WO2015079806A1

WO2015079806A1 - セラミックメタルハライドランプ及びその製造方法

Info

Publication number: WO2015079806A1
Application number: PCT/JP2014/076833
Authority: WO
Inventors: 拓也下村; 泰笹井; 昭美前原
Original assignee: 岩崎電気株式会社
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2015-06-04
Also published as: JP2015103491A; JP5846504B2

Abstract

放電容器の細管部から突出するニオブ製のリード線が、ランプの製造工程等において、容易に折れることを防止し、ランプの製造工程を効率化することを目的とする。セラミックメタルハライドランプは、透光性外管と、発光部（１３０Ｃ）と細管部（１３０Ａ）を有する放電容器と、該放電容器の細管部（１３０Ａ）に装着された電極システム（１２０ａ）と、を有し、前記電極システム（１２０ａ）は、タングステン電極（１２３）、電流供給導体（１２２）、及び、ニオブ製のリード線（１２１）を有する。前記電流供給導体（１２２）と前記リード線（１２１）の接続部分は前記細管部（１３０Ａ）の内部に配置され、前記リード線（１２１）の一部は前記細管部（１３０Ａ）内に配置され、前記リード線（１２１）の残りの部分は前記細管部（１３０Ａ）の先端より突出しており、該突出部分の前記細管部（１３０Ａ）近傍の周囲には、前記細管部（１３０Ａ）にシール部を形成するときに発生するガスを吸収するガス吸収部材（１３１）が装着されている。

Description

セラミックメタルハライドランプ及びその製造方法

　本発明は、セラミックメタルハライドランプ及びその製造方法に関し、特に、放電容器の端部の構成に関する。

　近年、セラミック製の放電容器を用いるセラミックメタルハライドランプが広く普及している。セラミックメタルハライドランプでは、放電容器が透光性アルミナ等のセラミックによって形成されているため、封入物質との反応に起因した放電容器の劣化が少なく、ランプ寿命を改善することができる。

　セラミックメタルハライドランプの放電容器は、略回転楕円体形状の発光部とその両側の細管部（キャピラリ）からなる。細管部には電極システムがそれぞれ装着される。細管部と電極システムの間の隙間を封止材によって封止することによってシール部が形成される。シール部によって、放電容器の内部は密閉され、アルゴン等の不活性ガスと発光物質が封止される。

　電極システムは、典型的には、タングステン棒によって形成された電極、導電性サーメット棒を含む電流供給導体、及び、導電性材料によって形成されたリード線を有する。電極、電流供給導体、及び、リード線は突き合わせ溶接によって接続される。

　特許文献２、３、４に開示された例では、電流供給導体が放電容器の細管部より突出しており、電流供給導体とリード線の溶接部は放電容器の細管部の外側の位置にある。このような構造では、溶接部における折れを防止するために、溶接部を補強する構造が設けられる。例えば、特許文献２には、タングステンワイヤをコイル状に捲回した補強部材の例が記載されている。

特表2003-532259号公報特開2003-100254号公報特開2002-367564号公報特開2012-043542号公報

　特許文献１に開示された例では、電流供給導体が放電容器の細管部の内部に収納されており、電流供給導体とリード線の溶接部は放電容器の細管部の内部にある。リード線の一部は放電容器の細管部の内部に収納され、リード線の残部は放電容器の細管部より突出している。このような構造では、溶接部に補強部材を設けない。一方、リード線は、展性及び延性に優れた金属ニオブ棒によって形成される。

　しかしながら、リード線を金属ニオブによって形成しても、セラミックメタルハライドランプの組立工程では、折れる場合がある。また製品完成後であっても、ランプ輸送中の振動や衝撃、ランプ設置場所によっては継続的な振動や衝撃が加わることによってリード線が断線することも考えられる。

　本発明の目的は、放電容器の細管部から突出するニオブ製のリード線が、ランプの製造工程等において、容易に折れることを防止し、ランプの製造工程を効率化することができる、セラミックメタルハライドランプ及びその製造方法を提供することにある。

　本願の発明者は、先ず、ニオブ製のリード線が容易に折れる原因を究明した。ニオブＮｂは、常温では比較的安定であるが、高温では炭素、水素等を吸収して脆化することが知られている。特許文献３に記載されているように、放電容器の細管部にシール部を形成する過程で、フリット成形体が溶融するとき、一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ₂等のガスを発生することが知られている。本願の発明者は、金属ニオブがこれらのガスを吸収することによりリード線が脆化すると考えた。

　そこで、リード線の脆化を回避するには、これらのガスをリード線が吸収しないように予め除去すればよい。本願の発明者は、これらのガスを除去する方法を鋭意考察した。本願の発明者は、ガス吸収部材をリード線に設けることを着想した。即ち、フリット成形体の溶融によって発生したガスを、リード線が吸収する前に、リード線に設けたガス吸収部材によって吸収すればよい。尚、特許文献３には、シール部のガラスフリットに気泡が発生することを回避するために、ストッパをニオブ又はタンタルによって構成することが記載されている。

　ガス吸収部材は、フリット成形体の溶融によって発生するガスを吸収することができるならどのような材料によって構成してもよい。しかしながら、ガス吸収部材は、好ましくは金属ニオブによって構成される。リード線の脆化の原因は、フリット成形体の溶融によって発生したガスがニオブ製のリード線によって吸収されることにある。従って、同一材料であるニオブ製のガス吸収部材によって、そのようなガスを吸収し除去するのが効率的である。更に、フリット成形体の溶融によって発生したガスの種類を特定することができなくても、それを除去することができる。

