(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を発揮する組成領域と導電性を発揮する組成領域とが１つの材料内で連続して存在する傾斜機能材料であって、以下の工程からなることを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。
（１）セラミック粉末と金属粉末との混合割合が異なった混合粉末体を複数種類用意する第１の工程。
（２）前記混合粉末体を有機バインダを含む溶剤とともに湿式混合した後、乾燥する第２の工程。
（３）前記第２の工程によって造粒された粉末をセラミック粉末と金属粉末との混合割合毎に型内に複数の層状に充填し、振動を与えて充填した混合粉末の各層の境界の組成を連続的につなげるようにし、その後加圧して成形体を得る第３の工程。
（４）前記成形体を加熱して成形体から有機バインダを除去する第４の工程。
（５）有機バインダが除去された成形体を焼成する第５の工程。
【請求項２】
請求項１に記載の傾斜機能材料の製造方法において、前記第３の工程で、型内に充填する複数の層は下から上に積層することを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の傾斜機能材料の製造方法において、前記第４の工程と第５の工程の間で成形体に研削、穴開け等の加工を施すことを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の傾斜機能材料の製造方法において、前記セラミック粉末は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化硅素、炭化チタン、窒化硅素、ＡlＯＮなどの非金属化合物から選ばれた１つ以上の粉末であり、前記金属粉末は、モリブデン、ニッケル、タングステン、タンタル、クロムなどの金属粒子の少なくとも１つ以上の粉末であることを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の傾斜機能材料の製造方法において、導電部である層及び／又は絶縁部である層を厚くすることを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ブラウン管、真空管の閉塞体（キャップ）等に使用する傾斜機能材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、メタルハライドランプの場合、ＳiＯ２やＡlＯ２等からなる透光性の電子管内に発光物質を入れて閉塞体で封止し、電子管内に挿入された内部電極間に外部電極を介して高電圧を印加することで電極間にアーク放電を発生させ、このアーク放電による熱で電子管内に封入した発光物質を蒸発させ、特有の色を呈する発光を行なわせるようにしたものである。
【０００３】
上述したランプの封止部の従来構造は、閉塞体に１本の電極棒を貫通させて内部電極と外部電極としたものがあるが、この構造では貫通孔を介してリークが発生しやすい。そこで、サーメットからなる閉塞体の一部に内部電極と外部電極を離して圧入し、サーメットの導電性により、内部電極と外部電極の導通を図るようにしたものもある。またＳiＯ２を管材料として利用するものは、内部電極と外部電極をモリブデン箔を介して導通を図るようにしているが、その際のシールを管の両端部の加熱による溶着により行っている。
【０００４】
しかしながら、サーメットの閉塞体は、管との熱膨張の違いにより、ガラス封止した後、熱応力の発生により封止部にクラックが発生し、封入ガスがリークしてしまうおそれがあった。また、溶着によりシールする場合においても、電極、モリブデン箔の熱膨張係数の違いにより、熱応力が発生し、剥離が生じ、やはりリークに至ってしまうという問題があった。そこで、本出願人は先に傾斜機能材料で閉塞体を構成することで、これらの課題を解決する提案を行った。
【０００５】
上述した提案では傾斜機能材料を鋳込み成形によって作製している。即ち、セラミック粉末と金属粉末を含むスラリーを鋳込み型内に注入し、金属粉末とセラミック粉末の比重差を利用して組成割合が連続的に変化し絶縁部と導電部の両方を備えた傾斜機能材料を作るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように傾斜機能材料にて閉塞体を構成すれば、構造の簡略化とシール性を維持しつつ内部電極への電気の供給を行うことができるが、鋳込み成形の場合には、型を成形毎に作製しなければならないので、手間がかかり、コストが極めて高くなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明に係る傾斜機能材料の製造方法は、請求項１では、絶縁性を発揮する組成領域と導電性を発揮する組成領域とが１つの材料内で連続して存在する傾斜機能材料の製造方法であって、（１）セラミック粉末と金属粉末との混合割合が異なった混合粉末体を複数種類用意する第１の工程、（２）