JP3463557B2 - 放電ランプ - Google Patents
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr
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Description
電容器を備え、大気圧より高い動作圧力を有する放電ラ
ンプに関する。
ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度放電ランプ
において、放電容器として石英ガラス製のものが使用さ
れている。ここで、石英ガラスとは、SiO2 を98重
量%以上含み、90体積%以上が非晶質である材料をい
う。このような高輝度放電ランプの点灯時において、放
電容器の発光管部の外表面温度は850〜1000℃に
達し、発光管部の内表面温度は、外表面温度よりも更に
50〜150℃程度高くなる。また、放電ランプの点灯
時には、内圧(動作圧力)によって発光管部の管壁に引
張力が作用する。
発光管部の内表面の近傍は、外表面の近傍よりも高い温
度(例えば900〜1150℃)となるために、当該内
表面の近傍におけるガラスは、外表面の近傍におけるガ
ラスよりも高い粘性流動性を示す。この結果、放電ラン
プの消灯時において、発光管部の内表面の近傍に作用し
ていた引張力はガラスの粘性流動によって緩和されるも
のの、発光管部の外表面の近傍に作用していた引張力は
そのまま残留し、当該外表面の近傍に張力歪(以下、
「熱歪」という。)を生じさせる。そして、発光管部の
外表面近傍における熱歪は、点灯時間とともに大きくな
り、ガラスの割れは、水による応力腐食の起こる外表面
で起こるので、延いては放電容器の破損・破裂を招く。
な事情に基いてなされたものであって、本発明の目的
は、長時間点灯しても、熱歪による放電容器の破損・破
裂を生じさせない放電ランプを提供することにある。
石英ガラス製の放電容器を備え、大気圧より高い動作圧
力を有する放電ランプであって、当該放電容器の発光管
部の外表面から水酸基含有化合物またはハロゲンが拡散
されたことにより、当該発光管部の外表面領域における
高温粘度(VA )が、前記発光管部の外表面から100
μmの深さにおける高温粘度(VB )よりも低いことを
特徴とする。本発明の放電ランプは、石英ガラス製の放
電容器を備え、大気圧より高い動作圧力を有する放電ラ
ンプであって、当該放電容器の発光管部の外表面領域に
低粘度化層を有し、当該低粘度化層が、当該発光管部の
外表面から水酸基含有化合物またはハロゲンが拡散され
て形成されたものであることを特徴とする。
℃で測定される高温粘度(VA )および(VB )の間
で、式(VB /VA ≧1.12)を満足することが好ま
しい。しかしながら、この値より小さな値であっても、
(VB /VA )の値が1よりも大きければ熱歪を減少さ
せる効果が奏されるため有効である。
光管部を構成する管壁の肉厚方向における領域であっ
て、発光管部の外表面から深さ20μmまでの領域をい
う。また、「高温粘度」とは、850℃以上(例えば1
200℃)の一定温度条件下で測定される粘性係数をい
う。なお、対比される高温粘度(VA )および(VB )
の値は、同一の温度条件で測定された値である。また、
「外表面から100μmの深さにおける高温粘度
(VB )」とは、『外表面からの深さ−高温粘度曲線』
を測定することにより求められる高温粘度の値をいう。
また、「低粘度化処理」とは、高温粘度を低下させるよ
うな処理(低粘度化物質の拡散処理)をいう。
が、外表面から100μmの深さにおける高温粘度(V
B )よりも低いので、放電ランプの点灯時において、外
表面領域におけるガラスは、外表面から100μmの深
さにおけるガラスよりも高い粘性流動性を有することと
なる。この結果、消灯後においても、外表面領域には引
張力が残留しにくく、従って、熱歪が発生しにくい。そ
して、外表面領域に熱歪が発生していない場合には、内
部(100μmの深さから内表面に至る領域)に熱歪が
発生していても、石英ガラス(放電容器)の強度を十分
に確保することができ、放電容器の破損・破裂の発生を
確実に防止することができる。これは、ガラスの割れが
外表面から始まることが圧倒的に多いためである。
理されていることにより、当該外表面領域におけるガラ
スは、放電ランプの点灯時の温度条件下(850〜10
00℃)で、当該領域の内部と比較して高い粘性流動性
を有することとなる。
て説明する。図1は本発明の放電ランプの一例(定格電
力350Wの超高圧水銀ランプ)を示す説明図である。
図1に示す放電ランプは、発光管部1とこの発光管部1
に連設された狭窄管部2とを有する石英ガラス製の放電
容器3を備え、前記発光管部1内に一対の電極(陽極4
・陰極5)が対向配置されて構成されている。同図にお
いて、6は放電容器3のチップ、7は、放電容器3の狭
窄管部2内に配設され、電極(陽極4・陰極5)の基端
部と接続されている金属箔、8は口金である。ここに、
放電容器3の長さは30〜45mm、発光管部1の外径
(バルブ径)は18〜24mm、発光管部1の内容積は
2.0〜4.6cm3 、発光管部1を構成する管壁の肉
厚は1.5〜2.5mm、発光管部1の動作圧力は20
〜60atmとされる。
部における高温粘度が、外表面からの深さに伴って変化
する点に特徴を有するものである。具体的には、下記の
条件を満足することが必要とされる。
(VA )が、当該発光管部の外表面から100μmの深
さにおける高温粘度(VB )よりも低いこと。すなわ
ち、外表面(深さ0μm)から深さ100μmまでの領
