JPH01236573A - 高圧金属蒸気放電灯用発光管 - 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（以下、ＨＩＤランプと
呼称する）用発光管に係り、特に発光管を構成する透光
性セラミックス管の一方の開口端部を、導電性閉塞体を
用いて閉塞し、フリットシールする、発光管の端部閉塞
構造に関するものである。

（背景技術） 従来から、透光性セラミックス管を発光管として用いた
ＨＩＤランプにおいて、その発光管の端部閉塞体として
は、例えば特開昭５２−７１６９５号公報等に示されて
いる如き、酸化アルミニウム粉末等のセラミックスと金
属タングステン粉末等の耐熱性金属とを混合、焼結する
こと等によって得られる導電性のサーメット材料にて形
成された、導電性サーメットディスク（エンドキャンプ
）が用いられている。

そして、そのようなサーメットディスクにあっては、通
常、その発光管内側に位置する面に、タングステン類の
放電用電極軸が立設される一方、発光管外側に位置する
面には、給電用リード部材が設けられて、電源からの電
力が、かかるリード部材からサーメットディスクを通じ
てタングステン電極に給電されるようになっている。

また、このようなサーメットディスクで閉塞してなる発
光管を備えたＨＩＤランプにあっては、その始動時に、
アークが対向する電極間で発生せず、電極軸とサーメッ
トディスクとの間で発生する、所謂バックアーク現象の
ために、かかるディスクにクランクが生じ、その結果、
発光管がリークしたり、またディスクから蒸発、飛散し
たサーメツト材の耐熱性金属成分が発光管内壁に付着し
て黒化し、光束の低下を招く等の問題がある。このため
、そのような問題を防止すべく、該サーメットディスク
の少なくとも内面に、アルミナ等の絶縁性セラミックス
から成る電気絶縁層を設けて、その表面を被覆すること
が、提案されている。

ところで、この導電性サーメットディスクに対して、前
記放電用電極軸を立設するに際しては、発光管内に封入
される金属蒸気、特にメタルハライドランプにおけるメ
タルハライドによる浸食性の点から、かかる電極軸をフ
リット材等の固着材にて固定することは避けることが望
ましく、そのために、通常、サーメットディスクの成形
体（グリーン体）に対して埋設穴を設けて、該埋設穴内
に所定の電極軸を埋入せしめた状態下で、該成形体を焼
結して一体化することにより、かかる電極軸を埋設穴内
に機械的に固定せしめる焼嵌め手法が採用されることと
なる。

また、上述の如くして得られるサーメットディスクを発
光管に対して取り付けるに際しても、同様に、該発光管
の焼結時に焼嵌めることが考えられるが、かかる発光管
内には所定の発光物質等を封入する必要があるために、
通常、その少なくとも一方の開口端側は、電極軸を内面
に立設したサーメットディスクを嵌入した後、該ディス
クと開口端内面との間隙を所定のフリットシール材にて
封止することによって、取り付ける構造とされている。

そして、そのような発光管開口端のフリットシール材に
よる封止は、かかる発光管内に注入された発光物質等の
蒸発、飛散を防止すべく、通常、１５００℃程度までの
急加熱、急冷却操作によって行なわれることとなる。

しかしながら、上述の如き構成のサーメットディスクに
あっては、その焼成時における電極軸の焼嵌めに際して
、かかるディスクにおける焼結時の収縮によって、該デ
ィスクにクランクが生じ易いという問題を有していたの
である。

また、特に、かかるサーメットディスク内面の電気絶縁
層を形成するセラミックス材料は、靭性に劣り且つ電極
軸を形成する金属材料との熱膨張差が著しいために、上
述の如き、発光管に対するフリットシール材を用いての
取付は時における加熱操作に際して、該電気絶縁層にク
ランクが発生し易く、そしてそれが発光管の点灯、消灯
の繰り返しによって及ぼされる熱サイクルによって成長
して、リークや光束の低下に至るといった問題をも内在
していたのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情に鑑みて為された
ものであって、その解決課題とするところは、焼成時及
びフリットシール時におけるクラックの発生が可及的に
防止され得るサーメットディスク構造を明らかにし、そ
のようなりラックによる発光管のリークや光束の低下等
の問題が生じることのないＨＩＤランプ用発光管を提供
することにある。

