JP4446430B2 - 高圧放電灯用発光容器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯用発光容器およびこれに用いる端部封止部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1に記載の高圧放電灯用発光容器においては、チューブ本体の成形体と環状の端部封止部材の成形体とを別個に作製し、これら2種類の成形体を組み立てて組み立て体を作製している。そして、この組み立て体を焼成してメタルハライド封入用の容器を作製している。この際、チューブ本体の成形体を単独で焼成したときの内径よりも、端部封止部材の成形体を単独で焼成したときの外形が大きくなるように、両者の焼成収縮率を設計しておく。すると、焼成時に、チューブ本体から端部封止部材へと圧着力が加わるので、両者の接合が良好となり、気密性が高く維持される。
【特許文献1】
特開平10−125230号公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者がこうした高圧放電灯用発光容器の量産を検討したところ、次の問題点を見いだした。この点について、図10を参照しながら述べる。図10に示す高圧放電灯用発光用容器11は、チューブ本体6と端部封止部材12とからなる。チューブ本体6の内側面6aは放電空間10に面している。端部封止部材12は、本体部分12bと環状部分12aとを備えている。チューブ本体6の端部開口に端部封止部材12の本体部分12bが挿入され、接合一体化されている。端部封止部材12の電極部材挿入孔12d中には電極部材9の保持部9aが挿入固定されている。電極9bは放電空間10内に収容されている。端部封止部材12の内側面と電極部材9の外側面との間は接合材、例えばガラスフリット14によって封止されている。
【0004】
しかし、容器11内にクラックが見られないときでも、端部封止部材12内に電極部材9を挿入し、接合材14で封止した後には、チューブ本体6にクラックが見られることがあった。この場合には不良品となるので、製造歩留りが低下するという問題がある。
【0005】
本発明の課題は、チューブ本体、およびチューブ本体の開口内に設けられている端部封止部材を備えており、チューブ本体の被焼成体と端部封止部材の被焼成体との組み立て体の焼成によって製造されている容器において、電極部材を端部封止部材内に挿入して接合材で封止した後の容器のクラック発生を抑制することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、放電空間が形成されているチューブ本体、およびこのチューブ本体の開口内に設けられている端部封止部材を備えており、チューブ本体の被焼成体と端部封止部材の被焼成体との組み立て体の焼成によって製造されているセラミックス製の高圧放電灯用発光容器であって、
端部封止部材が、外側端面、放電空間に面する内側端面および外側端面と内側端面との間に設けられている電極部材挿入孔を備えており、外側端面に凹部が形成されている。
【0007】
ここで、前記凹部が、前記電極部材挿入孔と連続しており、前記電極部材挿入孔を包囲するように環状に設けられている。そして、接合剤が前記外側端面、前記電極部材挿入孔および前記内側端面を濡らしている。
【0008】
本発明者は、容器の端部封止部材に電極部材を挿入し、接合材で封止した後に、電極部材の外周部分で容器にクラックが生ずる原因を検討し、次の発見に至った。即ち、図10、図11に示すように、クラックは、主としてチューブ本体6と端部封止部材12との接合部分の末端部Aに現れることが多かった。そこで、Aの近辺の状況を検討したところ、接合材15がAまで濡らしていることが分かった。これは、接合材14が端部封止部材12の電極部材挿入孔12dから溢れて内側端面12eを濡らし、更にチューブ本体6の内壁面6aまで到達していることを意味している。このようなチューブ本体6の内壁面6aの濡れは、次のようにして生ずると考えられる。即ち、接合時の最高温度が高すぎたり、あるいは最高温度での保持時間が長すぎると、図10に示すように、接合材14が広い面積にわたって壁面に沿って流動し、最終的にチューブ本体6の内壁面6aまで到達することがある。また、接合材14が多すぎると、やはり一部が図11に示すように、チューブ本体6の内壁面6aに到達することがある。
