JPH09320524A

JPH09320524A - 放電灯用発光管

Info

Publication number: JPH09320524A
Application number: JP13517496A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Murakawa; 俊一村川; Katsumi Nakamura; 勝美中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 1997-12-12
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: JP3340024B2

Abstract

(57)【要約】【課題】放電灯用発光管を構成する透光管の直線透過率
を高めるとともに、発光材料との反応を抑制することに
より長寿命の放電灯用発光管を提供する。【解決手段】放電灯用発光管を構成する透光管を、アル
ミナ含有量が９９．９８重量％以上でかつ相対密度が９
９．８％以上を有するとともに、厚み０．５ｍｍ当たり
の可視光線の直線透過率が３０％以上の透光性を有する
多結晶アルミナ焼結体で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キセノンランプ、
ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ等の放電灯用発光管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、道路やトンネルなどの照明等には
高圧ナトリウムランプが、自動車などのライト類には高
い発光効率を有するキセノンランプやハロゲンランプ
が、屋内外などの照明や店舗などの一般照明、さらには
ＯＨＰ用や液晶プロジェクタ用のバックライトなどには
演色性に優れたメタルハライドランプなどの放電灯が使
用されている。

【０００３】例えば、メタルハライドランプは図２に示
すような、有底円筒体１１の内部に発光部を構成する放
電灯用発光管１（以下、発光管と略称する）を配設した
ものであり、図１に上記発光管１の詳細な構造を示すよ
うに、中央に曲面状の突出部２ａを有する略円筒状をし
た透光管２の内部に、発光材料として金属ハロゲン化物
と希ガスを封入するとともに、透光管２の両端を電極心
棒５とリード心棒６をそれぞれ備えた閉塞体３でもって
封止したものであった。

【０００４】また、このような発光管１を構成する透光
管２としては、光（可視光線）の直線透過率が高く、抗
折強度で３５ｋｇ／ｍｍ²以上を有するとともに、発光
材料である金属ハロゲン化物との反応に伴う腐食の少な
いことが要求されていることから、ＭｇＯ等の助剤成分
を０．１重量％程度含有した透光性を有する多結晶アル
ミナ焼結体により形成したものがあった（特開昭５９−
１８４４５０号公報、特公昭６０−２２６７０号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記透光管
２を構成するアルミナ焼結体の結晶粒界中には助剤成分
として添加したＭｇＯなどが析出しているために、この
析出物での光の複屈折が大きく、肉厚０．５ｍｍ当たり
の光（可視光線：６００ｎｍ）の直線透過率が十数％程
度と、透光管２として充分満足の得られるものではなか
った。

【０００６】また、アルミナ焼結体に添加されている助
剤成分は融点が低いために、メタルハライドランプのよ
うに透光管２の内部が１０００℃程度にも達する状態で
は、助剤成分と透光管２の内部に封入した金属ハロゲン
化物とが反応し、透光管２を腐食させるといった課題が
あった。

【０００７】例えば、アルミナ焼結体の助剤成分にＭｇ
Ｏを使用し、金属ハロゲン化物にＳｃＩ₃−ＮａＩを用
いた場合、化１に示すような反応が起こるために透光管
２が腐食していた。

【０００８】

【化１】

【０００９】その為、透光管２の内壁面において光の散
乱が発生し、直線透過率が低下するとともに、機械的強
度も低下することから短期間の使用で寿命となってい
た。

【００１０】一方、透光管２をサファイアで形成したも
のは、高い直線透過率が得られるものの、サファイアは
高硬度材であり加工が難しいことから透光管２の形状に
制約があり、図１のような複雑な形状をした透光管２を
製作することができないといった課題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、放電灯用発光管を構成する透光管を、アルミ
ナ含有量が９９．９８重量％以上でかつ相対密度が９
９．８％以上を有し、かつ厚み０．５ｍｍ当たりの可視
光線の直線透過率が３０％以上の透光性を有する多結晶
アルミナ焼結体により形成したことを特徴とするもので
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】即ち、本発明は放電灯用発光管を
構成する透光管を、助剤成分を一切添加せず、実質的に
アルミナ結晶のみからなる多結晶アルミナ焼結体で形成
したことを特徴とするものであり、具体的にはアルミナ
含有量が９９．９８重量％以上、さらには９９．９９重
量％以上のアルミナ焼結体により形成してある。その
為、アルミナ以外は焼結体中において不純物だけである
ために、この不純物が結晶粒界中に析出したとしてもこ
れらによる光の吸収や拡散が少なく、光（可視光線）の
直線透過率を３０％以上にまで高めることができる。

