JP3438666B2

JP3438666B2 - セラミック放電灯及び高圧放電灯

Info

Publication number: JP3438666B2
Application number: JP25064899A
Authority: JP
Inventors: 徳一新見
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2003-08-18
Anticipated expiration: 2019-09-03
Also published as: JP2001076678A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウムランプ
やメタルハライドランプ等の高圧放電灯に関し、詳しく
はその発光部を形成するセラミック放電灯の電極構造の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ナトリウムランプやメタルハライドラン
プ等の高圧放電灯は、図４に示すように、透光性セラミ
ック管２１の両端開口部２２に、一端に電極を付設した
ニオブ製やサーメット製の電流導体２３を挿入して、ガ
ラスろう等の封止材で挿入部を気密封止したセラミック
放電灯２４を使用し、ナトリウムランプではこの放電灯
の内部にナトリウム、水銀及びキセノンガス等を封入
し、メタルハライドランプでは、水銀、メタルハライ
ド、及びアルゴンガス等を封入している。そして、何れ
のランプも、電流導体２２はニオブやモリブデン或いは
タングステン等から成り、高温で酸化し易いため、セラ
ミック放電灯２４を硬質ガラス製又は石英ガラス製の外
管２５内に組み込み、外管内には不活性ガスが封入され
たり真空に保持されて、酸化を防ぎセラミック放電灯２
４の長寿命化を図っている。

【０００３】このような高圧放電灯は、発光効率が高い
ため、白熱電灯等の光源の代替品としての用途が拡大し
ているが、上述するように、従来の高圧放電灯は外管２
５を有するため、製造工程が複雑であるし、小型化を図
ることが難しかった。そのため、外管を必要としない高
圧放電灯が検討され、提案されている。このようなもの
に、例えば特開平８−２７３６１８号公報や特開平８−
２７３６１９号公報に開示されている構成のものがあ
る。両者とも透光性セラミックから成る発光管の両端開
口部にセラミックから成る電気導入体（電流導体）を挿
入し、双方をガラスろうで封着し、電気導入体の一端に
配した放電電極と電気導入体の他端とを、電気導入体の
側面に形成した白金膜を介して電気的に接続している。
このように、高温でも酸化せず安定した特性を示す白金
を使用することで、酸化し易い内側電極，電流導体材質
を、少なくとも電極の露出部で使用することを無くし、
外管なしで空気中においてセラミック放電灯の点灯を可
能としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者は、
上述した電極構造について検討を進めた結果、次のよう
な問題点があることを見いだした。即ち、ガラスろうに
より白金或いは電気導入体と発光管との隙間を封止して
いるが、白金とガラスろうとは濡れ性が悪く、化学的接
合ができないため、セラミック製の電気導入体とガラス
ろうとの密着性に比べて密着が弱い。そのため、点灯−
消灯のサイクルを多数回繰り返すうちに、ガラスろうに
クラックが発生した場合は、ガラスろう内をクラックが
進展し易いし、両者の熱膨張係数の相違から電気導入体
とガラスろうとの間で界面剥離が発生し、酸化し易い内
側電極，電流導体が大気によりダメージを受け、発光管
リークの原因と成る。

【０００５】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、白金
或いは白金被膜を酸化されやすい電流導体に使用するこ
とで電極部の酸化を防ぎ、而も電流導体とセラミック製
発光管との接合や封止も良好とするこを課題とする。ま
た、こうした良好な電極構造を高圧放電灯に適用するこ
とによって、外管が無くとも信頼性の高い高圧放電灯を
提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明に係るセラミック放電灯は、透光性
セラミックから成る発光管の両端開口部に電極部をそれ
ぞれ挿入すると共に封止し、イオン化発光物質および始
動ガスを充填した放電空間を前記発光管内に形成したセ
ラミック放電灯であって、前記電極部を放電電極と放電
電極に電流を供給する電流導体とで形成し、前記電流導
体の発光管外部に露出する一端を、白金或いは白金で被
覆した導電体で形成し、該一端と発光管開口部とを、双
方の間となる電流導体の周囲に白金と親和性を有する金
属粉末の焼結体から成り開気孔率３０〜８０％の多孔質
骨格をリング状に介在させてガラスろうで接合及び被覆
したことを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、電流導体を、耐ハロゲン化物から成り放電電極が接
続された内側導電体と、一部が発光管外部に露出し白金
或いは白金を被覆した導電体から成る外側導電体とで形
成し、該外側導電体の発光管開口部との接合部に多孔質
骨格を配置し、該多孔質骨格にガラスろうを含浸させて
外側導電体と発光管開口部とを接合すると共に、前記内
側導電体と発光管開口部とをガラスろうで接合させたこ
とを特徴とする。

