JPS624205B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、金属蒸気放電灯用セラミツクチユ
ーブ製造法に関し、ここに金属蒸気放電灯という
のは、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムラ
ンプなどである。

これらの放電灯に用いられている、発光管用セ
ラミツクチユーブとしては、近年開発が進められ
てナトリウム蒸気、金属ハロゲン蒸気に耐えるこ
とのできる半透明の多結晶アルミナセラミツクが
よく適合し、これを発光管として用いた金属蒸気
放電灯の実用化は、そのランプ効率が高いことか
ら省エネルギーの点で注目されている。

これらのランプの発光管としては、封入発光物
質、例えばナトリウムガス、金属ハロゲンガスに
対する耐食性、優れた光透過性が必要であり、そ
れ故透光性アルミナ磁器が唯一の材料として用い
られている。

しかしながら、透光性アルミナ磁器の発光管に
発光物質を封入して気密封着する際アルミナ磁器
は、水銀ランプに使用されている石英ガラス発光
管のごとき高温加熱だけで溶着封止され得るよう
な熱的展性がないため、従来、主として次のよう
な封着方法をとらざるを得なかつたのである。

その１例は第１図に示すように、両端開放に成
形焼成した透光性アルミナ磁器発光管（以下アル
ミナチユーブと記す）１に、そのアルミナチユー
ブとほぼ熱膨脹が等しい耐熱金属、例えばニオブ
のような金属材料、あるいはそのアルミナチユー
ブと同一もしくは類似のアルミナ磁器からなるキ
ヤツプ２をはめ合わせ、とくにガラスフリツトを
用いて封着し、そしてそのキヤツプ２の中央孔に
封入発光物質の導入を兼ねた耐熱金属製電極３を
同じくガラスフリツト４で封着する工程を、高温
真空下に施す封着方法である。

この封着方法は、1300℃〜1400℃の高温に加え
て真空条件が必要なため、封着操作が困難である
ばかりでなく、アルミナチユーブ１の全内周およ
びキヤツプ２の中央孔の内周にわたるガラス封着
面積が大きいために、ランプ使用中のくり返し点
滅により高温とくに、ヒートシヨツクにさらされ
た場合にガラス封着部から内部の発光物質が漏洩
するおそれがあり、とくに高効率および高演色性
ランプでは、その高圧・高温耐食性が要求される
ことからややもすれば信頼性に欠けるものであ
る。また、金属やセラミツクのキヤツプを用いる
ため、部品点数が多くなり、かつ厳密な寸法精度
を要求されることも相まつて高価となり、経済的
にも難点が伴なつた。

この他、上記のような欠点を解決する一つの方
法として、アルミナチユーブの両端部にセラミツ
クキヤツプをアルミナチユーブ焼成時に予め焼き
つけ、一体化させた製品も実現しセミクローズド
タイプアルミナチユーブと呼ばれているが、一般
に焼成収縮を十分に把握したアルミナ質成形用坏
土を用いて両端部開放のチユーブを成形し、さら
にこのチユーブよりも焼成収縮率が小さくなるア
ルミナ質原料によりキヤツプを成形し、これらは
生素地の状態で嵌合させ、ついで真空中または水
素雰囲気にて焼成することにより端部にキヤツプ
を一体焼成した透光性チユーブを得る方法であ
る。この方法は成形したチユーブとキヤツプを生
素地の状態にてはめ合わせる必要があるので、成
形体の損傷が多く発生するおそれがある上、チユ
ーブおよびキヤツプの焼成収縮の管理も難しく、
ときとして端部にクラツクが発生したり、チユー
ブとキヤツプの不完全溶着を生じて封入発光物質
もれを引起す原因となる不利がある。