【0009】
ここで、端部封止部材12とチューブ本体6とは、前述したように焼成収縮率の差によって圧着されている。このため、両者の接合部分に沿って応力が残っており、かつ微細な隙間も残っている。この隙間に接合材の一部が流入すると、残留応力と相まってクラック発生の原因となる。特に、接合条件によっては、チューブ本体6を構成するセラミックスの熱膨張率よりも低い熱膨張率を有する結晶が接合材14内に生成することがある。この場合には、封止工程、あるいは点灯時に、一層クラックが発生しやすくなる。
【0010】
これに対して、本発明においては、端部封止部材12の外側端面に凹部を設け、凹部が、電極部材挿入孔と連続しており、電極部材挿入孔を包囲するように環状に設けられている。これによって、溶融工程において接合材の一部を吸収し、接合材がチューブ本体6の内壁面6aに到達しにくいようにすることで、クラックを抑制することに成功した。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る高圧放電灯用発光容器8を示す断面図であり,電極部材9の固定後の状態を示す。図2は、電極部材9の固定前の容器8を示す。本例の容器8は、端部封止部材7とチューブ本体6からなる。チューブ本体6の内側面6aは放電空間10に面している。端部封止部材7は、本体部分7bと環状部分7aとを備えている。チューブ本体6の端部開口に端部封止部材7の本体部分7bが挿入され、接合一体化されている。端部封止部材7の電極部材挿入孔7d中には電極部材9の保持部9aが挿入固定されている。電極9bは放電空間10内に収容されている。端部封止部材7の内側面と電極部材9の外側面との間は接合材、例えばガラスフリット14によって封止されている。
【0012】
本例においては、端部封止部材7の内側端面7eは略平坦であるが、外側端面7fには略環状の凹部7cが形成されている。そして、接合工程において、流動性の接合材が凹部7cにおいて吸収されるので、チューブ本体6の内壁面6aにまで到達しにくく、これによってチューブ本体6のクラック発生率を低減できる。
【0013】
図3に示す本発明外の高圧放電灯用発光容器8Aは、端部封止部材7Aとチューブ本体6とからなる。本例の端部封止部材7Aにおいては、外側端面7fには凹部が設けられておらず、略平坦である。端部封止部材7Aの放電空間10に面する内側端面7eには、電極部材挿入孔7dを包囲するように環状の凹部7gが形成されている。
【0014】
図4に示す高圧放電灯用発光容器8Bは、端部封止部材7Bとチューブ本体6とからなる。本例の端部封止部材7Bにおいては、放電空間10に面する内側端面7eに、電極部材挿入孔7dを包囲するように環状の凹部7gが形成されている。外側端面7fには略環状の凹部7cが形成されている。これによって、接合工程において、流動性の接合材14が平坦面7eまで到達しににく、従ってチューブ本体6の底壁面6aに到達しにくい。
【0015】
本発明においては、凹部が、電極部材挿入孔7dを包囲するように環状に設けられている。これは、接合工程において、流動性の接合材がチューブ本体6に到達しないようにする上で効果的である。
【0016】
本発明においては、凹部が、電極部材挿入孔に対して連続的に設けられている。
【0017】
容器を構成するセラミックスは特に限定されないが、ハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性を有するセラミックスが好ましい。特に好ましくは、アルミナ、イットリア、イットリウム−アルミニウムガーネット、窒化アルミニウムである。
【0018】
電極部材の材質や形態は特に限定されない。電極部材の材質は、高融点金属や導電性セラミックスが好ましい。高融点金属としては、モリブデン、タングステン、レニウム、ハフニウム、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の金属、またはこの金属を含む合金が好ましい。
【0019】
凹部の深さは特に限定されない。しかし、接合工程において流動性の接合材を吸収し、チューブ本体6への到達を抑制するという観点からは、凹部の深さは0.2mm以上であることが好ましく、0.4mm以上であることが更に好ましい。また、凹部の深さの上限は特にない。加工時の生産性の観点からは、凹部の深さは0.3mm以下であることが好ましい。
