JPH0721990A

JPH0721990A - 高圧放電ランプ用セラミック放電管及びその製造方法、並びにそれに用いられるシール材料

Info

Publication number: JPH0721990A
Application number: JP6010457A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Maekawa; 耕一朗前川; Osamu Asano; 修浅野; Stefan Juengst; シュテファン・ユングスト; Juergen Heider; ユルゲン・ハイダー
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH; NGK Insulators Ltd
Current assignee: Osram GmbH; NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1995-01-24
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: WO1994018693A1; CN1070640C; CN1092206A; EP0609477B1; HU9400334D0; CN1066852C; DE69402848D1; EP0697137B1; US5810635A; US5592049A; US5637960A; JP3317774B2; DE69402848T2; HU215141B; HUT71073A; DE9422090U1; HUH3854A; DE69324790D1; DE69324790T2; EP0609477A1

Abstract

(57)【要約】【目的】浸食と温度変化に耐えることが出来、ハライ
ド含有封入物を使用しても気密性が損なわれない高圧放
電ランプ用セラミック放電管とその製造方法、及び、か
かるセラミック放電管に有利に用いられるシール材料を
提供する。【構成】複合材料から成るプラグ（１１ａ、１１ｂ）
に挿入されたピン状の電流導体（１０ａ、１０ｂ）を有
する高圧放電ランプ用セラミック放電管（８）におい
て、電流導体を焼結によりプラグに直接固定し、更に、
放電管内部とは反対側のプラグ表面の電流導体周辺域を
セラミックシール材料（７ａ）にて覆うことにより、プ
ラグと電流導体間の気密性を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、内部にイオン化放電物質と二つ
の電極システムを有し、管状の両端部がセラミックプラ
グで閉塞されると共に、各電極システムに接続された金
属製電流導体がそれぞれのプラグに挿通された高圧放電
ランプ用セラミック放電管に関するものであり、更に、
かかるセラミック放電管の製造法、及びそれに使用され
るシール材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような高圧放電ランプとして、高圧
ナトリウムランプ、特に演色性が向上されたメタルハラ
イドランプが有る。この高圧放電ランプにセラミック材
料の放電管を使用することによって、放電管に要求され
る、より高温での使用が可能となる。代表的な高圧放電
ランプは、５０Ｗ〜２５０Ｗの範囲の定格出力を有する
ものである。放電管の両端管状部は、ディスク状のセラ
ミック端部閉塞体（セラミックプラグ）により閉塞さ
れ、その軸方向に延びるように形成された中心孔に金属
製の電流導体（current feed-through）が挿通される。

【０００３】従来から、これらの電流導体には、ニオブ
チューブやニオブピンが使用されてきた（独国実用新案
91 12 960 及びEP-A 472 100参照）。ところが、長期寿
命を要求されるランプには、かかるニオブ製電流導体
は、ほんの部分的にしか適していない。これは、電流導
体のニオブ材料と、場合によっては電流導体を閉塞体
（プラグ）にシールするためのセラミック材料とが、ラ
ンプ中のメタルハライド封入物に対して強い腐食性を示
すためである。例えば、電流導体としてニオブチューブ
を使用した改良ランプが、欧州特許明細書：EP-PS 136
505 に記載されている。この改良ランプでは、ニオブチ
ューブは、セラミックシール材料を用いることなく、セ
ラミック端部閉塞体を与えるグリーン成形体の最終焼結
工程において、そのセラミック材料の焼結時の収縮によ
って、閉塞体にしっかりとシールされる。このことは、
電流導体のニオブと端部閉塞体のセラミックの両材料の
熱膨張率が略等しいことから（８×１０^-6Ｋ^-1）、容易
に可能となる。

【０００４】ニオブやタンタル等の金属は、セラミック
と同様の熱膨張率を有するが、それらは浸食性の封入物
に対して低い耐食性を示すことが知られており、メタル
ハライドランプ用の電流導体を形成するために用いられ
ることはなかった。

【０００５】一方、モリブデン、タングステン、レニウ
ム等の低い熱膨張率を有する金属にあっては、浸食性の
封入物に対して高い耐食性を有するため、かかる金属か
ら成る電流導体は、非常に望ましいものである。しかし
ながら、このような電流導体を使用した場合には、気密
シール性が低いという問題があり、それは、未だ解決さ
れていない。

【０００６】モリブデンチューブを、電流導体として使
用する試みが為されている（EP-PA92 114 227.9参
照）。浸食性の封入物によって浸食される恐れのあるセ
ラミックシール材料の使用を避けるため、モリブデンチ
ューブは、如何なるシール材料も使用せず、閉塞体（プ
ラグ）内に気密に直接焼結一体化される。これには、特
別な製造方法を必要とする。例えば、二つの部分から成
る電流導体や、二種類以上の材料から成るプラグを用い
ることによって、最良の結果が得られる。かかる製造方
法やプラグの材料構成については、特に、上記欧州特許
明細書を参照すべきとする。この明細書中には、ピンは
変形しないという理由で、モリブデンピンを電流導体と
して使用することは望ましくないと記されている。

【０００７】更に、アルミナから成るセラミック放電管
とセラミックプラグと共に、中実なモリブデンピンを電
流導体として用いることが、従来より提案されている。
しかしながら、そのようなプラグとピンの間の気密性を
確保するためには、例えば、DE-A 27 47 258に記載され
ているように、ガラス溶融物やセラミック溶融物等の高
い耐食性を有するシール材を、プラグに設けられた貫通
孔と電流導体との間隙に充填しなければならない。好適
には、６００μｍ以下の直径を有するピンが採用され
る。

【０００８】上記の技術については、GB-PA 2 083 281
に詳細に記載されている。具体的には、直径０．７mmの
モリブデンピンが、直径０．８mmの孔を有するプラグに
挿通され、以てピンとプラグ壁部との間に、０．０５mm
の間隙が形成される。この間隙は、上記明細書中では小
さいと記されているが、実際、かなり大きいものであ
り、シール材料（この場合、アルカリ土類金属酸化物）
を容易にその間隙に流し込むことができる。

