JPH11260315A - 管球の閉塞部構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】傾斜機能材料からなる閉塞部構造体において、
電極芯棒が閉塞部構造体の中心孔内に隙間なく焼き締め
られて、電極芯棒と閉塞部構造体の間に最冷点である隙
間が形成されないようにしても、焼結時にクラックの入
ることのない閉塞部構造体を提供する。 【解決手段】中心孔５３に電極芯棒４０を保持した状態
で、発光管１１に連設された閉塞部１２を閉塞する管球
の閉塞部構造体５０において、電極芯棒を閉塞部構造体
の中心孔内に隙間なく焼き締め、閉塞部構造体の導電性
成分非含有領域の中心孔に位置する電極芯棒の表面に高
融点金属薄膜７０を被覆し、閉塞部構造体の導電性成分
含有領域の中心孔に位置する電極芯棒の表面には高融点
金属粉末６０を塗布する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水銀ランプやメタ
ルハライドランプ、ハロゲンランプなどの管球の閉塞管
を閉塞する閉塞部構造体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】管球、例えば高圧放電ランプは、石英ガ
ラス製の球状や楕円球状をした発光管内に一対の電極が
対向配置され、水銀などの発光金属、放電用ガスなどが
封入される。そして、発光管の端部に筒状の閉塞管が連
設され、先端に電極を有する電極芯棒と外部リード棒が
この閉塞管で電気的に接続された状態で閉塞されるが、
タングステンからなる電極芯棒と石英ガラス製の閉塞管
は熱膨張率が大きく異なるために閉塞管を電極芯棒に直
接溶着して閉塞することができない。

【０００３】このため従来は箔シール法や段繋ぎ法など
で閉塞していたが、最近では、シリカなどの非導電性無
機物質成分とモリブデンなどの導電性無機物質成分で成
形された傾斜機能材料を焼結法で円柱状に形成した閉塞
部構造体で発光管端部の閉塞管を閉塞することが注目さ
れている。かかる傾斜機能材料で形成された閉塞部構造
体は、一方の端部はシリカなどの非導電性無機物質成分
がリッチであり、他方の端部に向かうにつれてモリブデ
ンなどの導電性無機物質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。従って、シリカ粉末とモ
リブデン粉末で成形された傾斜機能材料の場合、閉塞部
構造体の一方の端部近傍は、非導電性であるとともに熱
膨張率が石英ガラスの熱膨張率に近く、他方の端部近傍
は、導電性であるとともに熱膨張率がモリブデンの熱膨
張率に近い特性を有する。

【０００４】かかる傾斜機能材料は、非導電性無機物質
成分と導電性無機物質成分の割合が変化する勾配を大き
くすることができるので、傾斜機能材料で形成された閉
塞部構造体は、軸線方向の長さが短くても、一方の端面
の非導電性成分をリッチにするとともに他方の端面の導
電性成分をリッチにすることができる。また、傾斜機能
材料はその構成成分の組成が大きく変わる境界面を持た
ないので熱ショックや機械的強度が強い。従って、閉塞
管に閉塞部構造体を溶着するシール部分を点灯時に高温
になる発光管の中央部に近づけることができ、閉塞管の
軸線方向の長さが短いことと相俟って、閉塞管を短くで
きる利点を有する。

【０００５】図１は、発光管に連設された閉塞管を傾斜
機能材料からなる閉塞部構造体で閉塞した定格電力が３
ｋＷのキセノンショートアークランプを示す。石英ガラ
ス製の発光管１１は球状や楕円球状の中央部を有してお
り、その内部には、タングステンからなる陽極２０と陰
極３０が、例えば５ｍｍ間隔で対向配置されている。ま
た、放電用ガスとしてキセノンガスが所定圧力で封入さ
れている。そして、発光管１１の両端に閉塞管１２，１
２が連設されているが、閉塞管１２，１２の端部は、導
電性無機物質成分（例えばモリブデン）と非導電性無機
物質成分（例えばシリカ）からなる傾斜機能材料の焼結
体である閉塞部構造体５０で閉塞されている。

【０００６】閉塞部構造体５０は、非導電性の端面５１
が発光管１１方向になるように、閉塞管１２内に嵌め込
まれ、この端面５１の部分で石英ガラス製の閉塞管１２
に溶着される。閉塞部構造体５０は、その両端面５１，
５２からそれぞれ、電気電導性を有する部分まで非貫通
の中心孔５３があけられ、それぞれの中心孔５３に陽極
２０および陰極３０の電極芯棒４０と陽極端子２２およ
び陰極端子３２を埋設して固定している。

