WO2008123626A1

WO2008123626A1 - 複合発光管容器

Info

Publication number: WO2008123626A1
Application number: PCT/JP2008/056963
Authority: WO
Inventors: Keiichiro Watanabe
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2008-10-16
Also published as: JPWO2008123626A1; EP2133904A1; EP2133904A4; US8092875B2; US20080280079A1

Abstract

多結晶アルミナ発光管部材（３）は、中空の多結晶アルミナキャピラリー（１）と１枚以上の透明な単結晶アルミナ円板（２）を備える。多結晶アルミナ発光管部材（３）は高輝度放電灯の発光部としての機能を有し、多結晶アルミナ発光管部材（３）の内部から放射された光は、透明な単結晶アルミナ円板を通して外部に放射される。透明な窓を通過して放出される光は散乱による損失が少なく、ランプ効率が向上できる。透明な単結晶アルミナを通して放出される光は、光源としての大きさが電極間の距離と同等の大きさとなり、点光源として利用できるため反射鏡やレンズとの組み合せにより光学的に制御可能で、一般照明のみならず自動車用ヘッドライトやプロジェクター用ランプの発光管（バーナー）として応用できる。

Description

明細書

複合発光管容器発明の属する技術分野

本発明は、単結晶透明アルミナ円板を嵌め込まれた多結晶アルミナ発光管容器に関するものである。背景技術

単結晶アルミナ（サフアイャ）は、透明で耐熱性 · 耐磨耗性，耐蝕性に優れており、金属材料や有機材料が使用できないような厳しい環境下に於いても使用できる、優れた性質を持つ。しかしながら、単結晶アルミナを製造するためには、坩堝の中でアルミナを融点（ 2 0 5 0 °C ) 以上の高温にして融液状態とし、種結晶を接触させて引き上げて育成したり（C Z法）、種結晶の上部からアルミナの粉末を融液状態にして堆積成長（ベルヌィ法）させたりする製法をとるため、板や棒状等の単純な形状の素材しか作成することができない。

また、サファイアは、基本的に硬くて脆い脆性材料であるため、素材からの機械加工が困難であり、使用される領域が制限されてきた。一方、多結晶アルミナ（P C A ) は、アルミナ微粉末からなる成形体を融点より低い温度で焼成することにより、殆ど気孔の残留しない状態の焼結体として幅広く利用されている。アルミナ微粉末は種々の成形法を利用して形状付与できるため、形状の自由度が高く色々な形状のアルミナ焼結体が製造されて工業的に利用されてきた。

多結晶アルミナは基本的に光を通さないため、その用途は単なる耐磨耗 ·耐熱部材に限定されていたが、米国の C o b 1 eがアルミナ原料の不純物を少なくした高純度原料に、粒成長抑制剤を添加して焼結することにより、透光性を有する多結晶アルミナ焼結体の開発に成功し、一般照明用の高圧ナトリゥム灯ゃメタルハラィドランプの発光管に利用されるようになった（米国特許 3,026,210号）。

透光性がさらに改善されて透明なアルミナ材料が開発できれば、散乱による光の損失が低減されるため発光効率が向上し、更に一般照明用途ばかりでなく点光源としての利用範囲が拡大されるため、特開平 0 7 - 1 6 5 4 8 5号公報では、多結晶アルミナ焼結体に、単結晶アルミナを接触させて単結晶化し透明体にすることにより、多結晶アルミナの形状の自由度と透明性を両立させる方法が提案されている。

また、特表 2 0 0 1— 5 1 9 9 6 9号公報、特開 2 0 0 3— 1 5 7 7 9 8号公報では、単結晶アルミナ管に多結晶アルミナ焼結体を接合することにより、メタルハライド用の発光管を作成することが提案されている。

特許出願公開平 2 - 6 4 6 0 3号公報では、多結晶アルミナ管の内側にサフアイャ円板を焼き嵌めて、靦き窓として利用する発明が開示されている。発明の開示

しカゝし、特開平 0 7— 1 6 54 8 5号公報の方法は、部分的な単結晶化は可能なものの、部材全体の結晶の成長方向を任意の方向に制御することは難しく、複雑な形状に自在に適用することは困難である。

特表 2 0 0 1— 5 1 9 9 6 9号公報、特開 2 0 0 3— 1 5 7 7 9 8号公報には、サフアイャのチューブの両端に多結晶アルミナ部材を焼き嵌めしたメタルハライド発光管を提案しているが、サフアイャチューブは製造することが困難でコストも高く、管の表面には結晶成長時に生ずる結晶成長面に特有の表面の凹凸があり、光の直進性が乱れる。このため表面を機械加工して滑らかな表面に仕上げることが必要になる場合があるが、その場合は更にコストが高くなつてしまう。

特許出願公開平 2 - 6 4 6 0 3号公報には多結晶アルミナのチューブにサフアイャの円板を焼き嵌めした、光導部材が開示されている。この部材は透明のサフアイャ窓を通して、内部の状態を視き見る目的に使われるものであり、高輝度放電灯ランプ発光管への利用を狙った.ものではなく、気密性を発現するための技術的な開示もない。

