JP3776636B2

JP3776636B2 - 高圧放電灯

Info

Publication number: JP3776636B2
Application number: JP25064099A
Authority: JP
Inventors: 徳一新見; 道生浅井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2019-09-03
Also published as: JP2001076677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナ製放電管を使用した高圧放電灯に関し、特に小型化して擬似点光源化した高圧放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用ヘッドライトとして、石英製の放電管を使用した高圧放電灯が、その明るさや発光効率の高さ等の利点のために広く使用されてきている。このような石英管を用いた放電灯は、放電管が透明であるため放電管内の発光ガスによる発光部をそのまま放電灯の光源として扱いことができるので、点光源として扱うことができ、ヘッドライトのような点光源を必要とする照明の光源として利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、石英管を放電管として用いた高圧放電灯は、長期に亘り使用していると、内側に封入されているハロゲン化物等の腐食性物質により石英管の腐食が進み、失透現象が現れて光源部を隠蔽し、あたかも石英管全体が発光しているような状態となってしまい、点光源として扱うことができなくなってしまう問題を有している。また、光束も減少し、点光源としての寿命は２０００時間程度とそれほど長いものではなかった。
【０００４】
そのため、ハロゲン化物に対して安定であり、石英に比べて寿命の長いアルミナで作成したセラミック放電管を用いた高圧放電灯のヘッドランプへの利用が検討されている。
このアルミナ製放電管は半透明であるため、内部の放電電極間での発光が放電管外部から見た場合、放電管全体が発光しているのと同じ状態になる。そのため、放電管全体を発光体と見なければならず、擬似点光源化するには放電管を小さくすることで対応していた。
【０００５】
図５はそのような従来の高圧放電灯の１例を示す断面説明図であり、アルミナ製筒体から成る放電管２１の両端に同様にアルミナ等の酸化絶縁体から成るキャピラリ２２を設けて、キャピラリ２２の貫通孔に、先端に放電電極２４を設けた電極部材２３を挿入して封止していた。この構成の場合、全体の長さＬ２＝１０ｍｍ、放電管の直径Ｄ２＝３ｍｍ程度まで小さく形成することが可能であるが、キャピラリ２２と電極部材２３との接合部（封止部）が双方の熱膨張特性の違いからクラックが発生し易く、長寿命化を妨げる大きな要因となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、アルミナ製放電管を使用し、擬似点光源化が可能で而も電極部材と放電管との接合を安定させた高圧放電灯を実現することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、アルミナ製円筒体の両端開口部に電極部材をそれぞれ挿入すると共に封止し、イオン化発光物質及び始動ガスを充填した放電空間を前記円筒内に形成した高圧放電灯であって、前記電極部材を、放電電極と放電電極に電流を供給する電流導体とで形成し、該電流導体を、前記アルミナ製円筒体の開口部に挿入して接合材により接合されるパイプ導体と、該パイプ導体の貫通孔に挿入し、前記放電電極を先端に有する棒状導体とで形成し、更に前記アルミナ製円筒体と前記パイプ導体との接合材を、ガラスを含浸可能な金属粉末の焼成体から成る多孔質骨格とガラスろうとで形成して前記アルミナ製円筒体と前記多孔質骨格との間に界面ガラス層を設け、前記アルミナ製円筒体の直径を１ｍｍφ〜６ｍｍφとし、且つ長さを６ｍｍ〜１５ｍｍとしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、多孔質骨格を形成する金属の主成分とパイプ導体を形成する金属の主成分が同一であることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、アルミナ製円筒体のパイプ導体を挿入する両端開口部の内径は段部を有し、拡径されて成ることを特徴とする。
請求項１又は２記載の高圧放電灯。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を基に詳細に説明する。図１は本発明に係る高圧放電灯の断面説明図であり、アルミナ製円筒体２から成る放電管１の両端開口部２ａに直接電極部材３が挿入封止され、内部にはハロゲン化合物等の発光物質や始動ガスが封入されている。円筒体２は、多結晶アルミナで形成された単純な円筒で形成され、また電極部材３は電流導体４とその先端に設置された放電電極５とから形成され、放電管１と電極部材３との接続は後述する接合材６を介して行われている。
