JP2009110769A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】
セラミックスが電流導入導体に融着して形成されたフリットガラスレスの封止部を備え、封着部リークが生じにくいように改良された高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプは、内部に空間が形成されている包囲部1aおよび包囲部と一体化されてその内部に連通し少なくとも封止予定部が多結晶アルミナセラミックスを主体として形成された小径筒状部1bを備え、小径筒状部の封止予定部に融着により形成された封止部を有している透光性気密容器1と、透光性気密容器の封止部を気密に貫通して透光性気密容器の内部に導入され、少なくとも封止部SPに封着する部位がニオブとアルミナを主成分とするサーメットにより構成されている電流導入導体2と、電流導入導体の先端部に配設されて透光性気密容器の放電空間部に臨む電極３と、透光性気密容器内に封入された放電媒体とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、透光性セラミックスを用いた透光性気密容器に好適な封止構造を備えた高圧放電ランプに関する。

従来、透光性セラミックス気密容器を備えた高圧放電ランプにおいては、電流導入導体を介して上記気密容器を封止するために、種々の態様が提案されたり、試みられたりしてきた。その中でも最も普及しているのは、ガラスフリットを用いる態様である（例えば、特許文献１参照。）。

また、ガラスフリットを用いて封止する場合に、電流導入導体の封止部を気密に貫通する部位にサーメットを用いた高圧放電ランプも知られている（特許文献２参照。）。

特開平０６−１９６１３１号公報 特開２０００−１１３８５９号公報

ところが、ガラスフリットを用いて透光性セラミックス気密容器を封止する場合、ガラスフリットの耐熱性が充分に高いとはいえないことから、ランプの寿命特性を得るためには封止部の温度を比較的低い温度に抑制しなければならず、そのために以下のように構成する必要がある。
（１）放電空間を画成する包囲部の両端から小径筒部を管軸方向に延在させる、いわゆるキャピラリー構造を形成する。
（２）管壁負荷を小さくする。

上記構成の採用により以下の問題が生じる。

上記（１）の結果、ランプの全長が大きくなってしまう。これに伴って、さらに次の問題が派生する。
・キャピラリー部分が折損しやすくなる。
・封入するハロゲン化物などの放電媒体の封入量がキャピラリーを形成しない場合に比較して数倍以上、場合によっては１０倍以上必要になる。その結果、コストアップ、放電媒体の安定性、放電媒体から放出される不純ガス増加に起因する始動性低下、白濁、黒化および電極損耗などの不具合が発生しやすくなる。

上記（２）の実施によって高圧放電ランプの作動温度が低下するので、ハロゲン化物の蒸発が充分に行われなくなり、蒸気圧を高めることができない。その結果、発光効率を所期の程度まで高くすることができない。また、発光特性は良好であるが反応性が高いハロゲン化物を用いることができない。

本発明者らは、先にフリットガラスを用いないで透光性セラミックス気密容器を封着する研究を行った結果、フリットガラスレスの構成を見出した。このフリットガラスレスの構成は、種々の材料および構造を用いる幾つかの態様を含んでいる。

上記フリットガラスレスの構成において、透光性セラミックス気密容器が透光性多結晶アルミナセラミックスからなる場合の効果的な一態様としてセラミックスを加熱溶融させて封止部を形成する構成を採用する場合、電流導入導体にセラミックスが気密に融着する部位にニオブを用いると、ニオブとセラミックスとの熱膨張係数の差が小さくなるので、セラミックスの融着が容易になるが、量産性を考慮すると、より一層良好な封止部を容易に形成することが必要である。

本発明は、セラミックスが電流導入導体に融着して形成されたフリットガラスレスの封止部を備え、封着部リークが生じにくいように改良された高圧放電ランプを提供することを目的とする。

本発明の高圧放電ランプは、内部に空間が形成されている包囲部および包囲部と一体化されてその内部に連通し少なくとも封止予定部が多結晶アルミナセラミックスを主体として形成された小径筒状部を備え、小径筒状部の封止予定部に融着により形成された封止部を有している透光性気密容器と；透光性気密容器の封止部を気密に貫通して透光性気密容器の内部に導入され、少なくとも封止部に封着する部位がニオブとアルミナを主成分とするサーメットにより構成されている電流導入導体と；電流導入導体の先端部に配設されて透光性気密容器の放電空間部に臨む電極と；透光性気密容器内に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。

本発明は、以下の各態様を含む。

〔透光性気密容器について〕 透光性気密容器は、包囲部および小径筒部を備える。本発明において、少なくとも小径筒部は、包囲部と一体化されていて包囲部に連通するとともに、多結晶アルミナセラミックスを主体として形成されている。なお、一体化されているとは、包囲部と小径筒部が一体成形されている態様と複数の構成部品を焼嵌めなどで一体的に結合した態様のいずれであってもよい。また、多結晶アルミナセラミックスを主体とするとは、少なくとも封止の際に融着する部位すなわち封止予定部が多結晶アルミナセラミックスによって形成されていることを意味している。しかし、透光性気密容器は、好適には、包囲部および小径筒部がともに透光性セラミックスで形成されている。セラミックスとしては、単結晶の金属酸化物例えばサファイヤと、多結晶の金属酸化物例えば半透明の気密性アルミニウム酸化物すなわち透光性多結晶アルミナセラミックス、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような光透過性および耐熱性を備えたセラミック材料からなり、内部に放電空間が外部に対して気密に形成される容器である。しかし、上記材料の中でも透光性多結晶アルミナセラミックスは、工業的に量産できて比較的容易に入手できるため、透光性気密容器の構成材料として好適である。

