JP2002150844A - 給電部品およびヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】数１０Ａの大電流を給電可能な気密封着給電部
品を簡単な製造方法で提供する。 【解決手段】０〜５００℃における線熱膨張係数が３５
〜５５×１０^−７（ｃｍ／ｃｍ／℃）の値を持つ金属導
入線２と、金属導入線２を端部で貫通封着している耐熱
チューブ１において、耐熱チューブ１は、封着側１ａと
開放端側１ｂで熱膨張係数が連続的に異なる傾斜機能部
を有して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数１０Ａ以上の大
電流を給電可能な給電部品およびヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大電流を要する映写用キセノ
ンランプの気密封着には、タングステン棒を硬質ガラス
と封着する、いわゆるグレーデッドシールが採用されて
いる。しかし、この方法では封着部の耐熱性によって、
発熱の中心であるアークからの距離が、必然的に決定さ
れるため、小型化、特に長さを縮めることは困難であっ
た。

【０００３】この解決策として、石英ガラスの気密封着
に金属箔が使用されており、例えば実公平４−３０７６
２号公報には、金属箔を円筒状に複数枚配置し数１０Ａ
の電流を通電可能とした高圧放電ランプ（従来例）が記
載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例にある
ように大電流タイプの箔封止方式は、封止部構造が複雑
であるために製造が複雑となり、コストを低減すること
が困難であった。

【０００５】また、グレーデッドシールに用いられるグ
レーデッドチューブは、一般的に硬質ガラスと石英ガラ
スとの間に、両者の膨張係数間の値を持つ中間ガラスを
数ミリメートル間隔で３ないしは５段階程度で溶着さ
せ、両者間の膨張率差による熱応力を緩和しているもの
である。しかし、溶着された各段のガラス間の膨張率
は、場合によっては数１０×１０^−７（ｃｍ／ｃｍ／
℃）異なっているため、この部分が高温になった場合、
応力緩和が不十分となり、接合部分でクラック等を発生
して気密封着部品としての機能を失うことがあった。

【０００６】このため、グレーデッドチューブを製作す
るには、高度な熟練した技能を必要とし、手間が掛かる
と共に、部品供給能力も低く量産性に問題があった。

【０００７】本発明は以上の事情に基づきなされたもの
で、目的とするところは耐熱性が高く、比較的容易に傾
斜機能を持つ、耐熱性チューブを提供でき、したがって
この耐熱性チューブを使用することにより、信頼性の高
い気密封着を行え、確実に大電流の給電を行うことがで
きる気密封着された給電部品およびそれを使用したヒー
タを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の給電部
品は、膨張係数の異なる傾斜機能部を有し、肉厚が０．
５〜１．５ｍｍの耐熱性チューブと；耐熱性チューブの
一端側を貫通しながらこの一端側の封着部で封着され、
耐熱性チューブの開放端側の一端は耐熱チューブの開放
端から少なくとも１０ｍｍ突出している０〜５００℃に
おける線熱膨張係数が３５〜５５×１０^−７（ｃｍ／ｃ
ｍ／℃）の値を持つ金属導入線と；を具備している。

【０００９】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１０】耐熱チューブの肉厚は０．５〜１．５ｍｍ
としている。これは、肉厚が０．５ｍｍ未満であると気
密封着部分および周辺の機械的強度の低下を招き、気密
封着部品としての機能を損なうためであり、また逆に
１．５ｍｍを越えると封着部の封着性が低下するばかり
でなく、部品重量の増加を招き、小型・軽量化を阻害す
る要因となる。これらの理由から肉厚の好ましい範囲
は、０．８からは１．２ｍｍ、より好ましくは０．９か
ら１．１ｍｍの範囲である。

【００１１】耐熱チューブの部材としては、セラミック
スおよびガラスチューブを許容する。この耐熱チューブ
の傾斜機能部は、線熱膨脹係数が連続的に異なるような
傾斜機能部を有しており、傾斜機能部の材質が連続的に
異なるように形成されていることが好ましい。

【００１２】また、金属導入線はタングステン、モリブ
デンなどの高融点金属で形成されるのが好ましく、０〜
５００℃における線膨張係数が３５〜５５×１０^-7（ｃ
ｍ／ｃｍ／℃）の範囲の値の金属材料を用いている。

【００１３】また、耐熱性チューブの開放端側の一端は
耐熱チューブの開放端から少なくとも１０ｍｍ突出して
いる。この長さは、後述する導電性繊維束との接触面積
を確保するため、１０ｍｍ以上となっており、好ましい
範囲は３０ないし５０ｍｍであり、５０ｍｍ以上である
と小型化の観点から見ると好ましくない。

