JPH0719575B2

JPH0719575B2 - 高圧金属蒸気放電灯用発光管及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0719575B2
Application number: JP63062238A
Authority: JP
Inventors: 幹夫狩谷; 宏次泉谷
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: EP0333455A3; EP0333455B1; DE68918480T2; US4972119A; EP0333455A2; DE68918480D1; JPH01236575A

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）用発光管とその製造方法に係り、更に詳細に
は、透光性セラミックス管の少なくとも一方の開口端部
を、閉塞体により、シール材を用いて嵌合、閉塞せしめ
てなる端部閉塞構造を有する発光管と、かかる発光管の
有利な製造方法に関するものである。

（背景技術）従来から、透光性セラミックス管を発光管として用いた
HIDランプにおいて、かかる発光管の端部に嵌入され
て、その開口端を閉塞すると共に、内面において電極軸
を支持する閉塞体としては、例えば、特開昭52-71695号
公報等に開示されている如き、導電性サーメット材料に
て形成された導電性閉塞体や、特開昭62-176043号公報
等に開示されている如き、複数のセラミックス層間に導
電性層が介在せしめられた積層構造の閉塞体等が知られ
ている。

そして、このような閉塞体を発光管に対して取り付ける
に際しては、かかる発光管の焼結時に、その収縮作用を
利用して焼き嵌めることが考えられるが、その発光管内
には所定の発光物質等を封入する必要があるために、通
常、その少なくとも一方の開口端側は、閉塞体を嵌入せ
しめた後、該閉塞体と該発光管の開口端内面との隙間を
所定のシール材にて封止する構造が採用され、また、そ
のようなシール材による封止は、発光管内に注入された
発光物質等の蒸発、飛散を防止すべく、通常、1500℃程
度までの急加熱、急冷却操作によって行なわれることと
なる。

ところが、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閉塞体との隙間を埋める構造となっ
ているために、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、そしてその部分から、発光管内に
封入されたメタルハライド蒸気の浸食を受けるために、
そのシール性が劣化し、発光管リークに至る場合や、ラ
ンプ特性として、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。

そこで、かかる問題を解決すべく、本願出願人は、先
に、特願昭61-310621号において、閉塞体が嵌入されて
シール材にて封止されるべきセラミックス管の開口端部
において、その開口端から所定寸法入り込んだ位置で径
方向内方に突出し且つ周方向全周に亘って延びる段差部
を設け、その段差面に閉塞体の内側面の外周縁部分を直
接当接させることにより、シール材がセラミックス管内
に実質的に露出しないようにした、HIDランプ用発光管
を提案した。

すなわち、かかる構造の発光管を備えたHIDランプにあ
っては、シール材を発光管内に全く露出しない構造とす
ることが可能であるため、前述の如き、シール材のメタ
ルハライド蒸気による浸食及びそれに伴う問題点を有利
に解消し得るのである。

しかしながら、本発明者らが、更なる検討を加えたとこ
ろ、上述の如き、端部内面に段差部を備えた発光管にあ
っては、かかる段差部において、管壁厚さの製造に起因
する周方向不均一や設計に起因する軸方向管壁厚分布に
よる熱容量差があるために、そのシール時における加熱
操作によってクラックが発生する恐れがあったのであ
り、未だ改良の余地を有していたのである。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、かかる事情に鑑みて為された
ものであって、その解決課題とするところは、開口部内
周面に設けられた段差部によってシール材の露出を回避
して、該シール材の浸食を防止し得るHIDランプ用発光
管であって、そのシール時におけるクラックの発生を可
及的に防止し得る開口端部構造を明らかにし、また、そ
のような開口端部構造を有するHIDランプの有利な製造
手法を提供することにある。

