JP2011192389A - セラミックス発光管を用いた小型放電灯およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により異常放電を抑制し、且つバラツキを低減した小型放電ランプおよびその製造方法を提供できるようにする。
【解決手段】透光性セラミックスからなる発光管（２）の小型放電ランプ（１）であって、前記発光管は、内径が１〜４ｍｍとした発光部（２ｂ）を有する筒状形状とされ、両端の開口内部には環状のセラミックス片（６）が配設されており、前記金属パイプ（３）は、一方の端部が前記セラミックス片の外径と略一致する内径若しくは外径とした挿入部と、他方の端部が前記電極を固定する狭径部とを備え、前記放電電極先端と金属パイプ挿入部先端との間には、前記セラミックス片が設けられ、金属パイプ挿入部の内面若しくは金属パイプ挿入部先端が前記セラミックス片に当接して封止するものとしている。これにより金属パイプの内周面が放電空間に露出することがなく、異常放電を低減した小型放電ランプを提供できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両のヘッドライトの光源等に適した、消費電力を５０Ｗ近傍、或いは、それ以下とした比較的に小型の高圧放電灯の構成に関するものである。

近年、車両のヘッドライトには、メタルハライドランプを光源としたものが広く使用されている。ヘッドライトに用いられるメタルハライドランプは透明な石英管を用い、両端に電極を封止した構成とされている。

また、本出願人は、特許文献１において、自動車用ヘッドライトに適した小型の高圧放電灯を開示している。この特許文献１の記載による放電ランプは、放電電極と透光性セラミックスと封入された充填ガスを有する放電ランプであって、発光管を構成する前記透光性セラミックスは、発光部と両端に開口部を成す電極取付部が形成され、前記電極取付部には、この電極取付部の内側に金属パイプを備えた電極部が気密的に取付けられており、前記電極部は、一方の端部の外径が前記開口部内径と略一致し、他方の端部が前記電極を固定する狭径部とされている。

具体的には、高圧放電ランプの発光管として略パイプ状とした透光性セラミックスからなる発光管を用い、その両端に金属パイプおよび電極を設けている。電極は金属パイプに設けた狭径部にて固定しており、金属パイプは封着用接着剤コンパウンドにて発光管に固定する構造を開示している。

特開２００７−２２０３５０公報

本発明者は、特許文献１の放電ランプについて更に検討を行なったところ、両端の電極に外部電源を接続して点灯したとき、安定点灯時となるアーク放電の起点は両端の対向する電極の先端となり、当初意図した放電状態であった。しかしながら、点灯初期においては、電極の先端だけでなく、発光管内に露出する金属パイプの表面も放電の起点となっていることが判明した。

さらに、点灯初期のみでなく、点滅を繰返す動作を行なう試験を実施した場合においても、点灯初期と同様に金属パイプ表面を放電の起点とすることが生じ得ることも判明した。これらの金属パイプ表面を起点とする放電は、発光管の局部的な温度上昇を招くことになり好ましい現象ではない。

また、金属パイプの局部的な温度上昇は、金属パイプとセラミックス製発光管との間を気密に封止するコンパウンドを溶融、蒸発させる。そのため、内部空間がコンパウンドの組成物により汚染され、それが点灯異常、例えば発光色の変化等を引き起こす場合も想定される。さらに、気密性を保てなくなりリークが生じ点灯できなくなる、金属パイプの局部的な温度上昇によりセラミックス発光管にクラックが生じて、リークおよび不点灯となる、という問題も生じ得る。

本発明は、以上の点から、金属パイプ表面での異常放電を低減させて、小型放電ランプの寿命特性を改善することを目的としている。

さらに、金属パイプ表面での異常放電を生じにくい小型放電ランプを、内部空間の容積バラツキを低減して製造可能な小型放電ランプの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的は、次の実施の態様により、達成される。
請求項１に記載の発明は、両端に一対の開口部を備えた透光性セラミックスからなる発光管（２，１２，２２）と、発光管両端に設けた放電電極（５）と、放電電極を固定する金属パイプ（３）とを有し、発光管両端部には前記金属パイプ（３）を介して放電電極（５）を固定する電極取付け部（２ｃ）が設けられ、発光管内部（２ａ）に封入された発光物質を有する小型放電ランプ（１，１１，２１，３１）であって、
前記発光管（２，１２，２２）は、内径が１〜４ｍｍとした発光部（２ｂ）を有する筒状形状とされ、両端の開口内部には環状のセラミックス片（６，１６，３６）が配設されており、
前記金属パイプ（３）は、一方の端部が前記セラミックス片の外径と略一致する内径若しくは外径とした挿入部（３ｂ）と、他方の端部が前記電極を固定する狭径部（３ａ）とを備え、
前記放電電極先端（５ａ）と金属パイプ挿入部先端（３ｃ）との間には、前記セラミックス片（６，１６，３６）が設けられ、金属パイプ挿入部（３ｂ）の内面若しくは金属パイプ挿入部先端（３ｃ）が前記セラミックス片（６，１６，３６）に当接している、ことを特徴とする小型放電ランプ（１，１１，２１，３１）を提供することができる。

