JPH0682545B2

JPH0682545B2 - 高圧金属蒸気放電灯用発光管

Info

Publication number: JPH0682545B2
Application number: JP61310621A
Authority: JP
Inventors: 幹夫狩谷; 宏次泉谷
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1994-10-19
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: EP0272930B1; EP0272930A2; US4808881A; JPS63160148A; DE3789950D1; EP0272930A3; DE3789950T2

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、高圧金属蒸気放電灯（以下、HIDランプと呼
称する）用発光管に係り、更に詳細には、発光管を構成
する透光性セラミックス管の少なくとも一方の端部を導
電性閉塞体によりシール材を用いて嵌合、閉塞するため
の発光管端部閉塞構造に関するものである。

（従来技術）従来から、発光管として透光性セラミックス管を用いた
HIDランプにおける発光管端部閉塞体としては、特開昭5
2−71695号公報等に明らかにされているように、導電性
のディスク（エンドキャップ）が提案されている。この
ような導電性ディスクは、例えば酸化アルミニウム粉末
と金属タングステン粉末を混合、焼結した導電性のサー
メットにて構成されているのである。そして、このよう
な導電性サーメットディスクの発光管内側に位置する部
分には、タングステン製の放電用電極が設けられる一
方、該導電性サーメットディスクの外側面には、電源に
接続されるリード部材が埋設、固定されており、電源か
らの電力は、かかるリード部材から導電性サーメットデ
ィスクを通じてタングステン電極に給電されるようにな
っている。

このような構造の導電性サーメットディスクを使用する
理由は、例えば高圧ナトリウムランプに適用した場合に
は、高価なニオブ電極の代わりに安価なタングステン電
極を使用出来るからであり、また透光性セラミックスか
らなる発光管の内部に、水銀及び希ガスと共に、演色性
を向上するために適当な発光金属のハロゲン化物を封入
した、所謂メタルハライドランプに適用した場合には、
そのようなハロゲン化物に対する耐蝕性を備えているか
らである。

また、このようなサーメットディスクで閉塞してなる発
光管を備えたHIDランプにあっては、その始動時に、ア
ークが対向する電極間で発生せず、電極と導電性サーメ
ットとの間で発生する、所謂バックアーク現象のため
に、かかるディスクにクラックが生じ、その結果、発光
管がリークしたり、またディスクから蒸発、飛散したサ
ーメット材の耐熱性金属成分が発光管内壁に付着して黒
化し、光束の低下を招く等の問題があり、これを防止す
るために、導電性サーメットの電極側表面に電気絶縁層
を設けることが知られている。

さらに、メタルハライドランプにおいては、発光管内に
過飽和の状態で封入されたメタルハライドが、該発光管
の最冷点、一般に垂直点灯の下端部で凝縮して、電極か
ら加わる高熱作用の下で、特にそこを閉塞するシール材
を著しく劣化せしめ、ランプ動程特性の劣化及び発光管
リーク等の問題を生起する。これを防止するため、発光
管の下端側のサーメットディスクはシール材を用いず、
直接発光管に気密に焼嵌めることが知られている。この
場合、発光管の上端側は発光物質等を封入する必要があ
るため、サーメットディスクはシール材で閉塞されてい
る。

（問題点）しかしながら、このように、少なくとも片側端部の閉塞
にシール材を用いた発光管を備えたHIDランプにあって
は、シール材が発光管とエンドキャップの隙間を埋める
構造となっているため、発光管内面側には必ずシール材
が露出している部分があり、発光管の下端側ほど著しく
はないものの、この部分からメタルハライド蒸気の浸食
を受けて、シール材が劣化し、発光管リークに至る場合
や、ランプ特性として、例えば光束劣化（発光管壁の黒
化）、色変化、ランプ電圧変化等にも悪影響を及ぼすと
いう問題があった。