（解決手段）そして、本発明は、かかる課題を解決するために、透光
性セラミックス管の端部に対して、内側面に電極軸が立
設されてなる閉塞体を嵌入し、所定のシール材にて封止
せしめてなるHIDランプ用発光管において、前記閉塞体
が嵌入されるべき透光性セラミックス管の端部周壁を、
1.0〜1.5mmの肉厚にて構成すると共に、かかる周壁内面
に、その開口端から所定寸法入り込んだ位置で径方向内
方に突出し且つ周方向全周に亘って延びる段差部を、0.
2〜0.8mmの段差面幅にて形成し、かかる段差面に前記閉
塞体の内側面の外周縁部分を直接当接せしめて、前記シ
ール材を該セラミックス管内に実質的に露出しないよう
にしたことを、その特徴とするものである。

また、本発明は、そのようなHIDランプ用発光管を製造
するに際して、軸方向の中間部位において、ねじれみぞ
の直径が段差状に変化せしめられて、前記透光性セラミ
ックス管を与える管素材の端部外径よりも所定寸法小さ
な基端側直径と、それよりも更に所定寸法小さな先端側
直径を有する段付ドリルを用いて、かかる管素材の端部
に対して、その軸方向外側から軸方向に所定深さの穿孔
加工を行なうことにより、端部内面に所定の段差部を有
する管素材を形成した後、この管素材より、1.0〜1.5mm
厚の端部周壁と0.2〜0.8mm幅の段差部を備えた、前記透
光性セラミックス管を得ることをも、その特徴とするも
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
明の実施例について、図面を参照しつつ、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、その内部に発光管６が収容されていると共に、該
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、窒素等の不活性ガスが
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、良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、前記発光管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、それを密封する閉塞体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、
この発光管６の内部には、HIDランプの種類により、各
種の金属乃至は金属化合物またはそれらの蒸気が封入さ
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が封入されて
いる。

そしてまた、かかる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、或いはその焼
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
性ディスク14には、その外側面に対して、ロッド状リー
ド部材８が、またその内側面、換言すれば透光性セラミ
ックス管12内に露出される面に対して、電極16が、それ
ぞれ、それらの一端部が埋入された状態において、立設
されているのである。

なお、それらリード部材８及び電極16は、それぞれ、タ
ングステン等の耐熱金属にて形成されており、また導電
性ディスク14の形成材料としては、公知のサーメット材
料、例えば、透光性セラミックス管12を構成する材料と
電極16及びリード部材８を構成する材料との中間の熱膨
張率を有するAl₂O₃-W系やAl₂O₃-Mo系等のサーメット材
料が何れも好適に用いられ得ることとなる。

さらに、かかる導電性ディスク14の内側面には、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14の内側面を、電極16の基部周囲を除く略全面に亘
って覆っているのである。なお、かかる電気絶縁層20の
形成材料としては、アルミナ、ベリリア、スピネル、ボ
ロンナイトライド等の耐熱性セラミックス材料が何れも
用いられ得ることとなるが、特に、そのようなセラミッ
クス粉末にタングステンやモリブデン等の金属粉末を所
定量混合せしめた、実質的に電気絶縁性を有するサーメ
ット材料も有利に用いられ、それによって該電気絶縁層
20におけるクラックの防止が有効に図られ得ることとな
る。

ところで、本実施例にあっては、このような発光管６に
おいて、導電性ディスク14が嵌入されてシール材30にて
封止される側のセラミックス管12の開口部構造に、その
大きな特徴を有するものであって、その詳細が、第２図
に示されている。

すなわち、第２図から明らかなように、セラミックス管
12には、その開口端から軸方向内方に所定寸法入り込ん
だ位置に、径方向内方に所定量突出して、且つ周方向全
周に亘って延びる、内フランジ状の段差部34が、一体的
に形成されているのである。そして、それによって、開
口端側の第一の管状部分31と、その軸方向内方におい
て、該第一の管状部分31よりも内径が小さくされた第二
の管状部分32とが、同軸的に形成されているのである。

そして、かかるセラミックス管12の開口端に嵌入され
る、前記導電性ディスク14は、それら第一の管状部分31
の内径と第二の管状部分32の内径との中間程度、好まし
くは、第一の管状部分31よりも僅かに小さな外径をもっ
て形成されており、それによって、その内側面18上に設
けられた電気絶縁層20の外周縁部分が、段差部34の段差
面36、換言すれば第一の管状部分31と第二の管状部分32
との境界面に対して、全周に亘って直接に当接された状
態で、嵌入せしめられている。

