(57)【要約】【課題】発光管シール工程時のシール部クラックを生じないセラミックメタルハライドランプを提供する。【解決手段】発光部の両端に一対の細管部が形成され、前記細管部に少なくとも封着性導電部材とモリブデン棒状部材と電極からなる電極アセンブリが挿通されており、前記細管部と前記封着性導電部材との隙間に加熱溶融させたフリットを流し込んでシールした発光管を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、前記細管部のうちフリットと接触している部分の肉厚は、モリブデン棒状部材とフリットが接触している位置におけるシール幅最大値の１０倍以上となるように規定した発光管を有するセラミックメタルハライドランプとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管本体とその両端に具備している発光管本体外径より小さい外径の細管部がセラミックスで形成され、前記細管部に少なくとも封着性導電部材とモリブデン棒状部材と電極からなる電極アセンブリが挿通されており、前記細管部と前記封着性導電部材との隙間に加熱溶融させたフリットを流し込んでシールした発光管を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、
前記細管部のうちフリットと接触している部分の肉厚は、モリブデン棒状部材とフリットが接触している位置におけるシール幅最大値の１０倍以上であ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２】
請求項１に記載されたセラミックメタルハライドランプにおいて、
前記細管厚肉部の発光部側端部は、前記電極アセンブリのモリブデン棒状部材中央位置から、モリブデン棒状部材と封着性導電部材との接合点より１ｍｍ発光管側の位置までの範囲に位置す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】
請求項１または請求項２のいずれかに記載されたセラミックメタルハライドランプにおいて、
前記細管厚肉部の最大外径は、前記発光管の外径以下とす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４】
請求項１または請求項２のいずれかに記載されたセラミックメタルハライドランプにおいて、
前記細管厚肉部の最大外径は、前記細管部の発光部側外径の２倍以下とすることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックメタルハライドランプに関し、特に、両端に細管部を有し、前記細管部の開口端から電極アセンブリを挿入し、その隙間をフリットで封止したセラミック発光管を有するセラミックメタルハライドランプに関するものである。以下の文中で単に「ランプ」と記載した場合には上記仕様のセラミックメタルハライドランプを意味する。また単に「発光管」と記載した場合には、上記仕様のセラミックス発光管を意味する。
【背景技術】
【０００２】
この種のランプにおいてセラミックメタルハライドランプの発光管を製造する際、発光管シール工程では、前記細管部の開口端から、少なくともタングステン電極とモリブデン棒状部材と封着性導電部材からなる電極アセンブリを挿入し、前記封着性導電部材と前記細管の隙間部に加熱溶融したフリットを流し込んで冷却固化させることにより気密封止している。
【０００３】
前記発光管にはおもにアルミナが用いられ、電極アセンブリの封着性導電部材はアルミナと比較的熱膨張係数の近い高融点金属であるニオブ、またはモリブデンとアルミナからなる導電性サーメットロッドなどが用いられている。フリットはディスプロシウム、アルミニウム、珪素の酸化物を主成分としたものが用いられ、熱膨張係数は比較的封着性導電部材に近い。また、シール層は長時間ランプを点灯した時に生じるシール層の劣化に伴うシール層のクラックを抑えるために、できるだけ薄くしている。
【０００４】
しかし最近では、シール層の劣化に伴うシール層のクラックについては、シール層の放電空間側端面の温度を下げることでも防止できるという事が知られている（特許文献１）。また放電容器の小径筒部（細管部）の内径と給電導体の封着性の部分の径に着目し、それらの関係を関係式にて定義し、放電容器のクラックを防止している例（特許文献２）もある。
【０００５】
