JP4022302B2 - メタルハライド放電ランプおよび照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主要部が透光性セラミックからなる放電容器を備えたメタルハライド放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透光性アルミナなどの透光性セラミックからなる放電容器を備えたメタルハライド放電ランプは、石英ガラスに比較して耐熱性および耐食性に優れることから、優れた寿命特性を有すること、およびジスプロシウムＤｙやナトリウムＮａなどの発光金属との反応による失透現象が少なくて、したがってこれに伴う光束低下を抑制できると期待されている。
【０００３】
透光性セラミックからなる放電容器は、上記のような利点を期待できるが、封着の問題がある。すなわち、透光性セラミックを封着するには、透光性セラミックを構成するアルミナやＹＡＧと熱膨張係数が近いニオブやタンタルを封着材として用いることが好ましいが、これらの金属は高温の金属ハロゲン化物と反応しやすい。
【０００４】
そこで、たとえばＬＳ７プロシーディングボリューム’９５（京都）において発表されたものにあっては、ニオブの封着金属部分にタングステンからなる電極棒を溶接するとともに、電極棒の回りにモリブデンコイルを巻装してセラミック封止用コンパウンドのシールを放電容器の端部部分内に挿入されたニオブの封着金属部分を被覆するのに加えて、さらにモリブデンコイルのニオブ側の部分まで上記シールで延在させることにより、ニオブの封着金属部分が放電空間側に露出するのを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、透光性セラミックとモリブデンとは、熱膨張係数が異なるために、封着になお問題がある。すなわち、透光性セラミックを構成するアルミナやＹＡＧの熱膨張係数は、８×１０-6程度である。これに対して、モリブデンの熱膨張係数は、６×１０-6程度であり、また、タングステンの熱膨張係数は、５×１０-6程度であり、透光性セラミックのそれとは顕著な差が存在する。
【０００６】
そこで、セラミック封止用コンパウンドの熱膨張係数を調整して透光性セラミックのそれに接近するように設定すると、モリブデン部分に流入した上記コンパウンドの部分が溶融して、次に固化する際にモリブデンと接触している部分からクラックを生じやすい。
【０００７】
上記とは反対に、セラミック封止用コンパウンドの熱膨張係数をモリブデンのそれに接近するように設定すると、上記コンパウンドが溶融して、次に固化する際に透光性セラミックに接触している部分において、透光性セラミックにクラックを生じやすい。
【０００８】
また、たとえクラックが発生しなかったとしても、セラミック封止用コンパウンドのシールとモリブデンとの熱膨張係数の相違から、メタルハライド放電ランプの点灯および消灯による点滅の繰り返しに伴って、上記シールとこれに接触しているモリブデンとの間の膨張・収縮が繰り返されるうちに、両者の接触部分が剥がれたりシール内に小さなクラックを生じて、当該部分を通じて高温のハロゲン化物が封着部内に侵入して封着金属部分であるニオブを侵しやすいという欠点がある。
【０００９】
そこで、特開平６−１９６１３１号公報の図７およびこれに関連する説明文には、ニオブからなる封着金属とタングステンからなる電極棒との中間に、耐ハロゲン化物部分として、タングステンとアルミニウムの酸化物とを６０：４０の容積比で形成したサーメットを介在させる変形例が記載されている。
【００１０】
しかし、上記サーメットは、高融点を有しているために、ニオブやタングステンとの接合を高精度で行うことが困難であり、したがって実用的でないという欠点がある。
【００１１】
本発明は、膨出部と一対の端部部分とを有し、端部部分は内径が小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなしていて細長い透光性セラミックからなる放電容器を、高温のハロゲン化物に侵されやすいニオブなどの金属を封着部分に用いないで、セラミック封止用コンパウンドのシールによって信頼性高く、しかも封着構造が簡単なメタルハライド放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明のメタルハライド放電ランプは、放電空間を包囲する透光性セラミックからなる膨出部および膨出部の両端に連通して配置された一対の端部部分を備え、端部部分は内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなすとともに少なくとも先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットからなる放電容器と；サーメットを構成している金属と同じタングステンまたはモリブデンからなる封着金属部分および封着金属部分の先端に基端部が接続している耐ハロゲン化物部分を備え、放電容器の端部部分内を貫通するとともに、端部部分との間にわずかな隙間を形成する給電導体と；放電容器の膨出部内に配設されて給電導体に接続した電極と；放電容器の端部部分の先端部の内面および給電導体の封着金属部分の間を封着するセラミック封止用コンパウンドのシールと；発光金属のハロゲン化物を含み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。
【００１３】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１４】
放電容器について
「透光性セラミック」とは、単結晶の金属酸化物たとえばサファイヤと、多結晶の金属酸化物たとえば半透明の気密性アルミニウム酸化物（ＤＧＡ）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）およびイットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物たとえばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような耐火材料を意味する。これらのセラミックは熱膨張係数が８×１０-6程度である。
【００１５】
なお、「透光性」とは、放電による発光を放電容器を透過して外部に導出できる程度に透過すればよく、透明および拡散透光性のいずれでもよい。
【００１６】
放電容器を製作するには、最初から膨出部および端部部分を透光性セラミックで一体に成形することができる。これと異なる方法としては、円筒体および円筒体の両端を閉塞する中心孔明きの一対の端板をそれぞれセラミック材料の仮成形により形成して膨出部を、また端板の中心孔にセラミック材料またはサーメット材料の仮成形により形成した細長いチューブを挿入して端部部分を、それぞれ用意して、これらを放電容器の形状に組み立ててから、これらを焼結して気密に一体化してもよい。
【００１７】
放電容器のチューブ状をなす端部部分の「先端部」とは、端部部分が外部に開口する先端の部位であり、後述するセラミック封止用コンパウンドのシールを介して給電導体の封着金属部分と気密に封着される部分を意味する。「少なくとも先端部全体がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットからなる端部部分」とは、チューブ状をなす端部部分の全体が上記サーメットからなる構成と、端部部分のうち先端部全体が上記サーメットからなり、残余の部分が透光性または非透光性のセラミックからなる構成とを含む意味である。前者の場合、サーメットからなる端部部分と、透光性セラミックからなる膨出部とは気密に封止されている必要がある。また、後者の場合、さらにサーメットによって構成された先端部と残余のセラミックからなる端部部分とは気密に封止されている必要がある。これらの部分は、焼結により気密に封止することが可能である。チューブ状をなす端部部分は、内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きい。
【００１８】
「サーメット」は、タングステンまたはモリブデンの粉末とセラミックの粉末とを圧縮成形し、焼結して形成した複合材料で、セラミックの耐熱性と金属の強靱性とを兼ね備えているが、さらに熱膨張係数においても上記金属とセラミックとの中間の７〜７．５×１０-6程度に設定することができる。上記金属の熱膨張係数については後述する。
【００１９】
また、サーメットと封着金属およびセラミックとの熱膨張係数の差を一層小さくするために、熱膨張係数の異なる複数のサーメットを直列に段継ぎ接続することもできる。すなわち、封着金属部分との封着を行う部分には、封着金属の熱膨張係数に接近した熱膨張係数を有するサーメットを用いる。また、セラミックとの封着を行う部分には、セラミックに接近した熱膨張係数を有するサーメットを用いる。このようにすれば、隣接する異なるサーメットの間の熱膨張係数の差は単一のサーメットを用いるときより小さくなり、良好な封着を行うことができる。
【００２０】
給電導体について