【０００９】また、DE-A 23 07 191及びDE-A 27 34 015
からは、アルミナとモリブデン金属から成るサーメット
で形成されたプラグを備えたセラミック放電管を有する
メタルハライドランプが知られている。モリブデンから
成る電流導体は、そのプラグ内に焼結により直接的に接
合される。このサーメットから成るプラグは、明らか
に、導電性を有しており、放電管の内部側のプラグ表面
を覆う絶縁層によって、その内部の放電物質から絶縁保
護されている。

【００１０】かかる構造のメタルハライドランプは、メ
タルハライド封入物が、プラグと放電管端部の界面を封
止するシール材料としても機能する上記絶縁層の材料と
反応する可能性があるという点で不利である。この結
果、信頼性の高い気密性を、長期に亘って確保すること
が出来ず、従って、そのようなランプを良好に維持する
ことは難しい。

【００１１】かかるメタルハライドランプは、実際に用
いられることはなかった。何故なら、恐らく、上記の構
成では、シール材料の腐食を防ぐ手段を設けることが出
来なかったためである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、新規の電流
導体−プラグ構造を有し、浸食と温度変化に耐えること
が出来る、特にメタルハライドが封入された高圧放電ラ
ンプ用セラミック放電管を提供することを、その目的と
するものである。また、かかるセラミック放電管を有利
に製造する方法、及びそれに有利に用いられるシール材
料を提供することも、本発明の目的である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、それぞ
れ、請求項１の特徴部分及び請求項１１に記載の方法に
よって達成され、また、請求項１３及び１４に記載のシ
ール材料によっても達成されるものである。また、本発
明の特に有利な態様は、従属請求項に記載されている。

【００１４】

【発明の効果】本発明に従うセラミック放電管は、シー
ル材料と浸食性の封入物との接触が大幅に制限されるこ
とによって、高い気密性を信頼性を以て長期的に確保す
ることが出来、優れた耐久性を示しつつ維持されること
となる。

【００１５】

【具体的構成】本発明は、端部閉塞体（プラグ）よりも
低い熱膨張率を有する耐食材料から成る中実のピンを、
電流導体として利用したものである。モリブデン、タン
グステン、レニウム製のピンは、これらの金属から成る
管状体（チューブ）よりもかなり安価である。

【００１６】本発明の要旨とするところは、適当な閉塞
体材料を選択することと併せて、中実ピンを直接焼結に
て閉塞体と一体化し、更に、セラミックシール材料にて
シールすることによって、信頼性の高い気密性を長期的
に実現することにある。

【００１７】本発明の第一の重要な点は、ピンの直径で
ある。従来のチューブの直径は２mm程度であったが、こ
れに対し、ピンの直径は、せいぜい５５０μｍ程度であ
ることが望ましい。これは、ピンの直径が小さければそ
れだけ、熱膨張の際に発生する力が減少するためであ
る。好適には、ピンの直径は１５０μｍから３５０μｍ
の範囲内に調整される。閉塞体と電流導体（ピン）の熱
膨張率が適合しないために、このように直径を制御する
必要がある。

【００１８】第二の重要な点は、端部閉塞体としてのセ
ラミックプラグに用いられる材料である。放電管と電流
導体の間で熱膨張を漸次変化させていくだけで、強固な
接合が得られる。従って、プラグは複合材料にて構成さ
れている。

【００１９】具体的には、セラミックプラグの材料は、
主成分として、アルミナを少なくとも６０％含み、副成
分として、アルミナよりも低い熱膨張率を有する１種類
以上の物質を含むものである。従って、このプラグは、
アルミナよりもかなり低い熱膨張率を有する。

【００２０】閉塞体（プラグ）に用いられる上記複合材
料（composite body）としては、導電性を有するサーメ
ットが、従来より知られている。このサーメットを得る
方法として、例えば平均粒径１μｍのタングステンやモ
リブデン等の金属の微（細粒）粉末と、これよりもかな
り粗い５０μｍから２００μｍの粒径をもつアルミナ顆
粒または凝集粒子とをローリング（rolling ）で混ぜ合
わせ、アルミナ顆粒が金属粒子で均等に被覆されるよう
にする。このアルミナ顆粒（凝集粒子）は、０．３μｍ
の平均粒径を有するアルミナ微粉末を粒状化したもので
ある。次に、金属粒子で被覆されたアルミナ顆粒を圧縮
して一体成形した後、焼結することによって、金属粉末
が網状構造を成し、こうして得られる焼結体が導電性を
有することとなる。

【００２１】しかしながら、本発明の好適な実施例で
は、非導電性の複合材料にて閉塞体（プラグ）が形成さ
れる。この複合材料は、好ましくは０．３μｍの平均粒
径をもつ微細アルミナ粉末と、このアルミナ粉末と同程
度の粒径をもつ副成分としての材料を、均一に分散混合
し、得られた混合物を圧縮してプラグ状の成形体とした
後、焼結する。こうして得られた焼結体は、導電性を付
与する上記の網状構造を有していない。

【００２２】この非導電性の複合体をプラグとして用い
た場合、放電管の内部において望ましくないバックアー
ク現象(back-arcing) が避けられるという利点がある。
この場合、放電管内部に面するプラグ表面に、最早、絶
縁層を設ける必要はない。更に、非導電性のプラグは、
より緻密な構造を有し、従ってその固有の気密性は、サ
ーメットよりも優れている。

【００２３】前記副成分としては、モリブデンやタング
ステンが好ましい。これら副成分の特に好ましい特徴と
しては、複合材料から成るプラグ体中に分散するＭｏや
Ｗの金属成分が、電流導体の表面に付着して、多数の接
触点を形成することである。これらの接触点は、複合材
料（体）の粒子構造に含まれる一つの粒子として形成さ
れ、その結果、プラグと電流導体の結合力を高めること
となる。ＭｏやＷ等の金属を複合材料の出発物質とする
代わりに、例えば、ＭｏＯ₃やＷＯ₃等の酸化物を使用
することが出来る。これは、そのような金属酸化物が、
アルミナと極めて均一に混合することが出来、大気中で
焼結することによって容易に分解又は還元されて、専ら
若しくは主に純金属を形成するからである。副成分とし
ては、他に、グラファイト、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭
化ジルコニウム（ＺｒＣ）、二ホウ化チタン（Ｔｉ
Ｂ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）及び二ホウ化ジルコニ
ウム（ＺｒＢ₂）がある。