なお、このような導電性ディスク14が嵌入されたセラミ
ックス管12の開口端を封止するシール材30としては、公
知の耐メタルハライド組成物が好適に用いられ、例え
ば、Y₂O₃、La₂O₃、Dy₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等から選択された適
当な混合割合の組成物などが適宜に用いられることとな
る。

このように、セラミックス管12における段差部34の段差
面36に対して、導電性ディスク14の内側面を当接させた
状態下に取り付けることによって、シール材30の発光管
内面側への露出が実質的に回避され得るのであり、それ
によって、該シール材30のメタルハライド蒸気による浸
食を完全に防止することができるのである。

そして、ここにおいて、特に、上述の如き構造とされた
セラミックス管12の開口端にあっては、その第一の管状
部分31の管壁厚：d₁が、1.0〜1.5mmに設定されると共
に、第二の管状部分32を構成する段差部34の段差面36の
幅：d₂が、0.2〜0.8mmに設定されているのである。

尤も、かかる段差部34の段差面36の幅：d₂としては、導
電性ディスク14の内面に当接してシール材30の発光管内
への露出を防止する、上記本来の目的からは、大きい程
有利であり、且つ加工も容易となるのであるが、かかる
段差面36の幅：d₂が大きいと、第一の管状部分31と第二
の管状部分32との肉厚差が大きくなって、熱容量差に違
いが生じるために、そのシール時における加熱操作によ
って、両部分間に熱膨張差が生じて、クラックが発生し
易くなる問題を惹起する。

すなわち、前記シール材30によるセラミックス管12端部
の封止操作は、例えば、リング状に成形されたシール材
30を、セラミックス管12と導電性ディスク14との間に介
在させて、アルゴン雰囲気中で、1500℃程度まで加熱し
て溶融すること等によって行なわれることとなるが、そ
のような封止に際しての加熱は、発光管６内に注入され
た発光物質等の蒸発、飛散を防ぐべく、急加熱、急冷却
操作によって行なわれるのであり、それ故第一の管状部
分31と第二の管状部分32との熱容量差が大きいと、それ
ら両部間に熱膨張差によるクラックが生じることとな
る。

そこで、本発明者らが、多数の実験を行ない、検討を加
えた結果、上述の如き寸法範囲を採ることによって、セ
ラミックス管12におけるシール時のクラックの発生が極
めて有利に防止され得ることが、明らかとなったのであ
る。

そして、それによって、得られる発光管６の製品品質が
安定して、その歩留りが有利に向上され得ると共に、シ
ール材30の浸食による劣化及びそれに伴うリーク等の発
生の防止等といった、前述の如き効果が、より一層有利
に且つ安定して奏せしめられ得ることとなったのであ
る。

因みに、第一の管状部分31の管壁厚：d₁及び段差面36の
幅：d₂が、それぞれ異なるアルミナ製セラミックス管12
を用いて、シール時と同程度の熱処理（1500℃/2分の急
昇温）を施した際のクラックの発生状況及びそのシール
性能を調べた熱ショックテスト結果を、下記第１表に示
すこととする。なお、かかる実験に用いたセラミックス
管12としては、その段差深さ:l（第２図参照）が、全て
2.0mmのものを用いた。

かかる第１表からも、本発明による、優れたクラックの
防止効果が容易に理解されるところである。なお、かか
る実験結果から明らかなように、第一の管状部分31の管
壁厚：d₁が1.0mmよりも小さいと、耐熱衝撃性が劣るた
めにクラックが発生し易くなり、一方1.5mmを越える
と、熱容量が大きくなり過ぎて良好な加熱処理が為され
難くなって、充分なシール性が得られ難くなるのであ
る。また、段差面36の幅：d₂が0.2mmよりも小さいと、
加工が極めて困難であると共に、シール材30の露出防止
という本来の目的が充分に達成され難く、一方0.8mmを
越えると、該段差部34における熱容量差が大きくなっ
て、クラックが発生し易くなるのである。

