JP3438445B2 - Metal vapor discharge lamp - Google Patents
Metal vapor discharge lampInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は金属蒸気放電灯、特
にその発光管の内面に形成される保護膜、及びその保護
膜材料の選択方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal vapor discharge lamp, and more particularly to a protective film formed on the inner surface of an arc tube thereof and a method for selecting a material for the protective film.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、金属蒸気放電灯の演色性や発光効
率を向上させるために、発光物質として金属ハロゲン化
物を1種類または数種類組み合わせたものを添加したメ
タルハライドランプが用いられている。2. Description of the Related Art In recent years, in order to improve color rendering properties and luminous efficiency of a metal vapor discharge lamp, a metal halide lamp to which one kind or a combination of several kinds of metal halides is added as a light emitting material is used.
【0003】メタルハライドランプは点灯中に発光管が
高温になるために、時間の経過とともに、封入されてい
る発光物質(金属ハロゲン化物)と発光管が反応して発
光管が変色したり、発光管材料の結晶化による失透現象
等が生じ、発光管の光透過率を低下させたり発光管の強
度を低下させ、ランプ寿命を短くさせるという欠点があ
った。また、金属ハロゲン化物の金属イオンが発光管に
溶け込んで発光空間から消失し、時間の経過とともに発
光空間内にハロゲンがとり残されるようになる。このこ
とが始動電圧や放電維持電圧の上昇につながり、やはり
ランプ寿命を短くするという欠点があった。Since the arc tube of the metal halide lamp becomes high in temperature during lighting, the luminous material (metal halide) enclosed with the arc tube reacts with the passage of time and the arc tube is discolored or the arc tube. There is a drawback in that the devitrification phenomenon or the like occurs due to the crystallization of the material, the light transmittance of the arc tube is lowered, the strength of the arc tube is lowered, and the lamp life is shortened. Further, the metal ions of the metal halide are dissolved in the arc tube and disappear from the light emitting space, and halogen is left behind in the light emitting space with the passage of time. This leads to an increase in the starting voltage and the discharge sustaining voltage, which also has the drawback of shortening the lamp life.
【0004】これらの問題を解決するために、発光管の
内面に被膜をコーティングした金属蒸気放電灯が提案さ
れている。例えば、アンモニア処理を施し、オキシナイ
トライドガラス層を設けたもの(特開平4−33724
1号公報等参照)、窒化珪素(Si3 N4 )を用いたも
の(特開昭51−36788号公報、特開昭56−22
041号公報、特開昭51−120076号公報等参
照)がある。また、溶融シリカ製発光管に金属珪酸塩被
膜を設けたもの(特開平6−162999公報等参照)
がある。In order to solve these problems, there has been proposed a metal vapor discharge lamp in which the inner surface of the arc tube is coated. For example, one provided with an oxynitride glass layer after ammonia treatment (Japanese Patent Laid-Open No. 4-33724).
No. 1, etc.), those using silicon nitride (Si 3 N 4 ) (JP-A-51-36788, JP-A-56-22).
041, JP-A-51-120076, etc.). Also, a fused silica arc tube provided with a metal silicate coating (see Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-162999, etc.)
There is.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような被膜が提案されているにもかかわらず、拡散また
は反応による封入物の発光性金属部分が失われ、それに
対応して発光管内に遊離ハロゲンが堆積する問題は、こ
れまで適切な解決が見られず、実用化に至っていない。However, in spite of the proposal of the above-mentioned coating, the luminescent metal portion of the inclusion in the inclusion is lost due to diffusion or reaction, and the free halogen in the arc tube is correspondingly lost. As for the problem of deposits, it has not been put to practical use because an appropriate solution has not been found so far.
【0006】例えば、上述の金属珪酸塩を保護膜とした
例(特開平6−162999公報参照)では、金属珪酸
塩の具体的な組成限定はされておらず、失透現象を完全
に抑えることはできない。また、保護膜の結晶構造がア
モルファスであることから、高温雰囲気において化学的
に不安定であるという問題が残る。For example, in the above-mentioned example in which the metal silicate is used as the protective film (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-162999), the specific composition of the metal silicate is not limited, and the devitrification phenomenon is completely suppressed. I can't. Further, since the crystal structure of the protective film is amorphous, there remains a problem that it is chemically unstable in a high temperature atmosphere.
【0007】本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、化学的に安定であり、発光管
と発光物質の反応を防止し、光透過率の減少、始動電圧
の上昇の少ない金属蒸気放電灯を提供することにある。The present invention has been made in view of the above drawbacks,
It is an object of the present invention to provide a metal vapor discharge lamp that is chemically stable, prevents the reaction between the light emitting tube and the light emitting substance, reduces the light transmittance, and has a small increase in the starting voltage.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、金属
酸化物(例えば、石英ガラス、高珪酸ガラス、透光性セ
ラミックスまたは単結晶アルミナ等の結晶性非金属無機
材料)からなる発光管の内面に、点灯時に生じる発光金
属と発光管との反応生成物と同一の材料よりなる薄膜を
保護膜として形成したことを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided an arc tube made of a metal oxide (eg, quartz glass, high silicate glass, translucent ceramics, or a crystalline nonmetallic inorganic material such as single crystal alumina). A thin film made of the same material as the reaction product of the luminescent metal and the arc tube generated at the time of lighting is formed on the inner surface as a protective film.
