JPS6364859B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は高圧金属蒸気放電灯に関し詳細には透
光性セラミツク管の両端部を導電性サーメツトデ
イスクで閉塞してなる発光管を具備した高圧金属
蒸気放電灯に関する。 〔従来技術〕 従来、例えば道路、トンネル又は講堂などの広
い場所を照明するため高圧水銀灯、高圧ナトリウ
ムランプ等の高圧金属蒸気放電灯が使用されてい
る。このようなランプは例えば一般に第１図に示
すような構造をしており金属蒸気たとえば水銀、
ナトリウム等の金属を発光管１０内に封じ込めて
ある。そしてその発光管の封止部２０の拡大図を
第２図に示す。ここで透光性セラミツク管２１と
同材質で同一製造条件で製造されたデイスク２２
にエミツターを含むタングステン電極２３が先端
に溶接されたニオブ製の通電導体２４を挿通しこ
れらをガラスセメントで気密に固定している。こ
こで通電導体として高価なニオブメタルを使用す
るのは、その熱膨張係数がセラミツクデイスクと
略一致しており通電導体２４とデイスク２２との
間のリークを防止できかつ耐熱性が高いためであ
る。 最近、演色性の高い照明への要求が増大し、そ
のため発光管内部に水銀等の金属及び希ガスとと
もに適当な種類の発光金属ハロゲン化物を封入す
ることにより種々の発光色を有する放電灯の実現
が求められていた。しかし前述のランプでは通電
導体であるニオブがハロゲン化物により腐蝕され
てしまうので実現できなかつた。このことを実現
するため特開昭52−71695号に開示されるような
放電灯が提案された。この放電灯ではハロゲン化
物からの腐蝕を防止するためニオブメタルの使用
をやめ第３図に示すような発光管封止部構造を有
してしる。 デイスク３２は例えば酸化アルミニウム粉末と
金属タングステン粉末を混合焼結した導電性サー
メツトであり、導電性をもたせるためタングステ
ンを重量パーセントで20％以上含んでいるもので
ある。このデイスク３２は導電性であるためタン
グステン電極３３とリード線３４とは金属導体で
連結挿入する必要はなく各々別々にデイスク３２
の内外に埋設固定することが可能となる。すなわ
ち透光性アルミナ管３１とデイスク３２はガラス
セメントで気密に固定されるがタングステン電極
３３とリード線３４は、夫々単に機械的にデイス
ク３２に挿し込み固着させるだけでよいためこの
固着部においての気密性は必要としなくなつた。 しかしこの従来例ではデイスク３２の材料とし
て通電性をもたせるため酸化アルミニウムにタン
グステンを一定の割合以上（容積比で0.045〜
0.2、重量比で18乃至49％）混合する必要がある
としておりその結果熱膨張係数が透光性アルミナ
管（酸化アルミニウム）の熱膨張係数と大きく開
いているため放電時に生じる熱による加熱で第２
図に示す従来例では問題とならなかつたデイスク
３２と透光性アルミナ管３１との間の封止部３５
にクラツクが生じ放電灯の寿命を長くすることが
できなかつた。又従来例では第３図に示すように
電極３３とリード線３４の内端部が接近している
ため近接部分において生じたクラツクが連通しや
すく寿命が短い。 〔発明の目的〕 本発明は種々の演色性を有し、長寿命でかつ安
価な高圧金属蒸気放電灯を提供することを目的と
する。 〔発明の要旨〕 本発明により実現される放電灯は上述の欠点を
解消するように封止デイスクの熱膨張係数を透光
性アルミナ管の熱膨張係数に近づけ封止部におけ
るクラツクの発生の防止を可能とするように封止
デイスク材料をアルミナとタングステンの混合焼
結材とし、その混合比を重量パーセントとしてア
ルミナ85〜92％タングステン８〜15％とする。こ
のことにより第５図に示す混合比と熱膨張係数と
の関係より熱膨張係数が7.0×10^-6／℃乃至7.9×
10^-6／℃となる。封止デイスクの電気抵抗値は
1mΩから５Ωの間に選択される。 又、第４図に示す如く電極４６とリード線４７
との位置関係を中心軸をずらすように配置するこ
とにより電極とリード線との接近距離を大きくし
かつ差し込み量を増大し、封止デイスクと電極、
リード線間の接触抵抗を減少することができる。 〔発明の構成作用〕 以下、本発明の詳細を第４図により説明する。
