专利名称：发光管的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光管。
背景技术：
在专利文献1-日本特开平11-149903号公报中公布的高压放电灯中，在管状的钼制电流贯通导体的前端安装钨电极，插入高压放电灯的发光管内。并且，在管状的电流贯通导体的外周安装环状的钼金属陶瓷做成的密封部件，使之烧结并把电流贯通导体以及密封部件安装在发光管端部。
在专利文献2-日本特开平7-192697号公报中公布的陶瓷金属卤素高压放电灯中，电流供给导体具有有比较高的熔点的第1部分和有比较低的熔点的第2部分，用使这些部分相互面对的端部形成焊接接头。再在高熔点的第1部分的前端焊接电极。
然而，在专利文献1所公布的结构中，管状的钼制电流贯通导体与钨电极的结合很困难。这是由于，钼和钨都是高熔点金属，难以溶化，并且硬度高、具有脆性，所以，用高结合强度使它们结合起来的工序难以实施，成本也高。
为了抑制金属陶瓷密封部件和电流贯通导体之间的热膨胀差，提高气密性，希望用钼等形成电流贯通导体。虽然也考虑了与电极相同用钼形成管状的电流贯通导体，但在该场合，金属陶瓷密封部件与电流贯通导体的热膨胀差变大，在两者之间的气密性有劣化的倾向。
同样地，在专利文献2所公布的结构中，展示了用钨作为第1部分、用钽作为第2部分的组合或用钼作为第1部分、用铌作为第2部分。但每种材料都是高熔点金属，难以溶化，并且硬度高、具有脆性，所以，用高结合强度使它们结合起来的工序难以实施，成本也高。
在专利文献2的情况下，要求以下高级的结合技术，即，把电流贯通导体插入陶瓷的导管，在第1部分和第2部分的边界部熔融流入密封用玻璃料，密封固定电流贯通导体而不会产生过大的应力。这种工程需要严密地控制工序参数，具有生产效率低、工程成本高的倾向。
发明内容
本发明的课题是，提供在发光管内设置的电流贯通导体的结合牢固，密接性高的发光管。
本发明是一种发光管，其特征在于，具备由脆性材料做成的发光容器、金属或金属陶瓷制的电流贯通导体，以及固定在该电流贯通导体的外侧的至少含有金属粉末的成形体的烧结体。
以下，参照适当的附图对本发明进行更详细的说明。在本发明中，例如如图1(a)、图1(b)所示，准备金属粉末(或金属粉末与陶瓷粉末的混合物)的例如圆板状的成形体1。在成形体1上形成通孔1a。其次，如图1(c)所示，把金属或金属陶瓷制的实心的电流贯通导体2穿过通孔1a。在该状态，对成形体1进行烧结，得到图1(d)所示的复合体3。复合体3具备金属制的实心的电流贯通导体2、安装在电流贯通导体2外周侧的圆板状的烧结体11，电流贯通导体2穿过通孔11a。在烧结过程中，烧结体1产生烧结收缩，这样，因电流贯通导体2的外表面与成形体通孔1a内表面之间的由烧结作用产生的凝固力以及成形体1的烧结收缩作用，相对于电流贯通导体的外周面产生朝向径向的压缩应力，烧结体11牢固地固定在电流贯通导体2的周围。
采用这种结构的话，电流贯通导体2与烧结体11的结合牢固，还具有气密性，由于经过成形体的烧结，在热循环方面的性质也好。电流贯通导体2为管状的话，在成形体1烧结收缩时，电流贯通导体2向径向收缩变形，因成形体1的烧结收缩而施加的应力向径向释放，从而得不到牢固且气密性高的结合。
特别地，在本发明中，即使利用例如钨那种应用于电极的材质形成整个电流贯通导体时，也可以使电流贯通导体相对于发光容器气密且牢固地结合。因此，在利用钨等一种适当的金属形成整个电流贯通导体时，不需要高熔点金属的结合工序，这样，能够大幅削减制造成本。
