JP2000306547A - ガス放電ランプ - Google Patents

ガス放電ランプ

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JP2000306547A
JP2000306547A JP2000106537A JP2000106537A JP2000306547A JP 2000306547 A JP2000306547 A JP 2000306547A JP 2000106537 A JP2000106537 A JP 2000106537A JP 2000106537 A JP2000106537 A JP 2000106537A JP 2000306547 A JP2000306547 A JP 2000306547A
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Detlef Dr Hennings
ヘニングス デトレフ
Oliver Steigelmann
シュタイゲルマン オリヴァー
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 封入セラミック製構造体を具えているガス放
電ランプの特性を改善する。 【解決手段】 本発明は、ドナー／アクセプタのドーパ
ントを有するBa(Ti1-xZr x)Ｏ3 から成っている封入構造
体（４）を有しているガス放電ランプに関するものであ
る。特定のドナー／アクセプタの組合せと、ジルコニウ
ムの最適な含有量と、陽イオン間の最適な原子比とが、
高い値の残留分極Ｐr及び誘電率εrと、方形のヒステリ
シスループと、低い値の抗電界強度Ｅc とを呈する強誘
電性セラミックを生ぜしめる。交流電圧を強誘電性の封
入構造体（４）に印加すると、封入構造体（４）の非直
線特性によってランプを点弧し、その後、ランプが連続
的に点灯する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック材料か
ら成っている封入構造体を有しているガス放電ランプに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガス放電ランプは放射透過性の放電容器
を有しており、この放電容器は、ガス状のイオン化可能
な充填剤を収容している放電空間を囲んでいる。この放
電空間内には、互いに適切に隔離された電極が配置され
ている。
【０００３】このようなガス放電ランプは、米国特許第
5,654,606号明細書に開示されている。通常の金属電極
の代わりに、金属とセラミックとの焼結混合物が封入構
造体として用いられている。封入構造体の間に高い容量
性電圧を発生させることによって、電荷キャリヤがこの
ようなガス放電ランプ内のガス容積部内で直接発生され
る。使用されたセラミック材料には、このようなガス放
電ランプをスイッチオンした際に生じるおそれのある温
度変化時に、充分に安定した封入構造体を得るために、
わずかな量の金属を添加する必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改善
した特性を有するセラミックの封入構造体を具えている
ガス放電ランプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック材
料から成っている封入構造体を有しているガス放電ラン
プにおいて、この封入構造体が、強誘電性セラミックか
ら成っていることを特徴とする。
【０００６】このような封入構造体のためのセラミック
材料は、(ほぼ)方形のヒステリシスループ、高い値の誘
電率εr 及び高い値の残留分極Ｐrの条件を満足する必
要がある。
【０００７】殆どの誘電体材料は、低い値の誘電率εr
とわずかな磁界依存度εr (Ｅ)とを呈する。その例外と
して数種類の強誘電性材料があり、これらの強誘電性材
料では、臨界電界強度Ｅc において、誘電率εr が大き
な不連続な変化を呈する。
【０００８】強誘電性材料のディスクは、いわゆる非直
線特性を呈し、ガス放電ランプ内で封入構造体として用
いることができる。これらディスクはセラミック平板キ
ャパシタとして作用し、交流電圧を印加すると、内面が
帯電する。このキャパシタの電荷の非直線的な著しい増
加によってランプが点弧し、その後、ランプが連続的に
点灯する。強誘電性セラミックは、好ましくは、ドナー
／アクセプタの組合せでドープされたBa(Ti1-xZrx)Ｏ3
を有するようにする。
【０００９】ドナー／アクセプタの組合せでドープされ
