JP4231113B2 - 高圧放電ランプおよび照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性セラミック放電容器を備えた高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透光性アルミナなどの透光性セラミックからなる放電容器を備えた高圧放電ランプは、石英ガラスに比較して耐熱性および耐食性に優れることから、優れた寿命特性を有し、さらにジスプロシウムＤｙやナトリウムＮａなどの発光金属との反応による失透現象が少なくて、したがってこれに伴う光束低下を抑制できると期待されている。
【０００３】
ところで、透光性セラミックとして最も一般的に用いられている透光性アルミナセラミックは、結晶粒径を制御するために、数百ｐｐｍのＭｇＯが添加剤として用いられる。添加されたＭｇＯは、アルミナの粒成長の過程で結晶粒外に排出され、粒界においてアルミナとの化合物であるいわゆるスピネルを形成する。結晶粒界にスピネルが存在すると、光を散乱して光透過率が低下する。そこで、光透過率の低下を防止することを目的として、スピネルを低減させることは特公昭５９−６８３１号公報に記載されている。しかし、この技術は、スピネル相の存在を前提としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者の研究によると、透光性セラミックの放電容器を用いたメタルハライドランプにおいて、従来の構成では、封入されている金属ハロゲン化物と放電容器との反応により、透光性セラミック放電容器の腐食が著しく進行しやすいという問題のあることが分かった。
【０００５】
本発明者の考察によると、上記問題は以下の理由による。すなわち、ＭｇＯを添加剤として含む透光性セラミックにおいては、Ａｌ2Ｏ3に対してＭｇＯが１：１の比率で混在しているときにのみスピネルを形成し、比率が少しでも上記からずれると、スピネルを形成しない。すなわち、透光性セラミックがスピネル型構造を含む場合には、スピネル型構造を形成していない添加剤を含んだ結晶が並存していると考えられる。そして、スピネル型構造は、安定性が高いので、水素および酸素などの不純ガスを吸着することはない。
【０００６】
これに対して、添加剤を含むがスピネルを形成していない結晶は、不安定で、水素および酸素を吸着すると考えられる。
【０００７】
さらに、本発明者は、スピネル型構造を含む透光性セラミック放電容器を用いた従来の高圧放電ランプを点灯すると、比較的早い段階において封入物のペレット中に混入している不純ガスの水素および酸素が消失することを発見した。
【０００８】
ところで、スピネルになり得なかった結晶は、排出された余分のものから形成されていることから、上記したようにストイキオメトリックな組成からずれた様々な相の入り交じった不安定な状態にあるため、透光性セラミック放電容器内の水素および酸素を吸着するためであると考えられる。
【０００９】
以上の説明を要約すると、スピネル型構造を含むセラミックにはゲッタ作用があるといえる。
【００１０】
しかし、さらに点灯を継続することにより、今度は水素および酸素を吸着して水分を含んだスピネルになり得なかった結晶が、金属ハロゲン化物と激しく反応していると考えられる。
【００１１】
そこで、本発明者はスピネルを含まない透光性アルミナセラミック放電容器を用意し、これを用いてメタルハライドランプを試作して点灯してみた。
【００１２】
その結果、このランプにおいては、腐食は殆ど見られなかったが、残留水分特に酸素によるタングステン電極のアタックが激しく、これに伴うランプの黒化が著しかった。このため、光束の低下や温度の異常上昇による気密漏れなどが発生しやすくなるという問題がある。
【００１３】
本発明は、透光性セラミック放電容器が金属ハロゲン化物と反応しにくくて、しかも不純ガスの除去により電極などの金属部分の損傷が少ないために、ランプの黒化に伴う光束の低下や気密漏れなどの不都合が少ない高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプは、マグネシウム酸化物を添加剤として含むアルミナセラミックからなり、少なくとも放電空間を包囲する内面部分は添加剤のＭｇＯによる内面部分の表面層のスピネルが昇華してスピネル型構造が存在しないように構成された膨出部および膨出部の両端に連通して配置され膨出部より内径が小さい端部部分を備えた透光性セラミック放電容器と；封着性の部分および封着性の部分の先端に基端部が接続している耐ハロゲン化物部分を備え、透光性セラミック放電容器の端部部分内を貫通するとともに、端部部分との間にわずかな隙間を形成する給電導体と；膨出部内に配設されて給電導体に接続した電極と；端部部分および給電導体を封着するセラミック封止用コンパウンドのシールと；
金属ハロゲン化物を含み放電空間部内に封入された放電媒体と；放電空間内の不純ガスを除去するゲッタ手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１５】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１６】
「透光性セラミック放電容器」とは、半透明の気密性アルミニウム酸化物およびイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）などの多結晶の金属酸化物からなる耐火材料製の放電容器を意味する。
【００１７】
なお、透光性とは、放電による発光を放電容器を透過して外部に導出できる程度に透過すればよく、透明および拡散透光性のいずれでもよい。
【００１８】
スピネル型構造とは、Ｒ２ＭＯ4（ＭはＭｇ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎであり、ＲはＡｌ、Ｆｅなどをいう。）の組成を有する酸化物をいい、結晶粒径制御のための添加剤とセラミック構成材料との化合物である場合が多いが、本発明においてはその目的を問わない。
【００１９】
「少なくとも放電空間を包囲する内面部分はスピネル型構造が存在しない」とは、透光性セラミック放電容器全体または膨出部全体にスピネル型構造が存在しない場合を含むが、さらに透光性セラミック放電容器の膨出部の内面部分のみにスピネル型構造が存在しないで、その他の部分はスピネル型構造が存在している場合をも含むという意味である。内面部分とは、内面から約２０μｍの深さまでをいう。
【００２０】
内面部分にスピネル型構造が存在しない構成を得る方法の一例を説明する。すなわち、ＭｇＯの添加量を従来の約半分程度にし、さらに焼結時の温度を５０〜１００゜高い１８５０゜程度にする。これにより、表面層のスピネルが昇華してしまうため、内面部分のスピネル型構造を除去することができる。なお、スピネル型構造を含むか否かは化学分析による定量分析や電子顕微鏡による分析で判別できる。
【００２１】
透光性放電容器の「膨出部」とは、端部部分の内径に対する相対的な意味であり、放電空間を形成するためのものである。したがって、膨出部と端部部分との間には、明確な段部を有するものの他に、両者の間が連続的な曲線によって結ばれているような放電容器であってもよい。
【００２２】
ところで、透光性セラミック放電容器を製作するには、最初から膨出部および端部部分を一体に成形することができる。これと異なる方法としては、円筒体および円筒体の両端を閉塞する中心孔明きの一対の端板で膨出部を、また端板の中心孔に細長いチューブを挿入して端部部分を、それぞれ形成し、焼結して一体化してもよい。
【００２３】
「給電導体」とは、電源からバラスト手段を介して電極間に電圧を印加して、高圧放電ランプを始動し、電流を導入して点灯するために、機能するものであって、透光性セラミック放電容器内に気密にシールされて導入され、電極に接続する部材をいう。そして、給電導体は、透光性セラミック放電容器との良好な気密を得るために、封着性の部分とこれに続く耐ハロゲン化物部分とからなり、主として封着性の部分で透光性セラミック放電容器の端部部分にセラミック封止用コンパウンドのシールを介して固着される。
【００２４】
「封着性の部分」とは、セラミック封止用コンパウンドのシールにより、透光性セラミック放電容器を、その端部部分と封着性の部分との間で、またはセラミックスリーブがさらに介在してシールするのに適した材料の部分であればよく、たとえばハフニウム、バナジウム、ニオブおよびタンタルあるいはこれらの合金を用いることができる。また、封着性の部分としては、水素および酸素に対する透過性は問わないが、上記した材料は結果的に水素および酸素透過性材料と同じである。透光性セラミック放電容器の材料に透光性アルミナセラミックを用いる場合、ニオブおよびタンタルはそれらの平均熱膨張係数が透光性アルミナセラミックとほぼ同一であるから、封着性の部分としてニオブおよびまたはタンタルを用いるのが好適である。ＹＡＧの場合も差が少ない。
【００２５】
「耐ハロゲン化物部分」とは、高圧放電ランプの作動中に透光性セラミック放電空間容器内に存在するハロゲン化物および遊離ハロゲンによる腐食作用が殆どないしは全く起こらない物質からなる部分であることを意味する。たとえば、タングステン、モリブデン、プラチナ、イリジウム、レニウムおよびロジウムからなるグループから選択された金属あるいはこれらの金属の少なくとも一種の珪化物、炭化物または窒化物の１種または複数種からなる部分であり、異なる材質の心材に対して上記材料で被覆したものであってもよい。
