(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管球の発光管に連設された閉塞管を封止する管球用閉塞体であって、
導電性無機物質成分および絶縁性無機物質成分からなり、軸方向に沿って導電性無機物質成分濃度が傾斜的に変化することによって導電性部分と絶縁性部分が形成された略柱状の傾斜機能材料から構成されており、
かつ前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端に連続して外周面に溝部を形成したことを特徴とする管球用閉塞体。
【請求項２】
管球の発光管に連設された閉塞管を封止する管球用閉塞体であって、
導電性無機物質成分および絶縁性無機物質成分からなり、軸方向に沿って導電性無機物質成分濃度が傾斜的に変化することによって導電性部分と絶縁性部分が形成された略柱状の傾斜機能材料から構成されており、
かつ前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端より外方にかけての部分の外径を被溶着封止部分の外径より小さくなるように外周面に段差を付けたことを特徴とする管球用閉塞体。
【請求項３】
発光管と該発光管に連設された閉塞管と該閉塞管を閉塞する閉塞体を有する管球において、
該閉塞体は、導電性無機物質成分および絶縁性無機物質成分からなり、軸方向に沿って導電性無機物質成分濃度が傾斜的に変化することによって導電性部分と絶縁性部分が形成された略柱状の傾斜機能材料から構成されており、
かつ前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端に連続して外周面に溝部を形成してあり、
該閉塞管は、該閉塞体の被溶着封止部分よりも長い長さを有し、閉塞体の被溶着封止部分より外側にまで延びていることを特徴とする管球。
【請求項４】
発光管と該発光管に連設された閉塞管と該閉塞管を閉塞する閉塞体を有する管球において、
該閉塞体は、導電性無機物質成分および絶縁性無機物質成分からなり、軸方向に沿って導電性無機物質成分濃度が傾斜的に変化することによって導電性部分と絶縁性部分が形成された略柱状の傾斜機能材料から構成されており、
かつ前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端より外方にかけての部分の外径を被溶着封止部分の外径より小さくなるように外周面に段差を付けてあり、
該閉塞管は、該閉塞体の被溶着封止部分よりも長い長さを有し、閉塞体の被溶着封止部分より外側にまで延びていることを特徴とする管球。
【請求項５】
前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端の導電性無機物質成分濃度が０体積％以上３体積％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の閉塞体。
【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キセノンランプやメタルハライドランプ等の放電ランプ、またはハロゲンランプやハロゲンヒータ等の白熱電球の閉塞管部を閉塞する傾斜機能材料からなる管球用閉塞体、および管球用閉塞体を使用した管球に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、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発光管に連設された閉塞管を封止する閉塞体として、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絶縁性無機物質成分に富み、他方側に向かうにつれてモリブデンなどの導電性無機物質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、例えばシリカとモリブデンからなる傾斜機能材料を使用した閉塞体の場合、該閉塞体の一方の側は絶縁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という特性を有する。この特性が管球の閉塞体として適している。
【０００３】
管球の中で、フィラメント発熱体を有するハロゲンランプやハロゲンヒータ等の白熱電球においてもその発光管はシリカガラス製であるので、閉塞体としてこの傾斜機能材料を使用できる。
【０００４】
図１は放電ランプの閉塞体として傾斜機能材料を使用した従来の放電ランプの例の断面図を示す。放電ランプ１の発光管２および閉塞管３は絶縁性無機物質成分（例えばシリカガラス）製であり、発光管２内部に対向した一対の電極５、５が配置されている。前記両電極は電極芯棒６の先端にあり、該電極芯棒６は閉塞体４の導電性部分４１まで挿入され焼き嵌められている。記号７は外部リードであり、電極芯棒と同様に焼き嵌められている。なお、外部リード７と電極芯棒６を一体として、閉塞体４を貫通して焼き嵌められることもある。