たBa(Ti1-xZrx)Ｏ3 は、必要とされる非直線特性を有し
ている強誘電性材料である。Ba(Ti1-xZrx)Ｏ3 の混合結
晶セラミックでは、ドナー／アクセプタの組合せをわず
かに添加することによって残留分極Ｐr と誘電率εr と
を高くする。更に、これらドナー／アクセプタがドープ
されたBa(Ti1-xZrx)Ｏ3のセラミックは方形のヒステリ
シスループを呈する。
【００１０】ドナー／アクセプタの組合せは、Mn3+とＷ
6+、又はYb3+とNb5+、又はYb3+とMo 6+、又はMg2+と
Ｗ6+、又はMn3+とNb5+、又はYb3+とＷ6+、又はMg2+とNb
5+、又はMn3+とDy3+、Ho3+、Er3+、Gd3+、Nd3+、Ｙ3+の
いずれかを含有するのが好ましい。
【００１１】これらドナー／アクセプタの組合せは、誘
電率εr と残留分極Ｐr との値を特に著しく増大させ
る。強誘電性セラミック内のジルコニウム含有量はｘ＝
0.09とするのも好ましい。
【００１２】BaTiＯ3 にBaZrＯ3 を添加することによっ
て、組成物Ba(Ti1-xZrx)Ｏ3 の混合結晶の抗電界強度を
Ｅc ＜100Ｖ/mmまで減少させる。220Ｖの点灯電圧で
は、これによって、封入構造体を、充分な誘電性強度が
得られるような厚みで使用しうるようになり有利であ
る。ジルコニウム含有量をｘ＝0.09とした場合、抗電界
強度がＥc≒70Ｖ/mmとなり、キュリー温度Ｔc は、ガス
放電ランプの点灯温度より高い値の範囲にある90℃とな
る。更に、Ba/(Ti,Zr,ドーパント)は0.997と0.998との
間の範囲内にあるようにするのが好ましい。
【００１３】ペロブスカイトでは、陽イオン間の原子比
はセラミック材料の特性に著しい影響を及ぼす。混合結
晶系Ba(Ti1-xZrx)Ｏ3 では、誘電率εr がBa/(Ti,Zr,ド
ーパント)の原子比を１よりもわずかに小さくした場合
にキュリー温度Ｔcあるいは抗電界強度Ｅcに依存して最
大に増大する。
【００１４】本発明の上述した観点及びその他の観点
は、以下の実施例に関する説明から明らかとなるであろ
う。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１に示されているように、本発
明のガス放電ランプは、例えば石灰ガラスから成ってい
る管状の放電容器１を有しており、この放電容器１は、
ガス状のイオン化可能な充填剤を収容する放電空間３を
囲んでいる。この放電容器１の内面には、発光層２が設
けられている。ガス状のイオン化可能な充填剤は例えば
水銀及びアルゴンを含有することができる。ドナー／ア
クセプタの組合せでドープされたBa(Ti1-x Zrx )Ｏ3 か
ら成っている封入構造体４は、放電空間３内の放電容器
１の両側に相互に適切な距離だけ離れて配置されてい
る。構造体４の各々は、例えば金属ピンの電流供給体５
に連結されている。一体化した排気孔６は、放電容器１
を排気するためと、ガスを充填するためとに用いられ
る。封入構造体４の双方でセラミックの平板キャパシタ
として作用するこれら構造体４に交流電圧を印加する
と、ランプ内の内面が帯電する。キャパシタの電荷が非
直線的にかなり増大することによってランプが点弧し、
その後、ランプが連続的に点灯する。封入構造体４のた
めに用いられる強誘電性材料は、高い値の残留分極Ｐr
及び誘電率εr と、方形のヒステリシスループと、ラン
プの点灯温度よりも高いキュリー温度Ｔc と、220Ｖの
点灯電圧より低い抗電界強度Ｅc の条件を満足する必要
がある。
【００１６】ドナー／アクセプタの組合せでドープされ
たBa(Ti1-xZrx)Ｏ3 は、必要とされる非直線特性を有し
ている材料である。代表的なアクセプタのドーパントは
Mn3+、Fe3+、Cr3+、Mg2+及びLu3+であり、これらはプロ
ブスカイト格子のTi4+及びZr 4+サイト（格子）に挿入さ
れる。ドナーの場合、Ti4+及びZr4+サイトにNb5+、
Ｗ 6+、Mo6+及びMo5+を用いるのが適しており、Ba2+サイ
トにはＹ3+、Dy3+、Er3+、Nd3+及びGd3+を用いるのが適
している。この場合、Mn3+とＷ6+との組合せ（3:1〜2:
1）、Yb3+とNb5+との組合せ（1.5:1）、Yb3+とMo6+との
組合せ（2.5:1）、Mg2+とＷ6+との組合せ（2.5:1）、Mn
3+とNb5+との組合せ（1.5:1〜1:1）、Yb3+とＷ6+との組
合せ（2.5:1）、Mg2+とNb5+との組合せ（1.5:1）あるい
はMn3+と、Dy 3+、Ho3+、Er3+、Gd3+、Nd3+、Ｙ3+のいず