従来では思いもよらないことであったが、本発明者は、透光性セラミックスを比較的容易に溶融できることを先に見出した。本発明は、この発見に基づいてなされた発明をさらに改良したものである。

本発明において、小径筒部の封止予定部、好ましくは小径筒部の端部に形成される封止部は、小径筒部自体が主として融着して形成される態様と、小径筒部と後述する電流導入導体との間に介在するアルミナセラミックスを主体とした他の部材が主として融着して形成される態様とを含む。

透光性多結晶アルミナセラミックスで一般的に透光性気密容器として使用されているものは、その結晶平均粒径が７０μｍ程度であるが、少なくとも小径筒部の封着予定部に接近した位置、換言すれば封止のために溶融する以前の結晶平均粒径が３０μｍ以下であるとクラックが生じにくくて好ましい融着を行うことができる。すなわち、上記部位の結晶平均粒径が３０μｍ以下であると、小径筒部のセラミックスを溶融させて封止を行う際に、導入導体との馴染みが良好で、かつ溶融により小径筒部と電流導入導体とが接合した後の冷却時に、接合部やその近傍にクラックが発生しにくい。また、結晶平均粒径が１μｍ以下になると、接合によるクラック発生が極めて少なくなるので、より一層好適である。さらに、結晶平均粒径が０．５μｍ以下になると、接合によるクラック発生が全く発生しなくなる。したがって、一般的には０．１〜３０μｍであるのが望ましい。また、０．５〜２０μｍであればより一層好ましい。さらに、１〜１０μｍであれば最適である。

上述した透光性気密容器の少なくとも小径筒部の封止予定部の結晶平均粒径が３０μｍ以下の上述した範囲から選択した値にする部位は、少なくとも小径筒部の封止予定部であればよい。しかしながら、所望により小径筒部のほぼ全体または透光性気密容器の全体とすることができる。また、透光性気密容器は、包囲部と小径筒部の平均結晶粒径が同じであるないとにかかわらず一体成形したものが熱的に好ましい。

また、セラミックスの平均結晶粒径が小さくなると、溶融温度が若干下がるので、融着がその分容易になる。このため、透光性気密容器の小径筒部のみの平均結晶粒径を小さくしてもよいし、小径筒部とは別に他の部材を用いる場合には、当該他の部材を平均結晶粒径が相対的に小さいセラミックスを用いて形成することもできる。

したがって、小径筒部とは別の他の部材に含有されるセラミックス微粒子を一般的には平均粒径が３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、最適には１μｍ以下にすることができる。そうすれば、小径筒部を含めて透光性気密容器を平均粒径７０μｍ程度のセラミックスを用いて形成することができる。この種のセラミックス、特に透光性多結晶アルミナセラミックスは、溶融温度が相対的に高いので、ランプ動作温度を高く設計することができ、このため高輝度放電ランプの場合、発光効率を高く維持することができる。

なお、透光性気密容器における透光性とは、例えばランプが作動することによって発生した光を透過して外部に導出できる程度に光透過性であることをいい、透明ばかりでなく、光拡散性であってもよい。そして、少なくとも後述するランプ作動部材が収納される内部空間を包囲する部分の主要部が透光性を備えていればよく、要すれば上記主要部以外の付帯的構造を備えているときには、当該部分は遮光性であってもよい。

透光性気密容器の包囲部は、その内部に放電を包囲する空間を画成している。包囲部の内部すなわち内部空間は、適当な形状、例えば球状、楕円球状、ほぼ円柱状などの形状をなしていることを許容する。内部空間の容積は、ランプの定格ランプ電力、ランプ作動部材の空間的な広がりなどに応じてさまざまな値が選択され得る。例えば、高圧放電ランプの場合、液晶プロジェクタ用ランプの場合、０．５ｃｃ以下にすることができる。自動車前照灯用ランプの場合、０．０５ｃｃ以下にすることができる。また、一般照明用ランプの場合、定格ランプ電力に応じて１ｃｃ以上および以下のいずれにすることもできる。

また、透光性気密容器の小径筒部は、その筒内が包囲部に連通している。小径筒部は、少なくとも後述する電流導入導体がそこに挿通し、かつその封止予定部にセラミックスの溶着により電流導入導体と協働して封止部を形成する。そして、形成された封止部によって透光性気密容器を気密に封止するために機能する。

小径筒部の数は、一般的な一対のランプ作動部材を封装する構成のためには２つであるが、配設する電流導入導体の数に応じて１つないし３つ以上の複数であることを許容する。一対のランプ作動部材を封装するために２つの小径筒部を配設する場合、各小径筒部は、それぞれ離間した位置に配設されるが、好適には管軸に沿って包囲部の両端に離間対向している。なお、小径筒部を構成するセラミックスは、低透光性ないし遮光性であってもよい。

