JPH10280009A

JPH10280009A - 傾斜機能材料、ランプ用封止部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10280009A
Application number: JP9093543A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Morimoto; 幸裕森本; Hiromitsu Matsuno; 博光松野
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-20
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: JP3780060B2

Abstract

(57)【要約】【課題】無機物質性部分と金属性部分を共に有し、耐
熱衝撃性に優れ、製造コストの低い傾斜機能材料、これ
によるランプ用封止部材、その製造方法の提供。【解決手段】本発明傾斜機能材料は、金属成分と無機
物質成分よりなり、傾斜金属濃度を有する第１の仮焼結
体と第２の仮焼結体が焼結によって接合されてなり、第
１の仮焼結体は、スラリーから製造された金属濃度が漸
次に変化するものであり、第２の仮焼結体は、混合粉末
であって金属濃度の異なる複数のものから製造された互
いに金属濃度の異なる複数の成形層の積層体であり、接
合される第１の仮焼結体の高濃度側端部の金属濃度が
５．０〜３０．０体積％である。ランプ用封止部材は、
当該傾斜機能材料の金属濃度が１６．０体積％以上の個
所に金属製給電部材が接続されてなり、仮焼結体が加工
されて得られる封止材料組立て体が本焼結処理されて製
造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属成分と絶縁性
無機物質成分との焼結体よりなり、一方向に沿って金属
成分濃度が傾斜的に変化する傾斜機能材料、並びにこれ
によるランプ用封止部材およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】傾斜機能材料は、例えば金属成分と絶縁
性無機物質成分との焼結体により構成され、或る一方向
に沿って金属成分濃度（以下「金属濃度」ともいう。）
が傾斜的に変化し、それによって金属濃度が高くて金属
としての性質を有する部分と、金属濃度が低くて例えば
絶縁性材料としての性質を有する部分とを共に有する一
体の材料であり、例えばランプ用封止部材として好適に
用いられる。

【０００３】従来、このような傾斜機能材料を製造する
方法としては、大別して２種の方法が知られている。（１）湿式法この湿式法では、金属粉末と絶縁性無機物質粉末とを適
宜の液状溶媒と共に混合してスラリーを調製し、このス
ラリーを例えば鋳込み成形することにより、金属成分の
濃度が滑らかに変化する分布を有する成形体を製造し、
この成形体を加熱して焼結することにより、傾斜機能材
料が製造される。スラリーには、適宜のバインダー成分
が含有されてもよい。このような湿式法による傾斜機能
材料の製造方法は、例えば特開平８−１３８５５５号公
報、特開平３−１６５８３２号公報、特開平３−２７４
１０５号公報などに記載されている。

【０００４】この湿式法によれば、鋳込み成形工程にお
いて、例えば当該スラリーが重力の作用を受けることに
より、得られる成形体は、金属粉末と無機物質粉末との
比重の差による沈降速度の差により、下方部分では金属
粉末の密度が大きくなって無機物質粉末の密度が小さく
なり、上方部分では金属粉末の密度が小さくなって無機
物質粉末の密度が大きくなり、しかも下方から上方に向
かうに従って金属濃度が連続的に滑らかに漸減する状態
のものとなる。従って、このような成形体を焼結するこ
とにより、一端部（鋳込み成形工程での下端部）では金
属としての特性を有すると共に、他端部（鋳込み成形工
程での上端部）では無機物質としての特性を有するもの
となり、両者の性質が漸次に変化する傾斜機能材料が得
られる。

【０００５】（２）乾式法この乾式法では、金属粉末と無機物質粉末とを異なる割
合で混合することによって金属粉末の含有割合が異なる
複数の混合粉末を調製し、これを用いて、例えば金型内
に金属濃度の低い混合粉末を層状に充填し加圧して第１
の成形層を形成し、この第１の成形層の上に、前回の混
合粉末よりも金属濃度が１段階だけ高い他の混合粉末を
層状に充填し加圧して第２の成形層を第１の成形層と積
層した状態で形成し、あるいは更に同様の工程を繰り返
すことにより、各々においては均一な金属濃度を有する
成形層の複数が、下から順次に金属濃度が高くなる状態
で積層されてなる積層体を製造し、この積層体を加熱し
て焼結することにより、傾斜機能材料が製造される。こ
のような乾式法による傾斜機能材料の製造方法は、例え
ば特開平８−１３８５５５号公報などに記載されてい
る。

【０００６】この乾式法によって製造される傾斜機能材
料は、各成形層によって形成される構成層の各々が、実
質上、金属濃度が一定のものであるため、全体として、
金属濃度が積層方向において階段状に変化する状態のも
のとなる。

【０００７】既述の湿式法は、金属濃度の変化の状態が
連続的で滑らかな傾斜機能材料が得られる点では非常に
有利であるが、金属濃度の連続的な変化を生じさせるた
めに特別な処理、例えば長時間を要し、また複雑な制御
を伴う処理を行うことが必要であり、そのためにコスト
が非常に高いものとなる。しかも、この湿式法では、十
分な導電性が得られる程度に金属濃度が大きい傾斜機能
材料は、実際上、製造が相当に困難であることが判明し
た。

