JPH11111225A - 放電ランプ用閉塞体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電ランプのシール耐圧強度のばらつきを少
なくし、放電ランプの均質化を達成することにより、封
入ガス圧を上げて、高輝度発光を実現でき、かつ安全な
高効率の放電ランプを提供すること。 【解決手段】 一端側が絶縁性無機物質成分に富み、他
端側が導電性無機物質成分に富む傾斜機能材料から柱状
の放電ランプ用閉塞体であって、該閉塞体には、その先
端に電極を有する電極芯棒が焼き嵌められており、該閉
塞体の該一端側端面の最大幅が該閉塞体の軸に垂直な方
向の最大幅に比べて小さくかつ該電極芯棒の直径より大
きくなるように該閉塞体の絶縁性無機物質成分に富む領
域の外周面において前記放電ランプの中心軸に対して傾
斜した面を形成している放電ランプ用閉塞体とする。

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、キセノ
ンランプやメタルハライドランプ等の放電ランプの閉塞
管部を閉塞する傾斜機能材料からなる閉塞体に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、シリカガラス製の発光管内に一対
の電極が対向配置された放電ランプの発光管に連設され
た閉塞管を閉塞する閉塞体として、傾斜機能材料が使用
され始めている。傾斜機能材料で形成された閉塞体は、
一方側がシリカなどの絶縁性無機物質成分に富み、他方
側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。したがって、例えばシリカとモリブデンからなる傾
斜機能材料を使用した閉塞体の場合、該閉塞体の一方の
側は絶縁性であるとともに熱膨張率が発光管材料のシリ
カガラスの熱膨張率に同じかまたは近く、他方の側は導
電性であるとともに熱膨張率が電極芯棒の材料であるタ
ングステンまたはモリブデンの熱膨張率に近いという特
性を有する。この特性が放電ランプの閉塞体として適し
ている。

【０００３】図１は傾斜機能材料を放電ランプの閉塞体
として使用した例の断面図を示す。放電ランプ１の発光
管２および閉塞管３は絶縁性無機物質成分（例えばシリ
カガラス）製であり、発光管２内部に対向した一対の陰
極５と陽極６が配置されている。前記両電極は電極芯棒
７の先端にあり、該電極芯棒７は閉塞体４の導電性を示
す領域まで挿入され焼き嵌められている。記号８は外部
リードである。なお、外部リード８と電極芯棒７を一体
として、閉塞体４を貫通して焼き嵌めることもされるこ
とがある。閉塞体４はここでは円柱形であり絶縁性無機
物質成分（例えばシリカ）と導電性無機物質成分（例え
ばモリブデン）から形成されており、該閉塞体４の一方
の側（発光管内方側）は絶縁性無機物質成分に富み絶縁
性であり、他方側（発光管外方側）は導電性無機物質成
分に富み導電性である。そして、絶縁性無機物質成分側
端面９は放電ランプ１の発光管２の放電空間に面するよ
うに配置され、該発光管２の両端に形成された閉塞管３
は閉塞体４の絶縁性無機物質成分に富む領域にて気密に
シール（溶着）される。

【０００４】このシールの方法としては、図２や図３に
示すように傾斜機能材料の絶縁性無機物質成分側の一部
を閉塞管３で覆いシールしていた。図２、図３はいずれ
も従来の閉塞体のシール部分の拡大断面図である。