「給電導体」とは、電源からバラスト手段を介して電極間に電圧を印加して、メタルハライド放電ランプを始動し、電流を導入して点灯するために、機能するものであって、放電容器に気密にシールされ、電極に接続する部材をいう。そして、給電導体は、放電容器との良好な気密を得るために、封着金属部分とこれに接続された耐ハロゲン化物部分とからなり、主として封着金属部分で放電容器の端部部分の先端部にセラミック封止用コンパウンドのシールを介して封着される。
【００２１】
「封着金属部分」とは、放電容器の端部部分の先端部に封着される金属の部分であって、サーメットを構成している金属と同じタングステンまたはモリブデンからなる部分であることを意味する。すなわち、サーメットがタングステンとセラミックとから構成されていれば、給電導体の封着金属部分にはタングステンを用いる。また、サーメットを構成する金属がモリブデンである場合には、封着金属部分には、モリブデンを用いる。既述のとおりタングステンの熱膨張係数は５×１０−６程度であり、モリブデンのそれは６×１０−６程度である。
【００２２】
「耐ハロゲン化物部分」とは、メタルハライド放電ランプの作動中に放電容器内に存在するハロゲン化物および遊離ハロゲンによる腐食作用が殆どないしは全く起こらない物質からなる部分であることを意味し、たとえばタングステン、モリブデン、プラチナ、イリジウム、レニウムおよびロジウムからなるグループから選択された金属あるいはこれらの金属の少なくとも一種の珪化物、炭化物または窒化物の１種または複数種からなる部分であり、異なる材質の心材に対して上記材料で被覆したものであってもよい。
【００２３】
耐ハロゲン化物部分をタングステンまたはモリブデンで構成した場合に、封着金属部分と同一金属で構成することができるが、互いに異なる金属であってもよい。同一金属を用いる場合に、単一の金属棒を用いることができるし、太さの異なるものを溶接してもよい。互いに異なる金属の場合に、封着金属部分にモリブデン、耐ハロゲン化物部分にタングステンを用いてもよいし、反対に封着金属部分にタングステン、耐ハロゲン化物部分にモリブデンを用いてもよい。この場合に、さらにモリブデンからなる耐ハロゲン化物部分の先端にタングステンの電極棒を溶接してもよい。
【００２４】
以上から明かなように、本発明においては、封着金属部分と耐ハロゲン化物部分とが同一金属にて構成される態様を含んでいる。
【００２５】
「わずかな隙間」とは、給電導体および放電容器の内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなす端部部分の内面との間に形成される空所が少なくとも５μｍで、最大でも端部部分の内径の１／４の大きさで、約２００μｍ以下の空所を意味する。したがって、端部部分を貫通する給電導体の耐ハロゲン化物部分の直径は、端部部分の内径の少なくとも１／２とする。
【００２６】
また、上記わずかな隙間は、放電容器の端部部分と給電導体との間にサーメットのスリーブを介在させて形成することもできる。この場合、わずかな隙間は給電導体とスリーブとの間および端部部分の内面との間の両方に形成される。
【００２７】
さらに、わずかな隙間は、給電導体の耐ハロゲン化物部分を棒体と、棒体に巻回したコイルの外周面と端部部分の内面との間に形成することもできる。
【００２８】
さらにまた、メタルハライド放電ランプの作動中、内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなす端部部分の内部に形成されるわずかな隙間の中には、余剰のハロゲン化物が液化状態で侵入して最冷部を形成するが、隙間の間隔を適当に設定することにより、所望の最冷部温度にすることができる。
【００２９】
電極について
本発明のメタルハライド放電ランプは、交流および直流のいずれで点灯するように構成されていてもよいので、電極は、交流で作動する場合、同一構造とするが、直流で作動する場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、陰極より放熱面積の大きいものを用いることができる。
【００３０】
また、本発明のメタルハライド放電ランプは、短アーク形であってもよいし、長アーク形であってもよい。
【００３１】
短アーク形とは、放電容器内の一対の電極の間に形成される電極間距離を小さくすることにより、アーク放電を電極によって安定させるいわゆる電極安定形のものである。たとえば、液晶プロジェクタ用、自動車の前照灯用などに短アーク形のメタルハライド放電ランプが用いられる。
【００３２】
一方、長アーク形とは、放電容器内の一対の電極の間に形成される電極間距離を放電容器の膨出部の内径より大きくすることにより、アーク放電を放電容器の内面で安定させるいわゆる管壁安定形のものをいう。長アーク形のメタルハライド放電ランプは、一般照明などにおいて広く用いられている。
【００３３】
セラミック封止用コンパウンドのシールについて
セラミック封止用コンパウンドのシールは、メタルハライド放電ランプの点灯中の高温に十分耐え得る耐熱性を備えるとともに、サーメットの熱膨張係数と給電導体の封着金属部分を構成する金属の熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有するように調整するものとする。たとえば、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系のセラミック封止用コンパウンドを用いることができる。
【００３４】
放電媒体について
放電媒体は、発光金属のハロゲン化物を必須として、その他必要に応じて希ガスおよびランプ電圧を所定値にする緩衝媒体からなる。発光金属としては、任意所望に選択して用いることができるが、たとえばナトリウムＮａ、スカンジウムＳｃ、リチウムＬｉおよび希土類金属を単独または複数種を混合して用いることができる。なお、ハロゲンとしては、ヨウ素Ｉ、臭素Ｂｒ、塩素Ｃｌおよびフッ素Ｆを用いることができる。
【００３５】
希ガスは、主として始動用として、アルゴンＡｒ、クリプトンＫｒまたはキセノンＸｅを用いることができる。
【００３６】
緩衝媒体としては、水銀または可視光域に発光がないか少なくて点灯中の蒸気圧が比較的高い金属たとえばアルミニウムＡｌなどのハロゲン化物を用いることができる。
【００３７】
作用について
本発明においては、放電容器の内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなす端部部分の少なくとも先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットにより構成され、給電導体の封着金属部分をサーメットを構成する金属と同じタングステンまたはモリブデンにて形成して、先端部の内面と封着金属部分との間をセラミック封止用コンパウンドのシールによって封着することにより、サーメットのセラミックとタングステンまたはモリブデンとの中間の熱膨張係数を利用して封着金属部分とサーメットの封着部との間の封着を良好に行うことができる。
【００３８】
また、サーメットからなる先端部と放電容器のセラミックの部分との間も熱膨張係数が比較的接近しているので、焼結により良好に封着することができる。
【００３９】
したがって、本発明においては、ニオブなどの高温のハロゲン化物に侵されやすい金属を用いることなく封着ができるので、信頼性の高い封着が得られる。
【００４０】
請求項２の発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１記載のメタルハライド放電ランプにおいて、放電容器は、端部部分の先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットからなり、残余の部分が透光性セラミックからなり、かつ先端部と残余の部分とが気密に一体化されていることを特徴としている。
【００４１】
端部部分の先端部のみをサーメットにより構成することは、放電容器の残余の部分は透光性セラミックにより形成することができるので、放電容器を相対的に安価にすることに寄与する。
【００４２】
また、先端部はサーメットによって形成されているので、封着性については端部部分全体をサーメットで構成する場合と変わらない。
【００４３】
さらに、セラミックからなる端部部分の残余の部分とサーメットからなる先端部との封止を印籠嵌合した状態にして行うことができ、良好な機械的強度および気密性を両者の封止部に得ることもできる。
【００４４】
請求項３の発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプにおいて、給電導体は、耐ハロゲン化物部分に巻装されたタングステンまたはモリブデンからなるコイルを備えるとともに、このコイルが耐ハロゲン化物部分から延伸して封着金属部分を構成していることを特徴としている。
【００４５】
耐ハロゲン化物部分の周囲に上記のようにコイルを巻装することにより、放電容器の端部部分との間に所望の間隙を有するわずかな隙間を形成しやすくなる。そして、本発明においては、さらにコイルが延伸して封着金属部分を構成している。
