JPH10312773A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】傾斜機能材料を使った放電ランプであって、石
英ガラスからなる発光管と傾斜機能材料からなる閉塞体
を良好に接合して側管を気密封止することができるこ
と。 【解決手段】その内部に一対の電極１２が配置された発
光空間を有し、その両端に当該発光空間を閉塞する側管
１３が形成された石英ガラス製の発光管１１と、この側
管１１の中に、あるいは端面に配置され、シリカ（SiO
2) 粉末と導電性金属粉末とを長さ方向において異なる
比率で成形された傾斜機能材料からなる閉塞体２０とよ
りなる放電ランプにおいて、前記発光管の側管１３に前
記傾斜機能材料を使った閉塞体２０を接合させるため
に、その間にシリカ粉末３０を介在させて軟化させたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光管の端部が傾
斜機能材料で閉塞された放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】放電ランプは、石英ガラスからなる球
状、楕円形状の発光管の中に一対の電極が配置され、水
銀などの発光金属、キセノンなどの発光ガスが目的に応
じて必要な量だけ封入される。そして、発光管の端部に
は内部空間を封止すべく側管が設けられるが、同時にこ
の側管においては、発光空間の内部に存在する電極と発
光空間の外部に存在する外部リードとの電気的な接続を
保つ必要もある。このような封止構造は、従来から熱膨
張量の異なる複数の中間ガラスを順次接合する段つぎ構
造や、モリブデンなどの金属箔を間に介在させる箔シー
ル構造が広く使われている。そして、最近では、封止部
の長さをより短くすることを特徴として傾斜機能材料を
使った封止構造が実用化されている（例えば、特開平８
−１３８５５５号）。

【０００３】一方、このような放電ランプは、最近では
液晶画面のバックライトとして使われるが、光の利用効
率を高めるという理由から、集光ミラーに組み込んだ形
で使うことが多い。特に、前述の傾斜機能材料を使った
放電ランプの場合は、側管の長さを短くできるので、集
光ミラーに組み込んだ場合に、放電ランプからの放射光
や集光ミラーの反射光が当該側管で遮光されにくくなる
ので、光の利用効率を高めるという点から優れている。

【０００４】その一方で、放電ランプの小型化はより一
層進められ、放射光量は従来同様、もしくはそれ以上の
ものが要求される。従って、光の利用効率をさらに高め
ることが要求される。

【０００５】ここで、放電ランプの一般的な製造方法
は、発光管両端の側管を封止した後に発光空間内のガス
を排気し、その後所望の発光金属又は発光ガスを封入す
る。このため、発光管の外表面には、内部ガスの排気や
上記発光金属等を封入するための「管」が設けられ、こ
の管を通して上記発光金属等を封入した後に、当該管を
封止している。従って、発光管の外表面には必ず当該
「管」の残骸が残ってしまう。これを一般に「チップ」
と呼ぶ。このようなチップは、製造工程上は必要である
が、ランプの点灯においては何ら役にたつものではな
く、むしろ、光の利用効率を下げる点で悪影響を及ぼ
す。特に、近年のように放電ランプの小型化が進む中に
あってはチップがもたらす影響は大きい。

【０００６】一方、放電ランプにはチップを有しないも
の（通称、チップレス）が存在する。このランプは、初
めに発光空間内に所望の発光金属を封入しておき、その
後に発光管両端の側管を封止するものである。しかし、
側管を封止するためには当該側管部分を加熱する必要が
あり、加熱温度によっては封入した金属が蒸発してしま
うので、製造方法としては容易なものではない。特に、
前述の傾斜機能材料を使った放電ランプは、発光管を構
成する石英ガラスと側管に挿入する閉塞体を軟化溶着さ
せるため、当該石英ガラスを軟化させるだけの加熱温度
が必要となる。しかし、このような高温のもとでは水銀
などの発光金属は蒸発してしまい、結果として良好な封
止をすることはできない。特に、放電ランプ、とりわけ
発光空間が小さい場合は、発光空間全体が高温になりや
すいので、この現象は顕著なものである。

