JP3685092B2 - ランプ用電気導入体およびランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプ用電気導入体および当該ランプ用電気導入体を具えたランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電ランプ、白熱ランプなどの種々のランプの発光管材料として石英ガラスが好ましく利用されており、このような石英ガラス製の発光管を具えたランプの封止部における電気導入路を形成する気密封止構造としては、電気導入体として金属箔を用いる、いわゆる箔シール構造や、導電性無機物質成分と絶縁性無機物質成分とよりなり、導電性無機物質成分の濃度が連続あるいは段階的に変化する傾斜機能材料により構成された封止体などを用いる構造（例えば、特開平１０−１７２５１４号公報参照）などが知られている。
【０００３】
箔シール構造を有するランプにおいては、封止部における気密密着状態を達成するために、通常、厚み約１５〜３０μｍの金属箔が使用されているが、この１枚の金属箔に流すことのできる電流値が制限されてしまうため、大電流を流すことが必要とされるランプにおいては、複数枚の金属箔を用いる必要があって気密封止構造が複雑となり、その結果、生産性の低いものとなる、という問題がある。
【０００４】
また、傾斜機能材料製の封止体を用いる構造を有するランプにおいては、箔シール構造を有するものとは異なり、大きな電流容量が得られ、また、放電ランプにおける電極の偏心が少ないことなどの利点もあるが、発光管とリード棒とに係る線膨脹率の差に起因するストレスを、導電性無機物質成分の濃度の異なる複数の部分による積層構造によって緩和するものであるため、結局、封止体自体が必然的に長くなってしまうと共に、導電性無機物質成分の濃度の異なる複数の部分を有する傾斜機能材料の製作に多くの手間がかかり、高い生産性が得られない、という問題がある。
【０００５】
一方、発光管が石英ガラス以外の、例えばアルミナなどの透光性セラミックスよりなるランプにおいては、電気導入体として、アルミナを主成分とし、例えばモリブデンやタングステンなどの導電性無機物質成分を含有した材料によって形成される導電性サーメットよりなる封止体を用いる構造が知られている。
この導電性サーメットは、傾斜機能材料とは異なり、その全体において導電性無機物質成分と絶縁性無機物質成分とが均一に混合されており、発光管とリード棒とに係る線膨脹率の差に起因するストレスを緩和させるための特別な構造をそれ自体において形成する必要がなく、従って、封止体自体を短くすることが可能であると共に、当該導電性サーメットを用いた気密封止構造を有するランプは、傾斜機能材料を用いたランプに比して作製が容易で高い生産性が得られる、という利点を有する。
【０００６】
以上のことから、石英ガラス製の発光管を有するランプにおいても、上記の導電性サーメットを封止体として用いることにより、その作製が容易となる可能性がある、と考えられる。
【０００７】
しかしながら、例えばアルミナを主成分とした導電性サーメットを封止体とする電気導入体を用いて石英ガラス製の発光管を具えたランプを作製しようとすると、実際上、封止部における気密封止構造を形成する際に、封止体と発光管用の石英ガラス管との溶着部分にクラックが生じやすく、しかも、得られたランプにおいては、その動作の際に、発光管と封止体である導電性サーメットとの溶着部分の近傍にクラックを生じることがあることが明らかとなった。
【０００８】
この製造上および動作時におけるクラックの発生は、発光管を構成する石英ガラスと、電気導入体の封止体を構成する材料との線膨脹率の差が大きいことに起因すると考えられるものの、例えばモリブデンやタングステンなどの導電性無機物質成分とされる材料は、石英ガラスよりも極めて大きい線膨脹率を有するものであるため、石英ガラスと同程度の線膨脹率を有し、しかも電気導入路を形成するために十分な導電性を有する封止体を作製することは知られていない。
このように、石英ガラス製の発光管を具えたランプにおいては、実際に実用上必要とされる導電性を有するランプ用電気導入体によって、安定な気密封止構造を容易に形成することができない、という問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
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、石英ガラス製の発光管を具えたランプにおいて、封止体が均質なものにより形成されるものであっても実用上十分な導電性を有すると共に、容易に安定な気密封止構造を形成することのできるランプ用電気導入体を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、容易に製造することができ、封止部の気密封止構造が安定であって長い使用寿命を有するランプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のランプ用電気導入体は、石英ガラス製の発光管を具えてなるランプにおける気密封止構造を形成し、発光管内に電気を導入するための封止体と、その基端部が当該封止体に埋設されてこの封止体の一端から突出する内部リード棒と、その基端部が当該封止体に埋設されてこの封止体の他端から突出する外部リード棒とよりなるランプ用電気導入体であって、
前記封止体は、石英ガラスを主成分とする絶縁性材料成分と、導電性材料成分とよりなる実質的に均質な導電性石英ガラス焼結体により構成され、
前記導電性石英ガラス焼結体における前記導電性材料成分の濃度が５〜１０体積％であると共に、その任意の断面における絶縁性材料成分に由来する結晶粒様体の平均断面積が、導電性材料成分に由来する結晶粒様体の平均断面積の１０倍以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のランプ用電気導入体においては、導電性石英ガラス焼結体における導電性材料成分がタングステン成分である場合には、当該導電性材料成分の濃度が５〜８体積％であることが好ましく、また、導電性材料成分がモリブデン成分である場合には、当該導電性材料成分の濃度が６〜１０体積％であることが好ましい。
【００１３】
本発明のランプ用電気導入体においては、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体の線膨脹率が２×１０-7〜８×１０-7Ｋ-1であることが必要とされる。
【００１４】
本発明のランプ用電気導入体は、リード棒が、その外周に装着された応力緩衝用部材を介して封止体に固定されていることが好ましく、また、封止体の露出されるべき表面に耐酸化処理が施されていることが好ましい。
【００１５】
本発明のランプ用電気導入体においては、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体が、平均粒子径３〜１００μｍの絶縁性材料の粉末と、平均粒子径０．１〜１０μｍの導電性材料の粉末との混合粉末の焼結体であることが好ましい。
【００１６】
本発明のランプは、石英ガラス製の発光管と、上記のランプ用電気導入体とを具えてなることを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明のランプ用電気導入体によれば、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体（以下、単に「石英焼結体」ともいう。）においては、導電性の結晶粒様体が絶縁性の結晶粒様体の周辺部分に特定の割合で存在し、隣接する導電性の結晶粒様体が連続した組織状態が形成されることにより、実用上十分な導電性を有するものとなる。
そして、石英焼結体よりなる封止体が、絶縁性材料成分として石英ガラス成分を含有するものであることから石英ガラス製の発光管とのなじみが優れたものとなり、その結果、当該封止体をバーナーなどで加熱し溶融させ、発光管と溶着することによって十分な気密密着状態が確実に形成され、しかもその気密密着状態は、石英焼結体の線膨張率が石英ガラスと近似したものであることから、長時間にわたって維持されるため、発光管が石英ガラスである場合にも、容易に安定なランプの気密封止構造を形成することができる。
このように、本発明のランプ用電気導入体においては、封止体を形成する石英焼結体が絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであって、実用上十分な導電性を有すると共に、石英ガラスと近似した線膨張率を有するという、２つの特性を有するものである。
【００１８】
