JPH10172514A

JPH10172514A - ランプ

Info

Publication number: JPH10172514A
Application number: JP8359488A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Tobimatsu; 浩樹飛松; Tomoyasu Ichiki; 智康一木
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【目的】電極への通電時に、封止部材の穴の内周と電
極外周との接合面が剥離しないようにすることを目的と
する。【構成】電極が挿入される穴の内周部分の熱膨張係数
を、電極外周部分の熱膨張係数以下としたことにより、
電極への通電時に封止部材及び電極が熱膨張しても、電
極外周が穴の内周を圧迫する状態となるため、両者が剥
離することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランプの封止部構
造に関し、特に封止部材と電極との接合構造に関する。
ここで、ランプとは、放電灯等の放電管及びフィラメン
ト等を有するヒータを含むものとする。

【０００２】

【従来技術】従来、メタルハライドランプ等のランプ
は、封止部材を絶縁性封止管の端部開口に位置させ、封
止部材に形成された穴の内周に電極外周を接合すること
により、封止管内外の電気的導通を図るとともに、封止
部材外周と開口内周との間隙を封着することにより、封
止管の内封物質が封止管外に漏出することを防止してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極へ
の通電時には封止部材及び電極は熱膨張し、その際、封
止部材の穴の内周の熱膨張が電極外周の熱膨張を上回る
と、接合面が剥離する問題があった。

【０００４】また、封止部材が導電性材料と絶縁性材料
を含有する複合体である場合には、電極への通電時に
は、複合体及び電極が熱膨張するとともに、複合体中の
絶縁性材料が高温により軟化する可能性があった。

【０００５】このように軟化すると弾性変形しなくなる
ため、常温に戻った場合、複合体中の他の弾性変形する
部分との応力差によりクラックが生じる畏れがあった。

【０００６】本発明は、電極への通電時に、封止部材の
穴の内周と電極外周との接合面が剥離しないようにする
ことを目的とする。

【０００７】本発明は、また、電極への通電時に封止部
材中の絶縁部材が軟化しないようにすることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明は、少なくとも導電性材料を含有する封止部材を絶
縁性封止管の端部開口に位置させ、封止部材外周と開口
内周との間隙を封着するとともに、封止部材に形成され
た穴の内周に、電極外周を接合してなるランプにおい
て、穴の内周と電極外周との接合部における穴の内周部
分の熱膨張係数を、接合部における電極外周部分の熱膨
張係数以下としたことにより、電極への通電時に封止部
材及び電極が熱膨張しても、電極外周が穴の内周を圧迫
する状態となるため、両者が剥離することはない。

【０００９】また、常温に戻した際の残留応力を考慮す
ると、熱膨張した封止部材及び電極は、共に弾性変形領
域内にあるようにすればよい。

【００１０】本発明は、また、少なくとも導電性材料を
含有する封止部材を絶縁性封止管の端部開口に位置さ
せ、封止部材外周と開口内周との間隙を封着するととも
に、封止部材に形成された穴の内周に、電極外周を接合
してなるランプにおいて、電極への通電時における穴の
内周と電極外周との距離が、電極への非通電時における
距離以下になるように、穴の内周と電極外周との接合部
における穴の内周部分の熱膨張係数と、同接合部におけ
る電極外周部分の熱膨張係数とを設定することにより、
電極への通電時に封止部材及び電極が熱膨張しても、両
者の距離は変化しないか又は小さくなる方向に変化する
ため、両者が剥離することはない。

【００１１】この場合、接合部における穴の内周の熱膨
張係数が、接合部における電極外周の熱膨張係数を越え
たとしても、両者の距離が実質的に大きくならなければ
良い。

【００１２】好適な実施形態として電極をＷ（熱膨張係
数；４．４０×１０−^６［１／Ｋ］）とすれば、接合部
における穴の内周の熱膨張係数は、接合部における電極
外周の熱膨張係数に３×１０−^７［１／Ｋ］を加えた値
以下であれば良い。

