JP3264975B2

JP3264975B2 - 高圧放電灯の製造方法

Info

Publication number: JP3264975B2
Application number: JP13886792A
Authority: JP
Inventors: 義一岡林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 2002-03-11
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JPH05334989A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メタルハライドランプ
等の高温で動作させるセラミックス製の放電管を用いた
高圧放電灯およびその製造方法に関し、特に電極部材を
正確に所定の位置に位置させて電極保持体に固着できる
とともに、セラミックス製の放電管にクラックが発生す
ることを防止できるようにした電極部材およびその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、メタルハライドランプ等の高温
で動作させる高圧放電灯においては、石英管、透光性ア
ルミナ管、サファイヤ管等のセラミックス製の管の両端
に電極部が設けられる。これらの管の中では、管内に封
入される金属ハロゲン化蒸気の反応活性が高いため、長
寿命が期待できない石英管よりも、透光性アルミナ管、
サファイヤ管が多用される傾向が見られる。

【０００３】これらのセラミックス製の管を用いる放電
管は、セラミックス放電管と呼ばれ、これに用いる電極
部材も金属ハロゲン化蒸気の反応活性に耐えられるよう
な素材で構成される。具体的には、タングステンやこれ
と性質が似ているモリブデンで電極部材が構成される。
このような電極部材とセラミックスとは熱膨脹率が大き
く異なるので、セラミックス管に直接電極部材を保持さ
せると放電時と非放電時とにわたって繰り返される熱負
荷サイクルによってセラミックス管にクラックが生じる
ことがある。

【０００４】そこで、一般には、電極部材とセラミック
ス管との中間の熱膨脹率を有する金属粉末とセラミック
ス粉末との焼結体、すなわち、サーメットからなる電極
保持体を電極部材とセラミックス管との間に介在させて
いる。また、電極部材をタングステン、モリブデン等で
構成する場合、電極部材の周囲をはんだ等の一般的な封
着剤で封止することができないので、電極は内外に２分
割され、電極保持体の管内側と管外側とにそれぞれ端部
を埋入し、内外の電極を導通させるため、電極保持体を
導電性を有するサーメットで構成している（特開昭52-7
1695号公報、特開昭59-97571号公報、特開昭61−118934
号公報、特開昭61−220226号公報参照）。

【０００５】サーメットからなる電極保持体には電極部
材を保持するための２つの穴が形成され、これらの穴に
電極部材を入れてから焼結し、焼結後に電極保持体が収
縮すること、すなわち、焼結収縮により電極部材を電極
保持体に固着させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２つに
分割された電極部材を焼結収縮によって電極保持体に正
確に固着するためには、電極部材の寸法や電極保持体の
収縮寸法を厳格に管理する必要があり、電極部材の寸法
や焼結収縮寸法が小さ過ぎると電極部材を正確に電極保
持体に固着させることが出来なくなり、電極部材の寸法
や焼結収縮寸法が大き過ぎると電極保持体にクラックが
発生するという問題がある。

【０００７】また、電極保持体に導電性を得るためにタ
ングステン、モリブデン等の導体粉末を混合しているの
で、セラミックス管と電極保持体との熱膨張差が大きく
なり、電極部をセラミクス管に固着する時や、その後の
放電の繰り返しに伴う交番的な熱負荷によってセラミッ
クス管にクラックが発生することもある。セラミックス
管にクラックが発生することを防止するためには、例え
ば特開昭61−118934号公報に示すように、中心部を導電
性サーメットで、周囲部を非導電性のサーメットでそれ
ぞれ形成した電極保持体が提案されている。

【０００８】しかしながら、この場合、構成が複雑にな
るうえ、中心部の導電性サーメットに正確に電極部材を
固着することが難しいことには何ら変わりがない。本発
明は、上記の事情に鑑み、電極部材の寸法や電極保持体
の収縮寸法管理をラフにしても電極保持体にクラックを
発生させることなく正確に電極部材を固着できるととも
に、セラミック管にクラックが発生することを防止でき
る高圧放電灯の製造方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、セラミックス管の放電灯の端部に、非導
電性セラミックスからなる電極保持体に電極部材を保持
した電極部品を嵌合して高圧放電灯を製造するようにし
たことを特徴とする。

