JP2005063732A

JP2005063732A - セラミックメタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2005063732A
Application number: JP2003289951A
Authority: JP
Inventors: Yukifumi Taniguchi; 谷口　　晋史; Kuniaki Nakano; 中野　　邦昭; Kazuhiko Kawasaki; 川崎　　和彦
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】
発光管製造時にロウ付け条件を厳密にコントロールする必要がなく、製造条件のばらつき
に起因する発光管の気密漏れ不良の発生を防止し、しかも、発光管の材料コストを低減し
たセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【解決手段】
透光性セラミックからなる発光管の両端開口部と電極を備えた電極支持体とを封着材で気
密に固定し、前記発光管の内部に金属または金属ハロゲン化物と不活性ガスを封入した金
属蒸気放電灯において、前記電極支持体はタングステン又はモリブデン又はそれらの合金
からなる第１の層とニオブ又はタンタル又はそれらの合金からなる第２の層とよりなり、
前記第２の層は前記第1の層の外側に配置し、前記第1の層と前記第２の層との境界面は
気密性を有し、前記封着材は少なくとも前記第２の層における外側表面の一部に配設した
ことを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
【選択図】図1

Description

透光性セラミック発光管を用いたセラミックメタルハライドランプに関するもので、特に、発光管端部の封止部構造に関するものである。

本発明に関連した従来の透光性セラミック発光管を用いたセラミックメタルハライドランプの発光管封止部構造としては、図９に示すように、セラミック製発光管１の端部に設けられた細管部２に、電極５を溶接固定した耐熱金属製の管状体９と該管状体内に差し込み固定された耐熱金属製柱状体１０とからなる電極支持体３を挿入し、前記細管部２と前記電極支持体３との隙間に封着材４を流し込むことにより密封されるものが知られている（例えば、特開平１１−１４９９０４号公報参照）。前記耐熱金属製管状体にはニオブあるいはタンタルなどが、また、前記耐熱金属製柱状体には、モリブデンあるいはタングステンなどが、それぞれ用いられることが記載されている。そして、前記電極支持体３は電極５と溶接部１１の部分で突合せ溶接されるとともに、前記耐熱金属製管状体９は溶接部１１で密封されている。なお、前記電極５と前記電極支持体３との溶接部１１は前記封着材４で覆われている。前記溶接部１１を前記封着材４で覆う理由は、発光管内に封入されたハロゲンがランプ点灯時の高温において、溶接部１１と接触すると、耐熱金属製管状体９の成分と化学反応を起こし、前記溶接部１１が侵食され、ついには前記耐熱金属製管状体９の前記溶接部１１にて気密性が失われ、ランプがリーク不良に至るので、これを防止するためである。

さらに、他の従来例としては、図１０に示すように、電極５は電気導入線１０を兼ねており、その中間部にはアルミナとタングステン又はモリブデンからなるサーメット製の封着体１３が一体的に取り付けら、セラミック製発光管の端部に設けられた細管部２の内部において、封着材４を前記サーメットの外表面全体を覆うように流し込んで、前記細管２と前記電気導入線１０および前記封着体１３とを気密的に封止したものが知られている（例えば、特開平１０−１６４９１号公報参照）。

さらに、他の従来例としては、図１１に示すように、スペーサー６を介して電極支持体３とセラミック製発光管の端部に設けられた細管部２とを封着材４で気密的に封止したものが知られている（例えば、特開２０００−５６８１１号公報参照）。図１１において、３は電極支持体で、二オブなどの耐熱金属からなる第１の電気導入線１０と、耐ハロゲン性を有するモリブデンなどからなる第２の電気導入線７とを溶接部１１‘で、溶接固定している。そして、前記電極支持体３は電極５と溶接部１１で溶接固定している。透光性セラミックからなる発光管１の端部に設けられた細管部２の端部内側には、発光管と同じ材質からなるスペーサー６を介して前記電極５を取り付けた前記電極支持体３が挿入され、封着材４で前記細管部２と前記電極支持体３とが気密的に固定されている。

