JP3806794B2 - 管球の閉塞部構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水銀ランプやメタルハライドランプ、ハロゲンランプなどの管球の閉塞管を閉塞する閉塞部構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
管球、例えば高圧放電ランプは、石英ガラス製の球状や楕円球状をした発光管内に一対の電極が対向配置され、水銀などの発光金属、放電用ガスなどが封入される。そして、発光管の端部に筒状の閉塞管が連設され、先端に電極を有する電極芯棒と外部リード棒がこの閉塞管で電気的に接続された状態で閉塞されるが、タングステンからなる電極芯棒と石英ガラス製の閉塞管は熱膨張率が大きく異なるために閉塞管を電極芯棒に直接溶着して閉塞することができない。
【０００３】
このため従来は箔シール法や段繋ぎ法などで閉塞していたが、最近では、シリカなどの非導電性無機物質成分とモリブデンなどの導電性無機物質成分で成形された傾斜機能材料を焼結法で円柱状に形成した閉塞部構造体で発光管端部の閉塞管を閉塞することが注目されている。かかる傾斜機能材料で形成された閉塞部構造体は、一方の端部はシリカなどの非導電性無機物質成分がリッチであり、他方の端部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。従って、シリカ粉末とモリブデン粉末で成形された傾斜機能材料の場合、閉塞部構造体の一方の端部近傍は、非導電性であるとともに熱膨張率が石英ガラスの熱膨張率に近く、他方の端部近傍は、導電性であるとともに熱膨張率がモリブデンの熱膨張率に近い特性を有する。
【０００４】
かかる傾斜機能材料は、非導電性無機物質成分と導電性無機物質成分の割合が変化する勾配を大きくすることができるので、傾斜機能材料で形成された閉塞部構造体は、軸線方向の長さが短くても、一方の端面の非導電性成分をリッチにするとともに他方の端面の導電性成分をリッチにすることができる。また、傾斜機能材料はその構成成分の組成が大きく変わる境界面を持たないので熱ショックや機械的強度が強い。従って、閉塞管に閉塞部構造体を溶着するシール部分を点灯時に高温になる発光管の中央部に近づけることができ、閉塞管の軸線方向の長さが短いことと相俟って、閉塞管を短くできる利点を有する。
【０００５】
図１は、発光管に連設された閉塞管を傾斜機能材料からなる閉塞部構造体で閉塞した定格電力が３ｋＷのキセノンショートアークランプを示す。石英ガラス製の発光管１１は球状や楕円球状の中央部を有しており、その内部には、タングステンからなる陽極２０と陰極３０が、例えば５ｍｍ間隔で対向配置されている。また、放電用ガスとしてキセノンガスが所定圧力で封入されている。そして、発光管１１の両端に閉塞管１２，１２が連設されているが、閉塞管１２，１２の端部は、導電性無機物質成分（例えばモリブデン）と非導電性無機物質成分（例えばシリカ）からなる傾斜機能材料の焼結体である閉塞部構造体５０で閉塞されている。
【０００６】
閉塞部構造体５０は、非導電性の端面５１が発光管１１方向になるように、閉塞管１２内に嵌め込まれ、この端面５１の部分で石英ガラス製の閉塞管１２に溶着される。閉塞部構造体５０は、その両端面５１，５２からそれぞれ、電気電導性を有する部分まで非貫通の中心孔５３があけられ、それぞれの中心孔５３に陽極２０および陰極３０の電極芯棒４０と陽極端子２２および陰極端子３２を埋設して固定している。
【０００７】