本発明の課題は、透明な窓部を備えており、信頼性が高くコスト的にも安価な、高輝度放電灯ランプ用発光管を提供することである。

本発明は、多結晶アルミナからなる発光管部材と、 1枚以上の単結晶アルミナからなる透明円板とを備えており、前記透明円板が前記発光管部材の円形開口部に対して気密性を発現するよう直接嵌め込まれて一体化していることを特徴とする、複合発光管容器に係るものである。本発明の構成要素である多結晶アルミナと単結晶アルミナは、化学的には同じ材料であり、高輝度放電灯のような高温で使用しても、互いに反応することも無く、安定している。また、温度差による応力が発生する部材として使用しても、多結晶アルミナの熱膨張係数は、単結晶アルミナの各結晶軸の熱膨張係数の加重平均であり、単結晶アルミナとの熱膨張係数の差は非常に小さく、互いの界面に発生する熱応力も小さい。単結晶透明アルミナ板の形状を円板状に限定することにより、多結晶アルミナ部と単結晶透明アルミナ板の境界に発生する応力の集中が避けられ、発光管容器全体に均一な熱応力が発生するため、信頼性が高い。透明な窓を介して放出される電極間の放電で生じた光は、散乱等による損失が少ない。このためランプ効率が向上する。透光性アルミナからなる発光管を用いた高輝度放電灯では、電極間の放電で生じた光が直接放出されず発光管内で散乱して外部に放出されるため、散乱による損失が避けられなかった。

透光性アルミナからなる発光管を用いた高輝度放電灯では、電極間の放電で生じた光が発光管内で散乱して外部に放出されるため、光源の大きさが発光管の大きさの制約になってしまい、点光源ではなく拡散光源になっていた。拡散光源の場合、反射鏡やレンズとの組合せによる光の制御には限界があり、自動車用へッドライトゃプロジェクタ一等の光学装置への応用は困難で、一般照明用に用途が限定されてきた。

本発明では、電極間の放電で生じた光が単結晶アルミナ透明窓を通して出てくるので、発光部から発生する光がそのまま直線的に放出され、その放電距離が小さい場合は実質的に点光源として取り扱うことができる。点光源から出てきた光は種々の反射鏡やレンズと組合せることによつて、平行光に変換したり、スポット的に集光するなど光学的に自在に制御することが可能になる。図面の簡単な説明 . 図 1 ( a ) は、本発明の複合発光管容器 2 0を示す斜視図であり、図 1 ( b ) は、多結晶アルミナ発光管部を拡大して示す斜視図である。図 2 ( a ) は、図 1に示す外観を有する複合発光管容器 2 0 Aを示す縦断面図であり、図 2 ( b ) は、複合発光管容器 2 0 Aの横断面図である。

図 3 ( a ) は'、図 1に示す外観を有する複合発光管容器 2 0 Bを示す縦断面図であり、図 3 ( b ) は、複合発光管容器 2 0 Bの横断面図である。

図 4 ( a ) は、図 1に示す外観を有する複合発光管容器 2 0 Cを示す縦断面図であり、図 4 ( b ) は、複合発光管容器 2 0 Cの横断面図である。図 5 ( a ) は構造体 2 1の斜視図であり、図 5 ( b ) は図 5 ( a ) の円筒端部の拡大図である。

図 6は、構造体 2 1 の断面図である。

図 7は、構造体 2 1の斜視図であり、仮想重心点から放射された光の広がりを示す。

図 8 ( a ) は構造体 2 1 の斜視図であり、図 8 ( b ) は図 8 ( a ) の円筒端部の拡大図で爪状の透明単結晶アルミナ円板位置決め用の段差の例である。

図 9は、構造体 2 2の斜視図である。

図 1 0は、構造体 2 3の斜視図である。

図 1 1は、実施例で作製したキヤビラリ一、円筒部の構造体の成形体全体を示す写真である。

図 1 2は、実施例で作製したキヤビラリ一、円筒部の構造体の一部を拡大して示す写真である。発明を実施するための最良の形態

多結晶アルミナ発光管部材の厚さを 0.3 m m以上とすることにより、単結晶透明アルミナ円板を充分な気密性を発現するような嵌合力を確保することができる。また多結晶アルミナ発光管部材ではその厚さを 3 m m以下にすることにより、肉厚差に起因する温度差による熱応力を小ざくすることができる。また透光性多結晶アルミナ発光管部材では、その厚さを 3 m m以下にすることにより、高輝度放電灯の発光管などに用いたときの透光性も確保することができる。

更に、多結晶アルミナ発光管部材の平均結晶粒子径を 40 / m 以下とすることにより、多結晶アルミナ部材の強度バラツキが小さくなり、信頼性が向上する。第一の好適形態においては、円形開口部に単結晶透明アルミナ円板 1 枚を焼成収縮差を利用して気密性を発現するよう、接合材を用いることなく一体的に嵌合固定する。発光管部材の外側には発光管部材材料と同じ多結晶アルミナからなる中空のキヤビラリ一が、単結晶透明アルミナ円板と平行になるように、左右軸対称にそれぞれ 1本づっ設置されている。このキヤビラリ一内部に設けられた貫通穴を利用して内部に発光物質とガスを入れ、更に電極棒を電極の先端が接触しないようそれぞれ挿入し密封固定することにより、発光管部材の仮想重心点の近くに 2本の電極先端で挟まれたギヤップが確保される。このギヤップ間に放電を起こさせることにより高輝度放電灯の発光管として機能させることが可能になる。 ' .

