高圧放電ランプ及び照明装置
【課題】封止部において封着性に優れ、長時間の使用によってもリークし難くする。
【解決手段】放電空間を形成する包囲部１１及びこの包囲部１１の両側に連通してそれぞれ設けられた小径筒部１２ａ、１２ｂを備えてなる透光性アルミナセラミックス製の放電容器１と；小径筒部１２ａ、１２ｂに挿入されて小径筒部１２ａ、１２ｂの両端側で封着される導電体２３ａ、２３ｂと；放電容器１の包囲部１１内に設けられ、導電体２３ａ、２３ｂの先端側に設けられた電極２Ａと；導電体２３ａ、２３ｂと小径筒部２ａ、１２ｂの間隙に設けられて両者を封着し、少なくとも一部にアルミナの結晶が析出しているフリットガラス１３と；放電容器１内部に封入された放電媒体と；を具備する。
【解決手段】放電空間を形成する包囲部１１及びこの包囲部１１の両側に連通してそれぞれ設けられた小径筒部１２ａ、１２ｂを備えてなる透光性アルミナセラミックス製の放電容器１と；小径筒部１２ａ、１２ｂに挿入されて小径筒部１２ａ、１２ｂの両端側で封着される導電体２３ａ、２３ｂと；放電容器１の包囲部１１内に設けられ、導電体２３ａ、２３ｂの先端側に設けられた電極２Ａと；導電体２３ａ、２３ｂと小径筒部２ａ、１２ｂの間隙に設けられて両者を封着し、少なくとも一部にアルミナの結晶が析出しているフリットガラス１３と；放電容器１内部に封入された放電媒体と；を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、透光性セラミックスの放電容器を備えた高圧放電ランプ及びこれを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高圧放電ランプに対する高効率化、小型化の要求が強まっており、これに伴って点灯時の温度や内圧などが従来品より高くなっている。また、高圧放電ランプの放電容器についても、石英ガラスよりも融点が高く、点灯温度を高く保つことが可能なアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分とする透光性アルミナセラミックスが用いられるようになりつつある。このようなセラミックスを用いた高圧放電ランプとしては、特許文献１、特許文献２に記載されたランプを挙げることができる。
【０００３】
上記透光性アルミナセラミックスを用いた高圧放電ランプにあっては、封着部分にフリットガラスを使用している例が多い。フリットガラスによる封着に関しては特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特表２００５−５３２２５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６０５９５号公報
【特許文献３】特開２００６−２０２７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記セラミックスを用いた放電容器では、封止部にフリットガラスやサーメットと称される封止用導体を用いているために、現状では石英ガラスのモリブデン箔を用いた封着構造に比べて耐熱性が低い。このため、セラミックス製の放電容器は封着部の信頼性が劣り、リークが発生し易く長寿命化を図ることが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、封止部において封着性に優れ、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることの可能な高圧放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る高圧放電ランプは、放電空間を形成する包囲部及びこの包囲部の両側に連通してそれぞれ設けられた小径筒部を備えてなる透光性アルミナセラミックス製の放電容器と；小径筒部に挿入されて小径筒部の両端側で封着される導電体と；放電容器の包囲部内に設けられ、導電体の先端側に設けられた電極と；導電体と小径筒部の間隙に設けられて両者を封着し、少なくとも一部にアルミナの結晶が析出しているフリットガラスと；放電容器内部に封入された放電媒体と；を具備することを特徴とする。
【０００７】
フリットガラスは、放電容器の小径筒部と電極につながる導電体との間を封着する封着材である。また、フリットガラスは、加熱により溶融して小径筒部と導電体との間の隙間に進入して固化することにより、小径筒部と導電体との間を封着することによって放電容器内を気密に封止する。
【０００８】
透光性アルミナセラミックスは、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分として形成されたものであり、透光性と耐熱性を有する。
【０００９】
放電容器は、放電空間を内部に形成する包囲部を備える。放電空間は球状、楕円球状、紡錘形状、ほぼ円柱状などであり、包囲部はこれらの形状に対応するものである。放電容器のアルミナセラミックス成分として、酸化物セラミックス以外に焼結助剤を含むことを許容する。焼結助剤としては酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）などを許容する。
【００１０】
小径筒部は、一対の電極を封装するために通常２本設けられる。しかし、ランプ構造に応じて１または３本以上備えられても良い。電極は、タングステン、ドープドタングステン、レニウム、タングステン−レニウム合金などを用いて作成される。放電媒体は、放電による発光を得るためのもので、好ましくは発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成媒体及び希ガスにより構成される。
【００１１】
本発明に係る高圧放電ランプのガラスフリットは、封着用セラミックスを含有している。封着用セラミックスには、ＳｉＯ2を含むことを許容する。また、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｄｙ2 Ｏ3 系を含んでも良い。この封着用セラミックスは、共晶に寄与するので、フリットガラス内部のクラックを防止するように働き、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることが可能である。
