JPH04370648A - 高輝度放電灯用発光管とその製造方法 - Google Patents

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、高輝度放電灯用の発光
管とその製造方法に関する。

【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、アルミナ等を焼結助剤と
ともに焼結して結晶粒子を粗大化させた透光性セラミッ
クから作製されている。そして、一般に、図１７に示す
ように、発光管５０は、一対の主電極を封止して保持す
るための二つの電極保持穴５１，５２を備えた円筒体で
ある。この各電極保持穴には、主電極５４，５５を焼結
固定したセラミックの封止部材５６，５７が固着される
。つまり、発光管５０は、封止部材を介して主電極を保
持している。

【０００３】また、発光管５０の内部には、始動用希ガ
スの他に、発光管が用いられる高輝度放電灯に応じた放
電用金属成分、例えば高圧水銀灯であれば水銀が、メタ
ルハライドランプであればナトリウム等のアルカリ金属
などのハロゲン化物等が、数十Ｔｏｒｒの内圧で封入さ
れている。

【０００４】この放電用金属成分の封入に当たっては、
封止部材５６，５７の一方を予め発光管５０に固定し、
その後、固体の放電用金属成分を管内に入れて所定内圧
を保ちつつ他方の封止部材を発光管５０に固定する。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。そして、各封止部材の固定に当たっては、
各電極保持穴周囲の端面とこれに対向する封止部材の固
着面との隙間に所定の封止材を充填し、この封止材を局
部加熱して溶融し、その後、冷却・固化させる。固化後
の封止材は、発光管の内部と外部との間に介在すること
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、発光管が点灯
状況にあると、管壁温度は９００℃にも達し、それとと
もに内圧も上昇する。また、さらに高輝度を得るために
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、このような高温高圧の環境下では、放電
用金属成分として封入されていたアルカリ金属などのハ
ロゲン化物（例えばＮａＩ）が遊離してイオンとなり、
次のような不具合が生じることがある。

【０００６】即ち、発光管５０の電極保持穴周囲の端面
と封止部材の固着面との隙間に充填されて固化した封止
材は、焼結して作製された透光性セラミックよりも耐蝕
性が劣るため、上記金属イオンにより優先的に腐食され
る。この結果、固化した封止材にやがてクラックが発生
して管内の放電金属成分が管外に漏洩してしまい、発光
管の寿命が１０００時間を下回る短時間の内に尽きてし
まう。つまり、発光管の信頼性が低い。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、信頼性が高くて長寿命な発光管と、特定の透光性
アルミナから発光管を製造する簡便な製造方法とを提供
することを目的とする。

【０００８】

【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、一対の主電極を封止して
保持するための二つの電極保持穴を備え、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、前記電極
保持穴の少なくとも一方は、当該電極保持穴に充填され
て所定処理後に固化する封止材により主電極を直接保持
しうる小径の電極保持穴であることをその要旨とする。

【０００９】ここで、透光性セラミックとしては、発光
管としての実用的な直線透過率（３８０〜７６０ｎｍの
波長の光に対する直線透過率）を備えるものであればよ
い。例えば、アルミナ，マグネシア，ジルコニア，イッ
トリアといった酸化物や窒化アルミニウムなどの窒化物
等を主成分としこれに異常粒成長を抑制し更に焼結を促
進させる化合物（焼結助剤等）を複合添加して焼結した
透光性セラミックの他、高純度（９９．９９ｍｏｌ％）
のアルミナを焼結させた微小粒径の透光性アルミナ等を
例示することができる。

【００１０】そして、このような高輝度放電灯用発光管
を高純度（９９．９９ｍｏｌ％）のアルミナから製造す
るに際して本発明の採用した手順は、主電極を直接保持
する小径の電極保持穴を一端に備え、主電極を固定した
封止部材を介して主電極を保持する大径の電極保持穴を
他端に備えた筒状の高輝度放電灯用発光管を製造する方
法であって、９９．９９ｍｏｌ％以上の高純度アルミナ
微粉末に有機バインダーを加えてコンパウンドを調製す
る工程と、金型のキャビティ内に当該キャビティの内面
から所定間隙を保って位置する柱状の成形部と該成形部
先端に延長して設けられてキャビティ外に突出する小径
突出部とを有する成形ピンが、前記キャビティにセット
された状態で、前記コンパウンドを射出して筒状の成形
体を成形する工程と、該成形体を不活性ガス雰囲気中で
加熱処理して、成形体における有機バインダーを熱分解
する初期熱処理工程と、該初期熱処理を経た成形体を、
１２００〜１３００℃の温度で焼結する後段熱処理工程
と、該焼結された成形体に、処理温度が１２００〜１２
５０℃で処理圧力が１０００〜２０００ａｔｍの条件下
で熱間静水圧プレスをかける工程とを備えることをその
要旨とする。

