain boundary of alumina by image analysis.
  • Win-ROOF Ver6.4 Mitsubishi Corporation was used. Image analysis using Win-ROOF Ver 6.4 can be performed as follows.
  • the captured image is monochromeized and binarized within the range of the monochromatic threshold of 2000 to 2300 to separate the alumina crystal particles and the phase at the alumina crystal grain boundary.
  • the crystal grain size of alumina is calculated by executing the command Win-ROOFVer6.4.
  • the crystal particle diameter of alumina can be calculated by the “equivalent circle diameter” of Win-ROOF Ver 6.4.
  • the average particle diameter of the alumina crystal particles can be obtained by calculating an arithmetic average of the calculated plurality of equivalent circle diameters.
  • the number of particles whose particle diameter is calculated as described above is N.
  • D90 in the cumulative distribution of particle diameters is the N ⁇ 0.9th particle diameter counted from the smaller of the calculated N particle diameters.
  • the particle diameter of the 900th smallest particle is D90.
  • FIG. 13 is a schematic view illustrating a method for measuring linear transmittance.
  • FIG. 13A shows a state where measurement is performed without the arc tube 2
  • FIG. 13B shows a state where measurement is performed with the arc tube 2 being placed.
  • the ultraviolet visible spectrophotometer 100 was used for the measurement of the linear transmittance.
  • the UV-visible spectrophotometer 100 was UV-1800 manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the size of the irradiation light source of the apparatus is 9 mm ⁇ 0.8 mm. Further, the measurement was performed in a dark box so that light other than the measurement light did not enter the light receiving portion for the measurement light.
  • the measurement is performed without placing the arc tube 2 between the light projecting portion and the light receiving portion of the measurement light, and the signal intensity when the arc tube 2 is not placed is measured. taking measurement.
  • the arc tube 2 is placed between the light projecting portion and the light receiving portion for measurement light. The arc tube 2 was held so that the central axis of the arc tube 2 was substantially perpendicular to the optical axis of the measurement light.
  • the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the axis along the capillary includes a curve.
  • the major axis direction of the irradiation light and the direction of the axis along the capillary of the arc tube were combined, and the measurement was carried out in the main tube part (main body part).
  • the measurement was performed using a filter that cuts the long axis of the light source to 3 mm.
  • the arc tube for a high pressure sodium lamp is cylindrical. Therefore, in the measurement of the arc tube for the high-pressure sodium lamp, the measurement was carried out by combining the major axis direction of the arc tube and the major axis direction of the light source.
  • the arc tube 2 is not a broken or processed sample piece, but is kept in its actual shape. That is, the linear transmittance was evaluated including the shape of the arc tube 2.
  • the maximum equivalent circle diameter of the phase produced from the sintering aid and the occupied area ratio were measured as follows. First, the arc tube 2 is broken to prepare a measurement sample. Next, a luminance image of the surface of the sample is taken using an electron microscope. At this time, the inner wall surface of the arc tube 2 was imaged. The electron microscope was a scanning electron microscope S-3000N manufactured by Hitachi, Ltd.
  • the imaging range (observation range) was 425 ⁇ m ⁇ 320 ⁇ m.
  • the phase at the grain boundary of alumina has a high luminance because it contains a transition metal. Therefore, the high luminance portion can be separated as a phase at the crystal grain boundary of alumina by image analysis.
  • Win-ROOF Ver6.4 Mitsubishi Corporation was used. Image analysis using Win-ROOF Ver 6.4 can be performed as follows.
  • the captured image is monochromeized and binarized within the range of the monochromatic threshold value 150 to 210 to separate the alumina crystal particles and the phase at the alumina crystal grain boundary. Then, by executing the command Win-ROOFVer6.4, the equivalent circle diameter of the phase generated from the sintering aid is calculated. In this case, the equivalent circle diameter of the phase generated from the sintering aid can be calculated from the “equivalent circle diameter” of Win-ROOF Ver 6.4. The maximum value among the calculated equivalent circle diameters was taken as the maximum equivalent circle diameter of the phase generated from the sintering aid.
  • the total area of the phases generated from the sintering aid at the alumina grain boundaries is calculated.
  • the total area of the phase was calculated by excluding the pores.
  • the occupation area ratio (%) was calculated by the following formula.
  • the occupied area ratio (%) is expressed as S2 / (S1 + S2) ⁇ 100. be able to.
  • the discharge lamp 1 was illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • An electrode composed of W, Mo, Nb, etc. was inserted into the thin tube portion of the arc tube from both ends.
  • the discharge medium sealed in the discharge space 2d was a rare earth halide, mercury, and argon gas.
  • the pressure of the argon gas was 50 to 300 torr.
  • the narrow tube portion was sealed using frit glass containing SiO 2 , Al 2 O 3, Dy 2 O 3, and the like. An outer tube structure was applied to the light emitting bulb thus produced, and the discharge lamp 1 was completed.
  • Lamp efficiency (lm / W) total luminous flux illuminance / input power.
  • composition analysis method The Ca concentration and the Fe concentration in the ceramic composition of the arc tube were measured as follows.
  • the composition analysis of the ceramics of the arc tube was performed by inductively coupled plasma (ICP) emission analysis.
  • ICP-AES ULTIMA2 (sequential type) manufactured by HORIBA, Ltd. was used as the ICP emission analyzer.
  • the sintered alumina was pulverized in a mortar, then placed in 25 vol% sulfuric acid, and dissolved by pressure acid decomposition. By analyzing the solution thus obtained, the content of impurities was calculated.
  • Rc and Rsk used as an index of the surface structure were measured as follows. First, the surface of the sample is imaged using a laser microscope.
  • the surface of the sample to be imaged is, for example, the inner surface (inner wall surface) of the arc tube 2.
  • Olympus scanning confocal laser microscope OLS-4000 was used as the laser microscope.
  • the imaging range (observation range) was set to 680 ⁇ m ⁇ 480 ⁇ m, and a luminance image in the range was taken. The luminance image was analyzed and Rc and Rsk were calculated. In the analysis, the cutoff value ⁇ c (phase compensation high-pass filter) for roughness measurement was 80 ⁇ m.
  • Method for manufacturing arc tube 2 Next, a method for manufacturing the arc tube 2 made of the above-described polycrystalline alumina will be described.
  • various oxides can be used as the sintering aid. Therefore, the case where the sintering aid is La 2 O 3 will be described below as an example.
  • a translucent ceramic including a composite in which La 2 O 3 is interposed between particles of Al 2 O 3 will be described. From the viewpoint of corrosion resistance, the purity of alumina of the translucent ceramic used for the arc tube 2 is 95 wt% or more, 95 wt% or more, preferably 98 wt% or more, more preferably 99% or more.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the arc tube 2.
  • FIG. 14 exemplifies a manufacturing process of translucent ceramics partially incorporating hot isostatic pressing (HIP). As shown in FIG. 14, first, Al 2 O 3 , La 2 O 3 , pure water, a binder and a dispersant are wet mixed and dispersed, then vacuum degassed, cast-molded, and then dried and primary sintered. I do. Further, hot isostatic pressing (HIP) treatment is performed.
  • HIP hot isostatic pressing
  • MgO may be used, and extrusion molding or injection blow molding may be performed instead of casting molding.
  • injection blow molding pure water is not added in the mixing step, and primary sintering is performed after degreasing treatment after molding.
  • a raw material having AACH (ammonium / aluminum / carbonate / hydroxide) as a mother salt can be used.
  • the purity of this raw material is 4N (about 99.99%) or more, and the particle size is 0.05 to 1.0 ⁇ m.
  • the purity of the raw material of La 2 O 3 is 3N (about 99.9%) or more, and the particle size is 0.1 to 2.0 ⁇ m.
  • the content of impurities such as Fe described above can be controlled within an appropriate range.
  • the binder methyl cellulose, polyvinyl alcohol, acrylic emulsion, sugar alcohol or the like can be used.
  • the dispersant polycarboxylic acid, ammonium salt of polyacrylic acid, or the like can be used.
  • a binder and a dispersant are added to this mixture (powder).
  • the amount of binder and dispersant added is an amount corresponding to 0.2% to 1% of the weight of the mixture.
