JP2006294581A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】
透光性多結晶アルミナセラミックスを用いた透光性気密容器を備えていて配光制御が容易で、しかも自動車前照灯用として好適な高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプは、透光性アルミナ多結晶セラミックスからなり放電空間１ｃを包囲する包囲部１ａおよび包囲部１ａの管軸方向の両端から延在する一対の小径筒部１ｂ、１ｂを連続して一体化しているとともに包囲部１ａにおける主要部の直線透過率が小径筒部１ｂにおける直線透過率より高くて、かつ、２０％を超えている透光性気密容器１と、透光性気密容器１内に封装された一対の電極２、２と、透光性気密容器１内に封入されたイオン化媒体とを備えた発光管ＩＴを具備している。
【選択図】
図１

Description

本発明は、透光性セラミックスからなる透光性気密容器を備えた高圧放電ランプに関する。

透光性セラミックスからなる透光性気密容器を備えた高圧放電ランプは既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１においては、透光性セラミック放電容器の直線透過率が６０〜８５％の液晶バックライト用セラミック製メタルハライドランプを得るために、透光性セラミック放電容器に平均粒径が５μｍ以下の結晶からなる多結晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を用いている。

一方、透光性多結晶アルミナセラミックスの直線透過率を高める開発が行われている（例えば、非特許文献１参照。）。

特開平１０−２５５７１９号公報 K.Morinaga, T. Torikai, K. Nakagawa, and S. Fujino, "lochFabrication of fine α loch-alumina powders by thermaldecomposition of ammonium aluminium carbonate hydro-oxide (AACH)" lochActamaterialia, 48, p4375-4741(2000)

ところが、特許文献１に記載されているメタルハライドランプの場合、多結晶ＹＡＧセラミックスからなる透光性セラミック放電容器を工業的規模で、しかも安価に得ることが困難である。また、自動車前照灯用として好適な透光性セラミックスからなる透光性気密容器を備えた高圧放電ランプは、その透光性気密容器を液晶バックライト用とは異なる構造にする必要があるが、特許文献１は、この点については開示していない。

一方、非特許文献１は、直線透過率の高い多結晶アルミナセラミックスを得る技術を開示しているものの、高圧放電ランプの透光性気密容器の構成については言及していない。

本発明は、透光性多結晶アルミナセラミックスを用いた透光性気密容器を備えていて配光制御が容易な高圧放電ランプを提供することを一般的な目的とする。

また、本発明は、透光性多結晶アルミナセラミックスを用いた透光性気密容器を備えていて配光制御が容易で、しかも自動車前照灯用として好適な高圧放電ランプを提供することを具体的な目的とする。

本発明の高圧放電ランプは、透光性アルミナ多結晶セラミックスからなり放電空間を包囲する包囲部および包囲部の管軸方向の両端から延在する一対の小径筒部を連続して一体化しているとともに包囲部における主要部の直線透過率が小径筒部における直線透過率より高くて、かつ、２０％を超えている透光性気密容器と、透光性気密容器内に封装された一対の電極と、透光性気密容器内に封入されたイオン化媒体とを備えた発光管を具備していることを特徴としている。

本発明によれば、透光性多結晶アルミナセラミックスを用いて形成した透光性気密容器を備えていて、かつ、包囲部の直線透過率が２０％超であるため、放電アークが見かけ上細く見えるので、配光制御が容易になるとともに、小径筒部の直線透過率が包囲部のそれより小さいので、工業的規模で比較的安価に得やすくて、しかも自動車前照灯用などに好適な高圧放電ランプを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示す断面図である。図において、高圧放電ランプは、透光性気密容器１、この透光性気密容器１内に封着した一対の電極２、２と、透光性気密容器１内に封入された放電媒体とを備えた発光管ＩＴを具備している。なお、図中、１点鎖線は発光管ＩＴの中心線である。

最初に透光性気密容器１について説明する。

透光性気密容器１は、透光性多結晶アルミナセラミックスからなるとともに、一体に成形して形成されている。そして、包囲部１ａおよび一対の小径筒部１ｂ、１ｂを有している。

包囲部１ａは、その内部に放電空間１ｃを包囲する中空の部分であり、自動車前照灯用などの高圧放電ランプなどの場合には、上記放電空間１ｃが好ましくはほぼ円柱状をなしていて、少なくとも後述する一対の電極間に対向する領域の肉厚がほぼ均一であるのが好ましいので、この場合の包囲部はほぼ円筒状をなす。しかし、包囲部の外形および放電空間の形状は、所望によりその他の形状、例えば球状および楕円球状などの形状を有していることを許容する。包囲部１ａの内部に形成される放電空間１ｃの容積は、高圧放電ランプの定格ランプ電力、電極間距離などに応じてさまざまな値が選択され得る。

