JPS59184450A

JPS59184450A - 透光性アルミナ管

Info

Publication number: JPS59184450A
Application number: JP58055250A
Authority: JP
Inventors: Shunzo Torii; 鳥井　駿蔵; Yoshio Saito; 斉藤　義雄; Kazu Ando; 安藤　和; Takashi Koseki; 小関　隆
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1983-04-01
Filing date: 1983-04-01
Publication date: 1984-10-19

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】本発明蒜透−光−性アルミナ管に関するものである。

透光性アルミナ磁器は、高圧ナトリウムランプ用発光管
として多く用いられている。透光性アルミナ磁器は化学
的に安定している。

透光性アルミナ磁器は機械的強度が大きい。

透光性アルミナ磁器は良好な電気的及び−熱的特性を有
している。

このため、透光性アルミナ磁器は様々な用途に使用さ−
れ始めている。透光性アルミナ磁器を様々な用途に使用
するためには、透光性アルミナ磁器の形状を多様化する
必要がある。

従来、透光性アルミナ磁器はアイソスタティックプレス
、押出し成形、型押し成形により成形されていた。従っ
て、透光性アルミナ磁器の形状は、チューブ、板、段付
き板など簡単なものに限られていた。アイソスタテイ　
　。

ツクプレス、押出し成形及び型押し成形では、高純度ル
ツボ、大型の板、あるいは径が場所によって異なるチュ
ーブなどは製造が困難である。

例えば、高演色高圧ナトリウムランプ用発光管の封着は
難しい。このため、発光管の端部封着部は管の中央部に
比し径の小さいことが好ましい。しかし、このような形
状の発光管はアイソスタティックプレス、押出し成形及
び型押し成形によっては製造が困難であった。

また、メタルハライドランプ用発光管は従来の石英ガラ
スよりも透光性アルミナ磁器で作るのが好ましい。しか
も、メタルハライドランプ用発光管の形状は、アークの
挙動から直管よりも中央部の膨んだ形状が好ましい。

しかし、このような形状の透光性アルミナ磁器製発光管
はアイソスタティックプレス、押出し成形及び型押し成
形によっては製造が困難であった。

透光性アルミナ磁器の形状を多様化するには鋳込み成形
が望ましい。しかし、透光性アルミナ磁器の鋳込み成形
には次のような問題が存在する。

（１）透光性アルミナ磁器の原料はアルミナ粉である。

アルミナ粉の粒子は、透光性を得るため大きいものでも
直径１μｍ以下が好し゛い。このような超微粉を泥漿ど
する場合゛、溶媒（一般に水）の量を少々＜ス゛ること
が難しい。

このため、透光性アルミナ磁器の成形密度が低下する。

その結果、透光性アルミナ磁器は真密度焼結するのが困
難になり、ポーラスになってしまう。

（２）透光性アルミナ磁器が十分な光透過率を得るため
には、原料のアルミナ粉の純度が９９．９％以上でなけ
ればならない。

このため、泥漿調整時の添加物が極端に限られてしまう
。

（３）アルミナ粉の泥漿には解膠剤を添加する。解膠剤
の役割等についての理論は、従来のセラミックの鋳込み
成形に基づいたものである。

従来のセラミックの鋳込み成形は、大部分粘土を用いた
系で行なわれていた。このため、解膠剤の従来の理論は
アルミナ粉のような超微粉にはあてはまらないものであ
った。

また、粘土を使わないセラミックの鋳込み成形には、従
来から解膠剤として水ガラス、フミン酸ソーダ、アルギ
ン酸ソーダ、ＰＶＡ等、ナトリウムを含むものを主に使
用した。

しかし、これらの解膠剤は透光性アルミナ磁器の成形に
は使用できなかった。

また、解膠剤の添加量は、従来の経験からいうと粉体の
重量に対し０．０５％〜０．３％ぐらいであった。しか
し、この数値には粉体が超微粉の場合の考慮がなされて
いない。

つまり、粉体の比表面積が著しく大きくなっていること
に対り゛る考慮がなされていない。

このため、アルミナ粉体に添加する解膠剤の量が不明で
あった。

（４）透光性アルミナ磁器を成形する前に、粒子成長抑
制剤を泥漿中に混合する。粒子成長抑制剤としてはマグ
ネシウム化合物が使用される。

しかし、マグネシウム化合物は水に溶しプてマグネシウ
ムイオンを生ずる。マグネシウムイオンが多く生ずると
、マグネシウムイオンと解膠剤との相互作用で泥漿の粘
性が上ってしまう。

