JPH09265941A - 金属蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、透光性セラミック管の導電性サー
メットキャップの電極心棒の埋設部が受ける、希土類金
属ハロゲン化物による腐食の低減とその蒸発量の安定性
の向上を図るものであり、発光管の寿命が長い金属蒸気
放電灯を提供することを目的とする。 【解決手段】 透光性セラミック管の両端に導電性サー
メットキャップを封着し、該キャップに電極を封止し、
かつ内部に少なくとも希土類金属のハロゲン化物を封入
してなる発光管よりなる放電灯において、前記セラミッ
ク管の両端部にその直径が中心部位よりも細径であるネ
ック部を形成し、又、該ネック部に細径のセラミック製
円筒成形体を貫通して管内部に凹状空間を形成するよう
に固着し、該成形体にわずかな間隙をもって電極を貫通
させ、かつ該成形体の発光管外側方向に第２のセラミッ
ク管が固着され、該第２のセラミック管の一端に前記導
電性サーメットキャップが一体的に焼結されて嵌合し、
構成される。

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、セラミック発光管の使用により演色性を改善し、発
光管の端部封止構造体の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】高演色形のメタルハライドランプは、発
光管内に封入する金属ハロゲン化物としてヨウ化ディス
プロシウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化ナトリウムなどの
希土類金属のハロゲン化物が用いられる。また、石英製
の発光管に替えて、より耐熱性が高くかつ化学的に安定
な、例えばアルミナの焼結体の管を用いることによって
発光管の動作温度を石英よりも高めて、高い発光効率と
演色性を向上させたランプが開発されている。

【０００３】この種の発光管の端部封止体として導電性
サーメットを用いることが、例えば特開昭５２-７１６
９５号公報に開示されている。又、特開昭５５ー７６５
６３号公報には発光管の熱損失を抑える形状が開示さ
れ、導電性サーメット自体が高い熱放射特性を有するこ
とも言及されている。このように発光管の端部を絞り、
端部に封着する導電性サーメット製キャップの体積を小
さくすることにより、発光管からの熱損失を低減し、発
光管内の最冷部温度を上昇させ、封入された金属ハロゲ
ン化物の蒸気圧を上昇させることが示されている。

【０００４】一般に、演色性を高めるためには発光管の
端部の温度を上げてるようにしている。このため、セラ
ミック管に導電性サーメットキャップを封着しているフ
リットガラスが余剰のハロゲン化物の液相に晒されてフ
リットガラスが腐食されやすく、蒸発可能なハロゲン化
物の量が減少して発光管から放射されるスペクトルのバ
ランスに変化を生ずることがある。これを防止するた
め、特公平５-２１２９８号では、発光管本体焼成時に
一方の端部に導電性サーメットキャップを同時に焼成し
て両部材を焼結する方法が開示されており、発光管の寿
命特性の改善が図られている。

【０００５】従来の導電性サーメットキャップを用いた
発光管を図２について説明する。透光性セラミック管１
１の両端開口部は閉塞キャップ１２，１４を介して閉塞
され、前記キャップ１２，１４の内側に植設された電極
心棒１６と、前記キャップの外側に植設されたリード棒
１８とを備えている。ここで、前記閉塞キャップ１４は
導電性サーメットからなり、閉塞キャップ１４の内側に
電極心棒１６を外側にリード棒１８をそれぞれ植設した
状態で一体的に焼結して形成されている。そして、前記
電極心棒１６の材質にはタングステンが、閉塞キャップ
１２，１４の材質にはアルミナ−タングステンサーメッ
トが用いられており、それぞれの材質は高温においても
耐ハロゲン性に優れているため、発光管内に金属ハロゲ
ン化物を封入し、点灯が可能になる。又、前記閉塞キャ
ップ１４と透光性セラミック管１１の一端を焼成時に気
密に焼結しており、封入した金属ハロゲン化物の余剰部
分による閉塞キャップと透光性セラミック管とのシール
部の腐食は生じないので、発光管はより長寿命となる。