【0009】そして、請求項1の発明は、金属蒸気放電
灯における発光管材料と金属ハロゲン化物との反応を防
止するための保護膜を選定する際、発光管材料と金属ハ
ロゲン化物中の金属の2成分系相図(温度−組成図)を
用いて決定すればよいことを見出したことに基づくもの
である。[0009] Then, the invention of claim 1, when selecting the protective film for preventing reaction between the luminescent tube material and the metal halide in the metal vapor discharge lamp, the metal of the arc tube material and the metal halide This is based on the finding that the determination can be made using a two-component system phase diagram (temperature-composition diagram).
【0010】すなわち、これらは2成分系の反応により
複合材料を作るために、組成割合を決定しなければなら
ない。この場合の2成分材料をAとBにする。AとBの
2成分系相図から最も安定で、1成分が過剰に存在する
ことなく、純粋な化合物ABが生成する組成割合を見つ
け出せばよい。つまり、AB+AやAB+Bというよう
な混合物領域以外のところである。また、上記条件を満
たし、かつ発光管材料のモル量が最大となりうる化合物
を保護膜とする。That is, in order to make a composite material by the reaction of a two-component system, the composition ratio must be determined. The two-component materials in this case are A and B. From the two-component system phase diagram of A and B, it is necessary to find out the composition ratio which is the most stable and produces the pure compound AB without the excess of one component. That is, it is outside the mixture region such as AB + A or AB + B. Further, a compound that satisfies the above conditions and that can maximize the molar amount of the arc tube material is used as the protective film.
【0011】その理由は、一般の発光管内での反応で
は、決まった微量の発光物質が広い面積を有する発光管
と反応するわけであるから、発光管材料成分のモル量が
できるだけ多い化合物が形成されるのは当然の結果であ
る。発明者らは、これらの複合物の特性決定をX線回折
パターンから同定した。こうして発光管材料と発光物質
の選択を行う際、保護膜の組成物を決定することができ
る。The reason for this is that in a general reaction in an arc tube, a certain small amount of the luminescent substance reacts with the arc tube having a large area, so that a compound having the largest molar amount of the arc tube material component is formed. It is a natural result. The inventors have identified the characterization of these composites from X-ray diffraction patterns. Thus, the composition of the protective film can be determined when selecting the material of the arc tube and the luminescent substance.
【0012】請求項2の発明は、発光管材料と発光物質
を石英ガラスと希土類金属ハロゲン化物に限定した場
合、点灯時に反応し、生成される複合酸化物の組成比
は、
SiO2:R2O3=2:1(Rは希土類金属)
であることを見出し、上記に限定した組成物を保護膜と
したものである。According to the second aspect of the present invention, when the arc tube material and the light emitting substance are limited to quartz glass and a rare earth metal halide, the composition ratio of the complex oxide which reacts at the time of lighting and is generated is SiO2: R2O3 = 2. 1 (R is a rare earth metal), and the composition limited to the above is used as a protective film.
【0013】請求項3の発明は、発光管材料と発光物質
を多結晶アルミナと希土類金属ハロゲン化物に限定した
場合、点灯時に反応し、生成される複合酸化物の組成比
は、組成割合が
Al2O3:R2O3=11:1(RはLa)
Al2O3:R2O3= 1:1(RはNd,Sm,Eu,
Gd,Sc)
Al2O3:R2O3= 5:5(RはDy,Ho,Y,E
r,Tm,Yb,Lu)
であることを見出し、上記に限定した組成物を保護膜と
したものである。According to a third aspect of the present invention, when the arc tube material and the light emitting material are limited to polycrystalline alumina and a rare earth metal halide, the composition ratio of the complex oxides that react during lighting and are generated is Al2O3. : R2O3 = 11: 1 (R is La) Al2O3: R2O3 = 1: 1 (R is Nd, Sm, Eu,
Gd, Sc) Al2O3: R2O3 = 5: 5 (R is Dy, Ho, Y, E
r, Tm, Yb, Lu), and the composition defined above was used as a protective film.
【0014】請求項5の発明は、上記保護膜を化学的に
安定化させるために、保護膜に結晶性を持たせたことを
特徴とするものである。The invention of claim 5 is characterized in that the protective film has crystallinity in order to chemically stabilize the protective film.
【0015】本発明では、発光管に封入される発光金属
が複数の場合、それぞれの発光金属と発光管材料との反
応生成物を作製し、それらの混合物を保護膜としてもよ
い。 In the present invention, when the light-emitting metal is sealed in the arc tube of the plurality, to prepare a reaction product of each of the luminescent metal and the arc tube material, even if the mixtures thereof and the protective film
Yes .
【0016】本発明では、発光管に封入される発光金属
が複数の場合、発光管材料との反応性が最も高い発光金
属との反応生成物を保護膜としてもよい。 In the present invention, when the light-emitting metal is sealed in the arc tube of the plurality of the reaction product of the highest luminescent metal reactivity with the arc tube material may be a protective layer.
