JP2010073623A - 高圧放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
透光性気密容器の破損やリークの発生が低減するフリットガラスを用いない封止部を備えた高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置を提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプは、内部に放電空間が形成される包囲部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セラミックスを主体として形成された小径筒部1bを備え、セラミックス融着部4とセラミックス融着部の外面に被覆されたセラミックスより融点が低い無機物質層5を備えた封止部SPが封止予定部に形成され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た電流導入導体3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2と、透光性気密容器内に封入されたイオン化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およびこれを備えた照明装置に関する。

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。）。

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（特許文献３参照）。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。

特開平０６−１９６１３１号公報 特開２０００−１１３８５９号公報 特開２００７−１１５６５１号公報

上記特許文献３に記載されたフリットガラスレスの構成において、透光性多結晶セラミックスからなる気密容器の効果的な一態様として小径筒部の封止部を形成する部位すなわち封止予定部のセラミックスを加熱溶融させて、そこを貫通する電流導入導体に融着させて封止部を形成する構成を採用する場合、電流導入導体のセラミックスに気密に融着する部位には熱膨張係数がセラミックスのそれに接近している導電部材を用いる必要がある。例えば、多結晶アルミナセラミックスの場合、ニオブやサーメットを用いることができる。

また、封止予定部のセラミックスを加熱して溶融する手段としてレーザ加熱を採用することにより、局部を集中的に加熱するのが容易になる。ＹＡＧレーザを用いる場合、その波長が１μｍとなり、封止予定部の外側からレーザ照射してもセラミックスを透過する割合が多くなり、小径筒部の内部に挿通している電流導入導体が最初に加熱されて温度上昇する。電流導入導体が温度上昇すると、次いで熱伝導作用により封止予定部のセラミックスが内側から加熱されて温度上昇し、やがて軟化して溶融するので、セラミックスと電流導入導体が封着されて封止部が形成される。

透光性気密容器のセラミックス部分の封止を上述のフリットガラスレス封着により行う場合、レーザ加熱時間が適切に管理されないとセラミックスの融着部における結晶が成長しすぎて熱膨張係数が大きくなり、クラックが発生して気密が阻害されやすくなることが分かった。

本発明は、透光性気密容器の破損やリークの発生が低減するフリットガラスを用いない封止部を備えた高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置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、内部に放電空間が形成され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セラミックスを主体として形成された小径筒部を備え、セラミックス融着部とセラミックス融着部の外面に被覆されたセラミックスより融点が低い無機物質層を備えた封止部が封止予定部に形成され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た電流導入導体と；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イオン化媒体と；を具備していることを特徴としている。

本発明は、以下の各態様を許容する。

〔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、多結晶セラミックス、例えば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。

本発明において、小径筒部、好ましくはその端部に位置する封止予定部に形成される封止部は、小径筒部のセラミックスと同材質のセラミックスが主として融着して形成されたセラミックス溶着部とその外面に被覆されたセラミックスより融点が低い無機物質層をそなえている。

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、好適には１０μｍ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および光学的に好ましい。

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。

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、その内部が包囲部に連通している。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。すなわち、小径筒部の封止予定部にセラミックス溶着部を形成する場合、小径筒部は、少なくともセラミックス溶着部を形成しやすい長さであればよい。この場合に要求される長さは、従来のキャピラリー構造を形成するのに必要な長さに比較して、著しく短い。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。

次に、透光性気密容器の全体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。

（封止部について） 本発明において、封止部は、セラミックス融着部とその外面を被覆しているセラミックスより融点が低い無機物質層を備えている。

セラミックス融着部は、小径筒部のセラミックスと同質のセラミックスが溶融して小径筒部と電流導入導体とを気密に融着する。また、セラミックス融着部は、例えば小径筒部の封止予定部のセラミックスを加熱溶融させて形成することができる。しかし、小径筒部とは別体をなすセラミックスを溶融させて小径筒部と電流導入導体とを融着するように構成することもできる。例えば、小径筒部の外部に開口する端面に小径筒部のセラミックスと同材質のセラミックス筒体を配置し、この筒体と小径筒部の端面近傍を加熱して主として上記筒体を溶融させてセラミックス融着部を形成することができる。

