JP2008181716A - 放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビードガラスおよびガラスバルブに引っ張り歪が生じ難く、その結果ランプ製造時に封止部分にクラックが生じ難い放電ランプを提供する。
【解決手段】リード線５ｂ，６ｂ、ビードガラス３，４およびガラスバルブ２の各材質の熱膨張係数をそれぞれα_１、α_２およびα_３としたとき、α_１−α_２≧３×１０^−７／Ｋ、かつ、α_２＞α_３、なる関係を満たし、さらに、前記ビードガラス３，４およびガラスバルブ２の各材質の歪点［℃］をそれぞれＳ_１およびＳ_２としたとき、Ｓ_１＜Ｓ_２、なる関係を満たす放電ランプ１とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラスバルブの端部がビードガラスで封止された放電ランプ、および当該放電ランプを備えた照明装置に関する。

上記のような構成の放電ランプでは、ビードガラスの材質の熱膨張係数と、当該ビードガラスに取り付けられた給電用のリード線の材質の熱膨張係数とが近似していることが好ましい。さらに、ガラスバルブの材質の熱膨張係数と、ビードガラスの材質の熱膨張係数とが近似していることが好ましい。すなわち、リード線、ビードガラスおよびガラスバルブの各材質の熱膨張係数がいずれも同程度であることが好ましい。

リード線の材質の熱膨張係数とビードガラスの材質の熱膨張係数とが近似していれば、ガラスバルブの端部をビードガラスで封止する封止工程においてビードガラスに歪が生じ難い。また、ビードガラスの材質の熱膨張係数とガラスバルブの材質の熱膨張係数とが近似していれば、前記封止工程においてガラスバルブに歪が生じ難い。その結果、ランプ製造時に封止部分にクラックが生じ難い。

例えば、特許文献１には、リード線の材質がタングステンである放電ランプにおいて、ビードガラスを形成するガラスの熱膨張係数をタングステンの熱膨張係数に近似させることが開示されている。また、特許文献２には、リード線の材質がコバールである放電ランプにおいて、ガラスバルブを形成するガラスの熱膨張係数をコバールの熱膨張係数に近似させることが開示されている。
特開平６−２０３８００号公報 特開平１０−６９８８７号公報

しかしながら、単に熱膨張係数を近似させるだけでは、ビードガラスやガラスバルブに生じる歪を十分に抑制することができず、そのためランプ製造時に封止部分にクラックが生じてしまうことがある。
本発明の目的は、ビードガラスおよびガラスバルブに歪が生じ難く、ランプ製造時に封止部分にクラックが生じ難い放電ランプを提供することにある。さらには、そのような放電ランプを備えた生産性の高い照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る放電ランプは、電極本体とリード線とからなる電極と、前記リード線が取り付けられたビードガラスと、当該ビードガラスによって端部が封止されたガラスバルブとを備え、前記リード線、ビードガラスおよびガラスバルブの各材質の熱膨張係数をそれぞれα_１、α_２およびα_３としたとき、α_１−α_２≧３×１０^−７／Ｋ、かつ、α_２＞α_３、なる関係を満たし、さらに、前記ビードガラスおよびガラスバルブの各材質の歪点［℃］をそれぞれＳ_１およびＳ_２としたとき、Ｓ_１＜Ｓ_２、なる関係を満たすこと特徴とする。

本発明に係る照明装置は、上記放電ランプを備えることを特徴とする。

本発明に係る放電ランプは、第１に、リード線の材質の熱膨張係数α_１とビードガラスの材質の熱膨張係数α_２とが、α_１−α_２≧３×１０^−７／Ｋ、なる関係を満たす。すなわち、リード線の材質の熱膨張係数α_１の方がビードガラスの材質の熱膨張係数α_２よりも３×１０^−７／Ｋ以上大きい。第２に、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２とガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３とが、α_２＞α_３、なる関係を満たす。すなわち、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２の方がガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３よりも大きい。第３に、ビードガラスの材質の歪点Ｓ_１とガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２とが、Ｓ_１＜Ｓ_２、なる関係を満たす。すなわち、ガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２の方がビードガラスの材質の歪点Ｓ_１よりも大きい。

