JP2010153372A - 高輝度放電灯用発光容器および高輝度放電灯 - Google Patents

Abstract

【課題】発光管からの発光を絞りつつ、発光の色温度安定性を向上させ、かつ点灯−消灯を反復したときの耐久性を維持することである。
【解決手段】高輝度放電灯用発光容器５Ａは、透光性の多結晶セラミックスからなる発光容器であり、中央発光部２、および中央発光部２の両側にそれぞれ設けられている側端部３を備え，更に各側端部３からそれぞれ突出する管状部１を備えている。側端部３の内側面３ａが粗面である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高輝度放電灯用発光容器に関するものである。

透光性を有するセラミックスは可視光を透過させることから、高輝度放電灯の発光容器として利用されてきた。特に透光性のアルミナセラミックスは、高輝度放電灯の発光容器として利用されている。

セラミックメタルハライドランプの色温度の安定性を向上させるために、プラズマアーク中のメタルハライドの蒸気圧を上げることが必要である。セラミックチューブの一部を酸化ジルコニウムでコーティングし、プラズマアークから放射される赤外線を発光管内部に反射することにより、発光管内部の温度を上げることにより、メタルハライド蒸気圧を向上させることを開示している（特許文献１、２）。特許文献１、２では、発光管の両方の端面（エンドプラグ）と、発光管に取り付けられた細長い管状部（脚部）の表面とを、酸化ジルコニウム皮膜によって被覆することによって、ハロゲン化金属充填物の液化と低温化を防止し、良好な演色性を確保している。

また、発光管の内容積が１ｃｃ未満で150W以下のメタルハライドランプの色温度や発光効率が、点灯方向によって変化しないように、熱反射コーティングを発光管の両端に施すことが開示されている（特許文献３）。

また、可視光の平均直線透過率が１５％以上の発光部と１５％未満のプラグエンド部を焼き嵌め法によって作製した自動車用ヘッドランプ用の高圧放電灯において、更に発光管の表面に遮光膜を形成することによって、不所望の方向への光放射を遮蔽することが、特許文献４の（００５４）に記載されている。
また、特許文献５には、自動車用ヘッドランプの高圧放電灯において、発光管の中央部を肉薄とすることで中央部に輝度中心を配置し、投射ビームの焦点への集光効率を向上させることが記載されている。

欧州特許 EP 0 869 540 A1 特開平１０−３３５０５９ 米国特許 5,708,328 特開２００６−９３０４５ 特開２００４−６１９８

高輝度放電ランプでは、まず水銀蒸気やアルゴンガス等の始動ガス中で電極間の放電を起こし、その放電エネルギーによる熱エネルギーを利用して、発光物質であるナトリウムや金属沃化物を蒸発させてガス化し、更に電極間で放電している電子のエネルギーで発光物質を励起し、発光物質の電子が励起状態から基底状態に戻る際に生じる光を光源として利用している。

このため、発光物質の蒸気圧が高いほど、放電している電子と発光物質の衝突確率が高くなり発光物質の励起が起こり易くなって発光効率が高くなる。発光物質の蒸気圧を高くするためには、発光物質の温度を上げることが必要であり、そのためには発光管内部のガス温度を高く保持することが重要である。

このように高輝度放電ランプでは電極間での電子放電を利用して発光が起こっており、発光している部分の温度が最も高く、電極の付け根や電極の後方部分の温度が低くなる。この温度の最も低い部分を最冷点と呼ぶが、ランプ内の発光物質の蒸気圧はこの最冷点によって支配されるため最冷点の温度を上げることが発光物質の蒸気圧を高くするために重要である。

最冷点の温度を高くするためには、従来技術のように、電極付け根のエンドプラグや環状部（脚部）の表面に酸化ジルコニウムの粉末を表面に４００〜５００℃の温度で焼き付かせて遮光膜を設けることが有効である（特許文献１、２、３）。発光から放出された光エネルギーが遮光膜によって吸収されることにより発光管の温度が上昇し、メタルハライド蒸気の温度も上昇し、結果発光物質の蒸気圧が向上し、発光効率（lm/W）が改善され、同時に色温度安定性の良い高輝度放電灯ランプ用発光管を提供することが可能になる。しかしながらこのような異種材料粉末からなる表面被覆層は、発光管表面との付着力が弱く粉末同士の結合力も弱いため、長時間の点灯や点灯−消灯を繰り返したときに剥れ易い問題があった。表面被覆層が徐々に剥がれていくと、遮光性が劣化し、発光管の温度が徐々に低下してランプ特性も徐々に劣化してしまう問題があった。

また、セラミック発光管は一般的に透光性ではあるものの透明でないため、プラズマアークで生成し放出される光によって発光管全体が発光するため、光源の大きさが発光管の大きさと同じになる。このため発光管と組合せて使用される照明器具の性能に合せて発光部位を制御することが難しい。一般照明用のランプの様に比較的大きな光源サイズが許容されるランプでは、照明器具に対して光源サイズが大きいことは余り問題にならないが、自動車用のヘッドランプやプロジェクター用のランプとしてセラミック発光管は光源サイズが大きくなりすぎて照明器具との組合せが困難である。

このため、発光管の中央部の狭い領域から発光させることによって、投射ビームによる集光効率を高めることも知られている（特許文献４、５）。これらの文献に記載の方法では集光効率の向上には有効なものの、発光管の端部での遮光効果が充分でないため、色安定性が充分に得られない問題があった。また発光管の形状も小型の円筒状のものに限定されていた。

