JPS6038821B2 - 金属蒸気放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高圧ナトリウムランプの様な透光性セラミッ
ク材、又はサファイア材を発光管として用いている金属
蒸気放電灯の発光管の封着構造に関する。

更に詳しくは、動作時の発光管内添加物の凝集部分が発
光管の両端部の金属製電気ＩＪード管に存在するような
金属蒸気放電灯の発光管の両端部に用いられる一対の鍔
状のセラミック製キャップの形状を改良して、安価でか
つ信頼性の高い封着部が得られる様にしたものである。
近年、広く利用され始めた高圧ナトリウムランプで代表
される、例えば透光性アルミナセラミック管の様な透光
性セラミック管やサファイア管を有する金属蒸気放電灯
の発光管の封着方法は、図に示すように例えばアルミナ
カルシァを主成分とする粉末状のガラスフリットを接着
剤入り有機客剤でペーストにして、電極５を具備したニ
オピウム、タンタル等の電気リード管３，３′と透光性
アルミナセラミックキャップ１との間、および透光性ア
ルミナセラミックキャップーと透光性アルミナセラミッ
ク管などからなる素管２との間のそれぞれの接着面にそ
れぞれ毛筆等で塗布した後、それぞれを鉄合して仮接着
した後、封着炉内で所定の封着焼成スケジュールで真空
加熱処理をして封着しているのが一般的である。

ここで、封着後のフリットの状態は第１図又は第７図の
４，４′の様である。

金属蒸気放電灯の場合、この様なガラスフリット４，４
′は透光性セラミック材と同等の耐金属蒸気性を持たな
くてはならないが、一般的に言って、透光性セラミック
材と同等の耐金属蒸気性を持たすことは困難である。

従って、例えばナトリウムの様なアルカリ金属蒸気が発
光管内に封入されている高圧ナトリウムランプの様なも
のを考えると、ランプの寿命を決定する因子のうちでも
ナトリウムとガラスフリツトとの反応によるガラスフリ
ットの劣化と言うものが、最も大きな因子である。

この様なガラスフリツトの耐金属蒸気性（耐ナトリウム
性）は、その組成を適当に選ぶことによって、ある程度
高められるが、それはナトリウムとガラスフリットと反
応速度を小さくすることに過ぎず、ある時間を経ればガ
ラスフリットのナトリウム侵食層は発光管内部から外部
へと広がり、やがて寿命となってしまう。

この様なナトリウムの侵食は、第１図ガラスフリット４
′の部分（キャップとニオビゥム管の間）よりもガラス
フリツト４の部分（キャップとチューブの間）に多い。

それは主として、ガラスフリツト４の方がガラスフリッ
ト４′よりも動作中の白熱した電極に近く、又ガラスフ
リツト４がアークプラズマの幅射熱により、高温になっ
たセラミック管に接している為、ガラスフリット４の動
作中の温度が上昇し、ナトリウムとガラスフリツトとの
反応がより活発になる為と考えられている。この様なナ
トリウムの侵食に対して、寿命を従来より長くするのに
は、ガラスフリット４の部分を改良すれば良いが、これ
には２つの方法がある。

１つは、前述した様に、ガラスフリット４の組成を更に
耐金属蒸気性（耐ナトリウム性）の高いものにすること
であり、これには多くの実験等の労力を必要とする。

別の１つは、封着部の発光管内部から発光管外部への距
離（以下封着距離と呼ぶ）を従来とくらべて、長くする
ことである。すなわち、封着距離が２倍になれば、ナト
リウムの侵食は２倍の時間を要するようになり、その結
果寿命は２倍になる。第２図は、従来の封着部のガラス
フリット４の部分を示したもので、この場合、封着距離
は１，十１２となる。

１２は、素管２の厚さｔに近く、０．６〜０．８側程度
であり、封着距離の殆んどは１・による。従って、例え
ば第２図の様にガラスフリット４の内部に気泡６が１つ
でもあると、封着距離は１，ニ０となり、１２のみで封
着を維持せざるを得なくなる。