【０００５】
閉塞体４は円柱状であり、軸方向に一様な外径を有し、絶縁性無機物質成分（例えばシリカ）と導電性無機物質成分（例えばモリブデン）から形成されており、該閉塞体４の一方の側（発光管内方側）は絶縁性無機物質成分に富み絶縁性部分４０であり、他方側（発光管外方側）は導電性無機物質成分に富み導電性部分４１である。そして、絶縁性無機物質成分側端面は放電ランプ１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は閉塞体４の絶縁性部分４０にて気密に溶着封止される。
【０００６】
傾斜機能材料製の閉塞体を管球の閉塞体として使用する場合は、従来は図１に示すように傾斜機能材料の絶縁性部分４０を閉塞管３で覆い溶着封止して傾斜機能材料製閉塞体４を閉塞管３から突出させて該閉塞体４の導電性部分４１を直接帯状の口金１０で挟んで給電する構成としていた（閉塞体突出型）。
しかし、該閉塞体の折損防止のため、最近では図２に示すように閉塞管３を延長して該閉塞体４より長くして閉塞体を保護する「保護管」の役割を閉塞管に持たせ、これに口金１０を接着材１７で固定するという方式が用いられることも行われる（保護管型）。
図２の構造の放電ランプにおいては、閉塞体４の導電性部分端面から突出した外部リード棒７が外部リード棒延長線９と溶接部８で溶接され、該外部リード棒延長線９は口金１０のロウ付部１１でロウ付けされている。
【０００７】
前述の「閉塞体突出型」の方式では、閉塞体４の絶縁性部分４０での溶着封止では発光管２内を負圧にした状態で閉塞管３における閉塞体４の絶縁性部分４０の位置する個所を閉塞管の外側から火炎バーナーで加熱することにより、閉塞管３を溶融させて縮径するように変形させ、閉塞管３と閉塞体４の絶縁性部分４０とを気密に溶着する。
【０００８】
そして、後者の「保護管型」の方式において、軸方向で一定の外径を有する円柱状閉塞体４を使用した場合、閉塞管３内壁と閉塞体４の絶縁性部分４０を密着させるように溶着封止する過程では、接合のまさに離れる箇所、すなわち閉塞体の被溶着封止部分外端で、図３に示すように鋭い角度を持ってガラスが傾斜機能材料製閉塞体から離間する。また、溶着接合面の外縁部が波を打ったような状態になり、形状的にも制御しにくかった。
【０００９】
つまり、「保護管型」の方式においても、前記被溶着封止部分外端がエッジ部１２となっており、そのエッジ部１２が応力に対して弱い構造的特異点となり、溶着封止する際に放電ランプに力がかかりエッジ部１２に応力集中が起こりやすい。そして、ついにはエッジ部１２で閉塞体４が折れるという不具合が発生する。
【００１０】
さらに、「保護管型」の構成の放電ランプを組立製作する際に、傾斜機能材料製閉塞体４から突出した外部リード棒７に外部リード棒延長線９を溶接部８でスポット溶接したり、口金１０の中に該延長線９を挿入するときなどに放電ランプに力が加わり、特異点である前記エッジ部１２で折れてしまうことがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、放電ランプや白熱電球等の管球の封止工程および封止工程後の組立製作過程において、閉塞管の閉塞体との被溶着封止部分端部で折れて破損することの少ない管球用閉塞体とそれを用いた管球を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、管球の発光管に連設された閉塞管を封止する管球用閉塞体であって、導電性無機物質成分および絶縁性無機物質成分からなり、軸方向に沿って導電性無機物質成分濃度が傾斜的に変化することによって導電性部分と絶縁性部分が形成された略柱状の傾斜機能材料から構成されており、かつ前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端に連続して外周面に溝部を形成したことを特徴とする管球用閉塞体とする。
【００１３】
次に請求項２記載の発明は、管球の発光管に連設された閉塞管を封止する管球用閉塞体であって、導電性無機物質成分および絶縁性無機物質成分からなり、軸方向に沿って導電性無機物質成分濃度が傾斜的に変化することによって導電性部分と絶縁性部分が形成された略柱状の傾斜機能材料から構成されており、かつ前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端より外方にかけての部分の外径を被溶着封止部分の外径より小さくなるように外周面に段差を付けたことを特徴とする管球用閉塞体とする。