ガラスバルブの端部をビードガラスで封止する封止工程では、バーナーなどを用いてガラスバルブの外側から封止部分を加熱するため、ガラスバルブはビードガラスよりも高温になり、ビードガラスはリード線よりも高温になる。したがって、リード線とビードガラスの材質の熱膨張係数α_２が同じであれば、ビードガラスの膨張量はリード線の膨張量よりも大きくなる。また、ビードガラスとガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３が同じであれば、ガラスバルブの膨張量はビードガラスの膨張量よりも大きくなる。このように膨張量に差が生ずれば、ビードガラスやガラスバルブに歪が生じて封止部分にクラックが生じる原因となる。加えて、加熱後のガラスバルブおよびビードガラスを冷却する際にも、ガラスバルブがビードガラスより高温である関係は維持されるため、ビードガラスとガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２が同じであれば、先に温度の低いビードガラスが歪点に達して応力を緩和できない程度に硬化してしまう。このようにビードガラスだけが先に硬化すると歪がより生じ易くなる。

これに対して本発明に係る放電ランプは、第１の条件を満たしているため、リード線とビードガラスの膨張量に差が生じ難い。また、第２の条件を満たしているため、ビードガラスとガラスバルブの膨張量に差が生じ難い。さらに、第３の条件を満たしているため、加熱後のガラスバルブおよびビードガラスを冷却する際にそれらがより近いタイミングで歪点に到達する。

したがって、封止工程においてビードガラスおよびガラスバルブに歪が生じ難く、その結果封止部分にクラックが発生し難い。詳細については後述する。
なお、本願において、熱膨張係数とは、３０〜３８０℃の範囲における平均線膨張係数を意味する。また、歪点［℃］とは、ガラスの粘度ηがlogη=１４.５となるときの温度をいう。

本発明に係る照明装置は、光源として上記のようなランプ製造時に封止部分にクラックが生じ難い放電ランプが使用されるため生産性が高い。

以下、本発明の実施の形態に係る放電ランプおよび照明装置について、図面に基づき説明する。
＜放電ランプ＞
図１は、本発明の一実施形態に係る放電ランプを示す一部破断平面図である。図１に示すように、本発明に係る放電ランプ１は、バックライトユニットなどの照明装置で光源として使用される冷陰極蛍光ランプであって、ガラスバルブ２と、当該ガラスバルブ２の両端部を封止する一対のビードガラス３，４と、それらビードガラスに取り付けられた一対の電極５，６とを備える。

ガラスバルブ２は、例えば外径が１．４〜７ｍｍ、肉厚が０.２〜０.７ｍｍの直管状であって、その内周面には例えば１０〜３０μｍの蛍光体層７が形成されている。また、ガラスバルブ２の内部には図示しない水銀および希ガスが封入されている。
ビードガラス３，４は、例えば円筒形であってガラスバルブ２の端部にそれぞれ溶着されている。なお、ビードガラス３，４の形状は円筒形に限定されず、例えば球形であっても良い。

電極５，６は、電極本体５ａ，６ａと給電用のリード線５ｂ，６ｂとからなる。電極本体５ａ，６ａは、ニッケル（Ｎｉ）またはニオブ（Ｎｂ）などで形成された棒状であって、ガラスバルブ２の内部において互いに対向配置されている。なお、電極本体５ａ，６ａは棒状に限定されず、例えば有底筒状をした所謂ホロー電極であっても良い。
リード線５ｂ，６ｂは、その一端が電極本体５ａ，６ａに例えば溶接により接続されており、他端はビードガラス３，４を気密に貫通してガラスバルブ２の外側まで延出している。リード線５ｂ，６ｂの材質は、熱膨張係数が４３×１０^−７／Ｋのタングステン（Ｗ）である。なお、リード線５ｂ，６ｂの材質はタングステンに限定されず、例えば、熱膨張係数が５１×１０^−７／Ｋのモリブデン（Ｍｏ）、或いは、熱膨張係数が５３×１０^−７／Ｋのコバール（鉄−ニッケル−コバルトの合金）などであっても良い。また、ビードガラス３，４やガラスバルブ２の材質が軟質ガラスである場合は、半径方向の熱膨張係数が９４×１０^−７／Ｋのジュメットであっても良い。

次に、ビードガラス３，４およびリード線５ｂ，６ｂの材質であるガラスについて説明する。
ビードガラス３，４のガラスの熱膨張係数α_２はリード線の材質の熱膨張係数α_１よりも３×１０^−７／Ｋ以上小さい。例えば、リード線の材質がタングステン（熱膨張係数は４３×１０^−７／Ｋ）の場合、ビードガラス３，４のガラスの熱膨張係数α_２は４０×１０^−７／Ｋ以下となる。

