(57)【要約】【課題】発光物質にインジウムを利用して青色光を放射する消費電力が小さい放電ランプを提供すること。【解決手段】発光管部１１と、この発光管部１１に一体に連設された直管状の封止管部１２とからバルブを構成し、発光管部１１内に一対の電極２１を互いに対向するよう配置する。さらに、封止管部１２内に電極２１を先端に有する電極構造体を封止管部１２の内壁と間隙を有するように挿通する。そして、封止管部１２の外端側部分と電極構造体との間を気密封止構造に形成したランプの発光管部内に、水銀と沃化インジウムを封入する。上記構造のランプを用いることにより、０．０５ｍｇ以上のインジウムを封入して、青色発光する消費電力が２０Ｗ以上、５０Ｗ以下の放電ランプを得ることができる。【選択図】          図１
2007194066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管部内に、水銀と沃化インジウムが封入された放電ランプであって、
上記放電ランプは、発光管部とこの発光管部に一体に連設された直管状の封止管部とを有するバルブを具え、
発光管部内に一対の電極が互いに対向するよう配置され、
前記封止管部内に前記電極を先端に有する電極構造体が封止管部内壁と間隙を有するように挿通され、この状態で当該封止管部の外端側部分と電極構造体との間が気密封止構造に形成されている
ことを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
上記バルブ内には、０．１ｍｇ以下のインジウムが封入され、放電ランプの電力が、２０Ｗ以上、５０Ｗ以下である
ことを特徴とする請求項１の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水槽照明に利用される青色光を放射する放電ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
魚の美しい色彩や、サンゴ、海草などの色彩を鮮やかに再現できるように発光物質にインジウムを利用し、青色光を放射する水槽照明用ランプが知られている（例えば特許文献１参照）。
最近では、一般家庭で熱帯魚観察が行われており、例えば特許文献１に示す水槽照明用ランプは、水槽の上部に配置して利用される。
具体的には、上記の水槽照明用ランプは、発光管が石英ガラス製であり、発光管の両端に形成された封止管は石英ガラスを溶融して圧潰した構造のランプであって、発光管の内容積が２ｃｃであって、１５０Ｗで点灯する。
また、圧潰構造の封止管と発光管の構造関係により、発光管の最冷点は７００〜８００°Ｃになっている。
図６に発光管として石英ガラスを用いた上記水槽照明用ランプの構成例を示す。
同図に示すように石英ガラス製の発光管１１の内部に一対の電極２１が設けられる。発光管１１の両端には圧潰構造の封止管１２が形成され、電極２１は封止管１２内に封入されたモリブデン箔（Ｍｏ箔）２９を介して外部リード線２４に接続されている。発光管１１内部には、水銀と沃化インジウムが封入されている。
【特許文献１】特開平１１−６７１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１にも記載されるように、青色発光するランプとして、従来、石英ガラスのバルブ内に水銀と沃化インジウムを封入した１５０Ｗ程度で点灯するランプが使用されている。
最近では、省電力のランプが求められており、より電力を抑えた、具体的には５０Ｗ以下のランプが要求されている。
先行文献１に示す石英ガラス製の発光管のランプを省電力化するためには、発光管の内圧を下げて電圧を下げる方法がある。具体的には発光管の内圧を支配する水銀の封入量を少なくして内圧を下げ、電圧を下げることにより消費電力を下げることが考えられる。
しかしながら、内圧を下げて電圧を下げた場合、電圧が下がり過ぎると放電が維持できなくなり、電圧を下げることも限度があり、実際は、１割程度電力を下げることができるだけであり、これ以上の省電力化はできない。
【０００４】
一方、発光管の内圧を支配する水銀の封入量は変えずに、発光管の内容積を大きくすることにより、発光管の内圧を下げ、電圧を下げて省電力化することも考えられるが、ランプが大型化すると共に、やはり電圧が下がりすぎて放電が維持できなくなり、省電力化はできない。
さらに、特許文献１のランプにとらわれず、石英ガラス製の発光管のランプの場合、電流、電圧を小さく設計して省電力化したランプを製造することもできる。
この場合、発光管の内容積も小さくなる。このようなランプは、発光管の内容積が小さくなるために、封入物の量が少なくなる。