特開平１１−１４９９０４号公報（図１）

特開平１０−１６４９１号公報（段落００３７および図４）特開２０００−５６８１１号公報（図３）

ところで、従来のこのような封止構造では、次のような問題があった。特許文献１の封止構造では耐熱金属製管状体と耐熱金属製柱状体との間が気密性を有していないと、溶接部１１が封入物のメタルハライドと反応し、侵食されて前記耐熱金属製管状体９と前記耐熱金属製柱状体１０との隙間から気密漏れを生じる。そこで、前記溶接部１１が封入物のハロゲンによって侵食されるのを防止するため、前記溶接部１１の表面を完全に封着材４で覆う必要がある。ところが、前記溶接部１１を完全に封着材４で覆うには、ロウ付け条件が厳密になり、加工不良が発生しやすいという問題があった。すなわち、前記封着材４を流しすぎて前記電極５の根元部分が前記封着材４で覆われると、前記電極５と前記封着材４との熱膨張率が合わないため、前記封着材４の部分でクラックを発生し、このクラックが引き金となって前記細管部２においてクラックを発生する。このように、前記封着材４と前記細管部２とにクラックが発生すると、発光管は気密漏れを生じ、ランプは加工不良品となる。また、前記封着材４の流し方が不足すると、前述したように、前記溶接部１１がメタルハライドに対して剥き出しになり、ランプ点灯時の高温で、前記溶接部１１が封入物のハロゲンで侵食され、前記耐熱金属性管状体９と前記耐熱金属製柱状体１０との隙間から気密漏れを生じるという問題があった。

さらに、特許文献２の封止構造では、封着体１３にモリブデンあるいはタングステンとアルミナからなるサーメットを使用しているので、前記封着体１３と電極５との一体成形が困難で、材料コストが高くつくという問題があった。
さらに、引用文献３の封止構造では第１の電気導入体１０が耐ハロゲン性を有していないため、第２の電気導入体７との溶接部１１‘を封着材４で完全に覆う必要があった。そのため、前述の引用文献１の場合と同様に、ランプ製造における封着工程において、ロウ付け条件が厳密になり、加工不良が発生しやすいという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、発光管製造時にロウ付け条件を厳密にコントロールする必要がなく、製造条件のばらつきに起因する発光管の気密漏れ不良の発生を防止し、しかも、発光管の材料コストを低減したセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。

請求項１のセラミックメタルハライドランプは、透光性セラミックからなる発光管の両端開口部と電極を備えた電極支持体とを封着材で気密に固定し、前記発光管の内部に金属または金属ハロゲン化物と不活性ガスを封入した金属蒸気放電灯において、前記電極支持体は、タングステン又はモリブデン又はそれらの合金からなる第１の層とニオブ又はタンタル又はそれらの合金からなる第２の層とよりなり、前記第２の層は前記第１の層の外側に配置し、前記第１の層と前記第2の層との境界面は気密性を有し、前記封着材は少なくとも前記第2の層における外側表面の一部に配設されたことを特徴としている。

以上述べたように、本願発明の構成によれば、発光管端部に設けられた細管部と電極支持体との封着工程において、封着材の流れ込み長さの厳密な制御が必要でなくなるので、前記封着材の流れ込み長さのバラツキが原因で発生する製造工程中の不良率を大幅に低減できる。また、封着体にサーメットのように加工が困難で高価な材料を使用する必要がなく、電極支持体の製造が容易で、安価な材料が使用できるので、ランプのコストを低減できる。

以下本発明を図１〜図８により説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す断面図である。図１において、１はアルミナセラミックからなる発光管で、その両端は細管部２を有している。前記細管部２の外側端部内面には、電極５を備えた電極支持体３を封着材４で気密的に保持している。前記電極支持体３は耐熱金属製の第１の層１０と耐熱金属製の第２の層９とより構成されている。前記電極支持体３の電極５との接続側は耐熱金属製の第１の層１０が剥き出しになっており、前記電極５とは前記第１の層の剥き出しになった溶接部１１で溶接固定されている。前記電極支持体３の一実施例を図６に示す。