また、本発明において、包囲部１ａは、その主要部の直線透過率が２０％超、好適には３０％超、より一層好適には５０％超である。なお、上記主要部は、放電により発生する光の導出に対して配光上影響の大きい重要な部分であり、主として後述する一対の電極２、２間に対向する部位である。

そうして、直線透過率が上記の範囲内であれば、反射鏡などの光学系との組合せにおいて配光制御が容易になるため、自動車前照灯用などの用途に適した高圧放電ランプを得ることができる。しかしながら、直線透過率が２０％以下であると、見かけ上放電アークが太くなりすぎて配光制御が困難になり、所望の配光パターンを得ることができない。したがって、自動車前照灯などに組み込んで所定の規格を満足するように配光を厳格に制御することが要求される場合に、それが困難になる。加えて、直線透過率が３０％超であれば見かけ上の放電アークがさらに細くなって配光制御がさらに容易になり、５０％超であればなお一層配光制御が容易になる。なお、本発明において、直線透過率は高い方が好ましいので、その上限はない。

直線透過率の高い包囲部１ａを形成する手段は既知である。したがって、既知の手段を用いれば、上記のように直線透過率が高い包囲部１ａを実現することができる。そのために、本発明においては、直線透過率の高い包囲部１ａを形成する手段は特段限定されない。しかし、直線透過率の高い包囲部１ａを形成する手段の一例を列挙すれば、次のとおりである。
（１）透光性多結晶アルミナセラミックスの材料であるアルミナ微粒子の平均粒径をサブミクロンのオーダー、例えば平均粒径０．１〜６μｍの高直線透過率アルミナ微粒子を用いて透光性気密容器１を成形する。
（２）透光性多結晶アルミナセラミックスの成形後に透光性気密容器１の所望部分の表面、例えば内面、外面または内面および外面を研磨する。
（３）包囲部１ａには高直線透過率アルミナ微粒子を用いるとともに小径筒部１ｂには一般的な平均粒径が高直線透過率アルミナ微粒子のそれより１桁以上大きなアルミナ微粒子を用いて一体に成形する。
（４）上記（１）ないし（３）の各手段を適宜組み合わせる。

高直線透過率アルミナ微粒子を用いて形成された透光性セラミックスは、従来一般に用いられている透光性セラミックスに比べて機械的強度が高いので、前者のセラミックスを用いて形成されている包囲部１ａは、後者のセラミックスを用いて形成されている小径筒部の肉厚に比較して肉厚を小さくしても所要の機械的強度を保有させることができることが分かった。

上記の理由から、透光性気密容器１における包囲部１ａの好ましくは一対の電極２、２間Ｌに対向する領域において、肉厚を０．２〜０．７５ｍｍの範囲内で、かつ、実質的一定に形成することができる。上記部位における肉厚が上記の範囲内であれば、点灯時における包囲部１ａに耐圧の問題がないとともに、肉厚が小さい分に応じて包囲部１ａの直線透過率を本発明所定の範囲内に収めるのが容易に容易になる。しかしながら、上記肉厚が０．２ｍｍ未満になると耐圧が低下しすぎるし、また０．７５ｍｍを超えると直線透過率を前記範囲内に収めるのが困難になる。包囲部１ａの上記肉厚は、好適には０．３〜０．５ｍｍである。この範囲内であれば、直線透過率および耐圧がともになお一層好ましくなる。なお、包囲部の管軸方向のサイズは、後述する小径筒部が接合する部分までであり、当該部分は曲率が大きく変化する部位である。

また、包囲部１ａの上記所定部分の肉厚がほぼ一定であれば、肉厚の不均一によって高圧放電ランプの配光パターンが不所望な劣化や配光設計の困難化を生じることがない。なお、包囲部１ａの肉厚を一定にするのは、一対の電極２、２間Ｌに対向した領域についてだけでよく、残余の領域は肉厚が異なっていてもよいし、肉厚が不均一であってもよい。残余の領域は、配光に対する影響が少ないからである。

例えば、図６に示すように、包囲部１ａの残余の領域が、一対の電極２、２間Ｌに対向する領域から小径筒部１ｂに至る部分に向かって順次肉厚が増すような構成であってもよい。なお、図６は、本発明を実施するための第４の形態を示す要部拡大断面図である。図中、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

所望により、包囲部１ａにおける一対の電極２、２間Ｌに対向する領域を除いた透光性気密容器１の残余の領域すなわち電極２の先端から小径筒部１ｂに至るまでの領域において平均肉厚が、一対の電極２、２間Ｌに対向する部分におけるそれより大きく、かつ、最厚部が０．８〜２．５ｍｍの範囲内にあるように構成することができる。

