JPH04370643A

JPH04370643A - 高輝度放電灯用発光管

Info

Publication number: JPH04370643A
Application number: JP3174454A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hayashi; 浩一林
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1992-12-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高輝度放電灯に用いる
発光管に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の高輝度放電灯用発光管（
以下、単に発光管という）は、主に石英ガラスから作製
されたり、アルミナにＭｇＯ，Ｌａ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３等
の焼結助剤を透光性を改善する目的で微量添加しこれを
焼結させて得られる透光性セラミック（主にアルミナ）
から作製されている。

【０００３】この場合、透光性アルミナからなる発光管
にあっては、一般に、次のようにして３８０〜７６０ｎ
ｍの波長の光（以下、単に可視光という）に対する直線
透過率を実用的な数値（５００ｎｍの波長の光に対して
約６０％：肉厚０．５ｍｍ）としている。つまり、上記
ＭｇＯ等の焼結助剤により焼結時の異常粒成長を抑制し
ながら結晶を数十μｍの粒径にまで均一に粗大化させる
とともに、粒界には上記添加物を偏析させて強制的にス
ピネル相を生成させ粒界相の屈折率が光学的に等方性と
なるようにして粒界における光の散乱を抑制することに
よって、５００ｎｍの波長の光に対する６０％程度の直
線透過率（肉厚０．５ｍｍ）を確保している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、発光管は、始
動用希ガスや種々の色で発光する放電用金属成分（固体
）を数十Ｔｏｒｒの内圧で封入しており、その放電時に
は管壁温度が９００℃にも達するとともに、温度上昇に
伴って内圧も高くなる。また、さらに高輝度を得るため
に点灯状態における管壁温度を１２００℃にまでするこ
とが行なわれつつある。このため、石英ガラスや上記し
た透光性アルミナで作製された従来の発光管では、次の
ような問題点が指摘されている。

【０００５】点灯時には、発光管内では放電用金属成分
として封入されているアルカリ金属などのハロゲン化物
（例えばＮａＩ）が蒸発遊離してイオンとなるため、石
英ガラスからなる発光管においては、この金属イオンが
石英ガラスと反応して、石英ガラス表面から腐食が生じ
、同時に金属が石英ガラスに含浸吸収される。これに伴
い、輝度は低下し、最終的に石英ガラスの劣化によりク
ラックが発生し、管内の放電金属成分が管外に漏洩して
しまう。こうして、高圧放電灯（以下、ランプという）
の寿命が短時間の内に尽きてしまう。従って、ランプの
長寿命化を図るためには、発光管の内面に当初発生した
劣化部分が発光管の外表面に進展するまでの期間が長く
なるよう、発光管の肉厚を厚くすることなどの工夫がな
されている。また、反応性に富む金属ガスに高温高圧下
で晒される劣悪な使用環境における機械的強度の要求を
満足するためにも、耐熱性を具備した高級な石英ガラス
が用いられている。

【０００６】一方、上記した透光性セラミックからなる
発光管では、石英ガラスの発光管に見られるような遊離
した金属イオンによる発光管内壁の侵食、即ちアルミナ
結晶粒子内部への金属の含浸等は見られないものの、以
下に説明する理由から厚肉化を余儀なくされている。

【０００７】セラミックにおける機械的強度は、セラミ
ックを構成している結晶粒子の大きさに依存し、結晶粒
子の粒径が大きくなるほど機械的強度（曲げ強度，ワイ
ブル係数等）が低下することがよく知られている。更に
、ＭｇＯ等を添加することによって粒界に生成したスピ
ネル相などの粒界相は、常温環境下では高強度を有する
ものの、高温環境下においては容易に軟化するため、こ
れに伴い機械的強度が低下する。従って、室温（常温）
において数十Ｔｏｒｒの内圧を有する発光管の管壁温度
が９００℃に達した時に発光管が内圧の増加により破壊
されないようにするために、その機械的強度を肉厚を厚
くすることにより確保している。

【０００８】更に、粒界相は、ガラスに近似した組成を
備えるので、上記した石英ガラスと同様に、アルミナ結
晶粒子内部に比較して遊離金属イオンによる劣化が著し
い。このため、発光管の内壁の粒界相に起きた劣化が粒
界に沿って外壁にまで進展すると、管内の放電金属成分
が粒界を介して管外に漏洩する。従って、外壁にまでの
劣化の進展に要する行程（距離）を長くする点からも発
光管の肉厚を厚くすることが行なわれている。