しかし、石英ガラス製の発光管のランプの場合、圧潰構造の封止管と発光管の構造関係により、発光管の最冷点は、特許文献１で示すランプより低くはなるものの、７００℃前後になっている。
つまり、発光管の内容積が小さいわりには、最冷点の温度が７００℃前後になっているので、発光管内の封入物は高い割合で蒸発する。
この結果、発光管内に封入されるインジウムの蒸発割合が高く、所定のインジウムの蒸発量を得るには、少ないインジウムの量で足りることになる。
【０００５】
発光管の容積に対してインジウムの量が過剰となると、インジウムの発光ピークである４５１ｎｍの光が自己吸収で放射されなくなったり、あるいは、４５１ｎｍの付近の光が連続発光となり、結果として、放射光の青色が薄くなり白色に近くなる。
特許文献１に記載される１５０Ｗのランプの場合、封入する沃化インジウムの量は同文献に記載されるように例えば０．１ｍｇであり、極めて微量であることから、通常、インジウムの封入は、ペレット状の沃化インジウムを発光管内に入れることにより行っている。１５０Ｗ以下のランプの場合、封入するインジウムの量はこれより少なく、極微量となるが、現在使用できる最も小さいペレットは０．０５ｍｇ程度である。
【０００６】
１５０Ｗ以下のランプとするために、インジウムの封入量を上記より少なくしようとすると、例えばペレットを砕いて、沃化インジウムを秤量して封入する必要がでてくるが、インジウム量が微量であるため、適切な量を封入するのは極めて難しく、また、秤量して封入するとすると、作業性も極めて悪くなる。
以上のように、１５０Ｗ以下の青色発光する放電ランプの製造には種々の問題があり、従来は１５０Ｗ以下の青色発光する放電ランプは、製造されていないのが現状であった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的は、発光物質にインジウムを利用して青色光を放射する、消費電力が小さい放電ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記したように、石英ガラス製の発光管のランプで、消費電力が低く発光物質にインジウムを利用して青色光を放射するランプを実現することは難しい。これは前述したように、発光管内に極微量の沃化インジウムを封入するのが難しいためである。
ここで、発光管がガラスのランプは、前記図６に示したように、通常、発光管の両端に圧潰構造の封止管を有するものである。
一方、図１に示すように発光管の両側に直管状の封止管を有するランプが知られている。透光性のセラミックを用いた放電ランプの場合は、ガラスのように溶融してシールすることができないので、通常、図１に示す構造のランプが使用される。
本発明者が、上記図１に示す形状のランプを使用して消費電力低く青色発光する放電ランプを製造したところ、図６に示す形状のランプを用いる場合より、沃化インジウムの封入量を増やしても青色発光することを見出した。
これは、以下の理由であると考えられる。両側に直管状の封止管があるランプの場合は、封入した沃化インジウムの大部分が、両側の直管状の封止管の低温部分でとどまり、発光管の部分に存在する沃化インジウムの量は、封入した沃素量の数分の一以下になるためであると考えられる。
【０００８】
以上に基づき、本発明は前記課題を次のように解決する。
（１）発光管部とこの発光管部に一体に連設された直管状の封止管部とを有するバルブを具え、発光管部内に一対の電極を互いに対向するよう配置し、前記封止管部内に前記電極を先端に有する電極構造体を封止管部内壁と間隙を有するように挿通し、当該封止管部の外端側部分と電極構造体との間を気密封止構造に形成したランプの発光管部内に、水銀と沃化インジウムを封入し、低消費電力で青色発光させる。
（２）上記バルブ内に、０．１ｍｇ以下のインジウムを封入し、放電ランプの電力を２０Ｗ以上、５０Ｗ以下とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、発光管部と発光管部に一体に連設された直管状の封止管部を有し、封止管部内に前記電極を先端に有する電極構造体を封止管部内壁と間隙を有するように挿通し、当該封止管部の外端側部分と電極構造体との間を気密封止構造に形成したランプ内に、水銀と沃化インジウムが封入するようにしたので、沃化インジウムの封入量を、従来の石英ガラスを溶融して圧潰した封止管を有するランプの場合より多くしても、ランプを安定に青色発光させることができる。
