JP2010218987A - 高圧放電ランプ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フリットレス封着の際に、位置決め作業が容易であり、また熱膨張率差を原因とするクラックの発生を低減した高圧放電ランプ等を提供する。
【解決手段】高圧放電ランプは、導入導体部２４ａ、２４ｂと封着部２５、２５とが溶接されていてこの溶接により導入導体部２４ａ、２４ｂおよび封着部２５、２５よりも径大な膨出部２６、２６が形成されており、小径筒状部１２ａ、１２ｂの端部側を溶融することにより封着部２５、２５が膨出部２６、２６とともに小径筒状部１２ａ、１２ｂに封着された導電体２３ａ，２３ｂと、放電容器内に封入された放電媒体とを具備している。膨出部２６、２６が封着部２５、２５とともに小径筒状部１２ａ、１２ｂに封着されているので、フリットレス封着の際に膨出部２６を用いて位置決めを行うことが可能となり、また溶接部界面を起点とした熱膨張率差を原因とするクラックの発生を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、透孔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、２に記載されたランプを挙げることができる。

これらの高圧放電ランプにおいては、封止部にガラスフリットを用いており、耐熱衝撃性や耐薬品腐食性が問題とされるようになってきている。これに対応するために、ガラスフリットを用いずに、セラミックス製発光管のキャピラリーを溶融することによって封着を行う特許文献３に記載されたフリットレス封着が検討されている。

特表２００５−５３２２５０号公報 特開２００６−１６０５９５号公報

しかしながら、このフリットレス封着においては、セラミックスを高温過熱して溶融させる工程を伴うためにマウント部材と放電容器との位置決め作業が困難である。また、マウント部材と放電容器を構成するセラミックスとの熱膨張率に差があり、これを原因とするクラックの発生が課題となっている。

本発明は、上記のようなフリットレス封着における現状に鑑みてなされたもので、フリットレス封着の際に、位置決め作業が容易であり、またマウント部材と放電容器を構成するセラミックスとの熱膨張率差を原因とするクラックの発生を低減した高圧放電ランプ等を提供することを目的とする。

請求項１の高圧放電ランプは、放電空間を内部に形成する包囲部およびこの包囲部に連なる小径筒状部を備えるセラミックス製の放電容器と；小径筒状部に挿入される導入導体部、導入導体部の包囲部側に設けられた電極部および導入導体部の小径筒状部の端部側に設けられた封着部を有して全体として軸状に形成され、導入導体部と封着部とが溶接されていてこの溶接により導入導体部および封着部よりも径大な膨出部が形成されており、小径筒状部の端部側を溶融することにより封着部が膨出部とともに小径筒状部に封着された導電体と；放電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。

導電体を構成する金属材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などを用いることができる。

放電容器は、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。放電容器は、放電空間を包み込む包囲部を備える。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、包囲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。

導入導体部は、小径筒状部に配設される軸状の部材であり、耐ハロゲン性材料であるモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などが用いられる。

封着部は小径筒状部の端部の溶融により気密に封着可能な金属材料から構成されており、
ニオブ（Ｎｂ）などが用いられる。

導入導体部および封着部は、互いの端部を突き合わせた状態で溶接されることにより、導入導体部および封着部の外径よりも径大な膨出部が形成されている。この膨出部は、封着部が主として溶融することで形成されるものであるが、封着性や導電性が損なわれない範囲において導入導体部の一部や他の添加物が混入されていてもよい。

請求項２は、請求項１に記載の高圧放電ランプにおいて、膨出部が略球面をなしており、最大外径が小径筒状部の内径よりも大きいことを特徴とする。

膨出部の「略球面」とは、全体にわたって先鋭な形状を有していないことを意味する。

請求項３の照明装置は、請求項１または２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によれば、導電体の導入導体部と封着部との溶接によって形成された膨出部が封着部とともに小径筒状部に封着されているので、フリットレス封着の際に膨出部を用いて位置決めを行うことが可能となり、また導入導体部と封着部との溶接部分が膨出しているので溶接部界面を起点とした熱膨張率差を原因とするクラックの発生を低減することができる。

本発明に係る高圧放電ランプによれば、略球面状の膨出部の最大外径が小径筒状部の内径よりも大きいので、小径筒状部の端部に膨出部を載置した状態で位置決めが可能となり、また膨出部を起点としたクラックの発生を低減することができる。

本発明に係る照明装置は、請求項１または２記載の高圧放電ランプを含んで構成されるため、フリットレス封着による高圧放電ランプを用いた照明装置を提供することができる。

本発明の高圧放電ランプにおける実施形態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の発光管の拡大断面図。 図２に示す発光管の導電体の封着工程を示す拡大断面図。 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。

