JP2009193878A - 導電性複合材料およびランプ - Google Patents

Abstract

【課題】
平均粒径の大きな導電性金属粒子を用いていても導電性を有する導電性複合材料およびこれを用いたランプを提供する。
【解決手段】
導電性複合材料は、非導電性物質および導電性物質が混合した成形体であるとともに、非導電性物質は結晶性および非結晶性のいずれかの耐熱性無機質物質からなり、導電性物質は平均粒径が互いに異なる２種類の導電性を有する高融点金属粒子からなり、非導電性物質および導電性物質が結着して一体化した成形体からなり、例えば電流導入導体２の導電性複合材料部分２ｂなどに用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ランプの電流導入導体として用いるのに好適な導電性複合材料およびこれを用いたランプに関する。

高圧放電ランプの高効率化および小形化に対する要求に応えるために、発光管の点灯中の温度や内部圧力が高くなってきている。この傾向に伴い発光管としての透光性気密容器の材料として透光性セラミックスが採用されるようになってきた。透光性セラミックスは、従来から多用されてきた石英ガラスよりも融点が高いので、点灯中の温度を高く設定することができる。透光性セラミックス気密容器を封止するためには、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、フリットガラスを用いる態様である（例えば、特許文献１参照。）。

これに対して、フリットガラスを用いることなしに直接セラミックスを溶融させて透光性セラミックス気密容器を封止するフリットレス封止が提案された（特許文献２参照。）。このフリットレス封止には、種々の材料および構造を用いる幾つかの態様が含まれている。その中には一部がサーメットで構成されている電流導入導体を用いる態様がある。この態様においては、サーメット部分を透光性セラミックス気密容器の封止予定部に対向して位置させて上記封止予定部の外側からレーザーなどの熱線を照射して封止予定部のセラミックスを溶融させる。そうして、溶融したセラミックスが固化したときにサーメット部分に直接封着して封止部を形成し、それにより透光性セラミックス気密容器が封止される。

特開平０６−１９６１３１号公報 特開２００７−１１５６５１号公報

上述したフリットレス封止においては、電流導入導体のサーメット部分が電流供給路としての導電体として機能するとともに、そこにセラミックスが溶着して封止部を形成する際の封着材として機能する。電流供給路として良好な導電体であるためには、導電率が高いのが好ましいので、サーメット中の導電性金属粒子の混合比率を高くすればよい。ところが、導電性金属粒子の混合比率を高くすると、サーメットの焼結時に導電性金属粒子が結晶粒成長抑制剤として作用して焼結を阻害し、サーメットの密度を低下させてしまうという問題がある。一方、サーメットの熱膨張係数は、導電性金属粒子の混合比率に応じて変化し、導電性金属粒子の混合比率が小さければセラミックスの熱膨張係数に接近するが、混合比率が大きくなるにしたがってセラミックスの熱膨張係数との差が大きくなり、封止部にクラックが生じやすくなるという問題がある。特許文献２では、十分な導電性を得るためにはサーメットの金属成分の含有比率が５０〜８０質量％であるのが好ましい旨記載されている。

従来、サーメットの導電性は、導電性金属粒子の含有比率がこれを決定すると考えられているが、本発明者がサーメットを試作して調査したところ、導電性金属粒子の平均粒径によっても大きく影響を受けることが分かった。すなわち、サーメットの導電性金属粒子の含有比率を一定にして平均粒径を変化してみると、平均粒径が例えば１μｍのようにμｍ級になると、導電性が得られないが、平均粒径が例えば０．５μｍのようにサブμｍ級になると、導電性が得られる。また、平均粒径の異なる種類の導電性金属粒子を混合すると、μｍ級の導電性金属粒子を含有していても導電性が得られることを見出した。さらに、高融点金属粒子の平均粒径がμｍ級であれば比較的製造が容易で安価に入手可能であるが、サブμｍ級になると、製造が難しく所望量を入手しにくくなると同時に高価になるという事情もある。

本発明は、平均粒径の大きな導電性金属粒子を用いていても導電性を有する導電性複合材料およびこれを用いたランプを提供することを目的とする。

本発明の導電性複合材料は、結晶性および非結晶性のいずれかの耐熱性無機質物質からなる非導電性物質と；平均粒径が互いに異なる２種類の導電性を有する高融点金属粒子からなる導電性物質と；を具備しており、非導電性物質および導電性金属が混合結着して一体化した成形体からなることを特徴としている。