第４図において、透光性アルミナ管４１の管端部
には、その管端部への嵌挿部４４と封止冠４３と
よりなるサーメツトデイスク４２が、ガラスセメ
ント４５により封着されている。デイスク嵌挿部
４４の中心位置には、タングステンなどの放電電
極４６の基部が埋設固定される。又、デイスク封
止冠４３には、タングステン、モリブデンなどの
棒からなる、外部電源と接続するためのリード線
４７が、管軸方向に、且つ電極埋設位置と管径方
向にずれた位置に埋設固定される。 サーメツトデイスク４２は、酸化アルミニウム
とタングステンの混合物を焼結したもので、酸化
アルミニウムは顆粒粒度が44〜210μで重量比が
85％〜92％であり、タングステンは粉末粒度が
0.5〜1.0μで重量比が15％〜８％のものから得ら
れ、且つその体積固有抵抗値が1.0〜10^-2Ω・cm
から1.0×10²Ω・cmの間、熱膨張係数が、7.0×
10^-6／℃以上のものが選ばれる。 電極４６とリード線４７の間のサーメツトの電
気抵抗値は、サーメツトの体積固有抵抗値を1.0
×10^-2Ω・cmから1.0×10²Ω・cmの間に選ぶこと
によつて、1mΩから５Ωの間とすることができ
る。電極埋設部或いはリード線埋設部の接触抵抗
値が、10mΩ前後なので、サーメツトデイスクの
電気抵抗値を1mΩ以下とすることは無意味であ
る。一方、５Ω以上の電気抵抗値のサーメツトデ
イスクとすると、デイスク部の電力消費が過大と
なつて高温となり、デイスクのクラツクが発生し
易くなる。尚、デイスクに発熱作用を持たせない
場合、1mΩ〜100mΩの電気抵抗値を、デイスク
に発熱作用を持たせる場合、0.1Ω〜５Ωの電気
抵抗値を選択することが適当である。 サーメツトデイスクの熱膨張係数は、常温から
1000℃の値でタングステンの熱膨張係数5.1×
10^-6／℃と、アルミナの熱膨張係数8.6×10^-6／
℃の間となるが、この範囲内でなるべくアルミナ
に近い熱膨張係数のサーメツトが望ましい。何故
なら、第４図において、サーメツト４２はアルミ
ナ管４１と気密に接着している必要があるが、し
かし電極４６、リード線４７のタングステン棒と
は、気密に接着している必要はなく、タングステ
ン棒が脱落せず、電気的接続が保たれる程度に接
着していれば良いからである。そこでサーメツト
の熱膨張係数が7.0×10^-6／℃以下であれば、常
温からランプ動作温度の間の数千回のきびしい温
度サイクルを経る長いランプ寿命の間、サーメツ
トのクラツクが発生したりせず、発光管の気密は
保たれることが実験により実証できた。 一方酸化アルミニウムとタングステンの混合比
は、熱膨張係数及び電気抵抗値の観点から重要で
ある。サーメツトの熱膨張係数は、第５図に示さ
れるように殆ど酸化アルミニウムの混合比に依存
し、混合比が高い程、透光性アルミナ管の熱膨張
係数に近くなる。先述の７×10^-6／℃以上の熱膨
張係数のサーメツトを実現するには、酸化アルミ
ニウムの混合比を85重量％以上としなければなら
ないことは第５図より明らかである。一方電気抵
抗値も酸化アルミニウム混合比に依存している。
絶縁体である酸化アルミニウムの混合比が小さい
程混合焼結体の体積固有抵抗は小さく、従来酸化
物の混合比は多くても80重量％程度にとどめるの
が、サーメツトを製作する際の常識であつた。し
かし本願発明者等は酸化アルミニウムが85％以上
と大きい場合でも粉末粒度の調整によつて、必要
な体積固有抵抗値1.0×10^-2Ω・cm以上を実現で
き又、タングステン粉末の大きさが、酸化アルミ
ニウムのそれよりも充分に小さいならば、酸化ア
ルミニウム混合比が大きい時でも、サーメツトの
電気抵抗値を充分に小さくできることを発見し
た。例えば、タングステン粒度0.5μ、酸化アルミ
ニウム粒度44〜210μ、酸化アルミニウム重量比
85％の時、体積固有抵抗値は1.0×10^-2Ω・cmと
なる。 先述の通り、酸化アルミニウムの混合比が高い
程、熱膨張係数は大きくなつてアルミナに近くな
る。しかし、酸化アルミニウムの混合比が92重量
％を越えると最早、組成物の粒度をどの様に調整
しても、体積固有抵抗値が著しく大きくなつて実
質的に絶縁体となつてしまう。即ち、酸化アルミ
