JP2008103320A - 高圧放電ランプ、高圧放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
フリットガラスを用いないで透光性セラミックス放電容器および電流導入導体間を封着して封着性能を著しく向上した高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプMHLは、包囲部１ａおよび包囲部に接続して形成された長さが定格ランプ電力８００Ｗ以下に対して１０ｍｍ以下で、１００Ｗ以下に対して７ｍｍ以下の小径筒部１ｂを備えた透光性セラミックス放電容器１と、小径筒部の内部に挿入され、主として小径筒部におけるセラミックスの融着によって上記小径筒部に封着された電流導入導体２と、電流導入導体に接続して透光性セラミックス放電容器内に封装された電極３と、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、透光性セラミックス放電容器を備えた高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。

従来の透光性セラミックス放電容器を備えた高圧放電ランプにおいては、電流導入導体を介して上記放電容器を封止するために、種々の態様が提案されたり、試みられたりしてきた。その中でも最も普及しているのは、ガラスフリットを用いる態様である（例えば、特許文献１参照。）。

特開平０６−１９６１３１号公報

ところが、特許文献１に記載されているようなガラスフリットを用いて透光性セラミックス放電容器を封止する場合、ガラスフリットの耐熱性が充分に高いとはいえないことから、ランプの寿命特性を得るためには封止部の温度を所要に抑制しなければならず、そのために以下の構成を採用する必要がある。
（１）放電空間を画成する包囲部の両端から小径筒部を管軸方向に延在させる、いわゆるキャピラリー構造を形成する。
（２）管壁負荷を小さくする。

上記構成の採用により以下の問題が生じる。

上記（１）の結果、ランプの全長が大きくなってしまう。これに伴って、さらに次の問題が派生する。
・キャピラリー部分が折損しやすくなる。
・封入するハロゲン化物などの放電媒体の封入量がキャピラリーを形成しない場合に比較して数倍以上、場合によっては１０倍以上必要になる。その結果、コストアップ、放電媒体の安定性、放電媒体から放出される不純ガス増加に起因する始動性低下、白濁、黒化および電極損耗などの不具合が発生しやすくなる。

上記（２）の実施によって温度が低下するので、ハロゲン化物の蒸発が充分に行われなくなり、蒸気圧を高めることができない。その結果、発光効率を所期の程度まで高くすることができない。また、発光特性は良好であるが反応性が高いハロゲン化物を用いることができない。

本発明は、透光性セラミックス放電容器の封止構造を改良して、従来技術におけるガラスフリットを用いた封止に伴って発生していた不具合を抑制した高圧放電ランプ、高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、フリットガラスを用いないで透光性セラミックス放電容器および電流導入導体間を封着して封着性能を著しく向上した高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することを他の目的とする。

本発明の高圧放電ランプは、包囲部および包囲部に接続して形成された長さが定格ランプ電力８００Ｗ以下に対して１０ｍｍ以下で、１００Ｗ以下に対して７ｍｍ以下の小径筒部を備えた透光性セラミックス放電容器と；透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内部に挿入され、主として透光性セラミックス放電容器の小径筒部におけるセラミックスの融着によって上記小径筒部に封着された電流導入導体と；電流導入導体に接続して透光性セラミックス放電容器内に封装された電極と；透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。

本発明は、以下の各態様を含む。

〔透光性セラミックス放電容器について〕 透光性セラミックス放電容器は、単結晶の金属酸化物例えばサファイヤと、多結晶の金属酸化物例えば半透明の気密性アルミニウム酸化物すなわち透光性多結晶アルミナセラミックス、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような光透過性および耐熱性を備えたセラミック材料からなり、内部に放電空間が外部に対して気密に形成される容器である。しかし、上記材料の中でも透光性多結晶アルミナセラミックスは、工業的に量産できて比較的容易に入手できるため、透光性セラミックス放電容器の構成材料として好適である。

従来では思いもよらないことであったが、本発明者は、透光性セラミックスを比較的容易に溶融できることを見出した。本発明は、この発見に基づいてなされたものである。

また、透光性多結晶アルミナセラミックスで一般的に使用されているものは、その結晶平均粒径が数十μｍであるが、本発明においては、少なくとも小径筒部またはその封着予定部の結晶平均粒径が４μｍ以下のものが好適である。すなわち、上記部位の結晶平均粒径が４μｍ以下であると、小径筒部のセラミックスを溶融させて封止を行う際に、導入導体との馴染みが良好で、かつ溶融により小径筒部と電流導入導体とが接合した後の冷却時に、接合部やその近傍にクラックが発生しにくい。また、結晶平均粒径が１μｍ以下になると、接合によるクラック発生が極めて少なくなるので、より一層好適である。本発明においては特に優れている。さらに、結晶平均粒径が０．５μｍ以下になると、接合によるクラック発生が全く発生しなくなるので、最適である。

上述した透光性セラミックス放電容器の少なくとも小径筒部の結晶平均粒径が４μｍ以下である態様において、結晶平均粒径が４μｍ以下になっている部位は、小径筒部のみであってもよいし、透光性セラミックス放電容器の全体であってもよい。また、所望により小径筒部以外の一部の部位において結晶平均粒径が４μｍ以下であってもよい。