ガラスバルブ２のガラスの熱膨張係数α_３はビードガラス３，４のガラスの熱膨張係数α_２よりも小さい。また、ガラスバルブ２のガラスの歪点Ｓ_２は、ビードガラス３，４のガラスの歪点Ｓ_１よりも大きい。
図２および図３は、実施例に係る放電ランプの材質特性および熱衝撃試験の評価結果を示す図である。リード線５ｂ、６ｂの材質がタングステンの場合は、一例として、ガラスバルブ２およびビードガラス３，４を図２および図３に示す実施例１〜１３のような材質特性にすることが考えられる。リード線５ｂ、６ｂの材質がジュメットの場合は、一例として、ガラスバルブ２およびビードガラス３，４を図３に示す実施例１４のような材質特性にすることが考えられる。

次に、放電ランプ１の製造方法について説明する。図４は、ビードガラスに電極を取り付ける工程を説明する図である。
ビードガラス３，４に電極５，６を取り付ける工程では、まず、図４（ａ）に示すようにリード線５ｂ、６ｂをビードガラス３，４の孔部に挿入し、水素雰囲気下において加熱処理する。具体的には、水素炉中で９００〜１２００℃（例えば１１５０℃）で５〜６分間加熱する。このように水素雰囲気下において加熱処理した場合、ビードガラス３，４とリード線５ｂ、６ｂとに温度差が生じ難いため、ビードガラス３，４に歪が生じ難い。なお、ビードガラス３，４にリード線５ｂ、６ｂを取り付ける方法は、水素雰囲気下において加熱処理する方法に限らず、例えばバーナーで加熱して取り付ける方法などでもよい。

ビードガラス３，４は、加熱処理により溶融し、リード線５ｂ，６ｂに溶着する。図４（ｂ）に示すように、ビードガラス３，４とリード線５ｂ，６ｂとは、リード線５ｂ，６ｂがビードガラス３，４を気密に貫通した状態で一体化する。その後、図４（ｃ）に示すように、リード線５ｂ、６ｂの一端に電極本体５ａ、６ａを溶接する。
リード線５ｂ、６ｂを取り付けた後のビードガラス３，４の外径ｄ（図４（ｃ）に示す）は、ガラスバルブ２の内径の６０〜８０％になることが好ましい。ビードガラス２の外径ｄの大きさが過小である場合には、強度の高い封止部分を形成することが困難となる場合がある。一方、ビードガラス３，４の外径ｄの大きさが過大である場合は、その後の封止工程におけるガラスバルブ２内の通気性確保が困難となる。

図５は、ガラスバルブの端部をビードガラスで封止する封止工程を説明する図である。封止工程では、図５（ａ）に示すように、電極５，６が取り付けられたビードガラス３，４をガラスバルブ２の端部内に挿入し、図５（ｂ）に示すように、例えばバーナー８，９で前記端部をガラスバルブ２の外側から９００〜１２００℃の範囲で５〜１０秒間加熱し、ガラスバルブ２およびビードガラス３，４を軟化させてそれらガラスバルブ２とビードガラス３，４とを溶着させる。その後、６５０℃で３秒間アニールを行う。これにより、リード線５ｂ、６ｂが気密に貫通した状態の封止部分が形成される。

以上、本発明に係る放電ランプの構成と製造方法について実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明の内容は、上記の実施の形態に限定されない。
例えば、本発明に係る放電ランプは、冷陰極型蛍光ランプに限定されず、電極本体にフィラメントを有する熱陰極型蛍光ランプであっても構わない。
また、ガラスバルブは、直管形のものに限定されず、環形、Ｕ字形またはスパイラル形などであってもよく、ガラスバルブの断面形状は円形ではなく扁平していてもよい。

また、ガラスバルブの材質は、以下に説明するような性能のガラスであることが好ましい。
ガラスバルブに遷移金属の酸化物をその種類によって所定量をドープすることにより２５４ｎｍや３１３ｎｍの紫外線を吸収することができる。例えば、前記酸化物が酸化チタン（ＴｉＯ_２）の場合は、組成比率０.０５ｍｏｌ％以上ドープすることにより２５４ｎｍの紫外線を吸収し、組成比率２ｍｏｌ％以上ドープすることにより３１３ｎｍの紫外線を吸収することができる。ただし、酸化チタンを組成比率５ｍｏｌ％より多くドープした場合には、ガラスが失透してしまうため、組成比率０.０５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の範囲でドープすることが好ましい。