　尚、ガス吸収部材は、リード線を構成する金属と同一の金属、即ち、金属ニオブによって構成することが好ましいが、金属ニオブと同等にガス吸収作用を有する他の金属、例えば、タンタル製であってもよい。ニオブとタンタルは、半金属と称される第５族元素に属し、類似した化学的性質を有する。

　本発明の実施形態によると、透光性外管と、発光部と細管部を有する放電容器と、該放電容器の細管部に装着された電極システムと、を有し、前記電極システムは、タングステン電極、電流供給導体、及び、ニオブ製のリード線を有するように構成されたセラミックメタルハライドランプにおいて、
　前記電流供給導体と前記リード線の接続部分は前記細管部の内部に配置され、前記リード線の一部は前記細管部内に配置され、前記リード線の残りの部分は前記細管部の先端より突出しており、該突出部分の前記細管部近傍の周囲には、前記細管部にシール部を形成するときに発生するガスを吸収するガス吸収部材が装着されている。

　本実施形態によると前記セラミックメタルハライドランプにおいて、前記ガス吸収部材はニオブ製又はタンタル製のコイルによって構成されてよい。

　本実施形態によると前記セラミックメタルハライドランプにおいて、前記電流供給導体は、耐ハロゲン性中間材と導電性サーメット棒を含み、前記タングステン電極は前記耐ハロゲン性中間材に接続され、前記リード線は前記導電性サーメット棒に接続されてよい。

　本実施形態によると前記セラミックメタルハライドランプにおいて、前記細管部のうち封止材が形成されたシール部の長さは、前記細管部の先端から前記導電性サーメット棒の内端までの寸法に等しいか又はそれより大きくてよい。

　本実施形態によると前記セラミックメタルハライドランプにおいて、前記リード線には、前記ガス吸収部材と前記細管部の先端とを隔離するストッパが接続されてよい。

　本発明の実施形態によると、透光性外管と、発光部と細管部を有する放電容器と、前記細管部に設けられたタングステン電極、電流供給導体、及び、ニオブ製のリード線を有する電極システムと、を備えたセラミックメタルハライドランプの製造方法において、
　発光部と細管部を有する放電容器と、ニオブ製のリード線を有する電極システムと、を用意するステップと、
　前記電極システムのリード線に、ガス吸収部材を装着し、次に、フリット成形体を装着するステップと、
　前記細管部に前記電極システムを挿入するステップと、
　前記放電容器の中心軸線が垂直となるように、前記放電容器を支持するステップと、
　前記フリット成形体を加熱して溶融させる溶融ステップと、
　前記溶融したフリットが前記ガス吸収部材と接触しながら前記細管部内に流入し、前記細管部の内面と前記電極システムの間の隙間を充填したとき前記溶融したフリットを固化させて封止材を形成するステップと、とを有する。

　本発明の実施形態によると、透光性外管と、発光部と細管部を有する放電容器と、前記細管部に設けられたタングステン電極、電流供給導体、及び、ニオブ製のリード線を有し、前記リード線には該リード線の軸線に対して直交するように配置された２本の金属線のストッパが接続されている電極システムと、を備えたセラミックメタルハライドランプの製造方法において、
　発光部と細管部を有する放電容器と、ニオブ製のリード線を有し、前記リード線には該リード線の軸線に対して直交するように配置された２本の金属線のストッパが接続されている電極システムと、を用意するステップと、
　前記電極システムのリード線に、ガス吸収部材を装着し、次に、フリット成形体を装着するステップと、
　前記細管部に前記電極システムを挿入するステップと、
　前記放電容器の中心軸線が垂直となるように、前記放電容器を支持することにより前記ストッパと前記細管部の端面とを当接させるとともに前記ストッパと前記ガス吸収部材とを当接させるステップと、
　前記フリット成形体を加熱して溶融させる溶融ステップと、
　前記溶融したフリットが前記ガス吸収部材と接触しながら前記ストッパの間から前記細管部内に流入し、前記細管部の内面と前記電極システムの間の隙間を充填したとき前記溶融したフリットを固化させて封止材を形成するステップと、とを有する。

　本発明の実施形態によると、セラミックメタルハライドランプの製造方法において、前記ガス吸収部材はニオブ製又はタンタル製のコイルによって構成されてよい。

　本発明によれば、放電容器の細管部から突出するニオブ製のリード線が、ランプの製造工程等において、容易に折れることを防止し、ランプの製造工程を効率化することができる、セラミックメタルハライドランプ及びその製造方法を提供することができる。

図１Ａは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの構成例を説明する図である。図１Ｂは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの放電容器の構成例を説明する図である。図１Ｃは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの放電容器の細管部のシール部の構成例を説明する図である。図２Ａは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの放電容器の細管部に電極システムを挿入する方法を説明する説明図である。図２Ｂは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの電極システムのリード線にガス吸収部材及びフリット成形体を挿入する方法を説明する説明図である。図３は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの放電容器をシール装置に装着した状態を説明する図である。図４は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの放電容器の細管部のシール部を形成する封止工程の例を説明する説明図である。図５は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの放電容器の細管部のシール部に用いるフリット成形体の構造の例を示す図である。図６Ａは、本願発明者が試作したガス吸収部材の構造の例を示す図である。図６Ｂは、本願発明者が試作したガス吸収部材の構造の例を示す図である。図６Ｃは、本願発明者が試作したガス吸収部材の構造の例を示す図である。図７Ａは、本願発明者が行ったセラミックメタルハライドランプの放電容器の細管部のリード線の折り曲げ試験の方法を説明する図である。図７Ｂは、本願発明者が行ったセラミックメタルハライドランプの放電容器の細管部のリード線の折り曲げ試験の結果を説明する図である。