前記混合粉末体を有機バインダを含む溶剤とともに湿式混合した後、乾燥する第２の工程、（３）前記第２の工程によって造粒された粉末をセラミック粉末と金属粉末との混合割合毎に型内に複数の層状に充填し、振動を与えて充填した混合粉末の各層の境界の組成を連続的につなげるようにし、その後加圧して成形体を得る第３の工程、（４）前記成形体を加熱して成形体から有機バインダを除去する第４の工程、（５）有機バインダが除去された成形体を焼成する第５の工程からなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２では、請求項１に記載の傾斜機能材料の製造方法において、前記第３の工程で、型内に充填する複数の層は下から上に積層することを特徴とする。
請求項３では、請求項１に記載の傾斜機能材料の製造方法において、前記第４の工程と第５の工程の間で成形体に研削、穴開け等の加工を施すことを特徴とする。
請求項４では、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の傾斜機能材料の製造方法において、前記セラミック粉末は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化硅素、炭化チタン、窒化硅素、ＡlＯＮなどの非金属化合物から選ばれた１つ以上の粉末であり、前記金属粉末は、モリブデン、ニッケル、タングステン、タンタル、クロムなどの金属粒子の少なくとも１つ以上の粉末であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５では、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の傾斜機能材料の製造方法において、導電部である層及び／又は絶縁部である層を厚くすることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
傾斜機能材料を製造するにあたり、金属、樹脂、ゴム、セラミックス等の材質からなる型内に混合粉末を入れて加圧成形するので、何回も型を使用することができ、コスト低減を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
本発明に係る傾斜機能材料の製造方法にあっては、先ずセラミック粉末と金属粉末との混合割合が異なった混合粉末体を複数種類用意する。セラミック粉末としては、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化硅素、炭化チタン、窒化硅素、ＡlＯＮなどの非金属化合物から選ばれた１つ以上の粉末を、また金属粉末としては、モリブデン、ニッケル、タングステン、タンタル、クロムなどの金属粒子の少なくとも１つ以上の粉末を適宜選択して使用すればよく、セラミック粉末としては例えばＳiＯ２、金属粉末としては例えばＭoを選定し、具体的な混合割合は以下の（表１）に示す。
【００１２】
【表１】
0003669359.tif 000002
【００１３】
ここで、セラミック粉末と金属粉末を選定するにあたっては両者の焼結パターン及び焼結温度が近似することを考慮する。また、セラミック粉末については傾斜機能材料が接する部材、例えば電子管を構成する材料と同じ組成又は熱的、機械的、化学的性質等が近似する材料、具体的な例としては、熱膨張係数が略等しいことを考慮する。それらは上記したセラミックス粉末のほか種々のガラスも利用できる。本発明は、後述するように比重差を利用することで利点はあるものの、特に、比重差を要求しないので、より多くの材料の組み合わせによる傾斜機能材料を形成できる。
【００１４】
また、（表１）における層Ａ，Ｂが導電性を発揮する領域となるが、この領域の組成は、比抵抗が0.1Ω・cm以下、好ましくは0.005Ω・cm以下（室温〜７００℃）となるような組成を選定する。
また、層としてはＭo１００％のものを用意してもよいが、Ｍo１００％の場合にはＭo単独で焼結が進行し下層との整合性が悪くなるおそれがあるので、多少ＳiＯ２を混合することが好ましい。この挙動は他の金属を用いた時も同様であり、その際には、選定したセラミックス粉末を混合する。Ｍo単独層とする場合には層の厚みを５０μｍ以下にする。
【００１５】
また、Ｍo粉末にコンタミ（Ｆe、Ｃo等の不純物）が混入していると、焼成等の際にクラックが発生する原因となったり、電子管としての製品の耐久性の低下の原因となるので、予め除去しておく。除去の方法としては、例えば、Ｍo粉末１００ｇを０．１Ｎの塩酸（他の酸でも可）に１２時間浸漬し、この後メンブレンフィルタにより溶液を分離し、更に純水で数回Ｍoを洗浄した後、７０℃で６時間乾燥させる。
【００１６】
そして、上記したＭo粉末とＳiＯ２粉末との混合粉末を各混合粉末毎に湿式混合して造粒する。
具体的には、混合粉末１００ｇに対して、ＰＶＢ（ポリビリルブチラール）０．６ｇ、ステアリン酸０．７ｇ、ナフテン酸０．０７ｇ、アセトン１００ｇをモノポット、モノボールを用いて１２時間、３６rpmで湿式混合し、この後、噴霧乾燥して５０〜１００μｍの球状凝集体を得る。