また、時として、シール材による導電性サーメットディ
スクと発光管のシール状態が不完全で、導電性サーメッ
トディスク側部がシール材で完全に覆われていない場
合、この部分でバックアーク現象が起こり、サーメット
やシール材、発光管等にクラックが発生して封入ガスの
リーク原因となっていた。

（解決手段）本発明は、かかる事情に鑑み、本発明者らの更なる検討
に基づいて完成されたものであって、その目的とすると
ころは、導電性閉塞体としてのサーメットディスクのバ
ックアークによるクラックの発生や、発光管のリークの
発生を阻止しつつ、点灯時におけるランプ特性の劣化を
効果的に抑制し得るHIDランプ用発光管を提供すること
にあり、そしてこの目的達成のために、透光性セラミッ
クス管の少なくとも一方の端部を導電性サーメットディ
スクにてシール材を用いて閉塞する一方、電極軸及びリ
ード部材を、それらの端部において、それぞれ該導電性
サーメットディスクに埋設してなり、且つ該導電性サー
メットディスクの少なくとも電極側表面部に電気絶縁層
を設けてなる高圧金属蒸気放電灯用発光管において、前
記セラミックス管の少なくとも一方の端部を、管端側か
ら少なくとも第一の内径の管状部分と第二の内径の管状
部分とを有するように構成し、更に該第一の内径は該第
二の内径より大きく、且つ該セラミックス管端部の第一
の内径部分に嵌合する前記導電性サーメットエンドキャ
ップの挿入部分の外径は、それら第一の内径と第二の内
径の中間にあるように構成し、そして該導電性サーメッ
トエンドキャップの電極側表面部に設けた電気絶縁層の
外周縁部分を、前記第一の内径の管状部分と前記第二の
内径の管状部分との境界面に、全周に亘って直接当接せ
しめて、前記シール材を該セラミックス管内面側に実質
的に露出させないようにしたことを特徴とするものであ
る。

（実施例）以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の一実施例を、図面に基づいて詳細に説明することと
する。

先ず、第１図は、本発明の適用されるHIDランプの全体
を概略的に示すものであって、そこにおいて、２は、一
般にガラス等からなる透光性を有するバルブ（外管）で
あり、そしてこのバルブ２の開口部が口金４にて閉塞せ
しめられることにより、かかるバルブ２内の密封性が確
保されている。なお、このバルブ２内には、通常、窒素
などの不活性ガスが封入されたり、或いはそれが真空状
態に維持されたりしている。そして、よく知られている
ように、かかる口金４を通じて、バルブ２の内部に収容
された発光管６の両端のリード部材８、８に、該発光管
６を支持する導電性部材10、10を介して給電が行なわれ
るようになっている。

また、発光管６は、アルミナ磁器などからなるチューブ
状の透光性セラミックス管12と、その両端部に固定され
て、それを密封するエンドキャップとしての導電性ディ
スク（サーメット）14、14とから構成されている。そし
て、かかる導電性ディスク14に対して、前記リード部材
８と共に、所定の電極16がその一端部において埋設され
ている。また、この発光管６の内部には、HIDランプの
種類により各種の金属乃至はその蒸気が封入されてお
り、例えば、高圧ナトリウムランプにあっては、金属ナ
トリウム、水銀、希ガスが封入されており、またメタル
ハライドランプにあっては、水銀及び希ガスと共に、適
当な種類の発光金属のハロゲン化物（ヨウ化ディスプロ
シウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化イ
ンジウム等）が封入されているのである。

また、発光管６の透光性セラミックス管12の端部に、シ
ール材30を用いて固定せしめられるか、またはその焼結
時の収縮作用を利用して焼嵌め固定せしめられる導電性
サーメットディスク14は、その外側面に、タングステン
等の金属からなる所定太さのロッド状リード部材８がそ
の一端部を埋設させた状態において立設、埋設されてお
り、一方、その内側面、換言すれば透光性セラミックス
管12内に露出させられる面には、タングステン電極等の
電極16が、その一部を埋設した状態で立設されて、透光
性セラミックス管12の横断面の略中心部に位置するよう
に配置されている。また、電極16を構成する所定太さの
ロッド状電極軸15の先端部には、その先端の所定長さ部
分を露呈せしめた状態において、公知の如くコイル部19
が設けられている。