請求項１に係る発明によれば、発光管の開口部内周にはセラミックス片が配設されているので、金属パイプを取付けた場合においても、金属パイプ挿入部と放電電極との間にはセラミックス片が介在する。よって金属パイプが発光管の放電部たる内部空間に露出しない。したがって、金属パイプの挿入部表面での異常放電を防止することができる。また、発光管の内部空間への金属パイプの挿入量およびセラミックス片の挿入量を一定に制御することができる。すなわち、発光管の内部空間の容積、すなわち放電室の容積のバラツキを簡易な構成にて低減することができる。

さらに、前記発光管（２，１２）は、発光部（２ｂ）よりも内径を大きくした拡径平坦部（２ｅ）と段差部（２ｄ）が形成されており、前記金属パイプ挿入部（３ｂ）は、前記拡径平坦部（２ｅ）とセラミックス片（６）の隙間に配設された小型放電ランプ（１，１１）とするのが好適である。

このようにすることで、金属パイプの取り付け位置を一定に制御することが容易になる。すなわち、発光管の内部空間の容積、すなわち放電室の容積のバラツキを簡易な構成にて低減することができ、放電特性を安定させることができる。

さらに、前記セラミックス片（１６）の開口部側端面（６ｂ）が、前記発光管の開口端部（２２ｆ）よりも外側に突出しており、前記金属パイプ挿入部（３ｂ）の先端が前記発光管の開口端部（２２ｆ）に当接している、小型放電ランプ（２１）とするのが好適である。
このようにすることで、セラミックス片と発光管との間に隙間を形成することなく、金属パイプを所定位置に容易に取り付けることができる。すなわち、発光管の内部空間の容積、すなわち放電室の容積のバラツキを簡易な構成にて低減することができ、放電特性を安定させることができる。

さらに、前記セラミックス片（３６）の開口部側端面（３６ｂ）が、前記発光管の開口端部（２ｆ）よりも内側に位置しており、前記金属パイプ挿入部（３ｂ）の先端（３ｃ）が前記セラミックス片（３６）の開口端部に当接している、小型放電ランプ（３１）とするのが好適である。
このようにすることで、金属パイプが熱膨張した場合であっても、金属パイプが発光管内面から押し拡げる方向に働くので、金属パイプと発光管との間に隙間を形成することなく、金属パイプを所定位置に容易に取り付けることができる。すなわち、発光管の内部空間の容積、すなわち放電室の容積のバラツキを簡易な構成にて低減することができ、放電特性を安定させることができる。

また、より好ましくは、セラミックス片（６）の発光部側端面（６ａ）と金属パイプの挿入部（３ｂ）先端との距離Ｂはセラミックス片（６）幅Ａと同等以下で０．３ｍｍよりも大きくするのが好適である。また、開口部側端面（６ｂ）の中央孔（６ｄ）側の内縁（６ｃ）と電極（５）との最短距離をｄとしたとき、最短距離ｄは前記幅Ａに対して、次の関係を満たすようにすると良い。
ｄ／Ａ≦０．５ （ただしｄ＞０、Ａ＞０である）

