JPH05290810A

JPH05290810A - 高輝度放電灯用発光管とその製造方法

Info

Publication number: JPH05290810A
Application number: JP4116881A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nagayama; 博之永山
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-04-08
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】高い信頼性と長寿命を備えた発光管を容易に
製造する。【構成】アルミナペーストとタングステンペーストと
を用いて、タングステンとアルミナの重量比が傾斜して
異なる複数のタングステン・アルミナ混合ペーストを調
製し、各混合ペーストを主電極３を支持したタングステ
ン製の支持シャフト４の外周に順次着肉して積層体２０
とする。積層に当たっては、タングステンの重量比が高
いものから支持シャフト４の外周に着肉する。そして、
この積層体２０を焼結して閉塞体２を得る。この閉塞体
２における熱膨張率分布は、積層体２０の各層の組成分
布に基づいて、支持シャフト４から外側に行くほどアル
ミナの熱膨張率に傾斜したものとなる。この閉塞体２を
発光管本体の開口穴に嵌合し、加熱して発光管本体に固
相接合する。

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】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、アルミナ等を焼結して作製した
透光性セラミックからなる発光管本体と、電極を電極支
持材を介して封止・固定するための閉塞体とを備える。
そして、この発光管本体の開口端に閉塞体を気密に封着
するに当たっては、発光管本体開口端の端面及び内面と
これに対向する閉塞体の固着面との間隙にガラスソルダ
を充填し、このガラスソルダを局部加熱して溶融し、そ
の後、冷却・固化する。この閉塞体としては、発光管本
体或いは電極支持材と、熱膨張係数，金属蒸気やハロゲ
ン蒸気に対する化学的安定性が同じものにすることが一
般的である。

【０００３】なお、ガラスソルダによる閉塞体の封着に
際しては、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金属ハ
ロゲン化物等が、発光管本体内に封入される。

【０００４】発光管が点灯されると、その温度は大気温
から瞬時に上昇し、安定した点灯状態では９００℃にも
達する。このため、このような著しい熱変化及び内圧変
化に起因して、発光管には高い熱応力が発生する。

【０００５】一般に、熱応力が掛かると、熱膨張率の異
なる箇所、発光管にあっては発光管本体と電極支持材と
の間に介在する閉塞体に熱応力歪が発生し、破壊に到る
ことがある。具体的には、閉塞体そのものや、その組成
の上から透光性セラミック及び閉塞体に比べて耐熱強度
が劣るガラスソルダに亀裂等が生じ、管内の放電金属成
分が管外に漏洩してしまう。この結果、安定した発光を
得る上で信頼性に欠けるとともに、ランプ寿命が制約さ
れる。

【０００６】また、温度及び内圧が上昇した高温高圧の
環境下では、放電用金属成分として封入されていた金属
ハロゲン化物（例えばＴｌＩ₃ ，ＮａＩ等）が遊離して
イオンとなり、このイオンによる腐食が進行する。

【０００７】遊離イオンによる侵食は、やはり、その組
成の上から透光性セラミック及び閉塞体に比べて耐蝕性
が劣るガラスソルダに優先的に発生する。よって、この
遊離イオンに対する耐蝕性の上からも、ガラスソルダに
亀裂等が生じ易い。

【０００８】このような不具合を解消するために、従来
から種々の技術が提案されている。例えば、特開平１−
１４３１３２には、発光管本体に相当するアルミナ外周
器の封着箇所にアルミナに近似した熱膨張率のインサー
ト材をロウ付けする技術が提案されている。また、特開
昭６３−３０８８６１には、閉塞体を中心体とその外側
の環状体とで構成し、発光管本体とこの閉塞体（中心体
及び環状体）とを固相接合する技術が提案されている。
特に、特開昭６３−３０８８６１にあっては、閉塞体を
構成する中心体と環状体の両者において、寸法や組成を
特定することが提案されている。なお、寸法を特定する
ことは、特開昭６２−２１３０６１にも提案されてい
る。そして、このような対策をすることで、管内の放電
金属成分の漏洩を抑制し、発光の信頼性の確保やランプ
寿命の長期化が図られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年では、より一層の
高輝度の発光を得てその付加価値を高めることが求めら
れており、高輝度発光を行なうために発光管温度を従来
の温度（９００℃）を超える１２００℃程度まで高める
ことが行なわれてきている。

【００１０】このような高温度になると、その分熱応力
が大きくなるため、上記従来の発光管であっても発光の
信頼性の確保や長寿命化を十分図ることはできない。ま
た、閉塞体等の寸法を特定することは、発光管形状、延
いては発光管を収納するランプ形状に制約をもたらし、
好ましくない。

【００１１】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、その簡便な製
造方法と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及び手順は、以下の通りであ
る。

【００１３】請求項１記載の高輝度放電灯用発光管は、
透光性セラミックから形成された発光管本体と、該発光
管本体内に配置される主電極を、発光管外部との導通を
確保して封止した閉塞体とを有し、前記発光管本体の開
口部に前記閉塞体を気密に固相接合してなる高輝度放電
灯用発光管であって、前記閉塞体は、前記主電極に接続
されて発光管外部への導通を確保する導通コア部を備
え、該導通コア部の外周に接触する最内周層と前記発光
管本体の開口部へ接触する最外周層との間に亘って多層
に中間層を積層して焼結した焼結体であり、前記最内周
層は、前記導通コア部成分を、容積比で少なくとも５０
％以上備えてなり、前記最外周層は、前記透光性セラミ
ック成分を、容積比で少なくとも８０％以上備えてな
り、前記最内周層と最外周層との間の各中間層は、外側
の層ほど前記透光性セラミック成分の容積比が前記最外
周層における容積比に傾斜して近づき、内側の層ほど前
記導通コア部成分の容積比が前記最内周層における容積
比に傾斜して近づいてなる組成を備えることをその要旨
とする。この場合、前記最内周層における導通コア部成
分は、焼結性を考慮すると、６０〜８０％の容積比とす
ることがより好ましい。

