(57)【要約】  本方法は２つの板を利用し、２つの板の間に封止管が挿入される。圧力を加えることによって、亀裂生成のために必要な力が決定される。
2008528978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプのセラミック放電管の封止の品質を試験する方法において、まず封止管（２）が２つの受け部の間に挿入され、次に両受け部によって封止管に圧力が加えられ、その後、亀裂生成が現れるまでこの圧力が高められることを特徴とするランプのセラミック放電管の封止の品質試験方法。
【請求項２】
弾性率およびポアソン比の値が評価に利用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
受け部が板（１０）として構成されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
受け部がローラ（２０、２１）として構成されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
複数のローラが使用されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
大きな間隔Ａを有する２つのローラからなる下側受け部と、僅かな間隔Ｂを有する２つのローラからなる上側受け部とが使用されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
封止管が事前に電極を備えられかつろう付けされていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
封止管は事前にろう付けされた後に放電管から分離されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック放電管を備えた高圧放電ランプの封止の試験方法に関する。
【０００２】
詳細には特に、メタルハライドランプのセラミック放電管の機械的品質試験の開発が問題とされる。殊に、電極のろう付け時に重要な荷重条件のもとで機械的安定性（耐亀裂生成性）に関してセラミック放電管が評価され、相応の臨界荷重値が決定される。
【０００３】
最近のメタルハライドランプでは、セラミックスが放電管の透光性耐熱材料として使用される。こうして、従来使用された石英ガラス製放電管に比べて幾つかの利点を達成することができる。例えば点灯時に温度を高めることができ、それとともにスペクトルは昼光のスペクトルに一層良好に合わせることができる。セラミックス製メタルハライドランプは、セラミック管の製造時に形状の公差が事実上存在しないので色散乱が僅かである。さらに、密封されたセラミック管から封入物質が漏出することができないので有効寿命全体にわたってその色温度をほぼ維持する。
【０００４】
しかしセラミック材料（例えばＰＣＡ）を使用すると、前記諸利点と並んで、脆性による漏れの虞も生じる。原因は引張荷重下での亀裂生成である。亀裂生成は特に、電極を封止管内に「ろう付け」するときの故障率の高まりに現れ、つまり封止品質に現れる。ろうを有するランプは例えば国際公開第９６／２８８３９号パンフレットにより公知である。電極対を管状放電管内にろう付け（図１参照）するときの放電管と電極材料との間の熱的不整合のゆえにランプ消灯後の冷却段階中に残留応力が生じる。タングステン電極は約１５００〜１６００℃において放電管（大抵は殆どＰＣＡ製）の封止管内にろう付けされる。液化したガラスろうまたは溶融セラミックスはこの温度において空隙を満たし、固化温度以下において電極系と封止管との間に強固な結合を実現する（ろう付け過程）。メタルハライドランプの場合、放電管（ＰＣＡ）の膨張率は、ふつうニオブ、タングステン、モリブデンおよび／または金属サーメットを成分として含む電極系の被試験成分の膨張率よりも大きい。つまり封止管は冷却時に電極系上に収縮し、それゆえにろう付け過程後に特に電極との境界面が、周方向を向く引張応力によって負荷されている。これらの引張応力は結局、軸線方向亀裂の生成、従って封止管の機能不全を生じることがある。それとともにろう付けプロセス時に亀裂を生成する虞は、従ってランプ生産効率も、放電管材料の破壊靭性と封止管の内表面の品質とに依存する（欠陥寸法分布）。ろう残留応力の作用を受けての亀裂生成に対するセラミック放電管封止管の機械的耐久性を評価するのに実務に即した方法はこれまで存在していない。
【０００５】
本発明の課題は、封止品質に関する情報を提供する簡単な試験を提供することである。
【０００６】
この課題は請求項１の特徴部分によって解決される。特に有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００７】
ろう残留応力の作用を受けての亀裂生成に対する封止管の機械的耐久性を評価するために、類似の荷重状態と同じ亀裂モード（軸線方向亀裂）を封止管中に引き起こす簡単な破壊試験が提案される。封止管は円筒軸線に直角方向に圧力を負荷される（図２参照）。このため２つの受け部が使用され、受け部の間に封止管が挿入される。受け部として板またはローラが適している。この荷重方式では封止管の内面に、ろう付け時と同様に、周方向を向く引張応力が生じ、これらの引張応力は結局、亀裂生成をもたらすことができる（図３も参照）。試験のために圧縮力は封止管の機能不全に至るまで高められる。機能不全メカニズムはろう付け時に観察される亀裂モードに一致している。つまり、両事例とも内面から始まる軸線方向亀裂であることが判明した。
【０００８】