【０００６】一方、ニオブやタンタルといった耐ハロゲ
ン性が低いピン状の給電体をガラスフリットで封止して
なるセラミック製のメタルハライドランプは、端部熱損
失を低減させると共にガラスフリットやピン状給電体の
封入ハロゲン化物による腐食を除去あるいは緩和するこ
とが必要であり、特公平３-１７７７号公報や特開平６-
１９６１３１号公報に開示されている。これは、発光管
端部の外形を発光管中央部の放電容器の最大外形より小
さくし、給電体が放電容器の端部に小間隙を残して囲ま
れる部分の一部だけを、メタルハライド成分の腐食作用
を受けない温度域をガラスフリットにより封止するもの
である。又、給電体と放電容器端部との間隙が１００μ
ｍほどの小間隙である理由は、そこにハロゲン化物液相
が浸入したとしてもその液面は十分蒸発可能な高温度域
に達し、蒸発が不可能な温度域の端部までハロゲン化物
液相が全量浸入してしまうことを防止できる点にある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】電極とこれを封止して
いるキャップが直線上に配置された発光管は、電極先端
のコイル部よりも封止部側に最冷部が存在し、特に金属
ハロゲン化物を封入した発光管では最冷部温度によって
金属ハロゲン化物の蒸発量の多少に影響し、発光スペク
トルのバランスに影響を与える。又、セラミック管にそ
の中心部位よりも細径であるネック部を形成し、導電性
サーメットキャップの発光管内の表面位置をネック部に
位置させて、凹状空間を形成した発光管では、この凹状
空間が最冷部となり、この部分の温度が発光管のスペク
トルバランスに影響を与える。すなわち、導電性サーメ
ットキャップはアークになるべく近いほうが温度が高く
なり良好なスペクトルバランスとなる。

【０００８】しかし、前記した発光特性の向上とキャッ
プが受ける伝導熱と放射熱によって作用するハロゲン化
物の腐食性とは相反することである。特に、余剰のハロ
ゲン化物の液相が導電性サーメットの電極埋め込み部に
浸透した場合、電極と導電性サーメットとの金属導電層
の接触が絶たれて接触抵抗が増し、ジュール熱により加
熱しサーメットキャップにクラックが発生し、発光管が
リークしてしまうことがある。このような不良が発生す
る場合、発光管外表面の温度測定から推定すると、８０
０℃以上の温度にキャップの内表面が上昇しているもの
と思われる。

【０００９】封入添加物として希土類金属のハロゲン化
物を用いたメタルハライドランプは最冷部であるキャッ
プの内表面温度がこの温度になっていないと十分にバラ
ンスのよいスペクトルとはならず、逆に、この温度では
希土類金属のハロゲン化物はアルミナセラミックスに対
して、腐食性が高いといった相反する事象がある。そこ
で、導電性サーメットキャップの電極心棒の埋め込み部
の腐食性を緩和する手段としてキャップ内面位置を発光
管中心より遠ざけてその温度を下げ、かつハロゲン化物
の液相が滞留する部位の温度を一定にするべく、凹状空
間を電極が貫通するようなセラミック成形体で埋設する
ことが考えられる。しかし、この発光管では放電容器端
部の外径を変えずに端部長が延長されることになり放射
熱による損失が増加してしまう。又、電極心棒とセラミ
ック成形体が密着しているとセラミック成形体と電極心
棒間にハロゲン化物液相が徐々に浸入していき、セラミ
ック成形体と接触している時間が長くなり、セラミック
成形体を腐食させて空洞が生じ、ハロゲン化物の液相は
そこに溜まり蒸発しなくなる。特に希土類金属のハロゲ
ン化物の場合、この現象が顕著にみられる。

【００１０】本発明は前記に鑑みなされたものであり、
透光性セラミック管の導電性サーメットキャップの電極
心棒の埋設部が受ける、希土類金属ハロゲン化物による
腐食の低減とその蒸発量の安定性の向上を図るものであ
り、発光管の寿命が長い金属蒸気放電灯を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明にかかる金属蒸気放電灯は、透光性セラミッ
ク管の両端に導電性サーメットキャップを封着し、該キ
ャップに電極を封止し、かつ内部に少なくとも希土類金
属のハロゲン化物を封入してなる発光管よりなる放電灯
において、前記セラミック管の両端部にその直径が中心
部位よりも細径であるネック部を形成し、又、該ネック
部に細径のセラミック製円筒成形体を貫通して管内部に
凹状空間を形成するように固着し、該成形体にわずかな
間隙をもって電極を貫通させ、かつ該成形体の発光管外
側方向に第２のセラミック管が固着され、該第２のセラ
ミック管の一端に前記導電性サーメットキャップが一体
的に焼結されて嵌合していることを特徴とする。