なお、透光性セラミックス放電容器における透光性とは、放電によって発生した光を透過して外部に導出できる程度に光透過性であることをいい、透明ばかりでなく、光拡散性であってもよい。そして、少なくとも放電空間を包囲する部分の主要部が透光性を備えていればよく、要すれば上記主要部以外の付帯的構造を備えているときには、当該部分は遮光性であってもよい。

透光性セラミックス放電容器は、放電空間を包囲するために、包囲部を備えている。包囲部の内部すなわち放電空間が適当な形状、例えば球状、楕円球状、ほぼ円柱状などの形状をなしていることを許容する。放電空間の容積は、高圧放電ランプの定格ランプ電力、電極間距離などに応じてさまざまな値が選択され得る。例えば、液晶プロジェクタ用ランプの場合、０．５ｃｃ以下にすることができる。自動車前照灯用ランプの場合、０．０５ｃｃ以下にすることができる。また、一般照明用ランプの場合、定格ランプ電力に応じて１ｃｃ以上および以下のいずれにすることもできる。

また、透光性セラミックス放電容器は、包囲部に連通する小径筒部を備えている。小径筒部は、少なくとも後述する電流導入導体をそこに挿入し、かつ電流導入導体を小径筒部に封着することによって透光性セラミックス放電容器を封止するために機能する。また、後述する放電媒体を透光性セラミックス放電容器すなわち包囲部の内部へ封入するためにも機能させることができる。

小径筒部の数は、一般的な一対の電極を封装する構成のためには２つであるが、配設する電流導入導体の数に応じて１つないし３つ以上の複数であることを許容する。一対の電極を封装するために２つの開口部を配設する場合、各小径筒部は、それぞれ離間した位置に配設されるが、好適には管軸に沿って離間対向している。なお、小径筒部を構成するセラミックスは遮光性であってもよい。

小径筒部は、透光性セラミックス放電容器を形成したときに別体をなしているが、電流導入導体と一緒に封止後には、小径筒部として一体化される筒状の中間部材を付加的に用いることができる。すなわち、透光性セラミックス放電容器を形成したときに一体的に形成されている小径筒部の部分と電流導入導体とが直接融着して封止が形成されるだけでなく、透光性セラミックス放電容器と一体の小径筒部と電流導入導体との間にセラミックス製などの筒状の中間部材を介在させることができる。この中間部材は、筒状に固形化された状態または粉体状態などであることが許容される。中間部材は、小径筒部と電流導入導体とに融着してこれらの間を良好に封止する。なお、中間部材の結晶平均粒径が４μｍ以下であれば、透光性セラミックス放電容器と一体の小径筒部の結晶平均粒径が４μｍ以下でなくても電流導入導体と小径筒部との馴染みが良好なる。また、この場合、小径筒部は、その結晶平均粒径が４μｍ以下であってもよいことはいうまでもない。

本発明において、小径筒部の長さは定格ランプ電力が８００Ｗ以下の高圧放電ランプに対して１０ｍｍ以下で、１００Ｗ以下に対して７ｍｍ以下に規定されている。しかし、小径筒部のセラミックスを電流導入導体に融着しやすく加熱するためには、小径筒部の長さを少なくとも１ｍｍ程度、好ましくは１．５ｍｍ以上とするのがよい。また、小径筒部の長さは、好適には８００Ｗ以下に対して１．５〜８．５ｍｍであり、１００Ｗ以下に対して１．５〜５．５ｍｍである。さらに、小径筒部の内部にキャピラリー構造が形成された高圧放電ランプを得るためには、小径筒部を４ｍｍ以上にするのがよい。上述の小径筒部の長さは、従来のフリットガラスを用いて封止する場合の小径筒部の長さより明らかに短い。小径筒部の長さが上記の範囲内であれば、放電媒体の封入量を低減し、これに伴って放電媒体中に混入する不純物の量が低減するので、黒化の発生を抑制することができる。これに対して、小径筒部の長さが上記上限値を超えると、放電媒体の必要封入量が増大する。したがって、放電媒体の封入量の増大化に伴って黒化の発生量も増大するばかりでなく、小径筒部が長くなると、機械的強度が低下するとともにコンパクトな高圧放電ランプを得るのが困難になる。なお、包囲部と小径筒部とが曲面を介して連続している場合、小径筒部の包囲部側の先端は、透光性セラミックス放電容器の内面と対向する電極の軸部外面との間の空隙が０．５ｍｍの位置であるものとする。空隙が０．５ｍｍ以下であれば、毛細管現象により液相の放電媒体が小径筒部の内部に進入して、最冷部温度を制御するのに適したキャピラリー構造を形成することができる。

本発明において、小径筒部の長さを上記数値に限定する理由は次のとおりである。すなわち、電流導入導体の封着が小径筒部のセラミックスの融着によって行われる場合、フリットガラスを用いなくてよいので、小径筒部が短くてもフリットガラスを用いる従来技術に比較して耐熱性が同等になるか、または向上する。このため、小径筒部が短くてもフリットガラスによって封着した従来の高圧放電ランプと少なくともほぼ同等の寿命が得られるようになる。また、小径筒部を短くすることにより、さらに後述する効果を奏する。

