JP2008108714A - 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】
封止予定部におけるセラミックスと電流導入導体の熱的物理特性を所定範囲内に規定してセラミックスの溶融により封着した高い信頼性および安定性で封着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。
【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小径筒部1bを備えた透光性セラミックス放電容器1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3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2と；放電媒体と；を具備し、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の封着部を形成している両部材の熱伝導率の差が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以内である。
【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。

本発明者らは、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を封着する研究を行った結果、フリットガラスレスの構成を見出した。このフリットガラスレスの構成は、種々の材料および構造を用いる幾つかの態様を含んでいる。

しかしながら、比較的高い信頼性および安定性で封着することのできる構成は、透光性セラミックス放電容器の封止予定部を加熱溶融して、電流導入導体に溶着させる封止構造であることが分かった。

そこで、本発明者は、透光性セラミックス放電容器の封止予定部を加熱溶融して、電流導入導体に溶着させる封止構造についてさらに研究した結果、より一層確実に高い信頼性および安定性で封着するためには、透光性セラミックス放電容器と電流導入導体の熱伝導率や線膨張率といった熱的物理特性が一定範囲内になければならないことを究明することができた。

すなわち、熱伝導率が高い部材は、通常電流導入導体であるので、封着予定部をＹＡＧレーザー照射により加熱すると、電流導入導体が熱を吸収する。電流導入導体の熱伝導率が高すぎると、吸収部分の熱は、熱伝導率が低い透光性セラミックス放電容器のセラミックス側に伝道するより、電流導入導体の軸方向の非封着部方向に流れる割合が多くなる。したがって、熱が分散してしまい、封着予定部のセラミックスのみのピンポイントを加熱して溶融するのが困難になる。また、ＣＯ_２レーザー照射により加熱すると、その照射により加熱された封着予定部の周囲の熱が電流導入導体を通して拡散してしまう。そのため、封着予定部の電流導入導体の温度が、セラミクスが馴染むまでに上昇しにくいために、所望の封着が得られない場合がある。

一方、線膨張率が高い部材は、通常電流導入導体であるので、封着予定部をＹＡＧレーザー照射により加熱すると、線膨張率の低い透光性セラミックス放電容器のセラミックス側との間に、溶融による過剰な応力が生じ、封着時に割れクラックが生じて封着不良となる傾向がある。また、このときたとえクラックしなくても互いの部材の熱膨張率差による応力が残留し、その後の加熱処理や高圧放電ランプの点灯によりクラックが発生する虞がある。

本発明は、透透光性セラミックス放電容器の封止予定部を加熱溶融して、電流導入導体に溶着させる封止構造において、封止予定部におけるセラミックスと電流導入導体の熱的物理特性を所定範囲内に規定して高い信頼性および安定性で封着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。

第１の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、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の封着部を形成している両部材の熱伝導率の差が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以内であ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、したがって封着部に接近している非封着部における結晶平均粒径が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。

本発明において、小径筒部は、その内部にキャピラリー構造を形成してもよいし、形成しなくてもよい。したがって、小径筒部の長さは本発明において特段限定されない。要するに、少なくとも小径筒部のセラミックスの溶融による電流導入導体との封着部を形成しやすい長さであればよい。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くすることができる。

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を上昇させれば、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、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、後述する電極を支持し、そこに電圧を印加して、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を支持し、基端側が透光性セラミックス放電容器の小径筒部と協働して封着部を形成し、かつその一部が封着から外部へ露出している。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、電極を支持する部分は、耐ハロゲン性金属、例えばモリブデンやタングステンなどを用いて形成することができる。

また、電流導入導体は、封着される部分が封着性金属またはサーメットからなり、当該部分の透光性セラミックス放電容器のセラミックスとの熱伝導率差が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好適には５８Ｗ／ｍ・Ｋ以下になるように選択する必要がある。熱伝導率差が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以下では、最小加熱径を十分に小さくでき、またセラミックスと電流導入導体の温度差が小さくなるので、溶融部サイズが小さくても封着できるので、封着部を小さくできる。封着部が小さくなると、クラック発生が低減し、良好な封着が得られる。

これに対して、熱伝導率差が７５Ｗ／ｍ・Ｋを超える範囲においては、一般的に電流導入導体の熱伝導率が相対的に大きい場合であるので、加熱時の熱が電流導入導体を通じて逃げてしまう割合が増大する。このため、加熱範囲が封着予定部の周囲に拡大し、そのために封着予定部の温度上昇が遅くなるばかりか、電流導入導体の封着予定部の温度上昇も悪くなる。その結果、封着予定部のセラミックスとこれに対向する電流導入導体の部分との間の温度差が大きくなるために、セラミックスが電流導入導体に馴染みにくくなる。したがって、所望の封着が得られなくなる。

