JP2006310072A - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックメタルハライドランプの製造過程において、電極システムの一部を構成する導電性サーメットと給電リードとの接続部に外嵌した補強用リングが、その内部に溶融状態で充填されたフリットが冷却固化する際にリング周方向に生ずる引っ張り応力で破断して、該リング内に充填されたフリットにクラックが発生することを防止する。
【解決手段】導電性サーメット８と給電リード９との接続部に外嵌する補強用リング１０Ａ〜１０Ｃの一部に他の部分よりも肉薄にした脆弱部１３ａ〜１３ｃが形成され、該脆弱部１３ａ〜１３ｃが、リング１０Ａ〜１０Ｃ内に溶融状態で充填されたフリットが冷却固化する際に生ずる引っ張り応力で破断して、該応力を早期解放する構成となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光管がセラミックで形成されたセラミックメタルハライドランプに関する。

セラミックメタルハライドランプの発光管は、水銀や金属ハロゲン化物、始動用の希ガス等を封入する発光管本体とその両端部に設けるキャピラリ（細管）がセラミックで成形されているため、石英製の発光管に比べて、金属ハロゲン化物等による侵蝕が少なく、寿命特性や色特性に優れているという特長を有するが、発光管内の気密性を保持するためのシール構造が非常に難しいものとなっている。

図１は、本願出願人の製品に係るセラミックメタルハライドランプの発光管１と該発光管１内の気密性を保持するためのシール構造を示す部分断面図であって、透光性セラミックで成形された発光管本体２の端部にアルミナセラミックの細管で成るキャピラリ３が設けられ、該キャピラリ３内に電極システム４が挿通されている。

電極システム４は、発光管本体２内の放電空間５に配置するタングステン電極６と、モリブデン等で成る耐ハロゲン性中間材７と、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合燒結して成る導電性サーメット８とが夫々突合せ溶接によって直列的に接合されると共に、キャピラリ３の端部に当接して該キャピラリ３内に挿通する電極システム４の位置を規制する一対のニオブ金属棒もしくはタンタル金属棒で成るストッパ２０、２０が、導電性サーメット８と直交し、且つ該サーメット８を挟んで互いに平行に対峙した状態で、該サーメット８に溶接されている。

そして、電極システム４にランプ電力を供給するための導線であるモリブデン製の給電リード（外部リード）９が、導電性サーメット８に溶接して接続されると共に、その接続部にアルミナセラミックで成る補強用リング１０が外嵌され、該リング１０内からキャピラリ３内へと通ずる空隙に溶融状態で流し込まれて冷却固化したシール材のフリット１１によって、導電性サーメット８と給電リード９の接続部が強固に補強される共に、電極システム４がキャピラリ３内に封着されて発光管１内の気密性が保持されるようになっている（特許文献１参照）。
特開２００３−１００２５４号公報

しかしながら、図１の如き基本構造を有するランプは、その製造過程でキャピラリ３に微小な亀裂が生ずる品質欠陥が数％程度の割合で発生することが判った。その原因を究明すると、補強用リング１０を形成するアルミナセラミックよりもそのリング１０内に充填されるフリット１１の方が熱膨張率が小さいために、該フリット１１が固化すると、補強用リング１０が十分収縮できなくなって該リングの周方向に引っ張り応力が生じ、その応力で補強用リング１０が図２（ａ）の状態から同図（ｂ）の如く破断して、該リング１０の破壊強度の限界まで蓄積された引っ張り応力が一挙に解放されることにより、補強用リング１０の破断箇所に固着していたフリット１１の部分に、応力解放方向Ｆ１、Ｆ２に対して略垂直に引っ張り性のクラック１２が発生し、該クラック１２がキャピラリ３内のフリット１１にまで伝播して、セラミック製の細管であるキャピラリ３に亀裂が生ずるものと判明した。また、フリット１１よりも更にその内側の導電性サーメット８と給電リード９の方が熱膨張率が小さく、しかも、導電性サーメット８と給電リード９とでは、給電リード９の方が熱膨張率が小さいために、補強用リング１０は、給電リード９の周りを囲繞する片端部側に最も大きな引っ張り応力が加わって、その片端部側から割れて破断するに至ることが判った。