【００１３】本発明において、封止部材が導電性材料と
絶縁性材料を含有する複合体であり、導電性材料が電極
より熱膨張係数が大きいものであり、絶縁性材料が電極
より熱膨張係数が小さいものである場合には、接合部に
おける電極外周部分の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係
数となるように、あるいは電極への通電時における穴の
内周と電極外周との距離が電極への非通電時における距
離以下になるように、接合部における穴の内周部分の導
電性材料と絶縁性材料の含有比率を設定すれば良い。

【００１４】また、本発明は、ＭｏとＳｉＯ２を含有す
る複合体を絶縁性封止管の端部開口に位置させ、複合体
外周と開口内周との間隙を封着するとともに、複合体に
形成された穴の内周にＷからなる電極外周を接合してな
るランプにおいて、穴の内周と電極外周との接合部にお
ける穴の内周部分を、ＭｏとＳｉＯ２の総量を１００と
すると、８０ｖｏｌ％以下のＭｏを含有するよう構成す
ることにより、電極への通電時に封止部材及び電極が熱
膨張しても、両者の距離は変化しないか又は小さくなる
方向に変化するため、両者が剥離することはない。ちな
みに、両者の熱膨張係数が一致するのは、７０ｖｏｌ％
以下のＭｏを含有するよう構成した場合である。

【００１５】尚、複合体に導電機能を持たせるために
は、接合部における穴の内周部分は１０ｖｏｌ％以上の
Ｍｏの含有することが望ましく、この場合、接合部にお
ける抵抗値を低減し、その電力損失をランプ使用に差し
つかえない程度まで下げるためには、１５ｖｏｌ％以上
のＭｏの含有することが好ましい。

【００１６】好適な実施形態としては、５０ｖｏｌ％以
下のＭｏを含有することが望ましい。なぜならば、Ｍｏ
の含有量が多すぎると、ＭｏとＳｉＯ２の複合体が焼成
時に完全に焼結しきれずに、内封物質が複合体内部を通
過する可能性が有るからである。また複合体は、穴の内
周部分のみならず、その外端部においても５０ｖｏｌ％
以下のＭｏを含有することが望ましい。なぜならば、そ
の外端部が酸素と接触する使用形態では、Ｍｏ成分が酸
化するからである。

【００１７】本発明は、複合体外周の前記封止管と封着
される部分における導電性材料に対する絶縁性材料の存
在比率を、接合部における存在比率より大きく設定する
ことができる。この場合、複合体外周の封止管と封着さ
れる部分は絶縁性材料の存在比率が大きいため、絶縁性
封止管と熱膨張係数を近似させることができ、封止部材
外周と封止管開口内周との間隙の封着部に、熱膨張差に
起因するクラックが発生するのを防止できる。

【００１８】本発明は、また、複合体の封止管内方端部
における導電性材料に対する絶縁性材料の存在比率を、
接合部における存在比率より大きく設定することができ
る。この場合、複合体の封止管内方端部では絶縁性材料
の存在比率が大きいため、電極から複合体へのバックア
ーク現象の発生を低減することができる。

【００１９】さらに本発明は、接合部を、電極の軸方向
に少なくとも１ｍｍ以上形成することにより、接合部に
おける抵抗値を低減し、その電力損失をランプ使用に差
しつかえない程度まで下げることができる。

【００２０】本発明のさらなる実施形態としては、穴の
内周部分が、接合部と、接合部より封止管内方に位置し
て電極外周との間に間隙を形成する非接合部とを有する
ように構成することができる。

【００２１】すなわち、電極への通電時に、穴の内周の
熱膨張は弾性変形領域内でありながら、電極の熱膨張が
弾性変形領域を越える可能性があり、この場合、常温に
戻すと、両者の残留応力差に基づき両者の接触面からク
ラックが生じる可能性があるが、上述した構成にすれ
ば、接合部より封止管の内方側には間隙が形成されるた
め、前述した残留応力差が生じたとしてもクラックの発
生を防止することができる。