このようにすることで、異常放電の発生をより一層低減することができ、放電特性を安定した小型放電ランプを提供することができる。

本発明の別の観点によれば、両端に一対の開口部を備えた透光性セラミックスからなる発光管（２，１２，２２）と、発光管両端に設けた放電電極（５）と、放電電極を固定する金属パイプ（３）とを有し、発光管両端部には前記金属パイプ（３）を介して放電電極（５）を固定する電極取付け部（２ｃ）が設けられ、発光管内部（２ａ）に封入された発光物質を有する小型放電ランプ（１，１１，２１）の製造方法であって、
a) 両端に開口部を有し、発光部の内径が１〜４ｍｍとした透光性セラミックスからなる発光管（２，１２，２２）と、環状のセラミックス片（６，１６，３６）を準備する工程と、
b) 前記発光管の開口部内に、セラミックス片（６，１６，３６）を配設する工程と、
c) 一方の端部の内径若しくは外径が前記セラミックス片（６，１６，３６）の外径と略一致し、他方の端部が前記電極を固定する狭径部（３ａ）とされた金属パイプ（３）を準備する工程と、
d) 前記金属パイプ（３）の金属パイプ挿入部（３ｂ）をセラミックス片（６，１６，３６）の外径部と発光管（２，１２，２２）の間に固定するパイプ固定工程と、
d) 前記金属パイプ（３）の金属パイプ挿入部（３ｂ）をセラミックス片（６，１６）の外径部と当接して、または金属パイプ挿入部先端（３ｃ）を前記セラミックス片（６，１６，３６）に当接した状態にて発光管（２，１２，２２）に固定するパイプ固定工程と、
e) 工程d）の後に、前記発光管（２，１２，２２）内に発光物質を充填する工程と、金属パイプの狭径部に前記電極を挿入した後に金属パイプ（３）の一方の端部側にて仮固定する工程と、
f) 工程e）の後に、狭径部における金属パイプ（３）と電極（５）との隙間から充填ガスの封入を行う封入ガス充填工程と、
g) 前記放電電極先端（５ａ）と金属パイプ挿入部先端（３ｃ）との間には、前記セラミックス片（６，１６，３６）が位置するように調整する工程と、
h) 前記仮封止部を溶接して完全封止を行う工程と、
を行うことを特徴とする小型放電ランプ（１，１１，２１，３１）の製造方法、が提供される。

上記した製造方法の発明によれば、小型放電ランプの内部空間の容積のバラツキおよび電極間距離のバラツキを低減した小型放電ランプを、比較的簡易な製造装置にて効率良く量産することが可能となり、総じてコストの低減を図ることができる。

本発明に係る小型高圧放電ランプの実施形態を示す側面図である。 同じく本発明に係る小型高圧放電ランプの断面拡大図である。 同じく本発明に係る小型高圧放電ランプの製造工程を示すもので、金属パイプ取り付け工程前の状態を示す側面図である。 同じく本発明に係る小型高圧放電ランプの製造工程を示すもので、金属パイプ取り付け工程後の状態を示す断面図である。 同じく本発明に係る小型高圧放電ランプの製造工程を示すもので、電極取り付け工程後の状態を説明する一部を切り欠いた側面図である。 第２の実施の形態の小型高圧放電ランプの要部を一部切り欠いた状態にて説明する側面拡大図である。 第３の実施の形態の小型高圧放電ランプの要部を一部切り欠いた状態にて説明する側面拡大図である。 第４の実施の形態の小型高圧放電ランプの要部を一部切り欠いた状態にて製造工程に沿って説明する側面拡大図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図８を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１〜図５は第１の実施形態を説明する図面である。
図１に示すものは、本発明に係る小型高圧放電ランプ１の側面図である。図２は、本発明に係る小型高圧放電ランプの一方の端部を一部を切り欠いて断面にて示す拡大図である。図３は同じく本発明に係る小型高圧放電ランプの製造工程を示すもので、金属パイプ取り付け工程前の状態を示す側面図である。そして、本発明においても両端に一対の開口部を備えた透光性セラミックスにより、略パイプ状として発光管２が形成されている点は従来例のものと同様である。

発光管２は、透光性のセラミックスにより形成された略パイプ形状とされ両端部には開口が形成されている。具体的には多結晶アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用い、内径を１〜４ｍｍ、肉厚が０．３〜１．０ｍｍとしている。他の材料として、可視域の全光線透過率５０％以上のＡｌＮ，ＹＡＧ、Ｙ_２Ｏ_３などを用いても良い。内径は発光管２の全長に渡りほぼ同一径として形成されている。金属パイプ３が挿入される電極取付部２ｃには段差部２ｄおよび拡径平坦部２ｅが形成されている。また、金属パイプ３が挿入される電極取付部２ｃには後述するセラミックス片６が配設される。

金属パイプ３は、タンタル、タングステン、モリブテンなどの高融点金属により形成されたパイプを、その一端の径を機械加工などにより適宜絞って狭径部３ａとし、他端は挿入部３ｂとしている（図３参照）。
なお、このときに形成される上記狭径部３ａの内側には、図示しない突起などが形成され、前記狭径部３ａに挿入した前記電極軸５ｂを突起にて仮封止するが、気体などが流通するだけの間隙を残して仮固定可能としている。突起による間隙を利用して、排気、ガスとの置換、或いは、ハロゲン化金属ガスの発光管２内へ封入が行えるようにされている。

狭径部３ａの形成には、電極軸５ｂと略同径とする絞り加工が望ましいが、プレスカシメ加工とすることもできる。金属パイプ材料として特にモリブデンなどの高融点金属を用いる場合には、狭径部３ａを形成する際に金属パイプの再結晶が生じない温度以下の加熱条件で行うことが望ましい。また狭径部３ａは発光管２の両端の何れか一方の側に形成して仮封止とし、他方の側においては仮封止を行うことなく完全封止を行っても良い。