【００２６】
「わずかな隙間」とは、給電導体および透光性セラミック放電容器の端部部分の内面との間に形成される空所の厚さが少なくとも５μｍ以上で、最大でも端部部分の内径の１／４以下の大きさで、約２００μｍ以下の空所を意味する。したがって、端部部分を貫通する給電導体の耐ハロゲン化物部分の直径は、端部部分の内径の少なくとも１／２までとする。
【００２７】
また、上記わずかな隙間は、端部部分と給電導体との間にセラミックスリーブを介在させて形成することもできる。この場合、わずかな隙間は給電導体とセラミックスリーブとの間およびセラミックスリーブと端部部分の内面との間にせれぞれ形成される。
【００２８】
さらに、給電導体の耐ハロゲン化物部分を棒体と、棒体に巻回したコイルとにより構成した場合、わずかな隙間は、コイルの外周面と端部部分の内面との間に形成することもできる。
【００２９】
さらにまた、わずかな隙間は、高圧放電ランプの作動中その中に余剰のハロゲン化物が液化状態で侵入して最冷部を形成するが、隙間の間隔を適当に設定することにより、所望の最冷部温度にすることができる。
【００３０】
セラミックスリーブを用いる場合には、透光性セラミック放電容器を構成することができる前述の材料と同一材料またはサーメットからなるスリーブであることを許容する。
【００３１】
セラミックスリーブを用いることにより、わずかな隙間を形成しやすい。
【００３２】
また、セラミックスリーブを給電導体の封着性の部分の先端部側の部分を包囲するように、すなわち耐ハロゲン化物部分との境界部近傍に、配設することにより、良好な封着を得ることができる。
【００３３】
「ゲッタ手段」は、主として封入物のペレットに混入した水分によって透光性セラミック放電容器内に残存する水素および酸素を除去することを目的とするもので、ランプ構成部材たとえば給電導体などがゲッタ手段を兼ねていることを許容する。しかし、ランプ構成部材とは別にゲッタ手段を配設することもできる。後者の場合、ゲッタ手段の配設位置を耐ハロゲン化物部分および封着性の部分の境界部側に位置する耐ハロゲン化物部分すなわち基端部近傍とすると効果的である。
【００３４】
ゲッタ手段を上記の位置に規定することが効果的である理由は次のとおりである。すなわち、ゲッタ手段を前記耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に配設すると、ゲッタ手段を高圧放電ランプの点灯中にゲッタ作用に効果的な４００〜７５０℃の温度に維持しやすい。なお、４００℃を下回ると、不純物吸収作用が不十分であり、また７５０℃を超えると、ハロゲンとの反応が激しくなり、発光金属とゲッタ金属たとえばニオブとの交換が発生して、発光効率の低下や発光色の変化を生じやすくなる。
【００３５】
ところで、ゲッタ手段を支持する手段および形状は問わない。しかし、ゲッタ手段を細い線条に成形して耐ハロゲン化物部分に巻回するか、給電導体の回りにセラミックスリーブを配設する場合には、当該スリーブの外側に巻回することにより、支持が容易になる。
【００３６】
また、ゲッタ手段は、透光性セラミック放電容器中の水素および酸素を吸収した後にセラミック封止用コンパウンドによって被覆されてもよい。すなわち、給電導体の封着性の部分をセラミック封止用コンパウンドのシールにより透光性セラミック放電容器の端部部分に封止してから、透光性セラミック放電容器を水素および酸素が放出される温度まで加熱する。この加熱によって放出された水素および酸素がゲッタ手段に吸収される。次に、セラミック封止用コンパウンドのシール部分を再度加熱すると、同コンパウンドが溶融してゲッタ手段の上まで流動し延在して当該ゲッタ手段を被覆する。
【００３７】
ゲッタ手段としては、給電導体の封着性の部分と同一の材料を用いることができる。
【００３８】
そうして、本発明においては、放電空間を包囲する透光性セラミック放電容器の内面部分にはスピネル型構造が存在しないので、透光性セラミック放電容器がゲッタ作用をすることはないが、水素および酸素を吸着して水分を含んだスピネル型構造が放電媒体の金属ハロゲン化物と反応して腐食するといったことがない。透光性セラミック放電容器内の残留不純ガスはゲッタ手段によって除去されるので、黒化の発生、始動電圧の上昇および異常温度上昇による透光性セラミック放電容器の気密漏れを抑制できる。
【００３９】
したがって、良好な寿命特性を示す高圧放電ランプを提供する。
【００４０】
本発明の高圧放電ランプの第１の態様において、透光性セラミック放電容器は、マグネシウム酸化物を添加剤として含むが、膨出部の内面部分にはスピネルが存在しないアルミナセラミックからなる。
【００４１】
膨出部の内面は放電空間を包囲するが、当該内面部分にはスピネルが存在しないので、セラミック中のスピネルによる透光性セラミック放電容器の腐食の著しい進行は生じない。
【００４２】
本発明の高圧放電ランプの第２の態様において、ゲッタ手段は、少なくとも一方の端部部分内において耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に配設されている。
【００４３】
本態様は、ゲッタ手段を耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に直接支持するだけでなく、セラミックスリーブを給電導体の回りに配設し、そのセラミックスリーブにゲッタ手段を支持させてもよい。この場合、セラミックスリーブにゲッタ手段を支持させる具体的な手段を問わないが、たとえばセラミックスリーブの外面のゲッタ支持予定部に溝を形成して、当該溝にゲッタ手段の線条を巻回することにより、支持する。しかし、ゲッタは、板状に成形してもよい。
【００４４】
セラミックスリーブにゲッタ手段を支持させても、当該ゲッタ手段は、所期の作用を発揮する。また、上記構成によりゲッタ手段の支持が容易となる。
【００４５】
一方、ゲッタ手段を耐ハロゲン化物部分に支持させるには、たとえば当該ゲッタ手段を線条にして耐ハロゲン化物部分に巻回することにより、実現することができる。さらに、ゲッタ手段を耐ハロゲン化物部分に溶接してもよいが、巻回だけで移動しなければ、溶接しなくてもよい。
【００４６】
ゲッタ手段は、板状などにしてもよい。
【００４７】
本発明の高圧放電ランプの第３の態様において、ゲッタ手段は、給電導体の封着性の部分である。
【００４８】
封着性の部分をゲッタ手段としても用いるには、当該部分をニオブおよびまたはタンタルで構成するのがよい。
【００４９】
また、封着性の部分をゲッタ手段としても作用させるには、高圧放電ランプの製造過程で水素および酸素を除去する態様と、高圧放電ランプの作動中に水素および酸素を除去する態様とのいずれを採用してもよい。
【００５０】
まず、前者の除去態様の一例について説明する。たとえば酸化ジスプロシウムを含むセラミック封止用コンパウンドのリングを透光性セラミック放電容器の端部部分に乗せ加熱溶融させて封着性の部分の一部が透光性セラミック放電容器の端部部分内に露出した状態を作り、この状態で透光性セラミック放電容器を６００〜１１００゜の温度に加熱して、透光性セラミック放電容器内の水素および酸素を放出させる。放出された水素および酸素は封着性の部分を透過して除去される。
【００５１】
次に、たとえば酸化マグネシウムを含むセラミック封止用コンパウンドのリングを端部部分に乗せて再び加熱溶融させ、酸化ジスプロシウムを含むセラミック封止用コンパウンドが封着性の部分の端部部分内の露出部を被覆し尽くすようにすると、両セラミック封止用コンパウンドの連続シールを形成する。
【００５２】
後者の除去態様について説明する。高圧放電ランプの作動中にゲッタ手段として作用するためには、給電導体の封着性の部分が透光性セラミック放電容器の端部部分内に露出していなければならない。しかし、ハロゲン化物によって腐食されないように配慮する必要がある。このためには、端部部分の内径に２ｍｍを加算した値以上の距離だけ給電導体の耐ハロゲン化物部分が端部部分内に延在させる。
【００５３】
そうして、上記各態様においては、給電導体の封着性の部分をゲッタ手段としても兼用するので、部品点数および組立工数が少なくなるので、コストを下げることができる。
【００５４】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に装着される請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００５５】
本発明は、上述した本発明の高圧放電ランプを光源として何らかの目的のために利用する全ての装置に適応するもので、これらの装置を包括的に照明装置という。たとえば、各種照明器具、表示用装置および投光装置などである。照明器具としては、屋外用および屋内用の照明器具を含む。投光装置としては、液晶プロジクタ、オーバヘッドプロジェクタ、サーチライト、移動体用ヘッドランプなどに適用することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５７】
