JP2018129173A - セラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、新規なセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法は、前記発光管は、比較的太い径の発光部と、その両端の細管部とから成り、前記製造方法における水銀を前記発光管内に滴下する工程は、（ａ−２）前記発光管の下部電極を封止した後、該発光管を軸線が垂直方向になるように設置して、該発光管を加熱する工程と、（ｂ）前記発光管を冷却する工程と、（ｃ）前記発光管内の気体の温度が徐々に低下している期間内に、水銀を該発光管の上部細管部の開口端部から滴下する工程とを含んでいる。【選択図】図２

Description

本発明は、セラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法に関する。

セラミックメタルハライドランプは、各種金属蒸気中の放電による発光を利用した白色光のランプである。水銀ランプに比べて、セラミックメタルハライドランプは、ランプ効率、演色性が優れているため、スポーツ施設・商業施設など、屋内外の様々な施設に広く普及している。セラミックメタルハライドランプでは、透光性の多結晶アルミナ（ＰＣＡ）セラミック製発光管が用いられている。この発光管には、発光物質及び不活性ガスと共に、水銀が封入されている。

水銀を発光管内に入れる方法に関する先行技術として、次の特許文献１が存在する。

特開平036-020647「水銀をアーク放電ランプ内に入れる方法および装置」（公開日：1994.01.28）出願人：ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

発光管の製造工程のＰＣＡ製発光管の管体（「ＰＣＡパイプ」ともいう。）の内部に水銀を滴下する過程において、発光管の細管部に停留している水銀が、細管部に付着して発光部に入らず、まれに押し戻され、ＰＣＡパイプの外に噴出するという問題が発生した。

特許文献1は、多孔質中空のセラミック・ボール内の圧力を下げ、水銀で囲んで圧力をかけることにより、セラミック・ボール内に水銀を充填する方法を開示する。

しかし、本発明者の調査によれば、発光管内の圧力低下を利用して、発光管内に水銀を入れる先行技術文献は見つからなかった。

そこで、本発明は、発光管内に水銀を円滑に滴下することが出来る方法を含む、新規なセラミックメタルハライドランプ用放電管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法は、その発明の一面では、前記発光管は、比較的太い径の発光部と、その両端の細管部とから成り、前記製造方法における水銀を前記発光管内に滴下する工程は、（ａ−２）前記発光管の下部電極を封止した後、該発光管を軸線が垂直方向になるように設置して、該発光管を加熱する工程と、（ｂ）前記発光管を冷却する工程と、（ｃ）前記発光管内の気体の温度が徐々に低下している期間内に、水銀を該発光管の上部細管部の開口端部から滴下する工程とを含んでいる。

更に、上記セラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法では、前記水銀を滴下する工程（ｃ）の後に、更に、（ｄ）上部電極を封止する工程を含んでもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法では、前記発光管を加熱する工程（ａ−２）の前に、更に、（ａ−１）前記発光管内に、発光物質のペレットを投入する工程含んでいてもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法では、前記工程の全ては、不活性ガスで満たされたグローブボックス内で処理されてもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法では、前記加熱する工程（ａ）は、温度200〜300℃の不活性ガスを前記発光管に吹き付けて行われてもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法では、前記冷却する工程（ｂ）は、室温の不活性ガスを前記発光管に吹き付けて行われてもよい。

本発明によれば、発光管内に水銀を円滑に滴下することが出来る方法を含む、新規なセラミックメタルハライドランプ用放電管の製造方法を提供することが出来る。

図１Ａは、セラミックメタルハライドランプの一例を説明する断面図である。 図１Ｂは、図１Ａに示すセラミックメタルハライドランプに使用される発光管を説明する断面図である。 図２（ａ）は、発光物質のペレットの投入、水銀の滴下及び不活性ガスの封入、両電極の封止等の作業工程を説明するフロー図である。図２（ｂ）は、ステップＳ３の水銀の滴下及び関連作業の詳細を説明するフローである。 図３Ａは、図２のフローのステップＳ３の工程における発光管の状態を説明する図である。 図３Ｂは、図２のフローのステップＳ４〜Ｓ５の工程における発光管の状態を説明する図である。 図３Ｃは、図２のフローのステップＳ６の工程における発光管の状態を説明する図である。 図４Ａは、図２のフローのステップＳ３−１の工程における発光管の状態を説明する図である。 図４Ｂは、２のフローのステップＳ３−２〜Ｓ３−３の工程における発光管の状態を説明する図である。 図４Ｃは、図２のフローのステップＳ３−４の工程における発光管の状態を説明する図である。 図４Ｄは、図２のフローのステップＳ３−５の工程における発光管の状態を説明する図である。