　以下、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。

　図１Ａを参照して本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの一例の概略を説明する。セラミックメタルハライドランプ１００は、透光性外管１１１と、端部の口金１１２と、透光性外管１１１の内部のほぼ中央に配置された放電容器１３０を有する。透光性外管１１１の内部は圧力１０Ｐａ以下の高真空に保持される。セラミックメタルハライドランプ１００は、図示のように口金１１２を上にして垂直に装着される。

　放電容器１３０の周囲に透光性スリーブ１０８が設けられ、その外側に、金属製のフレーム１０９が設けられている。放電容器１３０の上側には、始動器１１０が設けられている。フレーム１０９の上端には、ゲッタ１１３が装着されている。

　フレーム１０９は、下端のマウント支持板１１４と上端のステム１１５の導入線と接続しており、それによって、位置固定される。フレーム１０９は位置固定用の部材であると同時に電気的接続用の部材を兼ねており、図示しない外部給電システムからの電力をステム１１５の導入線を介して放電容器１３０に供給する。

　図１Ｂを参照して放電容器１３０の構造を説明する。放電容器１３０は中央の発光部１３０Ｃとその両側の細管部１３０Ａ、１３０Ｂを有する。本例の放電容器１３０は、略回転楕円体形状の発光部１３０Ｃとその両側の細管部１３０Ａ、１３０Ｂが一体的に形成された、所謂一体型である。しかしながら、発光部１３０Ｃの両側に、別個に製造した細管部１３０Ａ、１３０Ｂを接続することによって放電容器１３０を形成してもよい。

　細管部１３０Ａ、１３０Ｂには、電極システム１２０ａ、１２０ｂがそれぞれ装着されている。電極システム１２０ａ、１２０ｂは、タングステン電極１２３、電流供給導体１２２、及び、リード線１２１を有する。リード線１２１は金属ニオブ（Ｎｂ）棒によって構成される。タングステン電極１２３の先端にはタングステンコイルが装着されている。タングステン電極１２３の先端は放電容器１３０の発光部１３０Ｃに配置されている。

　電流供給導体１２２は、耐ハロゲン性中間材１２２ａと導電性サーメット棒１２２ｂを含む。タングステン電極１２３、電流供給導体１２２、及び、リード線１２１は突き合わせ溶接によって接続される。細管部１３０Ａ、１３０Ｂより突出したリード線１２１には、ガス吸収部材１３１が装着されている。ガス吸収部材１３１は、例えば、コイル状の金属ニオブによって形成してよい。ガス吸収部材１３１の材料、形状、機能等は後に詳細に説明する。

　放電容器１３０の内部には、発光物質と、水銀および不活性ガスが封入されている。不活性ガスは例えば希ガスであるが本実施例ではアルゴンである。セラミックメタルハライドランプを点灯させると、放電容器１３０内における放電により、発光物質が加熱され、その一部が蒸発して放電により励起され、発光する。発光物質の残りの部分は、放電容器１３０の底部の最冷部に液相状態でプールされる。液相の発光物質の一部は蒸発し、放電容器１３０の内部を対流により循環し、底部の最冷部に戻る。ランプの点灯中はこのようなサイクルが繰り返される。

　図１Ｃを参照して、放電容器１３０の細管部１３０Ａのシール部の構造の例を詳細に説明する。細管部１３０Ａの内部に電流供給導体１２２が配置されている。電流供給導体１２２は耐ハロゲン性中間材１２２ａ及び導電性サーメット棒１２２ｂを有する。耐ハロゲン性中間材１２２ａは、放電容器１３０内に封入された金属ハロゲン化物によって浸食されない耐ハロゲン性材料によって形成される。耐ハロゲン性材料として、例えば、モリブデンが用いられてよい。本実施形態では、耐ハロゲン性中間材１２２ａは、モリブデン棒１２２ｃとその周囲に巻かれたモリブデンコイル１２２ｄによって形成されている。耐ハロゲン性中間材１２２ａの構造として、様々な形状が知られている。例えば、耐ハロゲン性中間材１２２ａを、単一のモリブデン棒によって形成してもよく、モリブデン棒とそれを囲むモリブデンパイプによって形成してもよい。更に、耐ハロゲン性中間材１２２ａを省略して、タングステン電極１２３（図１Ｂ）の一部を、モリブデンコイル、又は、モリブデンパイプによって覆ってもよい。

　導電性サーメット棒１２２ｂはアルミナとモリブデンを混合焼結することによって形成される。リード線１２１は導電性サーメット棒１２２ｂの先端に接続されている。リード線１２１と導電性サーメット棒１２２ｂの接続部は、細管部１３０Ａの先端より内側に配置されている。リード線１２１は細管部１３０Ａの先端より突出しており、突出部分の周囲にはガス吸収部材１３１が装着されている。リード線１２１にはストッパ１２１ａが接続されている。ストッパ１２１ａは細管部１３０Ａの先端に当接している。ストッパ１２１ａの材料、形状、機能等は後に詳細に説明する。

　ガス吸収部材１３１とリード線１２１の間の隙間に封止材１３５が充填されている。細管部１３０Ａの内面とリード線１２１及び導電性サーメット棒１２２ｂの間の隙間に、それぞれ封止材１３５が充填されている。細管部１３０Ａの内面と耐ハロゲン性中間材１２２ａの間の隙間の一部にも封止材１３５が充填されている。

