JP3419275B2 - 放電ランプのシール方法 - Google Patents

放電ランプのシール方法

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JP3419275B2 JP28122397A JP28122397A JP3419275B2 JP 3419275 B2 JP3419275 B2 JP 3419275B2 JP 28122397 A JP28122397 A JP 28122397A JP 28122397 A JP28122397 A JP 28122397A JP 3419275 B2 JP3419275 B2 JP 3419275B2
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幸裕 森本
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    • HELECTRICITY
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    • H01J9/24Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases
    • H01J9/32Sealing leading-in conductors
    • H01J9/323Sealing leading-in conductors into a discharge lamp or a gas-filled discharge device
    • H01J9/326Sealing leading-in conductors into a discharge lamp or a gas-filled discharge device making pinched-stem or analogous seals

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は水銀ランプ、キセノ
ンランプやメタルハライドランプ等の放電ランプの閉塞
管部を閉塞する傾斜機能材料からなる閉塞体を使用した
放電ランプのシール方法に関する。 【0002】 【従来の技術】最近、シリカガラス製の発光管内に一対
の電極が対向配置された放電ランプの発光管に連設され
た閉塞管を閉塞する閉塞体として、傾斜機能材料が使用
され始めている。傾斜機能材料で形成された閉塞体は、
一方側がシリカなどの絶縁性無機物質成分に富み、他方
側に向かうにつれてモリブデンなどの導電性無機物質成
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。したがって、例えばシリカとモリブデンからなる傾
斜機能材料を使用した閉塞体の場合、該閉塞体の一方の
側は絶縁性であるとともに熱膨張率が発光管材料のシリ
カガラスの熱膨張率に同じかまたは近く、他方の側は導
電性であるとともに熱膨張率が電極芯棒の材料であるタ
ングステンまたはモリブデンの熱膨張率に近いという特
性を有する。この特性が放電ランプの閉塞体として適し
ている。 【0003】図1は傾斜機能材料を放電ランプの閉塞体
として使用した例の断面図を示す。放電ランプ1の発光
管2および閉塞管3は絶縁性無機物質成分(例えばシリ
カガラス)製であり、発光管2内部に対向した一対の陰
極5と陽極6が配置されている。前記両電極は電極芯棒
7の先端にあり、該電極芯棒7は閉塞体4の導電性を示
す領域まで挿入され焼き嵌められている。記号8は外部
リードである。なお、外部リード8と電極芯棒7を一体
として、閉塞体4を貫通して焼き嵌めることもされるこ
とがある。閉塞体4はここでは円柱形であり絶縁性無機
物質成分(例えばシリカ)と導電性無機物質成分(例え
ばモリブデン)から形成されており、該閉塞体4の一方
の側(発光管内方側)は絶縁性無機物質成分に富み絶縁
性であり、他方側(発光管外方側)は導電性無機物質成
分に富み導電性である。そして、絶縁性無機物質成分側
端面9は放電ランプ1の発光管2の放電空間に面するよ
うに配置され、該発光管2の両端に形成された閉塞管3
は閉塞体4の絶縁性無機物質成分に富む領域にて気密に
シール(溶着)される。 【0004】このシールの方法としては、図2や図3に
示すように傾斜機能材料の絶縁性無機物質成分側の一部
を閉塞管3で覆いシールしていた。図2、図3はいずれ
も従来の閉塞体のシール部分の拡大断面図である。 【0005】閉塞体のシールは、発光管内を負圧にした
状態で閉塞管の外側を火炎バーナーで加熱することによ
り、閉塞管を収縮させることによって行なう。この際、
閉塞管と閉塞体とを緊密に溶着させて確実なシールを行
なうために閉塞体外周と閉塞管内周が充分溶着するまで
加熱を行なっていた。しかし、この閉塞体外周の溶着を
確実に行なうようにすると、発光管内壁のシリカガラス
が傾斜機能材料製の閉塞体の発光管内にある端面に覆い
被さり垂れることが避けられず、図3のように溶融垂れ
部10が発生していた。このように製作したランプのシ
ール耐圧強度を調査すると、図9の(横軸3mmの目盛
りでの値の)ように耐圧にばらつきが見られた。シール
耐圧強度とはシール部が気体加圧された場合に破壊され
る絶体圧力である。シール耐圧強度のばらつきは製品の
安全性を損なうためにシール耐圧強度の最低値からガス
封入圧力の上限値を定めていた。具体的には、5本のラ
ンプについて実験で求めた室温耐圧強度の最低値の1.