さらに、アルミナチユーブとキヤツプを同材質
で一体に成形する発光管の製造方法として、特開
昭50―14171号公報等に記載されているように、
所定の外型に低融点の金属もしくは有機物質の中
子を組合わせ用いて、アルミナチユーブとキヤツ
プとが一体になつた形状に外型の側より加圧成形
し、その後加熱して中子を溶融流出除去させる方
法により製造するものがある。しかし、この方法
ではアルミナ成形材料が中子に圧着されるため、
アルミナ成形体が中子により汚染されたり、また
この中子取出しの際に溶融物がアルミナ成形体に
しみ込んだり、流出した際の跡が残つたりして欠
かんとなるため、その実際の適用はこれらの技術
的困難のために実用されるには至つていない。こ
の発明は上記したような発光管としてのアルミナ
質セラミツクチユーブの製造時に端部気密封着が
容易簡便かつ確実で、リークの発生原因となるよ
うな封着個所の少ない一体成形構造において、と
くに中子による不利を回避してしかもこの種のセ
ラミツクチユーブを安価に製造できる技術を提供
するためになされたもので、金属蒸気放電灯の発
光管に用いるアルミナ質セラミツクチユーブの製
造に当り、最終焼成で透光性アルミナ磁器となる
組成としてアルミナ微粉末に水および水溶性有機
物を主成分とする粘結剤を添加した主要原料より
成る成形形用坏土を用いて先ず部分的に肉厚の異
なるチユーブ形状素材に成形する段階と、次にこ
のチユーブ形状素材を内面形状が紡錘形をなす外
型のキヤビテイ内で該素材の内側に流体圧力を適
用してつくろうとする発光管に対応する長さの素
材管の中央部分でその端部よりも大きく管径を押
し拡げる形づけ段階およびこの形づけ段階を経て
該素材管を外型から取外し、その後焼成に供する
段階の順序結合になる、金属蒸気放電灯用セラミ
ツクチユーブの製造法である。

さてこの発明によるセラミツクチユーブの製造
には、最終焼成によつて、所望の透光性を呈する
アルミナ磁器が得られるように高純度で活性なア
ルミナ微粉末と必要な焼結助剤、そして予備焼成
により分解もしくは揮発する水溶性有機物を主成
分とする粘結剤および混合助剤例えば水を所定の
割合に秤量し、湿式で十分混合し、ついで後述す
る成形に十分な可塑性をもつように乾燥もしくは
混練して成形坏土を用意することが必要である。

アルミナ微粉末および焼結助剤は従来から知ら
れているとおりのα―アルミナ、γ―アルミナ、
マグネシウム化合物、稀土類化合物等を透光率、
焼成条件、機械的特性等の所要条件により選択す
る。

水溶性有機物は、ポリビニールアルコール、メ
チルセルロース等が適しているが、その選択およ
び量は製品の形状、大きさにより成形用坏土が成
形時に呈する可塑性の必要の度合から決めればよ
く、特定の条件に限定されるものではない。

水溶性有機物を粘結剤の主成分とする理由は、
前記アルミナ微粉末および焼結助剤との親和性が
よく、成形用坏土が均質となる効果をもち、かつ
取扱いも容易で安価であるばかりでなく、後で説
明する成形用型、とくにプラスチツク材の成形用
型において離型性にすぐれているからである。

なお、セラミツク工業分野で一般に用いられて
いるポリビニールブチラール、ポリプロピレン、
ポリエチレン等の非水溶性有機物を成形条件等の
理由により、粘結剤として一部併用することは可
能であるが、この場合にも前記の理由から、水溶
性有機物を主成分とすることが必要である。

混合助剤は混合物とよく濡れ、もしくは溶媒と
なるもので、後工程の乾燥、焼成で除去されるも
のであればよく、一般には水が用いられるが、成
形体の形状によつては非水溶剤も選択され得る。

上記の主要原料配合において成形用坏土に必要
な可塑性を得るために、真空土練機を用いると坏
土中に空気が含まれないから有効である。

次に、このようにして用意した成形用坏土を用
いて、部分的に肉厚の異なるチユーブ形状素材に
成形するのであるが、その一例を第２図により説
明すると、押し出し成形機、湿式プレス機などの
成形用坏土の出口８に、中芯６および外型７を設
け、それらの間隙に成形用坏土９を成形機より圧
送入することにより、部分的に肉厚の異なるチユ
ーブ形状素材５を成形する。

部分的に肉厚の異なるチユーブ形状素材５は、
第２図に示される一例では、金属蒸気放電灯用セ
ラミツクチユーブとして発光部、すなわちチユー
ブの中央部となる部分に、電極保持部、すなわち
チユーブの両側端部分の肉厚と同一にする場合で
あつて、チユーブの中央部となる外型７と中芯６
との間隙をチユーブの両側端部となるその間隙よ
り大きくなるように外型７の形状を定めてある。
金属蒸気放電灯用セラミツクチユーブとして、電
極保持部より発光部の肉厚をうすくする必要があ
る場合は、前記の例とは逆に外型と中芯との間隙
の中央部を両側端部と同一、または小さくするこ
とにより外型の形状を定めることもできる。