【０００８】請求項３発明に係る高圧放電灯は、請求項
１又は２に記載のセラミック放電灯から成り、外管を持
たないことを特徴とする。

【０００９】

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を、図面を基に詳細に説明する。図１は本発明に係
るセラミック放電灯の断面説明図であり、図２はその電
極部の拡大図を示している。セラミック放電灯１の発光
管２は、発光空間を形成する透光性セラミックから成る
筒体３と、その両端開口部３ａに設けられたリング状の
閉塞材４と、その中央開口部に挿入接続されたキャピラ
リ５とから成り、その貫通孔５ａ内に電極部６が形成さ
れている。この電極部６は、電流導体８とその先端に設
けられた放電電極７とから成り、放電電極７は電流導体
８の先端から伸びた電極軸９の先端にフィラメント１０
が設けられて形成されている。また、電流導体８は内側
導電体８ａと外側導電体８ｂとが接合されて形成され、
外側導電体８ｂは白金若しくは白金を被覆した導電体で
形成され、その後端は外部に露出して電源に接続される
外部リードを形成している。

【００１１】内側導電体８ａと電極軸９、そして内側導
電体８ａと外側導電体８ｂとは溶接、ろう付け若しくは
メタライズにより接合され、内側導電体８ａ及び外側導
電体８ｂの双方とキャピラリ５との間はガラスろう１２
により封止され、発光管２は気密封止されている。ま
た、発光管２内部にはイオン化発光物質及び始動ガスが
充填されている。そして、ガラスろうにより覆われた外
側導電体８ｂである白金部の周囲には、モリブデン粉末
の焼結体から成り、開気孔を有する多孔質骨格１３がリ
ング状に形成され、ガラスろう１２はその多孔質骨格１
３を覆っている。

【００１２】筒体３、閉塞材４、キャピラリ５から構成
される発光管２は、筒体３をアルミナ、閉塞材及びキャ
ピラリはアルミナ若しくはアルミナを含有するサーメッ
トで形成することで、焼成した際に収縮率に差から焼成
過程で一体化させて形成することができるし、全体をア
ルミナで一体成形し、その後焼成することもできる。

【００１３】内側導電体８ａはサーメットにより形成す
れば良く、サーメットは、セラミックスと金属との複合
材料から成る導電性を有するサーメットであり、例えば
モリブデンとアルミナの混合比を５０／５０体積％で形
成すると良い。モリブデンとアルミナの混合比は、７０
／３０体積％〜３０／７０体積％の間であれば電流導体
として使用可能であると共に、熱膨張特性もアルミナと
ガラスの双方に対してバランスの取れた特性を持たせる
ことができる。

【００１４】このようなサーメットは、モリブデン粉末
及び高純度アルミナを所定量秤量し、アセトン若しくは
アルコール溶媒中で５〜２０時間アルミナポット無いで
解砕し乾燥させる。そして、乾燥させた混合粉を、例え
ばエチルセルロース又はアクリル系のバインダ、及びそ
れに適した溶剤等、例えばトリロール等で混連して押し
出し用ペーストとする。尚、この際、適当なバインダを
用いてプレス成型用の顆粒としても良い。次に、上記ペ
ーストを押し出し法により成形し、必要な長さで切断し
て３０℃〜８０℃で乾燥する。また、プレス成形用顆粒
とした場合は、プレス成形し、乾燥する。そして、成形
体を還元雰囲気中又は真空中で１４００℃〜２０００℃
で焼成する。このようにして、サーメットから成る電流
導体を得ることができる。

【００１５】ガラスろう１２は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、
Ｙ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃及びＭｏＯ₃から成る群より
選ばれた材質によって構成されることが好ましく、特に
Ａｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂とを含有していることが好ましい。
また、濡れ性の観点から、セラミック又はサーメットの
主成分を含有していることが好ましい。ここで、主成分
とは、セラミックスの７０重量％以上を占めているセラ
ミックス成分のことを言い、或いはサーメットの６０重
量％以上を占めているセラミックス成分のことを言う。
そして、所定のガラス組成、例えば酸化ジスプロシウム
６０重量％、アルミナ１５重量％、シリカ２５重量％と
なるように調合された粉末ないしフリットを解砕し、ポ
リビニルアルコール等のバインダーを添加し、造粒し、
プレス成形し、脱脂することによって、ガラス材料を得
る。