そうして、上記残余の領域は、高圧放電ランプの配光にあまり影響がないので、肉厚であっても差し支えない。また、このような構成により、透光性気密容器１の機械的強度が確保され、また透光性気密容器１の設計の自由度が増大し、製造が容易になる。

次に、上記の場合に許容される包囲部１ａの中央部における肉厚および中央部に隣接する部分から小径筒部１ｂに至る領域における最大肉厚の比率範囲について説明する。包囲部の管軸方向の中央部における肉厚をＴ_１とし、小径筒部の中央部に隣接する部分から小径筒部１ｂに至る領域における最大肉厚をＴ_２としたとき、肉厚比Ｔ_２／Ｔ_１を数式１．５≦Ｔ_２／Ｔ_１≦８．３を満足するように設定すると好適である。また、上記において、包囲部１ａの一対の電極１ｂ、１ｂ間に対向する領域における肉厚がＴ_１±１０％を満足するように包囲部１ａを形成することにより、加えて包囲部１ａの肉厚がほぼ均一になる。その結果、例えば自動車用前照灯などにおいて、光学系を用いて高圧放電ランプの発光を集光する場合に、包囲部１ａの内部に形成される放電アークの像を歪が問題になることなく投影できる。そのため、所望の配光パターンを得ることが可能になる。

包囲部１ａの内部に形成される放電空間１ｃが図示のようにほぼ円柱状をなす場合には、包囲部１ａを以上の説明に基づいて次のように構成するのが好ましい。すなわち、包囲部１ａが一対の電極２、２間Ｌに対向する領域の中央を基準として、その両側にわたって好ましくは対称な長さ２．５ｍｍ以上、好適には３．５ｍｍ以上の直線部１ａ１が形成されるように円筒状に構成されている。上記の構成に加えて、上記直線部１ａ１における円柱状をなす放電空間１ｃの内径が４．５ｍｍ以下、好適には３．４ｍｍ以下で、かつ、肉厚が０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。なお、上記包囲部１ａの態様において、一対の電極２、２の間に形成される電極間距離は２．５ｍｍ以上であるのが好ましい。

そうして、包囲部１ａの上記直線部１ａ１の長さ、内径および肉厚が上述の範囲内であれば、自動車前照灯用の高圧放電ランプなどの場合に、放電アークの湾曲が抑制されるために配光制御が一層容易になるので、所望の配光パターンを得ることができる。さらに詳述すれば、放電空間１ｃが上記サイズの円柱状であると、一対の電極２、２間Ｌに形成される放電アークが放電空間１ｃの内壁により押さえ付けられるために、放電アークの不所望な曲がりが低減してほぼ直線状になる。その結果、配光、特に水平点灯時における水平カットラインを明瞭にすることができる。また、透光性気密容器１が放電アークにより素早く昇温するので、最冷部温度の上昇が早まり、これに伴って高圧放電ランプの光束立ち上がりが早くなる。

しかし、本発明において、包囲部１ａの内径は特段限定されない。なお、自動車前照灯用などの高圧放電ランプの場合、放電空間１ｃがほぼ円柱状をなしていて、包囲部１ａの主要部が円筒状をなし、かつ、内径が好適には２．１〜３．７ｍｍまたは４．５ｍｍ、好適には２．４〜３．４ｍｍの範囲内であることにより最適となる。このようなサイズが最適なのは、以下の理由による。

すなわち、本発明の場合は、透光性気密容器が石英ガラスからなる場合とは異なり、材料の屈折率および肉厚が相違するために、仮に同一形状の放電アークが生起したとしても、見かけ上のアーク湾曲量が多結晶アルミナセラミックスと石英ガラスとでは異なって見えるためである。しかし、内径が２．１ｍｍ未満になると、放電アークの高熱によって包囲部の内面が、セラミックスの昇華により白濁したり、クラックが発生したりしやすくなる。また、３．７ｍｍまたは４．５ｍｍを超えると、透光性気密容器１の内部に形成される最冷部の温度が低下しすぎる。

次に、一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａの管軸方向の両端に接続している。小径筒部１ｂの内径は、包囲部１ａの内径より明らかに小さくて、例えばその１／１０以下である。そして、透光性気密容器１が封止されない状態において、小径筒部１ａの内部には管軸方向に延在する細長い貫通孔を有していて、その一端が包囲部１ａの放電空間１ｃに連通し、他端が外部へ開口している。

また、一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、その直線透過率が包囲部１ａにおける直線透過率より低い。小径筒部１ｂの直線透過率は直接配光に影響することが少ないので、包囲部１ａの直線透過率より低くてもよい。

