JPH10188901A - セラミック製放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】透光性セラミック製の発光管に連設された側管
内部の最冷点の温度が高くなり、ハロゲン化金属などの
封入物が十分に蒸発して発光に必要な蒸気圧が得られ、
発光効率が高く、演色性の優れたセラミック製放電ラン
プを提供する。 【解決手段】電極芯棒４と側管２の内周面の間に、側管
２の内外面の温度差によるヒートショックにより側管が
破損することのない温度以下に側管２の内面を昇温させ
る多重コイル７１などの熱伝達部材を介装し、側管２の
内径Ｄと電極芯棒の外径ｄを、０．２≦ｄ／Ｄ≦０．８
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光管が透光性セ
ラミックスで成形された放電ランプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】放電ランプ、例えば高圧水銀放電ランプ
やメタルハライドランプは、発光管内に一対の電極が対
向配置されるとともに、水銀と希ガスおよび必要に応じ
て各種の発光金属や発光金属の化合物などが封入されて
いる。発光管は、球形や楕円球形をしているが、この発
光管の両端に筒状の側管が一体に形成されており、通常
は石英ガラスで成形される。そして、電極芯棒が側管で
封止される。かかる放電ランプは、発光効率が高くて長
寿命であり、色度が安定しているなどの長所を有するの
で、液晶プロジェクターなどのバックライト用光源とし
てしばしば使用されている。

【０００３】これに対して、アルミナ、イットリア、イ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、ジ
ルコニアなどの透光性セラミックスは、石英ガラスより
も強度が大きくて耐熱温度も高い利点を有する。このた
め最近は、発光管を透光性セラミックスで成形したセラ
ミック製放電ランプが注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発光管が透
光性セラミック製の場合は、封止工程において、同じく
透光性セラミックスからなる側管端部を変形加工できな
いので、側管の端部開口をフリットガラスでシールして
いる。しかし、フリットガラスは、透光性セラミックス
よりも耐熱温度が低いので、点灯時に極めて高温になる
発光管の中央部からできるだけ離した位置でシールする
必要がある。つまり、側管を長くする必要があるが、側
管は光を放射する部分ではなく、側管内部は、ハロゲン
化金属などの封入物が凝縮する、いわばデッドスペース
であり、セラミック製放電ランプはデッドスペースが大
きくなる。

【０００５】放電ランプにおいては、封入物の蒸気圧
は、封入物が凝縮する部位の温度、つまり、最冷点の温
度により決定されるが、セラミック製放電ランプの場合
は側管が長いので、封入物が凝縮する最冷点の温度が低
くなる。そして、ランプの演色性を向上させるために、
希土類系金属のハロゲン化物を封入することがあるが、
希土類系金属のハロゲン化物は他の金属のハロゲン物に
比べて蒸気圧が低いために、最冷点の温度が低いと、側
管内で凝縮して発光に必要な有効な蒸気圧が得られず、
ランプの発光効率が低く、演色性が向上しない不具合が
ある。

【０００６】電極芯棒の外径を大きくしたり側管の内径
を小さくして電極芯棒と側管内周面との間隔を狭くする
とデッドスペースを小さくなり、最冷点の温度が上昇し
て発光に必要な有効な蒸気圧が得られる。しかし、電極
芯棒と側管内周面との間隔を狭くするとランプ製作時の
ばらつきなどにより電極芯棒と側管内周面が接触するこ
とがある。そして、もし点灯時に極めて高温になる電極
芯棒が側管内周面に接触すると、接触した部分の側管の
内外面の温度差が大きくなり、ヒートショックにより側
管が破損することがある。従って、電極芯棒と側管内周
面との間隔はある程度の余裕が必要になる。

