(57)【要約】【課題】セラミックメタルハライドランプの電極アセンブリの封入部材として使用される導電性サーメット棒において、中心部付近に空洞の無い導電性サーメット棒を製造する。【解決手段】導電性サーメットの製造方法において、導電性サーメット成形体を押し出し成形した後、静置乾燥させる工程を、無風環境にて行う。作業場所の湿度を21%以上79%以下に調整するのが良く、押し出し成形から乾燥が終了するまで一貫して上記作業環境で行なえばさらに好ましい。【選択図】図３
2015191684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックメタルハライドランプの電極アセンブリの封入部材として使用される導電性サーメットの製造方法において、
前記導電性サーメットの材料を押し出し成形する工程と
前記押し出し成形後の導電性サーメット成形体を静置乾燥する工程とを含み、
前記導電性サーメット成形体を静置乾燥する工程は無風環境にて行なう導電性サーメットの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された導電性サーメットの製造方法において、
前記導電性サーメットの材料を押し出し成形する工程から前記導電性サーメット成形体を静置乾燥する工程までを無風環境にて行なう導電性サーメットの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された導電性サーメットの製造方法において、
前記無風環境とは、前記導電性サーメット成形体周囲の湿度を21%以上79%以下とし、前記導電性サーメット成形体に接触する空気の風速を０．２ｍ／ｓ以下にコントロールした環境である、導電性サーメットの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された導電性サーメット製造方法に従って製造された導電性サーメットを使用したセラミックメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックメタルハライドランプに関し、特に、セラミックメタルハライドランプの電流導入体と発光管封止部材とを兼ねた導電性サーメットの製造方法に関するものである。以下の文中で単に「ランプ」と記載した場合には導電性サーメット棒を電流導入体の一部に使用しているセラミックメタルハライドランプを意味する。
【背景技術】
【０００２】
近年のメタルハライドランプは、石英製発光管に代えて、石英よりも耐熱性、耐食性に優れた透光性アルミナで成るセラミック製発光管を用いたセラミックメタルハライドランプが数多く商品化されている。この種のランプの代表的な構成は図１に記載されたとおりである。この種のランプは、透光性セラミックで成る発光管の両端にアルミナセラミック等の細管で成る一対のキャピラリを焼きばめて取り付けるシリンドリカル型が一般的であったが、最近は、焼ばめ加工の面倒を解消するため、発光管とその両端に設けるキャピラリとを透光性セラミックで一体成形したワンピース型が普及している。
【０００３】
図２に、このようなメタルハライドランプ発光管の端部を拡大して示す。透光性外管１１１に内包された発光管１０１の両端には中心部より十分細い径を持つキャピラリが設けられている。そして、それぞれのキャピラリ内には、一対の電極アセンブリ１０６ａ、１０６ｂが挿通され、キャピラリ両端が、電気絶縁性を有するフリットガラスなどのシール材によって気密にシールされると同時に、各電極アセンブリ１０６ａ、１０６ｂがキャピラリ内の定位置に固定されており、発光管１０１の内部には金属ハロゲン化物、水銀、始動用ガス等が封入されている。
【０００４】
発光管の一方の端部構成について、図２に基づいて説明する。電極アセンブリは、タングステンロッドで成る電極棒の先端側にタングステン線を密巻きして放熱用のコイル部が形成された電極１０２ａと、モリブデンロッドの外周部にモリブデン線を密巻きしてコイル部が形成された耐ハロゲン性中間材１０５ａと、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合燒結して成る導電性サーメット１０６ａとが直列的に突合せ溶接された構成となっている。キャピラリ内に挿通された電極アセンブリの外表面とキャピラリの内表面との間には、発光管内部へ通ずるわずかな空隙が形成されている。この空隙にシール材１０４ａが入り込み、導電性サーメット１０６ａとキャピラリ内壁との間を埋めることにより、電極アセンブリ１０６ａが発光管端部に固定されるとともに、発光管は気密封止される。