セラミックスより融点が低い無機物質層は、セラミックス融着部の外面に被覆されている。上記無機物質層は、その融点がセラミックスより低いが、高圧放電ランプの点灯中軟化しない程度に高い融点、換言すれば比較的高い耐熱性を有する気密性の無機物質からなる。このため、上記無機物質層は、セラミックス融着部を形成した後に形成することができる。しかし、ほぼ同時的に上記無機物質層を形成するのを除外するものではない。セラミックスより融点が低い無機物質層の厚みは、一般的には０．０３〜３ｍｍの範囲内であるのが好ましい。０．０３未満であると、セラミックス融着部にクラックが発生したときに当該部位を気密に保持するのが困難になる。また、３ｍｍを超えると、層形成が困難になるとともに封止部が大きくなりすぎて高圧放電ランプの配光特性に影響しやすくなる。なお、上記の理由から、より好適には０．１〜１．５ｍｍの範囲である。

また、セラミックスより融点が低い無機物質層は、好ましくはフリットガラスからなる。この場合のフリットガラスは、透光性セラミックス気密容器をフリッとガラスを用いて封止する一般的な高圧放電ランプに用いられているフリットガラスであることを許容する。すなわち、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）およびジスプロシウム（Ｄｙ）の酸化物の少なくとも一種以上を含む封着用ガラスである。好適にはアルミナ−シリカ系の高融点セラミックス封止用コンパウンドが用いるのがよい。

本発明において、以上の構造を備えた封止部の大きさは特段限定されない。しかし、定格ランプ電力が約１００Ｗ程度以下の小形の高圧放電ランプの場合、外径１．９〜３．０ｍｍ、好適には２．０〜２．５ｍｍ、長さ１．０〜４．０ｍｍ、好適には１．５〜３．０ｍｍである。

（透光性気密容器の封止工程について） 透光性気密容器の封止工程においては、透光性気密容器の小径筒部の封止予定部において、セラミックス融着部を形成する第１の工程と、セラミックス融着部の外面をセラミックスより融点が低い無機物質層により被覆する第２の工程とを含む。

第１の工程では、例えば小径筒部の封止予定部を加熱して溶融させてセラミックス融着部を形成ことができる。この工程における熱線照射手段として好適なのは、レーザである。特にＹＡＧレーザは、その波長が１μｍであり、封止予定部に外部からの照射で、電流導入導体による内側からの加熱が容易になる。レーザ照射により封止予定部が溶融して電流導入導体に馴染んだら、その後徐々にレーザ出力を調整し、冷却することで封止予定部のセラミックスが固化して封止部が形成される。

第１の工程において、照射された熱線は、封止予定部のセラミックスを透過して小径筒部の内部に挿通されている電流導入導体に吸収される。そのため、電流導入導体が温度上昇して封止予定部を主として熱伝導により内側から加熱する。

第１の工程において、封止予定部にレーザを１方向から照射する場合、ワークすなわち透光性気密容器および電極マウントをレーザに対して相対的に回転させて封止予定部の全体が均一に加熱されるようにするのがよい。ワークを固定して複数方向、好ましくは奇数方向、例えば管軸に対して直行する面内において約１２０°間隔で３方向からレーザを同時に照射すれば、レーザの干渉が生じにくくなる。また、異なる波長のレーザ、例えばＹＡＧレーザとＣＯ_２レーザを組み合わせるのも好ましいことである。さらに、封止予定部の溶融状態から冷却する間にクラックや大きな空孔が生じないようにするためには、熱衝撃によってクラックが生じない程度の出力から徐々にレーザ出力を大きくしていき、予定した出力レベルに達したら暫くそのレベルを維持し、その後０レベルまで出力レベルを徐々に低減していくのがよい。また、レーザの焦点は、封止予定部の表面に対して照射方向の後方へ５〜１０ｍｍ程度ずらすのが好ましい。

第２の工程においては、透光性気密容器から外部に露出している電流導入導体を上にして、予めリング状に形成したセラミックスより融点が低い無機物質、例えばフリットガラスの粉末圧縮成形体または仮焼結成形体を電流導入導体に挿通する。そして、リング状の上記無機物質を加熱して溶融させる。この場合の加熱手段は、特段限定されないが、第１の工程とほぼ同時的に、または第１の工程後に引続いて加熱する態様においては、第１の工程におけるのと同じレーザを用いることができる。