同样，在本发明中，例如如图2(a)、图2(b)所示，准备金属粉末(或金属粉末与陶瓷粉末的混合物)的例如圆板状的成形体1。在成形体1上形成通孔1a。其次，如图2(c)所示，使金属或金属陶瓷制的实心的纵长部件2a和2b穿过通孔1a，以纵长部件2a和2b的突起结合部成为成形体1的中央部的状态组装起来。在该状态，对成形体1进行烧结，得到图1(d)所示的复合体3。复合体3具备金属制的实心的纵长部件2a以及2b、在纵长部件2a以及2b外周侧安装的圆板状的烧结体11，纵长部件2a以及2b穿过通孔11a。在烧结过程中，成形体1产生烧结收缩，这样，因在纵长部件2a以及2b的外表面和成形体通孔1a内表面之间的由烧结作用产生的固着力以及成形体1的烧结收缩作用，产生相对于电流贯通导体的外周面朝向径向的压缩应力，烧结体11牢固地固定在纵长部件2a以及2b的周围。
采用这种复合体的话，电流贯通导体2或纵长部件2a以及2b与烧结体11的结合牢固，得到了气密性，由于经过成形体的烧结，所以在热循环方面的性质也好。电流贯通导体2或纵长部件2a以及2b为管状的话，在成形体1烧结收缩时，电流贯通导体2向径向收缩变形，因成形体1的烧结收缩而施加的应力向径向释放，从而得不到牢固且气密性高的结合。
图1(a)是表示成形体1的截面图；(b)是成形体1的正视图；(c)是表示使电流贯通导体2穿过成形体1的状态的截面图；(d)是表示通过烧结(c)的组装体得到的复合体3的截面图。
图2(a)是表示成形体1的截面图；(b)是成形体1的正视图；(c)是表示使电流贯通导体2a以及2b穿过成形体1的状态的截面图；(d)是表示通过烧结(c)的组装体得到的复合体3的截面图。
图3(a)是表示管状成形体1A的截面图；(b)是表示使电流贯通导体2穿过成形体1A的状态的截面图；(c)是表示通过烧结(b)的组装体得到的复合体3A的截面图；(d)是表示其它复合体3B的截面图。
图4(a)、(b)、(c)是表示各成形体1B、1C、1D的截面图；(d)是表示把成形体1C安装在电流贯通导体2上的状态的截面图；(e)是表示通过烧结成形体1C得到的复合体3C的截面图。
图5(a)、(b)、(c)、(d)分别是表示各复合体3D、3E、3F、3G的截面图。
图6(a)、(b)、(c)是表示星型的烧结体11F、11G、11H的正视图；(d)是表示复合体的截面图。
图7示意应用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图，端部被焊接。
图8示意应用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图，端部以密封部件13密封。
图9示意没有应用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图，电流贯通导体包括材质不同的部分14a、14b。
图10示意应用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图11示意应用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图12示意应用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图13示意应用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图14示意应用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图15(a)、(b)以及(c)是示意高压放电灯发光管的组装工序的截面图。
图16(a)、(b)以及(c)是示意高压放电灯发光管的组装工序的截面图。
图17(a)、(b)是表示各复合体3、3C的截面图；(c)是示意高压放电灯发光管的端部的截面图。
