JPH11195401A

JPH11195401A - 放電灯

Info

Publication number: JPH11195401A
Application number: JP9368989A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hayashi; 浩一林; Koji Kida; 晃二喜田; Tetsuaki Wakefuji; 哲昭分藤; Nobuyuki Yamada; 信幸山田; Noriyuki Maehara; 典幸前原
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】放電灯１０は、点灯作動時に、発光管の開口
と電極部材との間を封着する封着ガラス材の劣化を防止
し、耐久性に優れたものとする。【解決手段】放電灯１０は、大径部１２と小径部１３
とからなり、小径部１３の開口部が電極部材１５の封止
基部１５ａにより封着ガラス材１６ａを介して封着され
ている。電極部材１５は、封止基部１５ａからリード部
１５ｂを介して先端の電極部１５ｃで放電する。リード
部１５ｂの長さは、少なくとも放電灯作動時に、上記封
着ガラス材１６ａの中空室１２ａ側に面する部分の温度
を、該封着ガラス材１６ａの軟化するガラス転移温度よ
りも低い温度になるように設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光物質を入れた
発光管内の開口に電極部材を封着した放電灯に関し、詳
しくは、その封着構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の放電灯では、透光性セラ
ミックからなる発光管の開口に１対の電極を有する電極
部材を気密に固着するとともに、発光管内に水銀、不活
性ガス、金属ハロゲン化物等の発光物質を気密に封入し
ている。こうした放電灯において、発光管の開口を気密
に封止する手段として、未焼成の発光管を電極部材と一
緒に焼成し、セラミックの収縮を利用して気密に固着す
る手段や、電極部材と発光管の開口との間隙にガラスフ
リットなどの封着ガラス材を溶融させ、充填し、気密に
固着する手段が知られている。

【０００３】前者の方法では、電極部材と発光管との固
着面に欠陥ができ、その欠陥から発光物質がリークして
しまう問題があり、それを防止するために、さらにガラ
スフリットで封着している。

【０００４】後者の方法では、ガラスフリットが、発光
物質のハロゲンと反応し、ガラスフリットの組成物がラ
ンプ特性に悪影響を及ぼしたり、発光物質が減少するこ
とによりランプ寿命が短縮したりする問題があり、その
問題を回避するため特公平３ー１７７７号に開示されて
いるように、ガラスフリットの存在する電極部材と発光
管との間隙に、ガラスフリットが存在しない空間を設
け、その空間に発光物質の非蒸発状態のものを充填し、
ガラスフリットの存在する位置の温度を低くする構造を
とったものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の公報に
記載されている技術では、ガラスフリットが気相状態の
発光物質に接触しないものの、液相または固相状態にな
った発光物質に接触することがある。こうした発光物質
の接触は、たとえ固相状態であっても酸素の拡散によっ
て反応が起き、発光物質を消耗させて放電灯特性を低下
させる。さらに、ガラスフリットは、種類によっては、
発光物質が液状化する程度の低温に晒された場合でも劣
化することがあった。

【０００６】本発明は、上記従来の技術の問題を解決す
るものであり、点灯作動時に、発光管の開口と電極部材
との間を封着する封着ガラス材の劣化を防止し、耐久性
に優れた放電管を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するためになされた本発明は、発光物質を
入れた中空室を有する大径部と、該大径部に延設されか
つ上記中空室に連通した細管室を形成する小径部とを有
する発光管と、上記小径部の開口に挿入される封止基部
と、該封止基部から上記中空室に向けかつ上記小径部の
内壁との間に間隙を有するように配置されたリード部
と、該リード部の他端部に設けられた電極部と、を有す
る電極部材と、上記小径部の内壁と上記封止基部の外面
との間に介在して発光管の外部と上記中空室とを密封す
る封着ガラス材と、を備えた放電灯において、上記リー
ド部の長さは、少なくとも放電灯作動時に、上記封着ガ
ラス材の中空室側に面する部分の温度を、該封着ガラス
材の軟化するガラス転移温度よりも低い温度になるよう
に設定したことを特徴とする。

【０００８】本発明にかかる放電灯を構成する発光管
は、大径部と小径部とから構成されている。大径部は、
発光物質を入れている中空室を有し、この中空室に小径
部の細管室を接続している。また、小径部の開口は、電
極部材の一端部の封止基部で封着ガラス材を介して封着
されている。封着基部の一端部に設けられたリード部が
細管室を貫通し、中空室まで延設されており、その先端
部に電極部が設けられている。こうした電極部材への通
電によりアーク放電により発光物質が揮発して、放電発
光が行なわれる。

