(57)【要約】【課題】高圧放電ランプのバルブ内壁へのエッチングを抑制することができ、堆積物の発生を防ぐことが可能であり、ランプの照度やランプ寿命に対する影響を少なくする。【解決手段】ガーネット構造を有するセラミックスを主成分として構成され、封着部となる小径筒部を有し、内面に希土類金属酸化物層が形成されている放電容器１と；小径筒部に挿入されて封着される先端側に電極２Ａ、２Ｂが設けられた導電体２３ａ、２３ｂと；放電容器１内に設けられ、導電体２３ａ、２３ｂの先端に設けられた電極２Ａ、２Ｂと；放電容器１内部に封入された放電媒体と；を具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガーネット構造を有するセラミックスを主成分として構成され、封着部となる小径筒部を有し、内面に希土類金属酸化物層が形成されている放電容器と；
小径筒部に挿入されて封着される先端側に電極が設けられた導電体と；
放電容器内に設けられ、導電体の先端に設けられた電極と；
放電容器内部に封入された放電媒体と；
を具備することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記希土類酸化物によって置換された層の厚さが放電容器の最大肉厚寸法の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
ガーネット構造を有するセラミックスに希土類酸化物が０．１〜１００mol％混合されて構成された放電容器と；
小径筒部に挿入されて封着される先端側に電極が設けられた導電体と；
放電容器内に設けられ、導電体の先端に設けられた電極と；
放電容器内部に封入された放電媒体と；
を具備することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを保持する照明装置本体と；
高圧放電ランプを点灯させる点灯回路と；
を具備することを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にハロゲンガスなどを封入ガスとした高圧放電ランプおよび、この高圧放電ランプを備えた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高圧放電ランプに対する高効率化、小型化などの要求が高まっており、これによって、点灯時の温度やバルブ内圧なども従来に比べて遥かに高くなってきている。このような時流から、石英ガラスのバルブよりも融点が高く、点灯温度を高く保つことが可能なＡｌ2Ｏ3などのセラミックスバルブが採用されるようになってきた。
【０００３】
しかしながら、高圧放電ランプにおいてはハロゲンガスが封入ガスとして用いられており、高温においてはハロゲンガスがＡｌ2Ｏ3などのセラミックスと反応してバルブが浸食され、照度やランプ寿命に影響を与えるという問題がある。すなわち、ハロゲンガスがＡｌ2Ｏ3と反応した場合にハロゲン化アルミニウム化合物が生成されるが、この化合物の融点が低く、蒸発してバルブ内壁をエッチングする。このエッチングされた物質は低温部に移送され堆積する。また、バルブにＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）を用いたものにあってもＡｌ2Ｏ3のセラミックスほどではないものの、堆積物の発生が生じるため寿命などに影響があるものと考えられる。
【０００４】
上記に対し、バルブ内面に窒化珪素硼素からなる薄膜を形成することにより、ハロゲンとの反応抑制を図るランプが特許文献１に記載されている。また、液状の金属ハロゲン化物が溜まる部分に、タングステン、モリブデン、レニウムから選択される１または２種以上の金属またはその合金を含む被膜を設けることが特許文献２に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１４７８０１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３２８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献１のものはＣＶＤ法により膜を形成するものであり、成膜が煩雑であると共に、成膜装置が大掛かりなものとなって設備コストが上昇するという問題がある。また、引用文献２のものは、バルブの一部に関する構成であり、限定された部位に対する効果に留まるものである。
【０００７】
本発明は、上記のような高圧放電ランプにおける現状に鑑みてなされたもので、その目的は、金属ハロゲン化合物が封入されていられている高圧放電ランプにあっても、バルブ内壁のエッチングを抑制することができ、堆積物の発生を防ぐことが可能であり、ランプの照度やランプ寿命に対する影響を少なくした高圧放電ランプおよびそれを用いた照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る高圧放電ランプは、ガーネット構造を有するセラミックスを主成分として構成され、封着部となる小径筒部を有し、内面に希土類金属酸化物層が形成されている放電容器と；小径筒部に挿入されて封着される先端側に電極が設けられた導電体と；放電容器内に設けられ、導電体の先端に設けられた電極と；
