JP3626324B2 - セラミック製放電ランプの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光管が透光性を有するセラミックスよりなるセラミック製放電ランプを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶表示装置のバックライト用光源や、紫外線処理装置の光源として、高圧または低圧水銀放電ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプが使用されている。かかる放電ランプにおいては、従来、発光管として、シリカガラスよりなるものが用いられていたが、最近においては、アルミナ多結晶体、イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体（以下、「ＹＡＧ」と略称する。）、イットリア多結晶体などの透光性を有するセラミックスよりなるものが使用され始めている。
このようなセラミックスよりなる発光管を有する放電ランプすなわちセラミック製放電ランプは、従来のシリカガラスよりなる発光管を有する放電ランプと比較して、発光管の機械的強度および耐熱温度が高く、発光管内に封入される特定の金属元素に対して優れた耐蝕性を有する点で、有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなセラミック製放電ランプにおいては、以下のような問題がある。
シリカガラス製の発光管を有する放電ランプの製造においては、その発光管材に対して一旦真空脱ガス処理を行えば、その後、この発光管材が大気中に晒されることによってその表面に水分子や水素分子、酸素分子、二酸化炭素分子などの不純ガス分子が吸着しても、当該発光管材に対して改めて約４００℃の真空加熱を行うことによってその表面に吸着した水分子やその他の不純ガスを除去することができ、その結果、完成後の放電ランプの発光管内に取り込まれる水分子やその他の不純ガス分子の量を少なくすることができる。
然るに、ＹＡＧなどの透光性を有するセラミックスは、シリカガラスに比較して、表面に吸着した水分子やその他の不純ガス分子を除去しにくいものである。そのため、セラミックス製放電ランプの製造においては、その発光管材に対して一旦真空脱ガス処理を行った場合でも、その後、この発光管材が大気中に晒されることによって、その表面に水分子やその他の不純ガス分子が吸着したときには、４００℃程度の真空加熱では表面に吸着した水分子やその他の不純ガス分子を除去することはできないので、結局、発光管材に対して８００℃以上の高温で再度真空脱ガス処理を行うことが必要となる。これに加えて、透光性を有するセラミックスは、シリカガラスに比較して、不純ガス分子特に水素分子の拡散係数が小さいものであるため、セラミックスよりなる発光管内に取り込まれた水素分子は、当該発光管内に長時間留まることとなり、その結果、当該放電ランプには、種々の不具合が生じる。
具体的には、発光管の内面に吸着した水分子やその他の不純ガス分子が放電空間に放出され、これらの不純ガス分子によって、後述するように、発光管の黒化現象、発光管の白濁現象および電極損耗等による使用寿命の低下、始動開始電圧の上昇などが生じるため、所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを得ることが困難である。
【０００４】
放電ランプを製造する際にその発光管内に取り込まれる不純物の種類およびその量と、得られる放電ランプのランプ特性との関係については、次のことが判明している。
（１）ランプの始動特性：水素分子や水分子などの多原子分子が発光管内に取り込まれると、ランプの始動電圧が上昇する。発光管内における濃度が、水素分子では約１０００ｐｐｍ、水分子では数百ｐｐｍになると、当該放電ランプには、点灯時の始動性に不具合が生じる。
（２）発光管の黒化現象：水分子が発光管内に取り込まれると、当該放電ランプの点灯中において、水分子がアーク中で解離して電極物質であるタングステンと反応することにより、タングステン酸化物（ＷＯ２ あるいはＷＯ３ ）が生成され、このタングステン酸化物は蒸発して発光管の内壁に付着する。そして、発光管の内壁に付着したタングステン酸化物が水素分子によって還元されることにより、当該発光管の内壁においてタングステンと水分子とが生成する。このような現象（いわゆるウォーターサイクル）によって電極物質が当該電極から発光管の内壁に輸送されることにより、発光管の黒化現象が生ずる。特に、メタルハライドランプにおいては、水素分子によって気相中のタングステンの溶解度が増大するため、発光管の黒化現象が早期に生じやすい。
【０００５】
（３）発光管の白濁現象：発光管の内面に生ずる白濁は、発光管の不均一な浸食、発光管物質による反応生成物、発光管の内面への堆積物、発光管物質の結晶化（発光管がガラスの場合）などによって生じ、これらの原因による白濁は、発光管内に取り込まれる不純物の量に影響される。
（４）電極損傷現象：点灯時における電極の先端部の温度は、当該電極のエミッション特性に大きく影響されるが、電極のエミッションは不純ガスの量によって影響を受ける。そして、不純ガスの量が多い場合には、電極の先端部の温度が高くなり、これにより、電極物質であるタングステンが蒸発するため、電極の先端部が損耗する。また、メタルハライドランプにおいては、発光管内のハロゲンガス量および温度が同じであっても、発光管内に取り込まれる水素分子および酸素分子の量が多い場合には、これらの水素分子および酸素分子によってハロゲンサイクルが影響を受け、その他の条件によっては電極の先端部が損耗する。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発光管内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを製造することができる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック製放電ランプの製造方法は、端部に封着用管部が形成された、透光性のセラミックスよりなる発光管と、該発光管内で一対の電極が互いに対向するように封着用管部に封着された電極マウントとを具えてなるセラミック製放電ランプを製造する方法であって、
封着用管部が両端に形成された透光性のセラミックスよりなる発光管材と、電極マウントと、溶融性の封着用材料とを用意し、
少なくとも前記発光管材および前記封着用材料の各々を、ぞれぞれ減圧下において８００℃以上の温度に加熱することにより脱ガス処理し、
これらを外気に晒すことなく、酸素分圧が０．２Ｐａ以下で、水蒸気分圧が０．２Ｐａ以下である雰囲気下において、前記脱ガス処理された発光管材内に、前記電極マウントを配置し、前記脱ガス処理された封着用材料を溶融して前記発光管材の封着用管部と前記電極マウントとの間に充填し、その後、溶融された封着用材料を冷却することにより、当該発光管材の封着用管部の内面に当該電極マウントを固着する工程を有することを特徴とする。
【０００８】
このようなセラミック製放電ランプの製造方法においては、電極マウントを減圧下において加熱することにより脱ガス処理することが好ましい。
また、電極マウントが、セラミックスよりなるスリーブ部材を有するものである場合には、当該電極マウントの脱ガス処理が８００℃以上の温度で行われることが好ましい。
【０００９】
本発明のセラミック製放電ランプの製造方法においては、加熱用放射線によって封着用材料を溶融することが好ましい。
また、本発明のセラミック製放電ランプの製造方法においては、発光管材の封着用管部の内面に電極マウントを固着する際に、封着用材料を加熱溶融して発光管材の封着用管部と電極マウントとの間に充填した後、封着用材料の加熱の開始から１分間以内に、当該封着用材料をその軟化点以下の温度にまで冷却することことが好ましい。
また、本発明のセラミック製放電ランプの製造方法においては、溶融された封着用材料を発光管材の封着用管部と電極マウントとの間に充填した後、当該封着用材料を作業点温度から歪点温度に１分間以内に冷却することが好ましい。
ここで、作業点温度とは、封着用材料の溶融粘度が１×１０４ ポアズとなる温度をいう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック製放電ランプの製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の製造方法によって得られるセラミック製放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
このセラミック製放電ランプにおいては、放電空間Ｓを囲繞する大略球状の放電空間囲繞部１１の両端に封着用管部１２が形成された、透光性を有するセラミックスよりなる発光管１０が設けられている。この発光管１０内には、それぞれ電極２１を有し、当該電極２１が放電空間囲繞部１１内において管軸に沿って互いに対向するよう配置された電極マウント２０が配置されている。
【００１１】
具体的には、電極マウント２０の各々においては、先端部にタングステンよりなるコイルが巻き回された、発光管１０の管軸方向に伸びるタングステンよりなる棒状の電極２１が設けられ、この電極２１の基端部には、発光管１０における封着用管部１２の内径に適合する外径を有するスリーブ部材２２が嵌合されており、電極２１の基端には、電極２１と同方向に伸びる棒状のリード部材２３が一体的に設けられている。