そうして、直線透過率が相対的に低ければ、例えば包囲部１ａの表面、例えば外面を研磨して直線透過率を高める場合であっても、小径筒部１ｂの表面、例えば外面は研磨しなくてよくなったり、通常用いられる平均粒径が前述のように大きい透光性セラミックス粒子を用いて小径筒部１ｂを形成することができる。そのため、高圧放電ランプの製造が容易で、しかも安価になる。

透光性気密容器１の包囲部１ａおよび一対の小径筒部１ｂ、１ｂは連続して一体化している。このため、透光性気密容器１には熱的および光学的な不連続部分が形成されていない。この構成における最も典型的な構造によれば、透光性気密容器１の包囲部１ａおよび一対の小径筒部１ｂ、１ｂは一体成形により形成されている。また、異なる構造によれば、透光性気密容器１を形成する前の段階において、包囲部１ａおよび一対の小径筒部１ｂ、１ｂの全体またはそれらの部分がそれぞれ別の部材としてセラミックス微粒子材料を圧縮成形するか、または仮焼結して用意され、次にそれぞれの部材を焼結型内にて透光性気密容器の形になるように組み込んで本焼結することで、隣接する別部材間のアルミナ粒子が直接結合して熱的および光学的な不連続部分の存在しない透光性気密容器１を得る。なお、いわゆる焼き嵌め構造の透光性気密容器では、熱的および光学的な不連続部分が形成されているので、本発明の目的を達成することができない。

次に、一対の電極２、２について説明する。

一対の電極２、２は、透光性気密容器１に封装されてその内部の放電空間１ｃに離間して臨むように配設される。一対の電極２、２間Ｌに形成される電極間距離は、一般的には５ｍｍ以下が好適であり、自動車前照灯用の高圧放電ランプの場合には、中心値で４．２ｍｍが規格化されている。

また、電極２の構成材としては、耐火性があって、導電性の金属、例えば純タングステン（Ｗ）、ドープ剤（例えばスカンジウム（Ｓｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）およびケイ素（Ｓｉ）などのグループから選択された一種または複数種）を含有するドープドタングステン、酸化トリウムを含有するトリエーテッドタングステン、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）合金などを用いて形成することができる。

さらに、小形の高圧放電ランプの場合、直棒状の線材や先端部に径大部を形成した線材を電極として用いることができる。中形ないし大形の電極の場合、電極軸の先端部に電極構成材製の電極コイルを巻回したりすることができる。なお、一対の電極２、２は、交流で作動する場合に同一構造とする。しかし、直流で作動する場合には、一般に陽極は温度上昇が激しいから、陰極より放熱面積の大きい、したがって主部が太いものを用いることができる。

また、一対の電極２、２は、その中間部および基端が透光性気密容器１の小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿入され、小径筒部１ｂの内面との間にキャピラリーと称されるわずかな隙間が形成される。なお、一対の電極２、２の基端は、後述する導入導体３の先端に接続して支持される。

次に、イオン化媒体について説明する。

イオン化媒体は、少なくとも始動ガスおよび発光に寄与するイオン化媒体を含んでいる。なお、発光に寄与する媒体は、所望により始動ガスがこれを兼ねていていもよい。また、好ましくはランプ電圧形成用のイオン化媒体を含んでいる。

始動ガスは、緩衝ガスとしても作用し、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）およびネオン（Ｎｅ）などのグループの一種を単独で、または複数種を混合して封入することができる。希ガスの封入圧力は、高圧放電ランプの用途に応じて適宜設定することができる。

希ガスの中でもキセノンは、その原子量が他の希ガスより大きいため、熱伝導率が相対的に小さいので、これを０．６気圧以上、好適には５気圧以上封入することにより、点灯直後のランプ電圧形成に寄与するとともに、ハロゲン化物の蒸気圧が低い段階で白色の可視光放射を行って光束立ち上がりに寄与するので、前照灯用の高圧放電ランプの場合に効果的である。この場合、キセノンの好ましい封入圧は、６気圧以上、より好適には８〜１６気圧の範囲である。このため、点灯直後からの光束立ち上がりおよび光色立ち上がりに寄与して点灯直後から自動車前照灯用のＨＩＤ光源としての白色発光の規格を満足することができる。

発光に寄与する媒体は、発光金属のハロゲン化物を主体とする他、所望により発光金属をそのまま封入することも許容される。発光金属は、本発明において、特段限定されないが、一好適例としてツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を主体として封入することができる。

ツリウムハロゲン化物は、水銀フリーランプとして好適な発光金属のハロゲン化物であり、放電により主として可視光を放射する。また、ツリウムハロゲン化物は、透光性気密容器１内に封入されるイオン化媒体中最大封入比率、好適にはこの条件に加えて４０〜９０質量％で封入することができる。そして、ツリウムハロゲン化物は、後述するランプ電圧形成用のイオン化媒体であるところの蒸気圧が高くて、可視光発光の少ない金属のハロゲン化物との共存下において、それ自体電極２、２間の電位傾度、したがってランプ電圧を高くする作用を有している。