（解決手段） そして、本発明は、上述の如き課題を解決するために、
透光性セラミックス管の一方の端部に、内面に電極軸が
立設されてなる導電性サーメットエンドキャップを嵌入
して、所定のフリットシール材にて封止すると共に、該
導電性サーメットエンドキャップの少なくとも内面に電
気絶縁層を設けて、その表面を被覆せしめてなる高圧金
属蒸気放電灯用発光管において、前記電極軸を、その端
部において、前記導電性サーメットエンドキャップの埋
設穴内に、該電極軸よりも細い少なくとも１本以上の素
線とともに挿入、埋設する一方、前記電気綿８ｉ層を、
電気絶縁性のサーメット材料にて構成したことを、その
特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の実施例について、図面を参照しつつ、詳細に説明す
ることとする。

先ず、第１図は、本発明の適用される、垂直点灯型のＨ
ＩＤランプの全体を概略的に示すものであって、そこに
おいて、ｌＯは、その開口部が口金１２にて密封された
、ガラス等からなる透光性を有するバルブ（外管）であ
って、その内部には、窒素等の不活性ガスが封入された
り、或いは真空状態に維持されていると共に、かかるＨ
ＩＤランプの種類により各種の金属乃至は金属ノ＼ライ
ド或いはその蒸気が封入されてなる発光管１４が収容さ
れている。　゛ かかる発光管１４は、アルミナ磁器等からなるチューブ
状の透光性セラミックス管１６の両端開口部が、それぞ
れ内面に電極軸１８が立設されたエンドキャップとして
の導電性ディスク２０．２２にて閉塞されることによっ
て構成されており、それらの導電性ディスク２０．２２
の外面に、それぞれ一体的に設けられたリード部材２４
に対して、前記口金１２から供給される電力が、該発光
管Ｉ４を支持する導電性部材２６．２６を介して導かれ
るようになっている。なお、本実施例における発光管１
４にあっては、その下端部に最冷点が設定されており、
該下端側開口を閉塞する導電性ディスク２０が、発光管
１４の焼結時における収縮を利用した焼嵌めによって固
定されている一方、その上端側開口を閉塞する導電性デ
ィスク２２が、シール材２８　（第２図参照）を用いて
封止されることによって取り付けられている。

ところで、本実施例にあっては、このような発光管１４
において、その一端側をシール材２８と共に閉塞する導
電性ディスク２２の構造に、その大きな特徴を存するも
のであって、その詳細図が、第２図及び第３図に示され
ている。

具体的には、かかる導電性ディスク２２は、公知の各種
の導電性サーメット材料、特に、セラミックス管１６の
構成材料と電極軸１８として用いられる耐熱性金属との
中間の熱膨張率を有する、例えば金属タングステン若し
くは金属モリブデンと酸化アルミニウムとからなる複合
体、タングステンカーバイド、タングステンポライド等
を用いて、全体として厚肉円板形状にて形成されている
のである。

そして、かかる導電性ディスク２２には、その内側面、
換言すればセラミックス管１６内に露出される面に、前
記電極軸１８が、その一端部において、細径の素線３０
とともに、埋設穴３２内に埋入されて、垂直に立設され
ている。なお、かかる電極軸１８の先端部には、その所
定長さ部分を露呈せしめた状態において、公知のコイル
部３４が設けられている。

また、この導電性ディスク２２における電極軸１８が立
設された電極側表面（内側面）３６には、バックアーク
防止用の電気絶縁層３８が所定厚さで一体的に設けられ
、該電気絶縁層３８によって、導電性ディスク２２を構
成する導電性サーノ・ノドの内側全表面が被覆されて、
その直接的な露呈が回避されている。

ここにおいて、前記電極軸１８は、導電性ディスク２２
を形成する焼成前のグリーン体に対して、素′ｆａ３０
と共に埋入された後、かかる埋入状態下に焼成されるこ
とによって、その焼結時の収縮作用を利用して埋設穴３
２内に焼き嵌め、固定されているのである。

