JPH0265047A - 高圧力金属蒸気放電ランプのための改善されたアーク管、これを備えるランプおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明によれば、高圧力金属蒸気放電ランプで使用され
るアーク管の性能が、封止ボタン部材のアパーチャを挿
通するフィードスルー部材の周辺部の周囲の一部にて、
フィードスルー部材−フリット材料封止界面を取り除く
ことにより改善されることが見出された。従来のセラミ
ックアーク管のフィードスルー部材−フリット材料封止
界面は、標準的には、フィードスルー部材がアーク管へ
突出する場所から、フィードスルー部材が封止ボタンか
らアーク管の外部へ突出する場所まで延びている。高圧
力金属蒸気ランプ（特に少くとも９００℃のコールドス
ポット温度で動作するもの）のこのような連続的なフィ
ードスルー部材−フリット材界面の除去によって、アー
ク管に含まれる充填ガスがそこを通じて逃げてしまうと
ころの、アーク管の内部から外部へ至る連続した通路の
形成が禁止されそして有効に阻止される。

本発明は、セラミックアーク管組立体のセラミック封止
ボタンとフィードスルー部材との間にろう付けなしフリ
ットレスハーメチックシールを採用することに向けられ
るものである。

第１図を参照すると、本発明の一例の端部構造部の断面
図が図示されている。第１図に図示されているアーク管
はモノリシック設計のものである。第１図において、デ
ィスク形状の封止ボタン部材１がフリットレスシールに
よってフィードスルー部材２へ結合される。電極３がフ
ィードスルー部材２へ装着されそしてアーク管５の内部
へ突出している。封止ボタン部材−フィードスルー部材
組立体は、溶融フリット材料７によりアーク管外囲器６
へ封止される。

第２図は、本発明の代替え例の端部構造部の断面図であ
る。第２図に図示されるアーク管は帽子状の設計のもの
である。第２図において、帽子形状の封止ボタン１は、
フリットレスシールによりフィードスルー部材２へ結合
される。電極３がフィードスルー部材２へ装着されそし
てアーク管５の内部へ突出している。封止ボタン部材−
フィードスルー部材組立体は、溶融フリット材料７によ
りアーク管外囲器６へ封止される。

本発明の方法によれば、アーク管外囲器の端部ごとにフ
リットレスシールが、封止ボタン部材とフィードスルー
部材との間に形成され、電極が、各フリットレス封止ボ
タン−フィードスルー部材組立体に装着される。装着さ
れた電極を有する一方のフリットレス封止ボタン−フィ
ードスルー部材組立体が知られている技術によりフリッ
ト材料を使用してアーク管外囲器へ封止される。充填物
質が順次アーク管へ付加され、そして装着された電極を
有する他方のフリットレス封止ボタン−フィードスルー
部材組立体が知られている技術によりフリット材料を使
用してアーク管外囲器へ封止される。

本発明によれば米国特許筒４．５４５．７９９号明細会
に開示された製造方法に優る簡単な製造方法が開示され
る。

本発明によれば、フィードスルー部材への電極の簡単な
取付けが行われる。電極は、挿通する軸線方向の穴を通
じての操作動作によって、電極をフィードスルー部材へ
挿入しそして溶接させることなく、封止ボタンへのフィ
ードスルー部材のフリットレス封止動作に続いてフィー
ドスルー部材へ装着できる。

さらに、本発明によれば、アーク管の一方の端部の封止
動作の後そしてアーク管外囲器の他方の端部の封止動作
の前に、アーク管への充填物質の付加が可能である。

以下の説明は、封止ボタンとフィードスルー部材との間
にフリットレスシールを形成する好ましい方法の一例を
示すものである。フリットレスセラミック封止ボタン−
フィードスルー部材組立体を用意するこの好ましい方法
は、 円筒状のセラミック品を必要とされる生の（未処理の）
大きさへ成形し、セラミック品を仮焼してバインダを酸
化させそして最低の強度を提供し、そして順次最大密度
に接近させるよう高温焼成することを含む、生セラミツ
クはある大きさに作られるよう圧縮できまたは均等圧縮
動作の後ブランクから機械加工できる。フィードスルー
部材が配置される穴の直径は、セラミックの自由収縮に
対し所定の締めしろないし公差が提供されるよう選択さ
れる。このような締めしるの認定は当業者が通常行うも
のである。締めしろは、セラミックが変形しそして金属
と整合するよう十分大きくなければならないが、端部キ
ャップ部材の形状を過度に歪ませるほどには大きくない
。フィードスルー部材の面は、セラミックが整合できな
いほどの溝や凹凸がないことが最も好ましい。

