KR20060130506A - 고압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치 - Google Patents

고압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치 Download PDF

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KR20060130506A
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고조 우에무라
마사즈미 이시다
히로시 가마타
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도시바 라이텍쿠 가부시키가이샤
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Abstract

투광성 세라믹스 방전용기 및 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부의 밀봉 장착 성능을 향상한 고압 방전램프, 이것을 이용한 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치를 제공한다.
고압 방전램프(MHL)는, 개구부(1b)를 구비한 투광성 세라믹스 방전용기(1)와, 그 개구부에 삽입되어, 개구부에 밀봉 장착된 전류도입 도체(2)와, 이것에 접속하여 투광성 세라믹스 방전용기 내에 밀봉 장착된 전극(3)과, 방전매체를 구비하고, 상기 밀봉 장착은 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스 또는/및 전류도입 도체의 개구부에 대향하는 부분의 재료와 동질의 재료의 융착에 의해서 형성되고 있다.

Description

고압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치{HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP, HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP OPERATING APPARATUS, AND ILLUMINATING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 1 실시형태로서의 자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프를 나타내는 정면도
도 2는 마찬가지로 발광관의 확대 단면도
도 3은 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 2 실시형태를 나타내는 개념도
도 4는 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 3 실시형태의 발광관의 단면도
도 5는 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 4 실시형태의 발광관의 단면도
도 6은 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 5 실시형태의 발광관의 일부 절결 단면도
도 7은 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 6 실시형태에 있어서의 발광관의 단면도
도 8은 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 7 실시형태의 발광관의 단면 도 및 부분 확대사시도
도 9는 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 8 실시형태의 발광관의 단면도
도 10은 마찬가지로 밀봉 장착부 근방의 확대 단면도
도 11은 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 9 실시형태의 발광관의 단면도 및 주요부 횡단면도 및 주요부 종단면도
도 12는 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 10 실시형태의 전류도입 도체 및 밀봉 장착재의 모식적 주요부 단면도
도 13은 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 11 실시형태의 발광관의 단면도 및 주요부 횡단면도
도 14는 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 12 실시형태의 고압 방전램프의 밀봉 장착 공정을 설명하는 모식적 단면도
도 15는 마찬가지로 전극 마운트의 모식적 사시도
도 16은 마찬가지로 (a)가 표면층 형성 전의 밀봉 장착성 물질봉체의 표면사진, (b)가 표면층의 표면사진
도 17은 본 발명의 고압 방전램프 점등장치에 있어서의 일실시형태를 나타내는 블록 회로도
도 18은 본 발명의 조명장치에 있어서의 일실시형태로서의 자동차 전조등을 나타내는 개념적 측면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 투광성 세라믹스 방전용기, 1a : 포위부,
1b : 개구부, 2 : 전류도입 도체,
3 : 전극, 4 : 지름축소부,
B : 꼭지쇠, g : 틈새,
IT : 발광관, L1, L2 : 리드선,
MHL : 자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프, OT : 외관(外管),
t1 : 꼭지쇠 단자, T : 절연 튜브
[특허문헌 1] 일본 특허공개 평성 06－196131호 공보
본 발명은, 투광성 세라믹스 방전용기를 구비한 고압 방전램프, 이것을 이용한 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치에 관한 것이다.
종래의 투광성 세라믹스 방전용기를 구비한 고압 방전램프에 있어서는, 전류 도입 도체를 통하여 상기 방전용기를 밀봉하기 위해서, 여러 가지의 형태가 제안되거나 시도되어 왔다. 그 중에서도 가장 많이 보급되고 있는 것은, 유리 프릿(frit)을 이용하는 형태이다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
그런데 , 특허문헌 1에 기재되어 있는 유리 프릿을 이용하여 투광성 세라믹 스 방전용기를 밀봉하는 경우, 유리 프릿의 내열성이 충분히 높다고는 할 수 없기 때문에, 램프의 수명특성을 얻기 위해서는 밀봉부의 온도를 필수적으로 억제하지 않으면 안되어, 그 때문에 이하의 구성을 채용할 필요가 있다.
(1) 방전공간을 구성하는 포위부의 양 끝단으로부터 소지름통부를 관 축방향으로 연장시키는, 이른바 모세관 구조를 형성한다.
(2) 관벽 부하를 작게 한다.
상기 구성의 채용에 의해 이하의 문제가 생긴다.
상기(1)의 결과, 램프의 전체 길이가 커져 버린다. 이것에 수반하여, 또한 다음의 문제가 파생한다.
·모세관 부분이 파손하기 쉬워진다.
·봉입하는 할로겐화물 등의 방전매체의 봉입량이 모세관을 형성하지 않는 경우와 비교하여 수배 이상, 경우에 따라서는 10배 이상 필요하게 된다. 그 결과, 비용상승, 방전매체의 안정성, 방전매체로부터 방출되는 불순 가스 증가에 기인하는 시동성 저하, 백탁, 흑화 및 전극 소모 등의 불리함이 발생하기 쉬워진다.
상기(2)의 실시에 의해서 온도가 저하하므로, 할로겐화물의 증발이 충분히 행해지지 않게 되어, 증기압을 높일 수 없다. 그 결과, 발광효율을 소기의 정도까지 높게 할 수 없다. 또한, 발광 특성은 양호하지만 반응성이 높은 할로겐화물을 이용할 수 없다.
본 발명은, 투광성 세라믹스 방전용기의 밀봉 구조를 개량하여, 종래 기술에 있어서의 유리 프릿을 이용한 밀봉에 수반하여 발생하고 있던 불리함을 억제한 고 압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치를 제공하는 것 목적으로 한다.
본 발명은, 투광성 세라믹스 방전용기 및 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부에 프릿 유리를 이용하는데 대신하여 주로 투광성 세라믹스 방전용기의 세라믹스의 융착 및 주로 전류도입 도체의 융착의 적어도 어느 한쪽에 의해서 밀봉 장착하는 것으로, 이것에 의해 밀봉 장착 성능을 현저하게 향상한 고압 방전램프, 이것을 이용한 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 고압 방전램프는, 개구부를 구비한 투광성 세라믹스 방전용기와； 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 삽입되어, 상기 개구부에 밀봉 장착된 전류도입 도체와； 전류도입 도체에 접속하여 투광성 세라믹스 방전용기 내에 밀봉 장착된 전극과； 투광성 세라믹스 방전용기 내에 봉입된 방전매체를 구비하고, 상기 밀봉장착은 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스 및 전류도입 도체의 개구부에 대향하는 부분의 재료와 같은 재질의 재료 중의 적어도 한쪽의 융착에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명은, 이하의 각 형태를 포함한다.
[투광성 세라믹스 방전용기에 대해서]
투광성 세라믹스 방전용기는, 단결정의 금속산화물 예를 들면 사파이어와, 다결정의 금속산화물 예를 들면 반투명의 기밀성 알루미늄 산화물, 이트륨-알루미늄-가넷(YAG), 이트륨산화물(YOX)과, 다결정 비산화물 예를 들면 알루미늄 질화물(AlN)과 같은 광투과성 및 내열성을 구비한 세라믹재료로 이루어지고, 내부에 방 전공간이 외부에 대해서 기밀하게 형성되는 용기이다. 그러나, 상기 재료 중에서도 투광성 다결정 알루미나 세라믹스는, 공업적으로 양산할 수 있어 비교적 용이하게 입수할 수 있기 때문에, 투광성 세라믹스 방전용기의 구성 재료로서 적합하다.
종래에는 생각할 수도 없는 것이었지만, 본 발명자는, 투광성 세라믹스를 비교적 용이하게 용융할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명은, 이 발견에 따라서 이루어진 것이다.
또한, 투광성 다결정 알루미나 세라믹스로 일반적으로 사용되고 있는 것은, 그 결정 평균 입자지름이 수십㎛이지만, 본 발명에 있어서는, 적어도 개구부의 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하의 것이 적합하다. 즉, 적어도 개구부의 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하이면, 개구부의 세라믹스를 용융시켜 밀봉을 행할 때에, 도입 도체와의 융합이 양호하고, 또한 용융에 의해 개구부와 도입 도체가 접합한 후의 냉각의 때에, 접합부나 그 근방에 크랙이 발생하기 어렵다. 또한, 결정 평균 입자지름이 1㎛ 이하가 되면, 접합에 의한 크랙 발생이 극히 적어지므로, 보다 한층 적합하다. 본 발명에 있어서 특히 뛰어나다. 또한, 결정 평균 입자지름이 0.5㎛ 이하가 되면, 접합에 의한 크랙 발생이 전혀 발생하지 않게 되므로, 최적이다.
상술한 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부의 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하인 형태에 있어서, 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하가 되어 있는 부위는, 개구부분이라도 좋고, 전체라도 좋다. 또한, 소망에 의해 개구부 이외의 일부의 부위에 있어서 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하라도 좋다.
또, 투광성 세라믹스 방전용기에 있어서의 투광성이란, 방전에 의해서 발생 한 빛을 투과하여 외부로 도출할 수 있는 정도로 광투과성인 것을 말하고, 투명뿐만이 아니라, 광확산성이라도 좋다. 그리고, 적어도 방전공간을 포위하는 부분의 주요부가 투광성을 구비하고 있으면 좋고, 필요하면 상기 주요부 이외의 부대적 구조를 구비하고 있을 때에는, 해당 부분은 차광성이라도 좋다.
투광성 세라믹스 방전용기는, 방전공간을 포위하기 위해서, 포위부를 구비하고 있다. 포위부의 내부 즉 방전공간이 적당한 형상, 예를 들면 구형상, 타원 구형상, 거의 원기둥 형상 등의 형상을 이루고 있는 것을 허용한다. 방전공간의 용적은, 고압 방전램프의 정격 램프전력, 전극간 거리 등에 따라 다양한 값이 선택될 수 있다. 예를 들면, 액정 프로젝터용 램프의 경우, 0.5cc 이하로 할 수 있다. 자동차 전조등용 램프의 경우, 0.05cc 이하로 할 수 있다. 또한, 일반 조명용 램프의 경우, 정격 램프전력에 따라 1cc 이상 및 이하의 어느 하나로 할 수도 있다.
또한, 투광성 세라믹스 방전용기는, 포위부에 연이어 통하는 개구부를 구비하고 있다. 개구부는, 적어도 후술하는 전류도입 도체를 거기에 삽입하고, 또한, 전류도입 도체를 개구부에 밀봉 장착하는 것에 의해서 투광성 세라믹스 방전용기를 밀봉하기 위해서 기능한다. 또한, 후술하는 방전매체를 투광성 세라믹스 방전용기 즉 포위부의 내부에 봉입하기 위해서도 기능시킬 수 있다.
개구부의 수는, 일반적인 한 쌍의 전극을 밀봉 장착하는 구성을 위해서는 2개이지만, 배치 설치하는 전류도입 도체의 수에 따라 1개 내지 3개 이상의 복수인 것을 허용한다. 한 쌍의 전극을 밀봉 장착하기 위해서 2개의 개구부를 배치 설치하는 경우, 각 개구부는, 각각 서로 떨어진 위치에 배치 설치되지만, 적합하게는 관축을 따라 서로 떨어져 대향하고 있다.
개구부는, 투광성 세라믹스 방전용기를 형성했을 때에 별도체를 이루고 있지만, 전류도입 도체와 함께 밀봉 후에는, 개구부로서 일체화되는 통형상의 중간부재를 부가적으로 이용할 수 있다. 즉, 투광성 세라믹스 방전용기를 형성했을 때에 일체적으로 형성되어 있는 개구부의 부분과 전류도입 도체가 직접 융착하여 밀봉이 형성될 뿐만 아니라, 투광성 세라믹스 방전용기와 일체의 개구부와 전류도입 도체의 사이에 세라믹스제 등의 통형상의 중간부재를 개재시킬 수 있다. 이 중간부재는, 통형상으로 고형화 된 상태 또는 분체상태 등인 것이 허용된다. 중간부재는, 개구부와 전류도입 도체에 융착하여 이들 사이를 양호하게 밀봉한다. 또, 중간부재의 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하이면, 투광성 세라믹스 방전용기와 일체의 개구부의 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하가 아니라도 도입도체와 개구부의 융합이 양호하다. 또한, 이 경우, 개구부는, 그 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
또한, 개구부를 포위부에 연속하여 형성하는 것이라도 좋고, 포위부에 연속하는 소지름통부를 부대적으로 형성하여, 이 소지름통부의 포위부와 반대측의 끝단부에 개구를 형성하는 것이라도 좋다. 후자의 경우, 소지름통부의 길이는 자유롭다. 또, 개구부의 세라믹스는 차광성이라도 좋다.
소지름통부는, 종래 프릿 유리를 이용하여 투광성 세라믹 방전용기를 밀봉하는 경우에 채용되고 있는 이른바 모세관 구조를 형성하기 위해서 채용되고 있는 구조이지만, 본 발명에 있어서도, 소망에 의해 모세관 구조를 형성하도록 소지름통부 를 형성하는 것이 허용된다. 그러나, 모세관 구조를 형성하지 않는 경우라도, 짧은 치수의 통부를 개구부에 형성하는 것에 의해, 개구부의 밀봉이 확실하게 된다. 상기의 어느 구성이라도, 개구부의 크기는, 전류도입 도체를 삽입하고, 또한, 개구부의 투광성 세라믹스가 용융하는 것에 의해서, 용융한 투광성 세라믹스가 도입 도체에 용착할 수 있는 크기 및 형상으로 형성되어 있다. 밀봉 장착부의 관 축 방향의 길이는, 약 1∼7㎜ 정도, 적합하게는 1.5∼4㎜인 것을 허용한다.