【００１２】

【作用】前記構成により、余剰ハロゲン化物の液相を発
光管端部のセラミック管と電極の電流導体との間に形成
した小間隙に管軸方向に分散して存在させる。この構成
にすると導電性サーメットの閉塞キャップは発光管のよ
り外側に位置しなければならないので、閉塞キャップの
内面温度は低下する。又、この構成では、発光管端部の
全体積が増え、熱的な損失も増える。このため本発明の
発光管はアークを囲む管と閉塞キャップが封着される管
の間は両者よりも外径の小さな管により連結する必要が
あり、閉塞キャップが受ける余剰ハロゲン化物による腐
食に対する信頼性は向上し、発光管の光学特性の寿命中
の変化も少なくできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の好適
な実施例を説明する。図１は本発明に係わる発光管を示
す側面図であり、中央部外径が端部外径よりも大きな透
光性アルミナ管１の両端には端部内径と略同外径のアル
ミナ細管２ａ，２ｂが一体的に焼結されている。また、
アルミナ細管２ａ，２ｂの透光性アルミナ管１と反対側
にアルミナ管３ａ，３ｂがそれぞれ一体的に焼結されて
いる。そして、アルミナ管３ａ，３ｂの開口部を閉塞す
るための導電性サーメットからなる閉塞キャップ４ａ，
４ｂが固定されている。電極５，６はコイルを備えた電
極部５ａ，６ａと、電極心棒に導体５ｂ，６ｂが溶接さ
れ、この中間導体５ｂ，６ｂには埋設導体５ｃ，６ｃが
溶接されて、前記閉塞キャップ４ａ，４ｂの内側に導体
５ｃ，６ｃが埋設されている。更に、閉塞キャップ４
ａ，４ｂの外側には外部リード棒７ａ，７ｂが埋設され
ている。

【００１４】ここで、前記閉塞キャップ４ａ，４ｂを構
成する導電性サーメットの材質は、アルミナセラミック
スに少量のタングステンを添加したタングステン−アル
ミナサーメットが好適である。また、電極部５ａ，６ａ
の材質はタングステンであり、中間導体５ｂ，６ｂはモ
リブデン、埋設導体５ｃ，６ｃはタングステンである。
前記放電容器の一方の端部であるアルミナ管３ａはキャ
ップ４ａとガラスフリットで封着されており、他方の端
部であるでアルミナ管３ｂと閉塞するキャップ４ｂは一
体的に焼結されている。

【００１５】次に、実験例について説明する。アルミナ
管１とアルミナ細管２ａ，２ｂの一体的に焼結している
距離（シール距離という）、アルミナ細管２２，２ｂと
アルミナ管３ａ，３ｂのシール距離及びおよびアルミナ
管３ｂと閉塞キャップ４ｂのシール距離は全て３ｍｍで
ある。又、アルミナ管１の最大内径は１０ｍｍであり、
両側のネック部間の距離は１４ｍｍである。アルミナ細
管２ａ，２ｂの全長は７．０ｍｍ、外径は３．１ｍｍで
あり、各アルミナ管１、３ａ，３ｂのシール距離にわた
る管の肉厚は１ｍｍである。更に、アルミナ細管２ａ，
２ｂの内径は１．０ｍｍであり、外径０．９ｍｍの中間
導体５ｂ，６ｂが約５０μｍの間隙を残して貫通してい
る。また、外径０．５ｍｍの埋設導体５ｃ，６ｃは１．
５ｍｍの深さで閉塞キャップに埋設されている。さら
に、電極部５ａ，６ａは外径０．４ｍｍ、長さ４ｍｍの
タングステンロッドの先端に径０．２５ｍｍのコイルが
巻かれている。

【００１６】そして、発光管は内容積０.７ｃｃ、アー
ク長９ｍｍ、入力１５０Ｗの場合、管壁負荷５２Ｗ／ｃ
ｍ² である。 管内に金属ハロゲン化物を重量比でＤｙ
Ｉ₃：ＴｌＩ：ＬｉＩを１０：４：３の比で３．４ｍｇ
封入している。 また、水銀１０ｍｇとアルゴンガス８
×１０³ パスカルを封入している。この場合の光学的特
性は、全光束は１２，３００ｌｍ、色温度が４，３００
Ｋ、平均演色評価数Ｒａは９１、特殊演色評価数Ｒ₉ が
８９である。