なお、このようなセラミックス管12においては、段差深
さ:lとしても、1.0〜3.0mmの範囲内に設定することが望
ましい。けだし、かかる長さが短過ぎると、シール材30
によるシールの信頼性が充分に確保され難く、一方長過
ぎると、耐熱衝撃性が劣るためにクラックが発生する恐
れがあるからである。尤も、かかる第一の環状部分31の
長さが短い場合には、第４図に示されている如く、段付
円盤状の導電性サーメットディスク38を用いることによ
って、そのシール面の大きさを確保することが可能であ
る。なお、かかる第４図においては、その理解を容易と
するために、本実施例と同様な構造とされた部材につい
ては、それぞれ、同一の符号を付しておくこととする。

ところで、上述の如き構造とされた発光管６を得るに際
して、セラミックス管12は、例えば、次のようにして製
造される。即ち、第３図に示されている如く、所定のセ
ラミックス材料を用いて、端部に小径の開口穴40が設け
られてなるチューブ状の成形体（管素材）42を形成せし
め、そして該成形体42の乾燥品や半焼成品、或いは焼成
品に対して、ドリルを用いて、先ず、その開口端部に対
して、第二の管状部分32の内径に相当する内径を有する
小径孔44を、軸方向外側から軸方向に穿孔せしめた後、
第一の管状部分31の内径に相当する内径を有する大径孔
46を、かかる小径孔44と同軸的に所定深さで穿設せし
め、更にその後、必要に応じて焼成することによって、
目的とするセラミックス管12が形成されるのである。

しかしながら、このような製造手法では、小径孔44と大
径孔46とを、異なるねじれみぞの直径を有する２本のド
リルを用いて、２回のドリリング操作にて穿孔する必要
があるために、ドリルの取替えに際して軸心にくるいが
生じ易く、それら小径孔44と大径孔46に芯ずれが発生し
易かったのである。

そして、かかる芯ずれのために、得られるセラミックス
管12の段差面36の幅：d₁を、周方向に均一とすることが
極めて難しく、特に、本実施例の如く、該段差面36の幅
を小さく設定した場合には、その周方向での不均一化
は、シール材30の発光管内部への露出に繋がり、前述の
如き効果が阻害されるといった、大きな問題が惹起され
ることとなるのである。

そこで、このような段差部34を備えたセラミックス管12
を製造するに際しては、第５図に示されているように、
軸方向中間部位において、ねじれみぞの直径が段差状に
変化せしめられて、その基端側直径が先端側直径よりも
所定寸法大きく設定されてなる、段付ドリル48が有利に
用いられるのである。

そして、このような段付ドリルにおける先端側部分50の
直径：D₁を、前記小径孔44に相当する外径に、またその
基端側部分52の直径D₂を、前記大径孔46に相当する外径
に、それぞれ設定することによって、上述の如き、成形
体42に対する穿孔加工を、１度のドリリングによって行
なうことができ、且つ小径孔44と大径孔46との間におけ
る軸心のくるいが完全に解消され得ることとなるのであ
る。

そして、それ故、このような製造手法に従えば、セラミ
ックス管12を製造するに際しての作業性が極めて有効に
向上され得ると共に、得られる製品における段差面36の
幅の周方向における均一性が確保され得ることから、上
述の如く、段差面36の幅が比較的小さく規定されたセラ
ミックス管12をも、有利に製造することが可能となり、
以て製品品質の安定化が達成されて、その効果がより一
層有効に発揮され得るのである。

なお、例示の段付ドリル48にあっては、その段付部の刃
先が、軸心に対して略直角な面をもって形成されている
が、該段付部の刃先に対して先端角が設定される場合に
は、前記導電性ディスク14の内側面18を、該先端角に対
応したテーパ面にて形成することが望ましい。

以上、図面に示す本発明の代表的な実施例について説明
を加えてきたが、本発明は、かかる例示の構造並びにそ
れに付随した具体的な説明やその実験等によっては、何
等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、本発明には当業者の知識
に基づいて種々なる変更、修正、改良等が加えられ得る
ものであり、また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、閉塞体としても、サーメット材料にて形成され
た導電性ディスク14の他、前記特開昭62-176043号公報
等に開示されている如き、セラミックス層間に導電層が
介在されてなる積層構造のものを採用することも可能で
あり、そしてかかる積層構造のものを採用することによ
って、電気絶縁層20を設けることなく、バックアーク現
象の防止が、有利に達成され得ることとなるのである。