本発明の課題は、高輝度放電ランプの発光の色温度安定性を向上させ、かつ点灯−消灯を反復したときの耐久性を維持することである。また発光管からの発光領域を発光装置全体の仕様に合わせて更に絞ることが可能となる。

本発明に係る高輝度放電灯用発光容器は、
透光性の多結晶セラミックスからなる発光管であって、中央発光部、およびこの中央発光部の両側にそれぞれ設けられている側端部を備えている発光管、および 各側端部からそれぞれ突出する管状部を備えており、
側端部の内側面が粗面であることを特徴とする。

また、本発明に係る高輝度放電灯用発光管は、
透光性の多結晶セラミックスからなる発光管であって、中央発光部、およびこの中央発光部の両側にそれぞれ設けられている側端部を備えている発光管、および
各側端部からそれぞれ突出する管状部を備えており、
側端部の内側面に凹凸パターンが形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る高輝度放電灯は、
前記発光容器、
発光管の内側空間に設けられている電極、および
各管状部にそれぞれ挿通されており、電極を保持する電極保持部材を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、発光管の側端部の内側面に粗面を形成し、相対的に光透過率の低い遮光部を形成することで、中央発光部に輝度中心を配置させることで、投射ビームへの集光効率を高くすることができる。

これとともに、側端部の内側面に粗面を形成することで、発光管の最冷点におけるガスの液化や温度降下を適切に制御できることがわかった。

発光管の表面粗さについては、光の散乱の原因になることが知られていたため、通常は表面粗さの滑らかな成形型を用いて製造されており、部分的に表面粗さを意図的に粗くしたり凹凸を設けることは行われていなかった。

また、透光性多結晶セラミックスの成形法として広く使われている押出し成形法では、形状を規定する口金と成形体が一様に摩擦するため、表面状態が均一で一部の表面粗さを意図的に粗くすることは出来なかった。

更に、表面粗さはセラミックスの強度に影響を与えるため、なるべく滑らかな表面となるよう製造されていた。本発明は、高輝度発光管の分野における、これらの常識に反してなされたものである。

なお、側端部および管状部の外表面だけを遮光膜によって被覆すると、封止材の温度が上がるため封止材が劣化し、この結果、色温度安定性が低下し、点灯−消灯反復時の耐久性が低下した。これはエンドプラグでのガス温度が予想よりも高く、また管状部内まで腐食性ガスが流れて封止部分を浸食しやすいためと考えられる。また、遮光膜のセラミックス表面に対する密着性が、長期使用時に低下し、最冷点を抑制する能力が損なわれるものと考えられる。

また、側端部の外側面に粗面を形成することによって、側端部に生ずる最冷点を抑制することも検討した。しかし、この場合には、最冷点を抑制する効果が十分ではないことが判明した。これは、側端部の外側面で放射光が散乱すると、最冷点での温度上昇に利用される熱量が、期待したほど大きくないからである。

また、発光容器の側端部の内側面に凹凸パターンを設けることによっても、上記と同様の作用効果が得られることを確認した。

（ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器（比較例）の外観図であり、（ｂ）は、同じく断面図である。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器（本発明例）の外観図であり、（ｂ）は、同じく断面図である。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器（比較例）の外観図であり、（ｂ）は、同じく断面図である。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器（本発明例）の外観図であり、（ｂ）は、同じく断面図である。 セラミックメタルハライドランプ用発光容器の断面図であり、（ａ）は、側端部の内側面にストライプ状の粗面を形成した例を示し、（ｂ）は、側端部の内側面に粗面を形成し、粗面の粗さを段階的に粗くした例を示し、（ｃ）は、側端部の内側面にドット状の凹凸パターンを設けた例を示す。 セラミックメタルハライドランプ用発光容器の断面図であり、（ａ）は、側端部の内側面に線状の凹部を設けた例を示し、（ｂ）は、側端部の内側面に網目状の凹部を設けた例を示し、（ｃ）は、側端部の内側面に網目状の凹部と粗面とを形成した例を示す。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器の外観図（本発明例）であり、（ｂ）は、同じく断面図である。 （ａ）は、高圧ナトリウムランプ用発光容器の外観図（本発明例）であり、（ｂ）は、同じく断面図である。 セラミックメタルハライドランプ用発光容器に電極を取り付けた状態を示す断面図である。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器の外観図（本発明例）であり、（ｂ）は、同じく断面図である。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器の外観図（本発明例）であり、（ｂ）は、同じく断面図である。発光菅の中央部が放電方向に対して垂直方向に帯状に表面粗さの粗い遮光部が外側表面に形成され、同様に発光菅の中央部が放電方向に対して垂直方向に帯状に薄肉になっており、表面粗さと肉厚の制御の組合せによって透光部が形成されている。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器の外観図（本発明例）であり、（ｂ）は、同じく断面図である。帯状の透光部が手前側と反対側の2箇所に複数形成されている。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器の外観図（本発明例）であり、（ｂ）は、同じく断面図であり、（ｃ）は同じく横断面図である。発光菅の中央部に放電方向と同じ方向に帯状に透光部が２箇所形成されるように、表面粗さの粗い遮光部が外側表面に形成され、同様に発光菅の中央部の肉厚が放電方向と同じ方向に薄肉になっており、表面粗さと肉厚の制御の組合せによって透光部が形成されている。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器の外観図（本発明例）であり、（ｂ）は、同じく断面図であり、（ｃ）は同じく横断面図である。表面粗さの粗い遮光部が内側と外側表面に形成され、発光管透光部が発光菅の中央部に点状に形成されている。この図では点状の透光部が２４箇所形成されており、それぞれの透光部の仮想中心が発光管の中心に収束するように透光部が形成されている。 （ａ）は、セラミックメタルハライドランプ用発光容器の外観図（本発明例）であり、（ｂ）は、同じく断面図であり、（ｃ）は同じく横断面図である。発光菅の中央部に点状に透光部が形成されるように表面粗さの粗い遮光部が外側と内側表面に形成され、同様に発光菅の中央部の肉厚が点状に薄肉になっており、表面粗さと肉厚の制御の組合せによって点状の透光部が形成されている。この図では点状の透光部が８箇所形成されており、それぞれの透光部の仮想中心が発光管の中心に収束するように透光部が形成されている。