【００１４】そして、このような高輝度放電灯用発光管
を製造するための請求項３記載の高輝度放電灯用発光管
の製造方法は、透光性セラミックから形成された発光管
本体と、該発光管本体内に配置される主電極を、発光管
外部との導通を確保して封止した閉塞体とを有し、前記
発光管本体の開口部に前記閉塞体を気密に固相接合して
なる高輝度放電灯用発光管の製造方法であって、前記主
電極に接続されて発光管外部への導通を確保する導通コ
ア部を導電性部材から形成する工程と、該導電性部材成
分の粉末と前記透光性セラミック成分の粉末とを含み、
前記導電性部材成分が容積比で少なくとも５０％以上の
最内周層用懸濁液と、前記両成分の粉末を含み前記透光
性セラミック成分が容積比で少なくとも８０％以上の最
外周層用懸濁液と、前記両成分の粉末を含み前記透光性
セラミック成分が容積比で１００％に近似した値となる
まで前記透光性セラミック成分の容積比が増大傾斜する
とともに、前記導電性部材成分が容積比で１００％から
減少傾斜した複数の中間層用懸濁液とを調製する工程
と、前記調製した最内周層用懸濁液と各中間層用懸濁液
及び最外周層用懸濁液を用いて、未焼結の最内周層と未
焼結の各中間層及び未焼結の最外周層を、前記導電性部
材から形成された導通コア部の外周に、前記導電性部材
成分の容積比が高い順に順次積層し、未焼結積層体を形
成する工程と、該形成された未焼結積層体を、前記導通
コア部に接続された主電極が発光管本体内に位置するよ
う、前記発光管本体の開口部に配置し、該配置された未
焼結積層体を焼結する工程とを備えたことをその要旨と
する。

【００１５】ここで、発光管本体の開口部に配置された
未焼結積層体を焼結する焼結温度は、発光管本体を形成
するための透光性セラミック成分が焼結する温度であれ
ばよく、その成分により決定される。

【００１６】

【作用】請求項１に記載した高輝度放電灯用発光管は、
透光性セラミックから形成された発光管本体の開口部に
気密に固相接合される閉塞体を、導通コア部から順に、
最内周層と多層の中間層及び最外周層を積層して焼結し
た焼結体とした。しかも、これら各層の組成を、最内周
層が導通コア部成分を容積比で少なくとも５０％以上で
あり、最外周層が透光性セラミック成分を容積比で少な
くとも８０％以上であり、最内周層と最外周層との間の
各中間層が、外側の層ほど透光性セラミック成分の容積
比が最外周層における容積比に傾斜して近づき、内側の
層ほど導通コア部成分の容積比が最内周層における容積
比に傾斜して近づくものとした。

【００１７】閉塞体における上記各層においては、共通
の成分間で焼結により網目構造的に結晶が形成され、一
体化される。導通コア部や発光管本体の開口部との接合
は、表面エネルギーの減少に向かう焼結プロセスが適用
される。これを助成する意味で、ガラス分などの不純物
を微量添加することが多い。つまり、各層は、導通コア
部成分の粉末を取り囲んで透光性セラミック成分が固溶
して結晶化し、隣合う各層同志は、それぞれの層におけ
る透光性セラミック成分が各層の接合面で相互に固溶し
あって結晶化して固相接合し、一体化される。また、導
通コア部と最内周層とは、この最内周層における透光性
セラミック成分が導通コア部に接触した状態で結晶化
し、その粒界が生成したガラス質で埋められるととも
に、導通コア部成分が導通コア部と最内周層とに共通に
含まれることから、やはり固相接合して一体化される。
更に、最外周層と発光管本体とは、この最外周層におけ
る透光性セラミック成分が発光管本体に接触した状態で
結晶化し、その粒界が生成したガラス相で埋められると
ともに、透光性セラミック成分が最外周層と発光管本体
とに共通に含まれることから、やはり固相接合して一体
化される。

【００１８】このため、焼結後の閉塞体は、導通コア部
と強固に結合して主電極の封止を可能とする。更に、焼
結後の閉塞体は、最外周層と発光管本体とにおける透光
性セラミック成分の粒界でのガラス相形成等を通して、
発光管本体の開口部の気密化を可能とする。

【００１９】加えて、導通コア部から最内周層と多層の
中間層及び最外周層を経て発光管本体に到るまでの熱膨
張率の分布は、導通コア部の熱膨張率から発光管本体の
熱膨張率に到るまで傾斜した分布となる。

【００２０】請求項３に記載した高輝度放電灯用発光管
の製造方法は、透光性セラミックから形成された発光管
本体の開口部に気密に固相接合される閉塞体を焼結して
形成するに当たり、導電性部材から形成した導通コア部
に、未焼結の最内周層と未焼結の各中間層及び未焼結の
最外周層を順次積層して未焼結積層体を形成した。

【００２１】こうして積層される未焼結の最内周層と未
焼結の各中間層及び未焼結の最外周層の各層は、導電性
部材成分の粉末と透光性セラミック成分の粉末とを含み
導電性部材成分を容積比で少なくとも５０％以上に調整
された最内周層用懸濁液と、両成分の粉末を含み透光性
セラミック成分を容積比で少なくとも８０％以上に調整
された最外周層用懸濁液と、両成分の粉末を含み透光性
セラミック成分を容積比で１００％に近似した値となる
まで透光性セラミック成分の容積比を増大傾斜させると
ともに、導電性部材成分を容積比で１００％から減少傾
斜させて調整された複数の中間層用懸濁液とを用いて形
成されている。

【００２２】そして、未焼結の最内周層と未焼結の各中
間層及び未焼結の最外周層の各層を導通コア部の外周に
順次積層するに際しては、導電性部材成分の容積比が高
い順に積層して未焼結積層体を形成し、その後、この未
焼結積層体を導通コア部に接続された主電極が発光管本
体内に位置するよう発光管本体の開口部に配置し焼結し
た。

【００２３】よって、焼結後には、各層は、導通コア部
成分の粉末を取り囲んで透光性セラミック成分が固溶し
て結晶化するので、焼結後の閉塞体は、隣合う各層同志
における透光性セラミック成分の固溶・結晶化を通し
て、一体化される。また、焼結後の閉塞体は、最内周層
中の透光性セラミック成分の導通コア部に接触した状態
における粒界でのガラス相の形成、及び導通コア部成分
の共存等を通して、導通コア部と強固に結合して主電極
の封止を可能とする。更に、焼結後の閉塞体は、最外周
層と発光管本体とにおける透光性セラミック成分の粒界
におけるガラス相形成等を通して、発光管本体の開口部
の気密化を可能とする。

【００２４】加えて、導通コア部から最内周層と多層の
中間層及び最外周層を経て発光管本体に到るまでの熱膨
張率の分布を、導通コア部の熱膨張率から発光管本体の
熱膨張率に到るまで傾斜した分布とする。

【００２５】

【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。この実施例の発光管
１は、図１に示すように、筒状の発光管本体１Ｆと、大
径の開口端である電極保持穴１ａに固着された閉塞体２
と、小径の開口端である電極保持穴１ｂに固着された閉
塞体２Ａと、発光管本体１Ｆ内に配置された一対の主電
極３とを備える。一対の主電極３は、タングステンコイ
ルから作製されており、閉塞体２，２Ａを貫通するタン
グステン製の支持シャフト４を介して支持されている。
この閉塞体２と閉塞体２Ａとは、その径が異なるに過ぎ
ず、後述する製造工程を経てそれぞれ作成される。ま
た、電極保持穴１ｂ側の発光管本体端面には、始動用希
ガス金属や種々の放電用物質アマルガムを入れるための
導入細管１ｃが設けられており、その開口端はアルミナ
系のサーメットやニッケル等の金属の封止剤１ｄにて封
止されている。なお、発光管本体１Ｆ，閉塞体２の製造
工程を始めとする発光管１の製造工程や、支持シャフト
４を介した主電極３の支持等については、順次説明す
る。