傾斜機能材料からなる閉塞部構造体５０への電極芯棒４０の固定は、シリカとモリブデンの粉末の加圧成形体を１３００℃程度の温度で仮焼結して円柱体を成形し、この円柱体の非導電性の端面５１から中心孔５３を加工し、この中心孔５３に電極芯棒４０を挿入してから１７００℃程度で本焼結し、焼き締めることによって行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、中心孔５３を内径が均一な孔にしておくと、つまり、電極芯棒４０が閉塞部構造体５０の中心孔５３内に隙間なく焼き締められるようにすると、電極芯棒４０がタングステンやモリブデン等の金属であるので、焼結時に、傾斜機能材料のモリブデン成分が少なくてシリカ成分が多い非導電性領域においては、熱膨張率の差によって、中心孔５３に面した部分にクラックが入り、ランプ製作後にそのクラック部分から割れが広がり、リークにいたる事故が起る。
【０００９】
この事故を防止するために、閉塞部構造体５０の中心孔５３を、電極芯棒４０とほぼ同径の孔５３ａとこれよりも大径の孔５３ｂからなる二段孔とし、電極芯棒４０は、本焼結時に導電性領域側の孔５３ａにおいて焼き締められるが、非導電性領域側の大径の孔５３ｂの部分において、電極芯棒４０と閉塞部構造体５０の間に隙間Ｓができるようにしている。
【００１０】
しかしながら、電極芯棒４０と閉塞部構造体５０の間に隙間Ｓができると、点灯時において、ランプ内空間の最冷点は、電極２０，３０から遠く離れたこの隙間Ｓ内に位置することになる。従って、メタルハライドランプや水銀ランプにおいては、金属ハロゲンや水銀などの封入物が、最冷点である隙間Ｓに凝縮する過程で、経時的な発光色の変化が生じるなど所期のランプ特性が得られない不具合が生じる。
【００１１】
そこで本発明は、傾斜機能材料からなる閉塞部構造体において、電極芯棒が閉塞部構造体の中心孔内に隙間なく焼き締められて、電極芯棒と閉塞部構造体の間に最冷点である隙間が形成されないようにしても、焼結時にクラックの入ることのない閉塞部構造体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１の発明は、導電性無機物質成分と非導電性無機物質成分とが長手方向に連続的または段階的な濃度勾配を持ち、一方側が非導電性領域であって他方側が導電性領域である略円柱状の傾斜機能材料で構成され、その中心孔に電極芯棒を焼き締めて保持した状態で、発光管に連設された閉塞管を閉塞する管球の閉塞部構造体において、前記電極芯棒を閉塞部構造体の中心孔に隙間なく焼き締め、少なくとも閉塞部構造体の導電性無機物質成分非含有領域の中心孔に位置する電極芯棒の表面に、白金もしくはレニウムもしくはロジウムのめっき被膜からなる高融点金属薄膜を被覆し、少なくとも閉塞部構造体の導電性無機物質成分含有領域の中心孔に位置する該電極芯棒の表面に、モリブデン粉末、タングステン粉末、タンタル粉末、バナジウム粉末、ジルコニウム粉末、ニオブ粉末のいずれか一種あるいは二種以上の混合金属粉末からなる高融点金属粉末を塗布する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を具体的に説明する。図２において、発光管１１に連設された閉塞管１２は、閉塞部構造体５０で閉塞されている。閉塞部構造体５０は非導電性無機物質成分であるシリカと導電性無機物質成分であるモリブデンからなる傾斜機能材料製であり、湿式法あるいはプレス法にて製造されている。
【００１５】
湿式法は、粒度分布の異なるシリカ粉末とモリブデン粉末の混合スラリーを調製し、混合スラリーを遠心分離または沈降分離して、溶媒を除いた後に泥滓を脱水し、乾燥して冷間静水圧成形などでつくる方法であり、傾斜機能材料の長さ方向において非常になだらかな組成変化が得られる製造方法である。
【００１６】
プレス法は、シリカ粉末とモリブデン粉末の混合割合が異なった混合粉末体を複数種類用意し、それぞれの混合粉末体を有機バインダーを含む溶剤とともに湿式混合した後、乾燥して造粒粉末を作成し、この造粒した粉末を混合割合順に金型に層状に充填し、加圧して加圧して成形体を得た後、この成形体を加熱して有機バインダーを除去してから焼成する方法である。
【００１７】