【００２４】本発明の第三の重要な点は、プラグの中心
孔の内径と電流導体の直径の間の最適な関係を選択する
ことである。最終焼結過程におけるプラグ自身の収縮率
が、プラグ中心孔の理論最終内径を電流導体の直径より
も好ましくは０％から２％、より好ましくは０．５％か
ら１．５％だけ小さくするだけの僅かな押圧力に相当す
る場合に限り、焼結過程でクラックを発生させることな
くプラグと電流導体を直接焼結することが可能である。
しかしながら、プラグの材料組成を正確に調整する等の
特別な場合を除いて、また、電流導体の直径が３５０μ
ｍを超えないという前提の下でしか、ピン状の電流導体
を単に直接焼結して気密性を保証することは出来ない。
しかも、これほど細い電流導体は、定格出力が３５Ｗ〜
１５０Ｗ程度の極めて低出力のランプにしか使用出来な
い。

【００２５】プラグの材料組成の変化や電流導体の直径
の増加等、想定し得るあらゆる状態において、定格出力
を制限することなく、長期に亘って確実な気密性を得る
という目的が、非常に意外な方法で達成できることが判
明した。つまり、電流導体とプラグの間にはシール材料
を充填し得る隙間（ギャップ）は存在しないが、放電管
内部とは反対側のプラグの表面をセラミックシール材料
で被覆すると、効果があることがわかった。完全な耐蝕
性のあるシール材料が未だ存在しないことを考慮すれ
ば、本発明の構成は、次のように有利に作用すると考え
られる。つまり、セラミック放電管の寿命期間の初期に
おいては、焼結によるプラグと電流導体間の直接接合に
よって気密性が確保される。数回の温度サイクルを経た
後、プラグと電流導体の熱膨張率の違いから微小な割れ
目や裂け目が発生し、その割れ目に沿って放電管内の封
入物が外部へ這い出していく。こうして、所定の時間を
経た後、放電管内部とは反対側のプラグの表面にあるシ
ール材料まで封入物が到達し、この時点でシール材料の
腐食が始まる。

【００２６】DE-OS 27 34 015 には、モリブデンから成
る電流導体とメタルハライド封入物を含むセラミック放
電管用に用いられるシール材料が幾つか挙げられてい
る。それらは、ＳｉＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ
₂Ｏ₃及びＹ₂Ｏ₃といった成分を基本とする。しかし
ながら、これらは、次の二つの理由で、注意して及び／
又はつましく用いられるべきであることが判明した。ま
ず、それらの物質の熱膨張率がプラグや電流導体のそれ
と不適合であることから、微小な割れ目や裂け目が発生
するという問題がある。二番目に、シール材料の酸化物
成分の中には、例えば酸化ランタンのように、放電管内
の封入物のハライド成分、特に希土類ハライドと反応し
てしまうものがある。

【００２７】より正確には、シール材料のランタンと封
入物の希土類金属が結合相手（それぞれ酸素とハロゲ
ン）を交換し、その結果、希土類酸化物とハロゲン化ラ
ンタンが形成される。このため、希土類の多光線スペク
トル（multi-line light spectrum ）が弱まり、演色評
価数や作動電圧が低下する。

【００２８】本発明の一つの特徴によれば、ＳｉＯ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、及びＬａ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、Ｗ
Ｏ₃のうちの少なくとも一つからシール材料が構成さ
れ、かかるシール材料は、公知のシール材料に代わり得
るものであることがわかった。特定の状況下では、純モ
リブデン粉末を添加するのが有利な場合がある。

【００２９】かかる組成のシール材料の熱膨張率は、プ
ラグやピン（電流導体）の熱膨張率により良く適合す
る。また、放電管の封入物に対して問題となる成分の量
を最小限にとどめることが出来、結合性が向上する。特
に、複合材料から成るプラグと共に使用すると有利であ
る。

【００３０】本発明に従うシール材料の第一の実施例
は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃及びＬａ₂Ｏ₃か
ら成るものである。このシール材料は、封入物との直接
接触が避けられる場合、非常に細いモリブデン導体（３
５０μｍ以下の直径のワイヤ）とプラグとの界面に対し
好適に使用される。従って、放電管内部と反対側に面す
るプラグ表面に塗布することが出来る。

【００３１】より好ましい第二の実施例としてのシール
材料は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｙ ₂Ｏ₃及びＬａ₂Ｏ
₃に加え、２０重量％までの割合でモリブデン金属粉末
を含むものである。酸化ランタンの一部或いは全部をＭ
ｏＯ₃で置換することが可能である。好適には、この第
二の実施例としてのシール材料は、モリブデン導体（ピ
ン状若しくは管状）とプラグとの界面に対し、好ましく
は放電管内封入物に直接接触することなく使用される。
ここでは、熱膨張率のバランスが良いので、電流導体の
直径は重要でない。好ましい組成比の範囲は、Ａｌ₂Ｏ
₃が１５〜３０重量％、ＳｉＯ₂が２５〜３５重量％、
Ｙ₂Ｏ₃が２０〜３５重量％、Ｌａ₂Ｏ ₃が１０〜３０
重量％、Ｍｏ金属が１〜２０重量％である。このシール
材料は、流動性に非常に優れ、シーリングの際の作用温
度は１４５０℃以下である。この第二の実施例の有利な
点は、シール材料が加熱によって溶融する際に、添加さ
れたモリブデン金属がピンまたはチューブ状の導体の周
りに凝縮したり、付着したりして、導体からの反発応力
（bouncing force）を吸収する一種の緩衝材のような働
きをするという事実と関係がある。こうして、裂け目や
割れ目の発生を防止することが出来る。