  • an amount of pure water corresponding to 20 to 100% of the weight of the mixture is added and wet-mixed in a ball mill for 10 hours or more to obtain a slurry.
  • an antifoaming agent is added to the prepared slurry as necessary and defoamed under vacuum. Thereafter, cast molding is performed using a gypsum mold, a porous resin mold, a porous ceramic mold, or the like to obtain an unsintered ceramic molded body.
  • the unsintered ceramic molded body has the form of an arc tube of a high-intensity discharge lamp.
  • arc tubes having various shapes can be molded as required.
  • an arc tube having a shape in which the diameter of the end sealing portion is 1 ⁇ 2 or less of the diameter of the central portion and the boundary portion is smoothly continuous can be formed. With such a shape, it is possible to obtain a light-emitting tube that is less prone to metal vapor leakage and cracking and has high luminous efficiency.
  • Rc and Rsk described above can be controlled within an appropriate range.
  • the Ca component may be mixed in the molded body, the Ca component is removed by performing a calcining step and a washing step with warm water (acid) subsequent to casting.
  • the primary sintering conditions are 1250 ° C. to 1800 ° C. and 0.5 hours or more in an atmosphere of vacuum, air, N 2 , Ar, H 2 or water vapor. In this way, the ceramic molded body has a bulk density of 98% or more.
  • the firing temperature of primary sintering is the above-mentioned temperature.
  • the primary firing temperature is 1300 ° C. to 1500 ° C. (temperature for reducing the aggregation of the composite).
  • FIGS. 15A to 15F are electron micrographs illustrating the influence of the firing temperature of primary sintering.
  • FIGS. 15 (a) to 15 (f) are photographs of the surface of polycrystalline alumina after hot isostatic pressing described later. The firing temperature in the case of FIG. 15 (a) is the lowest, and the firing temperature in the case of FIG. 15 (f) is the highest. Then, as shown in FIG. 15 (a) to FIG. 15 (f), the firing temperature is increased stepwise.
  • Each photograph shows a main phase 10 made of polycrystalline alumina and a phase 11 produced from a sintering aid.
  • the white spot portion in each photograph is a phase generated from the sintering aid at the alumina grain boundary.
  • the firing temperature in the primary sintering by controlling the firing temperature in the primary sintering, the average particle size of alumina, the size of the phase generated from the sintering aid at the alumina grain boundary, and the total The area can be made appropriate.
  • the high linear transmittance as described above can be obtained.
  • variations in linear transmittance can be suppressed, and the arc tube can be manufactured stably.
  • the primary sintered body is subjected to hot isostatic pressing.
  • the production of the arc tube 2 is completed by subjecting the one subjected to the hot isostatic pressing treatment to machining.
  • FIG. 16 is a schematic view illustrating a processing apparatus 200 used for hot isostatic pressing.
  • the processing apparatus 200 includes a pressure vessel 201, a jacket 202, an upper lid 203, a lower lid 204, a crucible 206, a heat insulating layer 207, a heater 208, a pipe 209, a pipe 210, an exhaust pump 211, and a compressor 212. Is provided.
  • the pressure vessel 201 has a cylindrical shape.
  • the jacket 202 is provided so as to cover the outer wall of the pressure vessel 201. Cooling water flows inside the jacket 202.
  • the upper lid 203 is provided so as to close the upper opening of the pressure vessel 201.
  • the lower lid 204 is provided so as to close the lower opening of the pressure vessel 201.
  • the crucible 206 has a cylindrical shape, and has a form in which the lower lid 204 side is closed and the upper lid 203 side is opened.
  • the crucible 206 is provided above the lower lid 204.
  • the primary sintered body 22 is accommodated in the crucible 206.
  • the heat insulating layer 207 is provided so as to cover the crucible 206.
  • the heater 208 is provided between the heat insulating layer 207 and the crucible 206.
  • the exhaust pump 211 is connected to the pressure vessel 201 via a pipe 209.
  • the exhaust pump 211 exhausts the gas inside the pressure vessel 201.
  • the compressor 212 is connected to the pressure vessel 201 via the pipe 210.
  • the compressor 212 pressurizes the inside of the pressure vessel 201 to a predetermined pressure.
  • the gas used for pressurization by the compressor 212 for example, at least one selected from the group consisting of N 2 , Ar, H 2 , and O 2 can be used.
  • the gas inside the pressure vessel 201 is exhausted by the exhaust pump 211 and replaced with the gas used for pressurization.
  • the hot isostatic pressing process using the processing apparatus 200 can be performed as follows. First, the primary sintered body 22 having the shape of the arc tube 2 is accommodated in the crucible 206. Then, the beads 213 are filled from above the accommodated primary sintered body 22, and the primary sintered body 22 is covered with the beads 213. The material of the beads 213 can be the same as the material of the primary sintered body 22.
  • the crucible 206 storing the primary sintered body 22 and the beads 213 in this manner is set inside the pressure vessel 201. If the hot isostatic pressing process is performed with the beads 213 made of the same material as that of the primary sintered body 22, the sintering can be sufficiently completed.
  • the material of the beads 213 and the crucible 206 is the same as the material of the primary sintered body 22, the same as the main component of the primary sintered body 22 (Al 2 O 3 ), or the formation of the primary sintered body 22. It may be the same as the sintering aid (for example, La 2 O 3 etc.) used in the above.
  • the beads 213 and the crucible 206 are formed by using an oxide (for example, MgO) different from the sintering aid (for example, La 2 O 3 ) used for forming the primary sintered body 22, it is formed.
  • oxides for example, MgO
  • La 2 O 3 sintering aid
  • the growth of alumina crystal particles can be suppressed. Under the conditions of low temperature and low pressure, even if the material of the beads 213 and the crucible 206 is the same as the sintering aid used for the formation of the primary sintered body 22, the growth of alumina crystal particles is completely suppressed. Not involved. However, when the same element as the sintering aid used for forming the primary sintered body 22 is present in the crucible 206 under a high temperature of 1350 ° C. or higher and a high pressure of 500 atm or higher, the crystal of alumina It is thought that particle growth is suppressed.
  • FIG. 17 is a schematic view illustrating the process of hot isostatic pressing.
  • the temperature inside the pressure vessel 201 is raised from room temperature to 1580 ° C. and maintained at 1580 ° C. for about 6 hours.
  • the heating rate can be 200 ° C./h.
  • the pressure inside the pressure vessel 201 is increased from atmospheric pressure to 1000 atm, and 1000 atm is maintained for about 6 hours.
  • a gas used for pressurization for example, at least one selected from the group consisting of N 2 , Ar, H 2 , and O 2 can be used.
  • FIG. 18 is a schematic view illustrating the temperature condition and pressure condition of the hot isostatic pressing process.
  • the hot isostatic pressing process is performed at less than 1300 ° C., sufficient translucency cannot be obtained.
  • it exceeds 1800 ° C. La 2 O 3 is dissolved in Al 2 O 3 , which is disadvantageous for improving the linear transmittance.
  • the pressure is less than 500 atm, sufficient translucency cannot be obtained. If it exceeds 1200 atm, cracks will occur. Therefore, it is preferable that the temperature of the hot isostatic pressing is 1300 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower, and the pressure is 500 atm or higher and 1200 atm or lower.
  • an arc tube and a discharge lamp that are excellent in mechanical strength and linear transmittance and can be manufactured stably.