上記のような方法で製造された傾斜機能材料を、所定の寸法の円柱体に成形して１３００℃程度の温度で仮焼結した後、非導電性端面から中心孔５３を導電性領域の所定位置まで加工する。中心孔５３は、内径が電極芯棒４０とほぼ同径の一段孔であり、電極芯棒４０を挿入したときに、隙間がほとんどできないようになっている。
【００１８】
次に、電極芯棒４０の表面に、図２において、便宜上点線で示す高融点金属の薄膜７０をめっき法、スパッタリング法、真空蒸着法などで形成する。薄膜７０を形成する部位は、少なくとも、電極芯棒４０を中心孔５３に挿入したときに、傾斜機能材料の導電性無機物質成分非含有領域、つまり、閉塞部構造体５０の非導電側端部であって、モリブデンを含有しないシリカのみの領域に対面する位置である。しかし、高融点金属の薄膜７０をこれ以外の部位、つまりモリブデンを含有する領域にまで余分に形成してもなんら差支えない。
【００１９】
薄膜７０用の高融点金属は、傾斜機能材料の本焼結温度によって溶融しないことが必要であるが、白金（Ｐｔ）もしくはレニウム（Ｒｅ）もしくはロジウム（Ｒｈ）が好適であり、更にはめっき法で形成した膜厚が１μｍ程度のレニウムもしくはロジウムのめっき薄膜とするのがよい。
【００２０】
続いて、電極芯棒４０の表面に、図２において、便宜上、小さな×印で示す高融点金属粉末６０を塗布する。高融点金属粉末６０を塗布する部位は、少なくとも、電極芯棒４０を中心孔５３に挿入したときに、傾斜機能材料の導電性無機物質成分含有領域、つまりモリブデンを含有する領域に対面する位置であって、傾斜機能材料と電極芯棒４０の熱膨張率の差の大きい位置である。
【００２１】
高融点金属粉末６０は傾斜機能材料の本焼結温度によって溶融しないことが必要である。モリブデン粉末、タングステン粉末、タングステン粉末、タンタル粉末、バナジウム粉末、ジルコニウム粉末、ニオブ粉末のいずれか一種あるいは二種以上の混合金属粉末は、高融点であって本焼結時に溶解、飛散、合金化などの変化が起ることがなく、好適である。高融点金属粉末６０を塗布する方法は、粒径が１μｍ程度のモリブデン粉末やタングステン粉末などを有機溶媒、例えば酢酸ブチルと混合し、筆やスパチュラなどでその溶液をすくって電極芯棒４０の表面に付着させ、室温で乾燥させる。粉末の膜厚は５０μｍ程度で良い。
【００２２】
かかる電極芯棒４０を仮焼結体の中心孔５３に挿入し、非酸化性雰囲気ないし１０^-2Ｐａ程度の減圧下にて、１７００℃程度の温度で１０分間程度本焼結し、電極芯棒４０を焼き締める。つまり、電極芯棒４０を閉塞部構造体５０の中心孔５３内に隙間なく焼き締める。そして、電極芯棒４０を焼き締めた閉塞部構造体５０を閉塞管１２に挿入し、閉塞部構造体５０と閉塞管１２を溶着することによって閉塞管１２を閉塞する。
このように、電極芯棒４０が閉塞部構造体５０の中心孔５３内に隙間なく焼き締められているので、点灯時の最冷点がここにできることがなく、封入物の凝縮を防ぐことができる。
【００２３】
この傾斜機能材料の本焼結時において、傾斜機能材料のモリブデンを含有しない領域と電極芯棒４０の間には、高融点金属の薄膜７０が介在するので、高融点金属の薄膜７０とシリカのみからなる傾斜機能材料は馴染まない。従って、電極芯棒４０を強く焼き締めても、この領域においてクラックが入ることがない。
【００２４】
もし、傾斜機能材料のモリブデンを含有する領域と電極芯棒４０の間にも高融点金属の薄膜７０のみが介在するのであれば、傾斜機能材料のモリブデンを含有する領域は高融点金属の薄膜７０と馴染じみ、電極芯棒４０を強く焼き締めるとクラックが発生する。しかし、本発明においては、傾斜機能材料のモリブデンを含有する領域と電極芯棒４０の間に高融点金属の粉末６０が介在するので、傾斜機能材料を本焼結するときに、高融点金属の粉末６０は焼結されずに脆弱な層になり、傾斜機能材料が本焼結により収縮するとこの脆弱な層が崩壊する。すなわち、高融点金属の粉末６０は本焼結時にクッションの役目を果たすので、電極芯棒４０を強く焼き締めてもモリブデンを含有する領域においてクラックが発生しない。