【０００９】上記放電灯の点灯作動時において、放電発
光により中空室内の温度が高くなり、その熱エネルギ
は、細管室を経て封着ガラス材にまで伝わる。しかし、
リード部は、放電灯作動時に、封着ガラス材の中空室側
に面する部分の温度をガラス転移温度よりも低い温度と
する長さに形成されている。よって、封着ガラス材の中
空側に面する部分は、発光物質の温度や液相状態や固相
状態などにかかわらず、ガラス転移温度以上になること
がなく、ガラス自体の劣化を生じることがない。

【００１０】すなわち、放電灯に組み込んだ封着ガラス
材がガラス転移温度より高い温度域になった場合にはそ
の構成元素が抜け出て、本来放電灯に期待するスペクト
ルと別にその構成元素のスペクトルが出現したり、スペ
クトルの強度が変わったりし、放電灯特性に悪影響を及
ぼすが、本発明の放電灯は、封着ガラス材がガラス転移
温度より低い温度に維持されるから、このような現象は
起きない。

【００１１】また、電極部材の好適な態様として、リー
ド部を中空室内に延設して、その先端部に電極部を設け
るとともに、該電極部の位置を、中空室と細管室の間の
部位の温度を、発光物質が蒸発して発光する温度になる
ように配置する。これにより、封着ガラス材の劣化を防
止することができるうえに、中空室において温度が低く
なりやすい位置、つまり中空室と細管室との間の部位に
おける温度を高く維持させて、放電灯の発光効率を向上
させることができる。

【００１２】さらに、本発明の好適な態様として、大径
部の内壁面の一部を半球面に形成し、半球面の中心に電
極部を配置するようにリード部を設ける。これにより、
放電灯の全体にわたって温度を高くでき、発光効率を一
層向上させることができるとともに、発光管内の中空室
の温度を高めても封着ガラス材の劣化を招かない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例
について説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施の形態にかかる放電
灯１０を示す断面図である。図１において、放電灯１０
は、発光管１１と、発光管１１内に充填された発光物質
と、電極部材１５とを備えている。発光管１１は、発光
物質を充填した中空室１２ａを有する大径部１２と、大
径部１２の両側からそれぞれ延設された小径部１３とを
備えている。

【００１５】上記大径部１２は、ほぼ楕円球状であり、
その管壁の厚さが一定に形成されている。小径部１３
は、大径部１２の両端部にそれぞれ細管として連続して
形成されており、その内側スペースが細管室１３ａにな
っている。また、小径部１３の両端部には、細管室１３
ａを外部に開放する開口部１３ｂが形成されている。

【００１６】上記発光管１１の材料としては、アルミ
ナ、アルミナーイットリアーガーネット、石英ガラス等
の透光性材料を用いることができる。なお、発光物質と
して、ＤｙＩ₃、ＣｓＩ、Ｔｌ、ＮａＩなどを用いる場
合には、その反応性の高いことを考慮して、アルミナを
主原料として用いることが好ましい。こうした発光管１
１を製造する方法として、例えば、アルミナを主原料と
したスラリを形成し、これを鋳込み成形により大径部１
２及び小径部１３ともに一体に形成することができる。
このような鋳込み成形により、大径部１２に連続した小
径部１３を長く形成することも容易である。

【００１７】図２は図１の放電灯１０の要部を拡大して
示す断面図である。図２に示すように、発光管１１の開
口部１３ｂには、電極部材１５で封止されている。電極
部材１５は、開口部１３ｂに挿入される封止基部１５ａ
と、この封止基部１５ａの端部から細管室１３ａを通り
中空室１２ａまで設けられているリード部１５ｂと、こ
のリード部１５ｂの先端に設けられた電極部１５ｃとを
備えている。上記封止基部１５ａは、外部リード線（図
示省略）に接続される端子を兼用しており、外部リード
線に接続されることにより給電される。また、リード部
１５ｂは、小径部１３の内壁面との間に所定間隙を隔て
て、細管室１３ａの中心部を軸方向に貫通している。ま
た、電極部１５ｃは、リード部１５ｂの先端部に接続さ
れており、コイル状に巻回されており、対向する電極部
１５ｃとの間で放電距離を隔てて放電する。