【0017】[0017]
【作用】発光管材料として石英ガラスや高珪酸ガラスま
たは透光性セラミックスや単結晶アルミナ等の結晶性非
金属無機材料があるが、これらの材料を発光管に用いた
金属蒸気放電灯を点灯した場合、発光管が高温になるた
めに、上述のように発光管と発光金属との反応が起こ
る。[Function] There are crystalline non-metal inorganic materials such as quartz glass, high silicate glass, translucent ceramics and single crystal alumina as arc tube materials. A metal vapor discharge lamp using these materials for arc tube was turned on. In this case, since the arc tube becomes hot, the reaction between the arc tube and the luminescent metal occurs as described above.
【0018】発光管材料として石英ガラスを用いた場合
を例に採り、この反応をもう少し詳細に説明する。最
近、演色性やランプの発光効率を向上させるために、希
土類金属のハロゲン化物が発光物質として多く用いられ
ている。This reaction will be described in more detail taking the case of using quartz glass as the material of the arc tube as an example. Recently, in order to improve the color rendering and the luminous efficiency of the lamp, a rare earth metal halide is often used as a light emitting substance.
【0019】発光管に石英ガラス、発光物質として希土
類金属ハロゲン化物を用いた場合、放電しているプラズ
マ中では下記の反応を起こす。When quartz glass is used for the arc tube and a rare earth metal halide is used as the light emitting material, the following reactions occur in the plasma being discharged.
【0020】 MX→M+X (但し、M:希土類金
属、X:ハロゲン)
放電空間内においては、希土類金属とハロゲンに解離し
て存在している。この希土類金属が石英ガラスと反応
し、下記式の反応が生じ、
M+SiO2 →aM2 O3 ・bSiO2 +cSiO
(但し、a,b,cはモル係数)
希土類酸化物とSiO2 の複合酸化物をつくる。一方、
この反応で同時に生じたSiOは不安定であり、気体で
存在し、石英ガラスの表面にSiO2 として再結晶して
存在する。これらの複合酸化物及び再結晶が失透現象と
して現れ、このことは光透過性の低下、ランプの光束低
下を招く。MX → M + X (where M: rare earth metal, X: halogen) In the discharge space, the rare earth metal and halogen are dissociated and exist. This rare earth metal reacts with quartz glass to cause a reaction of the following formula: M + SiO 2 → aM 2 O 3 · bSiO 2 + cSiO (where a, b, and c are molar coefficients) Rare earth oxide and SiO 2 composite oxide To make. on the other hand,
SiO generated simultaneously with this reaction is unstable, exists as a gas, and is recrystallized and exists as SiO 2 on the surface of the quartz glass. These complex oxides and recrystallization appear as a devitrification phenomenon, which causes a decrease in light transmittance and a decrease in the luminous flux of the lamp.
【0021】また、希土類金属と石英の反応によって、
発光管内の希土類金属イオンが減少するため、上記式
で残された遊離ハロゲンが発光管内に増えて行き、始動
電圧の上昇という寿命劣化を起こす。Further, by the reaction of the rare earth metal and quartz,
Since the rare earth metal ions in the arc tube decrease, the amount of free halogen remaining in the above formula increases in the arc tube, which causes deterioration of life such as increase in starting voltage.
【0022】希土類金属イオンの管壁への反応を防ぐに
は、上記式の反応を右に進めなければよい。つまり、
発光管内面に複合酸化物aM2 O3 ・bSiO2 の保護
膜を形成することによって、式の右への反応を抑制す
ることができる。In order to prevent the reaction of the rare earth metal ion with the tube wall, the reaction of the above equation should not proceed to the right. That is,
By forming a protective film of complex oxide aM 2 O 3 · bSiO 2 on the inner surface of the arc tube, the reaction to the right in the equation can be suppressed.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る発光管を示す
もので、発光管1の内面には後述の保護膜2が成膜され
ている。その製法は、発光管材料(管材)の内面に保護
膜を成膜した後、その管材を所定の長さに切断するとと
もに、その両端部に電極を封着する。その後、管内を排
気管3を介して真空排気した後、発光物質等の封入物質
を封入する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an arc tube according to the present invention. A protective film 2 described later is formed on the inner surface of the arc tube 1. In the manufacturing method, after forming a protective film on the inner surface of the arc tube material (tube material), the tube material is cut into a predetermined length, and electrodes are sealed at both ends thereof. After that, the inside of the pipe is evacuated through the exhaust pipe 3, and then a filling substance such as a luminescent substance is filled.
【0024】なお、図1において、4,5は主電極、6
は始動補助用電極であり、これらの電極4,5,6は、
それぞれモリブデン箔7,8,9を介して発光管1に封
着されている。また、それぞれのモリブデン箔7,8,
9は導入線10,11,12を介して外部回路と電気的
に接続される。In FIG. 1, 4 and 5 are main electrodes, and 6
Is an electrode for starting assistance, and these electrodes 4, 5, 6 are
They are sealed to the arc tube 1 via molybdenum foils 7, 8 and 9, respectively. In addition, each molybdenum foil 7,8,
Reference numeral 9 is electrically connected to an external circuit via lead wires 10, 11, and 12.
【0025】次に、上記保護膜2について実施例を基に
詳細に説明する。
(実施例1)発光管材料として石英ガラスを用い、発光
物質の金属ハロゲン化物としてNdI3 を用いた場合を
例に挙げ説明する。Next, the protective film 2 will be described in detail based on examples. (Example 1) A quartz glass used as the light emitting tube material, will be described as an example the case of using NdI 3 as a metal halide phosphor.