しかしながら、シール工程時に発生するシール部クラックはフリットを加熱溶融し冷却する際の熱衝撃によるものであり、フリットが充填されたシール層にクラックが発生するのではなく、結晶体である発光管細管部からクラックが発生する。封着性導電部材は細管部と比較的近い熱膨張係数の材料を使用しているが、まったく同じ熱膨張係数ではない。シール層を薄くした場合、細管部と電流導入体の距離が非常に近くなり熱衝撃によるシール部クラックも発生しやすくなる。また、細管部の内径はおもに電極の最大外径により決められ、ランプ電力が大きくなると電極の最大外径は大きくなり、発光管細管部の内径を大きくしなければならない。ここでシール層を薄くするためには、封着性導電部材の外径を大きくする必要があり、シール部分の応力は大きくなってしまう。これによりさらにシール工程時にシール部クラックが発生しやすくなる。
【０００６】
このような課題を解決するために、前記封着性導電部材はモリブデンとアルミナからなる導電性サーメットとし、細管部の肉厚、シール層の厚さ、封着性導電部材の最大外径の３者を数値限定して最適化することにより、発光管シール工程時のシール部クラックを抑制した技術も公開されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許３２４６４６３号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３５９７号公報
【特許文献３】特開２００４−１７９００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本願発明者らがタングステン電極とモリブデンコイル棒と導電性サーメット棒とを同一軸線上に接合した電極アセンブリを有する発光管について、さまざまな設計仕様の発光管を用いて、特許文献３に記載された数値規定に従って発光管を製造した場合にも、シール工程時にシール部クラックを生じた発光管がある程度の割合で存在することがわかった。
【０００９】
シール部クラックを生じた発光管の不良解析を行なったところ、特許文献３において想定されていたものとは別の原因によるシール部クラックであることがわかった。すなわち特許文献３では、封着性導電部材たとえば導電性サーメット棒と発光管細管部内表面との間のシール層について考察しており、シール層の、発光管細管部と封着性導電部材との間に生じる熱応力の緩衝剤としての役割と、シール層自体の機械強度とを勘案してシール幅の最適範囲を導き出している。それに対して今回のシール部クラックはモリブデン棒状部材が配置された位置がクラックの起点となっていることがわかった。
【００１０】
本発明と同種の発光管では、発光管シール工程において、発光管細管部の開口端から、タングステン電極とモリブデン棒状部材と封着性導電部材とを同軸上に直列接合した電極アセンブリを挿入し、前記封着性導電部材と前記細管の隙間部に加熱溶融したフリットを流し込んで気密封止している。前記封着性導電部材は、発光管細管部の材料であるアルミナの熱膨張率と近似した熱膨張率を有する材料を用いる必要があるため、通常ニオブ金属の線かアルミナとモリブデンを混合焼結した導電性サーメット棒が使用される。ニオブはセラミックメタルハライドランプ発光管に封入されるハロゲン化金属と高温状態で接触すると侵食されやすいため、シール時にはフリットがニオブを完全に覆い隠す必要がある。通常のシール部は、モリブデン棒状部材との接合部を越え、モリブデン棒状部材とフリットが直接接触する状態になっている。封着性導電部材として導電性サーメットを使用した場合にも、発光管仕様によっては導電性サーメット棒のアルミナ部分が侵食される懸念があるため、フリットがモリブデン棒状部材と直接接触する位置まで流し込まれることもある。もちろんモリブデン棒状部材とフリットは熱膨張率の差が大きいためにシール部クラックを生じやすいことは周知の事実なので、モリブデン棒状部材とフリットの接触長さは１ｍｍ程度とし、熱膨張率差によるランプ点灯中の熱応力発生を極力小さくすることが一般的に行なわれている。
【００１１】
しかしシール工程においてフリットの流し込み量を高精度に制御することは困難である。同じ設計仕様の発光管であっても実際に出来上がった発光管ではモリブデン棒状部材とフリットの接触長さが０．５ｍｍの製品もあれば、１．５ｍｍの製品もできる。この接触長さが長くなるほどシール部クラックの発生確率が高くなる。モリブデン棒状部材とフリットの接触長さが１．５ｍｍ程度の製品ではランプ寿命中の熱応力発生によるクラックは発生しないが、シール工程ではランプ点灯時の温度の３倍程度の温度から常温まで冷却される工程を含むため、アルミナ製の細管部が冷却時に発生した応力に耐えられず、シール部クラックによる不良が無視できない比率で発生していた。
