高圧放電ランプ及び照明装置
【課題】フリットレス封着によっても、適切な封着が可能で、クラックの発生の問題をも回避する。
【解決手段】放電空間となる包殻部１１及び、この包殻部１１に連なる小径筒状部１２ａ、１２ｂを備えるセラミックス製の放電容器１と；小径筒状部１２ａ、１２ｂに挿入された状態で小径筒状部１２ａ、１２ｂを用いて封着される導電体２３ａ、２３ｂと；放電容器１内に設けられ、小径筒状部１２ａ、１２ｂの一部から延びる導電体２３ａ、２３ｂの先端に設けられる電極２Ａと；小径筒状部１２ａ、１２ｂの封着部に配置される被照射体Ｒと；放電容器１内に封入された放電媒体と；を具備する。
【解決手段】放電空間となる包殻部１１及び、この包殻部１１に連なる小径筒状部１２ａ、１２ｂを備えるセラミックス製の放電容器１と；小径筒状部１２ａ、１２ｂに挿入された状態で小径筒状部１２ａ、１２ｂを用いて封着される導電体２３ａ、２３ｂと；放電容器１内に設けられ、小径筒状部１２ａ、１２ｂの一部から延びる導電体２３ａ、２３ｂの先端に設けられる電極２Ａと；小径筒状部１２ａ、１２ｂの封着部に配置される被照射体Ｒと；放電容器１内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、セラミックス製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（Ａｌ2Ｏ3）などの金属酸化物からなる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、２に記載されたランプを挙げることができる。
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５３２２５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６０５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの高圧放電ランプにおいては、封止部にガラスフリットを用いており、耐熱衝撃性や耐薬品腐食性が問題とされるようになってきている。これに対応するために、ガラスフリットを用いずに、発光管のキャピラリーを溶融することによって封着を行う、いわゆるフリットレス封着が検討されている。
【０００５】
しかしながら、このフリットレス封着においては、マウント部材と放電容器を構成するセラミックスとの熱膨張率に差があり、これを原因とするクラックの発生が課題となっている。そこで、マウント部材として、Ａｌ2Ｏ3などの非導電性物質にモリブデン（Ｍｏ）などの導電性物質を混合したサーメットを用いることが検討されている。しかしながら、上記材料により構成されるサーメットは、熱容量が大きく、レーザ光を用いた封着の際に、金属材料ほどの速度で温度上昇が実現できず、バルブ融着が困難である。
【０００６】
本発明は、上記のようなフリットレス封着における現状に鑑みてなされたもので、その目的は、フリットレス封着におけるレーザ光を用いた封着によっても、適切な封着が可能であり、また、マウント部材と放電容器を構成するセラミックスとの熱膨張率差を原因とするクラックの発生の問題をも回避することのできる高圧放電ランプを提供することである。また、本発明は、上記の高圧放電ランプを用いた照明装置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】
【０００７】
本発明に係る高圧放電ランプは、放電空間となる包殻部及び、この包殻部に連なる小径筒状部を備えるセラミックス製の放電容器と；小径筒状部に挿入された状態で小径筒状部を用いて封着される導電体と；放電容器内に設けられ、小径筒状部の一部から延びる導電体の先端に設けられる電極と；小径筒状部の封着部に配置され、レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する被照射体と；放電容器内に封入された放電媒体と；を具備することを特徴とする。
【０００８】
導電体としては、ニオブ（Ｎｂ）が一般的であるが、タンタル（Ｔａ）などを許容する。レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する被照射体としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などの金属材料を用いることができるが、放電容器内に封入された放電媒体と反応性の高い材料は回避すべきである。被照射体は、例えば導電体表面または小径筒状部の内壁に塗布される。レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する被照射体の塗布厚は、０．０３〜１０μｍ程度が好適である。
【０００９】
セラミックスとしては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）やイットリウム酸化物（ＹＯＸ）などの透光性と耐熱性を有する金属酸化物セラミックスや窒化物系セラミックスを採用することができる。放電容器は、放電空間を包み込む包殻部を備える。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、包殻部はこれらの形状に対応するものである。放電容器の成分として、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】
小径筒状部は、一対の電極を封装するために通常２本設けられるが、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では、導電体が電極側に位置する第１の導電体と、放電容器から外へ突出する第２の導電体により構成され、封着部が第１導電体と第２導電体の接合部より電極側に存在することを特徴とする。
