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、クラックの発生の問題を回避する。
【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と；小径筒状部１２ａ、１２ｂに挿入された状態で溶融して形成された封止端部１３により封着される金属材料により軸状に構成される導電体２３ａ、２３ｂと；放電容器１内に設けられ、小径筒状部１２ａ、１２ｂの一部へ延びる導電体２３ａ、２３ｂの先端に設けられる電極２Ａと；放電容器内１に封入された放電媒体と；を具備しており、封止端部１３及び導電体２３ａ、２３ｂの境界部において少なくとも一方の金属成分またはその酸化物が他方へ拡散している。
【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と；小径筒状部１２ａ、１２ｂに挿入された状態で溶融して形成された封止端部１３により封着される金属材料により軸状に構成される導電体２３ａ、２３ｂと；放電容器１内に設けられ、小径筒状部１２ａ、１２ｂの一部へ延びる導電体２３ａ、２３ｂの先端に設けられる電極２Ａと；放電容器内１に封入された放電媒体と；を具備しており、封止端部１３及び導電体２３ａ、２３ｂの境界部において少なくとも一方の金属成分またはその酸化物が他方へ拡散している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、透孔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（Ａｌ2Ｏ3）など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、セラミックス製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。
【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、フリットレス封着の際に、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を低減した高圧放電ランプ等を提供する。
【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溶融して形成された封止端部により封着される金属材料により軸状に構成される導電体と；放電容器内に設けられ、小径筒状部の一部へ延びる導電体の先端に設けられる電極と；放電容器内に封入された放電媒体と；を具備しており、封止端部及び導電体の境界部において少なくとも一方の金属成分またはその酸化物が他方へ拡散していることを特徴とする。
【０００８】
導電体を構成する金属材料としては、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、などを用いることができる。
【０００９】
金属酸化物としては、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、導電体の軸径をａとしたときに、導電体の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．１の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
金属酸化物としてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を採用した場合、拡散量は１〜１０ｖｏｌ％が好ましい。拡散量は、境界部分の断面について電子顕微鏡写真を撮影し、単位面積に占める当該金属材料とその酸化物の少なくとも一方が拡散する材料の面積を求めて体積％を推定する。
【００１３】
本発明に係る高圧放電ランプでは、導電体の軸径をａとしたときに、封止端部の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．０８の範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
セラミックスとしてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を採用した場合、拡散量は５〜３０ｖｏｌ％が好ましい。拡散量は、境界部分の断面について電子顕微鏡写真を撮影し、単位面積に占める当該金属材料とその酸化物の少なくとも一方が拡散する材料の面積を求めて体積％を推定する。
【００１５】
本発明に係る照明装置は、請求項１乃至３のいずれか１項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によれば、導電体が、小径筒状部に挿入された状態で溶融して形成された封止端部により封着される金属材料により軸状に構成され、この金属材料がレーザ照射により加熱されて封止端部及び導電体の境界部において少なくとも一方の金属成分またはその酸化物が他方へ拡散しているので、導電体と小径筒状部との熱膨張率差が緩和され、クラックの発生を抑制し信頼性を高めることが可能である。
【００１７】
本発明に係る高圧放電ランプによれば、導電体の軸径をａとしたときに、導電体の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．１の範囲にあるので、試験結果から推測してクラックの発生を抑制する好適な状態が現出される。
【００１８】
本発明に係る高圧放電ランプによれば、導電体の軸径をａとしたときに、封止端部の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．０８の範囲にあるので、試験結果から推測してクラックの発生を抑制する好適な状態が現出される。
【００１９】
本発明に係る照明装置は、請求項１乃至３のいずれか１項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】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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側に存在する耐ハロゲン性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。
【００２７】
本発明の高圧放電ランプは、小径筒状部１２ａ、１２ｂをレーザにより溶融し封止されている。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。
【００２８】