【００３２】第三の実施例によれば、ＭｏＯ₃及び／又
はＷＯ₃がＬａ₂Ｏ₃に代えて第四成分として添加され
る。そのようなシール材料は、上述の不都合な反応を伴
うことなく、放電管内封入物と接触し得る。このシール
材料の熱膨張率は、プラグ材料のそれと適合し得るた
め、特に、プラグを放電管の端部に接着するために好適
に用いられる。このシール材料は、また、プラグとモリ
ブデン導体の界面に塗布されてもよい。好ましい組成比
の範囲は、Ａｌ₂Ｏ₃が２０〜３５重量％、ＳｉＯ₂が
２０〜３０重量％、Ｙ₂Ｏ₃が３０〜４０重量％、Ｍｏ
Ｏ₃が１〜１０重量％である。ＭｏＯ₃の一部または全
部をＷＯ₃に置換することが出来る。この好ましい組成
範囲内で、シール材料の流動性、融点、濡れ性は最適と
なる。しかし、この最適範囲から外れると、シール層に
クラックが発生するため、シール部分における気密性が
早期に保てなくなることがある。

【００３３】第三の実施例は、第二の実施例に比べ濡れ
性についてはやや劣るが、シーリング温度が第二の実施
例よりも１００℃程度高いため、放電管内封入物の浸食
に対する耐性については、より優れている。

【００３４】特に、第二、第三の実施例のような新規な
シール材料は、本発明に従う上述の構造に対して有利で
あるだけでなく、それ以外のピン状または管状導体構造
を有するものや、その他の物質（タングステンやレニウ
ム等）を用いたもの等、他の如何なる種類の導体に対し
ても、また、プラグと放電管端部の如何なるタイプの接
続に対しても有利に使用される。特に、本発明のシール
材料は、上述の導電性を有しない複合材料から成るプラ
グと共に好適に用いられるものである。この場合、驚く
べきシール効果が得られる理由は、完全には明らかにさ
れていないが、シール材料のモリブデン若しくはタング
ステン成分（好ましくは、その酸化物）が、シール材料
に対する導体とプラグの濡れ性を向上させる働きをする
ことが、そうした効果に関係があると考えられる。この
結果、プラグと放電管端部との界面（直接焼結しなかっ
た場合）やプラグと電流導体との界面において、気密性
に優れた接着層が形成されることとなる。

【００３５】金属電流導体の表面粗さは、およそＲａ：
０．５〜５０μｍであることが望ましい。このような導
体は、タングステン、モリブデン、レニウム、またはこ
れらの合金で形成され得る。

【００３６】また、放電管端部の気密性を更に向上させ
るために、その端部内の電流導体を含むプラグの構造を
工夫することが好ましい。

【００３７】有利には、放電管の端部をチューブ状に引
き延ばした形状と成し、プラグをその最外端部、つま
り、放電管内部から最も離れた部位に位置させる。その
チューブ端部における温度は、プラグが放電管内部によ
り近く設けられている従来の構造に比べ、１００℃程度
低くなる。

【００３８】従って、温度に指数的に依存するシール材
料の耐食性が向上する。さらに、放電管内封入物がシー
ル材料と殆ど反応しないことから、封入物が消失するス
ピードが遅くなり、その結果、得られる放電ランプの耐
久性が向上する。

【００３９】上記の如き構造のセラミック放電管は、色
々な方法で製造することができる。何れの方法にも共通
な特徴は、一方の端部だけがピン状の導体を備えたプラ
グで完全に閉塞されていることである。この端部をブラ
インドエンド（blind end)という。他方の端部は、後の
工程で何らかの方法で閉塞されるべきポンプエンド(pum
p end)として機能する。本発明に従う第一の方法では、
上記一方の端部の組み付けと同時に、他方の端部にプラ
グと電流導体とが組み付けられるが、この他方の放電管
端部（ポンプエンド）には、放電管内の真空化と放電物
質の封入に続いて閉じられるべき小さな開口部が設けら
れている。好適には、このポンプエンドに管状の電流導
体が設けられ、PCT/DE92/00372に提案されているよう
に、例えば管状導体の小さな孔を通じて放電物質を封入
することが出来る。或いは、電流導体はピン状でもよ
く、この場合、放電管端部（ポンプエンド）の壁部に小
さな通孔が設けられることとなる。

【００４０】上記の製造方法の第一の工程では、電極構
造が接続された金属ピンが、未だグリーン状態にある第
一のプラグに設けられた中心孔に挿通される。同時に、
管状若しくはピン状の電流導体が、グリーン状態にある
第二のプラグに設けられた中心孔に挿通される。次に、
これら二つのプラグ−導体構造が、それ自身グリーン状
態にあるセラミック管の両端部に位置させられる。

【００４１】こうして得られる完全な組立品、つまり二
つのプラグを備えた放電管は、次いで、最終的な焼結工
程を経る。続いて、第一プラグの、または好適には両プ
ラグの、放電管内部とは反対側の表面における導体とプ
ラグとの接触面に、シール材料が塗布される。この放電
管は真空化され、第二プラグ側の端部の開口部を通じて
放電物質が充填され、その後開口部は閉じられる。これ
は、例えば、電極構造が既に取り付けられた管状導体の
小孔を封止することによって、或いは、電極構造を管状
導体に挿入することによって行われる。この場合、溶接
によって第二プラグ側の端部における気密性が得られ
る。また、放電管端部の壁部に通孔が設けられた場合
は、シール材料や特殊な栓を挿入して閉塞することが出
来る。

【００４２】上記の製造方法では、電流導体がプラグに
直接焼結されるだけでなく、両プラグが放電管の両端部
に直接焼結される。従って、放電物質（放電管内封入
物）が壁部の通孔を経て充填された場合はシール材料と
放電物質との接触は最小限に止められ、管状導体を経て
充填された場合はシール材料と放電物質との接触は完全
に防止できる。このことは、この種の放電ランプの技術
においては、目ざましい発見である。

