JP2001035445A

JP2001035445A - 発光管の封止部構造

Info

Publication number: JP2001035445A
Application number: JP2000207879A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nagayama; 博之永山
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-02-09
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JP3225963B2

Abstract

(57)【要約】【課題】封止箇所のシール効果が向上した発光管の封
止部構造を提供する。【解決手段】バルブの開口端部を閉塞する閉塞体２の一
側部がバルブに接合されるとともにその中心部を電極支
持シャフト４が貫通し、また前記閉塞体の組成成分は、
前記バルブと接合される側域においては該バルブの熱膨
張係数と略々同一とする成分であり、前記電極支持シャ
フトに隣接する側域においては該電極支持シャフトの熱
膨張係数と略々同一とする成分であり、前記両側域間の
中間域における成分は前記バルブと接合される側域の熱
膨張係数から前記電極支持シャフトに隣接する側域の熱
膨張係数へと徐々に変化する。

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、メタ
ルハライドランプ或いはナトリウムランプ等の金属蒸気
放電灯用或いは高輝度放電灯用の発光管における封止部
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱陰極アーク放電の陽極柱の水銀の励起
発光を利用した水銀ランプ、水銀熱陰極アーク放電によ
る熱で金属ハロゲン化物を蒸発させて金属とハロゲンに
解離せしめ、金属特有の色を呈する発光を行わせるよう
にしたメタルハライドランプ、或いはナトリウム蒸気の
熱陰極アークによるＤ線（589.0nm, 589.9nm）の黄橙色
発光を行わせるようにしたナトリウムランプ等の金属蒸
気放電灯が従来から体育館や工場の照明、ＯＨＰやカラ
ー液晶プロジェクタ用の光源、自動車用フォグランプ等
として使用されている。

【０００３】こうした金属蒸気放電灯のバルブ（発光管
本体）の材料としては、当初、石英ガラスが用いられて
いたが、石英ガラスは耐食性に劣り、熱容量が大きいた
めランプの立ち上がりが悪く、個々のバルブの寸法のバ
ラツキが大きい等の問題があるので、最近では透光性セ
ラミックにてバルブを作製することが提案されている。

【０００４】一般に、上記のような放電灯用発光管は、
アルミナ等を焼結して作製した透光性セラミックからな
る発光管本体と、発光体内部に電極を電極支持材を介し
て封止・固定するための閉塞体とを備える。

【０００５】そして、この発光管本体の開口端に閉塞体
を気密に封着するに当たっては、発光管本体開口端の端
面や内面とこれに対向する閉塞体の固着面との間隙にガ
ラスソルダーを充填し、このガラスソルダーを局部加熱
して溶融し、その後、冷却・固化している。

【０００６】この閉塞体としては、発光管本体或いは電
極支持材と、熱膨張係数、金属蒸気やハロゲン蒸気に対
する化学的安定性が同じものにすることが一般的であ
る。

【０００７】尚、ガラスソルダーによる閉塞体の封着に
際しては、始動用希ガスの他に、発光管が用いられる放
電灯に応じた放電用金属成分、例えば高圧水銀灯であれ
ば水銀が、メタルハライドランプであれば金属ハロゲン
化物等が、発光管本体内に封入される。

【０００８】発光管が点灯されると、その温度は大気温
から瞬時に上昇し、安定した点灯状態では９００℃にも
達する。このため、このような著しい熱変化及び内圧変
化に起因して、発光管には高い熱応力が発生する。

【０００９】一般に熱応力がかかると、熱膨張率の異な
る箇所、発光管にあっては発光管本体と電極支持材との
間に介在する閉塞体に熱応力歪が発生し、破壊に至るこ
とがある。具体的には、閉塞体そのものや、その組成の
上から透光性セラミック及び閉塞体に比べて耐熱強度が
劣るガラスソルダーに亀裂等が生じ、管内の放電金属成
分が管外に漏洩してしまう可能性がある。この結果、安
定した発光を得る上で信頼性に欠けるとともに、ランプ
寿命が制約されてしまう。

【００１０】また、温度及び内圧が上昇した高温高圧の
環境下では、放電用金属成分として封入されていた金属
ハロゲン化物（例えばＴｌＩ₃ ，ＮａＩ等）が遊離して
イオンとなり、このイオンによる腐食が進行する。

【００１１】遊離イオンによる侵食は、やはり、その組
成の上から透光性セラミック及び閉塞体に比べて耐蝕性
が劣るガラスソルダーに優先的に発生する。よって、こ
の遊離イオンに対する耐蝕性の上からも、ガラスソルダ
ーに亀裂等が生じ易い。

【００１２】一方で、バルブに用いられる高純度の透光
性アルミナは上述のような封止に用いられるガラスソル
ダーとの濡れ性が悪く、ガラスとバルブとの境界での接
着強度が小さくなり、クラックや封入ガスのリークが生
じやすい。

【００１３】このような不具合を解消するために、従来
から種々の技術が提案されている。例えば、特開平１−
１４３１３２号には、発光管本体に相当するアルミナ外
周器の封着箇所にアルミナに近似した熱膨張率のインサ
ート材をロウ付けする技術が提案されている。また、特
開昭６３−３０８８６１号では、閉塞体を中心体とその
外側の環状体とで構成し、発光管本体とこの閉塞体（中
心体及び環状体）とを固相接合する技術が提案されてい
る。特に、特開昭６３−３０８８６１号にあっては、閉
塞体を構成する中心体と環状体の両者において、寸法や
組成を特定することが提案されている。尚、寸法を特定
することは、特開昭６２−２１３０６１号にも提案され
ている。

【００１４】そして、このような対策をすることで、管
内の放電金属成分の漏洩を抑制し、発光の信頼性の確保
やランプ寿命の長期化が図られている。

【００１５】しかしならが、近年では、より一層の高輝
度の発光を得てその付加価値を高めることが求められて
おり、高輝度発光を行なうために発光管温度を従来の温
度（９００℃）を超える１２００℃程度まで高めること
が行なわれてきている。

【００１６】このような高温度になると、その分熱応力
が大きくなるため、上記従来の発光管であっても発光の
信頼性の確保や長寿命化を十分図ることはできない。

【００１７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、信頼性が高くて長寿命な発光管を提供するもので
あり、特にその新規な封止部構造を提供することを目的
とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る発光管の封止部構造は、バルブの開口
端部を閉塞する閉塞体の一側部がバルブに接合されると
ともにその中心部を電極支持シャフトが貫通し、また前
記閉塞体の組成成分は、前記バルブと接合される側域に
おいては該バルブの熱膨張係数と略々同一とする成分で
あり、前記電極支持シャフトに隣接する側域においては
該電極支持シャフトの熱膨張係数と略々同一とする成分
であり、前記両側域間の中間域における成分は前記バル
ブと接合される側域の熱膨張係数から前記電極支持シャ
フトに隣接する側域の熱膨張係数へと徐々に変化するよ
うに組成割合が調整された構成とした。

【００１９】前記閉塞体は組成割合を変えた複数の層ま
たは組成割合が連続的に変化する傾斜機能材料から構成
することができる。また、組成割合の変化の方向は径方
向、軸方向のいずれも考えられる。

【００２０】また閉塞体とバルブとの接合は固相接合せ
しめることが好ましく、このようにすることで、リーク
を有効に防止できる。

【００２１】また、閉塞体の最大外径（Ｄo）とバルブ
の最小内径（Ｄi）との差（Ｄi−Ｄo）は０．５mm以
下、好ましくは０．３mm以下とし、０．９９≧（Ｄo／
Ｄi）≧０.８５とするのがリークを防止する上で好まし
い。

【００２２】また、閉塞体の端面はバルブの開口端と面
一か開口端よりも内側に位置させることが好ましい。

【００２３】また、バルブの形状としては、バルブの開
口端の外径をＤ1、バルブの発光部の最大外径をＤ2とし
た場合、０.１≦（Ｄ1／Ｄ2）≦１.０とするのが好まし
い。

【００２４】また、前記発光部に臨む電極支持シャフト
と閉塞体との間には隙間を設けることが好ましい。この
隙間は例えば発光部に向かって拡径した形状とする。具
体的には、隙間を形成する閉塞体の孔の最大内径をＤ
3、電極支持シャフトの直径をＤ4とすると、０.４≦
（Ｄ4／Ｄ3）＜１.０とする。