以下、添付図面を参照して本発明に係る高圧放電ランプの実施例と、高圧放電ランプ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、同一の符号を付して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。包囲部１１および包囲部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および包囲部１１は、鋳込み成形により一体化されている。

包囲部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、先端が対応する包囲部１１の半球状部分の中央部に接続されている。なお、包囲部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。

電極部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、包囲部１１内に突出している。

一対の導電体２３ａ、２３ｂは、電極部２Ａ、２Ｂは、一対の封着部２５、２５、一対の封着部２５、２５および一対の導入導体部２４ａ，２４ｂがそれぞれ接続されて構成されている。

図３は発光管１Ａの導電体２３ａ、２３ｂの封着工程を示す拡大断面図である。一対の封着部２５、２５は、それぞれ外径約０．６ｍｍのニオブ（Ｎｂ）製の棒状体の先端に形成されている。この一対の封着部２５、２５の電極主部２２側には耐ハロゲン性封止用導体としての外径約０．６ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）製の導入導体部２４ａ，２４ｂが接続されている。これら封着部２５、２５と導入導体部２４ａ、２４ｂとは、レーザーを用いて互いの端部を突き合わせた状態で溶接されることにより、導入導体部２４ａ、２４ｂおよび封着部２５、２５の外径よりも径大な膨出部２６が形成されている（図３（ａ）（ｂ））。

この膨出部２６は、外観形状が略球面をなしており、最大外径が約１．２ｍｍであり、小径筒状部の内径よりも大きくなっている。膨出部２６は、封着部２５のニオブ成分が主として溶融することで形成されるものである。しかし、封着部２５の封着性や導電性が損なわれない範囲において、導入導体部２４ａ、２４ｂのモリブデンの一部や他の添加物が混入されていてもよい。

なお、本実施形態では導入導体部２４ａ，２４ｂとしてモリブデン（Ｍｏ）製の軸状体を採用しているが、導入導体部２４ａ，２４ｂはサーメットを用いてもよい。

本発明の高圧放電ランプは、小径筒状部１２ａ、１２ｂをレーザにより溶融し封止されている。導電体２３ａは、小径筒状部１２ａ、１２ｂの端部から挿入され、小径筒状部１２ａの端面に膨出部２６を載置した状態で位置決めされる。この状態で、膨出部２６近傍に例えばレーザビームなどのレーザ光を小径筒状部１２ａの軸に対するラジアル方向の３方向から照射して加熱する（図３（ｃ））。これにより、膨出部２６から小径筒状部１２ａ、１２ｂの端部に小径筒状部１２ａへ溶融に必要な熱量が効率よく伝熱され、膨出部２６が封着部２５とともに小径筒状部１２にフリットレス封着される（図３（ｄ））。この封着工程後に、発光管１Ａを反転させ、発光管１Ａ内に所定の放電媒体を封入しつつ小径筒状部１２ｂに導電体２３ｂを挿入し、上記と同様の工程にてフリットレス封着が行われる。

本実施形態の導電体２３ａ、２３ｂには略球状の膨出部２６が形成されているため、フリットレス封着時の導電体２３ａ、２３ｂの位置決めが容易となり、また導入導体部２４ａ、２４ｂおよび封着部２５、２５の溶接界面ないしは膨出部２６を起点としたクラックの発生を低減することができる。

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。

図４に、たとえば上記実施例の高圧放電ランプ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。

１Ａ…セラミックス製の放電容器、１１…包囲部、１２ａ、１２ｂ…小径筒状部、２１…電極部、２３ａ、２３ｂ…導電体、２４ａ、２４ｂ…導入導体部、２５…封着部、２６…膨出部、Ｌ１…高圧放電ランプ。

Claims (3)

1. 放電空間を内部に形成する包囲部およびこの包囲部に連なる小径筒状部を備えるセラミックス製の放電容器と；
   小径筒状部に挿入される導入導体部、導入導体部の包囲部側に設けられた電極部および導入導体部の小径筒状部の端部側に設けられた封着部を有して全体として軸状に形成され、導入導体部と封着部とが溶接されていてこの溶接により導入導体部および封着部よりも径大な膨出部が形成されており、小径筒状部の端部側を溶融することにより封着部が膨出部とともに小径筒状部に封着された導電体と；
   放電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. 膨出部が略球面をなしており、最大外径が小径筒状部の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 請求項１または２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；
   を具備していることを特徴とする照明装置。
   

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