【００１０】本発明において用いられる非導電性セラミ
ックスとしては、アルミナ、アルミナと酸化ケイ素との
混合物、もしくは、アルミナと酸化ケイ素と酸化マグネ
シウムとの混合物であって、アルミナもしくはアルミナ
と酸化ケイ素との混合物が80重量％以上であるセラミッ
クス、90重量％以上が窒化ケイ素、もしくは、炭化ケイ
素であるセラミックスなどがその例として挙げられる。

【００１１】また、電極部材は、反応活性が高い金属ハ
ロゲン化蒸気に対して劣化が生じ難いタングステンやモ
リブデンで構成することが好ましい。電極部材は、一体
のものとしてセラミックスの中に埋入されればよく、１
本の棒状ないし線状に形成したり、２本の棒状の端部部
材とこれらを連結するブリッジ部材とで構成したりする
ことができる。

【００１２】本発明にかかる電極部品の製造方法は、型
内に電極部材とセラミックス粉末とを充填し、ホットプ
レス法によってセラミックス粉末を焼結させた後、セラ
ミックス焼結体の両端部を研削して電極部材をセラミッ
クス焼結体の両側に露出させることを特徴とする。な
お、本発明におけるホットプレス法とは、加圧装置を備
える加熱装置を用い、セラミック粉末を型に入れたまま
加圧しながら加熱することにより焼結させる方法であ
る。

【００１３】

【作用】本発明の電極部品においては、電極保持体が一
体の電極部材を埋設してホットプレス法によって焼結さ
せたセラミックスで構成されるので、電極部材の寸法誤
差があっても内部に埋設された電極部材の位置が移動す
ることなく、焼結と同時に電極部材と十分に密着した緻
密な組織の焼結体が得られる。

【００１４】また、電極保持体が熱膨張係数10〜90×10
^-7／℃の非導電性セラミックスで構成されるので、電極
部材と電極保持体との熱膨脹差を小さくでき、焼結収縮
によるクラックが発生するおそれがなくなる。さらに、
電極部材が内部に埋設された状態で焼結された電極保持
体を研削することにより電極部材の両端を電極保持体か
ら露出させるので、管の内外にわたる導通は電極部材自
体によって確保される。

【００１５】加えて、電極保持体が熱膨張係数10〜90×
10^-7／℃の非導電性セラミックスで構成されるので、セ
ラミックス管と電極保持体との間の熱膨脹差を小さくで
き、セラミックス管にクラックが発生するおそれもなく
なる。本発明の電極部品の製造方法においては、型内に
電極部材とセラミックス粉末とを充填し、ホットプレス
法によってセラミックス粉末を焼結させるので、電極部
材の寸法誤差があっても電極部材の位置を移動させるこ
となく焼結と同時に電極部材と十分に密着した緻密な組
織の焼結体が得られる。

【００１６】また、上記セラミックス粉末が熱膨張係数
10〜90×10^-7／℃の非導電性セラミックスで構成される
ので、電極部材と電極保持体との熱膨脹差が一定以下に
減少し、焼結収縮によるクラックが発生するおそれがな
くなる。さらに、ホットプレス法によって焼結されたセ
ラミックス焼結体の両端部を研削することにより、一体
の電極部材の両端部を露出させるので、管の内外にわた
る導通を電極部材自体によって確保される。

【００１７】加えて、電極保持体が熱膨張係数10〜90×
10^-7／℃のセラミックスからなるのでセラミックス管と
電極保持体との間の熱膨張差が一定以下に減少し、セラ
ミックス管にクラックが発生することを防止できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係る電極部品
を備えるセラミックス製の放電管の断面図であり、セラ
ミックス管１の両端に電極部品２が嵌合され、例えばガ
ラスフリットによって封着される。