コンパウンド４は封着用接着剤であり、本実施形態ではフリットガラスを用いる。コンパウンド４としてはサーメット（cermet）や他のセラミックスを含有する接着剤を用いることもできる。金属の炭化物や窒化物など化合物の粉末を金属の結合材と混合して焼結した複合材料であるサーメットを用いる場合には、図３に示すように、予めドーナツ形状の焼結体としていることで、組立工程における作業性が向上し好適である。

発光部２ｂの内部空間２ａには、発光物質として所定のハロゲン化金属を封入する。発光物質としてはヨウ化金属、スカンジウムハロゲン化物、ナトリウムハロゲン化物、インジウムハロゲン化物の何れかもしくはこれらの混合物等が、適宜の組成比範囲にて用いられる。
また、始動ガスとしてアルゴン、キセノン等の不活性ガス、更に必要に応じて水銀若しくは亜鉛ハロゲン化物も封入する。

電極５は、先端電極部５ａと電極軸５ｂが接合されたものを用いる。狭径部３ａの近傍に接合部が位置するようにして、電極軸５ｂが狭径部３ａにて封止している。また、先端電極部５ａは金属パイプ挿入部３ｂよりも内部空間２ａ側に突出する寸法とする。本実施形態では、電極軸５ｂを先端電極部５ａよりも大きな径としている。

第１の実施の形態においては、図２に示すように発光部２ｂの内径に対し拡開した拡径平坦部２ｅおよび段差部２ｄを設けている。拡径平坦部２ｅは、挿入した金属パイプ挿入部３ｂの内径と発光部２ｂの内径とが同一となるように、金属パイプ挿入部３ｂの厚み分を加えた量よりも僅かに大きな内径されている。具体的には、発光部内径Ａを１〜４ｍｍとし、段差を０．０５〜０．３ｍｍとする。ただし、金属パイプ挿入部３ｂの肉厚は段差以下の厚みとする。なお、ここで内径が同一とは、完全同一ではなく、発光部の容積が同一とみなせる程度の同一をいい、発光特性に影響を与えない程度の内径の僅かな相違も含む概念である。

段差部２ｄは、金属パイプ３を挿入したときのストッパとしても機能する。段差部２ｄは金属パイプ挿入部３ｂの端面が当接したときに、隙間が生じないように全周方向において接触するように形成する。このようにすることで、金属パイプ３を挿入するときの挿入距離を制御することが可能になるとともに、コンパウンド４の発光部内への侵入を抑止することができる。また、段差を０．３ｍｍよりも大きくすると金属パイプの肉厚も厚くしないと容積を同一に保つことが難しくなり、同時に発光管の肉厚も厚くしないと強度を保てなくなくなる。そのため、放電ランプ全体の大きさが大型化し、好ましくない。

セラミックス片６は、中央部に孔６ｄが開いた環状形状をなしており、好ましくは発光管２と同一のセラミックス材料により形成される。セラミックス片６は、発光管２の各々の開口から内部に挿入され、金属パイプ３を覆う絶縁壁面を形成する。本実施形態では、発光管２に拡径平坦部２ｅおよび段差部２ｄを設け、且つ、金属パイプ挿入部３ｂの内径と発光部２ｂの内径とが同一となるべく拡径平坦部２ｅの内径を金属パイプの肉厚相当分だけ大きくしている。セラミックス片６の外部輪郭は断面直線状としている。また、好ましくはセラミックス片６の外径は発光部２ｂの内径と同一の外径としている。セラミックス片６の外径は発光部２ｂの内径と同一とすることで放電ランプの気密信頼性を向上することができるからである。

また、図２に示したように、環状としたセラミックス片６を発光管２と同軸方向に取付けたときに、その発光管２の発光部２ｂ側の端面を発光部側端面６ａ、開口端部２ｆ側の端面を開口部側端面６ｂとすると、開口部側端面６ｂが開口端部２ｆと同一面となる位置にセラミックス片６を配設する。このとき、発光部側端面６ａは電極取付部２ｃよりも発光部２ｂ側で、電極５の先端まで届かない位置となるように幅Ａが決定されている。発光部側端面６ａと金属パイプの挿入部３ｂ先端との距離Ｂは幅Ａと同等以下で、０．３ｍｍよりも大きくするのが好適である。距離Ｂが０．３ｍｍよりも小さくなると、金属パイプ３を覆う絶縁壁面としての機能が弱まるからである。