【００１２】
第１の導電体としては、サーメットを用いることができ、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）を含むことができる。第２の導電体としては、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などを許容するが、ニオブ（Ｎｂ）のような放電媒体と反応性の高い材料を採用した場合に好適な構成である。メタルハライドランプなどの高圧放電ランプの放電媒体には、ハロゲン化金属などが採用されることが多く、ハロゲンと第２の導電体との化学反応を阻止する構成を提供できる。
【００１３】
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】
【００１４】
本発明に係る高圧放電ランプによれば、小径筒状部の封着部に被照射体が配置されるので、この被照射体がレーザ照射により加熱されて小径筒状部の溶融を容易にし、フリットレス封着を適切に行うことができる。また、被照射体は発熱の補助機能を有するだけであり、小径筒状部に挿入された状態で小径筒状部を用いて導電体が封着される構成であるので、熱膨張率も従来に比べて小径筒状部と差のない材料を用いて信頼性を高めることが可能である。
【００１５】
本発明に係る高圧放電ランプによれば、導電体が電極側に位置する第１の導電体と、放電容器から外へ突出する第２の導電体により構成され、封着部が第１導電体と第２導電体の接合部より電極側に存在するので、第２の導電体として、放電媒体と反応性の高い材料を採用した場合に好適である。
【００１６】
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含んで構成されるため、フリットレス封着による高圧放電ランプを用いた照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明に係る高圧放電ランプの実施例と、高圧放電ランプ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、同一の符号を付して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。
【００１８】
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。
【００１９】
放電容器１は、アルミナセラミックスを主成分とし、焼結助剤を含むものである。包殻部１１および包殻部１１の両端に連通して配設された一対の小径筒状部１２ａ、１２ｂを備えている。そして、小径筒状部１２ａ、１２ｂおよび包殻部１１は、鋳込み成形により一体化されている。
【００２０】
包殻部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。
【００２１】
一対の小径筒状部１２ａ、１２ｂは、それぞれ内径約１ｍｍのパイプ状をなし、先端が対応する包殻部１１の半球状部分の中央部に接続されている。なお、包殻部１１および小径筒状部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。
【００２２】
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、小径筒状部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と小径筒状部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、包殻部１１内に突出している。
【００２３】
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、その先端が小径筒状部１２ａ、１２ｂ内に挿入されるとともに、基端が小径筒状部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。
【００２４】
本発明の高圧放電ランプは、小径筒状部１２ａ、１２ｂの先端部分がレーザにより溶融され封止されている。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を小径筒状部１２ａの開口から所定の位置まで挿入する。電極マウントは、導電体２３ａ、２３ｂの所定位置にはストッパを形成したものである。このため、ストッパが小径筒状部１２ａの端面に当接した位置が所定の挿入位置となる。
【００２５】
次に、電極マウントの導電体２３ａを小径筒状部１２ａの端面から挿入する。ここにおいて、ニオブ棒状体ＮｂとサーメットＳＭの接合位置近傍と、この位置に対応する小径筒状部１２ａの内壁面の少なくとも一方の予定部に、モリブデン（Ｍｏ）などの、レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する金属材料からなる被照射体Ｒが０．０３〜１０μｍ程度の膜厚で塗布等により形成されている。この被照射体Ｒが形成された小径筒部１２ａの先端部に対し、例えばレーザビームなどのレーザ光を小径筒状部１２ａの軸に対するラジアル方向の３方向から照射して加熱する。モリブデン（Ｍｏ）などの金属材料が加熱され、小径筒状部１２ａ内壁が溶融し、小径筒状部１２ａが端面において、導電体２３ａの挿入部分を包囲して放電容器１を封止する。その後、冷却すれば発光管１Ａの一端側の封止が形成される。小径筒状部１２ｂに係る他端側も同様に封止する。
