JP2004221091A - 発光容器及びそれを有する高圧放電灯 - Google Patents

Abstract

【課題】胴部における少なくとも中央領域が端末部及び端末部と胴部との境界領域よりも肉薄となるような全体に亘って不均一な肉厚の発光容器及び発光容器を有する高圧放電灯を提供する。
【解決手段】放電空間を形成する胴部と電極部材が挿入される端末部２ａ、２ｂとを透光性セラミック材料から一体に形成し、胴部における中央領域１が端末部ｌ２より肉薄ｌ１とし、端末部の内径が約２ｍｍ以下とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、高圧放電灯用の発光容器に関するものである。
また、本発明は、このような発光容器を有する高圧放電灯に関するものである。

このような発光容器としては、放電空間を形成する胴部及び電極部材が挿入される端末部が一体になったもの（以下、「一体型の発光容器」という。）と、胴部及び端末部を個別の部材として形成し、これらを組み立てたもの（以下、「組立型の発光容器」という。）とがある。組立型の発光容器の場合、端末部を胴郡の開口部に挿入するが、これら接合部の熟損失によってランプ効率が低くなるので、低ワット用の高圧放電灯に用いることができず、中高ワット用の高圧放電灯でも効率重視型の高圧放電灯には用いることができない。したがって、低ワット用の高圧放電灯や効率重視型の中高ワット用の高圧放電灯を製造する場合には、このような不都合のない一体型の発光容器を用いる必要がある。

また、このような高圧放電灯では透光性を高くすることが望ましいので、発光容器の胴部における少なくとも中央領域をできるだけ肉薄にするのが好ましい。一方、電極部材が挿入される発光容器の端末部では、その機械的強度をできるだけ高くすることが望ましいので、できるだけ肉厚にすることが好ましい。さらに、胴部と端末部との境界領域付近では、発光物質が溜まりやすく腐食の進行が速いので、腐食の影響をできるだけ軽減して長寿命を達成するために、できるだけ肉厚にすることが好ましい。したがって、胴部における少なくとも中央領域が端末部及び端末部と胴部との境界領域よりも肉薄となるような全体に亘って不均一な肉厚の発光容器を用いることによって、全体に亘ってほぼ均一の肉厚の発光容器を有する高圧放電灯よりも長寿命のものを製造することができる。

従来、このような一体型の発光容器を形成するに当たり、例えば特開平１０−８１１８３号公報に開示されているようなブロー成形を行う場合、図１に示すように、アルミナのような投光性セラミック材料製のパイプ形状の成形対１（図１Ａ）を上型２と下型３との間に配置し、これら上型２と下型３とを矢印ａ及びｂ方向にそれぞれ移動させて成形体１を固定した後、成形体１の開口部４にエア等の圧力媒体をブローし、放電容器の成形体５（図４Ｂ）を得る。

しかしながら、ブロー成形を行う場合、胴部における少なくとも中央領域が端末部及び端末部と胴部との境界領域よりも肉薄となるような全体に亘って不均一な肉厚の発光容器を製造することはできるが、開口部４からエアをブローする必要があるので、開口部４はある程度の経を有する必要がある。したがって、端末部の内径を所定の値以下、例えば、２ｍｍ以下にするのが困難であり、また可能であったとしても、発光容器として必要な胴部内径（例えば、１−１５ｍｍ）とするのが困難となる。

また、例えば特開平７−１０７３３３号公報に開示されているような鋳込み成形を行う場合、図２に示すように、鋳型６〈図２Ａ〉の開口部７からその内面８にスラリー９（図２Ｂ）をコーティングした後、余剰スラリーを排出して成形体１０（図２Ｃ）を得る。

この場合、開口部７は、余剰スラリーを排出する径を確保すればよいのでその径を２ｍｍ以下（ただし、０．８ｍｍ以上）にすることができるが、鋳込み成形の特質上、胴部における少なくとも中央領域が端末部及び端末部と胴部との境界領域よりも肉薄となるような全体に亘って不均一な肉厚の発光容器を製造することができない．

