JPS642482B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、金属蒸気放電灯用セラミツクチユ
ーブ製造法に関し、ここに金属蒸気放電灯という
のは、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムラ
ンプ等である。

これらの放電灯に用いられている発光管用セラ
ミツクチユーブとしては、近年開発されている透
光性多結晶アルミナセラミツクが放電発光物質で
あるナトリウムガスや金属ハロゲンガスに耐蝕性
を有しているので、このアルミナセラミツクを用
いた金属蒸気放電灯の実用化及びそのランプ効率
が高く省エネルギーの観点から注目されている。

しかしながら、透光性アルミナセラミツクの発
光管に発光物質を封入して気密封着する際アルミ
ナセラミツクは、水銀ランプに使用されている石
英ガラス発光管のごとき高温加熱だけで溶着封止
され得るような熱的展性がないため、従来主とし
て次のような封着方法をとらざるを得なかつた。

その一例は第１図に示すように、両端が開放さ
れて形成焼成した透光性アルミナセラミツク発光
管（以下アルミナチユーブと記す）１に、そのア
ルミナチユーブとほぼ熱膨脹が等しい耐熱金属、
例えばニオブのような金属材料、あるいはアルミ
ナチユーブと同一もしくは類似のアルミナセラミ
ツクからなるキヤツプ２を嵌合しガラスフリツト
を用いて封着し、次いでそのキヤツプ２の中央孔
に封入発光物質の導入を兼ねた耐熱金属製電極３
を同じくガラスフリツト４で封着する工程を、高
温真空下で行う封着方法である。

この封着方法は、1300℃〜1400℃の高温に加え
て真空条件が必要なため、封着操作が困難である
ばかりでなく、アルミナチユーブ１の全内周およ
びキヤツプ２の中央孔の内周にわたるガラス封着
面積が大きいために、その封着部がランプの点
灯・消灯の繰り返しによる熱衝撃および点灯時の
高温にさらされた場合その封着部からランプの発
光物質が漏洩するおそれがあり、特に高効率及び
高演色性ランプでは高温、高圧に対する機械的強
度および耐蝕性が要求されるためこの方法で得ら
れる発光管は信頼性に欠けるものである。

また、金属やセラミツク製のキヤツプを用いる
ため部品点数が多くなりしかもその寸法精度が高
いものが要求されるため経済的でない欠点を有し
ている。

その他、上記のような欠点を解決する一つの方
法として、アルミナチユーブの両端部にセラミツ
クキヤツプをアルミナチユーブの焼成時に同時に
焼結し一体化する発光管（通称セミクローズドタ
イプアルミナチユーブと言われている）を得る方
法が知られている。この方法は焼成収縮率を厳密
に管理したアルミナ質成形用坏土を用いて両端部
開放のチユーブを形成し、さらにこのチユーブよ
りも焼成収縮率が小さいアルミナ質原料によりキ
ヤツプを形成し、これらの成形品を嵌合した後真
空中または水素雰囲気にて焼成して端部にキヤツ
プをチユーブと一体化する方法である。

この方法は成形したチユーブとキヤツプを生素
地の状態にてはめ合わせる必要があるので、成形
体の損傷を招きやすく、さらにチユーブとキヤツ
プの焼成収縮の管理が困難でありそのため端部に
クラツクが発生したり、チユーブとキヤツプとの
焼結封着が不充分であつたりして封入発光物質の
漏洩を引き起す原因となる不利がある。

さらに、アルミナチユーブとキヤツプを同材質
で一体に成形する発光管の製造法として、特開昭
50−14171号公報等に記載されているように、所
定の外形と低融点の金属もしくは有機物質の中子
とを組合せた成形型を用いて、セラミツク成形原
料をその中子の周囲に充填した後、外型より加圧
してアルミナチユーブとキヤツプとが一体になつ
た形状に成形し、次いでその成形体を加熱して中
子を溶融流出除去して発光管を得る方法が提案さ
れている、しかしながら、この方法ではセラミツ
ク成形原料が中子に圧着されるため成形体が中子
に泥染されたり、またこの中子を溶融したとき成
形体にしみこんだり、流出した際の跡が残る欠点
があるため実際の適用には技術的な困難がある。

さらに従来工業的に行われている発光管の製造
法は押し出し成形法によつているので、発光管の
肉厚は発光部および端部、すなわち放電用電極を
保持する部分とも同一である。したがつて透光性
を向上するため肉厚を小さくすると端部の機械的
強度が劣化するため透光性の向上には限界があつ
た。