図１は、本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００５８】
図において、１は透光性セラミック放電容器、２はセラミックスリーブ、３は給電導体、４は電極、５はゲッタ手段、６はセラミック封止用コンパウンドのシール、７はわずかな隙間である。
【００５９】
透光性セラミック放電容器１は、ランタン酸化物を添加剤として含む透光性アルミナセラミックからなり、膨出部１ａおよび端部部分１ｂ、１ｂを備えている。
【００６０】
膨出部１ａは、内径１３ｍｍ、全長３５ｍｍ、肉厚約１ｍｍであり、円筒部およびその両端に位置する一対の円錐状部分からなる。
【００６１】
端部部分１ｂは、内径２．２ｍｍ、長さ１５ｍｍ、肉厚約１ｍｍの円筒状をなしている。
【００６２】
セラミックスリーブ２は、アルミナからなり、外径２ｍｍ、内径１ｍｍ、長さ１５ｍｍの円筒状をなしている。そして、セラミックスリーブ２の外端部から５ｍｍの位置において、周囲に幅約１ｍｍ、深さ０．３ｍｍの溝２ａが形成されている。
【００６３】
給電導体３は、封着性の部分３ａおよび耐ハロゲン化物部分３ｂからなる。
【００６４】
封着性の部分３ａは、外径０．９ｍｍ、長さ４ｍｍのニオブの棒からなる。
【００６５】
耐ハロゲン化物部分３ｂは、外径０．７ｍｍのタングステンの棒からなり、封着性の部分３ａの先端にレーザにより溶接されている。
【００６６】
電極４は、外径０．５ｍｍのタングステン線を耐ハロゲン化物部分３ｂの先端部に２重巻回して構成されている。
【００６７】
ゲッタ手段５は、外径０．５ｍｍのニオブ線からなり、セラミックスリーブ２の周囲に形成された溝２ａに３〜４ターン巻回されて支持されている。
【００６８】
セラミック封止用コンパウンドのシール６は、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系のガラスフリットを溶融固化してなり、透光性セラミック放電容器１の端部部分１ｂ、セラミックスリーブ２および給電導体３の封着性の部分３ａを気密にシールしている。
【００６９】
そうして、耐ハロゲン化物部分３ｂおよびセラミックスリーブ２の内面の間と、セラミックスリーブ２の外面および透光性セラミック放電容器１の端部部分１ｂの内面の間とにわずかな隙間７が形成されている。
【００７０】
また、透光性セラミック放電容器１の内部に放電媒体として、始動用ガス、発光金属のハロゲン化物および緩衝用の水銀が封入されている。
【００７１】
始動用ガスは、アルゴン５０ｔｏｒｒである。
【００７２】
発光金属のハロゲン化物は、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化タリウムおよびヨウ化ナトリウムの混合物が３０ｍｇである。
【００７３】
得られた高圧放電ランプは、交流１００Ｖ電源においてランプ電力２５０Ｗで作動する。
【００７４】
本実施形態の高圧放電ランプと、ゲッタを備えない以外は上記と同一仕様である比較例の高圧放電ランプとを点灯試験した結果、１００時間の発光効率はともに９０ｌｍ／Ｗ、相関色温度４０００Ｋであったが、６０００時間経過後本実施形態は１００時間値の８５％であった。これに対して、比較例は同じく７５％であった。
【００７５】
また、ランプ電圧は、本実施形態が＋１５Ｖ以下であったが、比較例が＋２５Ｖであった。
【００７６】
以下、上記高圧放電ランプの製造方法について説明する。
【００７７】
封着性の部分３ａと先端部に電極４を装着した耐ハロゲン化物部分３ｂとを溶接して給電導体３を製作し、これをセラミックスリーブ２に挿入して、封着構体Ｍを構成する。
【００７８】
次に、封着構体Ｍを透光性セラミック放電容器１の一方の端部部分１ｂに挿入し、予めリング状に成形したセラミック封止用コンパウンドを透光性セラミック放電容器１の端部部分１ｂの端面に載置して、真空または希ガス雰囲気中で加熱することにより、セラミック封止用コンパウンドを溶融させ、所定の位置まで延在させてシール６を形成する。
【００７９】
その後、ドライボックス内でハロゲン化物のペレットおよび水銀を他方の端部部分から透光性セラミック放電容器１内へ導入してから、他方の端部部分に封着構体Ｍを挿入し、リング状に成形したセラミック封止用コンパウンドを端部部分の端面に載置して、アルゴン雰囲気中で加熱して透光性セラミック放電容器１を気密に封止して、高圧放電ランプの形態を得る。
【００８０】
以上の工程で給電導体２の封着性の部分は完全にセラミック封止用コンパウンドのシール６によって包囲されている。
【００８１】
次に、６５０℃の真空雰囲気中において、高圧放電ランプを約２時間加熱する。この工程において、透光性セラミック放電容器１中のハロゲン化物のペレットは溶融して、内部に含有されていた水分が透光性セラミック放電容器１内に放出される。そして、放出された水分はゲッタ手段５に吸収されるために、透光性セラミック放電容器１内はクリーンナップされる。
【００８２】
なお、加熱温度が高いほど不純ガスは早く吸収されるが、加熱温度が７５０℃を超えると、セラミック封止用コンパウンドのシールが損傷を受ける恐れがあるので、実用的には６００〜７００℃が望ましい。
【００８３】
さらに、透光性セラミック放電容器内のクリーンナップは、その後の放電による熱によっても行われる。
【００８４】
図２は、本発明の高圧放電ランプの第２の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００８５】
次において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８６】
本実施形態は、給電導体３およびセラミックスリーブ２の定置が容易になるようにした点で異なる。
【００８７】
すなわち、封着性の部分３ａをセラミックスリーブ２に対して位置決めするために、セラミックスリーブ２に接する位置に加締め部ｋを形成している。
【００８８】
一方、透光性セラミック放電容器１の端部部分１ｂの外端部の内面に周段部ｓを形成するとともに、セラミックスリーブ２の外端部の外面に周凸部ｐを形成する。
【００８９】
そうして、給電導体３をセラミックスリーブ２に挿入して、加締め部ｋがセラミックスリーブ２の端面に当接させる。また、セラミックスリーブ２を端部部分１ｂ内に挿入して、周凸部ｐを端部部分１ｂの周段部ｓに当接させる。この状態でセラミック封止用コンパウンドのシール６を形成して透光性セラミック放電容器１を気密にする。このように構成すれば、重力により所定の位置に給電導体３およびセラミックスリーブ２を固定することができる。なお、周段部ｓおよび周凸部ｐの係止により、セラミック封止用コンパウンドのシールの流下位置を規制することができる。
【００９０】
図３は、本発明の高圧放電ランプの第３の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００９１】
図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００９２】
本実施形態は、セラミックスリーブが２分割されている点で異なる。
【００９３】
すなわち、第１のセラミックスリーブ２Aはセラミック封止用コンパウンドのシール６に寄与し、第２のセラミックスリーブ２Bは耐ハロゲン化物部分３ｂの回りにわずかな隙間７を形成するのに寄与する。
【００９４】
両セラミックスリーブ２Aおよび２Bの間を利用してゲッタ手段５を耐ハロゲン化物部分１ｂに巻回して配設している。
【００９５】
第２のセラミックスリーブ２Bを位置決めするためにストッパ８を用いている。
【００９６】
図４は、本発明の高圧放電ランプの第４の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００９７】
図において、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００９８】
本実施形態は、封着性の部分がニオブキャップ３ａ’から構成されている点で異なる。
【００９９】
すなわち、端部部分１ｂとニオブキャップ３ａ’との間にセラミック封止用コンパウンドのシール６が形成されて透光性セラミック放電容器１は気密になっている。
【０１００】
また、水素および酸素ゲッタ５は、耐ハロゲン化物部分３ｂの基端部に巻回されている。耐ハロゲン化物部分３ｂの中間部がセラミックスリーブ２Cに挿入され、ゲッタ手段５とストッパ８との間に固定されている。このセラミックスリーブ２Cはわずかな隙間７を形成している。
【０１０１】
図５は、本発明の高圧放電ランプの第５の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【０１０２】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【０１０３】
本実施形態は、給電導体３の封着性の部分３ａをゲッタ手段として兼用し、かつセラミックチューブを使用していない点で異なる。
【０１０４】
すなわち、透光性セラミック放電容器１’の端部部分１ｂ’は、内径１．２ｍｍ、長さ１５ｍｍ、肉厚２．９ｍｍの円筒状をなしている。
【０１０５】
給電導体３の耐ハロゲン化物部分３ｂが端部部分１ｂ’内の１０ｍｍの位置まで進入している。