本発明の目的は、上記制約が緩和されるとともに胴部における少なくとも中央領域が端末部及び端末部と胴部との境界領域よりも肉薄となるような全体に亘って不均一な肉厚の発光容器を提供することである。

本発明の他の日的は、このような発光容器を有する高圧放電灯を提供することである。

本発明による高圧放電灯用の発光容光は、放電空間を形成する胴部と電極部材が挿入される端末部とが透光性セラミック材料から一体に形成され前記胴部における少なくとも中央領域が前記端末部及び前記端末部と胴部との境界領域よりも肉薄とされ、前記端末部の内径が約２ｍｍ以下であることを特徴とするものである。

本発明によれば、胴部における少なくとも中央領域を端末部よりも肉薄にすることによって、胴部の少なくとも中央領域で高い透過率が得られるとともに、端末部に電極部材をガラス封止する際の機械的強度が高くなる。なお、端末部と胴部との境界領域では発光物質が溜まりやすく、したがって腐食が進行しやすい傾向にあるが、端末部と胴部との境界領域を胴部の少なくとも中央観域よりも肉厚にすることによって、腐食の進行による影響が肉厚が発光容器全体に亘ってほぼ均一である場合に比べて小さくなる。その結果、本発明による発光容器は、鋳込み成形によって形成される肉厚が全体に亘ってほぼ均一である発光容岩音に比べてその寿命、したがってそれを有する高圧放電灯の寿命を延ばすことができる。

発光容器を用いて高圧放電灯を製造するに当たり、端末部に挿入される電極部材の径が増大するに従って高圧放電灯点灯時の熟損失が大きくなり、ランプ効率が悪化する。このような悪影響は低ワット用の一体型の発光容器の場合に特に顕著であり・電極部材の径を必要最小限にするのが望ましい。しかしながら、端末部の内径が電極部材の径に比べて著しく大きくなると、高圧放電灯製造後端末部と電極部材との隙間に発光物質が侵入しやすくなり、高圧放電灯の発光色が変化する等の不都合がある。したがって、高圧放電灯製造後の端末部と電極部材との隙間が小さい、すなわち、端末部の内径が電極部材の径に比べて著しく大きくない方が高圧放電灯の特性（色、効率）が良好となる。その結果、端末部の内径を約２ｍｍ以下にするのが好適である。

なお、本発明による発光容器は低ワット〈例えば、１０Ｗ，２０Ｗ，５０Ｗ〉用の高圧放電灯、中ワット（例えば、７０Ｗ，１００Ｗ，１５０Ｗ）用の高圧放電灯や高ワット〈例えば、２５０Ｗ，４００Ｗ〉用の高圧放電灯のうち効率を重視するタイブの高圧放電灯に特に好適であるが、これを中ワット用又は高ワット用のもののうち、例えば演色性を重視するような他のタイブの高圧放電灯に用いることによって、全件に亘ってほぼ均一の肉厚の発光容器を用いたものに比べてランプ効率及び寿命を向上させることができる。

好適には、端末部の内径に対する端末部の軸線方向の長さの比を４以上にする。これによって、端末部における発光容器と電極部材との間の熱膨張羞に起因する熱応力の発生を小さくすることができるので、端末部をガラス封止した際のガラス封止部の信頼性が更に高くなる。

発光容器を用いて高圧放電灯を製造するに当たり、端末部の外径が増大するに従って高圧放電灯点灯時の熱損失が大きくなり、ランプ効率が悪化する。かかるランプ効率の悪化を防止するために、端末部の胴部付近の領域の外径を約４ｍｍ以下にするのが好ましい。

本発明による高圧放電灯は、放電空間を形成する胴部と電極部材が挿入される端末部とが透光性セラミック材料から一体に形成され、前記胴部における少なくとも中央領域が前記端未部及び前記端末部と胴部との境界領域よりも肉薄とされ、前記端末部の内径が約２ｍｍ以下である発光容器を具えることを特徴とするものである。