【００２２】本発明は、また、導電性材料と絶縁性材料
を含有する複合体を絶縁性封止管の端部開口に位置さ
せ、複合体外周と開口内周との間隙を封着するととも
に、複合体に形成された穴の内周に電極外周を接合して
なるランプにおいて、穴の内周が、接合部と、接合部よ
り封止管内方に位置して電極外周との間に間隙を形成す
る非接合部とを有するように構成することができる。

【００２３】すなわち、電極通電時に、その発熱により
複合体の穴の内周部に含有される絶縁性材料が軟化して
弾性変形しなくなる可能性があり、この場合、常温に戻
すと、複合体中の他の弾性変形する部分との応力差によ
りクラックが生じる可能性があるが、上述した構成にす
れば、接合部より封止管の内方側には間隙が形成される
ため、複合体の穴の内周部は電極の発熱の影響を受けに
くくなり、含有される絶縁性材料の軟化を低減すること
ができる。また、仮に軟化したとしても、穴の内周部と
電極は接していないため、両者間で熱応力が発生するこ
とはない。尚、間隙は、電極の径に対して少なくとも１
％以上設けることが好ましい。

【００２４】本発明の好適な実施形態としては、非接合
部における導電性材料に対する絶縁性材料の存在比率
を、接合部における存在比率より大きく設定することが
できる。この場合、非接合部では絶縁性材料の存在比率
が大きいため、電極から複合体へのバックアーク現象の
発生を低減することができる。

【００２５】具体的には、非接合部における導電性材料
の含有量を３０ｖｏｌ％以下にすることにより、電極か
ら複合体へのバックアーク現象の発生を低減することが
できる。

【００２６】以上の本発明の好適な実施形態としては、
封止管内方に開口した有底形状の穴に、封止管内方側か
ら電極を挿入する形態のランプに本発明を適用すること
ができる。この場合、封止管の内封物質が穴を介して封
止管外部に漏出することを防止できる。

【００２７】別の実施形態としては、封止管外方に開口
した有底形状の穴に、封止管内方側から電極を挿入する
形態のランプに本発明を適用することができる。

【００２８】更に別の形態としては、封止管内外方に開
口した貫通穴に、電極を挿通する形態のランプに本発明
を適用することができる。この場合、封止管の内封物質
が貫通穴を介して封止管外部に漏出することを防止する
ために何等かの対策を講じることが好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態とし
ての放電灯を示すものであり。参照符号１はシリカから
なる発光管、１ａは開口、２は封止部材である。封止部
材２には、導電部２ａ、封着部２ｂが形成され、導電部
２ａには、タングステンからなる内部電極３が内側から
固定され、モリブデンからなる外部電極４が外側から固
定されている。また、封着部２ｂは、発光管内（電極３
側）と外部とを発光管１の溶着により気密に封着してい
る。そして、発光管１内部には、内部電極３の放電に寄
与する充填物質が内封されている。

【００３０】図から分かるように、導電部２ａはモリブ
デンリッチ、封着部２ｂはシリカリッチに形成されてお
り、モリブデンリッチの部分からシリカリッチの部分に
かけては、モリブデンとシリカの存在比率が徐々に変化
するように構成されている。

【００３１】このように、モリブデンリッチとシリカリ
ッチの２つの部分を有することにより、モリブデンリッ
チ部分では内部電極３との導通を図ることができるとと
もに、シリカからなる発光管１との封着を、発光管１と
熱膨張係数が近似するシリカリッチ部分で行うことによ
り、熱膨張差に起因する封着部のクラック発生を防止で
きる。

【００３２】また、封止部材２の放電空間に面する側を
シリカリッチ部分にて構成することにより、内部電極３
への通電時に、内部電極３から封止部材２へ短絡的に放
電する所謂バックアーク現象の発生を低減できるのであ
る。このようにバックアーク現象の発生を防止するに
は、シリカリッチ部分では、シリカとモリブデンの総量
を１００とした場合、モリブデン含有量を３０ｖｏｌ％
以下とするのが好ましい。

【００３３】図２は、封止部材２と内部電極３の接合状
態を示す図であり、封止部材２と外部電極４との接合状
態は省略してある。図から分かるように、封止部材２の
封着部２ｂ側（放電空間側）には、有底形状の穴２ｃが
穿設されており、内部電極３が穴２ｃの底部に当接する
まで挿入されている。穴２ｃは、その底部側からφｄ１
の小径部、φｄ２の大径部が形成されており、大径部内
周面と内部電極３外周との間には間隙Ｄが形成されてい
る。