側端部の内側面は粗面とするが、これは中央発光部の内側面および外側面よりもＲａが大きければ良い。好適な実施形態においては、側端部の内側面の中心線平均表面粗さＲａが２．０μｍ以上であり、特に好ましくは２．５μｍ以上である。

側端部の内側面の中心線平均表面粗さＲａは、発光管の強度を劣化させないという観点からは、２０μｍ以下が好ましい。

側端部の外側面は平滑面であってよく、粗面であってもよい。 好適な実施形態においては、側端部の外側面の中心線平均表面粗さＲａが２．０μｍ以上であり、特に好ましくは２．５μｍ以上であり、これによって発光効率を一層向上させることができる。また、発光管の強度を劣化させないという観点からは、側端部の外側面の中心線平均表面粗さＲａが２０μｍ以下であることが好ましい。この観点からは、側端部の外側面を平滑面とし、例えば中心線平均表面粗さＲａを１．０μｍ以下とすることが好ましい。

好適な実施形態においては、中央発光部の内側面および外側面の中心線平均表面粗さＲａが１．０μｍ以下であり、これによって中央発光部からの発光効率を更に向上させることができる。また、高輝度放電ランプでは電極間の放電により生成したプラズマアークから放出された可視光線を利用するため、透光部の表面粗さは内表面も外表面も滑らかで、光の散乱が小さくて損失が少ない方が好ましい。透光性のアルミナセラミックスでは、平均粒径が１５〜５０ミクロンのサイズであることが、透光性と機械的強度の両方を満足するために好適である。

また、好適な実施形態においては、中央発光部が、透光部と、この透光部よりも直線透過率の低い遮光部とを備えている。これによって、発光領域を発光装置全体の仕様に合わせて更に絞ることが可能である。

また、側端部の内側面（および外側面）に凹凸パターンを形成する場合には、凹部のパターンを形成する場合と、凸部のパターンを形成する場合とがある。本発明の観点からは、凹凸の高さの差（段差）は０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。また、凹凸の高さの差は０．２ｍｍ以下であることが、成形後の離型を容易にするという観点からは好ましい。

図１（ｂ）は、メタルハライドランプに使われる従来の高輝度放電灯用発光容器の模式的断面図であり、図１（ａ）は、容器の外観を示す正面図である。発光容器は、中央発光部２、中央発光部２の両側の側端部３、各側端部３の外側の管状部（脚部）１を備えている。この側端部３および中央発光部２の内側面および外側面は、ともに平滑であり、表面粗さはほぼ均一である。

図２は、メタルハライドランプに使われる高輝度放電灯用発光容器５Ａの実施例を示す。本例では、中央発光部２の内側面２ａおよび外側面２ｂは平滑面であり、また側端部３の外側面３ｂは平滑面である。しかし、側端部３の内側面３ｂには粗面６が形成されている。発光管の内側空間４においてアーク放電を行い、発光させる。

図３は、本発明外の比較例に係るものである。本例の発光容器５Ｂでは、中央発光部２の内側面２ａおよび外側面２ｂは平滑面であり、また側端部３の内側面３ａも平滑面である。しかし、側端部３の外側面３ｂには粗面６が形成されている。

図４は、メタルハライドランプに使われる高輝度放電灯用発光容器５Ｃの実施例を示す。本例では、中央発光部２の内側面２ａおよび外側面２ｂは平滑面である。しかし、側端部３の内側面３ｂ、外側面３ａにはそれぞれ粗面６が形成されている。

図５、図６は、メタルハライドランプに使われる発光容器の側端部の内側面に、粗面や凹凸パターンを形成した実施例を示す。

図５（a）の発光容器５Ｄでは、中央発光部２の内側面２ａ、外側面２ｂは平滑面であり、また側端部３の外側面３ｂは平滑面である。しかし、側端部３の内側面３ａには粗面６が形成されている。特に、粗面６は、発光管の管軸Ａを中心として周方向に形成された帯状をなしており、隣接する粗面６は平行になっている。

図５（ｂ）の発光容器５Ｅでは、中央発光部２の内側面２ａ、外側面２ｂは平滑面であり、また側端部３の外側面３ｂは平滑面である。しかし、側端部３の内側面３ａには粗面６Ａが形成されている。本例では、粗面６Ａの平均表面粗さＲａは、側端部の管状部側末端から中央発光部へと向かって、徐々に小さくなっている。

図５（ｃ）の発光容器５Ｆでは、中央発光部２の内側面２ａ、外側面２ｂは平滑面であり、また側端部３の外側面３ｂは平滑面である。しかし、側端部３の内側面３ａには凹凸パターン７が形成されている。本例では、凹凸パターン７は、ディンプル形状の凹部を多数形成した形状である。