【００１２】
放電電極５はタングステンの棒体及びその先端に固着されたフィラメントとで形成されているが、小型化を図るため単なるタングステンの棒体のみで形成しても良い。また、電流導体４は、金属製のパイプ（パイプ導体７）とその内部に形成された円柱形状の芯材８とから成り、双方は端部で溶接接合されている。また、放電電極５は芯材８の先端に設けられ、溶接又はメタライズ接合により接合されている。また、パイプ導体７は、例えばタングステン、モリブデン等の耐ハロゲン化物物質で形成すれば良く、ここではモリブデンを使用している。そして、芯材８はパイプ導体７と同一金属で形成するのが好ましい。
このように、従来のキャピラリを無くし、電流導体を構成するパイプ導体を直接放電管１に接合することで、放電灯を小型化することができる。
【００１３】
ところで、アルミナ製放電管を用いた高圧放電灯を自動車用ヘッドランプに使用する場合、上述したように小型化する必要があり、具体的には放電管の長さが１５ｍｍ以下で、直径が６ｍｍφ以下であることが望まれている。但し、内部放電部のアーク長は１ｍｍ〜５ｍｍ程度必要とされている。この点、図１の構成にあっては、放電管１であるアルミナ製円筒体２の長さＬ１は６ｍｍ以上であれば内部に１ｍｍ以上のアーク長を形成することが可能であるし、放電管に直接電極部材３を取り付けるため、放電管１の直径Ｄ１は１ｍｍφまで小さくすることが可能である。従って、上記構成により自動車用ヘッドライト等の点光源として好適な擬似点光源化した高圧放電灯を得ることができる。
尚、放電管直径の最小値はランプ作動時の管壁負荷で決定され、高圧放電灯として実用性のある管壁負荷は少なくとも１５ルーメン／ｃｍ２（肉厚０．２５ｍｍ）以上必要であることが実験により確認されている。
【００１４】
次に円筒体２とパイプ導体７とを接合する接合材６について説明する。この接合材６は、多孔質に形成した金属（以下多孔質骨格１０とする）にガラスろう１１を含浸させて形成されている。多孔質骨格１０は金属粉末の焼結体で開気孔を有している。ここでは、パイプ導体との結合特性を良好にするためにパイプ導体７と同一金属であるモリブデン粉末の焼結体から形成しているが、金属粉末の材料としては、他にタングステン、レニウム等の純金属、及びそれらの合金を使用することができる。
【００１５】
多孔質骨格１０の作成及びアルミナ製円筒体２とパイプ導体７との接合を図２の電極部封止プロセス図を基に説明する。先ず、金属粉末を調合、粉砕、乾燥し、エチルセルロースもしくはアクリル系樹脂等のバインダーを添加して混連してペースト状にし、多孔質骨格材１０ａを得る。そのペーストを所定の部位、即ちパイプ導体７の側面にリング状に塗布し（工程２）、２０℃〜６０℃で乾燥させる。この仮焼体を、露点２０℃〜５０℃の還元雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空下で、１２００℃〜１７００℃の温度で焼成する（工程３）。こうすることで、開気孔を有する多孔質骨格１０をパイプ導体７の接合部に形成することができる。
【００１６】
尚、多孔質骨格１０の開気孔率は３０％以上、更には４０％以上とすることが好ましく、これによって接合領域の強度を一層高くできる。また、同開気孔率は８０％以下、更には７０％以下とすることが好ましく、これによって多孔質骨格の開気孔中にガラス材を適度に含浸させ、多孔質骨格に加わる応力を分散させ、熱サイクルに対する耐久性を向上させることができる。
また、このような多孔質骨格１０にガラスろう１１を含浸させた含浸ガラス層を適度に生成させるためには、多孔質骨格１０の原料である金属粉末のタップ密度を２．５〜３．５ｇ／ｃｃとすることが好ましい。
【００１７】
次に、工程４で円筒体２にパイプ導体７を所定量挿入し、ガラスろう１１をシール部に添付し、ガラスを加熱溶融させてパイプ導体７を円筒体２に接合すると共に隙間を封止する（工程５）。尚、ガラスろう１１は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３及びＭｏＯ_３から成る群より選ばれた材質によって構成されることが好ましく、特にＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とを含有していることが好ましい。そして、所定のガラス組成、例えば酸化ジスプロシウム６０重量％、アルミナ１５重量％、シリカ２５重量％となるように調合された粉末ないしフリットを解砕し、ポリビニルアルコール等のバインダーを添加し、造粒し、プレス成形し、脱脂することによって、ガラスろうを得る。また、多孔質骨格に添付するガラスろうは予めリング状に形成しておくとよい。
【００１８】