【００１３】また、透光管２に要求される強度（抗折強
度：３５ｋｇ／ｍｍ²）は維持した状態で、光（可視光
線）の直線透過率を高めるためには、アルミナ焼結体の
相対密度を９９．８％以上とすることが必要である。

【００１４】即ち、相対密度が９９．８％未満では、ア
ルミナ結晶間の欠陥（空孔）が多くなり過ぎ、該欠陥
（空孔）において入射した光が減衰するために３０％以
上の直線透過率が得られず、さらに相対密度が小さくな
ると透光管２に要求されている強度も維持することがで
きなくなるからである。

【００１５】また、アルミナ焼結体の相対密度を９９．
８％以上とするためには、アルミナの平均結晶粒子径は
２０μｍ以下とする必要があり、好ましくは１５μｍ以
下のものが良い。

【００１６】さらに、本件発明者らは、上記透光管をメ
タルハライドランプ用として使用する場合には、アルミ
ナ焼結体中に含有する不純物量が重要であることを見出
し、その含有量を２００ｐｐｍ以下、好ましくは１００
ｐｐｍ以下としたものである。

【００１７】即ち、本発明の透光管は助剤成分を一切添
加していないアルミナ焼結体で形成したことを特徴とす
るものであるが、不純物はアルミナ原料中に含まれてい
たり、製造工程中に混入する恐れがある。そして、アル
ミナ以外の不純物、特にＭｇ、Ｃａなどの周期律表２ａ
族元素およびその酸化物は、メタルハライドランプの発
光材料として使用されているＤｙＩ₃、ＬｉＩ、ＳｃＩ
₃等の金属ハロゲン化物と反応し易いことからアルミナ
焼結体中に２００ｐｐｍより多く含まれていると、発光
材料である金属ハロゲン化物との反応により透光管が大
きく浸食を受けて短期間のうちに寿命となってしまうか
らである。

【００１８】次に、本発明に係る放電灯用発光管を構成
する透光管の製造方法について説明する。

【００１９】まず、出発原料として純度９９．９９％以
上のアルミナ原料を用意する。この時、使用するアルミ
ナ原料の平均粒子径は０．５μｍ以下でかつＢＥＴ比表
面積が１０ｍ²／ｇ以上のものが良い。これはアルミナ
原料の平均粒子径が０．５μｍより大きかったりあるい
はＢＥＴ比表面積が１０ｍ²／ｇ未満であると、アルミ
ナ同士の活性度を高めることができず、また、粒成長を
充分に抑制することができなくなるからである。

【００２０】次に、上記アルミナ原料の泥漿を製作し、
該泥漿を樹脂または金属からなる型内に充填して圧力を
加えることにより所定の形状に成形する。この時、成形
体の生密度は、焼成時における粒成長および気孔率を小
さくするために２．６ｇ／ｃｍ³以上とすることが望ま
しい。また、型材に樹脂または金属を使用するのは不純
物の混入を抑えるためである。即ち、型材に鋳込成形等
で使用される石膏を用いると、不純物の混入が多くなる
ためにアルミナ焼結体のアルミナ純度が低下してしまう
からである。

【００２１】そして、得られた成形体を大気雰囲気中に
て１２００〜１３００℃程度の温度で仮焼して相対密度
が９９．０％以上に緻密化させ、さらに１５００〜１８
００℃の水素雰囲気下または真空雰囲気下、あるいは還
元雰囲気下で本焼成したあと、内外の表面を鏡面加工す
ることにより本発明の透光管を得ることができる。

【００２２】このように高純度のアルミナ原料を使用
し、成形のための型を樹脂製または金属製とするととも
に、焼成を２回に分けて行うことにより、助剤成分を添
加せずに高純度の多結晶アルミナ焼結体を製造すること
ができる。特に、本発明のアルミナ焼結体を製造するに
は仮焼および本焼成の温度も重要である。即ち、仮焼温
度が１２００℃あるいは本焼成温度が１５００℃より低
いと、充分に緻密化することが難しく、アルミナ焼結体
の相対密度を９９．８％以上とすることができないから
であり、また、仮焼温度が１３００℃あるいは本焼成温
度が１８００℃より高くなると、結晶が異常粒成長して
シンターオーバーとなるというように、いずれにおいて
も光（可視光線）の直線透過率および機械的強度を高め
ることができないからである。

【００２３】このように本発明に係る放電灯用発光管
は、助剤成分を含まない高純度のアルミナ焼結体で透光
管を形成してあることから、光の直線透過率を大幅に向
上させることができ、肉厚０．５ｍｍ当たりの光（可視
光線：６００ｎｍ）の直線透過率を３０％以上とするこ
とができる。