そして、このように、導電性ディスク２２を形成する焼
成前のグリーン体に設けた埋設穴内に、電極軸１８を、
素線３０と共に埋入して、それを高温で焼結して焼嵌め
ると、第４図に示される如く、導電性ディスク２２の埋
設穴３２の断面形状の変形と、ロンド状の電極軸Ｉ８、
素線３０の断面形状の変形により、焼嵌めで発生する応
力を緩和しつつ、且つ良好な焼嵌め強度が発揮され得、
また該電極軸１８に対する良好な電気的接触状態が得ら
れることとなるのである。なお、第４図においては、導
電性ディスク２２の焼成前の状態が実線で、焼成後の状
態が破線で、それぞれ、併せ示されている。

すなわち、従来の如く、電極軸として、導電性ディスク
の埋設穴内を完全に埋めるものを用いると、該４電性デ
イスクの焼成時における収縮応力の緩和が有効に為され
得ず、そのためにＢｇＢ電性ディスクにクラックが発生
する等の問題を生じるのであるが、本実施例にあっては
、電極軸１８及び素線３０と埋設穴３２との間に空間が
存在し、そのために上記した埋設穴３２及び電極軸１８
、素線３０の変形が可能となって、導電性ディスク２２
の収縮応力が良好に緩和されることとなるのである。

なお、上記素線３０としては、耐熱性等の点から、一般
に、電極軸１８と同様な材質、例えばタングステン等の
金属材料をもって形成されることとなる。

また、電極軸１８としては、−１’ＩＱに、従来のもの
と同様、０．４　＊＊φ〜１．５ｆｉφ程度の太さのも
のが用いられ、そして素線３０としては、該電極軸１８
よりも細い、一般に、その太さの１／１０〜８／１０程
度の直径を有するものが好適に用いられることとなる。

けだし、素線３０の直径が余りにも細くなり過ぎると、
クラックの防止効果がなくなるからであり、また電極軸
１８の太さの８／１０を越えるような直径となると、埋
設穴３２との間の隙間が大きくなり、電気的な接触面積
の信頼性が低下したり、電極の熱容量が大となって、点
灯始動性が悪くなるからである。

さらに、素線３０の高さとしては、点灯時における原素
′ｆａ３０からの放電を防止するために、少なくとも電
極軸１８のコイル部３４よりも低い高さに設定すること
が望ましく、一般には、導電性ディスク２２の内側面と
面一か或いは僅かに突出する程度に設定されることとな
る。

なお、本実施例における導電性ディスク２２においては
、その外側面上に立設された、前記リード部材２４にも
、上記電極軸１８と同様、素線４０が添えられており、
それによって該導電性ディスク２２の焼成時における外
側面のクランクの防止が図られている。尤も、このリー
ド部材２４に添えられる素線４０の高さとしては、特別
な制圧を受けることなく、適宜に選定されることとなる
が、導電性ディスク２２の埋設穴４１内に、り一ド部材
２４及び素線４０を挿入して焼き嵌める際の、それらリ
ード部材２４、素線４０の治具へのセツティングの容易
性から、原素Ｌ？ｉ４０の長さをリード部材２４と略同
様な長さとしておくことが望ましい。

また一方、前記導電性ディスク２２の電極側表面３６を
覆う電気絶縁層３８にあっては、実質的に電気絶縁性を
有するサーメット材料にて形成されており、通常、導電
性ディスク２２を形成するグリーン体の表面に積層形成
されて、一体的に焼成されることによって形成されるこ
ととなる。

具体的には、かかる電気絶縁層３８を形成するサーメッ
ト材料としては、上記導電性ディスク２２と同程度の熱
膨張係数を有する公知のサーメット材料、例えばＡｌｚ
　Ｃｈ−Ｗ系やＡ７！□０３−Ｍｏ系等のサーメット材
料が何れも好適に用いられ得ることとなるが、金属粉末
の含有量を調節することによって、実質的に電気絶縁性
を示すように、具体的には、ｌＸｌＯ１２Ω・ｃＩｍ程
度以上の抵抗率にて形成され、そして、それによって始
動時におけるバックアーク現象が有利に防止され得るこ
ととなる。また、かかる電気絶縁層３８の厚さとしても
、バックアーク現象を有効に抑制し得る範囲内において
適宜に決定されることなるが、−般に、０．０５〜０．
８　ｙｘ■程度に設定されることとなる。

