JP3575344B2 - 透光性セラミック発光管及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電灯用の発光管の内、多結晶アルミナ等の透光性セラミックから成る発光管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯用の多結晶アルミナ等からなるセラミック発光管には全光線透過率の向上が望まれている。
【０００３】
そこで従来は、構成粒子を均一に成長させ、全光線透過率を向上させたセラミック発光管が一般的であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の全光線透過率を向上させたセラミック発光管では、全光線透過率の向上の代わりに機械的強度が低下している。
【０００５】
特に２００Ｗ以上の大きなＷの放電灯用発光管として利用した場合、電極構成材の太さが太くなることからその電極構成材とフリットガラスなどにより接着する発光管の接着部分との熱膨張差によるクラックが頻繁に発生していた（放電灯への組立時・放電灯に組立後の点灯時・消灯時の熱衝撃によるもの）。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、発光に寄与する部分は従来通り均一に粒子を成長させ、全光線透過率が十分あるものとし、発光に寄与しない部分の一部分である封止部分のみ、小さな粒子で構成し、電極構成材が太くなっても、熱膨張差によるクラックを生じないような強度を持った放電灯用セラミック発光管を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、両端に小径筒部分を有し、中央に大径部分を有するとともに、小径筒部分は、封止部材との封止部分を有する透光性セラミック発光管において、大径部分の平均粒子径（１５〜３０μｍ）に対して、封止部分の平均粒子径（５〜１０μｍ）を小さくすることを特徴とする。
【０００８】
好適な実施形態としては、小径筒部分と大径部分の間または大径部分の端部には、平均粒子径が連続的に変化する部分を有することにより、平均粒子径の異なる部分間における機械的・熱的歪みによるクラックの発生を低減する。
【０００９】
具体的な形状としては、大径部分は、筒状部分と、この筒状部分と小径筒部分の連結部分と、からなり、筒状部分は粒子径が均質であることが好ましく、これにより筒状部分からの発光量は全く低下しない。なお、大径部分は、球状や環楕球状であっても良い。
【００１０】
本発明は、また、中央部の平均粒子径に対して、端部の平均粒子径が小さい透光性セラミック発光管の製造方法において、アルミナを主成分とする成形品の両端部に粒成長抑制剤を含浸させる第１の工程と、この第１の工程を経た成形品を加熱して、端部に比べて中央部の粒成長を大きくする第２の工程と、を備えるとともに、粒成長抑制剤は、標準生成ギブスエネルギー（△Ｇｆ°）が負で且つその絶対値が１５８１．９ＫＪ／ｍｏｌよりも大である酸化物、またはこの酸化物を生成するために必要な物質からなることを特徴とする。
【００１１】
酸化物は、Ｌａ２Ｏ３（ー１７６０ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｔａ２Ｏ３（ー１９１１ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｈｏ２Ｏ３（ー１７９１ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｙ２Ｏ３（ー１７２７ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｙｂ２Ｏ３（ー１７２７ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｄｙ２Ｏ３（ー１７７２ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｓｃ２Ｏ３（ー１８１９ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｃｅ２Ｏ３（ー１７０６ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｅｒ２Ｏ３（ー１８０９ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｌｕ２Ｏ３（ー１７８９ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｓｍ２Ｏ３（ー１７３５ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｔｍ２Ｏ３（ー１７９５ＫＪ／ｍｏｌ）から選択されることが好ましい。
【００１２】
