JP3239837B2 - 傾斜機能材料による封止ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、閉塞管が傾斜機能
材料からなる閉塞部構造体で閉塞されたランプに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ランプ、例えば放電ランプは、石英ガラ
ス製の球状や楕円球状をした発光管内に一対の電極が対
向配置され、水銀などの発光金属、および放電用ガスな
どが封入される。そして、発光管の端部に筒状の閉塞管
が連設されるが、この閉塞管は、先端に電極を有する電
極芯棒が閉塞部構造体の中央孔に固定された電極マウン
トの閉塞部構造体で閉塞される。ここで、タングステン
からなる電極芯棒と石英ガラス製の閉塞管は熱膨張率が
大きく異なるために閉塞管を電極芯棒に直接溶着して閉
塞することができない。

【０００３】このため従来はモリブデン箔シール法や段
継ぎガラス法などで閉塞していたが、最近では、シリカ
などの絶縁性無機物質成分とモリブデンなどの導電性無
機物質成分で成形された傾斜機能材料を焼結法で略円柱
状に形成した閉塞部構造体で発光管端部の閉塞管を閉塞
したランプが注目されている。かかる傾斜機能材料で形
成された閉塞部構造体は、一方の端部はシリカなどの絶
縁性成分が富み、他方の端部に向かうにつれてモリブデ
ンなどの導電性成分の割合が連続的に、または段階的に
増加するものである。従って、シリカ粉末とモリブデン
粉末で成形された傾斜機能材料の場合、閉塞部構造体の
一方の端部近傍は、絶縁性であるとともに熱膨張率が石
英ガラスの熱膨張率に近く、他方の端部近傍は、導電性
であるとともに熱膨張率がモリブデンの熱膨張率に近い
特性を有する。そして、傾斜機能材料の焼結時に閉塞部
構造体の中央孔に先端に電極を有する電極芯棒を焼き締
め、この閉塞部構造体の石英ガラスの熱膨張率に近いシ
リカに富んだ端部側を管球の閉塞管内に挿入し、溶着し
て封止する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、傾斜機能材
料からなる閉塞部構造体を石英ガラス製の閉塞管に溶着
するとき、閉塞部構造体端部の完全にシリカのみの領域
で溶着すると、閉塞管と同一組成であるのでよく馴染
む。つまり、線的熱膨張係数が同じであるので、溶着後
の冷却時にクラックが入ることがなく、確実に溶着でき
る。しかし、閉塞部構造体のシリカのみの領域は閉塞部
構造体の端部のごく一部分であり、溶着される部分が短
い場合、点灯時に、ランプ内のガス圧に耐えられず、ラ
ンプが破損する危険性がある。

【０００５】また、傾斜機能材料からなる閉塞部構造体
を使用した場合、閉塞部構造体と閉塞管の溶着封止部か
ら外側に突出する部分にある程度以上の破壊靱性が必要
である。そして、傾斜機能材料はモリブデンの濃度が大
きくなるほど破壊靱性が大きくなるが、閉塞部構造体端
部の完全にシリカのみの領域で溶着すると、モリブデン
の濃度が極めて低くて破壊靱性が低い部分が前記溶着封
止部から突出する。従って、閉塞部構造体の軸線に直角
方向の外力が閉塞部構造体にかかると、閉塞管から突出
した閉塞部構造体の基端部、つまり閉塞管の溶着外端部
に応力が集中して、破壊靱性が低い閉塞部構造体が簡単
に折損してしまう危険性がある。

【０００６】このため、閉塞部構造体のモリブデン濃度
の大きな部分まで閉塞管に溶着すると、溶着部分が長く
なって点灯時のランプ内のガス圧に耐えることができ、
また、閉塞管から突出する部分の破壊靱性が大きくて折
損することのないランプとすることができる。

【０００７】しかしながら、閉塞部構造体のモリブデン
濃度の大きな部分まで石英ガラス製の閉塞管に溶着する
と、閉塞部構造体と閉塞管の溶着外端部との熱的線膨張
係数の差が大きくなるので、溶着後の冷却時に閉塞管と
閉塞部構造体の溶着外端部にクラックが入り、そのクラ
ックからガスのリークが起ったり、このクラックを起点
としてランプが破損する危険性が生じる。