【００１１】ここで、初期熱処理における加熱温度の上
限は、高純度アルミナ微粉末に加えられる有機バインダ
ーの熱分解温度や使用する熱処理炉の能力などに応じて
適宜決定すればよく、有機バインダーが熱分解するに足
りる温度であればよい。また、後段熱処理時の焼結を１
２００〜１３００℃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。

【００１２】更に、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１０００ａ
ｔｍ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、
２０００ａｔｍ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。

【００１３】また、熱間静水圧プレスをかけるに当たっ
ては、不活性雰囲気或いは２０ｖｏｌ％以下の酸素を含
有する不活性ガス雰囲気中で行なう。

【００１４】

【作用】上記構成を有する高輝度放電灯用発光管は、一
対の主電極を封止して保持するための二つの電極保持穴
の少なくとも一方を、この電極保持穴に充填され所定処
理後に固化する封止材により主電極を直接保持しうる小
径の電極保持穴とする。従って、高輝度放電灯用発光管
においては、この小径の電極保持穴に主電極を保持する
に当たって、所定の封止材がこの小径の電極保持穴自体
に直接僅かな量だけ充填され、主電極は高輝度放電灯用
発光管に封止・固定される。

【００１５】この結果、発光管の内部と外部との間に介
在し発光管内における放電用金属蒸気成分（イオン）に
高温高圧下で晒される封止材の領域が少なくなるので、
放電用金属蒸気成分（イオン）によって封止材が腐食さ
れた結果発生するクラックの発生頻度が低下する。この
ため、クラックから管外へ漏洩する放電用金属成分の漏
洩率も低下する。

【００１６】また、上記した製造方法は、金型のキャビ
ティに成形ピンをセットした状態で調製後のコンパウン
ドを射出することにより、小径の電極保持穴になる穴を
一端に備え、大径の電極保持穴になる穴を他端に備えた
筒状の成形体を形成する。この際、小径の電極保持穴に
なる穴は、キャビティ外に突出する成形ピンの小径突出
部によって形成され、大径の電極保持穴になる穴は、キ
ャビティ内にの柱状の成形部によって形成される。

【００１７】そして、この成形体が不活性ガス雰囲気中
で初期熱処理されることにより、コンパウンド調製時に
配合された有機バインダーは熱分解されて炭化する。次
いで施される後段熱処理の際に、初期熱処理時に変成し
た炭化物は焼結体から燃焼除去される。その後、熱間静
水圧プレスをかけることにより等方的な圧力を受けつつ
上記焼結体が熱処理されて透光性が発現し、小径の電極
保持穴を一端に大径の電極保持穴を他端に備えた筒状の
高輝度放電灯用発光管が完成する。

【００１８】こうして完成した透光性アルミナからなる
発光管は、アルミナをＭｇＯ等の焼結助剤とともに焼結
して結晶粒子を粗大化させた一般的な透光性セラミック
に比べて、微小な結晶粒径を備えることになる。

【００１９】このようにして高純度アルミナから作製さ
れた高輝度放電灯用発光管が、上記一般的な透光性セラ
ミックとは異なる微小結晶粒径を備えながら透光性を有
する根拠は、次のように考えられる。

【００２０】まず第１に、不純物として混入したＭｇＯ
等の酸化物が、アルミナ粉末中にごく僅か（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、粒界相をほとんど形成
しない。このため、一般の透光性アルミナでは光の散乱
因子として作用していた粒界相による影響が排除されて
、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。

【００２１】更に、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。

【００２２】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。

【００２３】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。このた
め、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、光の散乱因
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。

【００２４】

【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。

【００２５】まず、発光管の原料となるアルミナ微粉末
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・カーボナイト・ハイドロオキ
サイト（ＮＨ４ＡｌＣＯ３（ＯＨ）２　）等を例示する
ことができる。

【００２６】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。

【００２７】次に、図１に示すように両端に大径の電極
保持穴１ａ及び小径の電極保持穴１ｂと封止材溜まり１
ｃを備えた円筒状の発光管１Ｆの製造工程について、図
２の工程図を用いて説明する。まず、上記のように合成
したアルミナ微粉末（２次凝集体）に、アクリル系熱可
塑性樹脂を主体とした有機バインダーを配合し、これを
有機溶媒（ベンゼン）を使ってプラスチック（ナイロン
）ボールミルにて約２４時間に亘って湿式混合し、有機
バインダーとアルミナ微粉末を十分に濡らす。さらに、
蒸留乾燥して溶媒を取り除き、所望粘度（５０，０００
〜１５０，０００　ｃｐｓ）のコンパウンドを混練調製
する（工程１）。