투광성 세라믹 방전용기를 밀봉하기 위해서, 개구부의 세라믹스를 용융시키는 수단은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 개구부의 세라믹스를 가열하여, 그 용융 온도 이상으로 온도 상승시키면, 세라믹스가 용융하여, 개구부에 삽입되어 있는 전류도입 도체의 표면에 융합시킬 수 있다. 그렇게 하면, 가열을 정지하여 융합한 개소를 냉각하면, 세라믹스가 고체화하여, 전류도입 도체가 개구부에 밀봉 장착되고, 또한, 개구부가 밀봉된다. 개구부의 세라믹스를 가열하는 수단은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 레이저나 반사경 부착 할로겐 전구 등의 열선 투사형의 국부 가열수단, 유도 가열수단 및 전기히터 등을 이용할 수 있다. 또, 레이저로서는, 예를 들면 YAG 레이저, CO2 레이저 등을 이용할 수 있다.
열선 투사형의 상기 국부 가열수단을 이용하여 개구부의 전체둘레를 가열하는 경우, 국부 가열수단을 개구부에 대해서 소정의 서로 떨어진 위치, 예를 들면 개구부의 옆쪽에 고정하고, 국부 가열수단을 작동시키면서 투광성 세라믹 방전용기의 개구부 및 국부 가열수단의 어느 한쪽 또는 양쪽을 회전시키면, 개구부의 전체 둘레를 균일하게 가열할 수 있다. 그러나, 소망에 의해, 개구부의 연장 방향, 예를 들면 관 축 방향에서 레이저를 조사하거나, 고정적으로 배치된 개구부의 주위에 복수의 국부 가열수단을 배치하거나, 국부 가열수단을 개구부의 주위에 회전시키거나, 혹은 개구부의 전체둘레를 포위하는 가열수단을 배치 설치하거나 하면, 투광성 세라믹 방전용기를 정지상태에서 가열할 수도 있다.
다음에, 투광성 세라믹스 방전용기를 제작하기 위해서는, 포위부를 일체적으로 성형하여 형성해도 좋고, 복수의 구성부재를 접합시키거나, 끼워맞춤 시키거나 하여 형성해도 좋다. 예를 들면, 포위부 외에 소지름의 통부 등의 부대적 구조를 구비하고 있는 경우, 포위부의 양 끝단 또는 일끝단에 부대적 구조를 처음부터 일체로 성형할 수 있다. 그러나, 예를 들면 포위부와, 부대적 구조를, 각각 별도로 가소결 하고 나서 필요적으로 접합시켜, 전체를 소결하는 것에 의해, 일체의 투광성 세라믹스 방전용기를 형성할 수도 있다. 또한, 통형상 부분과 끝단판 부분을 각각 별도로 가소결하고 나서 접합하여, 전체를 소결하는 것에 의해, 일체화된 포위부를 형성할 수도 있다.
[전류도입 도체에 대해서]
전류 도입도체는, 후술하는 전극에 전압을 인가하여, 전극에 전류를 공급하고, 또한, 투광성 세라믹스 방전용기를 밀봉하기 위해서 기능하는 도체이다. 그 때문에, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 내부에 삽입되어 있는 앞끝단측의 부분이 전극에 접속하고, 기초끝단측이 투광성 세라믹스 방전용기의 외부로 노출되어 있다. 또, 투광성 방전용기의 외부로 노출하고 있는 것은, 투광성 세라믹스 방 전용기로부터 외부로 돌출하고 있어도 좋고, 또한 돌출하지 않아도 좋지만, 외부로부터 전기를 공급할 수 있을 정도로 외부에 임하고 있으면 좋다.
또한, 전류 도입도체는, 밀봉 장착성 금속 즉 그 열팽창 계수가 투광성 세라믹스 방전용기를 구성하고 있는 투광성 세라믹스의 그것과 유사한 도전성(導電性) 금속인 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 등의 금속이나 서멧(cermet) 등을 이용할 수 있다. 또한, 투광성 세라믹스 방전용기의 재료에 알루미나 세라믹스 등의 알루미늄 산화물을 이용하는 경우, 니오브 및 탄탈은, 평균 열팽창 계수가 알루미늄 산화물과 거의 동일하고, 또한 몰리브덴은 그 평균 열팽창 계수가 상기 산화물의 그것과 접근하고 있기 때문에, 밀봉에 적합하다. 이트륨 산화물 및 YAG의 경우도 차이가 적다. 질화 알루미늄을 투광성 세라믹스 방전용기에 이용하는 경우에는, 전류도입 도체에 지르코늄을 이용하면 좋다. 또한, 전류도입 도체를 복수의 재료부분을 접합하여 형성할 수도 있다. 예를 들면, 일부를 상기의 그룹으로부터 선택한 금속의 부분으로 하여, 이 금속부분에 서멧을 관 축 방향으로 접합하거나, 관 축과 직교 하는 둘레방향으로 접합하거나 한 구성으로 할 수 있다. 그리고, 전류도입 도체의 적어도 일부에 서멧을 이용하는 경우, 해당 서멧의 부분에 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착을 행할 수 있다.
상기 서멧은, 그 구성 재료의 세라믹스가 알루미나 세라믹스로, 금속이 상기 그룹으로부터 선택된 1종 또는 복수종의 금속, 예를 들면 몰리브덴 또는 텅스텐으로 이루어지는 것을 이용할 수 있다. 또한, 전류도입 도체의 투광성 세라믹스 방 전용기에 밀봉 장착되는 서멧 부분은, 적어도 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐 등의 금속성분과, 알루미나, YAG 및 이트리아 등의 세라믹스 성분을 포함하고, 금속성분의 함유비율이 5∼60질량%인 것을 허용한다.
그렇게 하여, 서멧이 상기와 같은 구성이면, 가열수단에 의한 밀봉 장착 예정부를 가열했을 때에, 가열의 방법에도 따르지만, 일반적으로는 투광성 세라믹스 방전용기에서는 열흡수가 생기기 어렵다. 이것에 대해서, 서멧 표면에서는 열흡수가 커져, 그 결과 서멧의 표면이 가열되어 온도 상승하고, 또한 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 열이 전달됨으로써 밀봉 장착 예정부가 용융한다.
또한, 금속성분의 함유량이 60질량% 이하이므로, 투광성 세라믹스 방전용기의 열팽창율에 큰 차이가 없고, 투광성 세라믹스 방전용기가 직접 몰리브덴 접촉했을 경우와 비교하여, 고압 방전램프를 점등했을 때의 열충격에 의한 파손 및 누수가 생기기 어렵다.
상기 서멧은, 상기와는 다른 이하의 관점에서 보면, 금속성분의 함유 비율이 50∼80 질량%인 것이 바람직하다.
즉, 주로 서멧의 도전성을 중시하는 관점에서 보면, 금속성분의 함유비율을 상기의 범위 내에 있도록 하면, 충분한 도전성을 얻을 수 있다. 그리고, 서멧이 상기와 같은 구성이면, 필요한 도전성을 가지는 서멧이라도, 그 직경을 작게 할 수 있으므로, 본 발명에 의한 밀봉 장착이 보다 한층 용이하게 된다.
그러나, 금속성분의 함유량이 80질량%를 넘으면, 투광성 세라믹스 방전용기와의 사이의 열팽창율이 너무 커지므로, 원하는 도전성을 얻는 것이 곤란하게 된 다.
또한, 전류 도입도체를 니오브 등의 밀봉 장착성 금속의 봉 형상체, 파이프 형상체나 코일 형상체 등에 의해서 구성할 수 있다. 봉 형상체의 경우, 봉 형상체의 주위에 코일을 감아 장착하는 것이 허용된다. 또, 파이프 형상체나 코일 형상체의 경우, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 내부를 외부에 대해서 밀봉하는데 지장을 초래하지 않도록 폐색 가능한 구성이 아니면 안된다. 또한, 니오브 등은 산화성이 강하기 때문에, 고압 방전램프를 대기에 통한 상태로 점등하는 경우에는, 내산화성의 도체를 전류도입 도체에 한층 더 접속함과 동시에, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부로부터 외부로 노출한 부분을 프릿 유리 등의 기밀성 물질로 피복하는 것 등에 의해, 전류도입 도체가 대기에 접촉하지 않도록 할 필요가 있다.
게다가 또한, 전류도입 도체는, 주로 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 밀봉 장착하는 부분과, 주로 전극을 지지하는 부분으로 기능이 나뉘고 있다. 따라서, 각 부분을 각각의 기능에 대해서 최적화하기 위해서, 각 부분을 다른 재료를 이용하거나, 다른 사이즈나 구조로 하여 형성하고, 또한, 그것들을 접속하여 전류도입 도체를 구성하거나 할 수 있다. 예를 들면, 주로 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 밀봉 장착하는 부분을 니오브로 하고, 주로 전극을 지지하는 부분을 내할로겐성 금속에 의해 형성하는 것이 이미 알려져 있다. 본 발명에 있어서도 주된 기능에 따른 재료, 사이즈 및 형상 등의 사양을 다르게 하여, 이것들을 관 축 방향에 접속하여 전류도입 도체를 구성하는 것을 허용한다. 그러나, 본 발명에 있 어서는, 소망에 의해 전류도입 도체의 거의 전체 길이를 통해서 동일한 재질의 도전성 부재를 이용할 수도 있다. 이 경우, 상기 각각의 기능을 발휘하기 위해서, 도전성 부재의 주위에 필요에 따라 다른 재료를 부가할 수 있다. 예를 들면, 전류도입 도체의 개구부에 용착하는 부분에 대해서는, 반드시 도전성은 필요가 없으므로, 세라믹스 성분의 구성비율이 높은 재료를 도전성 부재의 주위에 설치하여, 이 부재의 일부로 용착시키도록 해도 좋다.
다음에, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착 수단에 대해서 설명한다. 본 발명에 있어서는, 이하의 형태를 포함한다. 어느 모양도 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부 또는/및 전류도입 도체의 밀봉 장착부의 재료와 동질의 재료가 융착하는 것에 의해, 밀봉 장착이 형성되고 있다. 따라서, 종래 기술에 있어서의 프릿 유리와 같은 투광성 세라믹스 방전용기 및 밀봉 장착부의 전류도입 도체의 재료와는 다른 재료성분, 예를 들면 SiO2, Dy2O3 등이 개재하고 있지 않다고 하는 공통점이 존재한다.
(1) 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스가 주로 전류도입 도체에 융착하는 형태.
(2) 전류도입 도체의 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 대향하는 부분이 주로 융착하는 형태.
(3) 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스와 전류도입 도체가 서로 융착하는 형태.
(4) 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스 및 전류도입 도체의 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 대향하는 부분의 재료와 동질의 밀봉 장착재가 주로 융착하는 형태. 또, 상기 밀봉 장착재는, 전류도입 도체에 미리 일체화시켜 두는 구성 및 전류도입 도체와는 따로 준비하는 구성의 어느 하나라도 좋다.
[전극에 대해서]
전극은, 투광성 세라믹스 방전용기의 내부에 후술하는 방전매체의 방전을 발생시키는 수단이다. 전극은, 일반적으로 그 한 쌍이 투광성 세라믹스 방전용기의 내부에 있어서 전극 사이에서 아크 방전이 발생되도록 서로 떨어져 대향하여 배치 설치된다. 또, 본 발명에 있어서는, 적어도 1개의 전극이 상기 도입 도체에 접속하여 투광성 세라믹스 방전용기 내에 밀봉 장착되고 있다.
또한, 전극은, 전류도입 도체에 접속하여 투광성 세라믹스 방전용기 내의 소정 위치에 지지되어 있다. 예를 들면, 전극의 기초끝단이 전류도입 도체의 투광성 세라믹스 방전용기의 내부 쪽에 위치하는 앞끝단부에 접속된다.
또한, 전극을 전극 주요부 또는/및 전극 축부에 의해 구성할 수 있다. 전극주요부는, 방전의 기점이 되는 부분이고, 따라서 주로 음극 및/또는 양극으로서 작용하는 부분이며, 소망에 의해 전극 축부를 통하지 않고 직접 전류도입 도체에 접속할 수 있다. 또한, 전극 주요부의 표면적을 크게 하여 방열을 양호하게 하기 위해서, 필요에 따라서 텅스텐의 코일을 감아 장착하거나, 전극 축부보다 지름을 크게 하거나 할 수 있다. 전극이 전극 축부를 구비하고 있는 경우, 전극 축부는, 전극 주요부와 일체로, 또는 용접되어, 전극 주요부의 배면으로부터 뒤쪽으로 돌출하 여 전극 주요부를 지지하고, 또한, 전류도입 도체에 접속한다. 또, 소망에 의해 전극 축부와 전류도입 도체의 앞끝단부를 단일의 텅스텐에 의해 일체화시킬 수 있다.
게다가 또한, 전극의 재료에는, 텅스텐, 도프드(doped) 텅스텐, 트리에이티드(terated) 텅스텐, 레늄 또는 텅스텐 레늄합금 등을 이용할 수 있다.
게다가 또한, 한 쌍의 전극을 이용하는 경우, 교류 점등형의 경우에는 그것들을 대칭구조로 하지만, 직류 점등형의 경우에는, 비대칭 구조로 할 수 있다.