【００１２】
析出は、フリットガラスと小径筒部における内表面との界面に発生し易いが、このほかの部位に発生しても良い。すなわち、析出の位置は、フリットガラス内部であってよい。析出物は連続的に析出されていても、不連続に析出されていても良い。
【００１３】
本発明に係る高圧放電ランプでは、小径筒部において、その内表面における構成物の平均粒径が１μｍ以下で、粒径の標準偏差が０．５以下であることを特徴とする。
【００１４】
粒径の標準偏差は、小径筒部の適当な測定部位における顕微鏡写真の所定面積エリアにおいて粒径の大きさを観測して、標準偏差を計算することにより得られる。
【００１５】
本発明に係る照明装置は、請求項１または２に記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを保持する照明装置本体と；高圧放電ランプを点灯させる点灯回路と；を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る高圧放電ランプでは、放電空間を形成する包囲部及びこの包囲部の両側に連通してそれぞれ設けられた小径筒部を備えてなる透光性アルミナセラミックス製の放電容器と；小径筒部に挿入されて小径筒部の両端側で封着される導電体と；放電容器の包囲部内に設けられ、導電体の先端側に設けられた電極と；導電体と小径筒部の間隙に設けられて両者を封着し、少なくとも一部にアルミナの結晶が析出しているフリットガラスと；放電容器内部に封入された放電媒体と；を具備し、小径筒部において、アルミナの結晶析出部を有するので、これがクラックの進行を阻止するように機能し、点灯と消灯を繰り返した場合にも熱膨張率差によるクラックの発生を防ぐため、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることが可能であるという効果を奏する。
【００１７】
本発明に係る高圧放電ランプでは、小径筒部において、その内表面における構成物の内表面の平均粒径が１μｍ以下で、粒径の標準偏差が０．５以下であるので、小径筒部の内表面では、同径に近い粒が存在することにより表面積が大きくなり、フリットガラスの成分との接触面積が増大し、小径筒部の内表面において共晶が起き易くなる。これにより、小径筒部の内表面からＡｌ2 Ｏ3 の結晶の析出が促進される。このため、フリットガラスと小径筒部界面において長手方向に生じるずり応力を低減させ、また、小径筒部の内部に生じた結晶はクラックの進行を阻止するように機能する。即ち、点灯と消灯を繰り返した場合にも熱膨張率差によるクラックの発生を防ぐため、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることが可能であるという効果を奏する。
【００１８】
本発明に係る照明装置は、請求項１または２に記載の高圧放電ランプを備えた構成であるから、封着性の向上が図られた高圧放電ランプの採用により、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命な照明装置を提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明に係る高圧放電ランプ及びそれを用いた照明装置の実施例を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付し重複する説明を省略する。本実施例に係る高圧放電ランプは、図１および図２に示す構成を有している。これらの図に示す高圧放電ランプは、定格ランプ電力１００Ｗ用として好適な構造であり、図１に示すように、発光管１Ａ、外管５、ＵＶエンハンサ７、シュラウドガラス３、支持構体４Ａ、４Ｂおよび口金６を具備している。
【００２０】
図２に示す発光管１Ａについて説明する。発光管１Ａは、放電容器１、電極２Ａ、２Ｂ、一対の導電体２３ａ、２３ｂ、一対のフリットガラス１３、１３および放電容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。
【００２１】
放電容器１は、透光性アルミナセラミックスからなり、焼結助剤を含むものである。包囲部１１および包囲部１１の両端に連通して配設された一対の小径筒部１２ａ、１２ｂを備えている。そして、小径筒部１２ａ、１２ｂおよび包囲部１１は、鋳込み成形により一体化されている。
【００２２】
包囲部１１は、２つの半球体が、互いに向かい合うように軸方向に離間した状態で、半球状の部分の間を直線で結んで形成されるほぼ俵形の形状をなしていており、肉厚が０．８ｍｍである。
【００２３】
一対の小径筒部１２ａ、１２ｂは、それぞれ内径約１ｍｍのパイプ状をなし、先端が対応する包囲部１１の半球状部分の中央部に一体的に接続されている。なお、包囲部１１および小径筒部１２ａ、１２ｂの境界部は、その内外両面が曲面によって形成されている。小径筒部１２ａ、１２ｂにおいて、その内表面における構成物の平均粒径が１μｍ以下で、粒径の標準偏差が０．５以下である。
【００２４】
電極２Ａ、２Ｂは、それぞれ外径０．５ｍｍのタングステン棒からなる細長い軸部２１および電極主部２２を備えている。細長い軸部２１は、小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿通されていて、タングステン細線を巻き付けてその周囲にコイル部２４、２４を形成している。そして、細長い軸部２１と小径筒部１２ａ、１２ｂの内面との間にわずかな隙間が形成されている。電極主部２２は、細長い軸部２１の先端部に外径０．１ｍｍのタングステン細線を５ターン巻き付けて形成されていて、包囲部１１内に突出している。
【００２５】
一対の導電体２３ａ、２３ｂは、それぞれニオブ棒状体Ｎｂと、電極主部２２側に存在する封止用導体としてのサーメットＳＭからなり、これらニオブ棒状体ＮｂとサーメットＳＭが直線状に溶接されて一体に形成されている。ニオブ棒状体Ｎｂは、その先端が小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿入されるとともに、基端が小径筒部１２ａ、１２ｂから外部へ突出している。棒状体のサーメットＳＭは、外径０．６ｍｍで、モリブデン−アルミナセラミックスの焼結体からなり、その先端に電極２Ａ、２Ｂの細長い軸部２１の基端部が溶接などにより一体に接続されている。本発明の高圧放電ランプは、フリットガラス１３を用いて封止されている。