多結晶アルミナ発光管部材は、中空の略球形状とすることができる。また、発光管部材について例えば略球状の仮想形状を想定し、この仮想形状の一部を平面に沿って切断および除去した形状となるように、円形開口部を一^ 3形成する。

第二の好適形態においては、多結晶アルミナ発光管部材を円筒形状とすることにより、単結晶透明アルミナ円板をその両側の開口端部にそれぞれ一枚ずつ合計 2枚、焼成収縮差を利用して気密性を発現するよう、接合材を用いることなく一体的に嵌合固定する。円筒側面の外側には、円筒材料と同じ多結晶アルミナからなる中空のキヤビラリ一が、その中心軸が円筒の仮想重心点を通るように、左右軸対称にそれぞれ 1本づっ設置されている。このキヤビラリ一内部に設けられた貫通穴を利用して内部に発光物質とガスを入れ、更に電極棒を電極の先端が接触しないようそれぞれ挿入し密封固定することにより、円筒内の仮想重心点位置に 2本の電極先端で挟まれたギャップが確保される。このギャップ間に放電を起こさせることにより第一の好適形態と同様に、高輝度放電灯の発光管として機能させることが可能になる。

前述したような構造とすることにより、電極先端のギヤップは円筒の重心点と一致するため、放電によって生じたプラズマ発光部と円筒内面壁との距離が等方的になり、プラズマ発光部の温度が均一に保たれるため、安定した点灯状態を維持することが可能になる。

第三の好適形態においては、多結晶アルミナ発光管部材が基本的に正三角柱からなり、三角柱の両端面にそれぞれ一本づっ合計二本の中空の多結晶アルミナからなるキヤビラリ一が、その中心軸が三角柱の仮想重心点を通るように、左右軸対称に設置されており、三角柱の側面に設けられた円形の開口部にそれぞれ一枚の単結晶透明アルミナ円板が合計三枚配置され、多結晶アルミナ発光管部材の円形の開口部の内側面とサフアイャ円板の側面が焼結により気密性を発現するよう直接一体化している。

このような構造にすることにより、円筒の側面に単結晶透明アルミナ円板を二枚嵌合した構造に比較して、単結晶透明アルミナ円板の開口率を大きくすることができる。

また、キヤビラリ一の中心軸の延長線が、三角柱の仮想重心点を通るように設けてあるため、第一及び第二の好適形態と同様に、このキヤピラリ一内部に設けられた貫通穴を利用して内部に発光物質とガスを入れ、更に電極棒を電極の先端が接触しないようそれぞれ挿入し密封固定することにより、三角柱の仮想重心点に 2本の電極の先端部から形成されるギヤップが確保され、高輝度放電灯の発光管として機能させることが可能になる。

さらに電極先端のギヤップが三角柱の重心点と一致するため、放電時によって生ずるプラズマ発光部と三角柱内面壁との距離が等方的になりプラズマ温度が均一に保たれるため、安定した点灯状態を維持することが容易になる。

第四の好適形態においては、多結晶アルミナ発光管部材が基本的に立方体（正六面体）からなり、立方体の仮想重心を通る二つの対称な項点に、それぞれ中空の多結晶アルミナからなるキヤビラリ一が一本づっ合計二本軸対称に設置されており、立方体の各側面に設けられた円形の開口部にそれぞれ一枚の単結晶透明アルミナ円板が合計六枚配置され、多結晶アルミナ発光管部材の開口部側面の内側と単結晶透明アルミナ円板の側面が焼結により気密性を発現するよう直接一体化している。

このように六枚の単結晶透明アルミナ円板が嵌合された構造にすることにより、円筒の側面に単結晶透明アルミナ円板を二枚.嵌合した構造や三角柱の側面に単結晶透明アルミナ円板を三枚嵌合した場合に比較して、複合発光管容器の単結晶透明アルミナ円板の開口率を更に大きくすることができる。

またキヤビラリ一の中心軸の延長線が、立方体の仮想重心点を通るように設けてあるため、第一、第二及び第三の好適形態と同様に、このキャビラリー内部に設けられた貫通穴を利用して内部に発光物質とガスを入れ、更に電極棒を電極の先端が接触しないようそれぞれ揷入し密封固定することにより、立方体の仮想重心点に 2本の電極の先端から形成されるギヤップが確保され、高輝度放電灯の発光管として機能させることが可能になる。

さらに電極先端のギヤップが立方体の重心点と一致するため、放電時のプラズマ発光部と立方体内面壁との距離が一様になり、プラズマ温度が均一化するため、安定した点灯状態を維持することが容易になる。仮想重心点を通り単結晶透明アルミナ円板面に垂直に延長した軸と単結晶透明アルミナ円板面側面から仮想重心点が通過する仮想線が形成する角度が 1 5 ° より小さいと、単結晶透明アルミナ円板の相対的な開口面積が小さくなり、点光源として利用できる光量が充分確保できない。同じく仮想重心点を通り単結晶透明アルミナ円板面に垂直に延長した軸と単結晶透明アルミナ円板側面から仮想重心点が通過する仮想線が形成する角度が 60° より大きい光は、単結晶透明アルミナ円板表面で全反射するため、有効に利用されない。いたずらに開口面積が大きい単結晶透明アルミナ円板を嵌め合わせても無駄になる。

多結晶アルミナ発光管部材の円形の開口部に単結晶透明アルミナ円板の位置決めをするための段差を形成することにより、焼成収縮を利用して直接一体嵌合する場合の単結晶透明アルミナ円板の固定が容易になる。単結晶透明アルミナ円板の厚みは 0.3 m m以上であると、多結晶アルミナ発光管部材に焼嵌めした時の応力に耐えることができる。厚みが 3 m mを越える単結晶透明アルミナ円板の焼嵌め固定は、多結晶アルミナ側の残留応力が大きくなりすぎて、多結晶アルミナ側にクラックが生成することがあり、気密性を維持することが困難になる。

単結晶透明アルミナ円板の直径が 2 m m未満では開口面積が小さく、本願発明の効果が充分でない。また焼き嵌め時の締め付け力を確保できず、気密性を発現することが難しい。単結晶透明アルミナ円板の直径が 5 0 m mを越えると、多結晶アルミナ発光管部材側に発生する残留応力が大きくなりすぎて、多結晶アルミナ発光管部材側にクラックが生成することがあり、気密性を維持することが困難になる。