本発明のランプによれば、上記のランプ用電気導入体によって、気密封止構造が形成されることにより、その製造が容易となると共に、安定で長い使用寿命を有するものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明のランプ用電気導入体の一例における構成を示す説明用断面図である。このランプ用電気導入体１０は、円柱状の封止体１１を具えてなり、この封止体１１は、一端面（図１において左端面）から長さ方向に伸びるよう形成された内部リード棒挿入用の有底筒孔１１ａと、他端面（図１において右端面）から長さ方向に伸びるよう形成された外部リード棒挿入用の有底筒孔１１ｂとを有する。この封止体１１の有底筒孔１１ａ、１１ｂの形状は、その内径が、挿入される内部リード棒１２および外部リード棒１３の外径に適合する大きさとされる。
【００２０】
封止体１１の有底筒孔１１ａ内には、先端部に金属コイルが巻かれることにより放電電極２２が形成された内部リード棒１２の基端部が挿入されて焼き締めによって一体的に固着されている。一方、有底筒孔１１ｂ内には、外部リード棒１３の基端部が挿入されて気密に密着した状態で固着されており、これにより、ランプ用電気導入体１０は、内部リード棒１２、封止体１１および外部リード棒１３が一体に連結されたものとなされている。
このような構成のランプ用導入体１０の封止体１１には、その表面全面に後述する耐酸化処理が施され、耐酸化膜が形成されている。
【００２１】
内部リード棒１２は、タングステン線よりなるものとされ、外部リード棒１３は、タングステン線またはモリブデン線などの金属線よりなるものとされる。そして、内部リード棒１２および外部リード棒１３の外径は、各々ランプに必要な電流容量を考慮して定められる。
また、この図の例においては、内部リード棒１２の基端部および外部リード棒１３の基端部の外周には、例えばモリブデン箔などの金属箔よりなる応力緩衝用部材２１ａ、２１ｂが巻回されて溶接されることによって装着されている。
【００２２】
封止体１１は、石英ガラスを主成分とする絶縁性材料成分と、導電性材料成分とよりなる石英焼結体により構成されており、この石英焼結体は、絶縁性材料成分と、導電性材料成分とが、その全体において均一に混合された状態のものであって実質的に均質なものである。
【００２３】
絶縁性材料成分は、石英ガラス成分を主成分とするものであるが、例えば３０体積％以下の範囲で石英ガラス以外の絶縁性材料成分を含有するものとすることもできる。
石英ガラス以外の絶縁性材料成分として好適に用いられる材料の具体例としては、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）、三酸化二硼素（Ｂ2 Ｏ3 ）などが挙げられる。
また、導電性材料成分として好適に用いられる材料の具体例としては、モリブデン、タングステンが挙げられる。
【００２４】
封止体１１においては、石英焼結体に係る導電性材料成分が５〜１０体積％であり、具体的に、導電性材料成分がタングステン成分である場合には、導電性材料成分の濃度が５〜８体積％であることが好ましく、６〜７体積％であることが特に好ましい。
また、導電性材料成分がモリブデン成分である場合には、石英焼結体に係る導電性材料成分の濃度が６〜１０体積％であることが好ましく、６〜８体積％であることが特に好ましい。
導電性材料成分の濃度が過大である場合には、石英焼結体の線膨張率が大きくなり、石英ガラス製の発光管を具えたランプにおいて、封止部に十分な気密密着状態を形成することが困難となる。
一方、導電性材料成分の濃度が過小である場合には、石英焼結体に実用上必要とされる導電性が得られなくなる。
【００２５】
そして、封止体１１を形成する石英焼結体においては、絶縁性材料成分および導電性材料成分は、いずれも、複数の粒子が密集したような形状を有する結晶粒様体として存在しているが、導線性材料成分に由来する結晶粒様体（以下、「導電性粒様体」ともいう。）は、絶縁性成分に由来する結晶粒様体（以下、「絶縁性粒様体」ともいう。）の周辺部分に存在し、しかも隣接する導電性粒様体が連続した組織状態となっている。
【００２６】
このような石英焼結体は、任意の断面における絶縁性粒様体の平均断面積が、導電性粒様体の平均断面積の１０倍以上のものである場合に、実用上必要とされる導電性を確実に確保することができる。
すなわち、石英焼結体においては、導電性粒様体が絶縁性粒様体に比して小さいものであるほど、高い導電性を得ることができる。
【００２７】
ここで、「絶縁性粒様体の平均断面積」とは、微視的組織の観察において測定される値であり、具体的には、封止体１１における任意の断面を研磨して得られる研磨面の一部を金属顕微鏡により撮影し、その画像における絶縁性粒様体の数およびそれらの絶縁性粒様体の断面積の合計（以下、「合計断面積」ともいう。）を求め、下記式（１）により算出される値である。すなわち、「絶縁性粒様体の平均断面積」は、実質的に封止体１１における絶縁性粒様体の平均的な大きさを示すものである。
また、「導電性粒様体の平均断面積」も「絶縁性粒様体の平均断面積」と同様の方法によって得られた導電性粒様体の数および合計断面積に基づき、下記式（１）により算出される値である。
【００２８】
【数１】
式（１）
平均断面積（μｍ2 ）＝合計断面積（μｍ2 ）／数
【００２９】
絶縁性粒様体および導電性粒様体の平均断面積の大きさは、石英焼結体を製造するために用いられる絶縁性材料の粉末の平均粒子径および導電性材料の粉末の平均粒子径の大きさや、絶縁性材料と導電性材料とを混合する手段の種類、条件などによって調整することができる。
【００３０】
また、封止体１１とされる石英焼結体は、線膨脹率が２×１０-7〜８×１０-7Ｋ-1の範囲内、すなわち、５×１０-7Ｋ-1の線膨脹率を有する石英ガラスとの線膨張率の差が±３×１０-7Ｋ-1の範囲内のものであることが必要とされる。このような封止体１１によるランプ用電気導入体１０によって形成された気密封止構造においては、気密密着状態を長時間にわたって確実に維持することができることとなる。
【００３１】
応力緩衝用部材２１ａ、２１ｂとしては、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルなどの金属箔、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルなどの粉末、若しくはモリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルなどの金属線などを用いることができる。
この応力緩衝用部材２１ａ、２１ｂによれば、封止体１１と、内部リード棒１２および外部リード棒１３とに係る線膨脹率の差によって封止体１１にクラックが生じることを確実に防止することができる。
【００３２】
封止体１１の耐酸化処理は、例えば、シリカ粉末を含み、ニトロセルロースおよび酢酸ブチルよりなるスラリーを、後述するランプ用電気導入体の製造方法の過程において得られる仮焼結体の表面に、例えばディッピング法などの方法によって塗布することによって塗布膜を形成し、この状態の仮焼結体を焼結処理することによって耐酸化膜を形成することによって行われる。
【００３３】
耐酸化処理によって形成される耐酸化膜によれば、封止体１１が大気中に露出される表面全面に形成されていることにより、当該封止体１１における導電性材料成分を構成する材料が酸化しやすい温度条件下においても、封止体１１の酸化を防止することができる。
また、この耐酸化膜が、ランプにおける発光空間に臨む表面に形成されている場合には、封止体１１に係る導電性材料の封入物との化学的な反応を防止することができ、当該導電性材料成分の発光空間への移動を妨げることができるため、長時間にわたってランプにおける安定した発光スペクトルを維持することができる。
【００３４】
以上の構成のランプ用電気導入体１０は、次のような方法によって製造することができる。
例えば、絶縁性材料の粉末と、導電性材料の粉末とを混合した混合粉末に、例えばステアリン酸などのバインダを加えて加熱する造粒処理を行うことにより混合処理粉末を得、この混合処理粉末をピン状の孔形成用成型部材が底部材に垂立して設けられた円筒状の成型用金型内に充填した後、ピン状の孔形成用成型部材を有する加圧用部材によって加圧することにより加圧成型体を得、この加圧成型体に対して、水素雰囲気中において例えば１０００〜１２００℃を最高加熱温度として加熱することにより、孔形成用成型部材が除去されて形成された有底筒孔１１ａ、１１ｂを有する仮焼結体を形成する。
この有底筒孔１１ａ、１１ｂは、例えば円柱状の仮焼結体に孔形成加工を施すことによって形成することも可能である。
【００３５】
この仮焼結体の有底筒孔１１ａ内に、先端部に放電電極２２が形成された内部リード棒１２の、例えばリボン状の金属箔を螺旋状に巻回することにより応力緩衝用部材２１ａが形成された基端部を挿入すると共に、有底筒孔１１ｂ内に外部リード棒１３の、例えばリボン状の金属箔を螺旋状に巻回することにより応力緩衝用部材２１ｂが形成された基端部を挿入し、この仮焼結体の表面全面に、例えばシリカ粉末を含むスラリーを、例えばディッピング法などの方法によって塗布した後、この状態で、真空中において、例えば１５００〜２０００℃を最高温度として焼結処理することにより、仮焼結体が最終的に焼結体とされ、その表面全面に耐酸化膜が形成されると同時に、当該焼結体よりなる封止体１１に、内部リード棒１２および外部リード棒１３がいわゆる焼き締めによって一体的に固着されて結合されてなる、ランプ用電気導入体１０が製造される。
