JP3589845B2

JP3589845B2 - セラミック製放電ランプ

Info

Publication number: JP3589845B2
Application number: JP00848298A
Authority: JP
Inventors: 満池内; 和之森; 晶司宮永; 卓也塚本
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JPH11204086A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性セラミックスよりなるバルブを有するセラミック製放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶表示装置のバックライト用光源や紫外線処理装置の光源として、高圧または低圧の水銀放電ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプが使用されている。このような放電ランプでは、バルブの発光管部内に一対の電極（電極コイル）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金属のハロゲン化物よりなる発光物質が封入されている。
放電ランプのバルブは、通常、石英ガラスにより形成され、球形または楕円球形の発光管部と、その両端に一体に連設された封止管部とを有してなり、先端に電極を有する電極構造体の後端部が、この封止管部において封着されて気密封止構造が形成されている。
【０００３】
一方、透光性材料として、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（いわゆる「ＹＡＧ」）、ジルコニアなどの焼結体（透光性セラミックス）が知られており、これらは石英ガラスよりも機械的強度が大きくて耐熱温度も高いという利点を有している。このため、最近においては、透光性セラミックス、特に透光性アルミナでバルブを形成したセラミック製放電ランプが注目されている。このようなセラミック製放電ランプのバルブも、球形や楕円球形あるいは円筒状の形状を有する発光管部を備えている。
また、この発光管部の両端に一体に連設された封止管部と、これに挿通された電極構造体との間の間隙には封止用のフリットガラスが充填されて気密封止構造が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかして、放電ランプの始動時においては発光管部の内面温度が急激に上昇する。特に、発光管部内に対向配置されている一対の電極の各々が、電極構造体の先端（電極棒）に電極コイルが巻回されて構成されている場合には、当該電極コイル間に生じるアーク（４５００〜５５００Ｋ）が発光管部の内面に接近するため、当該内面は瞬時にして高温になる。そして、当該発光管部には、内面温度と外面温度との差によって熱応力が発生する。
【０００５】
ここに、多結晶アルミナなどの透光性セラミックスは、高い耐熱温度を有するものの、線膨張率が大きく、ヤング率も大きく、不可避的に存在する結晶欠陥（例えば粒界または粒内での亀裂、異相、巨大結晶粒子）によって強度が低下するために、耐熱衝撃性においては石英ガラスに劣るものである。そのため、透光性セラミックスにより形成されたバルブの発光管部においては、始動時における内外面の温度差によって熱応力割れが発生しやすいという問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基いてなされたものである。本発明の目的は、始動時（点灯初期）においてバルブの発光管部に熱応力割れを発生させることのないセラミック製放電ランプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック製放電ランプは、楕円球形で最大外径が８．７〜１１．０ｍｍの発光管部（１１）とこの発光管部（１１）に一体に連設された封止管部（１２）とを有する、アルミナ多結晶体よりなる透光性セラミックスにより形成されたバルブ（１０）を備え、前記発光管部（１１）内に一対の電極が対向配置されるよう、当該電極を先端に有する電極構造体（２０）が前記封止管部（１２）に挿通された状態で気密封止構造が形成されてなるセラミック製放電ランプにおいて、前記電極構造体（２０）を構成する電極棒（２１）には、前記発光管部（１１）内に位置する部分に電極コイル（２２）が巻回され、当該電極コイル（２２）と発光管部（１１）の内面との間の最短距離（Ｌ）が０．６ｍｍ以上であり、前記発光管部（１１）の最大肉厚（ｔ）が１．２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