5分の1以下に封入圧力を設定しており、150Wのメ
タルハライドランプに使用する3φの傾斜機能材料では
65気圧以下に制限していた。このようにシール耐圧強
度のばらつきが大きいと、安全性を考慮してその最低値
に制約され、封入ガス圧力を高く設定することはでき
ず、高輝度発光でかつ高効率の放電ランプを提供するこ
とができなかった。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、放電ランプのシール耐圧強度のばらつきを少なく
し、放電ランプの均質化を達成することにより、封入ガ
ス圧を上げて、高輝度発光を実現でき、かつ安全な高効
率の放電ランプを提供することである。 【0007】そして、本発明者が検討を重ねた結果、こ
のシール耐圧強度のばらつきは、上記した垂れ下がり量
のばらつきであることが判明した。したがって、この垂
れ下がり量、すなわち垂れ下がりによって塞がれた後の
シール部開口径の大きさを一定に制御できればシール耐
圧強度を一定にでき、封入圧力を高く設定できることが
分かった。しかし、溶融垂れ部10の垂れが進行すると
きのシリカガラスの粘度は非常に低く、溶融垂れ部の垂
れの進行が速い。このため、バーナーの火炎を制御して
シール時の閉塞管の閉塞端面への覆い被さり量を一定に
制御することは非常に困難である。ここで、シール部開
口径は図2、図3で記号Aで示した幅である。 【0008】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、一端側が絶縁性無機物質成分に富み、他
端側が導電性無機物質成分に富む傾斜機能材料からな
り、放電ランプの発光管に連設された閉塞管とその絶縁
性無機物質成分に富む領域でシールされる略柱状の放電
ランプ用閉塞体であって、該閉塞体には、その先端に電
極を有する電極芯棒が焼き嵌められており、該閉塞体の
該一端側端面の最大幅が該閉塞体の中心軸に垂直な方向
の最大幅に比べて小さくかつ該電極芯棒の直径より大き
くなるように該閉塞体の絶縁性無機物質成分に富む領域
の外周面において前記放電ランプの中心軸に対して傾斜
した傾斜面を形成した放電ランプ用閉塞体を使用し、放
電ランプのシール時に発生する閉塞管のシリカガラスの
溶融垂れ部が該傾斜面をゆっくり流れ落ちるようにした
ことを特徴とする放電ランプのシール方法とする。 【0009】 【作用】閉塞体の絶縁性物質成分に富む領域の外周面が
放電ランプの中心軸に対して傾斜面を形成しており、放
電ランプのシール時に発光管内壁面のガラスの溶融垂れ
部が発生しても、その溶融垂れ部は傾斜面を伝いゆっく
りと閉塞体の放電空間に面した端面に到達する。したが
って、溶融垂れ部を傾斜面上に乗るような大きさに制御
することが容易に行なえ、一定の垂れ下がり、一定のシ
ール開口部の形成が容易に行なえるので、シール耐圧強
度のばらつきを無くすことができ、封入ガス圧力を高め
ることができ、高輝度発光であり、安全で高効率のラン
プとすることができる。 【0010】 【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施の
形態を説明する。閉塞体を構成する、傾斜機能材料の製
造方法については概略次の通りである。絶縁性無機物質
成分粉末と導電性無機物質成分粉末との混合割合が異な
った混合粉末体を複数種類用意し、有機バインダを含む
溶剤とともに混合した後、造粒された絶縁性無機物質成
分粉末と導電性無機物質成分粉末との混合割合毎に均一
組成層を積層し加圧して円柱状の成形体とする。 【0011】図7に傾斜機能材料を成形するときの加圧
方法を示すが、円柱状の成形空間を有する金型22の底