图18(a)是表示密封部件的成形体1以及电极成形体16的截面图；(b)是表示把成形体1以及16安装在电流贯通导体2上的状态的截面图；(c)是表示通过烧结(b)的成形体得到的复合体的截面图；(d)是表示使用(c)的复合体得到的高压放电灯发光管的端部结构的截面图。图中1、1A、1B、1C、1D-成形体；1a-成形体的通孔；2、2a、2b-纵长部件；2、3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G-复合体；9-发光容器；10-高压放电灯发光管；11、11A、11B、11C、11D、11F、11G、11H-烧结体；11a-烧结体的通孔。
具体实施例方式
在优选的实施方式中，烧结体呈圆板状(参照图1或图2)或管状。图3的例子是表示制作管状的烧结体的例子。如图3(a)、图3(b)所示，准备金属粉末(或金属粉末与陶瓷粉末的混合物)的管状成形体1A。在成形体1A上形成通孔1a。其次，如图3(b)所示，使金属制的实心电流贯通导体2穿过通孔1a。在该状态，对成形体1A进行烧结，得到图3(c)所示的复合体3A。复合体3A具备金属制的实心电流贯通导体2和在电流贯通导体2外周侧安装的管状的烧结体11A，电流贯通导体2穿过通孔11a。在烧结过程中，因在电流贯通导体2的外表面和成形体通孔1a内表面之间的由烧结作用导致的固着力以及成形体1A的烧结收缩作用而相对于电流贯通导体2的外周面产生朝向径向的压缩应力，烧结体11A牢固地固定在电流贯通导体2的周围。
在图3(d)的例子中，在电流贯通导体2的外周，圆板状的烧结体11与管状的烧结体11A利用本发明固定。
电流贯通导体的方式并不限定，可以是棒状，也可以是板状。电流贯通导体的横截面形状并不限定，可以任意是正圆形、椭圆形、跑道形、四边形、三角形等多边形等。
电流贯通导体的外径并不特别限定，电流贯通导体的外径变大的话，由于成形体烧结时的收缩量变大，从而在烧结体侧产生的拉伸应力过大，会有在烧结体上产生裂缝而损坏与电流贯通导体的密接性的倾向。因此，根据本发明的观点，电流贯通导体的外径较好是在5.0mm或其以下，更好是在3.0mm或其以下。但是，电流贯通导体的外径变小的话，由于成形体烧结时的收缩量变小，所以固着力和压缩力变小，而难以固定电流贯通导体。因此，电流贯通导体的外径较好是在0.1mm或其以上。
电流贯通导体的材质并不特别限定，可以是例如金属、金属陶瓷。但是，本发明在电流贯通导体是难以加工的高熔点金属或其金属陶瓷的场合，能够制作结合力牢固的复合体这点上特别有效。根据此观点，特别合适的是熔点在1500℃或其以上的金属或该金属的金属陶瓷。
作为构成这种电流贯通导体的金属，较好是从钨、钼、钽以及铱组成的群之中选取的一种或一种以上的金属或其合金。此外，作为金属陶瓷，较好是上述高熔点金属与陶瓷粉末的烧结体。作为这种陶瓷粉末能够以下为例。
即，氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、莫来石(3Al2O3·2SiO2)、尖晶石(MgO·Al2O3)、YAG(3Y2O3·5Al2O3)等高熔点陶瓷粉末。
此外，根据维持高的电流贯通导体的导电性的观点，较好是构成金属陶瓷的金属的比例在30体积％或其以上，更好是50体积％或其以上。
此外，烧结体的形态只要是能够在烧结收缩时相对于电流贯通导体施加朝向径向的压缩应力的形态的话，就不特别限定。较好是在烧结体上设置可穿过电流贯通导体的通孔。在优选实施方式中，烧结体是管状或圆板状。
烧结体的材质并不特别限定，所有金属、金属陶瓷都可。但是，本发明在烧结体是难以加工的高熔点金属或其金属陶瓷的场合，能够制作结合力牢固的复合体这点上特别有效。根据此观点，特别合适的是熔点在1500℃或其以上的金属或该金属的金属陶瓷。
作为构成这种烧结体的金属，较好是从钨、钼、钽以及铱组成的群之中选取的一种或一种以上的金属或其合金。此外，作为金属陶瓷，较好是上述高熔点金属与陶瓷粉末的烧结体。作为这种陶瓷粉末能够以下为例。