【００３４】穴２ｃの大径部内周と内部電極３の外周と
は、電気的導通を図るための接合部Ｓを形成している。
この接合部Ｓは、１６００℃以上で焼成することによ
り、その際の焼成収縮を利用して機械的にかしめてい
る。そして、ピーク温度で１分以上、好ましくは５分以
上保持することにより、接合面全体にわたって完全な接
合を可能にしている。

【００３５】この接合部Ｓについての詳細を図３に示
す。図３は、封止部材２中における、その外端からの距
離とモリブデン含有量との関係を示すと共に、封止部材
２と内部電極３との位置関係及び接合部Ｓの位置を示し
ており、図から分かるように、接合部Ｓは大径部の軸方
向全長に亘って形成されてはおらず、穴２ｃの底部側か
ら図に示す長さａの範囲でのみ形成されている。

【００３６】この長さａは短すぎると、接合部Ｓの抵抗
値が大きくなり過ぎて、内部電極３への通電時の電力損
失が大きすぎる問題が生じ、逆に長すぎると、発光管１
の長さが長くなる問題が生じるため、本実施形態では、
１ｍｍ、好ましくは２ｍｍに設定している。

【００３７】一方、接合面Ｓにおける封止部材２側の成
分についてであるが、本実施形態ではモリブデンの含有
量を１０ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲に設定してい
る。

【００３８】すなわち、内部電極３への通電時すなわち
放電灯使用時には、接合部Ｓ近傍は８００℃程度まで温
度上昇するため、接合部Ｓを形成する内部電極部分及び
封止部材部分は共に熱膨張するのであるが、モリブデン
の含有量が７０ｖｏｌ％を越えると、封止部材部分の熱
膨張が内部電極部分の熱膨張を越えるため、封止部材部
分と内部電極部分間に間隙が生じて接合部Ｓが剥離して
しまう。これが、上限値を規定する理由である。

【００３９】以上について図４を用いて詳細に説明する
と、図４は、シリカとモリブデンの総量を１００とした
場合のモリブデン含有量に対する熱膨張係数の関係を示
しており、モリブデン含有量が０の場合はシリカに等し
い０．５×１０−^６［１／Ｋ］、モリブデン含有量が７
０ｖｏｌ％の場合は、内部電極３を構成するタングステ
ンに等しい４．４０×１０−^６［１／Ｋ］、モリブデン
含有量が１００％の場合はモリブデンに等しい５．０×
１０−^６［１／Ｋ］となることが分かる。

【００４０】しかしながら、接合部Ｓにおけるモリブデ
ン含有量及び熱膨張係数は、必ずしも７０ｖｏｌ％以下
及び４．４０×１０−^６［１／Ｋ］以下である必要はな
い。なぜなら、モリブデン含有量及び熱膨張係数が前述
した値を多少越えたとしても、放電灯使用時に接合部Ｓ
における封止部材部分と内部電極部分間に間隙が生じな
ければ良いからである。以上のことから本実施形態で
は、モリブデン含有量及び熱膨張係数は、前述した値に
厳密に規定されることはなく、８０ｖｏｌ％以下又は
４．７０×１０−^６［１／Ｋ］に規定されるのである。

【００４１】尚、モリブデン含有量の上限値は、上述し
た７０ｖｏｌ％より小さい５０ｖｏｌ％以下にすること
がより好ましい。なぜならば、Ｍｏの含有量が多すぎる
と、ＭｏとＳｉＯ２の複合体が焼成時に完全に焼結しき
れずに、内封物質が複合体内部を通過する可能性が有る
からである。また複合体は、穴の内周部分のみならず、
その外端部においても５０ｖｏｌ％以下のＭｏを含有す
ることが望ましい。なぜならば、その外端部が酸素と接
触する使用形態では、Ｍｏ成分が酸化するからである。