本発明は、以下の各態様を含む。

本発明において、導電性複合材料は、非導電性物質と導電性物質とが混合した成形体からなる。導電性複合材料の熱膨張係数は、含有成分の非導電性物質の熱膨張係数と導電性金属のそれとの中間の値を示す。したがって、その熱膨張係数は、導電性金属の含有比率に応じて変化する。このような性質を有することから、導電性複合材料は、非導電性物質と金属との接合の際に両物質の間に介挿される傾斜材料として用いるのに好適である。また、導電性複合材料は、導電性を有していることから、電流導通部材として利用可能である。このため、ランプなどの封着材兼電流導入導体として利用することができるなど多様な用途に適応する。なお、本発明において導電性複合材料の形態は、特段限定されない。例えば、用途に応じて棒状や板状など多様な形態であることを許容する。

導電性複合材料の一方の含有成分であるところの非導電性物質は、結晶性および非結晶性のいずれであってもよい。結晶性の非導電性物質としてはセラミックスを用いることができ、この場合にはサーメットからなる導電性複合材料を得ることができる。非結晶性の非導電性物質としてはガラスを用いることができ、この場合には高融点金属粒子が混合した導電性ガラスを得ることができる。したがって、ガラスとして石英ガラスを用いれば導電性石英ガラスが得られる。

非導電性物質にセラミックスを用いる場合、セラミックス粒子の平均粒径は、サブμｍ〜数十μｍが好ましい。また、セラミックスの種類は、特段限定されないが、例えばアルミナセラミックス、ＹＡＧなどを用いることができる。

導電性複合材料の他方の含有成分であるところの導電性物質は、平均粒径が互いに異なる２種類の導電性を有する高融点金属粒子が用いられる。導電性を有する高融点金属としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびニオブ（Ｎｂ）などのグループから選択された一種または複数種を用いることができる。また、高融点金属粒子は、大小２種類の平均粒径を有する高融点金属粒子が混合されているという特徴を有している。

上述のように高融点金属粒子が大小２種類の平均粒径を有するとともに、それらが混合し、かつ非導電性物質中に分散して焼成されていることにより、良好な導電性が得られる。この理由は詳らかでないが、平均粒径の大きな高融点金属粒子の間に平均粒径の小さな高融点金属粒子が入り込むように大小２種類の平均粒径を有する高融点金属粒子が均一に分散するため、隣接する高融点金属粒子相互間の接触機会が増加して導通が良好になり、その結果複合材料の導電率が大きくなるからであると推定される。このため、複合材料中に大きな平均粒径の高融点金属粒子が混合していているにもかかわらず複合材料が導電性を有している。

高融点金属粒子の好ましい大小２種類の平均粒径は、平均粒径の大きい方の平均粒径をＲとし、平均粒径の小さい方の平均粒径をｒとしたとき、後者の平均粒径ｒが０．０５Ｒ＜ｒ＜０．５Ｒの関係を満足する範囲である。この範囲であれば、比較的良好な混合および分散が得られて、隣接する高融点金属粒子相互間の接触が良好になるばかりでなく、大小２種類の平均粒径の高融点金属粒子を工業的に入手することが可能である。しかし、好適には０．１Ｒ≦ｒ≦０．４Ｒの関係を満足する範囲である。なお、高融点金属粒子の平均粒径は、１〜２０μｍであるのが好ましく、最適には１〜５μｍである。

複合材料中における大小２種類の高融点金属粒子の好ましい含有比率は、平均粒径の大きい方の体積比率をＶとし、平均粒径の小さい方の体積比率をｖとしたとき、体積比率ｖが数式：０．０００１Ｖ＜ｖ＜０．５Ｖの関係を満足する範囲である。しかし、好適には０．００１Ｖ≦ｒ≦０．３Ｖの関係を満足する範囲である。上記数式を満足する範囲内であれば、平均粒径の相対的に大きな高融点金属粒子を含有しても相対的に平均粒径が小さい高融点金属粒子を混合したことにより、複合材料に導電性を付与することができる。