小径筒部は、従来フリットガラスを用いて透光性セラミック放電容器を封止する場合には、フリットガラスの耐熱温度が低いために、いわゆるキャピラリー構造が採用されている。本発明においては、フリットガラスを用いないが、キャピラリー構造を利用して最冷部温度制御を行うためには、これを形成するのが好ましい。しかし、所望によりキャピラリー構造を備えていなくてもよい。この構成の場合には、小径筒部の長さを極端に小さく構成でき、したがって透光性セラミックス放電容器の一層のコンパクト化を図ることができる。

透光性セラミック放電容器を封止するために、小径筒部のセラミックスを溶融させる手段は、本発明において特段限定されない。例えば、小径筒部のセラミックスを加熱して、その溶融温度以上に温度上昇させれば、セラミックスが溶融し、小径筒部に挿入されている電流導入導体の表面に馴染ませることができる。そうしたら、加熱を止めて馴染んだ個所を冷却すれば、セラミックスが固化して、電流導入導体が開口部に封着され、かつ、小径筒部が封止される。小径筒部のセラミックスを加熱する手段は特段限定されない。例えば、レーザーや反射鏡付ハロゲン電球などの熱線投射形の局部加熱手段、誘導加熱手段および電気ヒータなどを用いることができる。なお、レーザーとしては、例えばＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザーなどを用いることができる。

熱線投射形の上記局部加熱手段を用いて小径筒部の封着予定部の全周を加熱する場合、局部加熱手段を上記予定部に対して所定の離間位置、例えば予定部の側方に固定し、局部加熱手段を作動させながら透光性セラミック放電容器の小径筒部および局部加熱手段のいずれか一方または双方を回転させれば、小径筒部の全周を均一に加熱することができる。しかし、所望により、小径筒部の延在方向、例えば管軸方向からレーザーを照射したり、固定的に配置された小径筒部の周囲に複数の局部加熱手段を配置したり、局部加熱手段を小径筒部の周囲に回転させたり、あるいは小径筒部の全周を包囲する加熱手段を配設したりすれば、透光性セラミック放電容器を静止状態で加熱することもできる。

次に、透光性セラミックス放電容器を製作するには、包囲部を一体的に成形して形成してもよいし、複数の構成部材を接合させたり、嵌合させたりして形成してもよい。例えば、包囲部の他に小径の筒部などの付帯的構造を備えている場合、包囲部の両端または一端に付帯的構造を最初から一体に成形することができる。しかし、例えば包囲部と、付帯的構造とを、それぞれ別に仮焼結してから所要に接合させて、全体を焼結することにより、一体の透光性セラミックス放電容器を形成することもできる。また、筒状部分と端板部分とをそれぞれ別に仮焼結してから接合して、全体を焼結することにより、一体化された包囲部を形成することもできる。

〔電流導入導体について〕 電流導入導体は、後述する電極に電圧を印加して、電極に電流を供給し、かつ透光性セラミックス放電容器を封止するために機能する導体である。そのために、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内部に挿入されている先端側の部分が電極に接続し、基端側が透光性セラミックス放電容器の外部に露出している。なお、透光性セラミックス放電容器の外部に露出しているとは、透光性セラミックス放電容器から外部へ突出していてもよいし、また突出していなくてもよいが、外部から給電できる程度に外部に臨んでいればよい。

また、電流導入導体は、封着性金属すなわちその熱膨張係数が透光性セラミックス放電容器の小径筒部を構成している透光性セラミックスのそれと近似している導電性金属であるニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）などの金属やサーメットなどを用いることができる。また、透光性セラミックス放電容器の材料に透光性多結晶アルミナセラミックスなどのアルミニウム酸化物を用いる場合、ニオブおよびタンタルは、平均熱膨張係数がアルミニウム酸化物とほぼ同一であり、またモリブデンはその平均熱膨張係数が上記酸化物のそれと接近しているから、封止に好適である。イットリウム酸化物およびＹＡＧの場合も差が少ない。窒化アルミニウムを透光性セラミックス放電容器に用いる場合には、電流導入導体にジルコニウムを用いるとよい。また、電流導入導体を複数の材料部分を接合して形成することもできる。例えば、一部を上記のグループから選択した金属の部分とし、この金属部分にサーメットを管軸方向に接合したり、管軸と直交する周方向に接合したりした構成とすることができる。そして、電流導入導体の少なくとも一部にサーメットを用いる場合、当該サーメットの部分で透光性セラミックス放電容器の小径筒部と電流導入導体との間の封着を行うことができる。

上記サーメットは、その構成材料のセラミックスがアルミナセラミックスで、金属が上記グループから選択された一種または複数種の金属、例えばモリブデンまたはタングステンからなるものを用いることができる。また、電流導入導体の透光性セラミックス放電容器に封着されるサーメット部分は、少なくともニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステンなどの金属成分と、アルミナ、ＹＡＧおよびイットリアなどのセラミックス成分とを含み、金属成分の含有比率が５〜６０質量％であることを許容する。

そうして、サーメットが上記のような構成であると、加熱手段による封着予定部を加熱した際に、加熱の仕方にもよるが、一般的には透光性セラミックス放電容器では熱吸収が生じにくい。これに対して、サーメット表面では熱吸収が大きくなり、その結果サーメットの表面が加熱されて温度上昇し、さらに透光性セラミックス放電容器の小径筒部に伝熱されることで封着予定部が溶融する。