【００２８】なお、上記有機バインダーは、アクリル系
熱可塑性樹脂とパラフィンワックスとアタクティックポ
リプロピレンとの混合物である。そして、アルミナ微粉
末１００ｇに対するこれら有機バインダーの配合量は、
総量で２５ｇである。

【００２９】上記有機バインダーにおける各成分は、次
のように配合されており、各成分の合計が上記有機バイ
ンダーの総量（２５ｇ）となる。 アクリル系熱可塑性樹脂　　　　　　２０〜２３ｇ（好
ましくは２１．５ｇ） パラフィンワックス　　　　　　　　　　３ｇ以下（好
ましくは２．０ｇ） アタクティックポリプロピレン　　　　２ｇ以下（好ま
しくは１．５ｇ）

【００３０】なお、コンパウンドの調製時の蒸留乾燥に
当たっては、１３０℃で２４時間蒸留乾燥させ、その後
、アルミナ製のロールミルを用いて加熱混練（１３０℃
）を行なって所望粘度のコンパウンドを得る。

【００３１】その後、図３に示す金型装置１００を用い
て射出成形する（工程２）ことにより、成形体を得る。 なお、この成形体及び射出成形工程（工程２）について
の説明は、金型装置１００の構成の説明に引き続いて行
なうこととする。

【００３２】図３に示すように、この金型装置１００は
、図示しないフレーム等に固定された上型１０１と、昇
降自在な基台１０３に設置されこの基台１０３とともに
昇降する下型１０５とを備える。上型１０１の上面には
、図示しない射出機のノズル１０７が嵌り込む凹部１０
９が形成されており、この凹部１０９の底部からは、ノ
ズル１０７の射出孔と連通するスプルー１１１が下方に
向けて形成されている。また、この上型１０１には、ス
プルー１１１と平行にキャビティ１１２が形成されてい
る。

【００３３】スプルー１１１及びキャビティ１１２の周
辺を拡大した図４にその詳細を示すように、上型１０１
と下型１０５との合わせ部には、スプルー１１１とキャ
ビティ１１２とを連通するランナ１１３、リングゲート
１１５及びフィルムゲート１１７が形成されている。ラ
ンナ１１３は、図５に示すように、スプルー１１１の下
端から両側に分岐した上流分岐ランナ１１３ａと、更に
その下流で両側に分岐してそれぞれリングゲート１１５
に到る下流分岐ランナ１１３ｂとから構成されている。 なお、各下流分岐ランナ１１３ｂは、リングゲート１１
５を等分割するよう形成されている。

【００３４】従って、ノズル１０７からスプルー１１１
に注入されたコンパウンドは、上流分岐ランナ１１３ａ
及び下流分岐ランナ１１３ｂを経て、四方からリングゲ
ート１１５，フィルムゲート１１７に均一に流入し、そ
の後、キャビティ１１２に到る。

【００３５】図４に示すように、キャビティ１１２に入
り込み成形体の形状を決定する成形ピン１１９は、後述
する型締め時においてキャビティ１１２内に位置する成
形部１２０を備える。更に、この成形部１２０の先端に
は、上型１０１の中心穴１２１に入り込み電極保持穴１
ｂ（図１参照）を形成する小径部１２３を備え、成形部
１２０の後端には、その大部分が下型１０５内に入り込
んだ大径部１２５と、大径部１２５に連続した雄螺子１
２７とを備える。そして、この雄螺子１２７を下型１０
５に螺刻されたネジ穴１２９と螺合させることにより、
成形ピン１１９は、下型１０５と一体化されており、ス
トリッパプレート１３０を介してキャビティ１１２の中
心に臨んでいる。なお、中心穴１２１は、その径が成形
ピン１１９先端の小径部１２３よりごく僅かだけ大きく
設定されているので、射出成形時におけるキャビティ内
のエアー抜きを行なう。また、中心穴１２１のキャビテ
ィ１１２側端部には、キャビティ内に突出した円錐状の
突起１２１ａが形成されている。この突起１２１ａによ
り、封止材溜まり１ｃが後述の射出成形時に形成される
。

【００３６】ストリッパプレート１３０の中央下面には
、下方向に向かって広がるテーパ孔１３１が形成されて
おり、成形ピン１１９の大径部１２５には、このテーパ
孔１３１に適合するテーパ面を有するガイド部材１３３
が外嵌されている。このため、成形ピン１１９は、型締
め時に芯出しされながらキャビティ１１２内にその中心
軸に沿って入り込むことになり、成形部１２０がキャビ
ティ１１２の中央に位置する。

