JPS6258563A - 高圧ハロゲン化金属放電ランプおよびその製造方法 - Google Patents

高圧ハロゲン化金属放電ランプおよびその製造方法

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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】 本発明は高圧ハロゲン化金属放電ランプの製造に関する
。さらに詳細には、本発明は、セラミック・アークチュ
ーブを有するノ＼ロゲン化金属放電ランプおよびそのよ
うなランプのだめのアークチューブに導電性の端部密封
部材を封止する方法に関する。１５０ワット以下程度の
小電力で動作する高圧ハロゲン化金属ランプを設計する
場合に当面する問題の１つとして、例えばすす、ナトリ
ウム、インジウムおよびタリウムのコラ化物、塩化物お
よび臭化物のようなノ＼ロゲン化金属の十分な分圧を確
保する問題である。そのためには一般に、ランプが、そ
のランプの設計入力電力が低下されるにつれて達成する
のが徐々に困難となる比較的高い最低アークチューブ温
度（クール・スボ−／　）温度）で動作するように構成
される必要がある。
従来、ハロゲン化金属ランプでは熔融シリカ管体が用い
られていた。他方、例えば結晶性アルミナ、サファイア
またはスピネルのような光透過性セラミンク材料で形成
されたアークチューブは高温に耐えることができ、シリ
カよりも反応性が強く、かつ小さい寸法のものとして容
易に作成されうる。
セラミ、り・アークチューブは、ランプが６００℃以北
のクールスポット温度および７００℃〜１０００℃で動
作しうるようにする。このような高い温度で動作できる
ようにすることによって、アーク間隙を減寸でき、より
コンパクトなランプが得られる。このことはまた、ラン
プの電圧降下が８０〜１３０ボルトまで低下することを
も意味する。従って、ランプは、例えば高圧ナトリウム
放電ランプに使用するために開発されたコントロール・
ギヤのような市販のコントロール・ギヤで稼働されうる
。従って、セラミック・ハロゲン化金属ドースがはじめ
て市販しうる商品となることができた。
例えば全長が２０〜３０ｍのオーダでアーク間隙の長さ
が１（ｌｉｍ以下のように寸法の小さいセラミック・ア
ークチューブを有する高圧ハロゲン化金属ランプ（以下
これをセラミック・ランプと呼ぶ）を製造する場合の主
たる問題点は、揮発性の充填物質の…失を伴なわずに最
後のシールを作成する点である。このようなセラミック
・ランプをシールする場合には、セラミック・アークチ
ューブの部分を例えば１６００℃のような高い温度に加
熱することが行なわれ、かつこのようなコンパクトなア
ークチューブでは、ドース（ｄｏｓｅ）がほんの短い距
離しか離れていない。他の問題は、例えばヨーロッパ特
許公報第５５０４９号に開示されているようなＭ　ｇ　
Ｏ，Ｓ　ｉ　Ｏ２およびＡ６ｚＯｓよりなるハロゲン化
金属に対して耐性を有するシール組成は、約７００　′
Ｃで軟化するガラス質シールを生成し、従って７００〜
１０００℃の温度で動作するように設計されたランプに
使用するのには不適当であることは明らかであろう。
本発明は光透過性のセラミック材料よりなるアークチュ
ーブを有し、７００℃〜１０００℃の温度で動作するよ
うになされており、ハロゲン化金属ドース、７に銀およ
び希ガスよりなる充填物を有し、導電性サーメント端部
密封部材のうちの少なくとも１つが迅速に形成された軟
化温度の高い結晶性シールによってアークチューブの一
端部に封止された高圧ハロゲン化金属放電ランプを製造
する方法であって、最初にガラス質シールを形成し、次
にそのガラス質シールを結晶性シールに変換する工程を
特徴とする方法を提供する。
本明細書において用いられている迅速に形成された結晶
性シールという表現は、そのシールは、それの形成時に
、ドース（ｄｏｓｅ）を逃がしてしまうような過剰な時
間のあいだ加熱されて軟化状態となされるものではない
