JP4182272B2 - 高圧放電ランプ、高圧放電ランプ装置および照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は透光性セラミックスからなる放電容器を備えた高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ装置および照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来の石英ガラス放電容器に比較して、長寿命、高効率の利点を有する透光性セラミックス放電容器を備えた高圧放電ランプが開発され、広く普及しつつある。
【０００３】
また、上記の特徴を生かした定格消費電力２０Ｗ程度の小形の高圧放電ランプに関する技術が本発明者らによって開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術においては、給電導体を透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿入して封止する際に給電導体が小径筒部に対して偏芯しやすいという問題がある。給電導体の耐火性部分の先端には電極が配設されるので、上記のような偏芯が生じると、透光性セラミックス放電容器に対する電極の固定位置がばらつきを生じ、それに伴って諸特性がばらつくという問題がある。
【０００５】
本発明は、給電導体を透光性セラミックス放電容器の小径筒部に対してセンタリング作用および軸方向のストッパ作用により偏芯しないで封止でき、諸特性のばらつきの少ない高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ装置および照明装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプは、放電空間を包囲する膨出部および膨出部の両端に連通して配置され膨出部より内径が小さい小径筒部を備えた透光性セラミックス放電容器と；それぞれ軸方向に沿うテーパを外面に有し透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端面に当接する３個以上の放射状突起部を周囲に形成した封着性部分および封着性部分の先端に基端が接続されている耐火性部分を備え、放射状突起部にはその放射方向の外面に軸方向に沿って小径筒部の端面に向かうテーパが形成され、当該テーパの先端側の一部が基端側の部分を残して透光性セラミックス放電容器の小径筒部内へ挿入されて耐火性部分と小径筒部の内面との間にわずかな隙間を形成しながら延在する給電導体と；給電導体の耐火性部分の先端に配設されて透光性セラミックス放電容器の膨出部内に位置している電極と；透光性セラミックス放電容器の小径筒部と給電導体の封着性部分との間を少なくとも封着性部分が放電空間側へ露出しないように包囲して封止しているセラミックス封止用コンパウンドのシールと；透光性セラミックス放電容器内に封入されたイオン化媒体と；を具備していることを特徴としている。
【０００７】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【０００８】
（透光性セラミックス放電容器について）
「透光性セラミックス放電容器」とは、単結晶の金属酸化物たとえばサファイヤと、多結晶の金属酸化物たとえば半透明の気密性アルミニウム酸化物、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物たとえばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような光透過性および耐熱性を備えた材料からなる放電容器を意味する。なお、光透過性とは、放電による発光を放電容器を透過して外部に導出できる程度に透過すればよく、透明および光拡散性のいずれであってもよい。
【０００９】
また、透光性セラミックス放電容器を製作するには、中央の膨出部と膨出部の両端の小径筒部とを最初から一体に形成することができる。さらに、たとえば膨出部を形成する円筒と、円筒の両端面に嵌合して閉鎖する一対の端板と、端板の中心孔に嵌合して小径筒部を形成する小径筒体とを、それぞれ別に仮焼結して所要に嵌合させて、全体を焼結することにより、一体の放電容器を形成することもできる。
【００１０】
さらに、透光性セラミックス放電容器の内容積は制限されるものはないが、０．０５ｃｃ以下好適には０．０４ｃｃ以下の小形のものにおいて特に効果的である。このような小形の透光性セラミックス放電容器は、その全長を３０ｍｍ以下、好適には２５ｍｍ以下に形成することができる。さらに、定格ランプ電力を２０Ｗ以下にするのがよい。
【００１１】
（給電導体について）
給電導体は、透光性セラミックス放電容器の少なくとも一方の小径筒部に対して用いられる。
【００１２】
「給電導体」とは、電源から安定器を介して電極間に電圧を印加して、高圧放電ランプを始動し、電流を導入して点灯するために、機能するものであって、透光性セラミックス放電容器の小径筒部内に後述するシールにより気密に封止される。
【００１３】
「封着性部分」とは、後述するシールにより透光性セラミックス放電容器を、その小径筒部と封着性部分との間で、または要すればさらにセラミックスチューブをそれらの間に介在させて封止するのに適した材料の部分であればよく、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびバナジウムなどを用いることができる。
【００１４】
透光性セラミックス放電容器の材料にアルミニウム酸化物を用いる場合、ニオブおよびタンタルは、平均熱膨張係数がアルミニウム酸化物とほぼ同一であるから、封着性部分として好適である。イットリウム酸化物およびＹＡＧの場合も差が少ない。窒化アルミニウムを透光性セラミックス放電容器に用いる場合には、封着性部分にジルコニウムを用いるのがよい。
【００１５】