電極マウント２０のリード部材２３は、発光管１０における封着用管部１２内に位置される内側部分２３ａとそれ以外の外側部分２３ｂとが溶接等により一体的に接続されてなり、リード部材２３における内側部分２３ａはニオブにより構成され、リード部材２３における外側部分２３ｂは、二重管でない、一重管の放電ランプを構成する場合には、耐酸化性金属もしくは合金（例えばＰｔやＰｔ−Ｉｒ合金）により構成されている。また、リード部材２３における内側部分には、後述する製造方法において、電極マウント２０の位置決めを行うための位置決め用突起部２４が形成され、リード部材２３における外側部分には、後述する封着用材料を保持するための保持用鍔部２５が形成されている。
そして、この電極マウント２０におけるリード部材２３は、封着部材３０によって発光管１０の封着用管部１２の内面に気密に封着されている。
【００１２】
発光管１０を構成するセラミックスとしては、透光性アルミナ多結晶体、透光性イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体、透光性イットリア多結晶体を用いることができる。
電極マウント２０におけるスリーブ部材２２を構成する材料としては、アルミナ多結晶体、アルミナ−タングステンサーメット、シリカガラス等を用いることができる。
封着部材３０を構成する材料としては、アルミナ−シリカ−希土類酸化物系の封着用材料、あるいはアルミナ−カルシア系の封着用材料などを用いることができる。
【００１３】
本発明においては、上記のようなセラミック製放電ランプを製造するために、例えば図２に示す構成のグローブボックス装置が用いられる。図２において、４０はグローブボックスであって、外部から作業を行うための作業用グローブ４１が設けられている。５０は脱ガス処理室であって、グローブボックス４０に開閉可能に設けられた第１の隔壁４２を介して連設されており、この脱ガス処理室５０には、真空ポンプ５１が接続されている。５５は封着処理室であって、グローブボックス４０に開閉可能に設けられた第２の隔壁４３を介して連設されており、この封着処理室５５には、封着処理室５５内の空気を排出する排気手段５６と、封着処理室５５内に、発光管１０内に封入される希ガスを供給するガス供給手段５７とが接続されている。
そして、このようなグローブボックス装置を用い、図１に示す構成のセラミック製放電ランプが、以下のようにして製造される。
【００１４】
先ず、図３に示すように、放電空間囲繞部１１の両端に封着用管部１２が形成された発光管材１０ａ（図３（イ）に示す）と、電極２１、スリーブ部材２２およびリード部材２３よりなる電極マウント２０（図３（ロ）に示す）と、電極マウント２０におけるリード部材２３の外径に適合する内径を有するリング状の封着用材料３０ａ（図３（ハ）に示す）とを用意し、真空ポンプ５１により減圧された脱ガス処理室５０内において、適宜の脱ガス処理用加熱手段によって、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々を、８００℃以上の温度で加熱することにより脱ガス処理する。
加熱温度が８００℃未満である場合には、吸着した不純ガスを除去することが困難となる。
以下、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々の脱ガス処理の具体的な条件について説明する。
【００１５】
〔発光管材の予備脱ガス処理〕
発光管材１０ａとしては、予備脱ガス処理を行うことにより、当該発光管材１０ａを構成する材料の内部に存在するガスが除去されたものを用いることが好ましい。
発光管材１０ａの予備脱ガス処理は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において行うことが好ましい。
１×１０−３Ｐａを超える圧力の環境下において予備脱ガス処理を行う場合には、予備脱ガス処理に使用する加熱用ヒーターを構成する材料（例えばタングステン、タンタル、モリブテン等）、その酸化物あるいは炭化物や、真空排気装置からの油分が、発光管材１０ａに付着することにより、当該発光管材１０ａが汚染することがある。
【００１６】
発光管材１０ａが透光性アルミナ多結晶体により構成されている場合には、予備脱ガス処理における加熱温度は、１１００〜１５００℃であることが好ましく、加熱時間は、３０〜１２０分間であることが好ましい。
加熱温度が１１００℃未満である場合には、十分な脱ガス処理を行うためには相当に長い時間を要し、予備脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。一方、加熱温度が１５００℃を超える場合には、発光管材１０ａを構成するセラミックスが劣化し、透光性が低下するおそれがある。
加熱時間が３０分間未満である場合には、十分な予備脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、予備脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
【００１７】
また、上記と同様の理由により、発光管材１０ａが透光性イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体により構成されている場合には、予備脱ガス処理における加熱温度は、１０００〜１４００℃であることが好ましく、加熱時間は、３０〜１２０分間であることが好ましい。
また、発光管材１０ａが透光性イットリア多結晶体により構成されている場合には、脱ガス処理における加熱温度は、１３００〜１５００℃であることが好ましく、加熱時間は、３０〜１２０分間であることが好ましい。
【００１８】
〔発光管の脱ガス処理〕
発光管材１０ａの脱ガス処理は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において、８００℃以上の温度で１５〜１２０分間加熱することにより行うことが好ましい。
１×１０−３Ｐａを超える圧力の環境下において脱ガス処理を行う場合には、脱ガス処理に使用する加熱用ヒーターを構成する材料、その酸化物あるいは炭化物や、真空排気装置からの油分が、発光管材１０ａに付着することにより、当該発光管材１０ａが汚染することがある。
加熱温度が８００℃未満である場合には、発光管材１０ａの表面に吸着した不純ガスを十分に除去することができない。
加熱時間が１５分間未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、予備脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
また、発光管材１０ａの脱ガス処理においては、当該発光管材１０ａに紫外線を照射することによって、吸着した水分子その他の不純ガス分子を離脱することができる。このような方法は、発光管材１０ａが透光性を有するため、発光管材１０ａ内に電極マウント２０を配置した状態で、その両方の脱ガス処理を同時に行う場合に有効である。
【００１９】
〔電極マウントの脱ガス処理〕
電極マウント２０の脱ガス処理は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において、８００〜１１００℃の温度で１５〜１２０分間加熱することにより行うことが好ましい。
１×１０−３Ｐａを超える圧力の環境下において脱ガス処理を行う場合には、リード部材２３の内側部分２３ａを構成するニオブが、無視することができない程度に酸化される恐れがある。また、脱ガス処理に使用する加熱用ヒーターを構成する材料、その酸化物あるいは炭化物が、電極マウント２０に付着することがある。
加熱温度が８００℃未満である場合には、電極マウント２０の表面に吸着した不純ガスを十分に除去することができない。一方、加熱温度が１１００℃を超える場合には、リード部材２３の内側部分２３ａに劣化が生じる恐れがある。
また、加熱時間が１５分間未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
【００２０】
〔封着用材料の脱ガス処理〕
封着用材料３０ａの脱ガス処理は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において１０００〜１２００℃以上の温度で１５〜１２０分間加熱することにより行うことが好ましい。
１×１０−３Ｐａを超える圧力の環境下において脱ガス処理を行う場合には、脱ガス処理に使用する加熱用ヒーターを構成する材料、その酸化物あるいは炭化物や、真空排気装置からの油分が、封着用材料３０ａに付着することにより、当該封着用材料３０ａが汚染することがある。
加熱温度が１０００℃未満である場合には、十分な脱ガス処理を行うためには相当に長い時間を要し、脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。一方、加熱温度が１２００℃を超える場合には、当該封着用材料の焼結が進行するため、後述する封着工程における脱ガス処理を十分に行うことが困難となることがある。
また、加熱時間が１５分間未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
【００２１】
〔固体封入物の脱ガス処理〕
発光管３０内に固体封入物が封入される場合には、当該固体封入物の脱ガス処理を行うことが好ましい。この脱ガス処理は、当該固体封入物がハロゲン化金属である場合には、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において、当該ハロゲン化金属の飽和蒸気圧が１×１０−３〜１×１０−５Ｐａとなる温度または３５０℃以下の温度で、１５〜１２０分間加熱することにより行われることが好ましい。
１×１０−３を超える圧力の環境下において脱ガス処理を行う場合には、真空排気装置からの油分が固体封入物に付着することにより、当該固体封入物が汚染することがある。