単結晶アルミナ円板の平面部の表面粗さ（R a ) が 0 . 0 1 /z m以下であれば、表面の凹凸による散乱が低減され、透明体としての機能が確保される。 '

単結晶透明アルミナ円板の平面と側面が交差する角部が鋭角であると、焼き嵌め時にチッビングが発生し、そこを起点として単結晶透明アルミナ円板にクラックが進行して、気密性の発現が妨げられる原因となる。このため、単結晶透明アルミナ円板の平面と側周面が交差する角部に R 加工を施されていると、このようなチッビングの防止に有効である。単結晶透明アルミナ円板の C軸方向を厚み方向に対して ± 5° 以下に一致させることにより、単結晶透明アルミナ円板の平面方向の熱膨張係数が等方的になり、多結晶アルミナ発光管部材の円形開口部に嵌め込まれた時に発生する応力もほぼ等方的になって均一化され、応力集中を避けることができる。

単結晶透明アルミナ円板には、サブグレインと呼ばれる僅かに結晶軸の異なった部分が含まれる場合がある。そのようなサブグレインを含む単結晶透明アルミナ円板を用いて焼き嵌めを行うと、単結晶透明アルミナ円板が焼き嵌め後に割れてしまう場合がある。このため単結晶透明ァルミナ円板にはサブグレインを含まない方が好ましい。

以下、本発明に係る実施例について、図面を参照しつつ更に説明する。図 1 ( a ) は、本発明の複合発光管容器 2 0を示す斜視図であり、図 1 (b ) は、多結晶アルミナ発光管部を拡大して示す斜視図である。図 2 ( a )、図 3 ( a )、図 4 ( a ) は、それぞれ、図 1に示す外観を有する複合発光管容器の縦断面図である。図 2 ( b)、図 3 (b)、図 4 (b ) は、それぞれ、図 1に示す外観を有する複合発光管容器の横断面図である。

図 1に示す例においては、複合発光菅容器構造体 2 0は、中空の多結晶アルミナ発光管部材 3と、多結晶アルミナからなる中空のキヤビラリ一 l a 、 l b からなる。発光管 3は、仮想的な略球体の一面を平面に沿つて切断した外側形状を有している。そして、キヤピラリー l a、 l b の中心軸が前記仮想球体の仮想重心点を通るように合計 2本、発光管部材の側面外側に設置されている。発光管部材 3の円形開口部 1 0に 1枚の単結晶透明アルミナ円板 2が、 1枚、位置決め用の段差 4を利用して嵌め込まれている。単結晶透明アルミナ円板 2の側面 7 と円形開口部の内面は、焼結により気密性を発現するよう直接一体化している。

図 2〜図 4には、複合発光管容器構造体 2 0 A、 2 0 B、 2 0 Cの各断面図を示している。中空のアルミナ発光管部材 3の内側の形状は、円形開口部 1 0の中心を垂直に通過する仮想軸 Aを中心にして回転対称の曲面で構成されている。

即ち、図 2 ( a )、 ( b ) の例では、発光管部材 3は、半球状の底部 2 5 Aと、その上に延びる円筒状部分 2 6 とを備えている。半球状の底部 2 5八の内面3 3、円筒状部分 2 6の内面 3 bは、それぞれ、円形開口部の中心を垂直に通る仮想線 Aに対して回転対称をなしている。また、各キヤビラリ一の中心軸 Eは、発光管部材 3の仮想重心点 Oの近くを通り、かつ、仮想球体の前記仮想重心点 G上を通る。一対のキヤビラリ一は、仮想球体の前記仮想重心点 Gに対して回転対称である。

図 3 ( a ) , ( b ) の例では、発光管部材 3は、回転楕円体状の底部 2 5 Bと、その上に延びる円筒状部分 2 6 とを備えている。底部 2 5 Bの内面 3 a、回転楕円体状の底部 2 6の内面 3 bは、それぞれ、円形開口部の中心を垂直に通る仮想線 Aに対して回転対称をなしている。また、各キヤビラリ一の中心軸 Eは、発光管部材 3の仮想重心点 Oの近くを通り、かつ、仮想球体の前記仮想重心点 G上を通る。一対のキヤビラリ一は、仮想球体の前記仮想重心点 Gに対して回転対称である。

図 4 ( a )、 ( b ) の例では、発光管部材 3は、円錐状部 2 5 Bと、その上に延びる円筒状部分 2 6とを備えている。円錐状部 2 5 Bの先端 2 5 aは球状に湾曲している。円錐状部 2 5 Bの内面 3 a、円筒状部分 2 6の内面 3 bは、それぞれ、円形開口部の中心を垂直に通る仮想線 Aに対して回転対称をなしている。また、各キヤビラリ一の中心軸 Eは、発光管部材 3の仮想重心点 Oの近くを通り、かつ、仮想球体の前記仮想重心点 G上を通る。一対のキヤビラリ一は、仮想球体の前記仮想重心点 G に対して回転対称である。

図 5に示す例においては、複合発光容器構造体 2 1は、円筒形状の多結晶アルミナ発光管部材 3と同じく多結晶アルミナからなる中空のキヤピラリー l a 、 1 b からなり、キヤビラリ一の中心軸が円筒の仮想重心点を通るように軸対称にそれぞれ 1本づっ合計 2本円筒側面外側に設置されており、円筒両端の開口部にそれぞれ 1枚の単結晶透明アルミナ円板 2 a 、 2 b が合計 2枚位置決め用の段差 4を利用して嵌め込まれている。単結晶透明アルミナ円板の側面と円筒内面は、焼結により気密性を発現するよう直接一体化している。