また、金属成分の含有量が６０質量％以下なので、透光性セラミックス放電容器の熱膨張率に大きな差がなく、透光性セラミックス放電容器が直接モリブデンに接触した場合と比較して、高圧放電ランプを点灯した際のヒートショックによる破損およびリークが生じにくい。

上記サーメットは、上記とは異なる以下の観点からすれば、金属成分の含有比率が５０〜８０質量％であるのが好ましい。

すなわち、主としてサーメットの導電性を重視する観点からすれば、金属成分の含有比率を上記の範囲内にあるようにすれば、十分な導電性を得ることができる。そして、サーメットが上記のような構成であれば、所要の導電性を有するサーメットであっても、そ
の直径を小さくすることができるので、本発明による封着がより一層容易になる。

しかし、金属成分の含有量が８０質量％を超えると、透光性セラミックス放電容器との間の熱膨張率が大きくなりすぎるので、所望の封着を得るのが困難になる。また、金属成分の含有量が５０質量％になると、所望の導電性を得るのが困難になる。

さらに、電流導入導体をニオブなどの封着性金属の棒状体、パイプ状体やコイル状体などによって構成することができる。棒状体の場合、棒状体の周囲にコイルを巻装することが許容される。なお、パイプ状体やコイル状体の場合、電流導入導体は、透光性セラミックス放電容器の内部を外部に対して封止するのに支障をきたさないように閉塞可能な構成でなければならない。また、ニオブなどは酸化性が強いので、高圧放電ランプを大気に通じた状態で点灯する場合には、耐酸化性の導体を電流導入導体にさらに接続するとともに、透光性セラミックス放電容器の小径筒部から外部へ露出した部分をフリットガラスなどの気密性物質で被覆するなどにより、電流導入導体が大気に接触しないようにする必要がある。

さらにまた、電流導入導体は、主として透光性セラミックス放電容器の小径筒部に封着する部分と、主として電極を支持する部分とに機能が分かれている。そこで、各部分をそれぞれの機能に対して最適化するために、各部分を別の材料を用いたり、別のサイズや構造にして形成し、かつ、それらを接続して電流導入導体を構成したりすることがきる。例えば、主として透光性セラミックス放電容器の小径筒部に封着する部分をニオブとし、主として電極を支持する部分を耐ハロゲン性金属により形成することが既知である。本発明においても主たる機能に応じた材料、サイズおよび形状などの仕様を異ならせて、これらを管軸方向に接続して電流導入導体を構成することを許容する。しかし、本発明においては、所望により電流導入導体のほぼ全長を通じて同一材質の導電性部材を用いることもできる。この場合、上記それぞれの機能を発揮するために、導電性部材の周囲に所要に応じて他の材料を付加することができる。例えば、電流導入導体の小径筒部に溶着する部分については、必ずしも導電性は必要がないので、セラミックス成分の構成比率が高い材料を導電性部材の周囲に設け、この部材の一部をもって溶着させるようにしてもよい。

次に、透光性セラミックス放電容器の小径筒部と電流導入導体との間の封着手段について説明する。本発明においては、以下の態様を含む。いずれの態様も透光性セラミックス放電容器の小径筒部セラミックスが融着することにより、封着が形成されている。したがって、従来技術におけるフリットガラスのような透光性セラミックス放電容器および封着部の電流導入導体の材料とは異なる材料成分、例えばＳｉＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３などが介在していないという共通点が存在する。
（１）透光性セラミックス放電容器の小径筒部のセラミックスが主として電流導入導体に融着する態様。
（２）電流導入導体の透光性セラミックス放電容器の小径筒部に対向する部分が主として融着する態様。
（３）透光性セラミックス放電容器の小径筒部のセラミックスと電流導入導体が互いに融着して固溶する態様。
（４）透光性セラミックス放電容器の小径筒部のセラミックスおよび電流導入導体の透光性セラミックス放電容器の小径筒部に対向する部分の材料と同質の封着材が主として融着する態様。なお、上記封着材は、電流導入導体に予め一体化させておく構成および電流導入導体とは別に用意する構成のいずれでもよい。

〔電極について〕 電極は、透光性セラミックス放電容器の内部に後述する放電媒体の放電を生起させる手段である。電極は、一般的にその一対が透光性セラミックス放電容器の内部において電極間でアーク放電が生起されるように離間対向して配設される。なお、本発明においては、少なくとも１個の電極が上記導入導体に接続して透光性セラミックス放電容器内に封装されている。

また、電極は、電流導入導体に接続して透光性セラミックス放電容器内の所定位置に支持されている。例えば、電極の基端が電流導入導体の透光性セラミックス放電容器の内部側に位置する先端部に接続される。

さらに、電極を電極主部または／および電極軸部により構成することができる。電極主部は、放電の起点となる部分で、したがって主として陰極およびまたは陽極として作用する部分であり、所望により電極軸部を介さないで直接電流導入導体に接続することができる。また、電極主部の表面積を大きくして放熱を良好にするために、必要に応じてタングステンのコイルを巻装したり、電極軸部より径大にしたりすることができる。電極が電極軸部を備えている場合、電極軸部は、電極主部と一体に、または溶接されて、電極主部の背面から後方へ突出して電極主部を支持し、かつ、電流導入導体に接続する。なお、所望により電極軸部と電流導入導体の先端部を単一のタングステンにより一体化させることができる。