【０００７】傾斜機能材料からなる閉塞部構造体５０へ
の電極芯棒４０の固定は、シリカとモリブデンの粉末の
加圧成形体を１３００℃程度の温度で仮焼結して円柱体
を成形し、この円柱体の非導電性の端面５１から中心孔
５３を加工し、この中心孔５３に電極芯棒４０を挿入し
てから１７００℃程度で本焼結し、焼き締めることによ
って行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、中心孔５３を
内径が均一な孔にしておくと、つまり、電極芯棒４０が
閉塞部構造体５０の中心孔５３内に隙間なく焼き締めら
れるようにすると、電極芯棒４０がタングステンやモリ
ブデン等の金属であるので、焼結時に、傾斜機能材料の
モリブデン成分が少なくてシリカ成分が多い非導電性領
域においては、熱膨張率の差によって、中心孔５３に面
した部分にクラックが入り、ランプ製作後にそのクラッ
ク部分から割れが広がり、リークにいたる事故が起る。

【０００９】この事故を防止するために、閉塞部構造体
５０の中心孔５３を、電極芯棒４０とほぼ同径の孔５３
ａとこれよりも大径の孔５３ｂからなる二段孔とし、電
極芯棒４０は、本焼結時に導電性領域側の孔５３ａにお
いて焼き締められるが、非導電性領域側の大径の孔５３
ｂの部分において、電極芯棒４０と閉塞部構造体５０の
間に隙間Ｓができるようにしている。

【００１０】しかしながら、電極芯棒４０と閉塞部構造
体５０の間に隙間Ｓができると、点灯時において、ラン
プ内空間の最冷点は、電極２０，３０から遠く離れたこ
の隙間Ｓ内に位置することになる。従って、メタルハラ
イドランプや水銀ランプにおいては、金属ハロゲンや水
銀などの封入物が、最冷点である隙間Ｓに凝縮する過程
で、経時的な発光色の変化が生じるなど所期のランプ特
性が得られない不具合が生じる。

【００１１】そこで本発明は、傾斜機能材料からなる閉
塞部構造体において、電極芯棒が閉塞部構造体の中心孔
内に隙間なく焼き締められて、電極芯棒と閉塞部構造体
の間に最冷点である隙間が形成されないようにしても、
焼結時にクラックの入ることのない閉塞部構造体を提供
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、請求項１の発明は、導電性無機物質成分と非導電
性無機物質成分とが長手方向に連続的または段階的な濃
度勾配を持ち、一方側が非導電性領域であって他方側が
導電性領域である略円柱状の傾斜機能材料で構成され、
その中心孔に電極芯棒を焼き締めて保持した状態で、発
光管に連設された閉塞管を閉塞する管球の閉塞部構造体
において、電極芯棒を閉塞部構造体の中心孔内に隙間な
く焼き締め、少なくとも閉塞部構造体の導電性無機物質
成分非含有領域の中心孔に位置する電極芯棒の表面に高
融点金属薄膜を被覆し、少なくとも閉塞部構造体の導電
性無機物質成分含有領域の中心孔に位置する電極芯棒の
表面には高融点金属粉末を塗布する。

【００１３】そして、請求項２の発明のように、電極芯
棒の表面に被覆する高融点金属薄膜は白金もしくはレニ
ウムもしくはロジウムのめっき被膜が好適であり、電極
芯棒の表面に塗布する高融点金属粉末はモリブデン粉
末、タングステン粉末、タンタル粉末、バナジウム粉
末、ジルコニウム粉末、ニオブ粉末のいずれか一種ある
いは二種以上の混合金属粉末が好適である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図２において、発光管
１１に連設された閉塞管１２は、閉塞部構造体５０で閉
塞されている。閉塞部構造体５０は非導電性無機物質成
分であるシリカと導電性無機物質成分であるモリブデン
からなる傾斜機能材料製であり、湿式法あるいはプレス
法にて製造されている。

【００１５】湿式法は、粒度分布の異なるシリカ粉末と
モリブデン粉末の混合スラリーを調製し、混合スラリー
を遠心分離または沈降分離して、溶媒を除いた後に泥滓
を脱水し、乾燥して冷間静水圧成形などでつくる方法で
あり、傾斜機能材料の長さ方向において非常になだらか
な組成変化が得られる製造方法である。