【００２６】
上記において封止された部分の拡大図を、図３に示す。小径筒状部１２ａの一度溶融した封着部１３は、ニオブＮｂとサーメットＳＭの接合部分を覆っている。ここで、電極マウントの径をａとしたとき、ニオブＮｂの外周面から封着部１３の外周面までの距離は３ａ程度であり、封着部１３の長さは６ａ程度であることが望ましい。また、サーメットＳＭにおける封着部１３内の長さｌは、０．５ａ以上で２ａ以下であることが望ましい。その理由は、封着部１３の長さは長いほど封着性を良好とするのであるが、上記長さｌを短くした場合には、ニオブＮｂにより構成される導電体２３ａが放電媒体と反応する危険性を回避する観点から上記の範囲としている。つまり、封着部１３が第１導電体であるサーメットＳＭと第２導電体であるニオブＮｂの接合部より電極側に存在することにより、導電体２３ａが放電媒体と反応する危険性を回避することになる。
【００２７】
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状部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状部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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
＜試作品試験１＞
本実施例では、封止用導体であるサーメットＳＭとニオブ（Ｎｂ）による接合部付近と、小径筒状部１２ａ、１２ｂの内壁面と少なくとも一方に被照射体Ｒとしてモリブデン（Ｍｏ）を塗布し或いは塗布しない試作品１〜試作品５を用いて、前述の通りレーザにより一次封着を行って、溶融状態とクラック発生状態の確認試験を行った。なお、フリットレス封着条件としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が溶融するときのレーザ出力を１００％として、溶融するまでは熱衝撃によるクラックが生じない出力から徐々に出力を上げて１００％となると、この状態を数秒間維持した結果を検査した。また、ランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍ、内径１３ｍｍであり、小径筒状部１２ａ、１２ｂの外形１．１ｍｍ、内径１ｍｍであり、マウントを、Ｗ−Ｍｏ−サーメット−Ｎｂ（封着部は、サーメット部分）としたものを用いた。この結果は図４に示されている通り、モリブデン（Ｍｏ）塗布を行わない試作品１では、小径筒状部１２ａ、１２ｂの溶融が発生せず、モリブデン（Ｍｏ）塗布厚が１５μｍの試作品５では、温度上昇が過度となり、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の溶融部が肥大化してクラックを生じた。
【００３６】
上記に対し、被照射体Ｒとしてのモリブデン（Ｍｏ）塗布厚がそれぞれ０．０３μｍ、５μｍ、１０μｍ、の試作品２〜４では、溶融・封着が確認され、且つクラックの発生は確認されなかった。これにより、上記条件のランプにおいては、塗布厚が０．０３〜１０μｍの範囲において良好であると確認できた。
【００３７】
＜試作品試験２＞
更に、本実施例では、サーメットＳＭとニオブ（Ｎｂ）を結合したマウントを用いており、その接合部分を中心とした封着を行うことから、封着部１３にニオブ（Ｎｂ）のような放電媒体と反応性の高い材料を採用したことによる放電媒体への影響（逆に、マウントへの影響）について考察する確認試験を行った。この確認試験においては、封着部１３にニオブ（Ｎｂ）のみが存在するものを試作品６とし、封着部１３にサーメットＳＭとニオブ（Ｎｂ）が存在するものを試作品７とし、封着部１３にサーメットＳＭのみが存在するものを試作品８として、前述の通りレーザにより一次封着を行って、溶融状態とクラック発生状態の確認試験を行った。なお、フリットレス封着条件としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が溶融するときのレーザ出力を１００％として、溶融するまでは熱衝撃によるクラックが生じない出力から徐々に出力を上げて１００％となると、この状態を数秒間維持した結果を検査した。
【００３８】
更に、クラックが確認されず且つ適切な封着がなされた試作品については、ランプを１００００時間継続点灯させてマウント部材の変化を目視確認する検査を行った。この結果を図５に示す。なお、ランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍ、内径１３ｍｍであり、小径筒状部１２ａ、１２ｂの外形３ｍｍ、内径１ｍｍであり、マウントを、Ｗ−Ｍｏ−サーメット−Ｎｂとしたものを用いた。
【００３９】
封着部１３にサーメットＳＭのみが存在する試作品８にあっては、小径筒状部１２ａ、１２ｂの溶融が発生せず、封着が未完となった。試作品６、７は、封着がなされた。ランプを１００００時間継続点灯させてマウント部材の変化を目視確認する検査においては、封着部１３にニオブ（Ｎｂ）のみが存在するものを試作品６において、黒化が確認された。この結果、マウント部材である導電体が、電極側に位置する第１の導電体と、放電容器から外へ突出する第２の導電体により構成されている場合、封着部１３が第１導電体と第２導電体の接合部より電極側に存在する構成とし（図３参照）、第２の導電体として、放電媒体と反応性の高いニオブ（Ｎｂ）などの材料を採用した場合に、適正な封着を実現することができ、また、ランプとして用いた場合に放電媒体への影響（逆に、マウントへの影響）がなく好適であることが確認された。