導電性複合材料における大小２種類の高融点金属粒子を合計した導電性金属の非導電性物質に対する含有比率は、１０体積％以上、好適には１５体積％以上であれば十分な導電性が得られる。また、５０体積％以下、好適には２５体積％以下であれば熱膨張係数が非導電性物質のそれとの差が十分に小さくなり、サーメットであればセラミックスとの封着性に優れる。また、なお、導電性複合材料中の導電性金属の含有体積比率は、導電性複合材料の任意の断面を研磨して、走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）で断面を撮影し、その画像を、画像解析ソフトウエアを用いて非導電性物質と導電性金属の面積を２値化し、その面積比に基づいて判定することができる。大小２種類の高融点金属粒子の平均粒径についても同様の方法により判定することができる。

導電性複合材料は、非導電性物質および導電性物質が混合した成形体であるが、非導電性物質が非結晶性である場合、非導電性物質および導電性物質を加熱することによって非導電性物質が溶融してアモルファス状態で固化し、導電性物質を構成する大小２種類の導電性高融点金属粒子がアモルファス状の非導電性物質の内部に導電性接触をしながら分散している。これに対して、非導電性物質が結晶性である場合、焼成することによって焼結された状態で固化してサーメットを形成し、導電性物質を構成する大小２種類の導電性高融点金属粒子が導電性接触をしながらサーメット内に分散している。

〔ランプについて〕 本発明において、ランプは、放電ランプおよび電球などあらゆるランプに適用することができる。例えば、放電ランプとしては高圧放電ランプおよび低圧放電ランプなどであり、また電球としてはハロゲン電球やハロゲンを封入しないでキセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）およびアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを選択的に封入した白熱電球などに適用することが許容される。ランプが上記のいずれであっても、ランプは、透光性気密容器の内部にランプ作動部材が封入され、透光性気密容器を気密に貫通した電流導入導体を経由して作動部材に電流が供給されて点灯する。以下、ランプの透光性気密容器、電流導入導体およびランプ作動部材の許容される態様について説明する。

（透光性気密容器について） 透光性気密容器は、包囲部および封止部を備える。包囲部は、その内部に発光部を包囲する。このため、包囲部は、所要の容積を有する中空部を形成しているとともに、発光部から生じる放射を外部へに導出するために透光性を有している。封止部は、透光性気密容器を外部に対して気密に封止するとともに、電流導入導体を透光性気密容器の内部に気密に導入させる。このため、封止部は、透光性気密容器の構成材料に応じて透光性気密容器を封止するのに適した構造を有している。本発明において、透光性気密容器は、その主体部分が透光性多結晶セラミックスおよびガラスのいずれの材料で構成されていてもよい。

次に、透光性気密容器が透光性セラミックスを主体として形成されている場合について説明する。この態様において、透光性気密容器は、包囲部およびこれに連通する小径筒部を備えており、封止部が小径筒部に形成されるとともに、少なくとも小径筒部の封止予定部が多結晶セラミックスを主体として形成されている。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。透光性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。

少なくとも小径筒部が多結晶セラミックス、好適には透光性多結晶アルミナセラミックスからなる透光性気密容器において、小径筒部の封止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、封止予定部のセラミックスを溶融させて封止を行う際に、電流導入導体との馴染みが良好で、かつセラミックスの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結晶平均粒径が３０μｍ以下である部位は、少なくとも小径筒部の封止予定部であれば好ましいが、所望により透光性気密容器の全体としてもよい。

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ればよいことを意味し、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の包囲部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、その内部空間が適当な形状、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。

前記小径筒部の封止予定部をその内部に後述する電流導入導体が挿通した状態で加熱すると、そのセラミックスがやがて溶融する。次いで、加熱を停止すると、溶融したセラミックスが冷却して固化する。このとき、上記セラミックスが電流導入導体に封着するによって封止部が形成される。その結果、透光性気密容器が封止される。

上記封止部は、電流導入導体の成分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セラミックス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）している状態もある。封止部が上記のような態様をなしている場合、封止部内の上記融着部分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。

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。ＹＡＧレーザーの場合、レーザーの波長が１μｍでセラミックスを透過してしまうが、透過したレーザーが小径筒部の内部に挿通する導電性複合材料の部位に吸収されてこれを加熱する。これにより導電性複合材料が温度上昇し、次に熱伝導により封止予定部のセラミックスを加熱する。

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遮光性であってもよい。

なお、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端部が電流導入導体のニオブ部およびサーメット部と直接的なまたは間接的な融着により気密に結合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、セラミックスの溶着で封止を行うので、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。