すなわち、ＭｇＯ（ー５６９．４ＫＪ／ｍｏｌ）のようにアルミナに比べて標準生成ギブスエネルギー（△Ｇｆ°）が小さい粒径抑制剤を用いた場合は、熱力学的な安定性が低く優先腐食し易いため発光管寿命低下をもたらしていたが、本発明ではこれを防止することができる。
【００１３】
また本発明は、中央部の平均粒子径に対して、端部の平均粒子径が小さい透光性セラミック発光管の製造方法において、成形品の両端部を、粒成長抑制剤を含む溶液中に浸漬させる第１の工程と、この第１の工程を経た成形品を加熱して、端部に比べて中央部の粒成長を大きくする第２の工程と、を備えるとともに、第１の工程にて浸漬時間を制御することにより、中央部と端部の間の、平均粒子径が連続的に変化する部分の長さを制御することを特徴とする。
【００１４】
好適な実施形態としては、平均粒子径が連続的に変化する部分の長さを、以下の式より計算されるＸｍｍ以上にすることができる。
【００１５】
Ｘｍｍ＝（中央部の平均結晶粒径／端部の平均結晶粒径）。
【００１６】
なお、このＸｍｍの制御は、溶液の濃度、粘度、浸漬時間等を調整することにより行える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一例について図を用いて説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明のセラミック発光管は、発光に寄与しない部分の一部分である接着部分の平均粒子径が５〜１０μｍであるのに対して、発光に寄与する部分の平均粒子径は、１５〜３０μｍである。なおかつ、発光に寄与する部分と接着部分の境界部分（発光に寄与しない部分の内、接着部分以外の部分）の平均粒子径が徐々に変化している。
【００１９】
本発明のセラミック発光管の製造工程の一例を図２の工程図を用いて説明する。
【００２０】
まず、高純度アルミナ微粉末と添加物を表１に示す調合比にて調合し、混合してスラリーを作製する（工程１）。
【表１】
【００２１】
そのスラリーを使用して鋳込成形し、一体成形の生品を得る（工程２）。
【００２２】
使用した高純度アルミナ微粉末の焼結温度より低い温度にて、有機物の除去とハンドリング可能な強度を得るための仮焼成を行ない、完全には焼き締まっていない仮焼成品を得る（工程３）。
【００２３】
その仮焼成品に対して、発光に寄与しない部分にのみ粒成長抑制剤を添加する（工程４）。
【００２４】
粒成長抑制剤の添加方法の一例を図３に示す。
【００２５】
粒成長抑制剤の添加量と添加範囲は、図３中のＸの値と浸漬時間で決定する。
【００２６】
粒成長抑制剤を添加した仮焼成品を、例えば真空もしくは水素雰囲気中にて１５００〜１９００℃で焼成し、粒子間の気泡を除去しながら粒成長させ、透光性を発現させる（工程５）。ここでの焼成は、大気、真空もしくは水素雰囲気中にて１５００℃程度で焼成し、その後Ａｒもしくは窒素雰囲気中にてＨＩＰ処理しても良い。
【００２７】
以上の工程を経て本発明のセラミック発光管を得る。
【００２８】
【実施例】
本発明の具体的な実施例を図を用いて説明する。
【００２９】
図４において発光に寄与する部分とは、実際に放電灯として組み立てた時に発光管内部で発光した光が発光管の外に出る際にその光が通過する部分のことであり、この部分の平均粒子径は１５〜３０μｍであるため、全光線透過率は９７％であり放電灯用発光管として十分な性能を持つものである。また、強度的にも曲げ強度が３００ＭＰａあるため、放電灯の点灯中の動作圧に十分耐え得るものである。
【００３０】
それに対して、接続部とは、発光に寄与しない部分のうち電極構成材とフリットガラスなどによって接着する部分のことであり、この部分の曲げ強度が３００ＭＰａでは、セラミック発光管と、電極構成材と、フリットガラスなどの接着物質との熱膨張係数の違いによる熱的歪みに耐えることができず、クラックが発生し易い。
【００３１】
本発明品は、セラミック発光管の接着部分の平均粒子径を５〜１０μｍとしたため、曲げ強度が４５０ＭＰａと向上し、上記熱的歪みに十分耐え得るものである。
【００３２】
また、境界部とは平均粒子径が連続的に変化する部分であり、平均粒子径の異なる部分間における機械的・熱的歪みによるクラックの発生を低減するためには、長さを以下の式より計算されるＸｍｍ以上にすることが望ましい。
【００３３】
Ｘｍｍ＝（中央部の平均結晶粒径／端部の平均結晶粒径）。
【００３４】
すなわち、本実施形態の場合、中央部の平均結晶粒径＝２５μｍ、端部の平均結晶粒径＝１０μｍであるので、Ｘｍｍ＝（２５／１０）＝２．５ｍｍ以上にすることが望ましい。
【００３５】
このＸｍｍの制御は、溶液の濃度、粘度、浸漬時間のほか、工程１の調合比、工程３の仮焼条件等を調整することにより行える。
【００３６】
実際に放電灯としての組立を行なった際の、従来品と本発明品でのクラックの発生確率の違いを図５に示す。
【００３７】
