(57)【要約】【課題】傾斜機能材料を用いた高圧放電ランプにおいて、閉塞体製造時の焼成収縮におけるクラックを抑制し、かつその製造歩留まりを制御する製法・その構造を示すことであり、さらにランプ点灯時のガス放出のない構造として、信頼性の高い安定した高圧放電ランプを提供することを目的とする。【解決手段】傾斜機能材料を用いた高圧放電ランプにおける閉塞体の製造時、タングステン電極芯棒の固定部分を閉塞体本焼成の後、金属バネ機構を付与して固定することで、閉塞体の本焼成における焼成収縮のばらつきをバネとして吸収するとともに、焼成収縮率の大きい傾斜機能材料の導電性部の焼成ばらつきを後工程におけるコイルの公差バリエーションによって自在に調整可能とすることができ、ガス放出もない信頼性の高い安定した高圧放電ランプとして提供することができる。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスなどの非導電性材料からなる放電容器内に対向配置された一対のタングステン電極と、前記放電容器を気密封止するために配設された閉塞体とを具備し、当該閉塞体は一方を非導電性、他端を導電性として材料特性を徐変させた傾斜機能材料からなり、タングステン電極芯棒が該閉塞体に埋設固定されてなる高圧放電ランプであって、前記タングステン電極芯棒の固定部分を閉塞体本焼成の後、金属バネ機構を付与して固定したことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記記載の高圧放電ランプであって前記金属バネ機構はタングステンコイルによって構成されたことを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記記載の高圧放電ランプであって前記タングステン電極芯棒の固定は、導電性金属部と非導電性部を有する傾斜機能材料閉塞体の焼成による焼成収縮の差を用いて、非導電性部での固定を回避した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。
【請求項４】
前記記載の高圧放電ランプであって、当該閉塞体のタングステン電極芯棒固定の後アニーリングによる局所歪みの開放を行ったことを特徴とする請求項１ないし３記載の高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプのシール構造端部が傾斜機能材料によって構成された高圧放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電ランプは、主に石英ガラスからなる放電容器内に一対のタングステン電極が対向配置され、水銀・ハロゲンなど主に発光及びその制御に関わる物質と始動用の希ガスなどが封入される。かかる高圧放電ランプの端部はタングステン電極と外部リード線との間で電気的接続を維持した状態で閉塞されるが、タングステン電極芯棒と石英ガラスなどの非導電性材料からなる放電容器とは熱に対する膨張係数が大きく異なるため、直接電極芯棒と放電容器を溶着（シーリング）を施して閉塞することはできない。
【０００３】
このため従来は、タングステン電極及び外部リード線の間に厚みが数十μｍのモリブデン金属箔を用いて電気的導通を図り、モリブデン金属箔部と放電容器とのシーリングによって高圧発光物質を閉じ込める箔シール法などが用いられてきた。
【０００４】
このような箔シール法の高圧放電ランプとしては、特開平６−５２８３０号に開示された高圧放電ランプなどが知られている。この開示された高圧放電ランプは、その実施例からもわかるように箔シール法により極めて水銀蒸気圧の高いショートギャップの高圧放電ランプを実現し、アークの広がりを抑制し、小型で高輝度の性能を提供している。
【０００５】
しかしながら、この箔シール法においてはランプの高熱によるモリブデン箔の酸化を防止するために、箔シール部は発光体の中心から離して温度上昇を抑制する必要があるために、ランプの構造体としては軸方向に長くなる結果となり、かかる箔シール法にてつくられた高圧放電ランプを凹面反射鏡などに組み付けて、光を軸方向へ制御する光学照明装置に用いる場合などでは、光の一部が長くなったランプ構造体にかかり、利用効率が低下するなどの問題点があった。
【０００６】
そこで最近ではシリカなどの非電導性無機物質成分とモリブデンなどの電導性無機物質成分とを段階的もしくは連続的に変化させた傾斜機能材料による閉塞体構造が提案され、新しい高圧放電ランプの封止構造として注目されている。
【０００７】
このような傾斜機能材料を用いたランプ構造として、特開平１０−１７２５１４号が公知である。本発明にかかわる傾斜機能材料は、放電容器と同等の物質で構成される非導電性部と電気的導通を図る導電性部を材料特性的に徐変してなるもので、ランプ構造は、発光管内部に臨むタングステン電極と、発光管外部に臨む外部外部リード線を有する傾斜機能材料からなる閉塞体を発光管端部内に位置させ、発光管内部に臨む傾斜機能材料の非導電性部をシーリングすることで、発光管内部と外部とを気密に封止する構造を採って、箔シール法におけるシール部温度の問題を根底から解決する高圧放電ランプの構造体を提供している。
【０００８】
