高压放电灯用组装体、高压放电灯及高压放电灯用放电管

摘要

在利用陶瓷放电管的高压放电灯中，提供这样的结构，即将具有中空部的导电性部件插入放电管的端部开口中进行接合时，可防止接合用材料附着和残留在导电性部件的末端面和内周面上。使用陶瓷放电管(1)，其内部空间须填充有离子化发光物质和起动气体。在导电性部件(6)上形成有中空部(7)，导电性部件(6)插入放电管(1)的端部(2)的开口内。设置有将端部(2)的内壁面(2b)和导电性部件(6)的外壁面(6a)接合起来的接合层(12)。在面向端部(2)的开口的内壁面(2b)上形成有凹部(3)，该凹部相对于放电管(1)的中心轴(X)在周向上延伸。

说明书

技术领域

本发明涉及高压放电灯用组装体、高压放电灯及高压放电灯用放电管。

背景技术

在高压放电灯上，将堵塞材料(通常称为陶瓷塞柱)插通在陶瓷放电管两端部的内侧，将各端部堵塞，在各堵塞材料上设有穿通孔，将固定着规定的电极系统的金属部件插通在该穿通孔内。将离子化发光物质封入陶瓷放电管的内部空间。作为这种高压放电灯，众所周知的有高压钠发光灯、金属卤化灯，特别是金属卤化灯具有良好的舞台灯光效果色。由于使用陶瓷作为放电管的材质，故可以在高温下使用。

在这种放电灯上，在陶瓷放电管的端部与电极装置保持材料之间必须进行气密密封。陶瓷放电管的主体做成两端缩小的管状或桶状，或者做成笔直的管状、陶瓷放电管例如由氧化铝烧结体构成。

在特愿平11-178415号说明书(欧洲专利公开EP0982278A1)中，陶瓷放电管的端部与电极装置保持材料之间的接合部具有与放电管连接的接合材料、和与保持材料连接并在保持材料及接合材料的界面上存在的界面玻璃层，接合材料由金属粉末的烧结体构成，由具有开气孔的多孔质骨格和浸渗在多孔质骨格的开气孔中的浸渗玻璃相构成。该说明书揭示了提高接合部分的气密性、耐蚀性并且在实施热循环时接合部分也不破损的接合构造。

制造上述那样的接合构造时，例如在由钼构成的金属管的外周面上形成多孔质骨格，将该金属管插入陶瓷放电管端部的开口中。这时，多孔质骨格与放电管端部内周面之间设置有一些间隙。使玻璃熔融物流入该间隙内，使其硬化。这样得到的接合构造气密性高，耐点灯-熄灯循环的性能非常好。但是，本发明者进行研究后搞清了在大批量生产过程中尚存在问题。即，有时熔融玻璃附着、残留在金属管的末端面上，或附着在金属管的内周面上。在这种情况下，在将电极保持棒插入金属管的内部进行固定的阶段成为障碍，成为降低成品率的原因。

发明内容

本发明的课题是在利用陶瓷放电管的高压放电灯上提供这样的结构，即将具有中空部的导电性部件插入陶瓷放电管的端部开口中进行接合时，可以防止接合用材料附着和残留在导电性部件的末端面和内周面上。

本发明是一种高压放电灯用组装体，它包括：在端部设置有开口的陶瓷放电管，该陶瓷放电管的内部空间须填充离子化发光物质和起动气体；形成有中空部并插入上述开口内的导电性部件；以及将面向端部的开口的内壁面和导电性部件的外壁面接合起来的接合层，其特征在于，在上述端部的内壁面上形成有凹部，该凹部相对于陶瓷放电管的中心轴在周向上延伸。

本发明是一种高压放电灯，其特征在于，具有上述组装体和固定在陶瓷放电管的内部空间中的电极装置。

本发明是一种高压放电灯用放电管，是内部空间须填充离子化发光物质和起动气体的陶瓷放电管，其特征在于，在端部设置有开口，在面向端部的开口的内壁面上形成有相对于陶瓷放电管的中心轴在周向上延伸的凹部。