また、接着部分の粒径を５〜１０μｍにしたことにより、この部分の全光線透過率は９０％程度まで低下するが、発光に寄与しない部分であるため、セラミック発光管全体としての全光線透過率には影響しない。
【００３８】
従来品と本発明品の全光線透過率を比較した結果を図５に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴をもっとも良く表す図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示す工程図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例の工程の内、粒成長抑制剤添加方法の詳細を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す本発明品の平均粒子径と曲げ強度図である。
【図５】本発明の一実施例を示す本発明品の従来品と比較した特性値図である。
【符号の説明】
１．セラミック発光管
２．電極構成材
３．フリットガラス
４．接着部
５．セラミック発光管仮焼成品
６．ビーカー
７．硝酸ランタン５ｗｔ％溶液
【発明の属する技術分野】
本発明は放電灯用の発光管の内、多結晶アルミナ等の透光性セラミックから成る発光管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯用の多結晶アルミナ等からなるセラミック発光管には全光線透過率の向上が望まれている。
【０００３】
そこで従来は、構成粒子を均一に成長させ、全光線透過率を向上させたセラミック発光管が一般的であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の全光線透過率を向上させたセラミック発光管では、全光線透過率の向上の代わりに機械的強度が低下している。
【０００５】
特に２００Ｗ以上の大きなＷの放電灯用発光管として利用した場合、電極構成材の太さが太くなることからその電極構成材とフリットガラスなどにより接着する発光管の接着部分との熱膨張差によるクラックが頻繁に発生していた（放電灯への組立時・放電灯に組立後の点灯時・消灯時の熱衝撃によるもの）。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、発光に寄与する部分は従来通り均一に粒子を成長させ、全光線透過率が十分あるものとし、発光に寄与しない部分の一部分である封止部分のみ、小さな粒子で構成し、電極構成材が太くなっても、熱膨張差によるクラックを生じないような強度を持った放電灯用セラミック発光管を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、両端に小径筒部分を有し、中央に大径部分を有するとともに、小径筒部分は、封止部材との封止部分を有する透光性セラミック発光管において、大径部分の平均粒子径（１５〜３０μｍ）に対して、封止部分の平均粒子径（５〜１０μｍ）を小さくすることを特徴とする。
【０００８】
好適な実施形態としては、小径筒部分と大径部分の間または大径部分の端部には、平均粒子径が連続的に変化する部分を有することにより、平均粒子径の異なる部分間における機械的・熱的歪みによるクラックの発生を低減する。
【０００９】
具体的な形状としては、大径部分は、筒状部分と、この筒状部分と小径筒部分の連結部分と、からなり、筒状部分は粒子径が均質であることが好ましく、これにより筒状部分からの発光量は全く低下しない。なお、大径部分は、球状や環楕球状であっても良い。
【００１０】
本発明は、また、中央部の平均粒子径に対して、端部の平均粒子径が小さい透光性セラミック発光管の製造方法において、アルミナを主成分とする成形品の両端部に粒成長抑制剤を含浸させる第１の工程と、この第１の工程を経た成形品を加熱して、端部に比べて中央部の粒成長を大きくする第２の工程と、を備えるとともに、粒成長抑制剤は、標準生成ギブスエネルギー（△Ｇｆ°）が負で且つその絶対値が１５８１．９ＫＪ／ｍｏｌよりも大である酸化物、またはこの酸化物を生成するために必要な物質からなることを特徴とする。
【００１１】
酸化物は、Ｌａ２Ｏ３（ー１７６０ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｔａ２Ｏ３（ー１９１１ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｈｏ２Ｏ３（ー１７９１ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｙ２Ｏ３（ー１７２７ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｙｂ２Ｏ３（ー１７２７ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｄｙ２Ｏ３（ー１７７２ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｓｃ２Ｏ３（ー１８１９ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｃｅ２Ｏ３（ー１７０６ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｅｒ２Ｏ３（ー１８０９ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｌｕ２Ｏ３（ー１７８９ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｓｍ２Ｏ３（ー１７３５ＫＪ／ｍｏｌ）、Ｔｍ２Ｏ３（ー１７９５ＫＪ／ｍｏｌ）から選択されることが好ましい。
【００１２】
すなわち、ＭｇＯ（ー５６９．４ＫＪ／ｍｏｌ）のようにアルミナに比べて標準生成ギブスエネルギー（△Ｇｆ°）が小さい粒径抑制剤を用いた場合は、熱力学的な安定性が低く優先腐食し易いため発光管寿命低下をもたらしていたが、本発明ではこれを防止することができる。
【００１３】
また本発明は、中央部の平均粒子径に対して、端部の平均粒子径が小さい透光性セラミック発光管の製造方法において、成形品の両端部を、粒成長抑制剤を含む溶液中に浸漬させる第１の工程と、この第１の工程を経た成形品を加熱して、端部に比べて中央部の粒成長を大きくする第２の工程と、を備えるとともに、第１の工程にて浸漬時間を制御することにより、中央部と端部の間の、平均粒子径が連続的に変化する部分の長さを制御することを特徴とする。
【００１４】
好適な実施形態としては、平均粒子径が連続的に変化する部分の長さを、以下の式より計算されるＸｍｍ以上にすることができる。
【００１５】
Ｘｍｍ＝（中央部の平均結晶粒径／端部の平均結晶粒径）。
【００１６】
なお、このＸｍｍの制御は、溶液の濃度、粘度、浸漬時間等を調整することにより行える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一例について図を用いて説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明のセラミック発光管は、発光に寄与しない部分の一部分である接着部分の平均粒子径が５〜１０μｍであるのに対して、発光に寄与する部分の平均粒子径は、１５〜３０μｍである。なおかつ、発光に寄与する部分と接着部分の境界部分（発光に寄与しない部分の内、接着部分以外の部分）の平均粒子径が徐々に変化している。
【００１９】
本発明のセラミック発光管の製造工程の一例を図２の工程図を用いて説明する。
【００２０】
まず、高純度アルミナ微粉末と添加物を表１に示す調合比にて調合し、混合してスラリーを作製する（工程１）。
【表１】
そのスラリーを使用して鋳込成形し、一体成形の生品を得る（工程２）。
【００２２】
使用した高純度アルミナ微粉末の焼結温度より低い温度にて、有機物の除去とハンドリング可能な強度を得るための仮焼成を行ない、完全には焼き締まっていない仮焼成品を得る（工程３）。
【００２３】
その仮焼成品に対して、発光に寄与しない部分にのみ粒成長抑制剤を添加する（工程４）。
【００２４】
粒成長抑制剤の添加方法の一例を図３に示す。
【００２５】
粒成長抑制剤の添加量と添加範囲は、図３中のＸの値と浸漬時間で決定する。
【００２６】
粒成長抑制剤を添加した仮焼成品を、例えば真空もしくは水素雰囲気中にて１５００〜１９００℃で焼成し、粒子間の気泡を除去しながら粒成長させ、透光性を発現させる（工程５）。ここでの焼成は、大気、真空もしくは水素雰囲気中にて１５００℃程度で焼成し、その後Ａｒもしくは窒素雰囲気中にてＨＩＰ処理しても良い。
【００２７】
以上の工程を経て本発明のセラミック発光管を得る。
【００２８】
【実施例】
本発明の具体的な実施例を図を用いて説明する。
【００２９】
図４において発光に寄与する部分とは、実際に放電灯として組み立てた時に発光管内部で発光した光が発光管の外に出る際にその光が通過する部分のことであり、この部分の平均粒子径は１５〜３０μｍであるため、全光線透過率は９７％であり放電灯用発光管として十分な性能を持つものである。また、強度的にも曲げ強度が３００ＭＰａあるため、放電灯の点灯中の動作圧に十分耐え得るものである。
【００３０】
それに対して、接続部とは、発光に寄与しない部分のうち電極構成材とフリットガラスなどによって接着する部分のことであり、この部分の曲げ強度が３００ＭＰａでは、セラミック発光管と、電極構成材と、フリットガラスなどの接着物質との熱膨張係数の違いによる熱的歪みに耐えることができず、クラックが発生し易い。
【００３１】
本発明品は、セラミック発光管の接着部分の平均粒子径を５〜１０μｍとしたため、曲げ強度が４５０ＭＰａと向上し、上記熱的歪みに十分耐え得るものである。