本発明において、小径筒部は、その内部にキャピラリー構造を形成してもよいし、形成しなくてもよい。したがって、小径筒部の長さは本発明において特段限定されない。要するに、少なくとも小径筒部の封止予定部が電流導入導体の封着部位に対して直接的に、または間接的に融着して、好ましくはセラミックスが融着して封止部を形成しやすい長さであればよい。本発明において、透光性気密容器の小径筒部の長さは、溶着により封止部を形成するので、従来のフリットガラスを用いて封止する場合の小径筒部の長さより明らかに短くすることができる。

なお、上記において、直接的な融着とは、小径筒部の封止予定部が溶融して電流導入導体に融着する態様である。また、間接的な融着とは、小径筒部の封止予定部と電流導入導体との間にさらに小径筒部のセラミックスと実質的に同質のセラミックスを用いて形成されたセラミックスリーブなどのセラミックス部材が介在し、かつセラミックス部材が主として融着する態様である。実質的に同質のセラミックスとは、例えば小径筒部の封止予定部のセラミックスが透光性アルミナセラミックスである場合に、セラミックスリーブなどのセラミックス部材が透光性を有しないアルミナセラミックスである程度に同質であればよいことを意味する。

また、間接的な封着部において、小径筒部の開口端には、後述するセラミックスリーブを所定位置に支持するために、所望により係止段部を形成することができる。係止段部は、小径筒部の内周面全体にわたり形成してもよいし、内周面の一部に突起を形成するなどにより部分的に形成してもよい。そうして、小径筒部の開口端にセラミックスリーブなどのセラミックス部材を挿入したときに、セラミックス部材の支持位置が係止段部により規制され、その結果セラミックス部材が小径筒部に対して所定位置に係止される。係止段部を形成する態様によれば、小径筒部の内部に形成するキャピラリー（わずかな隙間）と無関係にセラミックス部材の外径を設定することができる。なお、所望により形成段部に対応する部分の小径筒部の外径をその他の部分のそれより大きくすることも許容される。また、所望によりセラミックス部材に希土類金属の酸化物などの副成分を添加することができる。

さらに、小径筒部の開口端に係止段部を配設しない場合には、管軸を垂直方向にした状態で、小径筒部の開口端で後述するセラミックス部材を支持して、封止することも許容される。この態様においては、主として小径筒部とセラミックス部材とが融着し、かつセラミックス部材と電流導入導体とが融着して封止部が形成される。なお、小径筒部とセラミックス部材を一体的に形成してもよい。

次に、透光性気密容器を透光性セラミックスにより形成する場合には、包囲部を一体的に成形して形成してもよいし、複数の構成部材を接合させたり、嵌合させたりして形成してもよい。例えば、包囲部の他に小径の筒部などの付帯的構造を備えている場合、包囲部の両端または一端に付帯的構造を最初から一体に成形することができる。しかし、例えば包囲部と、付帯的構造とを、それぞれ別に仮焼結してから所要に接合させて、全体を焼結することにより、一体の透光性セラミックス気密容器を形成することもできる。また、筒状部分と端板部分とをそれぞれ別に仮焼結してから接合して、全体を焼結することにより、一体化された包囲部を形成することもできる。

〔電流導入導体について〕 電流導入導体は、後述する電極を支持し、かつ電極に電圧を印加して、点灯回路から電流を供給するとともに、小径筒部または他の部材と協働してセラミックスが融着する部位を提供することで小径筒部の封止予定部に封止部を形成し、この封止部で透光性気密容器を封止するために機能する導体である。そのために、本発明において、電流導入導体は、少なくとも上記封止部に封着する部位（以下、便宜上「封着部」という。）がニオブとアルミナを主成分とするサーメット（以下、便宜上「ニオブ−アルミナサーメット」という。）により構成されている。

すなわち、電流導入導体の封着部の横断面構造としては、例えば横断面の全体がニオブ−アルミナサーメットで構成されてもよいし、中核部がモリブデンとアルミナを主成分とするサーメット（以下、便宜上「モリブデン−アルミナサーメット」という。）で、外周部がニオブ−アルミナサーメットで構成された複層構造であってもよい。また、ニオブ−アルミナサーメットの部分が多結晶アルミナセラミックスに封着する部位のニオブの含有体積率が相対的に小さくて、電流導入導体の中核部に接近する部位のニオブの含有体積率が相対的に大きい傾斜構造を備えていてもよい。

また、電流導入導体は、その封止部に対する封着部の包囲部側に隣接して小径筒部内に位置する部分が（１）モリブデン−アルミナサーメット、（２）モリブデン−アルミナサーメットおよび金属モリブデンの接合体、ならびに（３）金属モリブデンのいずれかの態様によって構成されているのが好ましい。そうすれば、モリブデン−アルミナサーメットまたは金属モリブデンの部分の先端に電極の基端を接合して、電極を支持するのが容易になる。また、モリブデン−アルミナサーメットまたは金属モリブデンの部分の基端側の一部がニオブ−アルミナサーメットからなる封着部と一緒に小径筒部の封止部に封着されるように構成することができる。これによりニオブ−アルミナサーメットの部分が小径筒部内に露出して放電媒体に曝されて封止部が損傷するのを防止することができる。

さらに、電流導入導体は、その基端部が透光性気密容器の小径筒部の外部に露出して点灯回路に接続可能なように構成される。上記基端部は、この機能のために小径筒部の端面から外部へ突出しているのが好ましい。しかし、外部に露出しているのであれば突出していなくてもよい。