【０００８】一方、乾式法は、製造工程が簡単であっ
て、十分に制御された金属濃度の構成層による傾斜機能
材料が得られ、また金属濃度が十分に高い構成層を有す
るものを比較的容易に製造できる点で有利である。しか
しながら、乾式法では、互いに隣接する構成層の金属濃
度の変化が階段状であって局部的な変化率が相当に大き
くなるため、物性の変化が局部的に大きくて滑らかでな
く、その結果、特に金属濃度が低い部分では熱衝撃など
により容易にクラックが発生する問題点がある。そし
て、隣接する構成層間の金属濃度の変化率が小さい傾斜
機能材料を製造するためには、構成層の数を多数とすれ
ばよいが、この場合には乾式法の利点が失われるように
なる。また、構成層の界面における金属濃度の大きな変
化を緩和するための手段として、例えば成形積層体を形
成する工程において振動を加える手段が知られている
が、この手段の効果は決して十分なものではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な事情に基づいてなされたものであって、その目的は、
金属濃度が十分に低くて無機物質としての特性を有する
部分と、金属濃度が十分に高くて金属物質としての特性
を有する部分とを共に有し、優れた耐熱衝撃性を有し、
しかも低いコストで有利に製造することのできる傾斜機
能材料を提供することを目的とする。

【００１０】本発明の他の目的は、そのような傾斜機能
材料を封止用材料として用いることにより、優れた封止
特性が得られるランプ用封止部材を提供することにあ
る。本発明の更に他の目的は、当該ランプ用封止部材を
容易に製造することのできる方法を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の傾斜機能材料
は、各々金属成分と絶縁性無機物質成分とよりなり、傾
斜した金属成分濃度を有する第１の仮焼結体と第２の仮
焼結体が濃度傾斜方向が一致するよう互いに対接された
状態で焼結されることによって接合されてなる傾斜機能
材料であって、第１の仮焼結体は、金属粉末と絶縁性無
機物質粉末とを含有するスラリーから製造された金属成
分濃度が一方向において漸次に滑らかに変化するもので
あり、第２の仮焼結体は、金属粉末と絶縁性無機物質粉
末との混合粉末であって金属粉末の含有割合が異なる複
数の混合粉末から製造された、各々実質的に一定の金属
成分濃度を有し、互いに金属成分濃度の異なる複数の成
形層がよりなる積層体であり、第２の仮焼結体と接合さ
れる第１の仮焼結体の金属成分の高濃度側端部の金属成
分濃度が５．０〜３０．０体積％であることを特徴とす
る。

【００１２】以上において、第１の仮焼結体は、金属粉
末と絶縁性無機物質粉末と液状媒体とを含有するスラリ
ーを鋳込み成形する工程を含む方法によって製造される
ことが好ましく、また、第２の仮焼結体は、金属粉末と
絶縁性無機物質粉末とよりなる混合粉末であって金属粉
末の含有割合が異なる複数のものを用い、金型内に一の
混合粉末を層状に充填し加圧して成形層を形成し、この
成形層の上に他の混合粉末を層状に充填し加圧して成形
層の積層体を形成する方法によって製造されることが好
ましい。

【００１３】また第２の仮焼結体は、その低金属濃度側
の端部（以下「低濃度側端部」ともいう。）の金属成分
濃度が、第１の仮焼結体の高金属濃度側の端部（以下
「高濃度側端部」ともいう。）の金属成分濃度に対し、
相対比率で９５〜１０５％の範囲内であることが好まし
い。更に、第１の仮焼結体はその低金属濃度側の端部の
金属成分濃度が２．０体積％以下であり、第２の仮焼結
体はその高濃度側端部の金属成分濃度が１６体積％以上
であることが好ましい。第１の仮焼結体は、金属成分濃
度の最大勾配が８．５体積％／ｍｍ以下であることが好
ましく、第２の仮焼結体は、互いに隣接する成形層にお
ける金属成分濃度の差が１０．０体積％以下であること
が好ましい。

【００１４】本発明のランプ用封止部材は、上記のよう
な傾斜機能材料よりなる封止用材料と、この封止用材料
における、金属成分濃度が１６．０体積％以上の個所に
おいて電気的に接続された金属製給電部材とよりなるこ
とを特徴とする。

【００１５】本発明のランプ用封止部材の製造方法は、
上記の第１の仮焼結体および第２の仮焼結体を製造する
工程と、これらの第１の仮焼結体および第２の仮焼結体
の少なくとも一方の形状を加工する工程と、この加工さ
れたものを含む第１の仮焼結体および第２の仮焼結体と
金属製給電部材とを組合せて封止材料組立て体を作製す
る工程と、この封止材料組立て体を加熱することによ
り、第１の仮焼結体および第２の仮焼結体を焼結処理す
ると共に接合し、同時に金属製給電部材を固定する工程
とよりなり、上記のランプ用封止部材を得ることを特徴
とする。