【００２５】更に、開口部の両端を封止する閉塞体とし
ては、長さまたは径が異なるものとすることもできる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる発光管の好
適な実施例について、図面に基づき説明する。第１実施
例の発光管は、図１に示すように、筒状の発光管本体
（又はバルブ）１Ｆと、大径の開口端部である電極保持
穴１ａに固着された閉塞体２と、小径の開口端部である
電極保持穴１ｂに固着された閉塞体２Ａと、発光管本体
１Ｆ内に配置された一対の主電極３とを備える。一対の
主電極３は、タングステンコイルから作製されており、
閉塞体２，２Ａを貫通するタングステン製の支持シャフ
ト４を介して支持されている。この閉塞体２と閉塞体２
Ａとは、その径が異なるに過ぎず、後述する製造工程を
経てそれぞれ作成される。

【００２７】また、電極保持穴１ｂ側の発光管本体端面
には、始動用希ガス金属や種々の放電用物質アマルガム
を入れるための導入細管１ｃが設けられており、その開
口端部はアルミナ系のサーメットやニッケル等の金属の
封止剤１ｄにて封止されている。

【００２８】尚、発光管本体１Ｆ，閉塞体２の製造工程
を始めとする発光管１の製造工程や、支持シャフト４を
介した主電極３の支持等については、順次説明する。先
ず、発光管本体及び閉塞体の原料となるアルミナ微粉末
の合成について説明する。このアルミナ微粉末を合成す
るには、熱分解すると純度９９．９８ｍｏｌ％以上のア
ルミナになるアルミニウム塩を、その出発原料として用
意する。このような高純度のアルミナ合成用のアルミニ
ウム塩としては、アンモニウムミョウバン、或いはアル
ミニウム・アンモニウム・カーボナイト・ハイドロオキ
サイト（ＮＨ₄ ＡｌＣＯ₃ （ＯＨ）₂ ）等を例示するこ
とができる。

【００２９】こうして用意したアルミニウム塩を坪量
し、蒸留水及び分散剤を用いて一旦懸濁水溶液とし、こ
れを噴霧乾燥法により乾燥させる。その後、熱分解して
アルミナ単独の微粉末を得る。ここで、熱分解を行なう
に当たっては、大気中で９００〜１２００℃、例えば、
１０５０℃で２時間処理する。つまり、この噴霧乾燥及
び熱分解を経ることにより、平均粒径が０．２〜０．３
μｍで、純度が９９．９９ｍｏｌ％以上のアルミナ微粉
末が合成され、アルミナ微粉末の用意が完了する。尚、
合成されたアルミナ微粉末は、上記粒径のアルミナ微粉
末が凝集してこの粒径より大きな２次凝集体として得ら
れる。

【００３０】一方で、アルミナ以外の閉塞体の原材料と
して、純度９９ｍｏｌ％以上で平均粒径が約０．５μｍ
のタングステン微粉末を用意する。これらの原材料か
ら、発光管本体１Ｆ、閉塞体２をそれぞれ作製する。

【００３１】発光管本体１Ｆは、次のようにして作製さ
れる。まず、上記のように合成したアルミナ微粉末（２
次凝集体）に、アクリル系熱可塑性樹脂を主体とした有
機バインダーを配合し、これを有機溶媒（アルコール，
ベンゼン等）を使ってプラスチック（ナイロン）ボール
ミルにて約２４時間に亘って湿式混合し、有機バインダ
ーとアルミナ微粉末を十分に濡らす。更に、蒸留乾燥し
て溶媒を取り除き、所望粘度（50,000〜150,000cps）の
コンパウンドを混練調製する。

【００３２】尚、上記有機バインダーは、アクリル系熱
可塑性樹脂とパラフィンワックスとアタクティックポリ
プロピレンとの混合物である。そして、アルミナ微粉末
１００ｇに対するこれら有機バインダーの配合量は、総
量で２５ｇである。

【００３３】上記有機バインダーにおける各成分は、次
のように配合されており、各成分の合計が上記有機バイ
ンダーの総量（２５ｇ）となる。アクリル系熱可塑性樹脂２０〜２３ｇ（好ましくは２１．５ｇ）パラフィンワックス３ｇ以下（好ましくは２．０ｇ）アタクティックポリプロピレン２ｇ以下（好ましくは１．５ｇ）

【００３４】尚、コンパウンドの調製時の蒸留乾燥に当
たっては、１３０℃で２４時間蒸留乾燥させ、その後、
アルミナ製のロールミルを用いて加熱混練（１３０℃）
を行なって所望粘度のコンパウンドを得る。

【００３５】その後、図示しない金型装置を用いて射出
成形することにより、図１に示した形状の成形体を形成
する。こうして形成した成形体を、窒素雰囲気中で、ア
クリル系熱可塑性樹脂等の有機バインダーが熱分解して
完全に炭化する温度まで加熱し、成形体を脱脂する。こ
の初期熱処理における具体的な加熱上限温度は、使用す
る熱処理炉の能力や有機バインダーの熱分解温度に応じ
て決定すればよく、本実施例では室温（２０℃）から４
５０℃まで７２時間かけて昇温した。その他の処理条件
は以下の通りである。尚、４５０℃までの昇温の間は、
一定圧力を維持した。

【００３６】処理圧力１〜８kg／cm²（最適圧力８kg／cm²）２０℃から４５０℃まで昇温させる時間７２時間以下つまり、初期熱処理を行なうことによって、コンパウン
ド調製時に配合されたアクリル系熱可塑性樹脂、パラフ
ィンワックス、アタクティックポリプロピレン等の有機
バインダーを熱分解して炭化させ、成形体を脱脂する。

【００３７】ついで、大気中で以下の条件に従った後段
熱処理を施し、成形体（脱脂体）を焼結し、焼結体を得
る。この際、１００℃／時間で昇温した。処理温度１２００〜１３００℃（最適温度１２３５℃）上記処理温度での保持時間０〜４時間（最適時間２時間）

【００３８】この後段の熱処理時の焼結を１２００〜１
３００℃の温度範囲で行なうようにしたのは、焼結後の
密度を理論密度に対して９５％以上として後工程の熱間
静水圧プレスがかかるようにするとともに、焼結体にお
ける粗大結晶の形成を回避するためである。つまり、上
記焼結を１２００℃以下で行なうと、焼結後の密度が理
論密度に対して９５％を下回り熱間静水圧プレスがかか
らず、１３００℃以上では焼結体における粗大結晶の形
成頻度が増し強度上不利となるからである。

【００３９】上記初期熱処理及び後段熱処理を施して脱
脂後に焼結することにより、その体積収縮は焼結前の成
形体の８２．５％となり、焼結後の充填率はほぼ１００
％（嵩密度３．９７６）となる。また、この後段熱処理
の完了までに、上記初期熱処理時に変成した炭化物は焼
結体から完全に燃焼除去される。

【００４０】その後、この焼結体に、アルゴン雰囲気
中、或いは２０ｖｏｌ％以下の酸素を含有するアルゴン
雰囲気中で次の条件に基づく熱間静水圧プレスを施す。
この際、２００℃／時間で昇温した。こうして、焼結体
に透光性が発現する。

【００４１】処理温度１２００〜１２５０℃（最適温度１２３０℃）処理圧力１０００〜２０００ atm（最適圧力１０００ atm）処理時間１〜４時間（最適処理２時間）

【００４２】ここで、熱間静水圧プレスを上記温度範囲
と圧力範囲で行なうようにしたのは、所望する高い透光
性を得るとともに機械的強度を改善し、熱間静水圧プレ
スをかけている最中の破損を回避するためである。つま
り、熱間静水圧プレスを１２００℃未満或いは１０００
atm 未満で行なうと透光性が発現するものの、低い透光
性しか得られなかったり、逆に１２５０℃を超えると異
常粒成長を促進させて機械的強度や透光性の低下を招
き、２０００atm を超えると焼結体中に存在するボアや
傷などが極めて微細であっても傷等が存在する箇所に応
力集中が起こりクラックが発生したりするからである。