電極コイルと発光管部の内面との間の最短距離を０．６ｍｍ以上とすると共に発光管部の最大肉厚を１．２ｍｍ以下とすることにより、電極コイル間に生じるアークによる発光管部の内面の温度上昇（内外面の温度差）を小さくすることができると共に、始動時において発光管部に発生する発光管部の内外面の温度差による熱応力を小さくすることができ、これにより、後述する実施例の結果からも明らかなように、当該発光管部に熱応力割れが発生することはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック製放電ランプについて詳細に説明する。
＜具体的構成例１＞
図１は、本発明のセラミック製放電ランプの一例を示す説明用断面図である。この例のセラミック製放電ランプを構成するバルブ１０は、放電空間を囲繞する楕円球形の発光管部１１と、この発光管部１１の両端から外方に伸びるよう連設された封止管部１２とを有してなり、透光性セラミックスにより形成されている。ここに、バルブ１０を構成するセラミックスとしては、透光性アルミナ多結晶体が用いられる。
発光管部１１の最大外径は８．７〜１１．０ｍｍ、内容積は０．４〜０．７５ｃｍ^３とされる。また、封止管部１２の外径は２．０〜２．６ｍｍ、内径は０．６〜１．０ｍｍ、長さは３４〜４０ｍｍとされる。
【００１２】
この例のセラミック製放電ランプにおいて、発光管部１１の肉厚は全ての領域において均一であり、当該肉厚（ｔ）は１．２ｍｍ以下とされ、好ましくは０．５〜１．２ｍｍとされる。
発光管部１１の肉厚（ｔ）が１．２ｍｍ以下であることにより、発光管部１１の内外面の温度差による熱応力を小さくすることができる。
また、発光管部１１の肉厚（ｔ）を０．５ｍｍ以上とすることにより、当該発光管部１１は十分な機械的強度を有するものとなる。
【００１３】
バルブ１０の発光管部１１には、一対の電極が対向配置されている。この電極は、電極棒２１の先端部に電極コイル２２が巻き付けられることにより構成され、当該電極棒２１の基端には、中間リード棒２３を介して外部リード棒２４が連結されて電気的に接続された状態とされている。
ここに、電極棒２１および電極コイル２２の材質としてはタングステンなどが、中間リード棒２３の材質としてはニオブなどが、また外部リード棒２４の材質としては白金などが用いられる。
【００１４】
このセラミック製放電ランプにおいて、電極コイル２２と発光管部１１の内面との間の最短距離（Ｌ）は０．６ｍｍ以上とされる。これにより、電極コイル（２２，２２）間に生じるアークにより発光管部１１の内面温度が極端に上昇することを防止することができ、従って、点灯時における発光管部１１の内外面の温度差による熱応力を小さくすることができる。
【００１５】
そして、これらの電極棒２１、電極コイル２２、中間リード棒２３および外部リード棒２４と、後述するスリーブ２６とにより構成される電極構造体２０が、バルブ１０の封止管部１２に挿通されている。具体的には、電極コイル２２が発光管部１１内に位置するとともに外部リード棒２４の先端が外部に位置され、また電極棒２１の基端部分および中間リード棒２３が封止管部１２内に位置された状態とされている。
【００１６】
封止管部１２には、電極棒２１が挿通された状態で、セラミックスよりなるスリーブ２６が配置されている。
このスリーブ２６は、その外径が封止管部１２の内径と適合するとともに、その内径が電極棒２１の直径と適合する形状を有することが望ましい。特にスリーブ２６の外径と封止管部１２の内径との差は小さいことが好ましく、具体的には０．１２ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、両者間の間隙が十分に小さくなってこれに進入して凝縮する封入物の量を少なく抑えることが可能となる。スリーブ２６を構成する材料としては、アルミナ多結晶体、シリカガラスなどを用いることができ、バルブ１０の構成材料と同一であることが好ましい。
【００１７】