【００１６】また、本発明のランプ用封止部材の製造方
法は、上記の第１の仮焼結体および第２の仮焼結体を製
造する工程と、これらの第１の仮焼結体および第２の仮
焼結体の両方の仮焼結体に貫通孔を加工形成する工程
と、これら第１の仮焼結体および第２の仮焼結体を組合
せて加熱し焼結処理することにより、各仮焼結体の貫通
孔が連続して伸びる状態となるよう両仮焼結体を接合し
て接合焼結体を得る工程と、この接合焼結体の貫通孔に
金属製給電部材を挿通し、ガラス材あるいは金属ろう材
を用いて当該金属製給電部材を接合焼結体に固定する工
程とよりなり、上記のランプ用封止部材を得ることを特
徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の傾斜機能材料につ
いて具体的に説明する。本発明の傾斜機能材料は、基本
的に、湿式法により製造された金属濃度が低い範囲で傾
斜を有する第１の仮焼結体と、乾式法により製造された
金属濃度が高い範囲で傾斜を有する第２の仮焼結体と
を、互いに金属濃度の変化する傾斜方向が揃った状態で
互いに対接させ、この状態で加熱して焼結する方法によ
り、製造されるものである。

【００１８】（１）湿式法による第１の仮焼結体の製造この工程においては、湿式法により、全体として金属濃
度が低い範囲で傾斜する第１の仮焼結体が製造される。
具体的には、金属粉末と絶縁性無機物質粉末と液状媒体
とを適宜の割合で混合してスラリーを調製する。ここ
に、金属粉末としては、例えばモリブデン、ニッケル、
タングステン、タンタル、クロム、白金、亜鉛などが用
いられる。絶縁性無機物質粉末としては、例えばシリカ
ガラス、石英（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、
ジルコニア（ＺｒＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、炭化
けい素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化けい素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）など
が用いられる。また、液状媒体としては、例えば水また
はアルコールなどの有機溶剤から選ばれた適宜のものが
用いられる。

【００１９】以上の金属粉末および無機物質粉末は、い
ずれも高純度であることが必要であり、例えば９９．９
％以上のものが好ましく用いられる。また、金属粉末お
よび無機物質粉末の平均粒径は、いずれも、０．０１〜
１０．０μｍ、特に０．１〜５．０μｍであることが好
ましい。スラリーにおける金属粉末、無機物質粉末およ
び液状媒体の含有割合は、目的とする第１の仮焼結体の
全体の金属濃度範囲によって異なるが、例えば金属粉末
７〜１１重量部、無機物質粉末１５〜２７重量部、水酸
基３５〜４０重量部である。これらを例えばボールミル
により１〜２時間混合処理することにより、スラリーが
調製される。

【００２０】以上のようにして得られるスラリーを、例
えば下端開口が石膏などの吸水性材料によって塞がれ
た、垂立するよう配置された円筒状容器内に充填し、加
圧した状態で２〜３時間放置することにより鋳込み成形
し、その後乾燥処理することにより、下端部で金属濃度
が高く、上端部で金属濃度が低く、しかも金属濃度が下
から上に向かうに従って漸減する、上下方向での金属濃
度変化の滑らかな成形体を製造する。ここで、乾燥処理
は例えば３５〜６０℃、５０〜８０時間のような条件で
行われる。そして、ここに得られる成形体を、例えば１
１００〜１２５０℃の温度に１５〜３０時間加熱するこ
とにより、第１の仮焼結体が得られる。

【００２１】このようにして得られる第１の仮焼結体
は、その長さ方向において金属濃度が変化しているもの
であり、具体的には、鋳込み成形工程で下端に位置され
た部分の金属濃度が高く、上端に位置された部分の金属
濃度が低く、しかもその間の金属濃度の変化は、下端部
から上端部まで滑らかに漸減するものとなる。

【００２２】ここに、第１の仮焼結体は、その金属成分
の高濃度側端部では金属濃度が５．０〜３０．０体積％
とされる。第１の仮焼結体の金属成分の低濃度側端部の
金属濃度は、特に規定されるものではないが、例えば
２．０体積％以下とされ、通常は１．６体積％以下とさ
れる。そして、鋳込み成形工程における時間、圧力など
を調整することにより、得られる第１の仮焼結体は、当
該金属濃度の最大勾配が、いずれの個所においても、
８．５体積％／ｍｍ以下、特に８．３体積％／ｍｍ以下
とされることが好ましい。なお、本発明において、第１
の仮焼結体を得る方法は、上記の製造方法に限定される
ものではない。

