(57)【要約】【課題】透光性窒化アルミニウム焼結体よりなり、光源からの光の透過効率が大幅に改良された光源用カバーを提供する。【解決手段】結晶粒の径を均一に制御する方法、金属不純物や酸素の含有量を低減せしめる等の方法によって製造される、透光性窒化アルミニウム焼結体よりなり、受光面の算術的表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であり、好ましくは、最大荒さ（Ｒｍａｘ）が算術的表面粗さの１０倍以下であり、管状、プレート状、電球状等の形状を採る光源用カバーである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性窒化アルミニウム焼結体よりなり、受光面の算術的表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする光源用カバー。
【請求項２】
受光面に対して反対面の算術的表面粗さが０．５〜０．０１μｍである請求項１に記載の光源用カバー。
【請求項３】
波長４００〜８００ｎｍの光の透過効率が８６％以上である請求項１又は２に記載の光源用カバー。
【請求項４】
管状である請求項１〜３の何れか一項に記載の光源用カバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性窒化アルミニウム焼結体よりなる新規な光源用カバーに関する。詳しくは、透光性窒化アルミニウム焼結体よりなり、光源からの光の透過効率が大幅に改良された光源用カバーである。
【背景技術】
【０００２】
放電により発光する光源等を使用した発光管において、光源を外気と遮断し、且つ、光源からの光を透過せしめるための光源用カバーは、高い光透過率が求められるとともに、発光強度の増大に伴い多量の熱が発生するために良好な放熱特性が要求されている。また、管内には一般に金属ハライドが封入されるため耐食性も求められる。
【０００３】
従来、上記光源用カバーの材料としては透光性アルミナ焼結体が一般的に使用されていたが、透光性アルミナ焼結体を使用した光源用カバーは、放熱特性において不十分であり、また、熱ショック、化学的安定性に弱いという問題を有している。
【０００４】
そのため、これに代わる素材として、透光性を有する窒化アルミニウム焼結体を光源用カバーとして使用した発光管が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
上記光源用カバーに使用される透光性窒化アルミニウム焼結体は、結晶粒の粒径を高度に制御することによって高い透光性を実現したものである。
【０００６】
また、透光性窒化アルミニウム焼結体においては、不純物金属や焼結助剤の量を制限することにより、透光性を向上させる方法も提案されている（特許文献２）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−１９３２５４号公報
【特許文献２】特開平１１−  ９２２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、透光性窒化アルミニウム焼結体において、材料面の研究は成されており、高い透光性が実現できているが、該焼結体の構造面での研究は未だ不十分であり、光源からの光の透過効率（以下、単に「透過効率」ともいう。）の向上において更なる改良の余地がある。
【０００９】
尚、上記透光性は、窒化アルミニウム焼結体の素材についてヘイズメーターによって測定される全光線透過率によって表すことができ、また、透過効率は、後述の測定方法より明らかなように、窒化アルミニウム焼結体の成形体における多重反射を含めた光の透過性を表すものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記発光管のような、光源に対して透光性窒化アルミニウム焼結体を光源用カバーとして使用する用途において、光の透過効率を向上する手段を検討した。その結果、上記透光性窒化アルミニウム焼結体は、光源に対向する受光面の表面粗さが、単に光の乱反射による透過効率に及ぼす影響のみならず、窒化アルミニウム焼結体特有の高い光反射特性により、アルミナやガラス等に比べ、該乱反射した光が発光管等の内部及び窒化アルミニウム内部で幾重にも繰り返されることにより、透過効率に及ぼす影響が相乗的に効くという知見を得た。さらに、当該反射効果は窒化アルミニウム焼結体の素材自体の光吸収率が可視光線域で小さいことにより増加するという知見を得た。
【００１１】
そして、かかる知見に基づき、かかる表面粗さを研磨等の加工法により、特定の値以下となるように調整することによって、前記透光性窒化アルミニウム成形体の光源からの光の透過効率を著しく向上し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、透光性窒化アルミニウム成形体よりなり、受光面の算術的表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする光源用カバーである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の透光性窒化アルミニウム焼結体よりなる光源用カバーは、光源からの光の透過効率が極めて良好であり、同等の材質を有する従来の透光性窒化アルミニウム焼結体よりなる光源カバーと比較して同じ光量で、極めて明るい発光管等の発光素子を構成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明において、透光性窒化アルミニウム焼結体は、全光線透過率が８０％以上の光透過性を有する窒化アルミニウム焼結体よりなるものが好適に使用される。
