(57)【要約】  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。
2008123626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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ャピラリーが発光管部材に備えられており、一対の前記キャピラリーが、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。
【請求項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。
【請求項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ャピ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、前記各キャピラリーの各中心軸が前記発光管の仮想重心点を通り、一対の前記キャ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、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。
【請求項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ャピラリーを備えており、前記発光管部材が中空の三角柱形状であって三個の側面にそれぞれ前記円形開口部を有しており、前記各キャピラリーの各中心軸が前記発光管の仮想重心点を通り、一対の前記キャ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。
【請求項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ャピラリーを備えており、前記発光管部材が中空の立方体形状であって六個の側面にそれぞれ前記円形開口部を有しており、前記各キャピラリーの各中心軸が前記発光管の仮想重心点を通り、一対の前記キャ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。
【請求項７】
前記発光管部材の壁厚が０．３ｍｍ〜３ｍｍ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４０μｍ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。
【請求項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、１５°〜６０°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。
【請求項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。
【請求項１０】
前記発光管部材および前記中空キャピラリーが、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。
【請求項１１】
前記透明円板の厚みが０．３ｍｍ〜３ｍｍであり、直径が２ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。
【請求項１２】
前記透明円板の平面部の表面粗さＲａが０．０１ミクロン以下であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。
【請求項１３】
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１〜１２のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。
【請求項１４】
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１〜１３のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。
【請求項１５】
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グレインが無いことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一つの請求項に記載の複合発光管容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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】
【０００２】
単結晶アルミナ（サファイヤ）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（２０５０℃）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（ＣＺ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（ベルヌイ法）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（ＰＣＡ）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Ｃｏｂｌｅ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ウム灯やメタルハライ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０７−１６５４８５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２００１−５１９９６９号公報、特開２００３−１５７７９８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２−６４６０３号公報では、多結晶アルミナ管の内側にサファイヤ円板を焼き嵌めて、覗き窓として利用する発明が開示されている。
【発明の開示】
【０００３】
しかし、特開平０７−１６５４８５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２００１−５１９９６９号公報、特開２００３−１５７７９８号公報には、サファイヤ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、サファイヤ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ってしまう。
特許出願公開平２−６４６０３号公報には多結晶アルミナのチューブにサファイヤ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ァイヤ窓を通して、内部の状態を覗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、自動車用ヘッドライトやプロジェクター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って、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】
【０００４】
図１（ａ）は、本発明の複合発光管容器２０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２０Ａを示す縦断面図であり、図２（ｂ）は、複合発光管容器２０Ａ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２０Ｂを示す縦断面図であり、図３（ｂ）は、複合発光管容器２０Ｂ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２０Ｃを示す縦断面図であり、図４（ｂ）は、複合発光管容器２０Ｃの横断面図である。
図５（ａ）は構造体２１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２１の断面図である。
図７は、構造体２１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２１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２２の斜視図である。
図１０は、構造体２３の斜視図である。
図１１は、実施例で作製したキャピラリー、円筒部の構造体の成形体全体を示す写真である。
図１２は、実施例で作製したキャピラリー、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】
【０００５】
多結晶アルミナ発光管部材の厚さを０．３ｍｍ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３ｍｍ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さ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３ｍｍ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４０μｍ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ャピラリーが、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本づつ設置されている。このキャピ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、円形開口部を一つ形成する。
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ャピラリーが、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本づつ設置されている。このキャピ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、電極先端のギャ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つ合計二本の中空の多結晶アルミナからなるキャピラリーが、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ァイヤ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、キャピラリー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、このキャピ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ャップが確保され、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ャ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頂点に、それぞれ中空の多結晶アルミナからなるキャピラリーが一本づつ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。
またキャピラリー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、このキャピ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挿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ャップが確保され、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ャ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１５°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０．３ｍｍ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３ｍｍ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２ｍｍ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５０ｍｍ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（Ｒａ）が０．０１μｍ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、焼き嵌め時にチッピングが発生し、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、このようなチッピ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ア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２０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２０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ャピラリー１ａ、１ｂからなる。発光管３は、仮想的な略球体の一面を平面に沿って切断した外側形状を有している。そして、キャピラリー１ａ、１ｂ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１０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２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ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１０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２５Ａと、その上に延びる円筒状部分２６とを備えている。