図６（ａ）の発光容器５Ｇでは、凹凸パターン９は、細長い溝状の凹部を多数形成した形状である。また、図６（ｂ）の発光容器５Ｈでは、凹凸パターン１０は、細長い溝を編み目状に形成した形状である。

図６（ｃ）の発光容器５Ｉでは、中央発光部２の内側面２ａ、外側面２ｂは平滑面であり、また側端部３の外側面３ｂは平滑面である。しかし、側端部３の内側面３ａには、編み目状の凹凸パターン１０と粗面６との両方が形成されている。

図７は、メタルハライドランプ用の発光容器５Ｊを示す。本例では、中央発光部２の内側面２ａ、外側面２ｂは平滑面であり、側端部３の外側面３ｂおよび内側面３ａには粗面６が形成されている。更に、側端部３の肉厚を中央発光部２の肉厚よりも大きくすることによって、中央発光部への発光の集中を一層促進している。

図８は、高圧ナトリウムランプに使われる発光容器５Ｋを示す。本例では、中央発光部２の内側面２ａ、外側面２ｂ、側端部３の外側面３ｂは平滑面であり、側端部３の内側面内側面３ａには粗面６が形成されている。

図９は、本発明の実施例の発光容器５Ａ（図２）を用いたメタルハライドランプを示す。電極先端より後ろの電極付け根部と背面部に、表面粗さの粗い遮光部が形成されている。管状部１の内側空間には電極保持部材１２が挿通されており、電極保持部材の内側末端には電極１４が取り付けられている。電極保持部材１２の外側端部は封止材１３によって管状部１の内側壁面に対して封止されており、更に封止材１３によって管状部１の外側端面に対して封止されている。一対の電極１４が発光管の内側空間４に位置しており、電極１４間で放電を行えるように設計されている。

図１０は、メタルハライドランプに使われる発光容器５Ｌの中央部に帯状に透光部２０を形成した実施例を示す。本例では、側端部３の外側面および内側面に粗面を形成するとともに、中央発光部２の外側面および内側面の一部にも粗面を形成することで、細長い帯状の透光部２０と遮光部２１を形成している。

図１１は、メタルハライドランプに使われる発光容器５Ｍの中央部に帯状に透光部２０を形成した実施例を示す。本例では、更に中央発光部２のうちの透光部２０の肉厚が薄くなるように成形後白加工し、焼結後透光部表面が研磨されて表面粗さが更に滑らかになっている。一方内側の中央部以外の部分は表面粗さを粗くすることにより、帯状に遮光部２１を形成している。

図１２は、メタルハライドランプに使われる発光容器５Ｎの中央部に長手方向に帯状に透光部２０を手前と反対側の後方に各１箇所形成した実施例を示す。本例では、中央発光部２の外側面および内側面に表面粗さを粗くした遮光部２１を形成することにより、相対的に光の散乱吸収が少ない透光部２０を形成している。

図１３は、メタルハライドランプに使われる発光容器５Ｐに長手方向に帯状に透光部２０を手前と反対側の後方に各１箇所形成した実施例を示す。本例では、中央発光部２の外側面および内側面に、表面粗さを粗くした遮光部２１を形成することにより、相対的に光１５の散乱吸収が少ない透光部２０を形成している。また、図１３（ｃ）に示すように、透光部の肉厚を薄くすることにより、透光部２０を２箇所形成している。

図１４は、メタルハライドランプ用発光容器５Ｑに点状の透光部２０を形成した実施例を示す。本例では、中央発光部２の外側面および内側面に、表面粗さを粗くした遮光部２１を形成することにより、相対的に光の散乱吸収が少ない点状の透光部２０を形成している。点状の透光部が２４箇所形成されており、それぞれの透光部２０の仮想中心が発光管の中心に収束するように、透光部２０が形成されている。

図１５は、メタルハライドランプ用発光容器５Ｒに点状の透光部２０を形成した実施例を示す。中央発光部２の外側面および内側面に、表面粗さを粗くした遮光部２１を形成することにより、相対的に光の散乱吸収が少ない点状の透光部２０を形成している。図１４（c）では、透光部２０の肉薄を薄くしている。この図では点状の透光部２０が８箇所形成されており、それぞれの透光部の仮想中心が発光管の中心に収束するように透光部が形成されている。

セラミック発光管は透光性ではあるものの透明でないため、プラズマアークで生成し放出される光によって発光管全体が発光するため、光源の大きさが発光管の大きさと同じになる。このため小さな光源サイズが求められる自動車用ヘッドランプやプロジェクターの光源ランプでは、照明器具の性能に合せた光源サイズにすることが難しい。しかし、本発明では、光源サイズを所定の大きさに限定することにより、照明器具の性能に合せたランプを提供することが可能となる。

例えば自動車用の発光管では透光部を小さくして、光源サイズがハロゲンランプのフィラメントの大きさと同等の2mmφｘ４mmの大きさとなるようにすることができる。更にプロジェクター用の光源に応用するためには、光源サイズが直径１mm以下となるようにできる。

本発明の高圧放電灯は、自動車用ヘッドランプ、ＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター）、液晶プロジェクターなど、疑似点光源を適用可能な他の照明装置に適用可能である。

本発明において、中央発光部とは、発光管のうち、両側の側端部の間に挟まれた部分を意味する。側端部は、発光管の両端を塞ぐ部分を意味しており、即ち、管状部の末端から中央発光部の末端との間の部分である。

本発明では（図２参照）、中央発光部２および側端部３（＝発光管）の内側面の全表面積をＬとしたとき、各側端部２の各内側面の表面積Ｐは、それぞれ，５％とする。つまり、量側端部の内側面の表面積を合わせると、発光管の内側面の全表面積の１０％となる。本発明では、少なくともこの側端部の内側面が粗面化されていることが必要である。