しかしながら、傾斜機能材料で高圧放電ランプの閉塞体を構成する場合、まず傾斜機能材料の仮焼体にタングステン電極・外部リード線などを具備するための孔加工を施して電極芯棒などを取付け、１７００℃程度の温度で本焼成して閉塞体を作成することが多い。かかる傾斜機能材料のランプ閉塞体を本焼成する場合、傾斜機能材料は２０％近くも焼成収縮するため、焼成中にタングステン電極芯棒と傾斜機能材料との間に応力を発生させてしまい閉塞体が割れてしまう問題がつきまとっていた。
【０００９】
この問題を解決するための技術としては、特開平１０−１８８８９７及び、特開平１１−１４４６８１が公知である。まず特開平１０−１８８８９７において発明者らは傾斜機能材料に埋設される電極芯棒部分に円環状溝・切り割り溝など各種の応力緩和機構を配設し、焼成収縮による閉塞体クラックの問題を解決する方法を提供している。また、特開平１１−１４４６８１において発明者らは、傾斜機能材料とタングステン電極との間に中間層を配設し、その中間層を傾斜機能材料及びタングステン電極よりも脆弱な複合材料（サーメット）で構成することにより、焼成におけるクラックを防止することを提案している。
【００１０】
しかしながら、発明者らが種々の構造を試行錯誤し、鋭意研究を積み重ねていく中で、以下のような問題点が判明してきた。まず、特開平１０−１８８８９７に示される電極芯棒部分に円環状・切り割り溝・スリットなど各種の応力緩和機構を配設し、焼成収縮によって固定する方法では、焼成収縮率のばらつきが応力緩和機構の限界値を超えた場合、閉塞体の焼成歩留まりがほぼゼロとなり、かつその歩留り制御は極めて難しい。また、特開平１１−１４４６８１におけるサーメットを中間層に用いる方法においても、構成される脆弱物質からのガス放出の影響をゼロにはできず、特にランプコンポーネントからのガス放出がランプの信頼性に甚大な影響を及ぼす高圧放電ランプにおいては、発明内容を効果的に活かすことができなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、傾斜機能材料を用いた高圧放電ランプにおいて、閉塞体製造時の焼成収縮におけるクラックを抑制し、かつその製造歩留まりを制御する製法を示すことであり、信頼性の高い安定した高圧放電ランプを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る傾斜機能材料を用いた高圧水銀ランプは、その閉塞体製造時タングステン電極芯棒の固定部分を閉塞体本焼成の後、金属バネ機構を付与して固定したことを特徴とする。金属バネとして用いたタングステンコイルは、本焼成によって焼成収縮済の状態で固定部に挿入され、電極芯棒との間に発生する応力を緩衝する機能を果たす。このようにタングステン電極の固定部を構成していくことで、閉塞体の本焼成における焼成収縮のばらつきをバネとしてタングステンコイルが弾性を保った状態で伸び・スプリングバック・つぶれとして吸収し、バネの特徴を電極固定構造に活かすことができるとともに、焼成収縮率の大きい傾斜機能材料の導電性部の焼成ばらつきを後工程におけるコイルの公差バリエーションによって自在に調整可能とすることができる。これによりこれまで焼成のばらつきによって全く制御できなかった閉塞体クラックによる製造歩留まりの問題を抜本的に解決することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る傾斜機能式高圧水銀ランプにおける閉塞体においては、当該閉塞体のタングステン電極芯棒固定の後アニーリングによる歪み開放を行ったことを特徴とする。これにより、電極固定の後工程化によって最大限抑制された閉塞体歪みをさらに開放し、用いたタングステンコイルや傾斜機能材料の局所的な歪み応力を緩和開放させることができ、いっそう安定した高圧水銀ランプとして構成していくことが可能となる。
【００１４】
また本発明により実現した傾斜機能材料の閉塞体構造は、焼成によるクラックを最大限抑制して、製造歩留まりを制御可能にしたばかりでなく、脆弱物質を用いた場合のガス放出による問題も抜本的に解決されていることはいうまでもない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以上、説明した本発明の構成・作用をより一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。図１は傾斜機能材料を用いた高圧放電ランプの説明図、図２は傾斜機能材料を用いた閉塞体の従来の構成図である。図３は本発明の傾斜機能材料を用いた閉塞体の第一の実施例を示す構成図である。図４は本発明の閉塞体を用いた高圧水銀ランプの第一の実施例を示す構成図である。
【００１６】
図１に示す傾斜機能材料を用いた高圧放電ランプでは、発光管１１内に、一対のタングステン電極１２を具備する傾斜機能材料を用いた閉塞体１３が電極を対向配置させる形で配設される。この状態において発光管内部に臨む閉塞体の非導電性部を溶着一体化し、外部と隔絶された放電スペース１４を形成する。放電スペース１４内部には、あらかじめ水銀や金属ハロゲンなどの発光物質や始動用希ガスのアルゴンが所定量封入され、外部リード線１５によって供給された電力によって放電状態を形成し、アークによって励起された発光物質が発光現象を起こす。発光に寄与する金属蒸気の圧力が高まるにつれアークの広がりを抑制し、高輝度点光源を形成するようになり、高圧放電ランプとしての品質を形成している。