【００１９】上記セラミックス管１としては、透光性ア
ルミナ管、サファイア管あるいはこれらと同等の熱膨脹
係数を有するセラミックス製の管が用いられる。ここ
で、熱膨脹係数は透光性アルミナ管の場合は70〜75×10
^-7／℃であり、サファイヤ管の場合は70〜80×10^-7／℃
である。各電極部品２はセラミックス管１の内部と外部
を導通する電極部材３と熱膨張係数10〜90×10^-7／℃の
非導電性セラミックスからなる電極保持体４とからな
る。

【００２０】電極部材３は、反応活性が高い金属ハロゲ
ン化蒸気に対して劣化が生じ難いタングステンやモリブ
デンで構成することが好ましく、この実施例では比較的
容易に入手できるタングステンが用いられる。電極部材
３はセラミックス管１の内部と外部を導通すればよく、
例えば図１ないし図３に示すように一本の棒状ないし線
状に形成してもよく、また、例えば図４ないし図６に示
すように２本の棒状ないし線状の端部部材３ａ・３ｂと
これらを連結するブリッジ部材３ｃとで構成してもよ
い。ブリッジ部材３ｃは図６(b)に示すように２本以上
設けてもよく、図４、図５あるいは図６(b)に示すよう
に１本だけ設けてもよい。

【００２１】この実施例では、図１ないし図３に示すよ
うに直径１mm、長さ40mm程度の１本のタングステン棒で
電極部材１を構成した。上記電極保持体４を構成するセ
ラミックスとしては、熱膨張係数20〜80×10^-7／℃の非
導電性セラミックスが用いられ、例えばアルミナ、アル
ミナと酸化ケイ素との混合物（ムライト質）、もしく
は、アルミナと酸化ケイ素と酸化マグネシウムとの混合
物であって、アルミナもしくはアルミナと酸化ケイ素と
の混合物が80重量％以上であるセラミックス、90重量％
以上が窒化ケイ素、もしくは、炭化ケイ素であるセラミ
ックスなどが用いられる。

【００２２】これらのセラミックスの熱膨脹係数は、セ
ラミックス管（管体）および電極部材の熱膨脹係数とと
もに表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】この実施例では、純度98％のアルミナを一
般的な方法で粉末成形可能な粒度の粉末にして原料とな
るセラミックス粉末とした。一般的な手法により、上記
電極部材３とこのセラミックス粉末とを、電極部材３が
中心軸心状に位置するように配置して型に入れ、図２に
示すように４mm×４mm×50mmの角柱状の成形体を得、こ
の成形体をカーボン製のホットプレス用の型に移して 3
00kg/cm²の圧力を加えながら1450℃で１時間保持してホ
ットプレスし、アルミナ焼結体４ａと電極部材３とから
なる複合体を得た。

【００２５】この後、この複合体を型から取り出し、図
３(a)ないし図３(c)に順に示すように、アルミナ焼結体
４ａの両端を研削、研磨加工して、４mm×４mm×30mmの
角柱状の電極保持体４を形成するとともに、電極部材３
の両端を電極保持体４の両側に露出させた。このように
して得た電極部品２について、電極部材３と電極保持体
４との界面での気密性をヘリウムリークテストにより調
べた結果、リークの発生がないことが確認された。

【００２６】また、この電極部品２について、一端を保
持して他端を10分間で室温から 900℃まで昇温させ、 9
00℃に１分間保持し、自然冷却により室温まで降温させ
る加熱冷却サイクルを50回繰り返した後、ヘリウムリー
クテストにより電極部材３と電極保持体４との界面での
気密性を調べる熱サイクルテストを行った結果、リーク
の発生がないことが確認された。

【００２７】本発明の他の実施例においては、図４、図
５および図６(a)に示すように、２本の棒状ないし線状
の端部部材３ａ・３ｂとこれらを連結する１本のブリッ
ジ部材３ｃとで構成した電極部材３が用いられた。端部
部材３ａ・３ｂはそれぞれ直径１mm、長さ17mmのタング
ステン棒で構成され、６mmの間隔を置いて同軸心上に配
置される。また、ブリッジ部材３ｃとしては直径0.5mm
のタングステン線材が用いられた。