以下、本発明に係るセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

［セラミックメタルハライドランプとその放電容器］
図１Ａは、セラミックメタルハライドランプの一例を説明する断面図である。セラミックメタルハライドランプ１０は、密封されたバルブ形状の透光性外管１１を有し、透光性外管１１の内部は、圧力１０Ｐａ以下の高真空に保持されており、端部には口金１２が設けられている。透光性外管１１の内部のほぼ中央に、発光管１３が封入されている。発光管１３の周囲には、透光性スリーブ１８が設けられている。発光管１３及び透光性スリーブ１８は、金属製のフレーム１４によって、所定の位置に配置されている。

図１Ｂは、図１Ａに示されるセラミックメタルハライドランプに使用されている発光管１３を説明する断面図である。発光管１３を形成する発光管体（ＰＣＡパイプ）２０は、高純度のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を原料とし、中央の比較的太い径の発光部２０ｃと、その両端の細管部（「キャピラリー部」ともいう。）２０ａ，２０ｂとが一体成型されて形成されている。細管部２０ａ，２０ｂには、電流導入体１７ａ，１７ｂが夫々装着されている。電流導入体１７ａ，１７ｂの各先端部は、発光部２０ｃの内部空間で対向する放電電極２１ａ，２１ｂを形成している。

放電容器２０の内部には、発光物質、水銀及び不活性ガスが封入されている。不活性ガスは、例えば希ガスであり、本実施例では、アルゴンが用いられている。

ここで、細管部２０ａ，２０ｂは、対称形であるが、水銀を滴下する際に発光管を立てた状態に設置して行い、この状態を描いた図面を用いて説明する便宜上、細管部２０ａを上部細管部と呼び、２０ｂを下部細管部と呼び、同様に、電流導入体１７ａを上部電極アセンブリと呼び、電流導入体１７ｂを下部電極アセンブリと呼ぶことを承知されたい。

［放電容器の製造方法］
ＰＣＡ製発光管の容器（ＰＣＡパイプ）の製造方法として、一般に、排泥鋳込み法（「泥漿鋳込み方法）ともいう。）が採用されている。この排泥鋳込み法は、
(1)高度アルミナ粉末を主原料とするスラリーを生成し、
(2)排泥鋳込み成形によりスラリーの成形体を形成し、
(3)仮焼成及び表面処理を施し、
(4)本焼成処理を行って、管体を形成している。

次の段階で、このＰＣＡパイプ内に、発光物質のペレットの投入、水銀の滴下及び不活性ガスの封入、両電極の封止等が行われる。図２（ａ）は、発光物質のペレットの投入、水銀の滴下及び不活性ガスの封入、両電極の封止等の作業工程を説明するフロー図である。なお、図示していないが、ステップＳ１〜Ｓ６は、アルゴンＡｒで満たされたグローブボックス内（作業用密封容器内）で処理される。

ステップＳ１で、発光管体２０に下部電極アセンブリ１７ｂを挿入し、フリットを乗せて加熱して下部電極１７ｂを封止した後、発光管体２０を水銀封入装置（図示せず。）へセットする。

ステップＳ２で、発光物質のペレット２８を発光管体２０の上部細管部２０ａの開口端部から発光管内に投入する。ペレット２８は固形物なので、上部細管部２０ａに留まることなく、発光部２０ｃ内に落下する。

ステップＳ３で、図３Ａに示すように、水銀２６を上部細管部２０ａの開口端部から発光管内に滴下する。水銀２６は液体であるため、落下中に液滴が分裂し、一部の水銀２６−１が上部細管部２０ａの内表面に付着することがある。一部の水銀２６−１が上部細管部内に残っていると、後の上部電極封止工程で上部細管部が加熱された時に水銀が蒸発し、温められて膨張した発光管内の気体と共に水銀蒸気が細管部上端の開口部から吹き出す現象が発生していた。発光管には、予め厳密に決められた所定量の水銀を封入することが必要なので、水銀が吹き出した発光管は、不良品となる。

ステップＳ４で、図３Ｂに示すように、発光管体２０に上部電極アセンブリ１７ａを挿入し、フリット（図示せず。）を乗せる。

ステップＳ５で、発光管体２０を上部電極封止装置（図示せず。）にセットする。

ステップＳ６で、図３Ｃに示すように、ヒータ３２でフリットを加熱して、上部電極１７ａの封止を実行する。

以上ステップ１〜６の作業工程の大枠は、従来の工程と同じであるが、本実施形態は、ステップ３の水銀２６を発光管内に滴下する工程において、水銀が確実に発光管内に滴下されるように工夫している。図２（ｂ）は、ステップＳ３の水銀の滴下及び関連作業の詳細を説明するフローである。