前記酸化物が酸化セリウム（ＣｅＯ_２）の場合は、組成比率０.０５ｍｏｌ％以上ドープすることにより２５４ｎｍの紫外線を吸収することができる。ただし、酸化セリウムを組成比率０.５ｍｏｌ％より多くドープした場合には、ガラスが着色してしまうため、酸化セリウムを組成比率０.０５ｍｏｌ％以上０.５ｍｏｌ％以下の範囲でドープすることが好ましい。なお、酸化セリウムに加えて酸化スズ（ＳｎＯ）をドープすることにより、酸化セリウムによるガラスの着色を抑えることができるため、酸化セリウムを組成比率５ｍｏｌ％以下までドープすることができる。この場合、酸化セリウムを組成比率０.５ｍｏｌ％以上ドープすれば３１３ｎｍの紫外線を吸収することができる。ただし、この場合においても酸化セリウムを組成比率が５ｍｏｌ％より多くドープした場合には、ガラスが失透してしまう。

前記酸化物が酸化亜鉛（ＺｎＯ）の場合は、組成比率２ｍｏｌ％以上ドープすることにより２５４ｎｍの紫外線を吸収することができる。ただし、酸化亜鉛を組成比率１０ｍｏｌ％より多くドープした場合には、ガラスの熱膨張係数が大きくなってしまう。リード線の材質がタングステンの場合は、タングステンの熱膨張係数とビードガラスの材質の熱膨張係数α_２とに差が生じて取り付けが困難となるため、酸化亜鉛を２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下の範囲でドープすることが好ましい。なお、リード線の材質がモリブデンやコバールの場合、モリブデンやコバールの熱膨張係数はタングステンの熱膨張係数よりも大きいため、酸化亜鉛を組成比率１４ｍｏｌ％以下までドープすることができる。ただし、酸化亜鉛を組成比率２０ｍｏｌ％より多くドープした場合、ガラスが失透してしまうおそれがあるため、酸化亜鉛を２ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下の範囲でドープすることが好ましい。

前記酸化物が酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の場合は、組成比率０.０１ｍｏｌ％以上ドープすることにより２５４ｎｍの紫外線を吸収することができる。ただし、酸化鉄を組成比率２ｍｏｌ％より多くドープした場合には、ガラスが着色してしまうため、酸化鉄を組成比率０.０１ｍｏｌ％以上２ｍｏｌ％以下の範囲でドープすることが好ましい。
ガラス中の水分含有量を示す赤外線透過率係数Ｘは、０.３以上１.２以下の範囲、特に０.４以上０.８以下の範囲となるように調整することが好ましい。赤外線透過率係数Ｘが１.２以下であれば、外部電極蛍光ランプ（ＥＥＦＬ）や長尺の冷陰極蛍光ランプ等の高電圧印加ランプに適用可能な低い誘電正接を得やすくなり、０.８以下であれば誘電正接が十分に小さくなって、さらに高電圧印加ランプに適用可能となる。

なお、赤外線透過率係数Ｘは、以下の式１で表すことができる。
Ｘ＝（ｌｏｇ（ａ／ｂ））／ｔ ・・・式１
ａ：３８４０ｃｍ^−１付近の極小点の透過率％
ｂ：３５６０ｃｍ^−１付近の極小点の透過率％
ｔ：ガラスの厚み
＜照明装置＞
図６は、本発明の一実施形態に係る照明装置の要部構成を示す概略図である。本発明の一実施形態にかかる照明装置１０は、直下方式のバックライトユニットであって、その構造は基本的に従来技術によるバックライトユニットの構造に準じるものである。

図６に示すように、照明装置１０は、複数の放電ランプ１、外囲器１１、拡散板１２、拡散シート１３およびレンズシート１４を備える。
外囲器１１は、白色のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂によって形成された箱形であり、反射板としての役割を果たす略方形の底板と、当該底板を囲むように配された側板とからなる。外囲器１１の内部には、それぞれ等間隔に並列配置された複数の放電ランプ１が格納されている。外囲器１１には、放電ランプ１を挟んで底板とは反対側の位置に開口部が設けられており、当該開口部側が光放出側となる。

拡散板１２は、ＰＣ樹脂製であって、外囲器１１の開口部を塞ぐように配置されている。さらに、拡散板１２の前記光放出側には、ＰＣ樹脂によって形成された拡散シート１５、およびアクリル樹脂によって形成されたレンズシート１６が互いに重ね合わされた状態で配置されている。
以上のような照明装置１０を備えた液晶テレビでは、当該液晶テレビのＬＣＤパネル２０が、レンズシート１４の前記光放出側に設置される。