【０００７】また、傾斜機能材料を使った放電ランプ
は、石英ガラスを軟化させて閉塞体と接合するので、発
光管全体としては不所望な変形を生じやすい。特に、発
光空間と側管の境界部においてこの変形は生じやすく、
このような変形は「ひび割れ」「破裂」などの原因にも
なりかねない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、傾斜機能材料を使った放電ランプであっ
て、石英ガラスからなる発光管と傾斜機能材料からなる
閉塞体を良好に接合して側管を気密封止することがで
き、かつ、上記問題を生ずることにない放電ランプを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる放電ラ
ンプは、その内部に一対の電極が配置された発光空間を
有し、その両端に当該発光空間を閉塞する側管が形成さ
れた石英ガラス製の発光管と、この側管の中、あるいは
端面に配置され、シリカ（SiO2) 粉末と導電性金属粉末
とを長さ方向において異なる比率で成形された傾斜機能
材料からなる閉塞体とよりなる放電ランプにおいて、発
光管の側管に前記傾斜機能材料を使った閉塞体を接合さ
せるために、その間にシリカ粉末を介在させて軟化させ
たことを特徴とする。請求項２にかかる放電ランプは、
前記シリカ粉末に金属粉末を混入させたことを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】請求項１にかかる放電ランプでは、発光管を構
成する石英ガラス（シリカ）に比較して低温度で軟化す
るシリカ粉末を介在させるので、低温度で封止をするこ
とができる。従って、発光金属を発光空間内に先に封入
してから、発光管の側管を封止する場合でも発光金属の
蒸発を良好に防止することができる。結果として、チッ
プレスの放電ランプを容易に製造することができる。ま
た、低温度で加熱するため発光管の不所望な変形も良好
に防止できる。結果として、このような変形から生じる
「ひび割れ」「破裂」などを良好に防止できる。さらに
補足すると、従来の放電ランプの封止作業は、発光管自
体を軟化させて閉塞体と接合させるものであったのに対
し、本願発明の放電ランプは発光管と閉塞体の間に介在
させたシリカ粉末を軟化させることで両者の完全な封止
を達成するものであり、発光管自体を軟化させるもので
はないことに大きな特徴がある。請求項２にかかる放電
ランプでは、シリカ粉末に金属粉末を混入させるもの
で、これによって金属に熱を吸収させることで低温度に
よる軟化効果を高めることが可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明にかかる傾斜機能材
料を使った放電ランプの全体図を示す。石英ガラス製の
発光管１１は球状、または楕円形状の中央部（発光空
間）を有しており、その内部には、例えばタングステン
からなる一対の電極１２が、例えば１．５ｍｍ間隔で対
向配置している。また、この発光空間には、発光物質と
して水銀、金属ハロゲン化物が封入され、さらにバッフ
ァーガスとしてアルゴンが封入される。発光管１１の両
端には略筒状の側管１３が形成され、さらにこの部分に
おいて傾斜機能材料からなる閉塞体２０が閉塞されてい
る。このような放電ランプの具体例を説明すると、発光
空間（すなわち、発光管の中央部）は外径１０ｍｍの略
球形であり、放電ランプの全長（一方の閉塞体２０の端
面から他方の閉塞体２０’の端面までの距離）は５５ｍ
ｍである。発光物質は、水銀が２０ｍｇ、沃化ジスプロ
シウム、沃化ネオジウム、沃化セシウムが総量で０．４
ｍｇ、臭化インジウムが０．３ｍｇである。また、アル
ゴンは３００Ｔｏｒｒ封入される。そして、放電ランプ
は、例えば１５０Ｗで点灯する。