このように、傾斜機能材料と電極芯棒４０の間に介在する高融点金属薄膜７０と高融点金属粉末６０の両方の作用により、傾斜機能材料の導電性無機物質成分を含有する領域においても導電性無機物質成分を含有しない領域においてもクラックが発生しない。
【００２５】
次に、上記の本発明の閉塞部構造体５０で閉塞した１５０Ｗの超高圧水銀ランプと、傾斜機能材料と電極芯棒４０の間になにも介在しない従来の閉塞部構造体で閉塞した高圧放電ランプの点灯試験を行った。供試本数は共に５本であり、空気中で４５分点灯、１５分消灯の繰返しサイクルにて水平点灯とした。その結果、従来のランプでは、点灯４５分後にすべてのランプで閉塞部構造体においてリークが生じ、不点灯となったが、本発明の閉塞部構造体５０で閉塞したランプは点灯後１５００時間経過しても不具合は生じなかった。
【００２６】
なお、ここでは、超高圧水銀ランプで説明したが、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプやハロゲンヒータ等の閉塞管を有するランプにも使用できる。また、閉塞部構造体５０の中心孔５３は貫通しない例で説明したが、電極芯棒４０を閉塞部構造体５０に貫通して固定する場合もあり、本発明は、中心孔５３が貫通孔の場合にも適用できることは云うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、傾斜機能材料で成形された閉塞部構造体において、少なくとも閉塞部構造体の導電性無機物質成分非含有領域の中心孔に位置する電極芯棒の表面に、白金もしくはレニウムもしくはロジウムのめっき被膜からなる高融点金属薄膜を被覆し、少なくとも閉塞部構造体の導電性無機物質成分含有領域の中心孔に位置する該電極芯棒の表面に、モリブデン粉末、タングステン粉末、タンタル粉末、バナジウム粉末、ジルコニウム粉末、ニオブ粉末のいずれか一種あるいは二種以上の混合金属粉末からなる高融点金属粉末を塗布したので、電極芯棒を閉塞部構造体の中心孔内に隙間なく焼き締めて、電極芯棒と閉塞部構造体の間に最冷点である隙間が形成されないようにしても、焼結時にクラックが入ることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】発光管の閉塞管が傾斜機能材料で形成された閉塞部構造体で閉塞された高圧放電ランプの説明図である。
【図２】本発明実施例の断面図である。
【符号の説明】
１１ 発光管
１２ 閉塞管
２０ 陽極
３０ 陰極
４０ 電極芯棒
５０ 閉塞部構造体
５３ 中心孔
６０ 高融点金属粉末
７０ 高融点金属薄膜

Claims (1)

1. 導電性無機物質成分と非導電性無機物質成分とが長手方向に連続的または段階的な濃度勾配を持ち、一方側が非導電性領域であって他方側が導電性領域である略円柱状の傾斜機能材料で構成され、その中心孔に電極芯棒を焼き締めて保持した状態で、発光管に連設された閉塞管を閉塞する管球の閉塞部構造体において、
   前記電極芯棒は、該閉塞構造体の中心孔に隙間なく焼き締められ、少なくとも該閉塞部構造体の導電性無機物質成分非含有領域の中心孔に位置する該電極芯棒の表面には、白金もしくはレニウムもしくはロジウムのめっき被膜からなる高融点金属薄膜が被覆され、少なくとも該閉塞部構造体の導電性無機物質成分含有領域の中心孔に位置する該電極芯棒の表面には、モリブデン粉末、タングステン粉末、タンタル粉末、バナジウム粉末、ジルコニウム粉末、ニオブ粉末のいずれか一種あるいは二種以上の混合金属粉末からなる高融点金属粉末が塗布されていることを特徴とする管球の閉塞部構造体。

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