JPH0675372B2 - 無電極放電灯の製造方法 - Google Patents

無電極放電灯の製造方法

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JPH0675372B2
JPH0675372B2 JP14095588A JP14095588A JPH0675372B2 JP H0675372 B2 JPH0675372 B2 JP H0675372B2 JP 14095588 A JP14095588 A JP 14095588A JP 14095588 A JP14095588 A JP 14095588A JP H0675372 B2 JPH0675372 B2 JP H0675372B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、無電極放電灯、特に印刷等に用いられるマ
イクロ波放電形の無電極放電灯の製造方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕
マイクロ波放電により点灯/発光させるこの種の無電極
放電灯(ランプ)は、発光管の内部に電極を持たないた
め、電極に起因する諸欠点、例えば電極物質飛散による
短寿命または点滅頻度の制限、立上り時間等の問題が少
なく、この意味で有電極形放電灯に対して優位性を有す
る。
第5図に、球状の無電極放電灯発光管の一例の外観図を
示す。1bは石英球であり、9はチップオフ(封着)部、
5は、発光物質等の添加物を示している。チップオフ部
9は、製造時には、不図示の排気管が接続されており、
この排気管を不図示の排気装置に取付けて、排気や添加
物、封入ガスの封入等を行ったのち、封着するものであ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、以上のような従来の石英管球の無電球放
電灯にあっては、石英を発光管材料としているため、誘
電損失が大きく、効率的に問題があること、また、発光
物質としてアルカリ金属等は使用できないこと等の制約
があった。このような問題に対処するため、誘電損失が
少なく、また、耐アルカリ性の高いアルミナセラミック
材等を発光管材料として用いる提案が発明者らによって
なされている。(例えば、特開昭54−119783号公報,特
公昭63−899号公報など)。
しかしながら、このような先願発明にあっては、アルミ
ナセラミック材を用いる場合に使用されるニオブ(Nb)
等の金属排気管は適用できないため、排気しながら封着
するいわゆる“封着‐排気方法”によって発光管も排気
する必要がある。
この方法においては、第6図に、この種の封着‐排気装
置の一例を要部断面図を示すように、ガラスフリット3
を介してアルミナキャップ2と、円筒状発光管1とを封
着するのに、排気チャンバ8を封入希ガス雰囲気とし
て、ヒータ7によって1,500℃程度に加熱してガラスフ
リット3を融解し、封着を完了させる。このとき、発光
管1の下底部には発光物質5の添加物が載置されてお
り、この付近は、発光物質5が蒸発しないように冷却水
等で冷却するように、冷却ホルダ6の中に載置されてい
る。通常、この付近の温度は発光物質5の蒸気圧を考慮
して、50゜〜100℃以下の温度に保持しておく必要があ
る。一方、ガラスフリット3のある封着部は、1,300゜
〜1,500℃の融解点を有するアルミナ,カルシア系の封
着剤を用いているため、最高温度時1,500℃前後に保持
する必要があるため、両者間の温度勾配は、封着部か
ら、発光物質載置部まで、1,500℃から100℃前後に急激
に降下していることになる。このような急激な温度勾配
は、発光管材料が弾性の少ないアルミナセラミックであ
るため、熱衝撃によるクラックの発生を招くことにな
る。発明者らは、この熱衝撃クラックの発生を定量的に
把握するため、種々の調査を行った結果、次のような事
実が明らかとなった。すなわち、発光管の形状が円筒
状,球状,楕円球状等種々のものを用い、前記第6図装
置により封着排気を行いその最大径部分寸法D1と最小径
部分寸法D2との比D1/D2によって、熱衝撃による不良発
生率を調査した結果、第7図に、その寸法比対封着不良
発生率曲線を示すように、寸法比D1/D2の比の大小によ
って封着不良発生率が著しく異なっていることが明らか
にされた。
なお、ここにおいて、各寸法D1及びD2は、円筒状の発光
管の場合は、断面図を第2図に示すように、D1は管1の
内径部長さ、D2管1の内径をとり、また、楕円球の場合
は、断面図を第3図に示すように、D1は管1aの楕円長径
寸法、D2は短径寸法(いずれも内径部)とした。2bはア
ルミナセラミックキャップである。
前記第7図の意味するところは、D1/D2<約5の場合
に、封着時の上下の温度差による熱衝撃によってクラッ