[방전매체에 대해서]
방전매체는, 그 방전에 의해 원하는 발광을 얻기 위한 수단이지만, 본 발명에 있어서 그 구성이 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 하기에 열거하는 형태인 것을 허용한다. 그러나, 바람직하게는 발광 금속의 할로겐화물, 램프전압 형성매체 및 희(希)가스에 의해 구성된다. 또, 본 발명에 있어서, '고압방전'이란, 이온화 매체의 점등 중의 압력이 대기압 이상이 되는 방전을 말하고, 이른바 초고압 방전을 포함한 개념이다.
발광금속의 할로겐화물은, 주로 가시광선을 발광하는 발광금속의 할로겐화물이며, 기존의 각종 금속 할로겐화물을 채용할 수 있다. 즉, 발광금속의 금속 할로겐화물은, 발광색, 평균 연색(演色) 평가수 Ra 및 발광효율 등에 대해서 원하는 발광특성을 구비한 가시광선의 방사를 얻기 위해, 또한 투광성 세라믹스 방전용기의 사이즈 및 입력전력에 따라서, 기존의 금속 할로겐화물 중에서 임의로 소망에 의해 선택할 수 있다. 예를 들면, 나트륨(Na), 스칸듐(Sc), 희토류 금속{디스프로 슘(Dy), 툴륨(Tm), 홀뮴(Ho), 프라세오디뮴(Pr), 란탄(La) 및 세륨(Ce)등}, 탈륨(Tl), 인듐(In) 및 리튬(Li)으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 복수종의 할로겐화물을 이용할 수 있다.
램프전압 형성매체는, 램프전압을 형성하는데 효과적인 매체이며, 예를 들면 수은 또는 하기의 금속의 할로겐화물을 이용할 수 있다. 즉, 램프전압 형성매체로서의 할로겐화물은, 점등 중의 증기압이 상대적으로 크고, 또한 가시역의 발광량이 상기 발광금속에 의한 가시역의 발광량과 비교하여 적은 금속, 예를 들면 알루미늄(Al), 철(Fe), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 망간(Mn) 등의 할로겐화물이 적합하다.
희가스는, 시동가스 및 완충가스로서 작용하고, 크세논(Xe), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 네온(Ne) 등을 단일체로 또는 혼합하여 이용할 수 있다.
1. 발광금속의 할로겐화물+수은+희가스 : 이른바 수은이 들어간 메탈 하라이드(halide) 램프의 구성이다.
2. 발광금속의 할로겐화물+램프전압 형성매체로서의 할로겐화물+희가스 : 환경부담이 큰 수은을 이용하지 않는 이른바 수은이 없는 메탈 하라이드 램프의 구성이다.
3. 수은+희가스 : 이른바 고압 수은램프의 구성이다.
4. 희가스 : 희가스로서 Xe를 이용하면, 이른바 크세논 램프의 구성이다.
다음에, 발광금속의 할로겐화물은, 할로겐으로서 요소, 브롬, 염소 또는 불소의 어느 1종 또는 복수종을 이용할 수 있다.
[본 발명의 작용에 대해서]
본 발명에 있어서는, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스 또는/및 전류도입 도체의 개구부에 대향하는 부분의 재료와 동질의 재료를 융착시키기 위해서는, 용융시키는 부재를 레이저 등의 가열수단을 이용하여 집중적으로 가열하면 좋다. 이때, 적어도 융착의 상대방의 부재도 그 표면이 젖을 정도로 가열되므로, 프릿 유리를 이용하는 일 없이, 전류도입 도체와 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부가 양호하게 밀봉 장착된다.
따라서, 종래부터 투광성 세라믹스 방전용기의 밀봉 장착에 사용되고 있는 프릿 유리에 있어서의 같은, 예를 들면 SiO2나 Dy2O3 등의 전류도입 도체나 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 재료 중에는 포함되지 않은 이종물질의 개재 없이 직접적으로 밀봉 장착되고 있기 때문에, 얻어진 밀봉 장착부의 내열 충격성, 내고온성 및 밀봉 장착 강도가 향상한다.
또한, 상기 밀봉 장착 예정부의 가열 용융에 의해, 밀봉 장착 계면에 세라믹스와 전류도입 도체 물질의 고용체를 형성하는 것도 비교적 용이하게 된다. 고용체가 형성되는 것에 의해, 해당 밀봉 장착부의 내열 충격성, 내고온성 및 밀봉 장착 강도가 보다 한층 향상한다.
또한, 본 발명에 의하면, 밀봉 장착부의 내고온성이 뛰어나기 때문에, 종래부터 투광성 세라믹스 방전용기에 채용되고 있는, 가늘고 길게 내부에 모세관이라 불리우는 조그마한 틈새를 전류도입 도체와의 사이에 형성하여 온도 구배를 형성하기 위해, 소지름통부를 필요로 하지 않는 형태가 허용되지만, 이 경우에는, 이하의 작용, 효과를 이룬다. 그러나, 본 발명은, 소망에 의해 상술과 같은 모세관을 형성하기 위한 소지름통부가 구비한 투광성 세라믹스 방전용기의 사용을 배제하는 것은 아니다.
(1) 투광성 세라믹스 방전용기의 내충격성 및 내열 충격성이 한층 양호하게 된다.
(2) 소지름통부를 생략하는 것에 의해, 투광성 세라믹스 방전용기의 축 방향의 사이즈를 단축하여 고압 방전램프의 소형화를 도모할 수 있다.
(3) 투광성 세라믹스 방전용기의 관벽 부하를 크게 하여, 그 작동온도를 종래의 그것보다 높게 설정하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 할로겐화물의 증기압이 한층 증대하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
(4) 모세관 내에 진입하는 만큼의 방전매체가 불필요하게 되므로, 방전매체의 봉입량을 삭감할 수 있다. 이것에 수반하여, 방전매체 중에 섞여 들어가는 불순물의 양도 줄어드므로, 시동성이 향상하고, 백탁이나 흑화가 줄어들어 광속 유지율이 향상하고, 전극 소모가 감소한다. 그 결과, 고압 방전램프의 수명특성이 향상한다. 또한, 방전매체의 봉입량의 줄어듦에 의해, 고압 방전램프의 비용 저감을 도모할 수 있다.
[본 발명에 있어서의 그 외의 형태에 대해서]
본 발명에 대해서는, 이하의 각 형태를 포함하는 것이다.
(제 1 형태)
본 발명의 고압 방전램프에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전 용기의 적어도 개구부의 세라믹스가 용융하는 것에 의해서 투광성 세라믹스 방전용기에 기밀로 밀봉 장착되고 있다.
제 1 형태에 있어서는, 적어도 개구부의 세라믹스가 가열되어 용융하는 것에 의해서, 거기에 삽입된 전류도입 도체에 잘 융합된다. 그리고, 용융한 세라믹스가 냉각하면, 고체화하여 전류도입 도체가 개구부의 세라믹스가 용융한 부위에 접합하여 밀봉 장착된다. 그 결과, 개구부가 폐쇄되어 투광성 세라믹스 방전용기가 밀봉된다.
또, 상기에 있어서 '적어도 개구부의 세라믹스가 용융한다'란, 전류도입 도체를 개구부에 밀봉 장착할 때에, 개구부의 세라믹스가 용융하여 밀봉 장착에 기여하고 있으면 좋고, 세라믹스만이 용융할 뿐만 아니라, 전류도입 도체의 표면도 동시에 용융하고 있는 경우를 포함한 의미이다. 또한, 전류도입 도체와 개구부의 세라믹스와의 상기 접합부에 전류도입 도체의 금속이 확산하고 있도록 구성하면, 한층 더 융합이 양호한 밀봉 장착이 행해진다.
(제 2 형태)
본 발명의 고압 방전램프에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부에 대향하는 부분이 서멧으로 구성되어 있다. 또, 이 경우, 서멧은 도전성이 있어도 좋고, 없어도 좋다. 후자의 경우, 전류도입 도체의 주로 도전성 기능부분과 주로 밀봉 장착 기능부분을 나누어, 밀봉 장착 기능부분을 도전성이 없거나, 적은 서멧으로 구성하고, 도전성 기능부분을 금속이나 도전성이 있는 서멧을 이용하도록 구성할 수도 있다.
따라서, 제 2 형태에 있어서는, 상기 서멧의 부분에서 전류도입 도체를 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 밀봉 장착할 수 있다. 서멧의 구성재료 중의 세라믹스로서 투광성 세라믹스 방전용기와 동질계의 세라믹스를 이용하고, 또한 금속으로서 예를 들면 몰리브덴, 텅스텐 또는 니오브 등을 이용하는 것에 의해, 서멧과 투광성 세라믹스 방전용기의 열팽창율이 접근하므로, 양자의 융합이 양호하게 된다. 이 때문에, 크랙 발생이 없는 양호한 밀봉 장착부를 형성할 수 있다. 따라서, 투광성 세라믹스의 입자지름이 비교적 커도 양호한 밀봉 장착을 얻을 수 있다.
또한, 몰리브덴이나 텅스텐 등과 세라믹스의 서멧은, 니오브와 같은 방전매체와의 반응성을 가지지 않으므로, 일부가 방전공간에 노출하는 배치를 허용한다. 따라서, 서멧의 부분을 전극의 텅스텐 부분 또는 전류도입 도체의 텅스텐 부분에 접속해도, 크랙이 생기기 어려워진다.
이것에 대해서, 니오브를 전류도입 도체의 밀봉 장착부에 이용했을 경우, 그 끝단부가 방전공간에 노출하면, 니오브가 방전매체와 반응하기 쉬우므로, 수명이 짧아진다. 따라서, 종래는 프릿 유리로 니오브의 방전공간 내의 표면을 피복하고 있다. 그런데, 프릿 유리가 니오브를 넘어 니오브에 접속하는 텅스텐이나 몰리브덴의 부분까지 피복해 버리면, 열팽창율의 차이 때문에, 크랙이 발생하기 쉬워진다.
또한, 서멧의 열팽창율이 금속의 그것에도 접근하기 때문에, 서멧의 방전공간 쪽의 앞끝단에 텅스텐 또는 몰리브덴의 부분을 접속하기 쉬워진다. 이 때문에, 전극의 지지가 양호하게 된다.
(제 3 형태)
제 2 형태에 있어서, 전류도입 도체는, 서멧 부분에 인접하는 금속봉 부분을 구비하고, 금속봉 부분이 서멧 부분의 적어도 일부에 몰입하고 있다.
제 3 형태에 있어서, 상기 금속봉은, 방전공간측 및 외부측의 어느 한쪽 및 양쪽 모두에 있는 것을 허용한다. 금속봉이 방전공간측에 위치하는 경우, 해당 금속봉의 앞끝단측의 부분이 서멧부분으로부터 돌출하여 전극을 지지한다. 금속봉이 외부측에 위치하는 경우, 해당 금속봉의 기초끝단측의 부분이 서멧 부분에서 외부로 노출하여 발광관의 지지나 전기공급을 위해서 기능한다.
또한, 금속봉의 서멧 부분으로의 몰입의 정도는, 서멧 부분을 관통하는 형태 및 관통하지 않는 형태 중의 어느 하나라도 좋다.
본 형태에 있어서는, 서멧 부분에 있어서의 도전성을 적어도 주로 금속봉 부분에 의해 확보할 수 있게 된다. 따라서, 비록 금속봉이 관통하고 있지 않은 영역이 존재해도, 서멧 부분의 전체를 세라믹스-금속의 함유비율을 밀봉 장착에 대해서 최적인 범위로 설정할 수 있다. 이 때문에, 보다 한층 크랙이 생기기 어려워지도록 할 수 있다.
또한, 일반적으로 서멧은, 금속 단일체의 경우보다 용융하기 쉬우므로, 밀봉 장착할 때의 가열에 의해서 서멧 부분이 연화했다고 해도, 금속봉 부분에서 외부로 노출하는 전기공급을 위한 기능부분의 형상을 정해진 대로 유지할 수 있다. 이 때문에, 밀봉 장착할 때의 가열조건을 보다 고온으로 하는 등 최적화시킬 수 있다.
또한, 금속봉이 서멧 부분을 관통하고 있는 경우, 서멧 부분에 있어서의 도 전성은 불필요하고, 금속봉의 부분에서 도전성을 확보할 수 있다. 따라서, 서멧 부분을 실질적으로 도전성이 없는 서멧을 이용할 수 있다. 이 때문에, 서멧 부분의 열팽창율에 대해서 최적 설계를 행할 수 있다. 또한, 서멧 부분은, 가열할 때에 온도가 오르는 경향이 있는 끝단부가 빨리 연화해도, 금속봉이 관통하고 있기 때문에, 특별한 지지없이 전극 마운트의 원하지 않는 경사를 저지할 수 있다. 또, 전극 마운트는, 전류도입 도체 및 전극을 밀봉 장착 이전에 미리 용접 등에 의해 접속하여 일체화시킨 구조체이다.
한편, 금속봉이 서멧 부분을 관통하고 있지 않은 경우, 금속봉이 관통하고 있지 않은 영역에 의해서 전류도입 도체의 기밀성을 확보할 수 있다. 따라서, 서멧 부분과 그것에 관통하는 금속봉 사이의 기밀성을 유지할 필요가 없다. 이 때문에, 서멧의 젖는 성질이 비교적 나빠도 지장이 없기 때문에, 용융성이 양호한 서멧의 사용이 가능하게 된다.