【００１８】電極部材１５の各材料は、以下のものを用
いることができる。すなわち、封止基部１５ａとして、
Ｎｂ、Ｒｅ等の金属、Ｎｂ−Ｚｒ等の合金、金属−Ｂ
系、金属−Ｃ（Ｎ）系、金属−Ｓｉ系等のサーメット等
の発光管１１の材料と熱膨張係数の近似する材料を用い
ることができる。また、リード部１５ｂ及び電極部１５
ｃとして、高融点のＷ，Ｍｏなどを用いることができ
る。

【００１９】また、電極部材１５の封止基部１５ａは、
開口部１３ｂの内壁面との間に封着ガラス材１６ａを封
入することにより、発光管１１内と外部とを気密状態に
封着している。封着ガラス材１６ａの材料としては、Ｓ
ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系、Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯ−Ｙ₂Ｏ
₃系、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−Ｄｙ₂Ｏ₃系など種々のものが
発光管１１の材料との熱膨張係数等の物性にあわせて利
用できる。

【００２０】なお、封着ガラス材１６ａにより封着する
方法として、以下の工程をとることができる。まず、発
光管１１内に発光物質などを入れた後に、発光管１１の
開口部１３ｂに電極部材１５を挿入し、さらに開口部１
３ｂの端部に封着ガラス材１６ａを形成するガラス環
（図示省略）を載せ、これらをＡｒガスの雰囲気中に晒
す。そして、ガラス環に赤外線を照射して加熱溶融させ
る。そして、溶融したガラス環は、開口部１３ｂの壁面
と封止基部１５ａとの間に進入して固化する。これによ
り、発光管１１の開口部１３ｂの内壁面と封止基部１５
ａとの外周面との間が封着ガラス材１６ａで封着され
る。

【００２１】次に、放電灯１０の点灯作動及びその温度
分布について説明する。放電灯１０を水平位置に配置
し、放電灯１０の電極部材１５，１５の間に通電する
と、電極部１５ｃ，１５ｃの間にアーク放電が発生す
る。これにより、発光管１１内に充填されている発光物
質に放電エネルギが与えられる。すなわち、Ｈｇがアー
ク放電の早い段階から蒸発して発光管１１内の蒸気圧を
高め、さらにこの蒸気圧の上昇によりＤｙなどの他の発
光物質の発光条件が整えられる。そして、Ｄｙなどがイ
オン状態になってアーク放電される。このときのアーク
の形状は、ほぼ楕円状になっている。

【００２２】このようなアークの形状により、発光管１
１内の温度分布は図３に表わされる。図３に示すよう
に、温度分布は、そのアークの中心部で約５０００Ｋで
あり、外周になるにしたがって低い温度になるほぼ楕円
状となる。こうした温度分布において、放電灯１０の発
光効率を高めるためには、発光管１１内の温度を全域に
わたって高めることが好ましいが、発光管１１や封着ガ
ラス材１６ａの耐熱温度から制約される。こうした条件
下において、発光管１１の発光効率を高めるために、以
下の構成がとられている。

【００２３】図４は放電灯１０における各部の寸法を表
わす図である。図４に示す発光管１１において、大径部
１２の長さをＬ１、小径部１３の長さをＬ２、大径部１
２の内径をＤ１、小径部１３の内径をＤ２とする。ま
た、電極部材１５において、中空室１２ａ内における電
極部１５ｃの位置つまり小径部１３と大径部１２との接
続部から電極部１５ｃまでの長さをＫ１、さらに接続部
から封止基部１５ａの内端部までの長さをＫ２、封着ガ
ラス材１６ａで封着されている長さをＫ３とする。

【００２４】（１）電極部材１５のうち長さＫ２は、
放電灯１０の点灯作動時に、封着ガラス材１６ａのガラ
ス先端部１６ｂがガラス転移温度Ｔｇ以上の温度になら
ない長さに設定されている。上述したように、放電灯１
０の作動時における温度分布は、楕円状になっている。
さらに、図５に示すように、接続部の温度を最冷部温度
Ｔｃｓとすると、小径部１３の細管室１３ａから開口部
１３ｂに向かうにしたがって温度Ｔが低下する。そし
て、距離Ｋ０の位置で、温度Ｔは、封着ガラス材１６ａ
のガラス転移温度Ｔｇと同じになり、さらに低下し、ガ
ラス先端部１６ｂの位置でガラス転移温度Ｔｇより△Ｔ
だけ低くなる。すなわち、封着ガラス材１６ａのガラス
先端部１６ｂの温度Ｔがガラス転移温度Ｔｇ以下になる
ように電極部材１５の長さＫ２は設定されている。