本発明において、封着性部分は、所定の位置の周囲に３個以上の放射状突起部を備えている。そして、放射状突起部の放射方向の外面には軸方向に沿って小径筒部の端面に向かうテーパが形成されている。なお、上記「所定の位置」とは、給電導体を小径筒部から透光性セラミックス放電容器内へ所望の位置まで挿入したときに、放射状突起部の外面のテーパの先端側の一部が基端側の部分を残して小径筒部の内部に挿入されて耐火性部分と小径筒部の内面との間にわずかな隙間が形成された位置をいう。
【００１６】
ところで、小径筒部の内径は、給電導体の挿入を許容するために、給電導体の封着性部分の外径より大きく形成する必要があるので、小径筒部の内面と封着性部分の外面との間には適当なクリアランスが形成される。そして、放射状突起部は、その放射方向の外面のテーパの先端側の一部がクリアランス内に入り、小径筒部の内面と耐火性部分との間にわずかな隙間が形成された状態で放射状突起部の外面のテーパの基端側の部分が小径筒部の端面に当接する。したがって、放射状突起部のテーパは、その先端側の一部が小径筒部の内部に挿入された状態で基端側の部分が小径筒部の端面に当接する部位に形成されていればよく、非当接の反対側はテーパがなくてもよい。しかし、要すれば、反対側にテーパが形成されていてもよい。なお、「放射状突起部」とは、封着性部分の周囲に放射状に突出している突起部をいう。
【００１７】
放射状突起部は、封着性部分の外面に溶接などにより付設したり、プレス成形により形成してもよい。
【００１８】
また、放射状突起部の数は、３個以上が適当に分散して配置されていれば、センタリング作用を奏するので、制限されない。
【００１９】
次に、「耐火性部分」とは、高圧放電ランプの作動中の高温に十分耐える高い融点を備えるとともに、透光性セラミックス放電容器内に存在するイオン化媒体に対する耐腐食性を備えている導電性物質からなる部分であることを意味する。たとえば、タングステン、モリブデンまたはこれらを主成分とする合金、さらには白金などからなるが、単一種の金属だけでなく、上記の複数の金属を接合して構成してもよい。さらにまた、サーメットなどであってもよい。
【００２０】
また、耐火性部分は、内部が充実した無空の棒状や肉厚１０〜３００μｍの中空の筒状すなわちパイプ状であってもよい。小形たとえば定格消費電力が３０Ｗ以下好ましくは２０Ｗ程度の高圧放電ランプにおいては、耐火性部分が棒状の場合、０．２５ｍｍ以下の直径が適当している。また、筒状の場合、肉厚１０〜１００μｍが適当している。
【００２１】
さらに、筒状の場合、完全なパイプだけでなく、薄板を湾曲してわずかな隙間のある接合部が形成された筒状であってもよい。そして、耐火性部分の基端には後述するシールが接着するが、耐火性部分を以上のように構成することにより、シールの熱膨張係数が明らかに小さくても、熱膨張差によって生じる応力を耐火性部分が吸収する。
【００２２】
一方、耐火性部分と小径筒部の内面との間には、いわゆるキャピラリーと称されるわずかな隙間が形成される。このわずかな隙間の小径筒部の端部側に位置する一部はシールによって埋められるが、残余の部分には余剰のイオン化媒体が点灯中液相状態になって滞留する。そして、放電空間側の液面の温度が最冷部となるが、隙間の幅寸法および長さならびにイオン化媒体の封入量を適当に設定することにより、所望の最冷部温度にするとともに、シールの温度を所望に設定することができる。
【００２３】
（電極について）
電極は、給電導体の耐火性部分の先端に配設されるとともに、透光性セラミックス放電容器の膨出部の内部に位置する。しかし、電極は耐火性部分と別体に形成されているだけでなく、必要に応じて給電導体の耐火性部分と一体に形成されていること、たとえば耐火性部分の先端が直接電極として作用する構成や、反対に電極軸が耐火性部分を構成していて、直接封着性部分の先端に接続されている構成などが許容される。その場合、交流点灯形においては一対の電極を耐火性部分と一体に形成することができるが、直流点灯形においては陰極は一体に形成してもよいが、陽極は別に形成することができる。
【００２４】
また、電極を円筒体などの形状をなすタングステンなどの板材によって構成することができる。これにより、電極の表面積が増大し、グロー・アーク転移においてグロー放電モードでスパッタリングの割合を決定する要因の一つである電極表面電流密度が低下し、これに伴い陰極降下電圧が低下するので、スパッタリングが軽減する。また、熱容量を小さくすることができるので、グロー・アーク転移時間が短縮し、さらにエッジ効果により電子放射性能が向上して始動電圧が低下する。
【００２５】
（シールについて）
シールは、給電導体の封着性部分および透光性セラミックス放電容器の小径筒部の間において少なくとも封着性部分が透光性セラミックス放電容器内の放電空間側に露出しないように封着性部分の先端を包囲して透光性セラミックス放電容器を封止する。
【００２６】
また、シールは、点灯中高温になる透光性セラミックス放電容器を給電導体とともに封止するために、一般的に融点が１５００℃以上で、熱膨張係数が透光性セラミックスのそれに接近しているセラミックス封止用コンパウンドからなる。そして、セラミックス封止用コンパウンドは、予め原料を成形して環状のペレットにされる。次に、このペレットを透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端部に載置してから、加熱溶融すると、小径筒部と給電導体との間の微小な隙間内に進入させることができるから、次いで固化させることにより、シールは所定の位置に形成される。
【００２７】
すなわち、シールを所定の位置に形成するには、封止予定部を上にして透光性セラミックス放電容器の軸を鉛直方向に揃えて固定し、封止予定の小径筒部の端部に固形のセラミックス封止用コンパウンドを載置して加熱する。すると、セラミックス封止用コンパウンドは、加熱により溶融して小径筒部と筒状封着性部分との間に進入し、さらに先端が耐火性部分の中間部の所定位置まで進入したところで冷却する。これにより、シールが固化して、封着性部分が透光性セラミックス放電容器内の放電空間側に露出しないように包囲するとともに、小径筒部および封着性部分の間を気密に封止する。同時に、小径筒部および耐火性部分の一部の間をも気密に封止する。