【００３７】上記成形部１２０とキャビティ１１２との
間隙は、後述するようにコンパウンドが射出される射出
空間ＳＫであり、成形体を焼結した際の体積収縮や所望
する焼結体の肉厚等を考慮して、予め実験等により定め
られている。本実施例におけるこの間隙は、焼結前の成
形体肉厚が約０．３６ｍｍとなるよう調整されている。 なお、焼結前の成形体内径は約４．８５ｍｍである。

【００３８】また、成形部１２０と大径部１２５との連
結部には、大径部１２５側で小径となるテーパ部１３５
が形成されている。このため、成形後にはこのテーパ部
１３５により成形体は成形ピン１１９に保持されるので
、成形体をキャビティ１１２から容易に離型することが
できる。

【００３９】次に、下型１０５の昇降機構について説明
する。図３に示すように、下型１０５と、その下面に位
置する第１の可動プレート１３７とは、この両部材間隔
を広げるよう付勢された第１のスプリング１３９を介在
させてボルト１４１により連結されている。このため、
第１の可動プレート１３７は、ボルト１４１の頭部によ
り落下を防止されているとともに、第１のスプリング１
３９により常時下方に付勢されている。

【００４０】また、この第１の可動プレート１３７とス
トリッパプレート１３０とは、ロッド１４３により固定
されている。更に、第１の可動プレート１３７と、その
下方に位置する第２の可動プレート１４５とは、下型１
０５と第１の可動プレート１３７との間の第１のスプリ
ング１３９よりも弾発力の大きな第２のスプリング１４
７を介在させてボルト１４９により連結されている。

【００４１】そして、この第２の可動プレート１４５に
は、第１の可動プレート１３７を貫通してその先端を既
述したスプルー１１１，ランナ１１３，リングゲート１
１５及びフィルムゲート１１７の所定箇所に臨ませたエ
ジェクタピン１５１が立設されている。また、第２の可
動プレート１４５には、第１の可動プレート１３７及び
下型１０５を貫通してその先端面を上型１０１の下面に
臨ませた緩衝ロッド１５３が立設されており、緩衝ロッ
ド１５３には、下型１０５と第１の可動プレート１３７
との間隔を広げるよう付勢された第３のスプリング１５
５が装着されている。

【００４２】更に、図３のＡ方向からの矢視図である図
６に示すように、前記第２の可動プレート１４５の両端
には門型フレーム１５７が固定されており、上型１０１
の下面には、この門型フレーム１５７の上部部材１５８
を貫通するストッパボルト１５９が固定されている。従
って、下型１０５は、ストッパボルト１５９の頭部が上
記門型フレーム１５７の上部部材１５８下面に当接する
まで、基台１０３の降下に伴って降下する。

【００４３】次に、上記した構成の金型装置１００を用
いて成形体を作製する射出成形工程（工程２）について
、金型装置１００の動作の説明を加えつつ詳細に説明す
る。まず、下型１０５を基台１０３とともに上昇させて
、金型装置１００を図７に示す型締め状態とする。これ
に伴って、図４，図７に示すように、成形ピン１１９は
、先端の小径部１２３が上型１０１の中心穴１２１に入
り込んだ状態でキャビティ１１２の中心軸に沿って位置
することになり、成形ピン１１９とキャビティ１１２と
の間に射出空間ＳＫが形成される。

【００４４】この型締め状態で、工程１によって得た均
一なコンパウンドを、９００〜１８００ｋｇ／ｃｍ２　
の射出圧力で射出機のノズル１０７から射出する。なお
、コンパウンドは、その射出に際して、１３０〜２００
℃（好ましくは１８０℃）に予め加熱されている。こう
してノズル１０７から射出されたコンパウンドは、スプ
ルー１１１，ランナ１１３（上流分岐ランナ１１３ａと
下流分岐ランナ１１３ｂ），リングゲート１１５及びフ
ィルムゲート１１７を経て、キャビティ１１２と成形ピ
ン１１９との間の射出空間ＳＫに四方から充填される（
図５参照）。

【００４５】その後、所定の条件下で保圧状態を維持し
（１８０〜８００ｋｇ／ｃｍ２　の保圧圧力を０．５〜
５秒間継続する）、その間に射出空間ＳＫ内でコンパウ
ンドを固化させ、成形体Ｗ０　を形成する（図７）。こ
うして得られる成形体Ｗ０　は、０．９９以上の転写性
（成形体の寸法／金型の寸法）で形成されており、０．
９９以上の真円度と０．９９以上の収縮率（径方向／軸
方向）とを備える。なお、この成形体Ｗ０　は、ランナ
１１３やリングゲート１１５及びフィルムゲート１１７
内で固化したものと一体のものである。