【００４０】
図６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。
【００４１】
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。
【００４２】
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励起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】
【００４３】
【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断面図（図２（ａ））及び要部拡大断面図（図２（ｂ））。
【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状部における封着状態を示す拡大断面図。
【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について、小径筒状部の封着部に配置して小径筒状部の溶融を補助する金属材料の塗布厚を変えた試作品による溶融状態とクラック発生状態の確認試験に関する試験結果を示す図。
【図５】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について、小径筒状部の封着部に配置したマウント部材を変えた試作品によるクラック発生状態と放電媒体への影響の確認試験に関する試験結果を示す図。
【図６】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】
【００４４】
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
９ 照明装置
１１ 包殻部
１２ａ、１２ｂ 小径筒状部
１３ 封着部
２３ａ、２３ｂ 導電体
９１ 天井
９２ 本体
９３ ソケット
９４ 反射鏡
９５ 制光体
Ｒ 被照射体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セラミックス製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（Ａｌ2Ｏ3）などの金属酸化物からなる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、２に記載されたランプを挙げることができる。
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５３２２５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６０５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの高圧放電ランプにおいては、封止部にガラスフリットを用いており、耐熱衝撃性や耐薬品腐食性が問題とされるようになってきている。これに対応するために、ガラスフリットを用いずに、発光管のキャピラリーを溶融することによって封着を行う、いわゆるフリットレス封着が検討されている。
【０００５】
しかしながら、このフリットレス封着においては、マウント部材と放電容器を構成するセラミックスとの熱膨張率に差があり、これを原因とするクラックの発生が課題となっている。そこで、マウント部材として、Ａｌ2Ｏ3などの非導電性物質にモリブデン（Ｍｏ）などの導電性物質を混合したサーメットを用いることが検討されている。しかしながら、上記材料により構成されるサーメットは、熱容量が大きく、レーザ光を用いた封着の際に、金属材料ほどの速度で温度上昇が実現できず、バルブ融着が困難である。
【０００６】
本発明は、上記のようなフリットレス封着における現状に鑑みてなされたもので、その目的は、フリットレス封着におけるレーザ光を用いた封着によっても、適切な封着が可能であり、また、マウント部材と放電容器を構成するセラミックスとの熱膨張率差を原因とするクラックの発生の問題をも回避することのできる高圧放電ランプを提供することである。また、本発明は、上記の高圧放電ランプを用いた照明装置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】
【０００７】
本発明に係る高圧放電ランプは、放電空間となる包殻部及び、この包殻部に連なる小径筒状部を備えるセラミックス製の放電容器と；小径筒状部に挿入された状態で小径筒状部を用いて封着される導電体と；放電容器内に設けられ、小径筒状部の一部から延びる導電体の先端に設けられる電極と；小径筒状部の封着部に配置され、レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する被照射体と；放電容器内に封入された放電媒体と；を具備することを特徴とする。
【０００８】
導電体としては、ニオブ（Ｎｂ）が一般的であるが、タンタル（Ｔａ）などを許容する。レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する被照射体としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などの金属材料を用いることができるが、放電容器内に封入された放電媒体と反応性の高い材料は回避すべきである。被照射体は、例えば導電体表面または小径筒状部の内壁に塗布される。レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する被照射体の塗布厚は、０．０３〜１０μｍ程度が好適である。
【０００９】