ことを意味する。全シール工程に、そのシールが軟化さ
れないさらに長い期間を含むこと除外するものではない
。
ランプ製造時にアークチューブ管体内にドース（ｄｏｓ
ｅ）を封入することは種々の段階を含みうるが、最も重
要な段階は、ドース（ｄｏｓｅ）がアークチューブ内に
入れられて後に行なわれる最後のシール工程である。も
しこれが確実に行なわれない場合には、揮発性のドース
（ｄｏｓｅ）が部分的にまたは完全に失なわれランプ動
作が悪影響を受けることになりあるいはシール形成時に
漏れたドース（ｄｏｓｅ）材料によってシール材料が汚
染されることになりうる。
本発明の他の態様によれば、７００℃〜１０００℃の温
模で動作するようになされており、光透過性セラミック
材料で形成され、ハロゲン化金属、水銀および希ガスよ
りなる充填物質を有するアークチューブを具備した高圧
ハロゲン化金属放電ランプの製造方法であって、アーク
チューブの最後（Ｄシー／Ｉ／７！ｌ＜、シール組成を
ガラス質シールとし次にそれを結晶性シールに変換する
最後のシール工程によって行なわれ、そしてその最後の
工程が４分以内で行なわれ、充填物質の損失が回避され
るようになされた方法が提供される。
本発明のさらに他のａ様によれば、７００℃〜１ｏｏｏ
℃の温度で動作するようになされた高圧ハロゲン化金属
放電ランプであって、光透過性セラミック材料よりなる
アークチューブと、このアークチューブ内において１０
■宵以下のアーク間隙だけ離間された電極を具備してお
り、前記電極が封止されている導電性のサーメット端部
密封部材によって前記アークチューブ内に封入されたラ
ンプを始動するためのハロゲン化金属ドース、水銀およ
び希ガスが前記アークチューブに入れられており、前記
サーメット端部密封部材のうちの少なくとも１つが迅速
に形成された軟化温度の高い結晶性シールによってアー
クチューブの端部に封止された高圧ハロゲン化金属放電
ランプが提供される。
ヨーロッパ特許公報第５５０４９号に開示されているよ
うに、ガラス質シールは、結晶性構造を有し、耐熱性の
高いシールに変換されうる。これは、１０００℃までの
温度で数時間のあいだ付加的な熱処理を行なうことによ
って達成されうる。
構成要素が約７００℃の温度で３０分のあいだ加圧状態
に保持され、それに続いてさらに加圧された状態で９５
０℃において１時間以上加熱される。
これらの処理時間は、ガラスを結晶性の状態に変換する
ための上記ヨー口・７バ特許公報に開示された方法にほ
ぼ対応している。英国特許第１５４４７７９号では、５
〜８時間の処理時間を用いており、他方、英国特許第１
０４８２８９号では、１〜２時間の処理時間が用いられ
ている。
これら２件の特許はいずれもハロゲン化金属ランプにお
けるシールを作成することに関するものではない。高温
動作型セラミック・ハロゲン化金属ランプを開発してい
るときに、ガラス質シールが予想外に迅速に結晶性シー
ルに変換でき、それによって１分半以内に結晶性シール
を完全に作成することができることを本発明者等は確認
した。一般的な製造の観点からは前記ヨーロッパ特許公
報第５５０４９号に開示された処理時間をある程度短縮
することが望ましいであろうが、このような短い時間で
迅速に形成される結晶性シールを作成することができる
のは実に驚くべきことである。
さらに驚くべきことは、シール材料を溶融させるのに必
要とされかつ亀裂を伴なうことなしにそのような短時間
でアークチューブに加えられる多世の熱にアークチュー
ブが耐えうるということであ一 シールのガラス質状態から完全に結晶性の状態に変換し
うる能力はそれらの組成に応じて変わることを本発明者
等は確認した。各場合において、ガラス質シールを注意
深く制御された加熱スケジュールに従って加熱する必要
がある。ガラス質シールを最低１１２５℃、最高１２ｏ
Ｏ℃の温度に加熱するようになされなければならない。
最高変換速度は、１１５０±２５℃においてかつ完全に