図 6は、複合発光管容器構造体 2 1の断面を示す。この図において円筒内の仮想重心点 0 を通り単結晶透明アルミナ円板に对して垂直に延長した軸 A と単結晶透明アルミナ円板側周面から仮想重心点を通過する仮想線 B が形成する角度 Θが規定される。この角度が 1 5 ° 以下の場合、円筒の直径と高さの比が 0 . 2 6 ： 1以下の小さい値となり、円筒の開口部が著しく小さくなってしまう。このため点光源として利用できる光の割合が小さくなる。また円筒の形状が細長くなり、発光管の中心部において電極間のギヤップの放電で発生するプラズマと円筒内壁の距離が方向によって大きく異なるため、安定的に放電を維持することが困難になる。

この角度 0が 6 0 ° を越える場合、円筒の直径と高さの比が 1 . 1 7 : 1をこえる値となり、円筒の開口部を大きく取ることが可能になるが、発光管の中心部から発せられ単結晶透明アルミナ円板に入射する光は入射角 6 0 ° 以上では全反射し発光管の外部に放射されない。更に円筒の形状が扁平になり、発光管の中心部において電極間のギャップの放電で発生するプラズマと円筒内壁の距離が方向によって大きく異なるため、安定的に放電を維持することが困難になる。

図 7においては、複合発光管容器の仮想重心点に発生した光が、透明単結晶アルミナ円板を通して放出される光の面積割合（立体角）を示している。

図 8に示す例においては、複合発光容器構造体 2 1は、円筒形状の多結晶アルミナ発光管部材 3と多結晶アルミナからなる中空のキヤビラリ一 l a 、 l b からなり、キヤビラリ一の中心軸が円筒の仮想重心点を通るように軸対称にそれぞれ 1本づっ合計 2本円筒側面外側に設置されており、円筒両端の開口部にそれぞれ 1枚の単結晶透明アルミナ円板 2 a、 2 b が位置決め用の段差 4 a〜4 d を利用して嵌め込まれている。位置決め段差 4 d は、円筒形状の多結晶アルミナ発光管部材 3の陰となって図 8上には記載されていない。

図 9に示す例においては、複合発光容器構造体 2 2は、基本的に正三角柱状の多結晶アルミナ発光管部材 3と同じく多結晶アルミナからなる中空のキヤピラリー l a、 l b からなり、キヤビラリ一の中心軸が三角柱の仮想重心点を通るように軸対称にそれぞれ 1本づっ合計 2本正三角柱の両端面に設置されており、三角柱側面に設けられた円形の開口部にそれぞれ 1枚の単結晶透明アルミナ円板 2 a 、 2 b 、 2 c が合計 3枚嵌め込まれている。単結晶透明アルミナ円板の側面と三角柱の側面に設けられた円形の開口部内面は、焼結により気密性を発現するよう直接一体化している。ただし、単結晶透明アルミナ円板 2 cは、円筒形状の多結晶アルミナ発光管部材 3の陰となって図 9上には図示されない。なお、図 9に円板 2 bおよび 2 cが図示される場合には、円板 2 aは隠れて図示されず、図 9に円板 2 cおよび 2 aが図示される場合には、円板 2 b は隠れて図示されない。

図 9においては多結晶アルミナ発光管部材 3の正三角柱の両端の角部は、機能上不要なため円形の開口部に沿うように丸められて、滑らかにキヤビラリ一に繋がれている。また側面の角部も丸められている。三角柱の形状は、発光管としての機能を発現できるように設計されれば良い力透光性多結晶アルミナ発光管部材 3全体がなるべく均一な肉厚であるようにすることが望ましい。 - 図 1 0に示す例においては、複合発光容器構造体 2 3は、基本的に立方体形状の多結晶アルミナ発光管部材 3 と同じく多結晶アルミナからなる中空のキヤビラリ一 1 _a 、 l b からなり、キヤビラリ一の中心軸が立方体の仮想重心点を通るように軸対称にそれぞれ 1本づっ合計 2本立方体の軸対称な頂点に設置されている。立方体の各側面に設けられた円形の開口部にそれぞれ 1枚の単結晶透明アルミナ円板 2 a 、 2 b 、 2 c 、 2 d、 2 e、 2 f が合計 6枚嵌め込まれている。単結晶透明アルミナ円板の側面と立方体の側面に設けられた円形の開口部内面は、焼結により気密性を発現するよう直接一体化している。

ただし、図 1 0においては、円板 2 a、 2 bおよび 2 cが図示されており、円板 2 d、 2 eおよび 2 f は発光管部材に隠れて図示されない。図 1 0に円板 2 d、 2 eおよび 2 f が図示される場合には、円板 2 a、 2 bおよび 2 cは発光管部材に隠れて図示されないことになる。

図 1 0においては多結晶アルミナ発光管部材 3の立方体の各頂点の角部は、機能上不要なため円形の開口部に沿うように丸められている。また滑らかにキヤビラリ一に繋がれている。立方体の頂点の形状は、発光管としての機能を発現できるように設計されれば良いが、多結晶アルミナ発光管部材 3全体がなるべく均一な肉厚であるようにすることが望ましい。 . 実施例 (実施例 1 )