また、この導電性サーメットディスク14の電極16側の導
電性ディスク電極側表面18には、バックアーク防止用の
電気絶縁層20が所定厚さで設けられている。而して、こ
の電気絶縁層20は、かかる導電性ディスク電極側表面18
を電極16基部周囲を除く略全面に亘って覆っているので
ある。

ところで、本発明は、発光管６を構成する透光性セラミ
ックス管12の少なくとも片側端部の導電性サーメットデ
ィスク14をシール材30にて固定する際に適用されるもの
であって、その一例が、第５図乃至第８図に示されてい
る。

すなわち、第５図乃至第８図において、透光性セラミッ
クス管12は、端部側から同心状に、即ち第一の内径の管
状部分31と第二の内径の管状部分32とを有しており、該
第一の内径は該第二の内径より大きく、且つセラミック
ス管端部の第一の内径部分31に嵌合する導電性サーメッ
トディスク14の挿入部分の外径は、これら第一の内径と
第二の内径との中間にあり（好ましくは、第一の内径と
第二の内径の平均値より大きく）、導電性サーメットデ
ィスク14の電極側表面18に設けた電気絶縁層20の外周縁
部分を、第一の内径の管状部分31と第二の内径の管状部
分32との境界面に、全周に亘って直接当接せしめてあ
る。

そして、このようにシール材30を発光管内面側に実質的
に露出させない構成としてあるので、発光管内部のメタ
ルハライド蒸気による発光管リークを防止し、且つラン
プ動程特性も効果的に改善することが出来る。更に、導
電性サーメットディスク14の側部が電気絶縁層で覆われ
ていない場合でも、本発明によれば、発光管内面側に導
電性サーメット部分が露出しないので、発光管のシール
状態が不完全でも、バックアーク現象が効果的に抑制さ
れ、シール作業上からみても有利である。

また、シール方法として、第５図、第６図及び第８図に
示されるように、導電性サーメットディスク14にトップ
ハット状につばがある場合、つばとセラミックス管端部
の間にリング状にシール材を挟んだ状態で、シール材を
加熱溶融し、導電性サーメットディスク14が自重でまた
は荷重下で沈み込むと共に、電気絶縁層20の外周縁部が
透光性セラミックス管12に直接当接するようにしても良
いし、第７図に示されるように、セット時に最初から電
気絶縁層20を透光性セラミックス管12に当接させておい
て、シール材30を加熱溶融しても良い。

なお、第５図では、直管状の透光性アルミナ管12の端部
に同材質のリングを焼嵌めるかまたはプレス成形して、
第一の内径と第二の内径とを形成しており、また第６図
乃至第８図の例では、両端部を細く絞った形状の透光性
セラミックス管12の端部をエンドミル等で内径機械加工
するか、またはプレス成形して、第一の内径と第二の内
径とを形成してある。

また、第５図及び第６図は、シール材30が透光性セラミ
ックス管12と導電性サーメットディスク14の隙間に完全
に充填された状態を示し、第７図及び第８図は、シール
材30が部分的に充填された状態を示している。

これに対して、第２図乃至第４図に示す従来例では、何
れもシール材30が発光管内面側に露出している部分があ
り、第４図では、シール状態が不完全で、導電性サーメ
ットディスク14側部の導電性部分も発光管内面側に露出
している様子を示している。