【００１２】
さらにシール工程の不良品について数多くの解析を重ねた結果、それぞれ一つの発光管仕様ごとに上記原因による不良率はほぼ同じであることがわかった。更なる検討により本発明と同種類の発光管を使用した場合にシール部クラックがゼロとなることを保証するためには、シール幅の大きさと発光管細管部肉厚との比率を一定の値以上に設定することが必要であるとわかった。しかし細管部の肉厚を厚くすると発光部からの熱伝導が多くなり、発光部の保温性が落ちる。特に近年市場から求められているような高演色高効率のセラミックメタルハライドランプを実現しようとするとき、細管部の肉厚はできるだけ小さくしたい。一方、特許文献３に開示されているとおり、発光管細管部の開口端から、タングステン電極とモリブデン棒状部材と封着性導電部材とを同軸上に直列接合した電極アセンブリを挿入し、前記封着性導電部材と前記細管の隙間部に加熱溶融したフリットを流し込んで気密封止するタイプの発光管において、細管部外径を大きくせずにシール幅を小さくすると、封着性導電部材が配置された位置でのシール部クラック発生確率が高くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためには、発光部とその両端に具備している発光部外径より小さい外径の細管部がセラミックスで形成され、前記細管部に少なくとも封着性導電部材とモリブデン棒状部材と電極からなる電極アセンブリが挿通されており、前記細管部と前記封着性導電部材との隙間に加熱溶融させたフリットを流し込んでシールした発光管を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、前記細管部のうちフリットと接触している部分の肉厚は、モリブデン棒状部材とフリットが接触している位置におけるシール幅最大値の１０倍以上となるように規定した発光管を有するセラミックメタルハライドランプであれば良い。シール幅最大値とは、細管部内径とモリブデン棒状部材外径との差である。なおモリブデンコイル棒のように外径が場所によって変化している部材では、モリブデンコイル棒の最大外径をモリブデン棒状部材としての外径と定義している。
【００１４】
さらに本発明の好ましい条件として、前記細管厚肉部の発光部側端部は、前記電極アセンブリのモリブデン棒状部材中央位置から、モリブデン棒状部材と封着性導電部材との接合点より１ｍｍ発光管側の位置までの範囲に位置するように設定する。 
【００１５】
また前記細管厚肉部の最大外径は、前記発光管の外径以下とし、さらに前記細管部の発光部側外径の２倍以下とすればより好ましい効果を得られる。
【発明の効果】
【００１６】
上記の仕様で製造されたセラミックメタルハライドランプは、ランプ製造時にシール部クラックを生じることが無く、当然ランプ寿命中にもシール部クラックを生じないため長寿命ランプとなり、また発光部側の細管部肉厚および外径は従来と同等であるため、発光部を保温して高効率高演色の光を発生させる効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用したセラミックメタルハライドランプの一例を示す概略図。
【図２】本発明を適用したセラミック発光管の一例を示す概略図。
【図３】本発明を適用したセラミック発光管の一例を示す拡大図。
【図４】モリブデン棒状部材位置におけるシール幅最大値と細管部肉厚との関係を示す概略断面図。
【図５】シール部クラック発生率と［細管部肉厚／シール幅最大値］との関係を示す図。
【図６】細管厚肉部端部位置と平均演色評価数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するためには、発光管本体とその両端に具備している発光管本体外径より小さい外径の細管部がセラミックスで形成され、前記細管部に少なくとも封着性導電部材とモリブデン棒状部材と電極からなる電極アセンブリが挿通されており、前記細管部と前記封着性導電部材との隙間に加熱溶融させたフリットを流し込んでシールした発光管を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、前記細管部のうちフリットと接触している部分の肉厚は、モリブデン棒状部材とフリットが接触している位置におけるシール幅最大値の１０倍以上とする。フリットを細管部のどの位置まで流し込むかは発光管設計によって決まっているため、あらかじめセラミック封体の形状を設計する際に、フリット流しこみ位置を考慮して細管厚肉部の肉厚および長さを決めておくことができる。当然モリブデン棒状部材の外径寸法ばらつきや、フリット流しこみ量のバラツキを考慮に入れ、想定される最大値に対して余裕を持たせた寸法を設定する必要がある。