【００１５】
上記透光性窒化アルミニウム焼結体は、公知の方法によって得ることができる。例えば、前記結晶粒の径を均一に制御したもの、金属不純物や酸素の含有量を低減せしめたもの等によって透明性を付与することが可能である。
【００１６】
そのうち、特に、結晶粒の平均粒子径が１〜２０μｍ、焼結助剤の含有量が３００ｐｐｍ以下、該焼結助剤以外の金属不純物が酸化物換算で３５０ｐｐｍ以下、及び酸素含有量が４５０ｐｐｍ以下の窒化アルミニウム焼結体が特に好ましい。
【００１７】
上記透光性窒化アルミニウム成形体は、平均粒子径０．３〜３μｍの窒化アルミニウム粉末、希土類化合物及び／又はアルカリ土類金属よりなる焼結助剤粉末、並びに有機バインダーよりなる成型体を、残存炭素量が２５００〜１００００ｐｐｍとなるように脱脂した後、温度１５５０℃〜１９００℃の還元性雰囲気下で３５〜１００時間焼成して、次いで、得られる焼結体を温度１５５０〜１９００℃の中性雰囲気下で１０〜５０時間焼成することによって製造することができる。
【００１８】
また、透光性窒化アルミニウム成形体の形状は、管状、プレート状、電球状等、特に制限されないが、管状が一般的である。
【００１９】
上記形状の透光性窒化アルミニウム成形体を製造する方法は、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。例えば、管状の透光性窒化アルミニウム成形体の製造は、管状の型にスラリー、或いは原料粉末を流し込み乾燥後、型から分離することにより成型することができる。また、プレート状の透光性窒化アルミニウム成形体の製造は、原料スラリーをドクターブレード法等によりシート状に成型すること、或いは金型等により原料粉末を成型することにより、更に、電球状の透光性窒化アルミニウム成形体の製造は、電球状の形状に成型された鋳型にスラリーを流し込み乾燥後型から分離することにより成型することができる。
【００２０】
本発明の特徴は、上記透光性窒化アルミニウム成形体の受光面となる面、具体的には、管状の場合、内面の算術的表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下、好ましくは、０．３μｍ以下であることにある。
【００２１】
一般に従来製造される管状の透光性窒化アルミニウム成形体は、一般に型などで成型された原料粉末を焼成する方法で製造されるが、その受光面となる内面のＲａは、１〜３μｍ程度である。
【００２２】
これに対して、本発明の透光性窒化アルミニウム成形体は、受光面のＲａを０．５μｍ以下、好ましくは、０．３μｍ以下とすることにより、優れた透光性を発揮する。即ち、前述及び後述する実施例及び比較例より理解されるように、他の透光性セラミック成形体は、反射率が小さいため素材自身の全透過率が大きく、受光面の表面粗さを小さくしても光の透過効率の向上効果が乏しいのに対して、本発明の対象とする透光性窒化アルミニウム成形体は、素材自体の反射率が大きいため全透過率は小さくなり、かかるＲａの減少による多重反射効果の最適利用により著しく向上する。この時、光学的設計を最適化してもチューブ内部での素材自体による光吸収により光が減衰すれば透過効率を増すことはできなくなる。当該光減衰を低減させるために窒化アルミニウム素材の光吸収率は波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の光について平均５％以内である素材が好適に使用される。
【００２３】
本発明において、透光性窒化アルミニウム成形体のＲａは、上記範囲に加工されたものであれば、特に制限されないが、好ましくは、Rmaxが上記Ｒａの１０倍以下、好ましくは、８倍以下である。
【００２４】
本発明において、上記Ｒａ、Ｒmaxの調整方法は特に制限されないが、代表的な調整方法を例示すれば、Ｒａは、成形体の受光面となる表面を研磨することによって調整することが好ましい。具体的には、マシニングセンター、バレル研磨、センタレス研削、円筒研削、磁性粒子研磨による研磨／研削方法が好適である。
【００２５】
また、Ｒmaxは、窒化アルミニウムの結晶粒径の大きさを制御することによって調整することができる。即ち、結晶粒径は、１〜５μm、特に、１〜３μmに調整されることが好ましい。
【００２６】
上記結晶粒径は、還元雰囲気下での焼結時間を３０時間以内とする等によって結晶粒径の成長を抑制することが可能である。
【００２７】
本発明において、透光性窒化アルミニウム成形体の受光面と反対側の面の表面粗さは特に制限されないが、該面の表面粗さがあまり荒い場合は、内部からの光が乱反射し易くなるため、１μm以下、特に、０．５μm以下であることが望ましい。
【００２８】
本発明の光源用カバーは、窒化アルミニウム焼結体を素材とするものでありながら、波長４００〜８００ｎｍの光の透過効率が８６％以上を達成することが可能である。
【００２９】
本発明の上記透光性窒化アルミニウム成形体よりなる光源用カバーを使用した発光素子は、公知の構造が特に制限無く採用される。
【００３０】
例えば、管状の透光性窒化アルミニウム成形体よりなる光源用カバーの場合、管の両端の開口部に発光用電極を取り付けて封止することによって発光素子（発光管）を構成する態様が一般的である。