さらにまた、小径筒部に封止部を形成するには、一般に電流導入導体の先端に予め電極を接合した電極マウントを製作し、この電極マウントを小径筒部に挿通させた状態で封止作業を行う。この封止作業を容易にするために、電流導入導体の基端部に径大部を備えて小径筒部の端面に係止させることができる。したがって、径大部は、その直径が小径筒部の内径より大きくなっている。なお、径大部の直径は、小径筒部の内径の一般的には１１０〜１５０％、好ましくは１２０〜１４０％に設定するのがよい。直径が上記下限値より小さいと小径筒部の端面に係止しにくくなる。反対に上記上限値より大きいと、電流導入導体の熱容量が大きくなり過ぎて所要温度まで加熱するのに要する時間が長くなって封止部の形成が相対的に困難になる。

そうして、融着による封止部を形成しようとする小径筒部を上向きの垂直位置に保持した状態にして、電極マウントを小径筒部の内部に挿通させると、自重によって電流導入導体の基端部の径大部が小径筒部の端面に係止し、電極マウントが透光性気密容器に対して所定位置で支持される。この状態では、径大部がその全周部分で小径筒部の端面に係止されるので、電流導入導体の封着部がその全周にわたり均一に融着して封着部が融着部分に封着して良好な封止部を形成するのに好都合である。なお、径大部の一部が封止部内に入り込んで封止されることが許容される。

電流導入導体の径大部は、その横断面の全体にわたりニオブ−アルミナサーメットにより形成することができる。また、横断面の中核部をモリブデン−アルミナサーメットで形成し、外周部をニオブ−アルミナサーメットで形成することができる。後者の場合、ニオブ−アルミナサーメットの部分をセラミックスに対する封着部として封止部を形成することができる。また、上記中核部の直径を小径筒部の内部に挿通される部分とほぼ同一の径とすれば、径大部を備えた電流導入導体の形成が容易になる。すなわち、棒状のモリブデン−アルミナサーメット仮焼結体とリング状のニオブ−アルミナサーメット仮焼結体をそれぞれ用意して、両者を所定位置で嵌合させて一緒に焼結すれば、径大部が形成される。

ニオブ−アルミナサーメットは、平均粒径が一般的には０．０５〜２０μｍ、好ましくは０．１〜２μｍの範囲内にあるニオブ粒子をニオブの含有体積率２０〜８０％、好ましくは４０〜６０％の割合で含有するものを用いるのがよい。なお、含有体積率は、ニオブ−アルミナサーメットの断面顕微鏡写真中の所定面積中に占めるニオブ金属粒子の面積の百分率比をもって判定する。

ニオブ−アルミナサーメットがニオブとアルミナを主成分とするとは、サーメットがニオブとアルミナのみによって形成されている以外に、副成分としてニオブ以外の金属または／およびアルミナ以外のセラミックス成分を含有することを許容する意味である。副成分の金属としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）タンタル（Ｔａ）および白金（Ｐｔ）などから選択された一種または複数種の金属を用いることができる。

ニオブ−アルミナサーメットの熱膨張係数をニオブの含有体積率に応じてアルミナのそれからニオブのそれに接近した値に設定することができる。多結晶アルミナの熱膨張係数は７．８×１０^−６であり、ニオブの熱膨張係数は７．１×１０^−６であるから、ニオブの含有体積率に応じて７．１〜７．８×１０^−６の範囲内で所望の熱膨張係数のサーメットを得ることができることを理解できる。しかし、ニオブの含有体積率が８０％を超えると、封止部との間の熱膨張係数差が大きくなりすぎて、封止部リークが生じやすくなる。また、ニオブ成分の含有体積率が２０％未満になると、所望の導電性を得るのが困難になる。

さらに、所望により少なくとも封止予定部におけるニオブ−アルミナサーメットを、主として封着性を良好に構成した第１のサーメットが外周側に位置し、主として導電性を良好にした第２のサーメットを中心側に位置する同軸的な傾斜構造とすることができる。なお、この場合、第１および第２のサーメットを段階傾斜構造または無段階傾斜構造とすることができる。

〔封止工程について〕 小径筒部の端部および電流導入導体を主としてセラミックスの溶融により融着させて透光性気密容器を封止するために行う加熱工程は、例えば以下の態様で行うことができる。

透光性気密容器を封止するために、少なくとも小径筒部の封止予定部において、小径筒部の多結晶アルミナセラミックスを溶融し、またはこれに加えて他の部材を付加する場合に当該部材のセラミックスをも溶融させるための手段は、本発明において特段限定されない。例えば、少なくとも小径筒部のセラミックスを加熱して、その溶融温度以上に温度を上昇させれば、加熱されたセラミックスまたはこれに加えて他の部材が溶融し、封止予定部の内部に貫通して配設されている電流導入導体のニオブ−アルミナサーメットに融着させることができる。加熱手段がＹＡＧレーザーのようにアルミナセラミックスを透過しやすい波長であったとしても内部の電流導入導体を最初に加熱すると、電流導入導体の熱がアルミナセラミックスに伝熱するので、当該セラミックスを局所加熱して溶融させることができる。