【００１９】
別の観点から前記細管厚肉部の長さを規定する場合、前記細管厚肉部の発光部側端部は、発光管完成時に前記電極アセンブリが配置された状態で、モリブデン棒状部材中央位置から、前記モリブデン棒状部材と封着性導電部材との接合点より１ｍｍ発光管側の位置までの範囲に位置すればよい。前記細管厚肉部が前記モリブデン棒状部材中央位置より発光部側まで続いていると、発光部から細管部端部への熱伝達速度が大きくなって発光部に封入されている発光物質の蒸発量が減り、発光特性に悪影響を及ぼす。
【実施例１】
【００２０】
本発明を適用したセラミックメタルハライドランプの一例を図１に示す。図１と同じランプにおける発光管部分の拡大図を図２に示す。さらに発光管細管部とその細管部に封止固定された電極アセンブリとの位置関係を図３に示す。また図４は、図３においてモリブデンコイル棒１０４とフリット１０６とが接触している位置での発光管長軸に垂直な断面図である。
【００２１】
ランプのほぼ中央には発光管１０１があり、その周囲に透光性スリーブ１０８が透光性スリーブ固定板を介して金属製のフレーム１０９に固定されている。フレーム１０９はマウント支持板１１４およびステム１１５の導入線と接続することにより透光性外管１１１内に位置固定されている。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口金１１２およびステム１１５の導入線を介して発光管の外部リード１０７まで伝えている。
【００２２】
発光管内部に給電する部材として一対の電極アセンブリ１２０が発光管両端の細管部１０１ｂに挿入されている。それぞれの電極アセンブリ１２０はタングステン電極１０３、モリブデン棒状部材としてのモリブデンコイル棒１０４、封着性導電部材としての導電性サーメット棒１０５からなり、導電性サーメット棒１０５と発光管細管部１０１ｂとの間にフリット１０６が流し込まれて気密封止されている。フリット１０６は導電性サーメット１０５とモリブデンコイル棒１０４との接続部より１ｍｍ程度発光部側の位置まで流し込まれている。
【００２３】
本発明に使用されうる電極アセンブリの構成部材としては、周知技術の範囲で、モリブデン棒状部材としては前記モリブデンコイル棒の他にモリブデンパイプやモリブデン線や導電性サーメット棒材が、封着性導電部材としては前記導電性サーメット棒のほかにニオブ線やタンタル線などが知られている。
【００２４】
前記細管部１０１ｂは、その内壁面がフリット１０６と接触している領域では、細管厚肉部１０１ｃとなっている。この細管厚肉部１０１ｃは、内径寸法は細管部のほかの部分と同じだが外径寸法は他の部分より大きくなっており、図４に示すシール幅最大値（ｔｆ）の１１倍の肉厚（ｔｃ）を確保している。
【００２５】
内部始動器付セラミックメタルハライドランプの場合には、始動器１１０を含む内部始動回路をフレーム１０９に組み込むこともできる。また発光管１０１の温度を比較的高く保つ必要のあるランプ仕様の場合、透光性外管１１１の内部を真空排気後、ゲッター１１３を活性化させて発光管を真空断熱により保温することができる。
【００２６】
発光管１０１の内部には、発光物質１０２として沃化ホルミウム、沃化ツリウム、沃化ディスプロシウム、沃化ナトリウム、沃化タリウム、沃化セシウムが所定量封入され、他に発光管内放電を開始し、維持するために水銀およびＡｒガスが封入されている。この発光管１０１自体の構成は、周知のセラミックメタルハライドランプと特に変わるものではなく、点灯時には発光管から可視光を中心として紫外線や赤外線を含む連続した波長を有する光が放出される。
【００２７】
このような発光管を有するランプを、口金１１２を上にして垂直に点灯させると、発光管内放電により、発光物質１０２は加熱され、一部が蒸発して放電により励起され、発光する。発光物質１０２の残りの部分は液相状態で発光管内の最冷部にプールされ、一部が蒸発しては、発光管内対流により最冷部に戻ってくるというサイクルを繰返す。
【００２８】
ランプを垂直点灯した場合には、発光管発光部端部が最冷部となる。この付近にはタングステン電極１０３とモリブデンコイル棒１０４との接続部があり、液相状態の発光封入物質は９０％以上がここで滞留する。発光物質の数％はモリブデンコイル棒と発光管細管部との隙間に入りこむが、導電性サーメット棒１０５の位置まで侵入する発光物質１０２はほとんどない。
【００２９】