　図２Ａを参照して放電容器１３０の細管部１３０Ａの電極システム１２０ａを挿入する工程を説明する。先ず、ガス吸収部材１３１、フリット成形体１３２及び電極システム１２０ａを用意する。本実施形態では、ガス吸収部材１３１はコイル状に形成され、フリット成形体１３２はアルミナＡｌ₂Ｏ₃、シリカＳｉＯ₂およびディスプロシアＤｙ₂Ｏ₃を混合後成形したリング部材によって構成されている。電極システム１２０ａは、タングステン電極１２３、電流供給導体１２２、及び、金属ニオブ製のリード線１２１を有する。電流供給導体１２２は、耐ハロゲン性中間材１２２ａ、及び、導電性サーメット棒１２２ｂを有する。リード線１２１にはストッパ１２１ａが装着されている。ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２を、この順に、リード線１２１に装着する。次に、電極システム１２０ａを細管部１３０Ａに挿入すると、ストッパ１２１ａが細管部１３０Ａの先端に当接する。

　ここでは、先ず、ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２をリード線１２１に装着し、次に、電極システム１２０ａを細管部１３０Ａに挿入したが、この順番は便宜的である。例えば、先ず、電極システム１２０ａを細管部１３０Ａに挿入し、次に、ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２をリード線１２１に装着してもよい。

　図２Ｂを参照して電極システム１２０ａのリード線１２１に、ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２を装着する方法を説明する。リード線１２１に１対のストッパ１２１ａが接続されている。本実施形態では、ストッパ１２１ａは２本の金属線によって構成されており、リード線１２１を挟むように、リード線１２１の軸線に対して直交するように、配置されている。ストッパ１２１ａは抵抗溶接又はスポット溶接によって、リード線１２１に接続される。

　ガス吸収部材１３１をリード線１２１に装着すると、ガス吸収部材１３１はストッパ１２１ａに当接し、その位置で停止する。次にフリット成形体１３２をリード線１２１に装着する。フリット成形体１３２はガス吸収部材１３１に当接し、その位置で停止する。

　放電容器１３０の細管部１３０Ａに電極システム１２０ａが装着されると、それをシール装置（図示なし）に装着する。シール装置は、典型的には、密閉空間を形成するチャンバとその内部に設けられたヒータを有し、ヒータは放電容器１３０の細管部１３０Ａのシール部を局部的に加熱するように構成されている。シール装置の詳細な説明は省略する。

　図３はシール装置（図示なし）に保持された放電容器１３０の一部を示す。放電容器１３０は、その中心軸線が垂直になるように、シール装置によって保持される。上側の細管部１３０Ａには、電極システム１２０ａが装着されている。電極システム１２０ａは、タングステン電極１２３、電流供給導体１２２、及び、リード線１２１を有する。リード線１２１の一部は、細管部１３０Ａ内に配置され、残りの部分は細管部１３０Ａより突出している。細管部１３０Ａより突出したリード線に、ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２が装着されている。図示のように、ガス吸収部材１３１が下側に配置され、フリット成形体１３２がガス吸収部材１３１の上に配置されている。

　リード線１２１に接続されたストッパ１２１ａが、細管部１３０Ａの先端の上に配置されている。ストッパ１２１ａは、放電容器１３０内に挿入された電極システム１２０ａの挿入長を規定する。即ち、ストッパ１２１ａは、放電容器１３０の発光部１３０Ｃに配置された電極の位置を規定する。電極システム１２０ａ、ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２の全重量は、ストッパ１２１ａによって、支持されている。

　細管部１３０Ａの内部に、耐ハロゲン性中間材１２２ａと導電性サーメット棒１２２ｂが配置されている。導電性サーメット棒１２２ｂとリード線１２１の接続部は、細管部１３０Ａの内部に配置されている。

　ガス吸収部材１３１とリード線１２１の間には僅かな隙間が形成されている。リード線１２１、導電性サーメット棒１２２ｂ及び耐ハロゲン性中間材１２２ａの外径は、細管部１３０Ａの内径より小さい。従って、リード線１２１、導電性サーメット棒１２２ｂ及び耐ハロゲン性中間材１２２ａと細管部１３０Ａの間に隙間が形成されている。

　導電性サーメット棒１２２ｂの外径は、耐ハロゲン性中間材１２２ａの外径より僅かに小さい。従って、細管部１３０Ａと導電性サーメット棒１２２ｂの間の隙間は、細管部１３０Ａと耐ハロゲン性中間材１２２ａの間の隙間より僅かに大きい。

　細管部１３０Ａの周囲に配置されたヒータ（図示なし）を作動させる。ヒータによってフリット成形体１３２は、局所的に加熱され、溶融する。溶融フリットは、重力と毛管現象によって、ガス吸収部材１３１とリード線１２１の間の隙間、細管部１３０Ａの内面とリード線１２１の間の隙間、細管部１３０Ａの内面と導電性サーメット棒１２２ｂの間の隙間、に侵入し、更に、細管部１３０Ａの内面と耐ハロゲン性中間材１２２ａの間の隙間の一部に侵入する。溶融フリットが固化することによって封止材が形成される。ここで、細管部１３０Ａのうち封止材が形成された部分をシール部（封止部）と称することとする。

　放電容器１３０の細管部１３０Ａはシール部（封止部）と非シール部（非封止部）からなる。細管部１３０Ａの全長をＬ、シール部の長さ、即ち、シール長をＬ１、非シール部の長さをＬ２とする。リード線１２１のうち、細管部１３０Ａ内に挿入された部分の寸法をＬｎとする。導電性サーメット棒１２２ｂの軸線方向の寸法をＬｓとし、耐ハロゲン性中間材１２２ａの軸線方向の寸法をＬｈとする。Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌｎ＋Ｌｓ＋Ｌｈである。