【００２８】
このようにして形成されたシールにより、給電導体は、所定の位置に固着されるとともに、透光性セラミックス放電容器は気密に封止される。
【００２９】
さらに、小形の高圧放電ランプの場合、シールによって給電導体の耐火性部分を軸方向に０．２〜３ｍｍに距離にわたって被覆することができる。耐火性部分の被覆距離が０．２ｍｍ未満では点灯中に封着性部分がイオン化媒体たとえばハロゲン化物よって腐食されやすく、また３ｍｍを超えると、クラックが発生しやすくなくなる。
【００３０】
（放電媒体について）
本発明において、放電媒体は、特に限定されない。
【００３１】
放電媒体として、水銀および希ガスを用いて高圧水銀蒸気放電ランプ（いわゆる水銀ランプ）を得ることができる。
【００３２】
また、少なくとも発光金属を含む金属のハロゲン化物を封入することにより、高圧メタルハライド放電ランプ（いわゆるメタルハライドランプ）を得ることができる。この場合、さらにバッファ媒体として水銀および適当圧力の希ガスを封入することができる。
【００３３】
また、メタルハライドランプにおいて、バッファガスとしての希ガスにネオンおよびアルゴンを適当圧力封入することにより、後述するように蛍光ランプ用安定器のように小形で、しかも２次開放電圧から２次短絡電流まで連続的な負荷特性を備えた高周波安定器を用いて、イグナイタを使用することなく、良好に点灯することができる。
【００３４】
さらに、金属ハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、よう素、臭素、塩素またはフッ素のいずれか一種または複数種を用いることができる。発光金属の金属ハロゲン化物は、発光色、平均演色評価数Ｒａおよび発光効率などについて所望の発光特性を備えた放射を得るため、さらには透光性セラミックス放電容器のサイズおよび入力電力に応じて、既知の金属ハロゲン化物の中から任意所望に選択することができる。たとえば、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、スカンジウムＳｃ、および希土類金属からなるグループの中から選択された一種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。
【００３５】
さらにまた、高圧メタルハライド放電ランプにおいて、水銀に代えて蒸気圧が比較的高くて可視光領域における発光が少ないか、発光しない金属たとえばアルミニウムなどのハロゲン化物を封入することもできる。希ガスとしては、一般的にアルゴン、キセノンまたはネオンなどを用いることができる。
【００３６】
一方、ナトリウムアマルガムをキセノンなどの希ガスとともに放電媒体として用いることにより、高圧ナトリウム放電ランプ（いわゆる高圧ナトリウムランプ）を得ることができる。
【００３７】
（その他の構成について）
本発明の実施に際して必要に応じて、以下に示す構成を付加することができる。しかし、これらの構成は、全く任意に採用できることであって、本発明の技術的範囲を規制するものではない。
【００３８】
（１）わずかな隙間について
透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面と給電導体との間に形成されるわずかな隙間の幅寸法は、本発明において特段制限されないが、比較的小形の高圧放電ランプすなわち透光性セラミックス放電容器の内容積が０．１ｃｃ以下、好適には０．０５ｃｃ以下およびまたは定格消費電力が２０Ｗ以下の場合には、０．２１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
本発明者らの研究によると、小形の高圧放電ランプにおいては、従来技術を比例的に縮小して適用しても、良好なものを得ることができないことが分かった。すなわち、ランプ電力が小さくなった場合、発光効率を確保するためには、適正な最冷部温度を確保する必要があり、これには透光性セラミックス放電容器全体の熱容量の減少が不可欠である。この際、ランプ電力が比較的大きい場合の考え方で、透光性セラミックス放電容器の形状および電極寸法などを単純に比例的に減少させると、点灯後短時間で封止部分にリークが発生する。これは、透光性セラミックス放電容器を小さくすると、放電プラズマを始めとする発熱体からの封止部分への熱伝達形態、すなわち熱伝導、対流、輻射のバランスが崩れるからであると考えられる。
【００４０】
（２）透光性セラミックス放電容器の内容積と直線透過率の関係について
内容積が０．１ｃｃ以下、好適には０．０５ｃｃ以下の場合に、膨出部の平均直線透過率を２０％以上、好適には３０％以上にする。
【００４１】
直線透過率は、波長５５０ｎｍにおいて測定したものとする。なお、「平均直線透過率」とは、対象部分に対して異なる５個所の位置において測定した直線透過率データを相加平均して求めた値をいう。
【００４２】
内容積が上記のように小さい透光性セラミックス放電容器の場合、その中空部の平均直線透過率が２０％以上であると、組み合わせる光学系たとえば反射鏡との光学的効率（器具効率）を高くできるとともに、透光性セラミックス放電容器のクラックが生じにくい。
【００４３】
なお、透光性セラミックス放電容器の内容積は、当該容器を水中に入れて内部に水を充満してから、両方の小径筒部の開口端を封鎖して水中から取り出し、内部の水を計量して、測定する。
【００４４】
（３）透光性セラミックス放電容器の全長を３０ｍｍ以下にする。
【００４５】
（４）外管について
本発明において、高圧放電ランプは、排気されて真空またはさらに不活性ガスを封入した外管内に収納して点灯する発光管外管内収納形式に構成することができる。外管内に透光性セラミックス放電容器を収納することにより、最冷部の温度を所望の高い温度に維持するのが容易になる。
【００４６】
しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、要すれば透光性セラミックス放電容器が大気中に露出した形で点灯する発光管露出形式を採用することができる。
【００４７】