【００２４】また、アルミナ焼結体中に混入する不純
物、特にＭｇ、Ｃａなどの周期律表２ａ族元素およびそ
の酸化物の合計含有量が２００ｐｐｍ以下であることか
ら、メタルハライドランプに使用したとしても、透光管
の内部に封入する金属ハロゲン化物との反応が少なく、
３０００時間の使用においても直線透過率の低下が殆ど
ない透光管とすることができるため、この透光管を用い
て形成した本発明の放電灯用発光管は高い発光効率を有
し、特性劣化の少ない信頼性の高い発光管とすることが
できる。

【００２５】その上、多結晶アルミナ焼結体は一般のセ
ラミック成形方法により形成することができるため、メ
タルハライドランプのように複雑な形状を有する透光管
でも容易に形成することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明実施例の一例としてメタルハラ
イドランプを構成する放電灯用発光管について説明す
る。

【００２７】図１は本発明に係る放電灯用発光管１を示
す縦断面図であり、透光管２は中央に曲面状の突出部２
ａを有する略円筒状をしたもので、アルミナ含有量が９
９．９９重量％、相対密度９９．９％の多結晶アルミナ
焼結体により形成してある。

【００２８】この透光管２の内部には、発光材料として
ＳｃＩ₃−ＮａＩと希ガスを封入してあり、上記透光管
２の両端部をＡｌ₂Ｏ₃−Ｍｏ系サーメット材からなる
閉塞体３でもって封止してある。閉塞体３の固定方法と
しては、下方端部の閉塞体３は透光管２と一体焼結によ
り固定してあり、上方端部の閉塞体３はガラス４付けに
より固定してある。

【００２９】また、各閉塞体３の一方端には電極心棒５
を埋設し、他方端には上記電極心棒５と内部で接触しな
いようにリード棒６が埋設してあり、該リード棒６に電
圧を印加して電極心棒５間で放電を発生させることよ
り、発光管２の内部に封入したＳｃＩ₃−ＮａＩをガス
化して発光させるようになっている。

【００３０】次に、図１に示す放電灯用発光管１の製造
方法について説明する。

【００３１】まず、透光管２を製作するために、ポット
ミルにイオン交換水と分散剤を投入し、これらに高純度
アルミナボールを加えて分散剤を均一に分散させたあ
と、平均粒子径０．２μｍ、ＢＥＴ比表面積１５ｍ²／
ｇの純度９９．９９％を有するアルミナ原料を投入して
さらに５時間程度混合粉砕する。その後、高純度アルミ
ナボールを取り除いた泥漿を多孔質の樹脂型に充填して
圧力を加えたあと、型を取り外すことにより中央に曲面
状の突出部２ａを有する円筒体２を成形した。この時、
成形体の生密度は２．６１ｇ／ｍ³であった。そして、
この成形体を８０℃の温度で乾燥させたあと、１２５０
℃の温度で２時間程仮焼して密度が９９．２％程度の仮
焼体を形成した。

【００３２】次に、上記仮焼体の一方の端部に電極心棒
５とリード棒６をそれぞれ埋設したＡｌ₂Ｏ₃−Ｍｏ系
サーメット材からなる閉塞体３を挿入したあと、上記仮
焼体を真空炉に入れ、焼成温度１６５０℃、真空度１×
１０^-5 ｔｏｒｒの雰囲気下で６時間程度本焼成するこ
とにより、一方端部に閉塞体３を一体焼結した透光管２
を形成した。

【００３３】次に、透光管２の内外を研摩加工により鏡
面とし、透光管２の内部に発光材料のＳｃＩ₃−ＮａＩ
と希ガスを封入したあと、透光管２の他方端部に電極心
棒５とリード棒６をそれぞれ埋設したＡｌ₂Ｏ₃−Ｍｏ
系サーメット材からなる閉塞体３をガラスを介して封止
することにより、図１に示す放電等用発光管１を得た。

【００３４】また、透光管２を構成するアルミナ焼結体
の特性について分析したところ、不純物としてＳｉ
Ｏ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｆｅ₂Ｏ₃
が合計で１００ｐｐｍ含まれていたが、このうち周期律
表２ａ族元素からなる酸化物の含有量は１９ｐｐｍ程度
であった。また、アルミナ焼結体の相対密度は９９．９
％、抗折強度は３６ｋｇ／ｍｍ²、平均結晶粒子径は１
４μｍであり、肉厚０．５ｍｍにおける可視光線（６０
０ｎｍ）の直線透過率は３６％であった。