【００３６】
以上において、絶縁性材料としては、平均粒子径３〜１００μｍ、特に１０〜５０μｍの粉末が好適に用いられる。
また、導電性材料としては、平均粒子径０．１〜１０μｍ、特に０．５〜５μｍの粉末が好適に用いられる。
【００３７】
ここで、絶縁性材料の粉末として、その平均粒子径が導電性材料の平均粒子径の１０倍以上の粉末を用いることにより、得られる石英焼結体を確実に導電性を有するものとすることができる。
【００３８】
以上のようなランプ用電気導入体１０においては、封止体１１を形成する石英焼結体においては、絶縁性粒様体に比して小さい粒様体である導電性粒様体が当該絶縁性粒様体の周辺部分に特定の割合で存在し、隣接する導電性の結晶粒様体が実質的に導電性を有する状態に連続した組織状態が形成されることにより、実用上十分な導電性を有するものとなる。
【００３９】
そして、石英焼結体よりなる封止体１１が、絶縁性材料成分として石英ガラス成分を含有するものであることから、バーナーなどによる加熱溶融により、石英ガラス製の発光管と溶着することができ、しかもなじみが優れたものとなり、その結果、封止体１１により、ランプの封止部における十分な気密密着状態が確実に形成され、しかもその気密密着状態は、石英焼結体と石英ガラスとの線膨張率の差が±３×１０-7Ｋ-1と小さいものであることから、長時間にわたって維持されるため、発光管が石英ガラスよりなる場合にも、容易に安定なランプの気密封止構造を形成することができる。
【００４０】
このように、ランプ用電気導入体１０においては、封止体１１を形成する石英焼結体が絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであって、実用上十分な導電性を有すると共に、石英ガラスと近似した線膨張率を有するという、２つの特性を有するものである。
【００４１】
図２は、上記のランプ用電気導入体１０を用いた、本発明のランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
このランプ３０は、ショートアーク型の放電ランプであって、３１は石英ガラスよりなる発光管であり、膨出部３２とこれに連結された筒状の封止管部３３とにより形成されている。そして、封止管部３３内にランプ用電気導入体１０の一端部分が配置されている。
ランプ用電気導入体１０は、一端面が膨出部３２の内部の発光空間に臨み、その一端から、先端に放電電極２２が設けられている内部リード棒１２が管軸方向に突出して伸びる状態とされており、当該封止管部３３が当該ランプ用電気導入体１０の封止体１１の外周面に溶着されることにより、封止部において気密封止構造が形成されている。そして、膨出部２１内には、水銀、その他の必要な発光物質が封入物として封止されている。
この図においては、封止体１１の外部リード棒１３が突出されている側に係る他端部分が、大気中に露出されている状態である。
【００４２】
以上の構成のランプ３０は、次のような方法によって製造することができる。
例えば、ランプ用電気導入体１０を、発光管用の石英ガラス管における封止管部となる部分に挿入し、封止体１１の一部分が石英ガラス管から露出するよう所定の位置に配置した後、当該石英ガラス管の一端側をバーナーなどで加熱することにより、当該石英ガラス管と封止体１１とを気密に溶着して一方の封止部を形成する。その後、石英ガラス管の他端側を介して、例えば水銀などの封入物を石英ガラス管内に導入した後、石英ガラス管を冷却しながら、当該石英ガラス管の他端側をバーナーなどで加熱することにより、当該石英ガラス管と封止体とを気密に溶着して他方の封止部を形成する。
このようにして、ランプ用電気導入体１０によって封止部の気密封止構造が形成されたランプ３０が形成される。
【００４３】
以上のような構成のランプ３０においては、絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであり、しかも実用上十分な導電性を有すると共に、石英ガラスと近似した線膨張率を有する、という２つの特性を有する石英焼結体よりなる封止体１１を具えたランプ用電気導入体１０によって形成されることにより、その製造が容易となると共に、安定で長い使用寿命を有するものとなる。
【００４４】
また、封止体１１を形成する石英焼結体が、絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであるため、封止体１１自体を短くすることが可能であることから、小型化することが可能であると共に、容易に製造することができ、その生産性を高いものとすることができる。
【００４５】
図示の例のランプ３０においては、ランプ用電気導入体１０の内部リード棒１２および外部リード棒１３が、その外周面に装着された応力緩衝用部材２１ａ、２１ｂを介して封止体１１に固定されているため、当該内部リード棒１２および外部リード棒１３と、石英焼結体との線膨脹率の差に起因して生じるストレスが緩和され、封止体１１にクラックが生じることを確実に防止することができる。従って、ランプ３０においては、封止部の気密封止構造が一層安定となり、長い使用寿命が得られる。
【００４６】
また、封止体１１の大気中に露出されるている表面全面に、耐酸化処理が施されて耐酸化膜が形成されているため、当該封止体１１における導電性材料成分を構成する材料が酸化されやすくなる温度条件下においても、封止体１１の酸化を防止することができる。
そして、耐酸化膜が、ランプ３０における発光空間に臨む表面全面にも形成されているため、封止体１１ににおける導電性材料の封入物との化学的な反応を防止することができ、これにより、当該導電性材料成分の発光空間への移動を妨げることができるため、ランプ３０は、長時間にわたって安定した発光スペクトルを維持することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ランプ３０は、ランプ用電気導入体１０に係る石英焼結体が石英ガラスの線膨張率と近似した線膨張率を有するものであるため、石英焼結体に係る仮焼結体からの本焼結体の形成と、ランプ３０に係る封止部の形成とを同時の加熱処理工程で行うことができる。この製造方法によれば、石英焼結体の本焼結処理と、ランプ３０の封止部の形成とを個別に行う必要がないことから、高い生産性が得られる。
具体的には、上記のランプ用電気導入体１０の製造方法に基づいてランプ用電気導入体１０とされる、内部リード棒１２および外部リード棒１３が挿入された状態の仮焼結体を得、この仮焼結体を、排気管を有する発光管用の石英ガラス管における封止管部となる部分に挿入し、当該仮焼結体の一部分が石英ガラス管から露出するよう所定の位置に配置した状態において適宜の条件で焼結処理することにより、仮焼結体が最終的に本焼結体とされてランプ用電気導入体１０が形成されると共に、発光管用の石英ガラス管における封止管部となる部分が縮径することによって当該石英ガラス管と、形成された焼結体よりなる２つの封止体１１とが気密に溶着されて封止部が形成される。その後、排気管を介して適宜の封入物を封入した後、当該排気管をチップオフすることによってランプ３０を製造することができる。
【００４８】
以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００４９】
〔実験例１〕
下記のようにして実験用サンプルを作製した。
＜サンプルの作製１＞
絶縁性材料としての平均粒子径３０μｍの石英ガラスの粉末と、導電性材料としての平均粒子径１μｍのタングステンの粉末との混合粉末に、バインダとしてステアリン酸を加えて加熱する造粒処理を行うことによって混合処理粉末を得、この混合処理粉末を成型用金型内に充填し、加圧して円柱状の加圧成型体を形成し、この加圧成型体を水素雰囲気中において１２００℃で加熱して仮焼結体を得、その後、この仮焼結体を真空中において１７５０℃で焼結処理し、導電性材料成分の濃度が６体積％であり、外径２．１ｍｍ、全長８ｍｍの焼結体である石英焼結体のサンプルを作製した。
【００５０】
絶縁性材料としての石英ガラスの粉末と、導電性材料としてのタングステンの粉末とを用い、その混合割合を変更したこと以外はサンプルの作製１と同様の方法によってタングステン成分の濃度が異なる複数の実験用サンプルを作製した。また、導電性材料として、平均粒子径１μｍのモリブデンの粉末を用い、その混合割合を変更したこと以外はサンプルの作製１と同様の方法によってモリブデン成分の濃度が異なる複数の実験用サンプルを作製した。
【００５１】
以上のようにして得られた各々のサンプルについて、線膨張率を測定した。その結果を図３に示す。
図において、黒丸はタングステン成分を含有するサンプルの測定値を示し、白丸はモリブデン成分を含有するサンプルの測定値を示す。
【００５２】
また、得られた各々のサンプルについて、比抵抗（Ω・ｃｍ）を測定した。その結果を図４に示す。