また、熱伝導率差が５８Ｗ／ｍ・Ｋ以下であると、封着予定部をさらにピンポイント的に局部加熱しやすくなり、セラミックスと電流導入導体との温度差が一層小さくなり、しかもセラミックスと電流導入導体とを直接的に封着するのに好適である。

さらに、熱伝導率差が５以上であれば、所望の高い導電性が得られる。

以上の理由から、熱伝導率差は、５〜７５が好ましく、また５〜５８が一層好適である。

透光性セラミックス放電容器が透光性アルミナセラミックスの場合、熱伝導率が３４Ｗ／ｍＫであるので、電流導入導体としてはセラミックスの熱伝導率より大きな熱伝導率を有し、しかも封着性の導電性金属であって、線膨張率差が小さい金属であるとともに、酸化性の少ない金属を用いたい場合、金属単体ではこの条件を満たすものが身近に見当たらない。これに対して、サーメットは、セラミックスと金属の混合焼結体であり、それらの配合比次第で幅の広い範囲内で所望の線膨張率を得ることができる。例えば、アルミナセラミックスとモリブデンの５０：５０の体積比率サーメットの場合、約７８〜９８Ｗ／ｍ・Ｋである。

したがって、電流導入導体の少なくとも封着予定部における部材としてはサーメットが好適である。また、電流導入導体として既知の封着性金属、例えばモリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）といった導電性金属を用いる場合であっても、封着予定部の少なくとも一部にはサーメットを用いる複合構造であるのが好ましい。この場合のサーメットは、電流導入導体の軸方向の段継構造または軸周りの段継構造あるいは軸方向または軸周りの無段階傾斜構造を採用することができる。軸周りの段継構造として、例えば中心部に高導電性のサーメットが位置し、外周側の部分に非導電性のサーメットが位置する２段継の構造やその中間部に中間的な導電性のサーメットが介在する多段継の段継構造を採用することができる。また、軸周りの無段階傾斜構造においても上述の段継構造におけるのと同様な要領で導電性が変化するが、その変化の態様が無段階になる構成とすることができる。

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％以下にすれば、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、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差が大きくなりすぎるので、封着部にクラックが生じて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％未満になると、所望の導電性を得るのがやや困難になる。

さらにまた、電流導入導体には、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の機能がある。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サーメットとし、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、直径などの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。

上記とは異なるその他の態様例を示せば次のとおりである。すなわち、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サーメットの直列接合体で構成することができる。この場合、セラミックスの溶着により形成される封着部は、ニオブとサーメットの部位に跨って形成される。この態様によれば、ニオブが小径筒部の内部に不用意に露出しないようになる。また、電流導入導体の一部にサーメットの部分を形成する場合、モリブデンなどの耐ハロゲン性金属からなる主として電極を支持する部分を電流導入導体の基端側へ延長して、その延長部を心材として利用して、その心材の周囲にサーメット部分を形成することができる。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。

〔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。

〔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。

第２の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、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の封着部を形成している両部材の線膨張率の差が４×１０^−６／Ｋ以内であることを特徴としている。

本発明は、封着部におけるセラミックスと電流導入導体の線膨張率差を４×１０^−６／Ｋ以内にしたものである。線膨張率差が４×１０^−６／Ｋ以内であれば、封着時の応力が低減してクラック発生が顕著に低減する。なお、線膨張率差が１．８７×１０^−６／Ｋ以内であれば、一層クラック発生が少なくなるので好適である。また、線膨張率差が０．６×１０^−６／Ｋ以上であれば、電流導入導体の導電性が高い。したがって、線膨張率差０．６×１０^−６／Ｋ〜４×１０^−６／Ｋが好ましい範囲である。

これに対して、上記線膨張率差が４×１０^−６／Ｋを超えると、封着によって過剰な応力が生じ、その結果封着時やその後の加熱処理およびランプ点灯などによりクラックを生じる虞がある。

本発明において、その他の構成については第１の発明に関して説明した構成を所望により適宜採用することを許容する。

第３の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、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の封着部を形成している両部材の熱伝導率の差が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以内であり、かつ両部材の線膨張率の差が４×１０^−６／Ｋ以内であることを特徴としている。