【００２６】
放電媒体は、始動ガスおよびバッファガスとしてアルゴン（Ａｒ）、下記のハロゲン化金属、ならびにバッファ蒸気としての水銀からなり、透光性セラミックスの放電容器１内に封入されている。なお、金属ハロゲン化物および水銀は、蒸発する分より過剰に封入されているので、その一部が安定点灯時に小径筒部１２ａ、１２ｂ内に形成されるわずかな隙間内のコイル部２４、２４に形成された隙間内に液相状態で滞留している。そして、点灯中下側となる例えば小径筒部１２ｂ内に液相状態で滞留している放電媒体の表層部付近に最冷部が形成される。
【００２７】
外管５は、硬質ガラスからなるＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム４ｓを封着して備えている。フレアステム４ｓは、一対の導入線４１ａ、４１ｂを気密に導入している。そして、外管５は、その内部の所定位置に発光管１Ａを後述する支持構体４Ａ、４Ｂにより支持して収納している。
【００２８】
ＵＶエンハンサ７は、気密容器、導入線、内部電極、放電媒体および外部電極を具備して構成されている。気密容器は、石英ガラスなどの紫外線透過性ガラス製で、その一端部にピンチシール部が形成されていることにより、内部に細長い放電空間が形成されている。導入線は、先端が後述する内部電極に溶接し、ピンチシール部から外部へ導出され、基端部の部分で図１に示すように、後述する支持枠４２ａに溶接されている。
【００２９】
上記内部電極は、モリブデン製の板状をなしていて、気密容器の放電空間内に封装されており、その基部がピンチシール部内に気密に埋設されている。外部電極は、外径０．４ｍｍのモリブデン線からなり、気密容器の外周に密着して５ターン巻き付けられているとともに、その基端部が支持構体４２ｂに溶接されている。そうして、ＵＶエンハンサ７は、その導入線の基端部および外部電極の基端部により、外管５内の所定の位置に配置されている。以上説明した構造により、ＵＶエンハンサ７は、外管５内において発光管１Ａと並列に接続されているとともに、発光管１Ａの一方の電極に接近した位置に保持されている。
【００３０】
シュラウドガラス３は、肉厚１．０ｍｍで外管５内に収納可能な外径の円筒状石英ガラス体からなり、外管５内において発光管１Ａを包囲する位置に後述する支持部材４５ａによって保持されている。
【００３１】
支持構体４Ａは、支持枠４２ａ、ブリッジ導体４３ａ、スプリング片４４ａ、４４ａおよび支持部材４５ａからなる。支持枠４２ａは、図１において下端が導入線４１ａに接続し、上端が延長されてスプリング片４４ａを形成している。ブリッジ導体４３ａは、発光管１Ａの図において上側の導電体２３ａに溶接されることによって発光管１Ａの上部を支持している。スプリング片４４ａは、外管５の内面に弾力的に当接して、支持枠４２ａの上部を外管５の内面に対して横揺れを防止している。支持部材４５ａは、シュラウドガラス３の上下両端を支持している。
【００３２】
支持構体４Ｂは、直棒状をなしていて、その下部がフレアステム４ｓに封着されている導入線４１ｂに溶接されることによって電気的に接続し、かつ、機械的に支持されている。そして、上端部が発光管１Ａの図において下側の導電体２３ｂに接続導体を介して溶接されて、発光管１Ａの下部を支持している。
【００３３】
口金６は、Ｅ３９形口金であり、外管５のネック部に固着され、外管５から外部へ露出した図示しない一対の導入線の一方がシェル部に、他方がセンターコンタクトに、それぞれ接続している。なお、図１において、符号Ｇはゲッタであり、外管５内を清浄化するもので、支持枠４２ａの上部に溶接されている。
【００３４】
本発明の高圧放電ランプの発光管１Ａは、フリットガラス１３を用いて封止されている。その手順では、まず図３（ａ）に示すような電極マウント８を用いる。電極マウント８は、電極主部２２とサーメットＳＭ及び導電体２３ａにより構成される。電極マウント８は、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）などの金属を含有するものである。このような電極マウント８を小径筒部１２ａの開口から所定の位置まで挿入する。電極マウント８において、導電体２３ａ、２３ｂの所定位置にはストッパ８ｓが形成されている。このため、ストッパ８ｓが小径筒部１２ａの端面に当接した位置が所定の挿入位置となる（図３（ｂ））。
【００３５】
次に、電極マウント８の導電体２３ａの上から予めリング状に成形したフリットガラス成形体１３Ａを挿入して、上向きに延在する小径筒部１２ａの端面に載置する。ここにおいて、フリットガラス成形体１３Ａを含む封着予定部に対し、例えばレーザビームなどのレーザ光Ｒを小径筒部１２ａの軸方向から照射して加熱する（図３（ｃ））。フリットガラス成形体１３Ａが溶融すると、フリットガラス１３の一部が小径筒部１２ａの端面から内部に進入し、導電体２３ａの挿入部分を包囲して放電容器１を封止する（図３（ｄ））。
【００３６】
上記加熱は炉内において行い、例えば、１２５０℃以上（好ましくは１７００℃程度）において行い、その後、徐々に冷却すれば発光管１Ａの一端側の封止が形成される。小径筒部１２ｂに係る他端側も同様に封止する。この封止部位には、結晶の析出が見られた。また、電極マウント８に含有されたＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）などの金属の拡散も確認された。
【００３７】
フリットガラス１３の一部が小径筒部１２ａの端面から内部に進入し、導電体２３ａの挿入部分を包囲して封止した部位における小径筒部１２ａ（１２ｂ）を構成する粒子の粒子状態について、図面代用写真（電子顕微鏡写真）を図４に示す。図４（ａ）は小径筒部１２ａ（１２ｂ）の内表面の状態を示し、図４（ｂ）は小径筒部１２ａ（１２ｂ）の外表面の状態を示す。また、図５に縦軸方向を数の相対値とした、粒子の粒径の分布を示す。図４（ａ）に対応する図５（ａ）の粒径は平均が０．３１μｍであり、標準偏差が０．１７である。また、図４（ｂ）に対応する図５（ｂ）の粒径は平均が０．６３μｍであり、標準偏差が０．３３である。図５に明らかな通り、平均粒径が小さい図５（ａ）のものが、表面積が大きくなっておりフリットガラス１３に触れる表面積が大きく、共晶によりフリットガラス１３と小径筒部１２ａとの界面に析出物アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が析出する確率を高くしている。また、小径筒部１２ａ（１２ｂ）のフリットガラス１３との接触面が溶融している割合が大きいほどアルミナ析出物の量が多くなることが確認された。
