JP2001283780A - 反射鏡内蔵キセノンランプ - Google Patents

反射鏡内蔵キセノンランプ

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JP2001283780A
JP2001283780A JP2000098819A JP2000098819A JP2001283780A JP 2001283780 A JP2001283780 A JP 2001283780A JP 2000098819 A JP2000098819 A JP 2000098819A JP 2000098819 A JP2000098819 A JP 2000098819A JP 2001283780 A JP2001283780 A JP 2001283780A
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JP
Japan
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reflector
xenon lamp
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aluminum nitride
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JP2000098819A
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English (en)
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Michio Asai
道生 浅井
Haruaki Ohashi
玄章 大橋
Isamu Hasegawa
勇 長谷川
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NGK Insulators Ltd
NGK Optoceramics Co Ltd
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NGK Insulators Ltd
NGK Optoceramics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基体の放熱性を高めるとともに、金属部品を
固定するロウ材等が熱膨張差による変形を起こさないよ
うな金属部品との密着性及び反射面の反射性等の向上を
図った反射鏡内蔵キセノンランプを提供する。 【解決手段】 ランプ本体となる円筒状基体1は窒化ア
ルミニウムを主成分として焼結され、その内側空間は放
物面状の反射鏡2として形成されており、その反射鏡2
の表面は第1被膜の炭化珪素膜を介して銀蒸着膜が第2
被膜として施されている。反射鏡2の開口側には投光用
の円盤状サファイヤ製の窓部3が配置され、サファイヤ
窓部3の外周は取り付け金具4にロウ付けされていて、
窓部3は、その取り付け金具4が金属リング5により気
密にろう付けされることで基体1に固着されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の光学装置等
としてアーク放電を使用する反射鏡内蔵キセノンランプ
に関し、特に基体における放熱性の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】アーク放電を点光源として利用する反射
鏡内蔵キセノンランプは、反射鏡によりランプ前面から
強力な平行光又は強力な集束光を発生させることが可能
であり、反射鏡内蔵キセノンランプの本体となる基体に
は、加工の容易性、強度及び価格等の面からアルミナか
ら作成されることが多い。また、反射鏡内蔵キセノンラ
ンプではアーク放電により高熱が発生するが、熱膨張率
の大きいアルミナを使用することにより本体以外の金
属、窓部等の主要な材料とのマッチングも図られてい
る。
【0003】また、ランプ本体における熱の発生源は陽
極と陰極の電極間に発生するアークであり、非常に高温
になりやすいため発生する熱を速やかに放熱フィン等か
ら外部に放熱することも重要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記反
射鏡内蔵キセノンランプにおける熱対策は低ワットのラ
ンプには効果が認められるが、ランプサイズの大きな高
ワットタイプにおいては基体から熱を放熱しきれず金属
部品が異常に高温になり、金属部品とアルミナ基体間の
熱膨張差によるクラック又はワレなどが発生するという
問題があり、ランプの小型化及び高輝度化には限界があ
った。