【0020】
接合材の種類は特に限定されないが、いわゆるフリットガラスが好ましく、Al 2 O 3 -CaO-Y 2 O 3 -SrO系の組成系のガラスが特に好ましい。
【0021】
Al 2 O 3 −CaO−Y 2 O 3 −SrO系の組成系のフリットガラスを使用した場合には、溶融後に接合条件によっては12CaO・7Al2O3結晶が生成することがある。例えばアルミナチューブの熱膨張係数は6.8×10−6/℃であり、12CaO・7Al2O3の熱膨張係数は5.98×10−6/℃であり、かなりの熱膨張差が生ずる。
【0022】
次いで好適な製造プロセスについて説明する。図5に示すように、上型1と下型2とを準備し、下型2内に粉末3を収容する。上型1の型面には突起1aを設ける。図6に示すように、上型1と下型2とをはめ合わせ,組み立てる。突起1aの形状は、例えば図1に示す凹部7cを形成可能な形状とする。このときの圧力は粉末の種類によって定まる。次いで、上型1と下型2とを離し、成形体4を離型させる。成形体4は、環状部分4a、本体部分4b、貫通孔4dおよび凹部4cを備えている。
【0023】
次いで、図8に示すように、成形体4の本体部分4bを、チューブ本体6の成形体5の開口5aの端部に挿入し、図9に示す状態とし、組み立て体を得る。組み立て体20を焼成し、例えば図1に示す容器を得る。
【0024】
この例では成形体4と5とを組み立てて組み立て体20を得、組み立て体20を焼成した。しかし、本発明において、端部封止部材の被焼成体、チューブ本体の被焼成体は、それぞれ、成形体以外に、仮焼体であってよく、脱脂体であってもよい。
【0025】
焼成工程においては、端部封止部材の成形体を単独で焼成したときの外径よりも、チューブ本体の成形体を単独で焼成したときの内径が小さくなるようにする。これによって、焼成時に、チューブ本体から端部封止部材へと圧着力が加わり、両者が強く圧着され、気密性が向上する。この観点からは、端部封止部材の成形体を単独で焼成したときの外径ROの、チューブ本体の成形体を単独で焼成したときの内径RIに対する比率(RO/RI)は、接合部分でのクラック等も考慮し、1.005以上であることが好ましく、更に好ましくは1.010以上である。更に、ROは、RIの1.100以下であることが好ましく、更に好ましくは1.080以下であり、更に1.060以下であるとより効果が顕著である。
【0026】
【実施例】
(実施例1)
図5〜図9を参照しつつ説明した手順に従い、図1に示す容器8を作製した。具体的には、純度99.9%以上の高純度アルミナ粉末に、酸化マグネシウム750ppm、ポリビニルアルコール2重量%、ポリエチレングリコール0.5重量%、水50重量部を加え、1時間ボールミルによって粉砕し、混合した。混合物をスプレードライヤーで200℃付近で乾燥および造粒し、平均粒径約70μm、静嵩密度0.7g/cm3の造粒粉末を得た。
【0027】
この造粒粉末を、2000kg/cm2の圧力下でプレス成型し、図8に示す成形体4、5を得た。この際、端部封止部材7の成形体4を単独で焼成したときの外径ROの、チューブ本体6の成形体5を単独で焼成したときの内径RIに対する比率(RO/RI)が1.040となるように、両者の寸法を調整した。
【0028】
次いで、端部封止部材用の成形体4を1200℃で仮焼してその寸法を収縮させた。仮焼体を成形体5の端部に図9のように挿入し、組み立て体20を得た。組み立て体を1200℃で仮焼し、チューブ本体用の成形体5を収縮させ、成形体5から端部封止部材用の仮焼体へと圧着力を加えた。次いで、組み立て体を1800℃で焼成し、端部封止部材とチューブ本体とを強固に接合した。
【0029】
端部封止部材7の外径は 10.0mmであり、凹部7cの直径は7.0mmであり、深さは0.3mmである。こうして得られたチューブ本体6について内径を各部分で測定したところ、内径が端部封止部材との接合部分Aの近辺で広がっていた。この内径の最大値と最小値との差が0.2mmであった。
【0030】