放電容器内部に封入された放電媒体と；を具備することを特徴とする。
【０００９】
希土類酸化物は、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏなどの希土類金属元素の酸化物である。これらの１または２以上を含有することを許容する。セラミックスに対して希土類酸化物の含有量の範囲は、０．１mol％以上且つ１００mol％以下が好適である。放電容器の内面全部について希土類酸化物を置換するように構成することもできる。
【００１０】
本発明に係る高圧放電ランプは、前記希土類酸化物によって置換された層の厚さが放電容器の最大肉厚寸法の１０分の１以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る高圧放電ランプは、ガーネット構造を有するセラミックスに希土類酸化物が０．１〜１００mol％混合されて構成された放電容器と；小径筒部に挿入されて封着される先端側に電極が設けられた導電体と；放電容器内に設けられ、導電体の先端に設けられた電極と；放電容器内部に封入された放電媒体と；を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る照明装置は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを保持する照明装置本体と；高圧放電ランプを点灯させる点灯回路と；を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る高圧放電ランプは、ガーネット構造を有するセラミックスからなる放電容器の内面を希土類酸化物で置換した層を形成したので、融点の高い希土類酸化物が放電容器の内面に存在し、封入されたハロゲン化物によるエッチングを生じさせ難くして、機械的強度の変化および寿命への影響を抑制でき、エッチングされた堆積物による照度の変化が生じ難くする効果がある。
【００１４】
本発明に係る高圧放電ランプは、放電容器の内壁部を希土類酸化物を主成分として構成したので、放電容器の内壁への影響を抑制することができる。また、この希土類酸化物層の厚みを放電容器全体の厚みの１０分の１以下としたので、不必要に希土類酸化物層の厚みが厚くならず、放電容器の基材についてはガーネット構造を有するセラミックスにより構成することができる。
【００１５】
本発明に係る高圧放電ランプは、ガーネット構造を有するセラミックスに希土類酸化物が０．１〜１００mol％混合されて構成されており、ハロゲン化アルミニウム化合物の発生を抑制し、ランプの照度やランプ寿命に対する影響を少なくすることが可能である。
【００１６】
本発明に係る照明装置は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高圧放電ランプを備えるので、封入されたハロゲン化物によるエッチングを生じさせ難くして、機械的強度の変化および寿命への影響を抑制でき、エッチングされた堆積物による照度の変化が生じ難くする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下添付図面を参照して本発明に係る高圧放電ランプ及びそれを用いた照明装置の実施例を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付し重複する説明を省略する。本実施例に係る高圧放電ランプは、図１および図２に示す構成を有している。これらの図に示す高圧放電ランプは、定格ランプ電力１００Ｗ用として好適な構造であり、図１に示すように、発光管１Ａ、外管５、ＵＶエンハンサ７、シュラウドガラス３、支持構体４Ａ、４Ｂおよび口金６を具備している。
【００１８】
図２に示す発光管１Ａについて説明する。発光管１Ａは、放電容器１、電極２Ａ、２Ｂ、一対の導電体２３ａ、２３ｂ、一対のフリットガラス１３、１３および放電容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。
【００１９】
放電容器１は、ガーネット構造を有するセラミックスを主成分として構成されたものである。包囲部１１および包囲部１１の両端に連通して配設された一対の小径筒部１２ａ、１２ｂを備えている。そして、小径筒部１２ａ、１２ｂおよび包囲部１１は、鋳込み成形により一体化されている。
【００２０】
包囲部１１は、２つの半球体が、互いに向かい合うように軸方向に離間した状態で、半球状の部分の間を直線で結んで形成されるほぼ俵形の形状をなしていており、肉厚が０．５〜２．０ｍｍ、本実施形態では０．８ｍｍである。
【００２１】
一対の小径筒部１２ａ、１２ｂは、それぞれ内径約１ｍｍのパイプ状をなし、先端が対応する包囲部１１の半球状部分の中央部に接続されている。なお、包囲部１１および小径筒部１２ａ、１２ｂの境界部は、その内外両面が曲面によって形成されている。
