(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス発光管において、
壁部と、電極と、雄区分と、雌区分と、充填材を含むキャビティとを有する中空のセラミックス製本体が設けられており、
前記電極が、キャビティ内へ壁部を貫通して延びておりかつ外部電源へ接続可能であり、
前記雄区分が、前記雌区分にラップジョイントによって密にシールされており、
該ラップジョイントが、内部位置決め境界面と、外部位置決め境界面と、シール境界面とを有していることを特徴とする、セラミックス発光管。
【請求項２】
前記セラミックス製本体とシール境界面とが、中心軸線に対して対称的である、請求項１記載のセラミックス発光管。
【請求項３】
前記シール境界面が円錐台形である、請求項２記載のセラミックス発光管。
【請求項４】
前記シール境界面が円筒形である、請求項３記載のセラミックス発光管。
【請求項５】
前記内部及び外部の位置決め境界面が、中心軸線に対して垂直である、請求項２記載のセラミックス発光管。
【請求項６】
前記シール境界面が、５〜２０゜のテーパ角度を有している、請求項３記載のセラミックス発光管。
【請求項７】
前記シール境界面の幅が、ラップジョイントに直ぐ隣接した領域において少なくとも発光管壁部の厚さの半分に等しい、請求項１記載のセラミックス発光管。
【請求項８】
セラミックス発光管において、
発光管の雄区分と雌区分とが設けられており、各区分が、ほぼ中空であり、壁部と、開放端部と、閉鎖端部とを有しており、前記開放端部が、シール面と、内部位置決め面と、外部位置決め面とを有しており、前記内部及び外部位置決め面が、シール面の両端に配置されており、閉鎖端部が、電極を収容するための開口を有しており、前記雄区分及び雌区分が、結合された場合に、開放端部においてラップジョイントを形成し、キャビティを取り囲むようになっていることを特徴とする、セラミックス発光管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高輝度放電ランプのためのセラミックス発光管に関する。特に、本発明はセラミックス発光管に密封シールを形成することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス発光管は、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプの高温アークを内包するために使用される。ＨＩＤ照明使用例のためのセラミックス発光管の一般的な例は、米国特許第４３８７０６７号明細書、第４９９９１４５号明細書及び第４７９９６０１号明細書に記載されている。これらの特許は引用により本願に組み込まれる。従来これらの発光管は長い円筒状の管であったが、最近のランプの発展及び腐食性ハロゲン化金属充填材の使用により、よりコンパクトで複雑な形状が使用されるようになった。例えば円筒状のジオメトリがハロゲン化金属充填材と共に使用される場合、ランプ充填材は、発光管の端部において、壁部と端部ボタンとの間の角隅に滞留する傾向がある。長時間の動作期間に、これらのランプはしばしばこの領域におけるセラミックスの腐食を生じる。腐食が発光管の壁部を破断させて充填ガスが漏出するとランプは最終的に故障する。発光管のジオメトリが半球状の端部を有するように修正すると、充填材が凝縮する低温箇所を排除することにより発光管の腐食を低減する。予想されるように、コンパクトで複雑な発光管形状は製造するのがより困難である。さらに、複数の部材が発光管アセンブリにおいて使用されると、これらの部材を整合させておくために及び密なシールを得るためにより手間がかかる。したがって、発光管を構成するために使用される部材及びシールの数を減じることも望ましい。
【０００３】
所望の内部ジオメトリを有する一体的な発光管本体を形成するためにブロー成形及びゲル鋳込を使用することができるが、両方法は特有の欠点を有している。ブロー成形されるランプは吹き込みの間に達成可能な膨張の程度によって制限され、発光管の壁部が薄くなる傾向がある。ゲル鋳込は、キャビティ形状を規定するために一時的なコアを使用する必要性により制限される。一時的なコアは、形成された発光管の内部に捕捉され、取り出さなければならない。通常、取出しは、ワックス等の融点の低い材料から形成されたコアを溶融させることによって行われる。コアはこのプロセスによって破壊されるので、ゲル鋳込は、より高価なプロセスとなる傾向がある。さらに、一時的なコアの材料は、発光管キャビティを汚染する虞があり、これによりランプ動作に関する問題を生ぜしめる。
【０００４】
ブロー成形又はゲル鋳込によって一体的な発光管本体を形成することが可能であるが、既存の設計はさらに、電極を含みかつこれらの電極をシールする２つの毛管を、発光管に締め代焼結（interference sintering）によって結合させることを必要とする。その結果、焼結の後に密でなければならない２つの接合部を有する３部構成の発光管構造が提供される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来の欠点を排除することである。
【０００６】
本発明の別の課題は、２部構成のセラミックス発光管を提供することである。
【０００７】
