JP3736710B2 - 管球用電気導入体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリカガラスからなる発光管および閉塞管を有する放電ランプやハロゲンランプ等の管球用電気導入体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、管球、中でもシリカガラス製の発光管内に一対の電極が対向配置された放電ランプの発光管に連設された閉塞管を閉塞する閉塞体として、傾斜機能材料が使用され始めている。傾斜機能材料で形成された閉塞体は、一方側がシリカなどの非導電性成分に富み、他方側に向かうにつれてモリブデンなどの導電性成分の割合が連続的に、または段階的に増加するものである。本願ではこの傾斜機能材料と先端に電極を有する電極芯棒とを一体化したものを電気導入体と称する。したがって、例えばシリカとモリブデンから作製した傾斜機能材料を使用した電気導入体の場合、該電気導入体の一方の側は非導電性であるとともに熱膨張率が発光管材料のシリカガラスの熱膨張率に同じかまたは近く、他方の側は導電性であるとともに熱膨張率が電極芯棒の材料であるタングステンまたはモリブデンの熱膨張率に近い特性を有する。この特性が放電ランプの閉塞体として適している。
【０００３】
フィラメントを有するハロゲンランプやハロゲンヒータにおいても発光管はシリカガラス製であるので、閉塞体として傾斜機能材料を使用できる。
【０００４】
図３は傾斜機能材料を放電ランプの閉塞体として使用した例の部分断面図を示す。放電ランプ１の発光管２および閉塞管６はシリカガラス製であり、発光管２内部に対向した一対の電極３が配置されている。閉塞体７は円柱体でありシリカとモリブデンから形成されており、該閉塞体７の一方の側（発光管内方側）はシリカに富み非導電性であり、他方側（発光管外方側）はモリブデンに富み導電性である。そして、非導電性側端面を放電ランプの発光管２の放電空間に面するように配置され、該発光管２の両端に形成された閉塞管６は閉塞体７のシリカに富む領域（非導電性領域）にて気密に溶着される。記号8は金属バンドである。
【０００５】
傾斜機能材料からなる閉塞体を使用してランプ外部から電極へ電力を導入するために電極芯棒７の固定が行われる。
【０００６】
傾斜機能材料の製造方法としては特開平８−１３８５５５号公報にあるように、シリカ粉末とモリブデン粉末との混合割合が異なった混合粉末体を複数種類用意し、有機バインダを含む溶剤とともに混合した後、造粒されたシリカ粉末とモリブデン粉末との混合割合毎に均一組成層を積層し加圧して円柱状の成形体とし、有機バインダを除去する仮焼結を行なうことが一般に行われる。
【０００７】
図４に傾斜機能材料を用いた管球用電気導入体の断面図を示すが、電気導入体９は、そのできた成形体の非導電性側端面の略中心に該端面表面から該閉塞体の導電性領域までいたる電極芯棒と略同径の挿入用の孔５を加工して、該孔５に電極芯棒４を挿入してから本焼結することによって電気導入体９はできあがる。
【０００８】
しかし、実際の傾斜機能材料の製造においては、シリカの体積割合が異なる粉体からなる均一層を順次積層させ、これを加圧成形し仮焼結によって製作した場合、加圧後の一つの均一層内において密度のムラ、傾きが発生しやすいので、このまま本焼結すると、傾斜機能材料が曲がったり、円柱体の中心軸に垂直な断面が円でなくなることがある。
【０００９】
特に、傾斜機能材料中のシリカの体積割合（％）がｎ１、ｎ２、ｎ３、………、ｎｘ（ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞……＞ｎｘ）である均一層を順次積層させる場合に、円柱型傾斜機能材料の直径をＤ（ｍｍ）、シリカの体積割合が８０％を超える均一層の積層厚さの合計をＬ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｄが２を超えるときには、言い換えると、軟化温度が低いシリカの多い部分の長さが円柱状傾斜機能材料の直径に対して大きくなると、円柱状の傾斜機能材料が軸に対して曲がったり、軸に垂直な断面が円で無くなったりして、その結果、これをシリカガラス製の放電ランプの閉塞管に溶着によって取り付けることが困難になる。