【００２２】
電極２Ａ、２Ｂは、それぞれ外径０．５ｍｍのタングステン棒からなる細長い軸部２１および電極主部２２を備えている。細長い軸部２１は、小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿通されていて、タングステン細線を巻き付けてその周囲にコイル部２４、２４を形成している。そして、細長い軸部２１と小径筒部１２ａ、１２ｂの内面との間にわずかな隙間が形成されている。電極主部２２は、細長い軸部２１の先端部に外径０．１ｍｍのタングステン細線を５ターン巻き付けて形成されていて、包囲部１１内に突出している。
【００２３】
一対の導電体２３ａ、２３ｂは、それぞれニオブ棒状体Ｎｂと、電極主部２２側に存在する封止用導体としてのサーメットＳＭからなり、これらニオブ棒状体ＮｂとサーメットＳＭが直線状に溶接されて一体に形成されている。ニオブ棒状体Ｎｂは、その先端が小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿入されるとともに、基端が小径筒部１２ａ、１２ｂから外部へ突出している。棒状体のサーメットＳＭは、外径０．６ｍｍで、モリブデン−アルミナセラミックスの焼結体からなり、その先端に電極２Ａ、２Ｂの細長い軸部２１の基端部が溶接などにより一体に接続されている。
【００２４】
本発明の高圧放電ランプは、フリットガラス１３を用いて封止されている。電極主部２２とサーメットＳＭ及び導電体２３ａにより構成される電極マウントを小径筒部１２ａの開口から所定の位置まで挿入する。電極マウントは、導電体２３ａ、２３ｂの所定位置にはストッパを形成したものである。このため、ストッパが小径筒部１２ａの端面に当接した位置が所定の挿入位置となる。
【００２５】
次に、電極マウントの導電体２３ａの上から予めリング状に成形したフリットガラス成形体を挿入して、上向きに延在する小径筒部１２ａの端面に載置する。ここにおいて、フリットガラス成形体を含む封着予定部に対し、例えばレーザビームなどのレーザ光を小径筒部１２ａの軸方向から照射して加熱する。フリットガラス成形体が溶融すると、フリットガラス１３の一部が小径筒部１２ａの端面から内部に進入し、導電体２３ａの挿入部分を包囲して放電容器１を封止する。その後、冷却すれば発光管１Ａの一端側の封止が形成される。小径筒部１２ｂに係る他端側も同様に封止する。
【００２６】
放電媒体は、始動ガスおよびバッファガスとしてアルゴン（Ａｒ）、下記のハロゲン化金属、ならびにバッファ蒸気としての水銀からなり、透光性セラミックスの放電容器１内に封入されている。なお、金属ハロゲン化物および水銀は、蒸発する分より過剰に封入されているので、その一部が安定点灯時に小径筒部１２ａ、１２ｂ内に形成されるわずかな隙間内のコイル部２４、２４に形成された隙間内に液相状態で滞留している。そして、点灯中下側となる例えば小径筒部１２ｂ内に液相状態で滞留している放電媒体の表層部付近に最冷部が形成される。
【００２７】
外管５は、硬質ガラスからなるＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム４ｓを封着して備えている。フレアステム４ｓは、一対の導入線４１ａ、４１ｂを気密に導入している。そして、外管５は、その内部の所定位置に発光管１Ａを後述する支持構体４Ａ、４Ｂにより支持して収納している。
【００２８】
ＵＶエンハンサ７は、気密容器、導入線、内部電極、放電媒体および外部電極を具備して構成されている。気密容器は、石英ガラスなどの紫外線透過性ガラス製で、その一端部にピンチシール部が形成されていることにより、内部に細長い放電空間が形成されている。導入線は、先端が後述する内部電極に溶接し、ピンチシール部から外部へ導出され、基端部の部分で図１に示すように、後述する支持枠４２ａに溶接されている。
【００２９】
上記内部電極は、モリブデン製の板状をなしていて、気密容器の放電空間内に封装されており、その基部がピンチシール部内に気密に埋設されている。外部電極は、外径０．４ｍｍのモリブデン線からなり、気密容器の外周に密着して５ターン巻き付けられているとともに、その基端部が支持構体４２ｂに溶接されている。そうして、ＵＶエンハンサ７は、その導入線の基端部および外部電極の基端部により、外管５内の所定の位置に配置されている。以上説明した構造により、ＵＶエンハンサ７は、外管５内において発光管１Ａと並列に接続されているとともに、発光管１Ａの一方の電極に接近した位置に保持されている。
【００３０】
シュラウドガラス３は、肉厚１．０ｍｍで外管５内に収納可能な外径の円筒状石英ガラス体からなり、外管５内において発光管１Ａを包囲する位置に後述する支持部材４５ａによって保持されている。
【００３１】