なお、前者の場合、給電導体の封着性部分の基端に接続されて透光性セラミックス放電容器の外部に露出している外部リード線は、封着性部分と同じ酸化性金属であってもよい。また、後者の場合、外部リード線は、耐酸化性の導電体にする。
【００４８】
（本発明の作用について）
本発明の高圧放電ランプは、給電導体の封着性部分の周囲に、軸方向に沿うテーパを外面に有する放射状突起部を３個以上形成したことにより、透光性セラミックス放電容器をその一方の小径筒部が上になるように鉛直に固定して、一方の給電導体を小径筒部内に挿入すると、給電導体は自重によって小径筒部内に進入し、放射状突起部が小径筒部の端面に当接した位置で止まる。
【００４９】
給電導体は、上記の状態において、放射状突起部のテーパが小径筒部の内径と封着性部分の外径との間に形成されるクリアランスの中に一部が入り込むので、自動的にセンタリング作用を生じて、透光性セラミックス放電容器と同心になるので、偏芯が発生しにくい。
【００５０】
また、給電導体の小径筒部内への挿入は、放射状突起部のテーパの先端側の一部が小径筒部の内部に挿入された状態で基端側の部分が小径筒部の端面に当接することによって所定の位置に規制される。
【００５１】
このようにして透光性セラミックス放電容器と給電導体とを所定の位置関係にしたら、次にセラミックス封止用コンパウンドを小径筒部の端面に施与し、これを加熱溶融する。
【００５２】
加熱により、セラミックス封止用コンパウンドは、溶融して、放射状突起部の間から小径筒部と封着性部分との間のクリアランスに進入し、小径筒部内に挿入されている封着性部分を完全に被覆し、さらに耐火性部分の基端部をも被覆するので、加熱を停止して冷却する。
【００５３】
その結果、透光性セラミックス放電容器の小径筒部と給電導体との間が封止される。
【００５４】
次に、透光性放電容器を倒立させて他方の小径筒部を上にしてから、固相または液相のイオン化媒体を封入し、その後他方の給電導体を挿入する。すると、一方の給電導体と同様放射状突起部の放射方向の外面に形成したテーパの一部が小径筒部の内部に挿入された状態で基端側の部分が小径筒部の端面に当接して挿入深さが固定されるとともに、センタリングが行われて、給電導体は、透光性セラミックス放電容器と同心になる。さらに、セラミックス封止用コンパウンドを施与する。
【００５５】
次に、雰囲気を真空にして透光性セラミックス放電容器内を排気してから、希ガス雰囲気に切り換えて、セラミックス封止用コンパウンドを加熱溶融して、一方の小径筒部と給電導体との封止と同様に封止する。
【００５６】
そうして、完成した高圧放電ランプは、透光性セラミックス放電容器に対して一対の給電導体が同心になっているので、諸特性のばらつきが少ない。
【００５７】
また、本発明は、定格消費電力のたとえば２０Ｗ程度またはこれよりさらに少ない定格消費電力の場合に効果的であるばかりでなく、２０Ｗ程度以上たとえば４００Ｗ以上の定格消費電力の高圧放電ランプに適用しても効果的である。したがって本発明は、定格消費電力について全く制限されない。
【００５８】
請求項２の発明の高圧放電ランプは、請求項１記載の高圧放電ランプにおいて、給電導体は、封着性部分の放射状突起部がプレス成形により形成されていることを特徴としている。
【００５９】
本発明は、放射状突起部の好適な形成手段を規定している。
【００６０】
すなわち、透光性セラミックス放電容器の小径筒部と給電導体の封着性部分との間のクリアランスは、透光性セラミックス放電容器内の排気および希ガス封入の際の通気路になる。
【００６１】
ところが、そのクリアランスの入口の一部が放射状突起部により塞がれると、通気抵抗が増加するので、放射状突起部を形成することによってクリアランスの入口の断面積が低減しないことが望ましい。
【００６２】
本発明においては、放射状突起部をプレス成形により形成しているので、放射状突起部を形成している部分における封着性部分の断面は、放射状突起部を除いた残余の芯部分が放射状突起部を形成した分だけ断面積が減少するから、クリアランスの入口の断面積が増加することはあってもわずかにしか減少しないように構成することができる。
【００６３】
また、プレス成形により放射状突起部を形成するには、たとえば封着性部分を中心にして、放射状突起部の数と同じ数の金型を封着性部分の周囲に離れて配置し、中心に向かって金型を押し付けていくと、封着性部分の一部が金型により押し出されて突出変形し、放射状突起部を形成することができる。
【００６４】
さらに、放射状突起部が形成されるのに伴って、封着性部分の断面積が減少して多角形状に細く変形する。
【００６５】
そうして、本発明においては、放射状突起部をプレス成形することにより、封着性部分が細く変形するので、小径筒部と封着性部分との間のクリアランスの入口の断面積が確保され、通気抵抗の顕著な増加は生じない。
【００６６】
請求項３の発明の高圧放電ランプは、請求項１または２記載の高圧放電ランプにおいて、給電導体は、封着性部分の放射状突起部が円周方向にほぼ等間隔に形成されていることを特徴としている。
【００６７】
本発明は、給電導体の封着性部分の放射状突起部と小径筒部との協働によるセンタリング作用がより一層確実になる構成を規定している。
【００６８】
すなわち、放射状突起部は、その３個以上が等間隔に封着性部分の周囲に形成されていれば、最少の数の放射状突起部で十分なセンタリング作用を行わせることができる。しかし、放射状突起部の間隔が多少ずれていても、センタリング作用に本質的な差異は生じないので、許容される。
【００６９】
請求項４の発明の高圧放電ランプは、請求項１または２記載の高圧放電ランプにおいて、給電導体は、封着性部分の放射状突起部の肉厚が０．２〜１ｍｍであることを特徴としている。
【００７０】
本発明は、良好なセンタリング作用およびストッパ作用を行う放射状突起部の肉厚を規定している。
【００７１】
すなわち、放射状突起部の肉厚が０．２ｍｍより薄いと、シール形成時に変形しやすい。また、１ｍｍより厚いと、加工が困難になるとともに、小径筒部の内面と封着性部分との間のクリアランスの入口の通気抵抗が大きくなる。
【００７２】