また、前述の如きセラミックス管12を得るに際しても、
所定のセラミックス材料にて形成された成形体42の乾燥
品若しくは半焼成品に対して、目的とするセラミックス
管12の内径よりも小さな内径を与える段付ドリル48にて
穿孔加工を施し、そしてそれを焼成せしめた後に、更に
目的とする内径を有する段付ドリル（48）にて穿孔加工
を施すことにより、焼成時の収縮による歪みを除去する
ようにすることも可能であり、それによって製品の寸法
精度がより一層向上され得ることとなる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明に従う開口端部
構造にて形成されたセラミックス管においては、その段
差部における、シール時のクラックの発生が可及的に防
止され得るのであり、それ故かかるセラミックス管を用
いて形成された、本発明に係るHIDランプ用発光管にあ
っては、製品品質が安定して、その歩留りが有利に向上
され得ると共に、シール材の発光管内への露出が回避さ
れることによる該シール材の劣化及びそれに伴うリーク
等の防止効果が、極めて有利に且つ安定して発揮され得
ることとなるのである。

また、本発明手法に従えば、そのような優れた効果を有
するHIDランプ用発光管を、極めて容易に且つ優れた精
度をもって製造することができ、製品における性能の安
定化と信頼性の向上が、より一層有利に図られ得ること
となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う構造とされた発光管を備えたHID
ランプの一例を示す一部切欠説明図であり、第２図はか
かるHIDランプを構成する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３図はかかる発光管を構成
するセラミックス管の管素材たる成形品における端部形
状とその加工寸法を説明するための拡大図である。ま
た、第４図は、本発明に係るHIDランプに用いられる導
電性ディスク（閉塞体）の別の具体例を示す、第２図に
対応する断面説明図である。更に、第５図は第２図及び
第４図に示されている如きセラミックス管を製造するに
際して有利に用いられる段付ドリルの一例を示す平面図
である。 6:発光管、12:透光性セラミックス管 14:導電性ディスク、16:電極 18:内側面、20:電気絶縁層 31:第一の管状部分、32:第二の管状部分 34:段差部、36:段差面 38:導電性ディスク、44:小径孔 46:大径孔、48:段付ドリル 50:先端側部分、52:基端側部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性セラミックス管の端部に対して、内
側面に電極軸が立設されてなる閉塞体を嵌入し、所定の
シール材にて封止せしめてなる高圧金属蒸気放電灯用発
光管において、前記閉塞体が嵌入されるべき透光性セラミックス管の端
部周壁を、1.0〜1.5mmの肉厚にて構成すると共に、かか
る周壁内面に、その開口端から所定寸法入り込んだ位置
で径方向内方に突出し且つ周方向全周に亘って延びる段
差部を、0.2〜0.8mmの段差面幅にて形成し、かかる段差
面に前記閉塞体の内側面の外周縁部分を直接当接せしめ
て、前記シール材を該セラミックス管内に実質的に露出
し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。
【請求項２】請求項（１）記載の高圧金属蒸気放電灯用
発光管を製造するに際して、軸方向の中間部位におい
て、ねじれみぞの直径が段差状に変化せしめられて、前
記透光性セラミックス管を与える管素材の端部外径より
も所定寸法小さな基端側直径と、それよりも更に所定寸
法小さな先端側直径を有する段付ドリルを用いて、かか
る管素材の端部に対して、その軸方向外側から軸方向に
所定深さの穿孔加工を行なうことにより、端部内面に所
定の段差部を有する管素材を形成した後、この管素材よ
り、1.0〜1.5mm厚の端部周壁と0.2〜0.8mm幅の段差部を
備えた、前記透光性セラミックス管を得ることを特徴と
する高圧金属蒸気放電灯用発光管の製造方法。