加熱温度が、ハロゲン化金属の飽和蒸気圧が１×１０−５Ｐａとなる温度未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱温度が、ハロゲン化金属の飽和蒸気圧が１×１０−３Ｐａとなる温度または３５０℃を超える場合には、当該ハロゲン化金属の蒸発が著しくなったり、含有水が酸化したりするため、好ましくない。
また、加熱時間が１５分間未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
【００２２】
このようにして脱ガス処理された発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々は、脱ガス処理室５０内からグローブボックス４０内に搬入される。このグローブボックス４０内の雰囲気は、例えば不活性ガスにより置換されることにより、酸素分圧および水蒸気分圧がそれぞれ常温で０．２Ｐａ以下となるよう設定される。
酸素分圧が０．２Ｐａを超える場合には、静電気か生じやすくなるため、固体封入物などの微小なものの取扱いが困難となって作業時間が長くなり、その結果、得られるセラミック製放電ランプの発光管１０内に取り込まれる水分子やその他の不純ガス分子の量が増加する。それに加えて、固体封入物が酸化されやすくなるため、得られるセラミック製放電ランプの発光管１０内には、不純物である固体封入物の酸化物が取り込まれることとなる。
水蒸気分圧が０．２Ｐａを超える場合には、発光管材１０ａの内面に水分子が再吸着し、得られるセラミック製放電ランプには、始動開始電圧が上昇するなどの不具合が生じる。
【００２３】
そして、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々は、グローブボックス４０内において組み立てられる。
具体的には、図４（イ）に示すように、発光管材１０ａの一端が上方を向いた状態で、当該発光管材１０ａの一端から電極マウント２０を挿入し、当該給電マウント２０をそのリード部材２３における位置決め用突起部２４が発光管材１０ａの封着用管部１２の一端面に当接するよう配置すると共に、当該リード部材２３における保持用鍔部２５に封着用材料３０ａを保持させることにより、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの組立体を作製する。
【００２４】
この組立体は、グローブボックス４０内からグローブボックス４０内と同様の雰囲気の封着処理室５５内に搬入され、この封着処理室５５内において、発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０のリード部材２３との封着処理が行われる。
具体的に説明すると、排気手段５６によって封着処理室５５内を減圧した状態で、封着処理用加熱手段によって封着用材料３０ａを加熱することにより、封着用材料３０ａの脱ガス処理を行うと共に、図４（ロ）に示すように、当該封着用材料３０ａをその表面張力によって略球状に変形させる。その後、ガス供給手段５７によって、封着処理室５５内に希ガスを供給すると共に、封着処理用加熱手段によって封着用材料３０ａを作業点温度またはそれ以上の温度に加熱することにより、当該封着用材料３０ａが、重力によって降下し、更に、発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０のリード部材２３との間の間隙Ｋ内に進入する。このとき、発光管材１０ａの端部を加熱し、当該発光管材１０ａの端部から希ガスが流れ出すようにすることが好ましく、これにより、封着用材料３０ａの溶融時に発生する不純ガスが発光管材１０ａ内に導入されることを防止することができる。そして、封着処理室５５内のガス圧力を上昇させることにより、封着用材料３０ａが間隙Ｋ内に充填される。そして、この状態で、封着用材料３０ａを冷却することにより、図４（ハ）に示すように、当該封着用材料３０ａによって発光管材１０ａの封着用管部１２に電極マウント２０のリード部材２３が気密に固着される。
【００２５】
以上において、封着処理用加熱手段としては、可視光線および／または赤外線を放射する加熱用放射線源、例えば光イメージ炉やレーザ照射装置を用いることが好ましい。このような封着処理用加熱手段を用いる場合には、封着処理室を区画する壁材は、加熱用放射線に対して透過性を有するものが用いられる。
図５は、封着処理用加熱手段の一例における構成の概略を示す説明図である。この封着処理用加熱手段６０は、封着処理室５５を介して互いに対向するよう配置された２つのハロゲンランプ６１と、これらのハロゲンランプ６１の各々を取り囲むよう配置された２つの部分楕円反射鏡６２とにより構成されている。
このような封着処理用加熱手段によれば、ハロゲンランプ６１からの可視光線および赤外線が封着用材料３０ａに集光されるので、当該封着用材料３０ａを局所的に加熱することができる。しかも、封着処理室５５の外部から加熱用放射線を封着用材料３０ａに照射することができるので、封着処理室５５内の雰囲気を常に一定の状態に維持することができる。
【００２６】
また、封着用材料３０ａを加熱する際には、発光管材１０ａにおける封着用管部１２を封着用材料３０ａの作業点以上の温度に加熱することが好ましく、これにより、溶融された封着用材料３０ａを、発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０のリード部材２３との間の間隙Ｋ内に確実に充填することができる。
【００２７】
また、発光管材１０ａの封着用管部１２の内面に電極マウント２０を固着する際には、封着用材料３０ａを加熱溶融して発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０との間に充填した後、封着用材料３０ａの加熱の開始から１分間以内に、当該封着用材料３０ａをその軟化点以下の温度にまで冷却することことが好ましい。
このような方法によれば、発光管材３０ａを特別に冷却しなくても、水銀などの固体封入物が蒸発して発光管材３０ａ内から吹き出すことを防止することができる。
【００２８】
また、溶融された封着用材料３０ａを発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０のリード部材２３との間の間隙Ｋ内に充填した後、封着用材料３０ａを作業点温度から歪点温度に１分間以内に冷却することが好ましい。
このような方法によれば、封着用材料３０ａが略ガラス質となるため、得られる封着部材３０に粗大な結晶が生ずることがなく、その結果、発光管１０と電極マウント２０との封着部において高い信頼性が得られる。
【００２９】
そして、発光管材１０ａ内に固体封入物を配置した後、上記と同様にして、発光管材１０ａの他端側の封着用管部１２の内面に電極マウント２０のリード部材２３を固着することにより、図１に示す構成のセラミックス製放電ランプが製造される。
【００３０】
このような製造方法によれば、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々を脱ガス処理した後、酸素分圧および水蒸気分圧がそれぞれ０．２Ｐａ以下の雰囲気下において、封着用材料３０ａにより、発光管材１０ａの封着用管部１２の内面に電極マウント２０のリード部材２３を固着するため、発光管１０および電極マウント２０のスリーブ部材２２に対する不純ガスの吸着量を極めて小さい値に抑制することができ、その結果、発光管１０内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを確実に製造することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の製造方法に限定されず、例えば次のような種々の変更を加えることが可能である。
（１）発光管材、電極マウントおよび封着用材料としては、図３に示すものに限られず、種々の構成のものを用いることができる。
（２）電極マウントのスリーブ部材は必須のものではなく、また、スリーブ部材を有しない電極マウントを用いる場合には、電極マウントの脱ガス処理は、必ずしも行う必要はない。
（３）グローブボックス装置としては、図２に示すものに限定されず、種々の構成の用いることができる。例えば、脱ガス処理室がグローブボックスに連接されている必要はなく、独立して配置された脱ガス処理室内において、発光管材等の脱ガス処理を行った後、これらを適宜の密閉容器内に収納してグローブボックス内に搬入してもよい。
（４）封着用加熱手段としては、図５に示すものに限定されず、例えばハロゲンランプ６１の代わりにキセノンランプを用いるもの、図６に示すように、封着処理室５５を介して互いに対向するよう配置された２つのレーザ装置よりなるものであってもよい。
【００３２】
（５）本発明においては、両端封止型のセラミック製放電ランプに限られず、一端封止型のセラミック製放電ランプを製造することも可能である。
