JP2008204827A - 高圧放電ランプ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることの可能な高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】平均粒径が1.0μｍ以下である酸化物セラミックスを主成分とし、その平均粒径の偏差が０．５以下である小径筒状部１２ａ、１２ｂを備える放電容器１と；小径筒状部１２ａ、１２ｂに挿入されて封着される導電体２３ａ、２３ｂと；放電容器１内に設けられ、導電体２３ａ２３ｂの先端に設けられた電極主部２２と；導電体２３ａ、２３ｂと小径筒状部１２ａ、１２ｂの間隙に設けられて両者を封着するフリットガラス１３と；放電容器１内部に封入された放電媒体と；を具備する。
【選択図】図２

Description

この発明は、透光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。

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）などの金属酸化物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、特許文献２に記載されたランプを挙げることができる。

特表２００５−５３２２５０号公報 特開２００６−１６０５９５号公報

しかしながら、上記セラミックスを用いた放電容器では、封止部にフリットガラスやサーメットと称される封止用導体を用いているために、現状では石英ガラスのモリブデン箔を用いた封着構造に比べて耐熱性の信頼性が劣り、リークが発生し易く寿命を長くすることが難しいという問題があった。

本発明は、上記のような高圧放電ランプにおける問題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、封止部において封着性に優れ、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることの可能な高圧放電ランプを提供することである。また、他の目的は、上記の高圧放電ランプを用いた照明装置を提供することである。

本発明に係る高圧放電ランプは、平均粒径が1.0μｍ以下である金属酸化物を主成分とし、その平均粒径の偏差が０．５以下である小径筒状部を備える放電容器と；小径筒状部に挿入されて封着される導電体と；
放電容器内に設けられ、導電体の先端側に設けられた電極と；導電体と小径筒状部の間隙に設けられて両者を封着するフリットガラスと；放電容器内部に封入された放電媒体と；を具備することを特徴とする。

金属酸化物としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）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。平均粒径が1.0μｍ以下とは焼結前の結晶粒径であり、例えば、電子顕微鏡写真において方形の視野範囲に粒子が５００個存在することを画像処理により確認し、この５００個について粒径を検出して平均値を得た場合の値である。

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。

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。

フリットガラスは、放電容器の小径筒状部と電極につながる導電体との間を封着する封着材である。また、フリットガラスは、セラミックス封止用コンパウンドであり、例えばＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｄｙ₂Ｏ₃を主成分とする組成のものなどを用いることができる。さらに、フリットガラスは、加熱により溶融して小径筒状部と導電体との間の隙間に進入して固化することにより、小径筒状部と導電体との間を封着することによって放電容器内を気密に封止する。

本発明に係る高圧放電ランプでは、導電体は、少なくともフリットガラスによって封着される部位に封止用導体が設けられており、封止用導体またはフリットガラスの少なくとも一方が、平均粒径が1.0μｍ以下の金属酸化物を含有していることを特徴とする。

本発明に係る高圧放電ランプは、請求項１または２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。

本発明に係る高圧放電ランプでは、放電容器が備えている小径筒状部において、平均粒径が1.0μｍ以下であると共にその平均粒径の偏差が０．５以下である金属酸化物を主成分とするものであるため、小径筒状部における酸化物セラミックの平均粒径の偏差が０．５以下であることから、均一的な粒径を有する小径筒状部が封着する界面において接触面積の増大が生じ、封着処理時のレーザ照射によって酸化物セラミックス粒子の粒成長の促進が図られ、封着性の向上が図られ、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることが可能であるという効果を奏する。

さらに、本発明に係る高圧放電ランプでは、導電体が、少なくともフリットガラスによって封着される部位に封止用導体が設けられており、封止用導体またはフリットガラスの少なくとも一方が、平均粒径が1.0μｍ以下の金属酸化物を含有しているものであるため、小径筒状部が封着する封止用導体またはフリットガラスの少なくとも一方の界面において接触面積の増大が生じ、封着性の向上が図られ、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命化を図ることが可能であるという効果を奏する。

本発明に係る照明装置は、請求項１または２に記載の高圧放電ランプを備えた構成であるから、封着性の向上が図られた高圧放電ランプの採用により、長時間の使用によってもリークし難く、長寿命な照明装置を提供できるという効果を奏する。

以下、添付図面を参照して本発明に係る高圧放電ランプ及びそれ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。

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、一対のフリットガラス１３、１３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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の高圧放電ランプは、フリットガラス１３を用いて封止されている。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。

