(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管に連設された閉塞管を閉塞し、電極芯棒を焼き嵌めて保持して、導電性材料成分と非導電性材料成分とが管軸方向に連続的または段階的な濃度勾配を持ち、一方側が非導電性であり他方側が導電性である傾斜機能材料から構成されている管球の閉塞部構造体において、
該傾斜機能材料の孔内に隙間なく電極芯棒が焼き嵌められており、前記電極芯棒における、該傾斜機能材料の孔内に位置し、該傾斜機能材料の少なくとも金属成分が５０ｖｏｌ％以下の領域で内接する部分の表面領域が、タングステンまたはモリブデンよりなる高融点金属の薄膜で被覆されていることを特徴とする管球の閉塞部構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水銀ランプやメタルハライドランプ、ハロゲンランプ等の各種管球の閉塞管を閉塞する閉塞部構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、管球、中でもシリカガラス製の発光管内に一対の電極が対向配置された放電ランプの閉塞部構造体に、傾斜機能材料が使用され始めている。傾斜機能材料で形成された閉塞体は、一方側がシリカなどの非導電性成分に富み、他方側に向かうにつれてモリブデンなどの導電性成分の割合が連続的に、または段階的に増加するものである。したがって、シリカとモリブデンから作製した傾斜機能材料を使用した閉塞部構造体の場合、該閉塞部構造体の一方の側は非導電性であるとともに熱膨張率が発光管材料のシリカガラスの熱膨張率に同じかまたは近く、他方の側は導電性であるとともに熱膨張率が電極芯棒の材料であるタングステンまたはモリブデンの熱膨張率に近い特性を有する。この特性が放電ランプの閉塞部構造体として適している。
【０００３】
フィラメントを有するハロゲンランプやハロゲンヒータにおいても発光管はシリカガラス製であるので、閉塞部構造体として傾斜機能材料を使用できる。
【０００４】
図１に傾斜機能材料を放電ランプ１の閉塞部構造体として使用した従来例を示す。発光管２および閉塞管３はシリカガラス製であり、発光管２内部に対向した一対の電極４、５が配置されている。閉塞部構造体を形成する傾斜機能材料６は円柱体でありシリカとモリブデンから形成されており、該傾斜機能材料６の一方の側（発光管内方側）はシリカに富み非導電性であり、他方側（発光管外方側）はモリブデンに富み導電性である。そして、非導電性側端面を放電ランプの発光管２の放電空間に面するように配置され、該発光管２の両端に形成された閉塞管３は傾斜機能材料６のシリカに富む領域（非導電性領域）にて気密に溶着される。記号８は外部リードである。
【０００５】
傾斜機能材料への電極芯棒７の固定は、先ずシリカとモリブデンの粉末の圧粉体を１３００℃程度の温度で仮焼結して円柱体を成形し、この円柱体の非導電性側端面の略中心に該端面表面から該傾斜機能材料の導電性領域までいたる電極芯棒と略同径の挿入用の孔１０を加工して、該孔１０に電極芯棒７を挿入してから１７００℃程度で本焼結することによって行われる。
【０００６】
しかし、電極芯棒７はタングステンやモリブデン等の金属であるので、焼結時に傾斜機能材料の金属成分濃度が５０ｖｏｌ％以下の領域、とりわけ非導電性のシリカ成分の多い領域（非導電性領域）の部分と接触すると、熱膨張率の差によって傾斜機能材料の非導電性領域の孔１０に面した部分にクラックが入り、ランプ製作後にそのクラック部分から割れが広がりリークにいたる事故が起こる。
【０００７】
この事故を防止するために従来は図２に示すように、傾斜機能材料の導電性領域の電極芯棒と略同径の孔１０Ａと、孔１０Ａより内径が大きく傾斜機能材料の非導電性領域の孔１０Ｂの二段の孔加工を施し、本焼結の際に電極芯棒７が内側の孔１０Ａの部分で本焼結時に焼き嵌められるが孔１０Ｂとは隙間を保つようにしたものもある。この例としては特開平９−１２５１８６号公報がある。