図６において、１０は耐熱金属製の第１の層、９は耐熱金属製の第２の層である。前記耐熱金属製の第１の層１０には、耐ハロゲン性の材料を用いる。そのような材料として、モリブデン、タングステン又はそれらの合金が使用できる。また、耐熱金属製の第２の層９には、前記細管部２と熱膨張率が近似する材料を用いる。そのような材料として、ニオブ、タンタル又はそれらの合金が使用できる。なお、耐熱金属製の第２の層に、前記細管部２と熱膨張率が近似する材料を用いる理由は、前記細管部２の内部に前記電極支持体３を装着し、封着材４で気密的に固定させる場合に、クラック等が発生して気密漏れが生じるのを防止するためである。また、前記電極支持体３として、図７または図８に示す構造のものが使用できる。

図７は前記耐熱金属製の第２の層９が、さらに、２層に分かれているもので、このようにすれば第２の層の厚みを厚くするのが容易で、前記細管部２の内径が大きい、大電力ランプに適している。

また、図８は前記耐熱金属製の第２の層９が完全に閉じた管ではなくて、切れ目１２のある管である。このような管は製造コストが安価であるため、これを用いれば、完全に閉じた管を使用するよりもランプのコストが安くできるという利点がある。この場合においても、第１の層１０と第２の層９および第2の層９と９‘とのそれぞれの接合面は気密性を有している。そうすることにより、第２の層に切れ目１２があったとしても、封着材は切れ目１２の隙間を埋めるので、気密性は保持できる。以上述べたように、図１の構成にすると、溶接部１１はハロゲンと反応する第２の層９を構成する材料を含まないので、より安定で長時間の使用に耐えることができる。

図２は本発明の第２の実施形態を示す断面図である。図２において、電極支持体３と電極５との溶接部１１は、第１の層が剥き出しになっていないところが、第１の実施形態とは異なっている。このような構成にすると、電極５と電極支持体３との溶接が容易になる。そして、電極５と電極支持体３との溶接部１１は、第２の層９を構成するハロゲンと反応する部材を含んでいるが、実質的には第１の層１０と電極５との間で溶接されているので、長時間の使用に耐えることができる。

図３は本発明の第３の実施形態を示す断面図である。図３において、電極５と電極支持体３の溶接方法は、第１の実施形態と同じであるが、第２の層は細管部２の外側において封着材４で完全に覆われている。このような構成にすると、第２の層を構成する高価な材料を節約できるので、ランプのコストを低減できる。なお、この実施例の場合には、細管部２の外側において、封着材４が耐熱金属製の第1の層１０と接触し、前記封着材４にクラックを発生する恐れがあるが、前記細管部２の外側に位置しているので、前記細管部２のクラックに進展する恐れはなく、実用上の問題とはならない。
図４は本発明の第４の実施形態を示す断面図である。

図４において、電極５と電極支持体３との溶接方法は第２の実施形態と同じであるが、第２の層は細管部２の外側において封着材４で完全に覆われている。このような構成にすると、第２の層を構成する高価な材料を節約できる。

図５は本発明の第５の実施形態を示す断面図である。図５において、電極５と電極支持体３との溶接方法は第１の実施形態と同じであるが、前記電極５と細管部２の内面との間に形成される余分な空間を埋めるための第２のコイル１２を有することと、前記電極支持体３と前記細管部２の内面との間の余分な隙間を埋めるためのスペーサー６を有していることが第１の実施形態とは異なる。このような構成にすれば、細管部２の内径の大きな、大電力ランプに適用することが可能である。

本願発明の第１の実施形態である図１により実施例を説明する。耐熱金属製の第１の層として外径０．５ｍｍのＭｏロッド１０に、耐熱金属製の第２の層としてＮｂチューブ９を被せ、Ｍｏロッド１０とＮｂチューブ９との間が気密になるように圧着して外径１．４８ｍｍの電極支持体３を形成した。次に、直径が０．６ｍｍの電極５と前記電極支持体３の第１の層１０とを溶接部１１にて溶接し、電極部品を形成した。次に、発光管１の端部に設けられた内径１．５ｍｍ、外径４．５ｍｍの細管部２の内部に前記電極支持体３を挿入し、封着材４で前記細管部２と前記電極支持体３とをロウ付けした。なお、発光管内には、水銀とメタルハライドおよび始動ガスとしてアルゴンガスを封入している。