セラミックスとしては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）やイットリウム酸化物（ＹＯＸ）などの透光性と耐熱性を有する金属酸化物セラミックスや窒化物系セラミックスを採用することができる。放電容器は、放電空間を包み込む包殻部を備える。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、包殻部はこれらの形状に対応するものである。放電容器の成分として、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】
小径筒状部は、一対の電極を封装するために通常２本設けられるが、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では、導電体が電極側に位置する第１の導電体と、放電容器から外へ突出する第２の導電体により構成され、封着部が第１導電体と第２導電体の接合部より電極側に存在することを特徴とする。
【００１２】
第１の導電体としては、サーメットを用いることができ、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）を含むことができる。第２の導電体としては、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などを許容するが、ニオブ（Ｎｂ）のような放電媒体と反応性の高い材料を採用した場合に好適な構成である。メタルハライドランプなどの高圧放電ランプの放電媒体には、ハロゲン化金属などが採用されることが多く、ハロゲンと第２の導電体との化学反応を阻止する構成を提供できる。
【００１３】
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】
【００１４】
本発明に係る高圧放電ランプによれば、小径筒状部の封着部に被照射体が配置されるので、この被照射体がレーザ照射により加熱されて小径筒状部の溶融を容易にし、フリットレス封着を適切に行うことができる。また、被照射体は発熱の補助機能を有するだけであり、小径筒状部に挿入された状態で小径筒状部を用いて導電体が封着される構成であるので、熱膨張率も従来に比べて小径筒状部と差のない材料を用いて信頼性を高めることが可能である。
【００１５】
本発明に係る高圧放電ランプによれば、導電体が電極側に位置する第１の導電体と、放電容器から外へ突出する第２の導電体により構成され、封着部が第１導電体と第２導電体の接合部より電極側に存在するので、第２の導電体として、放電媒体と反応性の高い材料を採用した場合に好適である。
【００１６】
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含んで構成されるため、フリットレス封着による高圧放電ランプを用いた照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明に係る高圧放電ランプの実施例と、高圧放電ランプ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、同一の符号を付して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。
【００１８】
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。
【００１９】
放電容器１は、アルミナセラミックスを主成分とし、焼結助剤を含むものである。包殻部１１および包殻部１１の両端に連通して配設された一対の小径筒状部１２ａ、１２ｂを備えている。そして、小径筒状部１２ａ、１２ｂおよび包殻部１１は、鋳込み成形により一体化されている。
【００２０】
包殻部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。
【００２１】
一対の小径筒状部１２ａ、１２ｂは、それぞれ内径約１ｍｍのパイプ状をなし、先端が対応する包殻部１１の半球状部分の中央部に接続されている。なお、包殻部１１および小径筒状部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。
【００２２】
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、小径筒状部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と小径筒状部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、包殻部１１内に突出している。
【００２３】
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、その先端が小径筒状部１２ａ、１２ｂ内に挿入されるとともに、基端が小径筒状部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。
【００２４】
本発明の高圧放電ランプは、小径筒状部１２ａ、１２ｂの先端部分がレーザにより溶融され封止されている。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を小径筒状部１２ａの開口から所定の位置まで挿入する。電極マウントは、導電体２３ａ、２３ｂの所定位置にはストッパを形成したものである。このため、ストッパが小径筒状部１２ａの端面に当接した位置が所定の挿入位置となる。
【００２５】