次いで、Nb製(以後、全てNb製)の電極部材9を電極部材挿入孔7d内に挿入し、接合材で接合した。接合材としては、Al−Ca−Y−Sr系フリットガラスを使用した。この組成は、Al2O3:45重量%、CaO:40%、Y2O3:5%、SrO:10%とした。ガラスの融点は1370℃±10℃である。最高温度1440℃、最高温度での保持時間5分の条件で接合した。得られた接合体について、クラックの有無を観測した。12個の試料を作製したが、クラックが観測されたのは0個であった。
【0031】
(比較例1)
図5〜図9を参照しつつ説明した手順に従い、図10、11に示す容器11を作製した。作製手順は実施例1、2と同様であるが、端部封止部材に前記凹部を形成していない。
【0032】
接合後において、端部封止部材11の外径は10mmである。こうして得られたチューブ本体6について内径を各部分で測定したところ、内径が端部封止部材との接合部分Aの近辺で広がっていた。この内径の最大値と最小値との差が0.2mmであった。
【0033】
次いで、モリブデン製の電極部材9を電極部材挿入孔7d内に挿入し、接合材で接合した。接合材としては、Al−Ca−Y−Sr系フリットガラスう使用した。この組成は、Al2O3:45重量%、CaO:40%、Y2O3:5%、SrO:10%とした。ガラスの融点は1370℃±10℃である。最高温度1440℃、最高温度での保持時間5分の条件で接合した。得られた接合体について、クラックの有無を観測した。12個の試料を作製したが、クラックが観測されたのは10個であった。
【0034】
【発明の効果】
以上述べたように,本発明によれば、チューブ本体およびその端部を封止する端部封止部材を備えており、チューブ本体の被焼成体と端部封止部材の被焼成体との組み立て体の焼成によって製造されている容器において、電極部材を端部封止部材内に挿入して接合材で封止した後の容器のクラック発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る容器8に電極部材9が固定接合された状態を概略的に示す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る容器8を概略的に示す断面図である。
【図3】 本発明外の参考形態に係る容器8Aに電極部材9が固定接合された状態を概略的に示す断面図である。
【図4】本発明の更に他の実施形態に係る容器8Bに電極部材9が固定接合された状態を概略的に示す断面図である。
【図5】端部封止部材の被焼成体を成型するのに用いる上型1および下型2を模式的に示す断面図である。
【図6】上型1と下型2とを組み合わせた状態を示す断面図である。
【図7】離型後の端部封止部材の成形体4を示す断面図である。
【図8】端部封止部材の成形体4およびチューブ本体の成形体5を概略的に示す断面図である。
【図9】端部封止部材の成形体4をチューブ本体の成形体5の端部開口に挿入した状態を概略的に示す断面図である。
【図10】参考例の容器11に対して電極部材9が接合材14、15で接合されている状態を概略的に示す断面図である。
【図11】参考例の容器11に対して電極部材9が接合材14、15で接合されている状態を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
6 チューブ本体 6a チューブ本体の内壁面
7、7A、7B 端部封止部材 7a 環状部分 7b 本体部分7c、7g 凹部 7d 電極部材挿入孔 7e 内側端面
7f 外側端面 8、8A、8B 容器 9 電極部材
10 放電空間 14 接合材 20 組み立て体 15端部封止部材の内側端面上を流れる余剰の接合材 A クラック頻発部分
Claims (1)
- 放電空間が形成されているチューブ本体、およびこのチューブ本体の端部を封止する端部封止部材を備えており、前記チューブ本体の被焼成体と前記端部封止部材の被焼成体との組み立て体の焼成によって製造されている高圧放電灯用のセラミックス製容器であって、
前記端部封止部材が、外側端面、前記放電空間に面する内側端面および前記外側端面と前記内側端面との間に設けられている電極部材挿入孔を備え、接合剤が前記外側端面、前記電極部材挿入孔および前記内側端面を濡らしており、前記外側端面に凹部が形成されており、前記凹部が、前記電極部材挿入孔と連続しており、前記電極部材挿入孔を包囲するように環状に設けられていることを特徴とする、高圧放電灯用発光容器。
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