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の接合位置近傍の予定部に対し、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。ニオブ（Ｎｂ）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。この過程において小径筒状部１２ａの一度溶融した封止端部１３へ導電体２３ａを構成する金属材料であるニオブ（Ｎｂ）とその酸化物（Ｎｂ２Ｏ３（一般式では、ＮｂｘＯｙ））の少なくとも一方が拡散する。その後、冷却すれば発光管１Ａの一端側の封止端部１３が形成される。小径筒状部１２ｂに係る他端側も同様に封止端部１３が形成される。封止端部１３の拡大図を、図３に示す。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
＜試作品試験１＞
本実施例では、マウント部材とセラミックス（アルミナ（Ａｌ2Ｏ3））の接合部界面において、マウント部材導電物質であるニオブ（Ｎｂ）とその酸化物（ＮｂｘＯｙ）が異なる拡散距離ｌにて拡散したランプの試作品１〜７を作成し、１５００時間連続点灯させてクラック発生状態の確認試験を行った。拡散距離ｌは図３に示される溶融による封止端部１３におけるニオブ（Ｎｂ）との界面からの距離ｌである。拡散が生じている界面部分の電子顕微鏡断面写真は、概ね図４に示す状態を呈していた。
【００３８】
試作品に係るランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍ、小径筒状部１２ａ、１２ｂの外形１．１ｍｍ、内径１ｍｍであり、封入ガスとしてキセノン（Ｘｅ）を採用し、封入薬品としてはＳｃＩ３−ＮａＩ系のものを用い、マウントを、Ｗ−Ｍｏ−Ｎｂ（封着部は、Ｍｏ−Ｎｂ）としたものを用いた。この結果は図５に示されている通り、拡散の見られない試作品１は、封着の際に熱膨張率差に基づくと思われるクラックが発生した。
【００３９】
上記に対し、界面からの拡散距離が５μｍの試作品２は１０００時間でクラックが発生し、拡散距離が１０μｍの試作品３、拡散距離が１００μｍの試作品４、拡散距離が１５０μｍの試作品５では、１５００時間連続点灯させてもクラック発生を確認することができなかった。また、拡散距離が１７０μｍの試作品６では僅かな亀裂が確認され、拡散距離が７００μｍの試作品７では、１００時間でクラックが発生した。試作品７については、粒界における導電物質の存在過多による粒界強度低下が原因であると思料される。小径筒状部１２ａ、１２ｂの内径が１ｍｍであり、１０μｍから１５０μｍでクラックが見られないことから、導電体の軸径をａとしたときに、拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．１の範囲が好適と結論することができる。
【００４０】
＜試作品試験２＞
更に本実施例では、封止端部１３におけるマウント部材とセラミックス（アルミナ（Ａｌ2Ｏ3））の接合部界面において、マウント部材導電物質であるニオブ（Ｎｂ）側へセラミックス（アルミナ（Ａｌ2Ｏ3））が異なる拡散距離ｌにて拡散したランプの試作品８〜１４を作成し、１５００時間連続点灯させてクラック発生状態の確認試験を行った。拡散距離ｌは図３に示される溶融による封着部分におけるニオブ（Ｎｂ）との界面からの距離ｌである。
【００４１】
試作品に係るランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍ、小径筒状部１２ａ、１２ｂの外形１．１ｍｍ、内径１ｍｍであり、封入ガスとしてキセノン（Ｘｅ）を採用し、封入薬品としてはＳｃＩ３−ＮａＩ系のものを用い、マウント部材を、Ｗ−Ｍｏ−Ｎｂ（封着部は、Ｍｏ−Ｎｂ）としたものを用いた。この結果は図６に示されている通り、拡散の見られない試作品８は、封着の際に熱膨張率差に基づくと思われるクラックが発生したものであった。
【００４２】
上記に対し、界面からの拡散距離が７μｍの試作品９では、１０００時間でクラックが発生した。拡散量が僅かに少ないことが寄与するものと思料される。拡散距離が１０μｍの試作品１０、拡散距離が３０μｍの試作品１１、拡散距離が８０μｍの試作品１２では、１５００時間連続点灯させてもクラック発生を確認することができなかった。また、拡散距離が９０μｍの試作品１３では、１４００時間でクラックが発生した。拡散距離が２００μｍの試作品１４では、２００時間でクラックが発生した。試作品１４については、粒界における導電物質の存在過多による粒界強度低下が原因であると思料される。小径筒状部１２ａ、１２ｂの内径が１ｍｍであり、１０μｍから１５０μｍでクラックが見られないことから、導電体の軸径をａとしたときに、拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．０８の範囲が好適と結論することができる。
【００４３】
図７に、たとえば上記実施例の高圧放電ランプ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】
【００４６】
【図１】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態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の発光管の拡大断面図。
【図３】図２に示す発光管の小径筒状部における封着状態を示す拡大断面図。
【図４】図２に示す発光管の小径筒状部におけるマウント部材との界面における拡散状態を示す拡大断面図。
【図５】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態について、小径筒状部の封着部におけるマウント部材との界面における小径筒状部側への拡散距離を変えた試作品による試験結果を示す図。
【図６】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態について、小径筒状部の封着部におけるマウント部材との界面におけるマウント部材側への拡散距離を変えた試作品による試験結果を示す図。
【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】
１ 放電容器
２Ａ 電極
９ 照明装置
１１ 包殻部
１２ａ、１２ｂ 小径筒状部
１３ 封止端部
２３ａ、２３ｂ 導電体としてのニオブ棒状体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、透孔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（Ａｌ2Ｏ3）など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、セラミックス製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。
【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、フリットレス封着の際に、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を低減した高圧放電ランプ等を提供する。