図において、黒丸はタングステン成分を含有するサンプルの測定値を示し、白丸はモリブデン成分を含有するサンプルの測定値を示す。
【００５３】
以上の実験の結果、導電性材料成分がタングステン成分である場合には、タングステン成分の濃度が５体積％以上である場合には、比抵抗が０．０５Ω・ｃｍ以下と大幅に小さくなり、また、タングステン成分の濃度が８体積％以下である場合には、線膨張率が２×１０-7〜８×１０-7Ｋ-1の範囲内となることが理解される。
また、導電性材料成分がモリブデン成分である場合には、モリブデン成分の濃度が６体積％以上である場合には、比抵抗が０．０５Ω・ｃｍ以下と大幅に小さくなり、また、モリブデン成分の濃度が１０体積％以下である場合には、線膨張率が２×１０-7〜８×１０-7Ｋ-1の範囲内となることが理解される。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明がこれによって制限されるものではない。
【００５５】
＜実施例１＞
図１に示す構成に従い、下記の方法によってランプ用電気導入体を得て、そのランプ用電気導入体を用い、図２に示す構成に従い、高圧水銀ランプを下記のようにして作製した。
絶縁性材料としての平均粒子径３０μｍの石英ガラスの粉末と、導電性材料としての平均粒子径３μｍのタングステンの粉末とを混合した、タングステンの粉末の含有割合が６体積％の混合粉末に、バインダとしてステアリン酸を加えて加熱する造粒処理を行うことにより混合処理粉末を得、この混合処理粉末を、ピン状の孔形成用成型部材が底部材に垂立して設けられた円筒状の成型用金型内に充填した後、ピン状の孔形成用成型部材を有する加圧用部材によって加圧することにより加圧成型体を得、この加圧成型体に対して、水素雰囲気中において例えば１２００℃を最高加熱温度として加熱することにより、孔形成用成型部材が除去されて形成された内部リード棒挿入用および外部リード棒挿入用の有底筒孔を有する仮焼結体を形成した。
【００５６】
そして、内部リード棒挿入用の有底筒孔内に、その先端に外径０．２ｍｍのタングステン線を巻き付けた放電電極を有し、その後端部分に厚み２０μｍ、幅２ｍｍのリボン状のモリブデン箔を螺旋状に巻回することによって応力緩衝用部材を形成した外径０．７ｍｍのタングステン棒の後端部分を挿入させ、また、外部リード棒挿入用有底筒孔内に、その一端部分に厚み２０μｍ、幅２ｍｍのリボン状のモリブデン箔を螺旋状に巻回することによって応力緩衝用部材を形成した外径０．７ｍｍタングステン棒の一端部分を挿入させた状態とし、この仮焼結体の表面全面に、平均粒子径５μｍのシリカ粉末を含むスラリーを、ディッピング法によって塗布した後、真空中において１７５０℃の焼結処理を行い、外径２．１ｍｍ、全長８ｍｍの円柱状の石英焼結体よりなる封止体に内部リード棒および外部リード棒が一体的に固定保持され、封止体の表面全面に耐酸化膜が形成されたランプ用電気導入体を得た。
【００５７】
得られたランプ用電気導入体に係る石英焼結体の線膨張率は、７×１０-7Ｋ-1であり、また、絶縁性粒様体の平均断面積は、導線性粒様体の平均断面積の１０倍であった。
【００５８】
また、以上の方法によって得られたランプ用電気導入体を、発光管用の石英ガラス管における封止管部となる部分に挿入し、封止体の一部分が石英ガラス管から露出するよう所定の位置に配置した後、当該石英ガラス管の一端側をバーナーで加熱することにより、当該石英ガラス管と封止体とを気密に溶着し、その後、石英ガラス管の他端側を介して封入物としての水銀、アルゴンを石英ガラス管内に導入した後、石英ガラス管を冷却しながら、当該石英ガラス管の他端側をバーナーなどで加熱して、当該石英ガラス管と封止体とを気密に溶着することにより、合計１０本の高圧水銀ランプを製造した。この製造においては、封止部を形成する際に溶着部分にクラックを生じるものはなかった。
この１０本の高圧水銀ランプは、各々、発光管における発光空間の容積が１２０ｍｍ3 、電極間距離が１．２ｍｍであり、発光物質としての水銀１７ｍｇが封入されてなる、定格電圧が６０Ｖ、定格ランプ電力が１６０Ｗのランプである。
【００５９】
このように作製された高圧水銀ランプを定格条件で点灯したところ、その発光効率は６０ルーメン（ｌｍ）／Ｗであって、全ての高圧水銀ランプにおいて安定した点灯状態が得られ、動作中にクラックが生じず、また、封止体が酸化することもなく、使用寿命が長いものであることが確認された。
【００６０】
＜実施例２＞
導電性材料の粉末として平均粒子径１μｍのモリブデンを用いたこと以外は実施例１と同様の方法によってランプ用電気導入体を作製し、そのランプ用電気導入体を用いたこと以外は実施例１と同様の方法によって高圧水銀ランプを１０本作製した。
得られたランプ用電気導入体に係る石英焼結体の線膨張率は、６×１０-7Ｋ-1であり、また、絶縁性粒様体の平均断面積は、導線性粒様体の平均断面積の３０倍であった。
また、ランプの製造においても、封止部を形成する際に溶着部分にクラックを生じるものはなかった。
【００６１】
このように作製した高圧水銀ランプを定格条件で点灯したところ、その発光効率は６０ルーメン（ｌｍ）／Ｗであって、全ての水銀ランプにおいて安定した点灯状態が得られ、動作中にクラックが生じず、また、封止体が酸化することもなく、使用寿命が長いものであることが確認された。
【００６２】
【発明の効果】
本発明のランプ用電気導入体によれば、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体においては、導電性の結晶粒様体が絶縁性の結晶粒様体の周辺部分に特定の割合で存在し、隣接する導電性の結晶粒様体が連続した組織状態が形成されることにより、実用上十分な導電性を有するものとなる。
そして、導電性石英ガラス焼結体よりなる封止体が、絶縁性材料成分として石英ガラス成分を含有するものであることから石英ガラス製の発光管とバーナーなどによる加熱溶融で溶着することができ、溶融部分のなじみが優れたものとなり、その結果、当該封止体により、十分な気密密着状態が確実に形成され、しかもその気密密着状態は、導電性石英ガラス焼結体の線膨張率が石英ガラスと近似したものであることから、長時間にわたって維持されるため、発光管が石英ガラスである場合にも、容易に安定なランプの気密封止構造を形成することができる。
このように、本発明のランプ用電気導入体においては、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体が絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであって、実用上十分な導電性を有すると共に、石英ガラスと近似した線膨張率を有するという、２つの特性を有するものである。
【００６３】
本発明のランプによれば、上記のランプ用電気導入体によって、気密封止構造が形成されることにより、その製造が容易となると共に、安定で長い使用寿命を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のランプ用電気導入体の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図２】本発明のランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
【図３】線膨張率と導電性材料成分の濃度との関係を示す説明図である。
【図４】比抵抗と導電性材料成分の濃度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ ランプ用電気導入体
１１ 封止体
１１ａ、１１ｂ 有底筒孔
１２ 内部リード棒
１３ 外部リード棒
２１ａ、２１ｂ 応力緩衝用部材
２２ 放電電極
３０ ランプ
３１ 発光管
３２ 膨出部
３３ 封止管部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプ用電気導入体および当該ランプ用電気導入体を具えたランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電ランプ、白熱ランプなどの種々のランプの発光管材料として石英ガラスが好ましく利用されており、このような石英ガラス製の発光管を具えたランプの封止部における電気導入路を形成する気密封止構造としては、電気導入体として金属箔を用いる、いわゆる箔シール構造や、導電性無機物質成分と絶縁性無機物質成分とよりなり、導電性無機物質成分の濃度が連続あるいは段階的に変化する傾斜機能材料により構成された封止体などを用いる構造（例えば、特開平１０−１７２５１４号公報参照）などが知られている。
【０００３】
箔シール構造を有するランプにおいては、封止部における気密密着状態を達成するために、通常、厚み約１５〜３０μｍの金属箔が使用されているが、この１枚の金属箔に流すことのできる電流値が制限されてしまうため、大電流を流すことが必要とされるランプにおいては、複数枚の金属箔を用いる必要があって気密封止構造が複雑となり、その結果、生産性の低いものとなる、という問題がある。