【００２３】（２）乾式法による第２の仮焼結体の製造この工程においては、乾式法により、全体として金属濃
度が高い範囲で傾斜する第２の仮焼結体が製造される。
具体的には、金属粉末と絶縁性無機物質粉末とを、金属
粉末の含有割合が異なるよう混合し、更に各混合粉末毎
にボールミルにより混合処理することにより、互いに金
属粉末の含有割合が異なる複数の混合粉末を調製する。
ここに、金属粉末および無機物質粉末としては、原則と
して、第１の仮焼結体の製造に用いたものと種類および
平均粒径が同一のものが用いられる。しかし、共通の焼
結処理において良好な焼結結果が得られる場合には、種
類および平均粒径が異なるものであってもよく、また種
類が同じで平均粒径の異なるものを用いることもでき
る。

【００２４】以上のような混合粉末を用い、図１に示す
ように、円柱状の成形空間を有する金型１０の底部材１
１の上面上に、金属濃度の最も低い混合粉末を層状に充
填して加圧体１２により加圧して成形して成形層Ｌ１を
形成し、次いで２番目に低い金属濃度の混合粉末を層状
に充填して再び加圧体１２により加圧して成形すること
により、成形層Ｌ１の上に一体に積層された状態の成形
層Ｌ２を形成し、更に同様の操作を金属濃度の低い方か
ら順に繰り返し、複数の成形層が一体に積層された積層
体を形成する。図では、合計６つの成形層よりなる積層
体１５が示されている。

【００２５】そして、ここに得られる積層体を、温度５
００℃〜６００℃まで比較的小さい昇温速度で加熱し、
その後、１２００〜１４００℃まで比較的大きい昇温速
度で加熱し、その温度で適宜の時間加熱処理することに
より、第２の仮焼結体が製造される。

【００２６】このようにして得られる第２の仮焼結体
は、成形層の各々はその層全体においては実質上一定の
金属濃度を有するため、仮焼結体の全体の長さ方向（図
１の上下方向）においては、構成層毎に金属濃度が段階
的に変化しているものである。図示の例では、金型１０
内において下端に位置された成形層Ｌ１の金属濃度が最
も低く、上端に位置された成形層の金属濃度が最も高い
ものとなる。

【００２７】ここに、第２の仮焼結体は、その一端に位
置する低金属濃度の成形層における金属濃度が、第１の
仮焼結体の高金属濃度側の一端部の金属濃度と同一また
は近似した値とされる。第２の仮焼結体の他端における
高金属濃度の成形層における金属濃度は特に限定される
ものではないが、通常は１６体積％以上とされ、好まし
くは２０体積％以上とされる。この乾式法においては、
最高金属濃度を有する成形層の金属濃度を５０体積％以
上とすることも容易であり、更に最高金属濃度を８０体
積％以上とすることも可能ではあるが、用途によっては
そのようにすることは必要ではない。また、第２の仮焼
結体において、隣接する成形層間の金属濃度の差は、用
いる混合粉末の数（成形層の数）に応じてその各々の金
属濃度の差を調整することにより、１０．０体積％以
下、特に８．５体積％以下とすることが好ましく、これ
により、最終的に良好な耐熱衝撃性を有する傾斜機能材
料が得られる。なお、本発明において、第２の仮焼結体
を得る方法は、上記の製造方法に限定されるものではな
い。

【００２８】（３）仮焼結体の焼結処理この工程では、以上のようにして得られる第１の仮焼結
体と第２の仮焼結体とを対接させて加熱し、各仮焼結体
を焼結処理（本焼結）すると共に両仮焼結体を接合し、
これにより、目的とする傾斜機能材料が製造される。具
体的には、第１の仮焼結体の高濃度側端部に係る端面と
第２の仮焼結体の低濃度側端部に係る端面とを互いに対
接させ、押圧しながら、例えば圧力が１０^-4Ｐａ以下で
ある減圧空間において１６００〜１８００℃程度に加熱
する。

【００２９】以上において、互いに接合される第１の仮
焼結体および第２の仮焼結体の各端部の金属濃度は互い
に同等であるかまたは近似していることが必要である。
具体的には、第２の仮焼結体の金属成分の低濃度側端部
における金属濃度が、第１の仮焼結体の金属成分の高濃
度側端部における金属濃度に対し、相対比率で９５〜１
０５％の範囲内、特に９７〜１０３％の範囲内であるこ
とが好ましい。当該金属濃度の比率がこの範囲を外れた
場合には、両者の接合によって形成される境界面部分に
おける金属濃度の変化が過大となって特性の連続性が失
われるため、当該境界面部分に十分に優れた耐熱衝撃性
を得ることができない。

【００３０】以上のようにして得られる傾斜機能材料２
０は、図２（イ）に示すように、第１の仮焼結体による
第１焼結体部分２１と、第２の仮焼結体による第２焼結
体部分２２とが境界面部分２３において連続的に接合さ
れた一体のものとなる。そして、この傾斜機能材料２０
の金属濃度分布の典型例は、図２（イ）と関連する図２
（ロ）に示すように、第１焼結体部分２１における低濃
度側端部（図の右端）２４では金属濃度が実質上０体積
％であり、ここから境界面部分２３に向かうに従って金
属濃度が次第に連続的に漸増して境界面部分２３ではａ
体積％となる。ここに、ａは５．０〜３０．０体積％の
範囲とされる。また、第２焼結体部分２２においては、
境界面部分２３から高濃度側端部（図の左端）２５に向
かうに従って構成層Ｌ１〜Ｌ６毎に順次に段階的に金属
濃度が高くなり、構成層Ｌ６ではｂ体積％となる。ここ
にｂは、例えば１６．０〜９５．０体積％の範囲であ
る。