ニウムを85％〜92％、タングステンを15％〜８％
に選択することによつて、必要な熱膨張係数7.0
×10^-6／℃以上、必要な体積固有抵抗値1.0×
10^-2Ω・cm〜1.0×10²Ω・cmを合せ持つサーメツ
トを製作することができる。 さらに酸化アルミニウム顆粒及びタングステン
粉末の粒度は、一定の体積固有抵抗値を得るため
にのみ調整するのではなく、酸化アルミニウムの
顆粒粒度の限定理由は、44μ以下では酸化アルミ
ニウムとタングステンとの均一な混合が難しくな
り、所望の電気抵抗値にコントロールすることが
困難となるためであり、又210μを越えると焼結
体中の気孔が大きくなつてサーメツト自体の気密
性をそこなうためである。又、タングステン粉末
粒度の限定理由は、0.5μ未満では酸化アルミニウ
ムとタングステンの均一な混合が難しく所望の電
気抵抗値にコントロールすることが困難となるた
めであり、1.0μを越えると電気抵抗値が著しく高
くなつて実質的に絶縁体となるか、或いはサーメ
ツト自体の気密性をそこなうためである。酸化ア
ルミニウム顆粒とタングステン粉末の各々の粒度
の上記範囲内で、選択することにより所望の電気
抵抗値を得ることができる。 以上のサーメツト組成の調整を通して、サーメ
ツトデイスクの熱膨張係数選択に当たつては、専
らアルミナ管との関係を考慮した。しかし、タン
グステン棒とサーメツトの膨張係数の不一致は、
過度の内部応力を引起す可能性が有り注意を要す
る。例えば第３図の構造で、電極３３とリード線
３４の内端部との間の距離を１mmとした場合、ラ
ンプ点灯中、電極基部にクラツクを生じ、リーク
するに至つた。従つて応力割れを防ぎ、且つ脱落
せず、電気導通もある、電極及びリード線の固定
方法が工夫されなければならない。この問題の解
決方法が、第４図に示す構造であつて、要点は、
電極の埋設位置とリード線の埋設位置を管軸と垂
直の方向にずらせたことである。 この様な構造によつて、電極及びリード線を深
く埋設することができ、且つ電極とリード線との
離間距離を長くすることができる。 実際に電極及びリード線は、脱落及び電気不導
通の生じない様、封止部材に1.5mm以上深く挿入
する必要がある。そして応力割れを生じない様に
するため、電極とリード線との離間距離を１mm以
上とすることが好ましい。通常、デイスクの厚さ
は４mm程度であるため、第４図の構造ならば、電
極とリード線の深さを1.5mm以上、離間距離を１
mm以上と出来るが、第３図に示す従来例の構造で
は不可能である。第３図の構造では上述の関係を
可能とするために、封止部材をもつと厚くするこ
とが考えられるが、厚いデイスクは、発光管の端
部における電力損失を大きくするなど、ランプ特
性上好ましくない結果となり、又、酸化アルミニ
ウムの混合比を少なくして、デイスクの熱膨張係
数をタングステンに近づけることにより電極埋込
部クラツクを防止することも考えられるが、この
場合、前述の様に、アルミナ管とデイスクの接合
部におけるクラツクが発生し易くなる。 実施例 １ 第１表の原料欄に示すような15種類の酸化アル
ミニウム（Al₂O₃）粉末とタングステン（Ｗ）粉
末を混合成形し、水素雰囲気中1850℃で焼結し
た。 これらの焼結品について、ヘリウム・リーク・
デイテクターによるリーク量と、４端子法による
体積固有抵抗値および常温から1000℃の範囲の熱
膨張係数を測定し又、これらの焼結品とアルミナ
片をガラスセメントにて接着した試料を製作し
て、この試料について250℃→０℃の耐熱衝撃テ
ストを行つた。その結果を第１表に示す。 これらの結果から透光性アルミナ発光管および
タングステン電極の封止部材として、粒径が44〜
210μで85〜92重量％の酸化アルミニウム粉末と
粒径が0.5〜1.0μで15〜８重量％のタングステン
粉末を焼結したものが、リーク量が1.0×
10^-9He・cc・atom／sec以下、熱膨張係数が7.0
×10^-6／℃〜8.1×10^-6／℃で体積固有抵抗値が
1.0×10^-2Ω・cm〜1.0×10²Ω・cmであり、又、ア
ルミナと封着してもクラツクを起したりせず封止
部材としてすぐれていることが実証された。 すなわち本発明の範囲内の混合比である試料No.