【０００４】
また、傾斜機能材料製の封止体を用いる構造を有するランプにおいては、箔シール構造を有するものとは異なり、大きな電流容量が得られ、また、放電ランプにおける電極の偏心が少ないことなどの利点もあるが、発光管とリード棒とに係る線膨脹率の差に起因するストレスを、導電性無機物質成分の濃度の異なる複数の部分による積層構造によって緩和するものであるため、結局、封止体自体が必然的に長くなってしまうと共に、導電性無機物質成分の濃度の異なる複数の部分を有する傾斜機能材料の製作に多くの手間がかかり、高い生産性が得られない、という問題がある。
【０００５】
一方、発光管が石英ガラス以外の、例えばアルミナなどの透光性セラミックスよりなるランプにおいては、電気導入体として、アルミナを主成分とし、例えばモリブデンやタングステンなどの導電性無機物質成分を含有した材料によって形成される導電性サーメットよりなる封止体を用いる構造が知られている。
この導電性サーメットは、傾斜機能材料とは異なり、その全体において導電性無機物質成分と絶縁性無機物質成分とが均一に混合されており、発光管とリード棒とに係る線膨脹率の差に起因するストレスを緩和させるための特別な構造をそれ自体において形成する必要がなく、従って、封止体自体を短くすることが可能であると共に、当該導電性サーメットを用いた気密封止構造を有するランプは、傾斜機能材料を用いたランプに比して作製が容易で高い生産性が得られる、という利点を有する。
【０００６】
以上のことから、石英ガラス製の発光管を有するランプにおいても、上記の導電性サーメットを封止体として用いることにより、その作製が容易となる可能性がある、と考えられる。
【０００７】
しかしながら、例えばアルミナを主成分とした導電性サーメットを封止体とする電気導入体を用いて石英ガラス製の発光管を具えたランプを作製しようとすると、実際上、封止部における気密封止構造を形成する際に、封止体と発光管用の石英ガラス管との溶着部分にクラックが生じやすく、しかも、得られたランプにおいては、その動作の際に、発光管と封止体である導電性サーメットとの溶着部分の近傍にクラックを生じることがあることが明らかとなった。
【０００８】
この製造上および動作時におけるクラックの発生は、発光管を構成する石英ガラスと、電気導入体の封止体を構成する材料との線膨脹率の差が大きいことに起因すると考えられるものの、例えばモリブデンやタングステンなどの導電性無機物質成分とされる材料は、石英ガラスよりも極めて大きい線膨脹率を有するものであるため、石英ガラスと同程度の線膨脹率を有し、しかも電気導入路を形成するために十分な導電性を有する封止体を作製することは知られていない。
このように、石英ガラス製の発光管を具えたランプにおいては、実際に実用上必要とされる導電性を有するランプ用電気導入体によって、安定な気密封止構造を容易に形成することができない、という問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
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、石英ガラス製の発光管を具えたランプにおいて、封止体が均質なものにより形成されるものであっても実用上十分な導電性を有すると共に、容易に安定な気密封止構造を形成することのできるランプ用電気導入体を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、容易に製造することができ、封止部の気密封止構造が安定であって長い使用寿命を有するランプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のランプ用電気導入体は、石英ガラス製の発光管を具えてなるランプにおける気密封止構造を形成し、発光管内に電気を導入するための封止体と、その基端部が当該封止体に埋設されてこの封止体の一端から突出する内部リード棒と、その基端部が当該封止体に埋設されてこの封止体の他端から突出する外部リード棒とよりなるランプ用電気導入体であって、
前記封止体は、石英ガラスを主成分とする絶縁性材料成分と、導電性材料成分とよりなる実質的に均質な導電性石英ガラス焼結体により構成され、
前記導電性石英ガラス焼結体における前記導電性材料成分の濃度が５〜１０体積％であると共に、その任意の断面における絶縁性材料成分に由来する結晶粒様体の平均断面積が、導電性材料成分に由来する結晶粒様体の平均断面積の１０倍以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のランプ用電気導入体においては、導電性石英ガラス焼結体における導電性材料成分がタングステン成分である場合には、当該導電性材料成分の濃度が５〜８体積％であることが好ましく、また、導電性材料成分がモリブデン成分である場合には、当該導電性材料成分の濃度が６〜１０体積％であることが好ましい。
【００１３】
本発明のランプ用電気導入体においては、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体の線膨脹率が２×１０-7〜８×１０-7Ｋ-1であることが必要とされる。
【００１４】
本発明のランプ用電気導入体は、リード棒が、その外周に装着された応力緩衝用部材を介して封止体に固定されていることが好ましく、また、封止体の露出されるべき表面に耐酸化処理が施されていることが好ましい。
【００１５】
本発明のランプ用電気導入体においては、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体が、平均粒子径３〜１００μｍの絶縁性材料の粉末と、平均粒子径０．１〜１０μｍの導電性材料の粉末との混合粉末の焼結体であることが好ましい。
【００１６】
本発明のランプは、石英ガラス製の発光管と、上記のランプ用電気導入体とを具えてなることを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明のランプ用電気導入体によれば、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体（以下、単に「石英焼結体」ともいう。）においては、導電性の結晶粒様体が絶縁性の結晶粒様体の周辺部分に特定の割合で存在し、隣接する導電性の結晶粒様体が連続した組織状態が形成されることにより、実用上十分な導電性を有するものとなる。
そして、石英焼結体よりなる封止体が、絶縁性材料成分として石英ガラス成分を含有するものであることから石英ガラス製の発光管とのなじみが優れたものとなり、その結果、当該封止体をバーナーなどで加熱し溶融させ、発光管と溶着することによって十分な気密密着状態が確実に形成され、しかもその気密密着状態は、石英焼結体の線膨張率が石英ガラスと近似したものであることから、長時間にわたって維持されるため、発光管が石英ガラスである場合にも、容易に安定なランプの気密封止構造を形成することができる。
このように、本発明のランプ用電気導入体においては、封止体を形成する石英焼結体が絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであって、実用上十分な導電性を有すると共に、石英ガラスと近似した線膨張率を有するという、２つの特性を有するものである。
【００１８】
本発明のランプによれば、上記のランプ用電気導入体によって、気密封止構造が形成されることにより、その製造が容易となると共に、安定で長い使用寿命を有するものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明のランプ用電気導入体の一例における構成を示す説明用断面図である。このランプ用電気導入体１０は、円柱状の封止体１１を具えてなり、この封止体１１は、一端面（図１において左端面）から長さ方向に伸びるよう形成された内部リード棒挿入用の有底筒孔１１ａと、他端面（図１において右端面）から長さ方向に伸びるよう形成された外部リード棒挿入用の有底筒孔１１ｂとを有する。この封止体１１の有底筒孔１１ａ、１１ｂの形状は、その内径が、挿入される内部リード棒１２および外部リード棒１３の外径に適合する大きさとされる。
【００２０】
封止体１１の有底筒孔１１ａ内には、先端部に金属コイルが巻かれることにより放電電極２２が形成された内部リード棒１２の基端部が挿入されて焼き締めによって一体的に固着されている。一方、有底筒孔１１ｂ内には、外部リード棒１３の基端部が挿入されて気密に密着した状態で固着されており、これにより、ランプ用電気導入体１０は、内部リード棒１２、封止体１１および外部リード棒１３が一体に連結されたものとなされている。
このような構成のランプ用導入体１０の封止体１１には、その表面全面に後述する耐酸化処理が施され、耐酸化膜が形成されている。
【００２１】
内部リード棒１２は、タングステン線よりなるものとされ、外部リード棒１３は、タングステン線またはモリブデン線などの金属線よりなるものとされる。そして、内部リード棒１２および外部リード棒１３の外径は、各々ランプに必要な電流容量を考慮して定められる。
