JPH01255149A - 金属蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、メタルハライドランプなどのように、閉塞部
材により端部を封着材で閉止してなる金属蒸気放電灯に
おいて、その封着接着剤の改善に関する。

（従来の技術） 例えば、従来のメタルハライドランプは、石英ガラス製
の発光管内に金属ハロゲン化物、水銀および希ガスを封
入し、この発光管を例えば窒素ガスを充填した外管内に
収容して２重管構造をなしていた。

しかしながら近年、石英ガラスよりも耐熱性に優れた透
光性アルミナ管を発光管バルブとして使用する試みが進
められている。

発光管バルブに透光性アルミナ管を使用すると、封入し
た金属ハロゲン化物の蒸気圧を決めるのに寄与する発光
管の最冷部温度が、石英ガラスの場合７００℃前後であ
ったのに対し、耐熱性に優れた透光性アルミナの場合は
８００℃以上にも高くすることができ、金属ハロゲン化
物の蒸気圧を高めることができるので、発光効率などの
ランプ特性を向上させることができる。

例えば、金属ハロゲン化物としてハロゲン化スカンジウ
ムを主成分とし、ハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化タ
リウムを組合わせて発光物質として使用した場合、１５
０Ｗでは発光効率１０５ｇ＋ｌ／Ｗ以上、平均演色評価
数（Ｒａ）７０以上の特性が得られることが確認されて
いる。

ところで、発光管バルブとして透光性アルミナを使用し
た場合の従来の発光管構造を第１図に示す。

図において１は透光性アルミナよりなる発光管バルブで
あり、この発光管バルブｌの両端は、溶融した封着材２
，２を介してタングステンとアルミナとの混合体である
サーメットからなる端部閉塞部材３，３により気密に封
止されている。この端部閉塞部材３，３は内部に電極４
，４を支持しているととも辷、外部に外部導線５，５を
突出して備えている。そして、発光管バルブ１内には、
発光物質として金属ハロゲン化物と、水銀と、希ガスが
封入されている。

ところで、一般に金属ハロゲン化物は光効率に優れてい
る反面、高温で化学反応性が極めて強い性質があり、こ
のことが発光管を構成する各部材の選択に大きな影響を
及ぼすものである。

すなわち、発光管バルブ１は金属ハロゲン化物に対して
反応耐性を有する材料である透光性アルミナを使用して
いるとともに、端部閉塞部材３゜３も金属ハロゲン化物
に対する反応耐性を持つサーーメットが用いられている
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、問題とされるのは、上記のような端部閉
寒部材３，３を発光管バルブ１の両端に気密に接合する
封着材２，２である。

すなわち、従来において、封着材２．２は次のような特
性を満足すればよいと考えられていた。

（１）透光性アルミナよりなる発光管バルブｌおよびサ
ーメットよりなる端部閉塞部材３，３に対する濡れ性が
よいこと。

（２）ランプ点灯時の高温（封着部分は点灯特約１００
０℃の高温に達する）に耐えること。

（３）熱膨張係数がアルミナおよびサーメットと近似し
ていること（アルミナの熱膨張係数は７．２ｘｌＯ−６
／”Ｃ程度である）。

（４）封着時、１６００℃以下の温度で溶融可能である
こと。

このような特性を満足するものとして、高圧ナトリウム
ランプなどにも使用されている封着材であるＡｆＪ２Ｏ
３−ＣａＯ−ＭｇＯ−ＢａＯを使用していた。

しかしながら、上記Ａｊ７２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｂ
ａＯは封入金属ハロゲン化物と反応する欠点がある。

特に金属ハロゲン化物としてスカンジウムＳｃを用いた
場合、スカンジウムがＣａＯと強く反応し、スカンジウ
ムの発光が弱くなり、光特性が大幅に低下する。また、
同時にランプ電圧が下がり、電気特性が大きく変化する
。

そして、時間の経過とともに反応が進み、ついには封着
材がリークする欠点がある。

したがって、透光性アルミナからなる発光管バルブを用
いたものでは、上述のような封入金属ハロゲン化物と封
着材との反応を抑えなければ、ランプの寿命に著しく悪
影響を及ぼすことになる。