本发明者研究了例如像图7中符号25、26所示的、在导电性部件6的末端面6d或内周面6e上生成接合材料的附着物的原因。结果发现，有这样的倾向，即流入陶瓷放电管1的端部2的内壁面2b上的熔融接合材料不仅润湿陶瓷放电管1的端部内壁面2b，甚至润湿导电性部件6的末端面6d，并且润湿内周面6e。而且，熔融的接合材料在导电性部件6的外周面6a与端部内壁面2b之间的间隙中因毛细管现象而被吸引到内部空间5内。

本发明者立足于这样的发现，想到了例如像图1所示那样，在面向端部2的开口32的内壁面2b上形成相对于陶瓷放电管1的中心轴X在周向上延伸的凹部3。这样，熔融的接合材料在导电性部件6的外周面与端部内壁面2b之间流动时，抑制伴随着毛细管现象而产生的吸引，吸收过剩的接合材料，可抑制接合材料润湿导电性部件的末端面和内周面。

如上所述，根据本发明，在利用陶瓷放电管的高压放电灯中，可提供这样的结构，即在将具有开口的导电性部件插入陶瓷放电管的端部开口中进行接合时，可防止接合用材料附着和残留在导电性部件的末端面和内周面上。

附图说明

图1是表示放电管1的端部2的纵剖面图。

图2表示插入放电管1的端部2内的导电性部件6，导电性部件6的外壁面6a上形成有多孔质骨格9。

图3表示放电管1的端部2、导电性部件6及将它们接合起来的接合层12。

图4表示将电极装置17的保持部件40插入图3的导电性部件6内侧的中空部7内的状态。

图5表示在图4的构造中通过将保持部件40和导电性部件6封住所得到的组装体的纵剖面图。

图6是概略地表示高压放电灯的一例的总体形像之图。

图7表示在放电管1的端部2的内壁面上不形成凹部时的端部构造的一例。

图8是表示本发明组装体的端部构造的优选例子的放大图。

图9是表示本发明一实施形式的端部构造的纵剖面图。

图10表示在放电管1的两端部29A、29B上，将共同的同轴度调整装置30插入导电性部件6的内侧而得到的装配件。

图11是表示在同轴度调整装置30的外壁面30a与导电性部件6的内壁面6e之间吸引了由接合用材料构成的熔融物的状态之放大剖面图。

图12是表示在本发明的优选形式中，在导电性部件6的外壁面上设置有露出部10的端部构造的放大剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明更详细地进行说明。

如图1所示，陶瓷放电管1具有桶状的主体部4和设在主体部4的两端的一对端部2。2a是端部2的端面，2b是内壁面。内壁面2b，若从陶瓷放电管的中心轴X方向看，是笔直地延伸的。端部2的开口32与主体部4的内部空间5连通。在端部2的内壁面2b上形成有相对于中心轴沿着周向延伸的凹部3。凹部3在内壁面2b上连续一周。在本例中，凹部3的轮廓线41在纵断面(图1的断面)上看时大致呈圆弧状。

在本例中，如图2所示，将导电性部件6做成管状，设置有封入起动气体和离子化发光物质后为进行封住用的中空部7。6a是导电性部件6的外周面，6c是部件6的外侧端部，6b是内侧端部，6d是部件6的末端面，6e是内壁面。导电性部件6的外侧面上设置有多孔质骨格9，然后将部件6收放在端部2内。在这个阶段，在多孔质骨格9与端部2的内壁面2b之间产生一定的间隙8。使部件6的末端面6d位于凹部3的内侧。部件6和凹部3的合适的位置关系将在后面说明。9a是骨格9的内侧端部。在本例中，在9a与末端面6d之间设置有不被骨格9覆盖的露出部10。