結晶性のシールが軟化することなしに１３００’と１３
６０℃との間の温度に耐えうる場合に生ずることを認め
た。このようなシールを本明細書では迅速に形成された
軟化温度の高い結晶性シールと呼び、従って、この種の
シールは、アークチューブの端部における温度が１００
°Ｃのオーダとなるハロゲン化金属放電ランプに使用す
るのに特に適している。
以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。
第１図には、導電性部材１２および１３を埋設された導
電性端部密封部材１１を具備した端部密封構体ｌＯが示
されている。部材１２は導入（リード・イン）部材を形
成し、部材１３は電極１４に対する軸状支持体を形成し
ている。Ａｘ２０３２０重量％、ＭｇＯ２８重量％およ
びＳｉＯ□５２重量％よりなるシールガラスまたはフリ
ントがＰＶＡまたは他の適当なバインダと一緒にプレス
成形されたリング状体１５となされる。このバインダは
空気中での焼成によって除去される。リング状体１５は
ヨーロッパ特許公報第５５０４９号に開示されているの
と同様の態様で予め溶融することによってサーメット部
材ｌｌ上に被着される。
他の方法としては、真空中で加熱することによって、望
ましくないガスまたは物質を除去してシール組成を鈍化
してもよい。さらに他の方法としては、リング状体をア
ークチューブにおける本来の位置で溶融されてもよい。
端部密封構体１０は、第２図に示されているように、空
の多結晶アルミナ製アークチューブ１７の上端１６上に
単に配置されているだけであり、そのアークチューブ１
７内にはまだドース（ｄｏｓｅ）は配置されていない、
単一体（モノリス）構造を形成するために公知の態様で
セラミック・シール要素をアークチューブ内で焼結させ
ることによってそのアークチューブの端部が最初に形成
された。
ザーメソト１１とアークチューブ１７との固定されてい
ない組立構体を被ってヘルジャ−１８が配置される。こ
のペルジャーは脱気されるかあるいはアルゴンのような
希ガスを充填されうる。サーメット部材１１は矢印で示
されているように荷重Ｗを加えることによって所定の位
置に維持されるが、その荷重の印加は単純な錘りあるい
はばね装架された装置またはベローのようなそれに類す
る装置によって行なわれうる。次に、上記固定されてい
ない組立構体が例えば高周波電力によっ゛てペルジャー
１８内で、第３図に示されているようなｊＪＩＩ熱スケ
ジュールに従って、約７５秒の期間にわたって約１５０
０℃の温度に加熱される。これによって、シール組成は
ガラス質シールを形成するのに必要な少なくとも１３５
０℃に加熱される。
このようにして形成されたシールは、その加熱を停止し
かつそのシールを自然冷却させることによって焼入れさ
れる。
放電アークチューブはガラス質シールによってサーメッ
ト端部布１．１構体１０を封着されて完成した状態で反
転され、そしてこのアークチューブ内！こ、選択された
ハロゲン化金属ドースが入れられる。このドース（ｄｏ
ｓｅ）は、アークチューブの単位容積当り、ヨウ化ナト
リウム６．４■／　ｃｃ、臭化タリウム１．４ｇ／ｃｃ
、ヨウ化第二水銀０．４３＋ｎｇ／ＣＣ、インジウム０
．２１ｍ＋ｒ／ｃｃよりなり、かつアークチューブの単
位容積当り５〜３０■の星の水銀を含み、勿論、始動を
容易にするために、１〜３００　ｔｏｒｒで、アルゴン
のような希ガスを添加される。適当な金属ハロゲン化物
としては、ずず、ナトリウム、インジウムおよびタリウ
ムのヨウ化物、塩化物および臭化物がある。他の金属ハ
ロゲン化物でも、セラミック・アークチューブと化学的
に適合しうるちのであれば、使用されうる。本発明が提
供しようとしているコンパクトなアークチューブの場合
には、すなわち、全長が３０ｆｉより大きくなく　２０
　ｍｍまでであり、アーク間隙が５〜３ｍｍでありＬｏ
ｗより大きくなく、アークチューブ直径が７６３５鶴で
あるアークチューブの場合には、ドース（ｄｏｓｅ）が