(제 4 형태)
제 2 또는 제 3 형태에 있어서, 전류도입 도체의 서멧 부분과 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부 사이에 형성되어 있는 비밀봉 장착부 평균 틈새가 20∼200㎛이다. 또 비밀봉 장착부 평균 틈새란, 다음과 같이 정의한다. 즉, 투광성 세라믹스 방전용기와 서멧 부분 사이에 밀봉 장착부를 형성했을 때에, 밀봉 장착부에 인접하여 밀봉 장착되지 않는 동안의 크기의 평균값을 비밀봉 장착부 평균 틈새라고 한다.
제 4 형태는, 서멧 부분과 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부 사이에 양호 한 밀봉 장착을 행하기 위한 틈새를 규정하고 있다. 또 비밀봉 장착부는, 서멧 부분의 전체 길이에 걸쳐서 개구부와의 사이에 밀봉 장착부가 형성되지 않고, 잔류하고 있는 부분이다. 따라서, 비밀봉 장착부 틈새는, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 내면과 그것에 삽입된 서멧 부분 사이의 틈새를 나타내고 있다.
비밀봉 장착부 평균 틈새가 20㎛ 미만이면, 전극 마운트의 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부로의 삽입부의 굵기의 편차를 고도로 작게 하지 않으면, 삽입이 곤란하게 된다. 또한, 밀봉 장착할 때에 서멧 부분이 먼저 팽창하여 틈새가 없어져, 응력으로 개구부가 파손되기 쉬워진다.
이것에 대해서, 비밀봉 장착부 평균 틈새가 200㎛ 초과이면, 밀봉 장착할 때에 개구부와 서멧 부분이 융합하여 접합할 때까지의 시간이 길어진다. 그 결과, 서멧이 너무 용융해버려 흘러나와, 필요한 도전성이나 충분한 전류 용량을 확보하기 위한 단면적을 유지하기 어려워진다.
한편, 비밀봉 장착부의 관 축 방향의 평균거리는, 0.1㎜ 이상인 것이 바람직하다. 상기 거리가 1㎜ 미만이 되면, 서멧에 접속하는 몰리브덴이나 텅스텐 등의 부분까지 밀봉 장착되기 쉬워져, 고압 방전램프의 신뢰성이 저하한다. 또한, 이러한 부분까지 밀봉 장착되면, 크랙이 생기기 쉬워지거나, 용융할 때의 열충격으로 서멧과 몰리브덴이나 텅스텐 등의 금속과의 접합이 어긋나거나, 강도가 저하하거나 하는 등의 불리함이 발생한다.
(제 5 형태)
본 발명의 고압 방전램프에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전 용기의 적어도 개구부에 대향하는 니오브 부분 및 니오브 부분의 투광성 세라믹스 방전용기 내에 위치하는 앞끝단부를 덮는 얇은 두께의 내할로겐성 금속제의 컵체를 구비하고 있다.
제 5 형태는, 니오브 부분에서 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 밀봉 장착하는 경우의 방전공간에 니오브가 노출하지 않기 위한 구성을 규정하고 있다.
전류도입 도체의 밀봉 장착부에 니오브를 이용하는 경우, 방전공간 내에서 니오브가 방전매체에 접촉하는 것을 저지하기 위해서, 방전공간측의 니오브 부분을 내할로겐성의 물질로 피복할 필요가 있다.
종래는, 프릿 유리를 이용하여 밀봉 장착하고, 그때에 프릿 유리를 방전공간 내에 노출하는 니오브 부분의 앞끝단부까지 진입시켜 프릿 유리로 피복하고 있다.
이것에 대해서, 본 형태에 있어서는, 얇은 두께의 내할로겐성 금속제의 컵체를 이용하여 니오브 부분의 앞끝단부를 피복하는 것이다.
제 5 형태에 있어서, 전류도입 도체는, 니오브 부분, 니오브 부분에 접속하는 서멧 부분 및/또는 내할로겐성 금속의 부분으로 이루어지는 구성, 니오브 부분만으로 구성한 등임을 허용한다. 또, 전류도입 도체가 니오브 부분만으로 이루어지는 구성의 경우, 전극축부의 기초끝단을 니오브 부분의 앞끝단에 접속할 수 있다.
컵체는, 그 재질이 내할로겐성 금속이면 좋지만, 특히 몰리브덴이 적합하다. 또한, 컵체는, 두께가 얇고, 재질이 몰리브덴제의 경우, 원하는 신축성 및 할로겐 차단성을 이루기 위해서는, 2∼60㎛의 범위 내에 있으면 적합하다. 또, 최적으로 는 5∼25㎛의 범위이다. 살두께가 2㎛ 미만이 되면, 너무 얇아서 조립이 곤란하게 됨과 동시에, 용융할 때의 연화로 컵체에 균열이 생기기 쉬워진다. 또한, 60㎛를 넘으면, 신축성이 나빠져, 니오브 부분으로부터 박리하거나, 개구부나 전류도입 도체에 응력 크랙이 생기기 쉬워진다.
또한, 컵체는, 미리 형성한 것을 니오브 부분의 앞끝단부에 씌우고, 다음에 고압 프레스기로 상기 앞끝단부에 접합할 수 있다. 또한, 니오브 부분의 앞끝단부에 몰리브덴을 도금, 증착 및 이온 플레이팅 등 기존의 피착 수단을 이용하여 직접 앞끝단부에 밀착한 컵체를 형성하는 것이라도 좋다. 또한, 몰리브덴 박(箔)을 성형틀에 두고, 다음에 니오브 부분을 상기 성형틀 안에 밀어 넣어, 컵체를 성형에 의해 형성함과 동시에 니오브 부분의 앞끝단에 접합시켜도 좋다.
그렇게 해서, 제 5 형태에 있어서는, 얇은 두께의 내할로겐성 금속제의 컵체를 이용하여 방전공간측에 노출하는 니오브 부분을 피복했으므로, 종래와 같은 프릿 유리를 이용하는 일 없이 방전매체의 할로겐화물과 니오브와의 반응을 저지할 수 있다.
(제 6 형태)
본 발명의 고압 방전램프에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부에 대향하는 니오브 부분을 구비하고 있고; 니오브 기초재 및 니오브 기초재의 적어도 한 면에 피착된 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 막을 구비하고, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구 끝단의 바깥쪽에 배치되어 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체 사이를 밀봉 장착하고 있는 밀봉 장착재를 구비하고 있다.
제 6 형태는, 제 5 형태와 같이 전류도입 도체의 니오브 부분으로 밀봉 장착 하지만, 종래의 프릿 유리를 이용하는 경우와 같이, 개구부의 외부로부터 상기 밀봉 장착재를 용융시켜 밀봉 장착 예정부까지 진입시켜 밀봉 장착하도록 구성되어 있다.
전류도입 도체는, 제 5 형태와 같이 니오브 부분, 니오브 부분에 접속하는 서멧 부분 및/또는 내할로겐성 금속의 부분으로 이루어지는 구성, 니오브 부분만으로 구성한 등임을 허용한다. 또, 전류도입 도체가 니오브 부분만으로 이루어지는 구성의 경우, 전극축부의 기초끝단을 니오브 부분의 앞끝단에 접속할 수 있다.
밀봉 장착재는, 복수층 구조체이다. 그 구성은, 기초재 및 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 막으로 이루어진다. 기초재는, 니오브 박(箔)이며, 살두께 0.1㎜ 정도의 것을 이용할 수 있다. 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 막은, 예를 들면 투광성 세라믹스 방전용기가 투광성 알루미나 세라믹스로 이루어지는 경우, 알루미나의 막이며, 막 두께 0.1㎜ 정도의 것이 형편상 좋다. 또한, 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 막은, 기초재의 한 면 또는 양면에 형성된다. 막의 형성 수단은, 도포, 도금, 진공증착 등의 PVD법(물리적 기상 성장법) 및 CVD법(화학적 기상 성장법) 등 기존의 막 제조수단을 채용할 수 있다.
본 형태에 있어서, 밀봉 장착을 행하기 위해서는, 투광성 세라믹스 방전용기의 관 축을 연직방향으로 세워, 위쪽의 개구부로부터 전극 마운트를 투광성 세라믹스 방전용기의 내부로 삽입한 상태로 하고, 개구부의 위에서, 또한, 전류도입 도체 의 외부 돌출부의 주위에 밀봉 장착재를 얹어놓아, 밀봉 장착재 및 밀봉 장착 예정부를 예를 들면 레이저 등의 가열수단에 의해서 가열한다. 가열에 의해 온도가 상승하여 밀봉 장착재가 용융하면, 중력에 의해 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 내면과 전류도입 도체의 니오브 부분 사이의 틈새에 진입하고, 가열을 정지하여 온도가 저하하면, 상기 틈새에 진입한 밀봉 장착재가 고체화되므로, 밀봉 장착이 형성된다. 또, 이 경우, 개구부의 세라믹스 및/또는 전류도입 도체의 표면 부위가 연화 내지 용융하여 밀봉 장착재와 융합되면, 밀봉 장착 계면에 고용체가 형성되므로, 보다 한층 양호한 밀봉 장착을 얻을 수 있다.
그렇게 해서, 본 형태에 의하면, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부 및 밀봉 장착재의 양자를 동시에 가열하는 제조 방법을 채용할 수 있으므로, YAG 레이저나 CO2 레이저를 이용해도 열흡수가 양호하다. 따라서, 신속한 가열을 실시하여 단시간 동안에 밀봉 장착 작업을 행할 수 있다.
또한, 투광성 세라믹스 방전용기를 세운 위치에서 관 축 방향으로 밀봉 장착할 때의 가열을 행할 수 있으므로, 원통형이고 소형 경량인 내압 박스 내에서 밀봉 장착 공정을 실시하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 밀봉 장착 설비가 소형이고, 게다가 염가로 된다.
또한, 내압 박스 내에 회전 기구를 배치 설치할 필요가 없으므로, 분위기 오염에 의한 투광성 세라믹스 방전용기 내로의 불순물 혼입이 현저하게 저감한다.
게다가 또한, 밀봉 장착의 균일성 및 안정성이 향상하므로, 밀봉 장착부의 신뢰성이 향상한다.
(제 7 형태)
본 발명의 고압 방전램프에 있어서, 투광성 세라믹스 방전용기는, 바깥쪽을 향하여 지름이 확대된 테이퍼부를 갖는 개구부를 구비하고 있고; 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 삽입되어, 적어도 해당 개구부의 테이퍼부에 대향하는 부분이 들어맞는 테이퍼부를 구비하고 있다.
제 7 형태에 있어서, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 내면에는, 적어도 개구부의 외부측의 부분에 위치하고, 또한, 바깥쪽을 향하여 넓게 열리는 원추형상의 테이퍼부를 가지고 있다.
전류도입 도체는, 그 밀봉 장착부의 재질이 예를 들면 니오브, 서멧 또는 몰리브덴 등 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스와 열팽창율이 접근하고 있는 물질이면 좋고, 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 전류도입 도체는, 그 밀봉 장착 예정부의 적어도 축 방향의 일부에 개구부의 테이퍼부에 들어맞도록 개구부의 바깥쪽을 향하여 넓게 열린 원추형상의 테이퍼부를 가지고 있다.
투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 테이퍼부와 전류도입 도체의 밀봉 장착부의 테이퍼부는, 전극이 관 축 방향의 소정위치에서, 또한, 중심이 관 축 상에 있을 때, 양 테이퍼부끼리가 면접촉한 상태로 밀봉 장착하도록 형성되어 있다.
그렇게 해서, 본 형태에 의하면, 상기의 구성을 구비함으로써, 전류도입 도체를 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부로 정지하는 위치까지 삽입하면, 설계한 바와 같은 전극 사이 거리가 설정되고, 또한, 전극이 관 축에 일치하도록 센터 링(centering)이 행해진다. 따라서, 전류도입 도체의 위치결정이 용이하게 됨과 동시에, 전극 마운트의 투광성 세라믹스 방전용기로의 조립이 용이하게 된다.
또한, 밀봉 장착 예정부에 테이퍼부를 형성하면, 열 전달을 받는 밀봉 장착부의 면적이, 관 축에 평행한 밀봉 장착부에 있어서의 그것보다 커진다. 그 결과, 열 전달량이 증대하여 밀봉 장착 예정부가 용융하기 쉬워진다.
또한, 밀봉 장착 예정부를 가열하는 수단으로서 레이저를 이용하는 경우, 렌즈계로 레이저 빔을 좁혀 조사하지만, 그 때에 레이저 빔의 초점 각과 테이퍼부 각도가 각각 큰 것을 효율적으로 가열할 수 있다.
게다가 또한, 투광성 세라믹스 방전용기의 관 축을 연직으로 세워 관 축 방향으로 가열하여 밀봉 장착할 수 있고, 그 때문에 제 6 형태에 있어서 설명한 것과 같은 이점이 있다.
(제 8 형태)
본 발명의 고압 방전램프에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부의 내면에 대향하는 부분이, 도전성 물질 봉체 및 도전성 물질 봉체의 둘레 면을 덮는 니오브층 및 니오브층의 바깥면을 덮는 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층을 갖는 밀봉 장착재를 구비하고 있고, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부가 적어도 밀봉 장착재의 융착에 의해 형성되어 있다.
