JPH0711947B2 - 高圧ハロゲン化金属放電ランプおよびその製造方法 - Google Patents

高圧ハロゲン化金属放電ランプおよびその製造方法

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JPH0711947B2 JP20609886A JP20609886A JPH0711947B2 JP H0711947 B2 JPH0711947 B2 JP H0711947B2 JP 20609886 A JP20609886 A JP 20609886A JP 20609886 A JP20609886 A JP 20609886A JP H0711947 B2 JPH0711947 B2 JP H0711947B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧ハロゲン化金属放電ランプの製造に関す
る。さらに詳細には、本発明は、セラミック・アークチ
ューブを有するハロゲン化金属放電ランプおよびそのよ
うなランプのためのアークチューブに導電性の端部密封
部材を封止する方法に関する。150ワット以下程度の小
電力で動作する高圧ハロゲン化金属ランプを設計する場
合に当面する問題の１つとして、例えばすず、ナトリウ
ム、インジウムおよびタリウムのヨウ化物、塩化物およ
び臭化物のようなハロゲン化金属の十分な分圧を確保す
る問題である。そのためには一般に、ランプが、そのラ
ンプの設計入力電力が低下されるにつれて達成するのが
徐々に困難となる比較的高い最低アークチューブ温度
（クール・スポット温度）で動作するように構成される
必要がある。従来、ハロゲン化金属ランプでは溶融シリ
カ管体が用いられていた。他方、例えば結晶性アルミ
ナ、サファイアまたはスピネルのような光透過性セラミ
ック材料で形成されたアークチューブは高温に耐えるこ
とができ、シリカよりも反応性が強く、かつ小さい寸法
のものとして容易に作成されうる。セラミック・アーク
チューブは、ランプが600℃以上のクールスポット温度
および700℃〜1000℃で動作しうるようにする。このよ
うな高い温度で動作できるようにすることによって、ア
ーク間隔を減寸でき、よりコンパクトなランプが得られ
る。このことはまた、ランプの高圧降下が80〜130ボル
トまで低下することも意味する。従って、ランプは、例
えば高圧ナトリウム放電ランプに使用するために開発さ
れたコントロール・ギヤのような市販のコントロール・
ギヤで稼働されうる。従って、セラミック・ハロゲン化
金属ランプがはじめて市販しうる商品となることができ
た。
例えば全長が20〜30mmのオーダでアーク間隙の長さが10
mm以下のように寸法の小さいセラミック・アークチュー
ブを有する高圧ハロゲン化金属ランプ（以下これをセラ
ミック・ランプと呼ぶ）を製造する場合の主たる問題点
は、揮発性の充填物質の損失を伴なわずに最後のシール
を作成する点である。このようなセラミック・ランプを
シールする場合には、セラミック・アークチューブの部
分を例えば1600℃のような高い温度に加熱することが行
なわれ、かつこのようなコンパクトなアークチューブで
は、ドース（dose）がほんの短い距離しか離れていな
い。他の問題は、例えばヨーロッパ特許公報第55049号
に開示されているようなMgO、SiO2およびAl2O3よりなる
ハロゲン化金属に対して耐性を有するシール組成は、約
700℃で軟化するガラス質シールを生成し、従って700〜
1000℃の温度で動作するように設計されたランプに使用
するのには不適当であることは明らかであろう。
本発明は光透過性のセラミック材料よりなるアークチュ
ーブを有し、700℃〜1000℃の温度で動作するようにな
されており、ハロゲン化金属ドース、水銀および希ガス
よりなる充填物を有し、導電性サーメット端部密封部材
のうちの少なくとも１つが迅速に形成された軟化温度の
高い結晶性シールによってアークチューブの一端部に封
止された高圧ハロゲン化金属放電ランプを製造する方法
であって、最初にガラス質シールを形成し、次にそのガ
ラス質シールを結晶性シールに変換する工程を特徴とす
る方法を提供する。
本明細書において用いられている迅速に形成された結晶
性シールという表現は、そのシールは、それの形成時
に、ドース（dose）を逃がしてしまうような過剰の時間
のあいだ加熱されて軟化状態となされるものではないこ
とを意味する。全シール工程に、そのシールが軟化され
ないさらに長い期間を含むこと除外するものではない。
ランプ製造時にアークチューブ管体内にドース（dose）
を封入することは種々の段階を含みうるが、最も重要な
段階は、ドース（dose）がアークチューブ内に入れられ
て後に行なわれる最後のシール工程である。もしこれが
確実に行なわれない場合には、揮発性のドース（dose）
が部分的にまたは完全に失なわれランプ動作が悪影響を