【００４６】上記した射出成形工程（工程２）の実施後
には、基台１０３を降下させることにより、次のように
して成形体Ｗ０　を金型装置１００から取り出す（工程
３）。まず成形体Ｗ０　の取り出しの第１段階として、
図８に示すように、成形体Ｗ０をキャビティ１１２から
引き抜く。即ち、下型１０５と第１及び第２の可動プレ
ート１３７，１４５と成形ピン１１９とは基台１０３と
一体となって降下し、更には、成形ピン１１９のテーパ
部１３５が成形体Ｗ０　にアンダーカット部を形成する
ため、図８に示すように成形体Ｗ０　は成形ピン１１９
に保持されてキャビティ１１２から引き抜かれる。

【００４７】その後、第２段階として、成形体Ｗ０　か
らの成形ピン１１９の引き抜きと、金型装置１００から
の成形体Ｗ０　の離型とを行なう。

【００４８】つまり、下型１０５等を基台１０３と一体
となって引き続き降下させ、門型フレーム１５７の上部
部材１５８下面にストッパボルト１５９の頭部が当接す
ると、その時点で第２の可動プレート１４５が停止する
。こうして第２の可動プレート１４５が停止すると、第
１のスプリング１３９よりも弾発力の大きな第２のスプ
リング１４７の付勢力が第１の可動プレート１３７に上
向きに作用するため、この第１の可動プレート１３７の
降下に制動がかかる。従って、図９に示すようにロッド
１４３によりストリッパプレート１３０が下型１０５に
対して上昇し、下型１０５と一体の成形ピン１１９が成
形体Ｗ０　から引き抜かれる。

【００４９】その後、更に基台１０３とともに下型１０
５を降下させ、下型１０５の下面が第１の可動プレート
１３７の上面に当たると、第１の可動プレート１３７が
押し上げられ、また下型１０５が第２の可動プレート１
４５に相対的に接近する。このため、図１０に示すよう
に、エジェクタピン１５１が上昇して、成形体Ｗ０　は
ストリッパプレート１３０の上面から持ち上げられる。 こうして離脱された成形体Ｗ０　を金型装置１００から
取り出す。取り出された成形体Ｗ０　を図１１に示す。

【００５０】次に、離型されたこの成形体Ｗ０　を、図
１１に一点鎖線で示すように、ランナ１１３とリングゲ
ート１１５の連結部付近の切断線Ｘに沿って切断して、
後述の発光管となる発光管焼結部Ｈ１　と、スプルー１
１１，ランナ１１３，リングゲート１１５及びフィルム
ゲート１１７の部分で成形された不要焼結部Ｈ２　とに
分離し、不要焼結部Ｈ２　を除去する（工程４）。

【００５１】その後、窒素雰囲気中で、アクリル系熱可
塑性樹脂等の有機バインダーが熱分解して完全に炭化す
る温度まで加熱する初期熱処理を発光管焼結部Ｈ１　に
施し、発光管焼結部Ｈ１　を脱脂する（工程５）。この
初期熱処理における具体的な加熱上限温度は、使用する
熱処理炉の能力や有機バインダーの熱分解温度に応じて
決定すればよく、本実施例では室温（２０℃）から４５
０℃まで７２時間かけて昇温した。その他の処理条件は
以下の通りである。なお、４５０℃までの昇温の間は、
一定圧力を維持した。 処理圧力　　　　　　　　　　１〜８ｋｇ／ｃｍ２　（
最適圧力８ｋｇ／ｃｍ２　） ２０℃から４５０℃まで昇温させる時間　　　　　　　
　　　７２時間以下 つまり、初期熱処理を行なうことによって、コンパウン
ド調製時に配合されたアクリル系熱可塑性樹脂，パラフ
ィンワックス，アタクティックポリプロピレン等の有機
バインダーを熱分解して炭化させ、発光管焼結部Ｈ１　
を脱脂する。

【００５２】次いで、この初期熱処理を経て脱脂した発
光管焼結部Ｈ１　に、大気中で以下の条件に従った後段
熱処理を施し、発光管焼結部Ｈ１　（脱脂体）を焼結す
る（工程６）。こうして焼結体Ｗが得られる。この際、
１００℃／時間で昇温した。 処理温度　　　　　　　　１２００〜１３００℃（最適
温度１２３５℃） 上記処理温度での保持時間　　　　　　０〜４時間（最
適時間２時間）

【００５３】上記初期熱処理及び後段熱処理を施して脱
脂後に焼結することにより、その体積収縮は焼結前の成
形体の８２．５％となり、焼結後の充填率はほぼ１００
％（嵩密度３．９７６）となる。また、この後段熱処理
の完了までに、前記初期熱処理時に変成した炭化物は焼
結体Ｗから完全に燃焼除去される。