そうして、リング状の上記無機物質が加熱されて溶融すると、流下して第１の工程で形成されたセラミックス融着部の外面を被覆するので、透光性気密容器を徐冷すれば、セラミックス融着部がセラミックスより融点が低い無機物質層により被覆された本発明の封止部が完成する。

〔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融着部を気密に貫通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の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、少なくとも封止部を気密に貫通する部位（以下、封着部という。）が、封着性部分からなる。また、電極を支持する部位は、耐ハロゲン性部分からなり、電極構成材料と熱膨張係数が接近している金属であるのが好ましい。電流導入導体が封着性部分および耐ハロゲン性部分からなる態様において、両部分は、直列に接合される。

電流導入導体の封着性部分は、透光性気密容器の小径筒部におけるセラミックスの熱膨張係数と接近した熱膨張係数を有する耐熱性で導電性の金属または／およびサーメットによって形成されているのが好ましい。例えば、上記セラミックスがアルミナセラミックスの場合、電流導入導体の封着部は、金属ニオブ（Ｎｂ）、次に示すサーメットまたは金属ニオブおよびサーメットの接合体により構成することが好ましい。上記サーメットは、ニオブ、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）とアルミナセラミックスとからなるサーメットである。電流導入導体の封着部がニオブおよびサーメットにより構成される場合、ニオブが小径筒部の外部側で、サーメットが放電空間側に位置する。

封着性部分に上記金属を用いる場合、金属の表面にサーメットまたは金属酸化物の被覆を形成することができる。この態様において、サーメットは、上述と同様であることを許容する。また、金属酸化物は、小径筒部のセラミックスの主成分と同じ金属酸化物であるのが好ましい。

また、電流導入導体は、その封着部の包囲部側に隣接する部分が（１）サーメット、（２）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、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。

本発明において、透光性気密容器の小径筒部に形成する封止部内を気密に貫通する電流導入導体の部位およびその近傍の表面にサーメットを被覆すると効果的である。この場合のサーメットは、封着性部分および耐ハロゲン性部分のそれぞれの金属と同種の金属粉末と小径筒部の封止予定部のセラミックスと同質のセラミックス粉末とを混合、成形および焼結して製作したサーメットを用いるのが好ましい。そうすれば、透光性気密容器の封止予定部のセラミックスと、電流導入導体の封着性部分および耐ハロゲン性部分との融着が良好になり、封着性部分が透光性気密容器内に露出しないようにセラミックス融着部を形成しても、セラミックス融着部にクラックが発生しにくくなる。

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。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。

電流導入導体の封着性部分をサーメットで構成する場合ならびに電流導入導体の透光性気密容器のセラミックス融着部内を気密に貫通する部位およびその近傍をサーメットで被覆する場合で、かつ透光性セラミックスとして透光性多結晶アルミナセラミックスを用いる態様においては、上記サーメットの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またはモリブデンの高融点金属粒子を含有体積率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、サーメットの断面顕微鏡写真中の所定面積中に占める金属粒子の面積の百分率比をもって判定する。

サーメットの熱膨張係数を高融点の含有体積率に応じて高融点金属、例えばニオブのそれから小径筒部のセラミックス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、ニオブの熱膨張係数との差が殆どなくなり、サーメットを用いるメリットがなくなり、使用環境（温度、真空度）が厳しくなると、セラミックス融着部との間の熱膨張係数差が大きくなりすぎて、セラミックス融着部に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。

〔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例えば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。しかし、本発明においては、内部電極と外部電極との間で誘電体バリア放電を生起させてもよいので、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。

〔イオン化媒体について〕 イオン化電媒体は、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、「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、透光性気密容器が内部に放電空間が形成され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セラミックスを主体として形成された小径筒部を備え、小径筒部に形成される封止部がセラミックス融着部とその外面に被覆されたセラミックスより融点が低い無機物質層とを備えていることにより、セラミックスより融点が低い無機物質層がセラミックス融着部を包囲しているので、ヒートショックによる透光性気密容器の破損やリークの発生が抑制されて長寿命の高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置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模式的断面図、図２は封止工程を示す模式的説明図である。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およびイオン化媒体を具備している。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。