【００１４】請求項１の発明によれば、耐熱性が高く、
比較的容易に傾斜機能を持つ耐熱性チューブを提供で
き、この耐熱性チューブを使用することにより、信頼性
の高い気密封着を行え、確実に大電流の給電を行うこと
ができる気密封着された給電部品を提供できる。

【００１５】請求項２の発明は請求項１の給電部品であ
って、耐熱性チューブは、酸化ケイ素を主体とし開放端
からすくなくとも５ｍｍの範囲は不純物含有量が１００
ｐｐｍ以下であり、封着端の酸化硼素および／または酸
化アルミニウムの含有量が２０％以下、酸化ナトリウム
の含有量が５％以下となるように開放端側から線形的に
含有量を増加させたガラスチューブからなることを特徴
とする。

【００１６】耐熱性チューブは、開放端側と封着端の中
間部は、含有不純物量を徐々に調整することで、両端の
間の線膨張係数がほぼ連続的に膨張係数が変化してい
る。

【００１７】このようなガラスチューブの製造方法の一
例としては、ほうけい酸ガラスチューブ内に含有する酸
化ケイ素以外の酸化物を化学エッチングにより除去し、
酸化硼素および／または酸化アルミニウムを溶解させた
溶液にガラスチューブを浸し、ガラスチューブ内部の不
純物を除去した後の空孔内に酸化硼素および／または酸
化アルミニウムを再度含浸させる方法がある。この酸化
硼素および／または酸化アルミニウム溶液濃度を開放端
から封着端に徐々に変化させることで、ガラス材質を連
続的に変えることができる。

【００１８】請求項２の発明によれば、ガラスチューブ
の長手方向の急激な膨張率の変化がないため熱収縮によ
る局部的な応力が緩和され、耐熱性に優れた給電部品を
提供することができる。

【００１９】請求項３の発明は、請求項１の給電部品で
あって、耐熱性チューブは、開放端から封着端にかけて
タングステン含有量を増加させたセラミックチューブで
あり、金属導入線と半田ガラスによって封着しているこ
とを特徴とする。

【００２０】セラミックチューブは、例えば、アルミナ
セラミックス、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−
ガーネット）、イットリア酸化物、アルミニウム窒化物
など耐熱性を備えた多結晶金属酸化物および多結晶非酸
化物を許容する。

【００２１】例えばセラミックチューブにアルミナセラ
ミックスを選択した場合、このような耐熱チューブは、
酸化アルミニウムの粉末と金属導入線と同一あるいは類
似の熱膨脹特性を持ったタングステン金属粉末を長手方
向に濃度を徐々に変化させ分散させた後焼結すること
で、開放端部から封着部に向けてタングステン含有量を
増加させて形成するものである。

【００２２】セラミックチューブと金属導入線の封着は
セラミックチューブに金属導入線を所定の位置にて貫通
保持し、貫通部のセラミックチューブと金属導入線の勘
合部にあらかじめ調合されたガラス質の原料を成形した
環状フリットを溶融加熱し、勘合部のわずかな隙間に毛
細管現象を利用してフリット材を流し込むことによって
封着する。このフリット材は、耐熱性に優れた半田ガラ
スが好ましく、アルミナ−シリカ−希土類酸化物のフリ
ットガラスを許容する。

【００２３】この封着部のセラミックチューブにタング
ステンの含有量を増加させたことによって、タングステ
ンのような高融点金属からなる金属導入線と熱膨脹特性
を近似させている。

【００２４】請求項３の発明によれば、セラミックチュ
ーブの封着部においては、ほぼ金属棒と同等の熱膨脹特
性を得ることでき、その結果、寿命中においても安定し
た信頼性の高い気密封着を行うことができる。

【００２５】請求項４の発明のヒータは、請求項１ない
し３いずれか一記載の給電部品と；給電部品の金属導入
線に圧入接続される導電性繊維と；導電性繊維に電気接
続された昇温用ヒーターと；を具備している。

【００２６】昇温ヒータは、カーボン、タングステンな
どの高融点金属を用いることが好ましく、昇温ヒータ
は、石英ガラス、セラミックチューブなどの保護管を用
いてヒータと外雰囲気とを気密に保持することが好まし
い。

【００２７】導電性繊維は、カーボンなどの導電性物質
をコイル状、束状に形成することを許容する。この様に
形成することで、気密封着給電部材の金属導入線と圧入
接続することで、電気的接続を行うことができる。