アルミナセラミックスが溶融した後、冷却するまでの間にクラックの発生や溶融部分の内部に大きな空所が形成されにくくするには、加熱開始からレーザー出力を徐々に増加していき、溶融状態到達時の出力を数秒間維持する。そして、その後徐々に出力を低減して０にするのがよいことが分かった。また、小径筒部の封止予定部を加熱する一態様として、例えば管軸に対して直交する方向または管軸に平行な方向もしくは管軸に対して直角より小さい角度傾斜下方向からレーザーを照射する際に、管軸を中心として透光性気密容器を回転させながらレーザーを照射することができる。さらに、加熱して溶融したときに電極マウントを管軸方向の外部側へ５〜１０ｍｍ程度ずらすことで、熱の局部的集中を抑制することができる。また、所望により電極間距離調整しながらずらすこともできる。
そうして、セラミックスが冷却して固化することで封止部が形成される。すなわち、封止部の内部では、溶融したセラミックスが固化して、電流導入導体のニオブ−アルミナサーメットに小径筒部のセラミックスが直接または他の部材のセラミックスを介して間接的に融着する。その結果、小径筒部の封止予定部に封止部が形成され、透光性気密容器が封止される。小径筒部などのセラミックスを加熱する手段は、例えばレーザーや反射鏡付ハロゲン電球などの熱線投射形の局部加熱手段、誘導加熱手段および電気ヒータなどを用いることができる。なお、レーザーとしては、例えばＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザーなどを用いることができる。

熱線投射形の上記局部加熱手段を用いて小径筒部の封止予定部の全周を加熱する場合、局部加熱手段を上記予定部に対して所定の離間位置、例えば予定部の側方に固定し、局部加熱手段を作動させながら透光性気密容器の小径筒部および局部加熱手段のいずれか一方または双方を回転させれば、小径筒部の全周を均一に加熱することができる。しかし、所望により、固定的に配置された小径筒部の周囲に複数の局部加熱手段を配置したり、局部加熱手段を小径筒部の周囲に回転させたり、あるいは小径筒部の全周を包囲する加熱手段を配設したりすれば、透光性気密容器を静止状態で加熱することもできる。

そうして、封止予定部が加熱されて主として小径筒部のセラミックスが溶融して電流導入導体のニオブ−アルミナサーメットに直接または間接的に融着することにより、封止部が形成される。この封止部は、電流導入導体のニオブ−アルミナサーメットがセラミックスと固溶して固溶体となっていることが多い。そして、好ましい封止部は、その外表面におけるアルミナの平均結晶粒径が非封止部の外表面におけるアルミナの平均結晶粒径より大きくなっている。または、アモルファス（非結晶化）している場合もある。封止部が上記のような態様をなしている場合、融着部の全体または一部で結晶成長が行われ、その結果結晶方向がランダムとなるために、またはアモリファスであるために、耐熱性および機械的強度が高くなる。このため、ランプ点灯によるヒートショックによる破損やリークが発生にしにくくなる。

また、電流導入導体のニオブ−アルミナサーメットの放電空間側にモリブデン−アルミナサーメットまたは金属モリブデンを接合し、かつそのニオブ−アルミナサーメット側の部位が封止部にニオブ−アルミナサーメットと一緒に封着する態様を許容する。この態様によれば、ニオブ−アルミナサーメットの部分は、封止部の内部に埋設されるので、放電空間側に露出しなくなる。このため、ニオブ−アルミナサーメットの部分が放電空間側に露出して放電媒体によって損傷するのを防止することができる。

〔電極について〕 電極は、後述する放電媒体の放電を透光性気密容器の内部に生起させる手段である。電極は、一般的にその一対が透光性気密容器の内部において電極間でアーク放電が生起されるように離間対向して配設される。なお、本発明においては、少なくとも１個の電極が上記電流導入導体に接続して透光性気密容器内に封装されている。

また、電極は、電流導入導体に接続して透光性気密容器内の所定位置に支持されている。例えば、電極の基端が電流導入導体の透光性気密容器の内部側に位置する先端部に接続される。

さらに、電極を電極主部または／および電極軸部により構成することができる。電極主部は、放電の起点となる部分で、したがって主として陰極およびまたは陽極として作用する部分であり、所望により電極軸部を介さないで直接電流導入導体に接続することができる。また、電極主部の表面積を大きくして放熱を良好にするために、必要に応じてタングステンのコイルを巻装したり、電極軸部より径大にしたりすることができる。電極が電極軸部を備えている場合、電極軸部は、電極主部と一体に、または溶接されて、電極主部の背面から後方へ突出して電極主部を支持し、かつ電流導入導体に接続する。なお、所望により電極軸部と電流導入導体の先端部を単一のタングステンにより一体化させることができる。

さらにまた、電極の材料には、タングステン、ドープドタングステン、トリエーテッドタングステン、レニウムまたはタングステン−レニウム合金などを用いることができる。

さらにまた、一対の電極を用いる場合、交流点灯形の場合にはそれらを対称構造とするが、直流点灯形の場合には、非対称構造にすることができる。

〔放電媒体について〕 放電媒体は、その放電により所望の発光を得るための手段であるが、本発明においてその構成が特段限定されない。例えば、下記に列挙する態様であることを許容する。しかし、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および希ガスにより構成される。なお、本発明は、高圧放電ランプに適用して特に好適であるが、低圧放電ランプに適用することもできる。なお、「高圧放電」とは、イオン化媒体の点灯中の圧力が大気圧以上になる放電をいい、いわゆる超高圧放電を含む概念である。