【００４６】
そうして、本発明においては、コイルを巻装して封着することにより、封着時の加熱でコイルが変形するために、耐ハロゲン化物部分がコイルから不所望に脱落するようなことがなくなる。
【００４７】
さらに、要すれば、封着金属部分を構成するコイルの内部にタングステン、モリブデンまたはサーメットの棒体を挿入することができる。これにより、セラミック封止用コンパウンドの使用量を低減でき、その分コンパウンドから放出される不純ガスの量を少なくすることができる。なお、この場合、封着金属部分のコイル内に挿入する上記棒体を耐ハロゲン化物部分に溶接しなくても、コイルによって支持することができる。
【００４８】
請求項４の発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプにおいて、給電導体は、セラミック封止用のコンパウンドのシールに埋設される部分に水素および酸素ゲッタを当該シールに埋設された状態で支持していることを特徴としている。
【００４９】
水素および酸素ゲッタをセラミック封止用のコンパウンドのシールに埋設された状態で耐ハロゲン化物部分に支持させるには、たとえば当該ゲッタを線状にして耐ハロゲン化物部分に巻回することにより、実現することができる。
【００５０】
耐ハロゲン化物部分にコイルを巻装する場合には、コイルの一部分を伸ばしてそのピッチを広げ、その間に線状のゲッタを略Ｃ字状に屈曲して耐ハロゲン化物部分に巻き付ければ、ゲッタをコイルの１ターンのようにして装着することができる。
【００５１】
また、水素および酸素ゲッタは、耐ハロゲン化物部分に溶接してもよいが、巻回だけで移動しなければ、溶接しなくてもよい。
【００５２】
さらに、ゲッタは、板状などにしてもよい。
【００５３】
そうして、本発明において、水素および酸素ゲッタは、放電容器中の水素および酸素を吸収した後にセラミック封止用コンパウンドによって被覆される。すなわち、給電導体の封着性の部分をセラミック封止用コンパウンドのシールにより放電容器の端部部分の先端部に封止してから、放電容器を水素および酸素が放出される温度まで加熱する。この加熱によって放出された水素および酸素がゲッタに吸収される。次に、セラミック封止用コンパウンドのシール部分を再度加熱すると、同コンパウンドが溶融して水素および酸素ゲッタの上まで延在して当該ゲッタを被覆する。
【００５４】
本発明においては、水素および酸素ゲッタが放電容器内の不純ガスを吸着した後にセラミック封止用コンパウンドのシールによって被覆するので、放電容器内の不純ガスを除去できるとともに、水素および酸素ゲッタが高温のハロゲン化物によって侵されるようなことがない。
【００５５】
請求項５の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に装着される請求項１ないし４のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００５６】
本発明は、上述した本発明のメタルハライド放電ランプを光源として何らかの目的のために利用する全ての装置に適応するもので、これらの装置を包括的に照明装置という。たとえば、各種照明器具、表示用装置および投光装置などである。照明器具としては、屋外用および屋内用の照明器具を含む。投光装置としては、液晶プロジクタ、オーバヘッドプロジェクタ、サーチライト、移動体用ヘッドランプなどに適用することができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５８】
図１は、本発明のメタルハライド放電ランプの第１の実施形態を示す断面図である。
【００５９】
図２は、同じく要部拡大断面図である。
【００６０】
図において、１は放電容器、２は給電導体、３は電極、４はセラミック封止用コンパウンドのシール、５はわずかな隙間である。
【００６１】
放電容器１は、膨出部１ａおよび一対の端部部分１ｂ、１ｂを備えている。
【００６２】
膨出部１ａは、透光性アルミナセラミックからなり、内径９ｍｍ、全長１３ｍｍである。そして、膨出部１ａは、円筒部１ａ１と、その両端面を閉塞する中央孔を形成した一対の円盤１ａ２、１ａ２とからなる。これらは、それぞれ別に仮成形してから組み立てられ、さらに後述するサーメットの仮成形品を組み立てて、一緒に焼結することにより、気密に一体化された放電容器１を形成する。
【００６３】
端部部分１ｂは、その全体がアルミナおよびモリブデンのモル比が３：１〜１：１の割合のサーメットからなり、内径１ｍｍ、長さ１２ｍｍ、肉厚はほぼ１ｍｍの内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなする。そして、端部部分１ｂは、膨出部１ａと反対側の先端部１ｂ１が封着部として作用して、後述するセラミック封止用コンパウンドのシール４により給電導体２の封着金属部分２ａを封着する。この端部部分１ｂは、予め仮成形されてから、膨出部１ａの中央孔に基端を挿入し全体を焼結して放電容器１が形成される。
１を構成する長さ５ｍｍの部分は、サーメットによって形成されている。
【００６４】
給電導体２は、封着金属部分２ａおよび耐ハロゲン化物部分２ｂからなる。
【００６５】
封着金属部分２ａは、外径０．９ｍｍ、端部部分１ｂの封着部１ｂ１への挿入深さが７ｍｍのモリブデン棒からなる。
【００６６】
耐ハロゲン化物部分２ｂは、外径０．４ｍｍのタングステンの棒からなり、封着金属部分２ａの先端にレーザにより同軸に溶接されている。さらに、耐ハロゲン化物部分２ｂには、外径０．２５ｍｍのモリブデン線からなるコイル２ｂ１が巻装されている。
【００６７】
電極３は、外径０．３ｍｍのタングステン線を耐ハロゲン化物部分１０３ｂの先端部に巻回することにより構成されている。
【００６８】
セラミック封止用コンパウンドのシール４は、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系のガラスフリットを溶融固化してなり、放電容器１のサーメットからなる端部部分１ｂの先端部１ｂ１および給電導体２の封着金属部分２ａの間を５ｍｍの深さまで気密に封止ルしている。封着金属部分２ａは、セラミック封止用コンパウンドのシール４によって完全に被覆されていないで、一部が放電容器１内に露出しているが、ハロゲン化物に対する耐性があるので、差し支えない。
【００６９】
放電容器１内には、放電媒体として以下のものが封入されている。すなわち、発光金属は、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ ３ 、ヨウ化タリウムＴｌＩおよびヨウ化ナトリウムＮａＩ、始動ガスはアルゴンＡｒ５０Torr、さらに緩衝ガスとして水銀を加えて放電媒体を構成している。
【００７０】
わずかな隙間５は、放電容器１の端部部分１ｂの内面と給電導体２の耐ハロゲン化物部分２ｂに巻装されたコイル２ｂ１との間に形成されている。
【００７１】
そうして、得られたメタルハライド放電ランプを図６に示す実施形態のように外管内に収納して点灯し、１５０Ｗのランプ電力を投入したとき、ランプ電圧が９５Ｖであった。そして、５０００時間点灯後に封着部断面を詳細に観察した結果、給電導体２の封着金属部分２ａおよびサーメットからなる端部部分１ｂの先端部１ｂ１と、セラミック封止用コンパウンド４との間の封着部に隙間は全く認められなかった。
【００７２】
図３は、本発明のメタルハライド放電ランプの第２の実施形態を示す要部拡大正面図である。
【００７３】
図において、図２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７４】
本実施形態は、給電導体２の耐ハロゲン化物部分２ｂに巻装されたコイル２ｂ１を延伸させて封着金属部分２ａ’を構成した点で異なる。
【００７５】
すなわち、封着金属部分２ａ’は、コイル２ｂ１が先端部１ｂ１に対向する位置まで延在することにより形成されている。本実施形態においては、さらに封着金属部分２ａ’の内部に外径０．４ｍｍのモリブデン棒２ａ１’が挿入されて封着金属部分２ａ’を補助している。モリブデン棒２ａ１’の先端は、耐ハロゲン化物部分２ｂを構成するタングステン棒に溶接していないが、コイル２ｂ１および封着金属部分２ａ’を構成するコイルが封着時に変形して耐ハロゲン化物部分２ｂの不所望な脱落を防止する。
【００７６】
図４は、本発明のメタルハライド放電ランプの第３の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００７７】
図において、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００７８】
本実施形態は、水素および酸素ゲッタ６を給電導体２に支持させた点で異なる。
【００７９】
すなわち、水素および酸素ゲッタ６は、外径０．２５ｍｍのニオブ線をほぼＣ字状に折曲してなり、封着金属部分２ａ’の中間においてモリブデン棒２ａ１’に巻き付けて支持させている。この場合、封着金属部分２ａ’のコイルの中間部においてコイルを引っ張ってピッチを大きくして隙間を作り、その隙間に水素および酸素ゲッタ６を装着する。