【0005】本発明は、前記問題を鑑みてなされたもの
であり、基体の放熱性を高めるとともに、金属部品を固
定するロウ材等が熱膨張差による変形を起こさないよう
な金属部品との密着性及び反射面の反射性等の向上を図
った反射鏡内蔵キセノンランプを提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1に係る
本発明は、放熱する基体の内側に椀状の反射鏡を有し、
該反射鏡の底部に中心軸に沿って陽極を配置するととも
に、該陽極に対向する状態で陰極を該反射鏡の開口部に
位置決めし、該開口部をサファイア窓部で封止してなる
反射鏡内蔵キセノンランプにおいて、該基体を、熱伝導
率の高い窒化アルミニウムとし小型で高輝度を得ること
を特徴とする。これにより、窒化アルミニウムは熱伝導
率が高いため基体の放熱性に優れ、小型サイズでも高輝
度ランプを得ることが可能となる。窒化アルミニウムで
ある基体は、窒化アルミニウム単体のみからなる焼結体
に限られず、窒化アルミニウムを主成分として、各種の
金属酸化物焼結助剤等の添加物を添加したものであって
もよい。特に請求項2に係る発明は、基体を、イットリ
ア2〜6重量%を含有する熱伝導率の高い窒化アルミニウ
ムとした、請求項1記載の反射鏡内蔵キセノンランプで
ある。イットリア(Y23)は焼結助剤として働き、2〜6
重量%添加した場合、イットリアが窒化アルミニウムの
粒界に存在し熱伝導に寄与することで熱伝導率が向上す
るため、放熱性の高い反射鏡内蔵キセノンランプが得ら
れ、中でもイットリアを5重量%添加した場合には190
W/m・Kという高い値を示す。なお、2重量%を下回る
場合には、粒界に存在するイットリアが熱伝導率を低下
させてしまい、6重量%を上回る場合には反射鏡内蔵キ
セノンランプの基体として好適ではなかった。
【0007】請求項3に係る発明は、反射鏡は、前記基
体の内側にある椀状表面に形成したセラミックスからな
る第1被膜と、銀又は銀合金の第2被膜とからなる請求
項1又は2記載の反射鏡内蔵キセノンランプである。こ
れにより、反射鏡となる銀又は銀合金の第2被膜が、基
体の内側にある椀状表面とセラミックスからなる第1被
膜を介して積層されることにより、セラミック第1被膜
が窒化アルミニウム焼結体と熱膨張係数が近似している
ため加熱時に剥離することが無く、反射鏡が安定してい
る。特に請求項4に係る発明のように、第1被膜のセラ
ミックス膜は、窒化珪素(Si 3N4)、炭化珪素(SiC)又は
窒素酸化アルミニウム(AlON)のうち少なくとも一種を含
むことが好ましい。窒化珪素、炭化珪素又は窒素酸化ア
ルミニウムは、反射鏡内蔵キセノンランプのように高温
と室温が繰り返される様な条件下でも安定しており、ま
た窒化アルミニウム及び銀又は銀合金との密着性も良
く、耐蝕性にも優れる。中でも炭化珪素は、窒化アルミ
ニウムと熱膨張係数が近似しているため第1被膜のセラ
ミックス膜として最適である。
【0008】また、請求項5に係る発明は、基体は、放
熱フィン等の外部金具と、少なくとも第1層が銅又は銅
系合金で基体側に形成され、その第1層と外部金属の端
部とを接合する第2層が活性化合金で結ばれている反射
鏡内蔵キセノンランプである。これにより、窒化アルミ
ニウムでなる基体から外部金具が熱膨張差から剥離する
こともない。ここで、外部金具の材質は、コバール、モ
リブデン、モリブデン合金、タングステン及びタングス
テン合金からなる群より選ばれた金属であることが好ま
しく、活性化合金層とのぬれ性に優れている。また、請
求項6に係る発明は、第2層の活性化合金は、銅を50〜
99重量%、アルミニウムを 0.5〜20重量%及びチタン、
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ及びベ
リリウムからなる群より選ばれた1種以上の活性金属を
0.5〜5重量%含有してなる反射鏡内蔵キセノンランプ
である。更に、請求項7に係る発明は、請求項1又は2
記載の反射鏡内蔵キセノンランプを製造する方法であっ
て、窒化アルミニウムで形成した基体の表面における気
孔存在率を 0.5〜15%にする工程を含めた反射鏡内蔵キ
セノンランプの製造方法である。特に窒化アルミニウム
を成形し焼結した基体の表面を研磨することにより、表
面に多く分布した多孔質なイットリアリッチ層を除去し
て安価に表面における気孔存在率を制御できる。気孔存
在率が0.5%を下回るようであるとアンカー効果が得ら
れないためメタライズ層の密着性が悪くなる一方、15%
を上回るようだとメタライズ層が基板内へ進入するため
メタライズ層が形成できない。特に望ましいメタライズ
層が形成される範囲は0.5〜5%である。なお、気孔存在
率を得る手段は、表面からの断面積を顕微鏡写真で撮影