【０００８】そこで本発明は、閉塞部構造体の溶着外端
部にクラックが入ることがなく、しかも点灯時のランプ
内のガス圧に耐えることができ、閉塞部構造体と閉塞管
の溶着封止部から外側に突出する部分の破壊靱性が大き
くて折損することのない傾斜機能材料による封止ランプ
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、一端側がモリブデンに富み、他端側が
シリカに富む傾斜機能材料からなる略円柱状の閉塞部構
造体のシリカに富む端部側が、石英ガラス製の発光管に
連設された閉塞管の内周面に溶着されて封止された傾斜
機能材料による封止ランプにおいて、閉塞部構造体の溶
着外端部における直径をＤ（ｍｍ）、モリブデンの濃度
をＭ（ｗｔ％）とするとき、Ｍが式１の濃度を超えない
ようにする。

【式１】 Ｍ＝０．３８Ｄ²−４．６Ｄ＋２３ （１．４≦Ｄ≦６） Ｍ＝８．８ （６＜Ｄ）

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図１は、バルブ１０の
閉塞管１２を傾斜機能材料からなる閉塞部構造体５０で
閉塞した定格電力が２５０Ｗ、ランプ電圧が２０Ｖ、ラ
ンプ電流が１２．５Ａのキセノンショートアークランプ
であるが、本発明は、水銀ランプやメタルハライドラン
プなどの放電ランプ、更にはハロゲンランプにも適用す
ることができる。

【００１１】図１において、石英ガラス製のバルブ１０
中央の発光管１１の内部には、タングステンからなる陽
極２０と陰極３０が対向配置されている。陰極３０の先
端には、バリウムなどの電子放射物質３１が染み込ませ
てある。また、発光管１１の内部には放電用ガスとして
のキセノンガスと水銀が封入されている。そして、発光
管１１の両端に閉塞管１２，１２が連設されているが、
閉塞管１２，１２の端部は、前述のとおり、傾斜機能材
料からなる閉塞部構造体５０で閉塞されている。陽極２
０および陰極３０の電極芯棒４０はタングステン棒から
なり、閉塞部構造体５０に形成された軸方向の中央孔５
３に埋設されて焼結による焼き締めにより固定されてい
る。中央孔５３は、電気電導性を有する部分に達する非
貫通の孔であるが、中央孔５３を貫通孔とし、電極芯棒
４０を導電性領域側の端面５２から突出させることもで
きる。

【００１２】具体例を挙げると、発光管１１は、外径が
２０ｍｍφ、肉厚が２ｍｍ、内容積が３ｃｃの略球状で
ある。陽極２０および陰極３０は、最大直径が５ｍｍ
φ、長さが１５ｍｍ、電極芯棒４０の外径が２ｍｍφで
あり、キセノンガスの封入圧力が８気圧、水銀量が１．
５μｌ、閉塞部構造体５０は、直径が４．３ｍｍφ、長
さが１５ｍｍである。

【００１３】閉塞部構造体５０は、導電性無機物質成分
であるモリブデンと絶縁性無機物質成分であるシリカか
らなる傾斜機能材料の焼結体であり、閉塞部構造体５０
の絶縁性領域側の端面５１は、ほぼ１００％のシリカか
らなり、順次モリブデン濃度が増加して、導電性領域側
の端面５２における組成は、ＳｉＯ₂ ２０ｗｔ％＋Ｍｏ
８０ｗｔ％である。そして、絶縁性領域側の端面５１が
発光管１１方向になるように、閉塞管１２内に嵌め込
み、この端面５１の部分で石英ガラス製の閉塞管１２に
溶着する。この場合、閉塞部構造体５０の端面５１から
閉塞管１２の端部である溶着外端部Ｅまでが溶着部Ｆで
ある。

【００１４】ここで、前述のとおり、溶着部Ｆが長い方
が、点灯時のランプ内のガス圧に耐えることができ、ま
た、閉塞管１２から突出する閉塞部構造体５０の部分の
破壊靱性が大きくて好ましい。しかし、溶着部Ｆを長く
すると、つまり、溶着外端部Ｅのモリブデン濃度が大き
いと、溶着後に溶着外端部Ｅにおいてクラックが入り易
くなる。