クの発生率が極めて大きくなることを示している。した
がって、この領域の形状を有する発光管においては、第
6図装置のような封着‐排気方式は事実上適用できない
ことになる。しかしながら、D1/D2<約5のような、い
わゆる“だるま”形発光管は、マイクロ波の集波効率が
高いため、何らかの効果的な製造方法の開発が望まれて
いた。
この発明は、以上のような局面にかんがみてなされたも
ので、この種のだるま形発光管をも効果的に製造し得る
方法の提供を目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
このため、この発明においては、内部に発光物質と希ガ
スとを含み、アルミナセラミックス材より成り、かつ該
発光管の最大径部分と最小径部分との寸法比が約5以下
であるとともに、該発光管の一部をアルミナ,カルシア
主成分の1,300゜〜1,500℃の融点を持つガラスフリット
により封着する工程を有する無排気管形無電極放電灯の
製造方法において、前記発光物質,希ガスの一部または
全部を封入した高融点材料性のアンプルを、封着前のセ
ラミック発光管内に挿入した後、不活性ガスまたは真空
中でも封着し、その封着後、前記アンプルを破壊して前
記封入物質を発光管内に導入するようにした製造工程を
採用することにより、前記目的を達成しようとするもの
である。
〔作用〕
以上のような製造工程におけるアンプルは、高融点材料
製であるため封着時、アンプル部分の温度を低く保つ必
要がなく、従って、前記封着‐排気装置における排気チ
ャンバ内の発光管上下部分の温度差は小さくてすみ、熱
衝撃クラックの発生も少なくなる。また、封着時、添加
物は高融点材料アンプル中に入っているため、封着時の
添加物飛散等がなくなる。
〔実施例〕
以下に、この発明を実施例に基づいて説明する。第1図
は、前記従来例第6図におけると同様の封着‐排気装置
によるこの発明の封着‐排気工程の一実施例を示してお
り、第6図におけると同一(相当)構成要素は、同一符
号で示す。
(構成) 1は、最大径部分と最小径部分との前記寸法比D1/D2
約5以下の形状を有するアルミナセラミック発光管、2
はアルミナキャップ、3はアルミナ,カルシア系のガラ
スフリット、4は、この発明による高融点材料である石
英(SiO2)から成るアンプルで、5は、アンプル4内に
封入された、発光物質としてのナトリウム‐水銀のよう
な添加物である。また、6は、冷却ホルダであるが、そ
の機能は、発光管1の封着部3が1,500℃程度となる時
にアンプル4位置の温度が1,000℃程度に下っていれば
良いものである。7は加熱用ヒータで、封着部3を1,50
0℃まで加熱する。8は排気チャンバであり、封着時の
雰囲気は封入ガスが所定封入されているか、あるいは真
空である。
(動作/作用) 1,500℃の温度でガラスフリット3が融解すると、排気
チャンバ8と発光管1との内部は隔絶され排気が完了す
る。つぎに、この排気が完了した発光管1の中にあるア
ンプル4を外部からマイクル波放電等により破壊すると
アンプル4中に封入された添加物5は発光管1中に放出
される(第2図4aに破壊されたアンプル破片4aを示
す)。
このアンプル4の大きさは、小形で、かつ肉厚は薄い方
が当然アンプル材の発光への影響は少ない。アンプル4
は、通常の方法で不図示の排気装置により添加物5を挿
入して排気したのち、チップオフされるが、このとき、
アンプル4中に、発光管1に封入する始動用希ゴスを封
入しておくと、装置の排気チャンバ8内は、封着時には
不活性ガスまたは真空でよいため、工程が簡易化され、
極めて都合が良い。すなわち、封着/排気時、排気チャ
ンバ8内は高温となるため、上記のような方法によらず
単独に行おうとすると、排気チャンバ8内に始動用希ガ
スを封入して発光管1内に希ガスを封入する際、冷温圧
力と高温圧力との関係を予め調査する必要があり、その
工程が、やや複雑となるからである。
(試作/実験例) 第2図に断面図を示すような内径D2=10mmφ,内部の長
さD1=40mmの円筒状のセラミック発光管1に、Na,K等の
アルカリ金属添加物5およびアルコンガスを所定圧封入
した石英アンプル4を挿入し、第1図に示すような封着
‐排気装置により封着,排気した。ガラスフリット3と
して、融点が1,360℃のアルミナ,カルシア系のものを
用いた。封着時、排気チャンバ8内の温度は1,500℃、
アンプル4部の温度は900℃であった。以上のような温
度条件で封着/排気が完了した時点での熱衝撃によるク
ラック不良発生件数は実験回数N=100に対して、0で
あった。
封着後、振動によりアンプル4のチップ先端を割って
(例、第2図4a)内容物を放出させ、発光管1を完成さ
せた。完成品ランプのマイクロ波放電による発光はNa,K
の発光が見られ、懸念されたアンプル4材料の石英片
(SiO2)4aの影響はほとんど認められなかった。
