JP4953242B2 - 発光容器およびその組み立て体 - Google Patents
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Description
電極保持部材が、脆性材料に圧着把持される把持部と把持されない非把持部とを備えており、記把持部の先端がナイフエッジ状、C面、又はR面の形状であり、把持部と脆性材料との接触界面に発生する応力が、電極保持部材の変形により緩和されることを特徴とする。
また、第一の態様に係る発明は、前記発光容器、および前記電極保持部材に保持されている電極および電流貫通導体を備えていることを特徴とする、高圧放電灯用発光容器に係るものである。
電極保持部材が、脆性材料に圧着把持される把持部と把持されない非把持部とを備えており、把持部と脆性材料との接触界面に発生する応力が、電極保持部材の把持部の変形により緩和される発光容器を備えており、発光容器の一方の端部と他方の端部とにそれぞれ電極保持部材が固定されており、電極保持部材に電流貫通導体が予め挿入され、発光容器内に前記電極が予め収容されており、一方の端部と他方の端部との少なくとも一方において電極保持部材と電流貫通導体とが気密封止されていないことを特徴とする。
好適な実施形態においては、脆性材料からなる管状部を内側支持体とし、この内側支持体の外側に設けられている脆性材料からなる外側支持体、および内側支持体と外側支持体との間に挟まれている板状金属片を備えており、内側支持体と板状金属片とが直接接触しており、板状金属片と外側支持体とが直接接触し、更に内側支持体と外側支持体が直接接触している。
このガラスとしては石英ガラス、アルミシリケートガラス、硼珪酸ガラス、シリカ−アルミナ−リチウム系結晶化ガラス等を例示できる。
σ1∝E1x(T1−室温)x(α1−α2) (1)
σ2∝E2x(T1−室温)x(α2−α1) (2)
ε=(T1−室温)x(α1−α2)〜0.5% (3)
厚み方向での変形量は
Δt=εxt〜0.5ミクロン (4)
となり非常に僅かな変形で発生する応力を緩和することができる。
焼成収縮を利用して一体化するような製法を用いる場合、高温での熱処理操作となり、金属材料の高温クリープ変形等によっても応力が緩和される。
以下、図1は従来型の発光容器を概略的に示す横断面図であり、図2〜図8は、いわゆるシリンドリカル型の発光管2を用いた発光容器を概略的に示す横断面図である。
直管形状の発光管12の両端部12aの内側面12bにアルミナからなる閉塞材3を介してアルミナ製保持管4を固定し、保持管4と電流貫通導体5との間をシール材6によって封止している。この構造では、発光管2の内部空間7に充填されている高温の発光物質がシール材6に接触するために、このシール材6の腐食が生じ易いという構造的な問題点がある。
このように3種類の材料から構成される電極棒はコスト的にも高く、フリット材のシール部位を厳密に制御することが要求されるため、高度の製造技術が必要である。
図16は従来の発光容器を示すものである。
直管形状の発光管22は樽状に膨らんだ形状を有している。発光管22の両端部にシール材6によって電流貫通導体5が封止されている。また電流貫通導体5はセラミック(アルミナ)と熱膨張差の小さいニオブの採用が好ましいが、発光物質による腐食が生じ易いという問題を有する。このため、電流貫通導体及び電極を、ニオブ−モリブデン−タングステンまたはニオブ−サーメット(モリブデンとアルミナ複合焼結材)−タングステンの、3種類の材料からなる構造とし、電極シールは主にニオブ材部分で行い、更にニオブ部分を保護するためにフリット材がモリブデンまたはサーメットの精密に制御された一部までを取り込むようにシールすることにより、熱応力の緩和とニオブの腐食の防止が両方可能となる。
このように3種類の材料から構成される電極棒はコスト的にも高く、フリット材のシール部位を厳密に制御することが要求されるため、高度の製造技術が必要である。
図22は従来の発光容器を示すものである。
直管形状の発光管32は樽状に膨らんだ形状を有している。発光管32の両端部にシール材6によって電流貫通導体5が封止されている。また電流貫通導体5はセラミック(アルミナ)と熱膨張差の小さいニオブの採用が好ましいが、発光物質による腐食が生じ易いという問題を有する。このため、電流貫通導体及び電極を、ニオブ−モリブデン−タングステンまたはニオブ−サーメット(モリブデンとアルミナ複合焼結材)−タングステンの、3種類の材料からなる構造とし、電極シールは主にニオブ材部分で行い、更にニオブ部分を保護するためにフリット材がモリブデンまたはサーメットの精密に制御された一部までを取り込むようにシールすることにより、熱応力の緩和とニオブの腐食の防止が両方可能となる。