【０００８】
だが、外側の孔１０Ｂの内壁面と電極芯棒７の間に形成される隙間１０Ｓにランプ内空間での最冷部が存在する。メタルハライドランプや水銀ランプをこのような二段の孔加工を施した傾斜機能材料の閉塞部構造体を使用して製作した場合、金属ハロゲン化物や水銀といった封入物が閉塞部構造体内のランプ内空間での最冷部である隙間１０Ｓに凝縮する過程で、経時的な発光色の変化が生じるなど所期のランプ特性が得られないという問題が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、傾斜機能材料を使用した閉塞部構造体において、電極芯棒が傾斜機能材料の金属成分濃度が５０ｖｏｌ％以下の領域、とりわけ非金属成分の多い非導電性の領域の部分と接触してもクラックがはいることがなく、かつ傾斜機能材料の孔の内壁面と電極芯棒との間に、最冷部となる隙間が形成されない閉塞部構造体を提供することにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図３に本発明の閉塞部構造体の断面図を示す。
閉塞部構造体は、シリカとモリブデンからなる傾斜機能材料６製であり、湿式法あるいはプレス法等にて製造される。
【００１１】
湿式法は、粒度分布の異なるシリカ粉末とモリブデン粉末を用いて混合スラリーを得て、混合スラリーを遠心分離または沈降分離してから溶媒を除いた後の泥濘を脱水し、乾燥し冷間静水圧成形などでつくる方法であり、傾斜機能材料の長さ方向において非常になだらかな組成変化の得られる製造方法である。
【００１２】
プレス法は、シリカ粉末とモリブデン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し、それぞれの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、乾燥して造粒粉末を作製し、この造粒した粉末を混合割合順に金型に複数層充填し、加圧して成形体を得た後、成形体を加熱して成形体から有機バインダを除去してから焼成するという方法である。
【００１３】
上記のような方法で製造された傾斜機能材料を管球の閉塞管部に収容される所定の寸法の円柱形に成形し仮焼結を行なった後、非導電性側端面の軸芯に電極芯棒と略同径の入る孔を導電性領域まで加工形成する。
【００１４】
次に、電極を先端に有する電極芯棒の表面に高融点金属の薄膜を形成する。上記高融点金属の薄膜は真空蒸着法やスパッタリング法で形成される。この高融点金属は傾斜機能材料の本焼結温度以上の融点を有する材料である必要がある。中でもモリブデンやタングステンは高融点で傾斜機能材料の本焼結時温度では融解、飛散、合金化などの変化が起きることなく電極芯棒の表面の薄膜に適している。電極芯棒の表面に高融点金属の薄膜を形成した後、前記仮焼結体に挿入し本焼結して固定する。
【００１５】
薄膜の電極芯棒表面への結合強度は弱いものなので、本焼結時に傾斜機能材料の少なくとも金属成分が５０ｖｏｌ％以下の領域で電極芯棒との間に熱膨張率の差によるズレが生じても、該傾斜機能材料の収縮にあわせて電極芯棒表面上で薄膜の構成粒子が滑りを生じその滑った部分には変形に伴う歪みが発生せず、傾斜機能材料の内部の少なくとも金属成分が５０ｖｏｌ％以下の領域表面にクラックが発生しない。
【００１６】
薄膜形成領域は、傾斜機能材料の孔内に挿入され該傾斜機能材料に内接する電極芯棒の表面であり、少なくとも金属成分が５０ｖｏｌ％以下の領域で内接する電極芯棒の表面領域に薄膜が形成されていれば本発明の効果を奏する。また、該傾斜機能材料の外側にある電極芯棒の表面に薄膜が形成されていてもよい。また、傾斜機能材料の孔は電極芯棒と略同径であり、かつ、焼結時に焼き嵌められているので、孔と電極芯棒の間に隙間は生じない。したがって、最冷部がここにできることはない。
【００１７】