【００１７】
以上のようにして得られた球状凝集体を図１に示すように、各組成割合毎に金型１内に充填する。
充填の順序は、比重の小さなＳiＯ２粉末を多量に含む層が下に、比重の大きなＭo粉末を多量に含む層が上になるようにするのが好ましい。このようにすることで、各層の境目の組成が混じり合って組成的に段差のない連続したものが得られる。特に、本方法によれば平面的に組成が変化するのではなく、三次元的（例えば、波形など）に連続したものが得られ、各層の境界が熱応力に強く、強度的に優れたものとなる。
【００１８】
また、各層の境目の組成が混じり合せて均一化するには、充填後に振動を与えるようにしてもよい。この操作は、上記したような比重を考慮した場合に一層効果が大きい。
【００１９】
このようにして、金型１内に混合粉末を組成毎に充填したならば、パンチ２によって約１．５kg/cm２の荷重で圧縮し、図２に示すような成形体３を得る。
【００２０】
この後、成形体３から有機バインダを除去する。除去条件は、例えば、Ｈ２、Ｏ２、Ａr、Ｎ２又はこれらを混合した雰囲気中、もしくは減圧雰囲気下で加熱する。加熱のパターンとしては、室温から６００℃まで３時間かけて昇温し、この後１時間６００℃を維持し、更に１時間かけて１３００℃まで昇温し、この温度を２時間保持する。
【００２１】
以上のようにして得られた成形体３に図３に示すように加工を施す。
本実施例にあっては成形体３は電子管の端部開口を封止する閉塞体に使用するため、内部電極を挿入する孔４，４及び電気的な絶縁を図るスリット５を形成する。
内部電極を挿入する孔４は絶縁性を発揮する組成領域（層Ｅ）の端面から導電性を発揮する組成領域（層Ａ，Ｂ）に致る位置まで穿設し、スリット５は導電性を発揮する組成領域（層Ａ）から絶縁性を発揮する組成領域（層Ｄ）に致る位置まで穿設している。このようにスリット５を形成することにより、導電性を発揮する部分６は電気的に絶縁された複数の導電部６ａ，６ａに分離される。
図では、各層とも同程度の厚みにて示したが、これらの厚みは異なってもよく、特に、管とのシールをより確実にするためには、絶縁部であるＥ層を他の層に比べて厚くしたり、内部及び外部電極の導通の信頼性を確保するために導電部であるＡ層を他の層に比べて厚くしてもよい。
【００２２】
次いで、所定の加工が終了した成形体３を焼結する。焼結は図４に示すようにＭo製の鞘７及びＭo製の蓋８にて囲まれる空間に成形体３をセットし、６時間かけて１７２０℃まで昇温し、５分間１７２０℃を維持する。以上によって傾斜機能材料からなる緻密な閉塞体が得られる。
【００２３】
図５は本発明に係る封止構造を適用したハロゲンランプの断面図であり、ハロゲンランプ１０はＳiＯ２からなる電子管１１の開口部１２に上記によって得られた焼成後の成形体３（傾斜機能材料）を閉塞体として填め込んでいる。閉塞体３に形成された孔４，４には内部電極１３，１３をタングステン製のコイル１４を介して圧入保持し、内部電極１３，１３の先端部間はフィラメント１５で接続し、またスリット５によって電気的に絶縁された複数の導電部６ａ，６ａをそのまま外部電極としている。
尚、電子管１１をＳiＯ２とした場合にはガラスフリットを用いることなく、加熱だけで閉塞体３を電子管１１に溶着することができる。
【００２４】
図５に示した実施例にあってはスリット５を形成するだけで、導電部６ａ，６ａが導通しないようにしているが、スリット５内に絶縁性のガラスを充填するか、或いは図６（ａ）、（ｂ）に示すように、スリット５内に絶縁性石英板１６を挿入し、導電部６ａ，６ａの端面については酸化防止の目的でＡgやＡuのろう材１７を塗布してもよい。また、図７に示すように導電部６ａ，６ａに外部電極１８，１８を圧入してろう材で固定してもよい。更に、酸化防止手段としては、Ａ層から図で更に上方に組成を連続的に変化させ、最外層に絶縁性のＥ層を形成してもよい。この場合、酸化防止だけを狙う場合であれば、このＥ層は厚くする必要はない。
【００２５】
図８及び図９は本発明に係る封止構造を適用したメタルハライドランプの断面図であり、図８に示すメタルハライドランプは、閉塞体３の導電性を発揮する部分６を複数の部分に分離せずに、導電性を発揮する部分６をそのまま内部電極１３と導通する外部電極として使用し、また図９に示すメタルハライドランプは導電性を発揮する部分６にＭoパイプ１９を外部電極として圧入し、このＭoパイプ１９に内部電極１３を挿入している。尚、Ｍoパイプ１９については発光物質封入後に先端を溶着して気密性を保つ。
【００２６】
図１０（ａ）はメタルハライドランプの閉塞体の別実施例を示す断面図であり、この実施例にあっては閉塞体３の両端部に絶縁体として作用する部分（層Ｅ）を形成し、導電体として作用する部分（層Ｂ）は軸方向中間部に形成し、この軸方向中間部に形成された導電体として作用する部分（層Ｂ）まで内部電極１３と外部電極１８の先端部を圧入してこの部分で導通を図っている。
