JPH10289691A

JPH10289691A - 傾斜機能材料を使った閉塞体

Info

Publication number: JPH10289691A
Application number: JP10834697A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Onishi; 安夫大西
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: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】傾斜機能材料を使った閉塞体であって、焼結時
に亀裂を発生させないものを提供すること。【解決手段】導電性成分と非導電性成分の混合体１が混
合割合を変化させながら複数個積層され、各混合体どう
しの接合面は積層方向Ｘに対して角度α、βを有するこ
とを特徴とする傾斜機能材料を使った閉塞体。また、混
合体１は、その中心に給電リード用の開口２が設けられ
たドーナツ状のものである。また、混合体１は、断面略
Ｖ字形状が環状に形成されることを特徴とする。また、
混合体１のうちいずれか一方の端にある混合体は、導電
性成分のみからなる混合体であり、および／または他方
の端にある混合体は非導電性成分のみからなる混合体で
あることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は傾斜機能材料を使っ
た閉塞体に関する。特に、放電ランプに適した閉塞体に
関する。

【０００２】

【従来の技術】放電ランプは、発光管の中に一対の電極
が対向配置され、水銀などの発光金属、放電用ガスなど
が封入されている。発光管の端部では、電極、あるいは
電極を支持する内部リードと外部リードをその内外で導
通させつつ、内部の発光空間を気密に封止する必要があ
る。一般には、タングステン等からなる電極と、石英ガ
ラスからなる発光管は熱膨張率が大きく異なるので、発
光管を直接電極に溶着することはできず、このため、従
来は段継ぎ構造や箔シール構造などで封止を行ってい
た。

【０００３】段継ぎ構造とは、石英ガラスの熱膨張率か
らタングステンの熱膨張率に順次近づく数種類の中間ガ
ラス管を用意して、これらの中間ガラス管を発光管の封
止部において順次溶着しながら、タングステンの熱膨張
率に最も近いところで電極棒と溶着するものである。こ
の中間ガラス管の数を少なくすると、隣接する中間ガラ
ス管同志の熱膨張率の差が大きくなり、接合部分の機械
的強度が弱く、また、熱ショックにも弱くなって信頼性
が低下してしまう。また、電極と発光管端部の石英ガラ
スは空気に接触しているので、放電ランプの動作時に、
例えば４００℃以上の高温になるとタングステンが酸化
し、内部ガスのリークや破損のおそれも生じる。したが
って、封止部の軸方向の長さが必然的に長くなり、か
つ、接合部が多くなってそれだけ信頼性が低下してしま
う。

【０００４】箔シール構造とは、厚さ数十μｍ程度のモ
リブデン箔の両端に電極と外部リードの端部を溶接し、
このモリブデン箔を石英ガラスの間に挟み込み、このモ
リブデン箔において石英ガラスと真空気密及び電流供給
用の溶着をするものである。この箔シール構造は、外部
リードが溶接されたモりブデン箔の端部は空気に接触し
ているので、放電動作時に、例えば３５０℃以上の高温
になるとモリブデン箔が酸化し、酸化による膨張によっ
てシール部が剥離して内部ガスがリークしたり、石英ガ
ラスが破損することがある。つまり、封止部の温度上昇
を抑制する必要があるので、封止部を軸方向に長くして
発光管とモリブデン箔の外部リードが溶接された端部と
の位置を離す必要がある。

【０００５】このように段継ぎ構造や箔シール構造によ
れば、一般に、放電ランプの封止部は軸方向に長くなる
が、ショートアークタイプに放電ランプの一方の封止部
に凹面反射鏡を取り付け、他方の封止部が凹面反射鏡の
光軸方向に伸びるように配置した光学装置においては、
凹面反射鏡の光軸方向に伸びる封止部が長いために、凹
面反射鏡の反射光の一部がこの封止部によって遮られ、
光の利用効率が低下するといった問題がある。つまり、
封止部を短くした放電ランプが期待される。