次に、電極マウントの導電体２３ａを小径筒状部１２ａの端面から挿入する。ここにおいて、ニオブ棒状体ＮｂとサーメットＳＭの接合位置近傍と、この位置に対応する小径筒状部１２ａの内壁面の少なくとも一方の予定部に、モリブデン（Ｍｏ）などの、レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する金属材料からなる被照射体Ｒが０．０３〜１０μｍ程度の膜厚で塗布等により形成されている。この被照射体Ｒが形成された小径筒部１２ａの先端部に対し、例えばレーザビームなどのレーザ光を小径筒状部１２ａの軸に対するラジアル方向の３方向から照射して加熱する。モリブデン（Ｍｏ）などの金属材料が加熱され、小径筒状部１２ａ内壁が溶融し、小径筒状部１２ａが端面において、導電体２３ａの挿入部分を包囲して放電容器１を封止する。その後、冷却すれば発光管１Ａの一端側の封止が形成される。小径筒状部１２ｂに係る他端側も同様に封止する。
【００２６】
上記において封止された部分の拡大図を、図３に示す。小径筒状部１２ａの一度溶融した封着部１３は、ニオブＮｂとサーメットＳＭの接合部分を覆っている。ここで、電極マウントの径をａとしたとき、ニオブＮｂの外周面から封着部１３の外周面までの距離は３ａ程度であり、封着部１３の長さは６ａ程度であることが望ましい。また、サーメットＳＭにおける封着部１３内の長さｌは、０．５ａ以上で２ａ以下であることが望ましい。その理由は、封着部１３の長さは長いほど封着性を良好とするのであるが、上記長さｌを短くした場合には、ニオブＮｂにより構成される導電体２３ａが放電媒体と反応する危険性を回避する観点から上記の範囲としている。つまり、封着部１３が第１導電体であるサーメットＳＭと第２導電体であるニオブＮｂの接合部より電極側に存在することにより、導電体２３ａが放電媒体と反応する危険性を回避することになる。
【００２７】
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状部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状部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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
＜試作品試験１＞
本実施例では、封止用導体であるサーメットＳＭとニオブ（Ｎｂ）による接合部付近と、小径筒状部１２ａ、１２ｂの内壁面と少なくとも一方に被照射体Ｒとしてモリブデン（Ｍｏ）を塗布し或いは塗布しない試作品１〜試作品５を用いて、前述の通りレーザにより一次封着を行って、溶融状態とクラック発生状態の確認試験を行った。なお、フリットレス封着条件としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が溶融するときのレーザ出力を１００％として、溶融するまでは熱衝撃によるクラックが生じない出力から徐々に出力を上げて１００％となると、この状態を数秒間維持した結果を検査した。また、ランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍ、内径１３ｍｍであり、小径筒状部１２ａ、１２ｂの外形１．１ｍｍ、内径１ｍｍであり、マウントを、Ｗ−Ｍｏ−サーメット−Ｎｂ（封着部は、サーメット部分）としたものを用いた。この結果は図４に示されている通り、モリブデン（Ｍｏ）塗布を行わない試作品１では、小径筒状部１２ａ、１２ｂの溶融が発生せず、モリブデン（Ｍｏ）塗布厚が１５μｍの試作品５では、温度上昇が過度となり、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の溶融部が肥大化してクラックを生じた。
【００３６】
上記に対し、被照射体Ｒとしてのモリブデン（Ｍｏ）塗布厚がそれぞれ０．０３μｍ、５μｍ、１０μｍ、の試作品２〜４では、溶融・封着が確認され、且つクラックの発生は確認されなかった。これにより、上記条件のランプにおいては、塗布厚が０．０３〜１０μｍの範囲において良好であると確認できた。
【００３７】
＜試作品試験２＞
更に、本実施例では、サーメットＳＭとニオブ（Ｎｂ）を結合したマウントを用いており、その接合部分を中心とした封着を行うことから、封着部１３にニオブ（Ｎｂ）のような放電媒体と反応性の高い材料を採用したことによる放電媒体への影響（逆に、マウントへの影響）について考察する確認試験を行った。この確認試験においては、封着部１３にニオブ（Ｎｂ）のみが存在するものを試作品６とし、封着部１３にサーメットＳＭとニオブ（Ｎｂ）が存在するものを試作品７とし、封着部１３にサーメットＳＭのみが存在するものを試作品８として、前述の通りレーザにより一次封着を行って、溶融状態とクラック発生状態の確認試験を行った。なお、フリットレス封着条件としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が溶融するときのレーザ出力を１００％として、溶融するまでは熱衝撃によるクラックが生じない出力から徐々に出力を上げて１００％となると、この状態を数秒間維持した結果を検査した。
【００３８】
更に、クラックが確認されず且つ適切な封着がなされた試作品については、ランプを１００００時間継続点灯させてマウント部材の変化を目視確認する検査を行った。この結果を図５に示す。なお、ランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍ、内径１３ｍｍであり、小径筒状部１２ａ、１２ｂの外形３ｍｍ、内径１ｍｍであり、マウントを、Ｗ−Ｍｏ−サーメット−Ｎｂとしたものを用いた。