【０００９】以上のような理由から、従来の発光管では
その肉厚を最低でも約０．６ｍｍ以上に設定しなければ
ならなかった。このように発光管の肉厚が厚くなると、
光の散乱因子（ポア，粒界相等）による影響が肉厚の増
大に伴って顕著となるため、光が発光管の透過する間に
おける光の散乱は増大し好ましくない。

【００１０】また、肉厚の増大に伴って発光管自体の熱
容量も増大するので、主電極間に形成されたアーク放電
の熱による発光管自体の温度上昇に時間を要する。この
ため、管内の放電用金属成分が蒸発して飽和蒸気圧とな
る定常状態の所定温度にまで発光管の温度が上昇する時
間（発光が安定するまでの始動時間）を増大させていた
。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、可視光に対する高い直線透過率と、反応性に富む
金属ガスに９００〜１２００℃といった高温かつ高圧下
で晒される劣悪な使用環境に耐えうる機械的強度と耐蝕
性，耐熱性とを具備した薄肉の発光管を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の採用した手段は、透光性セラミックからな
る高輝度放電灯用発光管であって、前記透光性セラミッ
クは、９９．９９ｍｏｌ％以上の高純度アルミナ微粉末
を焼結した透光性アルミナであり、該透光性アルミナの
結晶粒子の平均粒径が１μｍ以下で、最大粒径が２μｍ
以下であることをその要旨とする。

【００１３】また、上記のようにアルミナの純度や焼結
後の粒径の規定に加え、その形状を、主電極が配置され
る開口部を両端に備えた高輝度放電灯用発光管であって
、両端の開口部の側面が互いに接合している形状とした
。

【００１４】

【作用】上記構成を有する高輝度放電灯用発光管は、高
純度のアルミナを焼結した透光性アルミナからなる高輝
度放電灯用発光管であるとともに、結晶粒子の平均粒径
が１μｍ以下で、最大粒径が２μｍ以下であることから
、従来の透光性アルミナに比べて極めて微細な結晶構造
を備える。更に、不純物は、焼結前のアルミナ中にごく
僅か（トータルで最大０．０１ｍｏｌ％以下）しか含ま
れていないので、不純物はアルミナに総て固溶し、スピ
ネル相などの粒界相をほとんど形成しない。このため、
上記した結晶粒子の微細化と粒界相の非形成とに基づい
て、常温から放電時温度に亘っての機械的強度が改善さ
れ高輝度放電灯用発光管の薄肉化が可能となる。

【００１５】また、本発明の高輝度放電灯用発光管は、
従来の発光管と同程度の肉厚であっても、可視光に対す
る直線透過率を向上させる（５００ｎｍの波長の光に対
して約６０％→７０％以上：肉厚約０．５ｍｍ）。

【００１６】このような現象（微小な結晶粒径でありな
がら高い直線透過率を有すること）は、本発明者が始め
て知見したものである。即ち、従来は、前述したように
、粒径を大きくするほど直線透過率は向上すると考えら
れており、ＭｇＯ等の添加助剤により焼結時の異常粒成
長を抑制しつつ数十μｍの粒径にまで成長させることが
なされていたのである。これに対して、発明者は、従来
試みられなかった粒径の微細化による直線透過率の向上
に取り組み、高純度のアルミナを焼結することにより平
均粒径が１μｍ以下で、最大粒径が２μｍ以下とするこ
とで、結果的に可視光に対する直線透過率を向上させる
ことができることを見い出した。

【００１７】このように、本発明にかかる高輝度放電灯
用発光管が上記した従来と相反する現象をもたらすのは
、まず第１に、既述したようにスピネル相などの粒界相
を生成しないことがその一因として上げられる。具体的
には、従来から光の散乱因子として作用していた粒界相
による影響を排除して、可視光に対する直線透過率の向
上をもたらすと考えられる。

【００１８】この他にも、以下のように推察される。結
晶粒子及び結晶子の断面がいずれも円形であると仮定す
ると、直径ｄの結晶子がｎ個集まって直径Ｄの結晶粒子
を構成する場合、次の関係式■が成り立つ。 ■　　　　　　ｎ＝（Ｄ／ｄ）＾２（演算子＾はべき乗
を表わす）この関係式から算出されるｎの値は、１個の結晶粒子の
断面に含まれる結晶子界面に換算できる。