【０００５】
上記のとおり、図２の電極アセンブリでは、電極を封着するための封着性導電部材として導電性サーメット棒が用いられる。この導電性サーメット棒の直径は通常１ｍｍ以下であり、例えば、０．５０〜０．９５ｍｍである。また、その長さは、４〜８ｍｍであるが、１０〜２０ｍｍのものもある。
【０００６】
導電性サーメットは、金属材料とセラミック材料との混合物を焼結した焼結体である。金属材料としては、耐ハロゲン性のある材料が好ましく、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）等が挙げられる。また、セラミック材料としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、およびジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸化物系や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物系がある。一般的なセラミックメタルハライドランプでは、モリブデン（Ｍｏ）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を混合したものが多く用いられている。
【０００７】
従来の導電性サーメットの製造方法は以下のとおりである。図７を参照して説明する。
（Ｓ２０１）平均粒径１〜５μｍの金属微粉末と、平均粒径１μｍのセラミック顆粒または擬集粒子とを十分に混合させる。水またはアルコールなどを加えてボールミルで湿式混合しても良い。
（Ｓ２０２）さらに水と有機バインダー等を加えて混練し、金属粒子とセラミック顆粒とがほぼ均等に混合配置された混合材料を作製する。このときの混合材料の粘度は、粘土細工に使用される油粘土と同じ程度に調整するのが好ましい。
（Ｓ２０３）この混合材料を押出し成形機に投入し、細長い粘土状成形体を得る。
（Ｓ２０４）前項の粘土状成形体を細長い形態のまま取り出し、直線性を保ったまま乾燥させ、細長い導電性サーメットの乾燥成形体を得る。
（Ｓ２０５）この乾燥成形体を仮焼成して前記混練工程で加えた有機バインダーを除去し、その後真空中１６００℃以上の高温で本焼成を行なうことによって焼結させる。それによって、金属粒子が部分的に網状構造をなし、少なくとも長さ方向の導電性を有する導電性サーメット棒が得られる。これをダイヤモンドカッタ等によって規定長さに切断して、電極アセンブリで用いられる長さ４〜２０ｍｍ程度の導電性サーメット棒を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−０４２９７５号公報
【特許文献２】特開２０００−０７７０３０号公報
【特許文献３】特開昭６１−１１８９３４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１７７０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の方法で導電性サーメット棒を作製した場合、導電性サーメット棒の中心軸付近に空洞を有する導電性サーメット棒が混在していることがあった。このような空洞が導電性サーメット棒の中心部に存在すると、導電性サーメット棒自体の強度が低下するばかりでなく、電極アセンブリとしてランプに使用された後に、導電性サーメット棒内部の空洞に金属ハロゲン化物が入り込み、導電性サーメット棒が割れたり、発光管内の封入ガスや封入金属ハロゲン化物が早期にリークして、ランプ全体が不良となる。
【００１０】
本発明は、このような空洞の無い導電性サーメット棒を製造する方法、および空洞の無い導電性サーメット棒を使用することにより早期発光管リークを生じないセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