上記の説明は、シールボタンやフィードスルー部材との
間にフリットレスシールを形成する好ましい方法を示す
が、このようなシールを形成する別の方法が当技術分野
で知られておりそして代替え的に使用可能である。

例−−１ アーク管の各端部を封止するのに使用されるセラミック
封止ボタン部材は、第１図に図示されるようにフリット
レスシールによってフィードスルー部材へ結合された。

フィードスルー部材は、ニオビウムと１重量％のジルコ
ニウムとから構成される０、１５６インチ外径を有し、
その面から不完全さの主要なものを除去するためにおお
まかに研磨される。セラミック封止ボタン部材は均等に
たばこの形に圧縮され、ある大きさに機械加工され、引
き続き、バインダとしてセラミック粉状物に付加されて
いた１、５％ポリビニルアルコールおよび０．５％のカ
ルボワックス添加材を焼き尽くすように１３５０℃にて
仮焼が行なわれる。封止ボタン部材は、混じり気のない
アルゴンにて、１８３０℃〜１８４０℃にて１５分焼成
を行うことによって、フィードスルー部材へ収縮せられ
た。封止ボタン部材の最終的な大きさは０．３４インチ
外径および０．１５インチ厚さであった。

ボタン部材の穴の自由収縮によるフィードスルー部材の
締めじろは、生の穴直径の４％、７％または１０％であ
るよう選択された（すなわち、穴の直径は、もしインリ
ードが存在しなかったならば、さらにｏ、ｏｏｓインチ
、０．０１４インチまたは０．２０インチ分縮むであろ
う）。封止ボタン部材の焼成後の組成（タイプＤとする
）は、ボタン部材の焼結中に、大量の液相を生ずるよう
に、スプレー乾燥の前にもともと硝酸塩として付加され
たアルミナや１．７％のイツトリアそして０．０５％の
マグネシアから成る。

フリットレス封止ボタン−フィードスルー組立体が、標
準的な方法で、ＰＦフリット（ここで、ＰＦフリットと
は、封止前に、４５．６％のＡｌ２Ｏ３、３９．０％の
Ｃａｂ、８．６％のＢａＯ１５，２％のＭｇＯおよび１
．６％の８２０、から構成される封止フリット材料をい
う）とともに、４つの０．３５０インチ外径のアーク管
の両端部へ封止された。アーク管充填物は、１５０ｍｇ
のＴＩ、３０ｍｇのＣｄおよび１５０ｔｏｒｒのアルゴ
ンであった。アーク管は、排気の行われた石英管内部に
配置されそしてシールが９４５℃〜９５５℃に維持され
るよう管炉で加熱された。その温度で１３７５時間の間
、何らの充填物の漏れも観察されなかった。ＰＦフリッ
トでインリードへ結合されたボタン部材を有する４つの
対照物が同様にの方法で試され、平均１２０時間で充填
物が漏れ始めそして１０００時間前に、それら全ての充
填物が失われた。

倒−一２ 第２図に図示されているようなディスク部分８とスリー
ブ部分９（ここでスリーブと呼ぶことにする）から構成
される帽子型の封止ボタンが研磨された０、０８５イン
チまたは０．１２３インチ径のニオブ／１％シルコウム
のインリードまたは０．０４０インチの径のニオブワイ
ヤへ結合された。封止ボタンは空気中で最初５時間１２
５０℃にて仮焼せられそして引き続き混じり気のないア
ルゴンにて１８６０℃にて２０分焼成することによって
、インリードへ収縮せられた。すべての封止ボタンは、
０．０５インチのスリーブと０．０６インチまたは０．
１フインチのいずれかのボタン厚さを有した。インリー
ドでの締めじろは１％から１０％の範囲であった。封止
ボタンはタイプＤの組成物だけでなく、焼結動作の補助
剤としてそして造粒抑制剤として０．１％以下の酸化物
を含む高アルミナ組成物（タイプＡとする）でも作られ
た。焼成後の封止ボタンは、０．０５％のマグネシアと
ｏ、０２％のイツトリアを含んでいた。異なる収縮の組
成タイプＤおよびタイプＡごとに締めしるが設けられた
。

