JPS62170129A - 高圧金属蒸気放電灯用セラミツク発光管の製造法 - 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】 （技術分野） 本発明は、高圧金属蒸気放電灯用セラミック発光管の製
造法に係り、特に発光管本体を構成するセラミック管の
少なくとも一方の端部が、放電用の電極を支持するため
のセラミックキャップにて閉塞せしめられてなる、高圧
金属蒸気放電灯用セラミ、７り発光管を、寸法精度よく
製造する方法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来から、ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等
の高圧金属薄気散電灯（以下、ＨＩＤランプと呼称する
）に使用される発光管の管体（本体）には、耐蝕性と透
光性に優れたセラミック管、特に透光性アルミナ管が用
いられており、またこのようなセラミック管の端部が、
タングステン若しくはモリブデン製の放電用の電極を支
持するセラミックキャップにて閉塞せしめられるように
なっている。

ところで、このようなセラミックキャンプにてセラミッ
ク管の端部を封止した構造のセミクローズ型のセラミッ
ク発光管を製造する方法としては、従来から、例えば特
公昭５０−３０３８４号公報等に示される如く、セラミ
ックキャップを与えるエンドプレート素材とセラミック
管を与える管状素材とを、それぞれ別個に比較的低温で
一次焼成して、それぞれの素材中に含まれる有機物を焼
失させた後、かかる一次焼成エンドプレート素材を一次
焼成管状素材の端部に嵌太し、そして全体を１９００℃
前後の高温で二次焼成して、かかる管状素材の透明化を
図ると共に、この二次焼成時における焼成収縮率の差に
より、両者を圧着一体化させる方法が知られている。

しかしながら、このような従来法においては、一次焼成
されて硬化した管状素材に対して、その端部に、同じく
硬化したエンドプレート素材が嵌入されるものであると
ころから、それらの接合部に二次焼成後において隙間が
生じ、ガスリークを生じ易い欠点があった。

また、従来のエンドプレート素材は、−Ｃに、リング状
の円盤体の形状を存しており、そしてそのようなリング
状のエンドプレート素材が管状素材の端部に嵌め込まれ
るものであるところから、その嵌込み作業における位置
決めが難しく、またそのようなエンドプレート素材を嵌
め込んだ管状素材の運搬や取扱い作業、更には焼成炉の
搬送による振動、衝撃等によって、かかるエンドプレー
ト素材がズレ易く、得られるセラミ・７り発光管におけ
る寸法精度が低下して、その両端部のエンドプレートに
設けられる電極間の距離がバラツキ、放電が不安定とな
る問題を内在している。このため、従来では、焼成によ
って得られるセラミック発光管の端部を研出加工して、
かかる発光管の寸法のバラツキを小さくし、所定の寸法
公差の範囲内となるようにしているが、そのような研磨
加工は面倒でもあり、またそのような研磨加工でも、発
光管両端部に設けられるエンドプレートの内面間の距離
のバラツキまで解消することは出来ないものであった。

（発明の構成） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、セラミッ
ク管の少なくとも一方の端部をセラミックキャップにて
閉塞せしめたセラミック発光管の製造に際して、かかる
セラミック管ャ・２ブのセラミック管に対する嵌込み部
位におけるガスリークの虞のない、信頼性に優れた、有
効な接合を達成すると共に、かかるセラミックキャップ
の嵌込み位置を正確に規定せしめて、発光管全体として
の寸法精度を高め、ひいては両端の電極間距離を一定と
為し得るに有効な方法を提供することにある。