部材23の上面上に、導電性無機物質成分濃度の最も低
い混合粉末を層状に充填して、ついで2番目に低い導電
性無機物質成分濃度の混合粉末を層状に充填し、そのよ
うに順に導電性無機物質成分濃度を変えた混合粉末を層
状に必要な層数充填し、その後加圧体21で加圧して成
形することにより、複数層が一体に積層された成形層積
層体26を形成する。図7では例示として5層の状態が
示されている。その後、有機バインダを除去する仮焼結
を行なう。 【0012】前記仮焼結後、成形体の絶縁性側端面の略
中心に該端面表面から該閉塞体の導電性領域までいたる
電極芯棒と略同径の電極芯棒挿入用の孔を加工して、該
孔に電極芯棒を挿入してから本焼結する。 【0013】本焼結後、本発明においては、絶縁性無機
物質成分に富む領域の外周面を削ることにより、放電ラ
ンプの中心軸に対して傾斜した面を形成する。傾斜面の
代表的形状を図4から図6に示す。 【0014】傾斜面の形成方法として、他に、例えば、
図8に示すように、先端テーパー用金型部材24を使用
して、それぞれが均一組成の複数層が一体に積層された
成形層積層体26を形成し、図4に示したテーパー状傾
斜面であれば図8の先端テーパー用金型部材24を使用
して製作され、あるいは、図5のような砲弾状傾斜面、
図6のような湾曲状傾斜面であれば、閉塞体の成形後の
形状がそれぞれ、砲弾状傾斜面、湾曲状傾斜面を有する
ように図8の金型を交換することによって製作される。 【0015】そして、出来上がった閉塞体は放電ランプ
の閉塞管部に火炎バーナーで閉塞体にシールされて放電
ランプの閉塞管部の封止に使用される。 【0016】図4の記号Bで示した幅が閉塞体の絶縁性
無機物質成分側端面の最大幅であり、記号Mで示した幅
は閉塞体の中心軸に垂直な方向の最大幅である。また、
記号dは電極芯棒の直径である。本発明の閉塞体におい
ては d<B<Mの関係にある。なお、ここで前述した
溶融垂れ部が前記絶縁性無機物質成分側端面に到達して
いるときは前記Bは図2、図3で示したシール部開口径
Aと一致する。 【0017】 【実施例】次に本発明の具体的実施例を説明する。傾斜
機能材料としては、絶縁性無機物質成分としてシリカ
を、導電性無機物質成分としてモリブデンを使用した。
平均粒径1.0μmのモリブデン粉末と平均粒径5.6
μmのシリカ粉末を準備し、シリカの体積割合を変えた
混合粉末体を調製し、その混合粉末体にステアリン酸を
混合して造粒体とし、図7に示した金型22内にシリカ
体積割合の多い順に積層し成形層積層体26とし、加圧
体21によって1.5t/cm2の荷重で軸方向に圧縮
し、円柱状の成形体を得た。成形体を水素ガス中、12
00℃で30分仮焼結し、有機バインダを除去した。 【0018】次に、傾斜機能材料製閉塞体のシリカ側端
面に電極芯棒挿入用の孔開け加工を施した。そして、タ
ングステン製電極芯棒を挿入し、真空雰囲気において、
1820℃で5分間焼結して、電極芯棒を焼き嵌める本
焼結処理を行なった。本焼結後、傾斜機能材料製閉塞体
のシリカ側端面の最大幅が該閉塞体の中心軸に垂直な方
向の最大幅より小さく、電極芯棒の直径より大きくなる
ように該閉塞体の周面を切削加工したが、加工方法とし
ては該閉塞体を旋盤にかけ、超硬バイトの刃を該閉塞体
に斜めから当てて所定の傾斜面形状を形成した。 【0019】次に、製作した傾斜機能材料製閉塞体を使
用した際の放電ランプのシール耐圧強度を確認した結果
を説明する。閉塞体の最大幅は3mmであり、全長15
mmである。前述の切削加工によって、シリカ側端面の
最大幅を0.5、0.8、1.0、1.5、2.0、
2.4mmとした6種類の閉塞体をそれぞれ5本準備し