【００８０】
そうして、放電容器１内に露出した状態で仮封着を行い、その状態で放電容器１を加熱して、主としてハロゲン化物から放出された水素および酸素を水素および酸素ゲッタ６に吸着させてから、再度封着してセラミック封止用コンパウンドのシール４によって水素および酸素ゲッタ６を被覆する。
【００８１】
図５は、本発明のメタルハライド放電ランプの第４の実施形態を示す断面図である。
【００８２】
図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００８３】
本実施形態は、放電容器１を先端部１ｂ１のみを除いて透光性セラミックによって一体成形により形成した点で異なる。
【００８４】
すなわち、放電容器１は、膨出部１ａが内径９ｍｍ、長さ１５ｍｍであり、端部部分１ｂが外径４．５ｍｍ、内径１ｍｍ、長さ１５ｍｍである。端部部分１ｂのうち先端部１ｂ１を構成する長さ５ｍｍの部分は、サーメットによって形成されている。
【００８５】
ここに用いられるサーメットは、モリブデンおよびアルミナを構成成分としている。サーメットからなる先端部１ｂ１は、その先端に周凸段部ｐを備えており、この周凸段部ｐの部分で透光性セラミックからなる端部部分１ｂの先端の内面に形成した周凹段部ｒに印籠嵌合し、両者は焼結されて気密に一体化されている。
【００８６】
給電導体２は、図１に示す第１の実施形態と同一構造である。
【００８７】
図６は、本発明のメタルハライド放電ランプの第５の実施形態を示す正面図である。
【００８８】
図において、１１は発光管、１２は支持導体、１３は支持バンド、１４は絶縁チューブ、１５は導体枠、１６はフレアステム、１７は外管、１８は口金、１９は導線である。
【００８９】
発光管１１は、図１に示す実施形態と同一構造のメタルハライド放電ランプである。
【００９０】
支持導体１２は、発光管１１の図において上方の封着金属部分２ａに溶接されて発光管１１を支持するとともに、電流を導入する。
【００９１】
支持バンド１３は、絶縁チューブ１４を介して発光管１１の図において下方の封着金属部分２ａを絶縁的に支持している。
【００９２】
導体枠１５は、発光管１１の外側に間隔をおいて配置され、支持導体１２および支持バンド１３の両端部を溶接して支持し、上端部には弾性接触片１５ａ、１１５ａを備えている。
【００９３】
フレアステム１６は、一対の内部リード線１６ａ、１６ｂを備え、その一方の内部リード線１６ａに導体枠１５の図において下端を溶接して発光管１１を所定の位置に支持している。他方の内部リード線１６ｂは、導線１９を介して発光管１１の図において下方の封着性の部分に接続している。
【００９４】
外管１７は、円筒状のＴ形バルブからなり、図において下部のネック部にフレアステム１６を封着して以上説明した各部材を内部に気密に収納している。なお、導体枠１５の接触片１５ａは、外管１７の先端部近傍の内面に弾性的に接触し、外部から印加される衝撃に対して、導体枠１５を保護し、かつ外管１７に対して所定の位置に保持する。
【００９５】
また、外管１７内は、排気されて真空状態にされるか、排気後不活性ガスを封入される。
【００９６】
口金１８は、外管１７のネック部に固着されるとともに、フレアステム１６の一対の内部リード線１６ａ、１６ａに電気的に接続されている。
【００９７】
なお、２０はパーフォーマンスゲッタである。また、図示しないが、外管１７内には、イニシャルゲッタを配設必要に応じて配設する。
【００９８】
そうして、以上説明した本発明の第５の実施形態のメタルハライド放電ランプは、一般照明用として使用することができる。
【００９９】
図７は、本発明の照明装置の一実施形態における天井埋込形ダウンライトを示す断面図である。
【０１００】
図において、２１はメタルハライド放電ランプ、２２はダウンライト本体である。
【０１０１】
メタルハライド放電ランプ２１は、図５に示す構造のものと同一構造である。
【０１０２】
ダウンライト本体２２は、基体２２ａ、ソケット２２ｂおよび反射板２２ｃなどを備えている。
【０１０３】
基体２２ａは、天井に埋め込まれるために、下端に天井当接縁ｅを備えている。
【０１０４】
ソケット２２ｂは、基体２２ａに装着されている。
【０１０５】
反射板２２ｃは、基体２２ａに支持されているとともに、メタルハライド放電ランプ２１の発光中心がそのほぼ中心に位置するように包囲している。
【０１０６】
【発明の効果】
請求項１ないし４の各発明によれば、放電容器の主要部を透光性セラミックにて構成するとともに、内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなす端部部分の少なくとも先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットにより構成され、封着金属部分および耐ハロゲン化物部分を接続した給電導体を放電容器の端部部分に挿入して、先端部においてセラミック封止用コンパウンドのシールにより給電導体を封着したことにより、放電容器と給電導体とをセラミック封止用コンパウンドのシールを用いて直接封着できるので、ニオブなどのハロゲン化物に侵されやすい金属を封着性部分に用いないことで信頼性が高くて、しかも端部部分が細長くてその内部に給電導体との間にわずかな隙間を形成する構成であっても封着が可能で、かつその構造が簡単なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【０１０７】
請求項２の発明によれば、加えて放電容器の端部部分の先端部をサーメットにより構成するが、残余の部分を透光性セラミックによって構成していることにより、放電容器を相対的に安価にしたメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【０１０８】
請求項３の発明によれば、加えて耐ハロゲン化物部分にタングステンまたはモリブデンからなるコイルを備えるとともに、このコイルが延伸して封着金属部分を構成していることにより、耐ハロゲン化物部分を溶接しなくてもコイルの封着時の変形により耐ハロゲン化物部分が不所望に脱落しないメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【０１０９】
請求項４の発明によれば、加えて水素および酸素ゲッタをセラミック封止用コンパウンドのシールに埋設される給電導体の部分に当該シールに埋設された状態で支持していることにより、製造過程において水素および酸素ゲッタに不純ガスを吸着させた後にセラミック封止用のコンパウンドのシールに埋設するので、放電容器内の不純物を除去するとともに、水素および酸素ゲッタがハロゲン化物に侵されなくなるメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【０１１０】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし４の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタルハライド放電ランプの第１の実施形態を示す断面図
【図２】同じく要部拡大断面図
【図３】本発明のメタルハライド放電ランプの第２の実施形態を示す要部拡大断面図
【図４】本発明のメタルハライド放電ランプの第３の実施形態を示す要部拡大断面図
【図５】本発明のメタルハライド放電ランプの第４の実施形態を示す断面図
【図６】本発明のメタルハライド放電ランプの第５の実施形態を示す正面図
【図７】本発明の照明装置の一実施形態における天井埋込形ダウンライトを示す断面図
【符号の説明】
１…放電容器
１ａ…膨出部
１ａ１…円筒
１ａ２…円盤
１ｂ…端部部分
１ｂ１…先端部
２…給電導体
２ａ…封着金属部分
２ｂ…耐ハロゲン化物部分
２ｂ１…コイル
３…電極
４…セラミック封止用コンパウンドのシール
５…わずかな隙間
【発明の属する技術分野】
本発明は、主要部が透光性セラミックからなる放電容器を備えたメタルハライド放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透光性アルミナなどの透光性セラミックからなる放電容器を備えたメタルハライド放電ランプは、石英ガラスに比較して耐熱性および耐食性に優れることから、優れた寿命特性を有すること、およびジスプロシウムＤｙやナトリウムＮａなどの発光金属との反応による失透現象が少なくて、したがってこれに伴う光束低下を抑制できると期待されている。
【０００３】
透光性セラミックからなる放電容器は、上記のような利点を期待できるが、封着の問題がある。すなわち、透光性セラミックを封着するには、透光性セラミックを構成するアルミナやＹＡＧと熱膨張係数が近いニオブやタンタルを封着材として用いることが好ましいが、これらの金属は高温の金属ハロゲン化物と反応しやすい。
【０００４】