透光性アルミナ用原料粉末を用いて、図 1 1、図 1 2に示すキヤビラリーと円筒部からなる成形体をゲルキャスト成形法により作成した。成形体は最大 3 mmの肉厚の円筒部 3 と肉厚 1. 1mmのキヤビラリ一部 l a、 l bからなる。円筒部の開口部は 1 2 mm、円筒部の高さは 8m mである。円筒の開口部には、単結晶アルミナ円板 2 a、 2 bの位置決めをするための爪状の段差 4が形成されている。この成形体を大気中 1 , 3 0 0°Cで焼成してバインダーの除去と仮焼成を行った。仮焼成後の成形体は焼結により約 1 0%収縮する。こうして得られた仮焼成体の窓部に、表面粗さが R aが 0. 0 0 9 μ mに研磨加工した直径 1 0 mm、厚さ 0. 8 mmの透明な単結晶アルミナ円板をそれぞれの開口部に 1枚ずつ挿入し、水素雰囲気中 1 , 8 0 0°Cで 3 時間焼成して、アルミナ仮焼結体を更に焼結させることにより更に約 2 0 %収縮させ、単結晶透明ァルミナ円板の側面を円筒開口部の内面に焼成接合することにより気密性を発現させ、単結晶透明アルミナ円板と透光性多結晶アルミナ部材が直接一体化した複合発光管容器を作製した。得られた複合発光管容器は良好な気密性を示した。

なお、本発明における「気密性」は、ヘリウムリーク試験によって、リ一ク量が 1 0— ⁸atm'cc/sec 以下であることを意味する。ヘリウムリ —ク試験の方法は以下による。

複合発光容器の内部をキヤビラリ一の開口端を利用して真空状態にし、複合発光管容器の外側にヘリゥムガスを噴きかけ、複合発光管容器内に浸入するヘリゥムガス量をヘリゥムリーク量検出装置にて測定する。こうして得られた複合発光管容器の一方のキヤビラリ一部に、タンダステンからなるコイル部を備えた電極部とニオブからなる導入導体部をモリブデンを介して接合した金属部品を挿入し、導入導体部とモリブデンの接合部分の位置が、キヤビラリ一端部近傍で導入導体がキヤビラリ一の外側に出るように冶具で仮固定し、リング状の封止用フリット材料を導入導体から挿入してキヤビラリ一端部に置いた後、その部分を所定の温度まで加熱溶融して気密に封止した。

更にアルゴン雰囲気のグローブボックス内で、この片方の端部が気密封止された複合発光管容器中に、もう一方の封止されていないキヤビラリー側から水銀および発光金属として Na、 Tl、 Dyのヨウ化物を適量入れ、先程と同様にタングステンからなるコイル部を備えた電極部とニォブからなる導入導体部をモリブデンを介して接合した金属部品を挿入し、導入導体部とモリブデンの接合部分の位置が、キヤビラリ一端部近傍で導入導体がキヤビラリ一の外側に出るように冶具で仮固定し、リング状の封止用フリット材料を導入導体から挿入してキヤビラリ一端部に置いた後、その部分を所定の温度まで加熱溶融して気密に封止し複合発光管とした。

この複合発光管の導入導体に電流供給のためのリード線を溶接し、ガラス外球中に挿入してランプとし、所定の安定器電源を利用して電流を流すことにより、メタルハラィド高圧放電ランプとして点灯させることができた。

(実施例 2〜 5 )

表 1に示す様に、透光性アルミナ原料粉末を用いて各種サイズのキヤビラリーと円筒部からなる成形体をゲルキャストにより作成した。焼結後の円筒部肉厚は 1〜 3 m m、キヤビラリ一部の肉厚は同じく 0 . 5〜 1 . 2 m m , 焼結後の円筒の開口部は 2〜4 O m mになるような成形体を大気中 1 , 3 0 0 °Cで焼成してバインダ一の除去と仮焼成を行った。仮焼後の成形体は仮焼結により約 1 0 %収縮する。こうして得られた仮焼成体の窓部に、表面粗さ R aが 0 . 0 0 7〜 0 . 0 0 9 /x mに研磨カロェした直径が 2〜 4 0 m m、厚さが 0 . 5〜 2 . 5 m mの透明な単結晶アルミナ円板をそれぞれの開口部に 1枚ずつ挿入し、更に水素雰囲気中 1 , 8 0 0 °Cで 3 時間焼成して、アルミナ仮焼体を更に焼結することにより収縮させ、単結晶透明アルミナ円板の側面を円筒の開口部の内面に焼成接合し、単結晶透明アルミナ円板と透光性多結晶アルミナ部材が直接結合した複合発光管容器を作製した。得られた複合発光管容器は良好な気密性示し、更に単結晶アルミナ円板の開口角 Θが 3 0〜 5 6 ° であるため、開口率が 1 3〜4 4 %と大きく充分な可視光の透過性を示し、高輝度放電ランプ用の発光管容器としての機能を持っていることが確認された。

こうして得られた実施例 2〜 5の複合発光管容器の一方のキヤビラリ一部に、タングステンからなるコイル部を備えた電極部とニオブからなる導入導体部をモリブデンを介して接合した金属部品を挿入し、導入導体部とモリブデンの接合部分の位置が、キヤビラリ一端部近傍で導入導体がキヤビラリ一の外側に出るように冶具で仮固定し、リング状の封止用フリツト材料を導入導体から挿入してキヤビラリ一端部に置いた後、その部分を所定の温度まで加熱溶融して気密に封止した。

更にアルゴン雰囲気のグローブボッタス内で、この片方の端部が気密封止された複合発光管容器中に、もう一方の封止されていないキヤビラリー側から水銀および発光金属として Na、 Tl、 Dyのヨウ化物を適量入れ、先程と同様にタングステンからなるコイル部を備えた電極部とニォブからなる導入導体部をモリブデンを介して接合した金属部品を挿入し、導入導体部とモリブデンの接合部分の位置が、キヤビラリ一端部近傍で導入導体がキヤビラリ一の外側に出るように冶具で仮固定し、リング状の封止用フリット材料を導入導体から揷入してキヤビラリ一端部に置いた後、その部分を所定の温度まで加熱溶融して気密に封止し複合発光管とした。