【００１４】
さらに、請求項３記載の発明は、発光管と該発光管に連設された閉塞管と該閉塞管を閉塞する閉塞体を有する管球において、該閉塞体は、導電性無機物質成分および絶縁性無機物質成分からなり、軸方向に沿って導電性無機物質成分濃度が傾斜的に変化することによって導電性部分と絶縁性部分が形成された略柱状の傾斜機能材料から構成されており、かつ前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端に連続して外周面に溝部を形成してあり、該閉塞管は、該閉塞体の被溶着封止部分よりも長い長さを有し、閉塞体の被溶着封止部分より外側にまで延びていることを特徴とする管球とする。
【００１５】
そして、請求項４記載の発明は、発光管と該発光管に連設された閉塞管と該閉塞管を閉塞する閉塞体を有する管球において、該閉塞体は、導電性無機物質成分および絶縁性無機物質成分からなり、軸方向に沿って導電性無機物質成分濃度が傾斜的に変化することによって導電性部分と絶縁性部分が形成された略柱状の傾斜機能材料から構成されており、かつ前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端より外方にかけての部分の外径を被溶着封止部分の外径より小さくなるように外周面に段差を付けてあり、該閉塞管は、該閉塞体の被溶着封止部分よりも長い長さを有し、閉塞体の被溶着封止部分より外側にまで延びていることを特徴とする管球とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、前記閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端の導電性無機物質成分濃度が０体積％以上３体積％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の閉塞体とする。
【００１７】
【作用】
閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端に連続して外周面に溝部を形成したり、閉塞管が溶着封止される被溶着封止部分外端近傍より外方にかけての部分の外径を被溶着封止部分の外径より小さくなるように外周面に段差をつけた閉塞体とすると、被溶着封止部分外端に形成されるエッジ部のエッジ角度の鋭さが軽減されるので管球にかかる応力に対しての閉塞体のエッジ部の機械的強度が増し、管球の機械的強度も増す。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。本発明の閉塞体を構成する傾斜機能材料の製造方法については概略次の通りである。
絶縁性無機物質成分粉末と導電性無機物質成分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、有機バインダを含む溶剤とともに混合した後、造粒された絶縁性無機物質成分粉末と導電性無機物質成分粉末との混合割合毎に均一組成層を積層し加圧して円柱状の成形体とする。
【００１９】
図９に傾斜機能材料を成形するときの加圧方法を示すが、円柱状の成形空間を有する金型２０の底部材２２の上面上に、導電性無機物質成分濃度の最も低い混合粉末を層状に充填して、ついで２番目に低い導電性無機物質成分濃度の混合粉末を層状に充填し、そのように順に導電性無機物質成分濃度を変えた混合粉末を層状に必要な層数充填し、その後加圧体２１で加圧して成形することにより、複数層が一体に積層された成形層積層体２３を形成する。図９では５層の状態が示されている。その後、有機バインダを除去する仮焼結を行なう。
【００２０】
仮焼結後、成形層積層体２３の絶縁性側端面の略中心に該端面表面から該閉塞体の導電性部分までいたる電極芯棒と略同径の電極芯棒挿入用の孔を加工する。
【００２１】
次に、本発明においては閉塞管が溶着封止される閉塞体の被溶着封止部分外端に連続した外周面を旋盤を使用して削って溝きりするか、同じく旋盤で閉塞体の封止されない部分の外周面を削る。そして、電極芯棒挿入用の孔に電極芯棒を挿入してから本焼結する。
【００２２】
なお、図１１に示したハロゲンランプ等の白熱電球の場合には、電極芯棒６に替えて内部リード棒１６を閉塞体の孔に挿入して本焼結をする。
【００２３】
他に本発明の閉塞体の作り方としては、例えば図１０に示すように完成後の閉塞体の形（閉塞体の溶着されない部分の径を被溶着封止部分の径より小さくした形）にした内面形状の金型２０を使用してそれぞれが均一組成の複数層が一体に積層された均一層積層体を形成してもよい。
【００２４】
そして出来上がった閉塞体は放電ランプの閉塞管部に酸水素バーナー等の火炎バーナーで溶着封止される。