透光性気密容器１は、本形態において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。そして、少なくとも小径筒部１ｂは、外表面における平均結晶粒径が１０μｍ以下になっている。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、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、この封止予定部にはセラミックス融着部４と、セラミックス融着部４の外面を被覆しているセラミックスより融点が低い無機物質層５とを備えた封止部ＳＰが形成されている。

本形態において、封止部ＳＰは、そのセラミックス融着部４が小径筒部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ている。また、セラミックスより融点が低い無機物質層５がフリットガラスからなる。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。

電極マウントＥＭは、電極２と電流導入導体３との突合せ接合体からなる。電極２は、タングステンからなり、電流導入導体３の小径筒部１ｂ内に位置する先端に溶接されている。

電流導入導体３は、封着性部分３ａと耐ハロゲン性部分３ｂとを備えている。封着性部分３ａと耐ハロゲン性部分３ｂとは、直列に接合されている。また、封着性部分３ａは、表面にサーメットを被覆したニオブからなる。耐ハロゲン性部分３ｂは、モリブデンからなり、封着性部分３ａの先端に突合せ溶接されている。

イオン化媒体は、発光金属のハロゲン化物および希ガスからなる。所望によりランプ電圧形成用媒体をイオン化媒体に付加することができる。なお、ランプ電圧形成用媒は、水銀またはランプ電圧形成用ハロゲン化物からなる。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）ないし（ｅ）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。

図２（ａ）に示すように、予め電極マウントＥＭおよび透光性気密容器１を用意しておく。そして、電極マウントＥＭを上向きに支持された小径筒部１ｂの内部の所定位置まで挿入する。所定位置とは、小径筒部１ｂの封止予定部に電流導入導体３の封着性部分３ａと耐ハロゲン製部分３ｂの一部とが対向する位置である。

次に、図２（ｂ）に示すように、透光性気密容器１および電流導入導体２を静止した状態にして、封止予定部の周囲の複数方向から熱線照射手段として例えば矢印方向にＹＡＧレーザを、封止予定部（開口端部近傍）の外側から照射して、小径筒部１ｂの封止予定部および対向する電流導入導体２のサーメット部２ａを加熱する。この加熱により小径筒部１ｂが溶融してセラミックス融着部４が形成される。

次に、図２（ｃ）に示すように、セラミックス融着部４から上方へ突出する封着性部分３ａの基端部に予め用意したリング状フリットガラス４ａを矢印で示すように挿入してセラミックス融着部４の上端に配置する。

次に、図２（ｄ）に示すように、リング状フリットガラス４ａを矢印で示す方向から加熱する。

上記加熱により、図２（ｅ）に示すように、リング状フリットガラス４ａが溶融して流下してセラミックス融着部４の外面を被覆してセラミックスより融点が低い無機物質層５が形成される。

上記加熱により、図２（ｅ）に示すように、リング状フリットガラス４ａが溶融して流下してセラミックス融着部４の外面を被覆してセラミックスより融点が低い無機物質層５が形成される。

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；最大内径5mm、肉厚0.4mm
小径筒部；内径0.7mm、肉厚0.5mm、長さ6mm、
封止部；セラミックス融着部が透光性多結晶アルミナセラミックス、
前記無機物質層がフリットガラスで、肉厚0.4mm、長さ3mm
電流導入導体 ：封着性部分がニオブで、表面のサーメット被覆がMo（粒径0.1〜
2.0μｍ）-PCA=50:50含有体積％、耐ハロゲン性部分がモリブデン
直径0.65mm、長さ10mm、
キャピラリー長 ：0.75mm
電極 ：W棒、直径0.65mm、電極間距離3mm
イオン化媒体 ：DyI₃-NdI₃-CsI=3mg、Xe1MPa
得られた高圧放電ランプを高負荷（定格点灯の１５０％電力）点灯して１０００時間経過時における破損個数は、0/10であった。