本発明のさらに別の課題は、慣用のセラミックス成形技術によって形成することができるセラミックス発光管を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの側面によれば、セラミックス発光管が提供され、このセラミックス発光管が、中空のセラミックス製本体を有しており、該セラミックス製本体が、壁部と、電極と、雄区分と、雌区分と、充填材を含んだキャビティとを有しており、前記電極が、キャビティ内に壁部を貫通して延びておりかつ外部電源に接続可能であり、前記雄区分が、雌区分にラップジョイントによって密にシールされており、このラップジョイントが、内部位置決め境界面と、外部位置決め境界面と、シール境界面とを有している。
【０００９】
本発明の別の側面によれば、セラミックス発光管アセンブリが提供され、このセラミックス発光管が、雄管区分と雌管区分とを有しており、各区分は、ほぼ中空であり、壁部と、開放した端部と、閉鎖した端部とを有しており、開放した端部が、シール面と、内部位置決め面と、外部位置決め面とを有しており、内部及び外部の位置決め面が、シール面の両端部に配置されており、閉鎖した端部は、電極を収容するための開口を有しており、雄区分と雌区分とは、接合された場合に開放した端部においてラップジョイントを形成し、キャビティを取り囲むようになっている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を、別の課題、利点及び可能性と共によりよく理解するために、後で説明する図面に関連した以下の開示及び添付の請求項が参照される。
【００１１】
本発明は、１つの密封ジョイントのみを必要とする２部構成の発光管設計を使用する。発光管は、２つの区分を有するように形成されて、ラップジョイントによって接合される。発光管は２つの区分から成っているので、各区分は、静水圧プレス、射出成形、泥しょう鋳込、ゲル鋳込等の慣用のセラミックス成形技術によって製造することができる。ゲル鋳込が使用されるならば、発光管の内部輪郭を形成するための一時的なコアは必要とされない。なぜならば、各区分はアクセス可能な開放した端部を有しているからである。ラップジョイントは、２つの区分が容易に整合させられてはめ合わされるように設計されている。重なり合うフランジが、各区分の開放した端部に形成される。フランジは、２つの区分をシールしかつ位置決めするための当座の面を提供する。密なシールを維持するために、区分は、僅かな締りばめを行うように設計されている。密なシールを維持するために必要な締りばめの量は、通常１〜８％である。程度のより大きな締りばめを使用することができるが、発光管形状の著しい歪みを生じるおそれがある。
【００１２】
部材が形成されて組み立てられた後、未完成の部材におけるあらゆる有機結合剤が除去される。組み立てられた区分は、これらの区分を結合させしかつ残余有機材料を除去するために予焼結される。２つの区分を接合する択一的な方法は、区分の製造において使用される有機結合剤の軟化点又は融点より僅かに高い温度を、僅かな圧力と組合せ、結合剤を除去する前に２つの区分を溶接する。この形式では、締りばめの程度を低減又は排除することができ、これにより、焼結された発光管の歪みを低減することができる。２つの区分の最終的なシールは、発光管を通常は水素を含む雰囲気において焼結することによって達成される。温度、加熱率、冷却率及び最高温度における浸漬時間は、セラミックスの組成に応じて異なる。
【００１３】
様々な発光管及びラップジョイントの構成が図１〜図６に示されている。
【００１４】
図１は、発光管アセンブリの横断面図であり、この発光管アセンブリは、ほぼ中空の円筒状の雄区分４及び雌区分２を有している。各区分は、同じ内径及び外径を有している。各区分の閉鎖した端部１１において、電極（図示せず）を挿入するための開口１２が壁部１４に設けられている。毛管３０が、閉鎖した端部１１に取り付けられており、これにより、完成した発光管における電極の位置決め及びシールを容易にしている。開放した端部１５及び１７において、両区分は、内部位置決め面１０と、外部位置決め面８と、シール面３及び６とを有している。これらの面は、図２に示されたラップジョイントを形成するように接合する。より具体的には、雄区分４のフランジ５が、開放した端部１７の周囲において同軸的に延びている。フランジ５の外径は、雄区分の外径よりも小さい。シール面３は円筒状であり、フランジ５の外径によって形成されている。同様に、雌区分２のフランジ７は、開放した端部１５の周囲において同軸的に延びている。フランジ７は、雌区分２の内径よりも大きくかつフランジ５の外径に等しい内径を有している。シール面６は円筒状であり、フランジ７の内径によって形成されている。開放した端部１５に形成された凹所は、両部材が発光管を形成するように係合させられた場合に、雄区分のフランジ５を収容する。位置決め面８及び１０のは、開放した端部における各区分２及び４の直径の不連続によって形成されている。位置決め面８及び１０は、２つの区分の適切な係合を保証する。有利には、位置決め面８及び１０は、区分２及び４の中心軸線に対してほぼ垂直であるが、他の構成も可能である。
【００１５】
図１に示された実施例においては、シール面３及び６は円筒状であり、２つの区分の中心軸線と同軸的である。しかしながら、別の実施例においては、シール面の一方又は両方が僅かにテーパさせられていてよい。例えば、締りばめが望ましい場合には、フランジ５の外径は、フランジ７の内径よりも僅かに大きく形成され、雄区分４のシール面３は内方へテーパさせられている。密なシールは、１％の締りばめ（０．００４インチ（０．１０１６ｍｍ））と、雄フランジにおける２％のテーパを使用することによって得られた。同様の性能が、締りばめを半分の０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）に減じた場合にも観察された。