本発明による高圧放電灯は、このような発光容器を具えることによって、従来に比べて発光容器の端末郡の内径の制約が緩和され、胴部の少なくとも中央領域で高い透過率が得られ、寿命が延び、かつ、特性（色、効率）が良好になる。

なお、端末部における発光容器と電極部材との間の熱膨張差に起因する熟応力の発生を小さくし、端末部をガラス封止した際のガラス封止部の信頼性を更に高くするために、端末部の内径に対する端末部の軸線方向の長さの比を４以上にすることができ、ランプ効率の悪化を防止するために、端末部の胴部付近の領域の外径を約４ｍｍ以下にすることもできる。

本発明による発光容器は、放電空間を形成する胴部と電極部材が挿入される端末部とが透光性セラミック材料から一体に形成されてなる高圧放電灯用の発光容器を製造する方法であって、少なくとも一部が通気性を有する型内に透光性セラミック材料の中空円筒素材をセットし、前記型を少なくとも局所的に加熱又は冷却した状態で前記素材外面と前記型内面との間を減圧させることによって前記素材を前記型に密着させ、その密着状態で前記素材を前記型内面に合致する形状に成形することによって製造される。

このような製造工程によれば、少なくとも一部が通気性を有する型内に透光性セラミック材料の中空円筒素材をセットし、型を少なくとも局所的に加熱又は冷却した状態で素材外面と型内面との間を減圧させることによって素材を型に密着させ、その密着状態で素材を型内面に合致する形状に成形する。このようにして発光容器を形成することによって、従来のようにエアをブローし、余剰スラリーを排出する場合に比べて端末部の内径の制約が緩和され、端末部の内径を、例えば、所望の胴部内径を確保しながら従来不可能であった約２ｍｍ以下にすることができる。

なお、本発明による発光容器は低ワット用の高圧放電灯、中ワット用の高圧放電灯や高ワット用の高圧放電灯のうち効率を重視するタイブの高圧放電灯に特に好適であるが、これを中ワット用又は高ワット用のもののうち、例えば演色性を重視するような他のタイブの高圧放電灯に用いることによって、全体に亘ってはば均一の肉厚の発光容器を用いたものに比べてランプ効率及び寿命を向上させることができる。

好適には、胴部における少なくとも中央領域を、密着状態での前記素材の膨出変形によって端末部及び前記端末部と胴部との境界領域よりも肉薄とする．これによって、発光容器の胴部の少なくとも中央領域で高い透過率が得られるとともに、高圧放電灯の寿命が延びる。

好適には、端末部に相当する筒域で内径が約２ｍｍ以下の中空円筒素材を、型内にセットする。これによって、高圧放電灯の特性が良好になる。

好適には、密着状態での素材の膨出変形によって、端末部の内径に対する端末部の軸線方向の長さの比を４以上にする。これによって、端末部における発光容器と電極部材との間の熱膨張差に起因する熱応力の発生を小さくし、端末部をガラス封止した際のガラス封止部の信頼性を更に高くする。

好適には、中空円筒素材を前記型内で所要の形状に成形した後、端末部の前記胴部付近の領域の外径を更に減少させ、さらに好適には約４ｍｍ以下に減少させる。これによって、ランプ効率の悪化を防止する。

なお、上記方法で製造された発光容器の端末部の各々に電極部材を挿入することによって高圧放電灯の製造することができる。

図３は、本発明による発光容器の実施例の断面図である。この発光容器は、放電空間を形成する略球状の胴部１と電極部材が挿入される端末部２ａ，２ｂとが透光性セラミック材料のアルミナから一体に形成されたものである。

本実施例では、胴部１の外径Ａ、内径ａ及び軸線方向の長さＢをそれぞれ、２−３０ｍｍ，１−１５ｍｍ及び２−５０ｍｍとする。

端末部２ａ，２ｂの各々は、１０−２０ｍｍの軸線方向の長さＬ及び０．５−２．５ｍｍの内径ｄを有する。したがって、内径ｄに対する長さＬの比が４−４０となる。内径ｄに対する長さＬの比の範囲をかかる値に設定することは、端末部２ａ，２ｂと挿入すべき電極部材との問の熱膨張差に起因する熟応力の発生の観点から好適である。