また、開口部側端面６ｂの中央孔６ｄ側の内縁６ｃと電極５との最短距離をｄとしたとき、最短距離ｄは前記幅Ａに対して、次の関係を満たすようにすることが好適である。
ｄ／Ａ≦０．５ （ただしｄ＞０、Ａ＞０である）
金属パイプを起点とする異常放電が生じた場合においても、異常放電が主たる放電空間たる内部空間（２ａ）につながりにくくすれば、異常放電が生じたとしてもその影響を小さくすることができる。そのたためには、最短距離ｄを小さくすること、セラミックス片（６）の幅を大きくすることが効果的であるからである。具体的にはｄ／Ａが０．５よりも大きい場合には金属パイプ近傍を起点とする放電が生じる蓋然性が高いので、それよりも小さくすることが望ましい。

図３〜図５を用いて、本実施形態の小型高圧放電ランプの製造方法について説明する。
図３は同じく本発明に係る小型高圧放電ランプの製造工程を示すもので、金属パイプ取り付け工程前の状態を示す側面図である。図４は金属パイプ取り付け工程後の状態を示す要部断面図である。また、図５は、電極取り付け工程および金属パイプ接着工程を終えた後の状態の要部を示す一部切り欠き側面図である。

最初に透光性のパイプ状の発光管２、金属パイプ３およびコンパウンド４を用意する。金属パイプ３は一方の端部を絞り込んで狭径部３ａとしたものである。ただし、狭径部３ａはこの時点では電極５の外径よりも大きな内径としている。また、発光管２は拡径平坦部２ｅおよび段差部２ｄを予め設けておく。拡径平坦部２ｅおよび段差部２ｄは、筒状のセラミックスを切削することにより形成する。また、段差を設けた円柱棒と段差無しの円柱棒を突き合わせた状態にてセラミックスを塗布形成し、焼結した後に円柱棒を抜き取ることでパイプ状に成形する方法で形成することもできる。セラミックス片６は中央孔６ｄを有する環状のもので、発光管２と同じセラミックス材料からなる。同じ材料を用いることで熱膨張係数の相違による応力発生などの問題が生じず、また両者の一体化も容易になるからである。

セラミックス片配設工程を実施する。
最初にセラミックス片６を発光管２内に挿入し、固定する。セラミックス片６を開口部側端面６ｂが開口端部２ｆと同一面となる位置とすることで、内部空間の容積を一定とすることができる。固定手段としては発光管２の製造段階において、発光管２およびセラミックス片６を別々に所定の形状に成形し、発光管２内にセラミックス片６を挿入した状態にて同時に焼成することで一体化する。なお、固定手段として、セラミックス片６に接着剤を付着させて発光管２内に挿入して仮固定し、後に行なう金属パイプ接着工程等における過熱工程にて加熱硬化させて本固定を行なうものでも良い。

次に、金属パイプ挿入工程を実施する。
図４に示すように金属パイプ３と発光管２を同一軸上に並べた状態にて金属パイプ３を発光管２内に挿入する。発光管２の拡径平坦部２ｅは金属パイプ挿入部３ｂの外径と同一もしくは僅かに大きな内径とされており、発光部２ｂは金属パイプの挿入部３ｂの内径と同一とされている。よってセラミックス片６と拡径平坦部２ｅとの間には、金属パイプの挿入部３ｂの肉厚分の隙間が開いている。この隙間に、金属パイプ３を発光管２内に挿入すると、その先端が段差部２ｄに当接して停止する。

続いて、金属パイプ接着工程を行なう。
最初にコンパウンド４を金属パイプ３と発光管２との嵌合位置に被せ、金属パイプ３を所定位置になるように挿入した状態を保ったまま加熱を行なう。加熱することでコンパウンド４が溶解して、金属パイプ３と発光管２との間の隙間にコンパウンド４が入り込む。隙間にコンパウンドが入り込んだ状態にて冷却することで、コンパウンド４が内部空間２ａ内に入り込む量を低減した状態にて接着される（図３、図５参照）。また、セラミックス片６が内部空間２ａ側に位置するのでコンパウンド４が蒸発して内部空間を汚染するおそれが著しく軽減される。