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Abstract

本発明による発光管は、アルミナの結晶を含む多結晶アルミナからなる主相と、前記アルミナの結晶の粒界に位置し、ランタンを含む焼結用助剤から生成された第１相と、を備え、表面における前記主相の総面積をＳ１とし、前記表面における前記第１相の総面積をＳ２としたときに、前記Ｓ１及び前記Ｓ２は、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００≦０．５の関係を満たし、前記第１相の円相当粒子径の最大値は、４μｍ以下である。機械的な強度と直線透過率に優れ、安定して製造することができる発光管および放電灯が提供される。

Description

発光管および放電灯
　本発明の態様は、一般に、発光管に関し、具体的には、高輝度な放電灯に用いるのに適した発光管に関する。
　メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、水銀ランプなどの高輝度な放電灯には、透光性を有する発光管が設けられている。発光管の内部には、一対の電極が突出するとともに、ＳｃＩ３などの金属ハロゲン化物、ナトリウム、水銀などが封入されている。そして、一対の電極間に高電圧を印加することでアーク放電を発生させ、このアーク放電による熱で封入した金属ハロゲン化物などを解離させて特有の波長を有する光を発生させるようにしている。　
　従来、発光管は石英（ＳｉＯ２）から形成されていたが、耐食性および耐熱衝撃性の点で問題があるため、発光管を多結晶アルミナ（透光性アルミナ）から形成するようになってきている。
　ここで、発光管の材料として多結晶アルミナを用いる場合には、機械的な強度と直線透過率（インライン透過率）に優れた多結晶アルミナとすることが重要となる。　
　そのため、アルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ２Ｏ３）にＭｇＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３などの焼結用助剤を添加することで機械的な強度と直線透過率を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
　アルミナにＭｇＯなどの焼結用助剤を添加すれば、アルミナの結晶粒界に焼結用助剤から生成された相が形成されるので、アルミナの結晶粒子の成長が抑制される。そのため、アルミナの結晶粒子が大きくなるのが抑制されるので、機械的な強度が向上する。　
　しかしながら、アルミナの結晶粒界に焼結用助剤から生成された相があると、光の屈折や散乱が生じやすくなり、直線透過率が低下することが判明した。すなわち、アルミナの結晶粒子の大きさを適正なものとするために添加した焼結用助剤が直線透過率を低下させる要因となることが判明した。つまり、機械的な強度の向上と直線透過率の向上との間には、トレードオフの関係が存在することになる。
　一方、特許文献１には、機械的な強度及び直線透過率に優れた透光性セラミックスの製造方法が開示されている。特許文献１によると、「Ａｌ２Ｏ３を主体とする透光性セラミックスであって、Ａｌ２Ｏ３の一部をＳｃにて置換した（Ａｌ、Ｓｃ）２Ｏ３粒子間にＬａ２Ｏ３の粒子が介在する複合体から構成され、且つ前記複合体を構成する酸化物の標準生成エネルギー（ΔＧｆ°）が負でその絶対値が１５８１．９ＫＪ／ｍｏｌ以上である」ことが記載されている。また、透光性セラミックスの厚さを１ｍｍに換算した場合における直線透過率のスペクトルが記載されている。ここから、波長が６００ｎｍの光に対する直線透過率は、４０％以上であり、波長が１１００ｎｍの光に対する直線透過率は、５５％程度であると推定される。例えば、厚さが１ｍｍの透光性セラミックスによって形成された発光管の直線透過率を考えた場合、光は、厚さが１ｍｍの透光性セラミックスを２回通過することになる。このため、この透光性セラミックスを用いた発光管の直線透過率は、約３０％（５５％×５５％）となる。このように、特許文献１によると、機械的な強度を維持しつつ、直線透過率の高い発光管を得ることができる。
　しかしながら、特許文献１において生成される複合体では、Ｌａ２Ｏ３の粒子の最大長径が１０μｍ以下、最大短径が５μｍ以下となる可能性が記載されている。この場合、Ｌａ２Ｏ３粒子の円相当粒子径は、最大８μｍ程度となる。円相当径の最大値が８μｍ程度の酸化物がアルミナの結晶粒界にあれば、アルミナの結晶粒界における光の屈折や散乱の影響により、発光管の内部で発生し放出される光の直進性が阻害されるおそれがある。この場合、厚さが１ｍｍの発光管における波長１１００ｎｍの光に対する直線透過率は、５％以下となる。つまり、特許文献１では、厚さ１ｍｍの透光性セラミックスによって形成された発光管において、１１００ｎｍの波長の光に対する直線透過率は、５％～３０％の範囲でばらつく可能性がある。そのため、直線透過率が高い発光管の安定した製造及び歩留まりの向上に改善の余地を残していた。
特許第３７００１７６号公報 特許第５３７０８７８号公報
　本発明の態様は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、機械的な強度と直線透過率に優れ、安定して製造することのできる発光管および放電灯を提供する。
　本発明の一態様によれば、アルミナの結晶を含む多結晶アルミナからなる主相と、前記アルミナの結晶の粒界に位置し、ランタンを含む焼結用助剤から生成された第１相と、を含む発光管であって、表面における前記主相の総面積をＳ１とし、前記表面における前記第１相の総面積をＳ２としたときに、前記Ｓ１及び前記Ｓ２は、
　Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００≦０．５
の関係を満たし、前記第１相の円相当粒子径の最大値は、４μｍ以下である放電灯用の発光管が提供される。
本発明の実施の形態に係る発光管および放電灯を例示する模式図である。 発光管を例示する模式図である。 直線透過率と発光効率の関係を例示するグラフ図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、アルミナの結晶粒子の粒子径と機械的な強度との関係を例示するグラフ図である。 焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値と、直線透過率との関係を例示するグラフ図である。 焼結用助剤から生成された相の占有面積比率と、発光管の直線透過率と、の関係を例示するグラフ図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、発光管の直線透過率の度数分布を例示するグラフ図である。 発光管の直線透過率と光の波長との関係を例示するグラフ図である。 不純物の濃度と直線透過率との関係を例示するグラフ図である。 不純物の濃度と直線透過率との関係を例示するグラフ図である。 発光管の内表面の構造と、直線透過率との関係を例示するグラフ図である。 発光管の内表面の構造と、直線透過率との関係を例示するグラフ図である。 直線透過率の測定方法を例示する模式図である。 発光管の製造方法を例示をするフローチャートである。 図１５（ａ）～図１５（ｆ）は、一次焼結の焼成温度の影響を例示する電子顕微鏡写真である。 熱間等方圧加圧処理に用いる処理装置を例示する模式図である。 熱間等方圧加圧処理の工程を例示する模式図である。 熱間等方圧加圧処理の温度条件と圧力条件とを例示する模式図である。
　第１の発明は、アルミナの結晶を含む多結晶アルミナからなる主相と、前記アルミナの結晶の粒界に位置し、ランタンを含む焼結用助剤から生成された第１相と、を含む発光管であって、表面における前記主相の総面積をＳ１とし、前記表面における前記第１相の総面積をＳ２としたときに、前記Ｓ１及び前記Ｓ２は、
　Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００≦０．５
の関係を満たし、前記第１相の円相当粒子径の最大値は、４μｍ以下である放電灯用の発光管である。　
　この発光管によれば、機械的な強度と直線透過率とに優れた発光管を、工業的に安定して製造することができ、歩留まりを向上させることができる。
　第２の発明は、第１の発明において、５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長を有する光に対する直線透過率をＴとし、前記光の波長をλとしたときに、
　Ｔ（％）≧λ／６０－３．３３
　の関係を満たす発光管である。　