在这种状态下，使玻璃组成物或陶瓷组成物熔融，使熔融物流入间隙8内。玻璃组成物或陶瓷组成物既可以是粉末，可以是粉末的成形体，还可以是包括粉末和粘合剂的成形体。熔化物流入间隙8内后，生成由玻璃(包括结晶化玻璃)、陶瓷构成的界面层11。与此同时，熔融物渗透到多孔质骨格9的开气孔内，生成浸渗相。其结果，生成由骨格和渗透到骨格的开气孔内部的浸渗相构成的内侧层13，其中骨格由金属粉末烧结体构成。由内侧层13和界面层11构成部件6和端部2的接合层12。浸渗相由与界面相同的材质构成，即由玻璃、陶瓷构成。熔融物的一部分进一步沿着凹部3的壁面润湿凹部表面，在凹部3内生成固化相14。这样，通过诱导熔融物沿凹部表面流动，来抑制部件6的末端面6d侧的润湿。

例如，如图7所示，在端部内壁面2b上不设置凹部3的情况下，有沿着多孔质骨格9的表面吸引熔融物，润湿至导电性部件6的末端面6d和内壁面6e的倾向。这是因为多孔质骨格9的表面比由陶瓷构成的放电管的内周面2b容易被熔融物润湿的缘故。

多孔质骨格由金属粉末的烧结体构成。作为金属粉末的材质，最好是从由钼、钨、铼、铌、钽及它们的合金构成的组中选择的金属。为了进一步提高对卤素的耐蚀性，从由钼、钨、铼及它们的合金构成的组中选择的金属特别理想。

多孔质骨格的开气孔率设为15％以上，为40％以上比较理想，这样，可以更加提高接合区域的强度。多孔质骨格的开气孔率设为80％以下，为70％以下比较理想，这样，使陶瓷适度地浸渗到多孔质骨格的开气孔中，使施加在多孔质骨格上的应力分散，可提高对热循环的耐久性。

为构成界面层和浸渗相用的玻璃组成物或陶瓷组成物没有特别的限定。最好是由Al₂O₃、Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Dy₂O₃、Ho₂O₃、Tm₂O₃、SiO₂、MoO₂及MoO₃构成的组中选择的一种以上的氧化物构成的。特别理想的是使用二种以上的氧化物的混合物。并且，Dy₂O₃-Al₂O₃、Sc₂O₃-Al₂O₃2种成分共晶组成比较理想。其原因是因为Dy₂O₃-Al₂O₃、Sc₂O₃-Al₂O₃2种成分共晶组成具有1800℃左右的十分高的熔点。

或者，玻璃组成物的理想组成范围如下。

Al₂O₃：10-30重量％，SiO₂：15-40重量％，y₂O₃：0-40重量％，Dy₂O₃：0-70重量％，B₂O₃：0-5重量％，MoO₃：0-10重量％。

陶瓷组成物可以含有氮化物和氧氮化物中的至少一种和金属氧化物。典型的该组成物是氮化物粉末和金属氧化物粉末的混合物、或者氧氮化物粉末和金属氧化物粉末的混合物。在这种情况下，在优选的实施形式中，构成陶瓷材料的金属氧化物包括稀土类氧化物。

该稀土类氧化物是从由钐、钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥构成的组中选择的一种以上的元素的氧化物。特别理想的是从由Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Dy₂O₃、Ho₂O₃和Tm₂O₃构成的组中选择的一种以上的氧化物。

在优选的实施形式中，金属氧化物包括氧化铝。这样，使接合材料和界面层的耐蚀性进一步提高。

氮化物、氮化铝、氮化硼、氮化硅、氮化钼、氮化钨特别理想。

在优选的实施形式中，氧氮化物包括铝的氧氮化物。铝的氧氮化物一般是不定比化合物，用化学式表示的话，为Al(64+x)/3□(8-x)/3○32-xNx〔□为空位(vacancy)〕。但，典型的是x＝5。

本发明的高压放电灯除了惰性气体和离子化发光物质以外还可以含有水银。或者，在不含有水银的情况下，可以含有高压氙气体等的高压惰性气体。另外，高压放电灯的用途，不仅是一般用照明，也很适合用于汽车前照灯。