【００２６】まず、発光管本体及び閉塞体の原料となる
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９９．９９ｍ
ｏｌ％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。

【００２７】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、
１０５０℃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０．２〜０．３
μｍで、純度が９９．９９ｍｏｌ％以上のアルミナ微粉
末が合成され、アルミナ微粉末の用意が完了する。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。

【００２８】一方で、アルミナ以外の閉塞体の原材料と
して、純度９９ｍｏｌ％以上で平均粒径が約０．５μｍ
のタングステン微粉末を用意する。

【００２９】これらの原材料から、発光管本体１Ｆ，閉
塞体２をそれぞれ作製する。発光管本体１Ｆは、次のよ
うにして作製される。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
（アルコール，ベンゼン等）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（50,0
00〜150,000 ｃｐｓ）のコンパウンドを混練調製する。

【００３０】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。

【００３１】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）

【００３２】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。

【００３３】その後、図示しない金型装置を用いて射出
成形することにより、図１に示した形状の成形体を形成
する。こうして形成した成形体を、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し、成形体を脱脂する。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４
５０℃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、成形体を脱脂する。

【００３４】次いで、大気中で以下の条件に従った後段
熱処理を施し、成形体（脱脂体）を焼結し、焼結体を得
る。この際、１００℃／時間で昇温した。処理温度１２００〜１３００℃（最適温度１２
３５℃）上記処理温度での保持時間０〜４時間（最適時間
２時間）

【００３５】この後段熱処理時の焼結を１２００〜１３
００℃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。

【００３６】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
結体から完全に燃焼除去される。

【００３７】その後、この焼結体に、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。
この際、２００℃／時間で昇温した。こうして、焼結体
に透光性が発現する。処理温度１２００〜１２５０℃（最適温度１
２３０℃）処理圧力１０００〜２０００ａｔｍ（最適圧
力１０００ａｔｍ）処理時間１〜４時間（最適処理
２時間）

【００３８】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１０００
ａｔｍ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。

【００３９】引き続いて、図示しないダイヤモンド研削
砥石によって焼結体の端面に研削研磨を施してエッジを
取り除き、アルミナからなる透光性の発光管本体１Ｆが
できあがる。つまり、図１に示すように、その両端に電
極保持穴１ａ，１ｂを備えた発光管本体１Ｆが作製され
る。こうして得られた発光管本体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。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。

【００４０】この発光管本体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（ＪＩＳＲ１６０１）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

【００４１】粒径や強度の測定には、上記本実施例の発
光管本体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ＪＩＳＲ１６０１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。

【００４２】粒径の算出は、形状，厚み等がＪＩＳＲ
１６０１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２に示す。

【００４３】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。

【００４４】こうして完成した透光性アルミナからなる
発光管本体１Ｆ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といえる
（図２参照）。

【００４５】このようにして高純度アルミナから作製さ
れた発光管本体１Ｆ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。

【００４６】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。

【００４７】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 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。

【００４８】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：0.72，0.85，0.99，1.16，1.3
5，1.52μｍ）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、Ｓｃｈｅｒｒ
ｅｒの式は、「P.Gallezot,"Catalysis,Scienceand Tec
hnology,vol.5 p221,Springer-Verlag (1984)" 」や
「P.Scherrer,"Gottinger Nachrichen, 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。

【００４９】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。

【００５０】次に、閉塞体２，２Ａは、次のようにして
作製される。この閉塞体の製造工程を図３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）及びタングステン微粉末の懸濁に使
用するためのビヒクルを、表１に記す各種有機物から調
製する（工程１）。ビヒクルの調製に当たっては、各種
有機物を秤量し、これをミキサーで均一に混合した。

【表１】

【００５１】そして、上記アルミナ微粉末，調製ビヒク
ル，有機溶媒（ジフタル酸ブチル）及び分散剤（カルボ
ン酸アンモニウム）とを表２に記す容積比で調合し、こ
れを３本ロールによって混練してアルミナスラリーを調
製する（工程２）。

【表２】

【００５２】また、上記タングステン微粉末，調製ビヒ
クル，有機溶媒（ジフタル酸ブチル）及び分散剤（カル
ボン酸アンモニウム）とを表３に記す容積比で調合し、
これを３本ロールによって混練してタングステンスラリ
ーを調製する（工程２）。

【表３】

【００５３】次に、表２に記す容積比で調合・調製され
たアルミナスラリーと、表３に記す容積比で調合・調製
されたタングステンスラリーとを用いて、タングステン
とアルミナの容積比（タングステン／アルミナ）が表４
に記す容積比となる８種類のタングステン・アルミナ混
合スラリーを調製する（工程３）。

【表４】

【００５４】こうして調製した各混合スラリーを、アル
ミナ及びタングステンが均一に分散するよう十分に混合
し、その後、各混合スラリーから気泡を除去する（工程
４）。具体的には、各混合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
空ポンプにて数十分間（例えば約２０分間）吸引する。
この真空脱泡を行なう間に一部の有機溶媒を揮発させ
て、スラリー粘度を約30,000ｃＰとした。

【００５５】次に、主電極３を支持したタングステン製
の支持シャフト４の外周に、表４に示す各混合スラリー
を、タングステンの容積比が高いものから、即ち第１層
スラリーから順に第８層スラリーまで同心円状に所定の
厚さで着肉・積層して（工程５）、図４に示すように、
支持シャフト４の外周に、閉塞体２，２Ａの前駆体であ
る積層体２０を形成する。支持シャフト４の外周への第
１層スラリーから順に第８層スラリーまでの着肉・積層
は、各層のスラリーの塗布及び乾燥を第１層スラリーか
ら順に行なうことでなされる。こうして、第１層スラリ
ーからなる最内周層と、第２層スラリー〜第７層スラリ
ーからなる複数の中間層及び第８層スラリーからなる最
外周層が形成される。

【００５６】この積層体２０における組成の分布は、そ
の断面図と各層スラリーにおけるタングステン及びアル
ミナ容積比との関係を示した図５から明らかなように、
支持シャフト４から外側に行くほどアルミナの容積比が
１００％近くまで増大傾斜し、タングステンの容積比が
８０％から減少傾斜した分布となる。

