JPS59103267A - 高圧金属蒸気放電灯用発光管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （−ｒ）発明の利用分野 本発明は高圧金属蒸気放電灯に関し詳細には透光性セラ
ミック管の両端部全導電性サーメットディスクで閉塞し
てなる発光管を具備した高圧金属蒸気放電灯に関する。

（ロ）従来技術 従来２例えば道路、トンネル又は講堂などの広い場ＰＪ
Ｔを照明するため高圧水銀灯、高圧ナトリウムランプ等
の高圧金属蒸気放電灯が使用されている。このようなラ
ンプは例えば一般に第１図に示すような構造をしておシ
金属蒸気たとえば水銀ナトリウム等の蒸気を発光管１０
内に封じ込めである。そしてその発光管の封止部２０の
拡大図を第２図に示す。

ここで透光性セラミック管２１と同材質で同−製造条件
で製造されたディスク２２にエミッターを含むタングス
テン電極２３が先端に容接されたニオブ製の通電導体２
４を挿通しこれらをカラスセメントで気密に固定してい
る。ここで通電導体として高価なニオブメタルを使用す
るのは、その熱膨張係数がセラミックディスクと略一致
しておシ通電導体２４とディスク２２との間のリークを
防止できかつ耐熱性が高いためである。

最近演色性の高い照明への要求が増大し、そのため発光
管内部に水銀等の金属及び希ガスとともに適当な種類の
発光金属ハロゲン化物を封入することによシ種々の発光
色を有する放電灯の実現が求められていた。しかし前述
のランプでは通電導体であるニオブがハロゲン化物によ
シ腐蝕されてしまうので実現できなかった。このことを
実現するため特開昭５２−７１６９５号に開示されるよ
うな放電灯が提案された。この放電灯ではハロゲン化物
からの腐蝕を防止するためノオブメタルの使用をやめ第
３図に示すような発光管封止部構造を有している。

ディスク３２は例えば酸化アルミニューム粉末と金属タ
ングステン粉末を混合焼結した導電性サーメットであり
、導電性をもたせるためタングステンを重量パーセント
で２０４以上含んでいるものである。このディスク、３
２は導電性であるためタングステン電極３３とリード４
４とは金属導体で連結挿入する必要はなく各々別々にデ
ィスク３２の内外に埋設固定することが可能となる。す
なわち透光性アルミナ管３１とディスク３２はガラスセ
メントで気密に固定されるがタングステン電極３３とリ
ード４は、夫々単に機械的にディスク３２に挿し込み固
着させるだけでよいためこの固着部においての気密性は
必要としなくなった。

しかしこの従来例ではディスク３２の材料として通電性
をもたせるためば化アルミニツムにタングステンを一定
の割合以上（各根比で０．０４５−０．２、重量比で１
８乃至４９壬）混合する必要があるとしておシその結果
熱膨張係数が透光性アルミナ管（酸化アルミニューム）
の熱膨張係数と大きく開いているため放電時に住じる熱
による加熱で第２図に示す従来例では問題とならながっ
たディスク３２と透光性アルミナ管３１との間の封止部
４４にクラックが生じ放電灯の寿命を長くすることかで
きなかった。又従来例では第３図に示すように電極とリ
ードが接近しているため近接部分において生じたクラッ
クが連通しゃすく寿命が短い。

Ｇ／→　発明の目的 本発明は種々の演色性を有し、長寿命でかつ安価な高圧
金属蒸気放電灯を提供すること全目的とする。

に）発明の要旨 本発明によシ実覗、される放電灯は上述の欠点を解消す
るように封止ディスクの熱膨張係数全透光性アルミナ管
の熱膨張係数に近ずけ封止部におけるクラックの発生の
防止を可能とするように封止ディスク材料をアルミナと
タングステンの混合焼結材とし、その混合比を重量パー
セントととしてアルミナ８５〜９２壬タングステン８〜
１５％とする。このことによシ第５図に示す混合比と熱
膨張係数との関係よシ熱膨張係数が７．０Ｘ１０　　／
”０乃至８．　Ｉ　Ｘ　１０−’／”Ｃとなる。封止デ
ィスクの電気抵抗値は１ｍΩから５０の間に選択される
。

又、第４図に示す如く電極とリードとの位置関係を中心
軸をずらすように配置することによシミ極とリードとの
接近距離を大きくしかつ差し込み量を増大し、制止ディ
スクと電極、リード間の接触抵抗を減少することができ
る。

（ホ）発明の構成作用 以下、本発明の詳細ｆ：第４図にょシ説明する。第４図
におりて、透明アルミナ管４１の管端部には、その管端
部への嵌挿部４４と封正対４３とよりなるサーメットデ
ィスク４２が、封着フリット４５によシ封看されている
。