【０１０６】
給電導体３の封着性の部分３ａの耐ハロゲン化物部分３ｂ側の部分は、端部部分内においてシール６から露出してゲッタ手段を兼ねている。
【０１０７】
そうして、働程中透光性セラミック放電容器１’内の不純ガスである水素およぶ酸素は、露出した封着性の部分３ａから吸収され、封着性の部分内を透過して透光性セラミック放電容器１’の外部に排除される。
【０１０８】
図６は、本発明の高圧放電ランプの第６の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【０１０９】
図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１１０】
本実施形態は、給電導体３”の封着性の部分３ａ”をゲッタ手段として兼用し、かつ透光性セラミック放電容器１”および耐ハロゲン化物部分３ｂ’の構成において異なる。
【０１１１】
すなわち、透光性セラミック放電容器１”は、ＭｇＯを添加剤とするが、添加量を少なくするとともに、焼結時の温度を高くして内面部分のスピネルを昇華させたものを用いて形成されている。
【０１１２】
膨出部１ａ”は、内径が９．７ｍｍ、全長４７ｍｍの円筒の両端に中心孔を形成した端板で閉塞してなる。
【０１１３】
端部部分１ｂ”は、外形２．６ｍｍ、内径１．０ｍｍの透光性アルミナセラミックチューブを端板の中心孔に挿入し、膨出部１ａ”および端部部分１ｂを焼結して一体化された透光性セラミック放電容器１”を形成している。
【０１１４】
給電導体３”の封着性の部分３ａ”は、直径０．５ｍｍのニオブ棒からなる。耐ハロゲン化物部分３ｂ”は、直径０．５ｍｍのタングステン棒体ＡおよびコイルＢからなり、棒体Ａの基端部を封着性の部分３ａ”の先端にレーザにより溶接されている。コイルＢは、直径０．２ｍｍのモリブデンワイヤを棒体Ａの周囲に巻回してなる。
【０１１５】
電極４’は、外径０．１ｍｍのタングステン線を棒体Ａの先端部に巻回して構成されている。
【０１１６】
セラミック封止用コンパウンドのシール６は、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系からなるものを溶融させて、耐ハロゲン化物部分３ｂ”の基端部まで被覆しているが、その製造過程において一時的に封着性の部分３ａ”を透光性セラミック放電容器１”内に露出させる。すなわち、セラミック封止用コンパウンドのシール６を形成するに際して、２段階の加熱を行う。最初の加熱により、セラミック封止用コンパウンドを溶融させて端部部分１ｂ”の内面と封着性野部分３ａ”の外面との間のわずかな隙間７に溶融したセラミック封止用コンパウンドが進入するが、封着性の部分３ａ”の先端部が露出した状態に止める。封着性の部分３ａ”の先端が露出した状態で透光性セラミック放電容器１”を６００〜１１００゜に加熱する。これにより、透光性セラミック放電容器１”内の水素および酸素が放出され、封着性の部分１ａ”の先端の露出部分が水素および酸素を吸収する。その後、再び封止用セラミックコンパウンドのシール６を加熱して溶融させて封着性の部分１ａ”を完全に被覆し、さらに耐ハロゲン化物部分１ｂ”の基端部までシール６により被覆させる。封着性の部分３ａ”に吸収された水素および酸素は封着性の部分１ａ”を透過して放電容器１”の外部に放出する。
【０１１７】
図７は、本発明の高圧放電ランプの第７の実施形態を示す正面図である。
【０１１８】
図において、８は発光管、９は支持導体、１０は支持バンド、１１は絶縁チューブ、１２は導体枠、１３はフレアステム、１４は外管、１５は口金、１６は導線である。
【０１１９】
発光管８は、図１に示す実施形態と同一構造の高圧放電ランプである。
【０１２０】
支持導体９は、発光管８の図において上方の封着性の部分３ａに溶接されて発光管８を支持するとともに、電流を導入する。
【０１２１】
支持バンド１０は、絶縁チューブ１１を介して発光管８の図において下方の封着性の部分３ａを絶縁的に支持している。
【０１２２】
導体枠１２は、発光管８の外側に間隔をおいて配置され支持導体９および支持バンド１０の両端部を溶接して支持し、上端部には弾性接触片１２ａ、１２ａを備えている。
【０１２３】
フレアステム１３は、一対の内部リード線１３ａ、１３ｂを備え、その一方の内部リード線１３ａに導体枠１２の図において下端を溶接して発光管８を所定の位置に支持している。他方の内部リード線１３ｂは、導線１６を介して発光管８の図において下方の封着性の部分３ａに接続している。
【０１２４】
外管１４は、円筒状のＴ形バルブからなり、図において下部のネック部にフレアステム１３を封着して以上説明した各部材を内部に気密に収納している。なお、導体枠１２の接触片１２ａは、外管１４の先端部近傍の内面に弾性的に接触し、外部から印加される衝撃に対して、導体枠１２を保護し、かつ外管１４に対して所定の位置に保持する。また、外管１４内は、排気されて真空状態にされるか、排気後不活性ガスを封入される。
【０１２５】
口金１５は、外管１４のネック部に固着されるとともに、フレアステム１３の一対の内部リード線１３ａ、１３ｂに電気的に接続されている。
【０１２６】
なお、図示しないが、外管１４内には、イニシャルゲッタおよびパーフォーマンスゲッタを配設必要に応じて配設する。
【０１２７】
そうして、以上説明した本発明の第５の実施形態の高圧放電ランプは、一般照明用として使用することができる。
【０１２８】
図８は、本発明の照明装置の一実施形態における天井埋込形ダウンライトを示す断面図である。
【０１２９】
図において、１７は高圧放電ランプ、１８はダウンライト本体である。
【０１３０】
高圧放電ランプ１７は、図５に示す構造のものと同一構造である。
【０１３１】
ダウンライト本体１８は、基体１８ａ、ソケット１８ｂおよび反射板１８ｃなどを備えている。
【０１３２】
基体１８ａは、天井に埋め込まれるために、下端に天井当接縁ｅを備えている。
【０１３３】
ソケット１８ｂは、基体１８ａに装着されている。
【０１３４】
反射板１８ｃは、基体１８ａに支持されているとともに、高圧放電ランプ１７の発光中心がそのほぼ中心に位置するように包囲している。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明によれば、マグネシウム酸化物を添加剤として含むアルミナセラミックからなる透光性セラミック放電容器の少なくとも放電空間を包囲する内面部分は添加剤のＭｇＯによる内面部分の表面層のスピネルが昇華してスピネル型構造が存在しないように構成するとともに、透光性セラミック放電容器内の不純ガスを除去するゲッタ手段を具備させたことにより、透光性セラミック放電容器のハロゲン化物との反応による腐食が少なくて、しかも不純ガスによる黒化が少なくて光束低下や温度の異常上昇による気密漏れの発生しにくい高圧放電ランプを提供することができる。
【０１３６】
加えてゲッタ手段が給電導体の封着性の部分であることにより、構造が簡単で安価な高圧放電ランプを提供することができる。
【０１３７】
加えてゲッタ手段を給電導体の耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に配設したことにより、ゲッタ手段の作用が効果的に行われる高圧放電ランプを提供することができる。
【０１３８】
本発明によれば、上記本発明の高圧放電ランプの効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態を示す要部拡大断面図
【図２】 本発明の高圧放電ランプの第２の実施形態を示す要部拡大断面図
【図３】 本発明の高圧放電ランプの第３の実施形態を示す要部拡大断面図
【図４】 本発明の高圧放電ランプの第４の実施形態を示す要部拡大断面図
【図５】 本発明の高圧放電ランプの第５の実施形態を示す要部拡大断面図
【図６】 本発明の高圧放電ランプの第６の実施形態を示す要部拡大断面図
【図７】 本発明の高圧放電ランプの第７の実施形態を示す要部拡大断面図
【図８】 本発明の照明装置の一実施形態における天井埋込形ダウンライトを示す断面図
【符号の説明】
１…透光性セラミック放電容器
１ａ…膨出部
ｂ…端部部分
２…セラミックスリーブ
２ａ…溝
３…給電導体
３ａ…封着性の部分
３ｂ…耐ハロゲン化物部分
４…電極
５…ゲッタ手段
６…セラミック封止用コンパウンドのシール
７…わずかな隙間
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性セラミック放電容器を備えた高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透光性アルミナなどの透光性セラミックからなる放電容器を備えた高圧放電ランプは、石英ガラスに比較して耐熱性および耐食性に優れることから、優れた寿命特性を有し、さらにジスプロシウムＤｙやナトリウムＮａなどの発光金属との反応による失透現象が少なくて、したがってこれに伴う光束低下を抑制できると期待されている。
【０００３】