　この発光管によれば、強度を維持したまま、発光効率を向上させることができる。例えば、５００ｎｍ以上の波長の光に対して高い直線透過率を有するため、高圧ナトリウムランプにおいて、発光効率を向上させることができる。また、長波長の光に対して高い直線透過率を有するため、セラミックメタルハライドランプにおいて、彩度及び演色性を向上させることができる。
　第３の発明は、第１の発明において、カルシウム（Ｃａ）の含有量が４０ｐｐｍ以下である発光管である。　
　この発光管によれば、Ｃａを少なくすることで光の不純物散乱を抑制し、直線透過率を向上させることができる。
　第４の発明は、第１の発明において、鉄（Ｆｅ）の含有量が２．２ｐｐｍ以下である発光管である。　
　この発光管によれば、Ｆｅを少なくすることで光の不純物散乱を抑制し、直線透過率を向上させることができる。
　第５の発明は、第１の発明において、前記表面における粗さ曲線要素の平均高さが０．４μｍ以下であり、前記表面における粗さ曲線のスキューネスが－０．３４以下である発光管である。　
　この発光管によれば、発光管内部のアークからの放射光の散乱を抑制することができるため、直線透過率が向上し、放電灯の発光効率を向上させることができる。
　第６の発明は、第１の発明において、前記アルミナの結晶の粒子径の累積分布におけるＤ９０が、４５μｍ以下である発光管である。　
　この発光管によれば、アルミナの結晶粒子の大きさを適切な範囲とすることで、発光管の機械的な強度を向上させることができる。
　第７の発明は、第１の発明において、前記アルミナの結晶の平均粒子径が、５μｍ以上である発光管である。　
　この発光管によれば、アルミナの結晶粒子の大きさを適切な範囲とすることで、直線透過率を向上させることができる。
　第８の発明は、第１の発明に係る発光管を備えた放電灯である。　
　この放電灯によれば、機械的な強度と直線透過率に優れた放電灯を安定して製造することができる。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。尚、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。　
（発光管および放電灯の構成）　
　図１は、本発明の実施の形態に係る発光管および放電灯を例示する模式図である。　
　図１は、一例として、メタルハライドランプの構成を例示するための模式図である。　
　図２は、発光管を例示する模式図である。
　図１に示すように、放電灯１には、発光管２、電極３、外管４、リード線５、本体部６、端子７、封止部８が設けられている。　
　図１、図２に示すように、発光管２は円筒状の本体部２ａの両端に半球状の端部２ｂが接続された形態を有している。また、半球状の端部２ｂには、細管部２ｃがそれぞれ接続されている。発光管２の内部は放電空間２ｄとなっている。
　電極３は、一対設けられ、先端部３ａと導入部３ｂを有する。　
　先端部３ａの一方の端部は、放電空間２ｄの内部に突出している。一対の先端部３ａは、所定の距離を置いて対向配置されている。先端部３ａは、例えば、Ｔａ（タンタル）やＭｏ（モリブデン）などから形成することができる。先端部３ａの他方の端部は、細管部２ｃの内部に設けられ、導入部３ｂと電気的に接続されている。
　導入部３ｂの先端部３ａと電気的に接続される側の端部は細管部２ｃの内部に設けられている。導入部３ｂの反対側の端部は細管部２ｃから露出している。導入部３ｂは、例えば、Ｎｂ（ニオビウム）などから形成することができる。　
　細管部２ｃの内壁と、先端部３ａ及び導入部３ｂとの間には、シール材からなる封止部８が設けられ、放電空間２ｄが気密に封止されている。封止部８を形成するためのシール剤は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３などを含むフリットガラスとすることができる。
　放電空間２ｄには、放電媒体が封入されている。放電媒体は、金属ハロゲン化物９と、不活性ガスとを含む。金属ハロゲン化物９は、例えば、ＳｃＩ３などとすることができる。不活性ガスは、例えば、アルゴンガスなどとすることができる。またさらに、水銀を含めることができる。
　外管４は、発光管２の本体部２ａと同芯に設けられている。すなわち、二重管構造となっている。外管４の一方の端部は塞がれており、外管４の他方の端部は本体部６により封止されている。外管４と発光管２との間に形成された閉空間は、例えば、大気圧よりも減圧された雰囲気とすることができる。外管４は、例えば、石英ガラスなどから形成することができる。
　リード線５は、電極３の導入部３ｂと端子７を電気的に接続する。　
　本体部６は、樹脂などの絶縁性材料から形成されている。　
　端子７の一方の端部は本体部６の内部に設けられ、リード線５が電気的に接続されている。端子７の他方の端部は本体部６から露出している。　
　放電灯１を機器に装着した際には、機器に設けられた点灯回路と端子７とが電気的に接続されるようになっている。
　次に、放電灯１の作用について説明する。　
　機器に設けられた点灯回路により３０ｋＶ程度の高圧パルスが、端子７に印加されると、一対の電極３の先端部３ａ間にアーク放電が発生する。このアーク放電による熱により、放電空間２ｄに封入されている金属ハロゲン化物９が蒸発し、さらに金属とハロゲンとに解離することで特有の波長を有する光が発生する。　
　発生した光は、発光管２と外管４を透過し、放電灯１の外部に放出される。
　ここで、発光管２の内部において発生した光は発光管２を透過して外部に放出されるため、発光管２の直線透過率を向上させることが重要となる。　
　図３は、直線透過率と発光効率の関係を例示するグラフ図である。　
　図３における縦軸は、ランプ効率指数（％）である。横軸は、直線透過率である。図３は、波長１１００ｎｍの光に対する、厚さ１ｍｍのセラミックスによって形成された発光管の特性を例示している。なお、発光効率（ランプ効率指数）の測定方法、及び、直線透過率の測定方法に関する詳細は後述する。
　本発明者の得た知見によれば、図３に示すように、発光管の発光効率は、直線透過率に依存する。発光効率は、直線透過率が５％～１０％の範囲において、著しく向上する。さらに発光効率は、直線透過率が１０％～１５％の範囲においても向上する。発光効率の変化は、直線透過率が１５％～２５％の範囲においては小さい。したがって、波長が１１００ｎｍの光に対する直線透過率は、１５％以上であることが好ましい。
　また、発光管２の機械的な強度を十分なものとする必要がある。　
　発光管２の材料として多結晶アルミナを用いる場合には、アルミナの結晶粒子の大きさを大きくすれば直線透過率を高くすることができる。しかしながら、アルミナの結晶粒子の大きさを大きくすれば、発光管の機械的な強度が低下することになる。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）は、アルミナの結晶粒子の粒子径と機械的な強度との関係を例示するグラフ図である。
　図４（ａ）は、アルミナ結晶粒子の平均粒子径と機械的強度との関係を例示している。図４（ａ）における縦軸は強度指数を表し、横軸はアルミナの結晶粒子の平均粒子径を表す。　
　強度指数とは、結晶粒子の平均粒子径が１０μｍのアルミナから形成された発光管２の機械的な強度に対する値である。また、発光管２の機械的な強度は、発光管２の内部に水圧を付加し、発光管２が破壊された時の圧力（水圧）としている。
　図４（ｂ）は、アルミナ結晶粒子の粒子径のＤ９０と、機械的強度と、の関係を例示している。図４（ｂ）における縦軸は強度指数を表し、横軸は粒子径の累積分布におけるＤ９０を表す。　
　ここで、粒子径の累積分布におけるＤ９０とは、粒子径の累積分布において、小さい方から数えて９０％に相当する粒子径である。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）から分かるように、アルミナの結晶粒子の粒子径（平均粒子径またはＤ９０）を大きくすれば、発光管の機械的な強度が低下する。すなわち、発光管の機械的な強度の向上と直線透過率の向上との間には、トレードオフの関係が成立することになる。　
　直線透過率を確保するためにアルミナの結晶粒子の平均粒子径を大きくして、光の直進性が妨げられる要因となる粒界の影響を低減させることができる。しかしながら、アルミナの結晶粒子の平均粒子径を大きくすると機械的な強度が低下してしまうので、発光管の機械的な強度と直線透過率の両方を向上させることは困難な場合がある。
　そこで、以下に説明する多結晶アルミナからなる発光管２とすることで機械的な強度と直線透過率を向上させるようにしている。　
　この場合、以下に説明する多結晶アルミナからなる発光管２とすれば、前述した発光管の形態にかかわらず機械的な強度と直線透過率を向上させることができる。すなわち、発光管２の材料として以下に説明する多結晶アルミナを用いるものとすれば、前述した発光管２や放電灯１の形態は適宜変更することができる。