発光管を構成する半透明な透光性セラミックスとしては以下を例示できる。
多結晶Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ。又は表面粗度Raが1.0 μm以下 の単結晶Ａｌ_２Ｏ_３、ＹＡＧ、Ｙ_２Ｏ_３。

また、半透明とは、以下の光透過率を意味している。
全光線透過率85％以上かつ直線透過率４５％以下

前記輝度中心とは、発光部において輝度の最も高い部分を意味する。輝度中心は一点である必要はなく、縦断面の方向に向かって延びていても良い。

高輝度放電灯とは、水銀を発光物質に用いる水銀ランプ、ナトリウムを発光物質に用いる高圧ナトリウムランプ、金属沃化物を発光物質に用いるメタルハライドランプのことを言う。

多結晶セラミックスは所望の形状に適した押出し成形、ドライバッグ成形等のプレス成形、鋳込み成形、射出成形、ゲルキャスト成形等の成形法で成形される。
押出し成形ではその形状は口金の形状との摩擦によって形成されるため、表面粗さは平滑化されており部分的に表面粗さを部分的に変えることは難しい。
鋳込み成形では成形体の内表面は自由表面として形成されるため、表面粗さを部分的に粗くすることは出来ない。

プレス成形法では外表面はゴム型を一般的に使用するため、精密に表面粗さを制御することは難しい。しかしながら内表面に関しては芯金の表面粗さを粗くすることにより、発光部と電極部を意図的に変えることが可能である。

射出成形やゲルキャストでは、内側と外側の形状は、内型と外型の転写によって形成され、その際に型の表面粗さも同時に転写される。従って型の遮光部に相当する部分の表面粗さを粗くしたり凹凸を設けたりし、透光部に相当する部分を表面粗さが滑らかなるように成形することにより、遮光部と透光部を形成することが可能である。更に射出成形やゲルキャストでは内表面も外表面も独立して表面粗さを変化させるたり肉厚を制御することが可能である。

（比較例１、実施例１、実施例３〜８の製造）
透光性アルミナ用原料粉末を用いて、図１に示す比較例１と図２に示す実施例１及び図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）に示す実施例３〜８のメタルハライドランプ用発光容器の成形体をゲルキャスト成形法により作成した。

成形体のキャピラリー部と透光部に相当する部分の肉厚は一様に１．３ｍｍであった。表面粗さにより遮光部を形成した部分の肉厚は１．３ｍｍの範囲であった。外側の金型の表面粗さは、一様にＲａ０．１ミクロンに仕上げてあった。

内側の形状はキャピラリーを形成するピンとワックス成分からなる中子を予め一体に成形しておいた中型を挿入し、外型と中型の間に形成される空隙にゲルキャスト成形用のスラリーを注型し硬化後、ピンを抜いてワックス中子を加熱溶融除去し、大気中１，３００℃で焼成してバインダーの除去と仮焼成を行った。更にアルミナ仮焼結体を水素雰囲気中１，８００℃で3 時間焼成して、透光性多結晶アルミナセラミックからなる中空構造の高輝度放電灯用発光容器を作成した。

中子成形用金型の表面は、比較例１では表面粗さがＲａ０．１ミクロンに一様に仕上げであり、実施例では全体をＲａ０．１ミクロンに仕上げた。この後、実施例１、実施例３、実施例４では、図２、図５（a）、図５（b）にそれぞれ示す遮光部に相当する部分をＲａ５ミクロンになるよう放電加工により部分的に粗く仕上げた。同様に実施例５、実施例６、実施例７ではそれぞれ図５（c）、図６（ａ）、（ｂ）に示すようなパターンを機械加工により１５０ミクロン掘り込んで遮光部３を形成した。実施例８では、実施例７と同様のパターンを機械加工により施した後に放電加工を行って網目パターンと表面粗さを粗くした遮光部３を形成した。

このような中子成形用金型を用いることにより、中子表面に中子成形金型の表面形状を転写させ、更に成形体の内側の表面粗さを制御することが可能となり、透光部２と遮光部３を形成することができる。遮光部の内側面の表面積は、発光管の内側面の全表面積の１０％〜２０％であった。

焼結後の発光容器の結晶の平均粒径は２５ミクロン、キャピラリー部と透光部の肉厚は一様に０．９ｍｍであり、透光部に相当する部分の表面粗さはＲａ０．１５ミクロンで充分な透光性を示した。一方表面粗さを粗くすることで形成した遮光部に相当する部分の表面粗さは３ミクロンで、透光部に比較して悪い透光性を示した。また凹凸によって形成した遮光部では、最大０．１ｍｍの深さの凹部が形成された。

（比較例２、実施例２、実施例９）
透光性アルミナ用原料粉末を用いて、図３に示す比較例２、図４に示す実施例２、図７に示す実施例９のメタルハライドランプ用発光容器の成形体をゲルキャスト成形法により作成した。比較例２と実施例２では成形体の肉厚は一様に１．３ｍｍであった。実施例９では成形体の肉厚は遮光部の肉厚が１．３〜３ｍｍで透光部は１．３ｍｍであった。

