JP2001325916A

JP2001325916A - ランプ

Info

Publication number: JP2001325916A
Application number: JP2000147489A
Authority: JP
Inventors: Koji Tagawa; 幸治田川; Katsumi Sugaya; 勝美菅谷; Toyohiko Kumada; 豊彦熊田; Yasunori Fujina; 恭典藤名; Takeo Matsushima; 竹夫松島; Kazuhiro Inaoka; 数浩稲岡
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】傾斜機能材料からなる封止部材の全長を短く
することが可能であり小型化の要請に対処できるランプ
を提供する。【解決手段】傾斜機能材料によって成形された封止部
材２０を、前端が発光管１０の封止管部１２に当接して
溶着された接合部２２と、この接合部に連設されるリー
ド棒保持部２１で構成し、リード棒保持部の平均外径を
接合部前端の外径よりも小さくする。また、リード棒保
持部の外径をリード棒３３の外径の２倍以上にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光管の端部が傾
斜機能材料からなる封止部材により封止されたランプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ランプ、例えば高圧放電ランプの発光管
は、石英ガラス製の球状や楕円球状をした発光部とこの
発光部の両端に連設された封止管部からなる。発光部内
には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、封止管部が封止
部材で封止されるが、電極に電気的に接続されたリード
棒がこの封止部材で封止される。ここで、タングステン
からなるリード棒と石英ガラス製の封止部材は熱膨張率
が大きく異なるために封止部材をリード棒に直接溶着し
て封止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
で封止していたが、最近では、シリカなどの絶縁性無機
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封止部
材で発光管端部の封止管部を封止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封止部材は、一
方の端部はシリカなどの絶縁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、封止部材の一方の
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く、従
って、リード棒を構成するタングステンの熱膨張率に近
い特性を有する。従って、傾斜機能材料からなる封止部
材は、熱膨張率が石英ガラスの熱膨張率に近い側が石英
ガラス製の発光管端部の封止管部に溶着可能であり、か
つ熱膨張率がタングステンの熱膨張率に近い側におい
て、その中心部にタングステンからなるリード棒を挿通
し、溶着することによって封止することができる。

【０００４】図３は、発光管の端部が傾斜機能材料から
なる封止部材により封止された直流点灯型放電ランプの
従来例を示す。石英ガラスからなる発光管１０は、球状
ないし楕円球状の発光部１１と、発光部１１の両端に連
設された円筒状の封止管部１２からなる。そして、封止
管部１２は、外径が封止管部１２の外径と等しい封止部
材２０により封止されている。傾斜機能材料からなる封
止部材２０は、封止管部１２側の端部がシリカ１００％
であって熱膨張係数が封止管部１２の熱膨張係数と等し
く、他端に向けてモリブデンの割合が増加する。陽極側
の封止部材２０の外径は例えばφ２５ｍｍであり、陰極
側がφ１６ｍｍである。陽極側の封止部材２０の外径が
大きいのは、陽極３１が陰極３２より大きく、組み立て
時に、この大きな陽極３１が封止管部１２内を通過する
必要があるため、陽極側の封止管部１２の外径が陰極側
の封止管部１２の外径より大きいためである。

【０００５】発光部１１内には、タングステンからなる
一対のリード棒３３、３３の先端に取り付けられた陽極
３１と陰極３２が対向配置されている。そして、リード
棒３３が封止部材２０の中心部に挿通され、導電性無機
物質がリッチな封止部材２０の端部において溶着されて
封止されている。また、図３において斜線で示すよう
に、封止部材２０の絶縁性無機物質がリッチな領域にお
いては、リード棒３３との熱膨張量の差を緩衝するため
に、リード棒３３の表面にモリブデン箔からなる緩衝部
材３４が巻き付けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】傾斜機能材料からなる
封止部材は、燒結法により作製される。この工程を説明
すると、先ず、絶縁性無機物質成分（シリカ粉末）と導
電性無機物質成分（モリブデン粉末）の混合割合が異な
った複数種類、例えば１０種類の粉末混合体を用意し、
これらに有機バインダをそれぞれ混合した後、この混合
体をシリカ粉末とモリブデン粉末の混合割合が段階的に
変化するように成形金型内に積層し、加圧して円柱状の
成形体する。そして、仮燒結で有機バインダを除去し、
次に本燒結を行うと、シリカとモリブデンの割合が段階
的に異なる１０種類の層からなる封止部材が作製され
る。