【0026】通常、保護膜を設けていない石英ガラスの
内面は点灯時間が増すにつれ、発光金属であるNdイオ
ンの石英ガラスへの反応量も増えて行き、SiO2 とN
d2O3 の複合酸化物が生成されることは既に述べた。
そこで、この生成物である複合酸化物の組成割合を決定
するために、X線回折にかけて化合物の同定を行なっ
た。その結果、生成物は2SiO2 ・Nd2 O3 である
ことが判明した。そこで保護膜として2SiO2 ・Nd
2 O3 を発光管の内面に成膜することにより、失透現象
を防止することが可能になる。Usually, as the lighting time increases, the amount of reaction of Nd ions, which is a light emitting metal, with quartz glass on the inner surface of the quartz glass without a protective film increases, and SiO 2 and N
It has already been mentioned that a complex oxide of d 2 O 3 is formed.
Therefore, in order to determine the composition ratio of the composite oxide which is the product, the compound was identified by X-ray diffraction. As a result, the product was found to be 2SiO 2 .Nd 2 O 3 . Therefore, 2SiO 2 · Nd as a protective film
By forming a film of 2 O 3 on the inner surface of the arc tube, it becomes possible to prevent the devitrification phenomenon.
【0027】2SiO2 ・Nd2 O3 を発光管内面に成
膜する方法として、金属アルコキシドを用いるゾルゲル
法により行なった。まず、上記の組成比からなる複合酸
化物を作製するために、Si(OC2 H5 )4 溶液とN
d(OC2 H5 )3 溶液を2:1(モル比)になるよう
に混合し、発光管材内面にディッピング法で塗布し、1
時間自然乾燥の後、800℃で1時間焼成を行い、2S
iO2 ・Nd2 O3 膜を形成した。複合酸化物膜の厚さ
は約1μmであった。さらに、膜質を高めるために11
00℃に温度を上げ、再焼成を行なった。As a method for forming a film of 2SiO 2 .Nd 2 O 3 on the inner surface of the arc tube, a sol-gel method using a metal alkoxide was used. First, in order to produce a composite oxide having the above composition ratio, Si (OC 2 H 5 ) 4 solution and N
The d (OC 2 H 5 ) 3 solution was mixed at a ratio of 2: 1 (molar ratio), and applied on the inner surface of the arc tube material by the dipping method, and 1
After natural drying for 2 hours, calcination is performed at 800 ° C for 1 hour, then 2S
An iO 2 · Nd 2 O 3 film was formed. The thickness of the composite oxide film was about 1 μm. Furthermore, in order to improve the film quality, 11
The temperature was raised to 00 ° C and re-baking was performed.
【0028】このようにして保護膜2が成膜された発光
管材の両端に電極4,5を封着し、発光管1を作製し、
発光管1内を真空排気した後、封入物質としてNdI3
を10mg、水銀を40mg、Arガスを30Torr封入した
入力250Wタイプのメタルハライドランプを作製し、
250Wの安定器で6000時間点灯させた後の光束維
持率は80%であった。これに対して保護膜なしのラン
プ(同一の封入物、同一サイズ)では、6000時間点
灯後の光束維持率は45%であった。In this way, the electrodes 4 and 5 are sealed at both ends of the arc tube material on which the protective film 2 is formed, to manufacture the arc tube 1.
After the inside of the arc tube 1 was evacuated, NdI 3 was used as a filling substance.
A metal halide lamp of input 250W type, in which 10 mg of mercury, 40 mg of mercury and 30 Torr of Ar gas were enclosed,
The luminous flux maintenance factor after lighting for 6000 hours with a 250 W ballast was 80%. On the other hand, in the case of the lamp without the protective film (same enclosure, same size), the luminous flux maintenance factor after lighting for 6000 hours was 45%.
【0029】次に、始動電圧を測定し比較した。その結
果、作製直後のランプは、いずれも140〜150Vの
範囲で点灯したが、6000時間点灯後の始動電圧は、
保護膜なしのランプでは200V以上必要であったのに
対し、実施例1のランプでは165Vで始動が可能であ
った。Next, the starting voltage was measured and compared. As a result, all the lamps immediately after production were lit in the range of 140 to 150 V, but the starting voltage after 6000 hours of lighting was:
The lamp without the protective film required 200 V or more, whereas the lamp of Example 1 was able to start at 165 V.
【0030】(実施例2)発光管材料として石英ガラス
を用い、金属ハロゲン化物としてFeI2 を用いた場合
も実施例1と同様の効果が得られた。Example 2 The same effect as in Example 1 was obtained when quartz glass was used as the arc tube material and FeI 2 was used as the metal halide.
【0031】この場合も点灯によってSiO2 とFeO
の複合酸化物が生成されるが、X線回折分析によってS
iO2 ・2FeOであることが判明した。そこで、実施
例1と同様に保護膜としてSiO2 ・2FeOを塗布
し、同じく焼成し、保護膜を形成したランプを作製し
た。In this case as well, by lighting, SiO 2 and FeO
The complex oxide of
It was found iO is a 2 · 2FeO. Therefore, as in Example 1, SiO 2 .2FeO was applied as a protective film and fired similarly to manufacture a lamp having a protective film.