【００４３】放電管端部とプラグが焼結によって理論的
（目標）最終径まで収縮するのに必要な押圧力を得るた
めには、ピン状導体に関して、以下の点が重要である。
つまり、Ｍｏピン−プラグ組立体のみを同時焼成する場
合は、プラグの収縮率が０〜２％であることが望まし
い。Ｍｏピン−プラグ−放電管端部の組立体を同時焼成
する場合は、プラグと放電管端部の間の気密性を維持す
るため、かかる端部のプラグに対する収縮率をせいぜい
１０％まで、好ましくは３〜５％とする必要がある。従
って、Ｍｏピンにかかる押圧力は、プラグと放電管端部
の収縮率の合計値であり、その最適値は３〜７％であ
る。直径０．３mmのＭｏピン−プラグ組立体の収縮率が
１０％以下であり、直径０．５mmのＭｏピン−プラグ組
立体の収縮率が６％以下であるとき、Ｍｏピン、プラ
グ、放電管端部からなる同時焼結体が可能となる。Ｍｏ
ピンとプラグだけで構成された組立体を２％以上の収縮
率で同時焼成した場合は、プラグにクラックが発生し易
いが、Ｍｏピン、プラグ、放電管端部から成る同時焼成
体の場合は、収縮率を上記の上限値内に制限すればクラ
ックが発生することはない。これは、放電管端部の収縮
による負荷力の一部を、プラグ本体が吸収し、Ｍｏピン
自身にかかる力をかなり減少させたためと考えられる。

【００４４】本発明に従う第二の製造方法においては、
放電管の両端に設けられる電流導体として何れもピンが
使用されている。これら両端のピンは、未だグリーン状
態であるプラグに挿通され、第一、第二の導体−プラグ
組立体が形成される。第一の導体−プラグ組立体は、そ
れ自体グリーン状態にある放電管の一方の端部に挿入さ
れるが、他方の端部は開口したままである。そして、第
一のプラグが挿入された放電管の中間品と第二の導体−
プラグ組立体が、それぞれ、別個に最終焼結される。

【００４５】次に、第一のプラグの放電管外側の表面に
シール材料が塗布される。そして、放電管にはイオン性
放電物質が充填されるが、この時点で、第二の導体−プ
ラグ組立体が放電管の他方の端部に挿入され、導体とプ
ラグの接触面（界面）及び第二のプラグと放電管の他方
の端部との間隙（ギャップ）に、シール材料が、同時に
または別工程で付与される。

【００４６】シール材料が放電管内部近くの領域に流れ
込まないように、第二のプラグに周溝を設けることが、
より好ましい。こうして、シール材料と充填物質との反
応が軽減され、放電管の耐久性が向上する。

【００４７】また、公知のように、シール材料を付与す
る場合はいつでも加熱工程が必要である。

【００４８】本発明は、ハライド含有封入物を使用して
も気密性が損なわれない、長寿命の高圧放電ランプ用セ
ラミック放電管を提供するものである。この放電管は、
通常、円筒状或いは樽状の管状部材である。また、かか
る放電管と、円筒状或いはトップハット状に形成され得
るプラグとが、公知の方法で直接結合されている。多く
の場合、こうして得られる放電管は、一端又は両端で閉
塞された外管（外側バルブ）内に配置される。

【００４９】

【実施例】以下に、本発明を、幾つかの実施例に基づい
て、更に詳細に説明する。

【００５０】図１は、定格１５０Ｗのメタルハライド放
電ランプの略図である。この放電ランプは、石英ガラス
若しくは硬質のガラスから成る外管１を含み、この外管
１の中心線が放電ランプの軸となる。外管１は、その両
端部２で口金３により気密閉塞される。外管１内には、
アルミナセラミック放電管８が外管１と同軸に配設され
ている。放電管８は樽状の中央部４と、円筒状の端部９
ａ，９ｂを有している。放電管８は、２つの給電リード
線６によって外管１内に支持され、リード線６は、フォ
イル５を介して口金３に接続されている。放電管８の両
端部９ａ，９ｂを閉塞している複合材料から成るセラミ
ックプラグ１１は、それぞれ軸方向に形成された中心孔
を有しており、そこに、ピン状の電流導体１０ａ、１０
ｂが焼結により直接接合されている。上記給電リード線
６は、これらの電流導体１０ａ、１０ｂに溶接により接
続されている。

【００５１】かかる２つの中実な電流導体１０ａ、１０
ｂは、モリブデン（若しくは、必要に応じて、タングス
テン又はタングステン／レニウム合金）にて構成され、
それぞれの放電管内側端において電極システム１２、１
２を支持している。各電極システム１２は、電極軸１３
と、この電極軸１３の放電管内側端部に巻かれたコイル
１４とを含む。この電極軸１３は、継ぎ目１５におい
て、電流導体１０ａ、１０ｂの端部に突き合わせ溶接さ
れることにより気密に接続されている。本実施例では、
電流導体１０ａ、１０ｂと電極軸１３、１３とが共に５
００μｍの直径を有する。

【００５２】放電管８の内部には、アルゴン等の不活性
なスタートガスに加えて、水銀及びメタルハライド添加
物が封入される。但し、水銀は、必ずしも、封入する必
要はない。

【００５３】両端のプラグ１１ａ、１１ｂは、７０重量
％のアルミナと３０重量％のモリブデンから成る非電導
性のセラミック材料にて形成されている。このセラミッ
ク材料の熱膨張率は、約６．５×１０^-6Ｋ^-1であり、こ
れは、放電管８の純アルミナの熱膨張率（８．５×１０
^-6Ｋ^-1）とモリブデンピン１０ａ、１０ｂの熱膨張率
（５×１０^-6Ｋ^-1）の間にある。

【００５４】ブラインドエンド（blind end)である放電
管８の第一端部９ａにおいて、第一プラグ１１ａが、焼
結により第一端部９ａに直接接合されている。また、第
一プラグ１１ａの外表面１８上の電流導体１０ａ周辺を
覆うシール材料７ａによって、更に優れた気密性が確保
されることとなる。

【００５５】シール材料７ａの好適な第一例は、Ｙ₂Ｏ
₃が３２％、Ａｌ₂Ｏ₃が２３％、ＳｉＯ₂が２６％、
Ｌａ₂Ｏ₃が１４％、Ｍｏ金属が７％で構成される。ま
た、好適な第二例は、ＭｏＯ₃が５％、Ｙ₂Ｏ₃が３８
％、Ａｌ₂Ｏ₃が３０％、ＳｉＯ₂が２７％で構成され
る。上記第一例のシール材料は、熱膨張率の点で電流導
体−プラグ組立体と非常に良く適合する。このことは、
ピンの直径が比較的大きい場合（約４００〜５００μ
ｍ）、シール材料が流れ込み得るプラグと電流導体の界
面に沿ってクラックや割れ目が発生する可能性があるの
で、これを防ぐためにも特に重要な点である。