【００４２】接合面Ｓにおけるモリブデンの含有量の上
限値は以上説明したとおりであるが、その下限値は、ま
ず接合部Ｓにおける導電を可能にするためには１０ｖｏ
ｌ％以上、次に接合部Ｓの抵抗値を放電灯使用時に問題
がない程度まで低減させるためには１５ｖｏｌ％以上で
あることが望ましい。尚、図３は、このような上下限値
と電極の長さの関係を模式的に示したものであって、そ
の縦軸の目盛りは等幅ではない。

【００４３】続いて、図２に戻って、大径部内周面と内
部電極３外周との間に形成された間隙Ｄについて詳説す
る。すなわち、本実施形態では、放電灯使用時であって
も、接合部Ｓは８００℃程度までしか温度上昇しないよ
うにしているため、接合部Ｓにおける封止部材部分と内
部電極部分が熱膨張したとしても、両者は弾性変形領域
内であるため、常温に戻った後に両者に残留応力差が生
じることはない。

【００４４】しかしながら、接合部Ｓより放電空間側の
部分、例えば穴２ｃの開口部付近では、１１００℃程度
まで温度上昇する可能性があり、このように高温になる
と以下のような２つの問題が生じる。

【００４５】第１は、相対的に熱膨張係数が大きいタン
グステンからなる内部電極３が、弾性変形領域を越える
場合であり、こうなると、常温に戻した際に、相対的に
熱膨張係数が小さく弾性変形領域内の穴２ｃ内周は、元
の形状に収縮するにも拘わらず、内部電極３が膨張した
ままで両者の間に残留応力差が働き、クラックが発生す
る畏れである。

【００４６】第２は、穴２ｃの特に開口部付近には多く
含まれるシリカが軟化温度を越える場合であり、こうな
ると、常温に戻した際に、封止部材２に含まれるモリブ
デンは収縮するにも拘わらず、軟化したシリカは収縮せ
ず、両者の間に残留応力差が働き、クラックが発生する
畏れである。

【００４７】以上２つの間題は、何れも穴２ｃの内周部
分が内部電極３に近接して高温になるために生じるもの
であるから、接合部Ｓよりも放電空間側では、大径部内
周面と内部電極３外周との間に間隙Ｄを形成することに
より、穴２ｃの内周部分の温度を低下させているのであ
る。この間隙Ｄの寸法については、内部電極３の１％以
上にすることが好ましい。

【００４８】尚、図２においては、封止部材２と外部電
極４との接合状態は省略してあるが、外部電極４につい
ても内部電極２と同様に、封止部材２の外方から穿設さ
れた外方穴に挿入、接合すれば良い。この場合、内部電
極２と同様に、その接合部における封止部材部分の熱膨
張が外部電極部分の熱膨張を越えないようにすれば良
く、また、外方穴と穴２ｃは連通させないほうが、発光
管１の充填物質の漏出防止という観点からは望ましい。

【００４９】しかしながら、外方穴と穴２ｃを連通さ
せ、内部電極３と外部電極４を１本の電極として、これ
らの接合部に本実施形態の特徴を適用してもよいが、こ
の場合、発光管１の充填物質の漏出防止のために何等か
の手段を講じる必要はある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての放電灯を示す図