泥漿の粘性が上ると、泥漿中の固形分を少なくせざるを
得ない。このため、固形分の多い泥漿とするために解膠
剤を多く必要とする。

しかし、解膠剤を多くすると、成形体及び焼成体に割れ
が生じてしまう。

本発明は上記の実情を考慮してなされたもので、透光性
にすぐれたアルミナ管を提供することを目的とする。

本発明のアルミナ管は、アルミナ粉に水、解膠剤及びマ
グネシウム化合物を混合して泥漿とし、これを鋳込み成
形した後焼成することにより製造できるものである。

その場合、従来凝集剤として使用されてし１だ化合物を
逆に解膠剤として使用することができる。

凝集剤は有機凝集剤でも無機凝集剤でもｈ）まりない。

ただし、凝集剤はアルミニウム以外の金属イオンを含む
ものであってはならない。

有機凝集剤にはポリアクリルアミド、ボリアクリル酸ア
ンモン、カルボキシルメチルセルロースのアンモニウム
塩、ポリエチレンイミン、ポリビニルピリジン等がある
。

無機凝集剤にはポリ塩化アルミニウム等がある。

凝集剤の添加量はアルミナ粉に対して０゜０５〜１０％
（重量、以下同じ）が好ましい。

凝集剤の量が少ないと粉体の！膠が不十分で固形分濃度
が低くなる。従って、透光性アルミナ磁器は真密度焼結
体となり得ない。しかし、比表面積が大きい粉体は、粉
体の焼結活性との兼ね合いで、解膠剤の吊が少ない場合
でも透光性アルミナ磁器となる。比表面積が小さい粉体
は十分に解膠して固形分濃度を高めないと、透光性アル
ミナ磁器とはならない。

床だ、凝集剤の量が多いと成形体に割れが生じてし゛ま
う。

解膠剤として有機凝集剤を使用した場合は、脱型後酸化
雰囲気で仮焼する必要がある。これは、有機凝集剤を焼
散させるためである。

仮焼温度は８００〜１５００℃が好ましい。

無機物のみで構成された泥漿は仮焼の必要がない。乾燥
した成形体は、そのままＨ２雰囲気または真空中で高温
焼成する。焼成温度は１７００〜１９５０℃が好ましい
。

原料のアルミナ粉の比表面積は１．５ｍ２／ｇ〜１’０
０ｍ２１０が好ましい。

アルミナ粉が１００１１１２／（１以上の場合は、泥漿
中の固形分ｍ度が高くならないため焼結体は透光性とな
らない。これは粉体が完全にα−アルミナとなっていな
い部分が多いためである。

アルミナ粉が１．５ｍ２／ｇ以下の場合は、固形分濃度
は高くなるが気孔を含む焼結体となってしまう。このた
め透明度の低い焼結体となる。これは、粉体の活性度が
真密度焼結体を得るには十分でないためである。

アルミナ粉の純度は９９，９％以上が好ましい。

マグネシウム化合物のマグネシア換算添加率は０．０１
％〜０．２％が好ましい。マグネシウム化合物の添加量
は少ないほど良好な焼結体が得られる。

マグネシウム化合物のマグネシア換算添加率が０．０１
％以下の場合は、異常粒子の成長が部分的に生じ易くな
る。このため、できた透光性アルミナ磁器の強度が退化
する。

マグネシウム化合物のマグネシア換算添加率が０．２％
以上の場合は、アルミナ粒界の角にスピネル結晶が析出
する。このため、できた透光性アルミナ磁器の光透過率
が低下する。

マグネシウム化合物は、溶解度のぐきるだけ低いものが
望ましい。マグネシウム化合物の溶解度は０．０３以下
が望ましい。

マグネシウム化合物としては、例えばリン酸マグネシウ
ム、マグネシウムアルミニウムスピネル、水酸化マグネ
シウムや酸化マグネシウム等が望ましい。また、フッ化
マグネシウム、炭酸マグネシウムや水酸化炭酸マグネシ
ウムでもかまわない。