导电性部件的材质最好是具有耐蚀性的导电性陶瓷或金属。作为金属，最好是从由钼、钨、铼、铌、钽及它们的合金构成的组中选择的一种以上的金属或它们的合金。

其中，铌和钽的热膨胀系数与构成陶瓷放电管的陶瓷、特别是氧化铝陶瓷的热膨胀系数基本相匹配，但一般知道，铌和钽容易被金属卤化物腐蚀。因此，为了延长导电性部件的寿命，最好从由钼、钨、铼及它们的合金构成的组中选择的金属来形成导电性部件。但，对于这些金属卤化物的耐蚀性高的金属一般热膨胀系数小。例如，氧化铝陶瓷的热膨胀系数为8×10^-6K^-1，钼的热膨胀系数为6×10^-6K^-1，钨、铼的热膨胀系数为6×10^-6K^-1以下。本发明的接合构造在这种情况下也具有缓和金属部件和陶瓷放电管的热膨胀差的作用。

钼对金属蒸汽、特别是对金属卤化物气体的耐蚀性高，并且对陶瓷的润湿性高，从这一点上说是有利于本发明的构造的。

使用钼作为导电性部件的材质时，在钼中含有La₂O₃和CeO₂的至少一种、合计为0.1重量％～2.0重量％特别理想。

构成导电性部件的金属的主要成分和构成多孔质骨格的金属的主要成分最好是相同的，都是钼更加理想。这里，所谓金属的主要成分，意味着该金属占60重量％以上。

构成放电管的陶瓷最好从由氧化铝、氧化镁、氧化钇、氧化镧及氧化锆构成的组中选择的一种以上的单独陶瓷或其混合物。

导电性部件的形状只要内侧具有中空部即可，没有特别的限定，可以是直管形(直筒形)、桶形。但，从在进行接合工艺时将导电性部件(或多孔质骨格)与放电管之间的间隙设为一定这一观点出发，最好制成直管形。一般，可以将陶瓷放电管的形状做成管形、圆筒形、桶形等，没有特别的限定。

最好，通过导电性部件的中空部将离子化发光物质封入放电管的内部空间，然后从中空部插入电极装置保持部件，将电极装置固定在放电管的内部空间。接着，通过激光焊接或TIG焊接对电极装置保持部件和导电性部件进行焊接，将其封闭起来。激光焊接时，例如使用Nd/YAG激光。

另外，电极装置保持部件和导电性部件在径向上的间隙为30-150μm是合适的。其原因是因为间隙过大时，发光物质容易滞留在间隙内，这样，特性的波动等增大；间隙过窄时，电极装置保持部件与导电性部件实际上连接起来了，它们的接合部的热应力增大，增大了接合部被破坏的危险性。

如图4所示，电极装置保持部件40具有保持电极装置17用的轴16和最好是金属制的封住部件15。将电极装置17收放在陶瓷放电管的内部空间5内，将封住部件15插入导电性部件6的内侧。接着，用上述的焊接方法将封住部件15的端部接合在导电性部件6上，如图5所示，形成封住部18。这样，将陶瓷放电管的内部空间的离子化发光物质和起动气体封住而不与外面的气体接触，并且可以通过封住部件15将电力供给电极装置17。

图6是表示高压放电装置的一例的模式图。高压放电装置21一般具有由硬质玻璃构成的外管23，在外管23内收放有高压放电灯1。外管23的两端用陶瓷灯头22堵塞。在陶瓷放电管1的两端部2的开口内分别插入有导电性部件，封住部件15分别收放在各导电性部件内，并进行了接合。在封住部件15的外侧端部上连接有外部导线20。

上述凹部不一定要在陶瓷放电管的端部内周面上连续一周，也可以有一些断开处和不连续点。但是，从在周向上均匀地抑制导电性部件的末端面和内周面的润湿的观点出发，在优选的实施形式中，将上述凹部设成在陶瓷放电管的端部内壁面上连续延伸一周而成的凹部。

在优选的实施形式中，从端部的纵断面(图1所示的断面)看时，凹部3的轮廓线41是弯曲的。结果，接合材料滞留在凹部壁面内时，在该接合材料处不易产生应力集中，不易产生接合部分的裂纹。这里，所谓弯曲，其含意是轮廓线的倾斜度在微积分学上平滑地变化。弯曲线典型的是沿着正圆的圆弧状、沿着椭圆的弧状，也可以是抛物线状、正弦曲线(余弦曲线)、二次函数、三次函数等多次函数曲线。