【００２８】請求項４の発明によれば、安価で小型化を
実現した大電流用ヒータを提供することができる。

【００２９】

【発明の実施形態】本発明の気密封着給電部品の第１の
実施形態を図１を参照して説明する。図１は、第１の実
施形態の気密封着給電部品の構成を示す正面断面図であ
る。

【００３０】耐熱性チューブとしてのガラスチューブ１
は、酸化ケイ素を主体とするガラスであり、気密封着部
１ａ側は酸化硼素が６５％、酸化アルミニウムが５％、
酸化ナトリウムが４％含まれており、他端である開放端
１ｂから５ｍｍの範囲は不純物が１００ｐｐｍ以下とな
るように、不純物含有量を徐々に増加するように形成
し、封着端１ａの線膨張係数が約３０×１０^−７（ｃｍ
／ｃｍ／℃）、開口部７ａ側に線膨張係数が約５×１０
^−７（ｃｍ／ｃｍ／℃）となるようにその中間部は、両
者間の線膨張係数となるようにほぼ連続的に膨張係数が
変化するようにして傾斜機能を持たせた構成としてい
る。また、ガラスチューブ１は、肉厚ｔ１が０．９〜
１．１ｍｍの範囲となっている。

【００３１】金属導入線としてのタングステンロッド２
の一端はガラスチューブ１と封着される気密封着部１ａ
から１５ｍｍ突出させ外部リード線３とロウ付け等の手
段により、電気的に接続されている。また、タングステ
ンロッド２の他端にはテーパー部２ａが構成されてお
り、ガラスチューブ１の開口部１ａより、長さ３０ｍｍ
を突出させた構成となっている。外部リード線３とタン
グステンロッド２の接続部分には、絶縁チューブ４にて
覆われており、さらに外部リード線３の全体を絶縁被覆
膜５にて覆うことで、大電流の通電状態によっても外部
との絶縁を確保している。

【００３２】タングステンロッド２の気密封着される部
分には、封着の信頼性を向上させるため、封着ガラス１
ａと同一または近似材質のガラス被膜６を形成する。こ
のガラス被膜６がタングステンロッド２と溶融接続され
ており、ガラスチューブ１との気密性を確保できる構成
となっている。このガラス被膜６は、気密封着部１ａか
ら開口部１ｂの方向に１５ｍｍ形成している。

【００３３】本実施形態の気密封着給電部品の構成によ
れば、ガラスチューブ１の長手方向の急激な膨張率の変
化がないため熱収縮による局部的な応力が緩和され、耐
熱性に優れ、更に簡単な構成で小型で且つ信頼性の高い
気密封着ガラス部品を提供することができる。

【００３４】次に、本発明の給電部品の第２の実施例を
図２を参照して説明する。

【００３５】図２は第２の実施形態の気密封着部品の断
面図である。耐熱性チューブとしてのセラミックチュー
ブ１１は透光性の多結晶アルミナから構成され、その一
端部には筒状開口部１２を形成し、この筒状開口部２に
金属導入線としてのタングステンロッド１３を貫通する
保持するための貫通口１４ａを有したキャップ１４を嵌
め込み、このキャップ１４の外側とバルブ１の開口端と
の間はガラスソルダーを溶融冷却して得られる封着ガラ
スで封着されている。

【００３６】キャップ１４の貫通口１４ａにタングステ
ンロッド１３が貫通保持され、貫通口１４ａとタングス
テンロッド１３のわずかな隙間にガラスソルダが溶融し
タングステンロッド１３とキャップ１４を気密封着して
いる。

【００３７】セラミックチューブ１１は、多結晶アルミ
ナを主体とし、筒状開口部１２に向かってタングステン
含有量を徐々に増加するように形成し、筒状開口部１２
にはタングステン含有量が９５％以上となるようにほぼ
連続的にタングステン含有量が変化するようにして傾斜
機能を持たせた構成としている。また、セラミックチュ
ーブ１１は、内径が０．６〜１．３ｍｍ、肉厚が０．５
〜１．５ｍｍの範囲となっている。

【００３８】キャップ１４もまた、筒状開口部１２と同
等のセラミック材質を用いている。このようなセラミッ
ク材を用いることによってタングステンロッド１３と同
等の熱膨脹係数特性を得られるため安定した信頼性の高
い気密封着を行うことができる。

【００３９】本実施形態の気密封着給電部品の構成によ
れば、セラミックチューブ１１の長手方向の急激な膨張
率の変化がないため熱収縮による局部的な応力が緩和さ
れ、耐熱性に優れ、更に簡単な構成で小型で且つ信頼性
の高い気密封着ガラス部品を提供することができる。