【００３９】
封着部１３にサーメットＳＭのみが存在する試作品８にあっては、小径筒状部１２ａ、１２ｂの溶融が発生せず、封着が未完となった。試作品６、７は、封着がなされた。ランプを１００００時間継続点灯させてマウント部材の変化を目視確認する検査においては、封着部１３にニオブ（Ｎｂ）のみが存在するものを試作品６において、黒化が確認された。この結果、マウント部材である導電体が、電極側に位置する第１の導電体と、放電容器から外へ突出する第２の導電体により構成されている場合、封着部１３が第１導電体と第２導電体の接合部より電極側に存在する構成とし（図３参照）、第２の導電体として、放電媒体と反応性の高いニオブ（Ｎｂ）などの材料を採用した場合に、適正な封着を実現することができ、また、ランプとして用いた場合に放電媒体への影響（逆に、マウントへの影響）がなく好適であることが確認された。
【００４０】
図６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。
【００４１】
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。
【００４２】
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励起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】
【００４３】
【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断面図（図２（ａ））及び要部拡大断面図（図２（ｂ））。
【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状部における封着状態を示す拡大断面図。
【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について、小径筒状部の封着部に配置して小径筒状部の溶融を補助する金属材料の塗布厚を変えた試作品による溶融状態とクラック発生状態の確認試験に関する試験結果を示す図。
【図５】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について、小径筒状部の封着部に配置したマウント部材を変えた試作品によるクラック発生状態と放電媒体への影響の確認試験に関する試験結果を示す図。
【図６】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】
【００４４】
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
９ 照明装置
１１ 包殻部
１２ａ、１２ｂ 小径筒状部
１３ 封着部
２３ａ、２３ｂ 導電体
９１ 天井
９２ 本体
９３ ソケット
９４ 反射鏡
９５ 制光体
Ｒ 被照射体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間となる包殻部及び、この包殻部に連なる小径筒状部を備えるセラミックス製の放電容器と；
小径筒状部に挿入された状態で小径筒状部を用いて封着される導電体と；
放電容器内に設けられ、小径筒状部の一部から延びる導電体の先端に設けられる電極と；
小径筒状部の封着部に配置され、レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する被照射体と；
放電容器内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】
導電体が電極側に位置する第１の導電体と、放電容器から外へ突出する第２の導電体により構成され、封着部が第１導電体と第２導電体の接合部より電極側に存在す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】
放電空間となる包殻部及び、この包殻部に連なる小径筒状部を備えるセラミックス製の放電容器と；
小径筒状部に挿入された状態で小径筒状部を用いて封着される導電体と；
放電容器内に設けられ、小径筒状部の一部から延びる導電体の先端に設けられる電極と；
小径筒状部の封着部に配置され、レーザ照射による小径筒状部の溶融を補助する被照射体と；
放電容器内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】
導電体が電極側に位置する第１の導電体と、放電容器から外へ突出する第２の導電体により構成され、封着部が第１導電体と第２導電体の接合部より電極側に存在す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４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−４０４４７（Ｐ２０１０−４０４４７Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０４７５０（Ｐ２００８−２０４７５０）
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【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２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【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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