【００４３】引き続いて、図示しないダイヤモンド研削
砥石によって焼結体の端面に研削研磨を施してエッジを
取り除き、アルミナからなる透光性の発光管本体１Ｆが
できあがる。つまり、図１に示すように、その両端に電
極保持穴１ａ，１ｂを備えた発光管本体１Ｆが作製され
る。

【００４４】こうして得られた発光管本体１Ｆの内外表
面を、０．５μｍの粒径のダイヤモンド砥粒を付着させ
たブラシにて、肉厚が０．２mm以下となるよう研削研磨
する。この表面研磨により、発光管表面の凹凸等が除去
されて表面における光の散乱が回避され、直線透過率が
改善される。

【００４５】この発光管本体１Ｆは、発光領域の内径ｄ
が約４．０mmであり、肉厚が約０．３mmであり、またそ
の全長が約４０mmであり、次のような物性を備える。
尚、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による組織観察の結
果、光の散乱源となる粒界相や結晶粒子内部の空隙並び
に格子欠陥等の存在は認められなかった。また、小径の
電極保持穴１ｂの直径は約１mm以下である。

【００４６】可視光（波長３８０〜７６０nm）に対する
直線透過率：７０％以上５００nmの波長の光に対する直線透過率：８２％（肉
厚：０．５mm）結晶粒子の平均粒径：約０．７μｍ（最大粒径約１．４
μｍ）機械的強度（ＪＩＳＲ１６０１）曲げ強度Ｓｔ（室温）＝９８kg／cm² （９００℃）＝８１kg／cm² ワイプル係数（室温）＝９．３（９００℃）＝８．１

【００４７】粒径や強度の測定には、上記本実施例の発
光管本体１Ｆの代替え品として別途作製した試料（形
状，厚み等についてはＪＩＳＲ１６０１に準ずる）を
用いた。尚、試料の作製に当たっては、上記した工程に
おける諸条件に従った。

【００４８】粒径の算出は、形状、厚み等がＪＩＳＲ
１６０１に準ずるよう別途作製した上記試料の表面をダ
イヤモンド砥粒にてラップし、更に溶融した水酸化カリ
ウムで粒界エッチングを施した後、走査型電子顕微鏡に
より試料表面を観察し、結晶粒子の輪郭を画像解析する
ことにより行なった。尚、画像解析に当たっては、結晶
粒子を球体や多角形体として仮定して、その直径や頂点
間距離の最大値を粒径算出に用いた。結晶粒子を球体と
仮定して算出した粒径の分布図を図２に示す。

【００４９】直線透過率の測定については、別途作製し
た上記試料を０．５mm厚とし両面をラップ仕上げした
後、ダブルビーム分光光度計により求めた。こうして完
成した透光性アルミナからなる発光管本体１Ｆは、アル
ミナをＭｇＯ等の焼結助剤とともに焼結して結晶粒子を
粗大化させた一般的な透光性セラミックに比べて、微小
な結晶粒径を備えるといえる（図２参照）。

【００５０】このようにして高純度アルミナから作製さ
れた発光管本体１Ｆが、上記一般的な透光性セラミック
とは異なる微小結晶粒径を備えながら透光性を有する根
拠は、次のように考えられる。

【００５１】まず第１に、不純物として混入したＭｇＯ
等の酸化物が、アルミナ粉末中にごく僅か（トータルで
最大０．０１ｍｏｌ％以下）しか含まれていないので、
不純物はアルミナに総て固溶し、粒界相をほどんど形成
しない。このため、一般の透光性アルミナでは光の散乱
因子として作用していた粒界相による影響が排除され
て、可視光に対する直線透過率の向上をもたらすと考え
られる。

【００５２】更に、以下のように推察される。結晶粒子
及び結晶子の断面がいずれも円形であると仮定すると、
直径ｄの結晶子がｎ個集まって直径Ｄの結晶粒子を構成
する場合、次の関係式が成り立つ。ｎ＝（Ｄ／ｄ）² この関係式から算出されるｎの値は、１個の結晶粒子の
断面に含まれる結晶子界面に換算できる。

【００５３】高純度のアルミナから得られた種々の透光
性アルミナ（平均粒径：０．７２，０．８５，０．９
９，１．１６，１．３５，１．５２μｍ）についての格
子定数をＸ線回折装置を用いて求め、結晶子の直径ｄと
回折線の幅とを関係づけるＳｃｈｅｒｒｅｒの式に従い
（０１２）の回折ピークから上記各平均粒径の透光性ア
ルミナの結晶子の直径ｄを算出したところ、結晶子の直
径ｄは結晶粒子の大きさに左右されることなく一定であ
った。尚、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式は、「Ｐ．Ｇａｌｌｅ
ｚｏｔ，“Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅａｎ
ｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．５ｐ２２１，Ｓ
ｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（１９８４）”」や
「Ｐ．Ｓｃｈｅｒｒｅｒ，“ＧｏｔｔｉｎｇｅｒＮａ
ｃｈｒｉｃｈｅｎ，２，９８（１９１８）”」に紹介さ
れている。

【００５４】従って、上記関係式から、結晶粒子の直
径Ｄ（平均粒径）が小さくなるほど１個の結晶粒子中に
おける結晶子界面は少ないといえる。

【００５５】一般に、光がセラミックのような多結晶体
に入射された場合、その散乱は屈折率の不連続な面、即
ち原子配列の不連続な部分で起こると考えられている。
結晶粒子中の結晶子界面は、この原子配列の不連続な部
分にほかならないので、光の散乱を引き起こす。このた
め、結晶粒子中における結晶子界面が少なければ少ない
ほど、即ち結晶粒子の直径Ｄが小さいほど、光の散乱因
子である結晶子界面による影響が小さくなり、可視光に
対する直線透過率の向上をもたらすと考えられる。

【００５６】次に、閉塞体２，２Ａは、次のようにして
作製される。この閉塞体の製造工程を図３の工程図を用
いて説明する。先ず、上記のように合成したアルミナ微
粉末（２次凝集体）及びタングステン微粉末の懸濁に使
用するためのビヒクルを、表１に記す各種有機物から調
製する（工程１）。ビヒクルの調製に当たっては、各種
有機物を秤量し、これをミキサーで均一に混合した。

【００５７】

【表１】

【００５８】そして、上記アルミナ微粉末、調製ビヒク
ル、有機溶媒（ジフタル酸ブチル）及び分散剤（カルボ
ン酸アンモニウム）とを表２に記す容積比で調合し、こ
れを３本ロールによって混練してアルミナスラリーを調
製する（工程２）。

【００５９】

【表２】

【００６０】また、上記タングステン微粉末、調製ビヒ
クル、有機溶媒（ジフタル酸ブチル）及び分散剤（カル
ボン酸アンモニウム）とを表３に記す容積比で調合し、
これを３本ロールによって混練してタングステンスラリ
ーを調製する（工程２）。

【００６１】

【表３】

【００６２】次に、表２に記す容積比で調合・調製され
たアルミナスラリーと、表３に記す容積比で調合・調製
されたタングステンスラリーとを用いて、タングステン
とアルミナの容積比（タングステン／アルミナ）が表４
に記す容積比となる８種類のタングステン・アルミナ混
合スラリーを調製する（工程３）。

【００６３】

【表４】

【００６４】こうして調製した各混合スラリーを、アル
ミナ及びタングステンが均一に分散するよう十分に混合
し、その後、各混合スラリーから気泡を除去する（工程
４）。具体的には、各混合スラリーを真空デシケータ内
の樹脂容器に入れ、樹脂容器内のスラリーをマグネット
スターラ等を用いて撹拌しつつデシケータ内の空気を真
空ポンプにて数十分間（例えば約２０分間）吸引する。
この真空脱泡を行なう間に一部の有機溶媒を揮発させ
て、スラリー粘度30,000ｃＰとした。

【００６５】次に、閉塞体のコア部としての、主電極３
を支持したタングステン製の支持シャフト４の外周に、
表４に示す各混合スラリーを、タングステンの容積比が
高いものから、即ち第１層スラリーから順に第８層スラ
リーまで同心円状に所定の厚さで着肉・積層して（工程
５）、図４に示すように、支持シャフト４の外周に、閉
塞体２，２Ａの前駆体である積層体２０を形成する。支
持シャフト４の外周への第１層スラリーから順に第８層
スラリーまでの着肉・積層は、各層のスラリーの塗布及
び乾燥を第１層スラリーから順に行なうことでなされ
る。

