JP2013206701A - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 水銀の代替として亜鉛を使用したセラミックメタルハライドランプにおいて、電流導入体に使用しているモリブデンが亜鉛に侵食され、リークや断線が発生するのを抑制する。
【解決手段】 電流導入体にタングステン製の中間材と、タングステンとアルミナを主成分とする導電性サーメットロッドとを使用することにより、電流導入体と亜鉛の反応を抑制し、リークや断線などの不具合の発生を抑える。導電性サーメットロッドのタングステンとアルミナの重量比は４０：６０から５０：５０の範囲にすることが望ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、封入物質として亜鉛を含むセラミックメタルハライドランプに関する。

透光性セラミックス製放電容器を使用したセラミックメタルハライドランプが、長寿命、高効率などの特長を有しているため、道路、工場、スポーツ施設等の照明として広く利用されている。透光性セラミックス（多結晶アルミナなど）は、石英ガラスに比べ、耐食性、耐熱性に優れているため、種々の金属ハロゲン化物を封入物として利用できるため、高効率、高演色などの利点がある（特許文献１）。

一方、近年の環境問題への意識の高まりから、本質的に水銀を含まない無水銀高圧放電ランプが開発されている（特許文献２）。この高圧放電ランプは、石英ガラス製の放電容器を備え、１気圧以上の希ガスを封入したり、水銀の代わりに亜鉛などの蒸気圧の高いハロゲン化物を封入することにより、発光管内の蒸気圧を高め、ランプ電圧を確保し、発光特性の向上を図っている。この石英ガラス製放電容器を使用した無水銀高圧放電ランプは、自動車用前照灯などにおいて実用化されている。
また特許文献２の技術を特許文献１のセラミックメタルハライドランプに適用した技術が開示されている。
特許文献３には透光性セラミックス気密容器の内部にキセノンを主体とする始動ガスを１〜１０気圧封入したセラミックメタルハライドランプが開示されている。
また特許文献４には、水銀の代用物としてランプ電圧を生成するハロゲン化金属として、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛等を封入したセラミックメタルハライドランプが開示されている。

特開２００３−１００２５４ 特開平１１−２３８４８８ 特開２０１０−１５３１７６ 特表２００９−５１７８５１

しかしながら、一般的なセラミックメタルハライドランプは電流導入体を細管部に挿入しガラスフリットを細管部に流し込みシールをするが、ガラスフリットを加熱する時に放電容器も加熱されるため、１気圧以上のガスを封入した場合、内部圧力の上昇によりガラスフリットが押し出され、希望とする位置までガラスフリットを流し込むことは困難である。また、放電容器は点灯していない状態でも、外部より高い内部圧力を有しているため、衝撃等により破裂する可能性もあることから、取扱いには注意が必要となる。

一方、特許文献４記載のセラミックメタルハライドランプは、水銀の代用品としてアルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛のいずれかの元素を封入しているが、亜鉛以外のアルミニウム、ガリウム、インジウムは水銀の代用品としてランプ電圧を上昇させる効果があまり高くない。アルミニウム、ガリウム、インジウムを水銀の代用品として使用する場合、封入量を増加させた上で管壁負荷を増大させることにより内部蒸気圧を上げ、ランプ電圧を上昇させる方法も考えられるが、発光特性やランプの寿命に悪影響を与えることになる。
また亜鉛を封入した場合は、水銀の代用品として十分なランプ電圧を確保できるが、セラミックメタルハライドランプの電流導入体として使用されているモリブデンを侵食し、モリブデンを使用した電流導入体の断線やシール部分のモリブデンを侵食することによるリークなどの不具合が発生することがわかった。

従って、本発明は、水銀が少ないあるいは水銀を含まないセラミックメタルハライドランプにおいて、亜鉛を封入することによりランプ電圧を確保すると共に、電流導入体に使用しているモリブデンの侵食によるリークや断線などの不具合の発生を抑えることを技術的課題としている。

本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、発光部と前記発光部の両端に細管部を備えたセラミックス製の放電容器と、タングステン製の電極と、タングステン製の中間材と、タングステンとアルミナを主成分とする導電性サーメットロッドを備える電流導入体を前記細管部に備え、前記セラミックス製放電容器の内部に亜鉛を封入したことを特徴とする。
さらに、前記セラミックメタルハライドランプでは、前記導電性サーメットのタングステンとアルミナの重量比が４０：６０から５０：５０であってもよく、望ましくは４５：５５である。

本発明によれば、亜鉛を封入しているので、水銀が少ないあるいは水銀を含んでいないセラミックメタルハライドランプにおいても、内部の蒸気圧を高め適正なランプ電圧を確保できるとともに、亜鉛を封入したセラミックメタルハライドランプにおいて、電流導入体がタングステン製の中間材とタングステンとアルミナを主成分とする導電性サーメットロッドから構成されているため、亜鉛との反応が抑制され、電流導入体にモリブデンを使用した場合のように、断線やリークが発生することがない。

本発明に係るセラミックメタラハライドランプを示す断面図である。 導電性サーメットロッドのタングステンとアルミナの重量比とセラミックメタルハライドランプのクラックの発生率を示す図である。