ところで、透光性セラミックとして最も一般的に用いられている透光性アルミナセラミックは、結晶粒径を制御するために、数百ｐｐｍのＭｇＯが添加剤として用いられる。添加されたＭｇＯは、アルミナの粒成長の過程で結晶粒外に排出され、粒界においてアルミナとの化合物であるいわゆるスピネルを形成する。結晶粒界にスピネルが存在すると、光を散乱して光透過率が低下する。そこで、光透過率の低下を防止することを目的として、スピネルを低減させることは特公昭５９−６８３１号公報に記載されている。しかし、この技術は、スピネル相の存在を前提としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者の研究によると、透光性セラミックの放電容器を用いたメタルハライドランプにおいて、従来の構成では、封入されている金属ハロゲン化物と放電容器との反応により、透光性セラミック放電容器の腐食が著しく進行しやすいという問題のあることが分かった。
【０００５】
本発明者の考察によると、上記問題は以下の理由による。すなわち、ＭｇＯを添加剤として含む透光性セラミックにおいては、Ａｌ2Ｏ3に対してＭｇＯが１：１の比率で混在しているときにのみスピネルを形成し、比率が少しでも上記からずれると、スピネルを形成しない。すなわち、透光性セラミックがスピネル型構造を含む場合には、スピネル型構造を形成していない添加剤を含んだ結晶が並存していると考えられる。そして、スピネル型構造は、安定性が高いので、水素および酸素などの不純ガスを吸着することはない。
【０００６】
これに対して、添加剤を含むがスピネルを形成していない結晶は、不安定で、水素および酸素を吸着すると考えられる。
【０００７】
さらに、本発明者は、スピネル型構造を含む透光性セラミック放電容器を用いた従来の高圧放電ランプを点灯すると、比較的早い段階において封入物のペレット中に混入している不純ガスの水素および酸素が消失することを発見した。
【０００８】
ところで、スピネルになり得なかった結晶は、排出された余分のものから形成されていることから、上記したようにストイキオメトリックな組成からずれた様々な相の入り交じった不安定な状態にあるため、透光性セラミック放電容器内の水素および酸素を吸着するためであると考えられる。
【０００９】
以上の説明を要約すると、スピネル型構造を含むセラミックにはゲッタ作用があるといえる。
【００１０】
しかし、さらに点灯を継続することにより、今度は水素および酸素を吸着して水分を含んだスピネルになり得なかった結晶が、金属ハロゲン化物と激しく反応していると考えられる。
【００１１】
そこで、本発明者はスピネルを含まない透光性アルミナセラミック放電容器を用意し、これを用いてメタルハライドランプを試作して点灯してみた。
【００１２】
その結果、このランプにおいては、腐食は殆ど見られなかったが、残留水分特に酸素によるタングステン電極のアタックが激しく、これに伴うランプの黒化が著しかった。このため、光束の低下や温度の異常上昇による気密漏れなどが発生しやすくなるという問題がある。
【００１３】
本発明は、透光性セラミック放電容器が金属ハロゲン化物と反応しにくくて、しかも不純ガスの除去により電極などの金属部分の損傷が少ないために、ランプの黒化に伴う光束の低下や気密漏れなどの不都合が少ない高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプは、マグネシウム酸化物を添加剤として含むアルミナセラミックからなり、少なくとも放電空間を包囲する内面部分は添加剤のＭｇＯによる内面部分の表面層のスピネルが昇華してスピネル型構造が存在しないように構成された膨出部および膨出部の両端に連通して配置され膨出部より内径が小さい端部部分を備えた透光性セラミック放電容器と；封着性の部分および封着性の部分の先端に基端部が接続している耐ハロゲン化物部分を備え、透光性セラミック放電容器の端部部分内を貫通するとともに、端部部分との間にわずかな隙間を形成する給電導体と；膨出部内に配設されて給電導体に接続した電極と；端部部分および給電導体を封着するセラミック封止用コンパウンドのシールと；
金属ハロゲン化物を含み放電空間部内に封入された放電媒体と；放電空間内の不純ガスを除去するゲッタ手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１５】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１６】
「透光性セラミック放電容器」とは、半透明の気密性アルミニウム酸化物およびイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）などの多結晶の金属酸化物からなる耐火材料製の放電容器を意味する。
【００１７】
なお、透光性とは、放電による発光を放電容器を透過して外部に導出できる程度に透過すればよく、透明および拡散透光性のいずれでもよい。
【００１８】
スピネル型構造とは、Ｒ２ＭＯ4（ＭはＭｇ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎであり、ＲはＡｌ、Ｆｅなどをいう。）の組成を有する酸化物をいい、結晶粒径制御のための添加剤とセラミック構成材料との化合物である場合が多いが、本発明においてはその目的を問わない。
【００１９】
「少なくとも放電空間を包囲する内面部分はスピネル型構造が存在しない」とは、透光性セラミック放電容器全体または膨出部全体にスピネル型構造が存在しない場合を含むが、さらに透光性セラミック放電容器の膨出部の内面部分のみにスピネル型構造が存在しないで、その他の部分はスピネル型構造が存在している場合をも含むという意味である。内面部分とは、内面から約２０μｍの深さまでをいう。
【００２０】
内面部分にスピネル型構造が存在しない構成を得る方法の一例を説明する。すなわち、ＭｇＯの添加量を従来の約半分程度にし、さらに焼結時の温度を５０〜１００゜高い１８５０゜程度にする。これにより、表面層のスピネルが昇華してしまうため、内面部分のスピネル型構造を除去することができる。なお、スピネル型構造を含むか否かは化学分析による定量分析や電子顕微鏡による分析で判別できる。
【００２１】
透光性放電容器の「膨出部」とは、端部部分の内径に対する相対的な意味であり、放電空間を形成するためのものである。したがって、膨出部と端部部分との間には、明確な段部を有するものの他に、両者の間が連続的な曲線によって結ばれているような放電容器であってもよい。
【００２２】
ところで、透光性セラミック放電容器を製作するには、最初から膨出部および端部部分を一体に成形することができる。これと異なる方法としては、円筒体および円筒体の両端を閉塞する中心孔明きの一対の端板で膨出部を、また端板の中心孔に細長いチューブを挿入して端部部分を、それぞれ形成し、焼結して一体化してもよい。
【００２３】
「給電導体」とは、電源からバラスト手段を介して電極間に電圧を印加して、高圧放電ランプを始動し、電流を導入して点灯するために、機能するものであって、透光性セラミック放電容器内に気密にシールされて導入され、電極に接続する部材をいう。そして、給電導体は、透光性セラミック放電容器との良好な気密を得るために、封着性の部分とこれに続く耐ハロゲン化物部分とからなり、主として封着性の部分で透光性セラミック放電容器の端部部分にセラミック封止用コンパウンドのシールを介して固着される。
【００２４】
「封着性の部分」とは、セラミック封止用コンパウンドのシールにより、透光性セラミック放電容器を、その端部部分と封着性の部分との間で、またはセラミックスリーブがさらに介在してシールするのに適した材料の部分であればよく、たとえばハフニウム、バナジウム、ニオブおよびタンタルあるいはこれらの合金を用いることができる。また、封着性の部分としては、水素および酸素に対する透過性は問わないが、上記した材料は結果的に水素および酸素透過性材料と同じである。透光性セラミック放電容器の材料に透光性アルミナセラミックを用いる場合、ニオブおよびタンタルはそれらの平均熱膨張係数が透光性アルミナセラミックとほぼ同一であるから、封着性の部分としてニオブおよびまたはタンタルを用いるのが好適である。ＹＡＧの場合も差が少ない。
【００２５】
「耐ハロゲン化物部分」とは、高圧放電ランプの作動中に透光性セラミック放電空間容器内に存在するハロゲン化物および遊離ハロゲンによる腐食作用が殆どないしは全く起こらない物質からなる部分であることを意味する。たとえば、タングステン、モリブデン、プラチナ、イリジウム、レニウムおよびロジウムからなるグループから選択された金属あるいはこれらの金属の少なくとも一種の珪化物、炭化物または窒化物の１種または複数種からなる部分であり、異なる材質の心材に対して上記材料で被覆したものであってもよい。
【００２６】
「わずかな隙間」とは、給電導体および透光性セラミック放電容器の端部部分の内面との間に形成される空所の厚さが少なくとも５μｍ以上で、最大でも端部部分の内径の１／４以下の大きさで、約２００μｍ以下の空所を意味する。したがって、端部部分を貫通する給電導体の耐ハロゲン化物部分の直径は、端部部分の内径の少なくとも１／２までとする。
【００２７】
また、上記わずかな隙間は、端部部分と給電導体との間にセラミックスリーブを介在させて形成することもできる。この場合、わずかな隙間は給電導体とセラミックスリーブとの間およびセラミックスリーブと端部部分の内面との間にせれぞれ形成される。