【実施例】
図４に本発明の実施例として、閉塞部構造体を使用した管球の例としてメタルハライドランプの断面図を示す。閉塞部構造体は、直径が３．０ｍｍでありプレス法で製造されたシリカとモリブデンを原料とした傾斜機能材料６よりなるものである。傾斜機能材料の両端のモリブデン濃度は非導電性側で０ｖｏｌ％、導電性側で８０ｖｏｌ％である。電極４、５はタングステン製であり、電極芯棒７は電極４、５と一体成形されておりタングステン製で直径は０．５ｍｍである。消費電力は１５０Ｗである。封入物としては、水銀１９ｍｇ、沃化ジスプロシウム−沃化ネオジウム−沃化セシウム０．４ｍｇ、臭化インジウム０．２５ｍｇである。
【００１８】
図３の記号９は高融点金属薄膜を示し、本実施例ではタングステン薄膜とした。薄膜形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、高融点金属の微粒子を溶媒に混合し塗布して乾燥する方法である塗布法等があるが、スパッタリング法は装置が大型化することとともに、高価であり、塗布法は膜厚をコントロールしにくいことから、本実施例では装置も小型であり、安価な真空蒸着法を採用した。形成したタングステン膜厚は約１μｍであった。
蒸着条件としては、蒸発源として線径１ｍｍのタングステン棒でコイルに成形したものを使用し、真空度１×１０−５Ｔｏｒｒにて電流値２０Ａ、１０分通電した。
【００１９】
本発明の薄膜被覆の電極芯棒を傾斜機能材料と隙間なく焼き嵌めた閉塞部構造体を使用して製作したランプと、従来の薄膜形成しない電極芯棒を傾斜機能材料と隙間なく焼き嵌めた閉塞部構造体を使用したランプで点灯時性能比較を行なった。使用本数は本発明の閉塞部構造体使用ランプおよび従来ランプいずれも５本づつであり、点灯条件は、空気中で４５分点灯、１５分消灯の繰り返しサイクルにて水平点灯とした。
【００２０】
比較の結果、従来のランプでは、点灯４５分後にすべてのランプで閉塞部構造体においてリークが生じ不点灯となったが、本発明の閉塞部構造体使用のランプは点灯後１５００時間経過しても不具合は生じなかった。
ここでは、メタルハライドランプで説明したが、キセノンランプ、水銀ランプ、ハロゲンランプやハロゲンヒータ等の閉塞管を有する他のランプにも本発明の閉塞部構造体は使用できる。
【００２１】
また、上記説明では、閉塞部構造体を形成する傾斜機能材料の孔は一端が閉じた孔について述べたが、電極芯棒を傾斜機能材料に貫通して固定する場合もあり、本発明は、傾斜機能材料の孔が貫通孔の場合にも適用できることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の閉塞部構造体を使用することによって、傾斜機能材料の非導電性領域部分と電極芯棒が高融点金属の薄膜を介して接触することによって、焼結時に電極芯棒の表面の金属薄膜の構成粒子が滑り収縮歪みが緩和されるので、クラックが発生せず、良好な管球とすることができる。
さらに、傾斜機能材料の孔と電極芯棒の間に隙間が殆どないので、放電ランプに本発明を適用した場合、放電ランプ内の封入物の凝縮も防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】傾斜機能材料を閉塞部構造体に使用した従来の放電ランプの断面図を示す。
【図２】従来の閉塞部構造体の断面図を示す。
【図３】本発明の閉塞部構造体の断面図を示す。
【図４】本発明の閉塞部構造体を使用したメタルハライドランプの断面図を示す。
【符号の説明】
１  放電ランプ
２  発光管
３  閉塞管
４  電極
５  電極
６  傾斜機能材料
７  電極芯棒
８  外部リード
９  薄膜
１０  孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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