ところで、従来のＭｏロッドとＮｂチューブとの間が気密でない場合、電極と電極支持体との溶接部で気密漏れが生じるのを防止するために、前記溶接部を完全に封着材で覆う必要があった。そして、電極を構成する部材の熱膨張率と封着材のそれとの違いが原因で発生する封着材のクラックを防止するために、アルミナ管の細管部に流し込む封着材の長さは厳密にコントロールする必要があった。これに対して、本願発明では耐熱金属製の第1の層であるＭｏロッドと耐熱金属製の第２の層であるＮｂチューブとの境界面を気密にしているので、Ｎｂ部分がロウ材で完全に覆われている必要はなく、封着材を流す長さは厳密にコントロールする必要はない。そのため、従来のものに比べてロウ付けの作業性が格段に優れるとともに、加工不良の発生を大幅に低減できる。比較のため、図９に示す溶接部１１を完全に封着材で覆った従来例のランプ１００個と、図１に示す耐熱金属製の第２の層を封着材で完全に覆わずに、電極取り付け側におけるニオブの外側表面に封着材が存在しない部分を有する本願発明の実施例のランプ１００個を製作した。その結果、本発明の実施例のランプはすべて良品であったが、従来例のランプでは７個のランプがロウ付け後にリークを発生した。そこで、従来例のリークを発生したランプについて、その原因を詳しく調べたところ、いずれも封着材の流れすぎによる細管部のクラックがリークの原因であった。このことから、封着材４が流れすぎて電極５の上に流れると、電極５と封着材４との熱膨張率が合わないため、細管部２にクラックを生ずるものと考えられる。これに対して、本願発明の実施例では、封着材４が電極５にまで達しないので、クラックを発生することがない。

なお、本願発明の実施例において、耐熱金属製の第１の層１０を構成するモリブデン又はタングステンのロッド径は、ロウ付けの信頼性の点から０．３〜１．０ｍｍが、また、耐熱金属製の第２の層９を構成するＮｂチユーブの外径は３ｍｍ以下が好ましいことを実験により確認した。さらに、耐熱金属製の第１の層１０を構成するＭｏロッドに巻きつけて耐熱金属製第２の層９を構成するＮｂチューブは１枚でも複数枚でも良い。そして、耐熱金属製第２の層９を構成するＮｂチューブを複数枚にする場合、ＭｏロッドとＮｂチューブとの境界面の気密性を保持するために、Ｍｏロッドに最初に巻くＮｂチューブの肉厚は０．２ｍｍ以上が好ましいことを実験により確認した。また、電極支持体３の全長は、耐熱金属製第１の層１０と耐熱金属製第２の層９との境界面の気密性を確実に保持するためと封着材の流し込み長さに余裕を持たせるために、５ｍｍ以上にするのが好ましいことを実験により確認した。

本発明の第１の実施形態であるセラミックメタルハライドランプの構成を示す断面図である。本発明の第２の実施形態であるセラミックメタルハライドランプの構成を示す断面図である。本発明の第３の実施形態であるセラミックメタルハライドランプの構成を示す断面図である。本発明の第４の実施形態であるセラミックメタルハライドランプの構成を示す断面図である。本発明の第５の実施形態であるセラミックメタルハライドランプの構成を示す断面図である。本発明に係る複合ロッドの第1の実施形態を示す外観図である。本発明に係る複合ロッドの第２の実施形態を示す外観図である。本発明に係る複合ロッドの第３の実施形態を示す外観図である。従来のセラミックメタルハライドランプ封止部構造の一例を示す断面図である。従来のセラミックメタルハライドランプ封止部構造の他の例を示す断面図である。従来のセラミックメタルハライドランプ封止部構造の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１発光管
２細管部
３電極支持体
４封着材
５電極
６スペーサー
９第２の層
１０第１の層
１１、１１‘ 溶接部

Claims

透光性セラミックからなる発光管の両端開口部と電極を備えた電極支持体とを封着材で気密に固定し、前記発光管の内部に金属または金属ハロゲン化物と不活性ガスを封入した金属蒸気放電灯において、前記電極支持体は、タングステン又はモリブデン又はそれらの合金からなる第１の層とニオブ又はタンタル又はそれらの合金からなる第２の層とよりなり、前記第２の層は前記第１の層の外側に配置され、前記第１の層と前記第２の層との境界面は気密性を有し、前記封着材は少なくとも前記第２の層における外側表面の一部に配設されたことを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。