【００１２】図２は傾斜機能材料を使った閉塞体を示
す。閉塞体２０は、発光管と同じ材質である石英ガラス
（シリカ）の粉末と、モリブデンなどの導電性粉末の混
合体であり、この閉塞体２０はこれら粉末を仮焼成およ
び本焼成により、例えば長さ２２ｍｍ、外径３ｍｍのも
のに成形したものである。粉末の混合比率は長さ方向で
連続的にまたは段階的に変化しており、例えば、電極側
端部２０ａにおいてはシリカ成分が１００％であり、反
対側の端部２０ｂにおいてはシリカ成分が重量で５０
％、モリブデン成分が重量で５０％である。但し、この
組成比率が必ずしもこの数値に限定されるものではな
い。このような閉塞体２０の製造方法をもう少し説明す
ると、仮焼成した閉塞体２０に電極芯棒１２１を挿入す
るための穴開け加工を行い、さらにシリカ成分がリッチ
な端部２０ａを発光管に挿入しやすくするための切削加
工を行う。ここで、仮焼成するのはシリカ粉末とモリブ
デン粉末の混合体をプレスしただけでは、機械的に強度
が弱いので仮焼成により加工しやすくするためである。
ここで、当該シリカ成分がリッチな端部は、本実施例で
は前述のごとく、シリカ成分が１００％であるが、モリ
ブデン成分を含んでいても差し支えない。但し、この場
合はシリカ成分が９０％（重量比）以上（すなわちモリ
ブデン成分を１０％以下）にする必要がある。モリブデ
ン成分が１０％（重量比）より大きくなると当該接合部
において割れる確率が極めて大きくなるからである。次
に、電極１２付きの閉塞体２０を、例えば１７５０℃で
本焼成する。これにより図２に示す閉塞体２０が完成す
る。

【００１３】図３は、発光管１１と閉塞体２０を接合す
る状態を示す。発光管１１を垂直に立てて、その一端に
シリカ粉末のワッシャ３０と電極付き閉塞体２０を図の
ようにセットする。ここで、シリカ粉末は、純度９９．
９９９％で平均粒子径１μｍのものを圧縮成形し、例え
ば厚さ０．５ｍｍのワッシャ（リング）としたものであ
る。そして、不活性ガス雰囲気中、あるいは真空中にお
いて、このワッシャ３０を加熱することで発光管１１と
閉塞体２０を気密に接着する。

【００１４】加熱手段は、ガスバーナを使った熱加熱も
可能ではあるが、より好ましくは光加熱である。光加熱
とは、例えば、炭酸ガスレーザによるレーザ光の照射に
よる加熱や、ハロゲンランプやショートアーク型の放電
ランプを反射鏡などの集光光学系を使い、シリカ粉末の
ワッシャ３０を部分的（局所的）に加熱するものであ
る。このような光加熱が、ガスバーナを使った加熱手段
より優れている理由は、当該加熱部分以外の温度上昇を
ほぼ完全に防止できるためであり、本発明のように発光
金属を発光管１１内に封入した状態において、加熱する
場合には発光金属の蒸気化を防止できることにある。ま
た、光加熱は、加熱装置や加熱作業のコストという点で
も優れている。

【００１５】この場合の加熱温度は、シリカ粉末のワッ
シャ３０が軟化，溶着する温度である。これは発光管１
１を構成する石英ガラスの溶着温度よりも１００〜２０
０℃低温度である。従って、本発明のシリカ粉末のワッ
シャ３０を使った放電ランプにおいては、石英ガラスを
変形させることなく、発光管１１（石英ガラス）と閉塞
体２０を完全に気密封止することができる。シリカ粉末
が、石英ガラスに比較して低温度で軟化することができ
る理由は、シリカ粉末が前述記載のごとく１μｍ程度の
粒子の集合であるので、各粒子の尖った部分が高温化に
よって軟化しやすく隣接する粒子同士で接合しあうもの
と考えられる。さらに、石英ガラスは波長５μｍ以下の
赤外線を透過させるので、波長５μｍ以下の赤外線を照
射したとしても透過してしまい良好に加熱することはで
きない。しかし、微小のシリカ粒の集合体の場合には照
射された赤外線はシリカ粒の表面において多数回繰り返
した後にしか外部に出ていけないので、反射の度に起こ
る吸収が積算されて、波長５μｍ以下の赤外線であって
も加熱が可能になり加熱効率が良くなる。ハロゲンラン
プは５μｍ以下、ＹＡＧレーザは１μｍ、炭酸ガスレー
ザは１０μｍの光が放射される。また、バーナ加熱の場
合であっても石英ガラスの表面で発生した赤外線が同様
の機構によって効率良く吸収される。シリカ粉末の粒子
径は、このような粒界における赤外線の反射、吸収を利
用して局所加熱、軟化効果を狙うためには、１０μｍ以
下であることが好ましい。