また、この図の例においては、内部リード棒１２の基端部および外部リード棒１３の基端部の外周には、例えばモリブデン箔などの金属箔よりなる応力緩衝用部材２１ａ、２１ｂが巻回されて溶接されることによって装着されている。
【００２２】
封止体１１は、石英ガラスを主成分とする絶縁性材料成分と、導電性材料成分とよりなる石英焼結体により構成されており、この石英焼結体は、絶縁性材料成分と、導電性材料成分とが、その全体において均一に混合された状態のものであって実質的に均質なものである。
【００２３】
絶縁性材料成分は、石英ガラス成分を主成分とするものであるが、例えば３０体積％以下の範囲で石英ガラス以外の絶縁性材料成分を含有するものとすることもできる。
石英ガラス以外の絶縁性材料成分として好適に用いられる材料の具体例としては、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）、三酸化二硼素（Ｂ2 Ｏ3 ）などが挙げられる。
また、導電性材料成分として好適に用いられる材料の具体例としては、モリブデン、タングステンが挙げられる。
【００２４】
封止体１１においては、石英焼結体に係る導電性材料成分が５〜１０体積％であり、具体的に、導電性材料成分がタングステン成分である場合には、導電性材料成分の濃度が５〜８体積％であることが好ましく、６〜７体積％であることが特に好ましい。
また、導電性材料成分がモリブデン成分である場合には、石英焼結体に係る導電性材料成分の濃度が６〜１０体積％であることが好ましく、６〜８体積％であることが特に好ましい。
導電性材料成分の濃度が過大である場合には、石英焼結体の線膨張率が大きくなり、石英ガラス製の発光管を具えたランプにおいて、封止部に十分な気密密着状態を形成することが困難となる。
一方、導電性材料成分の濃度が過小である場合には、石英焼結体に実用上必要とされる導電性が得られなくなる。
【００２５】
そして、封止体１１を形成する石英焼結体においては、絶縁性材料成分および導電性材料成分は、いずれも、複数の粒子が密集したような形状を有する結晶粒様体として存在しているが、導線性材料成分に由来する結晶粒様体（以下、「導電性粒様体」ともいう。）は、絶縁性成分に由来する結晶粒様体（以下、「絶縁性粒様体」ともいう。）の周辺部分に存在し、しかも隣接する導電性粒様体が連続した組織状態となっている。
【００２６】
このような石英焼結体は、任意の断面における絶縁性粒様体の平均断面積が、導電性粒様体の平均断面積の１０倍以上のものである場合に、実用上必要とされる導電性を確実に確保することができる。
すなわち、石英焼結体においては、導電性粒様体が絶縁性粒様体に比して小さいものであるほど、高い導電性を得ることができる。
【００２７】
ここで、「絶縁性粒様体の平均断面積」とは、微視的組織の観察において測定される値であり、具体的には、封止体１１における任意の断面を研磨して得られる研磨面の一部を金属顕微鏡により撮影し、その画像における絶縁性粒様体の数およびそれらの絶縁性粒様体の断面積の合計（以下、「合計断面積」ともいう。）を求め、下記式（１）により算出される値である。すなわち、「絶縁性粒様体の平均断面積」は、実質的に封止体１１における絶縁性粒様体の平均的な大きさを示すものである。
また、「導電性粒様体の平均断面積」も「絶縁性粒様体の平均断面積」と同様の方法によって得られた導電性粒様体の数および合計断面積に基づき、下記式（１）により算出される値である。
【００２８】
【数１】
式（１）
平均断面積（μｍ2 ）＝合計断面積（μｍ2 ）／数
【００２９】
絶縁性粒様体および導電性粒様体の平均断面積の大きさは、石英焼結体を製造するために用いられる絶縁性材料の粉末の平均粒子径および導電性材料の粉末の平均粒子径の大きさや、絶縁性材料と導電性材料とを混合する手段の種類、条件などによって調整することができる。
【００３０】
また、封止体１１とされる石英焼結体は、線膨脹率が２×１０-7〜８×１０-7Ｋ-1の範囲内、すなわち、５×１０-7Ｋ-1の線膨脹率を有する石英ガラスとの線膨張率の差が±３×１０-7Ｋ-1の範囲内のものであることが必要とされる。このような封止体１１によるランプ用電気導入体１０によって形成された気密封止構造においては、気密密着状態を長時間にわたって確実に維持することができることとなる。
【００３１】
応力緩衝用部材２１ａ、２１ｂとしては、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルなどの金属箔、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルなどの粉末、若しくはモリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルなどの金属線などを用いることができる。
この応力緩衝用部材２１ａ、２１ｂによれば、封止体１１と、内部リード棒１２および外部リード棒１３とに係る線膨脹率の差によって封止体１１にクラックが生じることを確実に防止することができる。
【００３２】
封止体１１の耐酸化処理は、例えば、シリカ粉末を含み、ニトロセルロースおよび酢酸ブチルよりなるスラリーを、後述するランプ用電気導入体の製造方法の過程において得られる仮焼結体の表面に、例えばディッピング法などの方法によって塗布することによって塗布膜を形成し、この状態の仮焼結体を焼結処理することによって耐酸化膜を形成することによって行われる。
【００３３】
耐酸化処理によって形成される耐酸化膜によれば、封止体１１が大気中に露出される表面全面に形成されていることにより、当該封止体１１における導電性材料成分を構成する材料が酸化しやすい温度条件下においても、封止体１１の酸化を防止することができる。
また、この耐酸化膜が、ランプにおける発光空間に臨む表面に形成されている場合には、封止体１１に係る導電性材料の封入物との化学的な反応を防止することができ、当該導電性材料成分の発光空間への移動を妨げることができるため、長時間にわたってランプにおける安定した発光スペクトルを維持することができる。
【００３４】
以上の構成のランプ用電気導入体１０は、次のような方法によって製造することができる。
例えば、絶縁性材料の粉末と、導電性材料の粉末とを混合した混合粉末に、例えばステアリン酸などのバインダを加えて加熱する造粒処理を行うことにより混合処理粉末を得、この混合処理粉末をピン状の孔形成用成型部材が底部材に垂立して設けられた円筒状の成型用金型内に充填した後、ピン状の孔形成用成型部材を有する加圧用部材によって加圧することにより加圧成型体を得、この加圧成型体に対して、水素雰囲気中において例えば１０００〜１２００℃を最高加熱温度として加熱することにより、孔形成用成型部材が除去されて形成された有底筒孔１１ａ、１１ｂを有する仮焼結体を形成する。
この有底筒孔１１ａ、１１ｂは、例えば円柱状の仮焼結体に孔形成加工を施すことによって形成することも可能である。
【００３５】
この仮焼結体の有底筒孔１１ａ内に、先端部に放電電極２２が形成された内部リード棒１２の、例えばリボン状の金属箔を螺旋状に巻回することにより応力緩衝用部材２１ａが形成された基端部を挿入すると共に、有底筒孔１１ｂ内に外部リード棒１３の、例えばリボン状の金属箔を螺旋状に巻回することにより応力緩衝用部材２１ｂが形成された基端部を挿入し、この仮焼結体の表面全面に、例えばシリカ粉末を含むスラリーを、例えばディッピング法などの方法によって塗布した後、この状態で、真空中において、例えば１５００〜２０００℃を最高温度として焼結処理することにより、仮焼結体が最終的に焼結体とされ、その表面全面に耐酸化膜が形成されると同時に、当該焼結体よりなる封止体１１に、内部リード棒１２および外部リード棒１３がいわゆる焼き締めによって一体的に固着されて結合されてなる、ランプ用電気導入体１０が製造される。
【００３６】
以上において、絶縁性材料としては、平均粒子径３〜１００μｍ、特に１０〜５０μｍの粉末が好適に用いられる。
また、導電性材料としては、平均粒子径０．１〜１０μｍ、特に０．５〜５μｍの粉末が好適に用いられる。
【００３７】
ここで、絶縁性材料の粉末として、その平均粒子径が導電性材料の平均粒子径の１０倍以上の粉末を用いることにより、得られる石英焼結体を確実に導電性を有するものとすることができる。
【００３８】
以上のようなランプ用電気導入体１０においては、封止体１１を形成する石英焼結体においては、絶縁性粒様体に比して小さい粒様体である導電性粒様体が当該絶縁性粒様体の周辺部分に特定の割合で存在し、隣接する導電性の結晶粒様体が実質的に導電性を有する状態に連続した組織状態が形成されることにより、実用上十分な導電性を有するものとなる。
【００３９】
そして、石英焼結体よりなる封止体１１が、絶縁性材料成分として石英ガラス成分を含有するものであることから、バーナーなどによる加熱溶融により、石英ガラス製の発光管と溶着することができ、しかもなじみが優れたものとなり、その結果、封止体１１により、ランプの封止部における十分な気密密着状態が確実に形成され、しかもその気密密着状態は、石英焼結体と石英ガラスとの線膨張率の差が±３×１０-7Ｋ-1と小さいものであることから、長時間にわたって維持されるため、発光管が石英ガラスよりなる場合にも、容易に安定なランプの気密封止構造を形成することができる。