この様な従来の封着部に対し、第３図、又は第４図の様
なセラミックキャップーの構造改良によって、封着距離
を長くしようと言う試みがなされた。

第３図は、１，を長くすることにより封着距離を大きく
したものであり、また第４図はセラミック管の外側に１
３を設ける様な構造にして封着距離を長くしたものであ
る。

しかしながら、第７図に示すような金属製電気リード管
３内の添加物７の温度が高いほどランプの特性は向上す
るが一般的であるが、この部分の温度は熱放射源である
電極５が前記添加物７に近い程高く、遠い程低くなる。

したがって第３図の様な構造のキャップｌａを使用する
と金属製電気リード管３′、３内に存在する例えば、Ｎ
ａ−Ｈｇアマルガムの様な添加物の凝集部分は、セラミ
ックキャップｌａの長さ１，が長くなった分だけ熱放射
源である電極５から遠のいてしまい、ランプの特性を決
定する前記凝集部分の温度が下がり、所望の特性を得ら
れず、また熱放射源である電極５をセラミックキャップ
ｌａ側に近づけて、従来の凝集部分の温度を維持しよう
とすれば、逆にガラスフリット４の温度が上昇し、かえ
ってガラスフリツト４へのナトリウムの侵食を早めてし
まう欠点があった。また第４図の様なセラミックキャッ
プｌｂは１，を長くしないでもよいので上述したような
第３図構造の欠点はないが成型が難しく、コスト高とな
る欠点があった。第４図は１，を長くしないで、発光管
の外側に１３を新たに設けて封着距離を１，十１２十１
３と長くすることにより熱放射源である電極５から距離
を従来程度とできるので、特性、寿命を同時に改善でき
るが、このようなキャップの製造は難しく、また、コス
ト高となる。

本発明は、前記の様な欠点に鑑みて考えられたものであ
って、その目的とする所は、従来の特性を維持し、従来
よりも封着部の信頼性を向上させ、かつ安価な封着部を
得られる様にしたものである。

本発明の特徴は、第２図に示す従釆セラミックキャップ
１が秦管２に競合されない部分の外径×と素管２の外径
Ｄとが同じであったのに対して本発明では第５図の様に
×をＤよりも大きくしたことである。

この様にすれば、１２は従来の透光性セラミック管の肉
厚程度（０．６〜０．８ｍ／ｍ）より大きくすることが
でき、従って全体の封着距離１，十１２を大きくするこ
とができる。

また第５図の様なセラミックキャップＩＣは形が従来と
余り変らないため、キャップの製造コストは従来殆んど
変らない。

第６図は、種々の大きさのＸについてランプを試作し、
その特性の変化を示したもろであり、縦軸は、従来（×
＝Ｄ）の全光東の値を１００とした全光東値であり、機
軸なＸ／Ｄである。

これによれば、セラミックキャップＩＣの素替２に接合
されない部分の外径×には上限があり、その値は○＜×
ＳＩ．２弧にあれば良いことが鱗る。

Ｘが１．２弧より大きくなると、全光東値が減少するの
は主としてセラミックキャップＩＣの体績が増える為、
発光管内の添加物の凝集部分の温度が下がるからだと考
えられる。従って、ＸをＤ＜Ｘ≦１．２印にする限りラ
ンプの特性も又、従来と変らない。

ここで具体例につき、第１表に基き説明をする。

外径９・５０肉厚０．７５ｍ／仇の透光性素管２に対し
て、従来のキャップ寸法（透光性セラミック管に鉄合し
ない部分の外径×＝９．５？透光性セラミック管に競合
するキャップ１の深さ１２＝１．５ｍ／肌）と本発明に
よるキャップ寸法（×＝１１．５で、１２＝１．５ｍ９
／肌）により、それぞれ４００Ｗの高圧ナトリウムラン
プを１０本試作し、５００Ｗ点灯の加速寿命試験にかけ
た試験結果を第１表に示す。