【００１９】高純度のアルミナから得られた種々の透光
性アルミナ（平均粒径：０．７２，０．８５，０．９９
，１．１６，１．３５，１．５２μｍ）についての格子
定数をＸ線回折装置を用いて求め、結晶子の直径ｄと回
折線の幅とを関係づけるＳｃｈｅｒｒｅｒの式に従い（
０１２）の回折ピークから上記各平均粒径の透光性アル
ミナの結晶子の直径ｄを算出したところ、結晶子の直径
ｄは結晶粒子の大きさに左右されることなく一定であっ
た。なお、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式は、「Ｐ．Ｇａｌｌｅ
ｚｏｔ，”Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ
　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．５　ｐ２２１，Ｓｐ
ｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ　（１９８４）”　」や「
Ｐ．Ｓｃｈｅｒｒｅｒ，”Ｇｏｔｔｉｎｇｅｒ　Ｎａｃ
ｈｒｉｃｈｅｎ，　２，　９８（１９１８）”」に紹介
されている。従って、上記関係式■から、結晶粒子の直
径Ｄ（平均粒径）が小さくなるほど１個の結晶粒子中に
おける結晶子界面は少ないといえる。

【００２０】一般に、光がセラミックのような多結晶体
に入射された場合、その散乱は屈折率の不連続な面、即
ち原子配列の不連続な部分で起こると考えられている。結晶粒子中の結晶子界面は、この原子配列の不連続な部
分にほかならないので、光の散乱を引き起こす。従って
、結晶粒子中における結晶子界面が少なければ少ないほ
ど、即ち結晶粒子の直径Ｄが小さいほど、散乱因子であ
る結晶子界面による影響が小さくなり、可視光に対する
直線透過率の向上をもたらすと考えられる。

【００２１】また、両端の開口部の側面が互いに接合し
た形状の高輝度放電灯用発光管とすることで、高輝度放
電灯用発光管に沿って両主電極を結ぶアーク放電経路、
即ち両開口部を結ぶ管路は、その途中で１ヶ所以上変曲
することになる。例えば、高輝度放電灯用発光管の形状
は、中央で湾曲或いは屈曲したＵ字状，Ｖ字状もしくは
ループ状となったり、管路が２ヶ所で変曲し開口部の接
合部と対向する直線管路を備えた略三角形となったりす
る。この結果、上記形状の発光管における発光位置（両
開口部を結ぶ管路の中間位置：中央で湾曲或いは屈曲し
たＵ字状の発光管であればその湾曲部又は屈曲部、管路
が２ヶ所で変曲した略三角形であれば互いに接合した開
口部と対向する直線管路部分）から主電極の配置される
開口部までの距離は短くなり、点灯方向に対してコンパ
クトとなる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明にかかる発光管の好適な実施例
について、図面に基づき説明する。

【００２３】まず、発光管の原料となるアルミナの微粉
末の合成について説明する。このアルミナ微粉末を合成
するには、熱分解すると純度９９．９９ｍｏｌ％以上の
アルミナになるアルミニウム塩を、その出発原料として
用意する。このような高純度のアルミナ合成用のアルミ
ニウム塩としては、アンモニウムミョウバン、或いはア
ルミニウム・アンモニウム・カーボネート・ハイドロオ
キサイト（ＮＨ４ＡｌＣＯ３（ＯＨ）２　）等を例示す
ることができる。

【００２４】こうして用意したアルミニウム塩を秤量し
、蒸留水及び分散剤を用いて一旦懸濁水溶液とし、これ
を噴霧乾燥法により乾燥させる。その後、熱分解してア
ルミナ単独の微粉末を得る。ここで、熱分解を行なうに
当たっては、大気中で、９００〜１２００℃、例えば１
０５０℃で２時間処理する。つまり、この噴霧乾燥及び
熱分解を経ることにより、平均粒径が０．２〜０．３μ
ｍで、純度が９９．９９ｍｏｌ％以上のアルミナ微粉末
が合成される。なお、合成されたアルミナ微粉末は、上
記粒径のアルミナ微粉末が凝集してこの粒径より大きな
２次凝集体として得られる。

【００２５】次に、図１（ａ），（ｂ）に示す形状の発
光管１Ａの製造工程について、図２の工程図を用いて説
明する。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＹ平面断面
図である。まず、上記のようにして得たアルミナ微粉末
（２次凝集体）に、アクリル系エマルジョンといった有
機バインダーやポリアクリル酸ソーダ等の解膠剤並びに
オクタノール等の消泡剤を蒸留水とともに配合し、これ
をプラスチック（ナイロン）ボールミルにて約２４時間
に亘って湿式混合して過剰の凝集をほぐしつつ、アルミ
ナが上記溶媒中に均一に存在するスラリーを調製する（
工程１）。

