JP2004273187A

JP2004273187A - 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

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Publication number: JP2004273187A
Application number: JP2003059690A
Authority: JP
Inventors: Sueo Kito; 末雄鬼頭
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP4446430B2; CN1531004A; CN1280869C

Abstract

【課題】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。
【解決手段】高圧放電灯用発光容器８は、放電空間１０が形成されているチューブ本体６、およびチューブ本体６の端部を封止する端部封止部材７を備えている。容器８は、チューブ本体６の被焼成体と端部封止部材の被焼成体７との組み立て体の焼成によって製造されている。端部封止部材７が、外側端面７ｆ、放電空間１０に面する内側端面７ｅおよび外側端面７ｆと内側端面７ｅとの間に設けられている電極部材挿入孔７ｄを備えている。外側端面７ｆと内側端面７ｅとの少なくとも一方に凹部７ｃが形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【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、外側端面と内側端面との少なくとも一方に凹部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】また、本発明は、放電空間が形成されているチューブ本体と共に高圧放電灯用発光容器を構成する端部封止部材であって、
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高圧放電灯用発光容器が製造され、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、外側端面と内側端面との少なくとも一方に凹部が形成されていることを特徴とする。
【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の内側端面と外側端面との少なくとも一方に凹部を設け、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。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の内壁面６ａに到達しにくい。
【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】好適な実施形態においては、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】好適な実施形態においては、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、Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−Ｙ２Ｏ３−ＳｒＯ系の組成系のガラスが特に好ましい。
【００２１】Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−Ｙ２Ｏ３−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・７Ａｌ_２Ｏ_３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・７Ａｌ_２Ｏ_３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／ｃｍ^３の造粒粉末を得た。
【００２７】この造粒粉末を、２０００ｋｇ／ｃｍ^２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、Ａｌ_２Ｏ_３：４５重量％、ＣａＯ：４０％、Ｙ_２Ｏ_３：５％、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】（実施例２）
図５〜図９を参照しつつ説明した手順に従い、図３に示す容器８Ａ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／ｃｍ^３の造粒粉末を得た。
【００３２】この造粒粉末を、２０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力下でプレス成型し、図８に示す成形体４、５を得た。ただし、端部封止部材７Ａの外側端面には凹部を設けず、図３に示すように内側端面７ｅ側に凹部７ｇを形成した。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。
【００３３】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。
【００３４】端部封止部材７Ａの外径は１０．０ｍｍであり、凹部７ｇ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。
【００３５】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、Ａｌ_２Ｏ_３：４５重量％、ＣａＯ：４０％、Ｙ_２Ｏ_３：５％、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２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。
【００３６】（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。
【００３７】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。
【００３８】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、Ａｌ_２Ｏ_３：４５重量％、ＣａＯ：４０％、Ｙ_２Ｏ_３：５％、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。
【００３９】
【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】本発明の他の実施形態に係る容器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

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ており、前記外側端面と前記内側端面との少なくとも一方に凹部が形成されていることを特徴とする、高圧放電灯用発光容器。
前記凹部が前記外側端面に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の容器。
前記凹部が前記内側端面に設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の容器。
前記凹部が、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、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の容器。
放電空間が形成されているチューブ本体と共に高圧放電灯用発光容器を構成する端部封止部材であって、
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前記容器が製造され、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ており、前記外側端面と前記内側端面との少なくとも一方に凹部が形成されていることを特徴とする、端部封止部材。
前記凹部が前記外側端面に設けられていることを特徴とする、請求項５記載の端部封止部材。
前記凹部が前記内側端面に設けられていることを特徴とする、請求項５または６記載の端部封止部材。
前記凹部が、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、請求項５〜７のいずれか一つの請求項に記載の端部封止部材。