【００３８】
析出物が連続的或いは不連続的に析出されていることにより、析出した結晶周辺にフリットガラス１３が存在し、フリットガラス１３の境界面が平坦ではなく、概ねくさび状となるので、リークの原因となる所謂ずり応力を低減することができる。析出物が析出しない場合には、フリットガラス１３と小径筒部１２ａとの界面において所謂ずり応力が大きく封着部分にリークが生じやすく、また点灯消灯を繰り返すことにより、クラックがフリットガラス１３内に生じ易い。
【００３９】
また、析出物が小径筒部１２ａ（１２ｂ）内に析出している場合には、クラックが例え発生しても、小径筒部１２ａ（１２ｂ）内の析出物がクラック進行の障害となりクラックが析出物の部分で途切れて、そこから延びることなく、リークまでの時間を長くする効果がある。
【００４０】
＜実施例１＞
本実施例１はＳｉＯ2を含むフリットガラス１３と小径筒部１２ａ（１２ｂ）との界面に析出物を析出させた４つの試作品（高圧放電ランプ）である。この４つの試作品は、レーザ封着の際の温度を制御すると共に、高温に保つ時間を変化させて得られたもので、小径筒部１２ａ（１２ｂ）における内表面の平均粒径と粒径の標準偏差を変えて図６に示す４つの試作品１〜６を作成し、２０００時間連続点灯させてその特性を検査した。図６は、これら４つの試作品１〜６について連続点灯試験を行い、リークの有無を調べた結果を示している。図６におけるＡｌ2 Ｏ3析出量は、試作品４の析出量を１００とした場合の相対比率を示している。
【００４１】
なお、ランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍであり、封入ガスをキセノン（Ｘｅ）とし、封入薬品としてＳｃＩ3 −ＮａＩ系のものを用いた。この結果、図６に示すように、平均粒径が０．５μｍ、１．０μｍである試作品１、２においては、それぞれ２０００時間を超えて問題がなく、１９００時間までリークが生じなかった。平均粒径が、１．３μｍを超える試作品３、６においては、１０００時間以内の点灯でリークを生じ、実際上は製品化が難しいものであることが分かった。
【００４２】
また、平均偏差が０．６と０．８の試作品４〜６においては、１２００時間以内の点灯でリークを生じ、実際上は製品化が難しいものであることが分かった。以上から、平均粒径が１．０μｍ以下であって、平均偏差が０．５以下であるものについて、共晶を生じリークまでの時間を長くする効果があると結論された。
【００４３】
図７に、たとえば上記高圧放電ランプＬ１が用いられた本発明に係わる照明装置９を示す一部断面正面図を示す。この照明装置９は天井９１に埋め込み設置される埋込形照明装置で、天井９１側に取り付けられる器具（装置）本体９２を有し、この器具（装置）本体９２内に設けられたソケット９３に上記高圧放電ランプＬ１の口金６が装着される。また、この器具（装置）本体９２内にはランプＬ１の放射光を下方に反射させる反射鏡９４が配設され、この反射鏡９４の開口側を覆ってガラスなどからなるカバー部材やレンズなどからなる制光体９５が配設されている。
【００４４】
そして、上記高圧放電ランプＬ１は、器具（装置）本体９２やあるいはこの本体９２とは別置された安定器などを有する点灯装置と電気的に接続され、この点灯装置からの給電により点灯することができる。
【００４５】
また、照明装置は上記実施の形態に限らず、他の構造や用途をなすものであってもよく、点灯方式も矩形波点灯回路装置を用いるものに限らず、チョークコイル式やトランス式などの磁気式の安定器を用いるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの全体を示す正面図。
【図２】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの発光管の拡大断面図。
【図３】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの小径筒部に関する封止過程を示す断面図。
【図４】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの小径筒部における内表面及び外表面の状態を示す図面代用写真。
【図５】図４に示す本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの小径筒部に関する粒子の大きさ分布を示す図。
【図６】本発明の高圧放電ランプにおける実施例１に係るランプ試作品についてリーク試験結果を示す図。
【図７】本発明の照明装置における一実施形態としての照明装置を示す概念的側面図。
【符号の説明】
【００４７】
Ｎｂ ニオブ棒状体 ＳＭ サーメット
１ 放電容器 １Ａ 発光管
２Ａ 電極 ３ シュラウドガラス
５ 外管 ６ 口金
８ 電極マウント ９ 照明装置
１１ 包囲部 １２ａ、１２ｂ 小径筒部
１３ フリットガラス １３Ａ フリットガラス成形体
２３ａ、２３ｂ 導電体 ９１ 天井
９２ 本体 ９３ ソケット
９４ 反射鏡 ９５ 制光体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、透光性セラミックスの放電容器を備えた高圧放電ランプ及びこれを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高圧放電ランプに対する高効率化、小型化の要求が強まっており、これに伴って点灯時の温度や内圧などが従来品より高くなっている。また、高圧放電ランプの放電容器についても、石英ガラスよりも融点が高く、点灯温度を高く保つことが可能なアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分とする透光性アルミナセラミックスが用いられるようになりつつある。このようなセラミックスを用いた高圧放電ランプとしては、特許文献１、特許文献２に記載されたランプを挙げることができる。