【００１５】そこで、閉塞部構造体５０の直径Ｄ（ｍ
ｍ）をパラメータとして、傾斜機能材料のモリブデン濃
度Ｍ（ｗｔ％）とクラック発生の関係を調査した。すな
わち、１．４ｍｍから３０ｍｍの８種類の直径Ｄの円柱
状のシリカとモリブデンの均質焼結体において、それぞ
れの直径Ｄの均質焼結体のモリブデン濃度Ｍを異なら
せ、この均質焼結体を、肉厚が２．３ｍｍであり、内径
が均質焼結体の直径に対応する石英ガラス管に挿入し、
ガスバーナーで加熱して溶着した。そして、冷却後のク
ラック発生の有無を調べた。

【００１６】その結果を図２に示す。図２において、○
印は、クラックが発生しなかったものの内で、モリブデ
ン濃度Ｍが最も高いものを示し、×印は、クラックが発
生したものの内で、モリブデン濃度Ｍが最も低いものを
示す。そして、クラックが発生しない最も高いモリブデ
ン濃度Ｍを示す○印群から、クラック非発生臨界線を示
す式１の回帰式を得た。

【式１】 Ｍ＝０．３８Ｄ²−４．６Ｄ＋２３ （１．４≦Ｄ≦６） Ｍ＝８．８ （６＜Ｄ） つまり、１．４≦Ｄ≦６の範囲においては、クラックが
発生しない最も高いモリブデン濃度Ｍは直径Ｄの２次関
数で表され、６＜Ｄの範囲においては、直径Ｄに関係な
く、一定値である。

【００１７】従って、図１に示す放電ランプにおいて、
溶着外端部Ｅを式１で示すモリブデン濃度を超えない領
域にすれば、クラックが発生しない。また、溶着外端部
Ｅを式１で示すモリブデン濃度を超えない領域におい
て、クラック非発生臨界線に近づければ、それだけ溶着
部Ｆが長くなり、点灯時のランプ内のガス圧に耐えるこ
とができ、また、閉塞管１２から突出する閉塞部構造体
５０の部分の破壊靱性を大きくすることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、シリカ
とモリブデンの傾斜機能材料からなる閉塞部構造体を石
英ガラス製のバルブの閉塞管に溶着するとき、モリブデ
ン濃度を高くしたときのクラックが発生しない臨界領域
を明確にしたので、閉塞部構造体の溶着外端部にクラッ
クが入ることがなく、しかも点灯時のランプ内のガス圧
に耐えることができ、閉塞管から突出する部分の破壊靱
性が大きくて折損することのない傾斜機能材料による封
止ランプとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】傾斜機能材料による封止ランプの説明図であ
る。

【図２】クラックが発生しない領域の説明図である。

【符号の説明】

１０ バルブ １１ 発光管 １２ 閉塞管 ２０ 陽極 ３０ 陰極 ３１ 電子放射物質 ４０ 電極芯棒 ５０ 閉塞部構造体 ５１ 閉塞部構造体の絶縁性領域側端面 ５２ 閉塞部構造体の導電性領域側端面 ５３ 閉塞部構造体の中央孔 Ｅ 溶着外端部 Ｆ 溶着部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 亜紀子 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシ オ電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−40867（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−138555（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端側がモリブデンに富み、他端側がシリ
   カに富む傾斜機能材料からなる略円柱状の閉塞部構造体
   のシリカに富む端部側が、石英ガラス製の発光管に連設
   された閉塞管の内周面に溶着されて封止された傾斜機能
   材料による封止ランプにおいて、 前記閉塞部構造体が該閉塞管に溶着された部分の外側の
   端部（溶着外端部）における直径をＤ（ｍｍ）、モリブ
   デンの濃度をＭ（ｗｔ％）とするとき、Ｍが式１の濃度
   を超えないことを特徴とする傾斜機能材料による封止ラ
   ンプ。 【式１】 Ｍ＝０．３８Ｄ²−４．６Ｄ＋２３ （１．４≦Ｄ≦６） Ｍ＝８．８ （６＜Ｄ）