さらにまた、電極の材料には、タングステン、ドープドタングステン、トリエーテッドタングステン、レニウムまたはタングステン−レニウム合金などを用いることができる。

さらにまた、一対の電極を用いる場合、交流点灯形の場合にはそれらを対称構造とするが、直流点灯形の場合には、非対称構造にすることができる。

〔放電媒体について〕 放電媒体は、その放電により所望の発光を得るための手段であるが、本発明においてその構成が特段限定されない。例えば、下記に列挙する態様であることを許容する。しかし、好ましくは発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成媒体および希ガスにより構成される。なお、本発明において、「高圧放電」とは、イオン化媒体の点灯中の圧力が大気圧以上になる放電をいい、いわゆる超高圧放電を含む概念である。

発光金属のハロゲン化物は、主として可視光を発光する発光金属のハロゲン化物であり、既知の各種金属ハロゲン化物を採用することができる。すなわち、発光金属の金属ハロゲン化物は、発光色、平均演色評価数Ｒａおよび発光効率などについて所望の発光特性を備えた可視光の放射を得るため、さらには透光性セラミックス放電容器のサイズおよび入力電力に応じて、既知の金属ハロゲン化物の中から任意所望に選択することができる。例えば、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、希土類金属（ジスプロシウム（Ｄｙ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ランタン（Ｌａ）およびセリウム（Ｃｅ）など）、タリウム（Ｔｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびリチウム（Ｌｉ）からなるグループの中から選択された一種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。

ランプ電圧形成媒体は、ランプ電圧を形成するのに効果的な媒体であり、例えば水銀または下記の金属のハロゲン化物を用いることができる。すなわち、ランプ電圧形成媒体としてのハロゲン化物は、点灯中の蒸気圧が相対的に大きくて、かつ、可視域の発光量が上記発光金属による可視域の発光量に比較して少ない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）などのハロゲン化物が好適である。

希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）などを単体でまたは混合して用いることができる。

１．発光金属のハロゲン化物＋水銀＋希ガス：いわゆる水銀入りのメタルハライドランプの構成である。

２．発光金属のハロゲン化物＋ランプ電圧形成媒体としてのハロゲン化物＋希ガス：環境負荷の大きな水銀を用いないいわゆる水銀フリーのメタルハライドランプの構成である。

３．水銀＋希ガス：いわゆる高圧水銀ランプの構成である。

４．希ガス：希ガスとしてＸｅを用いると、いわゆるキセノンランプの構成である。

次に、発光金属のハロゲン化物は、ハロゲンとしてよう素、臭素、塩素またはフッ素のいずれか一種または複数種を用いることができる。

放電媒体の所要封入量について説明する。透光性セラミックス気密容器が包囲部に連通する小径筒部を備えている場合、高圧放電ランプの点灯中において、小径筒部の内部に余剰の放電媒体が液相状態で滞留する。このため、放電に寄与する量より著しく多くの放電媒体を封入する必要がある。なお、小径筒部内に滞留した放電媒体の包囲部側の表面近傍に放電の最冷部が形成され、最冷部から小径筒部の基端に至るその長さ方向に沿った温度分布に下り勾配が生じる。その結果、小径筒部の基端側に形成された封着部の温度が許容温度範囲内に維持される。このため、小径筒部の長さを適当な値に設定することにより、耐熱温度が比較的低いフリットガラスによる透光性セラミックス放電容器の封着が可能になる。

しかし、透光性セラミックス放電容器の封着にフリットガラスを用いない既述の本発明における封着構造であっても小径筒部を備えていることにより、小径筒部内に放電媒体が液相状態で滞留する。したがって、透光性セラミックス放電容器が備えている小径筒部の長さに応じて放電媒体の所要封入量が変化することことが理解できる。なお、透光性セラミックス放電容器が小径筒部を備えていない場合、包囲部の下部や電極突出部近傍の内面に発生する最冷部に放電媒体の余剰部分が液相で付着するが、この場合の付着量は、小径筒部を備える場合の数分の一程度に少ない。また、放電媒体の所要封入量は、高圧放電ランプの定格ランプ電力に関係なく小径筒部の長さに影響を受ける。

〔本発明のその他の構成について〕 本発明の必須構成要件ではないが、所望により以下の構成の一部または全部を具備することにより、高圧放電ランプの機能が付加されたり、性能が向上したりする。

（１）（外管について） 本発明の高圧放電ランプは、透光性セラミックス放電容器が大気中に露出した状態で点灯するように構成することができる。しかし、要すれば、透光性セラミックス放電容器を外管内に収納することができる。なお、外管内は、真空、ガス入り、または大気に連通した雰囲気にすることもできる。

（２）（反射鏡について） 本発明の高圧放電ランプは、反射鏡を一体化して具備することができる。

次に、本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、前記本発明の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。

本発明において、点灯回路は、どのような構成であってもよい。また、交流点灯および直流点灯のいずれの点灯方式であってもよい。交流点灯の場合、例えばインバータを主体とする電子化点灯回路を構成することができる。所望により、インバータの入力端子間に接続する直流電源に昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどの直流−直流間変換回路を付加することができる。直流点灯の場合、例えば上記直流−直流間変換回路を主体とする電子化点灯回路を構成することができる。