【０００３】
上記透光性アルミナセラミックスを用いた高圧放電ランプにあっては、封着部分にフリットガラスを使用している例が多い。フリットガラスによる封着に関しては特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特表２００５−５３２２５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６０５９５号公報
【特許文献３】特開２００６−２０２７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記セラミックスを用いた放電容器では、封止部にフリットガラスやサーメットと称される封止用導体を用いているために、現状では石英ガラスのモリブデン箔を用いた封着構造に比べて耐熱性が低い。このため、セラミックス製の放電容器は封着部の信頼性が劣り、リークが発生し易く長寿命化を図ることが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、封止部において封着性に優れ、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることの可能な高圧放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る高圧放電ランプは、放電空間を形成する包囲部及びこの包囲部の両側に連通してそれぞれ設けられた小径筒部を備えてなる透光性アルミナセラミックス製の放電容器と；小径筒部に挿入されて小径筒部の両端側で封着される導電体と；放電容器の包囲部内に設けられ、導電体の先端側に設けられた電極と；導電体と小径筒部の間隙に設けられて両者を封着し、少なくとも一部にアルミナの結晶が析出しているフリットガラスと；放電容器内部に封入された放電媒体と；を具備することを特徴とする。
【０００７】
フリットガラスは、放電容器の小径筒部と電極につながる導電体との間を封着する封着材である。また、フリットガラスは、加熱により溶融して小径筒部と導電体との間の隙間に進入して固化することにより、小径筒部と導電体との間を封着することによって放電容器内を気密に封止する。
【０００８】
透光性アルミナセラミックスは、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分として形成されたものであり、透光性と耐熱性を有する。
【０００９】
放電容器は、放電空間を内部に形成する包囲部を備える。放電空間は球状、楕円球状、紡錘形状、ほぼ円柱状などであり、包囲部はこれらの形状に対応するものである。放電容器のアルミナセラミックス成分として、酸化物セラミックス以外に焼結助剤を含むことを許容する。焼結助剤としては酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）などを許容する。
【００１０】
小径筒部は、一対の電極を封装するために通常２本設けられる。しかし、ランプ構造に応じて１または３本以上備えられても良い。電極は、タングステン、ドープドタングステン、レニウム、タングステン−レニウム合金などを用いて作成される。放電媒体は、放電による発光を得るためのもので、好ましくは発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成媒体及び希ガスにより構成される。
【００１１】
本発明に係る高圧放電ランプのガラスフリットは、封着用セラミックスを含有している。封着用セラミックスには、ＳｉＯ2を含むことを許容する。また、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｄｙ2 Ｏ3 系を含んでも良い。この封着用セラミックスは、共晶に寄与するので、フリットガラス内部のクラックを防止するように働き、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることが可能である。
【００１２】
析出は、フリットガラスと小径筒部における内表面との界面に発生し易いが、このほかの部位に発生しても良い。すなわち、析出の位置は、フリットガラス内部であってよい。析出物は連続的に析出されていても、不連続に析出されていても良い。
【００１３】
本発明に係る高圧放電ランプでは、小径筒部において、その内表面における構成物の平均粒径が１μｍ以下で、粒径の標準偏差が０．５以下であることを特徴とする。
【００１４】
粒径の標準偏差は、小径筒部の適当な測定部位における顕微鏡写真の所定面積エリアにおいて粒径の大きさを観測して、標準偏差を計算することにより得られる。
【００１５】
本発明に係る照明装置は、請求項１または２に記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを保持する照明装置本体と；高圧放電ランプを点灯させる点灯回路と；を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る高圧放電ランプでは、放電空間を形成する包囲部及びこの包囲部の両側に連通してそれぞれ設けられた小径筒部を備えてなる透光性アルミナセラミックス製の放電容器と；小径筒部に挿入されて小径筒部の両端側で封着される導電体と；放電容器の包囲部内に設けられ、導電体の先端側に設けられた電極と；導電体と小径筒部の間隙に設けられて両者を封着し、少なくとも一部にアルミナの結晶が析出しているフリットガラスと；放電容器内部に封入された放電媒体と；を具備し、小径筒部において、アルミナの結晶析出部を有するので、これがクラックの進行を阻止するように機能し、点灯と消灯を繰り返した場合にも熱膨張率差によるクラックの発生を防ぐため、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることが可能であるという効果を奏する。
【００１７】