そこで、たとえばＬＳ７プロシーディングボリューム’９５（京都）において発表されたものにあっては、ニオブの封着金属部分にタングステンからなる電極棒を溶接するとともに、電極棒の回りにモリブデンコイルを巻装してセラミック封止用コンパウンドのシールを放電容器の端部部分内に挿入されたニオブの封着金属部分を被覆するのに加えて、さらにモリブデンコイルのニオブ側の部分まで上記シールで延在させることにより、ニオブの封着金属部分が放電空間側に露出するのを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、透光性セラミックとモリブデンとは、熱膨張係数が異なるために、封着になお問題がある。すなわち、透光性セラミックを構成するアルミナやＹＡＧの熱膨張係数は、８×１０-6程度である。これに対して、モリブデンの熱膨張係数は、６×１０-6程度であり、また、タングステンの熱膨張係数は、５×１０-6程度であり、透光性セラミックのそれとは顕著な差が存在する。
【０００６】
そこで、セラミック封止用コンパウンドの熱膨張係数を調整して透光性セラミックのそれに接近するように設定すると、モリブデン部分に流入した上記コンパウンドの部分が溶融して、次に固化する際にモリブデンと接触している部分からクラックを生じやすい。
【０００７】
上記とは反対に、セラミック封止用コンパウンドの熱膨張係数をモリブデンのそれに接近するように設定すると、上記コンパウンドが溶融して、次に固化する際に透光性セラミックに接触している部分において、透光性セラミックにクラックを生じやすい。
【０００８】
また、たとえクラックが発生しなかったとしても、セラミック封止用コンパウンドのシールとモリブデンとの熱膨張係数の相違から、メタルハライド放電ランプの点灯および消灯による点滅の繰り返しに伴って、上記シールとこれに接触しているモリブデンとの間の膨張・収縮が繰り返されるうちに、両者の接触部分が剥がれたりシール内に小さなクラックを生じて、当該部分を通じて高温のハロゲン化物が封着部内に侵入して封着金属部分であるニオブを侵しやすいという欠点がある。
【０００９】
そこで、特開平６−１９６１３１号公報の図７およびこれに関連する説明文には、ニオブからなる封着金属とタングステンからなる電極棒との中間に、耐ハロゲン化物部分として、タングステンとアルミニウムの酸化物とを６０：４０の容積比で形成したサーメットを介在させる変形例が記載されている。
【００１０】
しかし、上記サーメットは、高融点を有しているために、ニオブやタングステンとの接合を高精度で行うことが困難であり、したがって実用的でないという欠点がある。
【００１１】
本発明は、膨出部と一対の端部部分とを有し、端部部分は内径が小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなしていて細長い透光性セラミックからなる放電容器を、高温のハロゲン化物に侵されやすいニオブなどの金属を封着部分に用いないで、セラミック封止用コンパウンドのシールによって信頼性高く、しかも封着構造が簡単なメタルハライド放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明のメタルハライド放電ランプは、放電空間を包囲する透光性セラミックからなる膨出部および膨出部の両端に連通して配置された一対の端部部分を備え、端部部分は内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなすとともに少なくとも先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットからなる放電容器と；サーメットを構成している金属と同じタングステンまたはモリブデンからなる封着金属部分および封着金属部分の先端に基端部が接続している耐ハロゲン化物部分を備え、放電容器の端部部分内を貫通するとともに、端部部分との間にわずかな隙間を形成する給電導体と；放電容器の膨出部内に配設されて給電導体に接続した電極と；放電容器の端部部分の先端部の内面および給電導体の封着金属部分の間を封着するセラミック封止用コンパウンドのシールと；発光金属のハロゲン化物を含み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。
【００１３】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１４】
放電容器について
「透光性セラミック」とは、単結晶の金属酸化物たとえばサファイヤと、多結晶の金属酸化物たとえば半透明の気密性アルミニウム酸化物（ＤＧＡ）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）およびイットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物たとえばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような耐火材料を意味する。これらのセラミックは熱膨張係数が８×１０-6程度である。
【００１５】
なお、「透光性」とは、放電による発光を放電容器を透過して外部に導出できる程度に透過すればよく、透明および拡散透光性のいずれでもよい。
【００１６】
放電容器を製作するには、最初から膨出部および端部部分を透光性セラミックで一体に成形することができる。これと異なる方法としては、円筒体および円筒体の両端を閉塞する中心孔明きの一対の端板をそれぞれセラミック材料の仮成形により形成して膨出部を、また端板の中心孔にセラミック材料またはサーメット材料の仮成形により形成した細長いチューブを挿入して端部部分を、それぞれ用意して、これらを放電容器の形状に組み立ててから、これらを焼結して気密に一体化してもよい。
【００１７】
放電容器のチューブ状をなす端部部分の「先端部」とは、端部部分が外部に開口する先端の部位であり、後述するセラミック封止用コンパウンドのシールを介して給電導体の封着金属部分と気密に封着される部分を意味する。「少なくとも先端部全体がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットからなる端部部分」とは、チューブ状をなす端部部分の全体が上記サーメットからなる構成と、端部部分のうち先端部全体が上記サーメットからなり、残余の部分が透光性または非透光性のセラミックからなる構成とを含む意味である。前者の場合、サーメットからなる端部部分と、透光性セラミックからなる膨出部とは気密に封止されている必要がある。また、後者の場合、さらにサーメットによって構成された先端部と残余のセラミックからなる端部部分とは気密に封止されている必要がある。これらの部分は、焼結により気密に封止することが可能である。チューブ状をなす端部部分は、内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きい。
【００１８】
「サーメット」は、タングステンまたはモリブデンの粉末とセラミックの粉末とを圧縮成形し、焼結して形成した複合材料で、セラミックの耐熱性と金属の強靱性とを兼ね備えているが、さらに熱膨張係数においても上記金属とセラミックとの中間の７〜７．５×１０-6程度に設定することができる。上記金属の熱膨張係数については後述する。
【００１９】
また、サーメットと封着金属およびセラミックとの熱膨張係数の差を一層小さくするために、熱膨張係数の異なる複数のサーメットを直列に段継ぎ接続することもできる。すなわち、封着金属部分との封着を行う部分には、封着金属の熱膨張係数に接近した熱膨張係数を有するサーメットを用いる。また、セラミックとの封着を行う部分には、セラミックに接近した熱膨張係数を有するサーメットを用いる。このようにすれば、隣接する異なるサーメットの間の熱膨張係数の差は単一のサーメットを用いるときより小さくなり、良好な封着を行うことができる。
【００２０】
給電導体について
「給電導体」とは、電源からバラスト手段を介して電極間に電圧を印加して、メタルハライド放電ランプを始動し、電流を導入して点灯するために、機能するものであって、放電容器に気密にシールされ、電極に接続する部材をいう。そして、給電導体は、放電容器との良好な気密を得るために、封着金属部分とこれに接続された耐ハロゲン化物部分とからなり、主として封着金属部分で放電容器の端部部分の先端部にセラミック封止用コンパウンドのシールを介して封着される。
【００２１】
「封着金属部分」とは、放電容器の端部部分の先端部に封着される金属の部分であって、サーメットを構成している金属と同じタングステンまたはモリブデンからなる部分であることを意味する。すなわち、サーメットがタングステンとセラミックとから構成されていれば、給電導体の封着金属部分にはタングステンを用いる。また、サーメットを構成する金属がモリブデンである場合には、封着金属部分には、モリブデンを用いる。既述のとおりタングステンの熱膨張係数は５×１０−６程度であり、モリブデンのそれは６×１０−６程度である。
【００２２】