【００５４】その後、この焼結体Ｗに、アルゴン雰囲気
中、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Ｗに透光性が発現する。 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）

【００５５】引き続いて、図１２（ａ），（ｂ）に示す
ように、ダイヤモンド研削砥石１６１によって焼結体Ｗ
の端面に研削研磨を施し、開口度の大きい側に後述する
封止部材の着座面を形成する（工程８）。

【００５６】この工程８を経ると、図１２（ｂ）に示す
ように、その両端に電極保持穴１ａ，１ｂを備えた発光
管１Ｆが作製される。この発光管１Ｆは、発光領域の内
径ｄが約４．０ｍｍであり、肉厚が約０．３ｍｍであり
、またその全長が約４０ｍｍであり、次のような物性を
備える。なお、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による組織
観察の結果、光の散乱源となる粒界相や結晶粒子内部の
空隙並びに格子欠陥等の存在は認められなかった。また
、小径の電極保持穴１ｂの直径は約１ｍｍ以下である。 可視光（波長３８０〜７６０ｎｍ）に対する直線透過率
：　　７０％以上 ５００ｎｍの波長の光に対する直線透過率：８２％（肉
厚：０．５ｍｍ） 結晶粒子の平均粒径：　　約０．７μｍ（最大粒径約１
．４μｍ） 機械的強度（ＪＩＳ　　Ｒ１６０１） 曲げ強度　　Ｓｔ （室温）＝９８ｋｇ／　ｃｍ２ （９００℃）＝８１ｋｇ／ｃｍ２ ワイブル係数 （室温）＝９．３ （９００℃）＝８．１

【００５７】粒径や強度の測定には、上記本実施例の発
光管１Ｆの代替え品として別途作製した試料（形状，厚
み等についてはＪＩＳ　　Ｒ１６０１に準ずる）を用い
た。なお、試料の作製に当たっては、上記した工程にお
ける諸条件に従った。

【００５８】粒径の算出は、形状，厚み等がＪＩＳ　　
Ｒ１６０１に準ずるよう別途作製した上記試料の表面を
ダイヤモンド砥粒にてラップし、更に溶融した水酸化カ
リウムで粒界エッチングを施した後、走査型電子顕微鏡
により試料表面を観察し、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１３に示す。

【００５９】直線透過率の測定については、別途作製し
た上記試料を０．５ｍｍ厚とし両面をラップ仕上げした
後、ダブルビーム分光光度計により求めた。

【００６０】こうして得られた発光管１Ｆの内外表面を
、０．５μｍの粒径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９）。この表面研磨により、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、直線
透過率が改善される。

【００６１】そして、図１２（ｃ）に示すように、この
発光管１Ｆの電極保持穴１ｂに主電極コイル２を管内側
から差し入れてセットし、この電極保持穴１ｂとテーパ
状の封止材溜まり１ｃとに所定の封止材を充填して、主
電極コイル２を固着する。その後、こうして片側が封止
された発光管１Ｆ内に所定の始動用希ガス金属及び所望
の色で発光する放電用物質（Ｓｎ系，Ｎａ−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１４に示すように、
主電極コイル３を焼結固定したセラミックの封止部材４
を発光管１Ｆの開口端に所定の封止材にて固着する。な
お、主電極コイル２，３間の距離は、約３０ｍｍである
。また、上記放電用物質の封入に際しては、発光管の内
圧が数十Ｔｏｒｒになるようアルゴン等の始動用希ガス
により調整される。

【００６２】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、発光管の表面改質のために
ＣｕＯ又はＮｉＯを含有したアルミナ系のサーメットや
、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。そして、上記ソルダーガラス製の封止部材４及び封
止材を使用した場合には、封止材は、所定温度（約１３
７０℃）に局部加熱されて溶融し、冷却後に固化して発
光管１Ｆ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１Ｆ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。

【００６３】放電用物質としてＨｇ−ＮａＩ（０．１１
ｇ）を封入した本実施例の発光管に１００Ｖの電圧（４
６Ｗ）を印加し点灯させたところ、１８３，０００　ｎ
ｔの輝度で４，０００　時間の長期に亘って点灯を継続
してもなんら発光管に異常は見られなかった。また、放
電用物質としてＨｇ−ＴｌＩ−ＩｎＩ３　（０．１３ｇ
）を封入した発光管にあっては、２４０，０００　ｎｔ
の輝度で３，０００　時間の長期に亘って点灯を継続し
てもなんら発光管に異常は見られなかった。つまり、腐
食性の高い放電用金属成分であるこれらＨｇ−ＮａＩや
Ｈｇ−ＴｌＩ−ＩｎＩ３　を封入した場合であっても、
上記した長期間に亘って点灯を継続しても異常は見られ
ないのである。

