JPH06318435A - セラミック部品と金属部品との間の気密結合方法 - Google Patents

セラミック部品と金属部品との間の気密結合方法

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JPH06318435A
JPH06318435A JP5340208A JP34020893A JPH06318435A JP H06318435 A JPH06318435 A JP H06318435A JP 5340208 A JP5340208 A JP 5340208A JP 34020893 A JP34020893 A JP 34020893A JP H06318435 A JPH06318435 A JP H06318435A
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ceramic
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Juergen Heider
ハイダー ユルゲン
Stefan Juengst
ユングスト シユテフアン
Roland Huettinger
ヒユツテインガー ローラント
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック部品と金属部品との間を堅牢に気
密に結合する方法を提供する。 【構成】 セラミック容器１と金属引込線６との間を気
密に結合するため、開口しているモリブデン管４がセラ
ミック容器１の開口部内へ直接焼結される。次に、金属
引込線６が開口しているモリブデン管４内へ導入され
る。モリブデン管４と金属引込線６とはモリブデン管４
の外端部で相互に溶接される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にランプの放電管を
製造する際に使用するためのセラミック部品と金属部品
との間を気密に結合する方法ならびにこの方法によって
製造された放電管およびランプに関する。
【０００２】本発明は主として高圧放電ランプのセラミ
ック放電管の製造方法に関するが、しかしながらこれだ
けに限定されるものではない。
【０００３】
【従来の技術】一般的にこの種の放電管は高圧ナトリウ
ムランプにおいて使用されている。しかしながら最近で
はこの放電管の利点をメタルハライドランプに役立てる
ことも試みられている。この種のランプは一般に石英ガ
ラス製放電管を有している。現在ではこれらのランプに
おいては演色性を改善することが試みられている。この
ために必要な高い点灯温度はセラミック放電管を用いて
実現することができる。標準的な電力は５０〜２５０Ｗ
である。縦長の放電管の端部は一般に中心に金属製引込
線が挿入されている円筒状セラミック端部プラグによっ
て閉塞される。高圧ナトリウムランプにおいては、ガラ
スろうまたは溶融セラミックスによってセラミック端部
プラグ内へ封着されたニオブ製管状またはピン状引込線
が公知である（英国特許第１４６５２１２号明細書およ
びヨーロッパ特許第３４１１３号明細書参照）。さら
に、ニオブ管をガラスろうを用いずに直接焼結する技術
も公知である（ヨーロッパ特許第１３６５０５号明細書
参照）。高圧ナトリウムランプの特殊性は、充填剤がナ
トリウムアマルガムを含み、このナトリウムアマルガム
が引込線として使用されているニオブ管の内部の貯蔵室
内にしばしば入れられていることである。
【０００４】放電管内への充填および放電管の排気は、
両ニオブ管の一方が放電管の内部において管に取付けら
れた電極軸の近くに小さい開口を有し、この開口を通し
て排気とアマルガムおよび不活性ガスの充填とを可能に
することによって簡単に行うことができる（英国特許第
２０７２９３９号明細書参照）。充填工程の終了後、外
部へ突出しているニオブ管の端部は溶接による挟搾によ
って気密に閉塞される。しかしながらその場合、点灯中
に放電管の内室とコールド・スポットとして作用する引
込管内部との間を連通させるために、電極軸の近くにあ
る開口は常に開いている。
【０００５】高圧ナトリウムランプの他の閉塞技術はド
イツ連邦共和国特許第２５４８７３２号明細書によって
公知である。この閉塞技術はタングステン、モリブデン
またはレニウムから成る管状引込線を使用しており、こ
の引込線が溶融セラミックスを用いた管内部のセラミッ