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。小径筒部は、包囲部の両端または一端に最初から一体に成形することができる。しかし、包囲部と小径筒部を、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。

次に、透光性気密容器が石英ガラスなどのガラスを主体として形成されている場合について説明する。この態様において、透光性気密容器は、包囲部およびこれに隣接する封止部を備えている。包囲部は、その内部が中空で放電空間を包囲するなどについては透光性気密容器がセラミックスを主体として形成されている場合と同様である。封止部は、封止部から延長しているガラス管を、その内部に後述する電流導入導体を挿通した状態で加熱軟化させ、電流導入導体の導電性複合材料に対向する部位をピンチ封止法やシュリンク封止法により封止して形成される。

（電流導入導体について） 電流導入導体は、透光性気密容器の封止部を気密に貫通している部位の少なくとも主要部が本発明の前述の導電性複合材料からなるとともに、封止部を貫通して透光性気密容器の内部に位置する先端部が後述するランプ作動部材に接続してランプ作動部材に電流を供給するように構成されている。

また、電流導入導体は、その一部が導電性複合材料以外の材質部分により形成されていることが許容される。例えば、小径筒部内に挿入されて導電性複合材料の包囲部側に位置する一部をモリブデンなどの耐ハロゲン性金属により構成することができる。この場合、耐ハロゲン性金属の基端を、導電性複合材料の先端部に焼結または溶接により接合させることができる。これにより、電極の基端を電流導入導体に溶接により接合しやすくなる。また、導電性複合材料の基端側に位置する一部を、例えば焼結または溶接によりそこに接合したニオブなどの導電性金属により構成することができる。これにより、電流導入導体を透光性気密容器の外部の導体と接続しやすくなる。

上記導電性複合材料は、前述のようにサーメットや導電性ガラスであり、その一方の含有成分である非導電性物質は、導電性複合材料に封着する部材のそれと同質の材料を用いて形成されているのが好ましい。また、他方の含有成分である導電性物質は、熱膨張係数が導電性複合材料に封着する部材のそれになるべく接近した導電性物質を用いているのが好ましい。導電性複合材料がサーメットで、封着する部材が多結晶アルミナセラミックスの場合、非導電性物質にはアルミナ粒子を、また導電性物質にはニオブを、それぞれ用いてこれらの原料成分が分散した状態において焼結により形成するのがよい。また、導電性複合材料が導電性ガラスで、封着する部材が石英ガラスの場合、非導電性物質には石英ガラスを、また導電性物質にはモリブデンを、それぞれ用いて、溶融した石英ガラス中に導電性金属が分散して混合した状態として形成するのがよい。上記いずれの態様においても、導電性物質は、平均粒径が異なる大小２種類の導電性を有する高融点金属粒子を適量範囲になるように混合されている。

（ランプ作動部材について） ランプ作動部材は、透光性気密容器の内部に配設されてランプを作動させるための手段である。例えば、放電ランプの場合、電極がそれに該当する。電球の場合には、白熱フィラメントが該当する。なお、必要に応じてサポートやアンカーなどが補助的部材として付加される。

本発明の好適な態様である高圧放電ランプの場合、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。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。

〔本発明のその他の構成について〕 本発明の必須構成要件ではないが、好適な態様である高圧放電ランプの場合、所望により以下の構成の一部または全部を具備することにより高圧放電ランプが構成されたり、高圧放電ランプの機能が付加されたり、あるいは性能が向上したりする。

１．（イオン化媒体について） イオン化媒体は、放電により所望の発光を得るための手段であるが、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。
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。

イオン化媒体と放電ランプの種類との関係は以下のとおりである。
（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。

２．（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。

３．（反射鏡について） 高圧放電ランプに反射鏡を一体化して具備することができる。

４．（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。

５．（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、非導電性物質および導電性物質が混合した成形体であり、導電性物質は平均粒径が互いに異なる２種類の導電性を有する高融点金属粒子からなり、非導電性物質および導電性物質が混合結着して一体化した成形体からなることにより、平均粒径の大きな高融点金属粒子を導電性物質として用いていても導電性を有する導電性複合材料およびこれを用いた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、本発明の導電性複合材料を実施するための一形態としての高圧放電ランプ用の電流導入導体を示す断面図である。図において、電流導入導体２は、ニオブ部分２ａ、導電性複合材料部分２ｂおよびモリブデン部分２ｃが直列に接合することによって構成されている。