請求項５の発明の高圧放電ランプは、請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプにおいて、給電導体は、封着性部分がニオブを主成分とする金属からなることを特徴としている。
【００７３】
ニオブは、透光性アルミナセラミックスやＹＡＧなどの透光性セラミックスからなる透光性セラミックス放電容器に給電導体を封止するのに熱膨張係数が接近しているので、良好な封止を行えるばかりでなく、延性および展性に富んだ金属なので、放射状突起部をたとえばプレス成形などによって形成しやすく、加工性が良好になる。
【００７４】
請求項６の発明の高圧放電ランプ装置は、請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプが、その軸が光軸に対してほぼ直交するように配設されている凹形の反射鏡と；を具備していることを特徴としている。
【００７５】
反射鏡は、凹形をなしていればよく、回転放物面および回転楕円面などの回転２次曲面またはこれらの補正曲面などであることを許容する。
【００７６】
また、反射鏡は、ガラスまたは金属などの基体に反射面を形成したもの、反射性金属たとえばアルミニウム、銀、クロムなどまたはそれらを主成分とする合金を成形してなるものなどで構成することができる。
【００７７】
さらに、反射面は、多層干渉膜からなる可視光反射・赤外線透過性能を備えた構成や、反射性金属の蒸着膜であることを許容する。
【００７８】
本発明における高圧放電ランプの最冷部は、小径筒部の内面と給電導体の耐火性部分との間に形成されるわずかな隙間に余剰のイオン化媒体が液相状態で滞留し、その放電空間側の表面に形成される。この最冷部に反射鏡の反射光が当たると、その部分の影が被照面に生じるので、最冷部は、反射鏡の内面側の露出していないのが望ましい。
【００７９】
しかし、最冷部が反射面からわずかに突出する程度であれば、被照面における影は小さく殆ど問題にならないので、差し支えない。
【００８０】
また、セラミックス封止用コンパウンドのシールは、その主要部が反射鏡の内面側に実質的に露出しないことが望ましい。なぜなら、シールが反射鏡の内面側に露出すると、高圧放電ランプの発生熱および可視光が反射してシールを照射するので、シールが温度上昇して劣化しやすくなるからである。シールの主要部とは、シールに効果的な部分をいう。たとえば、シールの放電空間側の表面およびその近傍は、封着性部分の全体を包囲する関係で給電導体の耐火性部分まで延在していても、当該部分は主要部ではない。これに対して、小径筒部を横断面にしたときに気密断面を形成している部分は主要部の一部を構成する。
【００８１】
しかし、本発明においては、シールの主要部の全体の極一部が反射鏡の内面側に露出していても、封止に与える影響が少なければ、差し支えない。
【００８２】
一般的にはシールの主要部および最冷部は、小径筒部の軸方向の中間部に位置しているから、この中間部を反射鏡の側壁内に位置させたり、反射鏡の側面から外方へ露出させることができる。そのためには、反射鏡の側面に小径筒部が挿通する透孔を形成すればよい。また、透孔と小径筒部との間の空隙をそのまま残しておくことができる。そして、高圧放電ランプを反射鏡に対して固定しないで、外部リード線によって支持するように構成してもよい。また、間隙内に空気の通流を許容することによる冷却が行われる。
【００８３】
一対の小径筒部をそれぞれ反射鏡の透孔に挿入して高圧放電ランプを組み付けるには、まず一方の小径筒部を透孔に所定位置よりさらに奥まで挿入する。そうすると、他方の小径筒部を反射鏡の中に入れることが可能になるので、他方の小径筒部を反対側の透孔に対向させてから挿入すればよい。なお、この場合、透孔の開口径は、これを上記組み付けの手順が可能になる程度に形成しておくことはいうまでもない。
【００８４】
透光性セラミックス放電容器を備える高圧放電ランプは、中央の膨出部から両側へ延在する一対の小径筒部が、その封止の原理上どうしてもある程度長くなるので、上述した構成および組み付け手順により、非反射部が最小限になるのを可能にする。そして、透孔によって反射鏡に形成される非透孔部を最小限にできるから、反射効率の高い反射鏡を備えた高圧放電ランプ装置を得ることができる。
【００８５】
しかし、要すれば、反射鏡の透孔と高圧放電ランプの小径筒部との間の空隙をなるべくは遮熱性の無機質接着剤によって埋めることにより、高圧放電ランプを固定するとともに、熱輻射をなるべく遮断するように構成することもできる。
【００８６】
また、本発明における高圧放電ランプは、透光性セラミックス放電容器を外管内に収納した構成であってもよい。
【００８７】
さらに、反射鏡の頂部に高圧放電ランプを配置するための開口を形成する必要がないので、反射鏡の利用可能な立体角を大きくすることができるとともに、頂部背面を反射鏡を支持するのに最適な構造の支持台を突出させることができる。支持台は、反射鏡の取付位置を規制したり、反射鏡を固定するために利用することができる。後者のためには、支持台を筒状に形成するとともに、受け側に支持台の筒の内部に挿入可能な突部を形成して耐熱性接着剤によって固定するように構成することができる。
【００８８】
そうして、本発明においては、反射鏡が浅くても所要の集光が得られるので、高圧放電ランプ装置をコンパクトにすることができる。
【００８９】
また、反射鏡の頂部近傍が集光に効果的に寄与するので、配光がシャープになる。また、配光に乱れが出ない。
【００９０】
さらに、本発明において用いる高圧放電ランプは、最冷部が高圧放電ランプの点灯姿勢の如何にかかわらず、その位置が一定で、しかも反射鏡の鏡面内に露出しないか、内面の近傍に位置するように構成すれば、液相のイオン化媒体が反射鏡による集光作用を乱すことがない。
【００９１】
これに対して、石英ガラスからなる透光性放電容器を用いた従来の高圧放電ランプの場合には、わずかな隙間を形成していないのが一般的な構成であるから、放電空間内の管壁の一部に最冷部が形成される。したがって、石英ガラスからなる高圧放電ランプを本発明のように反射鏡の頂部が集光に大きく寄与するように凹形反射鏡に横置き配置すると、管壁に付着した最冷部の液相のイオン化媒体が投影されて配光の品位を低下させるという問題が生じる。