【００１６】次に、発光管１１を上下反転させて、ま
だ、封止されていない他方の端部より水銀、金属ハロゲ
ン化物など必要な発光物質を封入する。そして、同様に
図３に示すような構成から同様な方法で発光管１１と閉
塞体２０をシリカ粉末３０を介在させて加熱する。ここ
で、当該加熱作業はアルゴンなどの不活性ガス雰囲気で
行うことにより、このアルゴンガスも同時に発光空間内
に封入することができる。

【００１７】上記加熱工程では発光管１１を垂直方向に
配置して行った。この配置は、必ずしも限定されるもの
ではないが、以下の点において有利な理由がある。すな
わち、閉塞体２０の発光管側の端部２０ａは、発光管１
１の封止されるべき部分の内部まで挿入されるように切
削加工されている。従って、発光管１１を垂直に配置す
ることで当該加熱によって軟化した粉末シリカがこの切
削された部分まで垂れ下がる。すなわち、発光管１１の
外方端面のみならず、発光管１１の側管の内部において
も軟化接合させることができる。なお、閉塞体２０の端
部２０ａは、閉塞体２０を切削加工するのではなく、閉
塞体２０とは別に、石英ガラスからなる筒管をセットし
てもよい。

【００１８】粉末シリカのワッシャ３０には、金属粉
末、例えばモリブデン粉末を少量混合させることができ
る。この場合の有利な効果は、金属粉末による熱の吸収
を利用することで加熱軟化効果を一層高めることができ
る。具体的には、純度９９．９９９％で平均粒子径３μ
ｍのシリカ粉末に、平均粒子径５μｍのモリブデン粉末
を混入させて、その後圧縮成形することで、例えば厚さ
０．５ｍｍのワッシャを作ることができる。また、金属
粉末の混入量は、シリカ粉末に対して、重量比で１〜１
０％である。これは、１％以下の場合には十分な金属の
熱吸収による局所加熱の効果を達成することができず、
また、１０％以上の場合には発光管１１との接合が不十
分になってしまうからである。

【００１９】図４は本発明の放電ランプの他の実施例を
示す。この放電ランプが図１に示すものと異なる点は、
電極芯棒１２１が閉塞体２０において貫通していること
にある。また、本実施例においては、発光管１１の側管
の端面と閉塞管２０の端面において粉末シリカを使って
接合している。また、電極芯棒１２１は閉塞体２０の外
部端部２０ｂにおいて、封着ガラス４０、または金属ロ
ウによって気密に封着されている。この構成の放電ラン
プが、図１に示す構成の放電ランプに比べて有利な点
は、閉塞体２０の加工が容易であること、および電極芯
棒１２１へ大電流の供給が可能であることである。これ
は、電気的接続が、図１に示すものにおいては外部リー
ド→閉塞体２０→電極芯棒１２１と行われるのに対し、
図４に示すものは閉塞体を介することなく直接行われる
からである。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
放電ランプは、閉塞体に傾斜機能材料を使い、石英ガラ
スからなる発光管と傾斜機能材料からなる閉塞体を接合
する際に、粉末シリカを間に介在させるので低温度で気
密封止をすることが可能になる。このため、チップレス
のランプが容易に作成でき、また発光管の変形を防止す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の傾斜機能材料を使った放電ランプを示
す。

【図２】本発明の傾斜機能材料を使った閉塞体を示す。

【図３】本発明の放電ランプの製造工程を示す。

【図４】本発明の傾斜機能材料を使った放電ランプを示
す。

【符号の説明】

１１ 発光管 １２ 電極 １３ 側管 ２０ 閉塞体 ３０ シリカ粉末のワッシャ ４０ 封着ガラス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】その内部に一対の電極が配置された発光空
   間を有し、その両端に当該発光空間を閉塞する側管が形
   成された石英ガラス製の発光管と、 この側管の中に、あるいは端面に配置され、シリカ（Si
   O2) 粉末と導電性金属粉末とを長さ方向において異なる
   比率で成形された傾斜機能材料からなる閉塞体とよりな
   る放電ランプにおいて、 前記発光管の側管に前記傾斜機能材料を使った閉塞体を
   接合させるために、その間にシリカ粉末を介在させて軟
   化させたことを特徴とする放電ランプ。
2. 【請求項２】前記シリカ粉末に金属粉末を混入させたこ
   とを特徴とする請求項１に記載する放電ランプ。