　前述したように、従来の多結晶アルミナの場合には、アルミナの結晶粒子の平均粒子径を小さくすれば発光管２の機械的な強度を高めることができるが、直線透過率が低下してしまうことになる。　
　本発明者の得た知見によれば、アルミナに焼結用助剤を添加すればアルミナの結晶粒子の成長を抑制することができるので、発光管２の機械的な強度を向上させることができる。
　実施形態に係る発光管２は、アルミナの結晶を含む多結晶アルミナからなる主相と、アルミナの結晶の粒界どうしの間に位置し焼結用助剤から生成された相（第１相）と、を有する。例えばＡｌ２Ｏ３の粒子間にＬａ２Ｏ３の粒子が介在する複合体が構成されている。実施形態においては、アルミナの結晶粒子の平均粒子径を、５μｍ以上、好ましくは５μｍ以上１２μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以上１０μｍ以下とする。また、アルミナの結晶の粒子径の累積分布におけるＤ９０は４５μｍ以下、好ましくは４３μｍ以下とする。アルミナの結晶粒子の粒子径をこのような範囲とすることで、適切な強度を得ることができる。
　そして、アルミナの結晶粒界にある焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値を適切な範囲とすれば、光の屈折や散乱を抑制することができるので直線透過率の向上を図ることができる。すなわち、アルミナの結晶粒界にある焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値を適切な範囲とすれば、発光管２の機械的な強度と直線透過率の両方を向上させることができる。また、焼結用助剤から生成された相の円相当径を適切な範囲とすることで、後述するように直線透過率のばらつきを抑制することができ、発光管を安定して製造することができる。
　ここで、焼結用助剤としては、例えば、Ｌａ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３などの酸化物を用いることができる。　
　そのため、以下においては一例として、焼結用助剤がＬａ２Ｏ３である場合について説明することにする。
　図５は、焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値と、直線透過率との関係を例示するグラフ図である。　
　また、図５は、アルミナの結晶粒子の平均粒子径が５μｍ以上であり、アルミナの粒子径の累積分布におけるＤ９０が４５μｍ以下である場合を例示している。　
　図５の直線透過率は、厚さが１ｍｍのセラミックスによって形成された発光管の、波長１１００ｎｍの光に対する直線透過率である。
　なお、アルミナ結晶粒子の粒子径の測定方法、及び、焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値の測定方法に関する詳細は後述する。
　前述したように、実施形態においては、直線透過率は１５％以上とされる。これにより、発光効率を向上させることができる。図５から分かるように、アルミナの結晶粒界にある焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値を４μｍ以下、好ましくは３．５μｍ以下とすれば、直線透過率が１５％以上となるようにすることができる。なお、実施形態において、焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値は、０μｍよりも大きい。
　図６は、焼結用助剤から生成された相の占有面積比率と、発光管の直線透過率と、の関係を例示するグラフ図である。　
　図６の縦軸は、図５と同様の直線透過率である。図６の横軸は、発光管の表面における、焼結用助剤から生成された相の面積が占める割合（占有面積比率）である。　
　ここで、発光管の表面における多結晶アルミナからなる主相の総面積をＳ１とし、当該表面における焼結用助剤から生成された相の総面積をＳ２とすると、発光管の表面の面積は、Ｓ１＋Ｓ２と表すことができる。また、図６に表した占有面積比率（％）は、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００と表すことができる。
　図６から分かるように、焼結用助剤から生成された相の占有面積比率を０．５％以下とすることで、直線透過率を１５％以上とすることができる。　
　すなわち、Ｓ１及びＳ２が、
　Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００≦０．５
　の関係を満たすことで、直線透過率を１５％以上とすることができる。実施形態においては、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００を、０．５以下、好ましくは０．４６以下、更に好ましくは０．３６以下とする。これにより、直線透過率を向上させることができる。なお、実施形態において、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００は、０よりも大きい。
　なお、ここで、発光管の表面とは、後述する観察範囲内の発光管の内表面である。内表面は、発光管２のセラミックスの表面のうち、放電空間２ｄに面した領域である。占有面積比率の測定方法に関する詳細は後述する。
　従来は、アルミナの結晶粒子の平均粒子径を５μｍ～１２μｍ程度とすれば、発光管２の機械的な強度を高めることができたが、直線透過率は低いものとなっていた。　
　これに対して、実施形態によれば、アルミナの結晶粒子の平均粒子径を５μｍ～１２μｍ程度としても直線透過率が１５％以上とすることができる。また、内面のプラズマ耐性が向上し、発光管内部のアークに対して腐食が生じにくくなり、放電灯の寿命を長くすることができる。
　前述したように、特許文献１においても、Ａｌ２Ｏ３の粒子間にＬａ２Ｏ３の粒子が介在する複合体が構成されており、高い直線透過率（３０％程度）を有する発光管を得ることができる。しかし、特許文献１における発光管の直線透過率は、５％～３０％の間でばらつき、歩留まりが低いと推定される。これに対して、実施形態に係る発光管２によれば、直線透過率が向上した発光管を安定して製造することができる。
　図７（ａ）及び図７（ｂ）は、発光管の直線透過率の度数分布を例示するグラフ図である。　
　図７(ａ）は、特許文献１に記載された発光管の直線透過率の度数分布であり、図７（ｂ）は、本実施形態に係る発光管の直線透過率の度数分布である。直線透過率は、厚さ１ｍｍのセラミックスによって形成された発光管における、波長１１００ｎｍの光に対する直線透過率である。
　図７（ａ）に示した例では、直線透過率の平均値は、１２％程度であり、標準偏差は３．５程度である。したがって、直線透過率１５％以上の発光管を安定して得ることは難しい。なお、直線透過率が３０％程度である発光管は、分布の端に位置すると推定される。この例では、直線透過率が３０％程度である発光管は得られておらず、母数を増やすことで高い透過率の発光管を得ることができると考えられる。　
　一方、図７（ｂ）に示したように、実施形態に係る発光管においては、直線透過率の平均値は、２４％であり、標準偏差は０．９程度である。本実施形態によれば、直線透過率の高い発光管を安定して製造することができる。
　図８は、発光管の直線透過率と、光の波長との関係を例示するグラフ図である。　
　図８の横軸は、発光管を透過する光の波長であり、縦軸は、厚さ１ｍｍのセラミックスによって形成された発光管の直線透過率である。図８には、実施形態に係る発光管２の特性と、従来の発光管２９の特性と、を例示している。
　図８に示す様に、発光管２９の直線透過率の波長に対する依存性は小さい。これに対して、実施形態に係る発光管２の直線透過率は、長波長において高くなる。
　前述したように、波長が１１００ｎｍの光に対する直線透過率を１５％以上とすることで、発光効率を高くすることができる。さらに、特許文献２によると、照明に用いられる発光管においては、可視光のうち長波長の光に対する直線透過率を高くすることで、特性を向上させることができる。特許文献２には、例えば、可視光波長域における光の強度比を、
　（波長３８０ｎｍ～４９０ｎｍの光の強度）：（波長４９０ｎｍ～５７０ｎｍの光の強度）：（波長５７０ｎｍ～５９０ｎｍの光の強度）：（波長５９０ｎｍ～７８０ｎｍの光の強度）＝６：１８：６：７０
　とすることで、彩度及び演色性を向上させることができることが記載されている。すなわち、セラミックメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプにおいては、長波長側の直線透過率を向上させることで、彩度及び演色性を向上させることができる。
