JPH09298047A

JPH09298047A - 高圧放電ランプ用のセラミック製アーク管

Info

Publication number: JPH09298047A
Application number: JP9012088A
Authority: JP
Inventors: Curtis Edward Scott; カーティス・エドワード・スコット; Charles David Greskovich; チャールズ・デイビッド・グレスコビッチ; Mark Elton Duffy; マーク・エルトン・ダフィー; George E Coxon; ジョージ・イー・コックソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 1997-11-18
Also published as: US5866982A; EP0786797A2; EP0786797A3; CN1162898A; EP0786797B1; CN1095313C; DE69730885T2; DE69730885D1

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧放電ランプ用のセラミック製アーク管の
強度を改良する。【解決手段】セラミック製中央部分（２２）の第１お
よび第２の端部（２３ａ、２３ｂ）から延在するセラミ
ック製脚部（２４ａ、２４ｂ）を有するセラミック製ア
ーク管（２０）において、前記脚部が前記中央部分に接
合する所に、前記第脚部と前記中央部分との間の接続部
を補強する補強手段を設ける。補強手段は前記脚部の周
りに設けた封止用ガラス（２６ａ、２６ｂ）、或いは封
止用ガラスの層（２９ａ、２９ｂ）とそれに隣接するセ
ラミックのリング（３０ａ、３０ｂ）とで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に高圧放電ラ
ンプに関するものであり、更に詳しくは、高圧放電ラン
プに使用するための強度を改良したアーク管（発光管）
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミック製のメタルハライド・ラン
プ、高圧ナトリウム・ランプ、高圧無電極ランプなどの
高圧放電ランプはよく知られており、例えば米国特許第
５１４０２２７号、同第４７８０６４６号および同第３
３６３１３３号に記載されている。高圧メタルハライド
放電ランプでは、ほぼ円筒形のセラミック製中央本体、
該中央本体の両端にあるセラミック製プラグおよび各プ
ラグに係合するセラミック製排気用脚部を含むセラミッ
ク製アーク管を用いることが知られており、例えば欧州
特許出願ＥＰ０５８７２３８Ａ１を参照されたい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなセラミック
製アーク管では排気用脚部とプラグとの間の接続部また
は接合部が非常に弱く、このため脚部の破損または接合
部における漏れが生じて、最終的にランプの故障を招く
ことがある。従って、排気用脚部が高圧放電ランプのプ
ラグに係合する領域を強化し、脚部を強化することによ
って、ランプ故障の可能性を低減するための補強手段が
必要である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によって提供され
る区圧放電ランプ用のセラミック製アーク管は、第１お
よび第２端部を持つセラミック製中央部分、並びに前記
第１端部から延在するセラミック製第１脚部を含む。こ
のアーク管は、第１脚部が中央部分に接合する所に補強
手段を有し、これにより脚部と中央部分との間の接続部
を補強する。このアーク管を利用した高圧放電ランプも
提供される。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１には、従来知られているセラ
ミック製メタルハライド高圧放電ランプまたはセラミッ
ク製メタルハライド・ランプ１０が示されている。ラン
プ１０は封止された光透過性のガラス・エンベロープ１
２、口金部５０、電気導体５１および５２、並びにゲッ
タ３８を有する。オプションとして、シュラウドを設け
てもよい。従来よく知られているように、電気導体５
１，５２は電気導体３４および３６にそれぞれ電気接続
され、これらの電気導体３４および３６は、アーク管内
部の電極で終端する電極組立体３２ｂおよび３２ａにそ
れぞれ接続されている。図１乃至４には、中央本体２
２、端プラグまたはプラグ２３ａおよび２３ｂ、並びに
脚部２４ａおよび２４ｂを含んでいるセラミック製アー
ク管２０が示されている。中央本体は（端プラグに隣接
した所の）外径が５〜５０ｍｍ、より好ましくは６〜１
３ｍｍ、更に好ましくは６．５〜９ｍｍである。中央本
体の壁の厚さは０．５〜１．５ｍｍ、より好ましくは
０．７５〜０．８ｍｍである。各プラグの厚さは２〜５
ｍｍ、より好ましくは２〜３ｍｍである。脚部の典型的
な外径は１．５〜５ｍｍ、より好ましくは２〜２．５ｍ
ｍであり、脚部の内径は０．５〜３ｍｍ、より好ましく
は０．７〜０．８ｍｍである。（中央本体がプラグにか
ぶさる所での）中央本体の外径と脚部の外径との比は約
２．３：１乃至約１０：１、より好ましくは約２．５：
１乃至約５：１、更に好ましくは約３：１乃至約４：
１、好ましくは約３．２：１乃至約３．６：１である。
これらの部品は円筒形であって、多結晶アルミナで作る
のが好ましいが、この代わりに、Ｙ₂Ｏ₃、アルミン酸
イットリウム、ムライト、単結晶アルミナ、窒化アルミ
ニウム、オキシ窒化アルミニウム、または公知の他のセ
ラミックで形成することができる。これらの部品を組み
立てて、水素雰囲気中で約１８８０℃の温度で約３時間
焼結することにより、アーク管が作られる。図３に示す
ように、脚部を含むアーク管の長さは約３０〜１２５ｍ
ｍ、より好ましくは約３４〜３８ｍｍである。本発明に
よるアーク管は約２０〜１０００ワット、より好ましく
は３５〜４００ワットのランプに用いることができ、ワ
ット数が大きくなるほで、一般にアーク管は大きくな
る。図１および４に示されるように、電極組立体４０ａ
および４０ｂは、脚部の中心に配設され（従って脚部は
電極まで電流を供給するために電流導体を受け入れるよ
うになっており）、２８ａおよび２８ｂで示す箇所で脚
部に封止され、また水銀およびメタルハライドを含む充
填物がアーク管の内部に入れられる。これらのことは当
該技術分野で知られていることであり、例えば欧州特許
出願ＥＰ０５８７２３８Ａ１を参照されたい。図３及び
図４に示されているように、脚部２４ｂがプラグ２３ｂ
の内面の途中まで延在することにより、凹部２７が作ら
れる。電極はその全体または一部が凹部内に配置され
る。この代わりに、プラグ２３ａおよび２３ｂの内面全
体にわたって脚部２４ａおよび２４ｂを延在させること
により、凹部が生じないようにしてもよい。