【００９２】
請求項７の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００９３】
本発明において、照明装置は、高圧放電ランプの発光を何らかの目的で用いるあらゆる装置を含む広い概念であり、たとえば電球形高圧放電ランプ、照明器具、移動体用ヘッドライト、光ファイバー用光源、画像投射装置、光化学装置、指紋判別装置などに適用することができる。
【００９４】
なお、照明装置本体とは、上記照明装置から高圧放電ランプを除いた残余の部分をいう。
【００９５】
また、「電球形高圧放電ランプ」とは、高圧放電ランプと、その安定器とを一体化し、さらに受電用の口金を付設してなり、口金に適応するランプソケットに装着することにより、白熱電球を点灯するような感覚で使用することができるように構成した照明装置を意味する。
【００９６】
さらに、電球形高圧放電ランプを構成する場合、高圧放電ランプの発光を所望の配光特性が得られるように、集光するための反射鏡を備えることができる。
【００９７】
さらにまた、高圧放電ランプの高い輝度を低減するために、光拡散性のグローブまたはカバーを備えることができる。
【００９８】
さらにまた、口金は、所望の仕様のものを用いることができる。したがって、在来の光源ランプとの代替を図る目的の場合には、在来の光源ランプの口金と同じ口金を採用すればよい。
【００９９】
さらにまた、放電ランプ点灯装置を適当なケースに収納することにより、外観を良好に整えることができるとともに、取扱いが容易で、しかも安全にすることができる。
【０１００】
さらにまた、電球形高圧放電ランプにおいては、高圧放電ランプの点灯により、高圧放電ランプからの発熱による温度上昇が懸念されるが、反射鏡を備えることにより、集光するとともに、熱が放電ランプ点灯装置側に輻射されるのを軽減できる。
【０１０１】
ところで、高圧放電ランプを点灯するのに用いる放電ランプ点灯装置としては、インバータを用いた高周波点灯回路および限流手段を備える構成のものが小形化および軽量化の点で好ましい。しかし、要すれば低周波交流を直接限流手段を介して高圧放電ランプに印加する構成であってもよい。この場合の限流手段はインダクタ、抵抗器またはコンデンサを用いることができる。
【０１０２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０１０３】
図１は、本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態を示す正面図である。
【０１０４】
図２は、同じく上端部のみを封止した状態を示す縦断面図である。
【０１０５】
図３は、同じくシールを除去した状態の要部拡大平面図である。
【０１０６】
図４は、図２のIV-IV'線に沿うシールを除去した状態の断面図である。
【０１０７】
図５は、本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態における給電導体を示す拡大正面図である。
【０１０８】
各図において、ＣＥは透光性セラミックス放電容器、ＦＣは給電導体、Ｅは電極、Ｓはシールである。
【０１０９】
＜透光性セラミックス放電容器ＣＥについて＞
透光性セラミックス放電容器ＣＥは、ＹＡＧからなり、膨出部ＣＥａおよび小径筒部ＣＥｂ、ＣＥｂを備えている。膨出部ＣＥａの最大外径は約６ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、小径筒部ＳＥｂの外径は１．７ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、全長２４ｍｍ、内容積は約０．０３ｃｃである。
【０１１０】
膨出部ＣＥａは、両端が連続的な曲面によって絞られている中空のほぼ楕円球状をなしている。
【０１１１】
小径筒部ＣＥｂは、膨出部ＣＥａと連続した曲面によってつながり一体成形によって透光性セラミックス放電容器ＣＥを形成している。
【０１１２】
＜給電導体ＦＣについて＞
給電導体ＦＣは、封着性部分ＣＦａおよび耐火性部分ＦＣｂを備えている。
【０１１３】
封着性部分ＦＣａは、直径０．６４ｍｍのニオブ棒からなり、中間部に３個以上の放射状突起部ＦＣａ１を備えている。
【０１１４】
放射状突起部ＦＣａ１は、図３ないし図５に示すように、封着性部分ＦＣａが小径筒部ＣＥｂの端面から露出した位置において形成されている。そして、封着性部分ＦＣａを中心にして周囲から３個の金型を求心的に圧迫するプレス成形により、３個の放射状突起部ＦＣａ１を１２０゜間隔で封着性部分ＦＣａの周囲に形成している。この結果、封着性部分ＦＣａの放射状突起部ＦＣａ１を形成している部分の断面形状が変形して、図４に示すように、ほぼ三角形状をなすので、小径筒部と封着性部分との間に形成されるクリアランスの入口側の断面積が大きくなり、通気抵抗は増大しない。
【０１１５】
また、放射状突起部ＦＣａ１の放射方向の外面には、軸方向に沿って小径筒部ＣＥｂの端面に向かうテーパｔが形成されている。
【０１１６】
耐火性部分ＦＣｂは、直径０．２５ｍｍのタングステン棒からなり、基端が封着性部分ＦＣａの先端に埋設された状態で溶接により接続している。
【０１１７】
すなわち、耐火性部分ＦＣｂは、小径筒部ＣＥｂの内面との間にわずかな隙間ｇを形成するために、封着性部分ＦＣａの直径よりかなり細い。
【０１１８】
また、耐火性部分ＦＣｂはタングステンによって構成されるので、封着性部分ＦＣａを構成するニオブより溶融温度が高い。
【０１１９】
したがって、封着性部分ＦＣａの先端と耐火性部分ＦＣｂの基端とを突き合わせて溶接すると、封着性部分ＦＣａが先に軟化するので、そのときに耐火性部分ＦＣｂを押し付けると、その先端が封着性部分ＦＣａの先端に埋設される。耐火性部分ＦＣｂの基端が封着性部分ＦＣａの先端に埋設されているので、両者の接続が確実になる。
【０１２０】