このため、沃化インジウムのペレットを砕いたりすることなく、適正量を発光管内に封入することができ、従来製造することが困難であった低消費電力の青色発光する放電ランプを比較的容易に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係わる放電ランプの実施例について説明する。なお、以下では、発光管として、透光性のセラミックを用いた放電ランプの実施例について説明するが、本発明の適用対象はセラミック製のランプに限定されるものではない。
図１は、本発明の実施例である、交流で点灯されるメタルハライドランプとして構成されたセラミック製放電ランプの構成の一例を示す図であり、同図（ａ）は断面図、（ｂ）は、その発光管と封止管の境界部分の拡大説明図である。
図１に示すセラミック製放電ランプにおいて、バルブ１０は、放電空間Ｓを囲繞する大略球状の発光管部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直管状の封止管部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。
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、透光性イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体、透光性イットリア多結晶体を用いることができるが、これらのうち、アルミナ多結晶体が特に好ましい。
また、バルブ１０は、通常、発光管部１１の最大外径が５．０〜８．５ｍｍ、内容積は０．０７〜０．２３ｃｃ、封止管部１２の外径は１．５〜２．５ｍｍ、内径は０．７〜０．９ｍｍ、長さは６〜１２ｍｍである。
【００１１】
バルブ１０には、一対の電極２１が発光管部１１内において互いに対向するよう配置されている。
図示の例の電極２１は電極棒２２の先端部に金属コイルが巻き付けられて形成されており、電極棒２２の基端には、これと同方向に伸びる棒状体のサーメット２３を介して、同方向に伸びるモリブデン製の外部リード線２４が一体に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２２および金属コイルの材質としては例えばタングステンなどが用いられ、外部リード線２４の材質としては例えばモリブデンなどが用いられる。
また、封止管部１２の発光管部１１に接近する内方部分には、セラミックスよりなるスリーブ２６が、電極棒２２が挿通された状態で配置されていている。
このスリーブ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るが、バルブ１０の材料と同一であることが好ましい。
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共にその内径が電極棒２２の外径と適合する形状を有することが望ましい。
【００１２】
実際には、スリーブ２６の外径と封止管部１２の内径との差は０．０３〜０．１０ｍｍ、スリーブ２６の内径と電極棒２２との外径との差は０．０３〜０．０７ｍｍである。
スリーブ２６を用いることにより、電極棒２２と封止管部１２の内壁との間隙を狭くして、ここに進入して凝縮する封入物の量を少なく抑えるものである。
なお、図２（ａ）に示すように電極棒２２にスリーブ２６が挿入され、スリーブ２６の電極側には電極棒２２にタングステン製のコイル２７を緊密に巻きつけた構造でもよい。  さらには、図２（ｂ）に示すように電極棒２２の端部にニオブ製の外部リード２８が接続されており、スリーブ部材を使用せず、電極棒２２の回りにタングステン製のコイル２７を緊密に巻きつけ、サーメットを使用せずに、フリットガラス３０で封止した構造であってもよい。
【００１３】
図１に戻り、これらの電極棒２２とスリーブ２６から構成される電極構造体がバルブ１０の封止管部１２に挿通されている。具体的には、電極２１が発光管部１１内に位置するように電極棒２２とスリーブ２６を封止管部１２内に挿入し、サーメット２３と封止管１２の外端部との間に、リング状のフリットガラス３０を介在させ、この状態で、フリットガラス３０を加熱し溶かすことにより、封止管部１２の外端側部分には気密封止構造が形成される。
この結果、電極棒２２とスリーブ２６から構成される電極構造体が封止管部１２の内壁と間隙ｋを有する状態となっている。
ここで、図１（ｂ）に示すように、発光管部１１と封止管部１２との境界から封止管部１１内の気密封止構造の内部境界であるフリットガラス３０の端部までの間隙ｋの距離をＬ（ｍｍ）とする。
【００１４】
封止用フリットガラス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。