フィードスルー部材に装着された電極を有するフリット
レス封止ボタン−フィードスルー部材組立体が、１５０
ｍｇのＴＩと３０ｍｇのＣｄと２０ｔｏｒｒのアルゴン
の充填物とＰＦフリットとともに、８つの０．３５０イ
ンチ外径のアーク管の各端部へ封止された。完成したア
ーク管は、シール温度が１０２０℃であること以外は、
例１と同様に加熱された。何らの漏れの兆候もなく、４
つのアーク管が２２９０時間機能し、そして他の４つの
アーク管が３２２０時間持続した。これと同様の温度で
、対照管が４０時間でその充填物が漏れ始めた。

例−一旦 第２図に図示されるようなフリットレス結合封止ボタン
を用いて６つのランプが作られた。この実験の組におい
て、使用された封止ボタンは、上述のタイプＤの組成物
から作られた。焼成後の封止ボタンの大きさは０．５１
インチ外径で０．２１インチ厚さであった。３対のボタ
ン部材が、ニオブ／１％ジルコニウムのフィードスルー
部材で、３％の締めじろを有し、そして他の３対のボタ
ン部材が６％の締めじろを有していた。

３％の締めしるの３対の封止ボタンは第１のグループと
して取扱われそして６％の締めじろを有する３対の封止
ボタンが第２のグループとして取扱われた。各グループ
の封止ボタン対のうち２つのものとともに使用されたフ
ィードスルー部材は表面の粗さを除去するよう研磨され
た。各グループの別の封止ボタン対とともに使用された
フィードスルー部材が製造されたまま使用された。各ア
ーク管は０．４８ｍｇのＮａと、１１．０ｍｇのＨｇと
、１５．４ｍｇのＣｄと、８２．０ｍｇのＴｌおよび３
０ｔｏｒｒのＸｅの充填物を有していた。０．４０５イ
ンチ内径、２．２４インチ長のＰＣＡアーク管がＰＦフ
リットと標準的なフリット封止処理を使用して、フリッ
トレス封止ボタン−フィードスルー組立体へ封止された
。温度が９５０℃〜１０００℃の範囲にあるよう、ラン
プは５０Ｗで動作せられそしてアーク管の端部は絶縁せ
られた。

６つのランプのいずれも、１日当たり２つのオン／オフ
サイクルで、４４００時間の動作の後も、充填物の何ら
の漏れの兆候も示さなかった。

これに対して、封止ボタンとフィードスルー部材との間
でフリットにより封止せられたこと以外は同様の方法で
作られたランプは１０００時間までに必ず漏れ始めた。

伝−−ニ アつのランプが、例３で説明した処理と同様の処理につ
づいて、しかしボタン部材について異なる締めしろまた
は材料と充填物においてわずか０．３ｍｇのＮａを使用
して製造された。２つのランプがＤタイプの材料と１％
の締めしろで製造され、２つのランプがＤタイプの材料
と１１％の締めしろで製造され、３つのランプがＡタイ
プの材料と２％の余裕で製造された。１１％の締めしろ
のものは、ボタンに出っ張りないし膨張を生じ、これは
アーク管への封止のためにグラインドによって平坦にさ
れた。これらのランプはアーク管から外側のジャケット
への充填物の何らの漏れもな（１５００時間動作した。

例−一旦 ランプが、上述のＤタイプの組成物から作られた帽子型
の封止ボタンを使用して作られた。これらの封止ボタン
は、０．０８５インチのフィードスルー部材へ結合され
た。０．１１インチの長さを有する封止ボタンが使用さ
れた。これらの封止ボタンスリーブは電極を支持するタ
ングステンロンドとフィードスルー部材との間の溶接部
から離れたところで止まって（＼る。このランプは漏れ
ることなく１０００時間以上動作したが、これに対して
、封止ボタンとフィードスルー部材との間がフリット封
止された対照管は、十分な充填物を５００時間までに失
い、不透明な金属性のフィルム状のものでランプのジャ
ケットがめっきされた。