本発明に係る高圧放電ランプでは、小径筒部において、その内表面における構成物の内表面の平均粒径が１μｍ以下で、粒径の標準偏差が０．５以下であるので、小径筒部の内表面では、同径に近い粒が存在することにより表面積が大きくなり、フリットガラスの成分との接触面積が増大し、小径筒部の内表面において共晶が起き易くなる。これにより、小径筒部の内表面からＡｌ2 Ｏ3 の結晶の析出が促進される。このため、フリットガラスと小径筒部界面において長手方向に生じるずり応力を低減させ、また、小径筒部の内部に生じた結晶はクラックの進行を阻止するように機能する。即ち、点灯と消灯を繰り返した場合にも熱膨張率差によるクラックの発生を防ぐため、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることが可能であるという効果を奏する。
【００１８】
本発明に係る照明装置は、請求項１または２に記載の高圧放電ランプを備えた構成であるから、封着性の向上が図られた高圧放電ランプの採用により、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命な照明装置を提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明に係る高圧放電ランプ及びそれを用いた照明装置の実施例を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付し重複する説明を省略する。本実施例に係る高圧放電ランプは、図１および図２に示す構成を有している。これらの図に示す高圧放電ランプは、定格ランプ電力１００Ｗ用として好適な構造であり、図１に示すように、発光管１Ａ、外管５、ＵＶエンハンサ７、シュラウドガラス３、支持構体４Ａ、４Ｂおよび口金６を具備している。
【００２０】
図２に示す発光管１Ａについて説明する。発光管１Ａは、放電容器１、電極２Ａ、２Ｂ、一対の導電体２３ａ、２３ｂ、一対のフリットガラス１３、１３および放電容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。
【００２１】
放電容器１は、透光性アルミナセラミックスからなり、焼結助剤を含むものである。包囲部１１および包囲部１１の両端に連通して配設された一対の小径筒部１２ａ、１２ｂを備えている。そして、小径筒部１２ａ、１２ｂおよび包囲部１１は、鋳込み成形により一体化されている。
【００２２】
包囲部１１は、２つの半球体が、互いに向かい合うように軸方向に離間した状態で、半球状の部分の間を直線で結んで形成されるほぼ俵形の形状をなしていており、肉厚が０．８ｍｍである。
【００２３】
一対の小径筒部１２ａ、１２ｂは、それぞれ内径約１ｍｍのパイプ状をなし、先端が対応する包囲部１１の半球状部分の中央部に一体的に接続されている。なお、包囲部１１および小径筒部１２ａ、１２ｂの境界部は、その内外両面が曲面によって形成されている。小径筒部１２ａ、１２ｂにおいて、その内表面における構成物の平均粒径が１μｍ以下で、粒径の標準偏差が０．５以下である。
【００２４】
電極２Ａ、２Ｂは、それぞれ外径０．５ｍｍのタングステン棒からなる細長い軸部２１および電極主部２２を備えている。細長い軸部２１は、小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿通されていて、タングステン細線を巻き付けてその周囲にコイル部２４、２４を形成している。そして、細長い軸部２１と小径筒部１２ａ、１２ｂの内面との間にわずかな隙間が形成されている。電極主部２２は、細長い軸部２１の先端部に外径０．１ｍｍのタングステン細線を５ターン巻き付けて形成されていて、包囲部１１内に突出している。
【００２５】
一対の導電体２３ａ、２３ｂは、それぞれニオブ棒状体Ｎｂと、電極主部２２側に存在する封止用導体としてのサーメットＳＭからなり、これらニオブ棒状体ＮｂとサーメットＳＭが直線状に溶接されて一体に形成されている。ニオブ棒状体Ｎｂは、その先端が小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿入されるとともに、基端が小径筒部１２ａ、１２ｂから外部へ突出している。棒状体のサーメットＳＭは、外径０．６ｍｍで、モリブデン−アルミナセラミックスの焼結体からなり、その先端に電極２Ａ、２Ｂの細長い軸部２１の基端部が溶接などにより一体に接続されている。本発明の高圧放電ランプは、フリットガラス１３を用いて封止されている。
【００２６】
放電媒体は、始動ガスおよびバッファガスとしてアルゴン（Ａｒ）、下記のハロゲン化金属、ならびにバッファ蒸気としての水銀からなり、透光性セラミックスの放電容器１内に封入されている。なお、金属ハロゲン化物および水銀は、蒸発する分より過剰に封入されているので、その一部が安定点灯時に小径筒部１２ａ、１２ｂ内に形成されるわずかな隙間内のコイル部２４、２４に形成された隙間内に液相状態で滞留している。そして、点灯中下側となる例えば小径筒部１２ｂ内に液相状態で滞留している放電媒体の表層部付近に最冷部が形成される。
【００２７】
外管５は、硬質ガラスからなるＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム４ｓを封着して備えている。フレアステム４ｓは、一対の導入線４１ａ、４１ｂを気密に導入している。そして、外管５は、その内部の所定位置に発光管１Ａを後述する支持構体４Ａ、４Ｂにより支持して収納している。
【００２８】
ＵＶエンハンサ７は、気密容器、導入線、内部電極、放電媒体および外部電極を具備して構成されている。気密容器は、石英ガラスなどの紫外線透過性ガラス製で、その一端部にピンチシール部が形成されていることにより、内部に細長い放電空間が形成されている。導入線は、先端が後述する内部電極に溶接し、ピンチシール部から外部へ導出され、基端部の部分で図１に示すように、後述する支持枠４２ａに溶接されている。
【００２９】
上記内部電極は、モリブデン製の板状をなしていて、気密容器の放電空間内に封装されており、その基部がピンチシール部内に気密に埋設されている。外部電極は、外径０．４ｍｍのモリブデン線からなり、気密容器の外周に密着して５ターン巻き付けられているとともに、その基端部が支持構体４２ｂに溶接されている。そうして、ＵＶエンハンサ７は、その導入線の基端部および外部電極の基端部により、外管５内の所定の位置に配置されている。以上説明した構造により、ＵＶエンハンサ７は、外管５内において発光管１Ａと並列に接続されているとともに、発光管１Ａの一方の電極に接近した位置に保持されている。