【００６６】こうして、閉塞体のコア部に隣接するコア
部側域には第１層スラリーからなる最内周層が、閉塞体
の中間域には第２層スラリー〜第７層スラリーからなる
複数の中間層が、そして、閉塞体のバルブ開口端部に隣
接するバルブ側域には、第８層スラリーからなる最外周
層がそれぞれ形成される。

【００６７】この積層体２０における組成の分布は、そ
の断面図と各層スラリーにおけるタングステン及びアル
ミナ容積比との関係を示した図５（ａ），（ｂ），
（ｃ）から明らかなように、支持シャフト４から外側に
行くほど、図５（ｃ）に示す如くアルミナの容積比が１
００％近くまで増大傾斜し、図５（ｂ）に示す如くタン
グステンの容積比が８０％から減少傾斜した分布とな
る。

【００６８】次に、積層体２０に、含湿水素還元雰囲気
下で、６００℃×１０時間の加熱処理を施して、積層体
２０を脱脂する（工程６）。つまり、この加熱処理を行
なうことによって、スラリー調製時に配合されたビヒク
ル成分における有機物や有機溶媒を熱分解して炭化さ
せ、形成体を脱脂する。

【００６９】続いて、脱脂後の積層体２０に真空雰囲気
下で１８００℃×２時間の後段熱処理を施して、積層体
２０（脱脂体）を焼結し（工程７）、その焼結体である
閉塞体２，２Ａを得る。尚、この後段熱処理の完了まで
に、上記初期熱処理時に変成した炭化物は焼結体から完
全に燃焼除去される。

【００７０】閉塞体２，２Ａにおける上記各層において
は、共通の成分間で焼結により網目構造的に結晶が形成
され、一体化される。支持シャフト４や発光管本体１Ｆ
の電極保持穴１ａ，１ｂとの接合は、表面エネルギーの
減少に向かう焼結プロセスが適用される。これを助成す
る意味で、ガラス分などの不純物を微量添加することが
多い。

【００７１】つまり、この焼結の過程で、積層体２０の
各層は、タングステンの粉末を取り囲んでアルミナが固
溶して結晶化し、隣合う各層同志は、それぞれの層にお
けるアルミナが各層の接合面で相互に固溶しあって結晶
化して固相接合し、一体化される。また、支持シャフト
４と第１層スラリーからなる最内周層とは、この最内周
層におけるアルミナが支持シャフト４に接触した状態で
結晶化し、その粒界にガラス質を形成するとともに、タ
ングステンが支持シャフト４と最内周層とに共通に含ま
れることから、やはり固相接合して一体化される。この
結果、焼結後に得られる閉塞体２，２Ａは、主電極３を
支持した支持シャフト４と強固に結合して、支持シャフ
ト４即ち主電極３を発光管本体１Ｆ内に気密に封止・固
着する。

【００７２】更に、支持シャフト４から最内周層と多層
の中間層を経て最外周層に到るまでの熱膨張率の分布
は、その組成分布に基づき、支持シャフト４の熱膨張率
（タングステンの熱膨張率）から発光管本体（バルブ）
１Ｆの熱膨張率（アルミナの熱膨張率）と近似した熱膨
張率に到るまで傾斜した分布となる。

【００７３】こうして支持シャフト４を封止・固着した
後は、図１に示すように、発光管本体１Ｆの電極保持穴
１ａ，１ｂに嵌合するよう閉塞体２，２Ａの最外周層の
外周に切削又は研削加工を施して（工程８）、閉塞体が
完成しその製造工程は総て完了する。

【００７４】次に、完成した閉塞体２，２Ａの発光管本
体１Ｆへの組み付け及び発光管１の作製について説明す
る。まず、図１に示すように、この発光管本体１Ｆの電
極保持穴１ｂに、焼結・外周加工を経た閉塞体２Ａ（図
４，図５のものと同様）を嵌合させ、発光管本体１Ｆの
電極保持穴１ｂにおける内周面と閉塞体２Ａの外周面と
を接触させる。その後、この接触範囲に亘って、赤外線
或いは高出力レーザを局部的に照射して集中加熱する。

【００７５】この局部的な集中加熱により、閉塞体２Ａ
の第８層スラリーからなる最外周層中のアルミナと発光
管本体１Ｆ中のアルミナとが焼結して結晶化するととも
に、その接合面において粒界がスピネル，ガーネット等
の構造を主体とするガラス相により埋められるため、閉
塞体２Ａと発光管本体１Ｆとが固相接合する。この結
果、最外周層と発光管本体１Ｆとにおけるアルミナの粒
界でのガラス相形成等を通して、閉塞体２Ａと発光管本
体１Ｆとは気密に固着される。

【００７６】同様に、発光管本体１Ｆの電極保持穴１ａ
に焼結・外周加工を経た閉塞体２（図４，図５参照）を
嵌合させ、その接触範囲を赤外線或いは高出力レーザに
よる局部的に集中加熱する。こうして、閉塞体２と発光
管本体１Ｆとが固相接合して気密に固着され、始動用希
ガス金属及び放電用物質の封入に備える。

【００７７】次いで、両端が封止された発光管本体１Ｆ
内に、所定の始動用希ガス金属及び所望の色で発光する
放電用物質（Ｓｎ系，Ｎａ−Ｔｌ−Ｉｎ系，Ｓｅ−Ｎａ
系，Ｄｙ−Ｔｌ系合金又は各金属のハロゲン化物）のア
マルガムを、導入細管１ｃを介して封入し、封止剤１ｄ
にて封止する。

【００７８】閉塞体２，２Ａと発光管本体１Ｆとが従来
のようにソルダーガラス等を用いない固相接合であるこ
とから、封入成分の漏洩は確実に回避される。

【００７９】このように主電極を取り付けた状態の発光
管本体１Ｆは、一般に、メタルハライドランプ等の高圧
放電灯の外管内に組み込まれて使用される。

【００８０】次に、上記第１実施例の閉塞体２の最内周
層におけるタングステン容積比或いは最外周層における
アルミナ容積比を本発明範囲内の種々の値とした発光管
（発明品）と、これら容積比が本発明範囲外である発光
管（比較品）と、アルミナ製の閉塞体を発光管本体にア
ルミナ系のサーメットで固着した発光管（従来品）とに
ついて比較する。その比較結果を表５及び表６に示す。
尚、各発光管とも、発光管本体１Ｆは本実施例の発光管
のものと同一である。また、最内周層と最外周層及びそ
の間の各中間層を合わせた層数は表中に示すように種々
の値とし、最内周層から各中間層を経て最外周層に到る
までのアルミナ及びタングステンの容積比は、それぞれ
増大傾斜・減少傾斜した分布となるようにした。

【００８１】これらの発光管の耐久性の評価項目とし
て、５時間の点灯期間と０．５時間の消灯期間とを繰り
返して熱応力を掛けた場合における点灯期間の累積（点
灯寿命）を採用した。この場合、放電用物質としてＨｇ
−ＴｌＩ₃ （０．１１ｇ）を封入し一対の主電極３に１
００Ｖの電圧（１００Ｗ）を印加して点灯させた。ま
た、封入物質が漏洩すれば、安定していた点灯状態が著
しく不安定になるので、このような不安定な点灯状態と
なった時点で点灯期間の累積を中止した。

【００８２】

【表５】

【００８３】同様に、放電用物質としてＨｇ−ＴｌＩ−
ＮａＩ−ＩｎＩ₃ （０．１３ｇ）を封入した場合につい
ても、上記比較試験を行なった。その結果を表６に示
す。

【００８４】

【表６】

【００８５】上記試験結果から、本発明にかかる実施例
の発光管であれば、点灯・消灯を繰り返した場合であっ
ても、極めて高い耐久性を得ることができる。つまり、
本実施例の発光管によれば、その熱膨張率が支持シャフ
ト４及び発光管本体１Ｆに近づくにつれて主電極３を先
端に有する支持シャフト４又は発光管本体１Ｆの熱膨張
率に傾斜した閉塞体２，２Ａを固相接合したので、耐熱
応力性を向上させることができる。この結果、耐熱応力
性に優れたことに起因して、発光の信頼性を高めて長寿
命とすることができる。また、このような発光管を、容
易に提供することができる。