これらの複合発光管の導入導体に電流供給のためのリ一ド線を溶接し、ガラス外球中に挿入してランプとし、所定の安定器電源を利用して電流を流すことにより、メタルハラィド高圧放電ランプとして点灯させることができた。

表 1

実施例実施例実施例実施例実施例 1 2 3 4 5 円板の枚数 2 2 2 2 2 円板の表面粗さ

0.007 0.007 0.007 0.009 0.007

( m )

円板の直径（mm) 10 8 5 2 40 円板の厚さ（mm) 0.8 0.8 0.5 0.5 2.5 円板側面角部 R

0.3 0.2 0.2 0.1 0.5 ( m m )

円板の厚み方向に対

< 1 < 1 < 1 4 < 1 する C軸の角度（° )

円板の単結晶アルミ

ナのサブグレインの無し無し無し無し無し右 fiE

円板の開口角（° ) 30 45 56 45 45 円板の開口率（％) 13 29 44 29 29 多結晶アルミナ部材

円筒円筒円筒円筒円筒の形状

多結晶アルミナ部材

2 2 1.5 1 3 の肉厚 (mm)

キヤピラリーの

0.8 0.8 0.6 0.5 1.2 肉厚 (mm)

キヤビラリ一の

2.4 2.4 1.8 1.5 3.6 外径（mm)

多結晶アルミナの

28 28 28 28 25 平均結晶粒径（/X )

He リーク 10一⁸ 10一⁸ 10— ⁸ 10一⁸ 10一⁸ (atm - cc/sec) 以下以下以下以下以下 (実施例 6〜 7、比較例 1〜 4 )

表 2に示す様に、アルミナ原料粉末を用いて円筒、正三角柱、立方体形状の多結晶アルミナ発光管部材 3とキヤビラリ一からなる成形体をゲルキャストにより作成した。焼結後の多結晶アルミナ発光管部材 3の肉厚は 0. 8〜 1. 5 mm、キヤビラリ一部の肉厚は 0. 5〜 1. 5 mm、焼結後の多結晶アルミナ発光管部材の開口部は 1〜6 0 mmになるような成形体を大気中 1 , 3 0 0°Cで焼成してバインダ一の除去と仮焼成を行った。仮焼後の成形体は仮焼結により約 1 0 %収縮した。こうして得られた仮焼成体の窓部に、表面粗さ R aが 0. 0 0 9〜 l /x mに研磨加ェした直径が 1〜 6 0 mm、厚さが 0. 1 5〜 5 m mの単結晶アルミナ円板をそれぞれの開口部に 1枚ずつ挿入し、更に水素雰囲気中 1， 8 0 0〜 1， 8 6 0°Cで 3 時間焼成して、アルミナ仮焼体を更に焼結することにより収縮させ、単結晶アルミナ円板の側面を円筒の開口部の内面に焼成接合し、単結晶アルミナ円板と多結晶アルミナ部材が直接結合した複合発光管容器を作製した。

表 2

実施例実施例比較例比較例比較例比較例 6 7 1 2 3 4 円板の枚数 3 6 2 2 2 2 円板の表面

0.009 0.009 1 0.009 0.009 0.009 粗さ（μ m )

円板の直径

5 5 5 1 6 0 5 円板の厚さ

0.5 0.5 0.5 0.15 5 0.5 、mm)

円板側面角部

0.2 0.2 ピン角 0.05 0.2 0.2 R ( m m )

円板厚み方向に

対する C軸角度 < 1 4 10 < 1 < 1 < 1 (° )

円板の単結晶ァ

ルミナのサブグ無し無し無し無し無し有りレインの有無

円板の開口角

54 39 14 10 45 56 (。 )

円板開口率（％) 62 67 3 2 29 44 多結晶アルミナ正三角

AL ¾体円筒円筒円筒円筒部材の形状柱

多結晶アルミナ

1.5 1.5 1.5 0.8 5 1.5 部材の肉厚（mm)

キヤビラリ一の

0.8 0.8 0.8 0.5 1.5 0.6 肉厚（mm)

キヤピラリーの

2.4 2.4 2.4 1.5 4.5 1.8 外径（mm)

多結晶アルミナ

平均結晶粒径 25 20 28 28 45 28 ( μ )

He リーク 10—⁸ 10一⁸ リークリークリークリーク ( atm - cc/sec) 以下以下有有有有円板に多結日日割れ発円板にアルミ円板に備考生。割れ発ナ部材割れ発円板が生に割れ生不透明。発生その結果、実施例 6の多結晶アルミナ部材の形状が正三角柱の場合、透明な単結晶アルミナ円板を 3枚嵌合することができ、気密性を確保しつつ 6 2 %の開口率が達成された。更に実施例 7の多結晶アルミナ部材の形状が立方体の場合、透明な単結晶アルミナ円板を 6枚嵌合することができ、気密性を確保しつつ 6 7 %の開口率が達成され、高輝度放電ランプ用の発光管容器として優れた特性を有することが確認された。