　実施形態においては、直線透過率Ｔ（％）は、
　Ｔ（％）≧λ／６０－３．３３
　の関係を満たす。ここでλは、発光管を透過する光の波長である。このように、長波長の光に対して高い直線透過率を有するようにする。これにより、高圧ナトリウムランプにおいて、発光効率を向上させることができる。また、長波長の光に対して高い直線透過率を有するため、セラミックメタルハライドランプにおいて、彩度及び演色性を向上させることができる。
　また、本発明者の得た知見によれば、直線透過率は、発光管中の不純物に依存することが分かった。直線透過率は、不純物の中でも、特にカルシウム（Ｃａ）及び鉄（Ｆｅ）の量に依存することが判明した。
　図９及び図１０は、不純物の濃度と直線透過率との関係を例示するグラフ図である。　
　図９の横軸は、セラミックスの組成におけるＣａの濃度（組成比）を示し、図１０の横軸は、セラミックスの組成におけるＦｅの濃度（組成比）を示す。図９の縦軸及び図１０の縦軸は、厚さが１ｍｍのセラミックスによって形成された発光管の、波長１１００ｎｍの光に対する直線透過率である。なお、組成分析の方法の詳細については後述する。
　図９から分かるように、Ｃａの含有量（濃度）を４０ｐｐｍ以下、好ましくは３７ｐｐｍ以下とすることで、Ｃａによる光の不純物散乱を抑制し、直線透過率を１５％以上とすることができる。　
　また、図１０から分かるように、Ｆｅの含有量（濃度）を２．２ｐｐｍ以下、好ましくは２．０ｐｐｍ以下とすることで、Ｆｅによる光の不純物散乱を抑制し、直線透過率を１５％以上とすることができる。
　また、本発明者の得た知見によれば、直線透過率は、発光管の内表面の粗さに依存することが分かった。　
　図１１及び図１２は、発光管の内表面の構造と、直線透過率との関係を例示するグラフ図である。　
　図１１及び図１２の縦軸は、厚さが１ｍｍのセラミックスによって形成された発光管の、波長１１００ｎｍの光に対する直線透過率である。　
　図１１の横軸においては、内表面の構造を表す指標として、凹凸の高さＲｃ（ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に規定される粗さ曲線要素の平均高さ）を用いている。また、図１２の横軸においては、内表面の構造を表す指標として、スキューネスＲｓｋ（ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に規定される粗さ曲線のスキューネス）を用いている。図１１及び図１２は、これらの内表面の構造をサーマルエッチングを用いて変化させた場合の直線透過率を示す。
　直線透過率は、結晶の粒界散乱の影響を受ける。このため、直線透過率は、粒界の深さや広さを表すＲｃ及びＲｓｋに依存すると考えられる。なお、Ｒｃの測定方法及びＲｓｋの測定方法の詳細については、後述する。
　実施形態においては、Ｒｃ≦０．４μｍ、好ましくはＲｃ≦０．２７μｍとする。また、Ｒｓｋ≦－０．３４、好ましくはＲｓｋ≦－０．５とする。これにより、図１１及び図１２に示すように、直線透過率を１５％以上とすることができる。結晶粒界における光の屈折や散乱を抑制することができるため、直線透過率が向上し、発光効率を向上させることができる。
　（測定方法）　
　次に、アルミナの結晶粒子の粒子径、直線透過率、焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値、占有面積比率、ランプ効率、セラミックスの組成分析方法、Ｒｃの測定方法、及び、Ｒｓｋの測定方法について、を説明する。　
　（アルミナの結晶粒子の粒子径の測定方法）　
　アルミナの結晶粒子の粒子径は、以下のようにして測定した。　
　まず、発光管２を破壊して測定用のサンプルを作成する。　
　次に、サンプルの表面をレーザ顕微鏡を用いて撮像する。　
　この際、発光管２の内表面（内壁面）を撮像した。　
　レーザ顕微鏡は、オリンパス製、走査型共焦点レーザー顕微鏡ＯＬＳ－４０００とした。
　撮像範囲（観察範囲）は、６８０μｍ×４８０μｍとした。　
　アルミナの結晶粒界にある相は遷移金属を含んでいるため輝度が高い。そのため、画像解析により高輝度部分をアルミナの結晶粒界にある相として分離することができる。
　画像解析には、Ｗｉｎ－ＲＯＯＦＶｅｒ６．４（三谷商事）を用いた。　
　Ｗｉｎ－ＲＯＯＦＶｅｒ６．４を用いた画像解析は、以下のようにすることができる。
　撮像された画像をモノクロ化し、単色閾値２０００～２３００の範囲内で二値化して、アルミナの結晶粒子と、アルミナの結晶粒界にある相とを分離する。　
　そして、Ｗｉｎ－ＲＯＯＦＶｅｒ６．４のコマンドを実行することで、アルミナの結晶粒子径を算出する。　
　この場合、アルミナの結晶粒子径は、Ｗｉｎ－ＲＯＯＦＶｅｒ６．４の「円相当径」により算出することができる。　
　そして、アルミナの結晶粒子の平均粒子径は、算出された複数の円相当径の相加平均を算出することで求めることができる。
　ここで、上述のようにして、粒子径が算出された粒子の数がＮ個であるとする。このとき、粒子径の累積分布におけるＤ９０は、算出されたＮ個の粒子径のうち、小さい方から数えて、Ｎ×０．９番目の粒子径である。　
　例えば、１０００個の粒子について粒子径が算出された場合、９００番目に小さい粒子の粒子径がＤ９０となる。
　（直線透過率の測定方法）　
　図１３は、直線透過率の測定方法を例示する模式図である。　
　図１３（ａ）は発光管２を置かない状態で測定する様子を表し、図１３（ｂ）は発光管２を置いた状態で測定する様子を表している。　
　直線透過率の測定には、紫外線可視分光光度計１００を用いた。　
　紫外線可視分光光度計１００は、島津製作所製、ＵＶ－１８００とした。当該装置の照射光源の大きさは、９ｍｍ×０．８ｍｍである。　
　また、測定用の光の受光部に測定用の光以外の光が入射しないように、暗箱中で測定した。
　まず、図１３（ａ）に示すように、測定用の光の投光部と受光部との間に発光管２を置かない状態で測定を行い、発光管２を置かない状態における信号強度を測定する。　
　次に、図１３（ｂ）に示すように、測定用の光の投光部と受光部との間に発光管２を置く。発光管２の中心軸が測定用の光の光軸に対してほぼ垂直となるように、発光管２を保持した。　
　セラミックメタルハライドランプ用の発光管においては、キャピラリに沿った軸に対して垂直な平面における断面形状が曲線を含む。そこで、セラミックメタルハライドランプ用の発光管の測定においては、照射光の長軸方向と、発光管のキャピラリに沿った軸の方向と、を合わせ、本管部（本体部）で測定を実施した。なお、キャピラリに沿った軸に対して平行な平面における本管部の断面形状が曲線を含む場合については、光源の長軸を３ｍｍにカットするフィルタを用いて測定した。
　高圧ナトリウムランプ用の発光管は、円筒形である。そこで、高圧ナトリウムランプ用の発光管の測定においては、発光管の長軸方向と、光源の長軸方向と、を合わせて、測定を実施した。　
　発光管２は、破壊や加工したサンプル片とせず実際の形状のままとした。つまり、直線透過率を発光管２の形状を含めて評価した。
　そして、測定用の光を発光管２に照射し、発光管２を透過して受光部により受光された光の信号強度を測定する。
　図１３（ａ）の状態における受光部の信号強度に対する、図１３（ｂ）の状態における受光部の信号強度の割合を、直線透過率の値とした。
　（焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値の測定方法、および占有面積比率の測定方法）　
　焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値、および占有面積比率は、以下のようにして測定した。　
　まず、発光管２を破壊して測定用のサンプルを作成する。　
　次に、サンプルの表面の輝度像を電子顕微鏡を用いて撮像する。　
　この際、発光管２の内壁面を撮像した。　
　電子顕微鏡は、日立製作所製、走査電子顕微鏡Ｓ－３０００Ｎとした。
　撮像範囲（観察範囲）は、４２５μｍ×３２０μｍとした。　
　アルミナの結晶粒界にある相は遷移金属を含んでいるため輝度が高い。そのため、画像解析により高輝度部分をアルミナの結晶粒界にある相として分離することができる。
　画像解析には、Ｗｉｎ－ＲＯＯＦＶｅｒ６．４（三谷商事）を用いた。　
　Ｗｉｎ－ＲＯＯＦＶｅｒ６．４を用いた画像解析は、以下のようにすることができる。
　撮像された画像をモノクロ化し、単色閾値１５０～２１０の範囲内で二値化して、アルミナの結晶粒子と、アルミナの結晶粒界にある相とを分離する。　
　そして、Ｗｉｎ－ＲＯＯＦＶｅｒ６．４のコマンドを実行することで、焼結用助剤から生成された相の円相当径を算出する。　