【００５７】次に、積層体２０に、含湿水素還元雰囲気
下で、６００℃×１０時間の加熱処理を施して、積層体
２０を脱脂する（工程６）。つまり、この加熱処理を行
なうことによって、スラリー調製時に配合されたビヒク
ル成分における有機物や有機溶媒を熱分解して炭化さ
せ、成形体を脱脂する。

【００５８】続いて、脱脂後の積層体２０に真空雰囲気
下で１８００℃×２時間の後段熱処理を施して、積層体
２０（脱脂体）を焼結し（工程７）、その焼結体である
閉塞体２，２Ａを得る。なお、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から
完全に燃焼除去される。

【００５９】閉塞体２，２Ａにおける上記各層において
は、共通の成分間で焼結により網目構造的に結晶が形成
され、一体化される。支持シャフト４や発光管本体１Ｆ
の電極保持穴１ａ，１ｂとの接合は、表面エネルギーの
減少に向かう焼結プロセスが適用される。これを助成す
る意味で、ガラス分などの不純物を微量添加することが
多い。つまり、この焼結の過程で、積層体２０の各層
は、タングステンの粉末を取り囲んでアルミナが固溶し
て結晶化し、隣合う各層同志は、それぞれの層における
アルミナが各層の接合面で相互に固溶しあって結晶化し
て固相接合し、一体化される。また、支持シャフト４と
第１層スラリーからな最内周層とは、この最内周層にお
けるアルミナが支持シャフト４に接触した状態で結晶化
し、その粒界にガラス質を形成するとともに、タングス
テンが支持シャフト４と最内周層とに共通に含まれるこ
とから、やはり固相接合して一体化される。この結果、
焼結後に得られる閉塞体２，２Ａは、主電極３を支持し
た支持シャフト４と強固に結合して、支持シャフト４即
ち主電極３を気密に封止・固着する。

【００６０】更に、支持シャフト４から最内周層と多層
の中間層を経て最外周層に到るまでの熱膨張率の分布
は、その組成分布に基づき、支持シャフト４の熱膨張率
（タングステンの熱膨張率）から発光管本体１Ｆの熱膨
張率（アルミナの熱膨張率）と近似した熱膨張率に到る
まで傾斜した分布となる。

【００６１】こうして支持シャフト４を封止・固着した
後は、図１に示すように、発光管本体１Ｆの電極保持穴
１ａ，１ｂに嵌合するよう閉塞体２，２Ａの最外周層の
外周に切削又は研削加工を施して（工程８）、閉塞体が
完成しその製造工程は総て完了する。

【００６２】次に、完成した閉塞体２，２Ａの発光管本
体１Ｆへの組み付け及び発光管１の作製について説明す
る。まず、図１に示すように、この発光管本体１Ｆの電
極保持穴１ｂに、焼結・外周加工を経た閉塞体２Ａ（図
４，図５参照）を嵌合させ、発光管本体１Ｆの電極保持
穴１ｂにおける内周面と閉塞体２Ａの外周面とを接触さ
せる。その後、この接触範囲に亘って、赤外線或いは高
出力レーザを局部的に照射して集中加熱する。

【００６３】この局部的な集中加熱により、閉塞体２Ａ
の第８層スラリーからなる最外周層中のアルミナと発光
管本体１Ｆ中のアルミナとが焼結して結晶化するととも
に、その接合面において粒界がスピネル，ガーネット等
の構造を主体とするガラス相により埋められるため、閉
塞体２Ａと発光管本体１Ｆとが固相接合する。この結
果、最外周層と発光管本体１Ｆとにおけるアルミナの粒
界でのガラス相形成等を通して、閉塞体２Ａと発光管本
体１Ｆとは気密に固着される。

【００６４】同様に、発光管本体１Ｆの電極保持穴１ａ
に焼結・外周加工を経た閉塞体２（図４，図５参照）を
嵌合させ、その接触範囲を赤外線或いは高出力レーザに
よる局部的に集中加熱する。こうして、閉塞体２と発光
管本体１Ｆとが固相接合して気密に固着され、始動用希
ガス金属及び放電用物質の封入に備える。

【００６５】次いで、両端が封止された発光管本体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、導入細管１ｃを介して封入し、封止剤１ｄ
にて封止する。閉塞体２，２Ａと発光管本体１Ｆとが従
来のようにソルダガラス等を用いない固相接合であるこ
とから、封入成分の漏洩は確実に回避される。

【００６６】このように主電極を取り付けた状態の発光
管本体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。

【００６７】次に、上記実施例の閉塞体２の最内周層に
おけるタングステン容積比或いは最外周層におけるアル
ミナ容積比を本発明範囲内の種々の値とした発光管１
（発明品）と、これら容積比が本発明範囲外である発光
管（比較品）と、アルミナ製の閉塞体を発光管本体にア
ルミナ系のサーメットで固着した発光管（従来品）とに
ついて比較する。その比較結果を表５及び表６に示す。
なお、各発光管とも、発光管本体１Ｆは本実施例の発光
管１のものと同一である。また、最内周層と最外周層及
びその間の各中間層を合わせた層数は表中に示すように
種々の値とし、最内周層から各中間層を経て最外周層に
到るまでのアルミナ及びタングステンの容積比は、それ
ぞれ増大傾斜・減少傾斜した分布となるようにした。

【００６８】これらの発光管の耐久性の評価項目とし
て、５時間の点灯期間と０．５時間の消灯期間とを繰り
返して熱応力を掛けた場合における点灯期間の累積（点
灯寿命）を採用した。この場合、放電用物質としてＨｇ
−ＴｌＩ₃（０．１１ｇ）を封入し一対の主電極３に１
００Ｖの電圧（１００Ｗ）を印加して点灯させた。ま
た、封入物質が漏洩すれば、安定していた点灯状態が著
しく不安定になるので、このような不安定な点灯状態と
なった時点で点灯期間の累積を中止した。

【表５】

【００６９】同様に、放電用物質としてＨｇ−ＴｌＩ−
ＮａＩ−ＩｎＩ₃ （０．１３ｇ）を封入した場合につい
ても、上記比較試験を行なった。その結果を表６に示
す。

【表６】

【００７０】上記試験結果から、本発明にかかる実施例
の発光管１であれば、点灯・消灯を繰り返した場合であ
っても、極めて高い耐久性を得ることができる。つま
り、本実施例の発光管１によれば、その熱膨張率が主電
極３及び発光管本体１Ｆに近づくにつれて主電極３又は
発光管本体１Ｆの熱膨張率に傾斜した閉塞体２，２Ａを
固相接合したので、耐熱応力性を向上させることができ
る。この結果、耐熱応力性に優れたことに起因して、発
光の信頼性を高めて長寿命とすることができる。また、
このような発光管を、容易に提供することができる。