封止管部１２におけるスリーブ２６よりも外方に位置する部分には、気密封止構造が形成されている。具体的には、封止用のフリットガラス３０が封止管部１２の管内に注入されて、スリーブ２６の外端から突出する電極棒２１の基端部分および中間リード棒２３と、封止管部１２の内面との間の間隙に充填されるとともに、封止管部１２の外端部上にフリットガラスのビード部３１が外方に突出するよう形成され、このビード部３１内に、中間リード棒２３と外部リード棒２４との接続部を含む部分が埋没された状態で固定され、外部リード棒２４の先端部はこのフリットガラスのビード部３１から外部に突出した状態とされている。ここに、封止用のフリットガラス３０としては、例えばアルミナ−シリカ−希土類酸化物系のものまたはアルミナ−カルシア系のものを好ましく用いることができる。
【００１８】
バルブ１０の発光管部１１内には、通常の放電ランプの場合と同様に、例えば水銀とバッファーガスとしての希ガス（例えばアルゴン，キセノン，ネオン−アルゴン）、並びに必要に応じて例えば特定の金属ハロゲン化物が発光物質として封入されるが、これらは、従来公知のものを適宜の量で使用することができる。
【００１９】
以上のような構成のセラミック製放電ランプによれば、電極コイル２２と発光管部１１の内面との間の最短距離（Ｌ）が０．６ｍｍ以上であり、しかも、発光管部１１の肉厚（ｔ）が１．２ｍｍ以下であるので、始動時において発光管部１１に発生する熱応力を小さくすることができ、従って、当該発光管部１１に熱応力割れを発生させることはない。
なお、本発明のセラミック製放電ランプにおいて、発光管部の肉厚は均一である必要はなく、当該肉厚に差がある場合には、最大肉厚が１．２ｍｍ以下であれば、熱応力割れの発生を防止することができる。
【００２０】
＜具体的構成例２＞
図２は、本発明のセラミック製放電ランプを内管として備えてなる二重管構造のメタルハライドランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
同図に示すメタルハライドランプは、本発明のセラミック製放電ランプからなる内管５０が外管５１内に配置されて構成されている。
図２において、図１に示した符号と同一の符号を付した構成要素は、同図に示したものと同一である。
【００２１】
このメタルハライドランプを構成する内管５０としては、上記の具体的構成例１で説明したものと同様の構成のセラミック製放電ランプ〔但し、図１に示した中間リード棒（２３）および外部リード棒（２４）の代わりに、同一の材質（例えばニオブ）からなる導入線５２が電極棒２１の基端に電気的に接続されているもの〕を用いることができる。
そして、内管５０を構成するこのセラミック製放電ランプにおいても、発光管部１１の肉厚は全ての領域において均一であり、当該肉厚（ｔ）は１．２ｍｍ以下とされ、好ましくは０．５〜１．２ｍｍとされる。
また、このセラミック製放電ランプにおいて、電極コイル２２と発光管部１１の内面との間の最短距離（Ｌ）は０．６ｍｍ以上とされる。
【００２２】
メタルハライドランプを構成する外管５１は、排気管残部５３を一端に有し、他端にはモリブデン箔５４が埋設されたピンチシール部５５を有してなり、石英ガラスまたは硬質ガラスから構成されている。この外管５１内は、例えば真空に排気されている。
同図において、５６は給電用リードであり、この給電用リード５６は、モリブデン箔５４および内部リード５７を介して、内管５０（本発明のセラミック製放電ランプ）の導入線５２に電気的に接続されている。
５８は、例えばＺｒ−Ａｌ合金からなるゲッターであり、外管５１の内部に設けられた支柱（図示省略）にスポット溶接されている。
【００２３】
以上のような構成のメタルハライドランプによれば、内管５１（セラミック製放電ランプ）を構成する電極コイル２２と発光管部１１の内面との間の最短距離（Ｌ）が０．６ｍｍ以上であり、しかも、発光管部１１の肉厚（ｔ）が１．２ｍｍ以下であるので、始動時において発光管部１１に発生する熱応力を小さくすることができ、従って、当該発光管部１１に熱応力割れを発生させることはない。
【００２４】
【実施例】
＜実施例１〜２および比較例１〜２＞
下記の条件に従い、ランプの全長が３６ｍｍ、電極間距離が６ｍｍ、定格電力が７０Ｗであって、電極コイル（２２）と発光管部（１１）の内面との間の最短距離（Ｌ）が異なる４種類の交流点灯型メタルハライドランプを１０本ずつ作製した。
バルブ（１０）としては、透光性多結晶アルミナ（平均粒子径：約３０μｍ）よりなり、発光管部（１１）の最大外径が８．７ｍｍ、発光管部（１１）の内容積が約０．３ｃｍ^３、発光管部（１１）の最大肉厚（ｔ）が１．２ｍｍであり、封止管部（１２）の外径が２．５ｍｍ、内径が０．８ｍｍであるものを用いた。電極構造体（２０）を構成する電極棒（２１）としては０．３ｍｍ径のタングステン線を用い、当該電極棒（２１）の先端に０．２ｍｍ径のタングステン線を巻き付けて（巻き数：４）電極コイル（２２）を形成した。