導電性複合材料部分２ｂは、アルミナ粒子と大小種類の平均粒径のモリブデン粒子とを均一に混合して加圧成形後に焼結して形成したサーメットからなる。そして、ランプ電流が通流するのに問題ない程度に十分な導電性を有している。

図２は、サーメットの含有成分と導電性の関係を調査するための試作結果を示す表である。図において、上の行に示す項目は、左から順に説明すると次のとおりである。「Ｎｏ．」は試料番号を示し、それぞれ３個の資料を作成した。「Ｍｏ粒径」はモリブデン粒子の平均粒径で、＋記号の前の数値が大きな平均粒径を、同じく後が小さな平均粒径を、それぞれ単位μｍで示している。「Ａｌ_２Ｏ_３：Ｍｏ混合比」はアルミナ粒子とモリブデン粒子の混合比で、その単位についてｗｔ％が質量％を、ｖｏｌ％が容積％を、それぞれ示している。「導電性有無」は試料に十分な導電性が有るか否かを示している。なお、使用したアルミナ粒子の平均粒径は３μｍであり、大小平均粒径のモリブデン粒子の混合容積比は大：小＝５：１であった。また、導電性は、テスタ（回路計）を用いて調べた。

試料番号１は、モリブデン粒子の平均粒径が１μｍと０．３μｍの組み合わせであり、アルミナ粒子とモリブデン粒子の混合比を表に示すように変化させた。その結果、モリブデン粒子の混合比が２、５および１０容積％では混合比ごとに作成したそれぞれの３個の資料全てで導電性がなかったが、１５および２５容積％ではそれぞれ３個の資料全てで導電性があった。

試料番号２は、モリブデン粒子の平均粒径が１μｍと０．５μｍの組み合わせであり、アルミナ粒子とモリブデン粒子の混合比を表に示すように変化させた。その結果、モリブデン粒子の混合比が２、５および１０容積％ではごとに作成したそれぞれ３個の試料全てで導電性がなかったが、１５および２５容積％ではそれぞれ３個の試料のうち２個は導電性があった。

試料番号３は、モリブデン粒子の平均粒径が１μｍのみの比較例であり、アルミナ粒子とモリブデン粒子の混合比を表に示すように変化させた。その結果、モリブデン粒子の混合比が２〜２５容積％にわたる全てそれぞれ３個の試料全てで導電性がなかった。

試料番号４は、モリブデン粒子の平均粒径が０．５μｍのみの比較例であり、アルミナ粒子とモリブデン粒子の混合比を表に示すように変化させた。その結果、モリブデン粒子の混合比が２、５および１０容積％ではごとに作成したそれぞれ３個の試料全てで導電性がなかったが、１５および２５容積％ではそれぞれ３個の試料のうち２個は導電性があった。

図３および図４は、本発明のランプを実施するための一形態としてのメタルハライド形の高圧放電ランプを示し、図３は高圧放電ランプの正面図、図４は封止時の高圧放電ランプの断面図である。

本形態の高圧放電ランプＩＴは、透光性気密容器１、電極マウントＥＭおよびイオン化媒体を具備していて、これにより構成される部分を発光管として、この発光管を図示しない外管の所定位置に封装することができる。また、電極マウントＥＭは、電流導入導体２およびランプ作動部材３からなる。

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、肉厚が楕円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、固化して封止部ＳＰを形成している。なお、上記封止部ＳＰを形成する封止方法については後述する。

電流導入導体２は、図１に示すのとほぼ同様である。ニオブ部分２ａは、基端側となって透光性気密容器１の外部に露出する。導電性複合材料部分２ｂは、電流導入導体２の中間に位置して一端がニオブ部分２ａに溶接されて接合し、他端がモリブデン部分２ｃに溶接されて接合している。また、電流導入導体２は、そのニオブ部２ａを外部に残して小径筒部１ｂの開口端から内部に挿入され、導電性複合材料部分２ｂが小径筒部１ｂの封止予定部と協働して封止部ＳＰが形成される。

封止部ＳＰは、本形態においては小径筒部１ｂの封止予定部のセラミックスが主体的になって形成されるが、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。