本発明の製造方法によって得られる一端封止型のセラミック製放電ランプの一例を図７に示す。このセラミック製放電ランプにおいては、大略球状の放電空間囲繞部１１の一端に封着用管部１２が形成された発光管１０が設けられ、この発光管１０内には、放電空間囲繞部１１内において管軸と垂直な方向に沿って互いに対向するよう配置された一対の電極２１を有する電極マウント２０が配置されている。この電極マウント２０の電極２１の各々には、発光管１０の封着用管部１２から放電空間囲繞部１１に向かって互いに管軸方向に沿って並ぶよう、棒状の内部リード部材２６が接続され、これらの内部リード棒２６の基端部には、それぞれ内部リード棒２６の外径に適合する内径の２つの貫通孔を有するスリーブ部材２２が嵌合されており、内部リード部材２６の各々の基端には、内部リード部材２６と同方向に伸びる棒状の外部リード部材２７が一体的に設けられている。この外部リード部材２７は、発光管１０における封着用管部１２内に位置される内側部分２７ａとそれ以外の外側部分２７ｂとが溶接等により一体的に接続されてなり、外部リード部材２７における内側部分２７ａはニオブにより構成され、外部リード部材２７における外側部分２７ｂは、例えば白金等の耐酸化性金属若しくは合金により構成されている。そして、この電極マウント２０の外部リード部材２７における内側部分２７ａと外側部分２７ｂとの接続部を含む個所が、封着部材３０によって発光管１０の封着用管部１２の内面に気密に封着されている。
本発明によれば、このような一端封止型のセラミック製放電ランプを、前述の両端封止型のセラミック製放電ランプの製造方法に準じて、製造することができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】〈実施例１〉
下記の条件に従って、図３に示す構成の発光管材、電極マウントおよび封着用材料を作製すると共に、固体封入物を用意した。
〔発光管材（１０ａ）〕
材質：透光性アルミナ多結晶体，放電空間囲繞部の外径：４．４ｍｍ，放電空間囲繞部の内容積：０．０２５ｃｍ３
〔電極マウント（２０）〕
電極（２１）：タングステン製，コイルの材質；タングステン，
スリーブ部材（２２）：多結晶アルミナ製，
リード部材（２３）：内側部分（２３ａ）の材質；ニオブ，外側部分（２３ｂ）の材質；白金合金
〔封着用材料（３０ａ）〕
材質：Ｄｙ ２ Ｏ ３ −Ａｌ ２ Ｏ ３ −ＳｉＯ ２
〔固体封入物〕
水銀−セシウム合金：１ｍｇ，ヨウ化水銀０．３ｍｇ，ヨウ化セシウム１０モルおよびヨウ化ガドリニウム１モルの混合物３．６ｍｇ
【００３５】
図２に示すグローブボックス装置における脱ガス処理室内において、上記の発光管材、電極マウント、封着用材料および固体封入物（ヨウ化セシウムおよびヨウ化ガドリニウムの混合物）に対して下記の条件により脱ガス処理を行った。
〔発光管材（１０ａ）〕
雰囲気圧力：２×１０−４Ｐａ，加熱温度１０００℃，加熱時間１２０分間
〔電極マウント（２０）〕
雰囲気圧力：２×１０−４Ｐａ，加熱温度１０００℃，加熱時間１２０分間
〔封着用材料（３０ａ）〕
雰囲気圧力：２×１０−４Ｐａ，加熱温度１０００℃，加熱時間１２０分間
〔固体封入物〕
雰囲気圧力：１×１０−４Ｐａ，加熱温度３５０℃，加熱時間１５分間
【００３６】
このようにして脱ガス処理された発光管材、電極マウントおよび封着用材料の各々を、酸素分圧が０．１Ｐａおよび水蒸気分圧が０．０７Ｐａとなるよう設定されたアルゴンガス雰囲気のグローブボックス内に搬入し、図４（イ）に示す構成に従って組み立てた。
この組立体をグローブボックス内と同様の雰囲気の封着処理室内に搬入した後、排気手段によって封着処理室内を減圧することにより、組立体の脱ガス処理を行いながら、図５に示す構成の封着処理用加熱手段によって、封着用材料をその表面張力によって略球状に変形した状態になるまで加熱し、その後、ガス供給手段によって、封着処理室内にアルゴンガスを供給すると共に、封着処理用加熱手段によって封着用材料を作業点温度（１４００℃）に加熱することにより、当該封着用材料を発光管材の封着用管部と電極マウントのリード部材との間の間隙内に進入させ、更に、封着処理室内のガス圧力を上昇させることにより、封着用材料を間隙内に充填した。そして、この状態で、封着用材料を作業点温度から歪点温度（８４０℃）以下の温度に４０秒間で冷却することにより、当該封着用材料によって発光管材の封着用管部に電極マウントのリード部材を固着した。
【００３７】
そして、発光管材内に固体封入物を配置した後、上記と同様にして、発光管材の他端側の封着用管部の内面に電極マウントのリード部材２３を固着することにより、アルゴンガス（封入圧２０ｋＰａ）および固体封入物が封入されたセラミック製放電ランプを製造した。
このセラミック製放電ランプを２０ｋＨｚの高周波電力により点灯させたところ、ランプ電流が０．５Ａ、ランプ電圧が３８Ｖ、ランプ入力が約１８Ｗであった。
【００３８】
〈比較例１〉
発光管材、電極マウント、封着用材料および固体封入物の脱ガス処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてセラミックス製放電ランプを製造した。
【００３９】
実施例１および比較例１に係るセラミック製放電ランプをぞれぞれ数本用意し、これらの各々の始動開始電圧を測定したところ、図８に示すように、実施例１に係るランプは約４５０Ｖ、比較例１に係るランプは６５０〜１０５０Ｖであった。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、少なくとも発光管材および封着用材料の各々を脱ガス処理した後、酸素分圧および水蒸気分圧がそれぞれ０．２Ｐａ以下の雰囲気下において、封着用材料により、発光管材の封着用管部に電極マウントを固着するため、発光管に対する不純ガスの吸着量を極めて小さい値に抑制することができ、その結果、発光管内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを確実に製造することができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、電極マウントを脱ガス処理するため、発光管内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプをより確実に製造することができる。
請求項３に記載の発明によれば、電極マウントがセラミック製のスリーブ部材を有するものであっても、発光管内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを確実に製造することができる。
【００４２】
請求項４に記載の発明によれば、封着用材料を局所的に加熱することができると共に、封着処理室内の雰囲気を常に一定の状態に維持することができる。
請求項５に記載の発明によれば、発光管材の封着用管部の内面に電極マウントを固着する際に、当該発光管材を特別に冷却しなくても、水銀などの固体封入物が蒸発して発光管材内から吹き出すことを防止することができる。
請求項６に記載の発明によれば、封着用材料が略カラス質となるため、得られる封着部材に粗大な結晶が生ずることがなく、その結果、発光管と電極マウントとの封着において高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって得られるセラミック製放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
【図２】本発明の製造方法に用いられるグローブボックス装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図３】本発明の製造方法に用いられる発光管材、電極マウントおよび封着用材料の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の製造方法の工程の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の製造方法に用いられる封着用加熱手段の一例における構成を示す説明図である。
【図６】本発明の製造方法に用いられる封着用加熱手段の他の例における構成を示す説明図である。
【図７】本発明の製造方法によって得られるセラミック製放電ランプの他の例における構成を示す説明用断面図である。
【図８】実施例１および比較例１に係るセラミック製放電ランプの始動開始電圧を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１０ 発光管
１０ａ 発光管材
１１ 放電空間囲繞部
１２ 封着用管部
２０ 電極マウント
２１ 電極
２２ スリーブ部材
２３ リード部材
２３ａ 内側部分
２３ｂ 外側部分
２４ 位置決め用突起部
２５ 保持用鍔部
２６ 内部リード部材
２７ 外部リード部材
２７ａ 内側部分
２７ｂ 外側部分
３０ 封着部材
３０ａ 封着用材料
４０ グローブボックス
４１ 作業用グローブ
４２ 第１の隔壁
４３ 第２の隔壁
５０ 脱ガス処理室
５１ 真空ポンプ
５５ 封着処理室
５６ 排気手段
５７ ガス供給手段
６０ 封着用加熱手段
６１ ハロゲンランプ
６２ 部分楕円反射鏡
６５ レーザ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光管が透光性を有するセラミックスよりなるセラミック製放電ランプを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶表示装置のバックライト用光源や、紫外線処理装置の光源として、高圧または低圧水銀放電ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプが使用されている。かかる放電ランプにおいては、従来、発光管として、シリカガラスよりなるものが用いられていたが、最近においては、アルミナ多結晶体、イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体（以下、「ＹＡＧ」と略称する。）、イットリア多結晶体などの透光性を有するセラミックスよりなるものが使用され始めている。