セラミックス片配設工程、金属パイプ挿入工程および金属パイプ接着工程は、発光管２の両端に対して実施する。

次に、一方の側の電極５の挿入・固定工程を実施する。
図５は電極５を挿入した後の状態を示す断面図である。電極５の先端電極部５ａ側から金属パイプの狭径部３ａに電極を挿入する。電極間距離が所定の値となるように電極挿入量を調整する。
電極５を挿入した状態にて、狭径部３ａに図示しないレーザ光線を照射してレーザ溶接にて金属パイプと電極を溶接する。全周にわたってレーザ光を照射することで気密的に溶接され、電極５を固定することができる。なお、気密的に溶接は狭径部３ａと電極軸５ｂとの間にて実施する。電極軸５ｂとして先端電極部５ａに比べて金属パイプ３との溶接性が優れた材料を用いることで、電極固定の信頼性が向上するからである。また、電極軸５ｂの外径を大きくすることで、金属パイプ５を絞り込みんで狭径部３ａを製造する際に生じる薄肉化を低減することができ、電極固定の信頼性が向上する。

続いて発光物質挿入工程を行なう。
一方の端部側の電極５の挿入・仮固定工程を実施し、反対側の端部の狭径部３ａへの電極挿入・仮固定工程を行なう前に、開いているから側の狭径部３ａから所定量の発光物質を挿入する。

次に、一対の電極５のうち、反対側の電極５の挿入・仮固定工程を実施する。
反対側の端部の狭径部３ａについても、電極５の先端電極部５ａ側から金属パイプの狭径部３ａに電極を挿入する。電極間距離が所定の値となるように電極挿入量を調整する。電極５を挿入した状態にて、治具等を用いて、電極５を仮固定する。

次に、始動ガスなどのガス封入工程を実施する。
仮固定した狭径部３ａと電極５との間の隙間からアルゴンなどの始動ガスを封入し、狭径部３ａと電極５とを気密固定する。仮固定の後の気密封止にレーザ光線を用いる。レーザ光線を狭径部３ａ外周の全周に渡り照射して溶接することで、始動ガスを封入することができる。なお、レーザ溶接法に代えて抵抗溶接法や他の周知の溶接方法を採用することもできる。

本発明によれば、簡易な製造工程にて小型高圧放電ランプをバラツキを低減して製造することが可能となる。また、製造設備として高価な設備を用いなくても良い。

図６は、第２の実施形態における小型高圧放電ランプ１１を示す断面拡大図である。
第１の実施の形態では発光管２として、発光部２ｂの内径に対し拡開した拡径平坦部２ｅおよび段差部２ｄを設け、段差を有さないセラミックス片６を配設することで生じる隙間に金属パイプ３を挿入したものとしていたが、第２の実施の形態では、セラミックス片１６および発光管１２の双方に段差を設けたものとしている点が異なる。

発光管１２とセラミックス片１６との間の隙間が、金属パイプ挿入部３ｂの肉厚と略同一となるように、セラミックス片１６および発光管１２の双方に設ける段差量を適宜調整して段差を設けている。また、発光管１２には、セラミックス片１６の発光部側端面１６ａが当接する位置にも段差部１２ｄを設けることで、セラミックス片１６が発光管段差部１２ｄに当接して位置決め可能なものとしている。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態による小型高圧放電ランプの製造方法に対してセラミックス片１６の位置決めが容易になる。従って、製造上の歩留まりを高めた小型高圧放電ランプを得ることができる。

また、発光管の内面に金属パイプ位置決め用の段差を設けないものとし、セラミックス片の外径側にのみ金属パイプ位置決め用の段差を設けるものとしても良い。

図７は、第３の実施の形態における小型高圧放電ランプ２１を示す断面拡大図である。第１の実施の形態では金属パイプの挿入部３ｂの先端を、発光管２の段差部２ｄに当接させて位置決めを図っていたが、この実施形態においては、金属パイプ３の挿入部３ｂの先端を発光管２２の開口端部２２ｆに当接させるものとしている。

発光管２２は、透光性のセラミックスにより形成された略パイプ形状とされ両端部には開口が形成されている。具体的には多結晶アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用い、内径を１〜４ｍｍ、肉厚が０．３〜１．０ｍｍとしている。他の材料として、可視域の全光線透過率５０％以上のＡｌＮ，ＹＡＧ、Ｙ_２Ｏ_３などを用いても良い。内径が発光管２の全長に渡りほぼ同一径として形成されている。また、開口部には発光管と同一材料からなるセラミックス片６が配設される。このとき、図７に示すようにセラミックス片６の開口部側端面６ｂが開口端部２２ｆよりも外側に位置するように配設する。そして、セラミックス片６に被せるようにして金属パイプ３を取付け、コンパウンド４にて封止・固定するものとしている。

小型高圧放電ランプ２１の製造方法について説明する。
前述した小型高圧放電ランプ１の製造方法と重複する部分については、その説明を省略する。透光性のパイプ状の発光管２、金属パイプ３およびコンパウンド４を用意する工程、セラミックス片配設工程は前述した工程と同様である。