ランプ作動部材３は、タングステン棒の電極からなり、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、ランプ作動部材３は、その基端部が電流導入導体２のモリブデン部２ｃの先端部に溶接により接続していることによって、透光性気密容器１の管軸方向に沿って延在するように支持されている。なお、ランプ作動部材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、明らかに短くすることができる。

イオン化媒体は、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、高圧放電ランプＩＴの封止工程について説明する。予め用意した透光性気密容器１を垂直位置に支持してから、上部に位置する小径筒部１ｂ内に電極マウントＥＭを透光性気密容器１の内部へ挿入して支持して封止位置を決める。

次に、例えばワークを図の右側の矢印で示すように回転しながら符号ＬＢで示すようなビーム形状のＹＡＧレーザーを図の中間部に示す矢印方向に小径筒部１ｂの封止予定部の外側から照射しながらすると、レーザーは小径筒部１ｂの封止予定部（開口端部近傍）のセラミックスを透過して電流導入導体２の導電性複合材料部分２ｂに吸収され、これを加熱する。その結果、導電性複合材料部分２ｂの温度が上昇し、次に導電性複合材料部分２ｂからの熱伝導により小径筒部１ｂの封止予定部のセラミックスを加熱するので、やがて当該セラミックスが溶融して、小径筒部１ｂの封止予定部（開口端部近傍）および電流導入導体２の導電性複合材料部分２ｂに融着する。そこで、加熱を停止すると、セラミックスが固化して封止部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を形成する前にイオン化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イオン化媒体を冷却しながら封止部ＳＰを形成することができる。

図５は、本発明のランプを実施するための第２の形態としての高圧放電ランプの断面図である。なお、図４と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本形態は、透光性気密容器１が石英ラスからなり、電流導入導体２は、導電性複合材料部分２ｂおよびモリブデン部分２ｃの接合体からなる。導電性複合材料部分２ｂは、その非導電性物質が石英ガラスである。透光性気密容器１の両端に接続した石英ガラス管を、その内部に電極マウントＥＭが挿通した状態で加熱軟化させて導電性複合材料部分２ｂに対向する部位をシュリンク封止などの封止法によって封止部ＳＰを形成している。

本発明の導電性複合材料を実施するための一形態としての高圧放電ランプ用の電流導入導体を示す断面図 サーメットの含有成分と導電性の関係を調査するための試作結果を示す表 本発明のランプを実施するための一形態としてのメタルハライド形の高圧放電ランプの正面図 同じく封止時の高圧放電ランプの断面図 本発明のランプを実施するための第２の形態としての高圧放電ランプの断面図

符号の説明

１…透光性気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、２…電流導入導体、２ａ…ニオブ部分、２ｂ…導電性複合材料部分、２ｃ…モリブデン部分、３…ランプ作動部材、ＩＴ…高圧放電ランプ、ＬＢ…レーザーのビーム形状、ＳＰ…封止部

Claims (5)

1. 結晶性および非結晶性のいずれかの耐熱性無機質物質からなる非導電性物質と；
   平均粒径が互いに異なる２種類の導電性を有する高融点金属粒子からなる導電性物質と；
   を具備しており、非導電性物質および導電性金属が混合結着して一体化した成形体からなることを特徴とする導電性複合材料。
2. 平均粒径が異なる２種類の高融点金属粒子は、同種および異種のいずれかの高融点金属からなることを特徴とする請求項１記載の導電性複合材料。
3. 平均粒径が異なる２種類の高融点金属粒子は、平均粒径の大きい方の平均粒径をＲとし、平均粒径の小さい方の平均粒径をｒとしたとき、平均粒径ｒが０．０５Ｒ＜ｒ＜０．５Ｒの関係を満足することを特徴とする請求項１または２記載の導電性複合材料。
4. 平均粒径が異なる２種類の高融点金属粒子は、平均粒径の大きい方の体積比率をＶとし、平均粒径の小さい方の体積比率をｖとしたとき、体積比率ｖが０．０００１Ｖ＜ｖ＜０．５Ｖの関係を満足することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の導電性複合材料。
5. 内部に放電空間が形成される包囲部および包囲部に連接された封止部を備えた透光性気密容器と；
   少なくとも透光性気密容器の封止部を気密に貫通している部位が請求項１ないし４のいずれか一記載の導電性複合材料からなり、透光性気密容器の内部に導入された電流導入導体と；
   を具備していることを特徴とするランプ。

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