JP2005251661A

JP2005251661A - メタルハライドランプの製造方法、メタルハライドランプおよび照明装置

Info

Publication number: JP2005251661A
Application number: JP2004063437A
Authority: JP
Inventors: Takahito Kashiwagi; 孝仁柏木; Masazumi Ishida; 正純石田; Mikio Matsuda; 幹男松田; Sadao Sakaguchi; 貞雄坂口
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】メタルハライドランプの破損や破裂を引き起こす虞が低減されるメタルハライドランプを製造する方法およびメタルハライドランプを提供すること。
【解決手段】電極の封止部に埋設される部分６ｂに、ガラス粉末と金属粉または金属酸化物粉の混合体を焼結させた焼結スリーブ５を配設し、電極マウント９を封止部４に挿入し、放電容器封止部４および焼結スリーブ５を加熱溶融し焼結スリーブ５を封止部３に埋設するとともに放電容器封止部４を気密に封止してメタルハライドランプを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は石英ガラスを放電容器とするメタルハライドランプの製造方法、メタルハライドランプおよび照明装置に関する。

近年、メタルハライドランプは、他の放電ランプと比較して、光色がよくまた、点光源を得られるため、投光照明、画像表示および車両用のヘッドランプなどの多種に亘って用いられている。

このようなメタルハライドランプは、高輝度・点光源化を達成するため、一般的に、点灯時のランプ内圧が非常に高く、耐圧容器としての高信頼性が要求される。特に、電極の軸部分と放電容器である石英ガラスが封着される部分での歪やクラックが生じやすい。そ電極部分と封着される部分の石英ガラスに歪やクラックが生じると放電容器の放電空間部分が高圧になっているため破裂などを生じる虞がある。

このような歪やクラックによる破損や破裂を抑止するため、電極と石英ガラスとが封着される部分にスリーブを配設することが行われている。

例えば、特許文献１には、電極軸部に石英スリーブを被せるという簡単で安価な構造により、封止部における電極軸部をピンチシールした部分のうち放電空間に近い部分の肉厚を厚くすることができ、そのピンチシール部において歪やクラックの発生を防止することができる放電ランプが開示されている。

また、特許文献２には、ランプの発光手段を正確に位置決めするためのリード線用の密閉および支持手段について工夫がなされている。導電性リード線構造は、電極棒と、金属箔と、外部リード線とを有しており、これらは、ガラス質材料の粒子を圧縮成形して焼結して構成した焼結石英体によって取り囲まれて、放電容器の封止部に密閉されている。この焼結石英体は、放電容器の放電空間に臨在するようにされている。
さらに、特許文献３には、高い耐圧強度を有する高圧放電ランプを提供するため、封止部が、発光管から延在した第１のガラス部と、第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられたガラス粉末を圧縮形成してなるガラスではないガラス部からなる第２のガラス部とを有しており、そして、封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有している高圧放電ランプが開示されている。
特開平１１−１６２４０７号公報特開平６−２０８８３１号公報特開２００３−２３４０８５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、電極軸部に石英スリーブを被せているため、電極軸と封着される石英ガラスとの膨張率の差により、電極軸部と石英ガラス部分で歪やクラックが生じる。また、石英スリーブと放電容器の石英ガラスが封止工程で加熱溶融されると放電容器と石英スリーブは一体化しているので、電極軸部で発生した歪やクラックが放電容器まで伝達されランプの破損や破裂を抑制することができない虞がある。

さらに、特許文献２に記載されている技術では、電極の軸部がガラス質材料の粒子を圧縮成形して焼結して構成した焼結石英体によって取り囲まれているが、放電容器とこの焼結石英はほぼ同じ熱膨張係数を有しているためこの２つに部材間での歪やクラックが最小となると記載されている。しかしながら、電極軸と焼結石英間でのクラックが放電容器に成長する虞は解消されず、さらに、特許文献２では放電空間内に焼結石英材が臨在している。これでは、焼結石英は石英ガラスと比較して、アルカリなどの不純物を含有しやすい。そのため、放電空間に焼結石英が臨在すると焼結石英内の不純物が金属ハロゲン化物と反応したり焼結石英の不純物が放電空間に拡散して電極や放電空間管壁との反応を促進したりしてランプ特性を低下させる虞がある。