　この場合、焼結用助剤から生成された相の円相当径は、Ｗｉｎ－ＲＯＯＦＶｅｒ６．４の「円相当径」により算出することができる。　
　そして、算出された複数の円相当径のうちの最大値を、焼結用助剤から生成された相の円相当径の最大値とした。
　また、算出された複数の円相当径に基づいて、アルミナの結晶粒界にある焼結用助剤から生成された相の総面積を算出する。この際、ポアの部分は除外して相の総面積を算出した。そして、占有面積比率（％）を以下の式により算出した。アルミナの結晶からなる主相の総面積をＳ１とし、焼結用助剤から生成された相の総面積をＳ２とすると、占有面積比率（％）は、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００、と表すことができる。
　（ランプ効率の測定方法）　
　放電灯１は、図１及び図２において例示をしたものとした。　
　発光管の細管部に両端からＷ、Ｍｏ及びＮｂ等で構成された電極を挿入した。
　放電空間２ｄに封入される放電媒体は、希土類系のハロゲン化物、水銀、およびアルゴンガスとした。アルゴンガスの圧力は、５０ｔｏｒｒ～３００ｔｏｒｒとした。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＤｙ２Ｏ３等を含むフリットガラスを用いて、細管部の封止を行った。このようにして作製した発光バルブに外管構造を施し、放電灯１を完成させた。
　放電灯１を光束球内で１０分間点灯後、マルチチャンネル分光器を用いて全光束照度（ｌｍ）を測定した。また、同時に、放電灯１への入力電力（Ｗ）を測定した。　
　ランプ効率（ｌｍ／Ｗ）は、
　ランプ効率（ｌｍ／Ｗ）＝全光束照度／入力電力
により算出した。
　（組成分析方法）　
　発光管のセラミックスの組成におけるＣａの濃度、及びＦｅの濃度は、以下のようにして測定した。　
　誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）発光分析によって、発光管のセラミックスの組成分析を行った。ＩＣＰ発光分析装置には、堀場製作所製ＩＣＰ－ＡＥＳ　ＵＬＴＩＭＡ２（シーケンシャルタイプ）を用いた。焼結体のアルミナを乳鉢で粉砕した後、２５ｖｏｌ％の硫酸に入れ、加圧酸分解によって溶解させた。このようにして得られた溶液を分析することで、不純物の含有量を算出した。
　（Ｒｃの測定方法及びＲｓｋの測定方法）　
　表面構造の指標として用いたＲｃ及びＲｓｋは、以下のようにして測定した。　
　まず、サンプルの表面をレーザ顕微鏡を用いて撮像する。撮像されるサンプルの表面は、例えば、発光管２の内表面（内壁面）である。レーザ顕微鏡には、オリンパス製の走査型共焦点レーザー顕微鏡ＯＬＳ－４０００を用いた。撮像範囲（観察範囲）を６８０μｍ×４８０μｍとし、当該範囲における輝度像を撮影した。輝度像を解析し、Ｒｃ及びＲｓｋを算出した。解析の際に、粗さ測定のカットオフ値λｃ（位相補償高域フィルタ）は、８０μｍとした。
　（発光管２の製造方法）　
　次に、前述した多結晶アルミナからなる発光管２の製造方法について説明する。　
　前述したように焼結用助剤としては種々の酸化物を用いることができる。
　そのため、以下においては一例として、焼結用助剤がＬａ２Ｏ３である場合について説明することにする。Ａｌ２Ｏ３の粒子間にＬａ２Ｏ３が介在した複合体を含む透光性セラミックスについて説明する。発光管２に用いられる透光性セラミックスのアルミナの純度は、耐食性の観点から、９５ｗｔ％以上、９５ｗｔ％以上、好ましくは９８ｗｔ％以上、さらに好ましくは９９％以上とされる。
　図１４は、発光管２の製造方法について例示をするフローチャートである。　
　図１４は、熱間等方圧加圧処理（ＨＩＰ；Hot Isostatic Pressing）を一部に組込んだ透光性セラミックスの製造工程を例示している。図１４に示すように、先ずＡｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、純水、バインダー及び分散剤を湿式混合分散し、次いで真空脱泡した後、鋳込み成形し、この後、乾燥及び一次焼結を行う。さらに熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）処理を行う。
　尚、Ｌａ２Ｏ３の変わりにＭｇＯを使用し、鋳込み成形の代りに押出し成形、または、射出ブロー成形を行ってもよい。また、射出ブロー成形の場合には、混合工程において純水を添加せず、成形後に脱脂処理してから一次焼結を行う。
　Ａｌ２Ｏ３の原料として、ＡＡＣＨ（アンモニウム・アルミニウム・カーボネイト・ハイドロオキサイド）を母塩とする原料を用いることができる。この原料の純度は、４Ｎ（約９９．９９％）以上であり、粒径は０．０５～１．０μｍである。　
　Ｌａ２Ｏ３の原料の純度は、３Ｎ（約９９．９％）以上であり、粒径は０．１～２．０μｍである。　
　原材料の純度を適切に管理することによって、前述したＦｅ等の不純物の含有量を適切な範囲に制御することができる。　
　バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリルエマルジョン、または糖アルコール等を用いることができる。分散剤としてはポリカルボン酸やポリアクリル酸のアンモニウム塩等を用いることができる。
　Ａｌ２Ｏ３に、Ｌａ２Ｏ３を０．０１～１８ｗｔ％の範囲で添加する（Ａｌ２Ｏ３の割合は、９９．８～８２ｗｔ％）。この混合体（粉体）に対して、バインダー及び分散剤を加える。加えられるバインダー及び分散剤の量は、混合体重量の０．２％～１％に相当する量である。　
　さらに、混合体重量の２０～１００％に相当する量の純水を加え、ボールミル中で１０時間以上湿式混合して、スラリーを得る。
　以上のようにして、調製したスラリーに必要に応じて消泡剤を加えて真空下で脱泡する。その後、石膏型、多孔質樹脂型または多孔質セラミックス型等を用いて鋳込み成形を行い、未焼結のセラミックス成形体を得る。
　ここで、未焼結のセラミックス成形体は、高輝度放電灯の発光管の形態を有する。　
　鋳込み成形によれば、必要に応じて種々の形状の発光管を成形できる。例えば、端部封止部の径が中央部の径の１／２以下で、境界部がスムーズに連続した形状の発光管を成形できる。　
　このような形状とすると、金属蒸気のリーク及びクラックが発生しにくく、且つ、発光効率の高い発光管を得ることが出来る。このような鋳込み成形を用いることで、前述したＲｃ及びＲｓｋを適切な範囲に制御することができる。
　尚、成形体中にＣａ成分の混入が考えられるので、鋳込み成形に引き続いて仮焼工程及び温水（酸）での洗浄工程を入れ、Ｃａ成分の除去を行う。
　そして、未焼結のセラミックス成形体としての発光管を乾燥した後に一次焼結する。一次焼結の条件は、真空、空気、Ｎ２、Ａｒ、Ｈ２又は水蒸気の雰囲気中において、１２５０℃～１８００℃、０．５時間以上である。このようにして、セラミックス成形体が９８％以上の嵩密度を有するようにする。
　ここで、一般的には、一次焼結の焼成温度は上記の温度である。しかし、この様な温度範囲で一次焼結を行うと、実施形態に係る発光管２について説明したようなセラミックスが得られないことが判明した。実施形態においては、一次焼成温度は、１３００℃～１５００℃（複合体の凝集を低減する温度）とされる。これにより、透光性セラミックスの表面上に生成される焼結用助剤の添加物に由来した複合物の状態を制御することができる。
　図１５（ａ）～図１５（ｆ）は、一次焼結の焼成温度の影響を例示する電子顕微鏡写真である。　
　なお、図１５（ａ）～図１５（ｆ）は、後述する熱間等方圧加圧処理後の多結晶アルミナの表面を撮影したものである。　
　図１５（ａ）の場合の焼成温度が一番低く、図１５（ｆ）の場合の焼成温度が一番高くなっている。そして、図１５（ａ）から図１５（ｆ）になるに従い、焼成温度が段階的に高くなっている。各写真には、多結晶アルミナからなる主相１０と、焼結用助剤から生成された相１１と、が示されている。各写真中における白点の部分が、アルミナの結晶粒界にある焼結用助剤から生成された相である。
　図１５（ａ）～図１５（ｆ）から分かるように、一次焼結の焼成温度が変化すれば、アルミナの結晶粒界にある焼結用助剤から生成された相の大きさや総面積が変化する。　
　原料粒子の形状や原料の純度（Ｆｅなどの不純物の除去）を管理したとしても、前述した組成を有する多結晶アルミナを得ることができず、直線透過率にばらつきが発生したり、高い直線透過率が得られないおそれがある。　
　本発明者の得た知見によれば、一次焼結における焼成温度を制御することで、アルミナの平均粒子径、アルミナの結晶粒界にある焼結用助剤から生成された相の大きさや総面積を適正なものとすることができる。これにより、前述したような高い直線透過率を得ることができる。また、直線透過率のばらつきを抑制することができ、発光管を安定して製造することができる。