【００２５】
【実施例】
次に本発明の実施例を具体的に説明する。
傾斜機能材料としては、絶縁性無機物質成分としてシリカ（ＳｉＯ２）を、導電性無機物質成分としてモリブデン（Ｍｏ）を使用した。
平均粒径１．０μｍのモリブデン粉末と平均粒径５．６μｍのシリカ粉末を準備し、シリカの体積割合を変えた混合粉末体を調製し、その混合粉末体にステアリン酸を混合して造粒体とし、図９に示した金型２０内にシリカの体積割合の多い順に積層し、加圧体２１によって１．５ｔ／ｃｍ２の荷重で軸方向に圧縮し、円柱状の成形層積層体２３を得た。そして、成形層積層体２３を水素ガス中、１２００℃で３０分仮焼結し、有機バインダを除去した。
【００２６】
仮焼結後、傾斜機能材料製閉塞体のシリカ側端面に電極芯棒挿入用の孔開け加工を施した。そして、閉塞体の被溶着封止部分外端に連続する外周面を旋盤を使用して削って溝きりした。傾斜機能材料製閉塞体の寸法は軸方向の全長が１２ｍｍ、径方向の外径が２．１ｍｍである。溝の深さは０．１〜０・５ｍｍが適当な深さであり、本実施例においては０．２乃至０．３ｍｍとした。また、溝きりした箇所の位置はシリカ側端面から５ｍｍとした。なお、傾斜機能材料のモリブデン濃度が濃すぎると閉塞管と封止したときに閉塞体にクラックが入ることから、溝位置は傾斜機能材料製造の設計の際に決まる軸方向のモリブデン濃度分布に依存する。
【００２７】
次に、タングステン製電極芯棒を電極芯棒挿入用の孔に挿入し、真空雰囲気において１８２０℃で５分間加熱して電極芯棒を焼き嵌める本焼結処理を行なった。
【００２８】
傾斜機能材料製閉塞体を閉塞管と溶着する場合、閉塞体の絶縁性部分で溶着するが、閉塞管材料であるシリカと溶着される閉塞体の部分の熱膨張係数の関係から、従来は、傾斜機能材料のモリブデン濃度が体積％で０％〜１．７％の領域までが閉塞管との溶着封止可能領域とみなされていた。
しかし、発明者等の鋭意研究の結果、傾斜機能材料のモリブデン濃度が体積％で１．７％を超え３％の領域までは閉塞体にクラックが入らずに閉塞管と溶着できることを確認した。すなわち、モリブデン濃度０〜３ｗｔ％までの範囲で閉塞体を閉塞管に封止可能であり、封止領域の幅を比較的広くとることができ、一層気密な溶着封止ができる。
【００２９】
図２は従来から使用されている円柱状の傾斜機能材料製閉塞体を閉塞管の封止に使用した、閉塞管を閉塞体の被溶着封止部分よりも長くした放電ランプの断面図を示しており、被溶着封止部分の外径Ａは溶着封止されない部分の外径Ｂと等しい（Ａ＝Ｂ）。それに対して、図４乃至図８および図１１は本発明の管球用閉塞体を放電ランプに適用した実施例を示す部分断面図である。図６中のＣは溝部の外径である。図４の例ではＡ＞Ｂであり、図６の例ではＡ＝ＢかつＡ＞Ｃ、図７の例ではＡ＞Ｂ＞Ｃの関係にある。
図８の例では、閉塞体の発光空間に面した側にテーパー部１４を形成しており、発光管内ガス耐圧が強くなっている。このテーパー部は閉塞体を旋盤にかけて超硬バイトの刃を閉塞体の斜めから当てて切削することによって形成した。
図１１は白熱電球としてのハロゲンランプに本発明の閉塞体を使用した例である。
【００３０】
次に、本発明の傾斜機能材料製閉塞体とその閉塞体を使用した本発明の管球としての放電ランプと従来の円柱状傾斜機能材料製閉塞体とその閉塞体を使用した放電ランプを実際に製作した際の破損割合を調べた結果を説明する。
本発明の閉塞体を使用した放電ランプは図４に示した形状であり、従来の閉塞体を使用した放電ランプは図２に示した形状である。
【００３１】
製作した放電ランプに使用した閉塞体の寸法は次の通りである。
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【００３２】
準備した閉塞体は従来品５０個、本発明品１００個であり、比較検討のためにそれぞれの閉塞体を使用して放電ランプを製作した。
従来型の閉塞体を放電ランプの閉塞体として使用したとき、閉塞体と閉塞管の溶着封止の工程で、放電ランプ５０本中１０本の閉塞体が被溶着封止部分外端のエッジ部で折れて破損した。さらに溶着封止工程の際に残った４０本において、口金を取りつけたりするランプ組立製作の間に５本が破損した。つまり、５０本中１５本が破損した。
【００３３】
一方で、本発明品の閉塞体を放電ランプの閉塞体として使用したとき、閉塞体と閉塞管の溶着封止の工程で放電ランプ１００本中閉塞体が折れて破損したのは０本であり、口金を取りつけたりするランプ組立製作の間には１本しか破損しなかった。つまり、１００本中破損したのはわずかに１本であった。
このように、被溶着封止部分外端に連続して外周面に溝部を形成したことによって明らかに管球の封止工程および封止工程後の組立製作過程において閉塞管部で折れて破損することの少ない管球を得ることができることがわかる。