また、特許文献３に記載されている技術では、スリーブ材としてバイコール製のガラスのような硬質ガラスを用いている。しかしながらこのような硬質ガラスでは熱膨張係数が石英ガラスと同等であるため特許文献１と同様の問題が生じるものである。

本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであり、電極軸部に生じる歪やクラックが成長してランプの破損や破裂することを抑止するメタルハライドランプを提供するものである。

請求項１の発明のメタルハライドランプの製造方法は、石英ガラスにより形成され、内部に放電空間を有し、放電空間の少なくとも一端に封止部を有した放電容器と、一端が放電空間に臨在し他端が気密容器の封止部に埋設される少なくとも一対の電極と、端部が気密容器の封止部から突出し、電極に電力を供給する導電部と、放電空間内に封入された金属ハロゲン化物を含む放電媒体と、を具備している放電ランプを製造する方法において、電極の封止部に埋設される部分に、金属粉、金属酸化物粉、ホウ素粉およびホウ素化合物粉から選択された粉体とガラス粉末との混合体を焼結させた焼結スリーブを配設し、電極および導電部を電気的に接続させた状態で、電極、焼結スリーブおよび導電部を放電容器封止部に挿入し、放電容器封止部および焼結スリーブを加熱溶融し焼結スリーブを封止部に埋設するとともに放電容器封止部を気密に封止することを特徴とする。

焼結スリーブは、酸化ケイ素からなるガラス粉が５０％以上含有されている事が好ましく、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ｂａ、ＢａＯ、Ｃａ、ＣａＯ、Ｚｒ、ＺｒＯ₂、Ｔｉ、ＴｉＯ₂、Ｔａ、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｔｌ、Ｔｌ₂Ｏ、Ｖ、Ｖ₂Ｏ₅、Ｂｉ、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｃｄ、ＣｄＯ、Ｗ、ＷＯ₃、Ｐｂ、ＰｂＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ｍｎ、ＭｎＯ₂、Ｍｏ、ＭｏＯ₃、Ｂ、Ｂ₂Ｏ₃の中から一種または複数種選択される金属粉、金属酸化物粉、ホウ素およびホウ素化合物を混合し、焼結して管状に成形し焼結したものを用いる。このようにして得られる焼結スリーブは、熱膨張率が10×10^-7/℃以上70×10^-7以下であり、かつ軟化点が1200℃以上となって構成される。さらに、熱膨張率は、電極軸がタングステン材を用いた場合には、タングステンの熱膨張率が40×10^-7であるため、焼結スリーブの熱膨張率は、10×10^-7/℃以上40×10^-7以下が好ましい

焼結スリーブを上記のように構成することによって熱膨張率は電極軸を構成する高融点金属材と近似し電極軸と強固に封着できる。また、焼結スリーブと石英ガラスの熱膨張率の差によって、焼結スリーブと石英ガラスの境界でクラックなどを生じてしまうが、このクラックは石英ガラスとの境界で発生するため石英ガラスの外表面には現れることがなく、ランプ自体の破損や破裂を引き起こす虞が低減される。

さらに、軟化点が１２００℃以上であるため封止工程の石英ガラスを溶融させるときにも焼結スリーブが融け落ちることがないため、製造しやすい利点がある。

請求項２の発明のメタルハライドランプは、石英ガラスにより形成され、内部に放電空間を有し、放電空間の少なくとも一端に封止部を有した気密容器と、一端が放電空間に臨在し他端が気密容器の封止部に埋設される少なくとも一対の電極と、端部が気密容器の封止部から突出し、電極に電力を供給する導電部と、放電空間内に封入された金属ハロゲン化物を含む放電媒体と、を具備するメタルハライドランプであって、気密容器の封止部に埋もれている電極の周囲に圧縮応力が印加される圧縮歪部を有し、圧縮歪部の周面に沿った境界クラックが形成され、圧縮歪部にガラスともに金属およびホウ素の少なくとも一方を含有していることを特徴とする。

本発明のメタルハライドランプは、請求項１の製造方法によって得られるメタルハライドランプの例である。

請求項１の製造方法のような焼結スリーブもちいてメタルハライドランプを製造すると焼結スリーブ封止工程で溶融され、電極軸と強固に封着される。このとき、電極軸は急速に冷却され電極と強固に封着している焼結スリーブがガラス化したものと共に圧縮され圧縮歪が生じる。そして、焼結スリーブと石英ガラスの熱膨張率の差によって、焼結スリーブと石英ガラスの境界でクラックなどを生じ、圧縮歪が形成される部分には、ガラス成分と共に金属およびホウ素の少なくとも一方を含有している。そうして、請求項２のメタルハライドランプを構成する。