域において、高温粘度が内側に向かって増加しているこ
と。ここに、1200℃の温度条件下で測定される高温
粘度(VB )と、1200℃の温度条件下で測定される
高温粘度(VA )との比(VB /VA )の値は、1より
大きければ、熱歪を減少させる効果が奏されるため有効
であり、この値が1.12以上であることが好ましい。
には、例えば、容器形成用基材として、天然無水石英ガ
ラスからなるものを使用し、当該容器形成用基材に低粘
度化処理を施して発光管部の外表面領域を構成すること
が好ましい。
て得られる放電容器の例において、発光管部における外
表面近傍を模式的に示す説明図である。同図において、
31は天然無水石英ガラスなどからなる容器形成用基
材、32は、容器形成用基材31の一部(外表面近傍)
に低粘度化物質が拡散されて形成された低粘度化層であ
り、この低粘度化層32の外表面32Aが発光管部の外
表面となる。また、33は、発光管部の外表面領域(外
表面32Aから深さ20μmまでの領域)である。
しては、容器形成用基材31の内部(石英ガラス)に拡
散されて、当該石英ガラスの高温粘度を低下させること
ができるものの中から選択される。具体的には、水酸基
含有化合物(例えば水)、ハロゲン(例えば塩素)など
を挙げることができる。低粘度化層32は、かかる低粘
度化物質を、容器形成用基材31の外表面から内部に拡
散させることによって形成することができ、このように
して形成される低粘度化層32は、外表面に近いほど、
低粘度化物質の濃度が高くなり、高温粘度が低くなる
(図2に示した低粘度化層32の濃淡は、低粘度化物質
の含有量の高低を模式的に表している。)。この低粘度
化層32の好ましい厚さとしては100〜1000μm
とされる。
はこれらによって限定されるものではない。なお、以下
において、高温粘度(高温粘度曲線)および発光管部外
表面の熱歪は、下記のようにして測定した。
法:顕微鏡付きマイクロビッカース硬度計における圧子
を先端の丸いダイヤモンドコーンに代え、「ガラスハン
ドブック」(朝倉書店 1975)に記載の原理に従っ
て、1200℃の窒素雰囲気下において試料に対する当
該圧子の貫入速度を測定し、この測定値から、いわゆる
ベネトレーション法によって高温粘度(粘性係数)を算
出することにより、外表面からの深さ(0〜2000μ
m)に対する高温粘度の変化(高温粘度曲線)を求め
た。
方性による偏光角度の変化を利用してガラスの歪を検出
する歪計「歪検査器」(東芝硝子製)を使用し、放電容
器の発光管部の外表面領域における歪角を測定した。こ
の歪角は、残留する引張力の大きさに伴って増加する角
度であり、この歪角が40°を超えると、当該歪に起因
するクラックが発生しやすいことが経験によって知られ
ている。
内部空間を真空状態で封止した。この容器形成用基材
(31)を純水とともに石英ガラス製のアンプル内に入
れた後、当該アンプルを、その内圧が約2.6kPa
(25℃)となる状態で封止し、当該アンプルを110
0℃の大気中に16時間放置した。これにより、容器形
成用基材(31)の外表面の近傍(深さ約300μm)
に水酸基が拡散されてなる低粘度化層(32) を形成し
て放電容器を作製した。この放電容器の長さは27m
m、発光管部の外径は20mm、発光管部の内容積は
3.5cm3 、発光管部を構成する管壁の肉厚は2.0
mmである。この放電容器の発光管部について、120
0℃で測定された高温粘度曲線を図3に示す。なお、図
3に示す高温粘度曲線図において、横軸の数値は、発光
管部の外表面からの深さ(0〜2000μm)であり、
縦軸の数値は、測定された高温粘度を(V)〔ポアズ〕
としたときの(log10V)の値である。
うな構成を有する定格電力350Wの超高圧水銀ランプ
(本発明の放電ランプ)を製造した。
用し、図1に示したような構成を有する定格電力350
Wの超高圧水銀ランプ(比較用の放電ランプ)を製造し
た。
々について、100時間、500時間、1000時間点
灯した後において、発光管部の外表面領域における歪角
を測定した。結果を下記表1に示す。さらに継続して点
灯させたところ、点灯時間が1200時間に達したとこ
ろで、比較例1に係る放電ランプの発光管部の外表面に
クラックが発生した。このとき、実施例1により得られ
た放電ランプについて、発光管部の外表面にクラックの
発生は認められなかった。
の外表面近傍における熱歪の発生を抑制することがで
き、長時間点灯した後においても、熱歪による放電容器
の破損・破裂を生じさせることはない。
る。
おいて、発光管部の外表面近傍を模式的に示す説明図で
ある。
0℃で測定された高温粘度曲線図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 石英ガラス製の放電容器を備え、大気圧
より高い動作圧力を有する放電ランプであって、 当該放電容器の発光管部の外表面から水酸基含有化合物
またはハロゲンが拡散されたことにより、当該発光管部
の外表面領域における高温粘度(VA )が、前記発光管
部の外表面から100μmの深さにおける高温粘度(V
B )よりも低いことを特徴とする放電ランプ。 - 【請求項2】 石英ガラス製の放電容器を備え、大気圧
より高い動作圧力を有する放電ランプであって、 当該放電容器の発光管部の外表面領域に低粘度化層を有
し、当該低粘度化層が、当該発光管部の外表面から水酸
基含有化合物またはハロゲンが拡散されて形成されたも
のであることを特徴とする放電ランプ。
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