受けることになりあるいはシール形成時に漏れたドース
（dose）材料によってシール材料が汚染されることにな
りうる。
本発明の他の態様によれば、700℃〜1000℃の温度で動
作するようになされており、光透過性セラミック材料で
形成され、ハロゲン化金属、水銀および希ガスよりなる
充填物質を有するアークチューブを具備した高圧ハロゲ
ン化金属放電ランプの製造方法であって、アークチュー
ブの最後のシールが、シール組成をガラス質シールとし
次にそれを結晶性シールに変換する最後のシール工程に
よって行なわれ、そしてその最後の工程が４分以内で行
なわれ、充填物質の損失が回避されるようになされた方
法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、700℃〜1000℃の温
度で動作するようになされた高圧ハロゲン化金属放電ラ
ンプであって、光透過性セラミック材料よりなるアーク
チューブと、このアークチューブ内において10mm以下の
アーク間隙だけ離間された電極を具備しており、前記電
極が封止されている導電性のサーメット端部密封部材に
よって前記アークチューブ内に封入されたランプを始動
するためのハロゲン化金属ドース、水銀および希ガスが
前記アークチューブに入れられており、前記サーメット
端部密封部材のうちの少なくとも１つが迅速に形成され
た軟化温度の高い結晶性シールによってアークチューブ
の端部に封止された高圧ハロゲン化金属放電ランプが提
供される。
ヨーロッパ特許公報第55049号に開示されているよう
に、ガラス質シールは、結晶性構造を有し、耐熱性の高
いシールに変換されうる。これは、1000℃までの温度で
数時間のあいだ付加的な熱処理を行なうことによって達
成されうる。構成要素が約700℃の温度で30分のあいだ
加圧状態に保持され、それに続いてさらに加圧された状
態で950℃において１時間以上加熱される。これらの処
理時間は、ガラスを結晶性の状態に変換するための上記
ヨーロッパ特許公報に開示された方法にほぼ対応してい
る。英国特許第1544779号では、５〜８時間の処理時間
を用いており、他方、英国特許第1048289号では、１〜
２時間の処理時間が用いられている。これら２件の特許
はいずれもハロゲン化金属ランプにおけるシールを作成
することに関するものではない。高温動作型セラミック
・ハロゲン化金属ランプを開発しているときに、ガラス
質シールが予想外に迅速に結晶性シールに変換でき、そ
れによって１分半以内に結晶性シールを完全に作成する
ことができることを本発明者等は確認した。一般的な製
造の観点からは前記ヨーロッパ特許公報第55049号に開
示された処理時間をある程度短縮することが望ましいで
あろうが、このような短い時間で迅速に形成される結晶
性シールを作成することができるのは実に驚くべきこと
である。さらに驚くべきことは、シール材料を溶融させ
るのに必要とされかつ亀裂を伴なうことなしにそのよう
な短時間でアークチューブに加えられる多量の熱にアー
クチューブが耐えうるということである。
シールのガラス質状態から完全に結晶性の状態に変換し
うる能力はそれらの組成に応じて変わることを本発明者
等は確認した。各場合において、ガラス質シールを注意
深く制御された加熱スケジュールに従って加熱する必要
がある。ガラス質シールを最低1125℃、最高1200℃の温
度に加熱するようになされなければならない。最高変換
速度は、1150±25℃においてかつ完全に結晶性のシール
が軟化することなしに1300°と1360℃との間の温度に耐
えうる場合に生ずることを認めた。このようなシールを
本明細書では迅速に形成された軟化温度の高い結晶性シ
ールと呼び、従って、この種のシールは、アークチュー
ブの端部における温度が100℃のオーダとなるハロゲン
化金属放電ランプに使用するのに特に適している。
以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。
第１図には、導電性部材12および13を埋設された導電性
端部密封部材11を具備した端部密封構体10が示されてい
る。部材12は導入（リード・イン）部材を形成し、部材
13は電極14に対する軸状支持体を形成している。Al2O32
0重量％、MgO28重量％およびSiO252重量％よりなるシー
ルガラスまたはフリットがPVAまたは他の適当なバイン
ダと一緒にプレス成形されたリング状体15となされる。
このバインダは空気中での焼成によって除去される。リ
ンク状体15はヨーロッパ特許公報第55049号に開示され
ているのと同様の態様で予め溶融することによってサー
メット部材11上に被着される。他の方法としては、真空
中で加熱することによって、望ましくないガスまたは物
質を除去してシール組成を鈍化してもよい。さらに他の
方法としては、リング状体をアークチューブにおける本
来の位置で溶融されてもよい。
端部密封構体10は、第２図に示されているように、空の