【０００７】そこで本発明は、透光性セラミック製の発
光管に連設された側管内部の最冷点の温度が高くなり、
ハロゲン化金属などの封入物が十分に蒸発して発光に必
要な蒸気圧が得られ、発光効率が高く、演色性の優れた
セラミック製放電ランプを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、透光性セラミックスで成形された発光
管内に、一対の電極が対向配置されるとともに、水銀と
希ガスおよび発光物質などの封入物が封入され、電極芯
棒が発光管に連設された側管の端部で封止されたセラミ
ック製放電ランプにおいて、電極芯棒と側管の内周面の
間に、側管の内外面の温度差によるヒートショックによ
り側管が破損することのない温度以下に側管内面を昇温
させる熱伝達部材を介装し、側管の内径Ｄと電極芯棒の
外径ｄを、０．２≦ｄ／Ｄ≦０．８にする。

【０００９】ここで、熱伝達部材は、例えば、電極芯棒
に螺旋状に巻き付けられた耐熱金属製の多重コイルであ
り、或いは、電極芯棒に平行に配置された複数本の耐熱
金属製の直管チューブであり、電極芯棒に螺旋状に巻き
付けられた耐熱金属製の螺旋チューブであり、電極芯棒
を取り囲む断面が星形をした耐熱金属製の異形チューブ
であり、電極芯棒に多重に巻き付けられた耐熱金属製の
金属箔などであるが、これらの熱伝達部材の熱容量を小
さくするために、多重コイルの素線径は０．３ｍｍ以
下、各チューブの肉厚は０．０５〜０．５ｍｍ、金属箔
の肉厚は０．０１〜０．０５ｍｍであるのが好ましい。
しかし、熱伝達部材はこれらに限られるものではなく、
耐熱性が大きく、例えば中空部を有して熱容量が小さく
て、側管に接触したときの接触面積が小さなものであ
り、側管内面が異常な高温にならないものであればよ
い。そうすることによって、側管の内外面の温度差に基
づくヒートショックによって側管が破損する恐れがなく
なる。

【００１０】かかる熱伝達部材を電極芯棒と側管の内周
面の間に介装すると、点灯時に電極芯棒の熱が側管に伝
達されて側管の温度が適度に上昇し、つまり、側管内部
の最冷点の温度が高くなり、蒸気圧の低い希土類系金属
のハロゲン化物などの封入物も十分に蒸発して発光に必
要な蒸気圧を得ることができる。そして、かかる熱伝達
部材は、いずれも中実体でないために熱容量が小さく、
側管との接触面積も小さいので、側管に伝達される熱量
は、電極芯棒が直接側管に接触した場合に比べて少な
く、側管内面が異常な高温にならず、従って、側管の内
外面の温度差は小さく抑えられ、ヒートショックにより
側管が破損することがない。

【００１１】ここで、側管の内径をＤ、電極芯棒の外径
をｄとしたとき、０．２＞ｄ／Ｄであれば、電極芯棒と
側管の内周面の間隔が大きくて、始動時の放電空間が実
質的に広くなり過ぎて、一方の多重コイルなどの熱伝達
部材と他方の電極の間でアークが発生してしまうことが
ある。そして、熱伝達部材と電極の間にアークが発生す
ると、熱伝達部材自体が極めて高温になり、従って、側
管の内外面の温度差が大きくなり、ヒートショックによ
り側管が破損することがある。

【００１２】逆に、０．８＜ｄ／Ｄであれば、電極芯棒
と側管の内周面の間隔が小さくて、極めて高温になった
電極芯棒から熱伝達部材を介して側管に伝達される熱量
が大きくなる。従って、この場合も側管の内外面の温度
差が大きくなり、ヒートショックにより側管が破損する
ことがある。よって、ｄ／Ｄの値は、０．２≦ｄ／Ｄ≦
０．８にする必要がある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図１は交流で点灯され
る定格電力が１５０Ｗのメタルハライドランプを示す。
もっとも、本発明は、直流点灯されるメタルハライドラ
ンプであってもよく、更には、高圧水銀放電ランプな
ど、その他の放電ランプであってもよい。