ク円筒状形部品によってプラグ内へ気密に封着される。
充填工程の終了後に行う管外端部の挟搾はこの場合には
省略しなければならない。何故ならば、良く知られてい
るように、これらの金属はニオブに比較して非常に脆
く、従って加工が困難であるからである。従ってニオブ
管に関して知られている閉塞技術をそのまま採用するこ
とはできない。その代わりにセラミック成形部品は軸線
方向の孔を明けられ、この孔が排気および充填の際に電
極軸の近くで管の開口部と連通する。充填後成形部品の
軸線方向孔は溶融セラミックスによって閉塞され、それ
によりモリブデンのような脆い金属の加工は無くされ
る。しかしこの技術は非常に煩雑であり、従ってコスト
が嵩み時間が掛かる。
【０００６】最後にヨーロッパ特許出願第９２１１４２
２７．９号明細書には、セラミック放電管を備え、モリ
ブデンまたは類似の金属から成る管状引込線をセラミッ
ク端部プラグ内へ直接焼結する高圧放電ランプが記載さ
れている。さらに国際特許出願ＰＴＣ／ＤＥ９２／００
３７２号明細書は、セラミック放電管を備え、引込線ま
たは端部プラグまたは放電管内の開口部を充填孔として
使用するメタルハライドランプの充填方法が記載されて
いる。本発明はこの両先願の内容に深く関係している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この先願の充填方法の
欠点は、放電管または端部プラグに補助的な開口部が設
けられているのでこれを閉塞しなければならないか、ま
たは引込線の開口部を使用する場合には引込線に固定さ
れた電極が充填孔の幅を狭めるので充填工程を妨げると
いう点にある。さらにこの充填孔は幾つかの例では後か
ら大きな労力を費やさなければ閉塞することはできな
い。
【０００８】さらに、引込線の直接焼結の際に電極が１
８００゜Ｃ以上の高い温度を有する焼結工程を必然的に
受けることは、高圧ナトリウムランプへの適用にとって
妨げとなることが判明している。高圧ナトリウムランプ
においては発光体がしばしば電極に塗布されるが、この
温度では発光体の大部分が蒸発するおそれがある。
【０００９】さらに、電極系が端部プラグの焼結の時点
で既に完成していなければならないことは、大量生産の
製造工程にとっては欠点であることが判明してる。特に
個々の中間製造工程が異なった場所で行われる場合、搬
送時に電極を傷つける危険が大きい。さらに、種々異な
った電極系の取付けに関する柔軟性が大きく制限され
る。
【００１０】本発明の課題は、セラミック部品と金属部
品との間を堅牢に結合できるようにセラミック部品と金
属部品との間を気密に結合する方法を提供することにあ
る。本発明の他の課題は、腐食作用のある充填剤を含有
するセラミック放電管が過大な負荷にも耐えられるよう
に特に確実な結合方法を提供することにある。さらに本
発明の他の課題は、セラミック放電管の排気および充填
を容易にすることにある。本発明のさらに他の課題は長
寿命を有する高圧放電ランプを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】これらの課題は、本発明
によれば、セラミック部品は開口部を有する容器であ
り、金属部品はこの開口部に整合する形状を有してこの
開口部を通って引込まれ、容器のセラミック材料はほぼ
６．５〜９×１０-6の熱膨張係数を有し、引込まれる金
属は容器の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する
セラミック部品と金属部品との間を気密に密閉する方法
において、次の工程、 ａ）セラミック容器の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係
数を有して開口している金属管をセラミック容器の開口
部内へ密閉手段の介在下に直接焼結する、 ｂ）開口している金属管内へ金属部品を導入する、 ｃ）金属管の外端部の領域で金属部品と金属管との間に
形成されている間隙を気密に閉塞する、 を有することによって解決される。
【００１２】さらに高圧放電ランプに関する上記の課題
は、本発明によれば、発光充填剤を含む半透明セラミッ
クスから成る放電管を備え、この放電管は密閉手段によ
って閉塞される２つの端部を有し、その密閉手段を通し
て放電管内部の電極を外部リード線に接続する導電性引