【０００５】閉塞体のシールは、発光管内を負圧にした
状態で閉塞管の外側を火炎バーナーで加熱することによ
り、閉塞管を収縮させることによって行なう。この際、
閉塞管と閉塞体とを緊密に溶着させて確実なシールを行
なうために閉塞体外周と閉塞管内周が充分溶着するまで
加熱を行なっていた。しかし、この閉塞体外周の溶着を
確実に行なうようにすると、発光管内壁のシリカガラス
が傾斜機能材料製の閉塞体の発光管内にある端面に覆い
被さり垂れることが避けられず、図３のように溶融垂れ
部１０が発生していた。このように製作したランプのシ
ール耐圧強度を調査すると、図９の（横軸３ｍｍの目盛
りでの値の）ように耐圧にばらつきが見られた。シール
耐圧強度とはシール部が気体加圧された場合に破壊され
る絶体圧力である。シール耐圧強度のばらつきは製品の
安全性を損なうためにシール耐圧強度の最低値からガス
封入圧力の上限値を定めていた。具体的には、５本のラ
ンプについて実験で求めた室温耐圧強度の最低値の１．
５分の１以下に封入圧力を設定しており、１５０Ｗのメ
タルハライドランプに使用する３φの傾斜機能材料では
６５気圧以下に制限していた。このようにシール耐圧強
度のばらつきが大きいと、安全性を考慮してその最低値
に制約され、封入ガス圧力を高く設定することはでき
ず、高輝度発光でかつ高効率の放電ランプを提供するこ
とができなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、放電ランプのシール耐圧強度のばらつきを少なく
し、放電ランプの均質化を達成することにより、封入ガ
ス圧を上げて、高輝度発光を実現でき、かつ安全な高効
率の放電ランプを提供することである。

【０００７】そして、本発明者が検討を重ねた結果、こ
のシール耐圧強度のばらつきは、上記した垂れ下がり量
のばらつきであることが判明した。したがって、この垂
れ下がり量、すなわち垂れ下がりによって塞がれた後の
シール部開口径の大きさを一定に制御できればシール耐
圧強度を一定にでき、封入圧力を高く設定できることが
分かった。しかし、溶融垂れ部１０の垂れが進行すると
きのシリカガラスの粘度は非常に低く、溶融垂れ部の垂
れの進行が速い。このため、バーナーの火炎を制御して
シール時の閉塞管の閉塞端面への覆い被さり量を一定に
制御することは非常に困難である。ここで、シール部開
口径は図２、図３で記号Ａで示した幅である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、一端側が絶縁性無機物質成分に富み、他
端側が導電性無機物質成分に富む傾斜機能材料からな
り、放電ランプの発光管に連設された閉塞管とその絶縁
性無機物質成分に富む領域でシールされる略柱状の放電
ランプ用閉塞体であって、該閉塞体には、その先端に電
極を有する電極芯棒が焼き嵌められており、該閉塞体の
該一端側端面の最大幅が該閉塞体の軸に垂直な方向の最
大幅に比べて小さくかつ該電極芯棒の直径より大きくな
るように該閉塞体の絶縁性無機物質成分に富む領域の外
周面において前記放電ランプの中心軸に対して傾斜した
面を形成していることを特徴とする放電ランプ用閉塞体
とする。

【０００９】

【作用】閉塞体の絶縁性物質成分に富む領域の外周面が
放電ランプの中心軸に対して傾斜面を形成しており、放
電ランプのシール時に発光管内壁面のガラスの溶融垂れ
部が発生しても、その溶融垂れ部は傾斜面を伝いゆっく
りと閉塞体の放電空間に面した端面に到達する。したが
って、溶融垂れ部を傾斜面上に乗るような大きさに制御
することが容易に行なえ、一定の垂れ下がり、一定のシ
ール開口部の形成が容易に行なえるので、シール耐圧強
度のばらつきを無くすことができ、封入ガス圧力を高め
ることができ、高輝度発光であり、安全で高効率のラン
プとすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施の
形態を説明する。閉塞体を構成する、傾斜機能材料の製
造方法については概略次の通りである。絶縁性無機物質
成分粉末と導電性無機物質成分粉末との混合割合が異な
った混合粉末体を複数種類用意し、有機バインダを含む
溶剤とともに混合した後、造粒された絶縁性無機物質成
分粉末と導電性無機物質成分粉末との混合割合毎に均一
組成層を積層し加圧して円柱状の成形体とする。