より長いスリーブとともに封止ボタンが使用されるとき
、スリーブは、早期の故障を招く半径方向のクラックを
形成する傾向を有する。例２で使用されたような短いス
リーブは何の問題も呈さなかった。スリーブがこの例の
ようにより長いときに注意が払われねばならない。クラ
ックの発生に対する抵抗性は、スリーブの直径、フィー
ドスルー部材の直径、スリーブの長さおよびフィードス
ルー部材の真直性によるものであることが多くの実験か
ら示された。理想的には、スリーブはフィードスルー部
材で、縦横比（アスペクト比）を厚くそして締めしろを
小さくすべきである。

さらにフィードスルー部材に対する封止ボタンの直接（
またはフリットレス）結合およびアーク管に対するこの
組立体のフリット結合を採用する別の幾何学的配列もま
た本発明の範囲に包含されるものと考えられる。この−
例が、フィードスルー部材へのディスク形状の封止ボタ
ンのフリットレス封止であり、フリットレス組立体は真
直なアーク管へ直接フリット材料を用いて封止される。

このことは、密封したフィードスルーを形成する目的の
ために、任意のセラミック品へこのような組立体の封止
を行なうことをも意味するものである。

本発明で使用されるセラミック封止ボタンは、充填物が
フィードスルー部材の面に沿って外部へ向かう通路を持
たないように、フィードスルー部材との反応に対して、
特にそのいずれの構成成分の還元にも抵抗性を有する材
料から構成されることが好ましい。

本発明のアーク管は・高圧カナトリウムタイプまたは高
圧力混合金属蒸気タイプの高圧力金属上記放電ランプで
使用できる。これら種々のタイプのランプの構成の詳細
は照明技術の分野で通常の知識を有する専門家によく知
られている。

第３図は、本発明が応用可能な高圧カナトリウムタイプ
の高圧力金属蒸気放電ランプの一例である。ランプ５１
は、端子５４を持つランプ基部５３のような電源（図示
せず）へランプを電気的に結合する手段を有するホウケ
イ酸ガラス（ボロシリケートガラス）などの排気された
外部ガラスエンベロープ５２内に保持されるアーク管５
９を備える。導電体６２．６３が、ガラスエンベロープ
の内部から外部への電気的な接続を提供するために、外
側エンベロープ内に封止されそしてここを挿通ずる。ナ
トリウム、水銀および希ガスを含む充填物を包含するア
ーク管５９は、よく知られている方法で、金属性のフレ
ームなどの保持手段５８によって外部エンベロープ５２
内に保持される。希ガスは始動ガスとして振る舞い、そ
して水銀は、ガス圧を高めそしてランプの動作電圧を実
用レベルへ高めるための緩衝ガスとして振る舞う、熱保
存手段５５．５６が、アーク管の中央からそこでの熱差
分を減するために、電極（図示せず）の近傍にてその各
端部にて、アーク管５９の回りを覆ってもよい。

本発明によれば、アーク管の各端部は、封止ボタンとフ
ィードスルー部材との間にてフリットレスシールを備え
る。

フィードスルー部材に装着される電極を有するフリット
レス封止ボタン−フィードスルー部材組立体間のシール
は、たとえば溶解（または溶融）ガラスセラミックフリ
ットから構成される封止手段から形成される。

封止フリット材料は、一部が５ｒＯ１ Ｙ２０３　、Ｌａ２Ｏ５，ＭｇＯおよび／またはＢ２Ｏ
３で置換物または添加物を有するＡ　ｌ　２０ｓ　、　
Ｃａ　ＯおよびＢａＯを含むアルカリ土類をベースにし
た封止材料などの、高圧カナトリウム蒸気放電ランプの
ためのアーク管の製造で標準的に使用される封止フリッ
ト材料の任意のものとすることができる。

本発明の一例による高圧力金属蒸気放電ランプは飽和型
または非飽和型蒸気タイプのいずれでもよい。飽和型ま
たは非飽和型タイプの高圧カナトリウムランプのいずれ
でも添加が必要とされるナトリウムおよび水銀の量は当
業者に知られている。

たいていの高圧力金属蒸気放電ランプが任意の場所で動
作できる。燃焼ないし発光場所は光出力に何ら重大な影
響を与えない。高圧カナトリウム放電ランプは、ソース
発光寸法を増大するようまたはソース輝度を減するよう
外側バルブの内部に拡散コーティングを含むことも可能
である。外側エンベロープはゲッタ６０．６１を含むこ
とも可能である。