また、ツリウムハロゲン化物は、その蒸気圧が低いが、ツリウムの発光のピークが視感度曲線のピークに一致するので、発光効率を向上させるのに極めて効果的な発光金属である。ツリウムの発光強度は、高圧放電ランプの点灯中の動作温度に大きく依存しており、その最冷部温度が約８００℃となる条件下で効率が最大になる。透光性気密容器１が透光性セラミックスからなる場合、最冷部温度が約８００℃となる条件下での動作に全く問題がなく、しかも耐薬品性が強いので、本発明の場合、ツリウムハロゲン化物の封入は、ランプ寿命および光束維持率に悪影響を与えない。すなわち、ツリウムハロゲン化物は、透光性セラミックスからなる気密容器を用いる高圧放電ランプに好適な発光金属ハロゲン化物である。

上記以外に封入することが許容されるその他の発光金属のハロゲン化物としては以下がある。

１．（アルカリ金属） アルカリ金属を封入する場合には、透光性気密容器内に封入されている全ての金属ハロゲン化物に対して１０質量％未満の範囲内で許容される。アルカリ金属の封入比率が１０質量％以上になると、ランプ電圧が低下しやすくなるので、ランプ電圧の形成の観点からは好ましくない。しかしながら、アルカリ金属の封入比率が１０質量％未満であれば、ランプ電圧の低下は最小限に抑制される一方、発光効率、ランプ寿命改善および光色調整、特に色偏差改善が可能になる。このような観点から、所要のランプ電圧を確保できる場合には、上記の範囲内であれば封入が許容される。なお、好ましくは２〜８質量％、より好ましくは３〜７質量％、なお一層好ましくは４〜６質量％である。また、アルカリ金属としては、主としてナトリウム（Ｎａ）、しかし所望によりまたは／およびセシウム（Ｃｓ）およびリチウム（Ｌｉ）の少なくとも一方を選択的に封入することができる。

ナトリウム（Ｎａ）は、主として発光効率向上に寄与する。セシウム（Ｃｓ）は、放電アーク温度の適正化による寿命特性の向上に寄与する。リチウム（Ｌｉ）は、赤色演色性の改善に寄与する。

２．（その他の希土類金属のハロゲン化物） ツリウムハロゲン化物に加えて以下の金属ハロゲン化物を主として発光金属のハロゲン化物として封入することができる。プラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ネオジム（Ｎｄ）およびサマリウム（Ｓｍ）からなるグループの希土類金属の一種または複数種のハロゲン化物である。

上記希土類金属は、ツリウムハロゲン化物に次いで発光金属として有用であり、所定量以下の封入比率で封入することが許容される。すなわち、上記希土類金属は、そのいずれも視感度特性曲線のピーク波長付近で無数の輝線スペクトルを有するため、発光効率向上に寄与することができる。

また、上記希土類金属のハロゲン化物を添加する場合には、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含めて全イオン化媒体に対する封入比率が５０質量％以上になるように構成するのが好ましい。

３．（タリウムまたは／およびインジウムのハロゲン化物） タリウム（Ｔｌ）または／およびインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物は、所望の演色性および／または色温度などを得るなどの目的で副成分として選択的に封入することが許容される。また、インジウムは、ランプ電圧形成用のイオン化媒体としても効果的である。

タリウム（Ｔｌ）ハロゲン化物は、波長５３５ｎｍに輝線を有するタリウムの緑色成分を発光中に加えることができる。なお、一般的に採用し得るタリウムハロゲン化物の封入比率範囲は、封入される全ての金属ハロゲン化物に対して３０質量％未満であるのが望ましい。タリウムハロゲン化物の封入比率範囲が３０質量％以上になると、発光効率の低下が顕著になる。なお、好適には１５質量％未満の範囲で封入するのがよい。

また、インジウム（Ｉｎ）ハロゲン化物を添加することにより、ハロゲン化物の発光中に青色成分を増加させることができるとともに、ランプ電圧形成にも寄与する。

以上説明した各発光金属ハロゲン化物のハロゲンとしては、適度の反応性を有していることからヨウ素が好適であるが、所望により臭素および塩素のいずれかでもよく、またヨウ素、臭素および塩素のうち所望の二種以上を用いてもよい。

次に、ランプ電圧形成用のイオン化媒体は、水銀フリーの高圧放電ランプを得る場合には、前記のように蒸気圧が高くて、可視光発光の少ない金属のハロゲン化物を封入するのがよい。この場合、水銀（Ｈｇ）は、全く含まないのが環境負荷物質削減のために好ましいことであるが、不純物程度に含んでいても許容される。また、水銀入りの高圧放電ランプを得る場合には、水銀を封入する。