中芯６の外径は、チユーブの電極保持部の内径
を定めることになるので、チユーブ形状素材５の
最終焼成後の寸法として放電灯の電極径とほぼ同
一ないしやや大き目になるように成形することが
望ましい。さらに中芯６には、後に説明する圧力
流体経路となる細孔１０を設けてもよい。

部分的に肉厚の異なるチユーブ形状素材の成形
法として押し出し成形機、外型および中芯を用い
た場合の説明をしたが、本発明はこの方法に限定
されるものではなく、他の成形法、例えば、通常
の押し出し成形により直管状セラミツクチユーブ
を成形し、機械的加工法により所定の部分の肉厚
をうすくしたり、あるいは流し込み成形法により
成形物を得てもよい。

次に、部分的に肉厚の異なるチユーブ形状素材
を内面形状が紡錘形、すなわち金属蒸気放電灯用
セラミツクチユーブ形状に成形する方法を第３図
を用いて説明する。

第３図で示すように、上記のチユーブ形状素材
５は、前記中芯６に取付けられた状態で内面形状
が紡錘形をなす外型１１のキヤビテイ１２内に導
いてそのチユーブ形状素材５の一端からその内部
に流体圧力を適用する加圧機（図示せず）の圧力
注入端部材１３を外型１１に取り付け、他端には
チユーブ形状素材５の開口を閉ざす端部材１４
を、外型１１に取り付け、しかるのち加圧機を作
動させてチユーブ形状素材５の内部に中芯６の内
部に設けられた圧力流体経路用の細孔１０を通じ
て流体を圧入して、つくろうとする発光管に対応
する長さの素材管の中央部分の管径を端部の管径
より大きく押し拡げた後、加圧機の作動を停止
し、図に仮想線で示した成形体１５を圧力注入端
部材および端部材１４から離して外型１１から取
り出すのであり、そしてこの取り出しを容易にす
るために外型１１を図に添字ａ，ｂで区別したよ
うに素材管の中央部で管軸方向と直角方向に二分
し、ここで嵌合部１６を形成するように２分割す
ると、成形体の外面にできるバリが小さく除去も
容易であるので望ましい。この外型１１は、第３
図に示す単一成形体に対応する場合だけに限られ
ることなく、第４図に３個の例で示したように、
複数個の成型体を得る多連キヤビテイ１２ａ，１
２ｂ，１２ｃ…をもつ型式としてももちろんよ
く、この場合各成形体１５は上に準じる成形の直
後もしくは後述の焼成を経た後に切断して個々の
製品にすればよい。外型１１の内面キヤビテイ１
２の形状は、ランプ特性が満足されかつ成形体１
５の取出しが容易な形状をつくり出すことができ
れば任意でよくこれについて一般的な紡錘形と表
現したが、若干の変形が含まれることは説明する
までもない。

流体圧力の適用には通常空気が簡便であるが、
もちろん油圧をもちいてもよく、ただこの場合の
流体がチユーブ形状素材５を侵すことがないもの
を選ぶのはもちろんであつて、もしそのおそれが
ある場合は、流体が直接チユーブ形状素材と接し
ないようにたとえばゴム製のうすい弾性体膜を介
在して成形すればよい。

上記のようにして得られた成形体１５にはその
成形のために添加した粘結剤を除去するようにた
とえば空気中で予備焼成する。予備焼成の条件は
粘結剤の種類、製品の大きさによつて定めればよ
いが、そのうち温度については成形体の粉末の活
性が劣化しない温度、すなわち1200℃以下が望ま
しい。

予備焼成した成形体は、次に高温で最終焼成す
る。この最終焼成条件は原料組成、製品の大き
さ、要求される透光率、製品の機械的強度等の条
件によつて温度、時間、雰囲気を適宜に決定す
る。

上記の製造法で得られたアルミナ質・セラミツ
クチユーブ１７の一例を第５図、第６図に示すよ
うに両端部１８，１９の口径を、放電灯電極の挿
入に適合する寸法として容易に仕上げることがで
きて中央部分の胴径、すなわち発光物質が封入さ
れ発光する部分２０との間に何らの接合部がない
一体成形に成るため気密封着部分を最小限に抑え
ることができて、何ら内面汚損を伴わないので透
光率にすぐれる。また形状は第５図、第６図に限
られることなく、上記の成形条件に従つて適宜に
変形し得るものである。