外側の金型の表面粗さは一様にＲａ０．１ミクロンに仕上げた後、各遮光部に相当する部分を放電加工によって粗くした。表面粗さはＲａ５ミクロンであった。
内側の形状は、キャピラリーを形成するピンとワックス成分からなる中子を予め一体に成形しておいた中型を挿入し、外型と中型の間に形成される空隙にゲルキャスト成形用のスラリーを注型し硬化後、ピンを抜いてワックス中子を加熱溶融除去した後、大気中１，３００℃で焼成してバインダーの除去と仮焼成を行った。更にアルミナ仮焼結体を水素雰囲気中１，８００℃で3 時間焼成して、透光性多結晶アルミナセラミックからなる中空構造の発光容器を作成した。

比較例２の中子成形用金型の表面粗さは比較例と同じ一様にＲａ０．１ミクロンになるよう仕上げた。実施例３と実施例９では全体をＲa０．１ミクロンに仕上げた後、図４と図７に示す遮光部の部分をＲa５ミクロンになるよう放電加工により部分的に粗く仕上げた。

このような外側成形用金型と中型を組合せて用いることにより、成形体の外側と内側の表面粗さと肉厚を制御することが可能となり、透光部と遮光部を形成することができる。
実施例２と３とにおいて、遮光部の内側面の表面積は、発光管の内側面の表面積の３０％であった。

焼結後の発光管容器の結晶の平均粒径は２５ミクロン、比較例２と実施例２ではキャピラリー部、透光部、遮光部の肉厚は一様に０．９ｍｍであり、実施例９では最大２．１ｍｍであった。透光部に相当する部分の表面粗さはＲａ０．１５ミクロンで充分な透光性を示した。遮光部に相当する部分の外側表面粗さRaは３ミクロンである。

（比較例３の製造）
図３に示すようなパターンの発光管を、比較例２と同様にして作製した。ただし、側端部３の外側面に粗面を設けなかった。その代わりに、側端部３の外側面３ｂにタングステン−アルミナのサーメットからなる厚さ５ミクロンの遮光膜を形成した。

（実施例１０）
透光性アルミナ用原料粉末を用いて、図８に示す高圧ナトリウムランプ用発光容器の成形体をプレス成形法により作成した。

外側に円筒状のゴム型を準備し、内側に全体をＲa０．１ミクロンに仕上げた後、図８に示す遮光部３に相当する部分をＲa５ミクロンになるようサンドブラスト法により部分的に粗く仕上げたマンドレルと呼ばれる芯金を設置し、ゴム型とマンドレルの間に形成される隙間に透光性アルミナ用原料粉末を充填し、ゴム型の外側より１トン／ｃｍ^２の静水圧を印加して成形した。成形後成形体の肉厚が一様に１．１ｍｍになるよう成形体の外側を旋盤加工した。

このようなマンドレル芯金を用いることにより、発光管容器成形体の内側にマンドレル芯金の表面形状を転写させ成形体の内側の表面粗さを制御することが可能となり、透光部と遮光部を形成することができる。遮光部の面積は透光部と遮光部を合計した全体の面積の１０％の範囲であった。

更に予めプレス成形で成形しておいたプラグと組合せ、大気中１，３００℃で焼成してバインダーの除去と仮焼成を行った。更にアルミナ仮焼結体を水素雰囲気中１，８００℃で3 時間焼成して、透光性多結晶アルミナセラミックからなる中空構造の高輝度放電灯用発光管容器５を作成した。

焼結後の発光管容器の結晶の平均粒径は２５ミクロン、透光部と遮光部の肉厚は一様に０．８ｍｍであり、透光部に相当する部分の容器内側の表面粗さはＲａ０．２ミクロンで充分な透光性を示した。一方表面粗さを粗くすることで形成した遮光部に相当する部分の表面粗さはＲａ３ミクロンで、透光部に比較して悪い透光性を示した。発光管容器外側の表面粗さは透光部も遮光部も一様にＲａ１ミクロンであった。

（実施例１１、１２）
透光性アルミナ用原料粉末を用いて、図１０に示す実施例１１と図１１に示す実施例１２のメタルハライドランプ用発光容器の成形体をゲルキャスト成形法により作成した。実施例１１、１２共に成形体の肉厚は一様に１．３ｍｍであった。

外側の金型の表面粗さは一様にＲａ０．１ミクロンに仕上げた後、図１０、図１１の遮光部に相当する部分を放電加工によって粗くした。表面粗さはＲａ５ミクロンであった。
内側の形状は、キャピラリーを形成するピンとワックス成分からなる中子を予め一体に成形しておいた中型を挿入し、外型と中型の間に形成される空隙にゲルキャスト成形用のスラリーを注型し硬化後、ピンを抜いてワックス中子を加熱溶融除去し、大気中１，３００℃で焼成してバインダーの除去と仮焼成を行った。更にアルミナ仮焼結体を水素雰囲気中１，８００℃で3 時間焼成して、透光性多結晶アルミナセラミックからなる中空構造の発光容器を作成した。

実施例１１と実施例１２の中子成形用金型の表面粗さは全体をＲa０．１ミクロンに仕上げた後、図１０と図１１に示す遮光部の部分をＲa５ミクロンになるよう放電加工により部分的に粗く仕上げた。

このような外側成形用金型と中型を組合せて用いることにより、成形体の外側と内側の表面粗さと肉厚を制御することが可能となり、発光管容器の中央部に放電方向に対して垂直に環状の透光部を形成することができた。実施例１１及び１２の透光部の面積は２５％、遮光部の面積は７５％であった。

実施例１２では中子のワックス除去後、透光部を外側から白加工で肉厚が１ｍｍになるようで研削した。焼結後の発光管容器の結晶の平均粒径はそれぞれ２５ミクロン、実施例１１ではキャピラリー部、透光部、遮光部の肉厚は一様に０．９ｍｍであり、実施例１２の透光部は肉厚０．７ｍｍで表面粗さＲa０．０１ミクロンになるよう研磨加工を実施した。遮光部とキャピラリー部の肉厚は０．９ｍｍであった。