このように3種類の材料から構成される電極棒はコスト的にも高く、フリット材のシール部位を厳密に制御することが要求されるため、高度の製造技術が必要である。
図30は従来の発光容器を示すものである。
直管形状の発光管42の両端部42aの内側面42bにアルミナからなる閉塞材40を介して電流貫通導体5を保持する。導体5と閉塞材40との間をシール材6によって封止している。
本例では、内側支持体10には、内側空間7内の中心へと向かって突出部10cが形成されている。突出部10cの内側面10bはほぼ同一半径であり、電流貫通導体5および電極5aを保護するガイドとして機能する。突出部10の外側面10aには、発光部からの光の放射を妨げないように、光の放射角度なりに湾曲傾斜面が形成されている。このような突出部10cを設けることにより、発光時における電極導通部5の変形や発光物質による腐食を防止することができる。また発光部以外の発光管内容積を低減できるため、発光管内に封入する発光物質を削減することが可能となる。
またメタルハライドランプでは耐食性を重んじ、Mo、W、Re等が主に用いられるが、高圧ナトリウムランプでは更にNbを前記金属部品として採用できる。また同様のことは超高圧水銀ランプでもNb採用の可能性がある。
(1)メタルハライドランプ(一般照明)
50〜200mbarのAr雰囲気下でMo製の金属キャップ(キャップ自体にガイド部分があってもよい)の孔からHg(必須ではない。)、金属(Na、希土類元素等)沃化物を投入してMoもしくはW電極を挿入し、TIG溶接もしくはレーザー溶接により溶接封着する。
(2) メタルハライドランプ(自動車用途・点光源用)
金属沃化物とHg(必須でない。)を(1)と同様に封止する。場合に応じ7〜20barのXeを始動ガスとして用いる。特に本発明のような場合はごく短時間&低温で封止が終了するため始動ガスをはじめとする発光物質の蒸発をほぼ完全に抑制できる。胴部材料は通常の透光性アルミナでもよいが、直線透過率の高いYAG、サファイア、粒径が10μm以下の多結晶アルミナ等を選ぶとなお良い。
(3) 高圧Naランプ
金属キャップはNbを用いる。電極はMo、W、Nbを用いこれらを溶接する。発光物質はNa-HgアマルガムとAr等の始動ガスか、Hgを用いない場合はXeを封入する。特にチューブ表面に補助電極を用いる場合(コイル巻き、メタライズ印刷等種類は不問)は、電極保持部材近傍と補助電極の短絡を防止するため場合に応じて絶縁手段を補助電極上などに設けてもよい。
(4)超高圧水銀ランプ
胴部材料は、直線透過率の高いYAG、サファイア、粒径が10μm以下の多結晶アルミナ等が好適である。発光物質はHgとBrである。金属キャップはMo、WのほかにNbが使用可能であり、溶接法は上記と同様である。
以上のようにして得られた放電灯は、適当なイグナイタ、バラストを用いて点灯することができる。
図2に示すような発光容器1Aを製造した。
具体的には、モリブデン板を深絞り成形して作製したキャップ状の電極保持部材8を準備した。蓋部8aは、直径2mmであり、厚さ200mmである。また電極保持部材の円筒部長さは3mmであり、把持部8bの厚さが100μmである。湾曲部8cにおいては、把持部の方へと向かって徐々に厚さが小さくなる。把持部8bの先端は楔形形状を呈している。蓋部8aには直径500μmの穴8dが空けてある。
ドライバッグ成形機で成形した、内径が2.1mm、外径が4mm、長さが20mmの高純度アルミナからなるチューブ状の発光管用成形体2(成形圧力1,500kg/cm2)を準備し、この成形体2を外側支持体とする。図3(a)に示すように、発光管用成形体の両端に、電極保持部材8を被せた内側支持体3を挿入して組み立て体とし、水素雰囲気中1,800℃で焼成し、発光容器(図3(b))を作製した。
図4に示す構造体を製造した。
具体的には、モリブデン板を深絞り成形して作製したキャップ状の電極保持部材8Aを準備した。蓋部8aは、直径2mmであり、厚さ200mmである。また電極保持部材の円筒部長さは3mmであり、把持部8bの厚さが100μmである。湾曲部8cにおいては、把持部の方へと向かって徐々に厚さが小さくなる。把持部8bの先端は楔形形状を呈している。蓋部8aには直径500μmの穴8dが空けてある。
更にドライバッグ成形機で成形した内径が12.5mm、外径が15.5mm、長さが50mmの高純度アルミナからなるチューブ状成形体2(成形圧力1,500kg/cm2)を準備し、この成形体の両端に前記の端部部品を挿入して組み立て体とし、水素雰囲気中1,800℃で焼成し、発光容器を作製した。図4では電極および電流貫通導体が挿入された発光容器用組み立て体を示している。