【０００７】このように、シリカとモリブデンの混合割
合が異なった層が互いに接触した状態で燒結されるが、
燒結後に冷却するときに、層によって熱膨張係数が異な
るので、層の境界面において剪断応力が働く。そして、
層の外径（封止部材の外径）が大きいほど、この剪断応
力は大きくなるので、層の外径に応じて層の厚さ（ラン
プ軸線方向の長さ）を大きくする必要がある。すなわ
ち、封止部の外径Ｒが大きくなると長さＬも長くする必
要があり、実際の封止部材においては、Ｌ≧３Ｒを満た
す必要がある。そして、前記の従来例のランプにおいて
は、陽極側の封止部材（φ２５ｍｍ）の長さは７５ｍｍ
に、陰極側の封止部材（φ１６ｍｍ）の長さは４８ｍｍ
に設計されている。つまり、陽極側と陰極側の封止部材
の長さの和は１２３ｍｍである。

【０００８】ランプ全体から見ると、封止部材は発光に
直接寄与しない部分であり、封止部材を短く設計する
と、発光特性に影響することなくランプの全長が短くな
って小型化し、更には、このランプを組み込んだ機器、
装置も小型化できて好ましい。しかし、発光管の封止管
部の外径が定まると、それに応じて封止部材の長さを定
める必要がある。従って、封止管部の管径を小さくすれ
ば封止部材の全長が短くなるが、封止管部は、組立時に
電極が通過する必要があるので管径を小さくするのに限
界がある。ことに、直流点灯型のショートアーク放電灯
の場合は、前述のとおり、陽極が非常に大きいので、陽
極側の封止管部の管径が大きくなり、封止部材の全長を
短くすることができない。従って、ランプの全長が長く
なって小型化が困難であり、光源としてのランプが組み
込まれる機器、装置の小型化の要請に対応できない不具
合がある。

【０００９】そこで本発明は、傾斜機能材料からなる封
止部材の全長を短くすることが可能であり小型化の要請
に対処できるランプを提供することを目的とする。

【００１０】

【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、発光部と該発光部に連設され
た封止管部からなる石英ガラス製の発光管の該封止管部
が封止部材により封止されたランプであり、記封止部材
は、前端が封止管部に当接して溶着された接合部と、こ
の接合部に連設され、中心部に挿入もしくは挿通された
リード棒を保持する略円柱状のリード棒保持部からな
り、封止部材は、接合部側が絶縁性無機物質成分であっ
て後端に向かうに従い導電性無機物質成分の割合が段階
的または連続的に増大する傾斜機能材料によって成形さ
れたものにおいて、リード棒保持部の平均外径を接合部
前端の外径よりも小さくする。

【００１１】しかし、封止部材のリード棒保持部の外径
を小さくし過ぎると強度的に弱くなるので、請求項２の
発明のように、リード棒の外径をｄ、リード棒保持部の
外径をｒとするとき、ｄ≦ｒ／２、つまりリード棒保持
部の外径をリード棒の外径の２倍以上にするのがよい。
また、請求項３の発明のように、請求項１ないし請求項
２の封止部材によって直流点灯型ショートアーク放電ラ
ンプの陽極側の封止管部を封止すると、より優れた効果
を得ることができる。

【００１２】

【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１は本発明実施例の
ランプを示す。このランプは、例えば直流で点灯される
ショートアーク型キセノン放電ランプであり、ランプ入
力が１．４ｋＷ、ランプ電流が６５Ａ、ランプ電圧が２
２Ｖ、全光束が４９０００ｌｍである。石英ガラスから
なる発光管１０は、球状ないし楕円球状の発光部１１
と、発光部１１の両端に連設された円筒状の封止管部１
２からなる。発光部１１内には、外径がφ４ｍｍのタン
グステン棒からなる一対のリード棒３３、３３の先端に
取り付けられた陽極３１と陰極３２が対向配置されてい
る。また、発光部１１内にはキセノンガスが封入されて
いる。