そして、電気絶縁層３８の形成材料として、このような
サーメット材料を用いることによって、従来の絶縁性セ
ラミックス材料を用いたものに比して、靭性が有利に向
上され得るのであり、それによってクラックの発生が有
効に防止され得るのである。

すなわち、上述の如き構造とされた導電性ディスク２２
にあっては、公知の如く、セラミックス管１６の端部に
嵌入されて、適当なシール材２８によって気密に封止さ
れることとなり、例えば、リング状に成形されたシール
材２８を、セラミ。

クス管１６と導電性ディスク２２との間に介在させて、
アルゴン雰囲気中で、１５００℃程度まで加熱して溶融
することによって、かかる封止操作が行なわれることと
なるが、前述の如く、そのような封正に際しての加熱は
、発光管１４内に注入された発光物質等の蒸発、飛散を
防ぐべく、急加熱、急冷却操作によって行なわれること
となるのであり、それ故、従来の絶縁性セラミックス材
料にて形成された電気絶縁層では、電極軸１８との熱膨
張係数の違いによってクラックが発生する等の問題を生
じるのであるが、本実施例にあっては、かかる電気絶縁
層３８が、絶縁性サーメット材料にて形成されているこ
とから、その熱膨張差及び靭性の改善によって、シール
時におけるクラックの発生、更には点灯、消灯の繰り返
しによって及ぼされる熱サイクルによる該クラックの成
長が、極めて有利に防止され得ることとなるのである。

なお、上記シール材２８としては、公知の耐メタルハラ
イド組成物が好適に用いられ、例えば、Ｙｚ　０３　、
ｌ、ａｚ　ｏ：ｌ　、Ｄｙｚ　０３　、ＡＪｚ　０３、
ＳｉＯ□等から選択された適当な混合割合の組成物を用
いて、これをリング状に加圧成形したものなどが良好に
使用されることとなる。

また、特に、本実施例における透光性セラミックス管１
６にあっては、端部内周面に内フランジ状に延び出す段
付部４２を有しており、該段付部４２に対して、そこに
嵌入される導電性ディスク２２が、その内面周縁部にお
いて当接される状態で取り付けられることにより、前記
シール材２８が、発光管内面に実質的に露出されない構
成とされており、それによって発光管内部の金属乃至は
金属ハライド蒸気によるシール材２８の劣化及びそれに
伴うリーク等の発生が防止され得るようになっている。

従って、上述の如く、電気絶縁層３８が絶縁性サーメッ
ト材料にて形成されてなる導電性ディスク２２にあって
は、前述の如き、電極軸１８に素線３０が添えられるこ
とによる効果と相俟って、該ｍＴＬ性ディスク２２の焼
成時及び透光性セラミックス管１６端部に対する取付時
における、ディスク２２本体及び電気絶縁層３８へのク
ランクの発生が、極めて有効に回避され得るのであり、
それによって得られる発光管１４におけるリークの発生
や光束の低下等の問題が悉く解消され得、その耐久性及
び信頼性が大きく向上され得ることとなるのである。

なお、このようなサーメット材料にて形成された電気絶
縁層３８にあっては、発光管１４内に封入される金属蒸
気、特にメタルハライド蒸気との反応が懸念されること
となるが、発光管１４において過剰メタルハライド液相
等が凝集する最冷点以外では、そのような反応が殆ど生
じないことから、本実施例の如（、垂直点灯型の発光管
Ｉ４の上端部に取り付けられる導電性ディスク２２にお
いて、そのような反応による金属粒子（タングステン粒
子）の飛散、及び該金属粒子が発光管内面に付着するこ
とによる黒化等が問題となるようなこともないのである
。

因みに、幾つかの異なるタングステン（Ｗ）含有量を有
する。ｌ！２０３−Ｗ系のサーメット材料にて形成され
た電気絶縁層３８を備えた、上述の如き構造の導電性デ
ィスク２２において、その焼成時（電極軸１８の焼嵌時
）におけるクラックの発生状況及びシール時と同程度の
熱処理（１５゜Ｏ℃／２分の急昇温）時におけるクラン
クの発生状況を調べた実験結果を、下記第１表に示すこ
ととする。