【００６４】以上説明したように、本実施例の発光管１
Ｆによれば、発光管内における放電用金属蒸気成分（イ
オン）に晒される封止材の領域を少なくすることができ
るので、放電用金属蒸気成分（イオン）による腐食によ
って封止材に発生するクラック量が減少し、発光管外へ
の放電用金属蒸気成分の漏洩が減少する。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るので、従来の発光管に比べ
て２００％以上の長寿命化を実現することができる。

【００６５】また、本実施例の発光管１Ｆは、平均粒径
が約０．７μｍで最大粒径が約１．４μｍの微細な結晶
粒子からなる透光性アルミナであるとともに、粒界相を
形成しないので、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、ＭｇＯ等の焼結助
剤とともに焼結して結晶粒子を粗大化させた一般的な透
光性セラミックの発光管よりも向上する。この結果、本
実施例の発光管１Ｆによれば、上記した長寿命化に加え
て薄肉化を図ることができる。そして、薄肉化すれば、
発光管自体の熱容量が減少するため発光管が速やかに所
定温度まで昇温するので、放電用金属成分が蒸発して飽
和蒸気圧となって点灯が安定するまでの始動時間の短縮
化を図ることができる。

【００６６】更に、粒界相を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１Ｆの
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７０％以上の
高い直線透過率（５００ｎｍの波長の光に対する直線透
過率：８２％，厚さ：０．５ｍｍ）を備える。このため
、この発光管１Ｆを用いた高圧放電灯における輝度が向
上する。

【００６７】加えて、従来のように粒界相が存在しない
ので、放電用金属蒸気成分（イオン）による粒界への侵
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。つまり、薄肉であっ
ても、封止材部分における放電用金属蒸気成分の漏洩低
減とともに、発光管壁面からの放電用金属蒸気成分の漏
洩も阻止されるので、より高輝度放電灯の長寿命化を図
ることができる。

【００６８】また、上記した実施例による発光管の製造
方法によれば、既述したように微小な結晶粒径からなる
透光性アルミナの発光管であって、一方の電極保持穴を
小径にした筒状の発光管を、高純度のアルミナから容易
に且つ均一に製造することができる。

【００６９】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。

【００７０】例えば、両端に大径の電極保持穴１ａ及び
小径の電極保持穴１ｂと封止材溜まり１ｃを備えた円筒
状の発光管１Ｇを、図１５に示すような形状とすること
もできる。この発光管１Ｇは、小径の電極保持穴１ｂの
周囲に環状の窪み１ｄを備える。このため、一対の主電
極を封止するとともに所定の放電用物質のアマルガムを
封入した後には、この窪み１ｄをアマルガムの溜まり部
とすることができる。上記形状の発光管１Ｇを射出成形
する際のキャビティ１１２及び成形ピン１１９は、図１
６に示すようになる。即ち、キャビティ１１２は、スト
レートなキャビティであり、成形ピン１１９は、円柱状
の成形部１２０とその先端の小径部１２３とを備え、上
記窪み１ｄを形成するための環状の凸部１２３ａが小径
部１２３の周囲に形成されるよう、小径部１２３の基部
には、環状の凹部１２３ｂを有する。そして、図示する
型締めの状態でコンパウンドを射出して成形体を成形す
る。その後は、上記した発光管１Ｆと同一の工程を経て
発光管１Ｇを得る。

【００７１】また、一対の主電極を封止して保持するた
めの電極保持穴の一方が封止材を介在させて主電極を直
接保持する小径の電極保持穴である発光管が、上記した
高純度アルミナからではなく、アルミナ等の酸化物に異
常粒成長を抑制するＭｇＯ等の化合物を添加して焼結し
た周知の透光性セラミックから構成されてもよいことは
勿論である。

【００７２】このような透光性セラミックであれば、有
機バインダーを用いて所定形状に適宜な方法で成形した
成形体を周知な焼結条件で焼結することにより、結晶粒
子を粗大化させて透光性を発現させて、発光管を得るこ
とができる。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の高輝度放電
灯用発光管によれば、一対の主電極を管内部に保持する
ための電極保持穴の少なくとも一方を小径の穴としたの
で、この電極保持穴に充填されて所定処理後に固化する
封止材が発光管内の放電用金属蒸気成分（イオン）に晒
される領域を少なくすることができる。この結果、放電
用金属蒸気成分（イオン）によって封止材が腐食された
結果発生するクラックの発生頻度が低下する。つまり、
クラック量が減少するので、発光管外への放電用金属蒸
気成分の漏洩が減少し、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る
。このため、高輝度放電灯用発光管の寿命が長期化する
とともに、その信頼性が向上する。