多結晶アルミナ製アークチューブ17の上端16上に単に配
置されているだけであり、そのアークチューブ17内には
まだドース（dose）は配置されていない。単一体（モノ
リス）構造を形成するために公知の態様でセラミック・
シール要素をアークチューブ内で焼結させることによっ
てそのアークチューブの端部が最初に形成された。サー
メット11とアークチューブ17との固定されていない組立
構体を被ってベルジャー18が配置される。このベルジャ
ーは脱気されるかあるいはアルゴンのような希ガスを充
填されうる。サーメット部材11は矢印で示されているよ
うに荷重Ｗを加えることによって所定の位置に維持され
るが、その荷重の印加は単純な錘りあるいはばね装架さ
れた装置またはベローのようなそれに類する装置によっ
て行なわれうる。次に、上記固定されていない組立構体
が例えば高周波電力によってベルジャー18内で、第３図
に示されているような加熱スケジュールに従って、約75
秒の期間にわたって約1500℃の温度に加熱される。これ
によって、シール組成はガラス質シールを形成するのに
必要な少なくとも1350℃に加熱される。このようにして
形成されたシールは、その加熱を停止しかつそのシール
を自然冷却させることによって焼入れされる。
放電アークチューブはガラス質シールによってサーメッ
ト端部密封構体10を封着されて完成した状態で反転さ
れ、そしてこのアークチューブ内に、選択されたハロゲ
ン化金属ドースが入れられる。このドース（dose）は、
アークチューブの単位容積当り、ヨウ化ナトリウム6.4m
g/cc、臭化タリウム1.4mg/cc、ヨウ化第二水銀0.43mg/c
c、インジウム0.21mg/ccよりなり、かつアークチューブ
の単位容積当り５〜30mgの量の水銀を含み、勿論、始動
を容易にするために、１〜300torrで、アルゴンのよう
な希ガスを添加される。適当な金属ハロゲン化物として
は、すず、ナトリウム、インジウムおよびタリウムのヨ
ウ化物、塩化物および臭化物がある。他の金属ハロゲン
化物でも、セラミック・アークチューブと化学的に適合
しうるものであれば、使用されうる。本発明が提供しよ
うとしているコンパクトなアークチューブの場合には、
すなわち、全長が30mmより大きくなく20mmまでであり、
アーク間隙が５〜8mmであり10mより大きくなく、アーク
チューブ直径が7.35mmであるアークチューブの場合に
は、ドース（dose）が、シール工程で用いられる加熱装
置からわずかに11〜12mmの位置にあり、これにより、揮
発の問題が相当程度に悪化する。アークチューブ内に充
填物が入れられると、端部密封構体10がシール組成15と
一緒にアークチューブの他の端部19上に配置される。第
１の端部に対するガラス質シールを得るための上述した
手法を用いて、第２の端部シールすなわち最後のシール
が完成される。この手法に従って、第２の端部または最
後のガラス質シールも75秒で作成されうる。ガラス質シ
ールに対するこのシール時間は非常に短い。それは冷却
期間を含まないので、上述したヨーロッパ特許公報第55
049号に開示されている４本というシール時間と直接対
比されうる。このようにシール時間が非常に短いので、
加熱装置が近接していても、揮発による損失を伴なうこ
となしにドース（dose）をアークチューブ内に確実に封
入することができる。このような本発明の作用効果は主
として最後のシールが迅速に形成されることによると考
えられるが、工程を容易にするためにある程度の熱流し
を用いうる。
最後のシールを完成するために、上記ガラス質シールは
それを第４図に示されている他の加熱スケジュールに従
って加熱することによって軟化温度の高い結晶性シール
に変換される。これは、例えばアルゴンのような希ガス
の雰囲気内で実施されるべきである。１つまたは複数の
ガラス質シールが1125℃を最低温度および約1200℃を最
高温度として加熱される。この実施例では、サーメット
部材11の頂部において測定された温度、すなわちキャッ
プ温度が1300℃まで引き上げられ、シールに所要の温度
が得られた。変換のために用いられた特定の加熱スケジ
ュールが第４図に示されている。変換は60秒の全加熱ス
ケジュールのうちの最後の10秒で生じ、非常に迅速であ
るから、その変換時にシール材料が比較的軟いガラス状
態となるまで加熱されても、揮発性のドース（dose）は
逃げない。ガラス質の状態から結晶性の状態までの実際
の変換は60秒の加熱スケジュールの最後の10秒で発生す
ることが観察されたから、変換をさらに迅速に達成する
ために他の加熱スケジュールを案出しうると考えられ
る。従って、ガラス質の状態から結晶性の状態への変換
工程は１分以下で実現されうるものと考えられる。この
時間には冷却期間は含まれていないが、冷却速度は比較
的重要でないから、冷却工程を含めてもよい。２つの加
熱工程が順次的に行なわれる連続的なプロセスを含むこ