「耐ハロゲン化物部分」とは、メタルハライド放電ランプの作動中に放電容器内に存在するハロゲン化物および遊離ハロゲンによる腐食作用が殆どないしは全く起こらない物質からなる部分であることを意味し、たとえばタングステン、モリブデン、プラチナ、イリジウム、レニウムおよびロジウムからなるグループから選択された金属あるいはこれらの金属の少なくとも一種の珪化物、炭化物または窒化物の１種または複数種からなる部分であり、異なる材質の心材に対して上記材料で被覆したものであってもよい。
【００２３】
耐ハロゲン化物部分をタングステンまたはモリブデンで構成した場合に、封着金属部分と同一金属で構成することができるが、互いに異なる金属であってもよい。同一金属を用いる場合に、単一の金属棒を用いることができるし、太さの異なるものを溶接してもよい。互いに異なる金属の場合に、封着金属部分にモリブデン、耐ハロゲン化物部分にタングステンを用いてもよいし、反対に封着金属部分にタングステン、耐ハロゲン化物部分にモリブデンを用いてもよい。この場合に、さらにモリブデンからなる耐ハロゲン化物部分の先端にタングステンの電極棒を溶接してもよい。
【００２４】
以上から明かなように、本発明においては、封着金属部分と耐ハロゲン化物部分とが同一金属にて構成される態様を含んでいる。
【００２５】
「わずかな隙間」とは、給電導体および放電容器の内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなす端部部分の内面との間に形成される空所が少なくとも５μｍで、最大でも端部部分の内径の１／４の大きさで、約２００μｍ以下の空所を意味する。したがって、端部部分を貫通する給電導体の耐ハロゲン化物部分の直径は、端部部分の内径の少なくとも１／２とする。
【００２６】
また、上記わずかな隙間は、放電容器の端部部分と給電導体との間にサーメットのスリーブを介在させて形成することもできる。この場合、わずかな隙間は給電導体とスリーブとの間および端部部分の内面との間の両方に形成される。
【００２７】
さらに、わずかな隙間は、給電導体の耐ハロゲン化物部分を棒体と、棒体に巻回したコイルの外周面と端部部分の内面との間に形成することもできる。
【００２８】
さらにまた、メタルハライド放電ランプの作動中、内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなす端部部分の内部に形成されるわずかな隙間の中には、余剰のハロゲン化物が液化状態で侵入して最冷部を形成するが、隙間の間隔を適当に設定することにより、所望の最冷部温度にすることができる。
【００２９】
電極について
本発明のメタルハライド放電ランプは、交流および直流のいずれで点灯するように構成されていてもよいので、電極は、交流で作動する場合、同一構造とするが、直流で作動する場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、陰極より放熱面積の大きいものを用いることができる。
【００３０】
また、本発明のメタルハライド放電ランプは、短アーク形であってもよいし、長アーク形であってもよい。
【００３１】
短アーク形とは、放電容器内の一対の電極の間に形成される電極間距離を小さくすることにより、アーク放電を電極によって安定させるいわゆる電極安定形のものである。たとえば、液晶プロジェクタ用、自動車の前照灯用などに短アーク形のメタルハライド放電ランプが用いられる。
【００３２】
一方、長アーク形とは、放電容器内の一対の電極の間に形成される電極間距離を放電容器の膨出部の内径より大きくすることにより、アーク放電を放電容器の内面で安定させるいわゆる管壁安定形のものをいう。長アーク形のメタルハライド放電ランプは、一般照明などにおいて広く用いられている。
【００３３】
セラミック封止用コンパウンドのシールについて
セラミック封止用コンパウンドのシールは、メタルハライド放電ランプの点灯中の高温に十分耐え得る耐熱性を備えるとともに、サーメットの熱膨張係数と給電導体の封着金属部分を構成する金属の熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有するように調整するものとする。たとえば、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系のセラミック封止用コンパウンドを用いることができる。
【００３４】
放電媒体について
放電媒体は、発光金属のハロゲン化物を必須として、その他必要に応じて希ガスおよびランプ電圧を所定値にする緩衝媒体からなる。発光金属としては、任意所望に選択して用いることができるが、たとえばナトリウムＮａ、スカンジウムＳｃ、リチウムＬｉおよび希土類金属を単独または複数種を混合して用いることができる。なお、ハロゲンとしては、ヨウ素Ｉ、臭素Ｂｒ、塩素Ｃｌおよびフッ素Ｆを用いることができる。
【００３５】
希ガスは、主として始動用として、アルゴンＡｒ、クリプトンＫｒまたはキセノンＸｅを用いることができる。
【００３６】
緩衝媒体としては、水銀または可視光域に発光がないか少なくて点灯中の蒸気圧が比較的高い金属たとえばアルミニウムＡｌなどのハロゲン化物を用いることができる。
【００３７】
作用について
本発明においては、放電容器の内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなす端部部分の少なくとも先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットにより構成され、給電導体の封着金属部分をサーメットを構成する金属と同じタングステンまたはモリブデンにて形成して、先端部の内面と封着金属部分との間をセラミック封止用コンパウンドのシールによって封着することにより、サーメットのセラミックとタングステンまたはモリブデンとの中間の熱膨張係数を利用して封着金属部分とサーメットの封着部との間の封着を良好に行うことができる。
【００３８】
また、サーメットからなる先端部と放電容器のセラミックの部分との間も熱膨張係数が比較的接近しているので、焼結により良好に封着することができる。
【００３９】
したがって、本発明においては、ニオブなどの高温のハロゲン化物に侵されやすい金属を用いることなく封着ができるので、信頼性の高い封着が得られる。
【００４０】
請求項２の発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１記載のメタルハライド放電ランプにおいて、放電容器は、端部部分の先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットからなり、残余の部分が透光性セラミックからなり、かつ先端部と残余の部分とが気密に一体化されていることを特徴としている。
【００４１】
端部部分の先端部のみをサーメットにより構成することは、放電容器の残余の部分は透光性セラミックにより形成することができるので、放電容器を相対的に安価にすることに寄与する。
【００４２】
また、先端部はサーメットによって形成されているので、封着性については端部部分全体をサーメットで構成する場合と変わらない。
【００４３】
さらに、セラミックからなる端部部分の残余の部分とサーメットからなる先端部との封止を印籠嵌合した状態にして行うことができ、良好な機械的強度および気密性を両者の封止部に得ることもできる。
【００４４】
請求項３の発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプにおいて、給電導体は、耐ハロゲン化物部分に巻装されたタングステンまたはモリブデンからなるコイルを備えるとともに、このコイルが耐ハロゲン化物部分から延伸して封着金属部分を構成していることを特徴としている。
【００４５】
耐ハロゲン化物部分の周囲に上記のようにコイルを巻装することにより、放電容器の端部部分との間に所望の間隙を有するわずかな隙間を形成しやすくなる。そして、本発明においては、さらにコイルが延伸して封着金属部分を構成している。
【００４６】
そうして、本発明においては、コイルを巻装して封着することにより、封着時の加熱でコイルが変形するために、耐ハロゲン化物部分がコイルから不所望に脱落するようなことがなくなる。
【００４７】
さらに、要すれば、封着金属部分を構成するコイルの内部にタングステン、モリブデンまたはサーメットの棒体を挿入することができる。これにより、セラミック封止用コンパウンドの使用量を低減でき、その分コンパウンドから放出される不純ガスの量を少なくすることができる。なお、この場合、封着金属部分のコイル内に挿入する上記棒体を耐ハロゲン化物部分に溶接しなくても、コイルによって支持することができる。
【００４８】
請求項４の発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプにおいて、給電導体は、セラミック封止用のコンパウンドのシールに埋設される部分に水素および酸素ゲッタを当該シールに埋設された状態で支持していることを特徴としている。
【００４９】
水素および酸素ゲッタをセラミック封止用のコンパウンドのシールに埋設された状態で耐ハロゲン化物部分に支持させるには、たとえば当該ゲッタを線状にして耐ハロゲン化物部分に巻回することにより、実現することができる。