【００３１】このような傾斜機能材料においては、金属
濃度が１６．０体積％未満の部分では実用的な電気伝導
率が得られないために絶縁性材料として有用に用いるこ
とができ、一方、金属濃度が１６．０体積％以上の部
分、特に２０．０体積％以上の部分では実用的に十分な
大きさの電気伝導性が得られるので、これを導電用部分
として利用することができる。従って、この傾斜機能材
料は、例えば一端部が絶縁性で他端部が導電性のもので
あり、しかも全体が大きい耐熱衝撃性を有するものであ
るため、例えばランプ用封止部材として、ランプのバル
ブにおける封止構造の構成にきわめて有用である。

【００３２】図３は、本発明のランプ用封止部材の一例
を示す説明用断面図である。この図において、封止部材
３０は円柱状の傾斜機能材料よりなる封止用材料３１に
より構成されており、その低金属濃度側の一端部３２は
金属濃度が実質上０体積％であり、高金属濃度側の他端
部３３は金属濃度が例えば５０体積％である。この封止
用材料３１には、その一端部３２の端面から軸方向に孔
が形成されており、この孔内に、先端にタングステン製
の陽極体３５が設けられたタングステン製の内部リード
棒３６の基部が挿入されて固定されており、また、当該
封止用材料３１の他端部３３においてその外端面から軸
方向に孔が形成された孔内に、外方に伸びる外部リード
棒３７が挿入されて固定されており、これにより封止部
材３０が構成されている。

【００３３】ここで、内部リード棒３６の孔内の先端部
が位置する部分は、封止用材料３１の金属濃度が１６．
０体積％以上の領域（図では破線で区画された左半領
域）の個所、例えば金属濃度が２７体積％の個所であ
り、これにより、当該内部リード棒３６は、封止用材料
３１の導電性部分を介して外部リード棒３７と電気的に
接続された状態であり、これにより給電路が形成され
る。

【００３４】このような封止部材３０は、上述の方法に
よって製造された傾斜機能材料を加工して作製すること
もできるが、例えば図４に示すように、円柱状の第１の
仮焼結体２６に貫通孔２７を形成すると共に、同じく円
柱状の第２の仮焼結体２８に有底孔２９Ａ，２９Ｂを形
成しておくことにより、両仮焼結体が接合されたときに
貫通孔２７と有底孔２９Ａによって内部リード棒挿入用
の孔が形成されるようにしてこの貫通孔２７および有底
孔２９Ａ内に内部リード棒を挿入すると共に、外端側の
有底孔２９Ｂ内に外部リード棒を挿入して封止材料組立
て体を作製し、この封止材料組立て体を本焼結処理する
ことにより、内部リード棒が一体に固定された傾斜機能
材料よりなる封止部材３０を製造するのが好ましい。

【００３５】このような封止部材３０によれば、例えば
図５に示すバルブ材料４０を用いて放電ランプが構成さ
れる。このバルブ材料４０は、細長い球状の発光空間包
囲部４１と、これより両側に突出するスリーブ４２，４
２とを有してなる、例えばシリカガラス製である。図６
に示すように、このバルブ材料４０の両スリーブ４２を
介して、上記のようにして製造された陰極体３５を有す
る内部リード棒３６が固定された封止部材３０を挿入し
てスリーブ４２内に封止用材料３１を位置させた後、ス
リーブ４２を加熱により溶融させて封止用材料３１の外
周面に気密に融着させる。５０はこのようにして得られ
るランプのバルブである。ここに、スリーブ４２が融着
される封止用材料３１の個所は、金属濃度が低い個所、
具体的には金属濃度が１．６体積％未満の個所であり、
これにより、両者の十分な気密融着が達成される。ま
た、反対側のスリーブ４２には、同様にして、陽極体３
８に係る内部リード棒３６が固定された封止用材料３１
が気密に融着される。

【００３６】図７は、図６の例とは異なる態様でスリー
ブ４２と封止用材料３１とを気密融着させた場合の構成
を示す。この例では、スリーブ４２の外端面部と、封止
用材料３１の低金属濃度側の端部３２とが突き合わせ溶
接により互いに融着されている。