【００５６】一方、ポンプエンド（pump end) である放
電管８の第二端部９ｂには、その開口部を通じて真空
化、充填を行った後、第二プラグ１１ｂが挿入される。
第二プラグ１１ｂの外周と放電管８の第二端部９ｂとの
間隙が、シール材料７ｂで充填されることによって、両
者間が気密に結合される。シール材料７ｂとして、好適
には、上記第二例から成るものが用いられる。このシー
ル材料７ｂは、電流導体−プラグ組立体とは異なる放電
管８の第二端部９ｂと第二プラグ１１ｂ間の熱膨張特性
に非常に良く適合する。

【００５７】第一プラグ１１ａと同様に、シール材料７
ａが、放電管８の内部とは反対側の表面１８において、
電流導体１０ｂと第二プラグ１１ｂ間の界面を覆ってい
る。このシール材料７ａは、上記第一例又は第二例の何
れのものでもよい。

【００５８】かかる放電ランプの製造過程において、上
記シール材料の付与は、各段階において行うことが出来
る。或いは、第二のプラグ挿入時に、上記三段階のシー
リング操作のうち二段階（両端の電流導体とプラグ間の
界面をシールする第一の場合と、第二端部の放電管−プ
ラグ間及びプラグ−導体間をシールする第二の場合）
を、同時に行うことが出来る。これら第一、第二の何れ
の場合でも、同時に行われるシーリング操作において、
同一種類のシール材料が用いられるのが望ましく、第一
の場合は、上記第一例のシール材料、第二の場合では、
上記第二例のシール材料が用いられる。酸化ランタンを
含まない第二例のシール材料は、比較的高い作用温度を
有し、流動温度の点でやや劣っている。しかしながら、
この第二例のシール材料は、浸食性の封入物と接触する
にもかかわらず、得られるランプの演色性や色温度に何
等悪影響を及ぼすものではない。

【００５９】本発明の更なる実施例である定格５０Ｗの
ランプを、図２に示すが、ここで、図１と同様の部分に
は同一の符号を用い、それらの説明は省略する。次に、
図１の実施例と異なる点を説明する。第一プラグ１１ａ
には、直径が僅か３００μｍのピン状電流導体１０ａが
挿通されている。この電流導体１０ａの絶対熱膨張率は
大幅に抑えられているので、第一プラグ１１ａの外表面
１８にシール材料７ａを設けることは望ましいが、必ず
しも必要ではない。第一プラグ１１ａは、放電管８の第
一端部９ａに、焼結により直接接合される。電極軸１３
ａはタングステンで形成されており、その直径は０．５
mmである。この場合、電極軸１３ａの端部には、軸方向
に部分的に研削することによって突出部１６が形成され
る。この軸方向突出部１６が、それと平行に延びる電流
導体の端部にスポット溶接によって接続される。

【００６０】第二プラグ１１ｂも同様に、放電管８の第
二端部９ｂに焼結により直接接合される。この方法が実
施できるのは、第二の電流導体がそれ自体第二プラグ１
１ｂに直接焼結接合されたモリブデンチューブ１０ｃで
構成されているからである。また、必ずしも必要ではな
いが、放電管８の内部と反対側のプラグ外表面１８の電
流導体近傍の部分をシール材料７ａで覆うことによっ
て、第二プラグ１１ｂと電流導体１０ｃの界面の結合を
強めることが望ましい。望ましくは、かかるシール作業
を行う際、その作用温度や優れた流動性を鑑みて、上記
第一例のシール材料を用いるべきである。放電管８の内
部の真空化、充填は電極軸１３ａ近傍の小孔を通じて行
われ、充填後、小孔は閉じられる。

【００６１】両端部９ａ、９ｂの界面におけるシール材
料は、同時に、好ましくは充填孔を閉じる前に付与して
もよい。

【００６２】図３に示される如き第三の実施例において
は、直径３００μｍのピン状電流導体１０ａ、１０ｂが
放電管８の両端部９ａ、９ｂにて用いられ、両端のプラ
グ１１ａ、１１ｂがそれら両端部９ａ、９ｂに焼結によ
って直接接合されている。直径１mm以上の充填孔２５
が、第二端部９ｂの近傍の放電管８（或いは第二プラグ
１１ｂ）壁部に形成されている。好ましくは、放電管８
の内部に面する第二プラグ１１ｂの上面から１mm以上プ
ラグから離れた位置に形成される。これは、浸食性のメ
タルハライド封入物の成分が、常にプラグ表面付近に凝
集（凝結）し易いからである。仮に、このプラグ表面付
近に放電管８の内部に曝されるシール材料があれば、内
部の浸食性封入物によって侵される恐れがある。従っ
て、シールされる部位が気体（液体）ハライドの蒸着場
所から離れた位置であることが非常に望ましい。

【００６３】放電管８の内部の真空化、充填は、放電管
８の第二端部９ｂの壁部に設けられた上記充填孔２５を
通じて行われ、充填後、孔は閉じられる。より詳細に
は、図４に示される如く、主にアルミナを含むセラミッ
クから成る小プラグ２６を充填孔２５に挿入し、シール
材料７ｃを用いて充填孔２５とそこに挿入された小プラ
グ２６との間隙を気密に埋めて両者を接合することによ
って、充填孔２５が閉塞されることとなる。前記シール
材料７ｃは、好ましくは上記第二例から成る。また、必
ずしも必要ではないが、放電管８の内部とは反対側のプ
ラグ表面上の電流導体近傍部分をシールすることによっ
て、プラグと電流導体の界面における結合力を高めるこ
とが望ましい。かかるシール材料７ａは、放電管８の内
部を充填した後、両端のプラグ−電流導体組立体に同時
に付与することができる。