このようなセラミックスよりなる発光管を有する放電ランプすなわちセラミック製放電ランプは、従来のシリカガラスよりなる発光管を有する放電ランプと比較して、発光管の機械的強度および耐熱温度が高く、発光管内に封入される特定の金属元素に対して優れた耐蝕性を有する点で、有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなセラミック製放電ランプにおいては、以下のような問題がある。
シリカガラス製の発光管を有する放電ランプの製造においては、その発光管材に対して一旦真空脱ガス処理を行えば、その後、この発光管材が大気中に晒されることによってその表面に水分子や水素分子、酸素分子、二酸化炭素分子などの不純ガス分子が吸着しても、当該発光管材に対して改めて約４００℃の真空加熱を行うことによってその表面に吸着した水分子やその他の不純ガスを除去することができ、その結果、完成後の放電ランプの発光管内に取り込まれる水分子やその他の不純ガス分子の量を少なくすることができる。
然るに、ＹＡＧなどの透光性を有するセラミックスは、シリカガラスに比較して、表面に吸着した水分子やその他の不純ガス分子を除去しにくいものである。そのため、セラミックス製放電ランプの製造においては、その発光管材に対して一旦真空脱ガス処理を行った場合でも、その後、この発光管材が大気中に晒されることによって、その表面に水分子やその他の不純ガス分子が吸着したときには、４００℃程度の真空加熱では表面に吸着した水分子やその他の不純ガス分子を除去することはできないので、結局、発光管材に対して８００℃以上の高温で再度真空脱ガス処理を行うことが必要となる。これに加えて、透光性を有するセラミックスは、シリカガラスに比較して、不純ガス分子特に水素分子の拡散係数が小さいものであるため、セラミックスよりなる発光管内に取り込まれた水素分子は、当該発光管内に長時間留まることとなり、その結果、当該放電ランプには、種々の不具合が生じる。
具体的には、発光管の内面に吸着した水分子やその他の不純ガス分子が放電空間に放出され、これらの不純ガス分子によって、後述するように、発光管の黒化現象、発光管の白濁現象および電極損耗等による使用寿命の低下、始動開始電圧の上昇などが生じるため、所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを得ることが困難である。
【０００４】
放電ランプを製造する際にその発光管内に取り込まれる不純物の種類およびその量と、得られる放電ランプのランプ特性との関係については、次のことが判明している。
（１）ランプの始動特性：水素分子や水分子などの多原子分子が発光管内に取り込まれると、ランプの始動電圧が上昇する。発光管内における濃度が、水素分子では約１０００ｐｐｍ、水分子では数百ｐｐｍになると、当該放電ランプには、点灯時の始動性に不具合が生じる。
（２）発光管の黒化現象：水分子が発光管内に取り込まれると、当該放電ランプの点灯中において、水分子がアーク中で解離して電極物質であるタングステンと反応することにより、タングステン酸化物（ＷＯ２ あるいはＷＯ３ ）が生成され、このタングステン酸化物は蒸発して発光管の内壁に付着する。そして、発光管の内壁に付着したタングステン酸化物が水素分子によって還元されることにより、当該発光管の内壁においてタングステンと水分子とが生成する。このような現象（いわゆるウォーターサイクル）によって電極物質が当該電極から発光管の内壁に輸送されることにより、発光管の黒化現象が生ずる。特に、メタルハライドランプにおいては、水素分子によって気相中のタングステンの溶解度が増大するため、発光管の黒化現象が早期に生じやすい。
【０００５】
（３）発光管の白濁現象：発光管の内面に生ずる白濁は、発光管の不均一な浸食、発光管物質による反応生成物、発光管の内面への堆積物、発光管物質の結晶化（発光管がガラスの場合）などによって生じ、これらの原因による白濁は、発光管内に取り込まれる不純物の量に影響される。
（４）電極損傷現象：点灯時における電極の先端部の温度は、当該電極のエミッション特性に大きく影響されるが、電極のエミッションは不純ガスの量によって影響を受ける。そして、不純ガスの量が多い場合には、電極の先端部の温度が高くなり、これにより、電極物質であるタングステンが蒸発するため、電極の先端部が損耗する。また、メタルハライドランプにおいては、発光管内のハロゲンガス量および温度が同じであっても、発光管内に取り込まれる水素分子および酸素分子の量が多い場合には、これらの水素分子および酸素分子によってハロゲンサイクルが影響を受け、その他の条件によっては電極の先端部が損耗する。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発光管内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを製造することができる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック製放電ランプの製造方法は、端部に封着用管部が形成された、透光性のセラミックスよりなる発光管と、該発光管内で一対の電極が互いに対向するように封着用管部に封着された電極マウントとを具えてなるセラミック製放電ランプを製造する方法であって、
封着用管部が両端に形成された透光性のセラミックスよりなる発光管材と、電極マウントと、溶融性の封着用材料とを用意し、
少なくとも前記発光管材および前記封着用材料の各々を、ぞれぞれ減圧下において８００℃以上の温度に加熱することにより脱ガス処理し、
これらを外気に晒すことなく、酸素分圧が０．２Ｐａ以下で、水蒸気分圧が０．２Ｐａ以下である雰囲気下において、前記脱ガス処理された発光管材内に、前記電極マウントを配置し、前記脱ガス処理された封着用材料を溶融して前記発光管材の封着用管部と前記電極マウントとの間に充填し、その後、溶融された封着用材料を冷却することにより、当該発光管材の封着用管部の内面に当該電極マウントを固着する工程を有することを特徴とする。
【０００８】
このようなセラミック製放電ランプの製造方法においては、電極マウントを減圧下において加熱することにより脱ガス処理することが好ましい。
また、電極マウントが、セラミックスよりなるスリーブ部材を有するものである場合には、当該電極マウントの脱ガス処理が８００℃以上の温度で行われることが好ましい。
【０００９】
本発明のセラミック製放電ランプの製造方法においては、加熱用放射線によって封着用材料を溶融することが好ましい。
また、本発明のセラミック製放電ランプの製造方法においては、発光管材の封着用管部の内面に電極マウントを固着する際に、封着用材料を加熱溶融して発光管材の封着用管部と電極マウントとの間に充填した後、封着用材料の加熱の開始から１分間以内に、当該封着用材料をその軟化点以下の温度にまで冷却することことが好ましい。
また、本発明のセラミック製放電ランプの製造方法においては、溶融された封着用材料を発光管材の封着用管部と電極マウントとの間に充填した後、当該封着用材料を作業点温度から歪点温度に１分間以内に冷却することが好ましい。
ここで、作業点温度とは、封着用材料の溶融粘度が１×１０４ ポアズとなる温度をいう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック製放電ランプの製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の製造方法によって得られるセラミック製放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
このセラミック製放電ランプにおいては、放電空間Ｓを囲繞する大略球状の放電空間囲繞部１１の両端に封着用管部１２が形成された、透光性を有するセラミックスよりなる発光管１０が設けられている。この発光管１０内には、それぞれ電極２１を有し、当該電極２１が放電空間囲繞部１１内において管軸に沿って互いに対向するよう配置された電極マウント２０が配置されている。
【００１１】
具体的には、電極マウント２０の各々においては、先端部にタングステンよりなるコイルが巻き回された、発光管１０の管軸方向に伸びるタングステンよりなる棒状の電極２１が設けられ、この電極２１の基端部には、発光管１０における封着用管部１２の内径に適合する外径を有するスリーブ部材２２が嵌合されており、電極２１の基端には、電極２１と同方向に伸びる棒状のリード部材２３が一体的に設けられている。
電極マウント２０のリード部材２３は、発光管１０における封着用管部１２内に位置される内側部分２３ａとそれ以外の外側部分２３ｂとが溶接等により一体的に接続されてなり、リード部材２３における内側部分２３ａはニオブにより構成され、リード部材２３における外側部分２３ｂは、二重管でない、一重管の放電ランプを構成する場合には、耐酸化性金属もしくは合金（例えばＰｔやＰｔ−Ｉｒ合金）により構成されている。また、リード部材２３における内側部分には、後述する製造方法において、電極マウント２０の位置決めを行うための位置決め用突起部２４が形成され、リード部材２３における外側部分には、後述する封着用材料を保持するための保持用鍔部２５が形成されている。
そして、この電極マウント２０におけるリード部材２３は、封着部材３０によって発光管１０の封着用管部１２の内面に気密に封着されている。
【００１２】
発光管１０を構成するセラミックスとしては、透光性アルミナ多結晶体、透光性イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体、透光性イットリア多結晶体を用いることができる。
電極マウント２０におけるスリーブ部材２２を構成する材料としては、アルミナ多結晶体、アルミナ−タングステンサーメット、シリカガラス等を用いることができる。