【００８６】尚、放電用物質としてＨｇ−ＴｌＩ₃
（０．１１ｇ）を封入した場合における発明品の発光管
の輝度は、１８３，０００ｎｔであった。また、Ｈｇ−
ＴｌＩ−ＮａＩ−ＩｎＩ₃ （０．１３ｇ）を封入した場
合であっては、２４０，０００ｎｔの輝度であった。

【００８７】また、本実施例の発光管本体１Ｆは、平均
粒径が約０．７μｍで最大粒径が約１．４μｍの微細な
結晶粒子からなる透光性アルミナであるとともに、粒界
相を形成しないので、常温から放電時温度に亘っての機
械的強度（曲げ強度、ワイブル係数）が、ＭｇＯ等の焼
結助剤とともに焼結して結晶粒子を粗大化させた一般的
な透光性セラミックの発光管よりも向上する。この結
果、本実施例の発光管本体１Ｆを用いた発光管によれ
ば、上記した長寿命化に加えて薄肉化を図ることができ
る。そして、薄肉化すれば、発光管自体の熱容量が減少
するため発光管が速やかに所定温度まで昇温するので、
放電用金属成分が蒸発して飽和蒸気圧となって点灯が安
定するまでの始動時間の短縮化を図ることができる。

【００８８】更に、粒界相を形成しないとともに、光の
散乱因子となる結晶粒子内部の結晶子界面を微小粒径に
基づいて少なくしたことに起因して、光が発光管本体１
Ｆの壁面を透過する間における光の散乱を抑制し、３８
０〜７６０ｎｍの波長の光（可視光）に対する７０％以
上の高い直線透過率（５００ｎｍの波長の光に対する直
線透過率：８２％、厚さ：０．５ｍｍ）を備える。この
ため、この発光管本体１Ｆを用いた発光管１の高圧放電
灯における輝度が向上する。

【００８９】加えて、従来のように粒界相が存在しない
ので、放電用金属蒸気成分（イオン）による粒界への侵
食が抑制されて、発光管外への放電用金属蒸気成分の漏
洩が薄肉であっても阻止される。つまり、薄肉であって
も、発光管壁面からの放電用金属蒸気成分の漏洩が阻止
されるので、より高輝度放電灯の長寿命化を図ることが
できる。しかも、本実施例の発光管１は、電極保持穴１
ｂを小径にすることにより、封止剤の使用量を減らして
放電用金属蒸気成分（イオン）によるこの封止剤の侵食
抑制したので、放電用金属蒸気成分の漏洩をより確実に
回避することができる。

【００９０】発光管本体１Ｆ及び閉塞体２の原料とし
て、純度が９９．９９ｍｏｌ％以上のアルミナ微粉末を
使用したが、得られる発光管本体１Ｆが発光管としての
実用的な直線透過率（３８０〜７６０ｎｍの波長の光に
対する直線透過率）を備えればよく、このようなアルミ
ナ微粉末に限定されるわけではない。

【００９１】例えば、アルミナ、マグネシア、ジルコニ
ア、イットリア、シリカといった酸化物や窒化アルミニ
ウムなどの窒化物等を主成分としこれに異常粒成長を抑
制し更に焼結を促進させる化合物（焼結助剤等）を複合
添加して焼結し、発光管本体１Ｆを作製してもよい。そ
して、作製した発光管本体１Ｆと同一のセラミック微粉
末を用いて閉塞体２を作製すればよい。より具体的に
は、純度が９９．２ｍｏｌ％で平均粒径が０．３〜１．
０μｍのアルミナ微粉末から発光管本体１Ｆを作製する
とともに、このアルミナ微粉末とタングステン微粉末と
から閉塞体２、閉塞体２ａを作製してもよい。

【００９２】更に、閉塞体２の原料として、タングステ
ン微粉末を用いたが、これに限らずコア部である支持シ
ャフト４の材質に応じて変更することが可能である。例
えば、支持シャフト４をニオブやモリブデンから作製す
れば、閉塞体２の原料としてニオブあるいはモリブデン
の微粉末を用いればよい。

【００９３】また、発光管本体の形状については、いか
ようなものであってもよいことは勿論である。例えば、
上記実施例の発光管本体１Ｆのようにその両端に大径の
電極保持穴１ａと小径の電極保持穴１ｂとを備えたもの
ではなく、ただ単に両端が開口した円筒状の発光管本体
や、管路が湾曲した発光管本体等であってもよい。

【００９４】特に第１実施例の製造方法としては、主電
極３を支持したタングステン製の支持シャフト４の外周
に積層体２０を形成するに当たって、各混合スラリーの
塗布及び乾燥を行なったが、これとは異なり、各混合ス
ラリーから予めグリーンシートを作製し、これを支持シ
ャフト４の外周に、タングステンの容積比が高いものか
ら順次巻き付けて積層することもできる。この場合、各
層のグリーンシートの接合面が支持シャフトを中心に１
８０度ずつずれて交互に配置されるように、グリーンシ
ートを積層することが好ましい。

【００９５】閉塞体２を発光管本体１Ｆと固相接合させ
るに当たって、その接触範囲に亘って局部加熱するよう
構成したが、支持シャフト４付近を加熱してもよい。こ
のような加熱であっても、加えられた熱エネルギは閉塞
体２，２ａの最外周の層にまで伝わるので、閉塞体２と
発光管本体１Ｆとを固相接合させることができる。ま
た、閉塞体２の焼結を、脱脂後の閉塞体２を発光管本体
１Ｆに組み付けた状態で行なうこともできる。

【００９６】更に、閉塞体２を発光管本体１Ｆに組み付
けるに当たって、電極保持穴１ａに嵌合させたが、次の
ように構成してもよい。つまり、図６に示すように、閉
塞体２を発光管本体１Ｆの開口端側で当接させ、発光管
本体１Ｆの端面と閉塞体２の最外周層の側面とを接触さ
せる。そして、この接触範囲を局部加熱して閉塞体２と
発光管本体１Ｆとを、端面で固相接合させる。

【００９７】また、混合スラリーにおけるアルミナとタ
ングステンの容積比の傾斜程度は、上記実施例に示した
ものに限定されるわけではなく、種々の傾斜程度を採用
することができることは勿論である。

【００９８】また、上記閉塞体２はコア部側からバルブ
側に渡ってその組成割合をリニアに変化させるようにし
た傾斜機能材料を用いて作製することも可能である。

【００９９】本発明の上記第１実施例によれば、以下の
効果を奏することができる。上記第１実施例の発光管に
おいては、透光性セラミックから形成された該発光管本
体の開口部に気密に固相接合される閉塞体を、多層の積
層体とし、その中央の導電性コア部側の最内周層から発
光管本体側の最外周層に到るまでの熱膨張率の分布を、
各層の組成比傾斜に基づいて導電性コア部の熱膨張率か
ら発光管本体の熱膨張率に到るまで傾斜した分布とし
た。よって、各層の組成を傾斜させて各層相互並びに閉
塞体と発光管本体とを強固に気密に固相接合させること
ができる。

【０１００】また、熱膨張率の傾斜分布に基づいて、点
灯時に生じる熱応力の集中を緩和して固相接合部におけ
る亀裂の発生を回避することができる。この結果、発光
管内における封入物質の漏洩の回避を通して、発光の信
頼性を高めることができるとともに、その寿命を長期化
することができる。

【０１０１】上記実施例の発光管では、平均粒径が１μ
ｍ以下で最大粒径が２μｍ以下の高純度の透光性アルミ
ナからなる発光管本体（バルブ）を備える。この結果、
常温から放電時温度に亘って機械的強度が従来のものよ
り改善されるので、発光管の肉厚を従来のものに比べて
約１／３の０．２ｍｍ以下にまで薄くすることができ
る。