ディスク嵌挿部４４の中心位置には、タングステンなど
の放電電極４６の基部が埋設固定される。又、ディスク
封止上４３には、タングステン、モリブデンなどの棒か
らなる、外部電源と接続するためのリード４７が、管軸
方向に、且つ電極埋設位置と管径方向にずれた位置に埋
設固定される。

サーメットディスク４２は、酸化アルミニウムとタング
ステンの混合ｗＪヲ焼結したもので、酸化アルミニウム
は顆粒粒度が４４〜２１０μで重量比が８５係〜９２係
であり、タングステンは粉末粒度が０，５〜１．０μで
重を比が１５係〜８壬のものから得られ、且つその体積
固有抵抗値が１０−２Ω−鑞から１０２Ω−ｍの間、熱
膨張係数が、７Ｘ１０’／’０以上のものが選ばれる。

電極４６とリード４７の間のサーメットの電気抵抗値は
、サーメットの体積固有抵抗値を１０−２０−ｍから１
０２Ω−αの間に選ぶことによって、１ｍΩから５０の
間とすることができる。電極埋設部或いはリード埋設部
の接触抵抗値が、１０ｍΩ前後なので、サーメットディ
スクの電気抵抗値ｆ　１　ｍΩ以下とすることは無意味
である。一方、５Ω以上の電気抵抗値のサーメットディ
スクとすると、ディスク部の電力消費が過大となって高
温となり、ディスクのクラックが発生し易くなる。

尚、ディスクに発熱作用金持たせない場合、１ｃｍΩ〜
１００Ｃｎ１Ωの電気抵抗値を、ディスクに発熱作用を
持たせる場合、０１Ω〜５Ωの電気抵抗値を選択するこ
とが適当である。

サーメットディスクの熱膨張係数は、常温から１０００
°Ｃの値でタングステンの熱膨張係数５Ｘ１０−６／”
０と、アルミナの熱膨張係数８．６Ｘ１０　　／’Ｏの
間となるが、この範囲内でなるべくアルミナに近い熱膨
張係数のサーメットが望ましい。何故なら、第４図にお
いて、サーメット２はアルミナ管４１と気密に接着して
いる必要があるが、しかし電極４６、リード４７のタン
グステン棒とは、気密に接着している必要は々く、タン
グステン棒が脱落せず、電気的接続が保たれる程度に接
着していれば良いからである。そこでサーメットの熱膨
張係数が７　Ｘ　１０−６／”０以上であれば、常温か
らランプ動作温度の間の数千回のきびしい温度サイクル
を経る長いランプ寿命の間、サーメットのクラックが発
生したシせず、発光管の気密は保たれることが実験によ
り実証できた。

一方酸化アルミニウムとタングステンの混合比は、熱膨
張係数及び電気抵抗値の鉄黒から重要である。サーメッ
トの熱膨張係数は、第５図に示されるように殆んど酸化
アルミニウムの混合比に依存し、混合比が高い程、透明
アルミナ管の熱膨張係数に近くなる。先述の７Ｘ１０−
６／”０以上の熱膨張係数のサーメットを実現するには
、酸化アルミニウムの混合比を８５重量係以上としなけ
ればならないことは第５図より明らかである。一方電気
抵抗値も酸化アルミニウム混合比に依存している。絶縁
体である酸化アルミニウムの混合比が小さい程混合焼結
体の体積固有抵抗は小さく、従来酸化物の混合比は多く
ても８０重量係程度にとどめるのが、サーメットを製作
する際の常識であった。しかし本願発明者等は酸化アル
ミニウムが８５係以上と大きい場合でも粉末粒度の調整
によって、必要な体積固有抵抗値Ｉ　Ｘ　１０”−２Ω
−ｍ以上全実現でき又、タングステン粉末の大きさが、
酸化アルミニウムのそれよりも元号に小さいならば、酸
化アルミニウム混合比が大きい時でも、サーメットの電
気抵抗値を元号に小さくできることを発見した。例えば
、タングステン粒度０．５μ、酸化アルミニウム粒度４
４〜２１０μ、酸化アルミニウム重量比８５係の時、体
積固有抵抗値は１×１Ｏ−２Ω−ｍとなる。

先述の通シ、酸化アルミニウムの混合比が高い程、熱膨
張係数は大きくなってアルミナに近くなる。しかし、酸
化アルミニウムの混合比が９２重量係ヲ越えると最早、
組成物の粒度をどの様に調整しても、体積固有抵抗値が
著しく大きくなって実質的に絶縁体となってしまう。即
ち、酸化アルミニウムｆｆ１８５１〜９２係、タングス
テンを１５係〜８係に選択することによって、必要な熱
膨張係数７×１０−６．’Ｏ以上、必要な体積固有抵抗
値１×１０−２Ω−α〜１０２Ω−ｃｍを合せ持つサー
メット全製作することができる。