【0032】封入物質としてFeI2 を10mg、水銀を
40mg、Arガスを30Torr封入した入力250Wタイ
プのメタルハライドランプを作製し、250Wの安定器
で6000時間点灯させた後の光束維持率は82%であ
った。これに対して保護膜なしのランプ(同一の封入
物、同一サイズ)では、6000時間点灯後の光束維持
率は48%であった。An input 250 W type metal halide lamp in which 10 mg of FeI 2 , 40 mg of mercury and 30 Torr of Ar gas were enclosed as an encapsulating substance was produced, and the luminous flux maintenance factor after lighting for 6000 hours with a 250 W ballast was 82%. there were. On the other hand, in the case of the lamp without the protective film (same enclosure, same size), the luminous flux maintenance factor after lighting for 6000 hours was 48%.
【0033】次に、始動電圧の測定を行なった結果、実
施例2に係るランプでは175V以下で始動が可能であ
ったのに対し、保護膜なしのランプでは始動電圧は20
0V以上必要であった。Next, as a result of measuring the starting voltage, it was found that the lamp according to Example 2 could be started at 175 V or less, whereas the lamp without the protective film had a starting voltage of 20.
0V or more was required.
【0034】(実施例3)図2は実施例1で用いた発光
管材料と発光金属の酸化物、すなわちSiO2 とNd2
O3 の2成分系相図(温度−組成図)である。この相図
から純粋な2成分化合物を形成できる組成物は、組成物
a、組成物b、組成物cである。Example 3 FIG. 2 shows the arc tube material used in Example 1 and the oxides of the light emitting metal, that is, SiO 2 and Nd 2.
It is a two-component system phase diagram (temperature-composition diagram) of O 3 . The compositions capable of forming pure binary compounds from this phase diagram are composition a, composition b, composition c.
【0035】ここで、組成物cは実施例1で作製した保
護膜と同等のものであるが、他の2つの組成物a、bに
ついては実験されていなかった。そこで、実施例1のラ
ンプと同じ発光管材料で同じ封入物、そして、保護膜を
形成するための金属アルコキシド溶液も同じであるが、
混合モル比を下記のように変化させて組成物a、bを作
成した。Here, the composition c is the same as the protective film prepared in Example 1, but the other two compositions a and b have not been tested. Therefore, the same arc tube material as that of the lamp of Example 1 and the same enclosure, and the same metal alkoxide solution for forming the protective film are also the same.
Compositions a and b were prepared by changing the mixing molar ratio as described below.
【0036】
Si(OC2 H5 )4 :Nd(OC2 H5 )3 =1:1(モル比)
Si(OC2 H5 )4 :Nd(OC2 H5 )3 =3:2(モル比)
その後、他の実施例と同様に、上記の混合アルコキシド
溶液を用いて発光管内面にディップコートした後、焼成
し、保護膜を形成させた。ここで、作成した保護膜の組
成はそれぞれの混合比と同等であるもの、すなわち、S
iO2 ・Nd2O3 膜、3SiO2 ・2Nd2 O3 膜を
形成することができた。Si (OC 2 H 5 ) 4 : Nd (OC 2 H 5 ) 3 = 1: 1 (molar ratio) Si (OC 2 H 5 ) 4 : Nd (OC 2 H 5 ) 3 = 3: 2 ( (Molar ratio) Then, as in the other examples, dip coating was performed on the inner surface of the arc tube using the above mixed alkoxide solution, followed by firing to form a protective film. Here, the composition of the formed protective film is equivalent to each mixing ratio, that is, S
An iO 2 · Nd 2 O 3 film and a 3SiO 2 · 2Nd 2 O 3 film could be formed.
【0037】他の実施例と同様の試験をした結果、60
00時間点灯後の特性は、組成物aの保護膜では、光束
維持率65%、始動電圧175V、組成物bの保護膜で
は、光束維持率70%、始動電圧170Vとなり、組成
物cの保護膜(実施例1)と比較して若干悪くなった。
このことから、保護膜として最適である、つまり発光金
属と発光管との反応が進行しない膜にするためには、組
成物cを用いるのがよいことがわかる。As a result of the same test as the other examples, 60
The characteristics of the protective film of composition a after lighting for 00 hours are as follows: luminous flux maintenance factor 65%, starting voltage 175 V, protective film of composition b: luminous flux maintenance factor 70%, starting voltage 170 V, protection of composition c It was slightly worse than the film (Example 1).
From this, it is understood that the composition c is preferably used in order to obtain a film that is most suitable as a protective film, that is, a film in which the reaction between the luminescent metal and the arc tube does not proceed.
【0038】発明者らはこの結果から、発光管材料と封
入金属が決定すれば、2成分系相図から保護膜の組成も
決定できることを見出した。つまり、図2に示す2成分
系相図から純粋な2相化合物が得られる組成割合で、か
つ発光管材料のモル量が最大となる組成物を保護膜材料
に選択する方法を見出した。The inventors have found from this result that the composition of the protective film can be determined from the binary phase diagram if the material of the arc tube and the encapsulating metal are determined. That is, from the binary phase diagram shown in FIG. 2, a method for selecting a composition having a composition ratio that gives a pure two-phase compound and having the maximum molar amount of the arc tube material as the protective film material.