また、水銀フリーの場合に、ランプ電圧形成用のイオン化媒体として封入するのが効果的な金属は、例えば次のとおりである。すなわち、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなるグループから選択された一種または複数種の金属である。上記の各金属のハロゲン化物は、蒸気圧が高く、電子との衝突断面積が大きくて、しかもイオン化ポテンシャルが大きいため、前述の透光性気密容器１との組み合わせにおいて、水銀に代わるランプ電圧形成用のイオン化媒体として好適な物質である。

本形態において、発光管ＩＴは、以上の各構成に加えて導入導体３およびシール材を具備している。

導入導体３は、電極２に給電するための機能、小径筒部１ｂおよび後述するシール材４と協働して透光性気密容器１を封止する機能および電極２を支持する機能を有する部材である。そして、その基端部が小径筒部１ｂの端部から外部に露出して図示しない点灯回路に接続し、先端部が電極２の基端に接続する。導入導体３の先端部は、透光性気密容器１の小径筒部１ｂの内部に挿入され、さらに小径筒部１ｂの内部において電極２の基端に接続している。

また、導入導体３の小径筒部１ｂ内に挿入される部分の直径を、電極２の少なくとも基端部、好ましくは電極軸の直径より大きくすることができる。これにより、電極２または電極軸２ａの直径を導入導体３の直径に影響されることなく最適なサイズに設定することができるとともに、イオン化媒体の滞留に伴う侵食が低減する。

さらに、導入導体３は、その全体を封着性導電部材により形成してもよいし、また封着性導電部材および耐ハロゲン性導電部材の直列接続構体により形成することができる。導入導体３の全体を封着性導電部材により形成する場合には、当然ながら封着性導電部材が上記３機能を奏するように配慮して構成される。これに対して、導入導体３が封着性導電部材および耐ハロゲン性導電部材の直列接続構体により形成される場合には、封着性導電部材が小径筒部および後述するシール材４と協働して透光性気密容器１を封止する機能を担当し、耐ハロゲン性導電部材が電極を支持する機能を担当し、さらに両部材はともに電極に給電する機能を担当する。

封着性導電部材としては、電極の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する導電性部材を用いるのがよい。例えば、透光性セラミックスの種類に応じてニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）および白金（Ｐｔ）などを用いることができる。なお、透光性気密容器１が透光性多結晶アルミナセラミックスからなる場合にはニオブが好適である。

耐ハロゲン性導電部材としては、電極からの伝熱に耐える耐火性と電極構成物質の接近した熱膨張係数を有している部材を用いるのがよい。例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）およびサーメットなどから選択することができる。なお、サーメットは、セラミックス粒子と耐火性の導電性金属（例えば、ＭｏやＷ）粉末の混合体を焼成して形成される。

導入導体３に予め電極２を接続して電極２を支持し、透光性気密容器１に対する組立を容易にするために、例えば両者を突合せ溶接により一体化して電極マウントを構成することができる。また、導入導体３を封着性導電部材および耐ハロゲン性導電部材により形成する場合にもこれらを突合せ溶接して一体化することができる。

シール材４は、高融点フリットガラスなどからなり、透光性気密容器１の小径筒部１ｂの内面と導入導体３との間に進入して透光性気密容器１を気密に封止する。この封止を行うには、一般的な方法として採用されているように、小径筒部１ｂの端部において、導入導体３の周囲にシール材４のペレットを施与して、加熱溶融させることができる。そうすると、高温で溶融したシール材４が小径筒部１ｂの内面と導入導体３との間に形成されるわずかな隙間に進入して固化するので、封止が形成される。なお、シール材４は、導入導体３の封止に機能する部位を被覆するので、ニオブのように耐ハロゲンに劣る物質であっても問題ない。

実施例１は、図１に示す高圧放電ランプについてのものである。

透光性気密容器 ：一体成形、包囲部長８ｍｍ、最大内径２．９ｍｍ、
肉厚０．３ｍｍ均一、包囲部直線透過率４５％、
小径筒部内径０．７ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、長さ１２ｍｍ、
小径筒部直線透過率２０％
イオン化媒体 ：ＴｍＩ_３−ＴｌＩ−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝３ｍｇ、
（５０：２０：２０：１０）、Ｘｅ１０気圧、
（）内の数字は封入比率（質量％）

透光性気密容器 ：一体成形、包囲部長８ｍｍ、最大内径２．９ｍｍ、
電極間対向部肉厚０．３ｍｍ均一、電極先端から放電空間端部まで 肉厚０．３ｍｍから１ｍｍまで連続的に増加、電極間対向部直線透 過率４５％、小径筒部内径０．７ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、長さ１２ ｍｍ、小径筒部直線透過率２０％、
その他は実施例１と同じ。