封着部材３０を構成する材料としては、アルミナ−シリカ−希土類酸化物系の封着用材料、あるいはアルミナ−カルシア系の封着用材料などを用いることができる。
【００１３】
本発明においては、上記のようなセラミック製放電ランプを製造するために、例えば図２に示す構成のグローブボックス装置が用いられる。図２において、４０はグローブボックスであって、外部から作業を行うための作業用グローブ４１が設けられている。５０は脱ガス処理室であって、グローブボックス４０に開閉可能に設けられた第１の隔壁４２を介して連設されており、この脱ガス処理室５０には、真空ポンプ５１が接続されている。５５は封着処理室であって、グローブボックス４０に開閉可能に設けられた第２の隔壁４３を介して連設されており、この封着処理室５５には、封着処理室５５内の空気を排出する排気手段５６と、封着処理室５５内に、発光管１０内に封入される希ガスを供給するガス供給手段５７とが接続されている。
そして、このようなグローブボックス装置を用い、図１に示す構成のセラミック製放電ランプが、以下のようにして製造される。
【００１４】
先ず、図３に示すように、放電空間囲繞部１１の両端に封着用管部１２が形成された発光管材１０ａ（図３（イ）に示す）と、電極２１、スリーブ部材２２およびリード部材２３よりなる電極マウント２０（図３（ロ）に示す）と、電極マウント２０におけるリード部材２３の外径に適合する内径を有するリング状の封着用材料３０ａ（図３（ハ）に示す）とを用意し、真空ポンプ５１により減圧された脱ガス処理室５０内において、適宜の脱ガス処理用加熱手段によって、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々を、８００℃以上の温度で加熱することにより脱ガス処理する。
加熱温度が８００℃未満である場合には、吸着した不純ガスを除去することが困難となる。
以下、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々の脱ガス処理の具体的な条件について説明する。
【００１５】
〔発光管材の予備脱ガス処理〕
発光管材１０ａとしては、予備脱ガス処理を行うことにより、当該発光管材１０ａを構成する材料の内部に存在するガスが除去されたものを用いることが好ましい。
発光管材１０ａの予備脱ガス処理は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において行うことが好ましい。
１×１０−３Ｐａを超える圧力の環境下において予備脱ガス処理を行う場合には、予備脱ガス処理に使用する加熱用ヒーターを構成する材料（例えばタングステン、タンタル、モリブテン等）、その酸化物あるいは炭化物や、真空排気装置からの油分が、発光管材１０ａに付着することにより、当該発光管材１０ａが汚染することがある。
【００１６】
発光管材１０ａが透光性アルミナ多結晶体により構成されている場合には、予備脱ガス処理における加熱温度は、１１００〜１５００℃であることが好ましく、加熱時間は、３０〜１２０分間であることが好ましい。
加熱温度が１１００℃未満である場合には、十分な脱ガス処理を行うためには相当に長い時間を要し、予備脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。一方、加熱温度が１５００℃を超える場合には、発光管材１０ａを構成するセラミックスが劣化し、透光性が低下するおそれがある。
加熱時間が３０分間未満である場合には、十分な予備脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、予備脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
【００１７】
また、上記と同様の理由により、発光管材１０ａが透光性イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体により構成されている場合には、予備脱ガス処理における加熱温度は、１０００〜１４００℃であることが好ましく、加熱時間は、３０〜１２０分間であることが好ましい。
また、発光管材１０ａが透光性イットリア多結晶体により構成されている場合には、脱ガス処理における加熱温度は、１３００〜１５００℃であることが好ましく、加熱時間は、３０〜１２０分間であることが好ましい。
【００１８】
〔発光管の脱ガス処理〕
発光管材１０ａの脱ガス処理は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において、８００℃以上の温度で１５〜１２０分間加熱することにより行うことが好ましい。
１×１０−３Ｐａを超える圧力の環境下において脱ガス処理を行う場合には、脱ガス処理に使用する加熱用ヒーターを構成する材料、その酸化物あるいは炭化物や、真空排気装置からの油分が、発光管材１０ａに付着することにより、当該発光管材１０ａが汚染することがある。
加熱温度が８００℃未満である場合には、発光管材１０ａの表面に吸着した不純ガスを十分に除去することができない。
加熱時間が１５分間未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、予備脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
また、発光管材１０ａの脱ガス処理においては、当該発光管材１０ａに紫外線を照射することによって、吸着した水分子その他の不純ガス分子を離脱することができる。このような方法は、発光管材１０ａが透光性を有するため、発光管材１０ａ内に電極マウント２０を配置した状態で、その両方の脱ガス処理を同時に行う場合に有効である。
【００１９】
〔電極マウントの脱ガス処理〕
電極マウント２０の脱ガス処理は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において、８００〜１１００℃の温度で１５〜１２０分間加熱することにより行うことが好ましい。
１×１０−３Ｐａを超える圧力の環境下において脱ガス処理を行う場合には、リード部材２３の内側部分２３ａを構成するニオブが、無視することができない程度に酸化される恐れがある。また、脱ガス処理に使用する加熱用ヒーターを構成する材料、その酸化物あるいは炭化物が、電極マウント２０に付着することがある。
加熱温度が８００℃未満である場合には、電極マウント２０の表面に吸着した不純ガスを十分に除去することができない。一方、加熱温度が１１００℃を超える場合には、リード部材２３の内側部分２３ａに劣化が生じる恐れがある。
また、加熱時間が１５分間未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
【００２０】
〔封着用材料の脱ガス処理〕
封着用材料３０ａの脱ガス処理は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において１０００〜１２００℃以上の温度で１５〜１２０分間加熱することにより行うことが好ましい。
１×１０−３Ｐａを超える圧力の環境下において脱ガス処理を行う場合には、脱ガス処理に使用する加熱用ヒーターを構成する材料、その酸化物あるいは炭化物や、真空排気装置からの油分が、封着用材料３０ａに付着することにより、当該封着用材料３０ａが汚染することがある。
加熱温度が１０００℃未満である場合には、十分な脱ガス処理を行うためには相当に長い時間を要し、脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。一方、加熱温度が１２００℃を超える場合には、当該封着用材料の焼結が進行するため、後述する封着工程における脱ガス処理を十分に行うことが困難となることがある。
また、加熱時間が１５分間未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
【００２１】
〔固体封入物の脱ガス処理〕
発光管３０内に固体封入物が封入される場合には、当該固体封入物の脱ガス処理を行うことが好ましい。この脱ガス処理は、当該固体封入物がハロゲン化金属である場合には、１×１０−３Ｐａ以下の圧力の環境下において、当該ハロゲン化金属の飽和蒸気圧が１×１０−３〜１×１０−５Ｐａとなる温度または３５０℃以下の温度で、１５〜１２０分間加熱することにより行われることが好ましい。
１×１０−３を超える圧力の環境下において脱ガス処理を行う場合には、真空排気装置からの油分が固体封入物に付着することにより、当該固体封入物が汚染することがある。
加熱温度が、ハロゲン化金属の飽和蒸気圧が１×１０−５Ｐａとなる温度未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱温度が、ハロゲン化金属の飽和蒸気圧が１×１０−３Ｐａとなる温度または３５０℃を超える場合には、当該ハロゲン化金属の蒸発が著しくなったり、含有水が酸化したりするため、好ましくない。
また、加熱時間が１５分間未満である場合には、十分な脱ガス処理が行われないことがある。一方、加熱時間が１２０分間を超える場合には、脱ガス処理における時間的効率が低くなるため、好ましくない。
【００２２】
このようにして脱ガス処理された発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々は、脱ガス処理室５０内からグローブボックス４０内に搬入される。このグローブボックス４０内の雰囲気は、例えば不活性ガスにより置換されることにより、酸素分圧および水蒸気分圧がそれぞれ常温で０．２Ｐａ以下となるよう設定される。