そして、本発明は、かかる目的を達成するために、発光
管本体を構成するセラミック管の少なくとも一方の端部
が、放電用の電極を支持するセラミックキャンプにて閉
塞せしめられた、ＨＩ　Ｄランプ用セラミック発光管を
製造するにあたり、前記セラミック管を与えるセラミッ
ク素管を、所定のセラミック原料を用いて成形する一方
、該セラミック素管と同種のセラミック原料を用いて、
円筒体の一端側の外周面にフランジ部を設けた形状の、
前記セラミックキャップを与えるキャップ素材を成形し
、次いで該キャップ素材を、そのフランジ部が前記セラ
ミ・ツク素管の端部に当接するように、その円筒部にお
いて該セラミック素管の端部に嵌め込み、そして焼成を
行なうことにより、前記セラミック管と前記セラミック
キャップとの結晶組織が一体化されたセラミック発光管
を形成することを特徴とするＨＩＤランプ用セラミック
発光管の製造法にある。

なお、かかる本発明において、前記セラミック素管は、
一般に、前記キャップ素材よりも大なる焼成収縮率を有
するものとされ、これによって焼成時において、かかる
セラミック素管とキャップ素材とを圧着させて、その密
着度を高め、以て焼成により、それらがより一層効果的
に一体化せしめられるようにされる。

また、本発明に従う好ましい実施態様によれは、上記セ
ラミック素管及びキャップ素材の成形にそれぞれ用いら
れるセラミ・ツク原料としては、何れも高純度α−アル
ミナ粉末が用いられ、そしてそのようなセラミック原料
から成形して得られた未焼成のセラミック素管およびキ
ャップ素材が組み付けられて、それが、酸化雰囲気中に
おける一次焼成と、還元雰囲気中における二次焼成とか
らなる焼成操作によって焼成され、目的とする、少なく
とも一方の端部がセラミックキャップにて閉塞されたセ
ラミック管からなるセラミック発光管が形成されるので
ある。特に、このような高純度α−アルミナ粉末をセラ
ミック原料として用いる場合にあっては、セラミ・ツク
素管を構成する高純度α−アルミナ粉末は、前記キャッ
プ素材を構成する高純度α−アルミナ粉末よりも大なる
、前記一次焼成における初期焼成収縮率を有しているこ
とが望ましく、これによってより有効な結晶組織の一体
化が行なわれたセラミック管とセラミックキャップとの
接合部を形成し得るのである。

（構成の具体的説明・実施例） 以下、本発明の構成を更に具体的に明らかにするために
、図面に示す実施例に基づいて詳細に説明することとす
る。

先ず、第１図において、２は、所定の長さを有するセラ
ミック素管であり、また４は、円筒部６とその一端側の
外周面にフランジ部８を有する、全体として円筒体を呈
する、キャップ素材であって、これらセラミック素管２
及びキャップ素材４は、それぞれ同種のセラミック原料
を用いて、常法に従ってプレス成形等の成形手法にて成
形されている。なお、キャップ素材４の中心部には、所
定の電極を挿入、固定せしめるための電極挿入孔１０が
設けられており、またその円筒部６の外径はセラミック
素管２の内径と略等しくされている。

また、セラミック素管２は、ここでは単純な円筒形状と
されているが、この池中間部分が外方に膨出した異形管
などの形状であっても、何等差支えない。

ところで、このようなセラミック素管２とキャップ素材
４とは、一般に、焼成収縮率において差があるように形
成され、そしてそれらの接触面（接合面）がより密接に
接触するように、またセラミック素管２の端部にキャッ
プ素材４がしっかりと保持されるように、セラミック素
管２の焼成収縮率がキャンプ素材４の焼成収縮率よりも
大きくなるように構成される。

また、セラミック素管２やキャップ素材４の成形に用い
られる原料としては、従来から公知の、ＨＩＤランプ用
セラミック発光管の製造に用いられるセラミック原料の
何れもが使用可能であるが、特に本発明にあっては、耐
蝕性と透光性に優れた高純度α−アルミナ粉末が有利に
用いられることとなる。そして、このような高純度α−
アルミナ粉末は、そのキャップ素材４を構成するものよ
りも、セラミック素管２を構成するものの方が、一次焼
成時の初期焼成収縮率において大となるような組合わせ
において、用いられることとなるのである。