第　　　１　　　表 ＊１　：　Ｗ含有量＝Ｗ／（Ｗ＋−Ａｌ２Ｏ２）かかる
第１表からも、本発明による、優れたクランクの防止効
果が容易に理解されるところである。なお、かかる実験
結果から明らかなように、電気絶縁層３８を、Ａ７！ｚ
　Ｏｆｆ　−Ｗ系のサーメット材料にて形成する場合に
は、バックアーク現象の防止という電気絶縁層本来の目
的を確保しつつ、クランクの発生防止を有利に達成する
うえに、タングステン含有量を２〜１０重量％、好まし
くは４〜８重量％に設定することが望ましい。

以上、図面に示す本発明の代表的な実施例について説明
を加えてきたが、本発明は、かかる例示の構造並びにそ
れに付随した具体的な説明やその実験等によっては、何
等限定的に解釈されるものでは決してなく、本発明の趣
旨を逸脱しない限りにおいて、本発明には当業者の知識
に基づいて種々なる変更、修正゛、改良等が加えられ得
るものであり、また本発明がそのような実施形態のもの
をも含むものであることは、言うまでもないところであ
る。

例えば、本発明は例示の如き垂直点灯型のＨＩＤランプ
用発光管の他、水平点灯型等のＨＩＤランプ用発光管に
も、有利に適用され得ることは、勿論である。なお、そ
のような発光管においては、電気絶縁層の発光管内に封
入された金属蒸気との反応を回避するため、フリットシ
ール材にて封止された開口端部以外の部位に、その最冷
点を設定することが望ましい。

また、電極軸１８に添えられる素線３０としても、２本
或いはそれ以上の本数を設定することも可能である。

さらに、導電性ディスク２２の具体的形状は、例示の如
き厚肉円板状の他、例えば段付円板状等の種々なる形状
を採り得るものであり、且つ電気絶縁層３８を、その側
面周囲、更には外面上にまで形成することも可能である
。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従って、端部
が導電性サーメットエンドキャップに埋入、立設される
電極軸に素線を添えると共に、かかる導電性ｆンドキャ
ップの内面を覆う電気絶縁層を、電気絶縁性のサーメッ
ト材料にて形成することによって、該エンドキャップの
焼成時及び透光性セラミ・７クス管に対する取付は時（
フリットシール時）における、エンドキャップ本体及び
電気絶縁層へのクラックの発生が、極めて有利に防止さ
れ得るのであり、それ故、透光性セラミックス管の端部
開口を、かかる導電性サーメットエンドキャップにて封
止せしめてなる、本発明に従うＨＩＤランプ用発光管に
あっては、リークの発生や光束の低下、更には不点灯に
至る等の問題を悉く解消し得て、以てランプの信頼性及
び耐久性の向上が、極めて有利に図られ得ることとなる
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う構造とされた発光管を備えたＨ　
Ｉ　Ｄランプの一例を示す一部切欠説明図であり、第２
図はかかるＨＩＤランプを構成する発光管の上端部を拡
大して示す要部断面説明図であ゛す、第３図は第２図に
おける■−■断面図であり、第４図はかかる発光管を構
成する導電性ディスクにおける電極軸の焼嵌状態を説明
するための要部拡大断面図である。 １４：発光管　　　１６：透光性セラミックス管１８：
電極軸　　　２０，２２：導電性・ディスク２８：シー
ル材　　３０：素線 ３２：埋設穴　　　３６：電極側表面（内面）３８：電
気絶縁層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透光性セラミックス管の一方の端部に、内面に電極軸が
   立設されてなる導電性サーメットエンドキャップを嵌入
   して、所定のフリットシール材にて封止すると共に、該
   導電性サーメットエンドキャップの少なくとも内面に電
   気絶縁層を設けて、その表面を被覆せしめてなる高圧金
   属蒸気放電灯用発光管において、 前記電極軸を、その端部において、前記導電性サーメッ
   トエンドキャップの埋設穴内に、該電極軸よりも細い少
   なくとも１本以上の素線と共に、挿入、埋設する一方、
   前記電気絶縁層を、電気絶縁性のサーメット材料にて構
   成したことを特徴とする高圧金属蒸気放電灯用発光管。