さらに酸化アルミ−ニウム顆粒及びタングステン粉末の
粒度は、一定の体積固有抵抗値を得るためにのみ調整す
るのではなく、酸化アルミニウムの顆粒粒度の限定理由
は、４４μ以下でばば化アルミニウムとタングステンと
の均一な混合が難しくなり、所望の電気抵抗値にコント
ロールすることが困難となるためであり、又２１０μを
越えると焼結体の気が大きくなってサーメット自体の気
密性をそこなうためである。又、タングステン粉末粒度
の限定理由は、０．５μ未満では酸化アルミニウムとタ
ングステンの均一な混合が難しく所望の電気抵抗値にコ
ントロールすることが困難となるためであり、１μを越
えると電気抵抗値が著しく高くなって実質的に絶縁体と
なるか、或いはサーメット自体の気密性をそこなうため
である。酸化アルミニウム顆粒とタングステン粉末の各
々の粒度の上記範囲内で、選択することにより所望の電
気抵抗値を得ることができる。

以上のサーメット組成の調整を通して、サーメットディ
スクの熱膨張係数選択に当っては、専らアルミナ管との
関係を考慮した。しかし、タングステン棒とサーメット
の膨張係数の不一致は、過度の内部応力を引起す可能性
が有シ注意を要する。例えば第３図の構造で、電極とリ
ードの間の距離ｋ　１　ｍｍとした場合、ランプ点灯中
、電極基部にクラック金主じ、リークするに至った。従
って応力割れを防ぎ、且つ脱落せず、電気導通もある。

電極及びリードの固定方法が工夫されなければならない
。この問題の解決方法が、第４図に示す構造であって、
要点は、電極の埋設位置とリードの埋設位置を管軸と垂
直の方向にずらせたことである。

この様な構造によって、電極及びリードを深く埋設する
ことができ、且つ電極とリードとの離間距離を長くする
ことができる。

実際に電極及びリードは、脱落及び電気不導通の生じな
い様、封止部材に１．５　ｍｍ以上深く挿入する必要が
ある。そして応力割れを生じない様にするため、電極と
リードとの離間距離が１能以上とすることが好ましい。

通常、ディスクの厚さは４ｔｒａｎ８度であるため、第
４図の構造ならば、電極とリードの深さ全１５鴫以上、
離間距離全１甜以上と出来るが、第３図に示す従来例の
構造では不可能である。

第３図の構造では上述の関係全可能とするために、封止
部材をもつと厚くすることが考えられるが、厚いディス
クは、発光管の端部における電力損失を大きくするなど
、ランプ特性上好ましくない結果となシ、又、酸化アル
ミニウムの混合比を少なくして、ディスクの熱膨張係数
をタングステンに近らけることによシミ極埋込部クラッ
クを防止することも考えられるが、この場合、前述の様
に、アルミナ管とディスクの接合部におけるクラックが
発生し易くなる。

実施例１ 第１表の原料欄に示すような１５種類の酸化アルミニウ
ム（Ｍ２Ｏ３）粉末とタングステン（５）粉末全混合成
形し、水素雰囲気中１８５゜°０で焼結した。

これらの焼結品について、ヘリウムリークディテクター
によるリーク量と、４端子法による体積固有抵抗値およ
び常温から１０００°Ｃの範囲の熱膨張係数を測ボし又
、これらの焼結品とアルミナ片をガラスフリートにて接
着した試料を製作して、この試料について２５０℃−〇
　’０の耐熱衝撃テストを行なった。

その結果を第−表に示す。

これらの結果から透明アルミナ発光管およびタングステ
ン電極の封止部材として、粒径が４４〜２１０μで８５
〜９２重量係の酸化アルミニウム粉末と粒径が０．５〜
１μで１５〜８重量係のタングステン粉末を焼結したも
のが、リーク量が１×１０〜９Ｈｅｃｃａｔｏｍ／　ｓ
ｅｃ以下、熱膨張係数が７，０〜８．１　Ｘ　１０−６
／”０で体積固有抵抗値が１×１０−２〜１×１０２Ω
ｍであシ、又、アルミナと封着してもクラックを起した
シせず封止部材としてすぐれていることが実証された。

すなわち本発明の範囲内の混合比である試料Ｎａ　１−
３．５−６．８−９．１１及び１３−１５耐熱衝撃試験
を行なったがクラックは発生しなかったが本発明の範囲
外（従来例）の混合比である試料Ｎα４．７．１０及び
１２ではクラックが発生した。

実施例２ 外径１ｍｍの電極とリードを埋設した、外径９陥のサー
メットディスクを、埋込形状を変えて、９種類製作し、
電気抵抗値測定及び２５０°Ｏ−＋Ｏ’Ｏの耐熱衝撃テ
ストを行なった。