このようなセラミック製放電ランプは、電流と電圧を調整して、低い消費電力、例えば５０Ｗ以下で点灯できるものである。
消費電力が２０Ｗと５０Ｗの上記のランプの仕様は、下記の通りである。
【００１５】
【表１】
2007194066.tif 000003
【００１６】
このようなセラミック製放電ランプは、バルブの材質が透光性セラミックスであるために、封止管部に気密封止構造を形成する工程において、封止管部を溶融変形加工することができず、このため、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封止用フリットガラス３０を充填することにより、気密封止構造が形成されている。この結果、電極構造体と封止管部１２の内壁との間隙ｋが形成された状態となっている。
また、フリットガラス３０は耐熱温度が十分に高いものではないため、放電ランプの点灯時に過熱状態となることを避けなければならない。
このような要請から、セラミック製放電ランプの封止管部においては、点灯時にきわめて高い温度となる発光管部の中央部と、気密封止領域との間を離隔させるために、発光管部に続いて適宜の長さの封止管部が必要となる。この結果、電極構造体と封止管部１２の内壁との間隙ｋは細長い状態となる。
そして、発光管部に続く封止管部は、その内部において電極構造体との間に細長い間隙ｋが形成されているので、このような封止管部と発光管部の構造関係により、発光管の最冷点は、封止管部１１につながる近傍で、従来の石英ガラス製の最冷点（７００℃前後）に比べ低い温度である、具体的には６００℃となる。
【００１７】
上記構成の放電ランプは、従来の圧潰構造の封止管を有する石英ガラス製のランプの最冷点に比べ低い温度となっているので、発光管内に封入された水銀やインジウムは最冷点の温度に影響して、従来の石英ガラス製のランプに比べ蒸発しにくい状態である。
つまり、蒸発しにくいためインジウムの封入量を多くする必要がある。
従来の石英ガラス製のランプでは、省電力化を達成するためには、沃化インジウムのペレット状の形態を小さくする必要があり、これ以上、沃化インジウムのペレット状の形態を小さくすることができなかったが、本実施例の構造の場合は、インジウムの封入量を多くする必要があるために、現状の大きさのペレット状の沃化インジウムを利用することができる。
この結果、封止管部の内部において電極構造体との間に細長い間隙が形成され、発光管部の最冷点が７００℃以下となっているセラミック製放電ランプでは、発光管内に、適切な量のインジウムを封入することができ、４５１ｎｍに輝線スペクトルを放射し、確実に青色光を放射するランプとなる。
例えば、前記表１に示したランプでは、沃化インジウムの封入量は０．１ｍｇであり、従来の１５０Ｗ程度の石英ガラス製の放電ランプと等量となる。
一方、発光管内に封入される水銀は、発光管内の内圧を制御するものであり、内圧を制御して、アーク放電を維持できる電圧状態にするとともに電流値を所定の範囲にする。  
【００１８】
次に、実験により、水銀と沃化インジウムの封入量の関係を調べた。また、あわせて、封止管部の間隙の長さＬ（＝発光管部と封止管部との境界から封止管部内の気密封止構造の内部境界までの距離：図１（ｂ）参照）との関係を調べた。
今回の実験は、前記表１に示す２０／５０Ｗ型のセラミックメタルハライドランプを用いて実験を行ったものであり、発光管の内径、発光管への封入物は、表１に示したものである。
上記実験は、上記間隙長さＬを値を２〜１２ｍｍの範囲で変化させたランプを用い、水銀と沃化インジウムとの関係を水銀（ｍｇ）／沃化インジウム（ｍｇ）で規定し、水銀（ｍｇ）／沃化インジウム（ｍｇ）を１０〜１５０の範囲で変化させ、それぞれの場合のフリットガラスの状態、放射光の色合い、発光管状態、ランプ電力（Ｗ）、水銀量（ｍｇ）、沃化インジウム量（ｍｇ）を調べたものである。なお、前記したように現在使用できる最も小さい沃化インジウムのペレットは０．０５ｍｇ程度であることから、この実験では、沃化インジウムの封入量を０．１５ｍｇ、０．１ｍｇ、０．０５ｍｇの何れかとし、電力に応じて水銀の封入量を変えて実験を行った。
また、この実験においては、５００時間点灯後の放射光の色合いと、発光管の状態を調べたものである。
結果を図３〜図５に示す。
なお、水銀（ｍｇ）／沃化インジウム量（ｍｇ）の値を１５０としたとき、水銀の封入量が７．５ｍｇとなって電圧が高くなり６０Ｗになってしまったが、この結果も図５に示している。
【００１９】