し、気孔面積を画像処理から演算する手段がある。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施例に基
づき説明する。図1は本発明に係るランプの中央縦断面
における説明図である。ランプ本体となる円筒状基体1
は窒化アルミニウムを主成分として焼結され、その内側
空間は放物面状の反射鏡2として形成されており、その
反射鏡2の表面は第1被膜の炭化珪素膜を介して銀蒸着
膜が第2被膜として施されている。反射鏡2の開口側に
は投光用の円盤状サファイヤ製の窓部3が配置され、サ
ファイヤ窓部3の外周は取り付け金具4にロウ付けされ
ていて、窓部3は、その取り付け金具4が金属リング5
により気密にろう付けされることで基体1に固着されて
いる。この基体1と金属リング5とのロウ付け箇所は、
窒化アルミニウム製基体1の表面に銅または銅系合金の
メタライズ層を形成し、そのメタライズ層と金属リング
5の端部とを、銅を50〜99重量%、アルミニウムを 0.5
〜20重量%及びチタン、ジルコニウム、ハフニウム、バ
ナジウム、ニオブ及びベリリウムからなる群より選ばれ
た1種以上の活性金属を0.5〜5重量%含有してなる活
性化合金により接合している。また、反射鏡2の底部側
には、中心に陽極7を取り付けた金属製台座6が取り付
けられ、基体1と金属製台座7は金属リング8を用いて
気密にロウ付けされている。なお、金属製台座6の背面
に抜ける排気パイプ9はキセノンガスを封入するために
ロウ付けされている。タングステン製陽極7に対向する
同軸上には、タングステン製陰極10がアーク放電する電
極間距離を保って配置されている。陽極7の先端部は角
を面取りして平坦に形成され、陰極10の先端部は鋭角状
に形成されている。また、陽極7は金属製台座6にロウ
付けで気密に封着されており、陰極10はモリブデンから
なる陰極支持用リング11 を介して3枚のモリブデン製
の陰極支持板12 に銅ロウで固着されている。さらに、
陰極支持板12の外周端には取り付け金具4に銅ロウで固
着されている。
【0010】次に、図1に係る反射鏡内蔵キセノンラン
プの製造方法を説明する。窒化アルミニウム(AlN)粉末
に、焼結助剤となるイットリア(Y2O3)等及びバインダー
溶液を添加して粉砕した混合粉末から、CIP成形により
全体に圧力を均一に付与して焼成時の収縮バラツキを小
さくした成形体を作成する。その成形体を仮焼成してバ
インダーを除去し、窒素雰囲気中で本焼成する。得られ
た窒化アルミニウム焼結体の表面は、イットリアリッチ
層となる。かかる状態の表面に、メタライズ及び内面の
椀状表面へセラミックからなる第1被膜を形成すること
も可能であるが、イットリアリッチ層は気孔存在率は大
きいため、メタライズ強度及びセラミックからなる第1
被膜の平滑性の面で問題がある。そこで、椀状表面の表
面を粗研磨することで、表面に形成されたイットリアリ
ッチ層を除去し、残った椀状表面が気孔存在率を0.5〜1
5%、より好ましくは0.5〜5 %の密構造にする。ここ
で、表面のイットリアリッチ層をほぼ100μmの厚み
で粗研磨を行なった場合には、気孔存在率は5%であっ
た。次に、内面の椀状表面へのセラミックからなる第1
被膜の形成はSi源をメチルトリクロロシランや四塩化
珪素等として直接にCVD法により200μmほどの厚
みで炭化珪素(SiC)膜を形成する。炭化珪素膜は熱
膨張係数が5×10 -4と窒化アルミニウム焼結体に近い
ため加熱時に剥離することが無く安定している。更にこ
の炭化珪素(SiC)膜の表面を、Ra0.09μm程度まで研磨
する。
【0011】一方、放熱フィン又は陰極固定金具などの
外部金具を取り付けるための銅または銅合金である第1
のメタライズ層を形成する。この第1の層は、各金属又
は合金の粉末を媒体に分散させたペーストを、窒化アル
ミニウム焼結体の表面に塗布し、乾燥脱脂後に非酸化雰
囲気中で高温で焼成して形成する。このメタライズ形成
を行う窒化アルミニウム焼結体は、粗研磨し密構造とな
った表面の気孔存在率が15%以下のためメタライズ層は
基板内へ進入せずに表面に形成され、気孔存在率が0.5
%以上のためアンカー効果によりメタライズ層の密着性
が高まり剥離しにくい。これにより、基体1の全体処理
が完了する。次に、基体1に金属化処理した第1の層と
外部金具の端部とを、第2の活性化合金を介して接合す
る。この第2層の活性化合金は、銅を 50〜99重量%、
アルミニウムを0.5〜20重量%及びチタン、ジルコニウ
ム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ及びベリリウムか
らなる群より選ばれた1種以上の活性金属0.5〜5重量%