本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された本発明の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。

本発明において、照明装置は、高圧放電ランプを光源とする全ての装置を含む概念である。例えば、屋外用および屋内用の各種照明器具、自動車前照灯、画像または映像投射装置、標識灯、信号灯、表示灯、化学反応装置、検査装置などである。

照明装置本体は、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯回路を除いた残余の部分をいう。

点灯回路は、照明装置本体から離間した位置に配置されるのであってもよい。

本発明によれば、小径筒部のセラミックスの融着により電流導入導体を小径筒部に封着するとともに、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の長さを定格ランプ電力８００Ｗ以下に対して１０ｍｍ以下にしたことにより、小径筒部の長さを大きくした透光性セラミックス放電容器およびフリットガラスを用いて電流導入導体を封着する従来技術におけるのと同等の寿命特性を得ることができるのに加えて、以下の効果を奏する。

１．放電媒体の封入量を低減できる。
小径筒部の内面とそこに挿通する電極の軸部および／または電流導入導体との間に形成されるわずかな隙間に進入する液相の放電媒体の量が従来技術に比較して少なくなるので、コストダウンを図ることができる。

２．放電媒体に紛れ込む不純物の量が低減する。
放電媒体の封入量が低減すると、放電媒体に紛れ込む不純物の量も低減するので、始動性が向上し、白濁や黒化が低減して光束維持率が向上し、電極損耗が減少する。その結果、高圧放電ランプのコストダウンを図ることができる。

３．コンパクトな高圧放電ランプを得ることができる。
小径筒部が短くなると、透光性セラミックス放電容器の全長が著しく小さくなるので、コンパクトな高圧放電ランプを得ることができる。

４．電極物質の飛散が低減して黒化の発生が抑制される。
小径筒部の長さが小さくなるのに伴って電流導入導体の長さが短縮するので、所望の電極先端温度を維持するための電極および電流導入導体の直径を小さくすることができ、その結果電極からのタングステンの飛散が低減することで、黒化の発生が抑制される。また、コストダウンを図ることもできる。

５．透光性セラミックス放電容器の小径筒部の長さが小さくなることで、耐衝撃性および耐熱衝撃性が一層良好になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１および図２は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプを示し、図１はランプ全体の正面図、図２は発光管の拡大断面図である。自動車前照灯用メタルハライドランプＭＨＬは、発光管ＩＴ、リード線Ｌ１、Ｌ２、絶縁チューブＴ、外管ＯＴおよび口金Ｂを主たる部品として構成されている。

発光管ＩＴは、透光性セラミックス放電容器１、電流導入導体２、電極３および放電媒体からなる。

透光性セラミックス放電容器１は、図２に示すように、透光性セラミックスを主材料として一体成形により形成されており、包囲部１ａおよび一対の小径筒部１ｂ、１ｂを具備している。包囲部１ａは、肉厚がほぼ一定な中空の紡錘形状に成形され、内部に同様形状の放電空間１ｃが形成されている。放電空間１ｃの内容積は、約０．０５ｃｃ以下である。一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、それぞれが包囲部１ａの管軸方向の両端から一体に延長された比較的短くて細い筒状部分によって形成されている。そして、小径筒部１ｂの長さＬが定格ランプ電力８００Ｗ以下に対して１０ｍｍ以下で、１００Ｗ以下に対して７ｍｍ以下に設定されている。

電流導入導体２は、封着性金属棒からなり、透光性セラミックス放電容器１のそれぞれの開口部１ｂに挿入され、かつ少なくとも小径筒部１ｂのセラミックスの溶融により封着されている。したがって、電流導入導体２の先端部は小径筒部１ｂ内に位置し、基端部は透光性セラミックス放電容器１の外部へ露出している。なお、小径筒部１ｂは、電流導入導体２を封着する際に、加熱されて十分に溶融すると、表面張力により軸方向に凝縮しながら径方向に膨出して楕円球状ないし涙滴状に変形する傾向がある。

電極３は、タングステン線からなり、軸方向の先端部、中間部および基端部にわたり軸部の直径が同じで、かつ先端部および中間部の一部が放電空間１ｃ内に露出している。また、電極３は、その基端部が電流導入導体２の先端部に溶接により接続していることによって、透光性セラミックス放電容器１の管軸方向に沿って支持されている。なお、電極３の中間部と小径筒部１ｂの内面との間に管軸方向に短いわずかな隙間ｇすなわちキャピラリーが形成されている。しかし、このキャピラリーは、フリットガラスを用いて透光性セラミックス放電容器を封止する従来の高圧放電ランプにおけるそれに比較すると、明らかに短くなっている。

放電媒体は、発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用媒体および希ガスからなる。ランプ電圧形成用媒体は、水銀またはランプ電圧計形容用ハロゲン化物からなる。なお、ランプ電圧形成用ハロゲン化物は、蒸気圧が高くて発光金属のハロゲン化物との共存下で可視域の発光量が発光金属の発光量に比較して少ない金属のハロゲン化物である。

リード線Ｌ１、Ｌ２は、それぞれの先端が電流導入導体２、２の基端に溶接により接続して発光管ＩＴを支持している。リード線Ｌ１は、管軸に沿って延在して後述する口金Ｂ内に導出され、図示されていない中央に配設されたピン状をなす他方の口金端子に接続している。リード線Ｌ２は、中間部が後述する外管ＯＴに沿って折り返されて口金Ｂ内に導入されて口金Ｂの外周面に配設されたリング状をなす一方の口金端子ｔ１に接続している。