なお、発光管６の端部閉塞体として用いられる導電性デ
ィスク14の材料には、公知の各種の材料が適宜に選択さ
れることとなるが、一般に透光性セラミックス管12を構
成する材料と電極16（電極本体15）及びリード部材８と
して用いられる耐熱性金属との中間の熱膨張率を有する
導電性材料であれば、何れをも使用可能であり、例えば
金属タングステン若しくは金属モリブデンと酸化アルミ
ニウムとからなる複合体、タングステンカーバイド、タ
ングステンボライド等が用いられる。

また、かかる導電性ディスク14の電極16側の表面（18）
上に設けられる電気絶縁層20は、公知の絶縁材料を用い
て適宜に形成されることとなるが、特に熱膨張率が導電
性ディスク14材料の熱膨張率に近い、耐熱・耐絶縁性セ
ラミックスを用いて形成するのが望ましく、例えばアル
ミナ、ベリリア、スピネル、ボロンナイトライド等を用
いて、かかる電気絶縁層20が形成されることとなる。そ
して、このような電気絶縁層20は、各種の公知の手法に
従って形成され得るものであって、例えば導電性ディス
ク材料と上記絶縁材料とを一体で成形・焼結して設けて
も、別々に成形・焼結して積層しても、また予め焼結し
た導電性ディスク14の表面に溶射等の方法により被覆し
て形成するようにしても何等差支えない。但し、導電性
サーメット部分と電気絶縁層部分は、それぞれ別々の工
程で透光性セラミック管に固定するのではなく、電極16
及びリード部材８を埋設して、同時に発光管端部を密封
することが、作業効率上好ましい。

そして、このような電気絶縁層20は、少なくとも閉塞体
たる導電性ディスク14の電極側表面（18）に対して施さ
れている必要があるが、またこれに限らず、該ディスク
14の全表面に渡るように設けられていても、何等差支え
ないのである。また、この絶縁層20の厚さとしては、本
発明の目的、即ちバックアーク現象を有効に抑制し得る
範囲内において適宜に決定されることとなるが、一般に
0.05〜0.8mm程度の厚さにおいて形成され、更に微小間
隙28を介して該電極16に接触しない程度に設けることに
より、電気絶縁層にクラックを発生させることなく、バ
ックアーク現象の発生を良好に抑制することが可能であ
る。

また、シール材30としては、公知の耐メタルハライド組
成物が使用でき、例えばY₂O₃、La₂O₃、Dy₂O₃、Al₂O₃、S
iO₂等から選択された適当な混合割合の組成物を用い、
これを前もってリング状に加圧成形しておき、透光性セ
ラミックス管12の端部と導電性サーメットディスク14の
間に介在させて、アルゴン雰囲気中で、約1500℃数分間
加熱溶融して、気密に封着する。なお、このシール材の
熱膨張係数は、透光性セラミックス管12に近いことが望
ましく、透光性アルミナ管を用いる場合には、70〜90×
10^-7/℃（30〜800℃）が適当である。

なお、このような本発明に従う発光管６が用いられるHI
Dランプとしては、上述のように、透光性セラミックス
管（12）を発光管６の構成材料として使用したメタルハ
ライドランプ、或いは高圧ナトリウムランプ等を挙げる
ことが出来るが、本発明にあっては、特にメタルハライ
ドランプ用発光管に好適に適用されるものである。

また、透光性セラミックス管12に対する閉塞体（14）の
固定方式にあっても、垂直点灯下端部の焼嵌め方式に代
えて、適当なガラスフリット等のシール材30を用いて、
それら両者を固定する方式も適宜に採用され得ること
は、言うまでもないところである。

以上、図面に示す本発明の代表的な具体例について説明
を加えてきたが、本発明が、かかる例示の構造並びにそ
れに付随した具体的な説明によって限定的に解釈される
ものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りに
おいて、当業者の知識に基づいて、本発明には種々なる
変更、修正、改良等が加えられ得るものであって、本発
明がそのような実施形態のものをも含むものであること
は、言うまでもないところである。