そして、最後に工程６で、放電電極５を設けた芯材８をパイプ導体７に挿入し、端部を溶接し、双方を接合し封止する。
【００１９】
こうして形成したパイプ導体７と円筒体２との接合部は、図１のＡ部の拡大説明図である図３に示すように、添付されたガラスろう１１が、溶融した際に多孔質骨格１０の開気孔中に含浸し、多孔質骨格１０と含浸ガラス相から成る主相１２を形成し、更に、溶融したガラスは多孔質骨格１０を円筒体２の表面から僅かに浮上させ、パイプ導体７と円筒体２との間に界面ガラス層１３を生成させる。そのため、パイプ導体７とガラスろう１１との濡れ性の悪さは改善され、多孔質骨格１０を介しガラスろう１１はパイプ導体７と確実に接合するし、アルミナ製の円筒体２とは濡れ性の良いガラスろう１１により確実に接合される。即ち電流導体４と放電管とは確実に接合されるし、ガラスろうが隙間を気密封止する。
このように、アルミナ製円筒体と金属で形成されたパイプ導体との接合を確実に行うことができる。さらに、界面ガラス層にクラックが発生してたとしても多孔質骨格がその進展を阻止するため長寿命化を図ることができる。また、多孔質骨格とパイプ導体の主成分が同一とするため、多孔質骨格をパイプ導体に強固に接合される。
【００２０】
図４は円筒体の他の形状を示し、円筒体１５は、両端開口部１５ａの電極部材挿入位置に段部１６を設けて拡径してある。このように段部１６を設けることで、電極部材３を挿入し接合する際、接合材６或いはパイプ導体７が所定挿入位置で段部１６に当接して位置決めできるので、スムーズに高精度な接合部を形成することができる。
【００２１】
尚、上記実施の形態では、自動車用ヘッドランプへの利用を前提に述べたが、上記点光源化した高圧放電灯は、ＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクタ）用或いは液晶プロジェクタ等の点光源を必要とする光源としても利用することも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、従来のキャピラリ部をパイプ導体として電流導体の構成要素とし、電流導体と円筒体とを直接接合することで、放電灯を小型化し擬似点光源化することができ、自動車用ヘッドライト等の点光源として好適なものとすることができる。
また、アルミナ製円筒体と、金属で形成されたパイプ導体との接合を多孔質骨格とガラスろうで行うので確実に行うことができるし、ガラスにクラックが発生したとしても多孔質骨格がその進展を阻止するので長寿命化を図ることができ、電流導体と放電管を確実に接合することができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、多孔質骨格とパイプ導体の主成分が同一であるため、多孔質骨格をパイプ導体に強固に接合させることができる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、電極部材の挿入部に段部を設けることで、接続操作をスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す高圧放電灯の断面説明図である。
【図２】図１の電極部の封止プロセスの説明図である。
【図３】図１のＡ部の拡大説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す高圧放電灯の断面説明図である。
【図５】従来のアルミナ製放電管を用いた高圧放電灯の断面説明図である。
【符号の説明】
１・・放電管、２・・アルミナ製円筒体、２ａ・・開口部、３・・電極部材、４・・電流導体、５・・放電電極、６・・接合材、７・・パイプ導体、８・・芯材、１０・・多孔質骨格、１１・・ガラスろう、１２・・接合部の主相、１３・・接合部の界面ガラス層、１５・・円筒体、１５ａ・・開口部、１６・・拡径段部。

Claims

アルミナ製円筒体の両端開口部に電極部材をそれぞれ挿入すると共に封止し、イオン化発光物質及び始動ガスを充填した放電空間を前記円筒内に形成した高圧放電灯であって、
前記電極部材を、放電電極と放電電極に電流を供給する電流導体とで形成し、該電流導体を、前記アルミナ製円筒体の開口部に挿入して接合材により接合されるパイプ導体と、該パイプ導体の貫通孔に挿入し、前記放電電極を先端に有する棒状導体とで形成し、
更に前記アルミナ製円筒体と前記パイプ導体との接合材を、ガラスを含浸可能な金属粉末の焼成体から成る多孔質骨格とガラスろうとで形成して前記アルミナ製円筒体と前記多孔質骨格との間に界面ガラス層を設け、前記アルミナ製円筒体の直径を１ｍｍφ〜６ｍｍφとし、且つ長さを６ｍｍ〜１５ｍｍとしたことを特徴とする高圧放電灯。
多孔質骨格を形成する金属の主成分とパイプ導体を形成する金属の主成分が同一である請求項１記載の高圧放電灯。
アルミナ製円筒体のパイプ導体を挿入する両端開口部の内径は段部を有し、拡径されて成る請求項１又は２記載の高圧放電灯。