【００４０】
このように、ランプ用電気導入体１０においては、封止体１１を形成する石英焼結体が絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであって、実用上十分な導電性を有すると共に、石英ガラスと近似した線膨張率を有するという、２つの特性を有するものである。
【００４１】
図２は、上記のランプ用電気導入体１０を用いた、本発明のランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
このランプ３０は、ショートアーク型の放電ランプであって、３１は石英ガラスよりなる発光管であり、膨出部３２とこれに連結された筒状の封止管部３３とにより形成されている。そして、封止管部３３内にランプ用電気導入体１０の一端部分が配置されている。
ランプ用電気導入体１０は、一端面が膨出部３２の内部の発光空間に臨み、その一端から、先端に放電電極２２が設けられている内部リード棒１２が管軸方向に突出して伸びる状態とされており、当該封止管部３３が当該ランプ用電気導入体１０の封止体１１の外周面に溶着されることにより、封止部において気密封止構造が形成されている。そして、膨出部２１内には、水銀、その他の必要な発光物質が封入物として封止されている。
この図においては、封止体１１の外部リード棒１３が突出されている側に係る他端部分が、大気中に露出されている状態である。
【００４２】
以上の構成のランプ３０は、次のような方法によって製造することができる。
例えば、ランプ用電気導入体１０を、発光管用の石英ガラス管における封止管部となる部分に挿入し、封止体１１の一部分が石英ガラス管から露出するよう所定の位置に配置した後、当該石英ガラス管の一端側をバーナーなどで加熱することにより、当該石英ガラス管と封止体１１とを気密に溶着して一方の封止部を形成する。その後、石英ガラス管の他端側を介して、例えば水銀などの封入物を石英ガラス管内に導入した後、石英ガラス管を冷却しながら、当該石英ガラス管の他端側をバーナーなどで加熱することにより、当該石英ガラス管と封止体とを気密に溶着して他方の封止部を形成する。
このようにして、ランプ用電気導入体１０によって封止部の気密封止構造が形成されたランプ３０が形成される。
【００４３】
以上のような構成のランプ３０においては、絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであり、しかも実用上十分な導電性を有すると共に、石英ガラスと近似した線膨張率を有する、という２つの特性を有する石英焼結体よりなる封止体１１を具えたランプ用電気導入体１０によって形成されることにより、その製造が容易となると共に、安定で長い使用寿命を有するものとなる。
【００４４】
また、封止体１１を形成する石英焼結体が、絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであるため、封止体１１自体を短くすることが可能であることから、小型化することが可能であると共に、容易に製造することができ、その生産性を高いものとすることができる。
【００４５】
図示の例のランプ３０においては、ランプ用電気導入体１０の内部リード棒１２および外部リード棒１３が、その外周面に装着された応力緩衝用部材２１ａ、２１ｂを介して封止体１１に固定されているため、当該内部リード棒１２および外部リード棒１３と、石英焼結体との線膨脹率の差に起因して生じるストレスが緩和され、封止体１１にクラックが生じることを確実に防止することができる。従って、ランプ３０においては、封止部の気密封止構造が一層安定となり、長い使用寿命が得られる。
【００４６】
また、封止体１１の大気中に露出されるている表面全面に、耐酸化処理が施されて耐酸化膜が形成されているため、当該封止体１１における導電性材料成分を構成する材料が酸化されやすくなる温度条件下においても、封止体１１の酸化を防止することができる。
そして、耐酸化膜が、ランプ３０における発光空間に臨む表面全面にも形成されているため、封止体１１ににおける導電性材料の封入物との化学的な反応を防止することができ、これにより、当該導電性材料成分の発光空間への移動を妨げることができるため、ランプ３０は、長時間にわたって安定した発光スペクトルを維持することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ランプ３０は、ランプ用電気導入体１０に係る石英焼結体が石英ガラスの線膨張率と近似した線膨張率を有するものであるため、石英焼結体に係る仮焼結体からの本焼結体の形成と、ランプ３０に係る封止部の形成とを同時の加熱処理工程で行うことができる。この製造方法によれば、石英焼結体の本焼結処理と、ランプ３０の封止部の形成とを個別に行う必要がないことから、高い生産性が得られる。
具体的には、上記のランプ用電気導入体１０の製造方法に基づいてランプ用電気導入体１０とされる、内部リード棒１２および外部リード棒１３が挿入された状態の仮焼結体を得、この仮焼結体を、排気管を有する発光管用の石英ガラス管における封止管部となる部分に挿入し、当該仮焼結体の一部分が石英ガラス管から露出するよう所定の位置に配置した状態において適宜の条件で焼結処理することにより、仮焼結体が最終的に本焼結体とされてランプ用電気導入体１０が形成されると共に、発光管用の石英ガラス管における封止管部となる部分が縮径することによって当該石英ガラス管と、形成された焼結体よりなる２つの封止体１１とが気密に溶着されて封止部が形成される。その後、排気管を介して適宜の封入物を封入した後、当該排気管をチップオフすることによってランプ３０を製造することができる。
【００４８】
以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００４９】
〔実験例１〕
下記のようにして実験用サンプルを作製した。
＜サンプルの作製１＞
絶縁性材料としての平均粒子径３０μｍの石英ガラスの粉末と、導電性材料としての平均粒子径１μｍのタングステンの粉末との混合粉末に、バインダとしてステアリン酸を加えて加熱する造粒処理を行うことによって混合処理粉末を得、この混合処理粉末を成型用金型内に充填し、加圧して円柱状の加圧成型体を形成し、この加圧成型体を水素雰囲気中において１２００℃で加熱して仮焼結体を得、その後、この仮焼結体を真空中において１７５０℃で焼結処理し、導電性材料成分の濃度が６体積％であり、外径２．１ｍｍ、全長８ｍｍの焼結体である石英焼結体のサンプルを作製した。
【００５０】
絶縁性材料としての石英ガラスの粉末と、導電性材料としてのタングステンの粉末とを用い、その混合割合を変更したこと以外はサンプルの作製１と同様の方法によってタングステン成分の濃度が異なる複数の実験用サンプルを作製した。また、導電性材料として、平均粒子径１μｍのモリブデンの粉末を用い、その混合割合を変更したこと以外はサンプルの作製１と同様の方法によってモリブデン成分の濃度が異なる複数の実験用サンプルを作製した。
【００５１】
以上のようにして得られた各々のサンプルについて、線膨張率を測定した。その結果を図３に示す。
図において、黒丸はタングステン成分を含有するサンプルの測定値を示し、白丸はモリブデン成分を含有するサンプルの測定値を示す。
【００５２】
また、得られた各々のサンプルについて、比抵抗（Ω・ｃｍ）を測定した。その結果を図４に示す。
図において、黒丸はタングステン成分を含有するサンプルの測定値を示し、白丸はモリブデン成分を含有するサンプルの測定値を示す。
【００５３】
以上の実験の結果、導電性材料成分がタングステン成分である場合には、タングステン成分の濃度が５体積％以上である場合には、比抵抗が０．０５Ω・ｃｍ以下と大幅に小さくなり、また、タングステン成分の濃度が８体積％以下である場合には、線膨張率が２×１０-7〜８×１０-7Ｋ-1の範囲内となることが理解される。
また、導電性材料成分がモリブデン成分である場合には、モリブデン成分の濃度が６体積％以上である場合には、比抵抗が０．０５Ω・ｃｍ以下と大幅に小さくなり、また、モリブデン成分の濃度が１０体積％以下である場合には、線膨張率が２×１０-7〜８×１０-7Ｋ-1の範囲内となることが理解される。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明がこれによって制限されるものではない。
【００５５】
＜実施例１＞
図１に示す構成に従い、下記の方法によってランプ用電気導入体を得て、そのランプ用電気導入体を用い、図２に示す構成に従い、高圧水銀ランプを下記のようにして作製した。