【００２８】
さらに、給電導体の耐ハロゲン化物部分を棒体と、棒体に巻回したコイルとにより構成した場合、わずかな隙間は、コイルの外周面と端部部分の内面との間に形成することもできる。
【００２９】
さらにまた、わずかな隙間は、高圧放電ランプの作動中その中に余剰のハロゲン化物が液化状態で侵入して最冷部を形成するが、隙間の間隔を適当に設定することにより、所望の最冷部温度にすることができる。
【００３０】
セラミックスリーブを用いる場合には、透光性セラミック放電容器を構成することができる前述の材料と同一材料またはサーメットからなるスリーブであることを許容する。
【００３１】
セラミックスリーブを用いることにより、わずかな隙間を形成しやすい。
【００３２】
また、セラミックスリーブを給電導体の封着性の部分の先端部側の部分を包囲するように、すなわち耐ハロゲン化物部分との境界部近傍に、配設することにより、良好な封着を得ることができる。
【００３３】
「ゲッタ手段」は、主として封入物のペレットに混入した水分によって透光性セラミック放電容器内に残存する水素および酸素を除去することを目的とするもので、ランプ構成部材たとえば給電導体などがゲッタ手段を兼ねていることを許容する。しかし、ランプ構成部材とは別にゲッタ手段を配設することもできる。後者の場合、ゲッタ手段の配設位置を耐ハロゲン化物部分および封着性の部分の境界部側に位置する耐ハロゲン化物部分すなわち基端部近傍とすると効果的である。
【００３４】
ゲッタ手段を上記の位置に規定することが効果的である理由は次のとおりである。すなわち、ゲッタ手段を前記耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に配設すると、ゲッタ手段を高圧放電ランプの点灯中にゲッタ作用に効果的な４００〜７５０℃の温度に維持しやすい。なお、４００℃を下回ると、不純物吸収作用が不十分であり、また７５０℃を超えると、ハロゲンとの反応が激しくなり、発光金属とゲッタ金属たとえばニオブとの交換が発生して、発光効率の低下や発光色の変化を生じやすくなる。
【００３５】
ところで、ゲッタ手段を支持する手段および形状は問わない。しかし、ゲッタ手段を細い線条に成形して耐ハロゲン化物部分に巻回するか、給電導体の回りにセラミックスリーブを配設する場合には、当該スリーブの外側に巻回することにより、支持が容易になる。
【００３６】
また、ゲッタ手段は、透光性セラミック放電容器中の水素および酸素を吸収した後にセラミック封止用コンパウンドによって被覆されてもよい。すなわち、給電導体の封着性の部分をセラミック封止用コンパウンドのシールにより透光性セラミック放電容器の端部部分に封止してから、透光性セラミック放電容器を水素および酸素が放出される温度まで加熱する。この加熱によって放出された水素および酸素がゲッタ手段に吸収される。次に、セラミック封止用コンパウンドのシール部分を再度加熱すると、同コンパウンドが溶融してゲッタ手段の上まで流動し延在して当該ゲッタ手段を被覆する。
【００３７】
ゲッタ手段としては、給電導体の封着性の部分と同一の材料を用いることができる。
【００３８】
そうして、本発明においては、放電空間を包囲する透光性セラミック放電容器の内面部分にはスピネル型構造が存在しないので、透光性セラミック放電容器がゲッタ作用をすることはないが、水素および酸素を吸着して水分を含んだスピネル型構造が放電媒体の金属ハロゲン化物と反応して腐食するといったことがない。透光性セラミック放電容器内の残留不純ガスはゲッタ手段によって除去されるので、黒化の発生、始動電圧の上昇および異常温度上昇による透光性セラミック放電容器の気密漏れを抑制できる。
【００３９】
したがって、良好な寿命特性を示す高圧放電ランプを提供する。
【００４０】
本発明の高圧放電ランプの第１の態様において、透光性セラミック放電容器は、マグネシウム酸化物を添加剤として含むが、膨出部の内面部分にはスピネルが存在しないアルミナセラミックからなる。
【００４１】
膨出部の内面は放電空間を包囲するが、当該内面部分にはスピネルが存在しないので、セラミック中のスピネルによる透光性セラミック放電容器の腐食の著しい進行は生じない。
【００４２】
本発明の高圧放電ランプの第２の態様において、ゲッタ手段は、少なくとも一方の端部部分内において耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に配設されている。
【００４３】
本態様は、ゲッタ手段を耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に直接支持するだけでなく、セラミックスリーブを給電導体の回りに配設し、そのセラミックスリーブにゲッタ手段を支持させてもよい。この場合、セラミックスリーブにゲッタ手段を支持させる具体的な手段を問わないが、たとえばセラミックスリーブの外面のゲッタ支持予定部に溝を形成して、当該溝にゲッタ手段の線条を巻回することにより、支持する。しかし、ゲッタは、板状に成形してもよい。
【００４４】
セラミックスリーブにゲッタ手段を支持させても、当該ゲッタ手段は、所期の作用を発揮する。また、上記構成によりゲッタ手段の支持が容易となる。
【００４５】
一方、ゲッタ手段を耐ハロゲン化物部分に支持させるには、たとえば当該ゲッタ手段を線条にして耐ハロゲン化物部分に巻回することにより、実現することができる。さらに、ゲッタ手段を耐ハロゲン化物部分に溶接してもよいが、巻回だけで移動しなければ、溶接しなくてもよい。
【００４６】
ゲッタ手段は、板状などにしてもよい。
【００４７】
本発明の高圧放電ランプの第３の態様において、ゲッタ手段は、給電導体の封着性の部分である。
【００４８】
封着性の部分をゲッタ手段としても用いるには、当該部分をニオブおよびまたはタンタルで構成するのがよい。
【００４９】
また、封着性の部分をゲッタ手段としても作用させるには、高圧放電ランプの製造過程で水素および酸素を除去する態様と、高圧放電ランプの作動中に水素および酸素を除去する態様とのいずれを採用してもよい。
【００５０】
まず、前者の除去態様の一例について説明する。たとえば酸化ジスプロシウムを含むセラミック封止用コンパウンドのリングを透光性セラミック放電容器の端部部分に乗せ加熱溶融させて封着性の部分の一部が透光性セラミック放電容器の端部部分内に露出した状態を作り、この状態で透光性セラミック放電容器を６００〜１１００゜の温度に加熱して、透光性セラミック放電容器内の水素および酸素を放出させる。放出された水素および酸素は封着性の部分を透過して除去される。
【００５１】
次に、たとえば酸化マグネシウムを含むセラミック封止用コンパウンドのリングを端部部分に乗せて再び加熱溶融させ、酸化ジスプロシウムを含むセラミック封止用コンパウンドが封着性の部分の端部部分内の露出部を被覆し尽くすようにすると、両セラミック封止用コンパウンドの連続シールを形成する。
【００５２】
後者の除去態様について説明する。高圧放電ランプの作動中にゲッタ手段として作用するためには、給電導体の封着性の部分が透光性セラミック放電容器の端部部分内に露出していなければならない。しかし、ハロゲン化物によって腐食されないように配慮する必要がある。このためには、端部部分の内径に２ｍｍを加算した値以上の距離だけ給電導体の耐ハロゲン化物部分が端部部分内に延在させる。
【００５３】
そうして、上記各態様においては、給電導体の封着性の部分をゲッタ手段としても兼用するので、部品点数および組立工数が少なくなるので、コストを下げることができる。
【００５４】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に装着される請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００５５】
本発明は、上述した本発明の高圧放電ランプを光源として何らかの目的のために利用する全ての装置に適応するもので、これらの装置を包括的に照明装置という。たとえば、各種照明器具、表示用装置および投光装置などである。照明器具としては、屋外用および屋内用の照明器具を含む。投光装置としては、液晶プロジクタ、オーバヘッドプロジェクタ、サーチライト、移動体用ヘッドランプなどに適用することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５７】
図１は、本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００５８】
図において、１は透光性セラミック放電容器、２はセラミックスリーブ、３は給電導体、４は電極、５はゲッタ手段、６はセラミック封止用コンパウンドのシール、７はわずかな隙間である。
【００５９】
透光性セラミック放電容器１は、ランタン酸化物を添加剤として含む透光性アルミナセラミックからなり、膨出部１ａおよび端部部分１ｂ、１ｂを備えている。
【００６０】
膨出部１ａは、内径１３ｍｍ、全長３５ｍｍ、肉厚約１ｍｍであり、円筒部およびその両端に位置する一対の円錐状部分からなる。
【００６１】
端部部分１ｂは、内径２．２ｍｍ、長さ１５ｍｍ、肉厚約１ｍｍの円筒状をなしている。
【００６２】