【００１４】球形や楕円球形をした発光管１は透光性セ
ラミックスである透光性アルミナで成形されており、発
光管１の両端に筒状の側管２，２が一体に連設されてい
る。発光管１の最大外径は１２ｍｍ、内容積は０．５ｃ
ｃであり、側管２の内径Ｄは１ｍｍである。なお、透光
性セラミックスとして、透光性イットリア、イットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、ジルコニア
なども使用することができる。

【００１５】発光管１内に、一対の電極３，３が５ｍｍ
間隔で対向配置されている。そして、電極３，３と一体
の電極芯棒４，４はアルミナスリーブ５の中心孔に挿通
され、アルミナスリーブ５は側管２の開口部においてフ
リットガラス６により封止されている。従って、点灯時
においては、ハロゲン化金属などの封入物はアルミナス
リーブ５の端面と側管２の隅部において凝縮し、この隅
部近傍に位置する最冷点である側管２内面の温度によっ
て、点灯時の封入物の蒸気圧が決定される。なお、電極
芯棒４は、外径ｄが０．５ｍｍのタングステン棒であ
り、従って、ｄ／Ｄ＝０．５である。

【００１６】また、発光管１内には、水銀が１２ｍｇ、
発光物質として、ヨウ化ディスプロシウムが０．４ｍ
ｇ、ヨウ化タリウムが０．０５ｍｇ、ヨウ化セシウムが
０．１ｍｇ、始動用ガスとしてアルゴンが１００ｔｏｒ
ｒ封入されている。

【００１７】そして、電極芯棒４と側管２の内周面の間
には、熱伝達部材として多重コイル７１が介装されてい
る。多重コイル７１は、素線系が０．３ｍｍ以下の細い
タングステン線を一重コイルに巻き、この一重コイルを
電極芯棒４の外周に、アルミナスリーブ５の端面から電
極３方向に向けて螺旋状に巻いて二重コイルにしたもの
である。そして、多重コイル７１は側管２の内周面に接
触している。多重コイル７１の先端位置は、側管２の温
度が最冷点の温度よりも２００Ｋ高い位置もしくはその
近傍にするのがよい。

【００１８】かかる実施例の放電ランプを点灯して、発
光効率（ｌｍ／Ｗ）と演色評価指数（Ｒａ）を測定し
た。比較例として、仕様は実施例ランプと同じであるが
電極芯棒４と側管２の内周面の間に多重コイル７１を介
装しないランプについても発光効率と演色評価指数を測
定した。その結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】これから分かるように、実施例のランプ
は、比較例のランプに比べて発光効率が高く、優れた演
色評価指数を得ることができた。これは、実施例のラン
プにおいては、点灯時の電極芯棒４の熱が多重コイル７
１を介して側管２に伝達され、最冷点位置の側管２の温
度が上昇して金属ハロゲン化物が凝縮することなく完全
に気化し、高い蒸気圧が得られるためである。また、多
重コイル７１自体の熱容量が小さく、かつ、側管２との
接触面積が小さいので、側管２が局部的に極めて高温に
なることがなく、従って、側管２の内外面の温度差は小
さく、ヒートショックにより側管２が破損することはな
かった。

【００２１】熱伝達部材は、多重コイル７１に限られる
ものではなく、図２に示すように、電極芯棒４に平行に
配置された複数本の耐熱金属、例えばモリブデン製の直
管チューブ７２であってもよい。ここで、直管チューブ
７２の熱容量を小さくし、かつ製作し易いために、直管
チューブ７２の肉厚は０．０５〜０．５ｍｍであるのが
望ましい。更には、図３に示すように、電極芯棒４に螺
旋状に巻き付けられた耐熱金属製の螺旋チューブ７３で
あってもよく、図４に示すように、電極芯棒４を取り囲
む断面が星形をした耐熱金属製の異形チューブ７４であ
ってもよい。そして、この場合の肉厚も０．０５〜０．
５ｍｍであるのが望ましい。