【００２６】なお、アルミナ微粉末に対する有機バイン
ダー等の配合比（重量比）は、アルミナ微粉末１００ｇ
に対して、次の通りである。有機バインダー　　　　　　３ｇ解膠剤　　　　　　　　　　　　　　１ｇ消泡剤　　　
　　　　　　　０．１ｇ蒸留水　　　　　　　　　　　　５５ｇ

【００２７】次
に、調製したスラリーから気泡を除去する（工程２）。具体的には、ボールミルから取り出したスラリーを真空
デシケータ内の樹脂容器に入れ、樹脂容器内のスラリー
をマグネットスターラ等を用いて攪拌しつつデシケータ
内の空気を真空ポンプにて数分間（例えば約５分間）吸
引する。

【００２８】その後、以下の工程を経て図１（ａ），（
ｂ）に示す所望の成形体を、図３（ａ）に示す合わせ型
１０を用いて成形する。この合わせ型１０は、石膏等の
多孔質無機材料或いは石膏と同程度の機能を有する細孔
を具備する多孔質樹脂から形成された左右対象の型１１
ａ，１１ｂを、図３（ａ）に示すように接合して構成さ
れ、型１１ａ，１１ｂの接合面にスラリー注入空間１３
を形成する。

【００２９】各型１１ａ，１１ｂは、図３（ｂ）に示す
ように、その接合面１５ａ，１５ｂに、型下端側で湾曲
した溝（キャビティ）１３ａ，１３ｂを備える。この溝
１３ａ，１３ｂは、先端に球状切り歯を備えるエンドミ
ルにて、次のようにして接合面１５ａ，１５ｂに切削さ
れている。

【００３０】即ち、図４（ａ）に示すように、半径ｒの
球状切り歯を先端に備えるエンドミルＥＭを、型１１ａ
，１１ｂの接合面１５ａ，１５ｂからの切り込み深さを
ｒにして、図中矢印Ａに沿って移動させる。この場合、
切削開始位置Ｓから切削終了位置ＥまでのエンドミルＥ
Ｍの切削軌跡は、接合面１５ａ，１５ｂにおいて、図４
（ｂ）に矢印Ａで示す軌跡であり、この軌跡の往路と復
路との間隔Ｌは２ｒより小さく設定されている。

【００３１】従って、接合面１５ａ，１５ｂには、図４
（ｂ）におけるＸ−Ｘ線断面端面図の図４（Ｃ）に示す
ように、二つの円弧状の溝をその中央に接合面１５ａ，
１５ｂより僅かに低い凸条１４ａ，１４ｂを残して接合
させた形状の溝１３ａ，１３ｂが、エンドミルＥＭによ
り切削・形成される。なお、上記のように溝１３ａ，１
３ｂの切削に替えて、溝１３ａ，１３ｂの中央に凸条１
４ａ，１４ｂが形成されるよう造型することもできる。

【００３２】上記した型１１ａ，１１ｂをその接合面で
接合して両型を固定し、合わせ型１０とする（図３（ａ
）参照）。

【００３３】次に、この合わせ型１０のスラリー注入空
間１３内に、工程２にて気泡除去後のスラリーを注入し
、所定時間放置する（工程３）。スラリーの注入に当た
っては、図５に示すように、合わせ型１０の上面に設置
した円筒体１７にスラリーを流し込む。なお、円筒体１
７には、スラリー注入空間１３の容積以上のスラリーが
注入される。また、円筒体１７下面と合わせ型１０の上
面とは、円筒体１７下端に粘土１９を管状に配置するこ
とにより、シールされている。粘土に替えてゴムを用い
てもよい。

【００３４】こうしてスラリー注入空間１３内に注入さ
れたスラリーにおける溶媒成分（ここでは、蒸留水）は
、上記したようにスラリー注入後に所定時間放置される
間に、多孔質の各型１１ａ，１１ｂの孔に毛細管現象に
より吸引され型内に吸収される。このため、スラリー注
入空間１３の壁面には、有機バインダー等によって結合
されたアルミナ粉末が壁面の表面に沿って均等に着肉さ
れ、図６に示すように、隣合う管状体がその中央で接合
したようなアルミナ層ＳＡが形成される。