図5に示すような発光容器1Cを製造した。
具体的には、実施例1と同様にして電極保持部材8を準備した。ただし、電極保持部材8の直径を4mmとし、円筒部長さを4mmとし、蓋部8aの厚さを200μmとし、把持部8bの厚さを100μmとした。蓋部8aには直径500μmの穴8dが空けてある。
ドライバッグ成形機で成形した内径が4.2mm、外径が7mm、長さが45mmの高純度アルミナからなるチューブ状成形体(成形圧力1,500kg/cm2)を準備し、この成形体を外側支持体2として、その両端に金属キャップ8を被せた内側支持体10を挿入して組み立て体とし、水素雰囲気中1,800℃で焼成し、発光容器を作製した。
この形状の内側支持体10の突出部10cは電流貫通導体5の大部分の側面を保護するように保持するため、電極軸のずれが少なく電極間距離の寸法精度に優れ、電流貫通導体および電極に対して腐食性の高い発光物質による腐食も低減することができる。また発光管の内容積を低減し、発光管内に封入される発光物質量を低減する効果が期待できる。
図6に示す発光容器1Dを製造した。
具体的には、実施例1と同じ寸法および形状の電極保持部材8Aを準備した。
外径2mm、内径0.6mm、長さ10mmの高純度アルミナ焼結体からなるチューブを準備し、これを内側支持体15とし、この内側支持体15に電極保持部材8Aを被せたものを準備する。
図7に示すような発光容器1Eを製造した。具体的には、実施例1と同じ寸法および形状の電極保持部材8を準備した。
この電極保持部材8の内側に入る外径2mm、内径0.6mm、長さ20mmの透明アルミナ発光管(サファイヤ等のアルミナ単結晶からなる)を準備し、これを内側支持体とし、この発光管2に電極保持部材8を被せたものを準備する。
図8に示す発光容器1Fを製造した。具体的には、実施例1と同じ寸法および形状の電極保持部材8Aを準備した。
外径2mm、内径0.6mm、長さ5mmの高純度アルミナ焼結体からなるチューブを準備し、これを内側支持体17とし、この内側支持体17に電極保持部材8Aを被せたものを準備する。
図9に示す発光容器1Gを製造した。
具体的には、実施例1と同じ寸法および形状を有する電極保持部材8Aを、実施例1と同様にして製造した。
この電極保持部材8Aの内側に入る高純度アルミナ製の内側支持体17Aを準備した。内側支持体17Aは高純度アルミナ焼結体(純度99.9%)で、外径2mm、内径0.6mm長さ5mmの基部17dと、外径が2mmから徐々に先端へと向かって細くなる長さ5mmの突出部17aとからなる。内側支持体17Aに金属キャップ8Aを被せたものを準備する。
(1.封止品バラツキ低減改善例 (発光物質高圧封入の場合:自動車用途等)
35Wの従来構造(フリットシール)セラミック発光容器と同ワット数の実施例1〜7の光容器に、15bar相当のXeを封入する試験を実施した。Xeは低温で凝結させた状態である。評価は、封止品各n=100ずつを所定の体積の室温真空容器内で破壊し、容器内圧(Xe分圧)の測定により行った。
この結果、従来品はn=100の平均が8気圧相当であった。これに対して、実施例1〜7の各発光容器を使用した場合には、14.5気圧相当であった。
実施例1〜7の封止済発光容器をn=30ずつ、石英管に真空封入して900℃×48時間保持した。その後テスラコイルにて放電させ石英外球内に発光が認められた場合をNG、認められなかった場合をOKとした。従来品では、n=25/30が不合格であった。実施例1〜7の発光容器の場合には、いずれも、不合格品はなかった。
実施例1〜7の各発光容器について、発光管の外表面の所定箇所に、マスキング材として機能する遮光膜を形成した。具体的には、発光管を透光性アルミナによって形成した。ペースト組成はW/アルミナ=60/40体積%とし、これにバインダーとしてエチルセルロースを2〜10重量%、ブチルカルビトールアセテートを適宜加え、粘稠ペーストとした。このペーストを前述した各例において脱脂済の仮焼体に塗布し、その後は90℃で2時間乾燥させ、発光管と同時に焼成した。このマスキング材により、任意の配光設計が可能となった。
Claims (48)
- 板状金属片からなる電極保持部材を備えている発光容器であって、
前記電極保持部材が、脆性材料に圧着把持される把持部と把持されない非把持部とを備えており、前記把持部の先端がナイフエッジ状、C面、又はR面の形状であり、前記把持部と前記脆性材料との接触界面に発生する応力が、前記電極保持部材の前記把持部の変形により緩和されることを特徴とする、発光容器。 - 脆性材料からなる発光管を備えていることを特徴とする、請求項1記載の発光容器。