絶縁チューブＴは、セラミックスのチューブからなり、リード線Ｌ２を被覆している。

外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に発光管ＩＴを収納していて、両端の縮径部４（図では右方の一端のみが示されている。）がリード線Ｌ２にガラス溶着している。しかし、外管ＯＴの内部は気密ではなく、外気に連通している。

口金Ｂは、自動車前照灯用として規格化されているもので、発光管ＩＴおよび外管ＯＴを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面から内部へ着脱可能に装着される。また、装着時に電源側のランプソケットと接続し得るように筒状部の外周面に配設されたリング状をなす一方の口金端子ｔ１と、筒状部の内部に形成された一端開放の凹部内において中央で軸方向に突出して配設されたピン状をなす他方の口金端子とを備えて構成されている。

透光性セラミックス放電容器：一体成形の透光性アルミナセラミックス製、
包囲部；最大内径6mm、肉厚0.5mm
小径筒部；内径0.7mm、肉厚0.5mm、長さ5mm
電流導入導体 ：Mo-Al₂O₃=50：50体積％のサーメット棒
電極 ：タングステン棒からなり、電流導入導体の先端に溶接した。

封着方法 ：回転する開口部に外部からYAGレーザーを照射して、透光
性セラミックス放電容器の小径筒部のセラミックスを溶着 させて電流導入導体を小径筒部に封着した。
定格ランプ電力 ：３５Ｗ

図３は、定格ランプ電力が４００Ｗの高圧放電ランプにおける小径筒部長と放電媒体封入量および黒化発生量の関係を示すグラフである。

図４は、定格ランプ電力が７０Ｗの高圧放電ランプにおける小径筒部長と放電媒体封入量および黒化発生量の関係を示すグラフである。

図３および図４において、横軸は小径筒部長（ｍｍ）を、縦軸は左側が放電媒体の必要封入量を意味する放電媒体封入量相対値（◆）、右側が寿命末期時の黒化量を意味する黒化相対値（■）を、それぞれ示す。なお、黒化についての評価は、透光性セラミックス放電容器１の包囲部の光透過率や表面反射光輝度による測定値を数値化することにより、これを行うことができる。

両図から理解できるように、小径筒部の長さが短くなるに伴い放電媒体の必要封入量が低減し、これに伴って黒化発生量も低減する。したがって、図３の定格ランプ電力４００Ｗにおいては、小径筒部の長さが８．５ｍｍ以下、また図４の定格ランプ電力７０Ｗにおいては、小径筒部の長さが５．５ｍｍ以下であれば、放電媒体の封入量および寿命末期時の黒化量がともに顕著に低減するので、効果的である。なお、図３の傾向は定格ランプ電力８００Ｗ以下であれば他の定格ランプ電力であっても同様であるが、放電媒体の封入量および寿命末期時の黒化がともに顕著に低減し始める小径筒部の長さについてはランプ電力に比例して連続的に変化する。また、図４についても同様である。この顕著に低減し始める長さは、概略横軸を定格ランプ電力（Ｗ）、縦軸を小径筒部の長さとするグラフにおいて、点Ａ（１００Ｗ−縦軸５．５ｍｍ）と点Ｂ（８００Ｗ−縦軸８．５ｍｍ）との間を結んだ直線にほぼ一致する。したがって、上記グラフに基づいて各定格ランプ電力ごとの好ましい小径筒部の長さを求めることができる。

以下、図５ないし図７を参照して、本発明の高圧放電ランプを実施するためのその他の形態について説明する。なお、各図において、図２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。

図５は、本発明の高圧放電ランプをじっしするための第２の形態における発光管の正面断面図である。

本形態は、小径筒部１ｂの内部のほぼ全長にわたり小径筒部の内径に接近した直径を有する電流導入導体３が挿通されていて、キャピラリーが実質的に形成されない構成である。なお、図示の場合、キャピラリーが事実上全く形成されてないが、本発明においては、小径筒部の内面と電極２との間にわずかな隙間が形成されていても、長さが３ｍｍ以下であれば、キャピラリーとしての作用を奏しないので、キャピラリーが実質的に形成されない構成であるといえる。

実施例２は、図５に示す高圧放電ランプである。
透光性セラミックス放電容器：一体成形の透光性アルミナセラミックス製、
包囲部；最大内径6mm、肉厚0.5mm
小径筒部；内径1.7mm、肉厚0.5mm、長さ5mm
電流導入導体 ：Mo-Al₂O₃=50：50体積％で、直径1.5mmのサーメット棒、

小径筒部のほぼ全長にわたり挿入されている。

その他は実施例１と同じである。

図６は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第３の形態における発光管の正面断面図であり、（ａ）は封止前の透光性セラミックス放電容器、（ｂ）は完成した発光管の断面図である。