【０００６】図３および４において、アーク管のセラミ
ック製中央部分は、プラグ２３ａおよび２３ｂと組合わ
さった中央本体２２である。従って、脚部は中央部分か
ら伸びる。各脚部は中央部分（この場合はプラグの外
面）から、好ましくはプラグの外径の少なくとも２倍、
より好ましくは少なくとも４倍、更に好ましくは約５〜
６倍の距離だけ延在し、プラグの外面から１０〜３０ｍ
ｍ、好ましくは約１２〜１３ｍｍ延在する。

【０００７】図３および４に示されるように、各脚部と
中央部分との間の接続部を補強するために、各脚部が中
央部分に接合する所に補強手段が設けられる。これらの
接続部は、補強手段を設ける前に行った焼結処理によっ
て既に気密封止されている。図３においては、補強手段
は各脚部を取り囲む封止用ガラス２６ａおよび２６ｂで
あり、この封止用ガラスは凹状の隅肉溶接部の様な外観
を有し、既に形成されたアーク管上に次のように形成さ
れる。まず、ゼネラル・エレクトリック社から製品名Ｌ
Ｓ−４Ｃ２として販売されているような（好ましくは約
４７重量パーセントのＡｌ₂Ｏ₃、３８重量パーセント
のＣａＯ、１５重量パーセントのＢａＯより成る）封止
用ガラスの環状のウェーハまたはリングまたは円板を、
焼結したアーク管のプラグに隣接して脚部の周りに配置
し、ポリビニルピロリドンまたはポリビニルアルコール
のような接着剤によって所定位置に保持する。次いで、
この組立体を、好ましくは配置方向を水平にした状態
で、空気中で約１４２５℃の温度に５〜１０分間加熱し
て封止用ガラスを融解させ、次いで約１２７５℃まで冷
やして３０分間保持する（これは封止用ガラスの再結晶
化のためである）。その後、組立体を室温まで冷やす。
封止用ガラスの再結晶化は重要であり、補強手段の強度
を増大させる。

【０００８】封止用ガラス２６ａおよび２６ｂとして用
いることのできる他の組成物には、重量パーセントで表
して、（１）４５〜５０％のＡｌ₂Ｏ₃、３５〜４０％
のＣａＯ、１０〜２０％のＢａＯより成るもの；（２）
米国特許第４０７６９９１号、同第４２０８６０５号、
同第５０９９１７４号、同第５３２１３３５号に記載さ
れているシーラント組成物；（３）４４％のＡｌ
₂Ｏ₃、４１％のＣａＯ、１０％のＢａＯ、５％のＹ₂
Ｏ₃より成るもの（または公知の同様なＮＧＫ封止用ガ
ラス）；（４）アルミナと共に使用するのに適し且つ９
００℃以上の温度で使用するのに適した任意の高温封止
用ガラス（および可能な高温ろう付け化合物）が挙げら
れる。