　シール部の長さＬ１が短いと、シール不足又はシール不良となる。更に、シール部の封止材はランプ点灯中、発光管に封入された金属ハロゲン化物により徐々に侵食される。ランプ長寿命化（２万時間以上）の要求に対応するためには、シール長Ｌ１は４ｍｍ以上であることが好ましい。

　本実施形態では、シール部の長さＬ１は、細管部１３０Ａの先端から導電性サーメット棒１２２ｂの下端までの寸法に等しいか又はそれより大きい。即ち、Ｌ１≧Ｌｎ＋Ｌｓである。シール部のうち、耐ハロゲン性中間材１２２ａの部分に形成された部分の長さをＬｍとする。Ｌ１＝Ｌｎ＋Ｌｓ＋Ｌｍ、但し、Ｌｍ≧０である。

　この寸法Ｌｍが長すぎると、耐ハロゲン性中間材１２２ａと細管部１３０Ａの熱膨張率の差により、細管部１３０Ａにクラックが発生する可能性がある。そこで、この寸法Ｌｍは精々１．５ｍｍ程度である。例えば、細管部１３０Ａの外径を３ｍｍとし、細管部１３０Ａの先端から導電性サーメット棒１２２ｂの下端までの寸法をＬｎ＋Ｌｓ＝４ｍｍとする。この場合には、シール長Ｌ１はＬ１＝４．０～５．５ｍｍである。

　ガス吸収部材１３１の上端から細管部１３０Ａの先端までの寸法をＬｇとする。ガス吸収部材１３１の軸線方向の寸法をｈ、ストッパ１２１ａの軸線方向の高さ、即ち、線径をｄｓとする。Ｌｇ＝ｈ＋ｄｓである。寸法ＬｇはＬｇ＝２～４ｍｍである。

　図４を参照して本実施形態による放電容器１３０の細管部１３０Ａにシール部（封止部）を形成する方法の例を説明する。ステップ１０１にて、ガス吸収部材１３１、フリット成形体１３２及び電極システム１２０ａを用意する。図２Ａに示したように、電極システム１２０ａは、タングステン電極１２３、耐ハロゲン性中間材１２２ａ、導電性サーメット棒１２２ｂ、及び、金属ニオブ製のリード線１２１を有する。

　ステップ１０２にて、電極システム１２０ａのリード線１２１に、ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２を、この順に装着する。図２Ｂに示したように、ガス吸収部材１３１はリード線１２１に設けられたストッパ１２１ａに当接する。フリット成形体１３２はガス吸収部材１３１に当接するように配置される。

　ステップ１０３にて、電極システム１２０ａを細管部１３０Ａに挿入する。タングステン電極１２３は発光部１３０Ｃに配置される。このとき、ストッパ１２１ａが細管部１３０Ａの先端に当接する。それによって、電極システム１２０ａの挿入長、即ち、電極システム１２０ａのうち、放電容器１３０内に挿入された長さが規定される。

　ステップ１０４にて、シール装置（図示なし）に放電容器１３０を装着する。図３に示したように放電容器１３０の中心軸線が垂直となるように、且つ、封止する細管部１３０Ａが上側になるように、放電容器１３０を支持する。ストッパ１２１ａによって、電極システム１２０ａ、ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２の全重量が支持される。

　尚、ステップ１０２、ステップ１０３及びステップ１０４は必ずしもこの順番で実行する必要はない。例えば、ステップ１０３を実行し、次にステップ１０２を実行してもよく、更に、最初に、シール装置（図示なし）に放電容器１３０を装着してもよい。

　ステップ１０５にて、細管部１３０Ａの周囲に配置されたヒータ（図示なし）を作動させる。ヒータによってフリット成形体１３２は、局所的に加熱され、溶融する。封止温度は通常１５００～１７００℃であるが、シール部におけるシール不良又はシール不足を回避するために、フリットが十分な流動性を有する１６００℃とする。溶融したフリットは、重力と毛管現象によって、ガス吸収部材１３１とリード線１２１の間の隙間を通って下降する。このとき、溶融したフリットはガス吸収部材１３１と接触する。溶融したフリットは、更に、ストッパ１２１ａを通過し、細管部１３０Ａ内に侵入する。

　溶融したフリットは、重力と毛管現象によって、細管部１３０Ａの内面とリード線１２１の間の隙間に侵入し、更に、細管部１３０Ａの内面と導電性サーメット棒１２２ｂの間の隙間に侵入する。溶融したフリットによって、細管部１３０Ａとリード線１２１の間の隙間及び細管部１３０Ａと導電性サーメット棒１２２ｂの間の隙間は完全に塞がれる。溶融したフリットは、細管部１３０Ａの内面と耐ハロゲン性中間材１２２ａの間の隙間の所定の位置まで侵入してよい。