発光金属のハロゲン化物は、主として可視光を発光する発光金属のハロゲン化物であり、既知の各種金属ハロゲン化物を採用することができる。すなわち、発光金属の金属ハロゲン化物は、発光色、平均演色評価数Ｒａおよび発光効率などについて所望の発光特性を備えた可視光の放射を得るため、さらには透光性セラミックス放電容器のサイズおよび入力電力に応じて、既知の金属ハロゲン化物の中から任意所望に選択することができる。例えば、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、希土類金属（ジスプロシウム（Ｄｙ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ランタン（Ｌａ）およびセリウム（Ｃｅ）など）、タリウム（Ｔｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびリチウム（Ｌｉ）からなるグループの中から選択された一種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。

ランプ電圧形成媒体は、ランプ電圧を形成するのに効果的な媒体であり、例えば水銀または下記の金属のハロゲン化物を用いることができる。すなわち、ランプ電圧形成媒体としてのハロゲン化物は、点灯中の蒸気圧が相対的に大きくて、かつ、可視域の発光量が上記発光金属による可視域の発光量に比較して少ない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）などのハロゲン化物が好適である。

希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）などを単体でまたは混合して用いることができる。

１．発光金属のハロゲン化物＋水銀＋希ガス：いわゆる水銀入りのメタルハライドランプの構成である。

２．発光金属のハロゲン化物＋ランプ電圧形成媒体としてのハロゲン化物＋希ガス：環境負荷の大きな水銀を用いないいわゆる水銀フリーのメタルハライドランプの構成である。

３．水銀＋希ガス：いわゆる高圧水銀ランプの構成である。

４．希ガス：希ガスとしてＸｅを用いると、いわゆるキセノンランプの構成である。

次に、発光金属のハロゲン化物は、ハロゲンとしてよう素、臭素、塩素またはフッ素のいずれか一種または複数種を用いることができる。

〔その他の構成について〕 本発明においては、所望により以下の構成を付加するか、組み合わせて使用することができる。

１．(外管について) 高圧放電ランプは、透光性気密容器が大気中に露出した状態で点灯するように構成することができる。しかし、要すれば、透光性気密電容器を外管内に収納することができる。なお、外管内は、真空、ガス入り、または大気に連通した雰囲気にすることもできる。

２．（高圧放電ランプ点灯装置について） 高圧放電ランプを点灯する場合、点灯回路は、どのような構成であってもよい。また、交流点灯および直流点灯のいずれの点灯方式であってもよい。交流点灯の場合、例えばインバータを主体とする電子化点灯回路を構成することができる。所望により、インバータの入力端子間に接続する直流電源に昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどの直流−直流間変換回路を付加することができる。直流点灯の場合、例えば上記直流−直流間変換回路を主体とする電子化点灯回路を構成することができる。

３．（照明装置について） 本発明において、高圧放電ランプを照明装置に適用する場合、照明装置は、照明装置本体と、照明装置本体に配設された高圧放電ランプと、高圧放電ランプを点灯する点灯回路とで構成することができる。

なお、照明装置は、高圧放電ランプを光源とする全ての装置を含む概念である。例えば、屋外用および屋内用の各種照明器具、自動車前照灯、画像または映像投射装置、標識灯、信号灯、表示灯、化学反応装置および検査装置などである。

照明装置本体は、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯回路を除いた残余の部分をいう。点灯回路は、照明装置本体から離間した位置に配置されるのであってもよい。

本発明によれば、透光性気密容器の小径筒状部の封止予定部に融着により形成される封止部に封着する電流導入導体の部位がニオブとアルミナを主成分とするサーメットにより構成されていることにより、上記サーメットはアルミナの熱膨張係数に接近しているとともにアルミナセラミックスに対して馴染みやすいので、封着部リークが生じにくくなって良好な封止が得られる高圧放電ランプを提供することができる。

また、電流導入導体の封止部に封着する部位を、中核部がモリブデンとアルミナを主成分とするサーメットで、外周部がニオブとアルミナを主成分とするサーメットにより構成することにより、上記効果に加えて本発明に用いる電流導入導体の形成が容易になる。

さらに、電流導入導体の小径筒部から外部に露出する部位が小径筒部の内径より大きい径大部を備えていることにより、透光性気密容器を垂直位置に保持して封止作業を行うのが容易になる。

さらにまた、上記径大部を中核部がモリブデンとアルミナを主成分とするサーメットで、外周部がニオブとアルミナを主成分とするサーメットにより構成することにより、径大部の形成が容易になる。

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および図２は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示し、図１は高圧放電ランプ全体の管軸に沿った断面図、図２は封止工程を示す説明図である。本形態の高圧放電ランプは、透光性気密容器１、電極マウントＥＭ、放電媒体および封止部ＳＰを具備している。なお、電極マウントＥＭは、電流導入導体２および電極３の接合体からなる。図１において、管軸方向に記された１点鎖線は図の中心線である。

