(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電発光空間を形成する円筒形の胴部と、該胴部両端を夫々閉塞する環状の閉塞部と、双方の閉塞部の略中央位置から互いに対向するよう外方に突出して放電電極を挿入固定するキャピラリ部とを有し、透光性セラミックスからなる高圧放電灯用発光容器であって、双方の胴部と閉塞部との境界部のうち、少なくとも一方の境界部の胴部肉厚を、放電発光空間中央付近の肉厚に対して、１．２から２．０の比で連続的に厚くしたテーパ部を有し、且つ胴部の端部付近の内径を胴部中央部の内径に対して０．８倍以上１．０倍未満としたことを特徴とする高圧放電灯用発光容器。
【請求項２】
胴部の内表面の表面粗さＲａが０．０１μｍから０．４μｍであり、且つセラミック母相の異常粒成長を抑制するために成形時に主材であるアルミナに添加した添加物の前記胴部の表面における焼成後の濃度が肉厚中央部付近の濃度の２分の１以下であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯用発光容器。
【請求項３】
添加物がＳｃ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、及びランタノイド系希土類酸化物の少なくとも１種類以上からなることを特徴とする請求項１又は２記載の高圧放電灯用発光容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプ等の高圧放電灯に使用する透光性セラミックスから成る発光容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電発光空間が円筒状に形成された透光性セラミックスから成る発光容器を使用した放電灯はセラメタ放電灯として広く利用されている。このような発光容器は図５（ａ），（ｂ）に示すような構造、即ち放電発光空間を形成する円筒形の胴部１０を中央に有し、その左右端部が環状の閉塞材１１により閉塞されると共にキャピラリ管１２が閉塞材１１の略中央に互いに対向する向きで接続された構造を成し、放電発光空間に発光物質や始動ガスを封入した後、キャピラリ管１２に電極を挿入すると共に封止して放電灯を形成している。
そして、これら胴部１０、閉塞板１１、キャピラリ管１２等の各部は夫々別体で成形した後、連結一体化して発光容器を形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記円筒形状の放電発光空間を有する発光容器は、円筒隅部の温度が点灯中最も低くなるため、その部位に腐食性物質である発光物質が溜まりやすく、結果として点灯方向に対する光色変化を少なくしているが、発光物質が溜まりやすいことで、隅部の腐蝕の進行が進みやすく、この部分の腐蝕がランプ寿命を決定している。
また、このような円筒形状放電空間を有する発光容器は、複数の部品を組み立てて、焼成時の収縮作用により接合する製法を採る場合があるため、図５（ａ）の部分拡大図に示すように接合部にくさび形の空隙１３ができ易く、特に胴部１０の隅部に発生する空隙１３には、発光物質が入り込みやすく、腐蝕を起こして長寿命化への阻害要因となっていた。更に、このようなくさび形状の空隙は応力集中を起こしやすく、点灯中発生する熱応力により長寿命化への阻害要因となることもあった。
【０００４】
また、胴部１０と両端閉塞材１１との圧着に際しては、上記図５（ａ）に示すように胴部の中央付近に向けてなだらかに細く成ったり、図５（ｂ）に示すように胴部中央付近は一定の径を保持するが、放電発光空間隅部で径が変化して太くなったりして、何れの場合も胴部中央の内径Ｄ５は必ず端部の内径Ｄ６に比べて細くなっていた。
このことは、点灯中の放電アークと胴部との距離は材料強度の制約により、ある一定値を保つ必要があるため、アークと胴部中央付近を基準に発光部の内径を設定した場合、端部の内径は必要以上に大きな径となっていたことを示し、最冷点温度も当然低いものとなっていた。そのため、発光物質も溜まりやすく、腐蝕の進行が早まり寿命を長くできない原因となっていた。
【０００５】
更に、発光容器の直線透過率は表面粗さＲａに依存するため、できるだけＲａが小さい方が有利である。ところが発光容器表面のうち、内表面の表面粗さは研磨により制御可能であるが、工程が複雑となり合理的ではない。また、研磨することでハライドに対して、例えば添加物として混入したアルミナより弱いとされているＭｇＯやＬａ２Ｏ３等が内表面上に現れてしまうため、良好な放電特性を維持する点で不利であった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、放電発光空間が円筒形状であってもランプ寿命を延ばすことを可能とする高圧放電灯用発光容器を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明の発明は、放電発光空間を形成する円筒形の胴部と、該胴部両端を夫々閉塞する環状の閉塞部と、双方の閉塞部の略中央位置から互いに対向するよう外方に突出して放電電極を挿入固定するキャピラリ部とを有し、透光性セラミックスからなる高圧放電灯用発光容器であって、双方の胴部と閉塞部との境界部のうち、少なくとも一方の境界部の胴部肉厚を、放電発光空間中央付近の肉厚に対して、１．２から２．０の比で連続的に厚くしたテーパ部を有し、且つ胴部の端部付近の内径を胴部中央部の内径に対して０．８倍以上１．０倍未満としたことを特徴とする。