導電性サーメットの混合材料を押し出し成形する工程から静置乾燥させるまでの間、導電性サーメットの混合材料を押し出し成形した後、少なくとも粘土状成形体を乾燥ジグに並べて静置乾燥させる工程を、無風環境にて行う。作業場所の湿度を21%以上79%以下に調整するのが良く、押し出し成形から乾燥が終了するまで一貫して上記作業環境で行なえばさらに好ましい。
【００１２】
前記無風環境とは、前記粘土状成形体に接触する空気の風速が秒速０．２ｍ以下の状態を意味する。
【発明の効果】
【００１３】
上記の製造方法で製造された導電性サーメット棒は、内部の空洞が全く生じず、気密性が向上し、この導電性サーメット棒を使用したセラミックメタルハライドランプはランプ本来の性能を発揮することができ、長寿命のランプとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一般的なセラミックメタルハライドランプの一例を示す概略図。
【図２】図１に示すセラミックメタルハライドランプ発光管の端部を示す断面図。
【図３】本発明を適用した導電性サーメットの製造工程を示すフローチャート。
【図４】本発明を適用した導電性サーメット棒の乾燥方法の一例を示す説明図。
【図５】本発明の製造方法を適用した導電性サーメット棒の端面写真。
【図６】従来の製造方法を適用した導電性サーメット棒の端面写真。
【図７】従来の製造方法を適用した導電性サーメットの製造工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を適用したセラミックメタルハライドランプの一例を図１に示す。図１と同じランプにおける発光管端部の内部構造図を図２に示す。ランプ各部材が共通する場合には同じ符号を付して説明を省略する。
【００１６】
図１に示す部分のランプ構造は、従来のランプと変わるところはない。ランプのほぼ中央には発光管１０１があり、その周囲に透光性スリーブ１０８が透光性スリーブ固定板を介して金属製のフレーム１０９に固定されている。フレーム１０９はマウント支持板１１４およびステム１１５の導入線と接続することにより透光性外管１１１内に位置固定されている。フレーム１０９は位置固定用の部材であると同時に電気的接続用の部材を兼ねており、図示しない外部給電システムからの電力を口金１１２およびステム１１５の導入線を介して発光管の外部リード１０７ａ、１０７ｂまで伝えている。
【００１７】
透光性外管１１１に内包された発光管１０１の両端には中心部より十分細い径を持つキャピラリが設けられている。そして、それぞれのキャピラリ内には、一対の電極アセンブリ１０６ａ、１０６ｂが挿通され、キャピラリ両端が、電気絶縁性を有するフリットガラスなどのシール材によって気密にシールされると同時に、各電極アセンブリ１０６ａ、１０６ｂがキャピラリ内の定位置に固定されており、発光管１０１の内部には金属ハロゲン化物、水銀、始動用ガス等が封入されている。
【００１８】
図２に、このようなメタルハライドランプ発光管の端部を拡大して示す。発光管の一方の端部構成について、図２に基づいて説明する。電極アセンブリは、タングステンロッドで成る電極棒の先端側にタングステン線を密巻きして放熱用のコイル部が形成された電極１０２ａと、モリブデンロッドの外周部にモリブデン線を密巻きしてコイル部が形成された耐ハロゲン性中間材１０５ａと、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合燒結して成る導電性サーメット１０６ａとが直列的に突合せ溶接された構成となっている。キャピラリ内に挿通された電極アセンブリの外表面とキャピラリの内表面との間には、発光管内部へ通ずるわずかな空隙が形成されている。この空隙にシール材１０４ａが入り込み、導電性サーメット１０６ａとキャピラリ内壁との間を埋めることにより、電極アセンブリ１０６ａが発光管端部に固定されるとともに、発光管は気密封止される。
【００１９】
ここで、導電性サーメットは上記背景技術の項で説明したとおり、通常は図７に示す工程に従って作成されている。
【００２０】
しかしながら、上記の方法で導電性サーメット棒を作製した場合、導電性サーメット棒の中心軸付近に空洞を有する導電性サーメット棒が混在していることがあった。空洞を有する導電性サーメット棒の例を図６に示す。さらに調査すると、この空洞は規定長さに切断される前、長尺の導電性サーメット棒にも存在し、さらに製造工程をさかのぼって焼成前の乾燥成形体にも見られ、押し出し成形機から取り出された直後の柔らかい成形体には空洞が無いことが分かった。すなわちこの空洞は、導電性サーメット成形体を静置乾燥させている間に生じたものと推定された。