胴部１における中央領域の肉厚ｌ１〈０．５ｍｍ−２０ｍｍ〉は、その内外の圧力差に起因する膨出変形によって端末部２ａ，２ｂの肉厚ｌ２（０．５−３０ｍｍ）及び端末部２ａ，２ｂと胴部１との境界領域の肉厚ｌ３〈０．５−３０ｍｍ〉よりも薄くなっている。このような膨出変形によって成形することによって、従来のような端末部２ａ，２ｂの内径ｄの制約が緩和され、端末部２ａ，２ｂの各々の内径ｄを、所定の胴部内径ａを維持しながら従来不可能であった２ｍｍ以下にすることができ、低ワット用の高圧放電灯に使用する場合には内径ｄを０．２−０．７ｍｍとすることもできる。

中央領域の肉厚ｌ１を端末部２ａ，２ｂの肉厚ｌ２よりも薄くすることによって、胴部１の中央領域で高い透過率が得られるとともに、端末部２ａ，２ｂに電極部材をガラス封止する際の機械的強度が高くなる．また、中央領域の肉厚ｌ１を端末部２ａ，２ｂと胴部１との境界領域の肉厚ｌ３よりも薄くすることによって、腐食の進行による影響が小さくなり、その結果、高圧放電灯の寿命を延ばすことができる。

さらに、内径ｄを２ｍｍ以下にすることによって、高圧放電灯製造後の端末部２ａ，２ｂの各々とそれに挿入される電極部材との隙間を小さくすることができ、高圧放電灯の特性が良好になる。

図４Ａ−４Ｄは、本発明による発光容器の変形例の断面図である。図４Ａに示す発光容器は、胴部ｌ１と一体になった段付き形状の端末部１２ａ，１２ｂを具える。

このような発光容器を具える高圧放電灯では、端末部１２ａ，１２ｂの胴部ｌ１付近の領域の外径Ｄ１が増大するに従って高圧放電灯点灯時の熱損失が増大し、その結果、ランプ効率が悪化する。したがって、端末部の外径を必要最小限にすることが望ましく、特に低ワット用の一体型発光容器を具える場合にはこのような熱損失の影響が大きくなり、外径Ｄ１を４ｍｍより大きくした場合には十分なランプ効率を得にくくなる。それに対して、外径Ｄ１を１ｍｍよりも小さくした場合、十分な肉厚が得られないために高圧放電灯製造時にクラック等が生じる場合がある。その結果、外径Ｄ１を１−４ｍｍとする。

また、このような段付き形状によって端末部１２ａ，１２ｂの先端領域付近の外径Ｄ２を外径Ｄ１よりも大きくすることによって、端末部１２ａ，１２ｂの機械的強度が向上する。

図４Ｂに示す発光容器は、胴部２１と一体になった略テーパ形状の端末部２２ａ，２２ｂを具える。この場合も、ランプ効率及び機械的強度の観点から端末部２２ａ，２２ｂの胴部２１付近の領域の外径Ｄ３を１−４ｍｍとする。

図４Ｃに示す発光容器は、胴部３１と一体になった部分段付き形状の端末部３２ａ，３２ｂを具える。

ニオブ部材、モリブデン部材及びタングステン部材からなる電極部材を端末部３２ａ，３２ｂにそれぞれ挿入する場合、モリブデン部材が挿入される部分は、それ以外の部分よりも高い機械的強度が要求されるので、その部分の外径Ｄ４すなわちその部分の肉厚を、端末部３２ａ，３２ｂのそれ以外の部分よりも大きくする。