【０００９】上記より好ましくないが、補強手段の他の
態様が図４に示されている。この場合、封止用ガラスの
環状ウェーハ２９ａおよび２９ｂプラグに隣接した位置
に接着され、次いでセラミックの環状ウェーハまたはリ
ングまたは円板が封止用ガラスに隣接して接着される。
その後、前に述べたように封止用ガラスを融解し再結晶
させる加熱手順が繰り返される。封止用ガラスは融解
し、セラミックのリングを所定位置に保持する。用いら
れる封止用ガラスおよび接着剤は図３について説明した
ものと同様である。セラミックは多結晶アルミナが好ま
しいが、その代わりにアーク管について前述した他のセ
ラミックでもよい。

【００１０】図３および４の手順で封止用ガラスの環状
ウェーハを用いる代わりに、下記の懸濁液を使用しても
よい。先ず封止用ガラスの基材を融合温度（１３００〜
１５００℃）まで加熱し、冷却し、粉砕して粉末を作
り、次いでこの粉末をアルコール（好ましい）、アセト
ンまたは水のような液体と混合し、こうして得られた懸
濁液を接合部に塗布または被着させる。その後、図３お
よび４について述べた手順を続ける。このやり方の代わ
りに、単に前駆物質の酸化物を混合して懸濁物を形成
し、上述の手順を進めてもよい。

【００１１】図２〜４に示すアーク管は５個の部品から
成る。この代わりに、アーク管を３個の部品で構成する
こともできる。この場合、各々の脚部−プラグ組立体が
１個のセラミック部品で形成される。図５に示されるよ
うに、３個のセラミック部品が接合され、破線６０ａ、
６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄで区切られた部分５６ａ、
５６ｂ、５６ｃおよび５６ｄが切り取られて通常のアー
ク管の形が作られる。この代わりに、図６に示されるよ
うに、部分５６ｃおよび５６ｄを取り除くことにより脚
部−プラグ組立体を作ることができる。上記のものより
好ましくないが、射出成形により脚部−プラグ組立体を
モールド成形することができる。このように脚部−プラ
グ組立体が単一のセラミック部品である場合でも、本発
明の補強手段を適用することにより、本発明の利点を得
ることができる。

【００１２】上述の特徴の全ては、図７に示されるよう
なセラミック製無電極アーク管にも採用することができ
る。図７には、アーク管を封止する前の、中央本体７
２、中実な端プラグ７３ｂ、端プラグ７３ａ、脚部７４
ａ（長さが端プラグ７３ａの外面から測って好ましくは
６０〜９０ｍｍ）および封止用ガラス７６ａが示されて
いる。アーク管の中央部分は中央本体７２と端プラグ７
３ｂおよび７３ａとで構成される。上述の他の補強手段
も用いることができる。図７のアーク管は上述したよう
に又公知のようにして作られる。

【００１３】

【実施例】（図３に示したような）多数の７０ワットの
セラミック製メタルハライド・アーク管を前に述べたよ
うな多結晶アルミナから作り、それらの一部には図３に
示したような封止用ガラス（ゼネラル・エレクトリック
社製のＬＳ−４Ｃ２）からなる補強手段を設けた。イン
ストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ）試験機も使用して脚部−プ
ラグ接合部の強度を測定した。中央本体を保持するよう
に取付具を設定し、中央本体から１０ｍｍの所で個々の
脚部に荷重をかけた。破損時の荷重（ポンド）は次の通
りであった。

【００１４】平均値標準偏差１．補強手段のないアーク管４．４＋−０．４２．補強手段を設けたアーク管１２．２＋−１．８補強手段のないアーク管は、脚部がプラグに入る所で破
損した。他方、補強手段を設けたアーク管は、脚部−プ
ラグ接合部から約２ｍｍの所で破損した。このことは、
補強手段を設けたアーク管では脚部−プラグ接合部に破
損を生じさせるにはより一層大きな荷重が必要であるこ
とを意味している。