、シール工程で用いられる加熱装置かられずかに１１〜
１２ｍｍの位置にあり、これにより、揮発の問題が相当
程度に悪化する。アークチューブ内に充填物が入れられ
ると、端部密封構体１０がシール組成１５と一緒にアー
クチューブの他の端部１９上に配置される。第１の端部
に対するガラス質シールを得るための上述した手法を用
いて、第２の端部シールすなわち最後のシールが完成さ
れる。この手法に従って、第２の端部または最後のガラ
ス質シールも７５秒で作成されうる。ガラス質シールに
対するこのシール時間は非常に短い。それは冷却期間を
含まないので、上述したヨーロッパ特許公報第５５０４
９号に開示されている４分というシール時間と直接対比
されうる。このようにシール時間が非常に短いので、加
熱装置が近接していても、揮発によるＩＮ失を伴なうこ
となしにドース（ｄｏｓｅ）をアークチューブ内に確実
に封入することができる。このような本発明の作用効果
は主として最後のシールが迅速に形成されることによる
と考えられるが、工程を容易にするためにある程度の熱
流しを用いうる。
最後のシールを完成するために、上記ガラス質シールは
それを第４図に示されている他の加熱スケジニールに従
って加熱することによって軟化温度の高い結晶性シール
に変換される。これは、例えばアルゴンのような希ガス
の雰囲気内で実施されるべきである。１つまたは複数の
ガラス質シールが１１２５℃を最低温度および約１２０
０℃を最高温度として加熱される。この実施例では、サ
ーメント部材１１の頂部において測定された温度、すな
わちキャップ温度が１３００℃まで引き上げられ、シー
ルに所要の温度が得られた。変換のために用いられた特
定の加熱スケジュールが第４図に示されている。変換は
６０秒の全加熱スケジュールのうちの最後の１０秒で生
じ、非常に迅速であるから、その変換時にシール材料が
比較内軟いガラス状態となるまで加熱されても、揮発性
のドース（ｄｏｓｅ）は逃げない。ガラス質の状態から
結晶性の状態までの実際の変換は６０秒の加熱スケジュ
ールの最後の１０秒で発生することが観察されたから、
変換をさらに迅速に達成するために他の加熱スケジュー
ルを案出しうると考えられる。
従って、ガラス質の状態から結晶性の状態への変換工程
は１分以下で実現されうるちのと考えられる。この時間
には冷却期間は含まれていないが、冷却速度は比較的重
要でないから、冷却工程を含めてもよい。２つの加熱工
程が順次的に行なわれる連続的なプロセスを含むことが
望ましい場合がありうる。第５図には、第３図および第
４図の加熱スケジュールで使用されたシール組成よりも
耐熱性の若干低いシール組成を用いて単一の工程で結晶
性シールを生成する加熱スケジュールが示されている。
この場合には、キャップ温度は１６２０℃であり、華−
のシール工程は８０秒で終了した。
軟化温度の高い結晶性シールを用いてアークチューブの
両端を封止することは不要不可欠の要件ではない。一端
は、例えば直接焼結のような他の方法によって封止され
てもよい。導電性サーメット部材を直接焼結して放電ラ
ンプ用の端部密封部材における絶縁セラミック部材とす
ることが米国特許第１５７１０８４号に開示されている
。直接焼結については、１９８５年５月２７日に日本で
開催された１、Ｅ、Ｓ、会議においてイワサキ・エレク
トリック・カンパニ・リミテッドのエイチ・キクガワ、
ニス・ヤマヤキおよびケイ・タカツーにより発表された
「セラミックハロゲン化金属ランプの新しい構造および
その特性」という論文に開示されており、その論文には
、実験的なハロゲン化金属ランプについての研究成果が
記述されている。その実験ランプはわずかに１０００時
間の寿命試験を行なっただけで、その試験結果を解析し
たものであった。ランプを８００℃〜９００℃の温度で
動作させた場合に、そのランプの下端部に非常に大きな
損傷が生じたことが上記論文に報告されている。第６図
には一端部を直接焼結によって封止されたアークチュー
ブが示されている。