【００３４】
これは、本発明が図６のように被溶着封止部分外端であるエッジ部１２に連続する外周面に溝部１３を、または図４に示すように被溶着封止部分外端であるエッジ部１２から導電性部分４１にかけて小径部を形成してあるので、図５に示すように被溶着封止部分外端から閉塞管内面と閉塞体外面のなす角（θ）が大きいものとなり、従来の図３のように鋭いエッジ部がないことによるものである。
【００３５】
上述の実施例の説明では、シリカとモリブデンの組み合わせからなる傾斜機能材料製閉塞体で説明したが、絶縁性無機物質成分としてはアルミナ、ジルコニア、マグネシア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタン、などが実用的材料として使用可能であり、導電性無機物質成分としては、ニッケル、タングステン、タンタル、クロム、白金などが実用的材料として使用可能である。
【００３６】
また、閉塞体形状も円柱型に限らず、軸に垂直な断面が多角形状の角柱体であってもいい。ただし、多角形状の角柱体の場合は外径ではなく、断面の最大寸法が被溶着封止部分より溶着封止されない部分の方で小径であるということになる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の発明による管球用閉塞体を使用することによって、閉塞管部の被溶着封止部分外端のエッジ部の角度の鋭さを軽減しランプの製造過程にランプが折れて破損することの無い管球とすることができる。
【００３８】
請求項２の発明による管球用閉塞体を使用すれば、閉塞体の溶着されない部分の外径が小さいので閉塞管の内径と接触することがなく、一層管球は破損に強くなる。
【００３９】
請求項３の発明による管球は、閉塞体が被溶着封止部分外端に連続する外周面に溝部を形成しているので、被溶着封止部分のエッジ部の角度の鋭さがなくなり、エッジ部の機械的強度が増すので折れにくく、また閉塞管も閉塞体全体を覆っているので保護管として充分機能する。
【００４０】
請求項４の発明による管球は、閉塞管が溶着封止される閉塞体の被溶着封止部分外端より外方にかけての部分の外径を被溶着封止部分の外径より小さくなるように外周面に段差を付けてあるので、被溶着封止部分のエッジ部の角度の鋭さがなくなり、エッジ部の機械的強度が増すので折れにくく、また閉塞管も閉塞体全体を覆っているので保護管として充分機能する。
【００４１】
請求項５の発明によれば、モリブデン濃度０〜３ｗｔ％までの範囲で傾斜機能材料製閉塞体を閉塞管に封止可能であり、溶着封止領域を広くとることができ、従来より一層気密な溶着封止ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放電ランプの閉塞体として傾斜機能材料を使用した従来の放電ランプの例の部分断面図を示す。
【図２】従来の傾斜機能材料製閉塞体を使用した放電ランプの部分断面図を示す。
【図３】図２で示した放電ランプの部分断面図のエッジ部の拡大図を示す。
【図４】本発明にかかる傾斜機能材料製閉塞体を放電ランプに適用した実施例の部分断面図を示す。
【図５】図４で示した放電ランプの部分断面図のエッジ部の拡大図を示す。
【図６】本発明にかかる傾斜機能材料製閉塞体とそれを用いた放電ランプの他の実施例の部分断面図を示す。
【図７】本発明にかかる傾斜機能材料製閉塞体とそれを用いた放電ランプの他の実施例の部分断面図を示す。
【図８】本発明にかかる傾斜機能材料製閉塞体とそれを用いた放電ランプの他の実施例の部分断面図を示す。
【図９】傾斜機能材料製閉塞体を成形するときの一般的加圧方法の図を示す。
【図１０】本発明の傾斜機能材料製閉塞体を成形するときの一例としての加圧方法の図を示す。
【図１１】本発明の傾斜機能材料製閉塞体とそれを用いた白熱電球の断面図を示す。
【符号の説明】
１    放電ランプ
２    発光管
３    閉塞管
４    閉塞体
５    電極
６    電極芯棒
７    外部リード棒
８    溶接部
９    外部リード棒延長線
１０  口金
１１  ロウ付け部
１２  エッジ部
１３  溝部
１４  テーパー部
１５  フィラメント
１６  内部リード棒
１７  接着材
２０  金型
２１  加圧体
２２  底部材
２３  成形層積層体
４０  絶縁性部分
４１  導電性部分
Ａ  閉塞体の被溶着封止部分の外径
Ｂ  閉塞体の溶着封止されない部分の外径
Ｃ  閉塞体の溝部の外径
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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