【００２１】
さらなる検討の結果、導電性サーメット押出成形の際、ドライヤなどで風を当て、強制的に乾燥させると、乾燥後の成形体内には空洞が出来る事が分かった。これを細かく考察すると次のとおりである。
（１）導電性サーメット成形体は水分を含んでおり、乾燥後には収縮して全体の体積は乾燥前より小さくなる。
（２）風を周りから当てる事により急激に乾燥しようとし、まず導電性サーメットの外表面だけが乾燥硬化する。この場合、導電性サーメット成形体の外径はこれ以上小さくならない。
（３）その後、成形体内部も乾燥して収縮してゆくが、外径が収縮しないため、成形体中心部分の水分とともに、導電性サーメット材料の混合材料が外側に引っ張られ、中央部に空洞が出来るのではないかと推測できる。
【００２２】
そこで、成形体外表面のみを先に硬化させないように、成形体を急激に乾燥させない方法を検討した。最終的に最も簡易で安価な「無風環境」にて成形、乾燥を行うという手法を採用することで、乾燥後の成形体内には空洞が出来なくなった。
【実施例１】
【００２３】
本発明を適用した導電性サーメットの製造方法は以下のとおりである。図３を参照して説明する。
（Ｓ１０１）平均粒径１〜５μｍの金属微粉末と、平均粒径１μｍのセラミック顆粒または擬集粒子とを十分に混合させる。
（Ｓ１０２）さらに水と有機バインダー等を加えて混練し、金属粒子とセラミック顆粒とがほぼ均等に混合配置された混合材料を作製する。このときの混合材料の粘度は、粘土細工に使用される油粘土と同じ程度に調整するのが好ましい。
（Ｓ１０３）この混合材料を押出し成形機に投入し、細長い粘土状成形体を得る。量産の場合には前記粘土状成形体の長さを１０ｃｍから１ｍ程度に切断すると以後の工程での取り扱いに有利である。
（Ｓ１０４）前項の粘土状成形体を細長い形態のまま取り出し、無風環境で直線性を保ったまま乾燥させ、細長い導電性サーメットの乾燥成形体を得る。
（Ｓ１０５）この乾燥成形体を仮焼成して前記混練工程で加えた有機バインダーを除去し、その後真空中１６００℃以上の高温で本焼成を行なうことによって焼結させる。それによって、金属粒子が部分的に網状構造をなし、少なくとも長さ方向の導電性を有する導電性サーメット棒が得られる。これをダイヤモンドカッタ等によって規定長さに切断して、電極アセンブリで用いられる長さ４〜２０ｍｍ程度の導電性サーメット棒を得る。。
【００２４】
従来の製造方法との違いは、成形機から出てきた成形体を静置乾燥させる際に、風を当てることなく、無風の状態で乾燥させるところである。雰囲気温度は人間にとって無理の無い温度、１０℃から３０℃程度であればよい。
【００２５】
ここで無風環境とは、導電性サーメット成形体に接触する空気の風速を０．２ｍ／ｓ以下にコントロールした環境である。これは気象庁風力階級表の「風力０」に相当する。
【００２６】
ただし乾燥させる場所の湿度が、２０%以下だと風を当てなくても乾燥しやすく、成形体の中に空洞が出来てしまう確率が高くなった。また、湿度が８０%以上だと乾燥しにくく成形体の中に空洞は出来ないが、乾燥するまでの時間が長くなってしまい、製造効率が著しく落ちてしまう。この事から成形、乾燥させる環境としては、湿度２１%以上７９%以下に設定することが好ましい。
【００２７】
無風乾燥を実施する具体例について図４を参照して説明する。図４において、２００は押し出し成形後の導電性サーメット粘土状成形体２０１を入れる導電性サーメット乾燥ジグであり、本例では底面に溝を設けて粘土状成形体２０１の直線性を保ったまま前記溝の中に静置し、乾燥出来るようにした板状ジグである。２０２は風除けのためのカバーである。図４は導電性サーメットを静置乾燥している状態を導電性サーメットの軸方向からみた断面となっており、導電性サーメットの粘土状成形体２０１の長さはそれぞれ１ｍである。導電性サーメット乾燥ジグ２００の長さは１ｍより少し長く、カバー２０２の長さ方向寸法は導電性サーメット乾燥ジグ２００の長さよりさらに長くなっている。
【００２８】