第６図において、２０は整形された結晶性アルミナ・ア
ークチューブであり、このアークチューブは、それの管
壁２３に直接焼結された導電性のサーメット部材２２に
よって第１の端部２１を密封されている。サーメット部
材は導入端子２４と電極２５を設けられて完成する。他
の端部２６は、本発明に従って、番号２８および太線２
９で示されているようにガラス質シールから結晶性シー
ルに変換されたＭｇＯ，Ｓ　ｉ　Ｏｘ　、ＡＩｔｏ、シ
ール組成によってアークチューブ管体の端部内に封入さ
れたものとして形成される。サーメット部材２７も導入
端子３０および電極３１を設けられて完成する。第２の
端部が封止されるのに先立って、ハロゲン化金属ドース
（ｄｏｓｅ）がある程度の水銀および希ガスと一緒にア
ークチューブ２０内に挿入される。整形されたセラミッ
ク・アークチューブは、第２図の実施例の四角にされた
ものとは対照的に、電極の前後に有効なシールドを与え
る利点を有している。
第７図には、本発明による高圧ハロゲン化金属放電ラン
プ３２が示されている。これは結晶性アルミナ放電アー
クチューブ３３よりなり、このアークチューブ３３はモ
ノリス構造かあるいは上述した整形された管端を有し、
その中にハロゲン化金属ドース、水銀および希ガスを封
入して完成する。アークチューブ３３は、例えばソーダ
ガラスのような軟質ガラスよりなる外側のだ円管体３５
内のニッケル・フレーム３４上に支持される。外側管体
３５は脱気される。フレーム３４はガラスフレア３８内
に封入されたり一ド３６．３７を存している。不純物を
除去するためにゲッター・リング３９．４０が設けられ
、かつエジソンねし部４１を設けて組立てが完了する。
本発明を実施するには、ＭｇＯ１Ｓｉｎ、、ＡＡ２０．
よりなる広範なシール組成、例えばヨーロッパ特許公報
第５５０４９号に開示されたシール組成が用いられうる
と考えられる。好ましい組成は、Ｓ　ｉ　Ｏｘ　　１５
〜６２重１％、Ａ／２０３１３〜２１重量％およびＭｇ
Ｏ２５〜２８重量％よりなるものである。上記ヨーロッ
パ特許公報に開示されているように、シール組成は、変
換を助長するためにチタニア、ジルコニアまたはクロミ
アのような核生成剤を５重量％まで含んでいてもよい。
特に好ましい組成はＭｇＯ２８，００重量％、／’７１
ｚｃｈ　２０．００重世％およびＳ　ｉ　０２５２．０
０重量％よりなるものである。他の好ましい組成はＭｇ
Ｏ１３，１重量％、Ａ　ｊｌ！　ｇｏ３３３．２重量％
およびジルコニウム３６．５重量％および１７．２〜２
０％Ｉｎ％よりなるものであり、これは耐熱性の高く、
第５図に示された加熱スケジュールで用いられている。
軟化温度の高い結晶性シールという表現を用いたが、こ
れは、１３００℃と１３６０°Ｃの間の高温で軟化しそ
れより低い温度では軟化しないシールを生ずる程度の結
晶性を有することを意味する。このような高温シールの
すべてに対して１００％結晶性が得られるならば好まし
いであろう。
将来性のシール方法が見出されないとは考えられないが
、ハロゲン化金属ランプが確実にシールされること、特
に本発明の高動作温度コンパクト・ランプを確実にシー
ルされることは、本発明では上述のようにシール時間が
極端に短いということに、完全にではないとしても非常
に大きく依存している。
用いられるシール組成の実際の成分およびラングの仕様
に応じて上述の手法は変更されうろことが理解されるで
あろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明で使用される端部密封構体を示す概略図
、第２図は本発明による放電アークチューブの端部に対
する端部密封部材の組立てを概略的に示す図、第３図は
本発明を実施する場合にガラス質シールを得るために用
いられる加熱スケジュール、第４図は本発明に従ってガ
ラス質シールを結晶性シールに変換するための加熱スケ
ジュール、第５図は単一工程で結晶性シールを作成する
加熱スケジュール、第６図は本発明に従って一端部だけ