次に、電極マウントの導電体２３ａの上から予めリング状に成形したフリットガラス成形体を挿入して、上向きに延在する小径筒状部１２ａの端面に載置する。ここにおいて、フリットガラス成形体を含む封着予定部に対し、例えばレーザビームなどのレーザ光を小径筒状部１２ａの軸方向から照射して加熱する。フリットガラス成形体が溶融すると、フリットガラス１３の一部が小径筒状部１２ａの端面から内部に進入し、導電体２３ａの挿入部分を包囲して放電容器１を封止する。その後、冷却すれば発光管１Ａの一端側の封止が形成される。小径筒状部１２ｂに係る他端側も同様に封止する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜試作品試験１＞
本実施例では、小径筒状部１２ａ、１２ｂと封止用導体であるサーメットＳＭとフリットガラス１３とについては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックスを主成分とするものであり、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の平均粒径が図３に示す値の試作品１〜試作品６を用いて、連続点灯試験を行い、リークの有無を調べた。なお、ランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍであり、封入ガスをキセノン（Ｘｅ）とし、封入薬品としてＳｃＩ₃−ＮａＩ系のものを用いた。この結果、いずれも平均粒径が1.0μｍ以下である試作品１、２においては、それぞれ１万時間、１万５千時間以上までリークが生じなかった。

上記に対し、小径筒状部１２ａ、１２ｂのみにおいて平均粒径が1.0μｍ以下である試作品３、４は、千数百時間というある程度の時間はリークを生じないことが分かった。これ対し、小径筒状部１２ａ、１２ｂにおいて平均粒径が1.0μｍ以上の5.0μｍである試作品５、６は、数百時間の点灯でリークを生じ、実際上は製品化が難しいものであることが分かった。

＜試作品試験２＞
次の実施例では、小径筒状部１２ａ、１２ｂと封止用導体であるサーメットＳＭとフリットガラス１３とについては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックスを主成分とするものであり、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の平均粒径が図４に示す値の試作品７、８、９を用いて、連続点灯試験を行い、リークの有無を調べた。ここに、図５は横軸に平均粒径（μｍ）を、縦軸に度数をとったもので、試作品７は図５（ａ）に示す粒径分布を有し、金属酸化物セラミックの平均粒径の偏差が０．９１５であり、試作品８は図５（ｂ）に示す粒径分布を有し、セラミックの平均粒径の偏差が０．４２５であり、更に試作品９は図５（ｃ）に示す粒径分布を有し、セラミックの平均粒径の偏差が０．１７１である。なお、ランプの放電容器１の肉厚は１ｍｍ、外形１５ｍｍであり、封入ガスをキセノン（Ｘｅ）とし、封入薬品としてＳｃＩ₃−ＮａＩ系のものを用いた。

試作品８、９のいずれにおいても、１万５千時間を超えてリークがないが、試作品７にあっては１万１千時間でリークを生じた。この結果、小径筒状部１２ａ、１２ｂにおける酸化物セラミックの平均粒径の偏差が０．５以下である場合に特に効果を生じることが分かった。

図６に、たとえば上記高圧放電ランプ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。

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。

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。

本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの全体を示す正面図。 本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプの発光管の拡大断面図。 本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプについて所要部のアルミナセラミックスの粒径を変えた試作品によるリーク試験結果を示す図。 本発明の高圧放電ランプにおける実施形態としてのランプについて所要部のアルミナセラミックスの粒径の偏差を変えた試作品によるリーク試験結果を示す図。 図４に示した試作品のアルミナセラミックスの粒径の度数分布特性を示す図。 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

Ｎｂ ニオブ棒状体
ＳＭ サーメット
１ 放電容器
１Ａ 発光管
２Ａ 電極
３ シュラウドガラス
５ 外管
６ 口金
９ 照明装置
１１ 包殻部
１２ａ 小径筒状部
１２ｂ 小径筒状部
１３ フリットガラス
２３ａ、２３ｂ 導電体
９１ 天井
９２ 本体
９３ ソケット
９４ 反射鏡
９５ 制光体

Claims (3)

1. 平均粒径が1.0μｍ以下である金属酸化物を主成分とし、その平均粒径の偏差が０．５以下である小径筒状部を備える放電容器と；
   小径筒状部に挿入されて封着される導電体と；
   放電容器内に設けられ、導電体の先端側に設けられた電極と；
   導電体と小径筒状部の間隙に設けられて両者を封着するフリットガラスと；
   放電容器内部に封入された放電媒体と；
   を具備することを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 導電体は、少なくともフリットガラスによって封着される部位に封止用導体が設けられており、
   封止用導体またはフリットガラスの少なくとも一方が、平均粒径が1.0μｍ以下の金属酸化物を含有してい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。
3. 請求項１または２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。

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