照明装置１０の典型的な例として、画面サイズが３２インチの液晶テレビに用いられる照明装置１０の場合、外囲器１１は、横幅寸法が約７２８ｍｍ、縦幅寸法が約４０８ｍｍ、奥行き寸法が約１９ｍｍに設定されている。また、外囲器１１には、１６灯の放電ランプ１が、それぞれ約２５．７ｍｍの間隔をあけて配置されている。
＜封止部分に生じる歪について＞
封止工程において、ガラスバルブ２とビードガラス３，４とを加熱した際、ガラスバルブ２はビードガラス３，４よりも高温になる。その理由は、ガラスバルブ２には直接バーナー８，９の炎があたる一方で、ビードガラス３，４にはガラスが比較的熱伝導が悪い材料であることからバーナー８，９からの熱が伝わり難いからである。したがって、ガラスバルブ２とビードガラス３，４とが同じ熱膨張係数であれば、ビードガラス３，４よりもガラスバルブ２の方が膨張量が大きくなる。そのため、冷却時はビードガラス３，４よりもガラスバルブ２の方が収縮量が大きくなり、ガラスバルブ２がビードガラス３，４を締め付けるかたちでガラスバルブ２に歪が残留する。

また、バーナー８，９の火に近いビードガラス３，４はリード線５ｂ，６ｂよりも高温になる。したがって、ビードガラス３，４とリード線５ｂ、６ｂとが同じ熱膨張係数であれば、リード線５ｂ、６ｂよりもビードガラス３，４の方が膨張量が大きくなる。そのため、冷却時はリード線５ｂ、６ｂよりもビードガラス３，４の方が収縮量が大きくなり、ビードガラス３，４がリード線５ｂ、６ｂを締め付けるかたちでビードガラス３，４に歪が残留する。

図７は、封止部分に生じる歪について説明するための図である。従来の放電ランプでは、放電ランプの封止部分に歪が生じることを十分に抑制することができなかった。
通常、歪は、ガラスバルブ２とビードガラス３，４との界面のガラスバルブ側の部分、および、ビードガラス３，４とリード線５ｂ、６ｂとの界面のビードガラス側の部分に生じる。それら歪は、図７に示すような、ガラスバルブ２の長手方向つまり管軸方向の引張応力Ａ_１、ビードガラス３，４の前記長手方向の引張応力Ａ_２、ガラスバルブ２の円周方向の引張応力Ｂ_１、ビードガラス３，４の円周方向の引張応力Ｂ_２、ガラスバルブ２の半径方向の圧縮応力Ｃ_１、ビードガラス３，４の半径方向の圧縮応力Ｃ_２によって生じる。これら応力Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｃ_１およびＣ_２は、ガラスバルブ２がビードガラス３，４を外側から締め付け、ビードガラス３，４がリード線５ｂ、６ｂを外側から締め付けるかたちで残留する。

ガラスは本来圧縮応力には強い特性を持つが、引張応力に対して弱い特性を有する。そのため、主として引張応力Ａ_１およびＢ_１によってビードガラス３，４とガラスバルブ２との界面のガラスバルブ側の部分に引っ張り歪が生じ、ガラスバルブ２にクラックが生じる。また、引張応力Ａ_２およびＢ_２によってリード線５ｂ、６ｂとビードガラス３，４との界面のビードガラス側の部分に引っ張り歪が生じ、ビードガラス３，４にクラックが生じる。特に、ガラスバルブ２の肉厚は０.２〜０.７ｍｍと薄いため、ガラスバルブ２に引っ張り歪が生じると、封止部分の破損の原因となり封止信頼性が低下する。

リード線５ｂ、６ｂとビードガラス３，４との界面のビードガラス側の部分に生じる引っ張り歪については、ビードガラス３，４がリード線５ｂ、６ｂを適度に締め付ける引っ張り歪として残留している場合、リード線５ｂ、６ｂとビードガラス３，４の界面における接合強度が向上し、封止部分の封止信頼性が向上する。しかし、その引っ張り歪が強く残留し過ぎると、円周方向の引っ張り歪が封止部分におけるクラックの原因となるため封止信頼性が低下する。