込線が気密に引込まれる高圧放電ランプにおいて、少な
くとも一方の端部では密閉手段の領域における引込線は
開口している管によって取囲まれてこの管に気密に結合
され、その際この管は密閉手段内へ気密に直接焼結され
ることによって解決される。
【００１３】
【作用効果】ランプおよび他の電気機器、特に放電管に
対しても使用できる本発明による方法によれば従来技術
の上述した欠点が回避される。セラミック容器の密閉は
補助部品すなわち開口している管によって複数の部分工
程で行われる。この開口している管はモリブデンまたは
その合金から有利に構成される。原理的にはこの管はモ
リブデンと同じ特性（低い熱膨張係数および大きな耐腐
食性）を有する他の金属（例えばタングステンまたはレ
ニウム）も同様に適するが、しかしこれらは実用化には
費用が掛かる。従って以下においてはモリブデン管につ
いて説明するが、しかしながら本発明はこれだけに限定
されるものではない。
【００１４】モリブデン管は第１工程においてセラミッ
ク容器の開口部内へ直接焼結される。その場合密閉手段
としては適当に成形された容器自体の端部が適する。し
かしながら、上述した従来技術から公知であるように、
端部プラグの形の別個に用意された密閉手段もしばしば
使用される。ランプ構成のために密閉プラグは一般にセ
ラミック容器と同じように半透明のセラミックス、好適
には添加剤を有するＡｌ2 Ｏ3 から構成される。この場
合セラミック容器の膨張係数（一般に約６．５〜９×１
０-6Ｋ-1）と端部プラグの膨張係数とは近似している。
しかしながら、端部プラグは同様に必要に応じて多数の
成分を含む材料を使用することもできる。この材料は主
としてセラミックスから構成されるが、膨張係数を小さ
くする添加剤を４０％まで含む。それにより、その膨張
係数はセラミック部品の膨張係数と金属部品の膨張係数
との間に位置するようになる。これに関する例は国際特
許出願ＰＣＴ／ＤＥ９２／００３７２号明細書に記載さ
れている。
【００１５】直接焼結技術に関する詳細はヨーロッパ特
許出願第９２１１４２２７．９号明細書に記載されてい
る。直接焼結は、引込線の高負荷を受ける領域に通常で
は耐腐食性のないガラスろうまたは溶融セラミックスを
使用することを不要にすることができるという基本的な
利点を有している。
【００１６】第２工程において、金属部品は焼結され開
口しているモリブデン管内へ導入される。金属部品は放
電ランプおよび放電管において使用されているような引
込線である。この金属部品は外径がモリブデン管に一致
する、即ち金属部品は場合によっては複数の部品から構
成される管またはピンである。金属部品は熱膨張係数が
容器の熱膨張係数よりも明らかに小さい（６０％以下、
場合によってはもっと小さい）材料から構成される。こ
の材料は有利には金属ハロゲン化物およびナトリウムに
対する耐腐食性を有するべきである。このために主とし
て熱膨張係数が約４〜５×１０-6Ｋ-1に位置するモリブ
デン、タングステンおよびレニウムの使用が考慮され
る。
【００１７】金属部品の熱膨張係数がモリブデン管の熱
膨張係数にほぼ一致することは重要である。というの
は、第３工程において、金属部品がモリブデン管の外端
部（即ち放電ランプおよび放電管の引込線の場合には反
放電側端部）の領域でそのモリブデン管に結合、特に溶
接されることによって、開口部の密閉が完了するからで
ある。この利点は、外端部に容易に近づくことができそ
して結合品質を確実に監視することができる点にある。
大きく異なった熱膨張係数を有する材料同士が結合され
ると、熱応力の作用時に接合個所が高い機械的負荷を受
け、これにより早期に気密漏れが生じるおそれがある。
【００１８】引込線の場合この引込線は予め組立てられ
た電極系の一部分であることが多いが、その場合には電
極の直径をモリブデン管の内径よりも小さくしなければ
ならないことに注意すべきである。第３工程で密閉が完
了することを保証するためには、電極系はそれ自体で気
密に閉塞しなければならない。このために原理的には２
つの方法が可能である。密閉に関して最も信頼できる方
法は引込線として中実のピンを使用することであり、そ
の場合電極は任意のやり方でそのピンの放電側端部に固
定される。いずれにしてもこの場合には材料の使用量が
比較的高い。他の方法は管を使用することであり、この
管はメタルハライドランプ用に使用される際にはその放