【００３０】
シュラウドガラス３は、肉厚１．０ｍｍで外管５内に収納可能な外径の円筒状石英ガラス体からなり、外管５内において発光管１Ａを包囲する位置に後述する支持部材４５ａによって保持されている。
【００３１】
支持構体４Ａは、支持枠４２ａ、ブリッジ導体４３ａ、スプリング片４４ａ、４４ａおよび支持部材４５ａからなる。支持枠４２ａは、図１において下端が導入線４１ａに接続し、上端が延長されてスプリング片４４ａを形成している。ブリッジ導体４３ａは、発光管１Ａの図において上側の導電体２３ａに溶接されることによって発光管１Ａの上部を支持している。スプリング片４４ａは、外管５の内面に弾力的に当接して、支持枠４２ａの上部を外管５の内面に対して横揺れを防止している。支持部材４５ａは、シュラウドガラス３の上下両端を支持している。
【００３２】
支持構体４Ｂは、直棒状をなしていて、その下部がフレアステム４ｓに封着されている導入線４１ｂに溶接されることによって電気的に接続し、かつ、機械的に支持されている。そして、上端部が発光管１Ａの図において下側の導電体２３ｂに接続導体を介して溶接されて、発光管１Ａの下部を支持している。
【００３３】
口金６は、Ｅ３９形口金であり、外管５のネック部に固着され、外管５から外部へ露出した図示しない一対の導入線の一方がシェル部に、他方がセンターコンタクトに、それぞれ接続している。なお、図１において、符号Ｇはゲッタであり、外管５内を清浄化するもので、支持枠４２ａの上部に溶接されている。
【００３４】
本発明の高圧放電ランプの発光管１Ａは、フリットガラス１３を用いて封止されている。その手順では、まず図３（ａ）に示すような電極マウント８を用いる。電極マウント８は、電極主部２２とサーメットＳＭ及び導電体２３ａにより構成される。電極マウント８は、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）などの金属を含有するものである。このような電極マウント８を小径筒部１２ａの開口から所定の位置まで挿入する。電極マウント８において、導電体２３ａ、２３ｂの所定位置にはストッパ８ｓが形成されている。このため、ストッパ８ｓが小径筒部１２ａの端面に当接した位置が所定の挿入位置となる（図３（ｂ））。
【００３５】
次に、電極マウント８の導電体２３ａの上から予めリング状に成形したフリットガラス成形体１３Ａを挿入して、上向きに延在する小径筒部１２ａの端面に載置する。ここにおいて、フリットガラス成形体１３Ａを含む封着予定部に対し、例えばレーザビームなどのレーザ光Ｒを小径筒部１２ａの軸方向から照射して加熱する（図３（ｃ））。フリットガラス成形体１３Ａが溶融すると、フリットガラス１３の一部が小径筒部１２ａの端面から内部に進入し、導電体２３ａの挿入部分を包囲して放電容器１を封止する（図３（ｄ））。
【００３６】
上記加熱は炉内において行い、例えば、１２５０℃以上（好ましくは１７００℃程度）において行い、その後、徐々に冷却すれば発光管１Ａの一端側の封止が形成される。小径筒部１２ｂに係る他端側も同様に封止する。この封止部位には、結晶の析出が見られた。また、電極マウント８に含有されたＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）などの金属の拡散も確認された。
【００３７】
フリットガラス１３の一部が小径筒部１２ａの端面から内部に進入し、導電体２３ａの挿入部分を包囲して封止した部位における小径筒部１２ａ（１２ｂ）を構成する粒子の粒子状態について、図面代用写真（電子顕微鏡写真）を図４に示す。図４（ａ）は小径筒部１２ａ（１２ｂ）の内表面の状態を示し、図４（ｂ）は小径筒部１２ａ（１２ｂ）の外表面の状態を示す。また、図５に縦軸方向を数の相対値とした、粒子の粒径の分布を示す。図４（ａ）に対応する図５（ａ）の粒径は平均が０．３１μｍであり、標準偏差が０．１７である。また、図４（ｂ）に対応する図５（ｂ）の粒径は平均が０．６３μｍであり、標準偏差が０．３３である。図５に明らかな通り、平均粒径が小さい図５（ａ）のものが、表面積が大きくなっておりフリットガラス１３に触れる表面積が大きく、共晶によりフリットガラス１３と小径筒部１２ａとの界面に析出物アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が析出する確率を高くしている。また、小径筒部１２ａ（１２ｂ）のフリットガラス１３との接触面が溶融している割合が大きいほどアルミナ析出物の量が多くなることが確認された。
【００３８】
析出物が連続的或いは不連続的に析出されていることにより、析出した結晶周辺にフリットガラス１３が存在し、フリットガラス１３の境界面が平坦ではなく、概ねくさび状となるので、リークの原因となる所謂ずり応力を低減することができる。析出物が析出しない場合には、フリットガラス１３と小径筒部１２ａとの界面において所謂ずり応力が大きく封着部分にリークが生じやすく、また点灯消灯を繰り返すことにより、クラックがフリットガラス１３内に生じ易い。
【００３９】
また、析出物が小径筒部１２ａ（１２ｂ）内に析出している場合には、クラックが例え発生しても、小径筒部１２ａ（１２ｂ）内の析出物がクラック進行の障害となりクラックが析出物の部分で途切れて、そこから延びることなく、リークまでの時間を長くする効果がある。
【００４０】
＜実施例１＞
本実施例１はＳｉＯ2を含むフリットガラス１３と小径筒部１２ａ（１２ｂ）との界面に析出物を析出させた４つの試作品（高圧放電ランプ）である。この４つの試作品は、レーザ封着の際の温度を制御すると共に、高温に保つ時間を変化させて得られたもので、小径筒部１２ａ（１２ｂ）における内表面の平均粒径と粒径の標準偏差を変えて図６に示す４つの試作品１〜６を作成し、２０００時間連続点灯させてその特性を検査した。図６は、これら４つの試作品１〜６について連続点灯試験を行い、リークの有無を調べた結果を示している。図６におけるＡｌ2 Ｏ3析出量は、試作品４の析出量を１００とした場合の相対比率を示している。