また、電極構造体（２０）を構成する中間リード棒（２３）は０．６ｍｍ径のニオブ線、外部リード棒（２４）は０．４ｍｍ径の２０％のイリジウムを含有する白金合金線を用いた。
また、電極構造体（２０）を構成するスリーブ（２６）は、多結晶アルミナよりなり、外径が０．７５ｍｍ、長さが５ｍｍのものを用いた。
また、バルブ（１０）の発光管部（１１）内に、水銀７ｍｇと、ディスプロシウムとタリウムとナトリウムの複合沃化物（ＤｙＩ_３−ＴｌＩ−ＮａＩ）５ｍｇとを封入し、更にバッファーガスとしてアルゴンガスを１３ｋＰａの圧力で封入した。
【００２５】
＜実施例３〜６および比較例３〜４＞
下記の条件に従い、ランプの全長が３０ｍｍ、電極間距離が３ｍｍ、定格電力が２０Ｗであって、発光管部（１１）の最大肉厚（ｔ）が異なる６種類の交流点灯型メタルハライドランプを１０本ずつ作製した。
バルブ（１０）としては、透光性多結晶アルミナ（平均粒子径：約３０μｍ）よりなり、発光管部（１１）の最大外径が５．８ｍｍ、発光管部（１１）の内容積が約０．１ｃｍ^３であり、封止管部（１２）の外径が１．８ｍｍ、内径が０．７５ｍｍであるものを用いた。
電極構造体（２０）を構成する電極棒（２１）としては０．２ｍｍ径のタングステン線を用い、当該電極棒（２１）の先端に０．１ｍｍ径のタングステン線を巻き付けて（巻き数：６）電極コイル（２２）を形成した。
また、電極構造体（２０）を構成する中間リード棒（２３）は０．６ｍｍ径のニオブ線、外部リード棒（２４）は０．６ｍｍ径の２０％のイリジウムを含有する白金合金線を用いた。
また、電極構造体（２０）を構成するスリーブ（２６）は、多結晶アルミナよりなり、外径が０．７５ｍｍ、長さが５ｍｍのものを用いた。
また、電極コイル（２２）と発光管部（１１）の内面との間の最短距離（Ｌ）は０．６ｍｍとした。
また、バルブ（１０）の発光管部（１１）内に、水銀１．２ｍｇと、ディスプロシウムとタリウムとナトリウムの複合沃化物（ＤｙＩ_３−ＴｌＩ−ＮａＩ）４ｍｇとを封入し、更にバッファーガスとしてアルゴンガスを１３ｋＰａの圧力で封入した。
【００２６】
＜点灯試験＞
上記の実施例１〜６および比較例１〜４により得られたランプ（１０種類×１０本）の各々について、１２０％の過入力条件で、点灯（５分間）・消灯（５分間）の点滅サイクルを１０００回にわたって繰り返した後、当該ランプの発光管部を目視により観察してクラック発生の有無を調べた。結果（クラックの発生が認められたランプの本数）を下記表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【発明の効果】
本発明のセラミック製放電ランプによれば、始動時（点灯初期）においてバルブの発光管部に発生する熱応力を小さくすることができ、従って、当該発光管部に熱応力割れが発生することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック製放電ランプの一例を示す説明用断面図である。
【図２】本発明のセラミック製放電ランプを内管として備えてなる二重管構造のメタルハライドランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１０バルブ
１１発光管部
１２封止管部
２０電極構造体
２１電極棒
２２電極コイル
２３中間リード棒
２４外部リード棒
２６スリーブ
３０フリットガラス
３１ビード部
５０内管
５１外管
５２導入線
５３排気管残部
５４モリブデン箔
５５ピンチシール部
５６給電用リード
５７内部リード
５８ゲッター

Claims

楕円球形で最大外径が８．７〜１１．０ｍｍの発光管部（１１）とこの発光管部（１１）に一体に連設された封止管部（１２）とを有する、アルミナ多結晶体よりなる透光性セラミックスにより形成されたバルブ（１０）を備え、前記発光管部（１１）内に一対の電極が対向配置されるよう、当該電極を先端に有する電極構造体（２０）が前記封止管部（１２）に挿通された状態で気密封止構造が形成されてなるセラミック製放電ランプにおいて、
前記電極構造体（２０）を構成する電極棒（２１）には、前記発光管部（１１）内に位置する部分に電極コイル（２２）が巻回され、
当該電極コイル（２２）と発光管部（１１）の内面との間の最短距離（Ｌ）が０．６ｍｍ以上であり、
前記発光管部（１１）の最大肉厚（ｔ）が１．２ｍｍ以下であることを特徴とするセラミック製放電ランプ。