【０１０２】また、スピネル相などの粒界相をほとんど
形成しないとともに、光の散乱因子となる結晶粒子内部
の結晶子界面を微小粒径に基づいて少なくしたことに起
因して、光が発光管本体の壁面を透過する間における光
の散乱を抑制し、３８０〜７６０ｎｍの波長の光（可視
光）に対する高い直線透過率を備える。このため、高輝
度放電灯用発光管から透過される光量が従来に比べて増
加し、高輝度放電灯用発光管を用いた高圧放電灯におけ
る輝度を向上させることができる。つまり、高輝度放電
灯用発光管に光を入射した場合における高輝度放電灯用
発光管の透過光の光量が、光の散乱を抑制することによ
って、高輝度放電灯用発光管への入射光の光量とほぼ等
しくなるのである。加えて、薄肉化によって輝度を更に
向上させることができる。

【０１０３】しかも、この光純度のアルミナを用いて閉
塞体を焼結・作製するので、閉塞体自身の機械的強度の
向上をとおして、発光管全体としての耐久性を向上させ
ることができる。

【０１０４】上記第１実施例での発光管の製造方法によ
れば、容積比が異なる複数の懸濁液を予め調製してお
き、これを用いて熱膨張率が傾斜分布した積層状の閉塞
体を容易に作製し、閉塞体と発光管本体とを強固に気密
に固相接合することができる。つまり、信頼性が高くて
長寿命な発光管を容易に製造することができる。

【０１０５】また、熱膨張率が傾斜分布した積層状の閉
塞体を別個に焼結して作製して、これを発光管本体に固
相接合することができる。特に上記第１実施例に示した
発光管の製造方法によれば、塗布等の簡便な工程によっ
て導電性部材成分の容積比が高い順の積層を行ない、熱
膨張率が傾斜分布した積層状の閉塞体の前駆体である未
焼結積層体を容易に作製することができる。

【０１０６】また、上記容積比が異なる複数の懸濁液
を、それぞれグリーンシートに予め形成し、グリーンシ
ートを巻き付けるという簡便な工程によって導電性部材
（又はコア部）成分の容積比が高い順の積層を行ない、
熱膨張率が傾斜分布した積層状の閉塞体の前駆体である
未焼結積層体を容易に作製することができる。

【０１０７】次に本発明の第２実施例に係る発光管の封
止部構造及び製造方法を図７乃至図１０に基づいて説明
する。図７は本第２実施例に係る発光管、特に金属蒸気
放電灯の外筒内に組込まれる発光管本体又はバルブの封
止部構造を詳細に示した発光管の断面図である。

【０１０８】バルブ３０１の両端には開口部３０２を形
成し、この開口端部３０２に閉塞体としてのエンドキャ
ップ３０３を一体的に取り付け、このエンドキャップ３
０３に該閉塞体のコア部としての電極棒３０４を貫通保
持している。

【０１０９】バルブ３０１は透光性の多結晶アルミナか
ら構成されており、電極棒３０４は発光物質に対しての
耐性に優れたＷ／Ｔｈ等のＷ（タングステン）系材料か
ら構成されている。各電極棒３０４は、エンドキャップ
３０３に螺着される雄ネジ部３０５及びエンドキャップ
３０３の外端面に当接するフランジ部３０６を備え、こ
のフランジ部３０６の外側を白金蝋やガラス等の封止剤
３０７にて封止し、更に一方の電極棒３０４にはアマル
ガム封入用の孔３０８が形成されている。

【０１１０】ここで、エンドキャップ３０３は、上記実
施例と同様に、多層構造とされている。即ち、エンドキ
ャップ３０３はバルブ３０１の軸線方向に沿って複数の
層３０３₁、３０３₂……３０３_n-1、３０３_nを積層
して構成され、バルブ３０１の開口端部３０２に接合さ
れる層（バルブ側域層）３０３₁ はその熱膨張係数がバ
ルブ３０１を構成する透光性アルミナの熱膨張係数と略
同一となっており、また最も外側の層（コア部側域層）
３０３_n には電極棒３０４の雄ネジ部３０５が螺合する
雌ネジ部３０９が形成されると共に、この層３０３n は
その熱膨張係数が電極棒３０４の熱膨張係数と略同一と
なっている。更に上記各層３０３₁、３０３_n間に介在
する層（中間域層）３０３₂……３０３_n-1はその熱膨
張係数が上記内側の層３０３₁の熱膨張係数から外側の
層３０３_n の熱膨張係数に徐々に変化するように各層の
組成割合が調整されている。

【０１１１】また、各層は内側の層３０３₁ から外側の
層３０３_n に向かって徐々に厚さを増している。このよ
うにすることで、熱膨張によって発生する応力の緩和を
更に効果的に行なうことができる。

【０１１２】更に、外側の層３０３_nを除いた他の層３
０３₁……３０３_n-1 と電極棒３０４との間には例えば
テーパ状の隙間３１０を形成し、ランプの組立て時に層
３０３₁……３０３_n-1 と電極棒３０４とが接触しない
ようにしている。

【０１１３】以上の如き構造の金属蒸気放電灯用発光管
の製造方法の一例を図８乃び図９に基づいて以下に説明
する。先ず、エンドキャップ３０３を製造するためのス
リップを調整する。スリップを調整するには図１７に示
すようにエンドキャップ３０３を構成する層の数（ｎ）
だけ、容器Ｃ₁……Ｃ_nを用意し、所望の熱膨張係数が得
られるように原料粉末を秤量し、蒸留水及び市販のセラ
ミックス添加用分散剤及びバインダを所定量添加し、２
４時間ボールミル処理により均一に混合して各容器Ｃ₁
……Ｃ_n毎にスリップＳ₁……Ｓ_nを調整する。

【０１１４】ここで、エンドキャップ３０３を合計１１
の層によって構成する場合の各スリップ毎の原料粉末の
組成割合を以下の表７に示す。尚、組成割合は重量％で
あり、表７中のスリップＮｏ．はエンドキャップ３０３
を構成する各層の番号に対応する。

【０１１５】

【表７】

【０１１６】次いで、図９（ａ）に示すように多孔質体
から成る板又は石膏板３１１上に筒状の型３１２をセッ
トし、この型３１２内に上記の工程で調整したスリップ
Ｓ₁……Ｓ_nを順次注入して積層体を成形する。尚、スリ
ップＳ₁……Ｓ_nを注入する場合には既に注入したスリッ
プと混合しないように、既に注入したスリップがある程
度水分を失ってから次のスリップを注入する。この場
合、スリップ内の溶媒が板３１１に浸透することも考慮
している。

【０１１７】また図９（ｂ）に示すように、スリップを
注入するにあたり前もって成形棒３１３をセットする
か、注入後に成形棒３１３をセットし、積層体が生乾き
程度になったならば型３１２から積層体を取り外すこと
で図９（ｃ）に示すようなテーパ状貫通孔３１４が形成
されたエンドキャップ３０３が得られる。尚、貫通孔３
１４の形状としては図９（ｄ）に示すような段差状にし
てもよい。

【０１１８】一方、純アルミナスリップから成形したバ
ルブ３０１を用意しておき、図１８（ｅ）に示す如くこ
のバルブ３０１の端部に上記エンドキャップ３を湿らせ
て接着し再び乾燥する。この状態ではバルブ３０１及び
エンドキャップ３は未焼結状態であり、バルブ１は透光
性となっていない。

【０１１９】次いで、上記のバルブ３０１とエンドキャ
ップ３０３を含湿水素還元雰囲気中、６００℃で５時間
脱脂し、続いて乾燥水素還元雰囲気中、１３００℃で５
時間焼結処理し、更にこの後、得られた焼結体をアルゴ
ン雰囲気中でＨＩＰ処理し、再び乾燥水素還元雰囲気
中、１１５０℃でアニール処理することで透光性のバル
ブ３０１とエンドキャップ３０３とが一体化したものを
得る。

【０１２０】この後、エンドキャップ３０３に形成した
孔３１４にネジ切り加工を行なって雌ネジ部３０９を形
成し、電極棒３０４を挿入して電極棒３０４の雄ネジ部
３０５をエンドキャップ３０３の雌ネジ部３０９に螺合
し、最終的に白金蝋３０７で電極棒３０４の固定と封止
を行ない、更に一方の電極棒３０４に形成した孔３０８
を介して白金パイプ製の治具を用いてバルブ３０１内に
アマルガムを封入してランプが完成する。