- 前記発光管の内側に内側支持材が設けられており、前記電極保持部材の前記把持部が前記発光管と前記内側支持材との間に圧着されていることを特徴とする、請求項2記載の発光容器。
- 前記内側支持材の肉厚が前記発光容器の中央部に向かって減少することを特徴とする、請求項3記載の発光容器。
- 前記発光管の外側に外側支持材が設けられており、前記電極保持部材の前記把持部が前記発光管と前記外側支持材との間に圧着されていることを特徴とする、請求項2記載の発光容器。
- 脆性材料からなり、前記発光管に固定されている外側支持体、および脆性材料からなる内側支持体を備えており、前記外側支持体と前記内側支持体との間に前記電極保持部材の前記把持部が圧着把持されていることを特徴とする、請求項2記載の発光容器。
- 前記外側支持体が前記発光管の内側に把持されており、前記内側支持体が前記外側支持体の内側に把持されていることを特徴とする、請求項6記載の発光容器。
- 前記外側支持体および内側支持体の合計肉厚が前記発光容器の中央部に向かって減少することを特徴とする、請求項7載の発光容器。
- 前記外側支持体が、前記発光管の外周面端部を圧着しており、前記内側支持体が前記外側支持体の内側に設けられていることを特徴とする、請求項6記載の発光容器。
- 前記発光管が直管状であることを特徴とする、請求項2〜9のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記発光管がその中央部に向かって膨らんだ形状を有していることを特徴とする、請求項2〜9のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記発光管が複数の成型品の接合物からなることを特徴とする、請求項2〜11のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記脆性材料が、ガラス、セラミックスおよびサーメットからなる群より選ばれていることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記把持部の厚さが20〜1000μmであることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記発光管の外表面に、金属または金属とセラミックの混合物からなる被膜を光学的マスキング手段として備えていることを特徴とする、請求項2〜14のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記金属がタングステン、モリブデンおよびレニウムからなる群より選ばれた金属またはこれらの合金であることを特徴とする、請求項15記載の発光容器。
- 前記セラミックが前記発光管の構成材料を含むことを特徴とする、請求項15または16記載の発光容器。
- 前記電極保持部材が継目のない構造であることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記電極保持部材の前記把持部が管状であることを特徴とする、請求項18記載の発光容器。
- 前記把持部が略円筒形状であることを特徴とする、請求項19記載の発光容器。
- 前記外側支持体と前記内側支持体との熱膨張係数差が2ppm/K以下であることを特徴とする、請求項6〜20のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記非把持部が継ぎ目の無い蓋部を有しており、かつこの蓋部に電流貫通導体及び電極を挿入可能な貫通孔が設けられていることを特徴とする、請求項1〜21のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 前記非把持部が、電流貫通導体及び電極の同軸度ガイド及び接続端となりうる長さのキャピラリ部を備えていることを特徴とする、請求項1〜22のいずれか一つの請求項に記載の発光容器。
- 請求項1〜23のいずれか一つの請求項に記載の発光容器、および前記電極保持部材に保持されている電極および電流貫通導体を備えていることを特徴とする、高圧放電灯用発光容器。
- 板状金属片からなる電極保持部材を備えている発光容器組み立て体であって、
前記電極保持部材が、脆性材料に圧着把持される把持部と把持されない非把持部とを備えており、前記把持部と前記脆性材料との接触界面に発生する応力が、前記電極保持部材の前記把持部の変形により緩和される発光容器を備えており、前記発光容器の一方の端部と他方の端部とにそれぞれ前記電極保持部材が固定されており、前記電極保持部材に電流貫通導体が予め挿入され、前記発光容器内に電極が予め収容されており、前記一方の端部と前記他方の端部との少なくとも一方において前記電極保持部材と前記電流貫通導体とが気密封止されていないことを特徴とする、発光容器組み立て体。 - 脆性材料からなる発光管を備えていることを特徴とする、請求項25記載の組み立て体。