４、　　の、　なＶ 第１図および第２図は、本発明のアーク管の端部構造の
好ましい例を図示する模式図である。

第３図は、高圧力金属蒸気放電ランプの構造の例を図示
する斜視図である。

１面の、ミｇ（′同容にｉ更なし：・ 補正の対象 図 面 補正の内容 別紙の通り 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　３ １カ１ 毛糸売主甫正書（方式） ％式％ 事件の表示 発明の名称 田 文 毅 殿 平成１年特許願第１１８８５５号 高圧力金属蒸気放電ランプのための改善されたアーク管
、これを備えるランプおよび方法補正をする者 事件との関係　　　　　　　　　特許出願人名　称　　
ジー・ティー・イー・プロダクツ・コーポレイション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）高圧力金属蒸気放電ランプのためのアーク管にお
   いて、 管状のセラミック外囲器と、 該外囲器内の化学的充填物と、 前記外囲器の各端部にあり、フィードスルー部材を収容
   するためにここを挿通するアパーチャを有する封止ボタ
   ンと、 前記封止ボタンアパーチャを挿通し突出する電極を有し
   、電極が前記環状のセラミック外囲器に突出するように
   配向され、前記封止ボタンと前記フィードスルー部材と
   の間のフリットレスシールによって封止ボタンへ封止さ
   れたフィードスルー部材と、 前記封止ボタンを前記管状のセラミック外囲器の端部へ
   封止する封止フリット材料とから構成されるアーク管。 （２）前記充填物はナトリウムと水銀と始動ガスから成
   る請求項第１項記載のアーク管。（３）前記充填物はナ
   トリウムと水銀と始動ガスおよび放射性元素の要素から
   成る請求項第１項記載のアーク管。 （４）前記充填物はナトリウムと水銀とメタルハライド
   添加剤および始動ガスから成る請求項第１項記載のアー
   ク管。 （５）前記フリット材料は、封止の前に、 Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＣａＯ、ＢａＯ、ＭｇＯおよびＢ＿２
   Ｏ＿３から成る請求項第２項記載のアーク管。 （６）前記フリット材料は、封止の前に、 ４５．６％のＡｌ＿２Ｏ＿３、３９．０％のＣａＯ、８
   ．６％のＢａＯ、５．２％のＭｇＯおよび１．６％のＢ
   ＿２Ｏ＿３から成る請求項第５項記載のアーク管。 （７）前記フリット材料は、封止の前に、 Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＣａＯおよびＢａＯから成る請求項第
   ２項記載のアーク管。 （８）前記フリット材料は、封止の前に、 ４７．０％のＡｌ＿２Ｏ＿３、３７．０％のＣａＯおよ
   び１６．０％のＢａＯから成る請求項第７項記載のアー
   ク管。 （９） 封止されそして挿通する導電体を有し、前記電極の各々
   が導電体と電気的接続状態にある外側ガラスエンベロー
   プと、 前記外側ガラスエンベロープ内に装着され、 管状のセラミック外囲器と、 該外囲器内の化学的充填物と、 前記外囲器の各端部にあり、フィードスルー部材を収容
   するためにここを挿通するアパーチャを有する封止ボタ
   ンと、 前記封止ボタンアパーチャを挿通し突出する電極を有し
   、電極が前記管状のセラミック外囲器に突出するように
   配向され、前記封止ボタンと前記フィードスルー部材と
   の間のフリットレスシールによって封止ボタンへ封止さ
   れたフィードスルー部材と、 前記封止ボタンを前記管状のセラミック外囲器の端部へ
   封止する封止フリット材料とから構成されるアーク管と
   、 ランプ基部とから構成される高圧力金属金属蒸気放電ラ
   ンプ。 （１０）高圧力金属蒸気放電ランプのためのアーク管を
   製造する方法において、 アーク管外囲器の各端部ごとに、封止ボタンとフィード
   スルー部材との間にフリットレスシールを形成し、 各フリットレス封止ボタン−フィードスルー部材組立体
   へ電極を永久的に固定し、 電極が装着された第１フリットレス封止ボタン−フィー
   ドスルー部材組立体を、フリット材料を使用してアーク
   管外囲器の一方の端部へ封止し、 化学的な充填物を、一方の端部が封止されたアーク管外
   囲器へ装填し、 電極が装着された第２フリットレス封止ボタン−フィー
   ドスルー部材組立体を、フリット材料を使用してアーク
   管外囲器の他方の端部へ封止することから成る方法。