れかとの組合せ（1.5:1〜1:1）が特に有利である。
【００１７】
【表１】
【００１８】セラミック材料の特性は、ジルコニウムの
含有量と、陽イオン間の比率と、製造処理中の焼結温度
と、原料の純度と、強誘電性材料の化学的な均質性とに
よっても影響を受ける。純粋なBaTiＯ3 のセラミック
は、Ｅc ＞100Ｖ/mmの抗電界強度を呈する。組成物Ba(T
i1-xZrx)Ｏ3 の混合結晶では、抗電界強度はＥc ＜100
Ｖ/mmの値まで減少する。
【００１９】BaZrＯ3 が添加された場合、強誘電性材料
のキュリー温度Ｔcは純粋なBaTiＯ3でのＴc ＝130℃か
ら１原子％当り４℃だけ減少する。ｘ＝0.09のジルコニ
ウム含有量では、抗電界強度はＥc ≒70Ｖ/mmであり、
キュリー温度Ｔc は約90℃である。
【００２０】プロブスカイトでは、陽イオン間の比率は
セラミック材料の特性にかなりの影響を及ぼしうる。Ba
TiＯ3では、Ba/Tiの原子比が、セラミック材料の焼結性
及び誘電性に著しい影響を及ぼす。例えば、Ba/Ti≒１
の原子比では、高い誘電率εrを有する微粒子セラミッ
クが形成される。組成Ba(Ti0.91Zr0.09)Ｏ3 の混合結晶
では、原子比を１よりもわずかに小さくした場合、誘電
率Ｅr は抗電界強度Ｅcあるいはキュリー温度Ｔcに依存
して増大する。
【００２１】
【表２】
【００２２】製造処理中の焼結温度と、原料の純度と、
混合結晶Ba(Ti1-xZrx)Ｏ3 の化学的均質性とが、誘電率
εr 及び残留分極Ｐr の値と、ヒステリシスループの形
状とに著しい影響を及ぼす。わずかな汚染があるか、あ
るいは原料が部分的にしか混合されないと、残留分極Ｐ
r をかなり減少させて、ヒステリシスループを斜めにす
る。
【００２３】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス放電ランプの一例を示す長手側面図であ
る。
【符号の説明】
１ 放電容器 ２ 発光層 ３ 放電空間 ４ 封入構造体 ５ 電流供給体 ６ 排気孔
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年４月１４日（２０００．４．１
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 ガス放電ランプ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック材料か
ら成っている電極を有しているガス放電ランプに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ガス放電ランプは放射透過性の放電容器
を有しており、この放電容器は、ガス状のイオン化可能
な充填剤を収容している放電空間を囲んでいる。この放
電空間内には、互いに適切に隔離された電極が配置され
ている。
【０００３】このようなガス放電ランプは、米国特許第
5,654,606号明細書に開示されている。通常の金属電極
の代わりに、金属とセラミックとの焼結混合体が電極と
して用いられている。電極の間に高い容量性電圧を発生
させることによって、電荷キャリヤがこのようなガス放
電ランプ内のガス容積部内で直接発生される。使用され
たセラミック材料には、このようなガス放電ランプをス
イッチオンした際に生じるおそれのある温度変化時に、
充分に安定した電極を得るために、わずかな量の金属を
添加する必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改善
した特性を有するセラミックの電極を具えているガス放
電ランプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック材
料から成っている電極を有しているガス放電ランプにお
いて、これらの電極が強誘電性セラミックから成ってい
ることを特徴とする。
【０００６】このような電極のためのセラミック材料は
(ほぼ)方形のヒステリシスループ、高い値の誘電率εr
及び高い値の残留分極Ｐrの条件を満足する必要があ
る。
【０００７】殆どの誘電体材料は、低い値の誘電率εr
とわずかな磁界依存度εr (Ｅ)とを呈する。その例外と
して数種類の強誘電性材料があり、これらの強誘電性材
料では、臨界電界強度Ｅc において、誘電率εr が大き
な不連続な変化を呈する。
【０００８】強誘電性材料のディスクは、いわゆる非直
線特性を呈し、ガス放電ランプ内で電極として用いるこ
とができる。これらディスクはセラミック平板キャパシ