た。図4に示したように、切削加工によって形成された
傾斜面の角度(θ)はランプ品種により、5°から15
0°までの範囲で変化させるのだが、本実施例では45
°で一定とした(この傾斜面を有する加工を「テーパー
加工」と以下では称する)。そして、それぞれの閉塞体
を150Wの水銀ランプ用ガラスバルブの片側にシール
した。シールは、傾斜機能材料製閉塞体を発光管内にセ
ットして脱気し、バーナーの火炎で閉塞管部を外側から
加熱して閉塞管部の内壁と閉塞体を溶かし着けることで
行なった。なお、電極芯棒の径は0.4mmである。従
来の円柱状の傾斜機能材料製の閉塞体も同じく5本用意
し、150Wの水銀ランプ用ガラスバルブの片側にシー
ルした。 【0020】そして、シールした放電ランプの室温での
シール耐圧強度を本発明のものと従来のもので比較し
た。シール耐圧強度試験は片側を封止したランプ用ガラ
スバルブに窒素ガスを徐々に加圧封入していき、ガラス
バルブが破壊される圧力を求めるという方法で行なっ
た。図9にシール耐圧強度試験の実験結果を示す。閉塞
体に傾斜面を形成し、シリカ側端面の幅を変化させた本
発明の実施例のものが横軸0.5から2.4に示され、
傾斜面を有しない閉塞体を用いた従来のものが横軸3.
0に示されている。各例において縦軸にデータのばらつ
きが見られる。テーパー加工を行なった閉塞体を使用し
たシール部のシール耐圧強度はシリカ側端面の最大幅に
ついて従来の円柱状閉塞体を使用したシール部のシール
耐圧強度よりもデータのばらつきが少なく、かつ平均シ
ール耐圧強度は高くなった。図9で、シリカ側端面の最
大幅ごとのデータで最低強度となった点を実線で結んだ
が、シリカ側端面の最大幅が小さいほどシール耐圧強度
は増加し、例えば、シリカ側端面の最大幅が0.5mm
では262atm、2mmでは175atmであって、
ばらつきが大きかった従来からの3mm径の傾斜機能材
料製閉塞体を使用したシール部よりも極めて強くなって
いることが分かる。 【0021】なお、上記の実施例では、図4に示したよ
うに、切削加工によって形成された傾斜面の角度(θ)
は45°の閉塞体を使用したが、この角度(θ)が5〜
150°の範囲で5°、40°、150°の閉塞体を試
作し、シール耐圧強度のばらつきの減少や耐圧強度その
ものの大きさを改善する効果について、その効果のある
ことを確認している。 【0022】シール耐圧強度のばらつきの減少は、閉塞
体にテーパー加工等の傾斜面があることで閉塞管内壁の
シリカガラスの溶融垂れ部は傾斜面の途中をゆっくり流
れ落ち、閉塞体のシリカ側端面に覆いかからないように
すべく容易に制御できるので、シール耐圧強度のばらつ
きが抑制されたものと考えられる。一方、シリカ側端面
の最大幅が小さいほどシール耐圧強度は増加したことに
ついては、閉塞管内壁の肉厚の最大部分の厚みが増加し
たためと推測される。 【0023】なお、電極芯棒の直径に等しい大きさのシ
リカ側端面の最大幅を有する閉塞体形状にすると、閉塞
管内壁のシリカガラスの溶融垂れ部が電極芯棒に接触す
る恐れがある。接触すると電極芯棒とシリカガラスとの
熱的線膨張係数の差で閉塞管内壁のシリカガラスに割れ
が生じる。または、ランプ点灯中に接触部の温度が上が
り割れる等、シール耐圧強度を低下させる原因となる。 【0024】以上のことから、閉塞体のシリカ側端面の
最大幅が該閉塞体の中心軸に垂直な方向の最大幅に比べ
て小さくかつ電極芯棒の直径より大きくなるようにすべ
く、閉塞体のシリカに富む領域の外周面において閉塞体
の中心軸に対して傾斜面を形成していることが放電ラン
プのシール耐圧強度を大きくする。上述の実施例の説明
では、シリカとモリブデンの組み合わせの傾斜機能材料