【００１５】上述の封止用ガラスより成る補強手段を設
けたものと設けないものとで７０ワットのセラミック製
メタルハライド・ランプを作った。これらのランプをほ
ぼ５０００時間点灯した。ランプ点灯中に応力を加える
ことにより脚部−プラグ界面に沿ってモノリシック接合
部を開いてランプを破損させようとした。補強手段のな
いランプの１６％（１９個の内の３個）が破損したが、
補強手段を設けたランプの破損は０％であった（２９個
の内、どれも破損しなかった）。この試験結果による本
発明の顕著な利点は予想し得ないものであった。

【００１６】本発明の好ましい実施態様を図示し説明し
たが、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の
変更や変形等をなし得ることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミック製メタルハライド高圧放電ランプの
正面図である。

【図２】組み立ておよび焼結を行う前のセラミック製ア
ーク管の断面図である。

【図３】本発明のセラミック製アーク管の断面図であ
る。

【図４】本発明の他の態様のセラミック製アーク管の断
面図であり、電極組立体を挿入したところを示す。

【図５】破線で示した部分を取り去ることによってセラ
ミック製アーク管を作る他の方法を示す断面図である。

【図６】破線で示した部分を取り去ることによってセラ
ミック製アーク管の一部を作る他の方法を示す断面図で
ある。

【図７】セラミック製無電極アーク管として使用するの
に適した単一の脚部を持つ本発明のセラミック製アーク
管の、封止する前の断面図である。

【符号の説明】

１０セラミック製メタルハライド・ランプ２０セラミック製アーク管２２中央本体２３ａ、２３ｂプラグ２４ａ、２４ｂ脚部２６ａ、２６ｂ封止用ガラス２９ａ、２９ｂ封止用ガラスの環状ウェーハ３０ａ、３０ｂセラミックの環状ウェーハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者チャールズ・デイビッド・グレスコビッチアメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネクタデイ、ビューモント・ドライブ、1229 番 (72)発明者マーク・エルトン・ダフィーアメリカ合衆国、オハイオ州、シェイカー・ハイツ、チャドボーン・ロード、3125 番 (72)発明者ジョージ・イー・コックソンイギリス、エルイー６、52エルアール、レスターシュ、アッシュビー−デ−ラ−ゾーチ、チャーチヒル・クローズ、14番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２の端部を持つセラミック
製中央部分、並びに前記第１の端部から延在する第１の
セラミック製脚部を有する、高圧放電ランプ用のセラミ
ック製アーク管において、前記第１の脚部が前記中央部
分に接合する所に設けられて、前記第１の脚部と前記中
央部分との間の接続部を補強する補強手段を有すること
を特徴とするセラミック製アーク管。
【請求項２】更に、前記第２の端部から延在する第２
の脚部を有し、前記第１および第２の脚部は、電極へ電
流を供給する電流導体を受け入れるように形成されてお
り、前記第２の脚部が前記中央部分に接合する所にも補
強手段が設けられている請求項１記載のセラミック製ア
ーク管。
【請求項３】前記補強手段が前記第１および第２の脚
部の周りに設けた封止用ガラスである請求項２記載のセ
ラミック製アーク管。
【請求項４】前記補強手段の各々が封止用ガラスの層
とそれに隣接するセラミックのリングとで構成され、こ
れらの封止用ガラスおよびセラミックのリングが前記中
央部分に隣接して前記第１および第２の脚部の各々を取
り囲んでいる請求項２記載のセラミック製アーク管。
【請求項５】前記補強手段が隅肉溶接部の外観を有し
ている請求項３記載のセラミック製アーク管。
【請求項６】前記中央部分の前記第１の端部に隣接し
た所の外径と前記第１の脚部の外径との比が、約２．
３：１乃至約１０：１である請求項１記載のセラミック
製アーク管。
【請求項７】前記比が、約３：１乃至約４：１である
請求項６記載のセラミック製アーク管。
【請求項８】封止した光透過性のエンベロープおよび
該エンベロープ内に配置されたセラミック製アーク管を
有する高圧放電ランプにおいて、前記セラミック製アー
ク管が、第１および第２の端部を持つセラミック製中央
部分、並びに前記第１の端部から延在する第１のセラミ
ック製脚部を有し、前記セラミック製アーク管が更に、
前記第１の脚部が前記中央部分に接合する所に設けられ
て、前記第１の脚部と前記中央部分との間の接続部を補
強する補強手段を有することを特徴とする高圧放電ラン
プ。
【請求項９】前記高圧放電ランプが、セラミック製メ
タルハライド・ランプおよび高圧ナトリウム・ランプお
よび無電極ランプの内のいずれかである請求項８記載の
高圧放電ランプ。