なお、補強用リング１０が破断してその内部に充填されたフリット１１にクラック１２が発生しても、該クラック１２がキャピラリ３内のフリット１１にまで伝播しなければ、キャピラリ３に亀裂が生ずることはなく、また、破断した補強用リング１０と該リングの内面に対して一体的に固着したフリット１１とによって導電性サーメット８と給電リード９の接続部は十分補強されるので、製品欠陥の問題は生じない。

本発明は、セラミックメタルハライドランプの製造過程において、導電性サーメット８と給電リード９の接続部に外嵌した補強用リング１０内に溶融状態で充填されたフリットが冷却固化する際に、補強用リング１０がその周方向に生ずる引っ張り応力で破断することによりその内部に充填されたフリット１１にクラック１２が発生し、該クラック１２がキャピラリ３内のフリット１１にまで伝播してキャピラリ３に亀裂が生ずることを防止することを技術的課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、透光性セラミックで成る発光管本体の端部に設けたキャピラリ内に電極システムが封着され、該電極システムの一部を構成する導電性サーメットと該サーメットに接続する給電リードとの接続部に外嵌した補強用リング内にフリットが充填されたセラミックメタルハライドランプにおいて、前記補強用リングが、その内部に溶融状態で充填されたフリットが冷却固化する際にリング周方向に生ずる引っ張り応力を早期解放する構成となっていることを特徴とする。

本発明によれば、導電性サーメットと給電リードとの接続部に外嵌した補強用リングが、その内部に溶融状態で充填されたフリットが冷却固化する際にリング周方向に生ずる引っ張り応力を早期解放することにより、補強用リング内に充填されて固化したフリットに応力解放による引っ張り性のクラックが生ずることが防止され、あるいは該クラックが生じたとしても、そのクラックがキャピラリ内のフリットにまで伝播してキャピラリに微小な亀裂が発生することが防止され、発光管内の気密性が損なわれることも防止される。

本発明に係るセラミックメタルハライドランプの最良の実施形態は、透光性セラミックで成る発光管本体の端部に設けたキャピラリ内に電極システムが封着され、該電極システムの一部を構成する導電性サーメットと該サーメットに接続する給電リードとの接続部に外嵌した補強用リングの内部にフリットが充填されている。そして、補強用リングは、その内部に充填されたフリットにクラックを生じない程度の引っ張り応力で破断するか、もしくはそのフリットにクラックを生じても該クラックがキャピラリ内のフリットに伝播しない程度の引っ張り応力で破断することにより、該応力を早期解放する構成となっている。この構成の具体例としては、補強用リングの全体的な肉厚が、前記引っ張り応力で破断し得る厚さに選定されるか、あるいは補強用リングの一部に、前記引っ張り応力で破断し得る脆弱部が形成されている。

なお、上記補強用リングは、その周方向に生ずる引っ張り応力で破断して該応力を早期解放する構成となっているが、これに限らず、本発明の補強用リングは、その周方向に生ずる引っ張り応力で拡径することにより該応力を早期解放する構成となっている場合であってもよい。

図３は本発明の要部となる補強用リングの例を示す斜視図であって、図３の補強用リング１０Ａ〜１０Ｃは、図１の補強用リング１０に代えて同図に示す導電性サーメット８と給電リード９の接続部に外嵌されるもので、その内部に充填されたフリット１１にクラック１２を生じない程度の引っ張り応力で破断するか、もしくはそのフリット１１にクラック１２を生じても該クラック１２がキャピラリ３内のフリット１１に伝播しない程度の引っ張り応力で破断することにより該応力を早期解放する構成となっている。

つまり、各補強用リング１０Ａ〜１０Ｃは、その一部に、他の部分よりも引っ張り応力に抗する強度が弱い脆弱部１３ａ〜１３ｃが形成されたセラミックリングで成り、各々の脆弱部１３ａ〜１３ｃは、他の部分よりも肉厚を薄くした肉薄部で形成されて、リングの内部に溶融状態で充填されたフリット１１が冷却固化する際にリング周方向に生ずる引っ張り応力で破断して該応力を早期解放するようになっている。

なお、補強用リング１０Ａは、その軸方向に沿って外周面の一部を削ぎ落としたリング形状に成形することによって、他の部分よりも肉薄の脆弱部１３ａが形成されており、補強用リング１０Ｂは、その軸方向に沿って外周面に凹溝１４を形成したリング形状に成形することによって、肉薄の脆弱部１３ｂが形成されている。また、補強用リング１０Ｃは、そのリング穴１５が偏芯したリング形状に成形することによって、肉薄の脆弱部１３ｃが形成されている。