実施例 純度99.99％で粒径0.1〜0.2ミクロンのアルミナ
微粉末に対し、添加物として酸化マグネシウム
0.05重量％、酸化イツトリウム0.05重量％、有機
バインダーとしてメチルセルロース３重量％、潤
滑剤としてポリエチレングリコール（ポリノン）
１重量％、および混合助剤として水25重量％を加
え、ニーダーを用いて十分混合した後、真空土練
機を用いて成形用坏土を作つた。ついでピストン
式押出機を用いて全長100mmで、両端部より各々
25mmの部分の外径が5.1mm、内径が2.5mmで、中央
部約50mmの部分の外径が6.5mm、内径が2.5mmのチ
ユーブ形状素材５を押出成形し、これらを直ちに
第３図のような内面のキヤビテイ１２が紡錘形を
なす形状の外型１１内に入れ、一端を端部材１４
で密封した後、他端より該素材管の内部に中芯６
の細孔１０を通じて空気を送入してキヤビテイに
沿つた形状の成形体１５に変形させた。この際成
形体１５の中央部の外径は約10mmで、肉厚は約
1.3mmで、チユーブ・全体の肉厚はほぼ均一なも
のであつた。

この加圧成形の終了後、誘電乾燥器により外型
に納めたまま約２分間乾燥し、チユーブ表面を硬
化させた後、外型より製品を取出した。

ついで800℃で３時間空気中で加熱し、有機物
を完全に除去した後、真空炉中で1800℃で６時間
焼成した。

このようにして得られたアルミナ質セラミツク
チユーブ焼成品につきヘリウムリークテスト機で
気密試験した結果10^-10atom・cc／secであり、ま
た200℃から水中への急熱試験にも耐え、さらに
積分球式透過率計で測定した全光線透過率は93％
であり、金属蒸気放電灯用セラミツクチユーブと
しての必要性能を満足するすぐれたものであつ
た。

以上述べたように、この発明の金属蒸気放電灯
用セラミツクチユーブ製造法によれば、従来のよ
うにチユーブにキヤツプを組合わせる必要なく同
一材質で一体化できるので気密性にすぐれ、製造
工程が簡便であるばかりでなく、両端部と発光部
分の肉厚をそれぞれ自由に変更ができ種々の発光
管にも適合する形状で容易に成形でき、とくに放
電灯の点滅時の熱衝撃に耐えるため、発光部およ
び電極部のチユーブ肉厚を均一にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発光管を一部断面で示した正面
図、第２図はこの発明の一方法によるチユーブ素
材の成形要領を示す模式図、第３図はこの発明の
方法によるチユーブ素材の内面形状を紡錘形に成
形する要領を示す模式図、第４図はこの発明に用
い得る外型の概念を示す断面図、第５図および第
６図はこの発明に従つて得られるセラミツクチユ
ーブを例示する要部を断面とした正面図である。 １…アルミナ磁器発光管（アルミナチユー
ブ）、２…キヤツプ、３…耐熱金属製電極、４…
ガラスフリツト、５…チユーブ形状素材、６…中
芯、７…外型、８…成形用坏土の出口、９…成形
用坏土、１０…細孔、１１…外型、１２…キヤビ
テイ、１３…圧力注入端部材、１４…端部材、１
５…成形体、１６…嵌合部、１７…セラミツクチ
ユーブ、１８，１９…セラミツクチユーブの端
部、２０…発光する部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属蒸気放電灯の発光管に用いるアルミナ質
   セラミツクチユーブの製造に当り、最終焼成で透
   光性アルミナ磁器となる組成としてアルミナ微粉
   末に水および水溶性有機物を主成分とする粘結剤
   を添加した主要原料より成る成形用坏土を用いて
   先ず部分的に肉厚の異なるチユーブ形状素材に成
   形する段階と、次にこのチユーブ形状素材を、内
   面形状が紡錘形をなす外型のキヤビテイ内で該素
   材の内側に流体圧力を適用してつくろうとする発
   光管に対応する長さの素材管の中央部分で、その
   端部よりも大きく管径を押拡げる形づけ段階およ
   びこの形づけ段階を経て該素材管を外型から取外
   しその後焼成に供する段階の順序結合に成ること
   を特徴とする金属蒸気放電灯用セラミツクチユー
   ブ製造法。