つまり、封着材２．２は、５番目の条件として、（５）
封入金属ハロゲン化物に対して耐化学反応性を有してい
ること。

が要求される。

したがって、本発明の目的は、ハロゲン化スカンジウム
を封入したランプにおいて、封着材が化学反応せず、リ
ークの発生を防止してランプの寿命が向上する金属蒸気
放電灯を提供しようとするものである。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明者等は前記５つの条件を加味して種々の研究およ
び実験を重ねた結果、ハロゲン化スカンジウムを封入し
たランプは封着材として、ＡＮ　２Ｏ３−　Ｓ　ｉ　０
２−希土類金属酸化物が良いことが分った。

そこで、さらに検討および実験の結果、端部閉塞部材を
接合するための封着材としては、ＳｉＯ２　　を１１〜
３５重量％、 Ａ、Ｑ２Ｏ３を１０〜４０重量％、 Ｓ　　ｃ　　２　０３　　、Ｅ　　ｒ２　０３　　、Ｔ
ｍ２　０３　　、Ｙｂ２Ｏ３の１種以上を２５〜７０重
量％、の組成を有するものを使用すればよいとの結論に
至った。

（作用） 本発明によると、以下の作用を奏する。

酸化アルミニウムＡΩ２Ｏ３は、発光管の部品材料であ
るアルミナおよびサーメットに対して濡れ性がよく結合
性を向上させるとともに、化学安定性を高める効果を有
し、かつ熱膨張率をアルミナおよびサーメットに近似さ
せる作用がある。

なお、酸化アルミニウムの添加量が４０重１％を越える
と融点が１６００℃以上となり、封着作業が困難になる
。逆に酸化アルミニウムの添加量が１０重量％未満であ
ると、上記酸化アルミニウムの効果が期待できなくなる
。

二酸化ケイ素ＳｉＯ２は融点の低下をもたらし、封着作
業を容易ならしめる効果がある。

なお、二酸化ケイ素の添加量が３５重量％を越えると熱
膨張率が著しく下がり、アルミナおよびサーメットの熱
膨張率と大きく差が生じてリークし易くなる。逆に二酸
化ケイ素の添加量が１１重量％未満であると融点が１６
００℃以上となり、封着作業が困難になる。

希土類金属酸化物は熱膨張率を高める作用を有するとと
もに、組成物の熱膨張率をアルミナと同程度（７，２Ｘ
１０−６／”Ｃ）にし、さらにアルミナとの化合物を形
成して化学的安定性を高める作用がある。また、封着時
の溶解後、比較的早い降温を行っても封着生成物に結晶
相を持たせることができ、これは封着強度の向上につな
がる。

なお、希土類金属酸化物の添加量が７０重量％を越える
と熱膨張率がアルミナより著しく大きくなりリークの原
因になる。また、希土類金属酸化物の添加量が２５重量
％未満であると上記希土類金属酸化物の効果を期待する
ことができない。

ところで、希土類金属酸化物の選択は、封入する金属ハ
ロゲン化物と関連しており、主封入金属ハロゲン化物が
ハロゲン化スカンジウムの場合は、Ｓ　ｃ２Ｏ３　、Ｅ
　ｒ　２Ｏ３　、Ｔｍ２　ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３しか使用す
ることができないことが分った。

他の希土類金属酸化物であると、ハロゲン化スカンジウ
ムと反応し、長期点灯中に光特性、電気特性の低下を招
き、リークを発生する。

したがって、本発明によれば、ハロゲン化スカンジウム
を用いたものでありながら、化学的、物理的に安定した
封着材が得られ、リークの発生が防止されるとともに、
ランプ寿命が向上することになる。また、ハロゲン化ス
カンジウムを８０５モル比以上の高比率で封入したラン
プでも良好な結果が得られる。