金属パイプ挿入工程は前述した工程に代えて次の工程とする。
金属パイプ３と発光管２２を同一軸上に並べた状態にて金属パイプ３を発光管２２に嵌め込む。発光管２２は均一の内径とされ、その内径は金属パイプ挿入部３ｂの内径と同一とされている。換言すれば、セラミックス片６の外径と金属パイプ挿入部３ｂの内径が略同一とされており、金属パイプ３がセラミックス片６に被せる。このとき、金属パイプ３の先端が開口端部２２ｆに当接して停止して位置決めされる。

続いて、金属パイプ接着工程、一方の側の電極５の挿入・固定工程、発光物質挿入工程、反対側の電極５の挿入・仮固定工程およびガス封入工程を実施する。これらの工程は前述した先の実施形態の工程と同様である。
なお、金属パイプ溶着工程においては、図６に示すようにコンパウンド４を先の実施形態に比べて大型化して、金属パイプ３と発光管２の開口端部２２ｆとを接着するものとする。

第３の実施の形態によれば、セラミックス片および発光管の双方に段差を設けることがないので、セラミックス片および発光管の製造工程が簡略化することができ、総じてコストを低減することができる。

図８は、第４の実施の形態における小型高圧放電ランプ３１の製造工程順に示す一部断面とした拡大図である。第１の実施の形態では金属パイプの挿入部３ｂの先端を、発光管２の段差部２ｄに当接させて位置決めを図っていたが、この実施形態においては、金属パイプ３の挿入部３ｂの先端３ｃをセラミックス片３６の開口端部３６ｂに当接させるものとしている。なお、第１の実施の形態と同一のものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

以下、小型高圧放電ランプ３１の製造方法に沿って説明する。
最初に、図８（Ａ）に示すように発光管２およびセラミックス片３６を用意する。発光管２は透光性のセラミックスにより形成された略パイプ形状とされ両端部には開口が形成されている。開口部より発光管と同一材料からなるセラミックス片３６を内部に挿入して配設する。このとき、図８（Ａ）に示すようにセラミックス片３６の開口部側端面３６ｂが発光管の開口端部２ｆよりも内側に位置するように配設する。そして、セラミックス片３６が発光管２の内部に嵌合するようにして所定位置に固定する。なお、セラミックス片３６と発光管２は中心軸ｘが一致する。また、セラミックス片３６の開口部側端面３６ｂ側の内周は拡開部３６ｄを形成している。拡開部３６ｄを設けることで最短距離をｄを大きくして放電電極５の取付性を容易にしている。

次に図８（Ｂ）を参照して金属パイプ挿入工程をについて説明する。
金属パイプ３と発光管２を同一軸ｘ上に並べた状態にて金属パイプ３を発光管２に嵌め込む。発光管２は均一の内径とされ、その内径は金属パイプ挿入部３ｂの外径と同一とされている。換言すれば、セラミックス片３６の外径と金属パイプ挿入部３ｂの外径が略同一とされており、金属パイプ３が発光管２の内面に嵌合し、その先端３ｃがセラミックス片３６に当接する。このとき、金属パイプ３の先端３ｃがセラミックス片の開口部側端面３６ｂに当接して停止することで金属パイプの位置決めが行なわれる。

続いて、金属パイプ接着工程、一方の側の電極５の挿入・固定工程、発光物質挿入工程、反対側の電極５の挿入・仮固定工程およびガス封入工程を実施する。これらの工程は前述した実施形態の工程と同様である。

図８（Ｃ）は、完成した小型高圧放電ランプ３１の要部を拡大して示すものである。金属パイプ３は、その先端３ｃがセラミックス片３６に当節した状態にて接着・固定される。放電電極５の先端５ａと金属パイプ３の最も内部空間２側となる挿入部先端３ｃとの間にはセラミックス片３６が位置し、金属パイプ挿入部３ｂが内部空間２に露出しないようにされている。

第４の実施の形態によれば、セラミックス片３６および発光管２の双方に段差を設けることないので、セラミックス片および発光管の製造工程が簡略化することができ、総じてコストを低減することができる。また、セラミックスより熱膨張係数の大きな金属パイプが発光管２の内側に嵌合している。よって、発光に伴う温度上昇により膨張した場合においても金属パイプ３と発光管２との隙間がなくなる方向の応力が生じ。より一層リークが生じにくいものとして信頼性を高めることができる。

本発明によれば、簡単な構成により信頼性を高めた小型放電ランプを得ることができる。なお、この発明は前述した実施形態に限られるものではない。例えば、発光部の外形を楕円球形等にしたものとしても良い。