ここで、第１表のランプの秦管２はすでて外隆Ｄが９．
５肌であるので従来仕様であるＮｏ．１〜１０について
は、素管２に俵合されない部分のキャップの外径×Ｄが
９．５肌であるので×／Ｄ＝１．０である、また１，十
１２は２．２５側である。また本発明による仕様である
Ｎｏ．１１〜２０までのランプについてはＸ＝１１．５
であるのでＸ／Ｄ＝１２．１，１，十１２＝３．２５肌
となる。

第１表４００Ｗ高圧ナトリウムプランの５００Ｗ点灯加
速寿命試験結果（Ｄ＝９．５物）この第１表から明らか
なように、従来仕様のランプ（第１表のＭ．１〜１０）
が６００餌時間迄で２本が封着部に洩れを生じ、外管着
色を起したのに対し、本発明による仕様のランプ（第１
表Ｎｏ．１１〜２０）は６００胡時間点灯しても異常は
なかった。

封着距離１，十１２を種々変えて、４００Ｗの高圧ナト
リウムランプ各１０本を５００Ｗの過負荷点灯させて６
０００時間後の状態をまとめたものを第２表に示す。第
２表この第２表から明らかなように全数が異常なく点灯
していることがわかる。

第１表と第２表をまとめると、封着距離１，十１２‘こ
ついて、Ｉ，十Ｉ２＞２，２５（肋）となれば、寿命的
に問題のないランプを得ることができる。

そこで、前述のようにランプの特性を充分維持するには
Ｘ／Ｄを所定範囲に設定する必要があるという点を考慮
すると、鍔状のセラミックキャップの形状をＩ，十Ｉ２
＞２，２５（側） かつ １＜×／Ｄ≦１．２５ ここで１，：キャップの素管に入り込む部分の長さ１２
：キャップの金言の部分長さ Ｘ：キャップの外径 Ｄ：発光管素替の外径 とすることにより初特性及び寿命が優れたランプを得る
ことができるものである。

上述した様に、本発明は安価で特性も従来と変りなく、
かつ寿命の点で従来よりも信頼性の高い封着部を与える
ものであり、実用上大きな利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は封着された発光管の説明図、第２図は従来のキ
ャップを使用した時のセラミックキャップと透光性セラ
ミック貸間封着部の断面図、第３図および第４図は本発
明以外に考えられたセラミックキャップと透光性セラミ
ック管間封着部の断面図、第５図は本発明によるセラミ
ックキャップと素管間封着部の断面図、第６図は×／Ｄ
比のランプ特性に及ぼす影響を示したグラフである。 第７図は従来の発明の一実旋例の発光管の断面図である
。なお図中同一符号は同一または相当部分を示し、１，
ｌａ，ｌｂ，ｌｃはセラミックキヤツプ、２は素管、３
，３′は電気リード管、４，４′はガラスフリット、５
，５′は電極である。第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透光性セラミツク管またはサフアイヤ管からなる素
   管の両端の端面と端部内面とをガラスフリツトを介して
   鍔状のセラミツクキヤツプにより封着され両端に金属製
   電気リード管を備えた発光管を有し、動作時の発光管内
   の添加物の凝集部分が前記金属性リード管に存在する金
   属蒸気放電灯において、前記発光管の端部に用いられる
   上記鍔状のセラミツクキヤツプの前記素管端面に面する
   鍔の部分の長さをｌ＿２、前記素管に嵌合する部分の長
   さをｌ＿１、とし、また素管に嵌合されない部分の前記
   セラミツクキヤツプの外径をｘ、素管の外径をＤとする
   ときＩ＿１＋ｌ＿２＞２．２５（ｍｍ） かつ １＜Ｘ／Ｄ≦１．２５ であることを特徴とする金属蒸気放電灯。