【００７１】なお、放電用物質としてＨｇ−ＴｌＩ
₃（０．１１ｇ）を封入した場合における発明品の発光
管の輝度は、183,000 ｎｔであった。また、Ｈｇ−Ｔｌ
Ｉ−ＮａＩ−ＩｎＩ₃ （０．１３ｇ）を封入した場合で
あっては、240,000 ｎｔの輝度であった。

【００７２】また、本実施例の発光管本体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、本実施例の発光管本体１Ｆを用いた発光管１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。

【００７３】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、光が発光管本体１
Ｆの壁面を透過する間における光の散乱を抑制し、３８
０〜７６０ｎｍ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、この発光管本体１Ｆを用いた発光管１の高圧放電
灯における輝度が向上する。

【００７４】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漏
洩が薄肉であっても阻止される。つまり、薄肉であって
も、発光管壁面からの放電用金属蒸気成分の漏洩が阻止
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。しかも、本実施例の発光管１は、電極保持穴１
ｂを小径にすることにより、封止剤の使用量を減らして
放電用金属蒸気成分（イオン）によるこの封止剤の侵食
抑制したので、放電用金属蒸気成分の漏洩をより確実に
回避することができる。

【００７５】次に、他の実施例について説明する。この
他の実施例では、上記した実施例の発光管１における閉
塞体の製造工程及び構造が異なる。よって、この点につ
いて詳述する。なお、その説明に際しては、上記実施例
における部材の符号に添え字符号ａを付して行なう。

【００７６】この他の実施例における閉塞体２の原料
も、アルミニウム塩の懸濁水溶液の噴霧乾燥及びその後
の熱分解を経て合成された上述の高純度アルミナ微粉末
と、高純度タングステン微粉末である。

【００７７】まず、他の実施例における閉塞体２ａの製
造工程について、図６の工程図を用いて説明する。図６
に示すように、アルミナ微粉末とタングステン微粉末と
から、タングステンとアルミナの容積比（タングステン
／アルミナ）が下記数値となる１１種類のスラリーを調
製する（工程１）。第１のスラリー：タングステン／アルミナ＝１００／０第２のスラリー：タングステン／アルミナ＝９０／１
０第３のスラリー：タングステン／アルミナ＝８０／２
０第４のスラリー：タングステン／アルミナ＝７０／３
０第５のスラリー：タングステン／アルミナ＝６０／４
０第６のスラリー：タングステン／アルミナ＝５０／５
０第７のスラリー：タングステン／アルミナ＝４０／６
０第８のスラリー：タングステン／アルミナ＝３０／７
０第９のスラリー：タングステン／アルミナ＝２０／８
０第１０のスラリー：タングステン／アルミナ＝１０／９
００第１１のスラリー：タングステン／アルミナ＝０／１
００

【００７８】上記各スラリーの調製は次のようにして行
なう。まず、アルミナ微粉末及びタングステン微粉末を
その容積比が上記各数値となるよう秤量し、秤量した各
粉末にカルボン酸アンモニウム系分散剤を蒸留水ととも
に配合する。そして、これをセラミック（アルミナ）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、アルミナ及びタングステンの微粉末が
上記溶媒中に均一に存在させる。なお、各スラリー中の
微粉末に対するカルボン酸アンモニウム系分散剤の配合
比（容積比）は、各スラリー中の微粉末総量１００ｇに
対して、２ｇである。

【００７９】次に、調製した各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十分間
（例えば約２０分間）吸引する。

【００８０】その後、以下の工程を経て図７に示す所望
の成形体２０ａを、図８（ａ）に示す合わせ型１０を用
いて成形する。なお、図７や後述の図１０等における成
形体２０ａ，閉塞体２ａは、その描画の都合上、縦横の
比率は１：１ではない。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８（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。

【００８１】各型１１ａ，１１ｂは、図８（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、接合面１５ａ，１５ｂに切削されている。な
お、溝１３ａ，１３ｂを、当初から接合面１５ａ，１５
ｂに造型することもできる。

【００８２】次に、この合わせ型１０のスラリー注入空
間１３内への気泡除去後のスラリーの注入・成形を、ア
ルミナ含有量が高い方のスラリーから、即ち第１１のス
ラリーから第１のスラリーまで順次行なう（工程３）。
以下、具体的に説明する。

【００８３】まず、図９に示すように、合わせ型１０の
上面に円筒体１７を設置し、この円筒体１７に第１１の
スラリーを注入する。なお、円筒体１７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。

【００８４】こうしてスラリー注入空間１３内に第１１
のスラリーが注入された状態で所定時間放置し、この間
に第１１のスラリーにおける溶媒成分（ここでは、蒸留
水）を多孔質の各型１１ａ，１１ｂの孔に毛細管現象に
より吸引させ型内に吸収させる。このため、スラリー注
入空間１３の壁面には、図１０（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、カルボン酸アンモニウム系分散剤によって結合さ
れた粉末（第１１のスラリーにあってはアルミナ粉末）
が壁面の表面に沿って均等に着肉され、薄肉層１１Ｓが
形成される。

【００８５】このスラリー注入後の放置時間は、上記薄
肉層１１Ｓの厚さを決定する。このため、形成された薄
肉層１１Ｓの厚さ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
間及びスラリー注入空間１３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、薄肉層１１Ｓの厚さが所定のものとなる
よう適宜調整した。

【００８６】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。

【００８７】そして、所定時間放置後に、円筒体１７内
部及び薄肉層１０Ｓの内側に残存する第１１のスラリー
を排泥し、次に、第１０のスラリーについて、上記と同
様にスラリーの注入，所定時間の放置及び排泥を行な
い、これを第１のスラリーまで実施する。こうして、第
１１のスラリーから第１のスラリーまでスラリーの注
入，所定時間の放置及び排泥が繰り返されると、図１１
に示すように、それぞれのスラリーにおける粉末（アル
ミナ単独の粉末，アルミナ・タングステン混合粉末，タ
ングステン単独の粉末）が積層状に均等に着肉され、ス
ラリー注入空間１３壁面側から薄肉層１１Ｓ，１０Ｓ，
９Ｓ・・・１Ｓが形成される。よって、閉塞体２ａの前
駆体である各薄肉層からなる成形体２０ａが形成され
る。

【００８８】この成形体２０ａにおける組成の分布は、
各薄肉層におけるタングステン及びアルミナ容積比との
関係を示した図１２から明らかなように、薄肉層１Ｓか
ら外側の薄肉層に行くほどアルミナの容積比が０％から
１００％まで増大傾斜し、タングステンの容積比が１０
０％から０％まで減少傾斜した分布となる。つまり、成
形体２０ａにおける薄肉層２Ｓが、上記した実施例の積
層体２０の最内周層に相当し、薄肉層１１Ｓが積層体２
０の最外周層に相当し、薄肉層３Ｓ〜１０Ｓが積層体２
０における各中間層に相当する。