　ステップ１０６にて、ヒータによる加熱を停止する。溶融したフリットは固化し、封止材が形成される。

　ここで、ガス吸収部材１３１の機能を説明する。フリット成形体１３２が溶融すると、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の不要なガスを放出する。これらのガスは金属ニオブによって吸収され、金属ニオブを脆化させることが知られている。即ち、金属ニオブ製のリード線１２１が、これらのガスを吸収すると脆化する。本実施形態によると、これらのガスは、ガス吸収部材１３１によって吸収される。より詳細には、少なくとも、金属ニオブ製のリード線１２１によって吸収されるガスの量よりもガス吸収部材１３１によって吸収されて除去されるガスの量のほうが十分に大きい。これについては後に説明する。上述のように、溶融したフリットは、ガス吸収部材１３１とリード線１２１の間の隙間を通って下降するとき、ガス吸収部材１３１に接触する。このとき、フリット成形体１３２の溶融によって発生するガスが、ガス吸収部材１３１によって吸収される。従って、本実施形態によると、フリット成形体１３２の溶融によって発生したガスのうち、金属ニオブ製のリード線１２１による吸収量が著しく減少するため、リード線１２１の脆化が回避される。

　次に、ガス吸収部材１３１の材料を説明する。本実施形態によると、ガス吸収部材１３１は、フリット成形体１３２の溶融によって発生するガスを吸収することができるならどのような材料によって構成してもよい。しかしながら、ガス吸収部材は、好ましくは金属ニオブによって構成される。リード線の脆化の原因は、フリット成形体の溶融によって発生したガスがニオブ製のリード線によって吸収されることにある。従って、同一材料であるニオブ製のガス吸収部材によって、そのようなガスを吸収し除去するのが効率的である。更に、フリット成形体の溶融によって発生したガスの種類を特定することができなくても、それを除去することができる。

　尚、ガス吸収部材１３１は、金属ニオブと同等にガス吸収作用を有する他の金属、例えば、タンタル製であってもよい。ニオブとタンタルは、半金属と称される第５族元素に属し、類似した化学的性質を有する。

　次に、ガス吸収部材１３１の形状を説明する。本実施形態では、ガス吸収部材１３１は、溶融したフリットとの接触面積が大きく、且つ、リード線１２１を円周方向に沿って囲むように構成される。更に、ガス吸収部材１３１は、リード線１２１の周囲に容易に装着することが可能であり、且つ、製造が容易であることが好ましい。本実施形態では、ガス吸収部材１３１は、好ましくは、コイル状に形成されるが、円筒部材によって構成してもよい。例えば、円筒部材に多数の溝、孔、折り曲げ状の凹凸を形成してもよい。それによって、ガス吸収部材１３１の表面積が大きくなり、溶融したフリットとの接触面積が大きくなる。

　ガス吸収部材１３１の表面積を大きくするには、コイル又は円筒部材の内径又は軸線方向の寸法（高さ）を大きくすることが考えられる。しかしながら、ガス吸収部材１３１の内径又は軸線方向の寸法（高さ）を大きくすると、ガス吸収部材１３１とリード線１２１の隙間を充填する封止材の量が多くなり、フリット成形体の溶融によって発生するガスが増加する。従って、ガス吸収部材１３１の表面積を増加させてガス吸収量を増加させても、溶融フリットが発生するガスがそれ以上増加すれば、ガス吸収部材１３１によって吸収されないガス量が増加することとなる。

　更に、ガス吸収部材１３１の内径を大きくすると、ガス吸収部材１３１とリード線１２１の隙間が大きくなり、この隙間に入り込んだ溶融フリットから発生したガスは、ガス吸収部材１３１に吸収される前にリード線１２１に吸収され易くなるので好ましくない。従って、ガス吸収部材１３１の内径及び軸線方向の寸法（高さ）を所定の値より大きくすることは得策ではない。

　上述のように、本実施形態では、フリット成形体の溶融によって発生するガスのうち、リード線１２１によって吸収されるガスの量よりもガス吸収部材１３１によって吸収されて除去されるガスの量の方が十分に大きい。これについて説明する。本実施形態では、ガス吸収部材１３１は、リード線１２１を囲むように構成されるため、溶融フリットとの接触面積は、リード線１２１よりガス吸収部材１３１の方が大きい。例えば、ガス吸収部材１３１をコイルによって構成する場合、溶融フリットとガス収集部材１３１との接触面積は溶融フリットとリード線１２１との接触面積の数倍以上となる。

　更に、シール装置（図示なし）において、ヒータはガス吸収部材１３１を囲むように配置される。従って、ガス吸収部材１３１とヒータの距離はリード線１２１とヒータの距離より小さい。更に、ヒータからの輻射熱は、ガス吸収部材１３１に直接到達するが、リード線１２１には、ガス吸収部材１３１の陰になり、ガス吸収部材１３１によって遮断されるため直接到達しない。そのため、ヒータによる加熱中にはリード線１２１よりガス吸収部材１３１の方が高温となる。金属ニオブとガスの反応速度は、温度が高いほど速い。この点からも、フリット成形体の溶融によって発生するガスの大部分はガス吸収部材によって吸収されると言える。

　ストッパ１２１ａの形状、機能及び材料を説明する。ストッパ１２１ａは、図２Ｂに示すように、２本の棒材又は線材によって形成してよい。ストッパ１２１ａの線径は、ガス吸収部材１３１を構成するコイルの線径と同程度であってよいが、それより大きくても小さくてもよい。

　上述のように、ストッパ１２１ａは、電極システム１２０ａの挿入長、即ち、放電容器１３０の発光部１３０Ｃにおける電極の位置を規定する。更に、ストッパ１２１ａは、シール装置によって放電容器１３０を垂直に保持するとき、電極システム１２０ａ、ガス吸収部材１３１及びフリット成形体１３２を細管部１３０Ａの先端に保持する。