【００３２】
また、境界部とは平均粒子径が連続的に変化する部分であり、平均粒子径の異なる部分間における機械的・熱的歪みによるクラックの発生を低減するためには、長さを以下の式より計算されるＸｍｍ以上にすることが望ましい。
【００３３】
Ｘｍｍ＝（中央部の平均結晶粒径／端部の平均結晶粒径）。
【００３４】
すなわち、本実施形態の場合、中央部の平均結晶粒径＝２５μｍ、端部の平均結晶粒径＝１０μｍであるので、Ｘｍｍ＝（２５／１０）＝２．５ｍｍ以上にすることが望ましい。
【００３５】
このＸｍｍの制御は、溶液の濃度、粘度、浸漬時間のほか、工程１の調合比、工程３の仮焼条件等を調整することにより行える。
【００３６】
実際に放電灯としての組立を行なった際の、従来品と本発明品でのクラックの発生確率の違いを図５に示す。
【００３７】
また、接着部分の粒径を５〜１０μｍにしたことにより、この部分の全光線透過率は９０％程度まで低下するが、発光に寄与しない部分であるため、セラミック発光管全体としての全光線透過率には影響しない。
【００３８】
従来品と本発明品の全光線透過率を比較した結果を図５に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴をもっとも良く表す図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示す工程図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例の工程の内、粒成長抑制剤添加方法の詳細を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す本発明品の平均粒子径と曲げ強度図である。
【図５】本発明の一実施例を示す本発明品の従来品と比較した特性値図である。
【符号の説明】
１．セラミック発光管
２．電極構成材
３．フリットガラス
４．接着部
５．セラミック発光管仮焼成品
６．ビーカー
７．硝酸ランタン５ｗｔ％溶液
Claims (1)
- 両端に小径筒部分を有し、中央に大径部分を有するとともに、前記小径筒部分は、封止部材との封止部分を有する透光性セラミック発光管において、前記大径部分の平均粒子径を１５〜３０μｍ、前記封止部分の平均粒子径を５〜１０μｍとし、且つ、発光に寄与しない部分のうち前記封止部分以外の境界部分は平均粒子径が連続的に変化するとともにその長さが１．５ｍｍ以上である透光性セラミック発光管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22443199A JP3575344B2 (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 透光性セラミック発光管及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22443199A JP3575344B2 (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 透光性セラミック発光管及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001052647A JP2001052647A (ja) | 2001-02-23 |
| JP3575344B2 true JP3575344B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=16813676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22443199A Expired - Fee Related JP3575344B2 (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 透光性セラミック発光管及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN1245735C (zh) * | 2000-07-19 | 2006-03-15 | 日本碍子株式会社 | 高辉度放电灯用多结晶陶瓷发光管的制造方法 |
| JP4962909B2 (ja) * | 2007-04-10 | 2012-06-27 | 岩崎電気株式会社 | 高圧放電ランプ |
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1999
- 1999-08-06 JP JP22443199A patent/JP3575344B2/ja not_active Expired - Fee Related
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