透光性気密容器 ：一体成形、包囲部長８ｍｍ、最大内径２．９ｍｍ、
電極間対向部肉厚０．３ｍｍ均一、電極先端から放電空間端部まで 肉厚０．３ｍｍから１．５ｍｍまで連続的に増加、電極間対向部直 線透過率４５％、小径筒部内径０．７ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、長さ １２ｍｍ、小径筒部直線透過率２０％、
その他は実施例１と同じ。

透光性気密容器 ：一体成形、包囲部長８ｍｍ、最大内径３ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、
直線透過率３０％、直線部長５．１ｍｍ、小径筒部内径０．７ｍｍ、 肉厚０．５ｍｍ、長さ１２ｍｍ
電極 ：電極間距離４．２ｍｍ
その他は実施例１と同じ。

アーク湾曲量 ：０．７５ｍｍ（ヘッドランプ規格Reg.99に準じた測定による。）

図２は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態を示す断面図である。本形態は、透光性気密容器１の小径筒部１ｂと包囲部１ａとの接合部の構造が異なる。なお、図中、図１と部分には同一符号を付して説明は省略する。

すなわち、本形態において、透光性気密容器１は、その包囲部１ａの内径が２．１〜３．７ｍｍであるとともに、０．１〜１．９ｍｍ、好適には０．３〜１．０ｍｍの範囲内にある第１の曲率Ｒ１で小径筒部１ｂから内径が拡大し、０．１〜１．９ｍｍ、好適には０．３〜１．０ｍｍの範囲内にある第２の曲率Ｒ２で内径がほぼ一定になっていて、かつ、少なくとも一対の電極２、２間に対向する位置において形状に変曲点が存在しない。なお、その他の構成については図１に示す第１の形態と同様である。

そうして、本形態によれば、電極２と、この電極２との間の最短距離が適正化されるために、寿命中の黒化が効果的に抑制される。

実施例５は、図２に示す高圧放電ランプについてのものである。内面の凸曲率
透光性気密容器 ：包囲部長８ｍｍ（Ｒ１、Ｒ２部を含む）、最大内径３ｍｍ、
肉厚０．５ｍｍ、内面の凸曲率Ｒ１＝０．５ｍｍ、
内面の凹曲率Ｒ２＝０．５ｍｍ、
直線部長さ５．１ｍｍ、包囲部直線透過率３０％、
小径筒部内径０．７ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、長さ１２ｍｍ
その他は実施例１と同じ。

１０００ｈ点灯：顕著な黒化なし。

図３は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第３の形態を示す断面図である。本形態は、外管ＯＴ備えている点で異なる。なお、図中、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

すなわち、外管ＯＴは、その内部に発光管ＩＴを所定位置に支持して気密に収納している。なお、発光管ＩＴとしては、図１に示す第１の形態または図２に示す第２の形態における本発明のものを用いる。

外管ＯＴの内面と、発光管ＩＴの外面との径方向の距離Ｇを０．４〜３．５ｍｍ、好適には２．８ｍｍ以下に設定するのが好ましい。

また、透光性の主要部の直線透過率Ｔ１（％）／１００と外管ＯＴの直線透過率Ｔ２（％）／１００との積の値を０．３〜０．８７の範囲内に設定するのが好ましい。

外管ＯＴ内の雰囲気としては、真空または不活性ガス、例えば窒素やアルゴンなどを封入することができる。また、外管ＯＴの材質としては、硬質ガラス、半硬質ガラスおよび石英ガラスなどが一般である。しかし、要すれば、発光管ＩＴと同じ透光性セラミックス製の外管ＯＴであってもよい。なお、図に示す外管ＯＴは、石英ガラスからなり、その両端部がピンチシールされていて、内部が気密に封止されている。上記ピンチシールの部分には、封着金属箔５が気密に埋設されていて、封着金属箔５の両端には発光管ＩＴから管軸方向の両側へ延在する一対の内部導入線６、６および外部導入線７、７がそれぞれ溶接されている。なお、内部導入線６は導入導体３に接続している。