タとして作用し、交流電圧を印加すると、内面が帯電す
る。このキャパシタの電荷の非直線的な著しい増加によ
ってランプが点弧し、その後、ランプが連続的に点灯す
る。強誘電性セラミックは、好ましくは、ドナー／アク
セプタの組合せでドープされたBa(Ti1-xZrx)Ｏ3 を有す
るようにする。
【０００９】ドナー／アクセプタの組合せでドープされ
たBa(Ti1-xZrx)Ｏ3 は、必要とされる非直線特性を有し
ている強誘電性材料である。Ba(Ti1-xZrx)Ｏ3 の混合結
晶セラミックでは、ドナー／アクセプタの組合せをわず
かに添加することによって残留分極Ｐr と誘電率εr と
を高くする。更に、これらドナー／アクセプタがドープ
されたBa(Ti1-xZrx)Ｏ3のセラミックは方形のヒステリ
シスループを呈する。
【００１０】ドナー／アクセプタの組合せは、Mn3+とＷ
6+、又はYb3+とNb5+、又はYb3+とMo 6+、又はMg2+と
Ｗ6+、又はMn3+とNb5+、又はYb3+とＷ6+、又はMg2+とNb
5+、又はMn3+とDy3+、Ho3+、Er3+、Gd3+、Nd3+、Ｙ3+の
いずれかを含有するのが好ましい。
【００１１】これらドナー／アクセプタの組合せは、誘
電率εr と残留分極Ｐr との値を特に著しく増大させ
る。強誘電性セラミック内のジルコニウム含有量はｘ＝
0.09とするのも好ましい。
【００１２】BaTiＯ3 にBaZrＯ3 を添加することによっ
て、組成物Ba(Ti1-xZrx)Ｏ3 の混合結晶の抗電界強度を
Ｅc ＜100Ｖ/mmまで減少させる。220Ｖの点灯電圧で
は、これによって、電極を、充分な誘電性強度が得られ
るような厚みで使用しうるようになり有利である。ジル
コニウム含有量をｘ＝0.09とした場合、抗電界強度がＥ
c≒70Ｖ/mmとなり、キュリー温度Ｔc は、ガス放電ラン
プの点灯温度より高い値の範囲にある90℃となる。更
に、Ba/(Ti,Zr,ドーパント)は0.997と0.998との間の範
囲内にあるようにするのが好ましい。
【００１３】ペロブスカイトでは、陽イオン間の原子比
はセラミック材料の特性に著しい影響を及ぼす。混合結
晶系Ba(Ti1-xZrx)Ｏ3 では、誘電率εr がBa/(Ti,Zr,ド
ーパント)の原子比を１よりもわずかに小さくした場合
にキュリー温度Ｔcあるいは抗電界強度Ｅcに依存して最
大に増大する。
【００１４】本発明の上述した観点及びその他の観点
は、以下の実施例に関する説明から明らかとなるであろ
う。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１に示されているように、本発
明のガス放電ランプは、例えば石灰ガラスから成ってい
る管状の放電容器１を有しており、この放電容器１は、
ガス状のイオン化可能な充填剤を収容する放電空間３を
囲んでいる。この放電容器１の内面には、発光層２が設
けられている。ガス状のイオン化可能な充填剤は例えば
水銀及びアルゴンを含有することができる。ドナー／ア
クセプタの組合せでドープされたBa(Ti1-x Zrx )Ｏ3 か
ら成っている電極４は、放電空間３内の放電容器１の両
側に相互に適切な距離だけ離れて配置されている。電極
４の各々は、例えば金属ピンの電流供給体５に連結され
ている。一体化した排気孔６は、放電容器１を排気する
ためと、ガスを充填するためとに用いられる。電極４の
双方でセラミックの平板キャパシタとして作用するこれ
ら電極４に交流電圧を印加すると、ランプ内の内面が帯
電する。キャパシタの電荷が非直線的にかなり増大する
ことによってランプが点弧し、その後、ランプが連続的
に点灯する。電極４のために用いられる強誘電性材料
は、高い値の残留分極Ｐr 及び誘電率εr と、方形のヒ
ステリシスループと、ランプの点灯温度よりも高いキュ
リー温度Ｔc と、220Ｖの点灯電圧より低い抗電界強度
Ｅc の条件を満足する必要がある。
【００１６】ドナー／アクセプタの組合せでドープされ
たBa(Ti1-xZrx)Ｏ3 は、必要とされる非直線特性を有し
ている材料である。代表的なアクセプタのドーパントは
Mn3+、Fe3+、Cr3+、Mg2+及びLu3+であり、これらはプロ
ブスカイト格子のTi4+及びZr 4+サイト（格子）に挿入さ
れる。ドナーの場合、Ti4+及びZr4+サイトにNb5+、
Ｗ 6+、Mo6+及びMo5+を用いるのが適しており、Ba2+サイ
トにはＹ3+、Dy3+、Er3+、Nd3+及びGd3+を用いるのが適
している。この場合、Mn3+とＷ6+との組合せ（3:1〜2:
1）、Yb3+とNb5+との組合せ（1.5:1）、Yb3+とMo6+との
組合せ（2.5:1）、Mg2+とＷ6+との組合せ（2.5:1）、Mn
3+とNb5+との組合せ（1.5:1〜1:1）、Yb3+とＷ6+との組
合せ（2.5:1）、Mg2+とNb5+との組合せ（1.5:1）あるい
はMn3+と、Dy 3+、Ho3+、Er3+、Gd3+、Nd3+、Ｙ3+のいず
れかとの組合せ（1.5:1〜1:1）が特に有利である。
【００１７】
【表１】
【００１８】セラミック材料の特性は、ジルコニウムの
含有量と、陽イオン間の比率と、製造処理中の焼結温度
と、原料の純度と、強誘電性材料の化学的な均質性とに
よっても影響を受ける。純粋なBaTiＯ3 のセラミック
は、Ｅc ＞100Ｖ/mmの抗電界強度を呈する。組成物Ba(T
i1-xZrx)Ｏ3 の混合結晶では、抗電界強度はＥc ＜100
Ｖ/mmの値まで減少する。
【００１９】BaZrＯ3 が添加された場合、強誘電性材料
のキュリー温度Ｔcは純粋なBaTiＯ3でのＴc ＝130℃か
ら１原子％当り４℃だけ減少する。ｘ＝0.09のジルコニ
ウム含有量では、抗電界強度はＥc ≒70Ｖ/mmであり、
キュリー温度Ｔc は約90℃である。
【００２０】プロブスカイトでは、陽イオン間の比率は
セラミック材料の特性にかなりの影響を及ぼしうる。Ba
TiＯ3では、Ba/Tiの原子比が、セラミック材料の焼結性
及び誘電性に著しい影響を及ぼす。例えば、Ba/Ti≒１
の原子比では、高い誘電率εrを有する微粒子セラミッ
クが形成される。組成Ba(Ti0.91Zr0.09)Ｏ3 の混合結晶
では、原子比を１よりもわずかに小さくした場合、誘電
率Ｅr は抗電界強度Ｅcあるいはキュリー温度Ｔcに依存
して増大する。
【００２１】
【表２】
【００２２】製造処理中の焼結温度と、原料の純度と、
混合結晶Ba(Ti1-xZrx)Ｏ3 の化学的均質性とが、誘電率
εr 及び残留分極Ｐr の値と、ヒステリシスループの形
状とに著しい影響を及ぼす。わずかな汚染があるか、あ
るいは原料が部分的にしか混合されないと、残留分極Ｐ
r をかなり減少させて、ヒステリシスループを斜めにす
る。
【００２３】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス放電ランプの一例を示す長手側面図であ
る。
【符号の説明】 １ 放電容器 ２ 発光層 ３ 放電空間 ４ 電極 ５ 電流供給体 ６ 排気孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 オリヴァー シュタイゲルマン ドイツ国 52066 アーヘン クラカウシ ュトラーセ １

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミック材料から成っている封入構造
    体（４）を有しているガス放電ランプにおいて、この封
    入構造体（４）が、強誘電性セラミックから成っている
    ことを特徴とするガス放電ランプ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のガス放電ランプにおい
    て、強誘電性セラミックが、ドナー／アクセプタの組合
    せでドープされたBa(Ti1-xZrx)Ｏ3 を有していることを
    特徴とするガス放電ランプ。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のガス放電ランプにおい
    て、ドナー／アクセプタの組合せがMn3+とＷ6+、又はYb
    3+とNb5+、又はYb3+とMo6+、又はMg2+とＷ6+、又はMn3+
    とNb5+、又はYb3+とＷ6+、又はMg2+とNb5+、又はMn3+と
    Dy3+、Ho3+、Er3+、Gd3+、Nd3+、Ｙ3+のいずれかである
    ことを特徴とするガス放電ランプ。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載のガス放電ランプにおい
    て、強誘電性セラミック内のジルコニウム含有量がｘ＝
    0.09であることを特徴とするガス放電ランプ。
  5. 【請求項５】 請求項２に記載のガス放電ランプにおい
    て、Ba/(Ti,Zr,ドーパント)の比率が0.997から0.998の
    範囲内にあることを特徴とするガス放電ランプ。
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