【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溶融して形成された封止端部により封着される金属材料により軸状に構成される導電体と；放電容器内に設けられ、小径筒状部の一部へ延びる導電体の先端に設けられる電極と；放電容器内に封入された放電媒体と；を具備しており、封止端部及び導電体の境界部において少なくとも一方の金属成分またはその酸化物が他方へ拡散していることを特徴とする。
【０００８】
導電体を構成する金属材料としては、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、などを用いることができる。
【０００９】
金属酸化物としては、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、導電体の軸径をａとしたときに、導電体の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．１の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
金属酸化物としてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を採用した場合、拡散量は１〜１０ｖｏｌ％が好ましい。拡散量は、境界部分の断面について電子顕微鏡写真を撮影し、単位面積に占める当該金属材料とその酸化物の少なくとも一方が拡散する材料の面積を求めて体積％を推定する。
【００１３】
本発明に係る高圧放電ランプでは、導電体の軸径をａとしたときに、封止端部の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．０８の範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
セラミックスとしてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を採用した場合、拡散量は５〜３０ｖｏｌ％が好ましい。拡散量は、境界部分の断面について電子顕微鏡写真を撮影し、単位面積に占める当該金属材料とその酸化物の少なくとも一方が拡散する材料の面積を求めて体積％を推定する。
【００１５】
本発明に係る照明装置は、請求項１乃至３のいずれか１項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によれば、導電体が、小径筒状部に挿入された状態で溶融して形成された封止端部により封着される金属材料により軸状に構成され、この金属材料がレーザ照射により加熱されて封止端部及び導電体の境界部において少なくとも一方の金属成分またはその酸化物が他方へ拡散しているので、導電体と小径筒状部との熱膨張率差が緩和され、クラックの発生を抑制し信頼性を高めることが可能である。
【００１７】
本発明に係る高圧放電ランプによれば、導電体の軸径をａとしたときに、導電体の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．１の範囲にあるので、試験結果から推測してクラックの発生を抑制する好適な状態が現出される。
【００１８】
本発明に係る高圧放電ランプによれば、導電体の軸径をａとしたときに、封止端部の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．０８の範囲にあるので、試験結果から推測してクラックの発生を抑制する好適な状態が現出される。
【００１９】
本発明に係る照明装置は、請求項１乃至３のいずれか１項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】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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側に存在する耐ハロゲン性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。
【００２７】
本発明の高圧放電ランプは、小径筒状部１２ａ、１２ｂをレーザにより溶融し封止されている。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。
【００２８】
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の接合位置近傍の予定部に対し、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。ニオブ（Ｎｂ）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。この過程において小径筒状部１２ａの一度溶融した封止端部１３へ導電体２３ａを構成する金属材料であるニオブ（Ｎｂ）とその酸化物（Ｎｂ２Ｏ３（一般式では、ＮｂｘＯｙ））の少なくとも一方が拡散する。その後、冷却すれば発光管１Ａの一端側の封止端部１３が形成される。小径筒状部１２ｂに係る他端側も同様に封止端部１３が形成される。封止端部１３の拡大図を、図３に示す。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
＜試作品試験１＞
本実施例では、マウント部材とセラミックス（アルミナ（Ａｌ2Ｏ3））の接合部界面において、マウント部材導電物質であるニオブ（Ｎｂ）とその酸化物（ＮｂｘＯｙ）が異なる拡散距離ｌにて拡散したランプの試作品１〜７を作成し、１５００時間連続点灯させてクラック発生状態の確認試験を行った。拡散距離ｌは図３に示される溶融による封止端部１３におけるニオブ（Ｎｂ）との界面からの距離ｌである。拡散が生じている界面部分の電子顕微鏡断面写真は、概ね図４に示す状態を呈していた。
【００３８】
試作品に係るランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍ、小径筒状部１２ａ、１２ｂの外形１．１ｍｍ、内径１ｍｍであり、封入ガスとしてキセノン（Ｘｅ）を採用し、封入薬品としてはＳｃＩ３−ＮａＩ系のものを用い、マウントを、Ｗ−Ｍｏ−Ｎｂ（封着部は、Ｍｏ−Ｎｂ）としたものを用いた。この結果は図５に示されている通り、拡散の見られない試作品１は、封着の際に熱膨張率差に基づくと思われるクラックが発生した。
【００３９】
上記に対し、界面からの拡散距離が５μｍの試作品２は１０００時間でクラックが発生し、拡散距離が１０μｍの試作品３、拡散距離が１００μｍの試作品４、拡散距離が１５０μｍの試作品５では、１５００時間連続点灯させてもクラック発生を確認することができなかった。また、拡散距離が１７０μｍの試作品６では僅かな亀裂が確認され、拡散距離が７００μｍの試作品７では、１００時間でクラックが発生した。試作品７については、粒界における導電物質の存在過多による粒界強度低下が原因であると思料される。小径筒状部１２ａ、１２ｂの内径が１ｍｍであり、１０μｍから１５０μｍでクラックが見られないことから、導電体の軸径をａとしたときに、拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．１の範囲が好適と結論することができる。