- 前記発光管の内側に内側支持材が設けられており、前記電極保持部材の前記把持部が前記発光管と前記内側支持材との間に圧着されていることを特徴とする、請求項26記載の組み立て体。
- 前記内側支持材の肉厚が前記発光容器の中央部に向かって減少することを特徴とする、請求項27記載の組み立て体。
- 前記発光管の外側に外側支持材が設けられており、前記電極保持部材の前記把持部が前記発光管と前記外側支持材との間に圧着されていることを特徴とする、請求項26記載の組み立て体。
- 脆性材料からなり、前記発光管に固定されている外側支持体、および脆性材料からなる内側支持体を備えており、前記外側支持体と前記内側支持体との間に前記電極保持部材の前記把持部が圧着把持されていることを特徴とする、請求項26記載の組み立て体。
- 前記外側支持体が前記発光管の内側に把持されており、前記内側支持体が前記外側支持体の内側に把持されていることを特徴とする、請求項30記載の組み立て体。
- 前記外側支持体および内側支持体の合計肉厚が前記発光容器の中央部に向かって減少することを特徴とする、請求項31記載の組み立て体。
- 前記外側支持体が、前記発光管の外周面端部を圧着しており、前記内側支持体が前記外側支持体の内側に設けられていることを特徴とする、請求項30記載の組み立て体。
- 前記発光管が直管状であることを特徴とする、請求項26〜33のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記発光管がその中央部に向かって膨らんだ形状を有していることを特徴とする、請求項26〜33のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記発光管が複数の成型品の接合物からなることを特徴とする、請求項26〜35のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記把持部の先端がナイフエッジ状、C面、又はR面の形状であることを特徴とする、請求項25〜36のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記脆性材料が、ガラス、セラミックスおよびサーメットからなる群より選ばれていることを特徴とする、請求項25〜37のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記把持部の厚さが20〜1000μmであることを特徴とする、請求項25〜38のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記発光管の外表面に、金属または金属とセラミックの混合物からなる被膜を光学的マスキング手段として備えていることを特徴とする、請求項26〜39のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記金属がタングステン、モリブデンおよびレニウムからなる群より選ばれた金属またはこれらの合金であることを特徴とする、請求項40記載の組み立て体。
- 前記セラミックが前記発光管の構成材料を含むことを特徴とする、請求項40または41記載の組み立て体。
- 前記電極保持部材が継目のない構造であることを特徴とする、請求項25〜42のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記電極保持部材の前記把持部が管状であることを特徴とする、請求項43記載の組み立て体。
- 前記把持部が略円筒形状であることを特徴とする、請求項44記載の組み立て体。
- 前記外側支持体と前記内側支持体との熱膨張係数差が2ppm/K以下であることを特徴とする、請求項30〜45のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記非把持部が継ぎ目の無い蓋部を有しており、かつこの蓋部に電流貫通導体及び電極を挿入可能な貫通孔が設けられていることを特徴とする、請求項25〜46のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
- 前記非把持部が、電流貫通導体及び電極の同軸度ガイド及び接続端となりうる長さのキャピラリ部を備えていることを特徴とする、請求項25〜47のいずれか一つの請求項に記載の組み立て体。
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