絶縁性材料としての平均粒子径３０μｍの石英ガラスの粉末と、導電性材料としての平均粒子径３μｍのタングステンの粉末とを混合した、タングステンの粉末の含有割合が６体積％の混合粉末に、バインダとしてステアリン酸を加えて加熱する造粒処理を行うことにより混合処理粉末を得、この混合処理粉末を、ピン状の孔形成用成型部材が底部材に垂立して設けられた円筒状の成型用金型内に充填した後、ピン状の孔形成用成型部材を有する加圧用部材によって加圧することにより加圧成型体を得、この加圧成型体に対して、水素雰囲気中において例えば１２００℃を最高加熱温度として加熱することにより、孔形成用成型部材が除去されて形成された内部リード棒挿入用および外部リード棒挿入用の有底筒孔を有する仮焼結体を形成した。
【００５６】
そして、内部リード棒挿入用の有底筒孔内に、その先端に外径０．２ｍｍのタングステン線を巻き付けた放電電極を有し、その後端部分に厚み２０μｍ、幅２ｍｍのリボン状のモリブデン箔を螺旋状に巻回することによって応力緩衝用部材を形成した外径０．７ｍｍのタングステン棒の後端部分を挿入させ、また、外部リード棒挿入用有底筒孔内に、その一端部分に厚み２０μｍ、幅２ｍｍのリボン状のモリブデン箔を螺旋状に巻回することによって応力緩衝用部材を形成した外径０．７ｍｍタングステン棒の一端部分を挿入させた状態とし、この仮焼結体の表面全面に、平均粒子径５μｍのシリカ粉末を含むスラリーを、ディッピング法によって塗布した後、真空中において１７５０℃の焼結処理を行い、外径２．１ｍｍ、全長８ｍｍの円柱状の石英焼結体よりなる封止体に内部リード棒および外部リード棒が一体的に固定保持され、封止体の表面全面に耐酸化膜が形成されたランプ用電気導入体を得た。
【００５７】
得られたランプ用電気導入体に係る石英焼結体の線膨張率は、７×１０-7Ｋ-1であり、また、絶縁性粒様体の平均断面積は、導線性粒様体の平均断面積の１０倍であった。
【００５８】
また、以上の方法によって得られたランプ用電気導入体を、発光管用の石英ガラス管における封止管部となる部分に挿入し、封止体の一部分が石英ガラス管から露出するよう所定の位置に配置した後、当該石英ガラス管の一端側をバーナーで加熱することにより、当該石英ガラス管と封止体とを気密に溶着し、その後、石英ガラス管の他端側を介して封入物としての水銀、アルゴンを石英ガラス管内に導入した後、石英ガラス管を冷却しながら、当該石英ガラス管の他端側をバーナーなどで加熱して、当該石英ガラス管と封止体とを気密に溶着することにより、合計１０本の高圧水銀ランプを製造した。この製造においては、封止部を形成する際に溶着部分にクラックを生じるものはなかった。
この１０本の高圧水銀ランプは、各々、発光管における発光空間の容積が１２０ｍｍ3 、電極間距離が１．２ｍｍであり、発光物質としての水銀１７ｍｇが封入されてなる、定格電圧が６０Ｖ、定格ランプ電力が１６０Ｗのランプである。
【００５９】
このように作製された高圧水銀ランプを定格条件で点灯したところ、その発光効率は６０ルーメン（ｌｍ）／Ｗであって、全ての高圧水銀ランプにおいて安定した点灯状態が得られ、動作中にクラックが生じず、また、封止体が酸化することもなく、使用寿命が長いものであることが確認された。
【００６０】
＜実施例２＞
導電性材料の粉末として平均粒子径１μｍのモリブデンを用いたこと以外は実施例１と同様の方法によってランプ用電気導入体を作製し、そのランプ用電気導入体を用いたこと以外は実施例１と同様の方法によって高圧水銀ランプを１０本作製した。
得られたランプ用電気導入体に係る石英焼結体の線膨張率は、６×１０-7Ｋ-1であり、また、絶縁性粒様体の平均断面積は、導線性粒様体の平均断面積の３０倍であった。
また、ランプの製造においても、封止部を形成する際に溶着部分にクラックを生じるものはなかった。
【００６１】
このように作製した高圧水銀ランプを定格条件で点灯したところ、その発光効率は６０ルーメン（ｌｍ）／Ｗであって、全ての水銀ランプにおいて安定した点灯状態が得られ、動作中にクラックが生じず、また、封止体が酸化することもなく、使用寿命が長いものであることが確認された。
【００６２】
【発明の効果】
本発明のランプ用電気導入体によれば、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体においては、導電性の結晶粒様体が絶縁性の結晶粒様体の周辺部分に特定の割合で存在し、隣接する導電性の結晶粒様体が連続した組織状態が形成されることにより、実用上十分な導電性を有するものとなる。
そして、導電性石英ガラス焼結体よりなる封止体が、絶縁性材料成分として石英ガラス成分を含有するものであることから石英ガラス製の発光管とバーナーなどによる加熱溶融で溶着することができ、溶融部分のなじみが優れたものとなり、その結果、当該封止体により、十分な気密密着状態が確実に形成され、しかもその気密密着状態は、導電性石英ガラス焼結体の線膨張率が石英ガラスと近似したものであることから、長時間にわたって維持されるため、発光管が石英ガラスである場合にも、容易に安定なランプの気密封止構造を形成することができる。
このように、本発明のランプ用電気導入体においては、封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体が絶縁性材料成分と導電性材料成分とよりなる均質なものであって、実用上十分な導電性を有すると共に、石英ガラスと近似した線膨張率を有するという、２つの特性を有するものである。
【００６３】
本発明のランプによれば、上記のランプ用電気導入体によって、気密封止構造が形成されることにより、その製造が容易となると共に、安定で長い使用寿命を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のランプ用電気導入体の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図２】本発明のランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
【図３】線膨張率と導電性材料成分の濃度との関係を示す説明図である。
【図４】比抵抗と導電性材料成分の濃度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ ランプ用電気導入体
１１ 封止体
１１ａ、１１ｂ 有底筒孔
１２ 内部リード棒
１３ 外部リード棒
２１ａ、２１ｂ 応力緩衝用部材
２２ 放電電極
３０ ランプ
３１ 発光管
３２ 膨出部
３３ 封止管部
Claims (8)
- 石英ガラス製の発光管を具えてなるランプにおける気密封止構造を形成し、発光管内に電気を導入するための封止体と、その基端部が当該封止体に埋設されてこの封止体の一端から突出する内部リード棒と、その基端部が当該封止体に埋設されてこの封止体の他端から突出する外部リード棒とよりなるランプ用電気導入体であって、
前記封止体は、石英ガラスを主成分とする絶縁性材料成分と、導電性材料成分とよりなる実質的に均質な導電性石英ガラス焼結体により構成され、
前記導電性石英ガラス焼結体における前記導電性材料成分の濃度が５〜１０体積％であると共に、その任意の断面における絶縁性材料成分に由来する結晶粒様体の平均断面積が、導電性材料成分に由来する結晶粒様体の平均断面積の１０倍以上であることを特徴とするランプ用電気導入体。 - 導電性石英ガラス焼結体における導電性材料成分がタングステン成分であり、当該導電性材料成分の濃度が５〜８体積％であることを特徴とする請求項１に記載のランプ用電気導入体。
- 導電性石英ガラス焼結体における導電性材料成分がモリブデン成分であり、当該導電性材料成分の濃度が６〜１０体積％であることを特徴とする請求項１に記載のランプ用電気導入体。
- 封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体の線膨脹率が２×１０ -7 〜８×１０ -7 Ｋ -1 であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のランプ用電気導入体。
- リード棒が、その外周に装着された応力緩衝用部材を介して封止体に固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のランプ用電気導入体。
- 封止体の露出されるべき表面に耐酸化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のランプ用電気導入体。
- 封止体を形成する導電性石英ガラス焼結体が、平均粒子径３〜１００μｍの絶縁性材料の粉末と、平均粒子径０．１〜１０μｍの導電性材料の粉末との混合粉末の焼結体であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のランプ用電気導入体。
- 石英ガラス製の発光管と、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のランプ用電気導入体とを具えてなることを特徴とするランプ。
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