【００４０】
＜試作品試験２＞
更に本実施例では、封止端部１３におけるマウント部材とセラミックス（アルミナ（Ａｌ2Ｏ3））の接合部界面において、マウント部材導電物質であるニオブ（Ｎｂ）側へセラミックス（アルミナ（Ａｌ2Ｏ3））が異なる拡散距離ｌにて拡散したランプの試作品８〜１４を作成し、１５００時間連続点灯させてクラック発生状態の確認試験を行った。拡散距離ｌは図３に示される溶融による封着部分におけるニオブ（Ｎｂ）との界面からの距離ｌである。
【００４１】
試作品に係るランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍ、小径筒状部１２ａ、１２ｂの外形１．１ｍｍ、内径１ｍｍであり、封入ガスとしてキセノン（Ｘｅ）を採用し、封入薬品としてはＳｃＩ３−ＮａＩ系のものを用い、マウント部材を、Ｗ−Ｍｏ−Ｎｂ（封着部は、Ｍｏ−Ｎｂ）としたものを用いた。この結果は図６に示されている通り、拡散の見られない試作品８は、封着の際に熱膨張率差に基づくと思われるクラックが発生したものであった。
【００４２】
上記に対し、界面からの拡散距離が７μｍの試作品９では、１０００時間でクラックが発生した。拡散量が僅かに少ないことが寄与するものと思料される。拡散距離が１０μｍの試作品１０、拡散距離が３０μｍの試作品１１、拡散距離が８０μｍの試作品１２では、１５００時間連続点灯させてもクラック発生を確認することができなかった。また、拡散距離が９０μｍの試作品１３では、１４００時間でクラックが発生した。拡散距離が２００μｍの試作品１４では、２００時間でクラックが発生した。試作品１４については、粒界における導電物質の存在過多による粒界強度低下が原因であると思料される。小径筒状部１２ａ、１２ｂの内径が１ｍｍであり、１０μｍから１５０μｍでクラックが見られないことから、導電体の軸径をａとしたときに、拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．０８の範囲が好適と結論することができる。
【００４３】
図７に、たとえば上記実施例の高圧放電ランプ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】
【００４６】
【図１】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態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の発光管の拡大断面図。
【図３】図２に示す発光管の小径筒状部における封着状態を示す拡大断面図。
【図４】図２に示す発光管の小径筒状部におけるマウント部材との界面における拡散状態を示す拡大断面図。
【図５】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態について、小径筒状部の封着部におけるマウント部材との界面における小径筒状部側への拡散距離を変えた試作品による試験結果を示す図。
【図６】本発明の高圧放電ランプにおける実施形態について、小径筒状部の封着部におけるマウント部材との界面におけるマウント部材側への拡散距離を変えた試作品による試験結果を示す図。
【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】
１ 放電容器
２Ａ 電極
９ 照明装置
１１ 包殻部
１２ａ、１２ｂ 小径筒状部
１３ 封止端部
２３ａ、２３ｂ 導電体としてのニオブ棒状体
【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溶融して形成された封止端部により封着される金属材料により軸状に構成される導電体と；
放電容器内に設けられ、小径筒状部の一部へ延びる導電体の先端に設けられる電極と；
放電容器内に封入された放電媒体と；
を具備しており、
封止端部及び導電体の境界部において少なくとも一方の金属成分またはその酸化物が他方へ拡散していることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
導電体の軸径をａとしたときに、導電体の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．１の範囲に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】
導電体の軸径をａとしたときに、封止端部の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．０８の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項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溶融して形成された封止端部により封着される金属材料により軸状に構成される導電体と；
放電容器内に設けられ、小径筒状部の一部へ延びる導電体の先端に設けられる電極と；
放電容器内に封入された放電媒体と；
を具備しており、
封止端部及び導電体の境界部において少なくとも一方の金属成分またはその酸化物が他方へ拡散していることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
導電体の軸径をａとしたときに、導電体の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．１の範囲に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】
導電体の軸径をａとしたときに、封止端部の金属成分またはその酸化物が導電体の軸径方向に拡散する拡散距離ｌが、０．０１ａ≦ｌ≦０．０８の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項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７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−５６０３２（Ｐ２０１０−５６０３２Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２２３８２（Ｐ２００８−２２２３８２）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【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３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【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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