【００１１】図７に傾斜機能材料を成形するときの加圧
方法を示すが、円柱状の成形空間を有する金型２２の底
部材２３の上面上に、導電性無機物質成分濃度の最も低
い混合粉末を層状に充填して、ついで２番目に低い導電
性無機物質成分濃度の混合粉末を層状に充填し、そのよ
うに順に導電性無機物質成分濃度を変えた混合粉末を層
状に必要な層数充填し、その後加圧体２１で加圧して成
形することにより、複数層が一体に積層された成形層積
層体２６を形成する。図７では例示として５層の状態が
示されている。その後、有機バインダを除去する仮焼結
を行なう。

【００１２】前記仮焼結後、成形体の絶縁性側端面の略
中心に該端面表面から該閉塞体の導電性領域までいたる
電極芯棒と略同径の電極芯棒挿入用の孔を加工して、該
孔に電極芯棒を挿入してから本焼結する。

【００１３】本焼結後、本発明においては、絶縁性無機
物質成分に富む領域の外周面を削ることにより、放電ラ
ンプの中心軸に対して傾斜した面を形成する。傾斜面の
代表的形状を図４から図６に示す。

【００１４】傾斜面の形成方法として、他に、例えば、
図８に示すように、先端テーパー用金型部材２４を使用
して、それぞれが均一組成の複数層が一体に積層された
成形層積層体２６を形成し、図４に示したテーパー状傾
斜面であれば図８の先端テーパー用金型部材２４を使用
して製作され、あるいは、図５のような砲弾状傾斜面、
図６のような湾曲状傾斜面であれば、閉塞体の成形後の
形状がそれぞれ、砲弾状傾斜面、湾曲状傾斜面を有する
ように図８の金型を交換することによって製作される。

【００１５】そして、出来上がった閉塞体は放電ランプ
の閉塞管部に火炎バーナーで閉塞体にシールされて放電
ランプの閉塞管部の封止に使用される。

【００１６】図４の記号Ｂで示した幅が閉塞体の絶縁性
無機物質成分側端面の最大幅であり、記号Ｍで示した幅
は閉塞体の中心軸に垂直な方向の最大幅である。また、
記号ｄは電極芯棒の直径である。本発明の閉塞体におい
ては ｄ＜Ｂ＜Ｍの関係にある。なお、ここで前述した
溶融垂れ部が前記絶縁性無機物質成分側端面に到達して
いるときは前記Ｂは図２、図３で示したシール部開口径
Ａと一致する。

【００１７】

【実施例】次に本発明の具体的実施例を説明する。傾斜
機能材料としては、絶縁性無機物質成分としてシリカ
を、導電性無機物質成分としてモリブデンを使用した。
平均粒径１．０μｍのモリブデン粉末と平均粒径５．６
μｍのシリカ粉末を準備し、シリカの体積割合を変えた
混合粉末体を調製し、その混合粉末体にステアリン酸を
混合して造粒体とし、図７に示した金型２２内にシリカ
体積割合の多い順に積層し成形層積層体２６とし、加圧
体２１によって１．５ｔ／ｃｍ²の荷重で軸方向に圧縮
し、円柱状の成形体を得た。成形体を水素ガス中、１２
００℃で３０分仮焼結し、有機バインダを除去した。

【００１８】次に、傾斜機能材料製閉塞体のシリカ側端
面に電極芯棒挿入用の孔開け加工を施した。そして、タ
ングステン製電極芯棒を挿入し、真空雰囲気において、
１８２０℃で５分間焼結して、電極芯棒を焼き嵌める本
焼結処理を行なった。本焼結後、傾斜機能材料製閉塞体
のシリカ側端面の最大幅が該閉塞体の中心軸に垂直な方
向の最大幅より小さく、電極芯棒の直径より大きくなる
ように該閉塞体の周面を切削加工したが、加工方法とし
ては該閉塞体を旋盤にかけ、超硬バイトの刃を該閉塞体
に斜めから当てて所定の傾斜面形状を形成した。