（実施例１３，１４）
透光性アルミナ用原料粉末を用いて、図１２に示す実施例１３と図１３に示す実施例１４のメタルハライドランプ用の高輝度放電灯用発光管容器の成形体をゲルキャスト成形法により作成した。実施例１３では成形体の肉厚は一様に１．３ｍｍであった。実施例１４では、透光部に相当する部分の肉厚は０．５〜０．６ｍｍ、遮光部に相当する部分の肉厚は、０．６〜３ｍｍ、キャピラリー部は１．３ｍｍであった。外側の金型の表面粗さは一様にＲａ０．１ミクロンに仕上げた後、図１２、図１３の遮光部に相当する部分を放電加工によって粗くした。表面粗さはＲａ５ミクロンであった。

内側の形状は、キャピラリーを形成するピンとワックス成分からなる中子を予め一体に成形しておいた中型を挿入し、外型と中型の間に形成される空隙にゲルキャスト成形用のスラリーを注型し硬化後、ピンを抜いてワックス中子を加熱溶融除去し、大気中１３００℃で焼成してバインダーの除去と仮焼成を行った。更にアルミナ仮焼結体を水素雰囲気中１，８００℃で3 時間焼成して、透光性多結晶アルミナセラミックからなる中空構造の高輝度放電灯用発光管容器５を作成した。

実施例１３と実施例１４の中子成形用金型の表面粗さは全体をＲa０．１ミクロンに仕上げた後、図１２と図１３に示す遮光部の部分をＲa５ミクロンになるよう放電加工により部分的に粗く仕上げた。

このような外側成形用金型と中型を組合せて用いることにより、成形体の外側と内側の表面粗さと肉厚を制御することが可能となり、発光管容器の放電方向と平行に帯状の透光部を形成することができた。実施例１３、１４においては、遮光部の内側面の表面積は、発光管の内側面の表面積の９０％である。

焼結後の発光管容器の結晶の平均粒径はそれぞれ２５ミクロン、実施例１３ではキャピラリー部、透光部、遮光部の肉厚は一様に０．９ｍｍであり、実施例１４の透光部は０．３〜０．４ｍｍ、遮光部の肉厚は０．４〜２．１ｍｍ、キャピラリー部の肉厚は０．９ｍｍであった。このように、表面粗さや肉厚を制御することにより、発光管容器に帯状に形成した透光部は、遮光部の透光性に比較して充分に大きな透光性を示した。

（実施例１５、１６）
透光性アルミナ用原料粉末を用いて、図１４に示す実施例１５と図１５に示す実施例１６のメタルハライドランプ用の高輝度放電灯用発光管容器の成形体をゲルキャスト成形法により作成した。実施例１５では成形体の肉厚は一様に１．３ｍｍであった。実施例１６では、透光部に相当する部分の成形体の肉厚は１．３ｍｍ、遮光部に相当する部分の肉厚は、１．３〜２．１ｍｍ、キャピラリー部は１．３ｍｍであった。外側の金型の表面粗さは一様にＲａ０．１ミクロンに仕上げた後、図１４、図１５の遮光部に相当する部分を放電加工によって粗くした。表面粗さはＲａ５ミクロンであった。

内側の形状は、キャピラリーを形成するピンとワックス成分からなる中子を予め一体に成形しておいた中型を挿入し、外型と中型の間に形成される空隙にゲルキャスト成形用のスラリーを注型し硬化後、ピンを抜いてワックス中子を加熱溶融除去し、大気中１３００℃で焼成してバインダーの除去と仮焼成を行った。更にアルミナ仮焼結体を水素雰囲気中１，８００℃で3 時間焼成して、透光性多結晶アルミナセラミックからなる中空構造の高輝度放電灯用発光管容器５を作成した。

実施例１５と実施例１６の中子成形用金型の表面粗さは全体をＲa０．１ミクロンに仕上げた後、図１４と図１５に示す遮光部の部分をＲa５ミクロンになるよう放電加工により部分的に粗く仕上げた。

このような外側成形用金型と中型を組合せて用いることにより、成形体の外側と内側の表面粗さと肉厚を制御することが可能となり、発光管容器に点状の透光部を形成することができた。実施例１５においては，遮光部の内側面の表面積は、発光管の内側面の表面積の７０％である。実施例１６においては、遮光部の内側面の表面積は、発光管の内側面の表面積の９０％である。

焼結後の発光管容器の結晶の平均粒径はそれぞれ２５ミクロン、実施例１５ではキャピラリー部、透光部、遮光部の肉厚は一様に０．９ｍｍであり、実施例１６の透光部は０．９ｍｍ、遮光部の肉厚は０．９〜１．５ｍｍ、キャピラリー部の肉厚は０．９ｍｍであった。このように、表面粗さや肉厚を制御することにより、発光管容器に帯状に形成した透光部は、遮光部の透光性に比較して充分に大きな透光性を示した。

（発光管の組立）
上述した各発光容器の一方のキャピラリー部に、タングステンからなるコイル部を備えた電極部とニオブからなる導入導体部をモリブデンを介して接合した金属部品を挿入し、導入導体部とモリブデンの接合部分の位置が、キャピラリー端部近傍で導入導体がキャピラリーの外側に出るように冶具で仮固定し、リング状の封止用フリット材料を導入導体から挿入してキャピラリー端部に置いた後、その部分を所定の温度まで加熱溶融して気密に封止した。