それに対して、端末部３２ａ，３２ｂの先端領域付近でガラスのような封止材の流れなどを目視によって確認する場合、先端領域付近の肉厚をできるだけ薄くするのが好ましい。また、アルミナのような透光性セラミック材料とニオブとの問の熱膨張係数の差が比較的小さいので高い機械的強度が要求されず、先端領域付近の肉厚すなわち外径Ｄ５を外径Ｄ４よりも小さくしても封止時にクラック等が生じる場合が少ない．

その結果、このような発光容器は、ニオプ部材、モリプデン部材及びタングステン部材からなる電極部材を挿入する場合に特に有利である。なお、この場合も、ランプ効率及び機械的強度の観点から端末部３２ａ，３２ｂの胴部３１付近の領域の外径Ｄ６を１−４ｍｍとする。

図４Ｄに示した発光容器は、胴部４１と一体になった略紡錘形状の端末部４２ａ，４２ｂを具える。この場合も、モリブデン部材が挿入される部分の外径Ｄ７を他の部分の外径よりも大きくするとともに先端領域付近すなわちニオプ部材が挿入される部分の外径Ｄ８を外径Ｄ７よりも小さくすることによって、ニオプ部材、モリプデン部材及びタングステン部材からなる電極部材を挿入する場合に特に有利であり、ランプ効率及び機械的強度の観点から端末部４２ａ，４２ｂの胴部４１付近の領域の外径Ｄ９を１−４ｍｍとする。

なお、図３及び図４Ａ−４Ｄに示した端末部の形状は、後に説明するような研磨等によって得られる。

次に、発光容器の製造工程を現明する。
図５は、本発明による発光容器の製造工程を説明するための図であり、図６は、本発明による発光容器の製造工程のフローチャートである。なお、図５に示した発光容器成形用の型は、通気性のある中子５１ａ，５１ｂとそれに接着された真空用パッキン５２ａ，５２ｂによって形成された真空室５３を有し、成形時に少なくとも中子５１ａ，５１ｂが加熱又は冷却される。

中子５１ａ，５１ｂは、通気性のあるものであれば任意のものが使用可能である。具体的には、中子５１ａ，５１ｂの表面が少なくとも開気孔を持った多孔質材、細粒のビーズを自己融合やバインダーで結合したもの、ワイヤを屈曲加工後集合し、所望形状にプレス成形したもの、細孔のパンチングメタル、網状材を所望形状に塑性変形させたもの、通常使用される型材質に複数の孔をあけて通気性を持たせたもの等から形成されていることが好ましい。

先ず、純度９９．９％以上の高純度アルミナ粉末に、酸化マグネシウムを７５０ｐｐｍ、メチルセルロースを４重量％、ポリエチレンオキサイドを２重量％、ステアリン酸を５重量％、水を２３重量％をそれぞれ混合し、ニーダで１５分間混練する。

その後、このようにして得られた混練物を原料調達してパイプ状の成形体（図示せず）にし、この成形体を、中子５１ａ及び真空用パッキン５２ａと中子５１ｂ及び真空用パッキン５２ｂとの問に配置し及び固定する。このように固定された成形体を真空ポンプ５４を用いて真空吸引することによって、成形体の透光性セラミック材料が中子５１ａ，５１ｂの表面に沿って密着するようにパイプ状の成形体を変形させて、型形状に従った端末部及び胴部を形成し、一体型の発光容暑旨の成形体を得る。

このようにして得られた成形体は、乾燥、端末部の研磨等の加工、仮焼後に真空又はＨ_２雰囲気中で本焼成して、図３，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ又は４Ｄに示したような発光容器を得る。

図７は、本発明によって製造される高圧放電灯の実施の形態を示す図である．図７において、石英ガラス又は硬質ガラスによって構成された外管６１内に、セラミック放電管６２が収容されており、外管６１の中心軸線及びセラミック放電管６２の中心軸緑とは一致している。

外管６１の両端は、口金６３ａ，６３ｂによって密閉されている。セラミック放電管６２は、図３に図示したような発光容器６４と、一端が発光容器６４の胴部によって形成された内部空間に露出するとともに他端が発光容器６４の外部に露出するように発光容器６４の端末部にそれぞれ挿入された電極部材６５ａ，６５ｂとを具える。なお、電極部材６５ａ，６５ｂをそれぞれ従来既知の任意の構成のものとすることができる。