導電性サーメットの製造工程中、前記Ｓ１０３工程において、導電性サーメット成形体が成形機から出てきたところを適当な長さに切断し、導電性サーメット乾燥ジグ２００の溝に手早く並べる。本実施例では１ｍごとに導電性サーメット成形体を切断している。導電性サーメット乾燥ジグ２００を水平の適当な台に置き、カバー２０２をかぶせる。そのまま１０時間から２０時間静置することで導電性サーメット成形体は乾燥し、１本ずつ持ち上げたときに変形しない硬さになっている。この状態で内部に空洞の無い長尺導電性サーメットが出来ている。これら乾燥後の導電性サーメット成形体をさらに１００ｍｍ程度まで短く切断すると、後工程での取り扱いが楽になる。その後は通常の方法で焼成後、規定長さに切断することで、ランプ部材としての導電性サーメット棒が完成する。本発明の製造方法によって製造した導電性サーメット棒は、図５に示すとおり、導電性サーメット棒中央付近に空洞を生じない。
【００２９】
上記乾燥工程で使用するカバー２０２は、その壁面に直径１ｍｍ程度の小孔を複数設けて空気が流通できるようにしても良い。カバー２０２が内包する容積が乾燥させる導電性サーメット成形体合計体積の１００倍以上あれば、カバー壁面に小孔を設けず、カバー２０２の開口部と台との隙間から流通する空気のみで導電性サーメット成形体の水分をカバー外に排出しても良い。また大量生産に対応するため、導電性サーメット乾燥ジグ２００をカバー２０２無しで通気性の良い棚に複数並べたうえ、この棚全体をビニールカバーなどで覆うことにより導電性サーメットの粘土状成形体を無風環境に置くという方法も適用できる。
【実施例２】
【００３０】
成形体を一度に大量に作製してから乾燥させる場合、押し出し成形機から出てくる導電性サーメット成形体を導電性サーメット容器に並べている間に最初に並べていた導電性サーメット成形体が風に当たって外表面のみが乾燥硬化してしまうケースも起こりうる。その課題は押し出し成形機ごと無風環境に置くことで解決できる。
【００３１】
導電性サーメット成形および乾燥を行なう場所全体を壁で囲った部屋またはビニールカーテンなどで仕切った空間とすることで、導電性サーメット外表面のみの乾燥を防ぎ、中心部に空洞の無い導電性サーメット成形体を製造することができる。
【００３２】
実施例２の製造方法では、作業者の出入りが激しいなど、作業空間で風が起こる頻度が高い場合を除いて、乾燥中の導電性サーメット成形体にカバーをかぶせる必要は無い。ただし、エアコンや加湿器などを用いて作業環境をコントロールする必要がある場合、導電性サーメット成形体に当たる風が風速０．２ｍ／ｓを超えるようであれば、導電性サーメット成形体にカバーをかぶせることが必要となる。
【００３３】
本発明は、以上説明したとおり、導電性サーメット成形体の乾燥工程（Ｓ１０４）に関するものであり、この工程以外の製造工程については従来の方法がそのまま適用できる。本発明の製造方法を適用して製造した導電性サーメット棒を用いてセラミックメタルハライドランプを製造する方法についても従来の製造方法をそのまま適用してよい。
【００３４】
本発明は、セラミックメタルハライドランプ発光管に使用する導電性サーメット棒の製造方法を例にとって説明しているが、本発明は円柱形または中実の細長い成形体を湿式成形後に乾燥・焼結して製造する工程に応用できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、導電性サーメット内部に空洞を生じる現象を無くす導電性サーメットの製造方法と提供するとともに、ランプシール部の早期リークを防ぎ、ランプ本来の長寿命を有するセラミックメタルハライドランプを提供するものである。  
【符号の説明】
【００３６】
１０１    発光管
１０２ａ，１０２ｂ    電極
１０４ａ，１０４ｂ    シール材
１０５ａ，１０５ｂ    耐ハロゲン性中間体
１０６ａ，１０６ｂ    導電性サーメット
１１１    透光性外管
２００    導電性サーメット乾燥ジグ
２０１    導電性サーメット粘土状成形体
２０２    カバー 
【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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