請求項３の発明の照明装置は、器具本体と；請求項２記載のメタルハライドランプと；メタルハライドランプを安定点灯する安定器と；を具備している。

本発明において、照明装置とはメタルハライドランプの発光を利用するあらゆる装置を含む概念である。たとえば、屋内用照明器具、屋外用照明器具そのほか、画像投射装置、光化学装置などに用いることができる。また、安定器は、交流電源およびメタルハライドランプの間に介在して、メタルハライドランプを安定的に点灯を行うものである。また、必要に応じて調光点灯を行うものであっても良い。

請求項１の発明によれば、焼結スリーブが介在する事によって電極軸と強固に封着でき、また、ランプ自体の破損や破裂を引き起こす虞が低減されるメタルハライドランプを製造する方法を提供できる。さらに、軟化点が１２００℃以上であるため封止工程の石英ガラスを溶融させるときにも焼結スリーブが融け落ちることがないため、製造しやすい。

請求項２の発明によれば、電極軸と強固に封着でき、また、ランプ自体の破損や破裂を引き起こす虞が低減されるメタルハライドランプを提供できる。

請求項３の発明によれば、請求項２の効果を奏する照明装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１（ａ）は、封止工程前のメタルハライドランプ１、同じく（ｂ）は、封止工程後のメタルハライドランプ１、図２はその要部拡大図である。

この気密容器２は、中央部に放電空間部３を有し、その両端部に内径2.6mmの管状の封止部４を有する。放電空間部３は、楕円回転体形に形成され、内部に容積が０．２４ｃｍ²の放電空間３ａが形成されている。
一方の前記封止部４は、電極６と幅1.5mm長さ8.0mmのMoからなる金属箔導体７と外部リード線８とからなる電極マウント９がそれぞれの電極の先端が４．２ｍｍの間隔を持って配置されるように挿入され、その後に加熱圧潰され、ピンチシールされている。

電極６は、放電空間３ａ内に突出する先端部６ａが球状に形成され、封止される部分が径0.3mmの電極軸部６ｂとして形成されている。電極６の材質は、ドープタングステンが用いられる。さらに、電極軸部６ｂの周囲には、焼結スリーブ５が被せられている。この焼結スリーブ５は、ガラス粉末として、ＳｉＯ_２の粉末にＷＯ₃の粉末を２０％混合したものを管状に形成し１７００℃で焼成して熱膨張率10×10^-7となるように得たものである。

図１（ｂ）は、封止部４を加熱圧潰してピンチシールした状態である。このピンチシールは、バーナーを気密容器２の周りに回転させながら気密容器２の封止部４の部分を加熱溶融して封止する方法をとる。このようにピンチシールすることにより、焼結スリーブ５はガラス化し、封止部４と溶融して一体化され気密に封着される。

気密容器２の放電空間３ａ内には、発光金属としての金属ハロゲン化物、金属ハロゲン化物の発光を抑える緩衝金属としての水銀、希ガス等の放電媒体が封入されている。封入する金属ハロゲン化物としては、ＤｙＢｒ₃、ＮｄＢｒ₃、ＣｓＩ、ＩｎＢｒ等の中から少なくとも１つを選択する。封入する希ガスとしては、アルゴンガスなどを封入する。

図２は、封止工程を終了したメタルハライドランプ１の要部拡大断面図である。封止部４を加熱する工程で、放電容器２の封止部４とともに焼結スリーブ５は溶融されて、電極軸６ｂもまた熱にさらされて過熱される。焼結スリーブ５は電極軸６ｂと密着し封止部４も溶融して焼結スリーブ５と密着するとともに気密に封着される。封着され封止部４の加熱が終了すると気密容器２の封止部４および電極軸６ｂが冷却されていく。このときに、電極軸６ｂに密着した焼結スリーブ５部分は圧縮歪部１１となり、熱膨張率が電極軸６ｂを構成するタングステンの熱膨張率と等しく構成されるため、電極軸６ｂとの接着部分での歪やクラックの発生が抑えられる。それに対して石英ガラスで構成される封止部４と圧縮歪部１１は熱膨張率に差があるため圧縮歪部１１と石英ガラスとの境界でクラック１０が発生する。しかしながら、このクラック１０は圧縮歪部１１と石英ガラスとの境界での発生に限定されるため、メタルハライドランプ１の外表面にまで、成長する虞が無い。このため、このクラック１０が原因でメタルハライドランプ１の破損や破裂が生じる虞も無い。