【００１７】前記仕様の発光管において、アルミナ細管
２ａ，２ｂと中間導体５ｂ，６ｂの長さを変えることに
より、端キャップ４ａ，４ｂの内面温度が変化し、長く
すればするほど端キャップの内面温度は低下し、ハロゲ
ン化物液相による埋込導体５ｃ，６ｃの埋込み部の腐食
の発生はなくなる。しかし、中間導体５ｂ，６ｂとアル
ミナ細管２ａ，２ｂの間隙の体積は増し、この部分に浸
入できるハロゲン化物の量も増し、蒸発可能なハロゲン
化物の封入量に対する割合は減少する。この変化は発光
管の点灯時間に対する色温度の上昇に対応する。そこ
で、最適なアルミナ管２ａ，２ｂの長さを決定するた
め、前記仕様の発光管を試作してランプの点滅試験を行
なった。アルミナ管２ａ，２ｂの長さ及びネック部から
端キャップ内面までの距離に対する閉塞キャップ４ａ，
４ｂの２０００時間までのクラック発生率及び初期色温
度に対する色温度の上昇を図３に示す。図中ｌはネック
部から端キャップ内面までの距離（ｍｍ）である。

【００１８】図３から明らかなように、ネック部からの
距離（ｌ）が９ｍｍから１３ｍｍの場合クラックの発生
を防止でき、かつ色温度の上昇も抑えることができる。
又、上記特性を向上させるために、中間導体５ｂ，６ｂ
の表面に中間導体と同材質の細線をその全長にわたって
巻回することにより表面積を増し、電極部５ａ，６ａか
ら流入した熱をより多く放散して埋込み導体５ｃ，６ｃ
の温度を低下させることができ、閉塞キャップ４ａ，４
ｃのハロゲン化物による腐食の発生率を低下させること
ができる。さらに、アルミナ細管２ａ，２ｂと中間導体
５ｂ，６ｂの間隙に浸入したハロゲン化物を細線と細線
の間に止めておく効果があり、間隙の低温部への浸入を
抑えて発光管の色温度の変化を減少できる。

【００１９】前記した様に、従来構造の発光管は液相状
態の余剰ハロゲン化物を一方の閉塞キャップの内表面上
に、いわば横方向に存在させている。そして、の付近の
温度を上げなければ十分な発光特性が得られないので、
導電性サーメットを材質とする閉塞キャップの内表面の
電極心棒の埋込み部は腐食される。これに対して、本発
明に係わる発光管は余剰ハロゲン化物の液相を発光管端
部のセラミック管と電極への電流導体との間の小間隙に
管軸方向に分散させて存在させる。この構成によると閉
塞キャップは発光管のより外側に位置するので、閉塞キ
ャップの内面温度は低下することとなる。又、この構成
では、発光管端部の全体積が増え、熱的な損失も増え
る。このため、発光管はアークを囲む管と閉塞キャップ
が封着される管の間は外径の小さな管により連結する必
要がある。このような構成によって閉塞キャップが受け
る余剰ハロゲン化物による腐食に対する信頼性は向上
し、発光管の光学特性の寿命中の変化も少なくできる。

【００２０】

【発明の効果】以上の様に、本発明に係わる金属蒸気放
電灯は、透光性セラミック管の導電性サーメットキャッ
プの電極心棒の埋設部が受ける希土類金属ハロゲン化物
による腐食の低減とその蒸発量の安定性の向上を図るこ
とができ、寿命特性が優れているばかりでなく、色温度
等の光学特性が優れている等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる発光管の縦断面図であ
る。

【図２】同じく要部縦断面図である。

【図３】ネック部から端キャップ内面までの距離と閉塞
キャップの２０００時間までのクラック発生率及び初期
色温度に対する色温度の上昇との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 透光性アルミナ管 ２ａ，２ｂ アルミナ細管 ３ａ，３ｂ アルミナ管 ４ａ，４ｂ 端キャップ ５ａ，６ａ 電極部 ５ｂ，６ｂ 中間導体 ５ｃ，６ｃ 埋込導体 ７ａ，７ｂ 外部リード棒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性セラミック管の両端に導電性サーメ
   ットキャップを封着し、該キャップに電極を封止し、か
   つ内部に少なくとも希土類金属のハロゲン化物を封入し
   てなる発光管よりなる放電灯において、前記セラミック
   管の両端部にその直径が中心部位よりも細径であるネッ
   ク部を形成し、又、該ネック部に細径のセラミック製円
   筒成形体を貫通して管内部に凹状空間を形成するように
   固着し、該成形体にわずかな間隙をもって電極を貫通さ
   せ、かつ該成形体の発光管外側方向に第２のセラミック
   管が固着され、該第２のセラミック管の一端に前記導電
   性サーメットキャップが一体的に焼結されて嵌合してな
   る金属蒸気放電灯。