セラミック放電管６２を、２本のリード線６６ａ，６６ｂによって保持し、これらリード線６６ａ，６６ｂをそれぞれ、ホイル６７ａ，６７ｂを通じて口金６３ａ，６３ｂに接続する。

次に、本発明による高圧放電灯の製造工程を説明する。
図８は、本発明による高圧放電灯の製造工程の第１例を示すフローチャートである。この製造工程では、図６に示した発光容器の製造工程に従って発光容器の本焼体を得るのと同時又はその前後に電極部材を加工し又は組み立て、その電極部材を発光容器の端末部にそれぞれ挿入し、電極部材と端末部との隙間をガラス封止する。

図９は、本発明による高圧放電灯の製造工程の第２例を示すフローチャートである。この製造工程では、図６に示した発光容器の製造工程に従って発光容器の本焼体を得るのと同時又はその前後に電極部材を加工し又は組み立て、その電極部材を発光容器の端末部にそれぞれ挿入し、電極部材と端末部とを一体焼成する。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、本発明による高圧放電灯用の発光容器では、その胴部の形状を紡錘形状にしたが、この形状を、管状、球状等の他の任意の形状とすることができる。透光性セラミック材料としてアルミナを用いる代わりに、イットリア、アルミナイットリアガーネット、石英等の他の透光性材料を用いることもできる。

本発明によって製造される高圧放電灯用の発光容器の成形体を得るに当たり、真空吸引を行う代わりに、中子及び真空用パッキンとパイプ状の成形体との間並びに中子及び真空用パッキンとパイプ状のパイプ状の成形体との問の気圧を、パイプ状の成形体の内圧に比べて低くすることもできる。また、発光容器の端末部の成形を、真空吸引成形後の延伸によって行うこともできる。

本発明によって製造される高圧放電灯は、図３に示したような発光容器の代わりに図４Ａ−４Ｄに示したような発光容器を有することもできる。本発明によって高圧放電灯を製造するに当たり、他の既知の製造工程によって高圧放電灯を得ることができ、例えば、ガラス封止又は一体焼成の代わりに電極部材と発光容器の端末部との間を溶接することもできる。

ブロー成形を説明するための図である。 鋳込み成形を説明するための図である。 本発明によって製造される発光容器の実施例の断面図である。 本発明によって製造される発光容器の変形例の断面図である。 本発明による発光容器の製造工程を説明するための図である。 本発明による発光容器の製造工程のフローチャートである。 本発明による高圧放電灯の実施の形態を示す図である。 本発明による高圧放電灯の製造工程のフローチャートである。 本発明による高圧放電灯の製造工程のフローチャートである。

Claims (6)

1. 放電空間を形成する胴部と電極部材が挿入される端末部とが透光性セラミック材料から一体に形成され、前記胴部における少なくとも中央領域が前記端末部及び前記端末部と胴部との境界領域よりも肉薄とされ、前記端末部の内径が約２ｍｍ以下であることを特徴とする高圧放電灯用の発光容器。
2. 前記端末部の内径に対する前記端末部の軸線方向の長さの比が４以上であることを特徴とする、請求項1記載の発光容器。
3. 前記端末部の前記胴部付近の領域の外径が約４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項1記載の発光容器
4. 放電空間を形成する胴部と電極部材が挿入される端末部とが投光性セラミック材料から一体に形成され、前記胴部における少なくとも中央領域が前記端末部及び前記端末部と胴部との境界領域よりも肉薄とされ、前記端末部の内径が約２ｍｍ以下である発光容器を具えることを特徴とする高圧放電灯。
5. 前記端末部の内径に対する前記端末部の軸線方向の長さの比が４以上であることを特徴とする、請求項４記載の高圧放電灯。
6. 前記端末部の前記胴部付近の領域の外径が約４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４記載の高圧放電灯

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