電側端部が例えば電極軸によって気密に閉鎖される。高
圧ナトリウムランプ用にも良好に適する妥協案として、
管とピンとから構成された引込線が提供される。しかし
ながら、ピンが挿入されている管を使用することも可能
である。このピンは外部リード線への接続のために外部
へ突出した接触片として使用することもできる。
【００１９】さらに本発明による方法によれば、セラミ
ック容器にはまだ開口しているモリブデン管を通して充
填材料を送り込むことが簡単にできる。この充填材料と
しては、セラミック容器内に入れられた２つの電極間に
放電を開始させるためにまたはその放電を維持するため
に必要である不活性ガス、特に希ガス（キセノン、アル
ゴン）及び／又は水銀が一般に使用される。さらに、水
銀によってアマルガム化されたナトリウムまたは殆ど固
体形状の金属ハロゲン化物のような添加物をモリブデン
管の本来の開口部を通って簡単かつ確実に導入すること
ができる。
【００２０】充填物質が揮発性であるために、最終的な
閉塞をモリブデン管の外端部の近くで行うことができる
という特別な利点が生じる。これらの物質は、開口して
いる充填孔を通ってその物質が漏出するのを防止するた
めに、閉塞中は通常冷却しなければならない。しかしな
がら閉塞のために必要なエネルギー供給は局部的に、極
めて短時間に（封着に比べて）しかも充填物質から離れ
たところで行うことができるので、充填物質が加熱され
る危険はもはや生じない。それゆえ冷却を省略すること
ができる。
【００２１】このような閉塞技術は、セラミック放電管
を、水銀の極めて少ないランプ用に、さらには燃焼電圧
が大きく高められた希ガス圧（キセノン）によって維持
されるような無水銀ランプ用に利用可能にすることが前
提になっている。
【００２２】０．１〜０．３ｍｍの肉厚に相当する約
１．３〜２．０ｍｍの外径および約０．８〜１．５ｍｍ
の内径を有するモリブデン管が特に有利である。この寸
法は堅牢な直接焼結と、充填物質のための充分に大きな
注入口とのために必要な柔軟性を保証する。この種のラ
ンプの特別な利点はあらゆる種類のろう（ガラスまたは
金属）もしくは溶融セラミックスの使用を不要にするこ
とができる点にある。
【００２３】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
【００２４】図１はメタルハライドランプの放電管１の
一部分を断面図にて示す。この放電管１はＡｌ2 Ｏ3 セ
ラミックスから構成されている。端部２は遷移セラミッ
クス（６０％Ａｌ2 Ｏ3 および４０％タングステン）か
ら成る端部プラグ３によって閉塞されており、この端部
プラグ３内にはモリブデン管４が直接焼結されている。
膨らみのある放電管１は円筒状端部２の領域に約５．７
５ｍｍの外径を有している。この端部２に直接焼結また
は封着された端部プラグ３の外径は３．２５ｍｍであ
る。この端部プラグ３内には１．６５ｍｍの外径を有す
るモリブデン管４が嵌め込まれている。このモリブデン
管４は放電側では端部プラグ３と同一面に位置し、反放
電側では端部プラグ３から突出している。
【００２５】開口しているモリブデン管４を通して、放
電管１の内部は図示されていない第２端部が既に気密に
閉塞されているという前提の下に排気される。その後、
不活性点弧ガス（アルゴンもしくはキセノン）が放電管
１内へ充填される。さらに、適当な量の水銀およびピル
の形の金属ハロゲン化物ならびに場合によってはワイヤ
ピンの形の他の金属がモリブデン管４を通して充填され
る。放電管１は既に予め閉塞されている第２端部（図示
されていない）が液体窒素によって冷却される。その場
合開口している端部２は上方へ向けられる。
【００２６】続いて１．３ｍｍの内径を有するモリブデ
ン管４内へ予め組立てられている電極系５が導入される
（図１ａ参照）。この電極系５は約１．２ｍｍの直径を
有するモリブデンピン（またはタングステンピン）６か
ら構成され、その放電側端部は突出部７を有している。
この突出部７には０．５ｍｍの直径を有する電極中心ピ
ン８が溶接されている。中心ピン８はタングステンから
構成されている。この中心ピン８には、外径がモリブデ
ンピン６の外径を越えないフィラメント９が取付けられ
ている。
【００２７】モリブデンピン６が突出部７とは反対側端
部にモリブデン管４の内径よりも大きいストッパ（図示
されていない）を例えばピン６の周囲に均等に分割され