また、内筒形の内径D2=20mmφ,内部の長さD1=30mmお
よび内径D2=30mmφ,内部の長さD2=90mmのもの、なら
びに、第3図に断面図を示すような、長径D1=30φ,短
径D2=20φmmの楕円球状発光管、さらにD1=D2=20φmm
の球状発光管(不図示)についても同様の試作実験を行
ったが熱衝撃クラック不良発生は、皆無であった。
なお、上記実施例においては高融点材料のアンプル材と
して石英を用いたが、1,500℃までの耐熱性を有するも
のであれば、他の材料であってもよい。ただし、この場
合、封着時のチャンバ8内温度が余り1,500℃に近付く
と、アンプル4の内部圧力が高くなるため、アンプル4
の封着時の温度は1,000℃程度(±200℃)に抑えておく
方が良好結果が得られる。また、アンプル4部分の温度
は、500℃以下にならないようにすると熱衝撃の観点か
ら良好である。
なお、発光管1の最大径と最小径の寸法比の限界点が約
5以下であることの意味するところは、このような形状
は、いわゆる“だるま”形であり、片側を加熱して、他
の片側を冷却することが本来難しい形状であることであ
る。
また、アンプル4を用いて、ランプ排気後にアンプル等
からランプ内に添加物を導入する方法は、蛍光ランプ等
において提案されている(例えば、ゲメディス‐サェス
ゲッター社など)。本発明の、各先願との明解な相異点
は形状の限定されたセラミックス発光管を使用して片側
を1,300゜〜1,500℃、他の片側、すなわちアンプルの部
分を、500゜〜1,200℃程度の高温に保っておくことにあ
る。すなわち、アンプル4のみを使用して、排気後添加
物を導入しても、この発明の効果は得られないものであ
り、実験上からも、特許請求の範囲に記載された条件以
外では、アンプルを用いても実際に封着不良の発生が多
くなり、本発明の効果は得られない。
また、前述したアンプル4の温度の下限500℃に規定し
た理由は、第7図におけるD1/D2=5の発光管をアンプ
ル4部分の温度を50゜〜1,200℃まで変化させて封着不
良発生率を調査した結果によるものである。第4図に、
アンプル温度対封着不良発生率曲線を示す。このときの
封着部温度は1,300℃〜1,500℃、実験回数Nは各10であ
る。すなわち、アンプル4の温度が500℃以下で、不良
発生率が急激に増加する。この傾向は、第7図の特性曲
線の傾向と類似しており、アンプル4の温度を500℃以
上にする必要性の根拠を示すものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、アルミナセラ
ミックス製発光管よりなる無電極放電灯の、いわゆる
“だるま”形発光管を効果的に製造し得るようになった
ため、集波効率の高く、ランプ効率の高い無電極放電灯
を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明による封着−排気装置の一実施例の
要部断面図、第2図および第3図は、この発明による2
種類の発光管の各段面図、第4図は、アンプル部温度対
封着不良発生率の特性曲線図、第5図は、球状の石英無
電極放電灯用発光管の一例の外観図、第6図は、従来の
封着−排気装置の一例の要部断面図、第7図は、従来の
発光管長尺部分と短尺部分の寸法比対封着不良発生率の
特性曲線図である。 1,1a,1bはアルミナセラミック発光管、2,2aはアルミナ
セラミックキャップ、3はガラスフリット、4はガラス
アンプル、4aはアンプル破片、5は発光物質、D1/D2
最大/最小径部寸法である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当構成要素を示
す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に発光物質と希ガスとを含み、発光管
    がアルミナセラミック材より成り、かつ、該発光管の最
    大径部分と最小径部分との寸法比が5以下であるととも
    に、該発光管の一部をアルミナ,カルシア系主成分の1,
    300゜〜1,500℃の融点を持つガラスフリットにより封着
    する工程を有する無排気管形無電極放電灯の製造方法に
    おいて、前記発光物質と希ガスとの少くとも一部を封入
    した高融点材料製のアンプルを、封着前の該発光管内に
    挿入した後、前記アンプル部分の温度を500゜〜1,200℃
    に保ち、不活性ガスまたは真空中において、被封着部を
    1,300゜〜1,500℃で加熱して封着し、該封着後、前記ア
    ンプルを破壊して前記封入物質を該発光管内に導入する
    工程を採用したことを特徴とする無電極放電灯の製造方
    法。
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