【０１２１】尚、図示例にあってはバルブとエンドキャ
ップとを同時に焼結させた例を示したが、バルブとエン
ドキャップを別々に焼結させた後にこれらを接合するよ
うにしてもよい。この場合アルミナ製バルブは大気中で
一貫して脱脂、焼結処理を行なった後、ＨＩＰ処理し、
更に大気中でアニールすることにより透光性アルミナ管
を得ることができる。この場合エンドキャップについて
は上記と同様に焼結を行なうがＨＩＰ処理およびアニー
ル処理は不要である。また、バルブとエンドキャップと
の接合については真空若しくは２０００℃以上でレーザ
加熱するか、アルミナと熱膨張係数が等しいガラスによ
り接合することが可能である。ガラス材料としては軟化
点が９００℃以上の高融点溶融ガラスが好ましい。

【０１２２】また成形法としては、スリップキャスティ
ングの他にドクターブレード法や射出成形法も可能であ
る。ドクターブレード法の場合には、調整したスラリー
を所望のテープ厚に成形し、熱圧着により一体化するこ
とにより傾斜機能を発揮するエンドキャップが得られ
る。バルブについても同じスラリーを用いて鋳込み成形
するか、型に流し込んで固化させることによって得られ
る。

【０１２３】射出成形の場合も同様に、エンドキャップ
の場合には所望厚の板を成形し、これらを加熱して接着
した後に、予め成形しておいたバルブに熱圧着する。

【０１２４】以上のようにこの第２実施例によっても、
金属蒸気放電灯の開口端を封着するエンドキャップを多
層構造としており、各層の熱膨張係数をバルブに接触す
るバルブ開口端部側から電極を保持するコア部側に向か
って徐々に変化するようにして、エンドキャップ自体に
傾斜材料としての機能を発揮させるようにしたので、熱
膨張差に起因する破損やバルブ内に封入される金属蒸気
のリークを有効に防止することができる。

【０１２５】尚、図１０には、本第２実施例の一部変更
例を示す。この変更例でのバルブ３０１’は、図７に示
されるバルブ３０１とは異なり、バルブ両端のそれぞれ
を全て開口することなく端面部３０１ａが形成されてい
る。そして、各端面部３０１ａには、電極棒３０４がバ
ルブ内部に挿通可能となるように、上記テーパ状貫通孔
３１４の大径程度の小開口が設けられている。この変更
例による発光管によって第３実施例と同様の作用効果を
得ることができる。

【０１２６】次に本発明の第３実施例及び第４実施例に
係る発光管について図１１乃至図１８に基づいて説明す
る。先ず、図１１には金属蒸気放電灯の外筒内に組み込
まれる第４実施例に係る発光管の要部断面図を示す。図
１１における筒状のバルブ４０１は、高純度（９９．９
９％＝４Ｎ）の透光性の多結晶アルミナからなり、この
バルブ４０１の両端開口部４０２の内壁には閉塞体とし
ての電極封止部４０３が形成されている。

【０１２７】この電極封止部４０３は、発光部となるバ
ルブ４０１よりも低純度（例えば９３〜９７％）のアル
ミナ材料を用いて形成し、且つバルブ側域としての第１
層４０３ａ及びコア部側域としての第２層４０３ｂから
なる多層構造としている（上述したような中間域におけ
る中間域層を設けて３層以上としてもよい。）。ここ
で、バルブ４０１内壁面側の第１層４０３ａは例えば純
度９６％のアルミナで、内側の第２層４０３ｂは例えば
純度９３％のアルミナでそれぞれ形成している。

【０１２８】そして、この電極封止部４０３内にコア部
としての電極棒４０４を挿通し、バルブ４０１の開口端
側に電極棒４０４が貫通するアルミナからなるキャップ
４０５をはめ込み、これらの電極封止部４０３と電極棒
４０４との間、電極棒４０４とキャップ４０５との間、
バルブ４０１及び電極封止部４０３の端部とキャップ４
０５との間等をガラスソルダーを溶融冷却して得られる
封着ガラス４０６で封止している。

【０１２９】この場合、キャップ４０５の純度はバルブ
４０１と電極封止部４０３の純度の平均値のものとする
のが好ましい。また、キャップ４０５は必要に応じ省略
するようにしてもよい。

【０１３０】このようにバルブ４０１の開口部にバルブ
４０１より低純度のアルミナ材料からなる電極封止部４
０３を形成することによって、電極封止部４０３の内壁
においては、アルミナセラミックスの粒界にガラス成分
が存在するため、封着用のガラスソルダーとの密着性が
よく、シール性が向上する。また、純度が異なるアルミ
ナを用いて組成傾斜構造とすることにより、熱応力の発
生を抑制できる。

【０１３１】以上のような構造のセラミック発光管の製
造方法の一例を図１２乃至図１４に基づいて説明する。
先ず、図１２に示すように容器Ｃ₄₁に透光性アルミナ用
の高純度（４Ｎ以上）アルミナ微粉末を、容器Ｃ₄₂に低
純度（ここでは９３％）アルミナ微粉末をそれぞれ用意
する。低純度アルミナ微粉末は不純物としてシリカ、マ
グネシア等を含んでおり、また両アルミナ微粉末は、焼
結挙動の類似した物を選定することが望ましい。

【０１３２】そして、秤量した粉末に、蒸留水、市販の
分散剤及びバインダを所定量添加し、２４時間ボールミ
ル処理をして、鋳込成形用のスリップを調製する。次
に、これらのスリップを適当量混合し、それぞれ純度の
異なる数種のスリップを調製する。これらの混合はスタ
ーラを用いて約１時間行った。このようにして、図１３
に示すように容器Ｃ₄₃に高純度（４Ｎ）アルミナスリッ
プＳ₄₁を、容器Ｃ₄₄に純度９６％のアルミナスリップＳ
₄₂を、容器Ｃ₄₅に純度９３％のアルミナスリップＳ₄₃を
それぞれ調製した。

【０１３３】その後、図１４（ａ）、（ｂ）に示すよう
な２つ割り多孔質体型又は石膏型４１１（一方の型のみ
の断面図及び平面図を示する）のスリップ流入／排泥口
の周辺をマスク４１２でマスキングしておき、先ず同図
（ｃ）に示すような容器Ｃ₄₃の高純度アルミナスリップ
Ｓ₄₁を流し込み、所定時間静置して高純度アルミナ層４
１３を着肉せしめた後に排泥する。

【０１３４】次いで、同図（ｄ）に示すように石膏型４
１１の一端部を封止部分のみに着肉が行われるように純
度９６％のアルミナスリップＳ₄₂に浸して、同図（ｅ）
に示すように高純度アルミナ層４１３の内周に９６％ア
ルミナ層４１４を形成し、同様にして他端部にも純度９
６％アルミナ層４１４を形成する。次に、石膏型４１１
の一端部を封止部分のみに着肉が行われるように純度９
３％のアルミナスリップＳ₄₃に浸して、同図（ｆ）に示
すように９６％アルミナ層４１４の内周に９３％アルミ
ナ層４１５を形成し、同様にして他端部にも純度９３％
アルミナ層４１５を形成する。

【０１３５】このようにして得られた成形体を、水素還
元雰囲気中、１８００℃で６時間焼結することによっ
て、発光部は透光性アルミナ層、封止部は白色の低純度
アルミナ層からなる電極封止部４０３となったバルブ４
０１を得る。

【０１３６】尚、バルブの焼成は、粉末を選択すること
によって、空気中で１３５０℃で６時間焼成した後に、
１０００気圧アルゴン雰囲気、１３５０℃、２時間の熱
間静水圧加熱処理を行うことによって得ることもでき
る。但し、この場合には、この温度では一般的に低純度
アルミナが殆ど焼結せず、封止部最内周のアルミナ純度
は９７％以上としなければならない。

【０１３７】このようにして得られたバルブ４０１及び
電極封止部４０３の内径加工、発光部の外周加工を施
し、金属蒸気放電灯を組み上げる。

【０１３８】次に、上記第３実施例の変更例としての第
４実施例を図１５乃至図１８に基づいて説明する。この
第４実施例にあっても高純度（９９．９９％＝４Ｎ）の
透光性の多結晶アルミナからなるバルブ５２１の両端部
５２２に低純度アルミナからなる積層構造の電極封止部
５２３を形成し、この電極封止部５２３内にコア部とし
ての電極棒５２４を挿通し、電極封止部５２３の外側に
電極棒５２４が貫通するアルミナからなるキャップ５２
５を嵌め込み、これらの電極封止部５２３、電極棒５２
４及びキャップ５２５を封着ガラス５２６で封止してい
る。