제 8 형태에 있어서, 도전성 물질 봉체는, 특별히 재질이 한정되지 않지만, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부의 내면에 대향하는 부분, 바꾸어 말하 면 밀봉 장착 예정부를 내할로겐성 금속(예를 들면 몰리브덴 또는 텅스텐), 니오브 또는 서멧 등을 이용하여 형성할 수 있다. 다만, 니오브를 이용하는 경우, 방전 공간 내에 노출하는 부분을 내할로겐성 물질, 예를 들면 알루미나, 몰리브덴 등을 이용하여 피복할 필요가 있다. 이 경우, 본 발명의 제 5 형태를 이용할 수 있다.
밀봉 장착재는, 도전성 물질 봉체의 밀봉 장착 예정부의 주위를 덮도록 배 치 설치된다. 이 밀봉 장착재는, 도전성 물질 봉체의 표면측, 즉 아래쪽이 니오브층으로, 니오브층의 표면 전체를 덮도록 그 위쪽에 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료, 예를 들면 알루미나의 층이 적층하여 형성되어 있다.
또한, 밀봉 장착재는, 그 단일을, 또는 소망에 의해 복수 세트를 도전성 물질 봉체의 밀봉 장착 예정부의 주위에 차례차례 적층하여 배치 설치할 수 있다.
또한, 니오브층 및 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층은, 어느 것이나 그 층 두께를 1∼500㎛ 정도의 범위에서 형성하는 것이 좋다.
게다가 또한, 니오브층 및 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층은, 도포, 도금, 진공증착 등의 PVD법(물리적 기상 성장법) 및 CVD법(화학적 기상 성장법) 등 기존의 막 제조수단을 이용하여 형성할 수 있다.
그렇게 하여, 제 8 형태에 있어서는, 적층구조의 밀봉 장착재를 도전성 물질 봉체의 밀봉 장착 예정부의 주위에 형성해 두고, 가열할 때에 이 밀봉 장착재가 얇은 막 형상을 이루고 있기 때문에, 열을 흡수하기 쉽고, 따라서 온도 상승이 빠르므로, 용융의 기점이 되기 쉽다. 그 결과, 밀봉 장착부가 비교적 단시간에 형성된다. 밀봉 장착은, 주로 밀봉 장착재가 융착하여 형성되거나, 밀봉 장착재의 용융 이 기점이 되어 개구부의 세라믹스나 전류도입 도체의 구성물질이 용융하여 형성되거나 한다. 상기 어느 형태로서도 양호한 밀봉 장착부를 형성할 수 있다.
또한, 제 8 형태는, 밀봉 장착재를 필요에 따라 복수세트 적층할 수 있기 때문에, 전류도입 도체의 밀봉 장착 예정부의 도전성 물질이 내할로겐성 금속이라도, 투광성 세라믹스와의 열팽창율의 차이에 의한 응력을 흡수하는 밀봉 장착부를 형성할 수 있으므로, 특히 적합하다.
또한, 밀봉 장착재는, 니오브층 및 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층에 의해 형성되어 있으므로, 이 밀봉 장착재가 적어도 융착하여 밀봉 장착부를 형성하는 것에 의해, 밀봉 장착부의 계면에 밀봉 장착재 구성물질의 고용체가 형성되기 쉬워진다. 고용체가 형성되면, 형성된 밀봉 장착부의 내열 충격성이 커진다.
(제 9 형태)
본 발명의 고압 방전램프에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부에 대향하는 부분이, 도전성 물질 봉체, 도전성 물질체의 주위면에 피착된 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층, 이 층의 위에 형성된 니오브층을 구비한 밀봉 장착재를 구비하고 있고, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부가 적어도 밀봉 장착재의 융착에 의해 형성되고 있다.
제 9 형태는, 제 8 형태와의 대비에 있어서, 밀봉 장착재의 구성물질인 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층과, 니오브층의 위치가 거꾸로 되어 있는 점에서 차이가 나지만, 그 외의 구성은 같다.
그렇게 해서, 제 9 형태에 있어서도, 제 8 형태와 기본적으로 같은 효과를 이룬다. 그러나, 니오브층이 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층의 위에 형성되므로, 전류도입 도체의 밀봉 장착 예정부가 니오브의 경우라도, 밀봉 장착재가 열의 흡수가 빠른 복층의 박막 구조체를 형성한다. 따라서, 제 9 형태는, 전류도입 도체의 밀봉 장착 예정부가 니오브의 경우에 특히 적합하다.
(제 10 형태)
본 발명의 고압 방전램프에 있어서, 투광성 세라믹스 방전용기는, 투광성 다결정 알루미나 세라믹스로 이루어진다.
제 10 형태는, 가장 실용적인 투광성 세라믹스 방전용기의 구성재료를 규정하고 있다.
(제 11 형태)
제 10 형태에 있어서, 투광성 다결정 알루미나 세라믹스는, 적어도 개구부의 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하이다.
제 11 형태는, 본 발명에 있어서, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스 또는/및 전류도입 도체의 개구부에 대향하는 부분의 재료와 동질의 재료의 융착에 의해서 밀봉 장착부를 형성하는데 적합한 투광성 세라믹스 방전용기의 구성재료를 규정하고 있다.
(제 12 형태)
제 12 형태에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부에 대향하는 부분이 서멧으로 구성되어 있음과 동시에, 이 서멧 부분의 바깥 둘레면에 주로 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료로 이루어지는 표면층을 구비하고 있고, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부가 적어도 표면층과 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부가 고용하는 것에 의해 형성되어 있다.
제 12 형태에 있어서는, 서멧의 바깥둘레면에 구비되는 표면층이 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스와 동질 재료로 이루어지는 것에 의해, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체의 서멧 부분의 표면층과의 열팽창률 차이가 없어진다. 그리고, 상기 개구부와 서멧 부분의 사이에 형성되는 밀봉 장착부가, 적어도 상기 개구부와 상기 표면층이 고용하여 형성되어 있다. 그 결과, 양호하고 신뢰성이 높은 밀봉 장착을 얻을 수 있어, 고압 방전램프를 점등할 때의 열충격에 의한 밀봉 장착부의 파손이나 누수가 보다 한층 발생하기 어려워진다.
또, 동질 재료란, 그 전부가 상기 세라믹스와 동일한 재료인 것이 바람직하지만, 본 형태에 있어서의 상기 작용, 효과가 본질적으로 없어지지 않는 범위 내에서 상기 세라믹스와 다른 부성분이 약간의 양이 함유되어 있어도 좋다. 부성분으로서는, 예를 들면 서멧의 구성 금속이 상기 조건을 만족하는 범위 내에서 함유하고 있는 것이 허용된다.
또한, 밀봉 장착부가 적어도 표면층과 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부가 고용하는 것에 의해 형성되어 있다는 것은, 다음과 같이 정의된다. 즉, 상기 개구부와 표면층이 고용하는 형태, 및 서멧 부분, 표면층 및 개구부가 고용하는 형태의 어느 하나를 포함한다.
제 12 형태에 있어서, 서멧의 바깥 표면에 표면층을 형성하기 위한 수단은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 강산(强酸)을 이용하여 서멧 부분의 바깥둘레면에 석출하고 있는 서멧 구성 금속을 제거하는 것에 의해, 서멧 구성 세라믹스를 잔류시키면, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스와 동질 재료의 표면층을 얻을 수 있다. 또한, 투광성 세라믹스 방전용기가 투광성 알루미나 세라믹스로 이루어짐과 동시에, 서멧 부분의 세라믹스가 알루미나로 이루어지는 경우, 전류도입 도체의 서멧 부분의 바깥 둘레면에 진공 증착, 스패터링 등의 기존의 막 제조수법을 적당히 선택적으로 이용하여 알루미늄 막을 형성하고, 그 후 알루미늄 막을 양극 산화법에 따라 산화시켜 알루미나층을 형성하는 것에 의해, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스와 동질 재료의 표면층을 얻을 수도 있다.
밀봉 장착부를 형성할 때의 가열수단은, 적합하게는 레이저, 최적으로는 YAG 레이저이다. 레이저를 밀봉 장착 예정부에 조사하는 경우, 레이저 빔의 초점이 밀봉 장착 예정부로부터 바람직하게는 5∼10㎜ 정도 뒤쪽에 위치시켜 오프 포커스가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 그러면, 레이저 에너지가 적당히 분산되어 밀봉 장착 예정부를 넓은 영역에 걸쳐서 동시에 가열할 수 있으므로, 급속한 가열에 수반하는 크랙 발생을 방지할 수 있어, 밀봉 장착 작업이 용이하게 됨과 동시에, 양호한 밀봉 장착부를 형성할 수 있다.
또한, 레이저 조사할 때에, 투광성 세라믹스 방전용기 및 전류도입 도체를 수십rpm의 회전수로 회전시키면, 관 축 둘레에 균일한 밀봉 장착을 얻을 수 있으므 로 바람직하다. 이 경우, 회전기구에는, 회전부의 기밀 확보에 자기유체를 이용한 회전도입 단자를 채용하여 회전부 전체를 수냉함으로써, 투광성 세라믹스 방전용기 내부의 불순물 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 밀봉 장착부의 내부에 있어서 표면층의 유무는 반드시 명확하지 않게 되지만, 일반적으로는 밀봉 장착부의 관 축 방향의 길이보다 큰 영역에 걸쳐서 표면층이 형성되므로, 표면층의 관 축 방향의 양 끝단부는 비밀봉 장착부가 되어 잔류하기 때문에, 비밀봉 장착부에 표면층이 형성되어 있다면, 밀봉 장착할 때에 표면층이 존재하고, 또한, 표면층이 개재하여 밀봉 장착부가 형성되어 있는 제 12 형태가 실시되고 있는 것을 충분히 추정할 수 있다.
[본 발명의 그 외의 구성에 대해서]
본 발명의 필수 구성요건은 아니지만, 소망에 의해 이하의 구성의 일부 또는 전부를 구비하는 것에 의해, 고압 방전램프의 기능이 부가되거나, 성능이 향상되거나 한다.
(1) (외관에 대해서)
본 발명의 고압 방전램프는, 투광성 세라믹스 방전용기가 대기 중에 노출된 상태로 점등하도록 구성할 수 있다. 그러나, 필요하면, 투광성 세라믹스 방전용기를 외관(外管) 내에 수납할 수 있다. 또, 외관 내는, 진공, 가스 들어감, 또는 대기에 연통한 분위기로 할 수도 있다.
(2) (반사경에 대해서)
본 발명의 고압 방전램프는, 반사경을 일체화하여 구비할 수 있다.
다음에, 본 발명의 고압 방전램프 점등장치는, 상기 본 발명의 고압 방전램프와; 고압 방전램프를 점등하는 점등회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 있어서, 점등회로는, 어떠한 구성이라도 좋다. 또한, 교류 점등 및 직류 점등의 어느 점등방식이라도 좋다. 교류 점등의 경우, 예를 들면 인버터를 주체로 하는 전자화 점등회로를 구성할 수 있다. 소망에 의해, 인버터의 입력 단자 사이에 접속하는 직류 전원에 승압 초퍼 또는 강압 초퍼 등의 직류-직류간 변환회로를 부가할 수 있다. 직류 점등의 경우, 예를 들면 상기 직류-직류간 변환회로를 주체로 하는 전자화 점등회로를 구성할 수 있다.
본 발명의 조명장치는, 조명장치 본체와; 조명장치 본체에 배치 설치된 본 발명의 고압 방전램프와; 고압 방전램프를 점등하는 점등회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 있어서, 조명장치는, 고압 방전램프를 광원으로 하는 모든 장치를 포함한 개념이다. 예를 들면, 옥외용 및 옥내용의 각종 조명기구, 자동차 전조등, 화상 또는 영상투사장치, 표식등, 신호등, 표시등, 화학반응장치, 검사장치 등이다.
조명장치 본체는, 조명장치로부터 고압 방전램프 및 점등회로를 제외한 나머지의 부분을 말한다.
점등회로는, 조명장치 본체로부터 떨어진 위치에 배치되는 것이라도 좋다.
[발명의 실시형태]
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태를 설명한다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 1 실시형태로서의 자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프를 나타내고, 도 1은 램프 전체의 정면도, 도 2는 발광관의 확대 단면도이다. 자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프(MHL)는, 발광관(IT), 리드선(L1, L2), 절연튜브(T), 외관(OT) 및 꼭지쇠(B)를 주된 부품으로 하여 구성되어 있다.
발광관(IT)은, 투광성 세라믹스 방전용기(1), 전류도입 도체(2), 전극(3) 및 방전매체로 이루어진다.
투광성 세라믹스 방전용기(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 투광성 세라믹스를 주재료로 하여 일체 성형에 의해 형성되고 있고, 포위부(1a) 및 한 쌍의 개구부(1b, 1b)를 구비하고 있다. 포위부(1a)는, 살두께가 거의 일정한 가운데 비어있는 방추(紡錘) 형상으로 성형되고, 내부에 같은 형상의 방전공간(1c)이 형성되어 있다. 방전공간(1c)의 내용적은, 약 0.05cc 이하이다. 한 쌍의 개구부(1b, 1b)는, 각각이 포위부(1a)의 관 축 방향의 양 끝단으로부터 일체로 연장된 비교적 짧고 가는 통형상 부분에 의해서 형성되어 있다.
전류도입 도체(2)는, 밀봉 장착성 금속봉으로 이루어지고, 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 각각의 개구부(1b)에 삽입되고, 또한, 적어도 개구부(1b)의 세라믹스의 용융에 의해 밀봉 장착되고 있다. 따라서, 전류도입 도체(2)의 앞끝단부는 개구부(1b) 내에 위치하고, 기초끝단부는 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 외부로 노출하고 있다.