また、外管ＯＴには、常法にしたがって図示しない口金を装着することが許容される。

実施例６は、図３に示す高圧放電ランプについてのものである。

［発光管］ ：実施例１に示すのと同じ仕様である。

［外管］ ：最大外径９ｍｍ、最大内径７ｍｍ

［発光管］ ：実施例２に示すのと同じ仕様である。

その他は実施例６と同じである。

［発光管］ ：実施例３に示すのと同じ仕様である。

その他は実施例６と同じである。

図４は、本発明の高圧放電ランプを点灯するための高圧放電ランプ点灯装置を示す回路図である。図において、高圧放電ランプ点灯装置は、直流電源２１、昇圧チョッパ２２、インバータ２３および制御回路２４からなり、図１ないし図３のいずれかの高圧放電ランプ１３を点灯する。直流電源２１は、電池電源、整流化直流電源などからなり、直流出力端間に接続された平滑コンデンサＣ１を有している。昇圧チョッパ２２は、直流電源２１から供給される直流電圧を所要の電圧まで昇圧し、かつ、平滑化して後述するインバータ２３に入力電圧を供給する。なお、符号２２ａは駆動回路で、昇圧チョッパ２２のスイッチング素子を駆動する。インバータ２３は、フルブリッジ形インバータからなる。そして、４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をブリッジ接続し、その対向２辺を構成する一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３と他の対向２辺を構成する一対のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４とを交互にスイッチングさせて、その出力端間に矩形波交流電圧を出力する。なお、符号２３ａは駆動回路で、インバータ２３の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動する。制御回路２４は、昇圧チョッパ２２およびインバータ２３を所要に、例えば高圧放電ランプ１３が冷却状態のときには、高圧放電ランプ１３を始動直後の数秒間定格ランプ電力の約２倍以上、例えば２．５倍程度で点灯し、その徐々に低減させて安定点灯時の定格ランプ電力に移行させるように制御する。

始動器１２Ｂは、高圧放電ランプ１３の始動時に高電圧パルスを出力して高圧放電ランプ１３に印加して、これを瞬時に始動させる。

図５は、本発明の高圧放電ランプを装着した自動車前照灯を示す概念図である。図において、１１は前照灯本体、１２は高圧放電ランプ点灯装置、１３は高圧放電ランプである。

前照灯本体１１は、容器状をなし、内部に反射鏡１１ａ、前面にレンズ１１ｂおよび図示を省略しているランプソケットなどを備えている。

高圧放電ランプ点灯装置１２は、図４に示す回路構成を備えていて、主点灯回路１２Ａおよび始動器１２Ｂを具備している。

高圧放電ランプ１３は、上記ランプソケットに装着されて点灯する。

本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示す断面図 本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態を示す断面図 本発明の高圧放電ランプを実施するための第３の形態を示す断面図 本発明の高圧放電ランプを点灯するための高圧放電ランプ点灯装置を示す回路図 本発明の高圧放電ランプを装着した自動車前照灯を示す概念図 本発明の高圧放電ランプを実施するための第４の形態を示す要部拡大断面図

符号の説明

１…透光性気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…直線部、１ｂ…封止部、１ｃ…放電空間、２…電極、３…導入導体、４…シール材、ＩＴ…発光管、Ｌ…電極間

Claims (8)

1. 透光性アルミナ多結晶セラミックスからなり放電空間を包囲する包囲部および包囲部の管軸方向の両端から延在する一対の小径筒部を連続して一体化しているとともに包囲部における主要部の直線透過率が小径筒部における直線透過率より高くて、かつ、２０％を超えている透光性気密容器と、透光性気密容器内に封装された一対の電極と、透光性気密容器内に封入されたイオン化媒体とを備えた発光管を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記透光性気密容器は、その包囲部の肉厚が一対の電極間に対向する位置において０．２〜０．７５ｍｍで、かつ、ほぼ均一であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 前記透光性気密容器は、その包囲部の中央部における肉厚をＴ_１とし、包囲部の中央部に隣接する位置から小径筒部に至る領域おける最大肉厚をＴ_２としたとき、１．５≦Ｔ_２／Ｔ_１≦８．３を満足することを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
4. 前記透光性気密容器は、その包囲部の肉厚が一対の電極間に対向する位置においてＴ_１±１０％を満足することを特徴とする請求項３記載の高圧放電ランプ。
5. 前記透光性気密容器は、その包囲部の肉厚が一対の電極間に対向する領域において０．２〜０．７５ｍｍで、かつ、ほぼ均一であるとともに、包囲部の残余の領域における最大肉厚が０．８〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
6. 前記透光性気密容器は、その包囲部が一対の電極間の中央側にほぼ直線状をなしていて、かつ、長さ２．５ｍｍ以上の直線部を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
7. 前記透光性気密容器は、その包囲部の内径が２．１〜３．７ｍｍであるとともに、小径筒部から０．１〜１．９ｍｍの範囲内の第１の曲率で内径が拡大し、０．１〜１．９ｍｍ範囲内の第２の曲率で内径がほぼ一定になっていて、かつ、少なくとも一対の電極間に対向する位置において形状に変曲点が存在しないことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
8. 請求項１ないし７のいずれか一記載の発光管と；
   発光管を内部に収納し、径方向に０．４〜３．５ｍｍの間隙を有するガラス外管と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。

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