そうして、給電導体ＦＣは、封着性部分ＦＣａの中間部の放射状突起部ＦＣａ１から基端側の部分が透光性セラミックス放電容器ＣＥから外部に突出して小径筒部ＣＥｂ内に挿入され、後述するシールＳによって封止されることにより、透光性セラミックス放電容器ＣＥに支持される。その結果、透光性セラミックス放電容器ＣＥの小径筒部ＣＥｂの内面と、耐火性部分ＦＣｂの外面との間には、わずかな隙間ｇが形成される。
【０１２１】
透光性セラミックス放電容器ＣＥを、その一方の小径筒部ＣＥｂを上にして鉛直にしておいてから、給電導体ＦＣを小径筒部ＣＥｂ内に挿入すれば、給電導体ＦＣは自重で落ち込み、放射状突起部ＦＣａ１が小径筒部ＣＥｂの端面に当接した位置で停止する。このとき、放射状突起部ＦＣａ１のテーパｔの図２において下側の一部が小径筒部ＣＥｂの内部に挿入された状態で基端側の部分が小径筒部の端面に当接して、センタリング作用が生じるので、給電導体ＦＣは小径筒部ＣＥｂと同心になる。
【０１２２】
＜電極Ｅについて＞
電極Ｅは、耐火性部分ＦＣｂと一体に形成されている。すなわち、耐火性部分ＦＣｂの先端部分が電極Ｅとして作用する。
【０１２３】
＜シールＳおよび放電媒体について＞
シールＳは、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系のセラミックス封止用コンパウンドすなわちフリットガラスからなり、融点が１５５０℃である。
【０１２４】
また、シールＳは、透光性セラミックス放電容器ＣＥの小径筒部ＣＥｂと封着性部分ＦＣａおよび耐火性部分ＦＣｂの基端との間に形成されたわずかな隙間ｇ内に一部進入させることにより、透光性セラミックス放電容器ＣＥを封止するとともに、給電導体ＦＣを所定の位置に支持している。
【０１２５】
一方の小径筒部ＣＥｂに給電導体ＦＣを封止したら、透光性セラミックス放電容器ＣＥを倒立させて、他方の小径筒部ＣＥｂを上にして、放電媒体として、ＮａＩ、ＩｎＩ、ＴｌＩ、ＤｙＩ_３および水銀を適量セラミックス放電容器１内に封入し、さらに周囲を封入圧と同じ約１３３００Ｐａのアルゴンガス雰囲気にして、上記と同様にセラミックス封止用コンパウンドを用いてシールＳを形成するとともに、透光性セラミックス放電容器ＣＥ内にアルゴンガスを封入する。
【０１２６】
得られた高圧放電ランプは、定格ランプ電力２０Ｗのメタルハライド放電ランプである。
【０１２７】
図６は、本発明の高圧放電ランプの第２の実施形態における給電導体を示す拡大正面図である。
【０１２８】
図において、図５と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１２９】
本実施形態は、給電導体ＦＣの封着性部分ＦＣａと耐火性部分ＦＣｂの接続構造が異なる。
【０１３０】
すなわち、封着性部分ＦＣａの先端部に削り出しによって平坦部ＦＣａ２を形成し、平坦部ＦＣａ２に耐火性部分ＦＣｂの基端部を重ねて図の左右方向から溶接して両者を接続している。耐火性部分ＦＣｂは、細いので、棒状のまま加工しないで溶接する。
【０１３１】
なお、封着性部分ＦＣａの平坦部ＦＣａ２に耐火性部分ＦＣｂを溶接する際に、耐火性部分ＦＣｂが封着性部分ＦＣａの平坦部ＦＣａ２内へ若干沈み込む場合には、単に耐火性部分ＦＣｂを載せた際に耐火性部分ＦＣｂの中心が軸に一致するより、若干偏芯する程度に平坦部ＦＣａ２を高く形成しておくことにより、耐火性部分ＦＣｂの沈み込みを補償して、耐火性部分ＦＣｂの中心を軸に一致させることができる。しかし、耐火性部分ＦＣｂが実質的に沈み込まないようにするならば、上記のような配慮は不要である。
【０１３２】
本実施形態によれば、給電導体ＦＣを簡便に製作することができる。
【０１３３】
図７は、本発明の高圧放電ランプ装置の一実施形態を示す中央断面正面図である。
【０１３４】
図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１３５】
また、図において、ＨＤは高圧放電ランプ、１１は反射鏡である。
【０１３６】
反射鏡１１は、基体１１ａ、反射面１１ｂ、一対の透孔１１ｃ、１１ｃ、支持台１１ｄを備えている。
【０１３７】
基体１１ａは、支持台１１ｄとともにガラスにより一体に成形されていて、頂部１１ａ１および投光開口１１ａ２をそれぞれ備えている。
【０１３８】
反射面１１ｂは、回転放物面形状をなしており、基体１１ａの内面にアルミニウムを蒸着することにより形成されている。
【０１３９】
一対の透孔１１ｃ、１１ｃは、反射面１１ｂの側面のほぼ焦点位置に対向する位置に形成されていて、反射面１１ｂの内側と基体１１ａの外側とを連通している。
【０１４０】
支持台１１ｄは、反射面１１ｂの頂部１１ｂ１に対向して基体１１ａの背面に形成されており、筒状をなしている。
【０１４１】
そうして、高圧放電ランプＨＤの一対の小径筒部ＣＥｂが反射鏡１１の一対の透孔１ｃに挿入され、シールＳの主要部および最冷部が反射鏡１１の反射面１１ｂ側には露出していない。
【０１４２】
図８は、本発明の照明装置の一実施形態としてのスポットライトを示す正面図である。
【０１４３】
図において、２１は照明器具本体、２２は高圧放電ランプ装置である。
【０１４４】
照明器具本体２１は、基台２１ａ、支柱２１ｂおよび灯体２１ｃを備えている。
【０１４５】
基台２１ａは、天井に直付けまたはライティングダクトを介して天井に吊り下げるように構成され、内部に放電ランプ点灯装置（図示しない。）を収納している。
【０１４６】
支柱２１ｂは、基台２１ａから垂下して灯体２１ｃを支持している。内部に放電ランプ点灯装置から灯体２１ｃに接続する絶縁被覆導線（図示しない。）を収容している。
【０１４７】
灯体２１ｃは、内部にランプソケット（図示しない。）を収納している。
【０１４８】
高圧放電ランプ装置２２は、高圧放電ランプＨＤ、反射鏡２２ａおよび口金２２ｂを備えている。
【０１４９】
そうして、灯体２１ｃのランプソケットに高圧放電ランプ装置２２の口金２２ｂを装着すれば、高圧放電ランプＨＤが高輝度で点灯し、反射鏡２２ａにより集光されるので、所望のシャープな配光特性を得て被照体を良好に照明することができる。
【０１５０】