そして、補強用リング１０Ａ〜１０Ｃの脆弱部１３ａ〜１３ｃとなる肉薄部は、リング周方向に生ずる引っ張り応力が、該応力の解放によって補強用リング１０Ａ〜１０Ｃ内のフリット１１に図２（ｂ）の如きクラック１２を生ずる程度の大きさに達する前、もしくはフリット１１に生ずるクラック１２がキャピラリ３内のフリット１１にまで伝播する程度の大きさに達する前に、その引っ張り応力によって破断し得る肉厚に形成されている。これにより、補強用リング１０Ａ〜１０Ｃの内部に溶融状態で充填されたフリット１１が冷却固化する際に補強用リング１０Ａ〜１０Ｃの周方向に生ずる引っ張り応力が早期解放されて、キャピラリ３に亀裂を生ずることが確実に防止される。

なお、補強用リング１０Ａ〜１０Ｃは、その一部に形成した脆弱部１３ａ〜１３ｃの肉厚が、リングの内部に充填されたフリット１１にクラック１２を生じない程度の引っ張り応力で破断する厚さに選定されるか、もしくはそのフリット１１にクラック１２を生じても該クラック１２がキャピラリ３内のフリット１１に伝播しない程度の引っ張り応力で破断する厚さに選定されたセラミックリングで成るものであるが、本発明の補強用リングは、全体的な肉厚が前記引っ張り応力で破断し得る厚さに選定されたセラミックリングで成るものであってもよい。

ただし、補強用リングの全体的な肉厚は、該リングが、図１のリング１０の如く導電性サーメット８と給電リード９の接続部に外嵌され、その内部に溶融状態で充填されたフリット１１が冷却固化するまでのシール工程での取り扱い中に割れない程度の最小限の厚さを確保する必要がある。したがって、補強用リングが全体的に肉薄のセラミックリングで成る場合は、その肉厚の下限値を、該リングがシール工程での取り扱い中に割れない程度の厚さに選定し、その肉厚の上限値を、フリット１１にクラック１２を生じても該クラック１２がキャピラリ３内のフリット１１に伝播しない程度の引っ張り応力で破断する厚さに選定する。すなわち、補強用リングの全体的な肉厚を一定の範囲内に選定する。

これにより、補強用リングは、全体的に一定の肉厚を有するセラミックリングで形成すればよいから、補強用リング１０Ａ〜１０Ｃの如く一部に肉薄の脆弱部１３ａ〜１３ｃを有したセラミックリングで形成する場合に比べて、成形加工が容易であり、製造コストも低減されるという利点がある。一方、補強用リング１０Ａ〜１０Ｃは、その一部のみを肉薄に形成するので、全体的に肉薄に形成する補強用リングに比べて、強度が優れているという利点がある。

なお、図示は省略するが、本発明に係る補強用リングは、給電リード９の周りを囲繞する片端部側が導電性サーメット８の周りを囲繞する他端部側よりも肉薄に形成されているものであってもよい。すなわち、補強用リングは、そのリング内に溶融状態で充填されたフリット１１が固化する際に、導電性サーメット８よりも熱膨張率の小さい給電リード９を囲繞する片端部側に最も大きな引っ張り応力が加わるので、その片端部側を他端部側よりも肉薄で割れやすい脆弱部に形成して引っ張り応力を早期解放するようにしてもよい。

図４は補強用リングの他の例を示す斜視図であって、図４の補強用リング１０Ｄも、図１の補強用リング１０に代えて導電性サーメット８と給電リード９の接続部に外嵌されるもので、その内部に溶融状態で充填されたフリット１１が冷却固化する際にリング周方向に生ずる引っ張り応力で拡径することにより該応力を早期解放する構成となっている。すなわち、補強用リング１０Ｄは、図４（ａ）の如く一対の半割リング１６、１６を互いに嵌合させてリング状とするセラミックリングで成り、そのリング周方向に生ずる引っ張り応力で図４（ｂ）の如く半割リング１６、１６が互いに離間してリング径が拡大することによりその引っ張り応力を早期解放するようになっている。