より具体的には、本発明において、キャップ素材４の原
料として好適に用いられる高純度α−アルミナ粉末とし
ては、第５図の一次焼成温度と焼成収縮率との関係を示
すグラフ中おいて（Ａ）として示されるような、比較的
小さな初期焼成収縮率を有するものであり、例えば比表
面積：２ｍ”／ｇの、焼結活性度の低いα−アルミナ粉
末が用いられることとなる。そして、このような高純度
α−アルミナ粉末は、２〜３　ｔ　／　ｃｔＡの圧力で
プレスされ、図示の如きフランジ部８を有する円筒体形
状のキャップ素材４に成形されるのである。一方、セラ
ミック素管２の原料として用いられる高純度α−アルミ
ナ粉末は、第５図のグラフ中に（Ｂ）として示されるよ
うに、キャンプ素材４用の高純度α−アルミナ粉末より
も大きな初期焼成収縮率を有するものであり、例えば比
表面積：５ｍ”／ｇの市販の高純度α−アルミナ粉末を
用いることが出来る。そして、この第二の高純度α−ア
ルミナ粉末も、上記と同様に２〜３ｔ／ｃｎｌの圧力で
プレスされ、所定長さのセラミック素管２に成形される
のである。

次いで、上記の如く成形して得られたセラミック素管２
及びキャップ素材４が用いられて、かかる未焼成のセラ
ミック素管２の少なくとも一方の端部に、第２図に示さ
れる如く、同じく未焼成のキャップ素材４がその円筒部
６部分において嵌入せしめられ、キャップ素材４のフラ
ンジ部８がセラミック素管２の端部に当接させられるの
である。

このように、キャンプ素材４が、そのフランジ部８がセ
ラミック素管２の端部に当接するまで嵌め込まれるよう
にすることによって、かかるキャップ素材４のセラミッ
ク素管２に対する嵌込み位置が一義的に規定され、その
嵌込み量にバラツキが生ずるようなことは全くないので
ある。けだし、セラミック素管２の端部にフランジ部８
が当接すれば、キャップ素材４をそれ以上セラミック素
管２内に嵌め込むことが出来なくなるからである。

そして、このように、所定のキャップ素材４が少なくと
も一端部に嵌め込まれたセラミック素管２は、常法に従
って焼成せしめられ、例えば第３図及び第４図に示され
る如く、セラミック管１２とセラミックキャップ１４と
が一体化された、換言すればセラミック管１２を与える
セラミック素管２とセラミックキャップ１４を与えるキ
ャンプ素材４との嵌合部での焼結反応が効果的に進行せ
しめられて、結晶組織的に両者が一体化された、それら
の接合界面を識別することが困難な一体的構造のセラミ
ック発光管１６となるのである。

なお、このような焼成操作は、一般に、セラミック素管
２やキャップ素材４の成形に際して用いられたバインダ
ーや可塑剤等の有機物を焼失せしめるための、空気等の
酸化雰囲気中での比較的低温の一次焼成と、セラミック
素管２及びキャップ素材４を焼結せしめるための、還元
雰囲気中でのより高温の二次焼成とを組み合わせて、行
なわれることとなる。

例えば、セラミック素管２やキャンプ素材４が高純度α
−アルミナ粉末にて成形きれたものである場合において
、前記一次焼成は、空気中において９００〜１１００℃
の温度で実施され、そしてその際、キャップ素材４用の
高純度α−アルミナ粉末が、セラミック素管２用の高純
度α−アルミナ粉末よりも焼結活性度を低くして、かか
る一次焼成時の焼成収縮率を小さくするようにすれば、
かかる一次焼成の進行と同時にキャップ素材４はセラミ
ック素管２により締め付けられて、両者は効果的に圧着
されることとなる。特に、このような一次焼成操作にお
いて、本発明に従う形状のキャップ素材４を用いた場合
にあっては、該キャップ素材４を嵌め込んでなるセラミ
ック素管を立てた状態で、換言すれば管軸が垂直方向に
なるようにして載置した状態で、焼成することが可能で
あり、これによって運搬や取扱い作業、焼成炉の搬送に
よる振動、衝撃などによるキャップ素材４の飛び出しが
効果的に阻止され得るのである。