【００８９】こうして各スラリーについて注入，所定時
間の放置及び排泥が完了すると、合わせ型１０を分割し
て図７に示す形状の成形体２０ａを離型し、この成形体
２０ａから溶媒が完全に抜けるまで乾燥させる（工程
４）。

【００９０】その後、この成形体２０ａに、含湿水素還
元雰囲気下で、６００℃×１０時間の加熱処理を施し
て、成形体２０ａを脱脂し仮焼する（工程５）。つま
り、この加熱処理を行なうことによって、スラリー調製
時に配合された分散剤が熱分解されて成形体２０ａは脱
脂される。

【００９１】次いで、仮焼後の成形体２０ａの両端に、
図１３に示すように、支持体保持穴２１ａ，２２ｂを設
け、支持体保持穴２１ａに主電極３を支持する支持シャ
フト４を嵌合し、支持体保持穴２１ｂにタングステン製
のシャフト５を嵌合して、主電極３をセットする（工程
６）。

【００９２】続いて、主電極３のセット後の成形体２０
ａに真空雰囲気下で１５００℃×２時間の後段熱処理を
施して、成形体２０ａを焼結し（工程７）、その焼結体
である閉塞体２ａを得る。なお、この後段熱処理の完了
までに、脱脂時に変成した炭化物は焼結体から完全に燃
焼除去される。

【００９３】この焼結の過程で、成形体２０ａの各薄肉
層は、上記実施例における積層体２０の場合と同様に、
固相接合して一体化される。また、支持シャフト４及び
シャフト５と薄肉層１Ｓとは、焼結による体積収縮やタ
ングステンの共存等により固相接合して一体化される。
この結果、焼結後に得られる閉塞体２ａは、主電極３を
支持した支持シャフト４及びシャフト５と強固に結合し
て、支持シャフト４即ち主電極３を気密に封止・固着す
る。こうして閉塞体２が完成し、その製造工程は総て完
了する。なお、焼結して得られる閉塞体２ａの外径は、
焼結時の体積収縮等を見込んだスラリー注入空間１３の
径により定まる。よって、外周加工を行なわなくてもよ
い。

【００９４】更に、支持シャフト４から薄肉層２Ｓない
し薄肉層９Ｓを経て薄肉層１０Ｓに到るまでの熱膨張率
の分布は、その組成分布に基づき、支持シャフト４の熱
膨張率（タングステンの熱膨張率）から発光管本体１Ｆ
の熱膨張率（アルミナの熱膨張率）に到るまで傾斜した
分布となる。

【００９５】完成した閉塞体２ａは、図１４に示すよう
にして発光管本体１Ｆの電極保持穴１ａに嵌合して組み
付けられ、発光管本体１Ｆの接触範囲に亘って赤外線或
いは高出力レーザが局部的に照射され集中加熱される。

【００９６】この局部的な集中加熱により、閉塞体２ａ
の薄肉層１０中のアルミナと発光管本体１Ｆ中のアルミ
ナとが、その接合面において粒界にガラス相を形成する
ため、閉塞体２ａと発光管本体１Ｆとが固相接合する。
この結果、閉塞体２ａと発光管本体１Ｆとは、気密に固
着され始動用希ガス金属及び放電用物質を封入する。こ
うして、図１４に示す発光管１が完成する。

【００９７】閉塞体２ａを用いた発光管１についても、
点灯・消灯を繰り返した場合における点灯寿命を測定し
たところ、閉塞体２を用いた発光管１と同様に、極めて
高い耐久性を得ることができた。つまり、閉塞体２ａを
用いた発光管１であっても、その熱膨張率が主電極３及
び発光管本体１Ｆに近づくにつれて主電極３又は発光管
本体１Ｆの熱膨張率に傾斜した閉塞体２ａに基づいて、
耐熱応力性を向上させることができる。この結果、耐熱
応力性に優れたことに起因して、発光の信頼性を高めて
長寿命とすることができる。また、このような発光管
を、容易に提供することができる。

【００９８】更に、閉塞体２ａを用いた発光管１によれ
ば、次のような効果を奏することができる。発光管本体
１Ｆ内に配置される主電極３を支持するに当たって、発
光管本体１Ｆ内に露出した薄肉層１１Ｓを、アルミナ容
積比が１００％としたので、即ち絶縁体としたので、こ
の主電極３からのバックアークの発生を回避することが
できる。この結果、より安定した点灯状態を得ることが
できる。また、放電に不可欠な主電極３と外部端子とな
るシャフト５とを、タングステン容積比が１００％の薄
肉層１Ｓにより共通して気密に封止したので、支障無く
主電極３に所定の電圧を印加することができる。

【００９９】加えて、各スラリーの注入により薄肉層を
成形するので、各薄肉層の肉厚を均一化させて、各層に
亘る組成分布及び熱膨張率の傾斜を確実に確保すること
ができる。

【０１００】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。

【０１０１】発光管本体１Ｆ及び閉塞体２，閉塞体２ａ
の原料として、純度が９９．９９ｍｏｌ％以上のアルミ
ナ微粉末を使用したが、得られる発光管本体１Ｆが発光
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）を備えればよく、このよ
うなアルミナ微粉末に限定されるわけではない。

【０１０２】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、発光管本体１Ｆを作製してもよい。そして、作
製した発光管本体１Ｆと同一のセラミック微粉末を用い
て閉塞体２，閉塞体２ａを作製すればよい。より具体的
には、純度が９９．２ｍｏｌ％で平均粒径が０．３〜
１．０μｍのアルミナ微粉末から発光管本体１Ｆを作製
するとともに、このアルミナ微粉末とタングステン微粉
末とから閉塞体２，閉塞体２ａを作製してもよい。

【０１０３】更に、閉塞体２，閉塞体２ａの原料とし
て、タングステン微粉末を用いたが、これに限らず支持
シャフト４の材質に応じて変更することが可能である。
例えば、支持シャフト４をニオブから作製すれば、閉塞
体２，閉塞体２ａの原料としてニオブ微粉末を用いれば
よい。

【０１０４】また、発光管本体の形状については、いか
ようなものであってもよいことは勿論である。例えば、
実施例の発光管本体１Ｆのようにその両端に大径の電極
保持穴１ａと小径の電極保持穴１ｂとを備えたものでは
なく、ただ端に両端が開口した円筒状の発光管本体や、
管路が湾曲した発光管本体等であってもよい。