【０００６】そこで最近では、放電ランプの封止部に非
導電性成分と導電性成分とを混合させて作った傾斜機能
材料を使ったものが注目されている。この傾斜機能材料
で形成された閉塞体は、一方の端部はシリカなどの非導
電性成分がリッチであり、他方の端部に向かうにつれて
モリブデンなどの導電性成分の割合が連続的に、または
段階的に増加するものである。従って、シリカ粉末とモ
リブデン粉末で成形された傾斜機能材料の場合、閉塞体
の一方の端部近傍は、非導電性であるとともに熱膨張率
が石英ガラスの熱膨張率に近く、他方の端部近傍は導電
性であるとともに熱膨張率がモリブデンの熱膨張率に近
い特性を有する。このような閉塞体を使うと封止部を短
くできるとともに、内部ガスの封止も気密にすることが
できる。この技術は、例えば、特開平８−１３８５５５
号に開示されている。

【０００７】図６は上記公報に開示されるもので、傾斜
機能材料を使った閉塞体の製造方法を示す。導電性成分
と非導電性成分の組成割合を変化させた複数の混合体
（凝集体）６０（Ａ〜Ｅ）を金型６１内に積層した状態
を示す。積層の順番は、非導電性成分がリッチな層Ｅを
最下層に配置して、その上に非導電性成分の割合が多い
順に混合体を積層する。さらにこの混合体６０どうしの
接合面は積層方向に対して９０°（直角）の角度をもっ
て接している。このような状態からパンチ６２によっ
て、積層された混合体をその積層方向から圧縮させて成
形体を生成する。そして、有機バインダの除去、所望の
穴加工などをした後に焼結させて閉塞体を完成させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記閉
塞体を焼結するときは、例えば１６００℃の高温下で行
う必要があり、このため各混合体どうしの接合が不十分
になりやすい。そして、結果として亀裂などを生じてし
まう。この点について、上記明細書には混合体（凝集
体）の表面を波形にすること、および金型に充填したあ
と振動を与えることが提案されている。しかし、このよ
うな手段であっても、亀裂の発生をいくぶん抑えている
程度にすぎず、上記問題を完全に解決するにはいたらな
い。そこで、この発明が解決しようとする課題は傾斜機
能材料を使った閉塞体であって焼結時に亀裂の発生を完
全に抑えることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の傾斜機能材料
を使った閉塞体は、導電性成分と非導電性成分の混合体
が混合割合を変化させて複数個積層され、各混合体どう
しの接合面は積層方向に対して角度（９０°を除く）を
有することを特徴とする。さらに、前記各混合体の中心
は給電用リード用の開口が設けられたドーナツ状のもの
であることを特徴とする。さらに、前記混合体は断面略
Ｖ字形状が環状に形成することを特徴とする。さらに、
前記混合体のうちいずれか一方の端は、導電性成分のみ
からなる混合体が配置され、および／または他方の端は
非導電性成分のみからなる混合体であることを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】この発明の傾斜機能材料を使った閉塞体は、混
合体どうしの接合面が積層方向に対して角度を有してい
るので、パンチ等による圧縮工程、焼結時の高温加熱工
程においては機械的強度は上昇し、熱応力が弱くなり、
従来生じていた亀裂を良好に防止することができる。図
１は本発明を説明するための図であって、（ａ）図は傾
斜機能材料を使った閉塞体を縦（積層方向）に切断した
断面図の上部の一部分を示す。（ｂ）図は本発明の傾斜
機能材料を使った閉塞体の全体外観図を示す。ここで、
矢印Ｘは混合体の積層方向を表し、斜線に示されるもの
が混合体の１つを表す。（図中、１で示す。）また、矢
印Ｙは混合体どうしの接合面を延長させた方向を表す。
ここで、「閉塞体」とは複数の混合体が積層されて形成
されたものをいう。本発明は、このように混合体どうし
の接合面が積層方向Ｘに対して角度を有することを特徴
とし、このため、パンチ等による圧縮工程、焼結時の高
温加熱工程で生ずる機械応力、熱応力を接合面、すなわ
ち、外壁面、内壁面の鋭角部分α及びβで良好に逃がす
ことができ、これによって応力ワレを良好に防止するこ
とができる。さらに詳細に本発明の本質を説明すると、
閉塞体の外壁面、及び内壁面に各混合体の接合面が角度
を持っており、鋭角部分において応力を良好に逃がすも
のである。また、後述するが内部に給電リード用の開口
を有する場合には、この内壁と各混合体の接合面も角度
を持っており、同様に、鋭角部分において応力を良好に
逃がすものである。従って、本明細書において説明され
る「角度をもって」とは、９０°を除外するもので、応
力を逃がすための鋭角部分を持つことが必要とされる。
さらに、付随する効果として、このような構成をとるこ
とによって、耐応力性が増し、このため混合体の厚みを
薄くして多数の混合体を積層することが可能となり、結
果としてきめ細かな傾斜機能特性を得ることも可能にな
る。