【００３７】また、第１の仮焼結体２６および第２の仮
焼結体２８の両方の仮焼結体に軸方向に伸びる貫通孔を
形成し、第１の仮焼結体２６の金属成分の高濃度側端面
と第２の仮焼結体２８の金属成分の低濃度側端面とを突
き合わせて加熱することにより、各仮焼結体の貫通孔が
連続して伸びる状態となるように両方の仮焼結体２６お
よび２８を接合して接合焼結体とし、この接合焼結体の
貫通孔に、一端に電極体を設けた１本の金属ロッドより
なる貫通リード棒を、その他端を先頭にして接合焼結体
の金属成分の低濃度側端部から挿通し、ガラス材あるい
は金属ろう材を用いて当該貫通リード棒を接合焼結体に
固定することにより、貫通リード棒が全体を貫通した状
態で固定された傾斜機能材料よりなる封止部材を製造す
ることができる。この封止部材は上記と同様にしてラン
プの製造に用いられる。

【００３８】以上のようにして得られるランプの封止構
造では、封止用材料３１が傾斜機能材料から形成されて
いるため、通常のランプの封止構造で必要な金属とガラ
スを密着させて気密シールを実現することが不要であ
り、単に封止用材料の絶縁性部分にバルブ材料を融着す
ればよく、しかも確実に給電路を確保することができ、
結局、非常に容易にランプを製造することができる。し
かも、当該封止用材料が優れた耐熱衝撃性を有するた
め、これを用いることにより、ランプの製造において当
該封止用材料にクラックが生ずることがなく、また十分
に気密性の高い封止構造が形成されるため、当該ランプ
はその作動の信頼性が大きくて使用寿命が長いものとな
る。

【００３９】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明においては、種々の変更を加えることが可能
である。例えば、金属濃度が漸次に変化する第１の仮焼
結体を製造するためには、スラリーにおける金属粉末と
無機物質粉末の比重、粒径などの物理的性質の差による
沈降速度または拡散速度の差を利用する方法や、スラリ
ーにおける金属粉末、無機物質粉末および液状媒体の含
有割合を漸次変更する方法などを利用することができ
る。また、金属濃度が段階的に変化する第２の仮焼結体
を製造するためには、混合粉末によって金属粉末の含有
割合が異なる複数の層状体を適宜の手段によって個々に
形成し、これらを積層して積層体を得る方法を利用する
ことも可能である。また、仮焼結体を得るための加熱お
よび本焼結の加熱の工程における温度や具体的な加熱条
件は、用いる材料の種類、寸法、使用目的などに応じて
適宜選定することができる。

【００４０】更に、本発明の傾斜機能材料によるランプ
用封止部材は、その導電性部分が給電部材と電気的に接
続され、かつその絶縁性部分がバルブ材料と気密に融着
される態様で用いられるのであれば、その具体的な構成
が限定されるものではない。また、このランプ用封止部
材によって製造されるランプも放電ランプに限られるも
のではなく、白熱電球、その他のランプの封止構造に利
用することができる。また、傾斜機能材料よりなる封止
用材料と組合せられて封止材料組立て体を構成する金属
製給電部材も内部リード棒などのリード棒に限定される
ものではなく、種々の金属製給電部材を用いることがで
き、更に封止材料組立て体の構成、用いるバルブ材料の
形態なども、目的に応じて任意のものとすることができ
る。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の傾斜機能材料を封止部材とし
て用いて、放電ランプの封止構造を形成する場合の実施
例について説明する。〔実施例１〕純度９９．９９％、平均粒径１．０μｍの
モリブデン粉末１１．０ｇと、純度９９．９９％、平均
粒径１．５μｍのシリカガラス粉末２６．０ｇを水４
０．０ｇと共にボールミルに入れて２時間混合処理しス
ラリーを調製した。このスラリーを、下端開口が石膏に
より塞がれた内径が８．０ｍｍのアクリル樹脂よりなる
円筒状容器内に充填し、圧力を作用させた状態で３時間
放置して鋳込み成形を行い、上澄み水を除去した後、４
０℃で７０時間乾燥させ、これにより、直径約８．０ｍ
ｍ、長さ１７．０ｍｍの円柱状の成形体を得た。次い
で、この成形体を加熱炉において温度約１１００℃に加
熱して２０時間維持することにより、第１の仮焼結体を
製造した。この第１の仮焼結体は、その一端部の金属濃
度が１５．７体積％、他端部の金属濃度が実質上０体積
％であり、金属濃度の最大勾配は３．８体積％／ｍｍで
あった。

【００４２】一方、第１の仮焼結体の製造に供されたも
のと同一のモリブデン粉末およびシリカガラス粉末を用
い、両者をボールミルで混合することにより、金属粉末
の含有割合が異なる合計１５種の混合粉末を調製した。
そして、直径が８ｍｍの円柱状成形空間を有する金型を
用い、金属濃度の最も低い混合粉末を金型の底壁上に層
状に充填した上で加圧体により約５００ｋｇ／ｃｍ²の
圧力で加圧し成形層を形成し、この成形層の上に２番目
に金属濃度の低い混合粉末を同様に層状に充填して加圧
することにより、最初の成形層に積層された状態で第２
の成形層を形成し、順次に金属濃度の高い混合粉末を用
いるほかは同様の操作を繰り返して、合計１５層の成形
層よりなる、直径約８．０ｍｍ、長さ約１１．０ｍｍの
円柱状の形層積層体を製造した。