전극(3)은, 텅스텐선으로 이루어지고, 축 방향의 앞끝단부, 중간부 및 기초끝단부에 걸쳐 축부의 직경이 같고, 또한, 앞끝단부 및 중간부의 일부가 방전공간(1c) 내로 노출하고 있다. 또한, 전극(3)은, 그 기초끝단부가 전류도입 도체(2)의 앞끝단부에 용접에 의해 접속하고 있는 것에 의해서, 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 관 축 방향을 따라서 지지되고 있다. 또, 전극(3)의 중간부와 개구부(1b)의 통형상 부분의 내면과의 사이에 관 축 방향으로 짧고 작은 틈새(g) 즉 모세관이 형성되어 있다. 그러나, 이 모세관은, 프릿 유리를 이용하여 투광성 세라믹스 방전용기를 밀봉하는 종래의 고압 방전램프에 있어서의 그것에 비교하면, 분명하게 짧아지고 있다.
방전매체는, 발광금속의 할로겐화물, 램프전압 형성용 매체 및 희(希)가스로 이루어진다. 램프전압 형성용 매체는, 수은 또는 램프 전압계 형성용 할로겐화물로 이루어진다. 또, 램프 전압계 형성용 할로겐화물은, 증기압이 높아 발광금속의 할로겐화물과의 공존하에서 가시역의 발광량이 발광금속의 발광량과 비교하여 적은 금속의 할로겐화물이다.
리드선(L1, L2)은, 각각의 앞끝단이 전류도입 도체(2, 2)의 기초끝단에 용접에 의해 접속하여 발광관(IT)을 지지하고 있다. 리드선(L1)은, 관축을 따라서 연장하여 후술하는 꼭지쇠(B) 내로 도출되고, 도시되어 있지 않은 중앙에 배치 설치된 핀 형상을 이루는 다른 쪽의 꼭지쇠 단자에 접속하고 있다. 리드선(L2)은, 중간부가 후술하는 외관(OT)을 따라서 되접어 꺾여 꼭지쇠(B) 내로 도입되어 꼭지쇠(B)의 바깥 둘레면에 배치 설치된 링 형상을 이루는 한쪽의 꼭지쇠 단자(t1)에 접속하고 있다.
절연튜브(T)는, 세라믹스의 튜브로 이루어지고, 리드선(L2)을 피복하고 있다.
외관(OT)은, 자외선 커트 성능을 구비하고 있고, 내부에 발광관(IT)을 수납하고 있어, 양 끝단의 지름축소부(4)(도면에서는 우측의 일끝단만이 나타나고 있다)가 리드선(L2)에 유리 용착하고 있다. 그러나, 외관(OT)의 내부는 기밀이 아니라, 바깥 공기에 연이어 통하고 있다.
꼭지쇠(B)는, 자동차 전조등용으로서 규격화되어 있는 것으로, 발광관(IT) 및 외관(OT)을 중심축을 따라 직립하여 지지하고 있어, 자동차 전조등의 배면으로부터 내부로 붙이고 떼기 가능하게 장착된다. 또한, 장착할 때에 전원측의 램프 소켓과 접속할 수 있도록 통형상부의 바깥둘레면에 배치 설치된 링 형상 이루는 한쪽의 꼭지쇠 단자(t1)와, 통형상부의 내부에 형성된 일끝단 개방의 오목부 내에 있어서 중앙에서 축방향으로 돌출하여 배치 설치된 핀 형상을 이루는 다른 쪽의 꼭지쇠 단자를 구비하여 구성되어 있다.
[실시예 1]
투광성 세라믹스 방전용기 : 일체 성형의 투광성 알루미나 세라믹스제, 전체길이 16㎜,
포위부； 최대 안지름 5㎜, 살두께 0.5㎜, 길이 6㎜,
개구부； 안지름 0.7㎜, 살두께 0.5㎜, 길이 5㎜
전류도입 도체 : Nb봉
전극 : 텅스텐봉, 전극 사이 거리 4.2㎜
방전매체 : 발광금속의 할로겐화물 DyI3-NdI3-CsI= 3㎎, 램프 전압 형성용 할로겐화물 ZnI2= 1㎎, 희가스 Xe 10.5기압
밀봉 장착 방법 : 회전하는 개구부에 외부로부터 YAG 레이저를 조사하여, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스를 용융시켜 전류도입 도체를 개구부에 밀봉 장착시켰다.
전기특성 : 램프 전력 35W, 램프 전압 70V
도 3은, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 2 실시형태를 나타내는 개념도이다. 또, 도면에 있어서, 도 2의 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다. 제 2 실시형태에 있어서, 고압 방전램프의 투광성 세라믹스 방전용기(1)는, 레이저를, 그 개구부(1b)의 연장 방향 즉 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 관 축 방향으로부터 조사하는 것에 의해, 개구부에 삽입된 전류도입 도체와 함께 밀봉된다. 이하, 더 상세하게 설명한다.
즉, 제 2 실시형태에 있어서의 밀봉 방법은, 개구부(1b)를 용융하기 위한 가열원은, 국부 가열수단의 일종인 YAG 레이저이며, 개구부(1b) 및 전류도입 도체(2)의 관 축 방향을 따라서 전류도입 도체의 거의 중심위치에 조사 축을 일치시켜 레이저 빔(LB)을 조사하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 제 2 실시형태에 있어서는, 투광성 세라믹스 방전용기(1)를 회전시키는 일 없이 정지 상태로 하고, 또한 YAG 레이저의 레이저 빔(LB)의 초점(f)을 개구 부(1b)의 끝단면으로부터 관 축 방향의 포위부(1a)측에 2∼10㎜ 치우친 위치에 설정하여 조사한다.
밀봉 장착 분위기는, 5∼40기압인 것을 허용한다. 또, 이 분위기의 가스 및 그 압력을 소정 압력의 봉입 희가스로 할 수 있다.
또한, 투광성 세라믹스 방전용기(1)를 구성하는 세라믹스가 알루미나 세라믹스이고, 사용하는 레이저가 YAG 레이저의 경우에는, 바람직하게는 개구부(1b)의 밀봉 예정부를 포위하도록 금속 보온통을 씌운다.
그렇게 해서, 본 발명의 제 2 실시형태에 의하면, 레이저 빔(LB)의 조사 방향을 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 관 축 방향으로 거의 일치시켜 조사하면, 레이저 빔(LB)의 조사창과 투광성 세라믹스 방전용기(1)가 1축상에 일치하기 때문에, 원통형상의 소형 경량이고 간편한 내압 박스 내에서 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)를, 개구부(1b)의 세라믹스가 용융하여 전류도입 도체(2)에 융합되는 것에 의해 형성되어, 굵은 선으로 나타낸 밀봉부(s)에 의해 밀봉할 수 있다. 이 때문에, 장치비용, 분위기 오염에 의한 불순물 혼입이 비약적으로 저감된다.
또한, 개구부(1b)를 둘레방향으로 균일하게 단시간에 가열할 수 있기 때문에, 밀봉의 인덱스 시간이 반감되어, 실질의 장치 가격은 더 반감한다.
또한, 개구부(1b)의 밀봉의 균일성 및 안정성이 향상하고, 이 때문에 밀봉부의 신뢰성이 높아진다.
이에 대해서, 레이저 빔의 조사 방향이 관축에 수직인 방향인 경우에는, 투광성 세라믹스 방전용기(1)를 회전시키면서, 램프 봉입 가스 분위기의 박스 내에서 행하면, 회전기구를 박스 내에 설치할 필요가 있기 때문에, 분위기 오염이 생기기 쉽다. 또한 5기압 이상의 고압 분위기에서 행하는 경우는 회전유닛의 기밀성 확보의 어려움이 있었다.
게다가 또한, 개구부의 세라믹스가 레이저 에너지를 흡수하기 어려워도 상술한 바와 같이 금속 보온통(MT)을 배치 설치하는 것에 의해, 금속 보온통이 조사에너지를 흡수하여 온도 상승하므로, 2차 가열원이 되어 개구부(1b)를 소망에 의해 가열하여 밀봉할 수 있다. 즉, YAG 레이저의 조사 에너지는, 알루미나 세라믹스에는 흡수되기 어려우므로, 용융하고 싶은 개구부의 주위에 금속관을 씌움으로써, 이 문제를 해결할 수 있다. 이것으로부터, 금속 보온통을 이용하지 않는 경우와 비교하여, 몇 분의 1의 것보다 적은 파워의 레이저 유닛으로 동등한 가열이 가능하게 된다. 그러므로 장치 가격을 대폭 저감할 수 있다. 또한, 밀봉의 축방향 균일성이 큰 폭으로 높아져 신뢰성이 향상한다.
게다가 또한, 레이저 빔의 초점(f)을 개구부(1b)의 끝단면으로부터 관 축 방향의 안쪽의 방향 즉 포위부측으로 적당한 오프셋을 시키는 것에 의해, 개구부의 끝단면만이 먼저 가열되는 일 없이, 게다가 관 축 방향 및 관 축으로부터 반지름 방향으로 넓어진 폭넓은 범위를 용융할 수 있으므로, 밀봉의 신뢰성이 증가한다.
한편, YAG 레이저를 CO2 레이저로 바꿈으로써 알루미나 세라믹스에 직접 조사에너지를 흡수시킬 수 있다. 그러면, 보다 적은 파워로 밀봉할 수 있음과 동시에, 표면으로부터 어느 정도 깊은 위치에 대한 가열도 가능하기 때문에, 전류도입 도체가 비교적 저융점의 금속에서도 밀봉이 가능하게 되어, 폭넓은 범위의 금속으로부터 밀봉성이 양호한 것을 선택할 수 있음과 동시에, 밀봉의 신뢰성이 향상한다.
이하, 도 4 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제 2 내지 제 9 실시형태를 실시하기 위한 제 3 내지 제 11의 각 실시형태에 대해 설명한다. 또, 도면 중, 도 2와 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 4는, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 3 실시형태에 있어서의 발광관의 단면도이다. 제 3 형태는, 본 발명의 제 2 및 제 4 형태를 실시하는 것이다.
즉, 제 3 실시형태에 있어서, 전류도입 도체(2)는, 밀봉 장착성 물질봉체(2a') 및 내할로겐성 금속봉체(2b)의 직렬 접속구조를 가지고 있다. 또한, 밀봉 장착성 물질봉체(2a')가 서멧이다. 이 서멧은, 알루미나-몰리브덴의 혼합 소결체이다.
전극(3)은 내할로겐성 금속봉체(2b)의 앞끝단에 용접되어 있다.
서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 부분에 밀봉 장착 예정부가 있고, 이 밀봉 장착 예정부가 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)의 밀봉 장착 예정부에 대향한다. 또한, 서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 부분과, 상기 개구부(1b)의 내면 사이의 틈새가 20∼200㎛의 범위 내가 되도록 미리 설정되어 있다.
서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 부분에 밀봉 장착 예정부 와, 이것에 대향하는 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)의 밀봉 장착 예정부는, 예를 들면 도면 중 부호 LB로 나타내는 레이저 빔을 관 축에 직교하는 방향으로부터 조사하는 것에 의해 가열되어 온도 상승하고, 온도가 서멧의 용융온도에 도달하면, 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 서멧이 최초로 용융하여, 개구부(1b)의 밀봉 장착 예정부에 융착한다. 이 융착과정에 있어서, 개구부(1b)의 세라믹스도 적어도 표면이 젖을 정도로 연화내지 용융하면, 보다 양호한 밀봉 장착부가 형성된다.
서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 부분의 전극(3)측에 있어서, 관 축 방향에 비밀봉 장착부(도시하지 않는다)가 약 1㎜ 정도 이상의 길이에 걸쳐 형성된다. 밀봉 장착부 형성에 있어서, 상기 비밀봉 장착부를 형성하는 것에 의해, 내할로겐성 금속봉체(2b)의 일부가 직접 개구부(1b)에 접합하는 것을 회피할 수 있다. 밀봉 장착부의 형성 때에 내할로겐성 금속봉체(2b)의 일부가 직접 개구부(1b)에 접합하면, 개구부(1b)의 세라믹스와 내할로겐성 금속과의 열팽창율의 차이에 의해서 강한 열응력이 작용하여 밀봉 장착부에 크랙이 발생하기 쉬워진다.
[실시예 2]
도 4에 나타내는 구조이다.
전류도입 도체 : 0.65㎜ 지름 서멧(Mo-알루미나) 봉체 및 0.3㎜ 지름 Mo봉체
전극 : W봉체, 전극 사이 거리 3.0㎜
밀봉 장착부 : 주로 전류도입 도체의 서멧이 용착하고 있다. 또, 서멧이 용착하지 않고, 개구부가 용착해도 좋다.
비밀봉 장착부 : 방전공간측에서 평균틈새 0.05㎜, 관 축 방향의 길이 1.5㎜
희가스 : Xe 0.5기압
그 외의 구성은 실시예 1과 같다.
도 5는, 본 발명의 고압 방전램프를 실시하기 위한 제 4 형태에 있어서의 발광관의 단면도이다. 제 4 형태는, 본 발명의 제 2, 제 3 및 제 4 형태를 실시하는 것이다.
즉, 전술의 제 3 실시형태에 있어서는, 전류도입 도체(2)가, 서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a') 및 내할로겐성 금속봉체(2b')의 직렬 접속구조이지만, 내할로겐성 금속봉체(2b')는 서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a')를 관통하여 기초끝단부(2b1)가 개구부(1b)의 외부로 돌출하고 있다.