【００１６】多孔質骨格１３は、金属粉末の焼結体で開
気孔を有している。ここではモリブデン粉末の焼結体か
ら形成しているが、金属粉末の材質としては、他にタン
グステン、シリコン、ニオブ、コバルト、白金等の金
属、若しくはコバール（鉄−ニッケル−コバルトの合
金）等の金属を使用することができる。中でも、モリブ
デン、ニッケル、シリコン、コバルトは白金との親和性
があり好ましい。

【００１７】多孔質骨格１３及び電極部の製造プロセス
を図３を基に説明する。先ず、金属粉末を調合、粉砕、
乾燥し、エチルセルロースもしくはアクリル系樹脂等の
バインダーを添加して混練してペースト状にし、多孔質
骨格材を得る。そのペーストを所定の部位、即ち外側導
電体８ｂである白金或いは白金を被覆した導電体（工程
１）の側面にリング状に塗布し（工程２）、２０℃〜６
０℃で乾燥させる。この仮焼体を、露点２０℃〜５０℃
の還元雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空下で、１２０
０℃〜１７００℃の温度で焼成する（工程３）。こうす
ることで、開気孔を有する多孔質骨格１３を形成するこ
とができる。

【００１８】そして、多孔質骨格の開気孔率は３０％以
上、更には４０％以上とすることが好ましく、これによ
って接合領域の強度を一層高くできる。また、同開気孔
率は８０％以下、更には７０％以下とすることが好まし
く、これによって多孔質骨格の開気孔中にガラス材を適
度に含浸させ、多孔質骨格に加わる応力を分散させ、熱
サイクルに対する耐久性を向上させることができる。ま
た、このような多孔質骨格にガラスを含浸させた含浸ガ
ラス層を適度に生成させるためには、多孔質骨格の原料
である金属粉末のタップ密度を２．５〜３．５ｇ／ｃｃ
とすることが好ましい。

【００１９】次に工程４で、放電電極７を有した内側導
電体８ａを溶接或いはメタライズ接合により接続し、工
程５で発光管２のキャピラリ５にこの電流導体を内側導
電体側から所定量挿入し、ガラスろう１２としてガラス
材をシール部に添付し、ガラスを加熱溶融させて電流導
体８をキャピラリ５に接合すると共に隙間を封止する。
尚、この際ガラス材は予めリング状に成形しておくと良
い。

【００２０】こうして形成した電流導体８と発光管２と
の接合部は、添付されたガラス材が溶融した際に、多孔
質骨格１３の開気孔中に含浸し、多孔質骨格１３と含浸
ガラス相から成る主相を形成する。そのため、白金とガ
ラスろうとの濡れ性の悪さは改善され、多孔質骨格１３
を介しガラスろうは白金と接合する。また、サーメット
で形成された内側導電体８ａ及びセラミックから成るキ
ャピラリはガラスと濡れ性が良く良好に接合する。

【００２１】尚、キャピラリ５と電流導体８とを接合す
る際の電流導体８の挿入量は、図２（ａ），（ｂ）に示
すように、形成した多孔質骨格１３の一部が挿入された
状態であっても、挿入せず直前で止めた状態で接合して
も良く、ガラス材は溶融した際に毛細管現象により、電
流導体８の先端方向及び多孔質骨格１３の全体に含浸
し、内側導電体８ａとキャピラリ５の間、また多孔質骨
格の表面にガラス相を形成する。

【００２２】接合部をこのように形成することで、ガラ
スに加わる引っ張り強度が多孔質骨格によって分散され
るし、多孔質骨格１３に加わる圧縮強度は開気孔中のガ
ラスによって分散され、接合領域に加わる引っ張り応力
と圧縮応力との双方に対応できる。また、ガラス単独で
はクラックが発生し易いが、この場合ガラス相にクラッ
クが発生してもクラックの伝搬は多孔質骨格１３によっ
て阻止されるため、接合領域の破断を防止できる。而
も、こうした多孔質骨格１３と含浸ガラス相から成る主
相が白金に密着すると共に、界面ガラス層が放電管（キ
ャピラリ）に強固に密着する。