【００１９】次に、製作した傾斜機能材料製閉塞体を使
用した際の放電ランプのシール耐圧強度を確認した結果
を説明する。閉塞体の最大幅は３ｍｍであり、全長１５
ｍｍである。前述の切削加工によって、シリカ側端面の
最大幅を０．５、０．８、１．０、１．５、２．０、
２．４ｍｍとした６種類の閉塞体をそれぞれ５本準備し
た。図４に示したように、切削加工によって形成された
傾斜面の角度（θ）はランプ品種により、５°から１５
０°までの範囲で変化させるのだが、本実施例では４５
°で一定とした（この傾斜面を有する加工を「テーパー
加工」と以下では称する）。そして、それぞれの閉塞体
を１５０Ｗの水銀ランプ用ガラスバルブの片側にシール
した。シールは、傾斜機能材料製閉塞体を発光管内にセ
ットして脱気し、バーナーの火炎で閉塞管部を外側から
加熱して閉塞管部の内壁と閉塞体を溶かし着けることで
行なった。なお、電極芯棒の径は０．４ｍｍである。従
来の円柱状の傾斜機能材料製の閉塞体も同じく５本用意
し、１５０Ｗの水銀ランプ用ガラスバルブの片側にシー
ルした。

【００２０】そして、シールした放電ランプの室温での
シール耐圧強度を本発明のものと従来のもので比較し
た。シール耐圧強度試験は片側を封止したランプ用ガラ
スバルブに窒素ガスを徐々に加圧封入していき、ガラス
バルブが破壊される圧力を求めるという方法で行なっ
た。図９にシール耐圧強度試験の実験結果を示す。閉塞
体に傾斜面を形成し、シリカ側端面の幅を変化させた本
発明の実施例のものが横軸０．５から２．４に示され、
傾斜面を有しない閉塞体を用いた従来のものが横軸３．
０に示されている。各例において縦軸にデータのばらつ
きが見られる。テーパー加工を行なった閉塞体を使用し
たシール部のシール耐圧強度はシリカ側端面の最大幅に
ついて従来の円柱状閉塞体を使用したシール部のシール
耐圧強度よりもデータのばらつきが少なく、かつ平均シ
ール耐圧強度は高くなった。図９で、シリカ側端面の最
大幅ごとのデータで最低強度となった点を実線で結んだ
が、シリカ側端面の最大幅が小さいほどシール耐圧強度
は増加し、例えば、シリカ側端面の最大幅が０．５ｍｍ
では２６２ａｔｍ、２ｍｍでは１７５ａｔｍであって、
ばらつきが大きかった従来からの３ｍｍ径の傾斜機能材
料製閉塞体を使用したシール部よりも極めて強くなって
いることが分かる。

【００２１】なお、上記の実施例では、図４に示したよ
うに、切削加工によって形成された傾斜面の角度（θ）
は４５°の閉塞体を使用したが、この角度（θ）が５〜
１５０°の範囲で５°、４０°、１５０°の閉塞体を試
作し、シール耐圧強度のばらつきの減少や耐圧強度その
ものの大きさを改善する効果について、その効果のある
ことを確認している。

【００２２】シール耐圧強度のばらつきの減少は、閉塞
体にテーパー加工等の傾斜面があることで閉塞管内壁の
シリカガラスの溶融垂れ部は傾斜面の途中をゆっくり流
れ落ち、閉塞体のシリカ側端面に覆いかからないように
すべく容易に制御できるので、シール耐圧強度のばらつ
きが抑制されたものと考えられる。一方、シリカ側端面
の最大幅が小さいほどシール耐圧強度は増加したことに
ついては、閉塞管内壁の肉厚の最大部分の厚みが増加し
たためと推測される。