酸素分圧が０．２Ｐａを超える場合には、静電気か生じやすくなるため、固体封入物などの微小なものの取扱いが困難となって作業時間が長くなり、その結果、得られるセラミック製放電ランプの発光管１０内に取り込まれる水分子やその他の不純ガス分子の量が増加する。それに加えて、固体封入物が酸化されやすくなるため、得られるセラミック製放電ランプの発光管１０内には、不純物である固体封入物の酸化物が取り込まれることとなる。
水蒸気分圧が０．２Ｐａを超える場合には、発光管材１０ａの内面に水分子が再吸着し、得られるセラミック製放電ランプには、始動開始電圧が上昇するなどの不具合が生じる。
【００２３】
そして、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々は、グローブボックス４０内において組み立てられる。
具体的には、図４（イ）に示すように、発光管材１０ａの一端が上方を向いた状態で、当該発光管材１０ａの一端から電極マウント２０を挿入し、当該給電マウント２０をそのリード部材２３における位置決め用突起部２４が発光管材１０ａの封着用管部１２の一端面に当接するよう配置すると共に、当該リード部材２３における保持用鍔部２５に封着用材料３０ａを保持させることにより、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの組立体を作製する。
【００２４】
この組立体は、グローブボックス４０内からグローブボックス４０内と同様の雰囲気の封着処理室５５内に搬入され、この封着処理室５５内において、発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０のリード部材２３との封着処理が行われる。
具体的に説明すると、排気手段５６によって封着処理室５５内を減圧した状態で、封着処理用加熱手段によって封着用材料３０ａを加熱することにより、封着用材料３０ａの脱ガス処理を行うと共に、図４（ロ）に示すように、当該封着用材料３０ａをその表面張力によって略球状に変形させる。その後、ガス供給手段５７によって、封着処理室５５内に希ガスを供給すると共に、封着処理用加熱手段によって封着用材料３０ａを作業点温度またはそれ以上の温度に加熱することにより、当該封着用材料３０ａが、重力によって降下し、更に、発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０のリード部材２３との間の間隙Ｋ内に進入する。このとき、発光管材１０ａの端部を加熱し、当該発光管材１０ａの端部から希ガスが流れ出すようにすることが好ましく、これにより、封着用材料３０ａの溶融時に発生する不純ガスが発光管材１０ａ内に導入されることを防止することができる。そして、封着処理室５５内のガス圧力を上昇させることにより、封着用材料３０ａが間隙Ｋ内に充填される。そして、この状態で、封着用材料３０ａを冷却することにより、図４（ハ）に示すように、当該封着用材料３０ａによって発光管材１０ａの封着用管部１２に電極マウント２０のリード部材２３が気密に固着される。
【００２５】
以上において、封着処理用加熱手段としては、可視光線および／または赤外線を放射する加熱用放射線源、例えば光イメージ炉やレーザ照射装置を用いることが好ましい。このような封着処理用加熱手段を用いる場合には、封着処理室を区画する壁材は、加熱用放射線に対して透過性を有するものが用いられる。
図５は、封着処理用加熱手段の一例における構成の概略を示す説明図である。この封着処理用加熱手段６０は、封着処理室５５を介して互いに対向するよう配置された２つのハロゲンランプ６１と、これらのハロゲンランプ６１の各々を取り囲むよう配置された２つの部分楕円反射鏡６２とにより構成されている。
このような封着処理用加熱手段によれば、ハロゲンランプ６１からの可視光線および赤外線が封着用材料３０ａに集光されるので、当該封着用材料３０ａを局所的に加熱することができる。しかも、封着処理室５５の外部から加熱用放射線を封着用材料３０ａに照射することができるので、封着処理室５５内の雰囲気を常に一定の状態に維持することができる。
【００２６】
また、封着用材料３０ａを加熱する際には、発光管材１０ａにおける封着用管部１２を封着用材料３０ａの作業点以上の温度に加熱することが好ましく、これにより、溶融された封着用材料３０ａを、発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０のリード部材２３との間の間隙Ｋ内に確実に充填することができる。
【００２７】
また、発光管材１０ａの封着用管部１２の内面に電極マウント２０を固着する際には、封着用材料３０ａを加熱溶融して発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０との間に充填した後、封着用材料３０ａの加熱の開始から１分間以内に、当該封着用材料３０ａをその軟化点以下の温度にまで冷却することことが好ましい。
このような方法によれば、発光管材３０ａを特別に冷却しなくても、水銀などの固体封入物が蒸発して発光管材３０ａ内から吹き出すことを防止することができる。
【００２８】
また、溶融された封着用材料３０ａを発光管材１０ａの封着用管部１２と電極マウント２０のリード部材２３との間の間隙Ｋ内に充填した後、封着用材料３０ａを作業点温度から歪点温度に１分間以内に冷却することが好ましい。
このような方法によれば、封着用材料３０ａが略ガラス質となるため、得られる封着部材３０に粗大な結晶が生ずることがなく、その結果、発光管１０と電極マウント２０との封着部において高い信頼性が得られる。
【００２９】
そして、発光管材１０ａ内に固体封入物を配置した後、上記と同様にして、発光管材１０ａの他端側の封着用管部１２の内面に電極マウント２０のリード部材２３を固着することにより、図１に示す構成のセラミックス製放電ランプが製造される。
【００３０】
このような製造方法によれば、発光管材１０ａ、電極マウント２０および封着用材料３０ａの各々を脱ガス処理した後、酸素分圧および水蒸気分圧がそれぞれ０．２Ｐａ以下の雰囲気下において、封着用材料３０ａにより、発光管材１０ａの封着用管部１２の内面に電極マウント２０のリード部材２３を固着するため、発光管１０および電極マウント２０のスリーブ部材２２に対する不純ガスの吸着量を極めて小さい値に抑制することができ、その結果、発光管１０内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを確実に製造することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の製造方法に限定されず、例えば次のような種々の変更を加えることが可能である。
（１）発光管材、電極マウントおよび封着用材料としては、図３に示すものに限られず、種々の構成のものを用いることができる。
（２）電極マウントのスリーブ部材は必須のものではなく、また、スリーブ部材を有しない電極マウントを用いる場合には、電極マウントの脱ガス処理は、必ずしも行う必要はない。
（３）グローブボックス装置としては、図２に示すものに限定されず、種々の構成の用いることができる。例えば、脱ガス処理室がグローブボックスに連接されている必要はなく、独立して配置された脱ガス処理室内において、発光管材等の脱ガス処理を行った後、これらを適宜の密閉容器内に収納してグローブボックス内に搬入してもよい。
（４）封着用加熱手段としては、図５に示すものに限定されず、例えばハロゲンランプ６１の代わりにキセノンランプを用いるもの、図６に示すように、封着処理室５５を介して互いに対向するよう配置された２つのレーザ装置よりなるものであってもよい。
【００３２】
（５）本発明においては、両端封止型のセラミック製放電ランプに限られず、一端封止型のセラミック製放電ランプを製造することも可能である。
本発明の製造方法によって得られる一端封止型のセラミック製放電ランプの一例を図７に示す。このセラミック製放電ランプにおいては、大略球状の放電空間囲繞部１１の一端に封着用管部１２が形成された発光管１０が設けられ、この発光管１０内には、放電空間囲繞部１１内において管軸と垂直な方向に沿って互いに対向するよう配置された一対の電極２１を有する電極マウント２０が配置されている。この電極マウント２０の電極２１の各々には、発光管１０の封着用管部１２から放電空間囲繞部１１に向かって互いに管軸方向に沿って並ぶよう、棒状の内部リード部材２６が接続され、これらの内部リード棒２６の基端部には、それぞれ内部リード棒２６の外径に適合する内径の２つの貫通孔を有するスリーブ部材２２が嵌合されており、内部リード部材２６の各々の基端には、内部リード部材２６と同方向に伸びる棒状の外部リード部材２７が一体的に設けられている。この外部リード部材２７は、発光管１０における封着用管部１２内に位置される内側部分２７ａとそれ以外の外側部分２７ｂとが溶接等により一体的に接続されてなり、外部リード部材２７における内側部分２７ａはニオブにより構成され、外部リード部材２７における外側部分２７ｂは、例えば白金等の耐酸化性金属若しくは合金により構成されている。そして、この電極マウント２０の外部リード部材２７における内側部分２７ａと外側部分２７ｂとの接続部を含む個所が、封着部材３０によって発光管１０の封着用管部１２の内面に気密に封着されている。
本発明によれば、このような一端封止型のセラミック製放電ランプを、前述の両端封止型のセラミック製放電ランプの製造方法に準じて、製造することができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】〈実施例１〉
下記の条件に従って、図３に示す構成の発光管材、電極マウントおよび封着用材料を作製すると共に、固体封入物を用意した。
〔発光管材（１０ａ）〕
材質：透光性アルミナ多結晶体，放電空間囲繞部の外径：４．４ｍｍ，放電空間囲繞部の内容積：０．０２５ｃｍ３