【0039】(実施例4)本実施例では発光管材料に石
英ガラスを用い、封入金属に希土類金属ハロゲン化物を
用いた場合、発光管内で発生する失透物は、全て2:1
の金属珪酸塩となること示す。例えば、Dyを例に挙げ
て説明する。(Embodiment 4) In this embodiment, when quartz glass is used as the material of the arc tube and a rare earth metal halide is used as the sealing metal, all devitrified substances generated in the arc tube are 2: 1.
It shows that it becomes a metal silicate. For example, Dy will be described as an example.
【0040】DyI3 を発光物質に用いた場合、保護膜
なしのランプを点灯すると、2SiO2 ・Dy2 O
3 (X線回折で確認)の失透物が発生した。このこと
は、図3に示すDy2 O3 とSiO2 の2成分系相図か
ら、実施例3と同様に組成比を決定すると、2SiO2
・Dy2 O3 がこれに当てはまる。When DyI 3 is used as a luminescent substance, when a lamp without a protective film is turned on, 2SiO 2 · Dy 2 O
Devitrified matter of 3 (confirmed by X-ray diffraction) was generated. This is a two-component system phase diagram of Dy 2 O 3 and SiO 2 as shown in FIG. 3, when determined in the same manner as in the composition ratio as in Example 3, 2SiO 2
• Dy 2 O 3 applies to this.
【0041】また、他の希土類金属ハロゲン化物でも上
記DyI3 の場合と同様に、2:1の複合酸化物が発光
管内で発生した。Also, with other rare earth metal halides, a 2: 1 composite oxide was generated in the arc tube, as in the case of DyI 3 .
【0042】そこで、他の実施例と同様に、失透物と同
じ組成物の保護膜を発光管内面に設けたランプを試作
し、点灯試験を行なった結果、全てのランプにおいて寿
命特性は向上した。Therefore, as in the other examples, a lamp having a protective film of the same composition as the devitrified material provided on the inner surface of the arc tube was prototyped and a lighting test was performed. As a result, the life characteristics of all the lamps were improved. did.
【0043】(実施例5)本実施例では発光管材料に多
結晶アルミナを用い、封入金属に希土類金属ハロゲン化
物を用いた場合、発光管内で発生する失透物は、希土類
金属ハロゲン化物の種類により異なり、
LaI3 の場合は、11Al2 O3 ・La2 O3
NdI3 の場合は、Al2 O3 ・Nd2 O3
SmI3 の場合は、Al2 O3 ・Sm2 O3
EuI3 の場合は、Al2 O3 ・Eu2 O3
GdI3 の場合は、Al2 O3 ・Gd2 O3
ScI3 の場合は、Al2 O3 ・Sc2 O3
DyI3 の場合は、5Al2 O3 ・3Dy2 O3
HoI3 の場合は、5Al2 O3 ・3Ho2 O3
YI3 の場合は、5Al2 O3 ・3Y2 O3
ErI3 の場合は、5Al2 O3 ・3Er2 O3
TmI3 の場合は、5Al2 O3 ・3Tm2 O3
YbI3 の場合は、5Al2 O3 ・3Yb2 O3
LuI3 の場合は、5Al2 O3 ・3Lu2 O3
であることをX線回折により確認した。このことは、実
施例3での2成分系相図による保護膜の選択法と一致す
る。(Embodiment 5) In this embodiment, when polycrystalline alumina is used as the material of the arc tube and a rare earth metal halide is used as the filling metal, the devitrification substance generated in the arc tube is a kind of rare earth metal halide. It depends, in the case of LaI 3, in the case of 11Al 2 O 3 · La 2 O 3 NdI 3, in the case of Al 2 O 3 · Nd 2 O 3 SmI 3, Al 2 O 3 · Sm 2 O 3 EuI 3 for, if the Al 2 O 3 · Eu 2 O 3 GdI 3, in the case of Al 2 O 3 · Gd 2 O 3 ScI 3, when the Al 2 O 3 · Sc 2 O 3 DyI 3 is 5Al In the case of 2 O 3 · 3Dy 2 O 3 HoI 3 , 5Al 2 O 3 · 3Ho 2 O 3 YI 3 in the case of 5Al 2 O 3 · 3Y 2 O 3 ErI 3 5Al 2 O 3 · 3Er In the case of 2 O 3 TmI 3 , 5Al 2 O 3 · 3Tm 2 O 3 YbI 3 in the case of 5Al 2 O 3 · 3Y For the b 2 O 3 LuI 3, it was confirmed by X-ray diffraction to be a 5Al 2 O 3 · 3Lu 2 O 3. This is consistent with the selection method of the protective film according to the two-component phase diagram in Example 3.
【0044】例として、発光物質としてLaI3 、Nd
I3 、DyI3 を用いたランプをそれぞれ作製したが、
このときの保護膜を形成するための金属アルコキシド溶
液の混合モル比を下記のように変化させたものを用い
た。As an example, LaI 3 and Nd are used as luminescent materials.
Lamps using I 3 and DyI 3 were produced,
At this time, the metal alkoxide solution for forming the protective film was used with the mixed molar ratio changed as follows.