この発明は上記したような発光管としてのアル
ミナ質セラミツクチユーブの製造時に端部の気密
封着が容易簡便かつ確実で、リークの発生原因と
なるような封着箇所の少ない一体成形構造体にお
いて特に中子による方法の不利を回避し、しかも
ランプの発光効率を放電用電極支持部の機械的強
度を劣化することなく向上し安価に製造できる技
術を提供するためになされたもので、金属蒸気放
電灯の発光管に用いるアルミナ質セラミツクチユ
ーブの製造法において、最終焼成で透光性アルミ
ナ磁器となる組成としてアルミナ微粉末に焼結助
剤、可塑剤および混合助剤を加えた成形用坏土を
調整する段階と、次にこのチユーブ形状素材に押
圧成形する段階と、次にこのチユーブ形状素材を
内面が紡鐘形をなす外型のキヤビテイ内で該素材
の内側に流体圧力を適用して所定の発光管に対応
する長さの素材管の中央部分でその端部よりも大
きく管径を押拡げ形づけ段階、およびこの形づけ
段階を経て該素材管を外型から取外しその後焼成
に供する段階の順序結合に成る金属蒸気放電灯用
セラミツクチユーブ製造法である。

さてこの発明によるセラミツクチユーブの製造
には、最終焼成によつて、所望の透光性を呈する
アルミナセラミツクが得られるように高純度で活
性なアルミナ微粉末と必要な焼結助剤、そして予
備焼成により、分解もしくは揮発する熱可塑性有
機物を主成分とする可塑剤、および混合助剤例え
ば水を所定の割合に秤量し、湿式で十分混合し、
ついで後述する成形に十分な可塑性をもつように
乾燥もしくは混練して成形用坏土を用意すること
が必要である。

アルミナ微粉末および焼結助剤は従来から知ら
れているとおりのα−アルミナ、γ−アルミナ、
マグネシウム化合物、稀土類化合物等を透光率、
焼成条件、機械的特性等の所要条件により選択す
る。

熱可塑性有機物は、ポリビニールアルコール、
メチルセルロース等が適しているが、その選択お
よび量は製品の形状、大きさにより、成形用坏土
が成形時に呈する可塑性の必要の度合から決めれ
ばよく、特定の条件に限定されるものではない。
なおポリプロピレン、ポリエチレン等の加熱分解
し難い熱可塑性の有機物は、その有機物を除去す
るための予備焼成時に再軟化して成形体を変形す
るおそれがあるので一部併用することは可能であ
るが、前記の熱可塑性有機物を添加可塑剤の主成
分とすることが重要である。

混合助剤は混合物とよく濡れ、もしくは溶媒と
なるもので、後工程の乾燥、焼成で除去されるも
のであればよく、一般には水が用いられるが、成
形体の形状によつては非水溶剤も選択され得る。

上記の主要原料配合において成形用坏土に必要
な可塑性を得るために、真空土練機を用いると坏
土中に空気が含まれないから有効である。

このようにして用意した成形用坏土を用いて押
し出し成形機あるいは湿式プレス機により、まず
チユーブ形状素材５に成形するが、発光管に用い
られるセラミツクチユーブはチユーブ形に対して
長さが比較的長いものが要求されるので押し出し
成形がよい。

この段階でチユーブの内径が最終焼成後の寸法
として放電灯の電極径とほぼ同一かやや大きめに
なるように形成することが望ましい。またチユー
ブ形状素材５の肉厚は後の工程でチユーブ形状素
材管の管径が押し拡げられる際薄くなるのでその
減少分を考慮して定める。

次に、第２図で示すように上記のチユーブ形状
素材５は内面形状が紡鐘形をなす成形型１０のキ
ヤビテイ７内に導いてそのチユーブ形状素材５の
一端からその内部に流体圧力を適用する加圧機
（図示せず）の圧力注入端部材１２を成形型１０
に取り付け、他端にはチユーブ形状素材５の開口
を閉す端部材１３を成形型１０に取り付け、しか
るのち加圧機を作動して、所要の発光管に対応す
る長さの素材管の中央部分の管系を端部の管系よ
り大きく押し拡げた後、加圧機の作動を停止し、
図に仮想線で示した成形体６を圧力注入端部材お
よび端部材１３から離して成形型１０から取り出
すのであり、そしてこの取り出しを容易にするた
めに端部材１３を図に添字ａ，ｂで区別したよう
に素材管の中央部で管軸方向と直角方向または管
軸方向に二分し、ここで嵌合部１１を形成するよ
うに二分割すると、成形体の外面にできるバリが
小さく除去も容易であるので望ましい。この成形
型１０は、第２図に示す単一成形体に対応する場
合だけに限られることなく、第３図に３個の例で
示したように、複数個の成形体を得る多連キヤビ
テイａ，ｂ，ｃをもつ型式としてももちろんよ
く、この場合成形態６は上に準じる成形の直後も
しくは後述の焼成を経た後に切断して個々の製品
にすればよい。成形型１０の内面キヤビテイの形
状は、ランプ特性が満足されかつ成形体の取り出
しが容易な形状をつくり出すことができれば任意
でよく、この形状について紡鐘形と表現したが、
若干の変形が含まれることは説明するまでもな
い。

流体圧力の適用には通常空気が簡便であるが、
もちろん油圧を用いてもよく、ただこの場合の流
体がチユーブ形状素材を侵すことがないものを選
ぶのは勿論であつて、もしそのおそれがある場合
は、流体が直接チユーブ形状素材と接しないよう
に、例えばゴム製の薄い弾性膜を介在して成形す
ればよい。