【００３１】
また、プレート状の場合、内部に反射板を形成したお椀型のケースの蓋として該プレート状の透光性窒化アルミニウム成形体を設け、該反射面の中心部に光源となる発光用素子を取り付けて発光素子を構成することができる。
【００３２】
更に、電球状の場合、従来の電球と同様、口金に当たる部分に発光素子を取り付けて発光素子を構成すればよい。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を更に具体的に説明するため、実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
以下の実施例、比較例における各種の物性の測定は次の方法により行った。
【００３５】
１）光全透過率
試料の窒化アルミニウム焼結体の成形体（実施例においては管状体）を、測定可能な任意の面積で、厚さ０．３ｍｍの厚みで、表裏面の粗さがＲａ＜０．０５μmとなるように切り出し、スガ試験機株式会社製の「ＨＺ−１」を用いて測定した。
【００３６】
２）透過効率
試料の窒化アルミニウム焼結体の成形体（実施例においては管状体）の透過効率は、図１に示す装置を用いて以下の方法によって測定した。即ち、波長４００〜８００ｎｍの光を発生するランプ１０７より光ファイバー１０８を経て、積分球１０１内に設けられた試料支持体１０６上に開放せしめ、該光ファイバー１０８より発せられる光をバッファー１０２を設置した状態で光検出器１０３において受光するように構成した。
【００３７】
上記装置を使用して、先ず、試料をセットしていない状態の受光量（Ａ１）を測定し、次いで、図１に示すように資料１０５をセットした状態での受光量（Ａ２）を測定し、透過効率（α：％）を下記式にて求めた。
【００３８】
α＝（Ａ２／Ａ１）×１００
尚、試料が管状の場合は、その上面に全反射可能なメッキを施した蓋をして測定した。
【００３９】
３）表面粗さ
触針式の表面粗さ計を用いてＲａ、Ｒｍａｘの測定を行った。
【００４０】
実施例１
外形８ｍｍ、内径６ｍｍ、長さ２ｃｍの円筒形状を形成できるような樹脂製の鋳型に原料窒化アルミ粉末及び助剤が均一に混合された成型用原料を充填した。次に原料粉末が充填された樹脂製鋳型を真空引き可能な樹脂製の袋に入れ真空ポンプにより真空引きした。この後、ＣＩＰ成型機を用いて成型した後、樹脂製の鋳型から成型された円筒形状の成型体を取り出した。
【００４１】
次に、電気炉中に上記成型体をセットして１８００℃還元性雰囲気にて２５時間焼成して円筒形状の窒化アルミニウム焼結体を得た。
【００４２】
得られた焼結体の全光線透過率は８３％であり、表面粗さは内外面とも２μｍであった。
【００４３】
円筒形状の焼結体の内面、外面を鏡面にするためマシニングセンターを用いて内外面を研削して内面の表面粗さ（Ｒａ）を０．４μｍ、外面の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍに仕上げて光源用カバーを得た。
【００４４】
得られた光源用カバーの透過効率を測定した結果９０％であった。
【００４５】
実施例２
内面の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ、外面の表面粗さ（Ｒａ）を０．１μｍとした以外は実施例１と同様に円筒形状の窒化アルミニウム焼結体よりなる光源用カバーを得た。
【００４６】
得られた光源用カバーの透過効率を測定した結果９４％であった。
【００４７】
実施例３
内面の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ、外面の表面粗さ（Ｒａ）を２μｍ（研削処理なし）とした以外は実施例１と同様に円筒形状の窒化アルミニウム焼結体よりなる光源用カバーを得た。
【００４８】
得られた光源用カバーの透過効率を測定した結果８８％であった。
【００４９】
比較例１
内面の表面粗さ（Ｒａ）を０．７μｍ、外面の表面粗さ（Ｒａ）を０．７μｍとした以外は実施例１と同様に円筒形状の窒化アルミニウム焼結体よりなる光源用カバーを得た。
【００５０】
得られた光源用カバーの透過効率を測定した結果８１％であった。
【００５１】
参考例
焼結体の材質をアルミナにして実施例１と同様の形状の焼結体を形成した。焼成直後の表面粗さは０．６μｍであった。この焼結体の光全透過率を測定した結果９５％を得た。
【００５２】
実施例１と同様に機械加工を施して内外面を研磨した。内面外面の表面粗さはそれぞれ０．３μｍ、０．２μｍであった。
【００５３】
加工後の焼結体の透過効率を測定した結果９７％であった。
【００５４】
以上のように、円筒形状の焼結体よりなる光源カバーの表面粗さを本発明の範囲内に制御することにより透過効率を大幅に向上することが可能となる。
【００５５】
一方、前記参考例に示したように、透光性アルミナ材の場合においては、その表面粗さを制御しても透過効率の向上はほとんど認められない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】試料の透過効率を測定するための装置の概略図
【符号の説明】
【００５７】
１０１  積分球
１０２  バッフル
１０３  光検出器
１０４  キャップ
１０５  試料
１０６  試料支持台
１０７  ランプ
１０８  光ファイバー
【図１】
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