なお、従来のハロゲンランプを用いるスポットライトと同様にハロゲンランプを装着しても良好に点灯することができる。
【０１５１】
【発明の効果】
請求項１ないし５の各発明によれば、透光性セラミックス放電容器の小径筒部内に挿入されてセラミックス封止用コンパウンドのシールによって小径筒部とともに封止される給電導体の封着性部分の周囲に、小径筒部の端面に当接する３個以上で、かつ放射方向の外面に軸方向に沿って小径筒部の端面に向かうテーパを有する放射状突起部を形成したことにより、給電導体を小径筒部の上からその内部へ挿入して放射状突起部のテーパの一部が小径筒部の内部に挿入された状態で、テーパの基端側の部分が小径筒部の端面に当接して、給電導体の小径筒部に対するセンタリング作用および給電導体の小径筒部への挿入深さに対するストッパ作用が生じて、給電導体を小径筒部に対して偏芯しにくくするとともに、所定の位置に定置するので、諸特性のばらつきの少ない高圧放電ランプを提供することができる。
【０１５２】
請求項２の発明によれば、加えて給電導体の放射状突起部がプレス成形により形成されていることにより、放射状突起部を形成している部位における封着性部分の断面形状が変形して小さくなるので、小径筒部の内面と封着性部分の外面との間に形成される通気路の入口の通気抵抗が増大しないで、排気および希ガス封入が容易な高圧放電ランプを提供することができる。
【０１５３】
請求項３の発明によれば、加えて給電導体の封着性部分の放射状突起部が円周方向にほぼ等間隔に形成されていることにより、給電導体のセンタリング作用が一層良好な高圧放電ランプを提供することができる。
【０１５４】
請求項４の発明によれば、加えて給電導体の封着性部分の放射状突起部の肉厚が０．２〜１ｍｍであることにより、センタリング作用およびストッパ作用が良好な高圧放電ランプを提供することができる。
【０１５５】
請求項５の発明によれば、加えて給電導体の封着性部分がニオブを主成分とする金属からなることにより、放射状突起部を形成しやすい高圧放電ランプを提供することができる。
【０１５６】
請求項６の発明によれば、高圧放電ランプを凹形反射鏡に、高圧放電ランプの軸が反射鏡の光軸に対してほぼ直交するように配設したことにより、浅い反射鏡を用いて小形でありながら、集光作用に優れた高圧放電ランプ装置を提供することができる。
【０１５７】
請求項７の発明によれば、請求項１ないし５の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態を示す正面図
【図２】同じく上端部のみを封止した状態を示す縦断面図
【図３】同じくシールを除去した状態の拡大平面図
【図４】図２のIV−IV'線に沿うシールを除去した状態の断面図
【図５】本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態における給電導体を示す拡大正面図
【図６】本発明の高圧放電ランプの第２の実施形態における給電導体を示す拡大正面図
【図７】本発明の高圧放電ランプ装置の一実施形態を示す中央断面正面図
【図８】本発明の照明装置の一実施形態としてのスポットライトを示す正面図
【符号の説明】
ＣＥ…透光性セラミックス放電容器
ＣＥａ…膨出部
ＣＥｂ…小径筒部
ＦＣ…給電導体
ＦＣａ…封着性部分
ＦＣａ１…放射状突起部
ｔ…テーパ
ＦＣｂ…耐火性部分
Ｅ…電極
Ｓ…シール
ｇ…わずかな隙間

Claims (7)

1. 放電空間を包囲する膨出部および膨出部の両端に連通して配置され膨出部より内径が小さい小径筒部を備えた透光性セラミックス放電容器と；
   それぞれ軸方向に沿うテーパを外面に有し透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端面に当接する３個以上の放射状突起部を周囲に形成した封着性部分および封着性部分の先端に基端が接続されている耐火性部分を備え、放射状突起部にはその放射方向の外面に軸方向に沿って小径筒部の端面に向かうテーパが形成され、当該テーパの先端側の一部が基端側の部分を残して透光性セラミックス放電容器の小径筒部内へ挿入されて耐火性部分と小径筒部の内面との間にわずかな隙間を形成しながら延在する給電導体と；
   給電導体の耐火性部分の先端に配設されて透光性セラミックス放電容器の膨出部内に位置している電極と；
   透光性セラミックス放電容器の小径筒部と給電導体の封着性部分との間を少なくとも封着性部分が放電空間側へ露出しないように包囲して封止しているセラミックス封止用コンパウンドのシールと；
   透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 給電導体は、封着性部分の放射状突起部がプレス成形により形成されていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 給電導体は、封着性部分の放射状突起部が円周方向にほぼ等間隔に形成されている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。
4. 給電導体は、封着性部分の放射状突起部の肉厚が０．２〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
5. 給電導体は、封着性部分がニオブを主成分とする金属からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
6. 請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
   高圧放電ランプが、その軸が光軸に対してほぼ直交するように配設されている凹形の反射鏡と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ装置。
7. 照明装置本体と；
   照明装置本体に支持された請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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