一方、単結晶アルミナ円板の側面の角部がピン角で仕上げられた比較例 1の場合、焼嵌め後に単結晶アルミナ円板に割れが発生し、充分な気密性が得られなかった。単結晶アルミナ円板の厚さが、 0. 1 5 mmと 0. 3 mmより薄い比較例 2の場合も単結晶アルミナ円板が割れて、充分な気密性が得られなかった。単結晶アルミナ円板の直径が 6 Ommで 5 0 mmより大きく、厚さが 5 mmで 3 mmより厚い比較例 3の場合は、多結晶アルミナ側に割れが発生した。多結晶アルミナの平均粒径が 4 5 /z mと 4 0 μ πιより大きい比較例 3の場合も多結晶アルミナ部材に割れが発生し気密性が不充分となった。更に単結晶アルミナ円板の表面粗さが Ι μ πιと 0. 0 1 /z mより粗い比較例 1の場合は、単結晶アルミナ円板が透明にならず、可視光が直接透過しない。また単結晶アルミナ円板の開口角 0が 1 4° で 1 5° 未満の比較例 1及び 2の場合では、単結晶アルミナ円板の開口率が 3 %以下となって充分な光量を確保することが難しい。単結晶アルミナ円板の厚み方向に対する結晶の C 軸方向が 1 0° と 5° を越えてずれている比較例 1の場合、単結晶アルミナ円板面の熱膨張異方性に起因する応力が発生して、単結晶円板に割れが発生した。

また単結晶アルミナ円板にサブグレインが有る比較例 4の場合は、焼き嵌め後に単結晶アルミナ円板にクラックが発生した。

本発明にかかる多結晶アルミナ一単結晶透明アルミナ円板複合発光管容器は、高輝度放電灯の発光管への応用が可能である。 '

本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。

Claims

請求の範囲

1 . 多結晶アルミナからなる発光管部材と、 1枚以上の単結晶アルミナからなる透明円板とを備えており、前記透明円板が前記発光管部材の円形開口部に対して気密性を発現するよう直接嵌め込まれて一体化していることを特徴とする、複合発光管容器。

2 . 前記発光管部材に前記円形開口部が一つ設けられており、この円形開口部と平行に取り付けられた多結晶アルミナからなる一対のキヤビラリ一が発光管部材に備えられており、一対の前記キヤビラリ一が、前記円形開口部の中心を前記円形開口部に対して垂直に通過する仮想軸に対して対称に設けられており、前記発光管部材と前記透明円板の側周面とが気密性を発現するよう直接一体化していることを特徴とする、請求項 1記載の複合発光管容器。

3 . 前記発光管部材の内面が、前記仮想軸を中心にして回転対称の曲面で構成されていることを特徴とする、請求項 2記載の複合発光管容器。

4 . 前記発光管部材に取り付けられた多結晶アルミナからなる一対のキヤビラリーを備えており、前記発光管部材が円筒形状であって二つの側面にそれぞれ前記円形開口部を有しており、前記各キヤビラリ一の各中心軸が前記発光管の仮想重心点を通り、一対の前記キヤビラリ一が前記仮想重心点に対して略対称に設けられており、一対の前記円形開口部にそれぞれ前記透明円板が 1枚毎嵌め込まれており、前記発光管部材と前記透明円板の側周面とが気密性を発現するよう直接一体化していることを特徴とする、請求項 1記載の複合発光管容器。 '

5 . 前記発光管部材に取り付けられた多結晶アルミナからなる一対のキヤビラリ一を備えており、前記発光管部材が中空の三角柱形状であつて三個の側面にそれぞれ前記円形開口部を有しており、前記各キヤピラリ一の各中心軸が前記発光管の仮想重心点を通り、一対の前記キヤピラリ一が前記仮想重心点に対して略対称に設けられており、前記円形開口部にそれぞれ前記透明円板が 1枚毎嵌め込まれており、前記発光管部材と前記透明円板の側周面とが気密性を発現するよう直接一体化していることを特徴とする、請求項 1記載の複合発光管容器。

6 . 前記発光管部材に取り付けられた多結晶アルミナからなる一対のキヤビラリ一を備えており、前記発光管部材が中空の立方体形状であつて六個の側面にそれぞれ前記円形開口部を有しており、前記各キヤピラリ一の各中心軸が前記発光管の仮想重心点を通り、一対の前記キヤピラリーが前記仮想重心点に対して略対称に設けられており、前記円形開口部にそれぞれ前記透明円板が 1枚毎嵌め込まれており、前記発光管部材と前記透明円板の側周面とが気密性を発現するよう直接一体化していることを特徴とする、請求項 1記載の複合発光管容器。

7 . 前記発光管部材の壁厚が 0.3 m rr！〜 3 m mであり、前記発光管部材を構成する多結晶アルミナの平均結晶粒子径が 40 /x m 以下であることを特徴とする、請求項 1〜 5のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。

8 . 前記発光管の仮想重心点を通り前記透明円板に対して垂直な軸と、前記透明円板の側周面と前記仮想重心点とを結ぶ仮想線とが形成する角度が、 1 5 ° 〜 6 0 ° の範囲であることを特徴とする、請求項 1〜 7のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。 -

9 . 前記発光管部材の前記円形開口部に、前記透明円板を位置決めするための段差が形成されていることを特徴とする、請求項 1〜 8のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。 - 1 0 . 前記発光管部材および前記中空キヤビラリ一が、透光性を有する多結晶アルミナ焼結体からなることを特徴とする、請求項 1〜 9のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。

1 1 . 前記透明円板の厚みが 0.3 m m〜3 m mであり、直径が 2 m π！〜 50m mであることを特徴とする、請求項 1〜 1 0のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。

1 2 . 前記透明円板の平面部の表面粗さ R aが 0.01 ミクロン以下であることを特徴とする、請求項 1 〜 1 1のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。

1 3 . 前記透明円板の平面部と側周面との間の角部に R加工が施されていることを特徴とする、請求項 1〜 1 2のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。

1 4 . 前記透明円板を構成する前記単結晶アルミナの C軸方向が厚み方向に対してなす角度が ± 5 ° 以内であることを特徴とする、請求項 1〜 1 3のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。

1 5 . 前記透明円板を構成する前記単結晶アルミナの中にサブダレインが無いことを特徴とする、請求項 1〜 1 4のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。