　次に、一次焼結体を熱間等方圧加圧処理する。　
　次に、熱間等方圧加圧処理されたものに機械加工などを施すことで、発光管２の製造が完了する。
　ここで、熱間等方圧加圧処理についてさらに説明する。　
　図１６は、熱間等方圧加圧処理に用いる処理装置２００を例示する模式図である。　
　図１６に示すように、処理装置２００には、圧力容器２０１、ジャケット２０２、上蓋２０３、下蓋２０４、るつぼ２０６、断熱層２０７、ヒータ２０８、配管２０９、配管２１０、排気ポンプ２１１、及びコンプレッサ２１２が設けられている。
　圧力容器２０１は円筒状を呈している。　
　ジャケット２０２は、圧力容器２０１の外壁を覆うように設けられている。ジャケット２０２の内部には冷却水が流れるようになっている。　
　上蓋２０３は、圧力容器２０１の上側の開口を塞ぐように設けられている。　
　下蓋２０４は、圧力容器２０１の下側の開口を塞ぐように設けられている。　
　るつぼ２０６は、円筒状を呈し、下蓋２０４側が閉鎖され、上蓋２０３側が開口した形態を有している。るつぼ２０６は、下蓋２０４の上方に設けられている。るつぼ２０６の内部には、一次焼結体２２が収納される。　
　断熱層２０７は、るつぼ２０６を覆うようにして設けられている。　
　ヒータ２０８は、断熱層２０７とるつぼ２０６の間に設けられている。　
　排気ポンプ２１１は、配管２０９を介して圧力容器２０１に接続されている。排気ポンプ２１１は、圧力容器２０１の内部のガスを排気する。　
　コンプレッサ２１２は、配管２１０を介して圧力容器２０１に接続されている。コンプレッサ２１２は、圧力容器２０１の内部を所定の圧力まで加圧する。コンプレッサ２１２による加圧に用いられるガスとしては、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈ２、Ｏ２からなる群より選ばれた少なくとも一種を用いることができる。　
　なお、圧力容器２０１の内部を所定の圧力まで加圧する際には、排気ポンプ２１１により圧力容器２０１の内部のガスを排気し、加圧に用いられるガスと置換するようにする。
　処理装置２００を用いた熱間等方圧加圧処理は、以下のようにして行うことができる。　まず、発光管２の形態を有する一次焼結体２２をるつぼ２０６の内部に収納する。　
　そして、収納された一次焼結体２２の上からビーズ２１３を充填し、ビーズ２１３で一次焼結体２２を覆う。ビーズ２１３の材料は、一次焼結体２２の材料と同じとすることができる。
　次に、この様にして一次焼結体２２とビーズ２１３が収納されたるつぼ２０６を圧力容器２０１の内部にセットする。　
　一次焼結体２２と同じ材料のビーズ２１３で覆った状態で熱間等方圧加圧処理を行うようにすれば、焼結を充分に完結させることができる。
　なお、ビーズ２１３、及びるつぼ２０６の材料は、一次焼結体２２の材料と同じ、若しくは、一次焼結体２２の主成分と同じ（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは、一次焼結体２２の形成に用いられた焼結用助剤（例えば、Ｌａ２Ｏ３など）と同じとすることもできる。　
　一次焼結体２２の形成に用いられた焼結用助剤（例えば、Ｌａ２Ｏ３）と異なる酸化物（例えば、ＭｇＯ）を用いてビーズ２１３やるつぼ２０６を形成した場合には、形成された発光管２の表面に酸化物が不純物として残る可能性がある。しかしながら、酸化物が不純物として残ったとしても、表面のみであるため、後述する機械加工により簡単に除去することができる。
　また、ビーズ２１３、及びるつぼ２０６の材料を一次焼結体２２の形成に用いられた焼結用助剤と同じとすれば、アルミナの結晶粒子の成長を抑制することができる。　
　低温、低圧の条件であれば、ビーズ２１３、及びるつぼ２０６の材料を一次焼結体２２の形成に用いられた焼結用助剤と同じとしても、アルミナの結晶粒子の成長の抑制には全く関与しない。しかしながら、１３５０℃以上の高温、且つ、５００ａｔｍ以上の高圧のもとでは、一次焼結体２２の形成に用いられた焼結用助剤と同じ元素がるつぼ２０６の内部に存在すると、アルミナの結晶粒子の成長が抑制されると考えられる。
　次に、熱間等方圧加圧処理の処理条件についてさらに説明する。　
　図１７は、熱間等方圧加圧処理の工程を例示する模式図である。　
　図１７に示すように、圧力容器２０１の内部の温度を室温から１５８０℃まで上昇させ、１５８０℃を６時間程度維持する。昇温速度は、２００℃／ｈとすることができる。　
　また、昇温とともに圧力容器２０１の内部の圧力を大気圧から１０００ａｔｍまで上昇させ、１０００ａｔｍを６時間程度維持する。　
　加圧に用いられるガスとしては、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈ２、Ｏ２からなる群より選ばれた少なくとも一種を用いることができる。
　図１８は、熱間等方圧加圧処理の温度条件と圧力条件とを例示する模式図である。　
　図１８から分かるように、熱間等方圧加圧処理を１３００℃未満で行えば、充分な透光性が得られない。また、１８００℃を越えるとＬａ２Ｏ３がＡｌ２Ｏ３に固溶され、直線透過率の向上に不利となる。　
　また、圧力を５００ａｔｍ未満で行えば、充分な透光性が得られない。１２００ａｔｍを越えるとクラックが発生する。　
　そのため、熱間等方圧加圧処理の温度は１３００℃以上１８００℃以下、圧力は５００ａｔｍ以上１２００ａｔｍ以下とすることが好ましい。
　以上説明した製造方法においては、高純度アルミナ混合粉末に対して、前述の管理された条件で一次焼結を実施する。さらに、この一次焼結体に対し、制御された温度及び圧力下で、熱間等方圧加圧処理を施す。これにより、Ａｌ２Ｏ３の粒径を制御することができる。また、焼結用助剤に由来する複合物の生成及び成長を制御することができる。そのため、機械的強度に影響を及ぼすＡｌ２Ｏ３の粒子径を変化させなくとも、安定して透光性を向上させた発光管を製造することができる。
　以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。　
　前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。　
　また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　本発明の態様によれば、機械的な強度と直線透過率に優れ、安定して製造することのできる発光管および放電灯を提供できる。
　１　放電灯
　２　発光管
　２ａ　本体部
　２ｂ　端部
　２ｃ　細管部
　２ｄ　放電空間
　３　電極
　３ａ　先端部
　３ｂ　導入部
　４　外管
　５　リード線
　７　端子
　８　封止部
　９　金属ハロゲン化物
　２２　一次焼結体
　２９　発光管
　２００　処理装置
　２０１　圧力容器
　２０２　ジャケット
　２０３　上蓋
　２０４　下蓋
　２０７　断熱層
　２０８　ヒータ
　２０９　配管
　２１０　配管
　２１１　排気ポンプ
　２１２　コンプレッサ
　２１３　ビーズ

Claims (8)

  1. 　アルミナの結晶を含む多結晶アルミナからなる主相と、
    　前記アルミナの結晶の粒界に位置し、ランタンを含む焼結用助剤から生成された第１相と、
    　を備え、
    　表面における前記主相の総面積をＳ１とし、前記表面における前記第１相の総面積をＳ２としたときに、前記Ｓ１及び前記Ｓ２は、
    　Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００≦０．５
    　の関係を満たし、
    　前記第１相の円相当粒子径の最大値は、４μｍ以下である放電灯用の発光管。
  2. 　５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長を有する光に対する直線透過率をＴとし、前記光の波長をλとしたときに、
    　Ｔ（％）≧λ／６０－３．３３
    　の関係を満たす請求項１記載の発光管。
  3. 　カルシウムの含有量が４０ｐｐｍ以下である請求項１記載の発光管。
  4. 　鉄の含有量が２．２ｐｐｍ以下である請求項１記載の発光管。
  5. 　前記表面における粗さ曲線要素の平均高さは、０．４μｍ以下であり、
    　前記表面における粗さ曲線のスキューネスは、－０．３４以下である請求項１記載の発光管。
  6. 　前記アルミナの結晶の粒子径の累積分布におけるＤ９０は、４５μｍ以下である請求項１記載の発光管。
  7. 　前記アルミナの結晶の平均粒子径は、５μｍ以上である請求項１記載の発光管。
  8. 　請求項１記載の発光管を備えた放電灯。
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