一方、Ｌ／Ｄが２未満では正常な円柱型の傾斜機能材料が製作可能であるが、これをシリカからなる放電ランプに溶着によって取り付けるとシール部の長さが十分に取れないために十分な耐圧を有する放電ランプにできない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、電気導入体としてＬ／Ｄが２を超える傾斜機能材料を使用するときに、傾斜機能材料が曲がる等の変形をせず管球の閉塞体として閉塞管と容易に溶着するような傾斜機能材料と電極芯棒を組み合わせた管球用電気導入体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、電気伝導体と絶縁体であるシリカとからなる傾斜機能材料であって、該傾斜機能材料中のシリカの体積割合（％）がｎ１、ｎ２、ｎ３、・・、ｎｘ（ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞・・＞ｎｘ）である複数の均一組成層を円柱状に順次積層させることにより電気伝導体からシリカに連続して組成を傾斜させた円柱型傾斜機能材料を使用し、該円柱型傾斜機能材料の直径をＤ（ｍｍ）、シリカの体積割合が８０％を超える均一組成層の積層厚さの合計をＬ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｄが２以上であり、シリカガラスからなる発光管および閉塞管を有するランプに使用される、管球用電気導入体において、該円柱型傾斜機能材料のｎ１層側表面から、シリカの体積割合が少なくとも８０％以下である均一層まで、タングステンあるいはモリブデンからなる電極芯棒を焼き嵌め、前記電極芯棒の直径をｄ（ｍｍ）としたとき、ｄ／Ｄが０．１２から０．６の範囲にあることを特徴とする管球用電気導入体とするものである。
【００１３】
【作用】
請求項１の電気導入体は円柱型傾斜機能材料のシリカの体積割合が８０％以下である均一層に、タングステンあるいはモリブデンからなる電極芯棒を焼き嵌め、電極芯棒の直径と傾斜機能材料の直径の比を規定することによって、本焼結時に傾斜機能材料が曲がることが無く、最適な傾斜機能材料製電気導入体を得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１はシリカの体積割合（％）がｎ１、ｎ２、ｎ３、………、ｎｘ（ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞……＞ｎｘ）である均一層を順次積層させることにより電気伝導体から絶縁体であるシリカに連続して組成を傾斜させた円柱型傾斜機能材料の断面図を示し、シリカの体積割合が均一である層をｎ１〜ｎｘ層積層し、ｎ１〜ｎｑ層がシリカ体積割合８０％超の組成均一層を、ｎ（ｑ＋１）〜ｎｘ層がシリカ体積割合８０％以下である均一層を示している。また、ここでＤは直径を示し、Ｌはシリカの体積割合が８０％を超える均一層（ｎ１〜ｎｑ）の積層厚さの合計を示している。
【００１５】
製造方法としては次の通りである。
管球の閉塞体として傾斜機能材料を使用する場合は、通常電気伝導体としてモリブデンを使用し、絶縁体としてはシリカを使用することが多く、本発明においてもモリブデンとシリカの組み合わせを用いた。
シリカ粉末とモリブデン粉末とを、モリブデン粉末の含有割合が異なるよう混合し、さらに各混合粉末をボールミルにより混合処理することにより互いにモリブデン粉末の含有割合が異なる複数の混合粉末を調製する。
この混合粉末を用い、図２に示すように、円柱状の成形空間を有する金型１０の底部材１１の上面上に、モリブデン濃度の最も低い混合粉末を層状に充填してｎ１層を形成し、ついで２番目に低いモリブデン濃度の混合粉末を層状に充填してｎ２層を形成し、そのように順にモリブデン濃度を変えた混合粉末を層状に必要な層数充填し、その後に加圧体１２で加圧して成形することにより、複数の成形層が一体に積層された積層体を形成する。図２では５層の状態が示されている。前記積層体を形成した後、仮焼結を行なう。
そして、この積層体のシリカ側端面に電極芯棒挿入用の穴開け加工を施こし、その後穴に電極芯棒を挿入し、本焼結を行なう。
【００１６】
【実施例】
本発明の電気導入体をショートアークメタルハライドランプへ応用した例を示す。傾斜機能材料の製造方法としては、次の通りに行なった。
平均粒径１．０μｍのモリブデン粉末と平均粒径５．６μｍのシリカ粉末を準備し、シリカの体積割合を１７種類順に変えた各混合粉末体を調製した。
次にその各混合粉末体とステアリン酸（約２３％溶液）を混合して造粒体とした。
その造粒体はシリカの体積割合の多い順にｎ１、ｎ２、ｎ３、………、ｎ１７とすると、シリカの体積割合（％）はｎ１で１００、ｎ２で９９．５、以下順に９８．９、９８．３、９７．７、９４．９、９１．６、８７．７、８６．４、８２．３、８０．０、７５．６、６０．８、５３．７、４５．０、３４．０であり、ｎ１７を１９．６とした。
【００１７】