図１は、本発明に係る亜鉛を封入したセラミックメタラハライドランプを示す断面図である。
セラミックメタルハライドランプ１は、透光性アルミナからなる放電容器を有し、放電容器は発光部２と両端に細管部３ａ、３ｂを備えている。
細管部３ａ、３ｂには電流導入体４ａ、４ｂが挿入され、ガラスフリットにより封じられている。電流導入体４ａ、４ｂはタングステン製の電極５ａ、５ｂ、中心のロッドにコイルを巻き回した中間材６ａ、６ｂ、導電性サーメットロッド７ａ、７ｂ、モリブデン製の外部リード８ａ、８ｂ、ニオブ製のストッパー９ａ、９ｂからなる。
ストッパー９ａ、９ｂは、細管部の端部に電流導入体４ａ、４ｂを係止するためのもので、導電性サーメットロッド７ａ、７ｂにそれぞれ溶接されている。また導電性サーメットロッド７ａ、７ｂと外部リード８ａ、８ｂの周囲には、この部分が折損しないための補強部材としてアルミナ製の補強リング１０ａ、１０ｂが固着されている。
また、発光部２は上下対称の略楕円形状をしており、内径８ｍｍ、内容積は０．３５ｃｃである。発光部２の内部には、ＺｎＩ_２が５ｍｇと希土類ハロゲン化物が封入されており、点灯電力７０Ｗで点灯される。

＜電流導入体にモリブデンを使用した場合の問題点＞
モリブデン製のロッドにモリブデン製のコイルを巻き回した構成の中間材とモリブデンとアルミナを主成分とする導電性サーメットロッドを使用したセラミックメタルハライドランプでは、点灯後数百時間でランプ電圧が急低下し、明るさも初期に比べ大幅に低下した。
また、外球内表面に黒化が見られているため、この黒化の成分を分析したところ亜鉛が含まれており、発光部に封入した亜鉛が導電性サーメットロッドとガラスフリット部分を通過し、放電容器外部にリークしていることがわかった。
ガラスフリットはＤｙ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂からなるが、これら酸化物は亜鉛とはほとんど反応しないことから、導電性サーメットロッド中のモリブデンが亜鉛に侵食され導電性サーメットロッド中を亜鉛がリークしたものと思われる。
また、リークしなかったランプにおいても、モリブデン製の中間材が侵食され断線し、不点灯となる現象も発生した。

一方、タングステン製の中間材と、タングステンとアルミナを主成分とする導電性サーメットロッドを使用した電流導入体を封止したセラミックメタルハライドランプにおいては、点灯後数百時間においても、電流導入体にモリブデン材料を使用した場合のようにリークや断線が発生することがなかった。
これは、タングステンはモリブデンに比べ亜鉛との反応が少なく、亜鉛により侵食されにくいからである。

図２は導電性サーメットロッドのタングステンとアルミナの重量比を変化させた場合の、セラミックメタルハライドランプのクラック発生率を示した図である。
図２に示すように、導電性サーメットロッドのタングステンとアルミナの重量比が４０：６０から５０：５０の範囲であればクラックは発生しないが、これ以外の範囲ではセラミックス製放電容器やガラスフリットにクラックが発生している。
クラックの発生した理由は、セラミックス製放電容器とガラスフリットの熱膨張係数に対して、導電性サーメットロッドの熱膨張係数が適正な範囲にないためであり、このため点灯及び消灯時の温度変化により各材料の膨張・収縮の過程でクラックが発生したものである。
セラミックス製放電容器の材料であるアルミナの熱膨張係数は約８×１０^−６であり、ガラスフリットの熱膨張係数は約７．３×１０^−６である。これに対して適切な導電性サーメットロッドの熱膨張係数は６．３〜６．７×１０^−６の範囲であり、この範囲の熱膨張係数を実現するためには、導電性サーメットロッドのタングステンとアルミナの重量比を５０：５０から６０：４０に調節する必要があり、さらに望ましいタングステンとアルミナの重量比は４５：５５である。

１ セラミックメタルハライドランプ
２ 発光部
３ａ，３ｂ 細管部
４ａ，４ｂ 電流導入体
５ａ，５ｂ 電極
６ａ，６ｂ 中間材
７ａ，７ｂ 導電性サーメットロッド
８ａ，８ｂ 外部リード
９ａ，９ｂ ストッパー
１０ａ，１０ｂ 補強リング

Claims (3)

1. 発光部と前記発光部の両端に細管部を備えたセラミックス製の放電容器と、タングステン製の電極と、タングステン製の中間材と、タングステンとアルミナを主成分とする導電性サーメットロッドを備える電極アセンブリを前記細管部に備え、前記セラミックス製放電容器の内部に亜鉛を封入したことを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
   
2. 前記導電性サーメットのタングステンとアルミナの重量比が４０：６０から５０：５０であることを特徴とする請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
   
3. 前記導電性サーメットのタングステンとアルミナの重量比が４５：５５であることを特徴とする請求項２記載のセラミックメタルハライドランプ。

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