半球状の底部２５Ａの内面３ａ、円筒状部分２６の内面３ｂ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、各キャピラリーの中心軸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。一対のキャピラリーは、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２５Ｂと、その上に延びる円筒状部分２６とを備えている。底部２５Ｂの内面３ａ、回転楕円体状の底部２６の内面３ｂ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、各キャピラリーの中心軸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。一対のキャピラリーは、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２５Ｂと、その上に延びる円筒状部分２６とを備えている。円錐状部２５Ｂの先端２５ａは球状に湾曲している。円錐状部２５Ｂの内面３ａ、円筒状部分２６の内面３ｂ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、各キャピラリーの中心軸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。一対のキャピラリーは、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２１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ャピラリー１ａ、１ｂからなり、キャピラリー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本づつ合計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２ａ、２ｂ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２１の断面を示す。この図において円筒内の仮想重心点Ｏを通り単結晶透明アルミナ円板に対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１５°以下の場合、円筒の直径と高さの比が０．２６：１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。
この角度θが６０°を越える場合、円筒の直径と高さの比が１．１７：１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６０°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２１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ャピラリー１ａ、１ｂからなり、キャピラリー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本づつ合計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２ａ、２ｂが位置決め用の段差４ａ〜４ｄを利用して嵌め込まれている。位置決め段差４ｄ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２２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ャピラリー１ａ、１ｂからなり、キャピラリー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本づつ合計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２ａ、２ｂ、２ｃ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２ｃ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２ｂおよび２ｃが図示される場合には、円板２ａは隠れて図示されず、図９に円板２ｃおよび２ａが図示される場合には、円板２ｂ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、滑らかにキャピラリーに繋がれている。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が、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１０に示す例においては、複合発光容器構造体２３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ャピラリー１ａ、１ｂからなり、キャピラリー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本づつ合計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２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ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１０においては、円板２ａ、２ｂおよび２ｃが図示されており、円板２ｄ、２ｅおよび２ｆは発光管部材に隠れて図示されない。図１０に円板２ｄ、２ｅおよび２ｆが図示される場合には、円板２ａ、２ｂおよび２ｃは発光管部材に隠れて図示されないことになる。
図１０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。また滑らかにキャピラリーに繋がれている。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】
【０００６】
（実施例１）
透光性アルミナ用原料粉末を用いて、図１１、図１２に示すキャピ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３ｍｍの肉厚の円筒部３と肉厚１．１ｍｍのキャピラリー部１ａ、１ｂからなる。円筒部の開口部は１２ｍｍ、円筒部の高さは８ｍｍである。円筒の開口部には、単結晶アルミナ円板２ａ、２ｂ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１，３００℃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１０％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Ｒａが０．００９μｍに研磨加工した直径１０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ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１，８００℃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２０％収縮させ、単結晶透明ア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、リーク量が１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であることを意味する。ヘリウムリーク試験の方法は以下による。
複合発光容器の内部をキャピラリー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ウムガスを噴きかけ、複合発光管容器内に浸入するヘリウムガス量をヘリウ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ャピラリー部に、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、キャピラリー端部近傍で導入導体がキャピラリー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ャピラリー端部に置いた後、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ャピ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、キャピラリー端部近傍で導入導体がキャピラリー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ャピラリー端部に置いた後、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、メタルハライ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ャピ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１〜３ｍｍ、キャピラリー部の肉厚は同じく０．５〜１．２ｍｍ、焼結後の円筒の開口部は２〜４０ｍｍになるような成形体を大気中１，３００℃で焼成してバインダー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１０％収縮する。こうして得られた仮焼成体の窓部に、表面粗さＲａが０．００７〜０．００９μｍに研磨加工した直径が２〜４０ｍｍ、厚さが０．５〜２．５ｍｍ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１，８００℃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３０〜５６°であるため、開口率が１３〜４４％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ャピラリー部に、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、キャピラリー端部近傍で導入導体がキャピラリー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ャピラリー端部に置いた後、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ャピ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、キャピラリー端部近傍で導入導体がキャピラリー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ャピラリー端部に置いた後、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、メタルハライド高圧放電ランプとして点灯させることができた。
【表１】
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（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とキャピラリー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０．８〜１．５ｍｍ、キャピラリー部の肉厚は０．５〜１．５ｍｍ、焼結後の多結晶アルミナ発光管部材の開口部は１〜６０ｍｍになるような成形体を大気中１，３００℃で焼成してバインダー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１０％収縮した。こうして得られた仮焼成体の窓部に、表面粗さＲａが０．００９〜１μｍに研磨加工した直径が１〜６０ｍｍ、厚さが０．１５〜５ｍｍ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１，８００〜１，８６０℃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】
2008123626.tif 000004
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６２％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６７％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、０．１５ｍｍと０．３ｍｍ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６０ｍｍで５０ｍｍより大きく、厚さが５ｍｍで３ｍｍ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４５μｍと４０μｍ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１μｍと０．０１μｍ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θが１４°で１５°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１０°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−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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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