【００４３】このようにして得られた成形層積層体を６
００℃まで加熱した後、比較的大きな速度で１３００℃
に昇温し、この温度で２時間維持することにより、第２
の仮焼結体を製造した。この第２の仮焼結体の各成形層
の金属濃度は、用いられた混合粉末の金属濃度に対応し
ており、一端部側の第１層の金属濃度は１５．５体積
％、また他端部側の第１５層の金属濃度は４０．０体積
％であり、隣接する層間の金属濃度の増加分は、最大で
４．０体積％、最小で１．１体積％であった。

【００４４】上記第１の仮焼結体の中央に軸方向に伸び
るよう直径１．７ｍｍの貫通孔を形成すると共に、第２
の仮焼結体の中央に軸方向に伸びるよう直径１．７ｍｍ
の孔を、その一端部側から３．８ｍｍの深さまで形成す
ると共に、金属成分濃度の高い他端部側から直径１．７
ｍｍの孔を３．５ｍｍの深さまで形成した。そして、先
端に直径２．５ｍｍの陽極体が設けられた直径１．５ｍ
ｍの内部リード棒の基部側部分を、第１の仮焼結体の貫
通孔に挿通させて更に第２の仮焼結体の孔内に挿入する
と共に、直径１．５ｍｍの外部リード棒を第２の仮焼結
体の他端側の孔内に挿入して封止材料組立て体を作製
し、これを加熱炉により１０^-4Ｐａ以下の圧力の減圧雰
囲気内において１７００℃に加熱して５分間維持し、そ
の後冷却することにより、ランプ用封止部材を作製し
た。ここに、内部リード棒の先端部が位置する個所は、
封止部材を構成する傾斜機能材料の金属濃度が３５体積
％の個所であった。なお、第１の仮焼結体の高濃度側端
部の金属濃度（１５．７体積％）に対し、第２の仮焼結
体の低濃度側端部の金属濃度（１５．５体積％）は約９
８．７％である。

【００４５】このようにして得られたランプ用封止部材
を用い、シリカガラスよりなるバルブ材料の一方のスリ
ーブ内に封止部材を挿入し、スリーブをその外周から酸
水素炎で加熱することにより封止部材の外周面に融着さ
せた。また、同様にして陽極体を先端に有する内部リー
ド棒と封止部材とによる封止部材組立て体を用いてバル
ブ材料の他方のスリーブと融着させた。ここに、スリー
ブが融着された封止部材の領域は、金属濃度が１．６体
積％から０体積％に至る領域であった。そして、バルブ
材料の発光空間包囲部に設けられたガラス管を介してキ
セノンガスを室温で１０気圧の圧力で封入し、当該ガラ
ス管を封じることにより、消費電力３００Ｗの直流放電
ランプを製作した。このようにして合計１０本の放電ラ
ンプを製作したが、いずれのランプも封止構造に異常は
見られず、またこれらの放電ランプを点灯させたとこ
ろ、いずれも１０００時間以上にわたって安定な点灯状
態が得られた。

【００４６】〔比較例〕金属粉末の割合を小さくしたほ
かは上記実施例と同様にして第１の仮焼結体を製造し
た。この第１の仮焼結体は、その高濃度側端部の金属濃
度が４．５体積％であった。一方、上記実施例の第２の
仮焼結体の製造方法に準じて、合計１４層の成形層によ
る第２の仮焼結体を製造した。この第２の仮焼結体の低
濃度側端部の金属濃度は６．０体積％であり、順次に続
く成形層の金属濃度は２．５体積％づつ増加して他端部
の金属濃度は４１．０体積％であった。

【００４７】以上の第１の仮焼結体および第２の仮焼結
体を用いたほかは上記実施例と全く同様にして封止部材
および封止部材組立て体を作製する方法により、合計１
０本の放電ランプを作製したところ、そのうち８本につ
いては、バルブ材料のスリーブとの融着工程において、
封止用材料の第２の仮焼結体による一端部側においてク
ラックが生じた。クラックが生じなかった２本の放電ラ
ンプを点灯させたところ、約２５時間が経過した時点に
おいて第２の仮焼結体の接合部に近い成形層間にクラッ
クが生じてリークが発生した。以上の原因は、第２の仮
焼結体の接合部に近い部分では、金属濃度が低い範囲で
あるにもかかわらず、隣接する成形層間の金属濃度の変
化が大きいことであると考えられる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、金属濃度が十分に低く
て無機物質としての特性を有する部分と、金属濃度が十
分に高くて金属物質としての特性を有する部分とを共に
有し、優れた耐熱衝撃性を有し、しかも低いコストで有
利に製造することのできる傾斜機能材料を提供すること
ができる。また、そのような傾斜機能材料よりなる封止
用材料を用いることにより、優れた封止特性が得られる
ランプ用封止部材を提供することができる。更に、本発
明の方法によれば、簡単な工程によってランプ用封止部
材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】傾斜機能材料を製造するための乾式法におけ
る、成形層積層体を製造する工程の説明用断面図であ
る。