製閉塞体で説明したが、絶縁性無機物質成分としてはア
ルミナ、ジルコニア、マグネシア、炭化ケイ素、窒化ケ
イ素、炭化チタン、などが実用可能であり、導電性無機
物質成分としては、ニッケル、タングステン、タンタ
ル、クロム、白金などが実用可能である。また、閉塞体
形状も円柱型に限らず、軸に垂直な断面が多角形状の角
柱体であってもいい。 【0025】 【発明の効果】以上のように本発明のシール方法とする
ことで、放電ランプのシール耐圧強度のばらつきを少な
くし、製品としての放電ランプの均質化を達成するとと
もに封入ガス圧を従来の傾斜機能材料製の円柱形閉塞体
を使用した放電ランプより上げて光輝度の高い高効率発
光のランプを提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】 【図1】傾斜機能材料を放電ランプの閉塞体として使用
した例の断面図を示す。 【図2】従来の閉塞体のガラスシール部分の部分拡大断
面図を示す。 【図3】従来の閉塞体のガラスシール部分であって、溶
融垂れ部が形成された例の部分拡大断面図を示す。 【図4】本発明の一実施例の閉塞体を使用した放電ラン
プの部分拡大断面図を示す。 【図5】本発明の他の実施例の閉塞体を使用した放電ラ
ンプの部分拡大断面図を示す。 【図6】本発明の他の実施例の閉塞体を使用した放電ラ
ンプの部分拡大断面図を示す。 【図7】傾斜機能材料製閉塞体を成形するときの一般的
加圧方法を示す。 【図8】本発明の傾斜機能材料製閉塞体を成形するとき
の一例としての加圧方法を示す。 【図9】放電ランプのシール耐圧強度と閉塞体の一端側
端面の最大幅の関係を示す。 【符号の説明】 1 放電ランプ 2 発光管 3 閉塞管 4 閉塞体 5 陰極 6 陽極 7 電極芯棒 8 外部リード棒 9 絶縁性無機物質成分側端面 10 溶融垂れ部 21 加圧体 22 金型 23 底部材 24 先端テーパー用金型部材 25 傾斜面部 26 成形層積層体 A シール部開口径 B 閉塞体の絶縁性無機物質成分側端面の最大幅 d 電極芯棒直径 M 閉塞体の中心軸に垂直な方向の最大幅 θ 傾斜面の角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−138555(JP,A) 特開 平9−115484(JP,A) 実公 昭36−22233(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 9/26 H01J 61/36

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 一端側が絶縁性無機物質成分に富み、他
    端側が導電性無機物質成分に富む傾斜機能材料からな
    り、放電ランプの発光管に連設された閉塞管とその絶縁
    性無機物質成分に富む領域でシールされる略柱状の放電
    ランプ用閉塞体であって、該閉塞体には、その先端に電
    極を有する電極芯棒が焼き嵌められており、該閉塞体の
    該一端側端面の最大幅が該閉塞体の中心軸に垂直な方向
    の最大幅に比べて小さくかつ該電極芯棒の直径より大き
    くなるように該閉塞体の絶縁性無機物質成分に富む領域
    の外周面において前記放電ランプの中心軸に対して傾斜
    した傾斜面を形成した放電ランプ用閉塞体を使用し、放
    電ランプのシール時に発生する閉塞管のシリカガラスの
    溶融垂れ部が該傾斜面をゆっくり流れ落ちるようにした
    ことを特徴とする放電ランプのシール方法。
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