図３〜図５から分かるように、発光管部と封止管部との境界から封止管部内の気密封止構造の内部境界までの長さ（間隔長Ｌ）が３ｍｍ未満のランプ１の場合、気密封止構造を構成するフリットガラスと発光管が近づきすぎ、フリットガラスが溶融し、発光管の気密性が損なわれた。このため、評価することができなかった。
また、発光管部と封止管部との境界から封止管部内の気密封止構造の内部境界までの長さ（間隔長Ｌ）が１０ｍｍを越えたランプ１１，１２の場合、封止管部内の間隙の体積が大きくなり、この隙間に入り込む沃化インジウムの量が多くなりすぎ、発光管内に存在するハロゲン（沃素）量が少なくなり、発光管内でのハロゲンサイクルが不十分になり、発光管が黒化する。また、放射光の色合いは青色であるが発光管が黒化することによりランプからの光束が低下し、照明領域の照度が低下する問題があった。
なお、封止管部内の間隙の体積に応じて沃化インジウムの封入量を増加すれば、この問題は解決するものと考えられるが、封止管の長さが長いランプは、ランプの管長も長くなり、実用上では好ましいものではないと考えられる。
【００２０】
一方、水銀（ｍｇ）／沃化インジウム（ｍｇ）の値が１２０を超える場合、沃化インジウムの封入量が０．０５ｍｇでは、沃化インジウムの封入量が、水銀の封入量に対して少なくなる。
この場合、ランプ２〜１１のランプにおいて、沃化インジウムの量が少なくなるので、発光管内に存在するハロゲン（沃素）畳も少なくなり、発光管内でのハロゲンサイクルが不十分になり、発光管が黒化する。また、発光管内のインジウムの量が少なくなるので放射光も白色が強くなり、白色に近い青色となり所望の色合いが得られない。
【００２１】
一方、水銀（ｍｇ）／沃化インジウム（ｍｇ）の値が１５未満の場合、沃化インジウムの封入量が０．１５ｍｇでは、沃化インジウムに対して、水銀の封入量が少なくなる。
このため、ランプ２〜４では、沃化インジウムの量が相対的に多くなるので、発光管内に存在するインジウムの量が多くなり、４５１ｎｍの付近の光が連続発光となり、放射光の青色が薄くなる。
ランプ５〜９では、封止管部内の間隙の中に、過剰のインジウムが入り込み、その分、発光管内のインジウムの量が最適になり、ランプからの放射光が青色光となる。
ランプ１０〜１１では、封止管部内の間隙が大きくなりすぎ、この間隙にインジウムが沃化インジウムの状態で入り込み、発光管内に存在するハロゲン（沃素）量が少なくなり、発光管内でのハロゲンサイクルが不十分になり、発光管が黒化する。また、放射光の色合いは青色であるが発光管が黒化することによりランプからの光束が低下し、照明領域の照度が低下する問題がある。
【００２２】
以上の実験結果から、発光管部と封止管部との境界から封止管部内の気密封止構造の内部境界までの長さＬが３〜１０ｍｍのランプであって、水銀（ｍｇ）／沃化インジウム（ｍｇ）の値が１５〜１２０、すなわち水銀の封入量が１．５ｍｇ〜６ｍｇ、沃化インジウムの封入量が０．１〜０．０５ｍｇのランプは、５０Ｗ以下の低消費電力でありながら、フリットガラスが溶融せず、発光管の黒化による光束低下もなく、確実に青色光を放射するランプとなることが分かった。
すなわち、図１に示した構造のランプを用いれば、０．０５ｍｇ以上、０．１ｍｇ以下のインジウムを封入することにより、青色発光する消費電力が２０Ｗ以上、５０Ｗ未満の放電ランプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例の放電ランプの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例の放電ランプの他の構成例を示す図である。
【図３】実験結果を示す図（１）である。
【図４】実験結果を示す図（２）である。
【図５】実験結果を示す図（３）である。
【図６】従来の青色発光する石英ガラス製の放電ランプの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０    バルブ
１１    発光管部
１２    封止管部
２１    電極
２２    電極棒
２３    サーメット
２４    外部リード線
２６    スリーブ
２７    タングステン製のコイル
２９    モリブデン箔
３０    フリットガラス
【図１】
2007194066.tif 000004
【図２】
2007194066.tif 000005
【図３】
2007194066.tif 000006
【図４】
2007194066.tif 000007
【図５】
2007194066.tif 000008
【図６】
2007194066.tif 000009