とが望ましい場合がありうる。第５図には、第３図およ
び第４図の加熱スケジュールで使用されたシール組成よ
りも耐熱性の若干低いシール組成を用いて単一の工程で
結晶性シールを生成する加熱スケジュールが示されてい
る。この場合には、キャップ温度は1620℃であり、単一
のシール工程は80秒で終了した。
軟化温度の高い結晶性シールを用いてアークチューブの
両端を封止することは不要不可欠の要件ではない。一端
は、例えは直接焼結のような他の方法によって封止され
てもよい。導電性サーメット部材を直接焼結して放電ラ
ンプ用の端部密封部材における絶縁セラミック部材とす
ることが米国特許第1571084号に開示されている。直接
焼結については、1985年５月27日に日本で開催されたI.
E.S.会議においてイワサキ・エレクトリック・カンパニ
・リミテッドのエイチ・キタガワ、エス・ヤマヤキおよ
びケイ・タカツにより発表された「セラミックハロゲン
化金属ランプの新しい構造およびその特性」という論文
に開示されており、その論文には、実験的なハロゲン化
金属ランプについての研究成果が記述されている。その
実験ランプはわずかに1000時間の寿命試験を行なっただ
けで、その試験結果を解析したものであった。ランプを
800℃〜900℃の温度で動作させた場合に、そのランプの
下端部に非常に大きな損傷が生じたことが上記論文に報
告されている。第６図には一端部を直接焼結によって封
止されたアークチューブが示されている。第６図におい
て、20は整形された結晶性アルミナ・アークチューブで
あり、このアークチューブは、それの管壁23に直接焼結
された導電性のサーメット部材22によって第１の端部21
を密封されている。サーメット部材は導入端子24と電極
25を設けられて完成する。他の端部26は、本発明に従っ
て、番号28および太線29で示されているようにガラス質
シールから結晶性シールに変換されたMgO、SiO2、Al2O3
シール組成によってアークチューブ管体の端部内に封入
されたものとして形成される。サーメット部材27も導入
端子30および電極31を設けられて完成する。第２の端部
が封止されるのに先立って、ハロゲン化金属ドース（do
se）がある程度の水銀および希ガスと一緒にアークチュ
ーブ20内に挿入される。整形されたセラミック・アーク
チューブは、第２図の実施例の四角にされたものとは対
照的に、電極の背後に有効なシールドを与える利点を有
している。
第７図には、本発明による高圧ハロゲン化金属放電ラン
プ32が示されている。これは結晶性アルミナ放電アーク
チューブ33よりなり、このアークチューブ33はモノリス
構造かあるいは上述した整形された管端を有し、その中
にハロゲン化金属ドース、水銀および希ガスを封入して
完成する。アークチューブ33は、例えばソーダガラスの
ような軟質ガラスよりなる外側のだ円管体35内のニッケ
ル・フレーム34上に支持される。外側管体35が脱気され
る。フレーム34はガラスフレア38内に封入されたリード
36、37を有している。不純物を除去するためにゲッター
・リング39、40が設けられ、かつエジソンねじ部41を設
けて組立てが完了する。
本発明を実施するには、MgO、SiO2、Al2O3よりなる広範
なシール組成、例えばヨーロッパ特許公報第55049号に
開示されたシール組成が用いられうると考えられる。好
ましい組成は、SiO215〜62重量％、Al2O313〜21重量％
およびMgO25〜28重量％よりなるものである。上記ヨー
ロッパ特許公報に開示されているように、シール組成
は、変換を助長するためにチタニア、ジルコニアまたは
クロミアのような核生成剤を５重量％まで含んでいても
よい。特に好ましい組成はMgO28.00重量％、Al2O320.00
重量％およびSiO252.00重量％よりなるものである。他
の好ましい組成はMgO13.1重量％、Al2O333.2重量％およ
びジルコニウム36.5重量％および17.2〜20％重量％より
なるものであり、これは耐熱性の高く、第５図に示され
た加熱スケジュールで用いられている。軟化温度の高い
結晶性シールという表現を用いたが、これは、1300℃と
1360℃の間の高温で軟化しそれより低い温度では軟化し
ないシールを生ずる程度の結晶性を有することを意味す
る。このような高温シールのすべてに対して100％結晶
性が得られるならば好ましいであろう。
将来性のシール方法が見出されないとは考えられない
が、ハロゲン化金属ランプが確実にシールされること、
特に本発明の高動作温度コンパクト・ランプを確実にシ
ールされることは、本発明では上述のようにシール時間
が極端に短いということに、完全にではないとしても非
常に大きく依存している。
用いられるシール組成の実際の成分およびランプの仕様
に応じて上述の手法は変更されうることが理解されるで
あろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明で使用される端部密封構体を示す概略