【００１０】
この構成により、放電発光空間隅部に発光物質が溜まっても所定の腐蝕減量に至るまでの時間を長くできるし、放電空間隅部と中心との距離を必要以上に遠ざける必要が無くなるため、最冷点温度が必要以上に下がることがなく、ランプ寿命を伸ばすことができ、また、効率等、発光特性が向上する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、胴部の内表面の表面粗さＲａが０．０１μｍから０．４μｍであり、且つセラミック母相の異常粒成長を抑制するために成形時に主材であるアルミナに添加した添加物の前記胴部の表面における焼成後の濃度が肉厚中央部付近の濃度の２分の１以下であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、添加物がＳｃ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、及びランタノイド系希土類酸化物の少なくとも１種類以上からなることを特徴とする。
こうすることで、アルミナに代表されるセラミック母相の異常粒成長を抑制でき、均一な粒成長を生起できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る高圧放電灯用発光容器の第１の例を示す断面説明図であり、中央に放電発光空間を形成する円筒形状の胴部１を有し、その両端は環状の閉塞部２，２で閉塞され、閉塞部２の中央から胴部１に平行に、且つ互いに対向するように細径のキャピラリ部３，３が突接されている。このキャピラリ部３は先端に放電電極を設けた棒状の電極導体（図示せず）を挿入し、封止固定するためのものである。
【００１４】
これら各部材は、アルミナを主成分として添加物として例えばＭｇＯを添加して別々に成形され、組み立てて焼成することで一体に、そして透光性を有するよう形成され、各部の寸法の一例を示すと、胴部１の外径Ｄ１が１１．６ｍｍ、内径Ｄ２が９．４ｍｍ、長さＬ１が１９ｍｍ、閉塞部の厚みＷ１が３ｍｍ、そして発光管の全長Ｌ２が４７ｍｍである。また、内表面を含めて表面粗さＲａは０．２μｍで形成されている。
また、胴部１の放電発光空間の主要部分は略同一肉厚で形成され、拡大図に示すように、放電発光空間隅部となる閉塞部２との境界部の胴部１の内面は肉厚変化部４としてテーパ部４ａが設けられ、閉塞板２に向けて直線状に連続して肉厚を増すように形成されている。
尚、アルミナに添加する添加物は、ＭｇＯ以外にＳｃ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、或いはランタノイド系希土類酸化物でも良く、またそれらを組み合わせて添加しても良い。
【００１５】
このように、添加物を加えることで、アルミナを主成分とするセラミック母相の異常粒成長を抑制して均一な粒成長を生起でき、直線透過率を上げることができる。但し、表面粗さＲａは０．０１μｍから０．４μｍの範囲が透光性及び強度の点で好ましい。
また、焼成工程で、発光容器表面付近の添加物を拡散或いは飛散させて、表面の添加物濃度を肉厚内部に比べて２分の１以下にできる。そうすることで、焼成後に発光容器表面の添加物濃度が増加することがなくなる。従って、発光物質であるハライドとの反応も抑制さでき、良好な放電特性を維持できる。
【００１６】
また、腐蝕し易い胴部の放電発光空間隅部を厚肉化することで、くさび状の空隙が発生したとしても所定の腐蝕減量に至るまでの時間を伸ばすことができ、ランプ寿命を延ばすことができるし、結果として放電発光空間隅部が放電アークに近づくため最冷点温度が必要以上に下がることが無くなり、腐蝕の進行を抑制できる。
尚、この厚みの変化は、急激に変化させると応力集中を引き起こすので連続的に変化させる必要がある。また、発光効率の点から厚さに上限があり、発光部中央部付近の肉厚に対して１．２倍から２．０倍程度の厚みの変化が好ましい。
【００１７】
図２は本発明の第２の例を示す発光容器の断面説明図であり、放電発光空間の一方の隅部のみ胴部を厚肉化している（尚、図１と同一部位には同一の符号を付してあり、以下の図面も同様とする。）。また、この場合、発光容器を胴部１と一方の閉塞部２及びキャピラリ部３とを一体化した成形体と、他方のキャピラリ部３と閉塞板２を一体化した成形体との２部材を組み合わせて作製し、肉厚変化部４はテーパ部４ａを設けて徐々に厚肉化した後、厚肉を一定にした肉厚一定部４ｂを設けて形成している。また、材質や添加物等は上記実施の形態と同様となっている。