セラミックスリーブ２は、アルミナからなり、外径２ｍｍ、内径１ｍｍ、長さ１５ｍｍの円筒状をなしている。そして、セラミックスリーブ２の外端部から５ｍｍの位置において、周囲に幅約１ｍｍ、深さ０．３ｍｍの溝２ａが形成されている。
【００６３】
給電導体３は、封着性の部分３ａおよび耐ハロゲン化物部分３ｂからなる。
【００６４】
封着性の部分３ａは、外径０．９ｍｍ、長さ４ｍｍのニオブの棒からなる。
【００６５】
耐ハロゲン化物部分３ｂは、外径０．７ｍｍのタングステンの棒からなり、封着性の部分３ａの先端にレーザにより溶接されている。
【００６６】
電極４は、外径０．５ｍｍのタングステン線を耐ハロゲン化物部分３ｂの先端部に２重巻回して構成されている。
【００６７】
ゲッタ手段５は、外径０．５ｍｍのニオブ線からなり、セラミックスリーブ２の周囲に形成された溝２ａに３〜４ターン巻回されて支持されている。
【００６８】
セラミック封止用コンパウンドのシール６は、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系のガラスフリットを溶融固化してなり、透光性セラミック放電容器１の端部部分１ｂ、セラミックスリーブ２および給電導体３の封着性の部分３ａを気密にシールしている。
【００６９】
そうして、耐ハロゲン化物部分３ｂおよびセラミックスリーブ２の内面の間と、セラミックスリーブ２の外面および透光性セラミック放電容器１の端部部分１ｂの内面の間とにわずかな隙間７が形成されている。
【００７０】
また、透光性セラミック放電容器１の内部に放電媒体として、始動用ガス、発光金属のハロゲン化物および緩衝用の水銀が封入されている。
【００７１】
始動用ガスは、アルゴン５０ｔｏｒｒである。
【００７２】
発光金属のハロゲン化物は、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化タリウムおよびヨウ化ナトリウムの混合物が３０ｍｇである。
【００７３】
得られた高圧放電ランプは、交流１００Ｖ電源においてランプ電力２５０Ｗで作動する。
【００７４】
本実施形態の高圧放電ランプと、ゲッタを備えない以外は上記と同一仕様である比較例の高圧放電ランプとを点灯試験した結果、１００時間の発光効率はともに９０ｌｍ／Ｗ、相関色温度４０００Ｋであったが、６０００時間経過後本実施形態は１００時間値の８５％であった。これに対して、比較例は同じく７５％であった。
【００７５】
また、ランプ電圧は、本実施形態が＋１５Ｖ以下であったが、比較例が＋２５Ｖであった。
【００７６】
以下、上記高圧放電ランプの製造方法について説明する。
【００７７】
封着性の部分３ａと先端部に電極４を装着した耐ハロゲン化物部分３ｂとを溶接して給電導体３を製作し、これをセラミックスリーブ２に挿入して、封着構体Ｍを構成する。
【００７８】
次に、封着構体Ｍを透光性セラミック放電容器１の一方の端部部分１ｂに挿入し、予めリング状に成形したセラミック封止用コンパウンドを透光性セラミック放電容器１の端部部分１ｂの端面に載置して、真空または希ガス雰囲気中で加熱することにより、セラミック封止用コンパウンドを溶融させ、所定の位置まで延在させてシール６を形成する。
【００７９】
その後、ドライボックス内でハロゲン化物のペレットおよび水銀を他方の端部部分から透光性セラミック放電容器１内へ導入してから、他方の端部部分に封着構体Ｍを挿入し、リング状に成形したセラミック封止用コンパウンドを端部部分の端面に載置して、アルゴン雰囲気中で加熱して透光性セラミック放電容器１を気密に封止して、高圧放電ランプの形態を得る。
【００８０】
以上の工程で給電導体２の封着性の部分は完全にセラミック封止用コンパウンドのシール６によって包囲されている。
【００８１】
次に、６５０℃の真空雰囲気中において、高圧放電ランプを約２時間加熱する。この工程において、透光性セラミック放電容器１中のハロゲン化物のペレットは溶融して、内部に含有されていた水分が透光性セラミック放電容器１内に放出される。そして、放出された水分はゲッタ手段５に吸収されるために、透光性セラミック放電容器１内はクリーンナップされる。
【００８２】
なお、加熱温度が高いほど不純ガスは早く吸収されるが、加熱温度が７５０℃を超えると、セラミック封止用コンパウンドのシールが損傷を受ける恐れがあるので、実用的には６００〜７００℃が望ましい。
【００８３】
さらに、透光性セラミック放電容器内のクリーンナップは、その後の放電による熱によっても行われる。
【００８４】
図２は、本発明の高圧放電ランプの第２の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００８５】
次において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８６】
本実施形態は、給電導体３およびセラミックスリーブ２の定置が容易になるようにした点で異なる。
【００８７】
すなわち、封着性の部分３ａをセラミックスリーブ２に対して位置決めするために、セラミックスリーブ２に接する位置に加締め部ｋを形成している。
【００８８】
一方、透光性セラミック放電容器１の端部部分１ｂの外端部の内面に周段部ｓを形成するとともに、セラミックスリーブ２の外端部の外面に周凸部ｐを形成する。
【００８９】
そうして、給電導体３をセラミックスリーブ２に挿入して、加締め部ｋがセラミックスリーブ２の端面に当接させる。また、セラミックスリーブ２を端部部分１ｂ内に挿入して、周凸部ｐを端部部分１ｂの周段部ｓに当接させる。この状態でセラミック封止用コンパウンドのシール６を形成して透光性セラミック放電容器１を気密にする。このように構成すれば、重力により所定の位置に給電導体３およびセラミックスリーブ２を固定することができる。なお、周段部ｓおよび周凸部ｐの係止により、セラミック封止用コンパウンドのシールの流下位置を規制することができる。
【００９０】
図３は、本発明の高圧放電ランプの第３の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００９１】
図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００９２】
本実施形態は、セラミックスリーブが２分割されている点で異なる。
【００９３】
すなわち、第１のセラミックスリーブ２Aはセラミック封止用コンパウンドのシール６に寄与し、第２のセラミックスリーブ２Bは耐ハロゲン化物部分３ｂの回りにわずかな隙間７を形成するのに寄与する。
【００９４】
両セラミックスリーブ２Aおよび２Bの間を利用してゲッタ手段５を耐ハロゲン化物部分１ｂに巻回して配設している。
【００９５】
第２のセラミックスリーブ２Bを位置決めするためにストッパ８を用いている。
【００９６】
図４は、本発明の高圧放電ランプの第４の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００９７】
図において、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００９８】
本実施形態は、封着性の部分がニオブキャップ３ａ’から構成されている点で異なる。
【００９９】
すなわち、端部部分１ｂとニオブキャップ３ａ’との間にセラミック封止用コンパウンドのシール６が形成されて透光性セラミック放電容器１は気密になっている。
【０１００】
また、水素および酸素ゲッタ５は、耐ハロゲン化物部分３ｂの基端部に巻回されている。耐ハロゲン化物部分３ｂの中間部がセラミックスリーブ２Cに挿入され、ゲッタ手段５とストッパ８との間に固定されている。このセラミックスリーブ２Cはわずかな隙間７を形成している。
【０１０１】
図５は、本発明の高圧放電ランプの第５の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【０１０２】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【０１０３】
本実施形態は、給電導体３の封着性の部分３ａをゲッタ手段として兼用し、かつセラミックチューブを使用していない点で異なる。
【０１０４】
すなわち、透光性セラミック放電容器１’の端部部分１ｂ’は、内径１．２ｍｍ、長さ１５ｍｍ、肉厚２．９ｍｍの円筒状をなしている。
【０１０５】
給電導体３の耐ハロゲン化物部分３ｂが端部部分１ｂ’内の１０ｍｍの位置まで進入している。
【０１０６】
給電導体３の封着性の部分３ａの耐ハロゲン化物部分３ｂ側の部分は、端部部分内においてシール６から露出してゲッタ手段を兼ねている。
【０１０７】
そうして、働程中透光性セラミック放電容器１’内の不純ガスである水素およぶ酸素は、露出した封着性の部分３ａから吸収され、封着性の部分内を透過して透光性セラミック放電容器１’の外部に排除される。
【０１０８】
図６は、本発明の高圧放電ランプの第６の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【０１０９】
図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１１０】
本実施形態は、給電導体３”の封着性の部分３ａ”をゲッタ手段として兼用し、かつ透光性セラミック放電容器１”および耐ハロゲン化物部分３ｂ’の構成において異なる。