含有して混合されており、この第2層のろう材の融点を
第1層を構成するロウ材より低く調製してロウ付けを行
う。更に、基体の反射鏡を形成するための、基体の椀状
表面に対する銀蒸着処理を外部金具を取り付けた後に行
ない、反射鏡及び外部金具が取り付けられた基体1の処
理が完成する。そして、陰陽極電極等を取り付けサファ
イア窓で封止し、キセノンガスを封入することにより反
射鏡内蔵キセノンランプが得られる。
【0012】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
係わる反射鏡内蔵キセノンランプは、窒化アルミニウム
で形成した基体により放熱性を高めるとともに、セラミ
ック被膜を介した反射鏡は安定性及び反射性に優れ、金
属部品を固定するロウ材は熱膨張差による変形を起こさ
ないとの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る反射鏡内蔵キセノンランプの中央
縦断面における図である。
【符号の説明】
1・・基体、2・・反射鏡、3・・窓部、4・・取り付
け金具、5,8・・金属リング、6・・金属製台座、7
・・陽極、9・・排気パイプ、10・・陰極、11・・
陰極支持用リング、12・・陰極支持板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 玄章 名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日本碍子 株式会社内 (72)発明者 長谷川 勇 愛知県小牧市大字下末字五反田434番地の 3 エヌジーケイ・オプトセラミックス株 式会社内 Fターム(参考) 5C039 AA03 5C043 AA09 AA15 CC05 CC12 CD12 DD03 DD11 DD31 EA02 EA14 EB16

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放熱する基体の内側に椀状の反射鏡を有
    し、該反射鏡の底部に中心軸に沿って陽極を配置すると
    ともに、該陽極に対向する状態で陰極を該反射鏡の開口
    部に位置決めし、該開口部をサファイア窓部で封止して
    なる反射鏡内蔵キセノンランプにおいて、 該基体を、熱伝導率の高い窒化アルミニウムとした小型
    で高輝度を得ることを特徴とする反射鏡内蔵キセノンラ
    ンプ。
  2. 【請求項2】 前記基体を、イットリア2〜6重量%を
    含有する熱伝導率の高い窒化アルミニウムとした請求項
    1記載の反射鏡内蔵キセノンランプ。
  3. 【請求項3】 前記反射鏡は、前記基体の内側にある椀
    状表面に形成したセラミックスからなる第1被膜と、銀
    又は銀合金の第2被膜とからなる請求項1又は請求項2
    記載の反射鏡内蔵キセノンランプ。
  4. 【請求項4】 前記第1被膜のセラミックス膜は、窒化
    珪素、炭化珪素又は窒素酸化アルミニウムのうち少なく
    とも一種を含む請求項3記載の反射鏡内蔵キセノンラン
    プ。
  5. 【請求項5】 前記基体は、外部金具と少なくとも第1
    層が銅又は銅系合金で第2層が活性化合金で結ばれてい
    る請求項1又は請求項2記載の反射鏡内蔵キセノンラン
    プ。
  6. 【請求項6】 前記第2層の活性化合金は、銅を50〜99
    重量%、アルミニウムを0.5〜20重量%及びチタン、ジ
    ルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ及びベリ
    リウムからなる群より選ばれた1種以上の活性金属を0.
    5〜5重量%含有してなる請求項5記載の反射鏡内蔵キ
    セノンランプ。
  7. 【請求項7】 請求項1又は請求項2記載の反射鏡内蔵
    キセノンランプを製造する方法であって、窒化アルミニ
    ウムで形成した基体の表面における気孔存在率を0.5〜1
    5%にする工程を含めた反射鏡内蔵キセノンランプの製
    造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1494265A3 (en) * 2003-07-02 2005-10-12 Lg Electronics Inc. Lighting apparatus using microwave energy
JP2010009952A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Kyocera Corp 光透過窓接合体およびランプ

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