焼成前のサーメットに１．２　ｍｍφの孔をあけ電極、
リードを挿し込み、水累雰囲気中１８５０°Ｃで焼結し
た。電極、リードの埋設部は、局部応力発生を招かない
よう、バリエツジを取っておく。

９種類のサーメットディスクの仕様及び試験結果を第２
表に示す。電極とリードがずれた位置に埋設されたディ
スクでは、クラックのはいシにくいこと、リーク発生が
少々く、ランプ寿命を長くできることが実証された。

又本実施例の場会、電極及びリードの埋込み深さが１．
５ｖａｎ以上である限シ、・、いずれも電極−ディスク
間、リード−ディスク間の接触抵抗値は、１０ｍΩ程度
であシ、電気的接続は光分であることが実証された。

尚、通常ランプの点滅回数は８００回程変株証されれば
十分であるが上記のごとく電極とリードとを配置するこ
とによｐ５０００回以上の点滅に耐えることが認められ
た。

実施例３ アルミナディスクで封塞した透光性アルミナからなる発
光管の内部にナトリウム、水銀及びキセノンガスを封入
し、ランプ入力３６０Ｗ１　ランプ電圧１００　Ｖ、ラ
ンプ光束５００００１ｕｘの特性を呈する通常の３６０
Ｗ高圧ナトリウムランプの発光管封止部のみを第２表に
示すサーメットディスク封止構造Ｎ［Ｌ　３及びＮａｋ
７に変更してランプを製作したｔ初荷性は通常ランプと
同様であったが、点めっ寿命試験では、Ｎα７の電極と
リード全直線上に配置した端部構造のランプは１．００
０回の点めっ後リークするに至った。一般照明用ランプ
の寿命としては元号ではある力刃、それに対して、Ｎｎ
３の電極とリード全ずらして配置した端部構造のランプ
は、５０００回の点めっ寿命を全うした。

実施例４ アルミナ発光前端部にタンタル板を巻回し、発光管端部
温度を通常の高圧ナトリウムランプよりも約１００℃高
めて約７５０°Ｃとし、もって管内ナトリウム蒸気圧を
高めて、色温度１２５００にとした高色温度形高圧ナト
リウムランプの２５０Ｗ発元管において、巻回板（保温
板）を取除き、封上部構造全第２表に示すサーメットデ
ィスクＮ［Ｌ２及びＮａ　６に変更し、ランプを製作し
た。結果、色温度などの緒特性は通常品と略同様であっ
た。ランプ電流は３Ａであったから例えばＮａ　２のサ
ーメットディスクにおいて、片側でＯ６５×８２４．５
Ｗの電力消費があったことになる。

以上説明したことから明らかな様に、本発明による高圧
金属蒸気放電灯用発光管の端部構造体は１ｃｒｎΩから
５Ωの間の任意の電気抵抗値が選択でき、通電導体を挿
通する必要のない端部構造体全提供する。この構造体は
、長い放電灯寿命に渡って、リークやクラックの発生を
招かない、或いは電極、リードの抜けや脱落を防止でき
るなどの利点を持っている。

本発明Ｃ二は高価なニオブ管を使用しない高圧ナトリウ
ムランプ、保温板を必要としない高波色形高圧ナトリウ
ムランプ、或いは、高い発光、効率と良好な演色性を持
つメタルハライドランプなどを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高圧金属蒸気放電灯の概略図、第２図は従来の
発光管封止部の拡大図、第３図は演色性を有する従来の
発光管封止部の拡大図、 第４図は本発明の実施例ζ二従う発光管封止部の拡大図
、 第５図はタングステンの含有率と熱膨張係数との関係説
明図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ディスク　・・・・・　４３ リード　・・・・０・・　４７ 電極芯棒　・・・・・４６ ３３９ 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ、透光性セラミック管の端部を、サーメットのディス
   クで閉塞してなる発光管において、 前記サーメットが、顆粒粒度４４〜２１０μの酸化アル
   ミニウム顆粒と、粉末粒径０．５〜１．０μの金属タン
   グステン粉末からなる焼結体であシ、酸化アルミニウム
   顆粒が８５〜９２重量係、金属タングステン粉末が１５
   〜８重量壬であることを特徴とする高圧金属蒸気放電灯
   用発光管。 ２、前記ディスクの内側に電極芯棒が、外側にリード線
   が、管軸方向に埋設固定し、各各の埋設位置を管軸と垂
   直の方向にすらせたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項の高圧金属蒸気放電灯用発光管。 ３、　前記電極芯棒と前記リード線の離間距離が、ＩＷ
   ｎ以上であり、各々の埋設深さが１５調以上であること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項の高圧金属蒸気放電
   灯用発光管。