　ストッパ１２１ａを設けることによって、ガス吸収部材１３１と細管部１３０Ａの先端の間に、ストッパ１２１ａの寸法（線径）に相当する隙間が形成される。そのため、溶融フリットの一部がガス吸収部材１３１の外側を通って下方に流れたとしても、この隙間から細管部１３０Ａと電極システム１２０ａの隙間に侵入し、さらに細管部１３０Ａの開口部を覆う。そのため、細管部１３０Ａの先端におけるシールを確実化することができる。

　本実施形態によると、ガス吸収部材１３１はガス吸収部材１３１の材料と同一の材料によって形成してよく、例えば、金属ニオブ又は金属タンタル製であってよい。但し、本実施形態では、溶融フリットから発生したガスは、ガス吸収部材１３１に吸収されてからストッパ１２１ａに到達するので、ストッパ１２１ａにガス吸収機能を付与する必要はない。

　図５は、本実施形態によるフリット成形体１３２の形状の例を示す。本実施形態ではフリット成形体はリング状に形成される。フリット成形体１３２の内径をＤ１、外径をＤ２、厚さをｔ、重量をＧとする。リード線１２１の外径をＤ０とする。フリット成形体１３２の内径Ｄ１は、リード線１２１の外径Ｄ０より大きい。例えば、Ｄ１＝１．５ｍｍ、Ｄ２＝３．５ｍｍ、又は、４．３ｍｍ、ｔ＝０．９ｍｍ、１．４ｍｍ、又は、２．１ｍｍ、Ｇ＝２３～８５ｍｇであってよい。

　フリット成形体１３２は、原料にバインダ及び分散剤を混合し純水を加えてスラリーを形成し、造粒、加圧成形、及び、焼成により形成する。Ｄｙ₂Ｏ₃－Ａｌ₂Ｏ₃－ＳｉＯ₂系封止材を用いる場合には、原料として、酸化ジスプロシウム（ディスプロシア）Ｄｙ₂Ｏ₃、酸化アルミニウム（アルミナ）Ａｌ₂Ｏ₃、及び、酸化ケイ素（シリカ）ＳｉＯ₂を用いる。フリット成形体１３２を加熱し溶融させると、バインダ及び分散剤に含まれる炭素が酸化され、一酸化炭素及び二酸化炭素等を生成する。これらのガスは、上述のように金属ニオブを脆化させる。

　図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照して、本願の発明者が試作したガス吸収部材１３１の形状の例を説明する。図６Ａに示す例では、ガス吸収部材１３１はコイル形状である。コイルの軸線方向の長さをｈ、内径をｄ１、外径をｄ２、コイルの線径をｄ０とする。ｄ０＝０．３～０．５ｍｍである。コイルの内径ｄ１は、リード線１２１の外径Ｄ０より、０．１～０．２ｍｍ大きい。リード線１２１の外径Ｄ０をＤ０＝０．８～０．９ｍｍとすると、ｄ１＝２．１～０．９ｍｍである。コイルの巻き数は３～５であってよい。

　図６Ｂに示す例では、ガス吸収部材１３１は円筒形状である。円筒の軸線方向の長さをｈ、内径をｄ１、外径をｄ２、厚さをｔ１とする。内径ｄ１は、図６Ａに示すコイルの内径ｄ１に等しくてよい。厚さｔ１は０．１ｍｍ以上とする。

　図６Ｃに示す例では、ガス吸収部材１３１は１枚又は複数枚の薄板状である。薄板状部材を、リード線１２１を挟むように、且つ、リード線の軸線に直交する方向に配置する。板状部材の長手方向の寸法をｈ１、幅方向の寸法をｈ２、厚さをｔ１とする。

　図７Ａ及び図７Ｂを参照して本願の発明者が実施した試験を説明する。本願の発明者は、放電容器１３０の細管部１３０Ａのリード線１２１に図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示したガス吸収部材１３１を装着し、シール装置（図示なし）によって細管部１３０Ａにシール部を形成した。シール装置から放電容器１３０を取り出し、リード棒の折り曲げ試験を行った。

　図７Ａを参照して、本願の発明者が行ったリード棒の折り曲げ試験の方法を説明する。放電容器１３０の細管部１３０Ａをクランプ装置（図示なし）によって固定した。細管部１３０Ａより突出したリード線１２１を左右に略垂直に折り曲げた。リード線１２１が破損したときの折り曲げ回数を記録した。数え方は、最初に折り曲げた時点で「１回」、次にまっすぐに戻した時点で「２回」とした。

　図７Ｂは、リード棒の折り曲げ試験の結果を示す。縦軸はリード線１２１が破損したときの折り曲げ回数である。図において、リード線１２１が破損したときの折り曲げ回数の平均値μを黒色の四角の点によって表し、バラツキを表すμ±３σ（σは標準偏差）を黒色の四角の点から延びる上下の線の端部によって表す。従来例は、ガス吸収部材１３１を用いない場合、実施例１は、図６Ａに示すコイル形状のガス吸収部材１３１を用いた場合、実施例２は、図６Ｂの円筒形状のガス吸収部材１３１を用いた場合、比較例は、図６Ｃの薄板状のガス吸収部材１３１を用いた場合、の結果である。

　図示のように従来例では、折り曲げ回数が１回でリード線１２１が破損した。比較例の場合、リード線１２１が破損したときの折り曲げ回数の平均値は３回以下であった。即ち、折り曲げ回数が１～３回でリード線１２１が破損した。実施例１の場合、リード線１２１が破損したときの折り曲げ回数の平均値は７回であった。即ち、折り曲げ回数が５～１０回でリード線１２１が破損した。実施例２の場合、リード線１２１が破損したときの折り曲げ回数の平均値は５回以上であった。即ち、折り曲げ回数が４～７回でリード線１２１が破損した。