［比較例］
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；最大内径5mm、肉厚0.4mm
小径筒部；内径0.7mm、肉厚0.5mm、長さ6mm、
封止部；セラミックス融着部が透光性多結晶アルミナセラミックス、
前記無機物質層なし
電流導入導体 ：封着性部分がサーメットMo（粒径0.1〜
2.0μｍ）-PCA=50:50含有体積％、耐ハロゲン性部分がモリブデン
直径0.65mm、長さ10mm、
その他は、実施例１と同じ仕様である。

得られた高圧放電ランプを高負荷（定格点灯の１５０％電力）点灯して１０００時間経過時における破損個数は、3/10であった。

図３は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態の封止工程を示す模式的説明図である。なお、図において、図２と同一符号は同一部分を示している。

本形態は、図３（ａ）の工程において、小径筒部１ｂの外部に開口する端面に小径筒部１ｂのセラミックスと同材質のセラミックス筒体６を配置して、上記筒体６と小径筒部１ｂの端面近傍を矢印方向から加熱する。

そうして、図３（ｂ）に示すように、主として上記筒体６が溶融してセラミックス融着部４が形成される。本形態によれば、上記筒体６が小径筒部１ｂと分離しているため、小径筒部１ｂ側への熱伝導が少なくなり、加熱時間が短縮する。加熱時間が短縮すると、セラミックス溶着部４のセラミックスの結晶が大きくならないので、クラックによる透光性気密容器１の破損やリークの発生が低減する。なお、本形態における加熱時間は、５〜４０秒、好適には１０〜３０秒である。なお、小径筒部１ｂを加熱して溶融させる態様においては、５〜９０秒、好適には２０〜６０秒である。加熱時間の範囲が大きいのは、加熱の仕方により加熱時間が変化するからである。

したがって、本形態によれば、加熱時間が短縮するので、セラミックス融着部４のみで封止部ＳＰを形成することができる。しかし、所望により第１の形態における無機物質層５でセラミックス融着部４を被覆すれば、さらに破損およびリークの発生が少ない高圧放電ランプを提供することができる。

図４は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第３の形態の封止工程を示す模式的説明図である。なお、図において、図２と同一符号は同一部分を示している。

本形態は、図４（ａ）に示すように、予め電流導入導体３のニオブなどの封着性金属からなる封着性部分３ａの封着予定部の周囲が金属酸化物３ａ１、例えばアルミニウム酸化物Ａｌ_２Ｏ_３で被覆されている。なお、電流導入導体３の耐ハロゲン性部分３ｂはモリブデンであり、その周囲に電極マウントサブコイル３ｂ１が巻装されている。

次に、図４（ｂ）において、矢印に示すように小径筒部１ｂの封止予定部を加熱し溶融させて電流導入導体３の封着性部分３ａに融着させると、セラミックス融着部４が形成される。

そうして、本形態においては、封止に先立って封着性部分３ａの外面が金属酸化物で被覆されているので、封止時のセラミックスと封着性部分３ａとの濡れが良好になり、信頼性の高い封止部ＳＰを形成することができる。

本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示す高圧放電ランプ全体の管軸に沿った模式的断面図 同じく封止工程を示す模式的説明図 本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態の封止工程を示す模式的説明図 本発明の高圧放電ランプを実施するための第３の形態の封止工程を示す模式的説明図

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…電極、３…電流導入導体、３ａ…封着性部分、３ｂ…耐ハロゲン性部分、４…セラミックス融着部、５…セラミックスより融点が低い無機物質層、ＥＭ…電極マウント、ＳＰ…封止部

Claims (4)

1. 内部に放電空間が形成され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セラミックスを主体として形成された小径筒部を備え、セラミックス融着部とセラミックス融着部の外面に被覆されたセラミックスより融点が低い無機物質層を備えた封止部が封止予定部に形成され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た電流導入導体と；
   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イオン化媒体と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. セラミックスより融点が低い無機物層は、フリットガラスからな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、長手方向に沿って接合した封着性部分および耐ハロゲン性部分を備えているとともに封着性部分および耐ハロゲン性部分の接合部近傍の外周面に封着性部分および耐ハロゲン性部分の成分を含有するサーメットが被着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。
4. 照明装置本体と；
   照明装置本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
   高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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