た３個の突起の形で有すると有利である。ストッパは電
極間隔を維持することを保証し、またピンの仮保持を可
能にする。
【００２８】端部２の最終的な閉塞は、管４とピン６の
外端部間に形成されている環状間隙がレーザ溶接（２つ
の矢印）によって密閉されることによって行われる（図
１ｂ参照）。この環状間隙の溶接はＮｄ／ＹＡＧレーザ
（λ＝１．０６μｍ）によって行われる（必要な場合に
は数回）。レーザ照射はレーザパルスによって行われ、
それにより完全な溶接が達成される。その他の電極系お
よび特に放電管はこのような局部的な熱処理によりあま
り熱せられない。従って本発明による密閉方法は、特に
放電管の寸法が非常に小さい場合（例えば５０Ｗ以下）
及び／又は充填材が高い充填ガス圧を持つ場合（例えば
アルゴンの代わりにキセノン）でも適用可能である。
【００２９】図１に示された電極系の他の例として使用
可能な電極系１０が図２に示されている。この電極系１
０は引込線として１．２ｍｍの外径および１．０ｍｍの
内径を有するモリブデン管１１から構成されている。こ
の管１１は放電側が外側のモリブデン管４よりも若干突
出している。この端部には、直径（０．５ｍｍ）がモリ
ブデン管１１の内径よりも著しく小さい中心ピン１２が
取付けられている。このために中心ピン１２の端部は溶
かされて、モリブデン管１１の内径に一致する直径を有
する球１３が形成されている。この実施例においては、
電極系１０の密閉は端部球１３がモリブデン管１１に溶
接されることによって行われる。外側のモリブデン管４
へのモリブデン管（引込線）１１の固定は図１の実施例
と同様に外端部でのレーザ溶接（２つの矢印）によって
行われる。
【００３０】高圧ナトリウムランプ用に特に良好に適す
る電極系１０′の実施例が図３に示されている。この実
施例においては、引込線１４はモリブデンから成る２つ
の部材１５、１６から構成されている。放電側部材１５
は管であり、この管の内壁には中心ピン１７が取付けら
れている。反放電側部材１６はピンであり、このピンは
管１５に突き合わせ溶接されている。中心ピン１７は、
アマルガム貯蔵室として作用する管１５を放電管の内室
と連通する開口部を塞がないように、ランプ軸線から若
干位置をずらして配置されている。中心ピン１７の前側
部分は、電極系１０´をモリブデン管４内へ挿入するの
を容易にしかつ電極の放電側端部を正確に軸線に合わせ
るために、軸線へ向けて折り曲げられると有利である。
【００３１】電極系１８の他の実施例が図４に示されて
いる。この実施例においては、管状引込線１１（図２に
相当）には、外部リード線の取付けを容易にするため
に、モリブデンピンの形の接触片１９が取付けられてい
る。この接触片１９は引込線１１と外側モリブデン管４
との間を密閉（２つの矢印）する際に一緒に溶接するこ
とができる。これによって電極系１８は補助的な密閉が
行われ、この密閉により寿命が一層延びる。本来の密閉
は図２に既に示したように中心ピン１２の端部球１３を
管状引込線１１内へ固定することによって行われる。
【００３２】外部接触片は図５に示されている図３と類
似の実施例においてピン２０がモリブデン管４の外端部
を越えて引出されることによっても実現できる。
【００３３】本発明は図示された実施例に限定されな
い。例えば図６に示されているように、ピン状引込線２
４の端部２４ａは外部リード線２５に対する接触片とし
てモリブデン管４の端部から突出させることができる。
上述した放電管は図６に示されているように一般に硬質
ガラスから成る外管２１内に設置されている。この外管
は円筒体の形を有している。その両端部はセラミック口
金２２によって閉塞されている。金属ハロゲン化物充填
剤を有するこのように構成されたランプ２３は良好な演
色性（Ｒａ＞９０）を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって放電管端部を密閉する方法を説
明するための図で、ａはその１つの工程を説明するため
の放電管端部を示す断面図、ｂは他の工程を説明するた
めの放電管端部を示す断面図。
【図２】電極系の第２の実施例を示す断面図。
【図３】電極系の第３の実施例を示す断面図。
【図４】電極系の第４の実施例を示す断面図。
【図５】電極系の第５の実施例を示す断面図。
【図６】ランプに応用する実施例を示す概略図。
【符号の説明】