上記のようにして得られた成形体６はその成形
のために添加した可塑剤を除去するように、例え
ば空気中で予備焼成される。予備焼成の条件は可
塑剤の種類、製品の大きさによつて定めればよい
が、焼成温度は成形体の粉末の活性度が劣化しな
い範囲、すなわち1200℃以下が望ましい。

次に、予備焼成された成形体を高温で最終焼成
する。この最終焼成条件は原料組成、製品の大き
さ、要求される透光率、製品の機械的強度等の条
件によつて温度、時間、雰囲気を適宜に決定す
る。

上記の製造法で得られるアルミナ質セラミツク
チユーブの一例を第４図、第５図に示すが、セラ
ミツクチユーブの形状はこのような発光部が直管
状および楕円状に限られものではなく要求される
形状に沿つて成形、焼成される。

このような方法によつて得られるアルミナ質セ
ラミツクチユーブは、チユーブの両端部１３，１
４の口径を放電用電極の挿入に適合する寸法に容
易に製作することができ、中央部分すなわち発光
物質が封入され発光する部分１５と放電用電極の
支持部との間には接合部がない一体成形・焼成体
であるため、気密封着部分を最小限に抑えること
ができ、かつセラミツクチユーブの内面は全く汚
染されないので透光率に優れしかも放電灯の製作
時に行われるベーキングにおいてもよい結果をも
たらすことになる。さらにセラミツクチユーブの
発光する部分の肉厚は薄いので透光性に優れる一
方放電用電極の支持部の肉厚は厚いので機械的強
度にすぐれている。

実施例 純度99.99％で0.1〜0.2μのアルミナ微粉末に対
し、添加物として酸化マグネシウム0.05重量％、
酸化イツトリウム、0.05重量％、有機バインダー
としてメチルセルロース３重量％、潤滑剤として
ポリエチレングリコール（商品名ポリノン）１重
量％、および混合助剤として水25重量％を加えニ
ーダーにより十分混合した後、真空土練機を用い
て成形用坏土を調整した。次いでピストン式押し
出し機により外径6.5mm、内径2.5mmのチユーブ形
状素材５を押し出し成形し、直ちに第２図のよう
な内面のキヤビテイが紡鐘形をなす形状の成形型
１０に入れ、一端を端部剤１３で密封した後、他
端より該素材管の内部に空気を挿入してキヤビテ
イに沿つた形状の成形体６に変形させた。成形体
６の中央部の外径は約10mmで、肉厚は約1.3mmで
あつた。

加圧成形後、誘電乾燥器により外型に成形体を
納めたまま約２分間乾燥し、チユーブ表面を硬化
させた後、外型より取り出した。

次いで、800℃３時間空気中で加熱し有機物を
完全に除去した後、真空炉で1800℃６時間焼成し
た。

このようにして得られたアルミナ質セラミツク
チユーブをヘリウムリークテスト機により気密試
験をした結果10−10atom・c.c.／secであり、また
200℃から水中への熱衝撃試験にも耐え、さらに
積分球式透光率計で測定した全光線透過率は93％
であり、金属蒸気放電灯用セラミツクチユーブと
しての全ての性能を満足するものであつた。

以上の説明から明らかなように、この発明の金
属蒸気放電灯用セラミツクチユーブ製造法によれ
ば、従来のようにチユーブにキヤツプを組み合せ
る必要もなく同一材質で一体化できるので気密性
にすぐれ、製造工程が簡便であるばかりでなく、
種々の発光管にも適合できる形状が容易に成形で
き、特に透光率をよくするため、発光部のチユー
ブの肉厚を薄くすることができる方法でその利用
価値は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発光管を一部断面で示した正面
図、第２図はこの発明の方法による成形要領を示
す模式図、第３図はこの発明に用い得る外径の概
念を示す断面図、第４図および第５図はこの発明
に従つて得られるセラミツクチユーブを例示する
要部を断面とした正面図である。 １……アルミナ質セラミツクチユーブ、２……
キヤツプ、３……耐熱金属製電極、４……ガラス
フリツト、５……チユーブ形状素材、６……成形
体、７……チユーブ形状素材の一端、８……チユ
ーブ形状素材の他端、９……中央部分の管径、１
０……外型、１１……嵌合部、１２……圧力注入
端部、１３……端部材、１４……電極挿入部分、
１５……発光する部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属蒸気放電灯の発光管に用いるアルミナ質
   セラミツクチユーブの製造法において、最終焼成
   で透光性アルミナ磁器となる組成としてアルミナ
   微粉末に焼結助剤、可塑剤および混合助剤を加え
   た成形用坏土を調整する段階と、次にこのチユー
   ブ形状素材に押出成形する段階と、次にこのチユ
   ーブ形状素材を内面が紡鐘形をなす外型のキヤビ
   テイ内で該素材の内側に流体圧力を適用して所定
   の発光管に対応する長さの素材管の中央部分でそ
   の端部よりも大きく管径を押拡げ形づけ段階、お
   よびこの形づけ段階を経て該素材管を外型から取
   外しその後焼成に供する段階の順序結合に成るこ
   とを特徴とする金属蒸気放電灯用セラミツクチユ
   ーブ製造法。