【００３５】このスラリー注入後の放置時間は、上記ア
ルミナ層ＳＡの厚さ、即ち後述する成形体の内径を決定
する。このため、形成されたアルミナ層ＳＡの内径等が
所定の値になるよう、上記放置時間が予め実験等により
定められている。また、この放置時間及び型の大きさの
設定に当たっては、焼結時の体積収縮等も見込んで決定
される。本実施例における放置時間は、アルミナ層ＳＡ
の内径が約４．８２ｍｍ、充填率が約５８％となるよう
設定されており、この場合、３分以下とする。なお、ア
ルミナ層ＳＡの外径はスラリー注入空間１３によって定
まり、約５．５４ｍｍである。

【００３６】なお、放置する間に亘って各型外側を負圧
に維持し、スラリー中の溶媒成分を型外に強制的に吸引
するような構成にしてもよい。このようにすれば、放置
時間を短縮することや、スラリー内の気泡を型を通して
直接除去したり、吸引を強くすることにより充填率をさ
らに上げることができる。

【００３７】そして、所定時間放置後に、円筒体１７内
部及びアルミナ層ＳＡの内側に残存するスラリーを排泥
する（工程４）。その後、合わせ型１０を分割して図１
（ａ），（ｂ）に示す形状の発光管１Ａの成形体を離型
し、成形体から溶媒が完全に抜けるまで成形体を乾燥さ
せる（工程５）。

【００３８】次に、この成形体に大気中で１２００〜１
３００℃の所定焼結温度、例えば約１２３５℃で４時間
程度の熱処理を施すことにより、成形体を焼結する（工
程６）。この際、１００℃／時間で昇温した。こうして
焼結することにより、その体積収縮は焼結前の成形体の
約８３％となり、所望の寸法を得る。この時、充填率は
ほぼ１００％（嵩密度３．９７６）となる。なお、焼結
を１２００〜１３００℃の温度範囲で行なうようにした
のは、焼結後の密度を理論密度に対して９５％以上とし
て後工程の熱間静水圧プレスがかかるようにするととも
に、焼結体における粗大結晶の形成を回避するためであ
る。つまり、上記焼結を１２００℃以下で行なうと、焼
結後の密度が理論密度に対して９５％を下回り熱間静水
圧プレスがかからず、１３００℃以上では焼結体におけ
る粗大結晶の形成頻度が増し強度上不利となるからであ
る。

【００３９】その後、この焼結体に、アルゴン雰囲気中
で、或いは２０ｖｏｌ％以下の酸素を含有するアルゴン
雰囲気中で次の条件に基づく熱間静水圧プレスを施す（
工程７）。この際、２００℃／時間で昇温した。こうし
て、工程６を経た焼結体に所望の透光性が発現し、透光
性アルミナの発光管１Ａとなる。この熱間静水圧プレス
を施すに当たっては、焼結体をサファイヤビーズ（粒径
２ｍｍ）及びチタンスポンジに埋設して行なった。処理温度　　　　　　　　　　１２００〜１２５０℃（
最適温度１２３０℃）処理圧力　　　　　　　　　　１０００〜２０００ａｔ
ｍ（最適圧力１０００ａｔｍ）処理時間　　　　　　　　　　　　　　　　１〜　　　
　　　４時間（最適処理２時間）ここで、熱間静水圧プレスを上記温度範囲と圧力範囲で
行なうようにしたのは、所望する高い透光性を得るとと
もに機械的強度を改善し、熱間静水圧プレスをかけてい
る最中の破損を回避するためである。つまり、熱間静水
圧プレスを１２００℃未満或いは１０００ａｔｍ未満で
行なうと透光性が発現するものの低い透光性しか得られ
なかったり、逆に１２５０℃を超えると異常粒成長を促
進させて機械的強度や透光性の低下を招き、２０００ａ
ｔｍを超えると焼結体中に存在するポアや傷などが極め
て微細であっても傷等が存在する箇所に応力集中が起こ
りクラックが発生したりするからである。

【００４０】作製された発光管１Ａは、内径が約４．０
ｍｍであり、肉厚が約０．３ｍｍであり、また開口部か
ら屈曲部までの高さが約２０ｍｍである。つまり、管路
長は約４０ｍｍである。なお、透過型電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）による組織観察の結果、粒界には、光の散乱源とな
る粒界相の生成や原子レベルの空隙並びに格子欠陥等の
存在は認められなかった。発光管１Ａの物性については
後述する。