本形態は、（ａ）に示すように、封止前の包囲部１ａの側面に排気管１ｅが包囲部１ａの内部に連通して形成されている。チップオフ部１ｄが形成されている。そして、透光性セラミックス放電容器１の一対の小径筒部１ｂ、１ｂを封止した後に、排気管１ｅを経由して、包囲部１ａの内部を排気した後に、または不活性ガス雰囲気中で、放電媒体を包囲部１ａ内に封入し、その後排気管１ｅを加熱溶融させて封じ切り、排気チップオフ部１ｄを形成する。なお、図６（ｂ）中、寸法Ａは電流導入導体３の長さ、寸法Ｂは封着部の長さ、寸法Ｃは電流導入導体２および電極２の接合体の長さである。

図７は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第４の形態における発光管の略図的断面図である。

本形態は、封止前の透光性セラミックス放電容器１の上端側に封入用包囲部１ｆが設けられる。図の（ａ）において、下端側の小径筒部１ｂに、電極２を接合した電流導入導体３を封着した後、上端側から電極２を接合した電流導入導体３を挿入し、中間部に例えばフリットガラスなどで仮固定する。そして、図の（ｂ）において、放電媒体を封入した後に封入用包囲部１ｆをまず封止する。そして、包囲部１ａと封入用包囲部１ｆとの中間に位置する中間部を溶融させて小径筒部１ｂとして封止する。その後、図の（ｃ）において、封入用包囲部１ｆを切除して高圧放電ランプを得る。このような工程で封止を行うことで排気チャンバー内で封着作業を行う必要がなくなり、封着工程を容易にすることができる。

図８は本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示すブロック回路図である。本実施形態は、その点灯回路が低周波交流点灯回路方式を採用している。図において、ＤＣは直流電源、ＢＵＴは昇圧チョッパ、ＦＢＩはフルブリッジ形インバータ、ＩＧはイグナイタ、ＭＨＬは自動車前照灯用メタルハライドランプである。

直流電源ＤＣは、例えば自動車のバッテリーからなる。

昇圧チョッパＢＵＴは、その入力端が直流電源ＤＣに接続している。

フルブリッジ形インバータＦＢＩは、その入力端が昇圧チョッパＢＵＴの出力端に接続している。

イグナイタＩＧは、フルブリッジ形インバータＦＢＩの低周波交流出力を入力して高電圧始動パルスを発生し、始動時に後述する自動車前照灯用メタルハライドランプＭＨＬの一対の電極間に印加する。

自動車前照灯用メタルハライドランプＭＨＬは、図１および図２に示す構成であり、フルブリッジ形インバータＦＢＩの出力端間に接続して低周波交流点灯する。

図９は、本発明の照明装置を実施するための一施形態としての自動車前照灯を示す概念的側面図である。図において、１１は前照灯本体、１２は高圧放電ランプ点灯装置、１３は自動車前照灯用メタルハライドランプである。

前照灯本体１１は、容器状をなし、内部に反射鏡１１ａ、前面にレンズ１１ｂおよび図示を省略しているランプソケットなどを備えている。

高圧放電ランプ点灯装置１２は、図８に示す回路構成を備えていて、主点灯回路１２Ａおよび始動器１２Ｂを具備している。主点灯回路１２Ａは、図３の昇圧チョッパＢＵＴおよびフルブリッジ形インバータＦＢＩを主構成要素として構成されている。始動器１２Ｂは、同じくイグナイタＩＧを主構成要素として構成されている。

自動車前照灯用メタルハライドランプ１３は、上記ランプソケットに装着されて点灯する。

本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプを示す正面図 同じく発光管の拡大断面図 定格ランプ電力が４００Ｗの高圧放電ランプにおける小径筒部長と放電媒体封入量および黒化発生量の関係を示すグラフ 定格ランプ電力が７０Ｗの高圧放電ランプにおける小径筒部長と放電媒体封入量および黒化発生量の関係を示すグラフ 本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態における発光管の正面断面図 本発明の高圧放電ランプを実施するための第３の形態における発光管の正面断面図であり、（ａ）は封止前の透光性セラミックス放電容器、（ｂ）は完成した発光管の断面図 本発明の高圧放電ランプを実施するための第４の形態における発光管の略図的断面図 本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するため一形態を示すブロック回路図 本発明の照明装置を実施するため一形態としての自動車前照灯を示す概念的側面図

符号の説明

１…透光性セラミックス放電容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、２…電流導入導体、３…電極、４…縮径部、Ｂ…口金、ｇ…隙間、ＩＴ…発光管、Ｌ１、Ｌ２…リード線、ＭＨＬ…自動車前照灯用メタルハライドランプ、ＯＴ…外管、ｔ１…口金端子、Ｔ…絶縁チューブ

Claims (5)

1. 包囲部および包囲部に接続して形成された長さが定格ランプ電力８００Ｗ以下に対して１０ｍｍ以下で、１００Ｗ以下に対して７ｍｍ以下の小径筒部を備えた透光性セラミックス放電容器と；
   透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内部に挿入され、主として透光性セラミックス放電容器の小径筒部におけるセラミックスの融着によって上記小径筒部に封着された電流導入導体と；
   電流導入導体に接続して透光性セラミックス放電容器内に封装された電極と；
   透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 小径筒部は、その長さが定格ランプ電力８００Ｗ以下に対して８．５ｍｍ以下で、１００Ｗ以下に対して５．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 小径筒部は、その内部にキャピラリーが実質的に形成されていない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。
4. 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；
   高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
5. 照明装置本体と；
   照明装置本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
   高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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