次いで、この一次焼成されたものは、更に水素ガス等を
用いた還元性雰囲気中において１９００℃前後の高温度
で二次焼成され、以てセラミック素管２及びキャップ素
材４は透明化され、それぞれ透光性のセラミック管１２
及びセラミックキャップ１４となると共に、セラミック
素管２とキャップ素材４の接合部（嵌合部）の結晶組織
は一体化されて、セラミック管１２とセラミックキャッ
プ１４とはガスタイトに結合して、以てセミクロ−ズ型
のＨＩＤランプ用セラミック発光管１６が形成されるの
である。

このようにして製造されたＨ　Ｉ　Ｄランプ用セラミン
ク発光管１６は、キャップ素材４がそのフランジ部８の
存在によってセラミック素管２に対して正確に位置決め
され、また運搬や取扱時の振動。

衝撃等によるズレも有効に阻止された状態において、焼
成して得られるものであるところから、セラミック発光
管１６の一方の端部のセラミックキャンプ１４と他端側
に設けられるセラミックキャップ１４、或いは他の別の
セラミックキャップとの間の距離のバラツキが小さくな
り、またそれら両端のセラミックキャップの内面間の距
離のバラツキも効果的に小さく為され得るのであり、以
てそれら両端のセラミックキャップに取り付けられる放
電用の電極間距離が一定となることとなって、安定な放
電を行ない得る発光管装置を提供することが出来るので
ある。

そして、このように本発明に従って得られるセラミック
発光管は、その寸法精度が高められていることにより、
従来の如き焼成後における端部の研磨加工が全く不要と
なり、その加工の手間を有利に解消し得たのであり、ま
た発光管装置を作製するに際して、セラミックキャップ
の電極挿入孔に所定の電極を挿入して、フリットで封着
する際の特殊な治具を用いた寸法調節操作も全く不要と
為し得たのである。

加えて、かかる本発明手法によれば、セラミック素管２
とキャップ素材４との嵌合は、焼成されていない状態で
行なわれるものであるところから、それらが互いに馴染
んで密な嵌合を行なわせ易く、これによってセラミック
管１２とセラミックキャップ１４との有効なＭｉ織的結
合を行ない、以て効果的な接合部のリークタイト性を確
保することが出来るのである。

また、上記例示のように、セラミック素管２とキャップ
素材４の焼成収縮率を異ならしめることにより、特にセ
ラミック素管２を構成する高純度α−アルミナ粉末と、
キャップ素材４を構成する高純度α−アルミナ粉末の、
一次焼成時における初期焼成収縮率を異ならしめて、前
者を後者よりも大とすることによって、セラミック素管
２の端部とキャンプ素材４との圧着を、より効果的に行
なわしめ、以てそれらの圧着面での焼結反応を有利に進
行せしめて、結晶組織的に両者が一体化した構造にすれ
ば、セラミック管１２とセラミックキャップ１４との間
の接合部は完全にリークタイトと為され得るのであり、
また焼成に際して、特殊な治具を用いてキャップ素材４
を固定しなくても、位置ずれのない正確な接合を行なわ
しめることが出来、両端部のセラミックキャップ間の寸
法の信頼性を高めることが可能である。