【００１３】封止管部１２は、傾斜機能材料で成形され
た封止部材２０により封止されている。封止部材２０
は、円柱状のリード棒保持部２１および外周面の一部が
テーパー状である接合部２２からなり、接合部２２のテ
ーパー状の先端である最小外径部にリード棒保持部２１
が一体に連設されている。すなわち、リード棒保持部２
１の外径は、接合部２２前端の外径より小さくなってい
る。なお、リード棒保持部２１は完全な円柱体とは限ら
ず、部位によって外径が幾分異なることがあるが、その
場合は、リード棒保持部２１の平均外径が接合部２２前
端の外径より小さくなっている。

【００１４】接合部２２は絶縁性無機物質成分（シリカ
粉末）の割合が８５質量％（以下、単に％と記す。）よ
り多い割合で構成されてなり，特に封止管部１２に当接
する前端は、絶縁性無機物質成分で成形されており、熱
膨張率は封止管部１２の熱膨張率の±５×１０^−７／Ｋ
の範囲である。一方、リード棒保持部２１は、導電性無
機物質成分（モリブデン粉末）の割合が１５％以上の割
合で構成され，外側（反接合部側）に向かうにつれて導
電性無機物質成分の混合割合が段階的に多くなってお
り、最端部の導電性無機物質成分の割合は８５％であ
り、その熱膨張率はタングステンの熱膨張率に近くなっ
ている。そして、接合部２２前端が封止管部１２に溶着
されており、また、リード棒３３がリード棒保持部２１
の中心部に挿通され、導電性無機物質成分がリッチな部
分で溶着されて封止されている。リード棒保持部２１と
リード棒３３との気密溶着部分を除く絶縁性無機物質成
分がリッチな部分において，リード棒３３の表面にモリ
ブデン箔からなる緩衝部材３４が巻き付けられている。

【００１５】次に、傾斜機能材料による封止部材２０を
プレス燒結法により成形した例を説明する。粒径が５μ
ｍのシリカ粉末と粒径が１μｍのモリブデン粉末を用意
し、両者の混合割合が異なった１０種類の粉末混合体を
調製した。シリカ粉末が最も多いものはシリカ１００
％、つまりシリカ粉末のみであり、モリブデン粉末の混
合割合を５％ないし１０％程度づつ増加させた。そし
て、モリブデン粉末の混合割合が最も多いものはモリブ
デン粉末が８５％である。この粉末混合体にそれぞれス
テアリン酸を添加して乾式混合し、１０種類の造粒粉末
を作製した。

【００１６】この造粒粉末を、図２に示すように、金型
Ｄ内に充填し、プレスする。すなわち、大径部Ｄ１と小
径部Ｄ２およびテーパー部Ｄ３からなるキャビティを有
する金型Ｄの底部に下パンチＰ２を配置し、下パンチＰ
２には、外径がリード棒３３の外径にほぼ等しい芯棒Ｃ
を挿通する。そして、１０種類の造粒粉末Ｐを、シリカ
粉末とモリブデン粉末の混合割合が順次段階的に変化す
るように、金型Ｄ内に層状に充填する。つまり、先ず，
下パンチＰ２の上にモリブデン粉末の混合割合が８５％
の造粒粉末を所定厚さに充填し、その上にモリブデン粉
末の混合割合が順次少なくなるように造粒粉末を所定厚
さに充填するが、封止部材２０のリード棒保持部２１に
対応する小径部Ｄ２においては、モリブデン粉末の混合
割合は１５〜８５％になるようにする。一方、封止部材
２０の接合部２２に対応するテーパー部Ｄ３および大径
部Ｄ１においては、モリブデン粉末の混合割合が１５％
未満の造粒粉末を充填する。そして、上パンチＰ１に
て、１５０ＭＰａ程度の圧力でプレスして積層成形体を
得る。この積層成形体を仮燒結してステアリン酸を除去
し、１７５０℃程度の温度で加熱して燒結すると、金型
Ｄの小径部Ｄ２で成形されたリード棒保持部２１と大径
部Ｄ１およびテーパー部Ｄ３で成形された接合部２２が
一体に連設された封止部材２０が得られる。

【００１７】この封止部材２０の中心孔に、先端に電極
３１、３２が取り付けられたリード棒３３を挿通し、前
述のとおり、リード棒保持部２１のモリブデン成分がリ
ッチな部分で溶着する。そして、電極３１、３２を封止
管部１２内を通し、接合部２２の前端面を封止管部１２
の端縁に突合せ、その突合せ部分を加熱して溶着させる
と、封止工程が完了する。