【００１６】プレス法は、シリカ粉末とモリブデン粉末
の混合割合が異なった混合粉末体を複数種類用意し、そ
れぞれの混合粉末体を有機バインダーを含む溶剤ととも
に湿式混合した後、乾燥して造粒粉末を作成し、この造
粒した粉末を混合割合順に金型に層状に充填し、加圧し
て加圧して成形体を得た後、この成形体を加熱して有機
バインダーを除去してから焼成する方法である。

【００１７】上記のような方法で製造された傾斜機能材
料を、所定の寸法の円柱体に成形して１３００℃程度の
温度で仮焼結した後、非導電性端面から中心孔５３を導
電性領域の所定位置まで加工する。中心孔５３は、内径
が電極芯棒４０とほぼ同径の一段孔であり、電極芯棒４
０を挿入したときに、隙間がほとんどできないようにな
っている。

【００１８】次に、電極芯棒４０の表面に、図２におい
て、便宜上点線で示す高融点金属の薄膜７０をめっき
法、スパッタリング法、真空蒸着法などで形成する。薄
膜７０を形成する部位は、少なくとも、電極芯棒４０を
中心孔５３に挿入したときに、傾斜機能材料の導電性無
機物質成分非含有領域、つまり、閉塞部構造体５０の非
導電側端部であって、モリブデンを含有しないシリカの
みの領域に対面する位置である。しかし、高融点金属の
薄膜７０をこれ以外の部位、つまりモリブデンを含有す
る領域にまで余分に形成してもなんら差支えない。

【００１９】薄膜７０用の高融点金属は、傾斜機能材料
の本焼結温度によって溶融しないことが必要であるが、
白金（Ｐｔ）もしくはレニウム（Ｒｅ）もしくはロジウ
ム（Ｒｈ）が好適であり、更にはめっき法で形成した膜
厚が１μｍ程度のレニウムもしくはロジウムのめっき薄
膜とするのがよい。

【００２０】続いて、電極芯棒４０の表面に、図２にお
いて、便宜上、小さな×印で示す高融点金属粉末６０を
塗布する。高融点金属粉末６０を塗布する部位は、少な
くとも、電極芯棒４０を中心孔５３に挿入したときに、
傾斜機能材料の導電性無機物質成分含有領域、つまりモ
リブデンを含有する領域に対面する位置であって、傾斜
機能材料と電極芯棒４０の熱膨張率の差の大きい位置で
ある。

【００２１】高融点金属粉末６０は傾斜機能材料の本焼
結温度によって溶融しないことが必要である。モリブデ
ン粉末、タングステン粉末、タングステン粉末、タンタ
ル粉末、バナジウム粉末、ジルコニウム粉末、ニオブ粉
末のいずれか一種あるいは二種以上の混合金属粉末は、
高融点であって本焼結時に溶解、飛散、合金化などの変
化が起ることがなく、好適である。高融点金属粉末６０
を塗布する方法は、粒径が１μｍ程度のモリブデン粉末
やタングステン粉末などを有機溶媒、例えば酢酸ブチル
と混合し、筆やスパチュラなどでその溶液をすくって電
極芯棒４０の表面に付着させ、室温で乾燥させる。粉末
の膜厚は５０μｍ程度で良い。

【００２２】かかる電極芯棒４０を仮焼結体の中心孔５
３に挿入し、非酸化性雰囲気ないし１０^-2Ｐａ程度の減
圧下にて、１７００℃程度の温度で１０分間程度本焼結
し、電極芯棒４０を焼き締める。つまり、電極芯棒４０
を閉塞部構造体５０の中心孔５３内に隙間なく焼き締め
る。そして、電極芯棒４０を焼き締めた閉塞部構造体５
０を閉塞管１２に挿入し、閉塞部構造体５０と閉塞管１
２を溶着することによって閉塞管１２を閉塞する。この
ように、電極芯棒４０が閉塞部構造体５０の中心孔５３
内に隙間なく焼き締められているので、点灯時の最冷点
がここにできることがなく、封入物の凝縮を防ぐことが
できる。

【００２３】この傾斜機能材料の本焼結時において、傾
斜機能材料のモリブデンを含有しない領域と電極芯棒４
０の間には、高融点金属の薄膜７０が介在するので、高
融点金属の薄膜７０とシリカのみからなる傾斜機能材料
は馴染まない。従って、電極芯棒４０を強く焼き締めて
も、この領域においてクラックが入ることがない。