一方、発光部１０１ａで発生した熱は、発光部における放電により発生した熱は赤外線などの形で発光部から放射されるか、細管部１０１ｂへ熱伝導するとともに細管部表面から放射熱として発散していく。したがって細管部１０１ｂの肉厚は発光管の発光状態に影響を与える。一般的に細管部の外径が大きく肉厚が厚いほど機械的強度は大きくなり、クラックや折れなどの不良は出にくくなるが、細管部の断面積が大きくなるために発光管端部へ逃げる熱流速も大きくなり、発光部の温度が下がって所望の発光特性が達成されなくなる。
【００３０】
図５に４０Ｗから４００Ｗまでのさまざまな品種の発光管について、シール工程におけるシール部クラックの発生率を調べた結果を示す。マーカーの形状が異なるものはそれぞれ別のランプ電力であり、一つのランプ電力ごとに２〜３種類の発光管仕様がある。各品種あたり数千本分のデータをまとめている。「細管部／シール幅最大値」（図４に示したｔｃ／ｔｆ）で整理すると、ランプ電力が異なる発光管であってもランプ電力に依存する差異は見られず、ｔｃ／ｔｆの値が小さいほどシール部クラックの発生率は大きくなり、ｔｃ／ｔｆの値が１０以上の発光管についてはシール部クラックは発生していなかった。
【００３１】
図５に示した結果から、例えば細管部内径とモリブデンコイル棒最大外径との寸法差が０．２ｍｍの発光管の場合、細管部肉厚が２ｍｍ以上であれば、シール部クラックは防げることがわかる。しかし上述のように発光部に接続している細管部の断面積に比例して発光管端部へ逃げる熱流束が増えるため、発光部近くの細管部断面積を大きくすることはできない。
【００３２】
図６に図３に示したような構成の発光管１０１について、細管厚肉部１０１ｃの発光部側端部位置を図３中の１〜６の位置に設定した発光管を試作し、図１に示したようなランプに組み立てて発光特性を測定したときの結果を示す。細管厚肉部１０１ｃにおける細管肉厚は２ｍｍであり、他の細管部１０１ｂでは肉厚１ｍｍとした。図３において、番号１に相当する試作品は細管部肉厚が発光部１０１ａまで連続して２ｍｍとなっているもの、番号３に相当する試作品は本発明の範囲で細管厚肉部が最も長いもの、番号４に相当する試作品は本発明の範囲で細管厚肉部が最も短いもの、番号６に相当する試作品は細管厚肉部が無く細管部全長にわたって肉厚１ｍｍのもの、すなわち従来技術と同じものである。なお一つの仕様について５本ずつのデータを測定した。
【００３３】
図６に示した結果から明らかなように、ランプの平均演色評価数Ｒａに代表される発光特性は、番号３の試作品すなわち細管厚肉部１０１ｃの発光部側端部がモリブデンコイル棒１０４の中央位置にあれば従来品と同等の特性を得られる。このように、発光部１０１ａと接続している細管部１０１ｂの断面積が小さければ、発光部から細管端部へ逃げる熱流束は小さくなり、その後発光部側より低い温度の部分で細管部断面積が大きくなっていてもランプ発光特性への影響は小さい。
【００３４】
以上説明したとおり、細管厚肉部１０１ｃでの細管部肉厚を、モリブデンコイル棒１０４とフリット１０６とが接触している位置におけるシール幅最大値ｔｆの１０倍以上とすることで発光管製造時のシール工程におけるシール部クラックを生じない発光管を得ることができるが、シール部クラック抑制以外の要求事項によれば、細管厚肉部の外径はあまり大きくすべきではない。例えばランプとして組み立てた時の配光を考えれば、細管厚肉部の外径寸法は発光部最大径より小さくする必要がある。さらに実用的な条件としては、良い発光特性が得られたときの細管部１０１ｂ外径寸法に対して、細管厚肉部１０１ｃの外径寸法は２倍以下とするのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、従来品と同等の高効率かつ高演色性を確保しながら発光管シール工程時のシール部クラックを生じないセラミックメタルハライドランプを提供するものである。  
【符号の説明】
【００３６】
１０１    発光管
１０１ａ  発光部
１０１ｂ  細管部
１０１ｃ  細管厚肉部
１０２    発光物質
１０３    タングステン電極
１０４    モリブデンコイル棒
１０５    導電性サーメット棒
１０６    フリット
【図１】
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【図２】
2010238368.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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