本発明に係る放電ランプ１は、ビードガラス３，４とリード線５ｂ，６ｂとの関係において、リード線５ｂ，６ｂの材質の熱膨張係数α_１とビードガラス３，４の材質の熱膨張係数α_２とが、α_１−α_２≧３×１０^−７／Ｋ、なる関係を満たしているため、ビードガラス３，４に生じる歪が顕著に抑制されている。加えて、リード線５ｂ，６ｂとビードガラス３，４の界面には半径方向に適度な圧縮歪を残留させるため、封止信頼性が向上している。もし、α_１−α_２≧３×１０^−７／Ｋ、なる関係を満たさない場合、リード線５ｂ、６ｂとビードガラス３，４の界面の歪が大きくなるため、ビードガラス３，４にクラックが発生するおそれがある。

また、ガラスバルブ２とビードガラス３，４との関係においても、ガラスバルブより低温となるビードガラス３，４の材質の熱膨張係数がガラスバルブ２の材質の熱膨張係数よりも大きいため、ガラスバルブ２とビードガラス３，４との膨張量が近似し、ガラスバルブ２に生じる歪が顕著に抑制されている。ビードガラス３，４の材質の熱膨張係数は、ガラスバルブ２の材質の熱膨張係数より大きくなくてはならず、その差は２×１０^−７／Ｋ〜４×１０^−７／Ｋの範囲であることが好ましい。

ところで、封止工程では、ビードガラス３，４よりもガラスバルブ２の方が高温になるため、ガラスバルブ２にはビードガラス３，４よりも歪点の高い材質が使用されている。これにより、膨張量だけでなく硬化速度も等しくなり、より歪が生じ難い。
すなわち、ガラスバルブ２とビードガラス３，４の材質の歪点が同じであれば、より低温のビードガラス３，４の方が先に硬化してしまうため、いくらガラスバルブ２とビードガラス３，４の材質の熱膨張係数が調整されていても、既に硬化したビードガラス３，４を後から硬化するガラスバルブ２が締め付けることになってしまい歪が残留する。ところが、歪点に到達するタイミングが近ければ、ガラスバルブ２とビードガラス３，４とが同じタイミングで収縮するため歪が生じ難い。

ここでいう硬化速度とは、同じ粘度になるために必要な時間を表す。ガラスバルブ２の材質の歪点は、ビードガラス３，４の材質の歪点よりも大きくなくてはならず、その差は２０〜４０℃の範囲であることが好ましい。この範囲を満たさない場合は、ガラスバルブ２に強い引っ張り歪が形成される。
ガラスバルブ２、ビードガラス３，４およびリード線５ｂ，６ｂの材質が、以上の特性を全て満たすことで、封止信頼性が非常に高い放電ランプ１を得ることができる。

＜放電ランプの評価＞
本発明に係る放電ランプを種々作製し、封止部分の残留歪およびクラックについての評価を行った。評価方法について以下に説明する。
図２および図３に示す実施例１〜１３の放電ランプは、ガラスバルブおよびビードガラスの材質が硬質ガラスである。また、リード線は、材質がタングステンであって、外径が０.３ｍｍである。電極本体は、材質がニッケルであって、全長が４ｍｍ、外径が１.２ｍｍである。蛍光体層は、材質が三波長蛍光体であって、厚みが１５μｍである。希ガスは、封入圧が８０Ｔｏｒｒのネオン−アルゴン混合ガスであり、水銀は封入量が２ｍｇである。

図３に示す実施例１４の放電ランプは、ガラスバルブおよびビードガラスの材質が軟質ガラスであり、リード線の材質がジュメットである。その他の構成は実施例１〜１３と同様である。
図８は、比較例に係る放電ランプの材質特性および熱衝撃試験の評価結果を示す図である。図８に示す比較例１〜５の放電ランプの構成は、実施例１〜１３と同様である。

各放電ランプのガラスバルブおよびビードガラスは、ガラス原料を所定の材質特性を有するように調合し、ガラス溶融窯に投入して１５００〜１６００℃で溶融してガラス化し、ダンナ−法等の管引き法を用いて管状に成型し、所定の寸法に切断加工して得られるガラス管を用いて作製した。
封止部分の残留歪は、ビードガラスとリード線の界面の応力、および、ビードガラスとガラスバルブの界面の応力に基づき評価した。それら応力は、第１に、ビードガラスとリード線の界面の歪、および、ビードガラスとガラスバルブの界面の歪を測定し、第２に、得られた結果を式２に当てはめて位相差を算出し、第３に、算出した位相差を式３に当てはめることにより算出した。