【００４０】次に、本発明のヒータの実施形態を図３を
参照して説明する。図３は、ヒータ２０の構成を示す正
断面図である。図３のおいては、第１の実施例記載の気
密封着給電部品の開口部１ｂとほぼ同一寸法の石英ガラ
スチューブ２１の両端に第１の実施例記載の気密封着給
電部品を開口部１ｂとを付き合わせ溶融接続する構成で
ある。その際タングステンロッド２のテーパー部２ａを
石英ガラスチューブ２１内に内装したカーボン製の導電
性繊維束２２内に挿入させテ−パー２ａに電気的に接続
されたカーボンヒータ２３と電気的に接続する。このよ
うに、タングステンロッド２のテーパー部２ａにカーボ
ン製の導線繊維束２２を圧入接続することによって、溶
接などによる接続と比較しても、大電流を流しても接続
部分での溶断などによる不具合を低減できるものであ
る。

【００４１】このときタングステンロッド２のテーパー
部２ａのテーパー角度は１５度ないし３０度とすること
によって、テーパー部２ａに圧入接続される導電性繊維
束２２との接触を確実にし、かつその部分での接触抵抗
を増加させることを抑止するものである。

【００４２】このようにヒータ２０が構成された後、さ
らに内部を排気することで、内部を気密に保持し、カー
ボンヒータ２３の酸化を抑制することができる。

【００４３】このようなヒータ２０は、数１０Ａの大電
流を通電させることができるが、このような大電流を流
すために、タングステンロッドの径は電流密度は１２Ａ
／ｍｍ^２以下となる大きさを有することが好ましい。

【００４４】これら構成により、長時間にわたって、安
定した特性が得られるヒーター給電部品を提供すること
ができる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、傾斜機能を持
つ耐熱チューブを用いることによって高い信頼性を有す
る気密封着を確実に行うことができる。また、このよう
な金属導入線を用いることで、数十Ａの大容量に耐える
気密封着給電部品を提供することができる。

【００４６】請求項２の発明によれば、ガラスチューブ
の長手方向の急激な膨張率の変化がないため熱収縮によ
る局部的な応力が緩和され、耐熱性に優れた気密封着ガ
ラス部品を提供することができる。

【００４７】請求項３の発明によれば、セラミックチュ
ーブの封着部においては、ほぼ金属棒と同等の熱膨脹特
性を得ることでき、その結果、寿命中においても安定し
た信頼性の高い気密封着を行うことができる。

【００４８】請求項４の発明によれば、請求項１ないし
２いずれか一記載の給電部品の効果を奏する大容量ヒー
タを安価で小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気密封着給電部品第１の実施形態を示
す一部断面図。

【図２】本発明の気密封着給電部品第２の実施形態を示
す断面図。

【図３】本発明のヒータの実施形態を示す正面図。

【符号の説明】

１…耐熱性チューブ（ガラスチューブ） ２…金属導入線（タングステンロッド） ３…外部リード線 ４…絶縁被覆 １１…耐熱性チューブ（セラミックチューブ） １３…金属導入線（タングステンロッド）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/44 Ｈ０５Ｂ 3/44 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA02 QB14 QB26 QC02 QC11 QC16 QC17 QC37 QC42 QC43 QC44 QC52 QC59 RA03 RC02 RC17 RC26 RD11 VV12 VV35 VV36 5C043 AA13 CC01 CC11 CC19 DD01 DD11 DD17 EB15 EC02 EC10 EC20 5E028 BB01 CA12 EA05 5G307 HC04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】膨張係数の異なる傾斜機能部を有し、肉厚
   が０．５〜１．５ｍｍの耐熱性チューブと；耐熱性チュ
   ーブの一端側を貫通しながらこの一端側の封着部で封着
   され、耐熱性チューブの開放端側の一端は耐熱チューブ
   の開放端から少なくとも１０ｍｍ突出し、０〜５００℃
   における線熱膨張係数が３５〜５５×１０^−７（ｃｍ／
   ｃｍ／℃）の値を持つ金属導入線と；を具備しているこ
   とを特徴とする給電部品。
2. 【請求項２】請求項１の耐熱性チューブは、酸化ケイ素
   を主体とし開放端からすくなくとも５ｍｍの範囲は不純
   物含有量が１００ｐｐｍ以下であり、封着端の酸化硼素
   および／または酸化アルミニウムの含有量が２０％以
   下、酸化ナトリウムの含有量が５％以下となるように開
   放端側から線形的に含有量を増加させたガラスチューブ
   からなることを特徴とする給電部品。
3. 【請求項３】耐熱性チューブは、開放端から封着端にか
   けてタングステン含有量を増加させたセラミックチュー
   ブであり、金属導入線とロウ材または半田ガラスによっ
   て封着していることを特徴とする請求項１の給電部品。
4. 【請求項４】請求項１ないし３いずれか一記載の給電部
   品と；給電部品の金属導入線に圧入接続される導電性繊
   維と；導電性繊維に電気接続された昇温用ヒーターと；
   を具備していることを特徴とするヒータ。