【００１１】さらに、本発明の閉塞体は各混合体の中心
に給電リード用の開口２を有する。図（ｂ）に示すよう
に、混合体が積層されてできた閉塞体は、全体として円
筒状であって、その中心に給電リード用開口２を有す
る。このように閉塞体の軸方向に貫通する開口２を設け
て、その中にリードを貫通させることで、閉塞体の中に
給電リードを貫通させることができ、さらに気密封止も
可能になる。つまり、従来のような箔シール構造やロッ
ドシール構造のように複雑な構造を用いることなく封止
構造を提供することができる。さらに、このような給電
リード用開口２を設けると、各混合体の外壁部分のみな
らず、開口２に面した内壁部分においても応力を生ずる
ことはない。また、本発明の構造（すなわち、混合体の
積層方向と混合体どうしの接合面が角度をなす）であれ
ば各混合体は、外壁部分のみならず内壁部分においても
応力ワレを良好に防止することが可能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の傾斜機能材料を使
った閉塞体の全体図、および部分拡大図であり、図２は
本発明の傾斜機能材料を使った閉塞体の製造工程を示す
ものである。図３は本発明の傾斜機能材料を使った閉塞
体の各混合体の組成物を示すものである。図４は本発明
の閉塞体の製造工程の一つを示すものである。図５は混
合体を積層させた状態であって図６に示す従来技術と対
比するものである。図７は本発明にかかる閉塞体を使っ
た放電ランプの全体を示すものである。

【００１３】図２について説明すると、導電性成分とし
ては、モリブデン、ニッケル、タングステン、タンタ
ル、クロムなどを単独または混合させて用いる。非導電
性成分としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、マグ
ネシアなどを単独または混合させて用いる。これらはい
ずれも粉末状態から使用する。

【００１４】本実施例は、導電性成分としてモリブデン
粉末を用い、非導電性粉末としてシリカ粉末を用いたも
のを具体例として説明する。これは、電極としてモリブ
デンを使い、発光管として石英ガラスを使用する関係
上、同一成分で構成することが封止構造を作るという意
味において好ましいからである。モリブデン粉末Ａを所
定量だけ秤量する（工程１）。同様にシリカ粉末を所定
量だけ秤量する（工程２）。

【００１５】次に、ニッケル粉末Ｃの秤量（工程３）及
びホーケイ酸粉末の秤量（工程４）を行う。これらの粉
末はともにバインダーとして機能するもので、ニッケル
粉末はモリブデン粉末に混合させる。この理由は、本発
明の傾斜機能材料は、後述するが、約１６００℃で数分
間焼結するが、この温度時間ではモリブデンは完全に焼
結されない。すなわち、多孔質（ポーラス）である。従
って、この多孔質部分から大気の出入（リーク）現象を
起こす。この現象を防止するためにニッケル粉末を少量
だけ導電性成分（モリブデン粉末）に混合させて、バイ
ンダー作用を利用して確実な焼結体とすることができ
る。具体的には、モリブデン粉末に対して１．５重量％
含ませる。このようなバインダー粉末としては、ニッケ
ル粉末以外にクロム、鉄なども適用できる。