【００４１】こうして得られたアルミナ発光管１Ａの内
外表面を、粒径０．５μｍのダイヤモンド砥粒を付着さ
せたブラシにて、肉厚が０．２ｍｍ以下となるよう研削
研磨する（工程８）。この表面処理により、発光管表面
の凹凸等が除去されて表面における光の散乱が回避され
、透過率が改善される。なお、この表面処理とともに、
発光管１Ａの開口部端面にもダイヤモンド砥石によって
研削研磨を施し、開口部端面に後述の封止部材の着座面
を形成する。また、０．０５ｍｍ程度までの肉厚に研削
研磨しても、使用上差し支えない。

【００４２】そして、この発光管１Ａ内に所定の始動用
希ガス及び所望の色で発光する放電用物質（Ｓｎ系，Ｎ
ａ−Ｔｌ−Ｉｎ系，Ｓｃ−Ｎａ系，Ｄｙ−Ｔｌ系合金又
は各金属のハロゲン化物）のアマルガムを入れ、図１（
ｃ）に示すように、主電極コイル２，３を焼結固定した
セラミックの封止部材４（図８参照）を発光管１Ａの両
開口部に所定の封止材にて固着する。この際、内圧はア
ルゴン等の希ガスにより数十Ｔｏｒｒに調整される。なお、封止部材４及びこれを固着するための封止材の材
質としては、例えば、上記発光管の表面改質のためにＣ
ｕＯ，ＮｉＯ等の酸化物を含有したアルミナ系サーメッ
トや、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系のソルダーガラス
等を例示することができる。上記アルミナ系サーメット
からなる封止部材は、管壁温度が約１２００℃に達する
ような発光管に適し、ソルダーガラスからなる封止部材
は、管壁温度が約９００℃に達するような発光管に適し
ている。封止部材４及び封止材の材質として上記ソルダ
ーガラスを用いた場合には、封止材は、真空チャンバー
内で所定温度（約１３７０℃）に局部加熱されて溶融し
、冷却後に固化して発光管１Ａと封止部材４とを完全に
気密・封着する。このように主電極を取り付けた状態の
発光管１Ａは、一般に、メタルハライドランプ等の高圧
放電灯の外管内に組み込まれて使用される。

【００４３】次に、本実施例の発光管１Ａと、比較品（
発光管１Ａと結晶粒径等が異なるもの）及び従来品につ
いて比較する。その比較結果を表１及び表２に示す。

【表１】

【表２】評価項目は、５００ｎｍの波長の光に対する直線透過率
と、ＪＩＳ　　Ｒ１６０１による機械的強度（曲げ強度
，ワイブル係数）と、３，０００　時間の連続点灯を行
なう耐久性とを採用した。

【００４４】この際、直線透過率の測定に当たっては、
０．５ｍｍの肉厚の板状の試料を別途作製してこれを測
定に供し、また、機械的強度の測定に当たっては、形状
，厚み等についてＪＩＳ　　Ｒ１６０１に準じた試料を
別途作製してこれを測定に供した。なお、本実施例の発
光管１Ａ又は比較品の発光管の代替え品となるこれら試
料の作製に際しては、上記した本実施例の各工程におけ
る諸条件に従った（表１中にも一部記載）。また、従来
品の発光管の代替え品となる試料の作製に際しては、粒
径を粗大化させた結晶構造となるよう従来の方法で作製
した。

【００４５】耐久性の試験を行なうに当たっては、次の
発光管を用いた。従来品及び比較品の発光管は、内径は
本実施例の発光管１Ａと同一とし、肉厚は従来品が約０
．６ｍｍ，比較品が約０．２ｍｍである。また、各比較
品は、本実施例の発光管１Ａと同様の工程を経て作製し
た。その焼結温度等については、表１の通りである。従来品の発光管は、粒径を粗大化させた結晶構造となる
よう従来の方法で作製した。

【００４６】粒径の算出は、本実施例の発光管１Ａ，比
較品，従来品の代替え品である上記板状の試料（直線透
過率の測定用に別途作製した試料）の表面をダイヤモン
ド砥粒にてラップし、更に水酸化カリウムで粒界エッチ
ングを施した後、走査型電子顕微鏡により試験片表面を
観察し、結晶粒子の輪郭を画像解析することにより行な
った。なお、画像解析に当たっては、結晶粒子を球体や
多角形体として仮定して、その直径や頂点間距離の最大
値を粒径算出に用いた。結晶粒子を球体と仮定して算出
した粒径の分布図を図７に示す。

【００４７】直線透過率の測定については、上記別途作
製した試料を０．５ｍｍ厚とし両面を０．５μｍの粒径
のダイヤモンド砥粒によりラップ仕上げした後、ダブル
ビーム分光光度計により求めた。