【００２５】したがって、放電灯１０の点灯作動時に、
封着ガラス材１６ａのガラス先端部１６ｂは、ガラス転
移温度Ｔｇ以上の温度にならず、ガラス転移温度Ｔｇよ
り少なくとも△Ｔだけ低い温度に維持される。よって、
封着ガラス材１６ａがガラス転移温度Ｔｇ以上に晒され
ることがなく、封着ガラス材１６ａを構成する元素が抜
け出て放電灯のスペクトル成分に、その元素のスペクト
ル成分が含まれるような放電灯１０の放電特性に悪影響
を生じない。

【００２６】（２）図４に示すように、大径部１２の
両端部の形状は、電極部１５ｃの先端を中心とした半球
の曲面部１２ｃとし、この曲面部１２ｃに連続した円筒
部１２ｄを形成し、円筒部１２ｄの直径をＤ１（＝２Ｋ
１）としている。このような形状としたのは、以下の理
由による。

【００２７】アーク放電により電極部１５ｃの熱で、発
光管１１内の温度が上昇し、その温度分布は、曲面部１
２ｃ内で電極部１５ｃの先端を中心としたほぼ半球状に
なる。ここで、曲面部１２ｃの壁面の温度が１２５０℃
を越えると、曲面部１２ｃを構成するアルミナ自体が軟
化し、耐久性が低下する。逆に、曲面部１２ｃ内に低い
温度の部分があると、この低い部分における発光物質が
液化したままで未発光になり、発光効率が低下する。

【００２８】こうした現象を考慮して、大径部１２の曲
面部１２ｃ及び円筒部１２ｄの形状は、アークの温度分
布に合わせるとともに発光管１１のアルミナの耐熱性の
限界である約１２５０℃とほぼ一致させた形状であり、
これにより、発光管１１の熱的な劣化を防止して発光管
１１の寿命を上げるとともに、温度の低い部分をなくし
て発光効率を上昇させている。

【００２９】さらに、放電灯１０の点灯作動時に、中空
室１２ａの圧力が上昇し、大径部１２に大きな応力が加
わる。上述した発光管１１の大径部１２の形状は、曲面
部１２ｃとなっているので、応力が分散して加わり、局
所的に応力が集中する部分がなく、よって放電灯１０の
耐久性を向上させることができる。

【００３０】なお、この発明は上記実施例に限られるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の
態様において実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態にかかる放電灯１０を示
す断面図である。

【図２】図１の放電灯１０の要部を拡大して示す断面図
である。

【図３】放電灯１０の点灯作動時における温度分布を説
明する説明図である。

【図４】放電灯１０における各部の寸法を表わす図であ
る。

【図５】放電灯１０の点灯作動時における小径部１３の
温度分布を説明する説明図である。

【符号の説明】

１０…放電灯１１…発光管１２…大径部１２ａ…中空室１２ｃ…曲面部１２ｄ…円筒部１３…小径部１３ａ…細管室１３ｂ…開口部１５…電極部材１５ａ…封止基部１５ｂ…リード部１５ｃ…電極部１６ａ…封着ガラス材１６ｂ…ガラス先端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者分藤哲昭福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者山田信幸福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者前原典幸福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光物質を入れた中空室を有する大径部
と、該大径部に延設されかつ上記中空室に連通した細管
室を形成する小径部とを有する発光管と、上記小径部の開口に挿入される封止基部と、該封止基部
から上記中空室に向けかつ上記小径部の内壁との間に間
隙を有するように配置されたリード部と、該リード部の
他端部に設けられた電極部と、を有する電極部材と、上記小径部の内壁と上記封止基部の外面との間に介在し
て発光管の外部と上記中空室とを密封する封着ガラス材
と、を備えた放電灯において、上記リード部の長さは、少なくとも放電灯作動時に、上
記封着ガラス材の中空室側に面する部分の温度を、該封
着ガラス材の軟化するガラス転移温度よりも低い温度に
なるように設定したこと、を特徴とする放電灯。
【請求項２】請求項１において、上記リード部は、上記中空室内に延設されて上記電極部
を設けており、該中空室と細管室との間の部位の温度
が、発光物質が蒸発して発光する温度になるように設け
られている放電灯。
【請求項３】請求項２において、上記大径部の内壁面の一部は、半球面に形成されてお
り、この半球面の中心に上記電極部が位置するように上
記リード部が中空室内に突設されている放電灯。