이것에 대해서, 제 4 실시형태에 있어서는, 전류도입 도체(2)의 도전성을 주로 내할로겐성 금속봉체(2b')가 담당한다. 이 때문에, 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 서멧은, 밀봉 장착성을 고려한 Mo-알루미나 혼합율을 채용하여, 보다 한층 양호한 밀봉 장착을 행할 수 있다.
또한, 상기 기초끝단부(2b1)는, 서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a')보다 용융온도가 높으므로, 밀봉 장착부를 형성해도 연화하여 변형하는 일이 없다.
[실시예 3]
도 5에 나타내는 구조이다.
전류도입 도체 : 서멧{Mo-알루미나, 혼합비율(질량%) 50 : 50} 봉체 및 Mo봉 체
비밀봉 장착부 : 평균 틈새 0.05㎜, 관 축 방향의 길이 1.5㎜
그 외의 구성은 실시예 2와 같다.
또, 상기 비밀봉 장착부의 평균 틈새는, 밀봉 장착부에 인접하는 부위에서, 또한 밀봉 장착에 수반하는 변형이 생기지 않은 부위에서 계측하는 것으로 하여, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 안지름과 전류도입 도체의 직경과의 차이의 1/2에 의해 구한다.
도 6은, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 5 실시형태에 있어서의 발광관의 일부 절결 단면도이다. 제 5 실시형태는, 제 4 실시형태의 변형예에 상당한다. 즉, 본 발명의 제 2, 제 3 및 제 4 형태를 실시하는 것이다.
즉, 전류도입 도체(2)는, 서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a'), 니오브 봉체(2c) 및 내할로겐성 금속봉체(2b')의 직렬 접속구조이지만, 니오브 봉체(2c) 및 내할로겐성 금속봉체(2b')는 그러한 일부가 서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질봉체(2a')에 몰입하고 있다.
[실시예 4]
도 6에 나타내는 구조이다.
전류도입 도체 : Nb봉체, 서멧{Mo-Al2O3, 혼합비율(질량%) 50 : 50} 봉체 및 Mo봉체
비밀봉 장착부 : 평균 틈새 0.05㎜ 관 축 방향의 길이 1.5㎜
그 외의 구성은 실시예 2와 같다.
도 7은, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 6 실시형태에 있어서의 발광관의 단면도이다. 제 6 실시형태는, 본 발명의 제 5 형태를 실시하는 것이다.
즉, 제 6 실시형태에 있어서, 전류도입 도체(2)는, 밀봉 장착성 물질봉체(2a)가 니오브 봉체로 이루어진다. 그리고, 밀봉 장착성 물질봉체(2a)의 앞끝단부를 얇은 두께의 내할로겐성 금속제의 컵체(4)가 피복하고 있다.
그렇게 하여, 제 6 실시형태에 의하면, 밀봉 장착성 물질봉체(2a)의 니오브가 컵체(4)에 의해서 피복되어 있기 때문에, 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 방전공간(1c) 내에 노출하지 않으므로, 방전매체의 할로겐화물과 반응하는 것을 저지할 수 있다.
[실시예 5]
도 7에 나타내는 구조이다.
전류도입 도체 : Nb봉체
컵체 : 살두께 20㎛의 Mo제
전극 : W봉체, 전극 사이 거리 3㎜
밀봉 장착부 : 주로 니오브 봉체의 용착에 의해 형성되고 있다. 또, 니오브봉체가 용융하지 않고, 개구부의 세라믹스가 용융해도 좋다.
도 8은, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 7 실시형태에 있어서의 발광관의 단면도 및 부분 확대사시도이다. 제 7 형태는, 본 발명의 제 6 형태를 실시하는 것이다.
즉, 제 7 실시형태에 있어서, 전류도입 도체(2)는, 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)의 외부에 배치한 밀봉 장착재(5)의 용착에 의해 개구부(1b)에 밀봉 장착된다.
밀봉 장착재(5)는, 사시도에 나타내는 바와 같이 중심부에 관통구멍(5c)이 형성된 얇은 두께의 원반형상을 이루고, 니오브 기초재(5a) 및 니오브 기초재(5a)의 표면에 피착된 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 막(5b)을 구비하고 있다. 그리고, 밀봉 장착재(5)는, 밀봉 장착에 앞서 도 8에 있어서 좌측이 위가 되어, 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 관축을 연직으로 세운 상태에서, 도면에 나타내는 바와 같이 전류도입 도체(2)의 돌출부에 관통구멍(5c)을 삽입 통과시켜, 개구부(1b) 끝단면에 얹어 놓게 된다.
밀봉 장착부를 형성함에는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 관 축 방향 위로부터 레이저 빔(LB)을 투광성 세라믹스 방전용기(1), 전류도입 도체(2) 및 밀봉 장착재(5)에 조사한다. 이 조사를 행하면, 밀봉 장착재(5), 전류도입 도체(2) 및 개구부(1b)가 가열되어 온도 상승한다. 이때, 밀봉 장착재(5)는, 그 열용량이 작고, 게다가 니오브 기초재(5a) 및 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 막(5b)이 함께 얇기 때문에, 최초에 융점 이상으로 온도 상승하여 용융한다. 그리고, 용융하여 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)와 전류도입 도체(2) 사이의 틈새로 아래로 흘러, 밀봉 장착 예정부에 이르면 가열을 정지한다. 밀봉 장착 예정부에 밀봉 장착재(5)의 용융물이 아래로 흘러 고체화되면, 밀봉 장착 예정부에 밀봉 장착부가 형성된다.
상술의 밀봉 장착 방법은, 종래의 프릿 유리를 이용하여 밀봉 장착하는 경우와 유사하지만, 프릿 유리를 이용하는 대신에 투광성 세라믹스 방전용기(1) 또는/및 전류도입 도체(2)의 개구부(1b)에 대향하는 부분의 재료와 동질의 재료의 융착에 의해서 밀봉 장착이 행해진다.
[실시예 6]
도 8에 나타내는 구조이다.
전류도입 도체 : Nb봉체
밀봉 장착재 : 살두께 100㎛ 니오브 기초재 + 니오브 기초재 양면의 살두께 100㎛ Al2O3막
밀봉 장착부 : 주로 밀봉 장착재의 융착에 의해 형성되고 있다.
그 외의 구성은 실시예 5와 같다.
도 9 및 도 10은, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 8 실시형태의 발광관을 나타내고, 도 9는 단면도, 도 10은 밀봉 장착부 근방의 확대 단면도이다. 제 8 실시형태는, 본 발명의 제 7 형태를 실시하는 것이고, 밀봉 장착부의 개구부(1b) 및 전류도입 도체(2)의 각각에 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 바깥쪽으로 향하여 넓게 열리는 원추 형상의 테이퍼부(1b1 및 2a1)를 형성하고 있다.
제 8 실시형태에 있어서는, 도 8에 나타내는 제 7 실시형태와 같이 관 축 방향으로부터 가열하면 적합하다. 즉, 테이퍼부(1b1 및 2a1)의 각도 θ1과 레이저 빔(LB)의 조사각도 θ2를 거의 일치시키면, 밀봉 장착부 예정부의 계면을 집중적으 로 가열하기 쉬워진다. 또한, 테이퍼부(1b1 및 2a1)의 각도가 크면 밀봉 장착 예정부를 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 테이퍼부(1b1 및 2a1)가 형성되어 있으면, 전극 마운트의 원하지 않는 경사를 억제할 수 있다.
[실시예 7]
도 9 및 도 10에 나타내는 구조이다.
개구부 : 내면에 각도 17.3°의 테이퍼부를 형성하고 있다.
전류도입 도체 : 밀봉 장착 예정부에 각도 17.3°의 테이퍼부를 형성한 Nb봉체
밀봉 장착부 : 주로 개구부의 세라믹스의 융착에 의해 형성되고 있다.
그 외의 구성은 실시예 3과 같다.
도 11은, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 9 실시형태의 발광관의 단면도 및 주요부 횡단면도 및 주요부 종단면도이다. 제 9 실시형태는, 본 발명의 제 8 형태를 실시하는 것이고, 전류도입 도체(2)는, 그 도전성 물질봉체(2d)의 밀봉 장착 예정부의 바깥둘레면에 밀봉 장착재(6)를 구비하고 있다.
즉, 전류도입 도체(2)의 도전성 물질봉체(2d)의 밀봉 장착 예정부에 밀봉 장착재(6)가 미리 피착되어 있다. 밀봉 장착재(6)는, 도전성 물질봉체(2d) 위에 니오브층(6a) 및 투광성 세라믹스 방전용기(1)와 동질 재료의 층(6b)을 1단위로 하ㅇ여 원하는 단위 수로 적층된다. 투광성 세라믹스 방전용기(1)와 동질 재료의 층(6b)은, 니오브층(6a)의 전체를 덮도록 적층되어 있다.
밀봉 장착부는, 적어도 밀봉 장착재(6)가 주로 융착하는 것에 의해 형성된 다.
[실시예 8]
도 11에 나타내는 구조이다.
전류 도입도체 : Mo봉체
밀봉 장착재 : 모두 약 0.1㎜의 니오브층 및 Al2O3층의 적층체
밀봉 장착부 : 주로 밀봉 장착재의 융착에 의해 형성되고 있다.
그 외의 구성은 실시예 3과 같다.
도 12는, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 10 실시형태의 전류도입 도체 및 밀봉 장착재의 모식적 주요부 단면도이다. 제 10 실시형태는, 본 발명의 제 8 형태에 있어서의 변형예를 실시하는 것이고, 전류도입 도체(2)의 바깥둘레면에 피착되는 밀봉 장착재(6)가, 니오브층(6a) 및 투광성 세라믹스 방전용기(1)와 동질 재료의 층(6b)의 단위가 복수 적층된 구조를 구비하고 있다.
[실시예 9]
도 12에 나타내는 구조이다.
전류도입 도체 : Mo봉체
밀봉 장착재 : 살두께 약 0.05㎜의 니오브층 및 Al2O3층의 단위가 복수세트 적층되어 구성되고 있다.
밀봉 장착부 : 주로 밀봉 장착재의 융착에 의해 형성되고 있다.
그 외의 구성은 실시예 3과 같다.
도 13은, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 11 실시형태의 발광관의 단면도 및 주요부 횡단면도이다. 제 11 실시형태는, 본 발명의 제 9 형태를 실시하는 것이고, 전류도입 도체(2)는, 그 도전성 물질봉체(2d')의 밀봉 장착 예정부의 바깥둘레면에 밀봉 장착재(6')를 구비하고 있다.
즉, 전류도입 도체(2)의 도전성 물질봉체(2d')의 밀봉 장착 예정부에 밀봉 장착재(6')가 미리 피착되어 있다. 밀봉 장착재(6')는, 도전성 물질봉체(2d') 위에 투광성 세라믹스 방전용기(1)와 동질 재료의 층(6a') 및 니오브층(6b')을 1단위로 하여, 원하는 단위 수가 적층된다. 투광성 세라믹스 방전용기(1)와 동질 재료의 층(6a')은, 니오브층(6b')의 전체를 덮도록 적층되고 있다.
[실시예 10]
도 13에 나타내는 구조이다.
전류도입 도체 : Nb봉체
밀봉 장착재 : 모두 약 0.1㎜의 Al2O3층 및 니오브층의 적층체
밀봉 장착부 : 주로 밀봉 장착재의 융착에 의해 형성되고 있다.
그 외의 구성은 실시예 3과 같다.
도 14 내지 도 16은, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 12 실시형태를 나타내고, 도 14는 투광성 세라믹스 방전용기 및 전류도입 도체의 밀봉 장착 공정을 설명하는 고압 방전램프의 모식적 단면도, 도 15는 전극 마운트의 모식적 사시도, 도 16은 (a)가 표면층 형성 전의 밀봉 장착성 물질봉체의 표면사진, (b)가 표 면층의 표면사진이다. 또, 제 12 실시형태는, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 12 형태를 실시하는 것이다. 도 14 및 도 15에 있어서, 도 2와 동일부분에 대해서는 동일부호를 붙여 설명은 생략한다.
제 12 실시형태는, 전류도입 도체(2)의 서멧으로 이루어지는 밀봉 장착성 물질도체(2a')의 바깥둘레면에 표면층(2e)이 형성되고 있다. 이 표면층(2e)은, 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)의 세라믹스와 동질 재료로 이루어진다. 본 형태에 있어서, 투광성 세라믹스 방전용기(1)는, 투광성 알루미나 세라믹스로 이루어지므로, 표면층(2e)도 알루미나를 주체로 하여 구성되어 있다.
또, 전류도입 도체(2) 및 전극(3)은, 미리 용접에 의해서 직렬 접속하여 일체화되어 전극 마운트(M)를 구성하고 있다. 그리고, 전극 마운트(M)를 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)로부터 소정위치까지 삽입되어, 상술과 같이 밀봉 장착된다.
제 12 실시형태에 있어서, 표면층(2e)은, 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 서멧 표면에 석출하고 있는 서멧 구성 금속을 강산(强酸)으로 제거하여 서멧 구성 세라믹스만을 잔류시키는 것에 의해 형성되고 있다. 강산으로서 예를 들면 왕수(염산:질산=3:1)를 이용하여, 이것에 서멧 부분을 소정시간, 예를 들면 30분 정도 침지하고, 그 후 순수한 물로 세정하여, 건조하면, 표면에 부착한 수분과 불순물이 제거된다. 그렇게 해서, 강산 처리에 의해 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 서멧 표면에는 대부분 알루미나만이 잔류해 노출하므로, 이것이 표면층(2e)이 된다.