なお、半割リング１６、１６は、一方の側端部に沿って形成された凸条１７と、他方の側端部に沿って形成された凹溝１８とを互いに嵌合させると共に、その嵌合部を接着剤等で仮固定して、導電性サーメット８と給電リード９の接続部に外嵌する補強用リング１０Ｄに組み立てられる。これにより、補強用リング１０Ｄは、その内部に溶融状態で充填されたフリット１１が冷却固化する際にリング周方向に生ずる引っ張り応力によって、接着剤等で仮固定された半割リング１６、１６の嵌合部が分離・離反して拡径することにより、その応力を早期解放することができる。また、図３の補強用リング１０Ａ〜１０Ｃは、その周部に脆弱部１３ａ〜１３ｃの破断による欠損が生ずるが、図４の補強用リング１０Ｄは、その周部に欠損が生じないから、図３の補強用リング１０Ａ〜１０Ｃよりも導電性サーメット８と給電リード９の接続部を補強する強度に優れている。

図５は補強用リングの変形例を示す斜視図であって、図５の補強用リング１０Ｅは、図１の補強用リング１０に代えて導電性サーメット８と給電リード９の接続部に外嵌され、その内部に溶融状態で充填されたフリット１１が冷却固化する際にリング周方向に生ずる引っ張り応力で拡径することによって該応力を早期解放する構成となっている。すなわち、補強用リング１０Ｅは、タングステン、モリブデン、ニオブもしくはタンタル等で成る高融点金属板１９をその両端を互いに重ね合わすように丸めて割リング状とした金属リングで形成され、その周方向に生ずる引っ張り応力でリング径が拡がることにより該応力を早期解放するようになっている。

本発明は、セラミックメタルハライドランプの製造過程で電極システムの一部を構成する導電性サーメットと給電リードとの接続部を補強する補強用リングが破断して、電極システムを封着するキャピラリに亀裂が生じたり、発光管内の気密性が損なわれることを防止し、該ランプの品質向上に資するものである。

セラミックメタルハライドランプの基本構造を示す部分断面図 補強用リングの従来例とその問題点を示す平面図 本発明の要旨となる補強用リングの例を示す斜視図 本発明の要旨となる補強用リングの例を示す斜視図 本発明の要旨となる補強用リングの例を示す斜視図

符号の説明

１ 発光管
２ 発光管本体
３ キャピラリ
４ 電極システム
８ 導電性サーメット
９ 給電リード
１０ 補強用リング
１０Ａ 補強用リング
１０Ｂ 補強用リング
１０Ｃ 補強用リング
１０Ｄ 補強用リング
１０Ｅ 補強用リング
１１ フリット
１２ クラック
１３ａ 脆弱部
１３ｂ 脆弱部
１３ｃ 脆弱部
１６ 半割リング
１９ 高融点金属板

Claims (8)

1. 透光性セラミックで成る発光管本体の端部に設けたキャピラリ内に電極システムが封着され、該電極システムの一部を構成する導電性サーメットと該サーメットに接続する給電リードとの接続部に外嵌した補強用リング内にフリットが充填されたセラミックメタルハライドランプにおいて、前記補強用リングが、その内部に溶融状態で充填されたフリットが冷却固化する際にリング周方向に生ずる引っ張り応力を早期解放する構成となっていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
2. 前記補強用リングが、その内部に充填されたフリットにクラックを生じない程度の引っ張り応力で破断するか、もしくはそのフリットにクラックを生じても該クラックがキャピラリ内のフリットに伝播しない程度の引っ張り応力で破断することにより該応力を早期解放する構成となっている請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
3. 前記補強用リングの全体的な肉厚が、前記引っ張り応力で破断し得る厚さに選定されている請求項２記載のセラミックメタルハライドランプ
4. 前記補強用リングの一部に、前記引っ張り応力で破断し得る脆弱部が形成されている請求項２記載のセラミックメタルハライドランプ。
5. 前記補強用リングが、セラミックリングで成り、その一部に形成された前記脆弱部が、他の部分よりも肉厚を薄くした肉薄部で成る請求項４記載のセラミックメタルハライドランプ。
6. 前記補強用リングが、前記引っ張り応力で拡径することにより該応力を早期解放する構成となっている請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
7. 前記補強用リングが、一対の半割リングを互いに嵌合させてリング状としたセラミックリングで成る請求項６記載のセラミックメタルハライドランプ。
8. 前記補強用リングが、高融点金属板をその両端を互いに重ね合わすように丸めて割リング状とした金属リングで成る請求項６記載のセラミックメタルハライドランプ。
   
   
   
   

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