【００５０】
耐ハロゲン化物部分にコイルを巻装する場合には、コイルの一部分を伸ばしてそのピッチを広げ、その間に線状のゲッタを略Ｃ字状に屈曲して耐ハロゲン化物部分に巻き付ければ、ゲッタをコイルの１ターンのようにして装着することができる。
【００５１】
また、水素および酸素ゲッタは、耐ハロゲン化物部分に溶接してもよいが、巻回だけで移動しなければ、溶接しなくてもよい。
【００５２】
さらに、ゲッタは、板状などにしてもよい。
【００５３】
そうして、本発明において、水素および酸素ゲッタは、放電容器中の水素および酸素を吸収した後にセラミック封止用コンパウンドによって被覆される。すなわち、給電導体の封着性の部分をセラミック封止用コンパウンドのシールにより放電容器の端部部分の先端部に封止してから、放電容器を水素および酸素が放出される温度まで加熱する。この加熱によって放出された水素および酸素がゲッタに吸収される。次に、セラミック封止用コンパウンドのシール部分を再度加熱すると、同コンパウンドが溶融して水素および酸素ゲッタの上まで延在して当該ゲッタを被覆する。
【００５４】
本発明においては、水素および酸素ゲッタが放電容器内の不純ガスを吸着した後にセラミック封止用コンパウンドのシールによって被覆するので、放電容器内の不純ガスを除去できるとともに、水素および酸素ゲッタが高温のハロゲン化物によって侵されるようなことがない。
【００５５】
請求項５の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に装着される請求項１ないし４のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００５６】
本発明は、上述した本発明のメタルハライド放電ランプを光源として何らかの目的のために利用する全ての装置に適応するもので、これらの装置を包括的に照明装置という。たとえば、各種照明器具、表示用装置および投光装置などである。照明器具としては、屋外用および屋内用の照明器具を含む。投光装置としては、液晶プロジクタ、オーバヘッドプロジェクタ、サーチライト、移動体用ヘッドランプなどに適用することができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５８】
図１は、本発明のメタルハライド放電ランプの第１の実施形態を示す断面図である。
【００５９】
図２は、同じく要部拡大断面図である。
【００６０】
図において、１は放電容器、２は給電導体、３は電極、４はセラミック封止用コンパウンドのシール、５はわずかな隙間である。
【００６１】
放電容器１は、膨出部１ａおよび一対の端部部分１ｂ、１ｂを備えている。
【００６２】
膨出部１ａは、透光性アルミナセラミックからなり、内径９ｍｍ、全長１３ｍｍである。そして、膨出部１ａは、円筒部１ａ１と、その両端面を閉塞する中央孔を形成した一対の円盤１ａ２、１ａ２とからなる。これらは、それぞれ別に仮成形してから組み立てられ、さらに後述するサーメットの仮成形品を組み立てて、一緒に焼結することにより、気密に一体化された放電容器１を形成する。
【００６３】
端部部分１ｂは、その全体がアルミナおよびモリブデンのモル比が３：１〜１：１の割合のサーメットからなり、内径１ｍｍ、長さ１２ｍｍ、肉厚はほぼ１ｍｍの内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなする。そして、端部部分１ｂは、膨出部１ａと反対側の先端部１ｂ１が封着部として作用して、後述するセラミック封止用コンパウンドのシール４により給電導体２の封着金属部分２ａを封着する。この端部部分１ｂは、予め仮成形されてから、膨出部１ａの中央孔に基端を挿入し全体を焼結して放電容器１が形成される。
１を構成する長さ５ｍｍの部分は、サーメットによって形成されている。
【００６４】
給電導体２は、封着金属部分２ａおよび耐ハロゲン化物部分２ｂからなる。
【００６５】
封着金属部分２ａは、外径０．９ｍｍ、端部部分１ｂの封着部１ｂ１への挿入深さが７ｍｍのモリブデン棒からなる。
【００６６】
耐ハロゲン化物部分２ｂは、外径０．４ｍｍのタングステンの棒からなり、封着金属部分２ａの先端にレーザにより同軸に溶接されている。さらに、耐ハロゲン化物部分２ｂには、外径０．２５ｍｍのモリブデン線からなるコイル２ｂ１が巻装されている。
【００６７】
電極３は、外径０．３ｍｍのタングステン線を耐ハロゲン化物部分１０３ｂの先端部に巻回することにより構成されている。
【００６８】
セラミック封止用コンパウンドのシール４は、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系のガラスフリットを溶融固化してなり、放電容器１のサーメットからなる端部部分１ｂの先端部１ｂ１および給電導体２の封着金属部分２ａの間を５ｍｍの深さまで気密に封止ルしている。封着金属部分２ａは、セラミック封止用コンパウンドのシール４によって完全に被覆されていないで、一部が放電容器１内に露出しているが、ハロゲン化物に対する耐性があるので、差し支えない。
【００６９】
放電容器１内には、放電媒体として以下のものが封入されている。すなわち、発光金属は、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ ３ 、ヨウ化タリウムＴｌＩおよびヨウ化ナトリウムＮａＩ、始動ガスはアルゴンＡｒ５０Torr、さらに緩衝ガスとして水銀を加えて放電媒体を構成している。
【００７０】
わずかな隙間５は、放電容器１の端部部分１ｂの内面と給電導体２の耐ハロゲン化物部分２ｂに巻装されたコイル２ｂ１との間に形成されている。
【００７１】
そうして、得られたメタルハライド放電ランプを図６に示す実施形態のように外管内に収納して点灯し、１５０Ｗのランプ電力を投入したとき、ランプ電圧が９５Ｖであった。そして、５０００時間点灯後に封着部断面を詳細に観察した結果、給電導体２の封着金属部分２ａおよびサーメットからなる端部部分１ｂの先端部１ｂ１と、セラミック封止用コンパウンド４との間の封着部に隙間は全く認められなかった。
【００７２】
図３は、本発明のメタルハライド放電ランプの第２の実施形態を示す要部拡大正面図である。
【００７３】
図において、図２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７４】
本実施形態は、給電導体２の耐ハロゲン化物部分２ｂに巻装されたコイル２ｂ１を延伸させて封着金属部分２ａ’を構成した点で異なる。
【００７５】
すなわち、封着金属部分２ａ’は、コイル２ｂ１が先端部１ｂ１に対向する位置まで延在することにより形成されている。本実施形態においては、さらに封着金属部分２ａ’の内部に外径０．４ｍｍのモリブデン棒２ａ１’が挿入されて封着金属部分２ａ’を補助している。モリブデン棒２ａ１’の先端は、耐ハロゲン化物部分２ｂを構成するタングステン棒に溶接していないが、コイル２ｂ１および封着金属部分２ａ’を構成するコイルが封着時に変形して耐ハロゲン化物部分２ｂの不所望な脱落を防止する。
【００７６】
図４は、本発明のメタルハライド放電ランプの第３の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００７７】
図において、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００７８】
本実施形態は、水素および酸素ゲッタ６を給電導体２に支持させた点で異なる。
【００７９】
すなわち、水素および酸素ゲッタ６は、外径０．２５ｍｍのニオブ線をほぼＣ字状に折曲してなり、封着金属部分２ａ’の中間においてモリブデン棒２ａ１’に巻き付けて支持させている。この場合、封着金属部分２ａ’のコイルの中間部においてコイルを引っ張ってピッチを大きくして隙間を作り、その隙間に水素および酸素ゲッタ６を装着する。
【００８０】
そうして、放電容器１内に露出した状態で仮封着を行い、その状態で放電容器１を加熱して、主としてハロゲン化物から放出された水素および酸素を水素および酸素ゲッタ６に吸着させてから、再度封着してセラミック封止用コンパウンドのシール４によって水素および酸素ゲッタ６を被覆する。
【００８１】
図５は、本発明のメタルハライド放電ランプの第４の実施形態を示す断面図である。
【００８２】
図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００８３】
本実施形態は、放電容器１を先端部１ｂ１のみを除いて透光性セラミックによって一体成形により形成した点で異なる。
【００８４】
すなわち、放電容器１は、膨出部１ａが内径９ｍｍ、長さ１５ｍｍであり、端部部分１ｂが外径４．５ｍｍ、内径１ｍｍ、長さ１５ｍｍである。端部部分１ｂのうち先端部１ｂ１を構成する長さ５ｍｍの部分は、サーメットによって形成されている。
【００８５】
ここに用いられるサーメットは、モリブデンおよびアルミナを構成成分としている。サーメットからなる先端部１ｂ１は、その先端に周凸段部ｐを備えており、この周凸段部ｐの部分で透光性セラミックからなる端部部分１ｂの先端の内面に形成した周凹段部ｒに印籠嵌合し、両者は焼結されて気密に一体化されている。