【図２】（イ）は、本発明の傾斜機能材料の一例におけ
る構成を示す説明用正面図であり、（ロ）は、（イ）と
関連して示す金属濃度分布を示す曲線図である。

【図３】本発明のランプ用封止部材の一例の構成を示す
説明用断面図である。

【図４】封止材料組立て体を構成する、加工された第１
の仮焼結体と第２の仮焼結体を示す説明用断面図であ
る。

【図５】バルブ材料の一例を示す説明用断面図である。

【図６】図３のランプ用封止部材と図４のバルブ材料を
用いて製造された放電ランプの説明用正面図である。

【図７】放電ランプの他の例における構成を示す説明用
正面図である。

【符号の説明】

１０金型１１底部材１２加圧体Ｌ１〜Ｌ６成形層１５成形層積層体２０傾斜機能材料２１第１焼結体部分２２第２焼結体部分２３境界面部分２４低金属濃度側の外端部２５高金属濃度側の外端部２６第１の仮焼結体２７貫通孔２８第２の仮焼結体２９Ａ有底孔２９Ｂ有底孔３０ランプ用封止部材３１封止用材料３２低金属濃度側の一端部３３高金属濃度側の他端部３５陽極体３６内部リード棒３７外部リード棒３８陰極体４０バルブ材料４１発光空間包囲部４２スリーブ５０バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 61/36 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各々金属成分と絶縁性無機物質成分とよ
りなり、傾斜した金属成分濃度を有する第１の仮焼結体
と第２の仮焼結体が濃度傾斜方向が一致するよう互いに
対接された状態で焼結されることによって接合されてな
る傾斜機能材料であって、第１の仮焼結体は、金属粉末と絶縁性無機物質粉末とを
含有するスラリーから製造された金属成分濃度が一方向
において漸次に滑らかに変化するものであり、第２の仮焼結体は、金属粉末と絶縁性無機物質粉末との
混合粉末であって金属粉末の含有割合が異なる複数の混
合粉末から製造された、各々実質的に一定の金属成分濃
度を有し、互いに金属成分濃度の異なる複数の成形層と
よりなる積層体であり、第２の仮焼結体と接合される第１の仮焼結体の金属成分
の高濃度側端部の金属成分濃度が５．０〜３０．０体積
％であることを特徴とする傾斜機能材料。
【請求項２】第２の仮焼結体は、その金属成分の低濃
度側端部の金属成分濃度が、第１の仮焼結体の金属成分
の高濃度側端部の金属成分濃度に対し、相対比率で９５
〜１０５％の範囲内であることを特徴とする請求項１に
記載の傾斜機能材料。
【請求項３】第１の仮焼結体は金属成分の低濃度側端
部の金属成分濃度が２．０体積％以下であり、第２の仮
焼結体は金属成分の高濃度側端部の金属成分濃度が１６
体積％以上であることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の傾斜機能材料。
【請求項４】第１の仮焼結体は、金属成分濃度の最大
勾配が８．５体積％／ｍｍ以下であることを特徴とする
請求項１〜請求項３のいずれか一に記載の傾斜機能材
料。
【請求項５】第２の仮焼結体は、互いに隣接する成形
層における金属成分濃度の差が１０．０体積％以下であ
ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一に
記載の傾斜機能材料。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれか一に記載
の傾斜機能材料よりなる封止用材料と、この封止用材料
における、金属成分濃度が１６．０体積％以上の個所に
おいて電気的に接続された金属製給電部材とよりなるこ
とを特徴とするランプ用封止部材。
【請求項７】請求項１に記載された第１の仮焼結体お
よび第２の仮焼結体を製造する工程と、これらの第１の仮焼結体および第２の仮焼結体の少なく
とも一方の形状を加工する工程と、この加工されたものを含む第１の仮焼結体および第２の
仮焼結体と金属製給電部材とを組合せて封止材料組立て
体を作製する工程と、この封止材料組立て体を加熱することにより、第１の仮
焼結体および第２の仮焼結体を焼結処理すると共に接合
し、同時に金属製給電部材を固定する工程とよりなり、
請求項６に記載のランプ用封止部材を得ることを特徴と
するランプ用封止部材の製造方法。
【請求項８】請求項１に記載された第１の仮焼結体お
よび第２の仮焼結体を製造する工程と、これらの第１の仮焼結体および第２の仮焼結体の両方の
仮焼結体に貫通孔を加工形成する工程と、これら第１の仮焼結体および第２の仮焼結体を組合せて
加熱し焼結処理することにより、各仮焼結体の貫通孔が
連続して伸びる状態となるよう両仮焼結体を接合して接
合焼結体を得る工程と、この接合焼結体の貫通孔に金属製給電部材を挿通し、ガ
ラス材あるいは金属ろう材を用いて当該金属製給電部材
を接合焼結体に固定する工程とよりなり、請求項６に記
載のランプ用封止部材を得ることを特徴とするランプ用
封止部材の製造方法。