１〜３、５〜６、８〜９、11及び13〜15耐熱衝撃
試験を行つたがクラツクは発生しなかつたが本発
明の範囲外（従来例）の混合比である試料No.４、
７、10及び12ではクラツクが発生した。

【表】

【表】 実施例 ２ 外径１mmの電極とリード線を埋設した、外径９
mmのサーメツトデイスクを、埋込形状を変えて、
９種類製作し、電気抵抗値測定及び250℃→０℃
の耐熱衝撃テストを行つた。焼成前のサーメツト
に1.2mmφの孔をあけ電極、リード線を挿し込み、
水素雰囲気中1850℃で焼結した。電極、リード線
の埋設部は、局部応力発生を招かないよう、バリ
エツジを取つておく。 ９種類のサーメツトデイスクの仕様及び試験結
果を第２表に示す。電極とリード線がずれた位置
に埋設されたデイスクでは、クラツクのはいりに
くいこと、及びリーク発生が少なく、ランプ寿命
を長くできることが実証された。又本実施例の場
合、電極及びリード線の埋込み深さが1.5mm以上
である限り、いずれも電極―デイスク間、リード
線―デイスク間の接触抵抗値は、10mΩ程度であ
り、電気的接続は充分であることが実証された。
尚、通常ランプの点滅回数は800回程度保証され
れば十分であるが上記のごとく電極とリード線と
を配置することにより5000回以上の点滅に耐える
ことが認められた。

【表】

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかな様に、本発明に
よる高圧金属蒸気放電灯用発光管の端部構造体は
1mΩから５Ωの間の任意の電気抵抗値が選択で
き、通電導体を挿通する必要のない端部構造体を
提供する。この構造体は、長い放電灯寿命に渡つ
て、リークやクラツクの発生を招かない、或いは
電極、リード線の抜けや脱落を防止できるなどの
利点を持つている。 本発明には高価なニオブ管を使用しない高圧ナ
トリウムランプ、保温板を必要としない高演色形
高圧ナトリウムランプ、或いは、高い発光効率と
良好な演色性を持つメタルハライドランプなどを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高圧金属蒸気放電灯の概略図、第２図
は従来の発光管封止部の拡大図、第３図は従来の
発光管封止部の拡大図、第４図は本発明の実施例
に従う発光管封止部の拡大図、第５図はタングス
テンの含有率と熱膨張係数との関係説明図であ
る。 〔主要部分の符号の説明〕デイスク……４３、
リード線……４７、電極芯棒……４６。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透光性セラミツク管の端部をサーメツトのデ
   イスクで閉塞してなる発光管において、 前記サーメツトが顆粒粒度44〜210μの酸化ア
   ルミニウム顆粒と粉末粒径0.5〜1.0μの金属タン
   グステン粉末からなる焼結体であり、該酸化アル
   ミニウム顆粒が85〜92重量％、金属タングステン
   粉末が15〜８重量％であることを特徴とする高圧
   金属蒸気放電灯用発光管。 ２ 透光性セラミツク管の端部をサーメツトのデ
   イスクで閉塞し、前記サーメツトを顆粒粒度44〜
   210μの酸化アルミニウム顆粒と、粉末粒径0.5〜
   1.0μの金属タングステン粉末とからなる焼結体で
   構成し、該酸化アルミニウム顆粒が85〜92重量
   ％、該金属タングステン粉末が15〜８重量％であ
   る発光管において、 前記デイスクの内側に電極芯棒を、外側にリー
   ド線を、それぞれ管軸方向に埋設固定し、各々の
   埋設位置を管軸と垂直方向にずらせたことを特徴
   とする高圧金属蒸気放電灯用発光管。 ３ 前記電極芯棒と前記リード線の離間距離が１
   mm以上であり、各々の埋設深さが1.5mm以上であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の高圧金属蒸気放電灯用発光管。