発光容器を立設して使用する場合は、放電空間の下端部に発光物質が溜まりやすい。そのため、このように下方となる胴部１の一方の端部の肉厚のみ厚くするだけでも放電灯の寿命増には効果的である。また、厚肉化はこの図２の如く単純なテーパ面でなくとも良い。そして、このような２部材を組み立てて作製することもできる。
【００１８】
図３は、本発明の発光容器の第３の例を示し、２部材により組み立てて作製した発光容器の他の例であり、胴部１の中央付近で２分割した形状の成形体を突き合わせて一体化した場合を示している。そして、胴部１の端部の内径Ｄ４を中央部の内径Ｄ３より小さく、例えば０．９５倍として形成し、中央部付近を膨らませてある。
このように中央で分割して、同一形状の２部材から形成しても良く、そうすることで、胴部１の中央部を容易に膨らませる（胴部端部を窄ませる）ことができる。また、このように形成しても上記実施の形態と同様の効果を得ることができるし、この成形体によれば、胴部１と閉塞部２の双方の境界部にくさび状の空隙が発生することが無くなるし、放電発光空間の隅部が必要以上に放電アークから離れることも無くなり、最冷点温度が必要以上に下がることが無く、安定した寿命増及び発光特性向上が期待できる。
【００１９】
また、胴部１の端部付近の内径Ｄ４は中央付近の内径Ｄ３に対して０．８倍より小さいと点灯方向に対する色変化が大きくなってしまうため好ましくなく、また１倍以上では胴部の端部に熱応力が集中してクラックの発生頻度が上がるため好ましくない。従って、端部の内径Ｄ４を中央部の内径Ｄ３に対して０．８倍から１倍未満とするのが良く、更に好ましくは０．９倍から０．９７倍以下とするとすると効果的である。
【００２０】
図４は本発明の第４の例を示し、胴部１、閉塞部２、キャピラリ部３の全体を一体成形して作製した場合を示している。各部の材質等は上記実施の形態と同様であり、ここでは肉厚変化部４を曲面を加えて緩やかに変化させて連続的に厚くしている。また、上記図３と同様に、胴部端部を窄ませて形成してある。
このような形状の一体成形は、上記第１から第３の実施の形態に比較して容易に胴部、閉塞部、キャピラリ部間に界面なく成形することができる。これは、第１から第３の実施の形態にあっては、当該界面を生起させないために、各部の組成のみならず全体含水率や部分含水率等にも微妙な調整が必要となることによる。
尚、調整の関係上、界面が生じる場合もあるが、界面への熱応力の集中や発光物質の攻撃を防ぐため、焼成工程中での焼き嵌めを強くしたりするなどの処理が必要となる。一体成形では界面無く成形できるため、調整や処理を必要とせず、界面の存在する場合のある第１から第３の実施の形態に比較して長寿命化等の観点からより好ましい。
【００２１】
そして、ロストワックス法、更にロストワックス法に凍結成型法、射出成形法、或いはゲル化成型法を適用することで、この一体化成形を容易に行うことができ、一体形成すれば、くさび型の空隙が発生することがなく、安定した長寿命化を図ることもできる。また、一体成形することで、胴部１の端部付近の径と中央付近の径の比も任意に設定することができ、更に、胴部内表面の表面粗さＲａを０．０１〜０．４μｍの範囲とすることも容易に達成できる。
【００２２】
このように、放電発光空間隅部にあたる閉塞部との境界部の胴部内面を、段部が発生しないように連続した変化で厚肉化すれば、高圧放電灯の寿命を延長するのに効果的であり、変化のさせ方は直線で変化させても、曲線で変化させても良い。また、胴部端部を窄ませることでも放電発光空間隅部を不要に放電アークより遠ざける必要が無くなるので、ランプ寿命を延ばすことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、放電発光空間隅部に発光物質が溜まっても所定の腐蝕減量に至るまでの時間を長くできるし、放電空間隅部と中心との距離を必要以上に遠ざける必要が無くなるため、最冷点温度が必要以上に下がることがなく、ランプ寿命を伸ばすことができ、また、効率等、発光特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す高圧放電灯用発光容器の断面説明図と部分拡大図である。
【図２】本発明の第２の例を示す高圧放電灯用発光容器の断面説明図と部分拡大図である。
【図３】本発明の第３の例を示す高圧放電灯用発光容器の断面説明図と部分拡大図である。
【図４】本発明の第４の例を示す高圧放電灯用発光容器の断面説明図と部分拡大図である。
【図５】（ａ），（ｂ）共に従来の円筒状放電発光空間を有する高圧放電灯用発光容器の断面説明図である。
【符号の説明】
１・・胴部、２・・閉塞部、３・・キャピラリ部、４・・肉厚変化部、４ａ・・テーパ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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