또, 제 12 실시형태에 있어서, 투광성 세라믹스 방전용기(1)는, 적어도 그 개구부에 있어서의 알루미나 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.5㎛ 이하이다. 상기 서멧은, 알루미나의 함유 질량비율이 5∼60%의 범위내에 있다.
투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)와 전류도입 도체(2)의 밀봉 장착은 이하와 같이 행하여진다. 즉, 투광성 세라믹스 방전용기(1) 및 전극 마운트 (M)를 함께 회전시키면서 레이저 빔(LB)을 도 14에 나타내는 바와 같이 밀봉 장착 예정부의 뒤쪽으로 오프 포커스시켜 관 축에 대해 측방으로부터 조사하여 전류도입 도체(2)의 밀봉 장착성 물질봉체(2a'), 표면층(2e) 및 개구부(1b)를 가열한다. 레이저를 조사하면, 최초에 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 서멧 부분의 내부에서의 열 흡수가 커져, 밀봉 장착성 물질봉체(2a')의 서멧 부분으로부터의 열 전달에 의해 표면층(2e)이 가열되어 용융한다. 그리고, 또한 표면층(2e)에 접촉하고 있는 개구부(1b)에 열이 전달됨으로써, 표면층(2e)을 사이에 두고 밀봉 장착 예정부의 전체가 용융 상태가 된다. 그 후, 가열을 종료하면, 용융부가 고체화되어 고용한 밀봉 장착부가 형성된다. 이와 같이, 밀봉 장착부에 있어서는, 상기 개구부(1b)와 전류도입 도체(2)의 밀봉 장착성 물질봉체(2a')가 표면층(2e)을 사이에 두고 고용함으로써, 충분한 기밀을 얻을 수 있다.
[실시예 11]
도 14에 나타내는 구조이다.
투광성 세라믹스 방전용기 : 일체 성형의 투광성 알루미나 세라믹스제, 전체길이 15㎜, 포위부；최대 안지름 5㎜, 살두께 0.5㎜, 길이 6㎜, 개구부；안지름 0.7㎜, 살두께 0.5㎜, 길이 5㎜
전류도입 도체 : 밀봉 장착성 물질봉체가 서멧(Mo-Al2O3 질량비 1:1) 부분에 의해서 형성되어, 서멧 부분의 바깥둘레면에 Al2O3 박막의 표면층이 형성되고 있다.
전극 : 텅스텐 봉체로, 밀봉 장착성 물질봉체의 앞끝단에 용접되고, 전극 사이 거리 3.0㎜
밀봉 장착부 : 전류도입 도체의 서멧 부분, 표면층 및 개구부의 세라믹스가 고용하여 밀봉 장착부를 형성하고 있다.
방전매체 : DyI3-NdI3-CsI=3㎎, 희가스 Xe 0.5기압
그 외의 구성은 실시예 3과 같다.
도 16 (a)는, 실시예 11에 있어서의 강산처리 전의 서멧 부분 표면의 사진, 도 16 (b)는 마찬가지로 강산처리에 의해 형성된 표면층(2e)의 사진이다. 도 16 (b)에는, 서멧 부분의 표면층부의 도전성 금속이 제거되어 알루미나만이 잔류하는 것에 의해 표면층(2e)이 형성되고 있는 상태가 나타나고 있다.
다음에, 본 발명의 고압 방전램프에 있어서의 제 13 실시형태를 설명한다. 제 13 실시형태도 또한 본 발명의 제 12 형태를 실시하는 것이지만, 전류도입 도체(2)의 표면층(2e)을 형성하는 수단이 다르다.
제 13 실시형태에 있어서, 표면층(2e)은, 알루미늄막을 양극 산화에 의해 형성한 알루미나층으로 이루어진다. 제 13 실시형태에 있어서, 상기 알루미늄막은, 그 막 두께가 1∼10㎛ 정도인 것이 허용된다. 그리고, 서멧 부분의 바깥둘레면에 알루미늄막을 부착시켜 형성하면, 다음에 전류도입 도체(2)의 서멧 부분을 25질량%의 농도의 황산 전해액 중에서, 액체의 온도 20℃에서, 전류밀도 1A/d㎡의 전류를 몇분간 통류시켜서 양극 산화처리를 실시한다. 그 후, 전류도입 도체(2)를 순수한 물로 세정하고, 건조시켜 표면의 불순물이나 수분을 제거한다. 그 결과, 알루미늄막이 산화하여 형성된 알루미나막으로 이루어지는 표면층(2e)이 서멧 부분의 바깥둘레면에 형성된다. 또, 이 경우의 표면층(2e)은, 알루미나막이 다공질이 되고 있다.
다음에, 투광성 세라믹스 방전용기(1)의 개구부(1b)에 전극 마운트(M)를 삽입하고 나서 제 12 형태에 있어서와 같은 형태로 레이저를 조사하여 밀봉 장착을 형성한다.
그렇게 하여, 제 13 실시형태에 있어서도 제 12 실시형태에 있어서와 같은 작용, 효과를 이룬다.
도 17은 본 발명의 고압 방전램프 점등장치에 있어서의 일실시형태를 나타내는 블록 회로도이다. 본 실시형태는, 그 점등회로가 저주파 교류 점등회로 방식을 채용하고 있다. 도면에 있어서, DC는 직류 전원, BUT는 승압초퍼, FBI는 풀 브리지형 인버터, IG는 이그나이터, MHL는 자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프이다.
직류 전원(DC)은, 예를 들면 자동차의 배터리로 이루어진다.
승압초퍼(BUT)는, 그 입력 끝단이 직류 전원(DC)에 접속하고 있다.
풀 브리지형 인버터(FBI)는, 그 입력 끝단이 승압초퍼(BUT)의 출력 끝단에 접속하고 있다.
이그나이터(IG)는, 풀 브리지형 인버터(FBI)의 저주파 교류 출력을 입력하여 고전압 시동 펄스를 발생하고, 시동할 때에 후술하는 자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프(MHL)의 한 쌍의 전극 사이에 인가한다.
자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프(MHL)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 구성이고, 풀 브리지형 인버터(FBI)의 출력 끝단 사이에 접속하여 저주파 교류 점등한다.
도 18은, 본 발명의 조명장치에 있어서의 일실시형태로서의 자동차 전조등을 나타내는 개념적 측면도이다. 도면에 있어서, 11은 전조등 본체, 12는 고압 방전램프 점등장치, 13은 자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프이다.
전조등 본체(11)는, 용기 형상을 이루고, 내부에 반사거울(11a), 전면에 렌즈(11b) 및 도시를 생략하고 있는 램프 소켓 등을 구비하고 있다.
고압 방전램프 점등장치(12)는, 도 3에 나타내는 회로구성을 구비하고 있어, 주점등회로(12A) 및 시동기(12B)를 구비하고 있다. 주점등회로(12A)는, 도 3의 승압초퍼(BUT) 및 풀 브리지형 인버터(FBI)를 주구성 요소로 하여 구성되어 있다. 시동기(12B)는, 마찬가지로 이그나이터(IG)를 주구성 요소로 하여 구성되어 있다.
자동차 전조등용 메탈 하라이드 램프(13)는, 상기 램프 소켓에 장착되어 점등한다.
본 발명에 의하면, 프릿 유리를 이용하지 않고 투광성 세라믹스 방전용기 및 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부의 밀봉 장착 성능을 향상한 고압 방전램프, 이 것을 이용한 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 프릿 유리를 이용하지 않기 때문에, 투광성 세라믹스 방전용기의 최냉부(最冷部) 온도를 높게 설정하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 할로겐화물의 증기압이 한층 증대하여 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 프릿 유리를 이용하지 않기 때문에, 내부에 모세관이라 불리는 작은 틈새를 형성하기 위한, 소지름 통부를 반드시 필요로 하지 않게 되므로, 이 경우에는 또한 이하의 효과를 이룬다.
(1) 투광성 세라믹스 방전용기의 내충격성 및 내열 충격성이 한층 양호하게 된다.
(2) 소지름 통부를 생략하는 것에 의해, 투광성 세라믹스 방전용기의 축 방향의 크기를 단축하여 고압 방전램프의 소형화를 도모할 수 있다.
(3) 모세관 내에 진입하는 만큼의 방전매체가 불필요하게 되므로, 방전매체의 봉입량을 삭감할 수 있다. 이것에 수반하여, 방전매체 중에 섞여 들어가는 불순물의 양도 저감하므로, 시동성이 향상하고, 백탁이나 흑화가 저감하여 광속 유지율이 향상하고, 전극 소모가 감소한다. 그 결과, 고압 방전램프의 수명특성이 향상한다. 또한, 방전매체의 봉입량의 저감에 의해, 고압 방전램프의 비용 저감을 도모할 수 있다.

Claims (17)

  1. 개구부를 구비한 투광성 세라믹스 방전용기와;
    투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 삽입되어, 상기 개구부에 밀봉 장착된 전류도입 도체와;
    전류도입 도체에 접속하여 투광성 세라믹스 방전용기 내에 밀봉 장착된 전극과;
    투광성 세라믹스 방전용기 내에 봉입된 방전매체;
    를 구비하고, 전류도입 도체의 밀봉 장착은 주로 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부의 세라믹스의 융착에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  2. 제 1 항에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부의 세라믹스가 용융하는 것에 의해서 투광성 세라믹스 방전용기에 기밀하게 밀봉 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부에 대향하는 니오브 부분을 구비하고 있고;
    니오브 기초재 및 니오브 기초재의 적어도 한 면에 피착된 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 막을 구비하고, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구 끝단의 바깥쪽에 배치되어 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체의 사이를 밀봉 장착하고 있는 밀봉 장착재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  4. 개구부를 구비한 투광성 세라믹스 방전용기와;
    투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 삽입되어, 상기 개구부에 밀봉 장착 된 전류도입 도체와;
    전류 도입도체에 접속하여 투광성 세라믹스 방전용기 내에 밀봉 장착된 전극과;
    투광성 세라믹스 방전용기 내에 봉입된 방전매체;
    를 구비하고, 전류도입 도체의 밀봉 장착은 주로 전류도입 도체의 개구부에 대향하는 부분의 재료와 동질의 재료의 융착에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  5. 제 4 항에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부에 대향하는 부분이 서멧(cermet)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  6. 제 5 항에 있어서, 전류도입 도체는, 서멧 부분에 인접하는 금속봉 부분을 구비하여, 금속봉 부분이 서멧 부분의 적어도 일부에 몰입하고 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 전류도입 도체의 서멧 부분과 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와의 사이에 형성되어 있는 비밀봉 장착부 평균 틈새가 20∼200㎛인 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 전류도입 도체의 투광성 세라믹스 방전용기에 밀봉 장착되는 서멧 부분은, 적어도 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐 등의 금속성분과, 알루미나, YAG 및 이트리아 등의 세라믹스 성분을 포함하고, 금속성분의 함유비율이 5∼60질량%인 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 전류도입 도체의 투광성 세라믹스 방전용기에 밀봉 장착되는 서멧 부분은, 적어도 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐 등의 금속성분과, 알루미나, YAG 및 이트리아 등의 세라믹스 성분을 포함하고, 금속성분의 함유 비율이 50∼80질량%인 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  10. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 전류도입 도체는, 서멧 부분의 바깥둘레면에 주로 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료로 이루어지는 표면층을 구비하고 있고, 투과성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부가 적어도 표면층과 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부가 고용하는 것에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  11. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 투광성 세라믹스 방전용기는, 바깥쪽을 향하여 지름이 확대된 테이퍼부를 갖는 개구부를 구비하고 있고;
    전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부에 삽입되어, 적어도 개구부의 테이퍼부에 대향하는 부분이 해당 테이퍼부에 적합한 테이퍼부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  12. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부의 내면에 대향하는 부분이, 도전성 물질봉체 및 도전성 물질봉체의 주위면을 덮는 니오브층 및 니오브층의 바깥면을 덮는 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층을 갖는 밀봉 장착재를 구비하고 있고, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부와 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부가 적어도 밀봉 장착재의 융착에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  13. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 전류도입 도체는, 투광성 세라믹스 방전용기의 적어도 개구부에 대향하는 부분이, 도전성 물질봉체, 도전성 물질체의 주위면에 피착된 투광성 세라믹스 방전용기와 동질 재료의 층, 이 층의 위에 형성된 니오브층을 구비한 밀봉 장착재를 구비하고 있고, 투광성 세라믹스 방전용기의 개구부 와 전류도입 도체 사이의 밀봉 장착부가 적어도 밀봉 장착재의 융착에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  14. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 투광성 세라믹스 방전용기는, 투광성 다결정 알루미나 세라믹스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  15. 제 14 항에 있어서, 투광성 다결정 알루미나 세라믹스는, 적어도 개구부의 결정 평균 입자지름이 4㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  16. 제 1 항 또는 제 4 항에 기재된 고압 방전램프와;
    고압 방전램프를 점등하는 점등회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프 점등장치.
  17. 조명장치 본체와;
    조명장치 본체에 배치 설치된 제 1 항 또는 제 4 항에 기재된 고압 방전램프와;
    고압 방전램프를 점등하는 점등회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
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