【００４８】表１，表２からも明らかなように、本実施
例の発光管１Ａは、平均粒径が１μｍ以下で最大粒径が
２μｍ以下の極めて微細な結晶粒子からなる透光性アル
ミナであるので、常温から放電時温度に亘っての機械的
強度（曲げ強度，ワイブル係数）が従来品及び比較品よ
り改善される。この結果、薄肉化を図ることができる。具体的には、発光管としての肉厚が約０．２ｍｍと従来
品（約０．６ｍｍ）の１／３であるにも拘らず、３，０
００　時間の連続点灯を経ても劣化や破壊は生じなかっ
た。そして、薄肉化により発光管自体の熱容量が小さく
なるため、発光管が速やかに所定温度まで昇温するので
、放電用の金属成分が蒸発して飽和蒸気圧となり発光が
安定するまでの始動時間を短縮化することができる。

【００４９】また、スピネル相などの粒界相をほとんど
形成しないとともに、光の散乱因子となる結晶粒子内部
の結晶子界面を微小粒径に基づいて少なくしたことに起
因して、光が発光管１Ａの壁面を透過する間における光
の散乱が抑制され、３８０〜７６０ｎｍの波長の光（可
視光）に対する高い直線透過率（７０％以上）を備える
。このため、この発光管１Ａを用いた高圧放電灯により
透過輝度が改善される。

【００５０】更に、従来のようにスピネル相等の粒界相
が存在しないことから、放電用金属蒸気成分（イオン）
による粒界への侵食（腐食）が抑制されて、発光管外へ
の放電用金属蒸気成分のリークが薄肉であっても阻止さ
れる。このため、発光管内における放電用金属蒸気成分
の残存量が初期の封入量のまま長期間維持され、高輝度
放電灯の長寿命化を図ることができる。

【００５１】加えて、発光管１Ａの形状が両端の開口部
の側面を互いに接合させたＵ字状であるので、湾曲部に
当たる発光の中心位置から主電極の配置される開口部ま
での距離（図１（ｃ）中記号Ｌ）は短くなり点灯方向に
対してコンパクトとなる。この結果、高輝度放電灯の小
型化が可能となるので、本実施例の発光管１Ａを用いた
高輝度放電灯は、民生用の照明器具として好適である。

【００５２】以上本発明の一実施例について説明したが
、本発明はこの様な実施例になんら限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。例えば、成形時に
は厚肉の成形体とし、この成形体に焼結処理・熱間静水
圧プレス等を施した後に研削して壁面を薄肉化すること
もできる。この場合、図９に示すように、屈曲部の点灯
範囲の壁面を外側に湾曲した壁面とすれば、発光管から
の点灯状態は、凸レンズを経て照射されたような状態と
することができる。

【００５３】また、図１０（ａ）に示すように、断面が
４角形の管状体がその中央で接合したような発光管１Ｂ
とすることもできる。このような角型の形状とすれば、
すわりがよくなるので、砥石等による研削研磨加工が容
易となる。同時に、発光管１Ｂの図中上下の側面を研削
すれば、この側面に生じていた凹部のくびれ程度が小さ
くなるので、放電開始時及び放電中における熱応力など
による発光管の破壊が起こりにくくなるという利点があ
る。また、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、屈曲部
の点灯範囲の壁面を外側或いは内側に湾曲した壁面に容
易に研削成形することができ、発光管からの光の照射状
態は、凸レンズ或いは凹レンズを経て照射されたような
状態とすることができる。

【００５４】更に、図１１に示すように、電極が発光管
内に存在する範囲の開口部側面だけが互いに接合し、そ
の他の範囲はループ状となるような形状の発光管１Ｃと
してもよいことは勿論である。この発光管１Ｃによれば
、主電極を保持する開口部とこの開口部に対向する発光
位置との間の距離（図中記号Ｌ）、即ち発光管高さを低
くしても発光管内容積を増加させることができる。この
ため、放電用金属成分をより多く封入でき、コンパクト
でありながら輝度を増加させることができる。また、当
然に、点灯方向に対する高輝度放電灯の小型化が可能で
ある。

【００５５】このような形状の他に、両端の開口部以外
は図１１に示すようなループ状となるような形状であり
ながら、図１２の斜視図に示すように、互いに接合した
開口部と上記ループ状部との連結部分で屈曲した形状の
発光管１Ｄとすることもできる。この発光管１Ｄによれ
ば、図中記号Ｌで表わす発光管高さがより低くなるので
、発光管、延いては高輝度放電灯を点灯方向に対して一
層小型にすることができる。