【００２４】もし、傾斜機能材料のモリブデンを含有す
る領域と電極芯棒４０の間にも高融点金属の薄膜７０の
みが介在するのであれば、傾斜機能材料のモリブデンを
含有する領域は高融点金属の薄膜７０と馴染じみ、電極
芯棒４０を強く焼き締めるとクラックが発生する。しか
し、本発明においては、傾斜機能材料のモリブデンを含
有する領域と電極芯棒４０の間に高融点金属の粉末６０
が介在するので、傾斜機能材料を本焼結するときに、高
融点金属の粉末６０は焼結されずに脆弱な層になり、傾
斜機能材料が本焼結により収縮するとこの脆弱な層が崩
壊する。すなわち、高融点金属の粉末６０は本焼結時に
クッションの役目を果たすので、電極芯棒４０を強く焼
き締めてもモリブデンを含有する領域においてクラック
が発生しない。このように、傾斜機能材料と電極芯棒４
０の間に介在する高融点金属薄膜７０と高融点金属粉末
６０の両方の作用により、傾斜機能材料の導電性無機物
質成分を含有する領域においても導電性無機物質成分を
含有しない領域においてもクラックが発生しない。

【００２５】次に、上記の本発明の閉塞部構造体５０で
閉塞した１５０Ｗの超高圧水銀ランプと、傾斜機能材料
と電極芯棒４０の間になにも介在しない従来の閉塞部構
造体で閉塞した高圧放電ランプの点灯試験を行った。供
試本数は共に５本であり、空気中で４５分点灯、１５分
消灯の繰返しサイクルにて水平点灯とした。その結果、
従来のランプでは、点灯４５分後にすべてのランプで閉
塞部構造体においてリークが生じ、不点灯となったが、
本発明の閉塞部構造体５０で閉塞したランプは点灯後１
５００時間経過しても不具合は生じなかった。

【００２６】なお、ここでは、超高圧水銀ランプで説明
したが、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロ
ゲンランプやハロゲンヒータ等の閉塞管を有するランプ
にも使用できる。また、閉塞部構造体５０の中心孔５３
は貫通しない例で説明したが、電極芯棒４０を閉塞部構
造体５０に貫通して固定する場合もあり、本発明は、中
心孔５３が貫通孔の場合にも適用できることは云うまで
もない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、傾斜機
能材料で成形された閉塞部構造体において、少なくとも
閉塞部構造体の導電性無機物質非含有領域の中心孔に位
置する電極芯棒の表面に高融点金属薄膜を被覆し、少な
くとも閉塞部構造体の導電性無機物質含有領域の中心孔
に位置する電極芯棒の表面には高融点金属粉末を塗布し
たので、電極芯棒を閉塞部構造体の中心孔内に隙間なく
焼き締めて、電極芯棒と閉塞部構造体の間に最冷点であ
る隙間が形成されないようにしても、焼結時にクラック
が入ることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】発光管の閉塞管が傾斜機能材料で形成された閉
塞部構造体で閉塞された高圧放電ランプの説明図であ
る。

【図２】本発明実施例の断面図である。

【符号の説明】

１１ 発光管 １２ 閉塞管 ２０ 陽極 ３０ 陰極 ４０ 電極芯棒 ５０ 閉塞部構造体 ５３ 中心孔 ６０ 高融点金属粉末 ７０ 高融点金属薄膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性無機物質成分と非導電性無機物質
   成分とが長手方向に連続的または段階的な濃度勾配を持
   ち、一方側が非導電性領域であって他方側が導電性領域
   である略円柱状の傾斜機能材料で構成され、その中心孔
   に電極芯棒を焼き締めて保持した状態で、発光管に連設
   された閉塞管を閉塞する管球の閉塞部構造体において、 前記電極芯棒は、該閉塞部構造体の中心孔内に隙間なく
   焼き締められ、少なくとも該閉塞部構造体の導電性無機
   物質成分非含有領域の中心孔に位置する該電極芯棒の表
   面には高融点金属薄膜が被覆され、少なくとも該閉塞部
   構造体の導電性無機物質成分含有領域の中心孔に位置す
   る該電極芯棒の表面には高融点金属粉末が塗布されてい
   ることを特徴とする管球の閉塞部構造体。
2. 【請求項２】 前記高融点金属薄膜が白金もしくはレニ
   ウムもしくはロジウムのめっき被膜であり、前記高融点
   金属粉末がモリブデン粉末、タングステン粉末、タンタ
   ル粉末、バナジウム粉末、ジルコニウム粉末、ニオブ粉
   末のいずれか一種あるいは二種以上の混合金属粉末であ
   ることを特徴とする請求項１記載の管球の閉塞部構造
   体。