なお、このように本発明に従って得られた【（（Ｄラン
プ用セラミック発光管は、従来と同様にして、その両端
部に所定の電極が設けられて、目的とするＨ　ＩＤラン
プに装着される発光管￥２置とされることとなる。例え
ば、第３図に例示の如く、セラミック発光管１６の両端
部にセラミ、クキャノブ１４．１４が一体的に設けられ
た場合にあっては、それらセラミックキャンプ１４．１
４の電極挿入孔に所定の電極がそれぞれ挿入、セットさ
れて封着される一方、セラミック管１２内に所望の発光
金属乃至はその化合物や適当なガスが導入されて、発光
管装置が形成される。また、一方の端部のみにセラミッ
クキャップ１４が一体的に設けられたセラミック発光管
にあっては、セラミックキャップ１４に適当な電極が挿
入、セットされる一方、他端側は、所定の電極がセット
された同様な構造の適当なセラミックキャップにて封鎖
され、またセラミック管内に適当な発光金属乃至はその
化合物やガス等が封入せしめられて、発光管装置が作製
されることとなるのである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は、セラミック
管の端部を閉塞するセラミックキャップを与えるキャッ
プ素材として、端部にフランジ部を有する円筒体を用い
、これを、セラミ、り管を与えるセラミック素管の少な
くとも一方の端部に嵌め込むことにより、かかるフラン
ジ部の存在によって該キャップ素材の嵌込み量を規定し
、以て焼成して得られるセラミック管とセラミックキャ
ップが一体となったセラミック発光管の寸法精度を高め
、またそのようなセラミックキャップに取り付けられる
電極と他方の電極との間の距離を一定ならしめて、それ
ら電極間における放電の安定性を効果的に高め、更には
従来の如き焼成後の研暦加工や電極をセットする際の寸
法調節作業を不要ならしめると共に、それらセラミック
管とセラミックキャップとの接合部のリークタイト性を
著しく向上せしめたものであり、そこに本発明の大きな
工業的意義が存するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明方法におい
て用いられるセラミック素管及びキャップ素材の一例を
示す断面説明図であり、第２図は、そのようなセラミッ
ク素管の端部にキャップ素材を嵌合せしめた状態を示す
断面説明図であり、第３図は、第２図の如くキャップ素
材をセラミック素管の両端部に嵌合せしめて焼成するこ
とにより得られる一体的なセラミック発光管を示す断面
説明図であり、第４図は、第３図におけるＡ部拡大断面
図であり、第５図は、本発明において好適に用いられる
高純度α−アルミナ粉末の一次焼成時の焼成収縮率の一
例を示すグラフである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光管本体を構成するセラミック管の少なくも一
   方の端部が、放電用の電極を支持するセラミックキャッ
   プにて閉塞せしめられた、高圧金属蒸気放電灯用セラミ
   ック発光管を製造するにあたり、 前記セラミック管を与えるセラミック素管を、所定のセ
   ラミック原料を用いて成形する一方、該セラミック素管
   と同種のセラミック原料を用いて、円筒体の一端側の外
   周面にフランジ部を設けた形状の、前記セラミックキャ
   ップを与えるキャップ素材を成形し、次いで該キャップ
   素材を、そのフランジ部が前記セラミック素管の端部に
   当接するように、その円筒部において該セラミック素管
   の端部に嵌め込み、そして焼成を行なうことにより、前
   記セラミック管と前記セラミックキャップとの結晶組織
   が一体化されたセラミック発光管を形成することを特徴
   とする高圧金属蒸気放電灯用セラミック発光管の製造法
   。
2. （２）前記セラミック素管が、前記キャップ素材よりも
   大なる焼成収縮率を有する特許請求の範囲第１項記載の
   製造法。
3. （３）前記セラミック素管及びキャップ素材の成形にそ
   れぞれ用いられる前記セラミック原料が、何れも高純度
   α−アルミナ粉末である特許請求の範囲第１項記載の製
   造法。
4. （４）前記焼成操作が、酸化雰囲気中における一次焼成
   と還元雰囲気中における二次焼成とによって、行なわれ
   る特許請求の範囲第３項記載の製造法。
5. （５）前記セラミック素管を構成する高純度α−アルミ
   ナ粉末が、前記キャップ素材を構成する高純度α−アル
   ミナ粉末よりも大なる、前記一次焼成における初期焼成
   収縮率を有している特許請求の範囲第４項記載の製造法
   。