さらに、放電空間は、石英ガラスからなる気密容器で覆われ、焼結スリーブは放電空間内に臨在しないため、焼結スリーブ内の不純物が金属ハロゲン化物と反応したり焼結スリーブの不純物が放電空間に拡散して電極や放電空間管壁との反応を促進したりしてランプ特性を低下させる虞がない。

放電空間に封入した金属やハロゲン化物と焼結スリーブが反応する虞も無い。

封止工程で加熱溶融された焼結スリーブは、ガラス化してしまうものであるが、上述したように封止部の電極軸付近で発生しているクラックの内側の圧縮歪部１１に、焼結スリーブを得るのに混合したホウ素、金属や金属酸化物が残存すると考察できる。

また、上記実施形態では、封止工程として封止部を加熱圧潰するピンチシール工程を記述したが、放電空間内を負圧とし封止部を加熱する減圧封止工程とすることも許容する。減圧封止工程であっても、封止部を加熱する際に焼結スリーブも溶融するまで加熱することによって本実施形態と同様の効果を有するメタルハライドランプを得ることができる。

つぎに、前記放電ランプ１を用いた照明装置２１について説明する。この照明装置１５は、メタルハライドランプ１に設けた口金１６を反射鏡１７の支持筒部１８に挿入され、絶縁セメントなどの接着剤１９で接着することにより形成されている。前記反射鏡１７は、放電ランプ１からの光を所定方向に反射させるもので、反射鏡１７の内周面には、反射特性に優れたTiO₂-SiO₂ などの蒸着膜からなる反射面が形成されている。図３に示した照明装置２１では、図１（ｂ）に示したメタルハライドランプ１を使用しているため、封止部４における電極軸部６ｂをピンチシールした部分において、歪やクラックの発生が防止される。このため、照明装置２１の耐久性が向上する。

封止工程前（ａ）、封自工程後（ｂ）のメタルハライドランプの断面図。図１（ｂ）の要部断面図。メタルハライドランプを用いた照明装置の断面図。

符号の説明

１・・・メタルハライドランプ、２・・・放電容器３・・・放電部４・・・封止部５・・・焼結スリーブ、６・・・電極

Claims

石英ガラスにより形成され、内部に放電空間を有し、放電空間の少なくとも一端に封止部を有した放電容器と、一端が放電空間に臨在し他端が気密容器の封止部に埋設される少なくとも一対の電極と、端部が気密容器の封止部から突出し、電極に電力を供給する導電部と、放電空間内に封入された金属ハロゲン化物を含む放電媒体と、を具備している放電ランプを製造する方法において、
電極の封止部に埋設される部分に、金属粉、金属酸化物粉、ホウ素粉およびホウ素化合物粉から選択された粉体とガラス粉末との混合体を焼結させた焼結スリーブを配設し、電極および導電部を電気的に接続させた状態で、電極、焼結スリーブおよび導電部を放電容器封止部に挿入し、
放電容器封止部および焼結スリーブを加熱溶融し焼結スリーブを封止部に埋設するとともに放電容器封止部を気密に封止することを特徴とするメタルハライドランプの製造方法。
石英ガラスにより形成され、内部に放電空間を有し、放電空間の少なくとも一端に封止部を有した気密容器と、一端が放電空間に臨在し他端が気密容器の封止部に埋設される少なくとも一対の電極と、端部が気密容器の封止部から突出し、電極に電力を供給する導電部と、放電空間内に封入された金属ハロゲン化物を含む放電媒体と、を具備するメタルハライドランプであって、気密容器の封止部に埋もれている電極の周囲に圧縮応力が印加される圧縮歪部を有し、圧縮歪部の周面に沿った境界クラックが形成され、圧縮歪部にガラスともに金属およびホウ素の少なくとも一方を含有していることを特徴とするメタルハライドランプ。
器具本体と；
請求項２記載のメタルハライドランプと；
メタルハライドランプを安定点灯する安定器と；を具備することを特徴とする照明装置。