在优选的实施形式中，例如如图8所示的14那样，构成上述接合层的材质存在于凹部内。特别理想的是如上述那样，形成接合层的界面层和浸渗相的材质，例如玻璃、陶瓷存在于凹部内。

下面，对导电性部件、凹部、多孔质骨格的合适的位置关系进行说明。在优选的实施形式中，导电性部件的内侧末端处于凹部的内侧。在这种情况下，从导电性部件的外壁面要向末端面流动的接合材料的一部分流入凹部，容易被吸收，故本发明的作用效果更加显著。例如，在图8所示的例中，导电性部件6的内侧末端面6d处于一周的凹部3的内侧，故界面层11的材质流入凹部的壁面3，不易润湿末端面6d。

另外，在优选的实施形式中，在导电性部件的内侧端部的外壁面上存在不设置接合层的露出区域。例如，在图8所示的例中，接合层12的末端(多孔质骨格13的末端13a)离末端面6d有一定距离，结果，在接合层的末端13a与末端面6d之间形成有露出面10。

但是，如图9所示，在接合层12的末端与导电性部件6的末端面6d之间不设置露出面的情况下，由于可获得凹部3所起的作用效果，故是本发明的范围。然而，已判明通过设上述露出区域，可以进一步获得以下的作用效果。

即，在将导电性部件分别插入陶瓷放电管的两端部内、在两端部的内壁面与导电性部件的外壁面之间设置有接合层的情况下，使一端部的导电性部件和另一端部的导电性部件的同轴度减小是比较理想的。这是因为如果两端部的各中心轴的偏差大，则放电特性产生偏移而降低的缘故。因此，上述同轴度最好为50μm以下。

另外，同轴度用以下方法进行测定。首先，在一端部，将销规插入导电性部件中，测定直径φa。在另一端部，同样将销规插入导电性部件中，测定直径φb。同轴度为φa-φb。

为了减小同轴度，必须使一端部和另一端部相互平行、并且减小两者的中心轴的间距，这样进行固定。但是，在实际制造过程中，这样进行固定是很困难的。因此，一般是将共同的同轴度调整手段、典型的手段是将笔直的棒或管穿通到一端部的导电性部件和另一端部的导电性部件两者中，从内侧保持各导电性部件，这样，使各端部的各导电性部件的中心轴一致。例如，如图10所示，将共同的棒30穿通一端部29A的导电性部件6和另一端部29B的导电性部件6两者中，从内侧保持各导电性部件6。这样，使各端部的导电性部件的中心轴一致。然后，使接合材料流入导电性部件与放电管端部之间的间隙内，形成接合层12。但是，在这阶段，在将共同的同轴度调整手段30插入一对端部的各导电性部件内的情况下，在形成有凹部3时，也有润湿导电性部件6的内侧壁面的情况。

本发明者追究其原因的结果，得到以下见解。即，在图10中，若放大凹部3的周边，则成为如图11的状况。即，为了使一对导电性部件6的中心轴一致，将棒30插入导电性部件6内，因此，必须尽量减小棒30的外壁面30a与导电性部件6的内周面6e之间的间隙。若该间隙大，则不能达到减小同轴度这一目的。因此，上述间隙最好设为50μm以下。

然而，这样减小间隙时，因所谓毛细管现象，熔融物更加容易被吸引。结果，接合材料31残留在导电性部件6的末端面6d上，在内侧壁面6e与棒30的外壁面30a之间容易残留接合材料32。这样残留接合材料时，难以拔出棒30，成为成品率降低的原因。

但，如图12所示，在设置有上述露出面10的情况下，与凹部3对接合材料的吸收作用相结合，接合材料不易达到导电性部件6的末端面6d上。因此，即使在棒30与导电性部件6之间的间隙中容易引起毛细管现象的状况下，也可以抑制熔融物向末端面6d上接近，故可以抑制上述间隙对熔融物的吸引。