透光性気密容器１は、本形態において、外表面における平均結晶粒径が３０μｍ以下の透光性多結晶アルミナセラミックスを主材料として一体成形により形成されており、包囲部１ａおよび一対の小径筒部１ｂ、１ｂを具備している。なお、セラミックスの平均結晶粒径は、小径筒部１ｂの外表面を放電子顕微鏡で拡大すれば容易に視認することができ、基準直線を透光性気密容器１の外表面の適当な部位に設定して、当該基準線と交わる多数の結晶粒子の直径の平均値とする。

包囲部１ａは、肉厚がほぼ球形の形状に成形され、内部に同様形状の放電空間１ｃが形成されている。

一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、それぞれが包囲部１ａの管軸方向の両端から一体に延長された短くて包囲部１ａに比較して細い筒状部分によって形成されている。小径筒部１ｂの端部側の部位が封止予定部であり、そのセラミックスが溶融して封止部ＳＰを形成している。なお、上記封止部ＳＰを形成する封止工程については後述する。

電流導入導体２は、ニオブ−アルミナサーメット部２ａおよびモリブデン部２ｂが溶接によって直列に接合されて構成されている。ニオブ−アルミナサーメット部２ａは、基端側となってその一部が透光性気密容器１の外部に露出する。本形態において、ニオブ−アルミナサーメット部２ａは、その基端部に径大部２ａ１を備えている。径大部２ａ１は、その直径が小径筒部１ｂの内部に挿通する部位の直径より大きい。モリブデン部２ｂは、ニオブ−アルミナサーメット部２ａの先端に突合せ溶接されている。

また、電流導入導体２は、そのニオブ−アルミナサーメット部２ａの径大部２ａ１が、その一部を外部に残して封止部ＳＰの内部に封着して封止部ＳＰに包囲されている。したがって、封止部ＳＰから外部露出しているのは径大部２ａ１の一部である。

封止部ＳＰは、本形態においては小径筒部１ｂの封止予定部のアルミナセラミックスが主体的になって溶融して形成されるが、セラミックスの溶融時に表面張力により軸方向に凝縮しながら径方向に小径筒部１ｂの表面から外側へ膨出して楕円球状ないし涙滴状に変形する傾向があるが、加熱時間や温度などの加工要因により多様な形状となる。

電極３は、タングステン棒からなり、その軸方向の先端部、中間部および基端部にわたり軸部の直径が同じで、かつ先端部および中間部の一部が包囲部１ａの内部空間１ｃ内に露出している。また、電極３は、その基端部が電流導入導体２のモリブデン部２ｃの先端部に突合せ溶接により接続して、透光性気密容器１の管軸方向に沿って支持されている。なお、電極３の中間部または電流導入導体２の先端側と小径筒部１ｂの内面との間に管軸方向に短いわずかな隙間ｇすなわちキャピラリーが形成されている。しかし、このキャピラリーは、フリットガラスを用いて透光性セラミックス放電容器を封止する従来の高圧放電ランプにおけるそれに比較すると、明らかに短くなっている。

放電媒体は、発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用媒体および希ガスからなる。ランプ電圧形成用媒体は、水銀またはランプ電圧計形容用ハロゲン化物からなる。なお、ランプ電圧形成用ハロゲン化物は、蒸気圧が高くて発光金属のハロゲン化物との共存下で可視域の発光量が発光金属の発光量に比較して少ない金属のハロゲン化物である。

次に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して高圧放電ランプＭＨＬの封止工程について説明する。

最初に、図２（ａ）に示すように、電極マウントＥＭを用意する。また、図示しないが、透光性気密容器１も用意する。

次に、図２（ｂ）に示すように、透光性気密容器１を垂直位置に保持していて、上部に位置する小径筒部１ｂ内に電極マウントＥＭが透光性気密容器１の内部へ挿入され、径大部２ａ１が小径筒部１ｂの開口端に係止していれば、その位置で電極マウントＥＭが透光性気密容器１に支持されて封止位置が決まる。

最後に、図２（ｃ）に示すように、透光性気密容器１および電流導入導体２を図示しない回転機構により回転させながら加熱手段として例えば矢印方向にレーザーを、封止予定部（開口端部近傍）および電流導入導体２の径大部２ａ１の外側から照射して、小径筒部１ｂの封止予定部および電流導入導体２のニオブ−アルミナサーメット部２ａおよびモリブデン部2ｂの基端側を加熱する。その結果、小径筒部１ｂの封止予定部のセラミックスがやがて溶融して、小径筒部１ｂの封止予定部および電流導入導体２のニオブ−アルミナサーメット部２ａおよびモリブデン部２ｂの封止予定部に対向する部位が主としてセラミックスの融着により気密に封着して封止部ＳＰが形成され、透光性気密容器１が封止される。なお、図示を省略している下部の小径筒部１ｂが予め封止されている場合には、上部の封止部ＳＰを形成する前に放電媒体が上部の小径筒部１ｂの開口端から透光性気密容器１の内部に封入され、液体窒素などの冷媒によって放電媒体を冷却しながら封止部ＳＰを形成することができる。また、封止部ＳＰを形成する際に加熱中に電極マウントＥＭを図２（ｃ）において上方へ数ｍｍ移動させると均熱化に効果的である。