【００１６】また、ホーケイ酸ガラス粉末をシリカ粉末
を混合させる理由は、前述のごとく約１６００℃の高温
で数分間焼結するが、モリブデンとシリカの混合体部分
でシリカ粉末が確実に濡れて、すなわち多孔質でなく完
全気密性機能を保持させるためである。因みに、ホーケ
イ酸ガラスは、タングステン、モリブデンとの濡れの良
い性質があるからである。具体的には、例えば、商品名
ＢＸ−３８ガラスを使い、シリカ粉末に対して１．５％
含ませる。ホーケイ酸ガラス以外にバインダとしてコバ
ールガラス（商品名）、パイレックスなども適用でき
る。

【００１７】離型剤Ｅを所定量秤量する（工程５）。こ
の離型剤は、例えば、パラフィン、石油等が使用でき、
この離型剤は金型でのプレス工程及び取出工程での‘ひ
び割れ’を防止する機能をもつ。

【００１８】このように秤量した各粉末を混合させる
（工程６）。具体的には、図３に示すが、混合体１ａは
ウエイト（重量％）でモリブデンとシリカが１００対０
の割合である。すなわち、この混合体１ａは導電性成分
としてのモリブデンのみが成分となり非導電性成分とし
てのシリカが含まれない。同様に、混合体１ｂはモリブ
デンとシリカが７５対２５の割合、混合体１ｃはモリブ
デンとシリカが５０対５０の割合、混合体１ｄはモリブ
デンとシリカが２５対７５の割合、混合体１ｅはモリブ
デンとシリカが０対１００の割合で作られる。すなわ
ち、混合体１ｅは非導電性成分としてのシリカのみが成
分となり導電性成分としてのモリブデンは含まれない。
そして、混合体１ａ（シリカが含まれていないので混合
体という表現は不正確であるが、シリカを０だけ混合さ
せるという意味で便宜上この表現を用いる）には、モリ
ブデンの重量に対して１．５重量％のニッケルがバイン
ダーとして含まれ、混合体１ｂ〜混合体１ｅにも各々モ
リブデン、シリカに応じたバインダーが含まれる。尚、
混合体１ｅにはシリカに対応するバインダー、ホーケイ
酸ガラスは含まれない。これは、純シリカの場合には、
確実に焼結が進み多孔質にはならないからである。この
段階で５つの混合体１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１
ｅ）が完成する。

【００１９】次に、これら５つの粉末状の混合体を１次
プレスする。図４に一次プレスの状態を示す。４１は一
次プレス用金型、４２は上パンチ、４３は下パンチ、４
４は芯棒である。この一次プレス用金型４１に、図３で
示す工程６で生成した混合体１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ）をある程度固めて形取り、一つずつセットす
る。そして、上パンチ４２を下げて、下パンチ４３との
間でプレス成形することで、上パンチ４２及び下パンチ
４３の先端形状に合わせた形状に混合体１（１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）を成形する。ここで、本発明で
は、混合体１同士の接合面を積層方向に対して角度を持
たせるため、上パンチ４２及び下パンチ４３の先端面も
この角度を有する形状をしている。具体的には、積層方
向に対して約４５°の角度を有する。この場合に成形圧
力は、例えば、１〜２ｔｏｎ／ｃｍ²である。芯棒４４
は給電リード用開口２を作るためにものである。この場
合、両端に位置する混合体については、上パンチもしく
は下パンチを先端平面のものに変えて、一端面を平面に
することもできる。