図、第２図は本発明による放電アークチューブの端部に
対する端部密封部材の組立てを概略的に示す図、第３図
は本発明を実施する場合にガラス質シールを得るために
用いられる加熱スケジュール、第４図は本発明に従って
ガラス質シールを結晶性シールに変換するための加熱ス
ケジュール、第５図は単一工程で結晶性シールを作成す
る加熱スケジュール、第６図は本発明に従って一端部だ
けを封止された整形されたアークチューブを示す図、第
７図は本発明による高圧ハロゲン化金属放電ランプを示
す図である。 図面において、10は端部密封構体、11は導電性端部密封
部材、12、13は導電性部材、14は電極、17、20、33はア
ークチューブ、18はベルジャーをそれぞれ示す。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】700℃〜1000℃の温度で動作するようにな
    された高圧ハロゲン化金属放電ランプであって、光透過
    性セラミック材料よりなるアークチューブと、このアー
    クチューブ内において10mm以下のアーク間隙だけ離間さ
    れた電極を具備しており、前記電極が封止されている導
    電性のサーメット端部密封部材によって前記アークチュ
    ーブ内に封入されたランプを始動するためのハロゲン化
    金属ドース、水銀および希ガスが前記アークチューブに
    入れられており、前記サーメット端部密封部材のうちの
    少なくとも１つが迅速に形成された軟化温度の高い結晶
    性シールによってアークチューブの端部に封止された高
    圧ハロゲン化金属放電ランプ。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の高圧ハロゲン
    化金属放電ランプにおいて、シール組成がSiO251〜62重
    量％、Al2O313〜21重量％およびMgO25〜28重量％よりな
    る前記放電ランプ。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の高圧ハロゲン
    化金属放電ランプにおいて、シール組成がチタニア、ジ
    ルコニアまたはクロミアから選択された核生成剤を20％
    まで含む前記放電ランプ。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の高圧ハロゲン
    化金属放電ランプにおいて、前記アークチューブの長さ
    が30mmより大きくない前記放電ランプ。
  5. 【請求項５】光透過性のセラミック材料よりなるアーク
    チューブを有し、700℃〜1000℃の温度で動作するよう
    になされており、ハロゲン化金属ドース、水銀および希
    ガスよりなる充填物を有し、導電性サーメット端部密封
    部材のうちの少なくとも１つが迅速に形成された軟化温
    度の高い結晶性シールによってアークチューブの一端部
    に封止された高圧ハロゲン化金属放電ランプを製造する
    方法であって、最初にガラス質シールを形成し、次にそ
    のガラス質シールを結晶性シールに変換する工程を特徴
    とする方法。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項記載の方法におい
    て、端部密封部材の封止が４分以内に完了する前記方
    法。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第５項記載の方法におい
    て、前記ガラス質シールを軟化温度の高い結晶性シール
    に変換する工程が１分以下で完了する前記方法。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第５項記載の方法におい
    て、前記ガラス質シールを軟化温度の高い結晶性シール
    に変換するために加熱するのに先立って、そのガラス質
    シールを冷却する工程を含む前記方法。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第５項記載の方法におい
    て、結晶性シールの形成が単一の連続工程で生ずる前記
    方法。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第５項記載の方法におい
    て、アークチューブの封止が最後の封止工程である前記
    方法。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第５項記載の方法におい
    て、MgO、SiO2、Al2O3シール組成を用いる前記方法。
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