【００５６】また、図１３に示すように、管路が２ヶ所
で変曲し開口部の接合部と対向する直線管路を備えた略
三角形の発光管１Ｅとすれば、上記発光管１Ｄと同様に
、図中記号Ｌで表わす発光管高さがより低くなり、発光
管、延いては高輝度放電灯を一層小型にすることができ
る。

【００５７】或いは、直線管路の両端に開口部を有する
単純な円筒体の発光管（図示せず）であれば、射出成形
して焼結前の成形体を作製し、この成形体に焼結・熱間
静水圧プレスを施し、本発明にかかる発光管を作製する
こともできる。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の高輝度放電
灯用発光管は、平均粒径が１μｍ以下で最大粒径が２μ
ｍ以下の高純度の透光性アルミナからなる高輝度放電灯
用発光管である。この結果、本発明の高輝度放電灯用発
光管によれば、常温から放電時温度に亘って機械的強度
が従来のものより改善されるので、発光管の肉厚を従来
のものに比べて約１／３の０．２ｍｍ以下にまで薄くす
ることができる。

【００５９】また、スピネル相などの粒界相をほとんど
形成しないとともに、光の散乱因子となる結晶粒子内部
の結晶子界面を微小粒径に基づいて少なくしたことに起
因して、光が発光管壁面を透過する間における光の散乱
を抑制し、３８０〜７６０ｎｍの波長の光（可視光）に
対する高い直線透過率を備える。このため、高輝度放電
灯用発光管から透過される光量が従来に比べて増加し、
この高輝度放電灯用発光管を用いた高圧放電灯における
輝度を向上させることができる。つまり、高輝度放電灯
用発光管に光を入射した場合における高輝度放電灯用発
光管の透過光の光量が、光の散乱を抑制することによっ
て、高輝度放電灯用発光管への入射光の光量とほぼ等し
くなるのである。加えて、薄肉化によって輝度をさらに
向上させることができる。

【００６０】また、その形状を両端の開口部の側面が互
いに接合した形状としたので、両開口部を結ぶ管路の中
間位置に当たる発光位置から主電極の配置される開口部
までの距離は短くなり、点灯方向に対してコンパクトと
なる。この結果、本発明の高輝度放電灯用発光管を用い
た高輝度放電灯自体の小型化が可能となるので、この高
輝度放電灯は、民生用の照明器具として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の発光管１Ａの形状を説明するための説
明図。

【図２】発光管１Ａの製造工程を説明するための工程図
。

【図３】発光管１Ａの製造に用いる合わせ型１０の斜視
図。

【図４】合わせ型１０における型の製造過程を説明する
ための説明図。

【図５】発光管１Ａの製造工程を説明するための説明図
。

【図６】発光管１Ａの製造工程を説明するための説明図
。

【図７】発光管１Ａを構成する透光性アルミナの粒径分
布を表わすグラフ。

【図８】発光管１Ａの開口端部に固着される封止部材４
の斜視図。

【図９】実施例の発光管１Ａの変形例を説明するための
説明図。

【図１０】他の実施例における発光管１Ｂを説明するた
めの説明図。

【図１１】他の実施例における発光管１Ｃを説明するた
めの説明図。

【図１２】他の実施例における発光管１Ｄを説明するた
めの説明図。

【図１３】他の実施例における発光管１Ｅを説明するた
めの説明図。

【符号の説明】

１Ａ　　発光管１０　　合わせ型１１ａ，１１ｂ　　型１３　　スラリー注入空間１７　　円筒体ＳＡ　　アルミナ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　透光性セラミックからなる高輝度放電
灯用発光管であって、前記透光性セラミックは、９９．
９９ｍｏｌ％以上の高純度アルミナ微粉末を焼結した透
光性アルミナであり、該透光性アルミナの結晶粒子の平
均粒径が１μｍ以下で、最大粒径が２μｍ以下であるこ
とを特徴とする高輝度放電灯用発光管。
【請求項２】　　主電極が配置される開口部を両端に備
えた請求項１記載の高輝度放電灯用発光管であって、前
記両端の開口部の側面が互いに接合していることを特徴
とする高輝度放電灯用発光管。
【請求項３】　　主電極を両端の開口部に配置して封止
するとともに、発光に必要な金属成分を管内に封入した
請求項２記載の高輝度放電灯用発光管。