前記造粒体を、ｎ１、ｎ２、ｎ３、………、ｎ１７の順に、図２に示すような円筒形の金型１０に充填した。そして加圧体１２によって、６ｔ／ｃｍ２の荷重で軸方向に圧縮し、円筒状の成形体を得た。成形後の各均一組成層の厚み（ｍｍ）はｎ１、ｎ２、ｎ３、………、ｎ１７の順にｎ１＝２．０、ｎ２〜ｎ３＝１．０、ｎ４〜ｎ１０＝０．５、ｎ１１〜ｎ１６＝０．７、ｎ１７＝２であった。
その成形体を水素ガス中、１２００℃で３０分間焼結し、有機バインダを除去した。
なお、上述したモリブデン粉末やシリカ粉末の平均粒径や有機バインダを除去する条件や傾斜機能材料成形時の荷重の大きさなどは今回の条件のみに限定されるものではない。
【００１８】
次に、傾斜機能材料のｎ１側端面に電極芯棒挿入用の穴開け加工を施した。
そして、タングステン製電極芯棒を挿入し、真空雰囲気において１８２０℃で５分間焼結して、電極芯棒を焼き嵌める本焼結処理を行なった。
【００１９】
以上のような製作方法にて直径２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの傾斜機能材料と直径０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍのタングステン製電極芯棒を組み合わせて各種電気導入体を製作した。
そして、前記各電気導入体の不具合の有無を、傾斜機能材料の直径Ｄと、該傾斜機能材料の管軸方向のシリカの体積割合が８０％を超える均一組成層の積層厚さの合計Ｌと、Ｌ／Ｄと、電極芯棒ｄと、ｄ／Ｄ、電極芯棒の傾斜機能材料の中の先端位置に関して目視確認試験を行なった。その結果が図５で示した表の通りである。
【００２０】
図５の表を見て分かるように、Ｌ／Ｄが２以上の電気導入体において、傾斜機能材料の中の電極芯棒先端がシリカの体積割合が８０％以下の均一層まで届いていないＮＯ．１、およびＮＯ．７の電気導入体では、電極芯棒が傾斜機能材料本焼結の際に層内の密度のムラによる変形や該傾斜機能材料の軟化による変形を支えることができず、曲がり不良が発生した。
【００２１】
さらに、ｄ／Ｄが０．１２以下のＮＯ．９の電気導入体では電極芯棒が細すぎて傾斜機能材料を支えきれず、同じく曲がり不良が発生した。また、ｄ／Ｄが０．６を超えるＮＯ．６の電気導入体では傾斜機能材料のシリカに富む部分にクラックが発生した。
上記実施例では電極芯棒としてタングステン製芯棒を使用したが、モリブデンを使用しても同じ結果が予想される。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、円柱状傾斜機能材料のシリカの体積割合が８０％以下である均一層まで、タングステンあるいはモリブデンからなる電極芯棒を焼き嵌め、電極芯棒の直径ｄ（ｍｍ）と円柱状傾斜機能材料の直径Ｄ（ｍｍ）との関係でｄ／Ｄが０．１２から０．６の範囲にあるようにすると、傾斜機能材料に曲がりもなくクラックの発生も無く確実に管球のシリカガラス製の閉塞管と溶着可能な管球用電気導入体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気導入体の電極芯棒と傾斜機能材料の位置関係を説明する図を示す。
【図２】傾斜機能材料を形成するときの加圧方法を説明する図を示す。
【図３】傾斜機能材料を使用した放電ランプの部分断面図を示す。
【図４】管球用電気導入体の断面図を示す。
【図５】完成した管球用電気導入体の状態を目視検査した結果を示す。
【符号の説明】
１ 放電ランプ
２ 発光管
３ 電極
４ 電極芯棒
５ 孔
６ 閉塞菅
７ 閉塞体
８ 金属バンド
９ 電気導入体
１０ 金型
１１ 底部材
１２ 加圧体

Claims (1)

1. 電気伝導体と絶縁体であるシリカとからなる傾斜機能材料であって、該傾斜機能材料中のシリカの体積割合（％）がｎ１、ｎ２、ｎ３、・・、ｎｘ（ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞・・＞ｎｘ）である複数の均一組成層を円柱状に順次積層させることにより電気伝導体からシリカに連続して組成を傾斜させた円柱型傾斜機能材料を使用し、該円柱型傾斜機能材料の直径をＤ（ｍｍ）、シリカの体積割合が８０％を超える均一組成層の積層厚さの合計をＬ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｄが２以上であり、シリカガラスからなる発光管および閉塞管を有するランプに使用される、管球用電気導入体において、該円柱型傾斜機能材料のｎ１層側表面から、シリカの体積割合が少なくとも８０％以下である均一層まで、タングステンあるいはモリブデンからなる電極芯棒を焼き嵌め、前記電極芯棒の直径をｄ（ｍｍ）としたとき、ｄ／Ｄが０．１２から０．６の範囲にあることを特徴とする管球用電気導入体。

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