ステップＳ３−１で、図４Ａに示すように、発光管体２０を加熱する。数秒間、エアヒータ３４で加熱したＡｒガスを２方向から発光管の発光部２０ｃに吹き付けて、発光管体２０を加熱する。Ａｒガスの温度は、200〜300℃に調整されている。

ステップＳ３−２で、図４Ｂに示すように、発光管体２０を冷却エリアに移動し、送風機（図示せず）を使って室温のＡｒガスを冷却ノズル３６から発光管の発光部２０ｃに吹きつけて冷却する。

ステップＳ３−３で、ステップＳ３−３で、冷却用のＡｒガスの吹き付けを停止する。この時点で、上部細管部２０ａの温度は水銀が急速に膨張しない程度の温度まで下がっているが、発光部２０ｃ内部はまだ周囲温度より十分高い。そのため、冷却用のＡｒガスの吹き付けを停止した後も発光管内の気体の温度は徐々に低下していく。

ステップＳ３−４で、図４Ｃに示すように、上部細管部２０ａの開口端部から、水銀２６を発光管体２０の内部に滴下する。

ステップＳ３−５で、図４Ｃに示すように、上部細管部内に滴下した水銀２６は、発光部２０ｃ内まで落下する。たとえ水銀粒が分裂して、一部の水銀２６−１が上部細管部２０ａの内表面に付着しても、一部の水銀２６−１の自重に加えて、発光部２０ｃが加熱後室温で冷却されていることによる発光部２０ｃ内の気体（この場合は、Ａｒガス）の収縮現象により、上部細管部２０ａの開口端部から発光部２０ｃへ向かう気体流が発生しているため、一部の水銀２６−１はこの気体流に押し流されて発光部２０ｃまで落下させられる。

［本実施形態の利点・効果］
本実施形態は、水銀滴下前に予め発光管を加熱し、その後、徐々に冷却することにより、水銀滴下時に上部細管部に水銀が付着しても、確実に発光部内に落下させることを特徴とする。即ち、発光部内の気体（この場合は、Ａｒガス）の収縮現象によって上部細管部内に開口端部から発光部へ向かう気体流を作り出すことにより、この流れの力を水銀の自重に加えて、水銀を発光部内へ落下させている。従来の製造方法では、上部細管部に付着した水銀が、上部開口端から外部に飛び出す等により、特に小形の発光管では、封止工程での発光管の不良率が数十％と高かった。

この実施形態は、非常にシンプルなアイデアに基づくものであるが、70〜360ワット用の全ての発光管において、100％確実に水銀の滴下を実現でき、非常に効果を有する実施形態である。

［代替例その他］
以上、本発明に係るセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法の実施形態を説明したが、これらは例示であって、本発明を何ら限定するものではない。当業者が、本実施形態に関して容易になし得る追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。

１０：セラミックメタルハライドランプ、 １１：透光性外管、 １２：口金、 １３：発光管、 １４：フレーム、 １７ａ：上部電極，上部電極アセンブリ，電流導入体、 １７ｂ：下部電極，下部電極アセンブリ，電流導入体、 １８：透光性スリーブ、 ２０：発光管体，ＰＣＡパイプ，放電容器、 ２０ａ：細管部，上部細管部、 ２０ｃ：発光部、 ２１ａ，２１ｂ：放電電極、 ２６：水銀、 ２６−１：一部の水銀、 ２８：ペレット、 ３２：ヒータ、 ３４：エアヒータ、 ３６：冷却ノズル、

Claims (6)

1. セラミックメタルハライドランプ用発光管の製造方法において、
   前記発光管は、比較的太い径の発光部と、その両端の細管部とから成り、
   前記製造方法における水銀を前記発光管内に滴下する工程は、
   （ａ−２）前記発光管の下部電極を封止した後、該発光管を軸線が垂直方向になるように設置して、該発光管を加熱する工程と、
   （ｂ）前記発光管を冷却する工程と、
   （ｃ）前記発光管内の気体の温度が徐々に低下している期間内に、水銀を該発光管の上部細管部の開口端部から滴下する工程とを含む、製造方法。
2. 請求項２に記載のセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法において、
   前記水銀を滴下する工程（ｃ）の後に、更に、
   （ｄ）上部電極を封止する工程を含む、製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法において、
   前記発光管を加熱する工程（ａ−２）の前に、更に、
   （ａ−１）前記発光管内に、発光物質のペレットを投入する工程を含む、製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法において、
   前記工程の全ては、不活性ガスで満たされたグローブボックス内で処理される、製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法において、
   前記加熱する工程（ａ−２）は、温度200〜300℃の不活性ガスを前記発光管に吹き付けて行われる、製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のセラミックメタルハライドランプ用放電容器の製造方法において、
   前記冷却する工程（ｂ）は、室温の不活性ガスを前記発光管に吹き付けて行われる、製造方法。

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