更にアルゴン雰囲気のグローブボックス内で、この片方の端部が気密封止された複合発光管容器中に、もう一方の封止されていないキャピラリー側から水銀および発光金属としてNa、Tl、Dyのヨウ化物を適量入れ、先程と同様にタングステンからなるコイル部を備えた電極部とニオブからなる導入導体部をモリブデンを介して接合した金属部品を挿入し、導入導体部とモリブデンの接合部分の位置が、キャピラリー端部近傍で導入導体がキャピラリーの外側に出るように冶具で仮固定し、リング状の封止用フリット材料を導入導体から挿入してキャピラリー端部に置いた後、その部分を所定の温度まで加熱溶融して気密に封止し、高圧放電灯とした。

この高輝度放電灯発光管の導入導体に電流供給のためのリード線を溶接し、ガラス外球中に挿入してランプとし、所定の安定器電源を利用して電流を流すことにより、メタルハライド高圧放電ランプとして点灯させることができた。

（試験方法）
得られた放電灯について、以下の試験を行った。試験方法および結果を示す。
放電灯の電極保持部材に電流供給のためのリード線を溶接し、ガラス外球中に挿入してランプとし、所定の安定器電源を利用して電流を流すことにより、メタルハライド高圧放電ランプとして点灯させる。

（初期発光効率）
初期の発光効率を測定した。比較例１における発光効率を１００とし，相対値で表に現した。

（色安定性）
演色性の時間依存性を評価することにより、ランプの色安定性を評価した。比較例１における初期状態での演色性指数Raを１００とし、４００時間の点灯試験後の演色性指数を表に示す。

（点灯−消灯耐久性）
点灯−消灯の繰り返しを行い、ランプの発光効率の変化を確認することによりランプの耐久性を評価した。比較例１における初期のランプ発光効率を１００とし、３００サイクルの点灯−消灯試験後のランプ発光効率の相対値を示した。

１ 管状部 ２ 中央発光部 ２ａ 中央発光部の内側面 ２ｂ 中央発光部の 外側面 ３ 側端部 ３ａ 側端部の内側面 ３ｂ 側端部の外側面 ４ 放電空間 ５Ａ、５Ｂ，５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ、５Ｉ、５Ｊ、５Ｋ、５Ｌ、５Ｍ、５Ｎ、 発光容器 ６ 粗面 ７、９、１０ 凹部 １２ 電極支持部材 １３ 封止材 １４ 電極 ２０ 中央発光部内の遮光部 ２１ 中央発光部内の透光部

Claims (17)

1. 透光性の多結晶セラミックスからなる発光管であって、中央発光部、およびこの中央発光部の両側にそれぞれ設けられている側端部を備えている発光管、および
   前記各側端部からそれぞれ突出する管状部を備えており、
   前記側端部の内側面が粗面であることを特徴とする、高輝度放電灯用発光容器。
2. 前記側端部の内側面の中心線平均表面粗さＲａが２．０μｍ以上であることを特徴とする、請求項１記載の発光容器。
3. 前記側端部の外側面の中心線平均表面粗さＲａが２．０μｍ以上であることを特徴とする、請求項１または２記載の発光容器。
4. 前記中央発光部の内側面および外側面の中心線平均表面粗さＲａが１．０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
5. 前記中央発光部が、透光部と、この透光部よりも直線透過率の低い遮光部とを備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
6. 前記中央発光部が複数の前記透光部を備えており、各透光部が帯状であり、かつ前記発光容器の管軸に対して平行に形成されていることを特徴とする、請求項５記載の発光容器。
7. 前記中央発光部が複数の前記透光部を備えており、前記各透光部が点状であることを特徴とする、請求項５記載の発光容器。
8. 請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の発光容器、
   前記発光管の内側空間に設けられている電極、および
   前記各管状部にそれぞれ挿通されており、前記電極を保持する電極保持部材を備えていることを特徴とする、高輝度放電灯。
9. 透光性の多結晶セラミックスからなる発光管であって、中央発光部、およびこの中央発光部の両側にそれぞれ設けられている側端部を備えている発光管、および
   前記各側端部からそれぞれ突出する管状部を備えており、
   前記側端部の内側面に凹凸パターンが形成されていることを特徴とする、高輝度放電灯用発光容器。
10. 前記側端部の内側面の中心線平均表面粗さＲａが２．０μｍ以上であることを特徴とする、請求項９記載の発光容器。
11. 前記側端部の外側面に凹凸パターンが形成されていることを特徴とする、請求項９または１０記載の発光容器。
12. 前記中央発光部が、透光部と、この透光部よりも直線透過率の低い遮光部とを備えていることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
13. 前記中央発光部が複数の前記透光部を備えており、各透光部が帯状であり、かつ前記発光容器の管軸に対して平行に形成されていることを特徴とする、請求項１２記載の発光容器。
14. 前記中央発光部が複数の前記透光部を備えており、前記各発光部が点状であることを特徴とする、請求項１２記載の発光管容器。
15. 請求項９〜１４のいずれか一つの請求項に記載の発光容器、
    前記発光管の内側空間に設けられている電極、および
    前記各管状部にそれぞれ挿通されており、前記電極を保持する電極保持部材を備えていることを特徴とする、高輝度放電灯。
16. 高圧ナトリウムランプであることを特徴とする、請求項８または１５記載の高輝度放電灯。
17. メタルハライドランプであることを特徴とする、請求項８または１５記載の高輝度放電灯。

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