１ 放電管 ２ 端部 ３ 端部プラグ ４ モリブデン管 ５ 電極系 ６ モリブデンピン ７ 突出部 ８ 電極中心ピン ９ フィラメント １０ 電極系 １０´ 電極系 １１ モリブデン管 １２ 中心ピン １３ 端部球 １４ 引込線 １５ 管 １６ ピン １７ 中心ピン １８ 電極系 １９ 接触片 ２０ ピン ２１ 外管 ２２ 口金 ２３ ランプ ２４ 引込線 ２４ａ 端部 ２５ リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユルゲン ハイダー ドイツ連邦共和国 81547 ミユンヘン ゼベナーシユトラーセ 116 (72)発明者 シユテフアン ユングスト ドイツ連邦共和国 85604 ツオルネデイ ング ヘルツオーク‐ルートヴイツヒ‐シ ユトラーセ 44 (72)発明者 ローラント ヒユツテインガー ドイツ連邦共和国 82287 イエゼンワン グ カペレンシユトラーセ 14

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミック部品は開口部を有する容器で
    あり、金属部品はこの開口部に整合する形状を有してこ
    の開口部を通って引込まれ、容器のセラミック材料はほ
    ぼ６．５〜９×１０-6の熱膨張係数を有し、引込まれる
    金属部品は容器の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を
    有するセラミック部品と金属部品との間を気密に結合す
    る方法において、次の工程、 ａ）セラミック容器（１）の熱膨張係数よりも小さい熱
    膨張係数を有して開口している金属管（４）をセラミッ
    ク容器（１）の開口部内へ密閉手段（３）の介在下に直
    接焼結する、 ｂ）開口している金属管（４）内へ金属部品（６）を導
    入する、 ｃ）金属管（４）の外端部の領域で金属部品（６）と金
    属管（４）との間に形成されている間隙を気密に閉塞す
    る、 を有することを特徴とするセラミック部品と金属部品と
    の間の気密結合方法。
  2. 【請求項２】 工程ｂ）の前に、次の工程、 ｄ）開口している金属管（４）を介してセラミック容器
    （１）を排気し、場合によっては金属管（４）を介して
    充填材料を前記セラミック容器（１）内へ送り込む、を
    有することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 セラミック容器はランプの放電管（１）
    であり、金属部品（６）は予め製造されている少なくと
    も１つの電極を含む電極系（５；１０；１０´；１８）
    の一部分である電気引込線であり、電極は電極系がそれ
    自体で気密に閉鎖されるように引込線（６；１１；１
    ４；２４）に固定されることを特徴とする請求項１また
    は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 請求項２または３に記載された方法によ
    って製造されることを特徴とする高圧放電ランプの放電
    管。
  5. 【請求項５】 発光充填剤を含む半透明セラミックスか
    ら成る放電管（１）を備え、この放電管（１）は密閉手
    段（３）によって閉塞される２つの端部（２）を有し、
    その密閉手段を通して放電管内部の電極（８、９）を外
    部リード線（２５）に接続する導電性引込線（２４）が
    気密に引込まれる高圧放電ランプにおいて、少なくとも
    一方の端部（２）では密閉手段（３）の領域における引
    込線（２４）は開口している管（４）によって取囲まれ
    てこの管（４）に気密に結合され、その際この管（４）
    は密閉手段（３）内へ気密に直接焼されることを特徴と
    する高圧放電ランプ。
  6. 【請求項６】 密閉手段はセラミック材料から成る端部
    プラグ（３）であり、その熱膨張係数はセラミック放電
    管（１）の熱膨張係数と引込線（２４）の熱膨張係数と
    の間に位置するかまたはセラミック放電管（１）の熱膨
    張係数に近似していることを特徴とする請求項４記載の
    放電管または請求項５記載の高圧放電ランプ。
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