【０１１１】
すなわち、透光性セラミック放電容器１”は、ＭｇＯを添加剤とするが、添加量を少なくするとともに、焼結時の温度を高くして内面部分のスピネルを昇華させたものを用いて形成されている。
【０１１２】
膨出部１ａ”は、内径が９．７ｍｍ、全長４７ｍｍの円筒の両端に中心孔を形成した端板で閉塞してなる。
【０１１３】
端部部分１ｂ”は、外形２．６ｍｍ、内径１．０ｍｍの透光性アルミナセラミックチューブを端板の中心孔に挿入し、膨出部１ａ”および端部部分１ｂを焼結して一体化された透光性セラミック放電容器１”を形成している。
【０１１４】
給電導体３”の封着性の部分３ａ”は、直径０．５ｍｍのニオブ棒からなる。耐ハロゲン化物部分３ｂ”は、直径０．５ｍｍのタングステン棒体ＡおよびコイルＢからなり、棒体Ａの基端部を封着性の部分３ａ”の先端にレーザにより溶接されている。コイルＢは、直径０．２ｍｍのモリブデンワイヤを棒体Ａの周囲に巻回してなる。
【０１１５】
電極４’は、外径０．１ｍｍのタングステン線を棒体Ａの先端部に巻回して構成されている。
【０１１６】
セラミック封止用コンパウンドのシール６は、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系からなるものを溶融させて、耐ハロゲン化物部分３ｂ”の基端部まで被覆しているが、その製造過程において一時的に封着性の部分３ａ”を透光性セラミック放電容器１”内に露出させる。すなわち、セラミック封止用コンパウンドのシール６を形成するに際して、２段階の加熱を行う。最初の加熱により、セラミック封止用コンパウンドを溶融させて端部部分１ｂ”の内面と封着性野部分３ａ”の外面との間のわずかな隙間７に溶融したセラミック封止用コンパウンドが進入するが、封着性の部分３ａ”の先端部が露出した状態に止める。封着性の部分３ａ”の先端が露出した状態で透光性セラミック放電容器１”を６００〜１１００゜に加熱する。これにより、透光性セラミック放電容器１”内の水素および酸素が放出され、封着性の部分１ａ”の先端の露出部分が水素および酸素を吸収する。その後、再び封止用セラミックコンパウンドのシール６を加熱して溶融させて封着性の部分１ａ”を完全に被覆し、さらに耐ハロゲン化物部分１ｂ”の基端部までシール６により被覆させる。封着性の部分３ａ”に吸収された水素および酸素は封着性の部分１ａ”を透過して放電容器１”の外部に放出する。
【０１１７】
図７は、本発明の高圧放電ランプの第７の実施形態を示す正面図である。
【０１１８】
図において、８は発光管、９は支持導体、１０は支持バンド、１１は絶縁チューブ、１２は導体枠、１３はフレアステム、１４は外管、１５は口金、１６は導線である。
【０１１９】
発光管８は、図１に示す実施形態と同一構造の高圧放電ランプである。
【０１２０】
支持導体９は、発光管８の図において上方の封着性の部分３ａに溶接されて発光管８を支持するとともに、電流を導入する。
【０１２１】
支持バンド１０は、絶縁チューブ１１を介して発光管８の図において下方の封着性の部分３ａを絶縁的に支持している。
【０１２２】
導体枠１２は、発光管８の外側に間隔をおいて配置され支持導体９および支持バンド１０の両端部を溶接して支持し、上端部には弾性接触片１２ａ、１２ａを備えている。
【０１２３】
フレアステム１３は、一対の内部リード線１３ａ、１３ｂを備え、その一方の内部リード線１３ａに導体枠１２の図において下端を溶接して発光管８を所定の位置に支持している。他方の内部リード線１３ｂは、導線１６を介して発光管８の図において下方の封着性の部分３ａに接続している。
【０１２４】
外管１４は、円筒状のＴ形バルブからなり、図において下部のネック部にフレアステム１３を封着して以上説明した各部材を内部に気密に収納している。なお、導体枠１２の接触片１２ａは、外管１４の先端部近傍の内面に弾性的に接触し、外部から印加される衝撃に対して、導体枠１２を保護し、かつ外管１４に対して所定の位置に保持する。また、外管１４内は、排気されて真空状態にされるか、排気後不活性ガスを封入される。
【０１２５】
口金１５は、外管１４のネック部に固着されるとともに、フレアステム１３の一対の内部リード線１３ａ、１３ｂに電気的に接続されている。
【０１２６】
なお、図示しないが、外管１４内には、イニシャルゲッタおよびパーフォーマンスゲッタを配設必要に応じて配設する。
【０１２７】
そうして、以上説明した本発明の第５の実施形態の高圧放電ランプは、一般照明用として使用することができる。
【０１２８】
図８は、本発明の照明装置の一実施形態における天井埋込形ダウンライトを示す断面図である。
【０１２９】
図において、１７は高圧放電ランプ、１８はダウンライト本体である。
【０１３０】
高圧放電ランプ１７は、図５に示す構造のものと同一構造である。
【０１３１】
ダウンライト本体１８は、基体１８ａ、ソケット１８ｂおよび反射板１８ｃなどを備えている。
【０１３２】
基体１８ａは、天井に埋め込まれるために、下端に天井当接縁ｅを備えている。
【０１３３】
ソケット１８ｂは、基体１８ａに装着されている。
【０１３４】
反射板１８ｃは、基体１８ａに支持されているとともに、高圧放電ランプ１７の発光中心がそのほぼ中心に位置するように包囲している。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明によれば、マグネシウム酸化物を添加剤として含むアルミナセラミックからなる透光性セラミック放電容器の少なくとも放電空間を包囲する内面部分は添加剤のＭｇＯによる内面部分の表面層のスピネルが昇華してスピネル型構造が存在しないように構成するとともに、透光性セラミック放電容器内の不純ガスを除去するゲッタ手段を具備させたことにより、透光性セラミック放電容器のハロゲン化物との反応による腐食が少なくて、しかも不純ガスによる黒化が少なくて光束低下や温度の異常上昇による気密漏れの発生しにくい高圧放電ランプを提供することができる。
【０１３６】
加えてゲッタ手段が給電導体の封着性の部分であることにより、構造が簡単で安価な高圧放電ランプを提供することができる。
【０１３７】
加えてゲッタ手段を給電導体の耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に配設したことにより、ゲッタ手段の作用が効果的に行われる高圧放電ランプを提供することができる。
【０１３８】
本発明によれば、上記本発明の高圧放電ランプの効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態を示す要部拡大断面図
【図２】 本発明の高圧放電ランプの第２の実施形態を示す要部拡大断面図
【図３】 本発明の高圧放電ランプの第３の実施形態を示す要部拡大断面図
【図４】 本発明の高圧放電ランプの第４の実施形態を示す要部拡大断面図
【図５】 本発明の高圧放電ランプの第５の実施形態を示す要部拡大断面図
【図６】 本発明の高圧放電ランプの第６の実施形態を示す要部拡大断面図
【図７】 本発明の高圧放電ランプの第７の実施形態を示す要部拡大断面図
【図８】 本発明の照明装置の一実施形態における天井埋込形ダウンライトを示す断面図
【符号の説明】
１…透光性セラミック放電容器
１ａ…膨出部
ｂ…端部部分
２…セラミックスリーブ
２ａ…溝
３…給電導体
３ａ…封着性の部分
３ｂ…耐ハロゲン化物部分
４…電極
５…ゲッタ手段
６…セラミック封止用コンパウンドのシール
７…わずかな隙間
Claims (4)
- マグネシウム酸化物を添加剤として含むアルミナセラミックからなり、少なくとも放電空間を包囲する内面部分は添加剤のＭｇＯによる内面部分の表面層のスピネルが昇華してスピネル型構造が存在しないように構成された膨出部および膨出部の両端に連通して配置され膨出部より内径が小さい端部部分を備えた透光性セラミック放電容器と；
封着性の部分および封着性の部分の先端に基端部が接続している耐ハロゲン化物部分を備え、透光性セラミック放電容器の端部部分内を貫通するとともに、端部部分との間にわずかな隙間を形成する給電導体と；
膨出部内に配設されて給電導体に接続した電極と；
端部部分および給電導体を封着するセラミック封止用コンパウンドのシールと；
金属ハロゲン化物を含み放電空間部内に封入された放電媒体と；
放電空間内の不純ガスを除去するゲッタ手段と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。 - ゲッタ手段は、少なくとも一方の端部部分内において耐ハロゲン化物部分の基端部近傍に配設されていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
- ゲッタ手段は、給電導体の封着性の部分であることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
- 照明装置本体と；
照明装置本体に装着される請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
を具備していることを特徴とする照明装置。
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