【０１０５】上記した実施例では、主電極３を支持した
タングステン製の支持シャフト４の外周に積層体２０を
形成するに当たって、各混合スラリーの塗布及び乾燥を
行なったが、各混合スラリーから予めグリーンシートを
作製し、これを支持シャフト４の外周に、タングステン
の容積比が高いものから順次巻き付けて積層することも
できる。この場合、各層のグリーンシートの接合面が支
持シャフトを中心に１８０度ずつずれて交互に配置され
るように、グリーンシートを積層することが好ましい。

【０１０６】閉塞体２，２ａを発光管本体１Ｆと固相接
合させるに当たって、その接触範囲に亘って局部加熱す
るよう構成したが、支持シャフト４付近を加熱してもよ
い。このような加熱であって、加えられた熱エネルギは
閉塞体２，２ａの最外周の層にまで伝わるので、閉塞体
２，２ａと発光管本体１Ｆとを固相接合させることがで
きる。また、閉塞体２，２ａの焼結を、脱脂後の閉塞体
２，２ａを発光管本体１Ｆに組み付けた状態で行なうこ
ともできる。

【０１０７】更に、閉塞体２を発光管本体１Ｆに組み付
けるに当たって、電極保持穴１ａに嵌合させたが、次の
ように構成してもよい。つまり、図１５に示すように、
閉塞体２を発光管本体１Ｆの開口端側で当接させ、発光
管本体１Ｆの端面と閉塞体２の最外周層の側面とを接触
させる。そして、この接触範囲を局部加熱して閉塞体２
と発光管本体１Ｆとを、端面で固相接合させる。

【０１０８】また、混合スラリーにおけるアルミナとタ
ングステンの容積比の傾斜程度は、実施例に示したもの
に限定されるわけではなく、種々の傾斜程度を採用する
ことができることは勿論である。

【０１０９】

【発明の効果】以上実施例を含めて詳述したように、本
発明によれば、以下の効果を奏することができる。請求
項１に記載した高輝度放電灯用発光管は、透光性セラミ
ックから形成された発光管本体の開口部に気密に固相接
合される閉塞体を、多層の積層体とし、その中央の導通
コア部側の最内周層から発光管本体側の最外周層に到る
までの熱膨張率の分布を、各層の組成比傾斜に基づいて
導通コア部の熱膨張率から発光管本体の熱膨張率に到る
まで傾斜した分布とした。

【０１１０】よって、請求項１に記載した高輝度放電灯
用発光管によれば、各層の組成を傾斜させて各層相互並
びに閉塞体と発光管本体とを強固に気密に固相接合させ
ることができる。また、熱膨張率の傾斜分布に基づい
て、点灯時に生じる熱応力の集中を緩和して固相接合部
における亀裂の発生を回避することができる。この結
果、請求項１に記載した高輝度放電灯用発光管によれ
ば、封入物質の漏洩の回避を通して、発光の信頼性を高
めることができるとともに、その寿命を長期化すること
ができる。

【０１１１】請求項２に記載した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２μｍ以下の高
純度の透光性アルミナからなる発光管本体を備える。こ
の結果、請求項２に記載した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。

【０１１２】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、光が発光管本体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。

【０１１３】しかも、この高純度のアルミナを用いて閉
塞体を焼結・作製するので、閉塞体自身の機械的強度の
向上をとおして、発光管全体としての耐久性を向上させ
ることができる。

【０１１４】請求項３に記載した高輝度放電灯用発光管
の製造方法によれば、容積比が異なる複数の懸濁液を予
め調製しておき、これを用いて熱膨張率が傾斜分布した
積層状の閉塞体を容易に作製し、閉塞体と発光管本体と
を強固に気密に固相接合することができる。つまり、請
求項３に記載した高輝度放電灯用発光管の製造方法によ
れば、信頼性が高くて長寿命な発光管を容易に製造する
ことができる。

【０１１５】請求項４に記載した高輝度放電灯用発光管
の製造方法によれば、熱膨張率が傾斜分布した積層状の
閉塞体を別個に焼結して作製して、これを発光管本体に
固相接合することができる。

【０１１６】請求項５に記載した高輝度放電灯用発光管
の製造方法によれば、塗布等の簡便な工程によって導電
性部材成分の容積比が高い順の積層を行ない、熱膨張率
が傾斜分布した積層状の閉塞体の前駆体である未焼結積
層体を容易に作製することができる。

【０１１７】請求項６に記載した高輝度放電灯用発光管
の製造方法によれば、グリーンシートを巻き付けるとい
う簡便な工程によって導電性部材成分の容積比が高い順
の積層を行ない、熱膨張率が傾斜分布した積層状の閉塞
体の前駆体である未焼結積層体を容易に作製することが
できる。

【０１１８】請求項７に記載した高輝度放電灯用発光管
の製造方法は、多孔質体からなる成形型への懸濁液の注
入・溶媒の成形型への浸透・余剰分懸濁液の排泥を導電
性部材成分の容積比が低いほうから繰り返すという簡便
な工程によって、導電性部材成分の容積比の順に沿った
薄肉層の積層を行なう。よって、請求項７に記載した高
輝度放電灯用発光管の製造方法によれば、熱膨張率が傾
斜分布した積層状の閉塞体の前駆体である未焼結積層体
を容易に作製することができる。しかも、各薄肉層の肉
厚を均一化させて、各層に亘る組成分布及び熱膨張率の
傾斜を確実に確保することができる。

【０１１９】請求項８に記載した高輝度放電灯用発光管
の製造方法によれば、請求項７に記載した製造方法によ
る効果に加え、閉塞体の最内周層内部に外部との導通を
図ることが可能な導電性部位を導電性部材成分で形成
し、この導電性部位を介して支障無く主電極に所定の電
圧を印加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の発光管１の断面図。