〔電極マウント（２０）〕
電極（２１）：タングステン製，コイルの材質；タングステン，
スリーブ部材（２２）：多結晶アルミナ製，
リード部材（２３）：内側部分（２３ａ）の材質；ニオブ，外側部分（２３ｂ）の材質；白金合金
〔封着用材料（３０ａ）〕
材質：Ｄｙ ２ Ｏ ３ −Ａｌ ２ Ｏ ３ −ＳｉＯ ２
〔固体封入物〕
水銀−セシウム合金：１ｍｇ，ヨウ化水銀０．３ｍｇ，ヨウ化セシウム１０モルおよびヨウ化ガドリニウム１モルの混合物３．６ｍｇ
【００３５】
図２に示すグローブボックス装置における脱ガス処理室内において、上記の発光管材、電極マウント、封着用材料および固体封入物（ヨウ化セシウムおよびヨウ化ガドリニウムの混合物）に対して下記の条件により脱ガス処理を行った。
〔発光管材（１０ａ）〕
雰囲気圧力：２×１０−４Ｐａ，加熱温度１０００℃，加熱時間１２０分間
〔電極マウント（２０）〕
雰囲気圧力：２×１０−４Ｐａ，加熱温度１０００℃，加熱時間１２０分間
〔封着用材料（３０ａ）〕
雰囲気圧力：２×１０−４Ｐａ，加熱温度１０００℃，加熱時間１２０分間
〔固体封入物〕
雰囲気圧力：１×１０−４Ｐａ，加熱温度３５０℃，加熱時間１５分間
【００３６】
このようにして脱ガス処理された発光管材、電極マウントおよび封着用材料の各々を、酸素分圧が０．１Ｐａおよび水蒸気分圧が０．０７Ｐａとなるよう設定されたアルゴンガス雰囲気のグローブボックス内に搬入し、図４（イ）に示す構成に従って組み立てた。
この組立体をグローブボックス内と同様の雰囲気の封着処理室内に搬入した後、排気手段によって封着処理室内を減圧することにより、組立体の脱ガス処理を行いながら、図５に示す構成の封着処理用加熱手段によって、封着用材料をその表面張力によって略球状に変形した状態になるまで加熱し、その後、ガス供給手段によって、封着処理室内にアルゴンガスを供給すると共に、封着処理用加熱手段によって封着用材料を作業点温度（１４００℃）に加熱することにより、当該封着用材料を発光管材の封着用管部と電極マウントのリード部材との間の間隙内に進入させ、更に、封着処理室内のガス圧力を上昇させることにより、封着用材料を間隙内に充填した。そして、この状態で、封着用材料を作業点温度から歪点温度（８４０℃）以下の温度に４０秒間で冷却することにより、当該封着用材料によって発光管材の封着用管部に電極マウントのリード部材を固着した。
【００３７】
そして、発光管材内に固体封入物を配置した後、上記と同様にして、発光管材の他端側の封着用管部の内面に電極マウントのリード部材２３を固着することにより、アルゴンガス（封入圧２０ｋＰａ）および固体封入物が封入されたセラミック製放電ランプを製造した。
このセラミック製放電ランプを２０ｋＨｚの高周波電力により点灯させたところ、ランプ電流が０．５Ａ、ランプ電圧が３８Ｖ、ランプ入力が約１８Ｗであった。
【００３８】
〈比較例１〉
発光管材、電極マウント、封着用材料および固体封入物の脱ガス処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてセラミックス製放電ランプを製造した。
【００３９】
実施例１および比較例１に係るセラミック製放電ランプをぞれぞれ数本用意し、これらの各々の始動開始電圧を測定したところ、図８に示すように、実施例１に係るランプは約４５０Ｖ、比較例１に係るランプは６５０〜１０５０Ｖであった。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、少なくとも発光管材および封着用材料の各々を脱ガス処理した後、酸素分圧および水蒸気分圧がそれぞれ０．２Ｐａ以下の雰囲気下において、封着用材料により、発光管材の封着用管部に電極マウントを固着するため、発光管に対する不純ガスの吸着量を極めて小さい値に抑制することができ、その結果、発光管内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを確実に製造することができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、電極マウントを脱ガス処理するため、発光管内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプをより確実に製造することができる。
請求項３に記載の発明によれば、電極マウントがセラミック製のスリーブ部材を有するものであっても、発光管内に存在する不純ガスの量が少なくて所期のランプ特性を有するセラミック製放電ランプを確実に製造することができる。
【００４２】
請求項４に記載の発明によれば、封着用材料を局所的に加熱することができると共に、封着処理室内の雰囲気を常に一定の状態に維持することができる。
請求項５に記載の発明によれば、発光管材の封着用管部の内面に電極マウントを固着する際に、当該発光管材を特別に冷却しなくても、水銀などの固体封入物が蒸発して発光管材内から吹き出すことを防止することができる。
請求項６に記載の発明によれば、封着用材料が略カラス質となるため、得られる封着部材に粗大な結晶が生ずることがなく、その結果、発光管と電極マウントとの封着において高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって得られるセラミック製放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
【図２】本発明の製造方法に用いられるグローブボックス装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図３】本発明の製造方法に用いられる発光管材、電極マウントおよび封着用材料の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の製造方法の工程の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の製造方法に用いられる封着用加熱手段の一例における構成を示す説明図である。
【図６】本発明の製造方法に用いられる封着用加熱手段の他の例における構成を示す説明図である。
【図７】本発明の製造方法によって得られるセラミック製放電ランプの他の例における構成を示す説明用断面図である。
【図８】実施例１および比較例１に係るセラミック製放電ランプの始動開始電圧を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１０ 発光管
１０ａ 発光管材
１１ 放電空間囲繞部
１２ 封着用管部
２０ 電極マウント
２１ 電極
２２ スリーブ部材
２３ リード部材
２３ａ 内側部分
２３ｂ 外側部分
２４ 位置決め用突起部
２５ 保持用鍔部
２６ 内部リード部材
２７ 外部リード部材
２７ａ 内側部分
２７ｂ 外側部分
３０ 封着部材
３０ａ 封着用材料
４０ グローブボックス
４１ 作業用グローブ
４２ 第１の隔壁
４３ 第２の隔壁
５０ 脱ガス処理室
５１ 真空ポンプ
５５ 封着処理室
５６ 排気手段
５７ ガス供給手段
６０ 封着用加熱手段
６１ ハロゲンランプ
６２ 部分楕円反射鏡
６５ レーザ装置
Claims (6)
- 端部に封着用管部が形成された、透光性のセラミックスよりなる発光管と、該発光管内で一対の電極が互いに対向するように封着用管部に封着された電極マウントとを具えてなるセラミック製放電ランプを製造する方法であって、
封着用管部が両端に形成された透光性のセラミックスよりなる発光管材と、電極マウントと、溶融性の封着用材料とを用意し、
少なくとも前記発光管材および前記封着用材料の各々を、ぞれぞれ減圧下において８００℃以上の温度に加熱することにより脱ガス処理し、
酸素分圧が０．２Ｐａ以下で、水蒸気分圧が０．２Ｐａ以下である雰囲気下において、前記脱ガス処理された発光管材内に、前記電極マウントを配置し、前記脱ガス処理された封着用材料を溶融して前記発光管材の封着用管部と前記電極マウントとの間に充填し、その後、溶融された封着用材料を冷却することにより、当該発光管材の封着用管部の内面に当該電極マウントを固着する工程を有することを特徴とするセラミック製放電ランプの製造方法。 - 電極マウントを減圧下において加熱することにより脱ガス処理する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック製放電ランプの製造方法。
- 電極マウントは、セラミックスよりなるスリーブ部材を有し、当該電極マウントの脱ガス処理が８００℃以上の温度で行われることを特徴とする請求項２に記載のセラミック製放電ランプの製造方法。
- 封着用材料を加熱用放射線によって溶融することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のセラミック製放電ランプの製造方法。
- 発光管材の封着用管部の内面に電極マウントを固着する際に、封着用材料を加熱溶融して発光管材の封着用管部と電極マウントとの間に充填した後、封着用材料の加熱の開始から１分間以内に、当該封着用材料をその軟化点以下の温度にまで冷却することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のセラミック製放電ランプの製造方法。
- 溶融された封着用材料を発光管材の封着用管部と電極マウントとの間に充填した後、当該封着用材料を作業点温度から歪点温度に１分間以内に冷却することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のセラミック製放電ランプの製造方法。
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