【００２３】更に、主相が白金とキャピラリ５との間で
熱膨張緩和層として作用し得るために、熱サイクルに対
して強く、リークの発生を防ぐことができるし、この接
合構造は、物理的、科学的接合が生じているので機密性
が高く、クラックが進展し難くなる。尚、外側導電体は
白金のみで形成しても良いし、芯材をニオブ、モリブデ
ン、タングステン、サーメット或いはコバールにより形
成し、白金で被覆しても良い。また、内側導電体はサー
メットで形成しているが、モリブデンやタングステン等
の耐ハロゲン化物で形成しても良い。

【００２４】そして、このように形成したセラミック放
電灯１を、従来通り硬質ガラス或いは石英から成る外管
に収納して高圧放電灯を構成しても良いが、電極部の露
出部は白金部のみであるため、高温で大気中に曝されて
も酸化されることがないので、高温の状態であっても電
流導体が酸化されることが無く、ガラスろうにクラック
が発生し難い。そのため、外管に収納せず、大気中で点
灯しても長寿命とすることができる。従って、セラミッ
ク光電管１をそのまま高圧放電灯として使用することが
可能となり、こうすることで小型の高圧放電灯を容易に
作成できるし、製造工程も簡略化できる。

【００２５】尚、上記実施の形態では放電電極を設けた
電流導体先端部をサーメットで形成しているが、セラミ
ックをサーメットで被覆した複合体としても良いし、耐
ハロゲン化物である例えばモリブデンやタングステンの
単体で形成しても良い。また、セラミック放電管の形状
は、一般的には管状、円筒状、樽状等とすることがで
き、特に限定されない。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、発光管から露出した電流導体は少なくとも表面
を白金で形成することで、高温の状態であっても電流導
体が酸化されることが無く、封止部の剥離やガラスろう
のクラックが発生し難くなる。また、電流導体の白金部
と発光管の開口部との接合部に、白金と親和性を有する
多孔質骨格をリング状に介在させてガラス接合及び被覆
することで、白金部を確実に発光管開口部に接合させる
ことができるし、ガラスろうにクラックが発生してもク
ラックが接合部全体に進展し難くなり、放電灯の長寿命
化を図ることができる。

【００２７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、電流導体の耐ハロゲン化物で形成され
た部位はガラスろうにより確実に発光管開口部に接続さ
れるし、白金或いは白金被覆部も多孔質骨格を介するこ
とで、ガラスろうで発光管開口部に確実に接合されるの
で、双方とも発光管に良好に接合され封止される。従っ
て、熱サイクルにより封止部が劣化して内部封入ガスが
リークしたりすることがない。

【００２８】請求項３の発明によれば、外管が無いた
め、小型の高圧放電灯を容易に作成できるし、製造工程
も簡略化できる。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示すセラミック放
電灯及び高圧放電灯の縦断面説明図である。

【図２】図１の電極部の拡大図である。

【図３】電極部の封止工程を示す流れ図である。

【図４】従来の高圧放電灯の側面図である。

【符号の説明】

１・・セラミック放電灯、２・・発光管、３・・筒体、
４・・閉塞材、５・・キャピラリ、５ａ・・貫通孔、６
・・電極部、７・・放電電極、８・・電流導体、８ａ・
・内側導電体、８ｂ・・外側導電体、９・・電極軸、１
０・・フィラメント、１２・・ガラスろう、１３・・多
孔質骨格。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性セラミックから成る発光管の両端
開口部に電極部をそれぞれ挿入すると共に封止し、イオ
ン化発光物質および始動ガスを充填した放電空間を前記
発光管内に形成したセラミック放電灯であって、前記電極部を放電電極と放電電極に電流を供給する電流
導体とで形成し、前記電流導体の発光管外部に露出する
一端を、白金或いは白金で被覆した導電体で形成し、該
一端と発光管開口部とを、双方の間となる電流導体の周
囲に白金と親和性を有する金属粉末の焼結体から成り開
気孔率３０〜８０％の多孔質骨格をリング状に介在させ
てガラスろうで接合及び被覆したことを特徴とするセラ
ミック放電灯。
【請求項２】電流導体を、耐ハロゲン化物から成り放
電電極が接続された内側導電体と、一部が発光管外部に
露出し白金或いは白金を被覆した導電体から成る外側導
電体とで形成し、該外側導電体の発光管開口部との接合
部に多孔質骨格を配置し、該多孔質骨格にガラスろうを
含浸させて外側導電体と発光管開口部とを接合すると共
に、前記内側導電体と発光管開口部とをガラスろうで接
合させた請求項１記載のセラミック放電灯。
【請求項３】請求項１又は２に記載のセラミック放電
灯から成り、外管を持たないことを特徴とする高圧放電
灯。