特に、複数のローラ、有利には各側で２つのローラを使用することができる。一方の側で大きな間隔を有する２つのローラ、反対側では僅かな間隔を有する２つのローラが使用されると特に好ましい。好ましくは片側で、僅かな間隔を有する２つのローラによって力が加えられる。
【０００９】
機能不全時の圧縮力から数値荷重分析を利用して、封止管に亀裂を生成する臨界引張応力が試験結果として決定される。封止管は特に毛細管として、放電管と一体に、または個別に実施されている。この臨界値は封止管の機械的安定性にとって実務に即した尺度として利用することができ、それとともにセラミック放電管の異なるロットまたは製造業者の品質を比較するのに適している。試験時とろう付け時との荷重状態および機能不全挙動に関する特別な類似性が試験結果の重要性を高める。他方で、機械的試験は比較的僅かな労力で済み、従って好ましい品質評価法を提供する。
【００１０】
本発明は、電極のろう付けプロセス時の荷重条件のもとでセラミック封止管の機械的安定性を判断するための実務に即した機械的試験方法の開発にある。荷重状態および機能不全挙動に関して機械的試験とろう付け過程との類似性が適切に利用されることを特に強調することができる。これは特に、両方の事例において封止管の内面に現れる周方向引張応力と軸線方向亀裂の生成とに関係している。
【００１１】
以下において複数の実施例に基づいて本発明が詳しく説明される。
【００１２】
図１にメタルハライドランプの放電管１が示してある。この放電管は多結晶Ａｌ2Ｏ3（ＰＣＡ）からなる。封止管２はここでは毛細管として放電管に一体に継ぎ足してあるが、しかし当然に個別の部品とすることもできる。リード線３（例えばニオブ／モリブデン製）が電極４（例えばタングステン製）と結合され、封止管に通常のガラスろう（または溶融セラミックス）５でろう付けされている。放電管内に通常の金属ハロゲン化物封入物が封入されている。ランプ点灯時の主たる故障メカニズムは封止管の内面で始まる軸線方向亀裂であることが実務において判明した。この亀裂はとりわけ毛細管、つまり大きな長さ対直径比を有する非常に縦長の細い封止管に生じる。亀裂は毛細管を通して外方に成長し、ガラスろう５を通して内方にも成長する。
【００１３】
図２に試験経過の実現が略示されている。本方法（左半分）では２つの板１０が利用され、２つの板１０の間に封止管２が挿入される。圧力を加えること（右半分の矢印）によって、封止管内に亀裂１１を生成するのに必要な力が決定される。体系的な検査の場合、個々のまたは分離された封止管２は、ろう付けされた電極系と一緒にまたはそれなしに、２つの平行な板１０からなる受圧部で処理することができる。両板１０で加えられる圧力（矢印）は封止管２内で荷重増大を生じ、最後には封止管内に亀裂１１を生成する。電極とガラスろうは特段図示されていない。
【００１４】
図３には封止管の横断面における応力状況が荷重分析の結果として示してある。試験は納入状態の封止管２（電極系未装備）について、または一体な封止管を放電管から分離後に個々に、実施することができる。試験を評価するために、封止管の機能不全（亀裂１１の生成）の時点に臨界荷重、つまり力の消費が測定されねばならず（簡単な力測定）、封止管の形状、つまり外径と、内径と、圧力を負荷される長さとが既知でなければならない。さらに、放電管のセラミック材料の弾性特性、特に変形度の尺度である弾性率値とポアソン比とが既知でなければならない。分析は板１０の接触点の近傍に高い圧力の帯域を示しており、Ｄ４は最高圧力帯域、Ｄ１は最低圧力帯域である。それに対して引張応力は封止管２の内部にあり、ここでもＺ２は高い引張応力の帯域、Ｚ１は低い引張応力の帯域を示唆している。弱い圧力の帯域Ｄ１はなお水平に延びている。
【００１５】
図４には４点曲げ強度を決定する他の試験が示してある。板がローラの配置に取替えられている。規定の間隔Ａで２つのローラ２０が下側受け部として使用される。同時に、規定の小さな間隔Ｂの２つのローラ２１からなる上側受け部が使用され、これらのローラは両下側ローラ２０間の中央に配置されている。こうしていわゆる４点曲げ試験が実施される。矢印は上側受け部の両ローラ２１が破壊するまで加える力を表す。代表的なクロスヘッド速度は０．２〜１ｍｍ／分である。試料、つまりここでは毛細管２の外径ｄＡと内径ｄＩが既知であるとき、試料の強度σは破壊力Ｆから計算することができる。というのも、両方の値は互いに比例しているからである。それに加えて、締付長ＳＬ、つまり上側受け部のローラと下側受け部のローラとの間の軸線方向間隔を知ることが重要である。
【００１６】
従って、σは破壊力Ｆから次式により得られる。
σ＝（１６×ＳＬ×ｄＡ×Ｆ）／（π×（ｄＡ4−ｄＩ4））
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】メタルハライドランプの断面図。
【図２】規定の圧縮荷重を封止管に加えることのできる方法を示す概略図
【図３】封止管内の過程の詳細な説明図
【図４】本方法の第２実施例の詳細な説明図
【符号の説明】
【００１８】
１  放電管
２  封止管
３  リード線
４  電極
５  ガラスろう
１０  板
１１  亀裂
２０、２１  ローラ
Ａ、Ｂ  間隔
Ｄ  圧力帯域
Ｆ  破壊力
ＳＬ  締付長
σ  強度
ｄＡ  外径
ｄＩ  内径
【図１】
2008528978.tif 000003
【図２】
2008528978.tif 000004
【図３】
2008528978.tif 000005
【図４】
2008528978.tif 000006
【国際調査報告】
2008528978.tif 000007
2008528978.tif 000008
2008528978.tif 000009
2008528978.tif 000010