【図２】発光管本体１Ｆ及び閉塞体２の作製に用いる透
光性アルミナにおける粒径分布を表わすグラフ。

【図３】発光管１における閉塞体２の製造工程を説明す
るための工程図。

【図４】閉塞体２の斜視図。

【図５】閉塞体２の構造及び組成分布を説明するための
説明図。

【図６】他の実施例における閉塞体２ａの製造工程を説
明するための工程図。

【図７】閉塞体２ａを作製するための成形体２０ａの斜
視図。

【図８】閉塞体２ａの製造に用いる合わせ型１０の斜視
図。

【図９】閉塞体２ａの製造工程を説明するための説明
図。

【図１０】閉塞体２ａの製造工程を説明するための説明
図。

【図１１】閉塞体２ａの構造を説明するための説明図。

【図１２】閉塞体２ａの組成分布を説明するための説明
図。

【図１３】閉塞体２ａの製造工程を説明するための説明
図。

【図１４】閉塞体２ａの発光管本体１Ｆへの組み付けを
説明するための説明図。

【図１５】発光管１の変形例を説明するための説明図で
あり、その断面図。

【符号の説明】

１発光管１Ｆ発光管本体１ａ電極保持穴２閉塞体２ａ閉塞体３主電極４支持シャフト１０合わせ型１３スラリー注入空間２０積層体２０ａ成形体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性セラミックから形成された発光管
本体と、該発光管本体内に配置される主電極を、発光管外部との
導通を確保して封止した閉塞体とを有し、前記発光管本体の開口部に前記閉塞体を気密に固相接合
してなる高輝度放電灯用発光管であって、前記閉塞体は、前記主電極に接続されて発光管外部への
導通を確保する導通コア部を備え、該導通コア部の外周
に接触する最内周層と前記発光管本体の開口部へ接触す
る最外周層との間に亘って多層に中間層を積層して焼結
した焼結体であり、前記最内周層は、前記導通コア部成分を、容積比で少な
くとも５０％以上備えてなり、前記最外周層は、前記透光性セラミック成分を、容積比
で少なくとも８０％以上備えてなり、前記最内周層と最外周層との間の各中間層は、外側の層
ほど前記透光性セラミック成分の容積比が前記最外周層
における容積比に傾斜して近づき、内側の層ほど前記導
通コア部成分の容積比が前記最内周層における容積比に
傾斜して近づいてなる組成を備えることを特徴とする高
輝度放電灯用発光管。
【請求項２】請求項１記載の高輝度放電灯用発光管で
あって、前記発光管本体を形成する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以下の透光性アルミナである高輝
度放電灯用発光管。
【請求項３】透光性セラミックから形成された発光管
本体と、該発光管本体内に配置される主電極を、発光管外部との
導通を確保して封止した閉塞体とを有し、前記発光管本体の開口部に前記閉塞体を気密に固相接合
してなる高輝度放電灯用発光管の製造方法であって、前記主電極に接続されて発光管外部への導通を確保する
導通コア部を導電性部材から形成する工程と、該導電性部材成分の粉末と前記透光性セラミック成分の
粉末とを含み、前記導電性部材成分が容積比で少なくと
も５０％以上の最内周層用懸濁液と、前記両成分の粉末
を含み前記透光性セラミック成分が容積比で少なくとも
８０％以上の最外周層用懸濁液と、前記両成分の粉末を
含み前記透光性セラミック成分が容積比で１００％に近
似した値となるまで前記透光性セラミック成分の容積比
が増大傾斜するとともに、前記導電性部材成分が容積比
で１００％から減少傾斜した複数の中間層用懸濁液とを
調製する工程と、前記調製した最内周層用懸濁液と各中間層用懸濁液及び
最外周層用懸濁液を用いて、未焼結の最内周層と未焼結
の各中間層及び未焼結の最外周層を、前記導電性部材か
ら形成された導通コア部の外周に、前記導電性部材成分
の容積比が高い順に順次積層し、未焼結積層体を形成す
る工程と、該形成された未焼結積層体を、前記導通コア部に接続さ
れた主電極が発光管本体内に位置するよう、前記発光管
本体の開口部に配置し、該配置された未焼結積層体を焼
結す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。
【請求項４】請求項３記載の高輝度放電灯用発光管の
製造方法であって、前記形成された未焼結積層体の発光管本体の開口部への
配置及び配置された未焼結積層体の焼結を行なう工程
は、発光管本体の開口部への配置に先立ち前記未焼結積層体
を焼結して、前記閉塞体を形成する工程と、該形成後の閉塞体を、前記導通コア部に接続された主電
極が発光管本体内に位置するよう、前記発光管本体の開
口部に配置し、該配置された閉塞体と前記発光管本体の
接合部を加熱する工程とを含む高輝度放電灯用発光管の
製造方法。
【請求項５】請求項３又は請求項４記載の高輝度放電
灯用発光管の製造方法であって、前記未焼結積層体を形成する工程は、前記調製した最内周層用懸濁液と各中間層用懸濁液及び
最外周層用懸濁液を、前記導電性部材から形成された導
通コア部の外周に、前記導電性部材成分の容積比が高い
順に順次着肉させて乾燥させる工程を含む高輝度放電灯
用発光管の製造方法。
【請求項６】請求項３又は請求項４記載の高輝度放電
灯用発光管の製造方法であって、前記未焼結積層体を形成する工程は、前記調製した最内周層用懸濁液と各中間層用懸濁液及び
最外周層用懸濁液を用いてそれぞれグリーンシートを作
製し、該作製した各グリーンシートを、前記導電性部材
から形成された導通コア部の外周に、前記導電性部材成
分の容積比が高い順に順次層状に巻き付ける工程を含む
高輝度放電灯用発光管の製造方法。
【請求項７】請求項３又は請求項４記載の高輝度放電
灯用発光管の製造方法であって、前記未焼結積層体を形成する工程は、多孔質体からなる複数の型部材が接合して構成される成
形型であって、該複数の型部材が接合されると、前記発
光管本体の開口部に嵌合又は接合される筒体の外形に相
当するキャビティを形成する成形型の該キャビティに、
前記調製した最外周層用懸濁液を注入する工程と、該注入した最外周層用懸濁液における溶媒を前記成形型
内に浸透させ、その後、前記注入した余剰の最外周層用
懸濁液を前記成形体から排泥して前記キャビィティ外周
面に最外周層を形成する工程と、該排泥後の成形型キャビティへの前記調製した最内周層
用懸濁液及び各中間層用懸濁液の注入・溶媒の浸透・排
泥を、前記導電性部材成分の容積比が低い方の懸濁液か
ら順次繰り返し、各中間層及び最内周層を積層して前記
未焼結積層体を形成する工程と、前記最内周層用懸濁液の注入・溶媒の浸透・排泥後に、
前記形成された最内周層の内周面に前記導電性部材を接
触させて配置し、前記成形型を構成する各型を分離して
前記未焼結積層体を離型する工程とを含む高輝度放電灯
用発光管の製造方法。
【請求項８】請求項７記載の高輝度放電灯用発光管の
製造方法であって、前記主電極に接続されて発光管外部への導通を確保する
導通コア部を導電性部材から形成する工程と、前記導電
性部材を前記最内周層の内周面に接触させて配置し前記
未焼結積層体を離型する工程とは、前記導電性部材成分の粉末の懸濁液を調製する工程と、該調製した懸濁液を、前記最内周層用懸濁液の注入・溶
媒の浸透・排泥後に形成された前記未焼結積層体におけ
る最内周層内部に注入する工程と、該注入した懸濁液における溶媒を前記成形型内に浸透さ
せて、前記未焼結積層体における最内周層内部を前記導
電性部材成分で充填する工程と、該導電性部材成分の充填後に、前記成形型を構成する各
型を分離して前記未焼結積層体を離型する工程とを含む
工程群からなる高輝度放電灯用発光管の製造方法。