実施例１は、図１に示す高圧放電ランプである。

透光性気密容器 ：一体成形の透光性多結晶アルミナセラミックス製、
包囲部；管軸方向の長さ6mm、最大内径5mm、球状内面形状、肉厚0.4mm
小径筒部；外径1.7mm、内径0.7mm、長さ6mm、
電流導入導体：ニオブ−アルミナサーメット部・モリブデン部の接合体
ニオブ−アルミナサーメット部；Nb（粒径0.1〜2.0μｍ）-PCA=50:50体積％、
直径0.65mm、長さ10mm、径大部直径0.78mm
電極 ：W棒、直径0.65mm、電極間距離3mm
放電媒体 ：DyI₃-NdI₃-CsI=3mg、Xe1Mpa

高負荷（定格点灯の１５０％電力）点灯にて１０００時間経過時に破損個数0/10であった。

なお、上記PCAとは多結晶アルミナセラミックスである。

［比較例］
電流導入導体：ニオブ−アルミナサーメット部・モリブデン部の接合体、直径0.65mm、
長さ10mm

その他は、実施例１と同じ仕様である。

高負荷（定格点灯の１５０％電力）点灯にて１０００時間経過時に破損個数5/10であった。

図３および図４は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態を示し、図３は高圧放電ランプ全体の管軸に沿った断面図、図２は封止工程を示す説明図である。なお、図中、図１および図２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。

本形態においては、電流導入導体２がニオブ−アルミナサーメット部２ａ、モリブデン部２ｂおよびモリブデン−アルミナサーメット部２ｃからなる。そして、ニオブ−アルミナサーメット部２ａがモリブデン−アルミナサーメット部２ｂと協働して径大部２ａ１を構成する。なお、モリブデン−アルミナサーメットの熱膨張係数は７．１×１０^−６であるから、熱膨張係数が７．１×１０^−６〜７．８×１０^−６の間に調整可能なニオブ−アルミナサーメットとの間の接合に問題はない。

すなわち、モリブデン−アルミナサーメット部２ｃは、モリブデン部２ｂの基端に接合している。そして、ニオブ−アルミナサーメット部２ａは、モリブデン−アルミナサーメット部２ｃの長さ方向の中間部において、その外周をリング状に包囲してモリブデン−アルミナサーメット部２ｃに接合することにより、モリブデン−アルミナサーメット部２ｃの直径より大きくなって径大部２ａ１を形成する。なお、径大部２ａ１の直径Ｄ２は、モリブデン−アルミナサーメット部２ｃの直径Ｄ１の１１０〜１３０％に設定される。

封止部ＳＰを形成する工程は、図４（ａ）ないし図４（ｃ）に示しているように図２に示す第１の形態におけるのと概ね同様である。しかし、ニオブ−アルミナサーメット部２ａによって構成されている径大部２ａ１の全体が封止部ＳＰの内部に埋没するので、封止部ＳＰから外部へ露出するのはモリブデン−アルミナサーメット部２ｃの基端部である。

実施例２は、図１３に示す高圧放電ランプである。

電流導入導体：モリブデン−アルミナサーメット部・ニオブ−アルミナサーメット部・
モリブデン部の接合体
モリブデン−アルミナサーメット部；Mo-PCA=60:40体積％、直径0.65mm、長さ10mm
ニオブ−アルミナサーメット部；Nb（粒径0.1〜2.0μｍ）-PCA=50:50体積％、
直径0.78mm
その他は、実施例１と同じ。

高負荷（定格点灯の１５０％電力）点灯にて１０００時間経過時に破損個数0/10であった。

本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示す管軸に沿った断面図 同じく封止工程を示す説明図 本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態を示す管軸に沿った断面図 同じく封止工程を示す説明図

符号の説明

１…透光性気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、１ｃ…放電空間、２…電流導入導体、２ａ…ニオブ−アルミナサーメット部、２ａ１…径大部、２ｂ…モリブデン部、ＥＭ…電極マウント、ＳＰ…封止部

Claims (4)

1. 内部に空間が形成されている包囲部および包囲部と一体化されてその内部に連通し少なくとも封止予定部が多結晶アルミナセラミックスを主体として形成された小径筒状部を備え、小径筒状部の封止予定部に融着により形成された封止部を有している透光性気密容器と；
   透光性気密容器の封止部を気密に貫通して透光性気密容器の内部に導入され、少なくとも封止部に封着する部位がニオブとアルミナを主成分とするサーメットにより構成されている電流導入導体と；
   電流導入導体の先端部に配設されて透光性気密容器の放電空間部に臨む電極と；
   透光性気密容器内に封入された放電媒体と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 電流導入導体は、透光性気密容器の封止部を気密に貫通する部位が、中核部がモリブデンとアルミナを主成分とするサーメットで、かつ封止部に封着する外周部がニオブとアルミナを主成分とするサーメットで構成されていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 電流導入導体は、透光性気密容器の小径筒状部の端部から外部に露出する部位が小径筒状部の内径より大きい大径部を備えてい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. 大径部は、中核部が小径筒部内に挿通する部分と同径のモリブデンとアルミナを主成分とするサーメットからなり、かつ外周部がニオブとアルミナを主成分とするサーメットからなることを特徴とする請求項３記載の高圧放電ランプ。

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