【００３５】（実験例１）ここで、上記実施例の放電灯
用発光管１と従来の放電灯用発光管１を用意して、発光
管１の発光特性について測定を行った。

【００３６】なお、従来の放電灯用発光管１を構成する
透光管２には、ＭｇＯを４００ｐｐｍ含有するアルミナ
含有量が９９．９５重量％のアルミナ焼結体を使用し
た。

【００３７】そして、各発光管１の初期の発光効率（演
色性）を１００％とした時の点灯時間における維持率を
測定し、３０００時間の点灯においても発光効率が初期
の７０％以上を有していたものを良好であるとした。

【００３８】それぞれの結果は図３に示す通りである。

【００３９】この結果、従来の放電灯用発光管１は、透
光管２を構成するアルミナ焼結体中に４００ｐｐｍのＭ
ｇＯが含まれていることから、１０００時間程度の点灯
で維持率が７０％未満となった。

【００４０】そこで、透光管２の内面を観察したところ
発光材料の化合物であるＡｌＳｃＯ₃がアルミナ結晶の
粒界に沿って析出しており、この化合物（ＡｌＳｃ
Ｏ₃）の析出により光の散乱が発生して発光効率が低下
したことが判った。

【００４１】これに対し、実施例の放電灯用発光管１
は、透光管２を構成するアルミナ焼結体中には不純物が
１００ｐｐｍ程度しか含まれておらず、特に発光材料と
反応し易いＭｇＯおよびＣａＯが１９ｐｐｍ程度である
ため、３０００時間の点灯においても高い維持率を有
し、４０００時間の点灯においても７０％以上の維持率
を有していた。

【００４２】このように、実施例の放電灯用発光管１
は、長期間にわたって高い発光効率が得られることが判
る。

【００４３】（実験例２）次に、本発明の透光管２を構
成するアルミナ焼結体と従来の透光管２に使用されてい
たアルミナ焼結体とを試作し、光の直線透過率および抗
折強度について測定を行った。

【００４４】なお、直線透過率の測定においては、各ア
ルミナ焼結体を直径２０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの板状体
とし、この板状体に６００ｎｍの波長光を照射した時の
直線透過率を測定した。

【００４５】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００４６】

【表１】

【００４７】この結果、試料Ｎｏ．１２、１３、１５で
は、アルミナ含有量が９９．９８重量％未満であるため
に、光の直線透過率が最も高いものでも１９％しか得ら
れなかった。特に、試料Ｎｏ．１５は相対密度が９９．
４％と小さ過ぎることから、透光管２を構成するのに要
求されている抗折強度３５ｋｇ／ｍｍ²以上を満足する
ことができなかった。

【００４８】また、試料Ｎｏ．１１、１４はアルミナ含
有量が９９．９８％重量以上を有するものの、相対密度
が９９．８％未満であるために、光の直線透過率が１２
〜１５％程度と低いものであった。

【００４９】これに対し、本発明に係る試料Ｎｏ．１〜
１０は、アルミナ含有量が９９．９８重量％以上でかつ
相対密度が９９．８％以上を有しているため、直線透過
率３０％以上を満足することができた。また、透光管２
に要求されている強度（抗折強度：３５ｋｇ／ｍｍ²以
上）も充分満足し、最も高いものでは９０ｋｇ／ｍｍ²
の強度が得られた。

【００５０】なお、本発明実施例ではメタルハライドラ
ンプ用の放電灯用発光管１について説明したが、これ以
外のナトリウムランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、
ハロゲンランプとしても好適に使用できることは言うま
でもない。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、放電灯
用発光管を構成する透光管を、アルミナ含有量が９９．
９８重量％以上でかつ相対密度が９９．８％以上を有す
るとともに、厚み０．５ｍｍ当たりの可視光線の直線透
過率が３０％以上の透光性を有する多結晶アルミナ焼結
体で形成したことにより、光（可視光線）の直線透過率
を３０％以上にまで高めることができるとともに、透光
管の内部に封入する発光材料との反応が少ないことか
ら、優れた演色性を有する長寿命の放電灯用発光管とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電灯用発光管を示す縦断面図で
ある。

【図２】一般的な放電灯を示す概略図である。

【図３】本発明および従来の放電灯用発光管の発光特性
を示すグラフである。

【符号の説明】

１放電灯用発光管２透光管３閉塞体４ガラス５電極心棒６リード棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光管の内部に発光材料を封入してなる放
電灯用発光管において、上記透光管がアルミナ含有量９
９．９８重量％以上でかつ相対密度９９．８％以上の多
結晶アルミナ焼結体からなり、厚み０．５ｍｍ当たりの
可視光線の直線透過率が３０％以上の透光性を有してな
る放電灯用発光管。