【0045】
Al(OC2 H5 )3 :La(OC2 H5 )3 =11:1(モル比)
Al(OC2 H5 )3 :Nd(OC2 H5 )3 =1:1(モル比)
Al(OC2 H5 )3 :Dy(OC2 H5 )3 =5:3(モル比)
他の実施例と同様に、上記の混合アルコキシド溶液を用
いて発光管内面にディップコートした後、焼成し、保護
膜を形成させた。ここで、作成した保護膜の組成はそれ
ぞれの混合比と同等であるもの、つまり11Al2 O3
・La2 O3 、Al2 O3 ・Nd2 O3 、5Al2 O3
・3Dy2 O3 の保護膜を形成することができた。Al (OC 2 H 5 ) 3 : La (OC 2 H 5 ) 3 = 11: 1 (molar ratio) Al (OC 2 H 5 ) 3 : Nd (OC 2 H 5 ) 3 = 1: 1 ( Molar ratio) Al (OC 2 H 5 ) 3 : Dy (OC 2 H 5 ) 3 = 5: 3 (molar ratio) As in the other examples, the inner surface of the arc tube was dip-coated with the above mixed alkoxide solution. After that, firing was performed to form a protective film. Here, the composition of the formed protective film is equivalent to each mixing ratio, that is, 11Al 2 O 3
・ La 2 O 3 , Al 2 O 3・ Nd 2 O 3 , 5 Al 2 O 3
-A protective film of 3Dy 2 O 3 could be formed.
【0046】実施例1と同仕様でランプを作製し、同様
の試験をした結果、6000時間点灯後の特性は、La
I3 を発光物質としたランプでは、光束維持率80%、
始動電圧160V、NdI3 を発光物質としたランプで
は、光束維持率75%、始動電圧162V、DyI3 を
発光物質としたランプでは、光束維持率82%、始動電
圧165Vであった。A lamp having the same specifications as in Example 1 was manufactured and subjected to the same test. As a result, the characteristics after lighting for 6000 hours were La.
In a lamp using I 3 as a luminescent substance, the luminous flux maintenance factor is 80%,
Starting voltage 160 V, the lamps which are light-emitting substance NdI 3, the luminous flux maintenance factor of 75%, the starting voltage 162V, the lamps which are light-emitting substance DyI 3, the luminous flux maintenance factor of 82% was starting voltage 165V.
【0047】一方、比較例として、実施例3と同様に、
保護膜の組成比を上記のものと異なる組成比のもので同
様の試験をした結果、光束維持率、始動電圧とも若干悪
くなった。On the other hand, as a comparative example, as in Example 3,
As a result of the same test using the composition ratio of the protective film different from that described above, both the luminous flux maintenance factor and the starting voltage were slightly deteriorated.
【0048】(実施例6)他の実施例と異なる点は、実
施例1〜実施例5に係る保護膜を化学的に安定化させる
ために、保護膜に結晶性を持たせたことである。(Sixth Embodiment) A point different from the other embodiments is that the protective film has crystallinity in order to chemically stabilize the protective film according to the first to fifth embodiments. .
【0049】例えば、実施例1と同仕様のランプを例に
挙げると、石英ガラスよりなる発光管の内面にディップ
コート法により2SiO2 ・Nd2 O3 を塗布し、80
0℃で1時間焼成するまでは同じであるが、その後、さ
らに1250℃で1時間焼成を行い保護膜に結晶性を持
たせた。この膜については、X線回折で実施例1での保
護膜と比べてさらに強い結晶性ピークが確認された。For example, taking a lamp having the same specifications as in Example 1, 2SiO 2 .Nd 2 O 3 is applied to the inner surface of an arc tube made of quartz glass by the dip coating method,
The same process was carried out until the baking was carried out at 0 ° C. for 1 hour, and thereafter, the baking was further carried out at 1250 ° C. for 1 hour to give the protective film crystallinity. For this film, an even stronger crystalline peak was confirmed by X-ray diffraction as compared with the protective film in Example 1.
【0050】実施例1と同仕様でランプを作製し、点灯
試験をした結果、6000時間点灯後の光束維持率は9
0%であり、始動電圧についても、6000時間点灯後
で160V以下で始動が可能であった。このように、実
施例1のランプと比較しても良好な結果が得られた。A lamp having the same specifications as in Example 1 was manufactured and a lighting test was carried out. As a result, the luminous flux maintenance factor after lighting for 6000 hours was 9
The starting voltage was 0%, and the starting voltage was 160 V or less after lighting for 6000 hours. Thus, good results were obtained even when compared with the lamp of Example 1.
【0051】なお、本発明は上記実施例1〜6に限定さ
れるものでないのは勿論であり、例えば、発光管に封入
される発光金属が複数の場合、それぞれの発光金属と発
光管材料との反応生成物を作製し、それらの混合物を保
護膜として発光管内面に形成してもよいし、また、発光
管材料との反応性が最も高い発光金属との反応生成物を
保護膜として形成してもよい。It is needless to say that the present invention is not limited to Examples 1 to 6 described above. For example, when a plurality of light emitting metals are enclosed in the light emitting tube, each light emitting metal and light emitting tube material are used. Reaction mixture may be formed on the inner surface of the arc tube as a protective film, or a reaction product with a luminescent metal having the highest reactivity with the arc tube material may be formed as a protective film. You may.