【００１６】
発光管区分は有利にはアルミナから形成されており、アルミナは、焼結後に所要の半透明度を提供する。有利な組成は、約５００ｐｐｍのＭｇＯを含有する純粋アルミナである。部材を形成しかつ組み立てた後、組み立てられた区分は、１３５０℃よりも低い温度、有利には１２００℃で１時間空気中で予焼結される。最終的な焼結は、約１８２０℃〜１９５０℃の温度で、水素を含有する雰囲気中で行われる。さらに有利には、発光管部材は、湿式水素中で１９３５℃で４時間焼結される。密なシールを形成することに加え、本発明の焼結された発光管は、優れた寸法の制御及び再利用性を示す。
【００１７】
図２は、図１に示された構成を有する組み立てられた発光管の横断面図である。雄区分４は雌区分２に係合させられ、ラップジョイント２５において密なシールを形成するように焼結されている。ラップジョイント２５は、シール境界面２８と、位置決め境界面２２及び２４とから成っている。組み立てられた発光管におけるシール境界面及び位置決め境界面は、図１に示されたシール面及び位置決め面の接合部に形成されている。密なシールが、最終的な焼結の後にシール境界面において形成される。シール境界面２８の一般的な配置は、発光管の壁部１４の途中までである。しかしながら、フランジ５及び７の相対的な厚さは、シール境界面を壁部１４において種々異なる深さに形成するように調節されてよい。シール境界面２８の幅は、ラップジョイントに直ぐ隣接した領域において少なくとも壁部１４の厚さの半分に等しいと有利である。密なシールは、位置決め境界面２２及び２４においても形成されてよい。しかしながら、ラップジョイントの構成に応じて、間隙が、焼結の後に位置決め境界面に形成されてよい。この実施例においては、これらの間隙は発光管の壁部の半分まで延びていてよいが、ランプ性能に影響するようには示されていない。内部間隙は、雄フランジを雌フランジよりも０．００１〜０．００５インチ（０．０２５４〜０．１２７ｍｍ）だけ長くすることによって排除することができる。
【００１８】
電極２０は、ガラスフリットによって毛管３０内に密にシールされている。電極は、キャビティ３２内へ延びておりかつ安定器等の外部電源に接続可能である。キャビティ３２は、充填材３５及び充填ガス（図示せず）を含んでいる。充填材３２は、あらゆる数の公知の発光管充填材料及び充填ガスから成っていてよい。
【００１９】
図３及び図４は、図１及び図２に示されたものと同様の発光管アセンブリ及び結果的な発光管を示す横断面図である。図５及び図７は、シール面４０及び４３並びにシール境界面４２を円錐台形に形成するために、中心軸線４９に対してテーパされている。円錐台形のシール面４０及び４３と中心軸線４９とによって形成されたテーパ角度は、５〜２０゜で変化してよい。テーパ角度の限界は、良好拡散密着シールを得ることができる角度を越えた角度である。角度が大き過ぎると、締りばめシールを用いた結合のための打込み力が、区分２及び４が、接合の代わりにシール境界面４２に沿って滑動することによってシールする間に分離するような点にまで低減される。円錐台形は、円筒形の場合よりも幅広のシール境界面を提供し、位置決め境界面２２及び２４における間隙の形成及び深さを低減する傾向がある。このことは、ラップジョイント４７の強度を増大すると考えられる。
【００２０】
図５及び図６は、発光管が直円柱ではないが依然として中心軸線４９に対して軸線方向で対称的なままであるような本発明の実施例を示している。この実施例においては、閉鎖された端部１１は、丸く形成された半球形のジオメトリを有している。前述したように、丸く形成された輪郭は、充填材３５の凝縮によって生じる発光管壁部の腐食を低減する。ラップジョイント４７は、図３及び図４に示されたラップジョイントと同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】円筒状のシール面を有する円筒状の発光管アセンブリを示す横断面図である。
【図２】図１に示された構成を有する組み立てられた発光管を示す横断面図である。
【図３】円錐台形のシール面を有する円筒状の発光管アセンブリを示す横断面図である。
【図４】図３に示された構成を有する組み立てられた発光管を示す横断面図である。
【図５】円錐台形のシール面を有する、軸線方向で対称的な別の発光管を示す横断面図である。
【図６】図５に示された構成を有する組み立てられた発光管を示す横断面図である。
【符号の説明】
２  雌区分、  ３  シール面、  ４  雄区分、  ５  フランジ、  ６  シール面、  ８  外部位置決め面、  １０  内部位置決め面、  １１  閉鎖された端部、  １２  開口、  １４  壁部、  １５，１７  端部、  ２０  電極、  ２２，２４  位置決め境界面、  ２３  充填材、  ２５  ラップジョイント、  ２８  シール境界面、  ３０  毛管、  ３２  キャビティ、  ３５  充填材、  ４０，４３  シール面、  ４２  シール境界面、  ４７  ラップジョイント、  ４９  中心軸線
【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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