シュウ酸マグネシウムやリン酸マグネシウムアンモニウ
ムを使用した場合、他のマグネシウム化合物を使用した
泥漿と同粘度にするには、解膠剤が多量に必要になる。

このため、成形体及び焼結体に割れが発生し易くなる。

泥漿の水分量は１０〜５０％が好ましい。

また、管の表面あらさは、化学研磨の前後とも内面の方
を外面よりも平滑にすることによって光透過性を向上で
き好ましい。

次に、本発明の詳細な説明する。

アルミナ粉、イオン交換水及びリン酸マグネシウムの混
合比を次のとおりにして混合する。

アルミナ粉　　　１００部〈重量、以下同様）イオン交
換水　　　１８部リン酸マグネウム　０．３部解膠剤としてポリアクリルアミドを０．５部添加した。

アルミナ粉は、純度９９．９５％で比表面積が５１１１
２／（］のものであった。泥漿の粘度は５ポアズであっ
た。ポリアクリルアミドが０．５部の場合は、混合物は
泥漿状体となり、成形可能であらた。つづいて、石膏型
を用いそれぞれの泥漿物を排泥鋳込みで成形した。すな
わち、排泥鋳込酸゛形法を用いて、第１図に示づような
発光管用のセラミックス管を作った。中央部の大径部１
０ａが外径１３ｍｍ、管端部の小径部１０ｂ、１０ｃが
外径９ｍｍ、全長りが１５７ｍｍの成形体を得た。

この成形体を９００℃で２時間仮焼した。これを切断し
て肉厚を測定すると、各所で１　ｍｍ±０．０５であっ
た。未切断の仮焼物を加工して、一部肉厚を変化させた
。これを水素雰囲気で１８００℃１０時間焼成して、透
光性アルミナ磁器とした。焼き１上がり寸法は、大径部
の外径９．５ｎ＋ｍ、内径８ｍｍ、小径部の外径５．７
ｍｍ、内径４．２ｍｍ、全長が１１４ｍ１ｌｌであった
。発光管１０は中央部が直管状の大径部１０ａになって
いて、その両端にそれぞれ小径部１０ｂ、１０ｃが続い
ている。発光つている。大径部１０ａと小径部ｔｏｂ、
１０ｃとの連結部の内壁面１０ｄ、Ｔ’ＯＯはゆるやか
な曲面（例えば半径Ｒは０．５ｍｍより大きい）になっ
ている。１１と１３は電極を示す。一方の電極１１は保
持棒１２を介して発光管１０の小径部１０ｃに固定され
ている。

他方の電極１３は、まず、小さな保持棒１４をニオブ排
気管１５に固定し、そのニオブ排気管１５を発光管１ｏ
の小径部１０ｂに固定している。

このアルミナ磁器を発光管とした高圧ナトリウムランプ
を試作し、ランプの製作可否、発光効率、寿命を調ベア
ｊ０その結果を表５に示す。

表１のサンプル１〜４がら理解できるように、第２図や
第３図に示すように大径部１゜ａの６９°部分を径方向
に薄く加工させると、肉厚の径方向のバラツキが生じ、
ランプの寿命に影響を与えることがわがった。小径部１
０ｂについてもサンプル５〜８から明らかなように同じ
ことがいえる。

なお、第３図に示すように大径部１０ａを加工して薄＜
シ、サンプル９〜１２のように管中央部に比べて管端部
の肉厚を大きくすると、発光効率が低下することがわか
った。

逆に第４図のように小径部１０ｃを加工してサンプル１
３〜１６のように管中央部に比べて管端部の肉厚を小さ
くすると、ランプの寿命が短くなることがわかった。特
に、各部の肉厚の変化が５０％以上のものは、極端に特
性が低下していた。

透光性アルミナ磁器としてから、管内外の表面を化学研
磨した。化学研磨前のものと化学研磨したものとを比較
したら表面あらさは表７に示すとおりであった。化学研
磨の前後とも、管の表面あらさは内面の方が外面よりも
平滑であった。なお、表７゛中、Ｒａは８〜１０点の平
均点、Ｒｍａｘは１０点Ｘ（’０．８ｍｍＱ　）の平均
点である。

管内面が滑らかであると、管内の光源からの光線の乱反
射が少なく、光が管外に透過する率が大きく、しかも光
の直線透過率も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による発光管の一例を示す概略断面図、
第２図は発光管の一部を径方向に加工して」肉にしに例
を示す横断面図、第３図はアルミナ管の大径部を加工し
て薄肉にした例を示す縦断面図、第４図はアルミナ管の
小径部を加工して薄肉にした例を示す断面図である。１０・・・・・・・アルミナ管１０ａ　・・・・・・大径部１０ｂ、１０ｃ　・・小径部１１．１３・・・・電極１２．１４・・・・保持棒１５・・・・・・・ニオブ排気管第１人第４人如請第遵壱第１人

Claims

【特許請求の範囲】

透光性アルミナ磁器質で、管の両端を細く絞つ−て端部
の径を管中央部に比し小さくした一体のセラミックス管
であり、しかも、セラミックス管が鋳込成形で成形され
ており、セラミックス管の＾厚が全長にわたってほぼ均
一であり、管の表面あらさを外面よりも内面の方を平滑
にしたことを特徴とする透光性アルミナ管＝