（実施例） 以下本発明について、実施例を説明する。

発光管の構造は第１図の通りであり、これについての説
明は省略する。

発光管バルブ１の両端に端部閉塞部材３．３を気密に接
合するための封着材２，２について、種々のサンプルを
作って１５０Ｗのメタルハライドランプを試作した。

封着材は、Ａ、１？２Ｏ３．５ｉｏ２、Ｔｍ２　ｏ。

の各配合比を変えたものである。

封着材の作り方を説明すると、Ａｌ２Ｏ３、Ｓ　ｉ　０
２　、Ｔｍ２Ｏ３の特級試薬を秤量し、これにアセトン
を加えてボールミルで１２時間湿式混合を行い、さらに
酢酸ビニルポリマーを５重量％となるように加え、１時
間混合を行った後、乾燥、造粒、成形を行い、リング状
の成形物を作った。

このような固形封着材を使用して前記１５０Ｗのメタル
ハライドランプを試作した。この場合の封入物は、Ｓｃ
’１３、ＮａＩである。

試作したランプについて、気密性、寿命を調べ、かつそ
の接着剤の耐熱温度および熱膨張率を調べた。

その結果を下記の第１表に示す。

第　　　　１　　　　表 上記第１表から、サンプルＮＯ３，４および５の封着材
が良好であり、Ａｉ’２Ｏ３は１４〜２５重量％、５Ｉ
Ｏ２は２Ｏ〜４０重量％、Ｔｍ２Ｏ３は４７〜６６重量
％の範囲であるがら、ＳｉＯ２　　は１１〜３５重量％
、 ＡＩ）２Ｏ３は１０〜４０重量％、 Ｔｍ２Ｏ３は２５〜７０重量％、 の各範囲に含まれていることが確認される。

なお、Ｔｍ２Ｏ３に代わって、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅ　ｒ２ｏ
３、Ｙｂ２Ｏ３を用いた場合でも同じような傾向の結果
が得られた。

次に上記好適な配合比を用いて使用が可能な希土類金属
酸化物の種類を調べてみた。

Ａ１’２Ｏ３対ＳｉＯ□対希土類金属酸化物の重量比関
係を、１４　：　２Ｏ　：　６６の場合と、２５；２８
　：　４７の場合について、種々の希土類金属酸化物に
ついて封入される金属ハロゲン化物との反応を調べ、そ
の結果を下記第２表に示す。

なお、封入される金属ハロゲン化物はＳｃＩ３、Ｎａｌ
であり、評価は２Ｏ００時間点灯後の光特性および電気
特性で行った。

第　　　　２　　　　表 上記第２表の結果より、使用可能な希土類金属酸化物と
しては、サンプルＮｏ１〜２およびＮＯ１９〜２４に示
すように、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅ　ｒ２Ｏ３　、Ｔｍ２　ｏ３
およびＹｂ２Ｏ３のいづれか１種以上であることが確認
された。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によると、発光管バルブ内に
封入される発光物質としてハロゲン化スカンジウムを用
いる場合、封着材として、ＳｉＯ２　　を１１〜３５重
量％、 Ａｌ２Ｏ３を１０〜４０重量％、 Ｓｃ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３の１
種以上を２５〜７０重量％、の組成を有するものを使用
したので、先に説明した（１）〜（５）の条件を満足す
ることになり、したがってハロゲン化スカンジウムと封
着材の化学反応が発生しなく、リークの発生が防止され
てランプ寿命が向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来および本発明の一実施例を示し、メタルハ
ライドランプの発光管を示す断面図である。 ■・・・発光管バルブ、２・・・封着材、３・・・端部
閉塞部材、４・・・電極、５・・・外部導線。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 閉塞部材により端部が封着材を介して封止されるととも
   に、ハロゲン化スカンジウムが封入された発光管を備え
   た金属蒸気放電灯において、上記封着材は １１〜３５重量％のＳｉＯ＿２と、 １０〜４０重量％のＡｌ＿２Ｏ＿３と、 ２５〜７０重量％の少なくともＳｃ＿２Ｏ＿３、Ｅｒ＿
   ２Ｏ＿３、Ｔｍ＿２Ｏ＿３、Ｙｂ＿２Ｏ＿３から選択さ
   れた１種以上の材料、 を含有していることを特徴とする金属蒸気放電灯。