支持構体４Ａは、支持枠４２ａ、ブリッジ導体４３ａ、スプリング片４４ａ、４４ａおよび支持部材４５ａからなる。支持枠４２ａは、図１において下端が導入線４１ａに接続し、上端が延長されてスプリング片４４ａを形成している。ブリッジ導体４３ａは、発光管１Ａの図において上側の導電体２３ａに溶接されることによって発光管１Ａの上部を支持している。スプリング片４４ａは、外管５の内面に弾力的に当接して、支持枠４２ａの上部を外管５の内面に対して横揺れを防止している。支持部材４５ａは、シュラウドガラス３の上下両端を支持している。
【００３２】
支持構体４Ｂは、直棒状をなしていて、その下部がフレアステム４ｓに封着されている導入線４１ｂに溶接されることによって電気的に接続し、かつ、機械的に支持されている。そして、上端部が発光管１Ａの図において下側の導電体２３ｂに接続導体を介して溶接されて、発光管１Ａの下部を支持している。
【００３３】
口金６は、Ｅ３９形口金であり、外管５のネック部に固着され、外管５から外部へ露出した図示しない一対の導入線の一方がシェル部に、他方がセンターコンタクトに、それぞれ接続している。なお、図１において、符号Ｇはゲッタであり、外管５内を清浄化するもので、支持枠４２ａの上部に溶接されている。
【００３４】
＜実施例１＞
本実施例では、放電容器をガーネット構造を有するセラミックスで作成し、その内壁に希土類酸化物Ｓｍ2Ｏ3微粒子により構成される塗料を厚さ１．０〜１００μｍ塗布して放電容器１を得た。放電容器１の肉厚は平均で１ｍｍ、また外径を１５ｍｍとした。封入ガスとしてＸｅを封入し、ＳｃＩ3−ＮａＩ系の封入薬品を用いた。
【００３５】
ここで、試作品１の放電容器はＡｌ2Ｏ3にて構成したものであり、試作品２の放電容器は、希土類酸化物Ｓｍ2Ｏ3を含まないＹＡＧにより構成したものであり、試作品３の放電容器は、希土類酸化物Ｓｍ2Ｏ3を３mol％含む塗料をＹＡＧにより構成した放電容器の内壁に塗布したものであり、試作品４の放電容器は、希土類酸化物Ｓｍ2Ｏ3を１０mol％含むようにして混合されたＹＡＧにより構成した放電容器の内壁に塗布したものである。
【００３６】
上記試作品１〜４について１０００時間の連続点灯を行い、その後に温度を低下させてＸＰＳ（Ｘ線光電子分光装置）を用いて内壁のハロゲン化アルミニウム化合物の定量分析を行った。この結果、図３に示されるように、試作品１のハロゲン化アルミニウム化合物量を１００とした相対値で、試作品２は６７、試作品３は３１、試作品４は７となり、希土類酸化物Ｓｍ2Ｏ3を多く含む塗料が塗布された場合にハロゲン化アルミニウム化合物の発生を抑制し、ランプの照度やランプ寿命に対する影響を少なくすることが可能であることが実証された。
【００３７】
上記試作品の塗布厚から、希土類金属酸化物の膜厚は放電容器全体の厚みの１０分の１以下でも十分な効果を奏すると考えられる。なお、好ましい膜厚範囲は１０〜１００μｍである。また、希土類酸化物の混合量の範囲は、０．１mol％以上で効果があり、数十mol％程度でハロゲン化アルミニウム化合物の発生がほぼ見られなくなることから、０．１mol％以上１００mol％以下が好適である。
【００３８】
図９に、たとえば上記高圧放電ランプＬ１が用いられた本発明に係わる照明装置９を示す一部断面正面図を示す。この照明装置９は天井９１に埋め込み設置される埋込形照明装置で、天井９１側に取り付けられる器具（装置）本体９２を有し、この器具（装置）本体９２内に設けられたソケット９３に上記高圧放電ランプＬ１の口金６が装着される。また、この器具（装置）本体９２内にはランプＬ１の放射光を下方に反射させる反射鏡９４が配設され、この反射鏡９４の開口側を覆ってガラスなどからなるカバー部材やレンズなどからなる制光体９５が配設されている。
【００３９】
そして、上記高圧放電ランプＬ１は、器具（装置）本体９２やあるいはこの本体９２とは別置された安定器などを有する点灯装置と電気的に接続され、この点灯装置からの給電により点灯することができる。
【００４０】
また、照明装置は上記実施の形態に限らず、他の構造や用途をなすものであってもよく、点灯方式も矩形波点灯回路装置を用いるものに限らず、チョークコイル式やトランス式などの磁気式の安定器を用いるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明における高圧放電ランプの実施形態としてのランプ全体を示す正面図。
【図２】本発明における高圧放電ランプの実施形態としての発光管を示す拡大断面図。
【図３】本発明における高圧放電ランプにおける実施例に係る試作品について連続点灯を行った後のハロゲン化アルミニウム化合物の定量分析結果を示す図。
【図４】本発明における高圧放電ランプを用いて構成した照明装置の概念的側面図。
【符号の説明】
【００４２】
１  放電容器
２Ａ、２Ｂ  電極
３  シュラウドガラス
４Ａ、４Ｂ  支持構体
５  外管
６  口金
１１  包囲部
１２ａ、１２ｂ  小径筒部
１３  フリットガラス
２２  電極主部
２３ａ、２３ｂ  導電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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