在优选的实施形式中，沿陶瓷放电管的中心轴方向看时露出部分10的长度A(参照图8)为0.3mm以上。这样，抑制因上述熔融物的毛细管现象而导致的吸引这一作用效果更加显著。另外，最好A为接合层的长度L(参照图4)的1/4以下。这样，可以提高接合层的可靠性、特别是气密性的可靠性。

在优选的实施形式中，如图8所示，凹部的深度B为端部的厚度D的1/10以上，这样，上述的熔融物的吸收这一作用效果更加显著。另外，最好，B有D的3/10以下，这样，可以抑制凹部周边的强度降低。

如图8所示，最好凹部3的宽度C为接合层的长度L(参照图4)的1/4以上，这样，上述的熔融物的吸收这一作用效果显著。另外，最好C为L的1/2以下，这样，可以抑制腐蚀性物质、特别是卤化物滞留在凹部内，可以抑制因这样的腐蚀性物质引起的、以凹部3为起点的腐蚀加剧。

下面，例示制造本发明高压放电灯的合适的工艺。首先，成形陶瓷放电管的主体，对成形体进行脱脂、定形烧结，得到陶瓷放电管的定形烧结体。将堵塞材料的预烧结体插入所得到的定形烧结体的端面内，安置在规定的位置上，在露点为-15～15℃还原氛围下、以600～1900℃的温度进行烧结，得到陶瓷放电管1。

另外，调制金属粉末，进行粉碎、干燥、添加乙基纤维素或丙稀酸类树脂等粘合剂进行混匀，得到糊剂，将糊剂涂敷在导电性部件16的外周面6a上，在20℃～60℃温度下进行干燥。将该定形烧结体在露点为20～50℃的还原氛围、惰性气体氛围或真空下，以1200～1700℃的温度进行烧结，得到多孔质骨格9。

对调制成规定的玻璃成分或陶瓷成分的粉末或玻璃料进行粉碎，添加聚乙烯醇等粘合剂，进行造粒、压制成形、脱脂、得到成形用组成物。或者，将陶瓷用粉末或玻璃料熔解，使其固化，将固化物粉碎，添加粘合剂，进行造粒、压制成形、脱脂、得到成形用组成物。这时，最好在粉末中添加3～5重量％的粘合剂，以1～5吨的压力进行压制成形、脱脂。

然后，将放电管、导电性部件、多孔质骨格、成形用组成物组装起来，在非氧化性的干燥氛围下加热至1000～1600℃。

或者，可以将糊状的陶瓷或玻璃成分的材料涂敷在导电性部件6、多孔质骨格9的周边。在这种情况下，对陶瓷或玻璃组成物进行调制、粉碎、干燥，添加乙基纤维素或丙稀酸类树脂，进行混匀，得到糊剂。将该糊剂涂敷在规定部位，在非氧化性的干燥还原氛围下、以1600～1900℃的温度进行烧结。这样，往往在得到成形材料时不需要在大气中进行脱脂。

〔实施例〕

参照图1～图5，按照说明的顺序，按上述的制造工艺得到图5所示的高压放电灯用组装体。具体地说，用氧化铝瓷器形成陶瓷放电管，使用钼制的管子作为导电性部件6。另外，多孔质骨格9使用平均粒径为3μm的钼粉末，使用乙基纤维素作为粘合剂。钼粉末的捣实密度为2.9g/cc。

在放电管的两端部，将图10所示的笔直的圆棒30穿通到各导电性部件6内。浸渗相和界面层的组成设为氧化镝10重量％，氧化铝45重量％，氮化铝45重量％。将它们的混合物进行成形，得到环状成形体，在空气中，在700℃温度下进行脱脂。将所得到的环状成形体安放好，在干燥的还原氛围中、在1800℃温度下进行处理，使混合物熔融，浸渗到多孔质骨格9中，然后进行降温。

这样得到的高压放电灯用组装体，导电性部件6的末端面和内侧壁面无润湿，热循环后气密性也高。另外，上述同轴度φ为40μm，A为0.5mm，B为0.15mm，C为1.0mm，D为1.0mm。