　ランプの製造工程にて、溶接作業等によりリード線１２１を折り曲げることはあるが、繰り返し折り曲げることはない。従って、本願の発明者は、折り曲げ回数が２回を超えても破損しない場合は合格とした。即ち、破損した時の折り曲げ回数の平均値が３回以上であり、且つ、そのバラツキの下限μ－３σ（σは標準偏差）が２回となることを合格の条件とした。従って、従来例及び比較例は不合格であるが、実施例１、２は何れも合格である。本願の発明者が行った試験から、ガス吸収部材１３１を用いることによってリード線１２１が破損し難くなることが判る。更に、ガス吸収部材１３１の形状は任意であるが、コイル状が最も好ましいことが判る。コイル状のガス吸収部材１３１の場合、リード線１２１に対して最適な寸法のコイルを用意することが容易であり、且つ、溶融したフリットとの接触面積が比較的大きい。

　以上、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の請求の記載によって定められる。

　１００…セラミックメタルハライドランプ、１０８…透光性スリーブ、１０９…フレーム、１１０…始動器、１１１…透光性外管、１１２…口金、１１３…ゲッタ、１１４…マウント支持板、１１５…ステム、１２０ａ、１２０ｂ…電極システム、１２１…リード線、１２１ａ…ストッパ、１２２…電流供給導体、１２２ａ…耐ハロゲン性中間材、１２２ｂ…導電性サーメット棒、１２２ｃ…モリブデン棒、１２２ｄ…モリブデンコイル、１２３…タングステン電極、１３０…放電容器、１３０Ａ、１３０Ｂ…細管部、１３０Ｃ…発光部、１３１…ガス吸収部材、１３２…フリット成形体、１３５…封止材

Claims

　透光性外管と、発光部と細管部を有する放電容器と、該放電容器の細管部に装着された電極システムと、を有し、前記電極システムは、タングステン電極、電流供給導体、及び、ニオブ製のリード線を有するように構成されたセラミックメタルハライドランプにおいて、
　前記電流供給導体と前記リード線の接続部分は前記細管部の内部に配置され、前記リード線の一部は前記細管部内に配置され、前記リード線の残りの部分は前記細管部の先端より突出しており、該突出部分の前記細管部近傍の周囲には、前記細管部にシール部を形成するときに発生するガスを吸収するガス吸収部材が装着されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
　請求項１記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
　前記ガス吸収部材はニオブ製又はタンタル製のコイルによって構成されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
　請求項１記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
　前記電流供給導体は、耐ハロゲン性中間材と導電性サーメット棒を含み、前記タングステン電極は前記耐ハロゲン性中間材に接続され、前記リード線は前記導電性サーメット棒に接続されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
　請求項３記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
　前記細管部のうち封止材が形成されたシール部の長さは、前記細管部の先端から前記導電性サーメット棒の内端までの寸法に等しいか又はそれより大きいことを特徴とするるセラミックメタルハライドランプ。
　請求項１記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
　前記リード線には、前記ガス吸収部材と前記細管部の先端とを隔離するストッパが接続されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
　透光性外管と、発光部と細管部を有する放電容器と、前記細管部に設けられたタングステン電極、電流供給導体、及び、ニオブ製のリード線を有する電極システムと、を備えたセラミックメタルハライドランプの製造方法において、
　発光部と細管部を有する放電容器と、ニオブ製のリード線を有する電極システムと、を用意するステップと、
　前記電極システムのリード線に、ガス吸収部材を装着し、次に、フリット成形体を装着するステップと、
　前記細管部に前記電極システムを挿入するステップと、
　前記放電容器の中心軸線が垂直となるように、前記放電容器を支持するステップと、
　前記フリット成形体を加熱して溶融させる溶融ステップと、
　前記溶融したフリットが前記ガス吸収部材と接触しながら前記細管部内に流入し、前記細管部の内面と前記電極システムの間の隙間を充填したとき前記溶融したフリットを固化させて封止材を形成するステップと、
とを有するセラミックメタルハライドランプの製造方法。
　透光性外管と、発光部と細管部を有する放電容器と、前記細管部に設けられたタングステン電極、電流供給導体、及び、ニオブ製のリード線を有し、前記リード線には該リード線の軸線に対して直交するように配置された２本の金属線のストッパが接続されている電極システムと、を備えたセラミックメタルハライドランプの製造方法において、
　発光部と細管部を有する放電容器と、ニオブ製のリード線を有し、前記リード線には該リード線の軸線に対して直交するように配置された２本の金属線のストッパが接続されている電極システムと、を用意するステップと、
　前記電極システムのリード線に、ガス吸収部材を装着し、次に、フリット成形体を装着するステップと、
　前記細管部に前記電極システムを挿入するステップと、
　前記放電容器の中心軸線が垂直となるように、前記放電容器を支持することにより前記ストッパと前記細管部の端面とを当接させるとともに前記ストッパと前記ガス吸収部材とを当接させるステップと、
　前記フリット成形体を加熱して溶融させる溶融ステップと、
　前記溶融したフリットが前記ガス吸収部材と接触しながら前記ストッパの間から前記細管部内に流入し、前記細管部の内面と前記電極システムの間の隙間を充填したとき前記溶融したフリットを固化させて封止材を形成するステップと、
とを有するセラミックメタルハライドランプの製造方法。
　請求項６又は７記載のセラミックメタルハライドランプの製造方法において、
　前記ガス吸収部材はニオブ製又はタンタル製のコイルによって構成されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプの製造方法。