【００８６】
給電導体２は、図１に示す第１の実施形態と同一構造である。
【００８７】
図６は、本発明のメタルハライド放電ランプの第５の実施形態を示す正面図である。
【００８８】
図において、１１は発光管、１２は支持導体、１３は支持バンド、１４は絶縁チューブ、１５は導体枠、１６はフレアステム、１７は外管、１８は口金、１９は導線である。
【００８９】
発光管１１は、図１に示す実施形態と同一構造のメタルハライド放電ランプである。
【００９０】
支持導体１２は、発光管１１の図において上方の封着金属部分２ａに溶接されて発光管１１を支持するとともに、電流を導入する。
【００９１】
支持バンド１３は、絶縁チューブ１４を介して発光管１１の図において下方の封着金属部分２ａを絶縁的に支持している。
【００９２】
導体枠１５は、発光管１１の外側に間隔をおいて配置され、支持導体１２および支持バンド１３の両端部を溶接して支持し、上端部には弾性接触片１５ａ、１１５ａを備えている。
【００９３】
フレアステム１６は、一対の内部リード線１６ａ、１６ｂを備え、その一方の内部リード線１６ａに導体枠１５の図において下端を溶接して発光管１１を所定の位置に支持している。他方の内部リード線１６ｂは、導線１９を介して発光管１１の図において下方の封着性の部分に接続している。
【００９４】
外管１７は、円筒状のＴ形バルブからなり、図において下部のネック部にフレアステム１６を封着して以上説明した各部材を内部に気密に収納している。なお、導体枠１５の接触片１５ａは、外管１７の先端部近傍の内面に弾性的に接触し、外部から印加される衝撃に対して、導体枠１５を保護し、かつ外管１７に対して所定の位置に保持する。
【００９５】
また、外管１７内は、排気されて真空状態にされるか、排気後不活性ガスを封入される。
【００９６】
口金１８は、外管１７のネック部に固着されるとともに、フレアステム１６の一対の内部リード線１６ａ、１６ａに電気的に接続されている。
【００９７】
なお、２０はパーフォーマンスゲッタである。また、図示しないが、外管１７内には、イニシャルゲッタを配設必要に応じて配設する。
【００９８】
そうして、以上説明した本発明の第５の実施形態のメタルハライド放電ランプは、一般照明用として使用することができる。
【００９９】
図７は、本発明の照明装置の一実施形態における天井埋込形ダウンライトを示す断面図である。
【０１００】
図において、２１はメタルハライド放電ランプ、２２はダウンライト本体である。
【０１０１】
メタルハライド放電ランプ２１は、図５に示す構造のものと同一構造である。
【０１０２】
ダウンライト本体２２は、基体２２ａ、ソケット２２ｂおよび反射板２２ｃなどを備えている。
【０１０３】
基体２２ａは、天井に埋め込まれるために、下端に天井当接縁ｅを備えている。
【０１０４】
ソケット２２ｂは、基体２２ａに装着されている。
【０１０５】
反射板２２ｃは、基体２２ａに支持されているとともに、メタルハライド放電ランプ２１の発光中心がそのほぼ中心に位置するように包囲している。
【０１０６】
【発明の効果】
請求項１ないし４の各発明によれば、放電容器の主要部を透光性セラミックにて構成するとともに、内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなす端部部分の少なくとも先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットにより構成され、封着金属部分および耐ハロゲン化物部分を接続した給電導体を放電容器の端部部分に挿入して、先端部においてセラミック封止用コンパウンドのシールにより給電導体を封着したことにより、放電容器と給電導体とをセラミック封止用コンパウンドのシールを用いて直接封着できるので、ニオブなどのハロゲン化物に侵されやすい金属を封着性部分に用いないことで信頼性が高くて、しかも端部部分が細長くてその内部に給電導体との間にわずかな隙間を形成する構成であっても封着が可能で、かつその構造が簡単なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【０１０７】
請求項２の発明によれば、加えて放電容器の端部部分の先端部をサーメットにより構成するが、残余の部分を透光性セラミックによって構成していることにより、放電容器を相対的に安価にしたメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【０１０８】
請求項３の発明によれば、加えて耐ハロゲン化物部分にタングステンまたはモリブデンからなるコイルを備えるとともに、このコイルが延伸して封着金属部分を構成していることにより、耐ハロゲン化物部分を溶接しなくてもコイルの封着時の変形により耐ハロゲン化物部分が不所望に脱落しないメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【０１０９】
請求項４の発明によれば、加えて水素および酸素ゲッタをセラミック封止用コンパウンドのシールに埋設される給電導体の部分に当該シールに埋設された状態で支持していることにより、製造過程において水素および酸素ゲッタに不純ガスを吸着させた後にセラミック封止用のコンパウンドのシールに埋設するので、放電容器内の不純物を除去するとともに、水素および酸素ゲッタがハロゲン化物に侵されなくなるメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【０１１０】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし４の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタルハライド放電ランプの第１の実施形態を示す断面図
【図２】同じく要部拡大断面図
【図３】本発明のメタルハライド放電ランプの第２の実施形態を示す要部拡大断面図
【図４】本発明のメタルハライド放電ランプの第３の実施形態を示す要部拡大断面図
【図５】本発明のメタルハライド放電ランプの第４の実施形態を示す断面図
【図６】本発明のメタルハライド放電ランプの第５の実施形態を示す正面図
【図７】本発明の照明装置の一実施形態における天井埋込形ダウンライトを示す断面図
【符号の説明】
１…放電容器
１ａ…膨出部
１ａ１…円筒
１ａ２…円盤
１ｂ…端部部分
１ｂ１…先端部
２…給電導体
２ａ…封着金属部分
２ｂ…耐ハロゲン化物部分
２ｂ１…コイル
３…電極
４…セラミック封止用コンパウンドのシール
５…わずかな隙間
Claims (5)
- 放電空間を包囲する透光性セラミックからなる膨出部および膨出部の両端に連通して配置された一対の端部部分を備え、端部部分は内径が膨出部の内径より小さくて、かつ長さ方向に一定で、外径が膨出部の外径より小さくて、かつ長さが端部部分の外径より大きいチューブ状をなしているとともに少なくとも先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットからなる放電容器と；
サーメットを構成している金属と同じタングステンまたはモリブデンからなる封着金属部分および封着金属部分の先端に基端部が接続している耐ハロゲン化物部分を備え、放電容器の端部部分内を貫通するとともに、端部部分との間にわずかな隙間を形成する給電導体と；
放電容器の膨出部内に配設されて給電導体に接続した電極と；
放電容器の端部部分の先端部の内面および給電導体の封着金属部分の間を封着するセラミック封止用コンパウンドのシールと；
発光金属のハロゲン化物を含み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メタルハライド放電ランプ。 - 放電容器は、端部部分の先端部がタングステンまたはモリブデンとセラミックとのサーメットからなり、残余の部分が透光性セラミックからなり、かつ先端部および残余の部分が気密に一体化されていることを特徴とする請求項１記載のメタルハライド放電ランプ。
- 給電導体は、耐ハロゲン化物部分に巻装されたタングステンまたはモリブデンからなるコイルを備えるとともに、このコイルが耐ハロゲン化物部分から延伸して封着金属部分を構成していることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプ。
- 給電導体は、セラミック封止用のコンパウンドのシールに埋設される部分に水素および酸素ゲッタを当該シールに埋設された状態で支持していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプ。
- 照明装置本体と；
照明装置本体に装着される請求項１ないし４のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプと；
を具備していることを特徴とする照明装置。
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