を封止された整形されたアークチューブを示す図、第７
図は本発明による高圧ハロゲン化金属放電ランプを示す
図である。 図面において、１０は端部密封構体、１１は導電性端部
密封部材、１２．１３は導電性部材、１４は電極、１７
．２０．３３はアークチューブ、１８はペルジャーをそ
れぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、７００℃〜１０００℃の温度で動作するようになさ
    れた高圧ハロゲン化金属放電ランプであって、光透過性
    セラミック材料よりなるアークチューブと、このアーク
    チューブ内において１０ｍｍ以下のアーク間隙だけ離間
    された電極を具備しており、前記電極が封止されている
    導電性のサーメット端部密封部材によって前記アークチ
    ューブ内に封入されたランプを始動するためのハロゲン
    化金属ドース、水銀および希ガスが前記アークチューブ
    に入れられており、前記サーメット端部密封部材のうち
    の少なくとも１つが迅速に形成された軟化温度の高い結
    晶性シールによってアークチューブの端部に封止された
    高圧ハロゲン化金属放電ランプ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の高圧ハロゲン化金属放
    電ランプにおいて、シール組成がＳｉＯ＿２５１〜６２
    重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３１３〜２１重量％およびＭｇＯ
    ２５〜２８重量％よりなる前記放電ランプ。 ３、特許請求の範囲第２項記載の高圧ハロゲン化金属放
    電ランプにおいて、シール組成がチタニア、ジルコニア
    またはクロミアから選択された核生成剤を２０％まで含
    む前記放電ランプ。 ４、特許請求の範囲第１項記載の高圧ハロゲン化金属放
    電ランプにおいて、前記アークチューブの長さが３０ｍ
    ｍより大きくない前記放電ランプ。 ５、光透過性のセラミック材料よりなるアークチューブ
    を有し、７００℃〜１０００℃の温度で動作するように
    なされており、ハロゲン化金属ドース、水銀および希ガ
    スよりなる充填物を有し、導電性サーメット端部密封部
    材のうちの少なくとも１つが迅速に形成された軟化温度
    の高い結晶性シールによってアークチューブの一端部に
    封止された高圧ハロゲン化金属放電ランプを製造する方
    法であって、最初にガラス質シールを形成し、次にその
    ガラス質シールを結晶性シールに変換する工程を特徴と
    する方法。 ６、特許請求の範囲第５項記載の方法において、端部密
    封部材の封止が４分以内に完了する前記方法。 ７、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記ガ
    ラス質シールを軟化温度の高い結晶性シールに変換する
    工程が１分以下で完了する前記方法。 ８、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記ガ
    ラス質シールを軟化温度の高い結晶性シールに変換する
    ために加熱するのに先立って、そのガラス質シールを冷
    却する工程を含む前記方法。 ９、特許請求の範囲第５項記載の方法において、結晶性
    シールの形成が単一の連続工程で生ずる前記方法。 １０、特許請求の範囲第５項記載の方法において、アー
    クチューブの封止が最後の封止工程である前記方法。 １１、特許請求の範囲第５項記載の方法において、Ｍｇ
    Ｏ、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３シール組成を用いる前
    記方法。
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