例えば、導電性サーメットディスク14に埋設する電極1
6、リード部材８のそれぞれに、それらより細い素線を
添えて埋設することにより、埋設穴に空間を存在させて
焼嵌め、これによって、導電性サーメットディスク14の
クラックを効果的に防止することが可能となる。

また、垂直点灯の発光管下端部の電極16周りの電気絶縁
層20部分を円筒状の凸部として設けて、この凸部の内面
と電極16との間に所定の間隙が形成されるようにするこ
とも可能であり、このように、電気絶縁層20の表面を、
電極16の周囲において、導電性ディスク14の周縁部に位
置する電気絶縁層20表面よりも電極16立設方向に突出さ
せれば、凝縮したメタルハライド液相による電極16近傍
の導電性ディスク14及び電気絶縁層20の浸食防止が有効
に達成され、ランプの長寿化を図ることも可能となるの
である。

さらに、例示の具体例では、透光性セラミックス管12の
端部を段付き構造として本発明に従う構造を実現した
が、これに代えて、かかる透光性セラミックス管12の端
部内面及び導電性ディスク14の嵌合面をそれぞれテーパ
面と為し、且つ前者より後者の方のテーパ角度を小なら
しめた構造において、本発明を実施することも可能であ
る。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、導電性サーメットディ
スク（エンドキャップ）の電気絶縁層外周縁部を透光性
セラミックス管（具体的には第一及び第二の内径の管状
部分の境界面）に直接に当接せしめてなる本発明に従う
発光管を備えたHIDランプは、第二の内径の管状部分の
存在によって、シール材が透光性セラミックス管内面側
に全く露出しない構成とされているため、ランプの動程
特性が向上すると共に、導電性サーメット部分が透光性
セラミックス管端部の第二の内径の管状部分とサーメッ
ト表面の電気絶縁層により確実に隔離されているので、
バックアーク防止効果があり、以てバックアークによる
発光管リークもなく、またシール作業上でもシール状態
に自由度があるため、有利であり、そこに本発明の大き
な工業的意味が存するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う閉塞体で透光性セラミックス管
の上端部を閉塞してなる発光管を備えたHIDランプの一
例を示す切欠概略図であり、第５図は、そのようなHID
ランプの発光管の上端部を拡大して示す要部断面説明図
であり、第６図乃至第８図は、それぞれ、本発明の他の
例を示す第２図に対応する図である。また、第２図乃至
第４図は、従来例を示す第５図に対応する図である。 2:バルブ、4:口金 6:発光管、8:リード部材 10:導電性部材 12:透光性セラミックス管 14:導電性サーメットディスク 16:電極、15:電極軸 18:導電性ディスク電極側表面 19:コイル部、20:電気絶縁層 30:シール材 31:第一の内径管状部分 32:第二の内径管状部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性セラミックス管の少なくとも一方の
端部を導電性サーメットエンドキャップにてシール材を
用いて閉塞する一方、電極軸及びリード部材を、それら
の端部において、それぞれ該導電性サーメットエンドキ
ャップに埋設してなり、且つ該導電性サーメットエンド
キャップの少なくとも電極側表面部に電気絶縁層を設け
てなる高圧金属蒸気放電灯用発光管において、前記セラミックス管の少なくとも一方の端部を、管端側
から少なくとも第一の内径の管状部分と第二の内径の管
状部分とを有するように構成し、更に該第一の内径は該
第二の内径より大きく、且つ該セラミックス管端部の第
一の内径部分に嵌合する前記導電性サーメットエンドキ
ャップの挿入部分の外径は、それら第一の内径と第二の
内径の中間にあるように構成し、そして該導電性サーメ
ットエンドキャップの電極側表面部に設けた電気絶縁層
の外周縁部分を、前記第一の内径の管状部分と前記第二
の内径の管状部分との境界面に、全周に亘って直接当接
せしめて、前記シール材を該セラミックス管内面側に実
質的に露出させないようにしたことを特徴とする高圧金
属蒸気放電灯用発光管。