【００６４】図５には、非常に概略的に、本発明の更な
る実施例が示されており、特に、放電管８の第一端部１
９ａ付近のみが詳細に示されている。この放電管８の第
一端部１９ａは、軸方向に引き延ばされ、内部に通路(c
hannel) を形成している。この通路の放電管８の内部か
ら離れた側の端部に、第一プラグ２１ａが配設されてい
る。これによって、シール材料７ａの温度は、そのよう
な延長端部を有しない放電管８に使用された場合に比べ
て１００℃程度低い。従って、プラグと電流導体の界面
におけるシール材料７ａの腐食は遅く始まることとな
る。本実施例では、電流導体１０ａが適当な長さをもっ
て放電管８の内部に突出させられている。放電管８の両
端部１９ａ、１９ｂ（図６を参照）に挿入されたプラグ
２１ａ、２１ｂのそれぞれの外表面１８には、電流導体
１０ａ、１０ｂを取り囲むように環状溝１７が設けられ
ており、そこには、シール材料７ａが充填されている。
このため、より高い気密性を達成することができる。

【００６５】上記第一の実施例において、浸食性のハラ
イド封入物と放電管８の第二端部１９ｂに用いられるシ
ール材料７ｂとの反応を避けるため、また、本実施例の
プラグ２１ｂの外周と放電管８の第二端部１９ｂとの間
隙を確実に閉塞するために、図６に示されるように、第
二プラグ２１ｂの軸（高さ）方向中央部に周溝２２を設
けることが望ましい。これによって、加熱され液状とな
ったシール材料７ｂが外表面１８とは反対の方向に流れ
込んでいくとき、放電管８の内部から離れた周溝２２に
おいて止められることとなる。また、シール材料７ｂを
放電管８の内部からより確実に隔離するために、延長さ
れた第二端部１９ｂの通路全体を第二プラグ２１ｂで閉
塞することが望ましい。

【００６６】直径が約２００〜３００μｍの細い電流導
体を用いた好適な実施例では、より良い安定性が得られ
る。一般に、そのような細い電流導体は安定性を欠くの
で、直径５００μｍの電極軸は、放電管８の内部に面す
るプラグ表面に設けられた円筒状凹部にゆるく篏合させ
られる。また、電流導体は電極軸に突き合わせ溶接され
ても良い。より良い安定性を得るためには、図７で示さ
れる如く、電極軸３３に設けられた突出部３６に、電流
導体１０ａが溶接固定される。一方、プラグ３１の表面
に設けられた凹部３２は、電流導体１０ａと電極軸３３
の突出部３６を共に一定距離をおいて取り囲むように形
成される（図８参照）。ここにおいて、凹部３２内壁と
電流導体１０ａや電極軸３３の突出部３６との間の距離
は、安定性を確保するために出来るだけ小さくすべきで
あるが、焼結処理中にそれらが接触するのを避けられる
程度に大きくなくてはならない。好適には、その距離は
１５０μｍ程度である。同様の理由から、タングステン
から成る電極軸３３から凹部３２の底壁までの距離は５
００μｍ程度とされるべきである。

【００６７】図９に示される如き別の態様では、上記の
ようにプラグが複合材料から構成されている。つまり、
図９左半分に示されるこのプラグは、モリブデンを異な
った割合で含む二つの円筒状部分３７ａ、３７ｂが同軸
上に配置されてなるものである。この外側部分３７ａ
は、２０重量％のモリブデンと残りはアルミナから成
り、内側部分３７ｂは、２８重量％のモリブデンと残り
はアルミナから成る。こうして、放電管８の端部２９の
純アルミナとモリブデンピン１０ａの純金属との間に、
熱膨張率の段階的な変化がより明確に見られることとな
る。

【００６８】図９右半分に示される好ましい態様では、
プラグの外側部分３７ｃが段差部３４を有しており、そ
の上に内側部分３７ｄのノーズ部３５が載置させられ、
外側部分３７ｃと内側部分３７ｄとが係合している。こ
の場合、プラグの製造が容易となる。

【００６９】二つの部分から成るプラグをピン状または
管状電流導体と共に用いる代わりに、段階的に変化する
熱膨張率を有する三つ以上の部分を同軸上に配したプラ
グを用いることもできる。この場合、隣接する部分間の
熱膨張率の違い（変化量）は、二つの部分から成るプラ
グよりも小さくなる。管状の電流導体を用いた構成と比
較した場合、二つ以上の部分から成るプラグと比較的細
いピン状電流導体を用いるほうが、プラグの中心孔がよ
り小さくて済むため有利である。

【００７０】更に別の実施例では、複合材料におけるモ
リブデンやその他の副成分（金属）の割合は、単一又は
複数の部分からなるプラグの内部で変化する。つまり、
モリブデンやその他の副成分の割合を、プラグの外周面
から内周面に向かって径方向に漸次増加させることによ
って、熱膨張率を緩やかに変化させていくことが可能で
ある。しかしながら、かかるプラグを形成するには、よ
り複雑な工程を必要とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのセラミック放電管を
有するメタルハライド高圧放電ランプを示す部分断面正
面図である。

【図２】本発明の別の実施例としてのセラミック放電管
を有するメタルハライド放電ランプを示す部分断面正面
図である。

【図３】本発明の更に別の実施例であるセラミック放電
管を示す断面図である。

【図４】図３におけるセラミック放電管の丸印部分の部
分拡大断面図である。

【図５】本発明に従うセラミック放電管の端部構造の一
例を拡大して示す断面説明図である。

【図６】本発明に従うセラミック放電管の端部構造の別
の一例を示す拡大断面説明図である。

【図７】プラグに挿通されたピン状電流導体と電極軸の
接続状態の一例を示す縦断面図である。

【図８】図７におけるＶIII −ＶIII 断面説明図であ
る。

【図９】本発明に従うセラミック放電管に用いられるプ
ラグの別の態様を示す縦断面図である。

【符号の説明】７ａ，７ｂ，７ｃシール材料８放電管９ａ，１９ａ第一端部９ｂ，１９ｂ
第二端部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ電流導体１１ａ，２１ａ
第一プラグ１１ｂ，２１ｂ第二プラグ１２電極シス
テム１８表面２５充填孔２６小プラグ

フロントページの続き (72)発明者前川耕一朗愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者浅野修愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者シュテファン・ユングストドイツ連邦共和国ディー−85604 ツォルネディングヘルツォーク−ルートヴィヒ−シュトラーセ 44 (72)発明者ユルゲン・ハイダードイツ連邦共和国ディー−81547 ミュンヘンゼーベナーシュトラーセ 116