【００１８】このようにして製作されたランプの寸法の
具体例を挙げると、陽極側の封止管部１２側の外径はφ
２５ｍｍ、陰極側の封止管部１２側の外径はφ１６ｍｍ
である。陽極側のリード棒保持部２１の外径はφ１６ｍ
ｍ、接合部２２前端の外径は封止管部１２の外径と同じ
φ２５ｍｍである。また、陰極側のリード棒保持部２１
の外径はφ１０ｍｍ、接合部２２前端の外径は封止管部
１２の外径と同じφ１６ｍｍである。そして、陽極側の
リード棒保持部２１の長さが２４．５ｍｍ、封止部材２
０全体の長さは３４ｍｍであり、陰極側のリード棒保持
部２１の長さが２０．３ｍｍ、封止部材２０全体の長さ
は３０ｍｍである。このように、リード棒保持部２１で
あるモリブデン粉末の混合割合が１５％以上の部分の外
径を小さくすることによって、シリカ成分とモリブデン
成分の混合割合が異なる層の間に生じる剪断応力が小さ
くできるので、リード棒保持部２１の長さを短くしても
この剪断応力に耐えることができ、従って，封止部材２
０の全体の長さを短くすることができる。このように、
陽極側と陰極側の封止部材２０の長さの和は６４ｍｍで
あり、前記従来例のランプの封止部材２０の長さの和
（１２３ｍｍ）に比べて５９ｍｍ短くなっている。すな
わち、発光管が同じ大きさであってもランプ全長を５９
ｍｍ短くすることができる。このため、光源としてのラ
ンプが組み込まれる機器、装置の小型化の要請に対応で
きる。

【００１９】また、リード棒３３の外径ｄがφ４ｍｍで
あるので、外径が小さい陰極側のリード棒保持部２１の
外径ｒ（φ１０ｍｍ）も、リード棒３３の外径の２倍以
上になっており、ｄ≦ｒ／２の関係を満たしている。も
し、ｄ＞ｒ／２であれば、リード棒保持部２１の強度が
不足してクラックが生じ、ランプの気密性や耐圧性に支
障をきたす危険性がある。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のランプ
は、傾斜機能材料によって成形された封止部材を、前端
が発光管の封止管部に当接して溶着された接合部と、こ
の接合部に連設されるリード棒保持部で構成し、リード
棒保持部の平均外径を接合部前端の外径よりも小さくす
るので、封止部材の全長を短くすることが可能であり小
型化の要請に対処できるランプとすることができる。こ
とに、本発明は、陽極が極めて大きい直流点灯型ショー
トアーク放電ランプに好適に適用できる。また、リード
棒保持部の外径をリード棒の外径の２倍以上にするのこ
とにより、リード棒保持部の強度が十分となり、クラッ
クの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の正面図である。

【図２】封止部材の成形方法の説明図である。

【図３】従来例の正面図である。

【符号の説明】

１０発光管１１発光部１２封止管部２０封止部材２１リード棒保持部２２接合部３１陽極３２陰極３３リード棒３４緩衝部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊田豊彦兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者藤名恭典兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者松島竹夫兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者稲岡数浩兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内Ｆターム(参考） 5C043 AA12 CC01 CD01 DD15 DD20 EB18 EC12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光部と該発光部に連設された封止管部
からなる石英ガラス製の発光管の該封止管部が封止部材
により封止されたランプにおいて、前記封止部材は、前端が該封止管部に当接して溶着され
た接合部と、該接合部に連設され、中心部に挿入もしく
は挿通されたリード棒を保持する略円柱状のリード棒保
持部からなり、該封止部材は、該接合部側が絶縁性無機
物質成分であって後端に向かうに従い導電性無機物質成
分の割合が段階的または連続的に増大する傾斜機能材料
によって成形されてなり、前記リード棒保持部の平均外径が、該接合部前端の外径
よりも小さいことを特徴とするランプ。
【請求項２】前記リード棒の外径がｄであり、該リー
ド棒保持部の平均外径がｒであるとき、ｄ≦ｒ／２であ
ることを特徴とする請求項１記載のランプ。
【請求項３】前記封止部材により、直流点灯型ショー
トアーク放電ランプの陽極側の封止管部を封止したこと
を特徴とする請求項１または請求項２記載のランプ。