【０１３９】電極封止部５２３は、発光部となるバルブ
５２１よりも低純度（例えば９９〜９７％）のアルミナ
材料を用いて形成し、且つバルブ５２１或いは電極棒５
２４の軸線方向に沿って第１層５２３ａ、第２層５２３
ｂ、第３層５２３ｃ（４層以上でもよい。）からなる積
層構造としている。更に、第１層５２３ａから第３層５
２３ｃに向かって徐々に厚さを増している。この結果、
第３層５２３ｃ及び第２層５２３ｂは、第１層５２３ａ
と比べ、面積的により大きく電極棒５２４と隣接するこ
とになる。また、キャップ５２５は第３層５２３ｃと同
じ純度のアルミナを用いている。尚、キャップ５２５は
必要に応じて省略することもできる。

【０１４０】以上のような構造のセラミック発光管の作
成方法の一例を図１４乃至図１８に基づいて説明する。
先ず、上記第３実施例と同様に、透光性アルミナ用の高
純度（４Ｎ以上）アルミナ微粉末と、低純度（ここでは
９３％）アルミナ微粉末をそれぞれ用意し、秤量した粉
末に、蒸留水、市販の分散剤及びバインダを所定量添加
し、２４時間ボールミル処理をして、図１６に示すよう
に容器Ｃ₅₁に高純度（４Ｎ）アルミナスリップＳ₅₁を、
容器Ｃ₅₂に純度９７％のアルミナスリップＳ₅₂を、容器
Ｃ₅₃に純度９５％のアルミナスリップＳ₅₃を、容器Ｃ₅₄
に純度９３％のアルミナスリップＳ₅₄をそれぞれ作製し
た。

【０１４１】その後、図１８（ａ）に示すように多孔質
体の板又は石膏板５３１上にバルブ外径に合せた筒状の
型５３２をセットし、この型５３２内の中心部に成形棒
５３３を立設し、これらの型５３２及び成形棒５３３で
形成される空間内に、純度９３％のアルミナスリップＳ
₅₄、純度９５％のアルミナスリップＳ₅₃、純度９７％の
アルミナスリップＳ₅₂及び高純度アルミナスリップＳ₅₁
を順次注入して積層体を成形する。尚、スリップを注入
する場合には既に注入したスリップと混合しないよう
に、既に注入したスリップがある程度水分を失ってから
次のスリップを注入する。

【０１４２】一方、図１７に示すような高純度アルミナ
スリップＳ₅₁から成形したバルブ５２１となるパイプ５
３４を用意しておき、バルブ５２１の端部５２２ａとな
る高純度アルミナスリップＳ₅₁が乾燥しない状態でパイ
プ５３４を型５３２内に差込んで一体化し、図１８
（ｂ）に示すような成形体を得る。その後、上記実施例
と同様にして、この成形体の焼結、加工及び組立てを行
う。

【０１４３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
封止の信頼性を向上させ、ランプ寿命を長くでき、封止
箇所のシール効果が向上している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る発光管の断面図であ
り、

【図２】上記発光管の本体又はバルブと閉塞体の作製に
用いる透光性アルミナにおける粒径分布を表すグラフ

【図３】上記発光管における閉塞体の製造工程を説明す
るための工程図

【図４】上記閉塞体の斜視図であり、

【図５】上記閉塞体の構造及び組成分布を示した断面図
及び組成成分分布図

【図６】上記第１実施例の一部を変更した場合の発光管
の断面図

【図７】本発明の第３実施例に係る発光管の断面図

【図８】上記発光管に用いられる閉塞体用のスリップの
調整工程を示す説明図

【図９】スリップキャスティング工程を示す説明図

【図１０】上記第３実施例の一部を変更した場合の発光
管の断面図

【図１１】本発明の第４実施例に係る発光管の断面図

【図１２】上記発光管の製造に用いられる原材料の説明
図

【図１３】上記発光管の製造に用いられる各スリップの
説明図

【図１４】上記発光管の製造工程を示す工程図

【図１５】本発明の第５実施例に係る発光管の断面図

【図１６】上記発光管の製造に用いられる各スリップの
説明図

【図１７】上記発光管の製造に用いられる筒状パイプの
斜視図

【図１８】上記発光管の製造工程を示す工程図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブの開口端部を閉塞体にて封止した発
光管の封止部構造であって、前記閉塞体は一側部がバル
ブに接合されるとともにその中心部を電極支持シャフト
が貫通し、また前記閉塞体の組成成分は、前記バルブと
接合される側域においては該バルブの熱膨張係数と略々
同一とする成分であり、前記電極支持シャフトに隣接す
る側域においては該電極支持シャフトの熱膨張係数と略
々同一とする成分であり、前記両側域間の中間域におけ
る成分は前記バルブと接合される側域の熱膨張係数から
前記電極支持シャフトに隣接する側域の熱膨張係数へと
徐々に変化するように組成割合が調整されていることを
特徴とする発光管の封止部構造。
【請求項２】前記閉塞体は組成割合を変えた複数の層か
ら構成されることを特徴とする請求項１に記載の発光管
の封止部構造。
【請求項３】前記複数の層は電極支持シャフトに隣接す
る側域から径方向に積層されていることを特徴とする請
求項２に記載の発光管の封止部構造。
【請求項４】前記複数の層は電極支持シャフトに隣接す
る側域から軸方向に積層されていることを特徴とする請
求項２に記載の発光管の封止部構造。
【請求項５】前記閉塞体は組成割合が連続的に変化する
ことを特徴とする請求項１に記載の発光管の封止部構
造。
【請求項６】前記閉塞体の組成割合は電極支持シャフト
に隣接する側域から径方向に変化していることを特徴と
する請求項５に記載の発光管の封止部構造。
【請求項７】前記閉塞体の組成割合は電極支持シャフト
に隣接する側域から軸方向に変化していることを特徴と
する請求項５に記載の発光管の封止部構造。
【請求項８】前記閉塞体とバルブとの接合は固相接合で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の発
光管の封止部構造。
【請求項９】前記閉塞体の最大外径（Ｄo）とバルブの
最小内径（Ｄi）との差（Ｄi−Ｄo）は０．５mm以下で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の発
光管の封止部構造
【請求項１０】前記閉塞体の最大外径（Ｄo）とバルブ
の最小内径（Ｄi）との比（Ｄo／Ｄi）は０．９９≧
（Ｄo／Ｄi）≧０.８５であることを特徴とする請求項
１乃至請求項７に記載の発光管の封止部構造。
【請求項１１】前記閉塞体の外端面はバルブの開口端と
面一か開口端よりも内側に位置していることを特徴とす
る請求項１乃至請求項７に記載の発光管の封止部構造。
【請求項１２】前記バルブの開口端の外径をＤ1、バル
ブの発光部の最大外径をＤ2とすると、０.１≦（Ｄ1／
Ｄ2）≦１.０であることを特徴とする請求項１乃至請求
項７に記載の発光管の封止部構造。
【請求項１３】前記発光部に臨む電極支持シャフトと閉
塞体との間には隙間が設けられていることを特徴とする
請求項１乃至請求項７に記載の発光管の封止部構造。
【請求項１４】前記隙間は、発光部に向かって拡径して
いることを特徴とする請求項１３に記載の発光管の封止
部構造。
【請求項１５】前記隙間を形成する閉塞体の孔の最大内
径をＤ3、電極支持シャフトの直径をＤ4とすると、０.
４≦（Ｄ4／Ｄ3）＜１.０であることを特徴とする請求
項１乃至請求項７に記載の発光管の封止部構造。
【請求項１６】前記バルブは両端に開口部が設けられ、
これら開口部を封止する閉塞体は長さが異なること特徴
とする請求項１乃至請求項７に記載の発光管の封止部構
造。
【請求項１７】前記バルブは両端に開口部が設けられ、
これら開口部を封止する閉塞体は径が異なること特徴と
する請求項１乃至請求項７に記載の発光管の封止部構
造。