【００７４】一方、本発明の製造方法によれば、高純度
のアルミナ粉末から、射出成形，焼結，熱間静水圧プレ
スを経て、微小な結晶粒子からなる透光性アルミナの高
輝度放電灯用発光管であって、小径の電極保持穴を一端
に大径の電極保持穴を他端に備える円筒状の高輝度放電
灯用発光管を容易に且つ均一に量産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の発光管１Ｆの断面図。

【図２】発光管１Ｆの製造工程を説明するための工程図
。

【図３】発光管１Ｆの製造に使用する金型装置１００の
型締め状態における概略断面図。

【図４】キャビティ１１２と成形ピン１１９とで形成さ
れるコンパウンドの射出空間ＳＫ周辺を説明するために
用いた図３の要部拡大図。

【図５】ランナ１１３の平面図。

【図６】図３のＡ方向矢視図。

【図７】キャビティ１１２における射出空間ＳＫにコン
パウンドを射出した状態を説明するための説明図。

【図８】キャビティ１１２から成形体を引き抜いた状態
を説明するための説明図。

【図９】成形ピン１１９を成形体Ｗ０　から引き抜いた
状態を説明するための説明図。

【図１０】成形体Ｗ０　をストリッパプレート１３０の
上面から持ち上げた状態を説明するための説明図。

【図１１】金型装置１００から離型した成形体Ｗ０　の
断面図。

【図１２】焼結体Ｗに施す研削加工と組立状態を説明す
るための説明図。

【図１３】発光管を構成する透光性アルミナにおける粒
径分布を表わすグラフ。

【図１４】発光管１Ｆの電極保持穴に固着される封止部
材４の斜視図。

【図１５】他の実施例の発光管１Ｇの断面図。

【図１６】発光管１Ｇを成形するためのキャビティ１１
２と成形ピン１１９の周辺の要部拡大図。

【図１７】従来の発光管の断面図。

【符号の説明】

１Ｆ　　発光管 １ａ　　電極保持穴 １ｂ　　電極保持穴 １ｃ　　封止材溜まり ２　　主電極コイル ３　　主電極コイル ４　　封止部材 １００　　金型装置 １０１　　上型 １０５　　下型 １０７　　ノズル １１９　　成形ピン １２０　　成形部 １２３　　小径部 １２５　　大径部 １３０　　ストリッパプレート １５１　　エジェクタピン Ｗ０　　　成形体 ＳＫ　　射出空間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の主電極を封止して保持するため
   の二つの電極保持穴を備え、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、前記電極保持穴の少な
   くとも一方は、当該電極保持穴に充填されて所定処理後
   に固化する封止材により主電極を直接保持しうる小径の
   電極保持穴であることを特徴とする高輝度放電灯用発光
   管。
2. 【請求項２】　　一対の主電極を前記二つの電極保持穴
   に保持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１記載の高輝度放電灯用発光管。
3. 【請求項３】　　主電極を直接保持する前記小径の電極
   保持穴を一端に備え、主電極を固定した封止部材を介し
   て主電極を保持する大径の電極保持穴を他端に備えた筒
   状の高輝度放電灯用発光管を製造する方法であって、９
   ９．９９ｍｏｌ％以上の高純度アルミナ微粉末に有機バ
   インダーを加えてコンパウンドを調製する工程と、金型
   のキャビティ内に当該キャビティの内面から所定間隙を
   保って位置する柱状の成形部と該成形部先端に延長して
   設けられてキャビティ外に突出する小径突出部とを有す
   る成形ピンが、前記キャビティにセットされた状態で、
   前記コンパウンドを射出して筒状の成形体を成形する工
   程と、該成形体を不活性ガス雰囲気中で加熱処理して、
   成形体における有機バインダーを熱分解する初期熱処理
   工程と、該初期熱処理を経た成形体を、１２００〜１３
   ００℃の温度で焼結する後段熱処理工程と、該焼結体に
   、処理温度が１２００〜１２５０℃で処理圧力が１００
   ０〜２０００ａｔｍの条件下で熱間静水圧プレスをかけ
   る工程とを備えたことを特徴とする高輝度放電灯用発光
   管の製造方法。
4. 【請求項４】　　請求項３記載の透光性セラミックから
   なる高輝度放電灯用発光管の製造方法であって、前記焼
   結体への熱間静水圧プレスは、不活性雰囲気或いは２０
   ｖｏｌ％以下の酸素を含有する不活性ガス雰囲気中で行
   なうことを特徴とする高輝度放電灯用発光管の製造方法
   。