【００２０】次に、これら一次プレス成形品としての混
合体１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）を二次プレス
成形する。図５は二次プレスの状態を示す。５１は二次
プレス用金型、５２は上パンチ、５３は下パンチ、５４
は電極を入れるための芯棒であって、これを抜き取ると
図２（ｂ）に示すものができる。二次プレス用金型５１
の中に混合体１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）を積
層する。この場合、好ましくは非導電性成分としてのシ
リカが一番リッチな層（本実施例では１ｅ）を最下方に
セッテングして、その上に、シリカの混合割合が大きい
順に積層する。なお、二次プレス用金型５１のシリンダ
内径は、先に説明した一次プレス用金型４１のシリンダ
の内径より０．０５ｍｍほど大きい。

【００２１】次に、二次プレス成形品を真空又は不活性
ガス雰囲気で焼結させる。焼結温度は約１６００℃程度
であって数分間処理を行う。次に、焼結後の閉塞体を冷
却する。この冷却はすぐに持つと火傷等をするからであ
る。

【００２２】図７は本発明の傾斜機能材料の閉塞体を使
った放電ランプの具体例を示す。定格２５０Ｗであり直
流電灯される水銀ランプを示すが、本発明の閉塞体は、
これに限られるものではなく、水銀ランプやメタルハラ
イドランプなどの放電ランプであってもよい。また、ロ
ングアークタイプの放電ランプや交流で放電動作するも
のであってもよい。

【００２４】石英ガラス製の発光管６０は略球状や楕円
形状をしており、その内部には、陽極６１と陰極６２
が、例えば、３ｍｍ間隔で対向配置される。この陽極６
１と陰極６２は、例えば、タングステンよりなる。ま
た、発光成分として水銀が封入される。発光管６０の両
端には封止部６３が形成される。そして、この封止部６
３に傾斜機能材料を使った閉塞体１０が閉塞されてい
る。各々の閉塞体１０は、前述の如く、５層の混合体１
（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）より形成され、発光
空間側の混合体１ｅは非導電性成分、例えば、シリカが
リッチな層であり、外方側の混合体１ａは導電性成分、
例えば、モリブデンがリッチな層である。６５は銀など
のロウ材であり、電極６１、６２を固定するという機能
を有する。

【００２５】この発明の傾斜機能材料を使った混合体
は、断面略Ｖ字の環状のものに限定されない。積層方向
に対して混合体どうしの接合面が角度を有していれば、
他の構造であってもかまわない。例えば、図８（ａ）〜
（ｆ）に示す構造が適用できる。ここで、積層方向に対
して混合体どうしの接合面が有する角度は、本発明が課
題とする応力ワレを防止するためには、３０〜５０°の
角度を有することが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の傾斜機能材料を使った閉塞体を示す。

【図２】本発明の傾斜機能材料を使った閉塞体の製造方
法を示す。

【図３】本発明の傾斜機能材料の各混合体の組成割合を
示す。

【図４】本発明の製造工程のうち一次プレスを示す。

【図５】本発明の製造工程のうち二次プレスを示す。

【図６】従来の閉塞体の構造を示す。

【図７】本発明の閉塞体を使った放電ランプを示す。

【図８】本発明の閉塞体の他の実施例を示す。

【符号の説明】

１混合体２給電リード用開口１０閉塞体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性成分と非導電性成分の混合体が混合
割合を変化させながら複数個積層され、各混合体どうし
の接合面は積層方向に対して角度を有することを特徴と
する傾斜機能材料を使った閉塞体。
【請求項２】前記混合体は、その中心に給電リード用の
開口が設けられたドーナツ状のものであることを特徴と
する請求項１に記載する傾斜機能材料を使った閉塞体。
【請求項３】前記混合体は、断面略Ｖ字形状が環状に形
成されることを特徴とする請求項２に記載する傾斜機能
材料を使った閉塞体。
【請求項４】前記混合体のうちいずれか一方の端にある
混合体は、導電性成分のみからなる混合体であり、およ
び／または他方の端にある混合体は非導電性成分のみか
らなる混合体であることを特徴とする請求項１に記載す
る傾斜機能材料を使った閉塞体。