【００１７】
図２は傾斜機能材料を用いた閉塞体の従来の構成図である。閉塞体基体となる傾斜機能材料基体２１にはタングステン電極１２が取りつけられ、約１７００℃の温度で本焼成される。このとき焼成収縮による閉塞体のクラック防止のため、従来は、応力緩和のための円環状・切り割り溝２２もしくは、タングステン、シリカ成分などからなるサーメット２３を配設し、閉塞体焼成収縮によるクラックを防止するための構造としている。
【００１８】
図３は本発明の傾斜機能材料を用いた閉塞体の第一の実施例を示す構成図である。タングステン電極１２を固定するための孔加工を施して焼成された傾斜機能材料基体の閉塞体導電性部３１は焼成収縮率や燒結表面のばらつきから、寸法・表面状態の両面で大きなばらつきも有している。ここに本発明の構成をなす金属バネ機構が配設される。図ではタングステンコイル３２によるバネ機構敷設の状態を示している。非導電性部と導電性部の２つを間を徐変してもつ傾斜機能材料では、その燒結特性から導電性部の方が焼成収縮は大きく、本焼成前に非導電性部から導電性部へ連通加工・形成された電極固定用孔は、燒結によって導電性部に進むに従って狭くなる。従って、バネ機構を配設する場合、狭くなった導電性部で固定する構造を容易にとることができ、確実に導電性部において電気的導通構造を取ることができる。挿入されたコイルバネは傾斜機能材料の導電性部の燒結内面状態に合わせて伸び・スプリングバック・つぶれなどの形状変化を起こしてタングステン電極１２との間で発生する応力を緩和させることができる。バネ機構の基をなすコイルの線径は、原理的には隙間寸法により任意であるが、試行錯誤の結果ではφ３００μｍ以下のコイルが望ましいことがわかっている。また、バネ機構としては、本発明に記したコイルによるものばかりでなく、チューブ上の金属にスリットを入れたクリップ状のものなどバネ構造であればほぼ同様の結果が得られる。材質はタングステンばかりでなくモリブデン・タンタル・ニオブなどの高融点金属を用いることができる。
【００１９】
一方、製造工程における効果としては、電極固定を本焼成後としたことで、元来クラックを生じていたものは、電極挿入固定の工程においてスラスト方向の反力が明らかに大きいことで判別することができる。さらにコイルのバネ緩衝力から逸脱したものについては、コイルの公差バリエーションなどを用いて歩留り制御・調整することが可能である。これら一連の流れで製造した閉塞体は、最終工程においてアニーリングを実施し、電極固定部に局所的に介在する歪みを分散させることで、さらに安定した製造状態を構成することがきる。
【００２０】
図４は本発明の閉塞体を用いた高圧水銀ランプの第一の実施例を示す構成図である。発光管１１内に、本発明の傾斜機能材料を用いた閉塞体１３が電極を対向配置させる形で配設される。この状態において発光管内部に臨む閉塞体の非導電性部を溶着一体化し、高圧放電ランプとしての放電スペース１４を形成する。サーメットなどの脆弱物質を用いた中間層で閉塞体を構成している場合は、サーメットが直接放電スペース内部と連通しているため、ランプ点灯時の熱によるガス放出現象が発生するが、本発明の閉塞体を用いた場合は、電極の固定構造がタングステンコイル３２によるバネ機構であるため、ガス放出によるランプの信頼性低下の問題を抜本的に解決して、高圧放電ランプの信頼性に大きく寄与することができる。
【００２１】
以上説明したように、本発明の高圧放電ランプは、傾斜機能材料を用いた閉塞体の製造時、タングステン電極芯棒の固定部分を閉塞体本焼成の後、金属バネ機構を付与して固定することで、閉塞体の焼成収縮による閉塞体クラックの問題を抜本的に解決するとともに、閉塞体製造歩留まりを制御可能なものとし、さらに閉塞体に発生する電極からの応力を緩和する機能を有し、サーメットなどの脆弱物質を用いての固定方法におけるランプの信頼性低下の問題も同時に解決して、高品質な高圧水銀ランプ構造を安定して提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】傾斜機能材料を用いた高圧放電ランプの説明図
【図２】傾斜機能材料を用いた閉塞体の従来の構成図
【図３】本発明の傾斜機能材料を用いた閉塞体の第一の実施例を示す構成図
【図４】本発明の閉塞体を用いた高圧水銀ランプの第一の実施例を示す構成図
【符号の説明】
１１　発光管
１２　タングステン電極
１３　閉塞体
１４　放電スペース
１５　外部リード線
２１　　　　　　傾斜機能材料基体
２２　　　　　　円環状・切り割り溝
２３　　　　　　サーメット
３１　閉塞体導電性部
３２　タングステンコイル
【図１】
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【図２】
2004087132.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004087132.tif 000006