【００２３】なお、電極芯棒の直径に等しい大きさのシ
リカ側端面の最大幅を有する閉塞体形状にすると、閉塞
管内壁のシリカガラスの溶融垂れ部が電極芯棒に接触す
る恐れがある。接触すると電極芯棒とシリカガラスとの
熱的線膨張係数の差で閉塞管内壁のシリカガラスに割れ
が生じる。または、ランプ点灯中に接触部の温度が上が
り割れる等、シール耐圧強度を低下させる原因となる。

【００２４】以上のことから、閉塞体のシリカ側端面の
最大幅が該閉塞体の中心軸に垂直な方向の最大幅に比べ
て小さくかつ電極芯棒の直径より大きくなるようにすべ
く、閉塞体のシリカに富む領域の外周面において閉塞体
の中心軸に対して傾斜面を形成していることが放電ラン
プのシール耐圧強度を大きくする。上述の実施例の説明
では、シリカとモリブデンの組み合わせの傾斜機能材料
製閉塞体で説明したが、絶縁性無機物質成分としてはア
ルミナ、ジルコニア、マグネシア、炭化ケイ素、窒化ケ
イ素、炭化チタン、などが実用可能であり、導電性無機
物質成分としては、ニッケル、タングステン、タンタ
ル、クロム、白金などが実用可能である。また、閉塞体
形状も円柱型に限らず、軸に垂直な断面が多角形状の角
柱体であってもいい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明の閉塞体とすること
で、放電ランプのシール耐圧強度のばらつきを少なく
し、製品としての放電ランプの均質化を達成するととも
に封入ガス圧を従来の傾斜機能材料製の円柱形閉塞体を
使用した放電ランプより上げて光輝度の高い高効率発光
のランプを提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】傾斜機能材料を放電ランプの閉塞体として使用
した例の断面図を示す。

【図２】従来の閉塞体のガラスシール部分の部分拡大断
面図を示す。

【図３】従来の閉塞体のガラスシール部分であって、溶
融垂れ部が形成された例の部分拡大断面図を示す。

【図４】本発明の一実施例の閉塞体を使用した放電ラン
プの部分拡大断面図を示す。

【図５】本発明の他の実施例の閉塞体を使用した放電ラ
ンプの部分拡大断面図を示す。

【図６】本発明の他の実施例の閉塞体を使用した放電ラ
ンプの部分拡大断面図を示す。

【図７】傾斜機能材料製閉塞体を成形するときの一般的
加圧方法を示す。

【図８】本発明の傾斜機能材料製閉塞体を成形するとき
の一例としての加圧方法を示す。

【図９】放電ランプのシール耐圧強度と閉塞体の一端側
端面の最大幅の関係を示す。

【符号の説明】 １ 放電ランプ ２ 発光管 ３ 閉塞管 ４ 閉塞体 ５ 陰極 ６ 陽極 ７ 電極芯棒 ８ 外部リード棒 ９ 絶縁性無機物質成分側端面 １０ 溶融垂れ部 ２１ 加圧体 ２２ 金型 ２３ 底部材 ２４ 先端テーパー用金型部材 ２５ 傾斜面部 ２６ 成形層積層体 Ａ シール部開口径 Ｂ 閉塞体の絶縁性無機物質成分側端面の最大幅 ｄ 電極芯棒直径 Ｍ 閉塞体の中心軸に垂直な方向の最大幅 θ 傾斜面の角度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端側が絶縁性無機物質成分に富み、他
   端側が導電性無機物質成分に富む傾斜機能材料からな
   り、放電ランプの発光管に連設された閉塞管とその絶縁
   性無機物質成分に富む領域でシールされる略柱状の放電
   ランプ用閉塞体であって、 該閉塞体には、その先端に電極を有する電極芯棒が焼き
   嵌められており、該閉塞体の該一端側端面の最大幅が該
   閉塞体の中心軸に垂直な方向の最大幅に比べて小さくか
   つ該電極芯棒の直径より大きくなるように該閉塞体の絶
   縁性無機物質成分に富む領域の外周面において前記放電
   ランプの中心軸に対して傾斜した面を形成していること
   を特徴とする放電ランプ用閉塞体。