このように絶縁体として作用する部分（層Ｅ）、即ち、電子管１１と熱膨張率が等しい部分を軸方向の両端に形成することで、シール性を高めることができる。尚、シール性及び導通の信頼性を確保するためには、前述したように同図（ｂ）に示すようにＥ層及びＢ層を他の層に比べて厚くすることが望ましい。
【００２７】
図１１は閉塞体３の外周部に電子管１１と熱膨張率が等しい層２０を形成してシール性を高めるようにしたものである。このような構成の閉塞体３を作成するには、先ず１２図（ａ）に示すように、金型１内に小径部２１を臨ませて環状キャビティを形成し、この環状キャビティ内に組成がＳiＯ２１００％の粉体を充填し、この後、同図（ｂ）に示すように小径部２１を引き抜き、そこに形成された孔に順次所定組成の粉体を充填し、同図（ｃ）に示すようにパンチ２で加圧成形する。この後の工程は前記したものと同様である。
【００２８】
図１３は閉塞体の他の別実施例を示す断面図であり、この実施例にあっては組成割合が異なる層Ｂ〜Ｅを径方向に積層している。即ち、絶縁体として作用する部分（層Ｅ）は径方向外周部に形成し、導電体として作用する部分（層Ｂ）は径方向中心部に形成し、この径方向中心部に形成された導電体として作用する部分に内部電極１３と外部電極１８を圧入している。
つまりは、混合粉末体を有機バインダを含む溶剤とともに湿式混合した後、乾燥させ、造粒した粉末をセラミック粉末と金属粉末との混合割合毎に型内に複数の層状に充填し、型内に充填する複数の層は外側ら中心に向かって積層し、加圧して成形体を得る。
このような構造の閉塞体３を作成する場合も、図１２に示した方法を応用すればよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明した如く本発明に係る傾斜機能材料の製造方法によれば、絶縁性を発揮する組成領域と導電性を発揮する組成領域とが１つの材料内で連続して存在する傾斜機能材料の製造方法であって、（１）セラミック粉末と金属粉末との混合割合が異なった混合粉末体を複数種類用意する第１の工程、（２）前記混合粉末体を有機バインダを含む溶剤とともに湿式混合した後、乾燥する第２の工程、（３）前記第２の工程によって造粒された粉末をセラミック粉末と金属粉末との混合割合毎に型内に複数の層状に充填し、振動を与えて充填した混合粉末の各層の境界の組成を連続的につなげるようにし、その後加圧して成形体を得る第３の工程、（４）前記成形体を加熱して成形体から有機バインダを除去する第４の工程、（５）有機バインダが除去された成形体を焼成する第５の工程からなるので、従来の鋳込み成形による製造方法と比較して、成形型を何回も使用することができるので、大幅にコストを低減することができる。
【００３０】
特に本発明は、型内に混合粉末を充填した後、振動を与えることで、充填した混合粉末の各層の境界の組成を連続的にすることができ、層境界部での剥離を更に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  造粒された粉末をセラミック粉末と金属粉末との混合粉末を金型内に充填した状態を示す図
【図２】  金型で成形した成形体の斜視図
【図３】  成形体に加工を施した状態を示す断面図
【図４】  成形体を焼成している状態を示す図
【図５】  本発明に係る封止構造を適用したハロゲンランプの断面図
【図６】  （ａ）は同ハロゲンランプの閉塞体の別実施例の断面図、（ｂ）は閉塞体の別実施例の上面図
【図７】  同ハロゲンランプの閉塞体の別実施例の断面図
【図８】  本発明に係る封止構造を適用したメタルハライドランプの断面図
【図９】  本発明に係る封止構造を適用したメタルハライドランプの別実施例の断面図
【図１０】  （ａ）及び（ｂ）は本発明に係る封止構造を適用したメタルハライドランプの閉塞体の別実施例を示す断面図
【図１１】  閉塞体の他の別実施例を示す断面図
【図１２】  （ａ）及び（ｂ）は図１１に示した閉塞体の成形法を説明した図
【図１３】  閉塞体の他の別実施例を示す断面図
【符号の説明】
１…金型、２…パンチ、３…成形体、４…内部電極を挿入する孔、５…電気的な絶縁を図るスリット、６…導電性を発揮する部分、６ａ…電気的に絶縁された複数の導電部、１１…電子管、１３…内部電極、１４…タングステン製のコイル、１８…外部電極、Ａ，Ｂ…導電性を発揮する層、Ｃ…中間の層、Ｄ，Ｅ…絶縁性を発揮する層。
【図１】
0003669359.tif 000003
【図２】
0003669359.tif 000004
【図３】
0003669359.tif 000005
【図４】
0003669359.tif 000006
【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】
0003669359.tif 000014
【図１３】
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