【００２８】電極保持体４は、上記の一実施例と同様に
純度98％アルミナ粉末を原料として、電極部材３を埋設
して４mm×４mm×50mmの角柱状の成形体を得た後、同様
の条件でホットプレスし、更に、型から取り出して研
削、研磨加工して４mm×４mm×30mmの角柱状に形成され
た。このようにして得た電極部品２についても、上記の
一実施例と同様にヘリウムリークテストと、熱サイクル
テストとを行ったが、いずれもリークの発生がないこと
が確認できた。

【００２９】本発明のまた他の実施例においては、１本
のタングステン棒からなる電極部材３を90重量％以上が
窒化ケイ素（Si₃N₄)であるセラミック粉末の中に埋設
し、ホットプレスにより焼結させた後、セラミックス焼
結体４ａの両端部を研削研磨して４mm×４mm×30mmの角
柱状の電極保持体４を形成するとともに、その両端に電
極部材３の両端部を露出させた。

【００３０】ホットプレスは、 300kg/cm²の圧力を加え
ながら1600℃で１時間保持するという条件で行われた。
このようにして得た電極部品２についても、上記の各実
施例と同様にヘリウムリークテストと、熱サイクルテス
トとを行ったが、いずれもリークの発生がないことが確
認できた。

【００３１】なお、上記の各実施例では、テスト用の試
料として電極保持体４が角柱状に形成されたものを示し
たが、通常は段付のあるいは太さが一様な円柱状に形成
する。あるいは電極保持体４を円錐台形、角錐台形など
に形成したりすることも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の高圧放電灯を構
成する電極部品は、電極部品を埋設したセラミックス粉
末をホットプレス法によって焼結させるので、電極部材
に寸法誤差があっても電極保持材にクラックを発生させ
ることなく正確に電極保持体に電極部材が固着され、電
極部材の寸法管理をラフにできるとともに、電極保持材
の焼成収縮の管理が不要になる。

【００３３】また、電極保持体が熱膨張係数10〜90×10
^-7／℃の非導電性セラミックスで構成されるので、セラ
ミックス管と電極保持体との間の熱膨脹差が小さくな
り、セラミックス管にクラックが発生するおそれもなく
なる。本発明の電極部品の製造方法によれば、セラミッ
クス粉末に電極部品を埋設した後、ホットプレス法によ
って焼結させるので、電極部材に寸法誤差があっても電
極保持材にクラックを発生させることなく正確に電極保
持体に電極部材が固着され、電極部材の寸法管理をラフ
にできるとともに、電極保持材の焼成収縮の管理が不要
になる。

【００３４】また、電極保持体を構成するセラミックス
として、熱膨張係数10〜90×10^-7／℃の非導電性セラミ
ックスを用いるので、セラミックス管と電極保持体との
間の熱膨脹差が小さくなり、セラミックス管にクラック
が発生するおそれがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたセラミックス放電管の断面
図である。

【図２】本発明に係る電極部品の製造方法の一段階を示
す斜視図である。

【図３】本発明に係る電極部品の製造方法の他の段階を
順に示す斜視図である。

【図４】本発明が適用された別のセラミックス放電管の
断面図である。

【図５】本発明に係る他の電極部品の製造方法の一段階
を示す斜視図である。

【図６】本発明の他の電極部材の斜視図である。

【符合の説明】

１…セラミックス管２…電極部品３…電極部材３ａ…両端部材３ｂ…ブリッジ部材４…電極保持体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】型内に電極部材と非導電性セラミックス
粉末とを充填し、ホットプレス法によってセラミックス
粉末を焼結させた後、得られた焼結体の両端部を研削し
て電極部材の両端部を焼結体外に露出させてなる電極部
品をセラミックス製の放電管の端部に嵌合してなる高圧
放電灯の製造方法。