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にイオン化放電物質と二つの電極シ
ステムを有し、管状の第一、第二端部がそれぞれ第一、
第二セラミックプラグで閉塞されると共に、対応する電
極システムに接続された円形断面の金属製電流導体が各
プラグに形成された貫通孔に気密に挿通された高圧放電
ランプ用セラミック放電管において、少なくとも前記第
一端部に配設された電流導体が、ピン状を呈し、且つセ
ラミック放電管よりも低い熱膨張率を有し、更に５５０
μｍ未満の直径を有する一方、前記セラミックプラグ
が、放電管のセラミック材料の熱膨張率と電流導体の金
属材料のそれとの間の熱膨張率を有する複合材料から成
り、前記電流導体が焼結によりプラグ内に直接接合され
た際のプラグの収縮によって、かかるプラグが該電流導
体を圧接していると共に、放電管内部とは反対側に面す
るプラグ表面の電流導体の周辺域をセラミックシール材
料にて覆うことによって、該電流導体が付加的にシール
されていることを特徴とする高圧放電ランプ用セラミッ
ク放電管。
【請求項２】前記ピン状の電流導体の直径が３５０μ
ｍ未満であり、その場合において、前記付加的なセラミ
ックシール材料が免除され得ることを特徴とする請求項
１記載のセラミック放電管。
【請求項３】前記電流導体が、モリブデン、タングス
テン、レニウム、又はこれら金属の合金から構成される
ことを特徴とする請求項１記載のセラミック放電管。
【請求項４】前記イオン化放電物質が、ハロゲン含有
成分を含むことを特徴とする請求項１記載のセラミック
放電管。
【請求項５】前記セラミックプラグの複合材料が、主
成分としてのアルミナと、かかるアルミナよりも低い熱
膨張率を有する、副成分としての１種或いはそれ以上の
物質を含むことを特徴とする請求項１記載のセラミック
放電管。
【請求項６】前記セラミックシール材料が、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ｙの各酸化物とＬａ及び／又はＭｏ及び／又はＷの
少なくとも一つの酸化物を含むことを特徴とする請求項
１記載のセラミック放電管。
【請求項７】前記セラミックシール材料が、更に、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｒｅのうち少なくとも１種類の金属を含むこと
を特徴とする請求項６記載のセラミック放電管。
【請求項８】前記セラミックシール材料が、１５〜３
５重量％のＡｌ₂Ｏ ₃、２０〜３５重量％のＳｉＯ₂、
２０〜４０重量％のＹ₂Ｏ₃、０〜３０重量％のＬａ₂
Ｏ₃、０〜１０重量％のＭｏＯ₃及び／又はＷＯ₃、並
びに０〜２０重量％のＭｏ金属を含み、且つＬａ
₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、Ｍｏ金属の合計が１重量％以上とな
ることを特徴とする請求項６又は請求項７記載のセラミ
ック放電管。
【請求項９】放電管の第二端部に配設された電流導体
が管状を呈し、第二プラグに焼結により直接接合されて
いることを特徴とする請求項１記載のセラミック放電
管。
【請求項１０】前記焼結に加えて、放電管内部とは反
対側に面する第二プラグ表面の電流導体周辺域がシール
材料で覆われていることによって、前記管状電流導体が
第二プラグに対して更にシールされていることを特徴と
する請求項９記載のセラミック放電管。
【請求項１１】前記請求項１に記載のセラミック放電
管を製造する方法にして、ａ）電極システムに接続されたピン状電流導体を準備す
る工程と、ｂ）軸方向に延びる貫通孔を有するプラグのグリーン体
を準備する工程と、ｃ）前記電流導体を該グリーン体の貫通孔に挿通、固定
し、プラグ−電流導体組立体を形成する工程と、ｄ）該プラグ−電流導体組立体を、グリーン状態にある
セラミック放電管の第一端部に挿入する工程と、ｅ）上記ｄ）工程において得られた組立体を最終的に焼
結する工程と、ｆ）電極システムとは反対側のプラグ表面において、ピ
ン状電流導体と該プラグとの界面をシール材料にて覆
い、加熱によってシールを行う工程と、ｇ）放電管の第二端部またはその近傍に形成される開口
部を通じて、放電管内を真空化し、イオン化放電物質を
充填する工程と、ｈ）前記第二端部の開口部を気密に閉塞する工程と、を
含むことを特徴とするセラミック放電管の製造方法。
【請求項１２】前記プラグが、第一成分としてのアルミ
ナと第二成分としてのモリブデン又はタングステンとを
含む複合材料から形成され、且つ該モリブデン又はタン
グステンが、それぞれの酸化物の粉末として、アルミナ
粉末に、複合分散体の調製工程中で添加せしめられる請
求項１１記載のセラミック放電管の製造方法。
【請求項１３】主にアルミナセラミックで形成された
第一の部分と、主にモリブデン、タングステン、レニウ
ム、またはそれらの合金の何れかで形成された第二の部
分とを含む、二つ以上の部分から成るボディを真空気密
に接合するためのシール材料であって、Ａｌ₂Ｏ₃：１
５〜３０重量％、ＳｉＯ₂：２５〜３５重量％、Ｙ₂Ｏ
₃：２０〜３５重量％、Ｌａ₂Ｏ₃：１０〜３０重量
％、Ｍｏ金属：１〜２０重量％を含むことを特徴とする
シール材料。
【請求項１４】主にアルミナセラミックで形成された
第一の部分と、主にアルミナセラミックと、モリブデ
ン、タングステン、レニウム及びそれらの合金のうちよ
り選ばれた金属とから形成された第二の部分とを含む、
二つ以上の部分から成るボディを真空気密に接合するた
めのシール材料であって、Ａｌ₂Ｏ₃：２０〜３５重量
％、ＳｉＯ₂：２０〜３０重量％、Ｙ₂Ｏ₃：３０〜４
０重量％、ＭｏＯ₃及び／又はＷＯ₃：１〜１０重量％
を含むことを特徴とするシール材料。