本発明は、自動車用ヘッドランプに適した高効率で長寿命の小型放電ランプを提供することができ。自動車用ヘッドランプに限らず、街路等の屋外照明や屋内での投影装置等の光源として適用することができる。

１，１１，２１，３１…小型高圧放電ランプ
２，１２，２２…発光管
２ａ…内部空間
２ｂ…発光部
２ｃ…電極取付部
２ｄ，１２ｄ…段差部
２ｅ…拡径平坦部
２ｆ，２２ｆ…開口端部
３…金属パイプ
３ａ…狭径部
３ｂ…挿入部
３ｃ…挿入部先端
４…コンパウンド
５…電極
５ａ…先端電極部
５ｂ…電極軸
Ａ…発光部の内径
６，１６，３６…セラミック片
６ａ，１６ａ…発光部側端面
６ｂ，３６ｂ…開口部側端面
６ｃ…内縁
６ｄ…中央孔

Claims (6)

1. 両端に一対の開口部を備えた透光性セラミックスからなる発光管と、発光管両端に設けた放電電極と、放電電極を固定する金属パイプとを有し、発光管両端部には前記金属パイプを介して放電電極を固定する電極取付け部が設けられ、発光管内部に封入された発光物質を有する小型放電ランプであって、
   前記発光管は、内径が１〜４ｍｍとした発光部を有する筒状形状とされ、両端の開口内部には環状のセラミックス片が配設されており、
   前記金属パイプは、一方の端部が前記セラミックス片の外径と略一致する内径若しくは外径とした挿入部と、他方の端部が前記電極を固定する狭径部とを備え、
   前記放電電極先端と金属パイプ挿入部先端との間には、前記セラミックス片が設けられ、金属パイプ挿入部の内面若しくは金属パイプ挿入部先端が前記セラミックス片に当接している、ことを特徴とする小型放電ランプ。
2. 前記発光管は、発光部よりも内径を大きくした拡径平坦部と段差部が形成されており、
   前記金属パイプ挿入部は、前記拡径平坦部とセラミックス片の隙間に配設されている、ことを特徴とする請求項１に記載の小型放電ランプ。
3. 前記セラミックス片の開口部側端面が、前記発光管の開口端部よりも外側に突出しており、
   前記金属パイプ挿入部の先端が前記発光管の開口端部に当接している、ことを特徴とする請求項１に記載の小型放電ランプ。
4. 前記セラミックス片の開口部側端面が、前記発光管の開口端部よりも内側に位置しており、
   前記金属パイプ挿入部の先端が前記セラミックス片の開口端部に当接している、ことを特徴とする請求項１に記載の小型放電ランプ。
5. 前記セラミックス片の発光部側端面と金属パイプの挿入部先端との距離をＢとし、前記セラミックス片の幅Ａとしたとき、距離Ｂは、幅Ａと同等以下で０．３ｍｍよりも大きくすると共に、開口部側端面の中央孔側の内縁と電極との最短距離をｄとしたとき、最短距離ｄが前記幅Ａに対して、ｄ／Ａ≦０．５（ただしｄ＞０、Ａ＞０である）の関係を満たす、ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の小型放電ランプ。
6. 両端に一対の開口部を備えた透光性セラミックスからなる発光管と、発光管両端に設けた放電電極と、放電電極を固定する金属パイプとを有し、発光管両端部には前記金属パイプを介して放電電極を固定する電極取付け部が設けられ、発光管内部に封入された発光物質を有する小型放電ランプの製造方法であって、
   a) 両端に開口部を有し、発光部の内径が１〜４ｍｍとした透光性セラミックスからなる発光管と、環状のセラミックス片を準備する工程と、
   b) 前記発光管の開口部内に、セラミックス片を配設する工程と、
   c) 一方の端部の内径若しくは外径が前記セラミックス片の外径と略一致し、他方の端部が前記電極を固定する狭径部とされた金属パイプを準備する工程と、
   d) 前記金属パイプの金属パイプ挿入部をセラミックス片の外径部と当接して、または金属パイプ挿入部先端を前記セラミックス片に当接した状態にて発光管に固定するパイプ固定工程と、
   e) 工程d）の後に、前記発光管内に発光物質を充填する工程と、金属パイプの狭径部に前記電極を挿入した後に金属パイプの一方の端部側にて仮固定する工程と、
   f) 工程e）の後に、狭径部における金属パイプと電極との隙間から充填ガスの封入を行う封入ガス充填工程と、
   g) 前記放電電極先端と金属パイプ挿入部先端との間には、前記セラミックス片が位置するように調整する工程と、
   h) 前記仮封止部を溶接して完全封止を行う工程と、
   を行うことを特徴とする小型放電ランプの製造方法。

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