Ｒ＝θ・λ／１８０ ・・・式２
Ｒ：位相差
θ：歪角度（°）
λ：単色光の波長（ｎｍ）
Ｆ＝Ｒ／（ｃ・ｔ） ・・・式３
Ｆ：応力（ｋｇ／ｃｍ^２）
ｃ：光弾性定数（ｋｇｆ／ｃｍ^２）
ｔ：試料厚み（ｃｍ）
歪角度θの測定は、ポーラリメーター（神鋼精機株式会社製：ＳＰII型）を使用して測定した。なお、使用したポーラリメータの単色光の波長λは５８９ｎｍであった。

測定用の試料として、図１において管軸方向に幅Ｌで示す範囲だけを放電ランプから切り取ったものを使用した。当該試料は、放電ランプからリード線の外側に突出する部分を切り落としたあと封止部分だけを放電ランプから切り離し、円筒形のものを得た。
歪角度θは、試料に対して光を管軸方向に侵入させて測定した。実験用の放電ランプは全て前記幅Ｌが０．３ｃｍであったため、試料厚みｔは０．３ｃｍである。

実施例１〜１３および比較例１〜５の放電ランプに使用しているような硬質ガラスは光弾性定数ｃは３．８７であり、実施例１４に使用しているような軟質ガラスは光弾性定数ｃが２．７１であり、鉛フリーガラスの光弾性定数ｃは２．６５である。
図２、図３および図８に示す応力Ｆの値については、図７において矢印で示す方向に応力Ｆが形成されている場合は歪角度θが正の数値で得られ、反対の方向に応力Ｆが形成されている場合は歪角度θが負の数値で得られる。したがって、応力Ｆが正の数値である場合、前記矢印で示す方向に応力Ｆが形成されており、応力Ｆが負の数値である場合、前記矢印で示す方向とは反対の方向に応力Ｆが形成されている。また、応力Ｆの数値が大きいほど残留している応力が大きいことを表している。

また、封止部分を対象に熱衝撃試験を実施した。封止部分への熱衝撃は、当該封止部分を低温の氷水槽中に３秒間浸漬させた後、３００℃に保持した半田槽中に３秒間浸漬させて与えた。これを１サイクルとし、何サイクルで封止部分にクラックが生じるかを評価した。２０サイクル後もクラックが生じなかった場合は優良であると評価し、図中には「○」と記載した。

実施例１〜４は、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２がガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３よりも大きく、その差が２×１０^−７／Ｋ〜３×１０^−７／Ｋの範囲であり、ガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２がビードガラスの材質の歪点Ｓ_１よりも高く、その差が２０〜３０℃の範囲であり、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２がタングステンの熱膨張係数（４３×１０^−７／Ｋ）よりも３×１０^−７／Ｋ以上小さい４０×１０^−７／Ｋ以下であるため、ビードガラスとガラスバルブの界面のガラスバルブ側の歪が完全に抑制されており、応力Ｆが０である。このような封止部分を有する放電ランプは、熱衝撃試験を２０サイクル行ってもクラックは発生しない。また、ガラスバルブにＴｉＯ_２が所定量含有されているため紫外線漏れも起こらない。

実施例５〜９は、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２がガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３よりも大きく、その差が１×１０^−７／Ｋ〜４×１０^−７／Ｋの範囲であり、ガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２がビードガラスの材質の歪点Ｓ_１よりも高く、その差が２０〜４０℃の範囲であり、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２が４０×１０^−７／Ｋ以下であるため、ビードガラスとガラスバルブの界面の応力Ｆが著しく小さい（応力Ｆの絶対値が２０ｋｇ／ｃｍ^２以下である）。

実施例１０〜１３は、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２がガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３よりも大きく、ガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２がビードガラスの材質の歪点Ｓ_１よりも高い。しかし、実施例１０〜１２は、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２とガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３との差が１×１０^−７／Ｋ〜４×１０^−７／Ｋの範囲を満たさず、また、実施例１１〜１３は、ガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２とビードガラスの材質の歪点Ｓ_１との差が２０〜４０℃の範囲を満たさないため、ビードガラスとガラスバルブの界面の応力Ｆが多少大きい（応力Ｆの絶対値が２０〜３５ｋｇ／ｃｍ^２の範囲内である）。しかし、実施例１０〜１３は、いずれも熱衝撃試験を２０サイクル行ってもクラックが発生せず、上記応力Ｆは許容範囲であるといえる。