本発明は、第１および第２の発明の特徴的構成をともに具備している。したがって、以上説明した第１および第２の発明に関して説明した構成を所望により適宜採用することを許容する。

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。

第１および第２の発明によれば、透光性セラミックス放電容器の封止予定部を加熱溶融して、電流導入導体に溶着させる封止構造において、封止予定部におけるセラミックスと電流導入導体の熱的物理特性を所定範囲内に規定したことにより、高い信頼性および安定性で封着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ができる。

また、第１の発明によれば、小径筒部のセラミックスと封着部における電流導入導体の熱伝導率差を７５Ｗ／ｍ・Ｋ以内に規定したことにより、封止予定部におけるセラミックスを加熱溶融して電流導入導体に溶着させる確実な封着を得ることができる。

さらに、第２の発明によれば、小径筒部のセラミックスと封着部における電流導入導体の線膨張率差を４×１０^−６／Ｋ以内に規定したことにより、封着時の応力が低減してクラック発生を効果的に抑制する。
さらにまた、第３の発明によれば、第１および第２の発明の効果を併有する。

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。

電流導入導体２は、封着される部分２ａがサーメットやニオブ棒などの封着性部材からなり、後述する電極３を支持する部分２ｂがモリブデンなどの耐ハロゲン性金属からなる。そして、透光性セラミックス放電容器１のそれぞれの小径筒部１ｂに挿入され、かつ少なくとも小径筒部１ｂのセラミックスが電流導入導体２の封着される部分２ａへ融着することにより封着部ＳＰ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の封着予定部におけるセラミックスは、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、図示を省略しているが、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しながら電流導入導体２の封着される部分２ａに融着し、固化して封着部ＳＰを形成する。この封着部ＳＰにより透光性セラミックス放電容器１は、気密に封止される。

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、明らかに短くすることができる。

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。

図２に示す構造である。電流導入導体２は、封着される部分２ａがサーメットで、当該サーメットはアルミナとモリブデンが体積比率で５０：５０であり、熱伝導率が約７８〜９８Ｗ／ｍ・Ｋである。透光性セラミックス放電容器１は、透光性多結晶アルミナセラミックスからなり、熱膨張率が３４Ｗ／ｍ・Ｋである。したがって、実施例１において、熱伝導率差は４４〜６４Ｗ／ｍ・Ｋであった。

図２に示す構造である。電流導入導体２は、封着される部分２ａがサーメットで、当該サーメットはアルミナとモリブデンが体積比率で４０：６０であり、線膨張率が約６．８×１０^−６／Ｋ〜７．４×１０^−６／Ｋである。透光性セラミックス放電容器１は、透光性多結晶アルミナセラミックスからなり、線膨張率が８×１０^−６／Ｋである。したがって、実施例２において、線膨張率差は０．６×１０^−６／Ｋ〜１．２×１０^−６／Ｋであった。

図２に示す構造である。電流導入導体２は、封着される部分２ａがニオブ棒であり、その線膨張率が７．２×１０^−６／Ｋである。透光性セラミックス放電容器１は、実施例２と同様である。したがって、実施例３において、線膨張率差は０．８×１０^−６／Ｋであった。

図３は、（ａ）が本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態における封着部の包囲部側直近部の拡大横断面図、（ｂ）が同断面における電流導入導体の拡大断面図である。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。本形態は、封着部ＳＰの包囲部１ａ側の直近部に対向する電流導入導体２の小径筒部１ｂに封着する部分２ａが軸周りに段階傾斜構造を有するサーメット２ａ１およびこれに直列接合したニオブ棒（図示しない。）および電極３を支持するモリブデン棒（図示しない。）により形成されている。電流導入導体２は、その基端からニオブ棒、サーメット２ａ１およびモリブデン棒の順に直列接合している。

すなわち、上記封着される部分２ａは、サーメット２ａ１が３つの層ｌ１、ｌ２、ｌ３が軸周りに重層して形成された３層構成であり、その中心部にモリブデン棒からなる心材２ａ３が挿通している。サーメット２ａ１は、心材２ａ２の外面に接している層ｌ１が厚さ０．１ｍｍの第１のサーメットで、Ｍｏの含有率が８０質量％、層ｌ１に重なる層ｌ２が厚さ０．１ｍｍの第２のサーメットで、Ｍｏの含有率が４０質量％、層ｌ２に重なる層ｌ３が厚さ０．１ｍｍの第３のサーメットで、Ｍｏの含有率が１５質量％である。なお、心材２ａ２は、電極３を支持する耐ハロゲン性金属であるモリブデン棒を電流導入導体２の基端を構成するとともに、封着される部分２ａの一部となるニオブ棒まで延長し、かつニオブ棒の先端に溶接により直列に接合している。