【0052】[0052]
【発明の効果】本発明は上記のように、発光管の内面に
失透生成物(点灯時に生じる発光金属と発光管との反応
生成物)と同一の材料よりなる薄膜を保護膜として形成
することにより、化学的に安定であり、発光管と発光物
質の反応を防止し、光透過率の減少、始動電圧の上昇の
少ない金属蒸気放電灯を提供することができる。As described above, according to the present invention, a thin film made of the same material as the devitrification product (the reaction product of the luminescent metal and the arc tube generated during lighting) is formed on the inner surface of the arc tube as a protective film. As a result, it is possible to provide a metal vapor discharge lamp that is chemically stable, prevents the reaction between the light emitting tube and the light emitting substance, reduces the light transmittance, and hardly increases the starting voltage.
【図1】本発明に係る発光管の一例を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a sectional view showing an example of an arc tube according to the present invention.
【図2】Nd2 O3 とSiO2 の2成分系相図(温度−
組成図)である。Fig. 2 Phase diagram of binary system of Nd 2 O 3 and SiO 2 (Temperature-
It is a composition diagram).
【図3】Dy2 O3 とSiO2 の2成分系相図(温度−
組成図)である。FIG. 3 is a phase diagram of a binary system of Dy 2 O 3 and SiO 2 (temperature-
It is a composition diagram).
1 発光管 2 保護膜 3 排気管 4,5 主電極 6 始動補助用電極 7,8,9 モリブデン箔 10,11,12 導入線 1 arc tube 2 protective film 3 exhaust pipe 4, 5 Main electrode 6 Starting aid electrode 7,8,9 Molybdenum foil 10, 11, 12 Introductory line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 拓磨 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 足立 吟也 神戸市東灘区御影町御影字滝ケ鼻1345− 9 (72)発明者 杉本 榮佑 愛媛県新居浜市阿島甲1015の191 (56)参考文献 特開 平6−162999(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 61/35 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takuma Hashimoto Takuma 1048 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works Co., Ltd. 72) Inventor Eisuke Sugimoto 191 of 1015 Ajima, Niihama-shi, Ehime (56) Reference JP-A-6-162999 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 61 / 35
Claims (4)
質として金属ハロゲン化物が封入された金属蒸気放電灯
であって、前記発光管の内面に、同発光管に用いる材料
と封入する発光金属の酸化物からなる2成分系相図(温
度−組成図)において、純粋な2相化合物が得られる組
成割合で、かつ発光管材料のモル量が最大となる組成物
を選択し、この組成物を材料として薄膜となる保護膜を
形成したことを特徴とする金属蒸気放電灯。1. A metal vapor discharge lamp in which a metal halide is enclosed as a light emitting substance in an arc tube made of a metal oxide.
And the material used for the inner surface of the arc tube.
Phase diagram of binary system consisting of oxide of luminescent metal
(Degree-composition diagram), a set in which a pure two-phase compound is obtained
Composition that maximizes the molar amount of the arc tube material in the composition ratio
A metal vapor discharge lamp characterized in that a protective film to be a thin film is formed by using this composition as a material .
質として希土類金属ハロゲン化物が封入された金属蒸気
放電灯において、前記発光管内面に形成する保護膜の成
分の組成割合が SiO2:R2O3=2:1(Rは希土類金属) であることを特徴とする金属蒸気放電灯。2. In a metal vapor discharge lamp in which a rare earth metal halide is enclosed as a light emitting material in an arc tube made of quartz glass, the composition ratio of the components of the protective film formed on the inner surface of the arc tube is SiO2: R2O3 = 2. 1 (R is a rare earth metal) is a metal vapor discharge lamp.
らなる発光管内に、発光物質として希土類金属ハロゲン
化物が封入された金属蒸気放電灯において、前記発光管
内面に形成する保護膜の成分の組成割合が Al2O3:R2O3=11:1(RはLa) Al2O3:R2O3= 1:1(RはNd,Sm,Eu,
Gd,Sc) Al2O3:R2O3= 5:5(RはDy,Ho,Y,E
r,Tm,Yb,Lu) であることを特徴とする金属蒸気放電灯。3. In a metal vapor discharge lamp in which a rare earth metal halide is enclosed as a light emitting substance in an arc tube made of polycrystalline alumina or single crystal alumina, the composition ratio of the components of the protective film formed on the inner surface of the arc tube is set. Al2O3: R2O3 = 11: 1 (R is La) Al2O3: R2O3 = 1: 1 (R is Nd, Sm, Eu,
Gd, Sc) Al2O3: R2O3 = 5: 5 (R is Dy, Ho, Y, E
r, Tm, Yb, Lu) is a metal vapor discharge lamp.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の金属蒸気放電
灯。4. The metal vapor discharge lamp according to claim 1, wherein the protective film has crystallinity.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30235195A JP3438445B2 (en) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | Metal vapor discharge lamp |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30235195A JP3438445B2 (en) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | Metal vapor discharge lamp |
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---|---|
JPH09147800A JPH09147800A (en) | 1997-06-06 |
JP3438445B2 true JP3438445B2 (en) | 2003-08-18 |
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JP2011096578A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Seiko Epson Corp | Discharge lamp and its manufacturing method, light source device, and projector |
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