【００４１】
なお、ランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍであり、封入ガスをキセノン（Ｘｅ）とし、封入薬品としてＳｃＩ3 −ＮａＩ系のものを用いた。この結果、図６に示すように、平均粒径が０．５μｍ、１．０μｍである試作品１、２においては、それぞれ２０００時間を超えて問題がなく、１９００時間までリークが生じなかった。平均粒径が、１．３μｍを超える試作品３、６においては、１０００時間以内の点灯でリークを生じ、実際上は製品化が難しいものであることが分かった。
【００４２】
また、平均偏差が０．６と０．８の試作品４〜６においては、１２００時間以内の点灯でリークを生じ、実際上は製品化が難しいものであることが分かった。以上から、平均粒径が１．０μｍ以下であって、平均偏差が０．５以下であるものについて、共晶を生じリークまでの時間を長くする効果があると結論された。
【００４３】
図７に、たとえば上記高圧放電ランプＬ１が用いられた本発明に係わる照明装置９を示す一部断面正面図を示す。この照明装置９は天井９１に埋め込み設置される埋込形照明装置で、天井９１側に取り付けられる器具（装置）本体９２を有し、この器具（装置）本体９２内に設けられたソケット９３に上記高圧放電ランプＬ１の口金６が装着される。また、この器具（装置）本体９２内にはランプＬ１の放射光を下方に反射させる反射鏡９４が配設され、この反射鏡９４の開口側を覆ってガラスなどからなるカバー部材やレンズなどからなる制光体９５が配設されている。
【００４４】
そして、上記高圧放電ランプＬ１は、器具（装置）本体９２やあるいはこの本体９２とは別置された安定器などを有する点灯装置と電気的に接続され、この点灯装置からの給電により点灯することができる。
【００４５】
また、照明装置は上記実施の形態に限らず、他の構造や用途をなすものであってもよく、点灯方式も矩形波点灯回路装置を用いるものに限らず、チョークコイル式やトランス式などの磁気式の安定器を用いるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの全体を示す正面図。
【図２】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの発光管の拡大断面図。
【図３】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの小径筒部に関する封止過程を示す断面図。
【図４】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの小径筒部における内表面及び外表面の状態を示す図面代用写真。
【図５】図４に示す本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの小径筒部に関する粒子の大きさ分布を示す図。
【図６】本発明の高圧放電ランプにおける実施例１に係るランプ試作品についてリーク試験結果を示す図。
【図７】本発明の照明装置における一実施形態としての照明装置を示す概念的側面図。
【符号の説明】
【００４７】
Ｎｂ ニオブ棒状体 ＳＭ サーメット
１ 放電容器 １Ａ 発光管
２Ａ 電極 ３ シュラウドガラス
５ 外管 ６ 口金
８ 電極マウント ９ 照明装置
１１ 包囲部 １２ａ、１２ｂ 小径筒部
１３ フリットガラス １３Ａ フリットガラス成形体
２３ａ、２３ｂ 導電体 ９１ 天井
９２ 本体 ９３ ソケット
９４ 反射鏡 ９５ 制光体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を形成する包囲部及びこの包囲部の両側に連通してそれぞれ設けられた小径筒部を備えてなる透光性アルミナセラミックス製の放電容器と；
小径筒部に挿入されて小径筒部の両端側で封着される導電体と；
放電容器の包囲部内に設けられ、導電体の先端側に設けられた電極と；
導電体と小径筒部の間隙に設けられて両者を封着し、少なくとも一部にアルミナの結晶が析出しているフリットガラスと；
放電容器内部に封入された放電媒体と；
を具備することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
小径筒部において、その内表面における構成物の平均粒径が１μｍ以下で、粒径の標準偏差が０．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを保持する照明装置本体と；
高圧放電ランプを点灯させる点灯回路と；
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項１】
放電空間を形成する包囲部及びこの包囲部の両側に連通してそれぞれ設けられた小径筒部を備えてなる透光性アルミナセラミックス製の放電容器と；
小径筒部に挿入されて小径筒部の両端側で封着される導電体と；
放電容器の包囲部内に設けられ、導電体の先端側に設けられた電極と；
導電体と小径筒部の間隙に設けられて両者を封着し、少なくとも一部にアルミナの結晶が析出しているフリットガラスと；
放電容器内部に封入された放電媒体と；
を具備することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
小径筒部において、その内表面における構成物の平均粒径が１μｍ以下で、粒径の標準偏差が０．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを保持する照明装置本体と；
高圧放電ランプを点灯させる点灯回路と；
を具備することを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【公開番号】特開２００９−５４３３３（Ｐ２００９−５４３３３Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１７８３８（Ｐ２００７−２１７８３８）
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
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