【００２２】これらのチューブ７２，７３，７４は、熱
伝達部材として機能し、側管２の温度が上昇して金属の
ハロゲン化物の蒸気圧が高くなるが、チューブ７２，７
３，７４は、いずれも内部に中空部を有し、熱容量も小
さいので、チューブ７２，７３，７４に接触した側管２
が局部的に極めて高温になることがなく、従って、側管
２の内外面の温度差は小さく、ヒートショックにより側
管２が破損することはない。

【００２３】或いは、熱伝達部材は、図５に示すよう
に、電極芯棒４に多重に巻き付けられた耐熱金属、例え
ばモリブデン製の金属箔７５であってもよい。かかる金
属箔７５は、多重に巻き付けられた箔と箔の間に薄い空
気層が存在するので熱伝達能力が低く、側管２の温度を
上昇させて金属のハロゲン化物の蒸気圧を高くすること
はできるが、側管２がヒートショックにより破損するこ
とはない。そして、金属箔の肉厚は、熱容量などの観点
から、０．０１〜０．０５ｍｍであることが望ましい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
ク製放電ランプは、電極芯棒と、透光性セラミック製の
発光管端部の筒状の側管の内周面との間に、側管の内外
面の温度差によるヒートショックにより側管が破損する
ことのない温度以下に側管内面を昇温させる熱伝達部材
を介装し、かつ側管の内径Ｄと電極芯棒の外径ｄを、
０．２≦ｄ／Ｄ≦０．８にしたので、側管内部の最冷点
の温度が高くなり、封入物が十分に蒸発して発光に必要
な蒸気圧が得られ、発光効率が高く、演色性の優れたセ
ラミック製放電ランプとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱伝達部材に多重コイルを使用した実施例の説
明図である。

【図２】熱伝達部材に直管チューブを使用した実施例の
説明図である。

【図３】熱伝達部材に螺旋チューブを使用した実施例の
説明図である。

【図４】熱伝達部材に異形チューブを使用した実施例の
説明図である。

【図５】熱伝達部材に金属箔を使用した実施例の説明図
である。

【符号の説明】

１ 発光管 ２ 側管 ３ 電極 ４ 電極芯棒 ５ アルミナスリーブ ６ フリット
ガラス ７１ 多重コイル ７２ 直管チ
ューブ ７３ 螺旋チューブ ７４ 異形チ
ューブ ７５ 金属箔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三橋 健一 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 松野 博光 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性セラミックスで成形された発光管
   内に、一対の電極が対向配置されるとともに、水銀と希
   ガスおよび発光物質などの封入物が封入され、電極芯棒
   が発光管に連設された側管の端部で封止されたセラミッ
   クス製放電ランプにおいて、 前記電極芯棒と側管の内周面の間に、側管の内外面の温
   度差によるヒートショックにより側管が破損することの
   ない温度以下に側管内面を昇温させる熱伝達部材が介装
   され、側管の内径Ｄと電極芯棒の外径ｄが、０．２≦ｄ
   ／Ｄ≦０．８であることを特徴とするセラミックス製放
   電ランプ。
2. 【請求項２】 前記熱伝達部材が、電極芯棒に螺旋状に
   巻き付けられた耐熱金属製の多重コイルであることを特
   徴とする請求項１記載のセラミック製放電ランプ。
3. 【請求項３】 前記熱伝達部材が、電極芯棒に平行に配
   置された複数本の耐熱金属製の直管チューブであること
   を特徴とする請求項１記載のセラミック製放電ランプ。
4. 【請求項４】 前記熱伝達部材が、電極芯棒に螺旋状に
   巻き付けられた耐熱金属製の螺旋チューブであることを
   特徴とする請求項１記載のセラミック製放電ランプ。
5. 【請求項５】 前記熱伝達部材が、電極芯棒を取り囲む
   断面が星形をした耐熱金属製の異形チューブであること
   を特徴とする請求項１記載のセラミック製放電ランプ。
6. 【請求項６】 前記熱伝達部材が、電極芯棒に多重に巻
   き付けられた耐熱金属製の金属箔であることを特徴とす
   る請求項１記載のセラミック製放電ランプ。