以上のように、実施例１〜１３は、いずれもビードガラスの材質の熱膨張係数α_２がガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３よりも大きく、ガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２がビードガラスの材質の歪点Ｓ_１よりも高いため、ビードガラスとガラスバルブの界面の応力Ｆが３５ｋｇ／ｃｍ^２以下の許容範囲内である。また、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２がタングステンの熱膨張係数（４３×１０^−７／Ｋ）よりも３×１０^−７／Ｋ以上小さい４０×１０^−７／Ｋ以下であるため、ビードガラスとリード線の界面の応力Ｆが３５ｋｇ／ｃｍ^２以下の許容範囲内である。このように、ビードガラスとガラスバルブの界面の応力Ｆ、および、ビードガラスとリード線の界面の応力Ｆのいずれもが許容範囲内であるため、強い歪が生じておらず、２０サイクル後もクラックが生じていない。

比較例１は、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２が４０×１０^−７／Ｋより大きいため、ビードガラスとリード線の界面に強い応力が残留している。そのため、強い歪が生じている。さらに、ガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２とビードガラスの材質の歪点Ｓ_１との差が２０〜４０℃の範囲を満たさないため、ビードガラスとガラスバルブの界面にも強い応力が残留している。そのため、強い歪が生じている。

比較例２は、ビードガラスの材質の熱膨張係数α_２が４０×１０^−７／Ｋより大きいため、ビードガラスとリード線の界面に強い応力が残留している。そのため、強い歪が生じている。
比較例３，４は、ガラスバルブの材質の熱膨張係数α_３がビードガラスの材質の熱膨張係数α_２よりも大きいため、ガラスバルブとビードガラスの界面に強い応力が残留している。そのため、強い歪が生じている。さらに比較例４は、ビードガラスの材質の歪点Ｓ_１がガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２よりも高いため、より強い応力が残留している。そのため、強い歪が生じている。

比較例５は、熱膨張係数は所定の特性を有するが、ビードガラスの材質の歪点Ｓ_１がガラスバルブの材質の歪点Ｓ_２より大きいため、ビードガラスとガラスバルブの界面に強い応力が残留している。そのため、強い歪が生じている。
比較例１〜５は、いずれも強い応力が残留しているため、強い歪が生じている。そのため、熱衝撃試験で２０サイクル以上耐えることができない。

本発明は、直管型蛍光ランプ、環状型蛍光ランプ、二重環状型蛍光ランプ、スクエア型蛍光ランプ、二重スクエア型蛍光ランプ、ツイン蛍光ランプなどの蛍光ランプや、蛍光ランプ以外の水銀蒸気放電ランプなど放電ランプ全般に利用可能である。

本発明の一実施形態に係る放電ランプを示す一部破断平面図 実施例に係る放電ランプの材質特性および熱衝撃試験の評価結果を示す図 実施例に係る放電ランプの材質特性および熱衝撃試験の評価結果を示す図 ビードガラスに電極を取り付ける工程を説明する図 ガラスバルブの端部をビードガラスで封止する封止工程を説明する図 本発明の一実施形態に係る照明装置の要部構成を示す概略図 封止部分に生じる歪について説明するための図 比較例に係る放電ランプの材質特性および熱衝撃試験の評価結果を示す図

符号の説明

１ 放電ランプ
２ ガラスバルブ
３，４ ビードガラス
５，６ 電極
５ａ，６ａ 電極本体
５ｂ，６ｂ リード線

Claims (5)

1. 電極本体とリード線とからなる電極と、前記リード線が取り付けられたビードガラスと、当該ビードガラスによって端部が封止されたガラスバルブとを備え、
   前記リード線、ビードガラスおよびガラスバルブの各材質の熱膨張係数をそれぞれα_１、α_２およびα_３としたとき、α_１−α_２≧３×１０^−７／Ｋ、かつ、α_２＞α_３、なる関係を満たし、さらに、
   前記ビードガラスおよびガラスバルブの各材質の歪点［℃］をそれぞれＳ_１およびＳ_２としたとき、Ｓ_１＜Ｓ_２、なる関係を満たすこと特徴とする放電ランプ。
2. １×１０^−７／Ｋ≦α_２−α_３≦４×１０^−７／Ｋ、かつ、２０≦Ｓ_２−Ｓ_１≦４０、なる関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
3. ２×１０^−７／Ｋ≦α_２−α_３≦３×１０^−７／Ｋ、かつ、２０≦Ｓ_２−Ｓ_１≦３０、なる関係を満たすことを特徴とする請求項２記載の放電ランプ。
4. 前記リード線の材質は、タングステン、モリブデン、コバールまたはジュメットであることを特徴とする請求項２または３に記載の放電ランプ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の放電ランプを備えることを特徴とする照明装置。

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