したがって、本形態において、電流導入導体２の封着される部分２ａは、上記ニオブ棒およびサーメット２ａ１となる。そして、小径筒部１ｂのセラミックスが加熱溶融されて上記ニオブ棒およびサーメット２ａ１の両部分に跨って溶着して封着部ＳＰを形成する。

図３に示す構造である。電流導入導体２は、封着される部分２ａのニオブ棒２ａ１の線膨張率が７．２×１０^−６／Ｋ、サーメット２ａ２の層ｌ３の線膨張率が７．４×１０^−６／Ｋ〜７．８×１０^−６／Ｋである。透光性セラミックス放電容器１は、実施例１と同様である。したがって、実施例４において、線膨張率差は、ニオブ棒２ａ１との差が０．８×１０^−６／Ｋ、サーメット２ａ２の層ｌ３との差が０．２×１０^−６／Ｋ〜０．６×１０^−６／Ｋであった。

図４は、小径筒部および電流導入導体の封着部における両部材の熱伝導率差と加熱可能な最小径、セラミックス溶融部と対向する電流導入導体部位の温度差および電流導入導体の抵抗値の関係を示すグラフである。図において、横軸は上記熱伝導率差（Ｗ／ｍ・Ｋ）を、縦軸は左側が加熱可能な最小径を意味するピンポイント加熱可能最小径相対値（測定点が◆のカーブ）およびセラミックス溶融部と対向する電流導入導体部位の温度差を意味する溶融部アルミナに対する封着部導体の温度差相対値（測定点が■のカーブ）を、右側が電流導入導体の抵抗値を意味する導電体の抵抗率相対値（測定点が△のカーブ）を、それぞれ示す。

図から理解できるように、熱伝導率差が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以内であれば、封着可能な程度に加熱できる加熱部の最小径が小さく、したがって封着部を最小化することができるとともに、封着予定部のセラミックスと電流導入導体の温度差を小さくして、両者が馴染みやすくなる。また、電流導入導体の導電性も適度に良好な範囲が得られる。

図５は、小径筒部および電流導入導体の封着部における両部材の線膨張率差と封着に伴うクラック発生率および電流導入導体の抵抗値の関係を示すグラフである。図において、横軸は線膨張率差（×１０^−６／Ｋ）を、縦軸は左側が封着に伴うクラック発生率を意味する封着時〜１００ｈ以内クラック発生率（％）（測定点が◆のカーブ）を、右側が電流導入導体の抵抗値を意味する導電体の抵抗率相対値（測定点が■のカーブ）を、それぞれ示す。

図から理解できるように、線膨張率差が４×１０^−６／Ｋ以内であれば、封着時から点灯１００時間以内のクラック発生率が顕著に低減する。

図６は本発明の高圧放電ランプ点灯装置における一実施形態を示すブロック回路図である。本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、第１または第２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。なお、本形態において、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。

本形態において、点灯回路は、電子化されていて、直流電源ＤＣ、昇圧チョッパＢＵＴ、フルブリッジ形インバータＦＢＩおよびイグナイタＩＧを具備しており、自動車前照灯用メタルハライドランプＭＨＬを点灯する。

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または図３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７は、本発明の照明装置における一実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６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６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における第１の実施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 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（ａ）が本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態における封着部の包囲部側直近部の拡大横断面図、（ｂ）が同断面における電流導入導体の拡大断面図 小径筒部および電流導入導体の封着部における両部材の熱伝導率差と加熱可能な最小径、セラミックス溶融部と対向する電流導入導体部位の温度差および電流導入導体の抵抗値の関係を示すグラフ 小径筒部および電流導入導体の封着部における両部材の線膨張率差と封着に伴うクラック発生率および電流導入導体の抵抗値の関係を示すグラフ 本発明の高圧放電ランプ点灯装置における一実施形態を示すブロック回路図 本発明の照明装置における一実施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、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の封着部を形成している両部材の熱伝導率の差が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以内であることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 包囲部および包囲部に接続して形成された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、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の封着部を形成している両部材の線膨張率の差が４×１０^−６／Ｋ以内であることを特徴とする高圧放電ランプ。
3. 包囲部および包囲部に接続して形成された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、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の封着部を形成している両部材の熱伝導率の差が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以内であり、かつ両部材の線膨張率の差が４×１０^−６／Ｋ以内であることを特徴とする高圧放電ランプ。
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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