【図２】封止部材２と内部電極３の接合状態を示す図

【図３】封止部材２中におけるモリブデン含有分布を
示す図

【図４】モリブデン含有量に対する熱膨張係数の関係
を示す図

【符号の説明】

１…発光管、１ａ…開口、２…電極構造体、２ａ…導電
部、２ｂ…封着部、２ｃ…穴、３…内部電極、４…外部
電極、Ｄ…間隙、Ｓ…接合部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも導電性材料を含有する封止部材
を絶縁性封止管の端部開口に位置させ、前記封止部材外
周と前記開口内周との間隙を封着するとともに、前記封
止部材に形成された穴の内周に、電極外周を接合してな
るランプにおいて、前記穴の内周と前記電極外周との接合部における前記穴
の内周部分の熱膨張係数を、同接合部における前記電極
外周部分の熱膨張係数以下としたことを特徴とするラン
プ
【請求項２】少なくとも導電性材料を含有する封止部材
を絶縁性封止管の端部開口に位置させ、前記封止部材外
周と前記開口内周との間隙を封着するとともに、前記封
止部材に形成された穴の内周に、電極外周を接合してな
るランプにおいて、前記電極への通電時における前記穴の内周と前記電極外
周との距離が、前記電極への非通電時における前記距離
以下になるように、前記穴の内周と前記電極外周との接
合部における前記穴の内周部分の熱膨張係数と、同接合
部における前記電極外周部分の熱膨張係数とを設定した
ことを特徴とするランプ
【請求項３】前記電極がＷであり、前記接合部における前記穴の内周の熱膨張係数が、前記
接合部における前記電極外周の熱膨張係数に３×１０−
^７［１／Ｋ］を加えた値以下であることを特徴とする請
求項２記載のランプ
【請求項４】前記封止部材は、導電性材料と絶縁性材料
を含有する複合体であって、前記導電性材料が前記電極より熱膨張係数が大きいもの
であり、前記絶縁性材料が前記電極より熱膨張係数が小さいもの
であるとともに、前記接合部における前記穴の内周部分は、前記導電性材
料と前記絶縁性材料を共に含むことを特徴とする請求項
１〜３の何れか記載のランプ
【請求項５】ＭｏとＳｉＯ２を含有する複合体を絶縁性
封止管の端部開口に位置させ、前記複合体外周と前記開
口内周との間隙を封着するとともに、前記複合体に形成
された穴の内周にＷからなる電極外周を接合してなるラ
ンプにおいて、前記穴の内周と前記電極外周との接合部における前記穴
の内周部分を、ＭｏとＳｉＯ２の総量を１００とする
と、８０ｖｏｌ％以下のＭｏを含有するよう構成したこ
とを特徴とするランプ
【請求項６】前記接合部における前記穴の内周部分は、
ＭｏとＳｉＯ２の総量を１００とすると、５０ｖｏｌ％
以下のＭｏを含有することを特徴とする請求項５記載の
ランプ
【請求項７】前記複合体外周の前記封止管と封着される
部分における、前記導電性材料に対する前記絶縁性材料
の存在比率は、前記接合部における前記存在比率より大
きく設定されていることを特徴とする請求項１〜６の何
れか記載のランプ
【請求項８】前記複合体の封止管内方端部における、前
記導電性材料に対する前記絶縁性材料の存在比率は、前
記接合部における前記存在比率より大きく設定されてい
ることを特徴とする請求項１〜７の何れか記載のランプ
【請求項９】前記接合部は、前記電極の軸方向に少なく
とも１ｍｍ以上形成されていることを特徴とする請求項
１〜８の何れか記載のランプ
【請求項１０】前記穴の内周部分は、前記接合部と、前記接合部より前記封止管内方に位置し
て前記電極外周との間に間隙を形成する非接合部とを有
することを特徴とする請求項１〜９の何れか記載のラン
プ
【請求項１１】導電性材料と絶縁性材料を含有する複合
体を絶縁性封止管の端部開口に位置させ、前記複合体外
周と前記開口内周との間隙を封着するとともに、前記複
合体に形成された穴の内周に、電極外周を接合してなる
ランプにおいて、前記穴の内周は、前記接合部と、前記接合部より前記封止管内方に位置し
て前記電極外周との間に間隙を形成する非接合部とを有
することを特徴とするランプ
【請求項１２】前記間隙は、前記電極の径に対して少な
くとも１％以上設けることを特徴とする請求項１０又は
１１記載のランプ
【請求項１３】前記非接合部は、前記導電性材料に対す
る前記絶縁性材料の存在比率が、前記接合部に比べて大
きくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１
１記載のランプ
【請求項１４】前記非接合部は、前記導電性材料の含有
量が３０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１
３記載のランプ
【請求項１５】前記穴が、前記封止管内方に開口した有
底形状であるとともに、前記電極は、前記封止管内方側から前記穴に挿入される
ことを特徴とする請求項１〜１４記載のランプ