即，氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、莫来石(3Al2O3·2SiO2)、尖晶石(MgO·Al2O3)、YAG(3Y2O3·5Al2O3)等高熔点陶瓷粉末。
此外，根据烧结体的热膨胀为与发光容器的安装部接近的值时，在安装部产生的热应力变小的观点，构成金属陶瓷的金属的比例较好是与发光容器安装部的热膨胀系数差在2ppm或其以下的体积比例，更好是与发光容器安装部的热膨胀系数差在1ppm或其以下的体积比例。
特别好的是，烧结体由钨、含有钨的金属陶瓷、钼、含有钼的金属陶瓷、钽、含有钽的金属陶瓷、铌、含有铌的金属陶瓷做成。
用于构成烧结体的金属粉末的粒径并不特别限定，考虑到烧成收缩量等而适当决定。金属粉末的粒径能够取为例如0.5μm～50μm。此外，陶瓷粉末的粒径也不特别限定，考虑到烧成收缩量等而适当决定，能够取为例如0.1μm～10μm。此外，烧结前的成形体的成形方法并不特别限定，可以利用挤出成形、压印成形、浇注成形、刮墨刀法等任意方法。
此外，在对烧结体进行成形时，相对于金属粉末(以及根据必要为陶瓷粉末)能够添加分散媒体。作为这种分散媒体，能够以水、乙醇、异丙醇、二甘醇一丁醚乙酸酯等为例。此外，作为其它添加剂，能够以PVA(聚乙烯醇)、甲基纤维素、乙基纤维素以及界面活性剂和可塑剂为例。
此外，烧结前的成形体可以是形成了所定的湿材料的成形体、也可以是使该成形体干燥后的干燥体、或者是干燥后脱脂了的脱脂体。
烧结温度根据材质的种类而决定，并不特别限定，一般说来，能够取为1400℃～2000℃。
在优选的实施方式中，电流贯通导体整个由同一素材做成。这样，能够减少电流贯通导体以及复合体的制造成本。此外，也可以在电流贯通导体的端部以焊接法结合钨或者钼。
本发明的复合体的用途并不特别限定，能够以下为例。
各种高压放电灯的电极、投影仪发光管的电极、此外，使陶瓷部件和金属部件复合时的金属部件。
在优选实施方式中，电流贯通导体起电极的作用。在该场合，由于可以用同一材质形成整个电极，从而不必焊接优选的不同材料的组合。由于不必通过焊接来结合高熔点金属，从而能够大幅减少制造成本。
与此相同，使多个纵长部件突出来结合，使烧结体固定在结合部分的外周侧，采用例如图2记载的方法的话，显然不需要焊接优选的不同材料的组合。因此，由于不必通过焊接来结合高熔点金属，从而能够大幅减少制造成本。
此外，在优选的实施方式中，烧结体起安装到发光容器的安装部的作用。这样，由于能够使起电极作用的电流贯通导体气密地安装在发光管内部，所以本发明对高压放电灯特别适合。
此外，在优选的实施方式中，烧结体起电极散热器的作用。这样，由于在电极前端部的散热效率好，所以对高压放电灯特别适合。
此外，在优选实施方式中，烧结体起调节电流贯通导体的直径的套管的作用。这样，由于能够控制电流贯通导体和发光管的导管之间产生的空间体积量，所以能够增加发光管的效率和寿命，所以对高压放电灯特别适合。
此外，在优选的实施方式中，烧结体起与电流导线的焊接用的端部的作用。在电流贯通导体仅以钨或金属陶瓷等非常难以焊接的材料构成的场合，与电流供给用的导线的焊接比较困难。因此，通过把钼、铌、钽等易于焊接的材料作为烧结体固定在电流贯通导体的外侧，与电力供给导线的焊接就变得容易，对高压放电灯特别适合。
此外，烧结体的内径与电流贯通导体的外径的关系为了发现两者的密接性而很重要，需要调节成形时的内径使得不把电流贯通导体插入烧结体进行烧结时的内径比电流贯通导体的外径小2％～20％。再有，烧结体的外径并不特别限定，但烧结体的外径太大的话，由于烧结体的成形和烧结等变得困难，所以，较好是烧结体的外径在50mm或其以下。此外，烧结体的外径较好是比电流贯通导体的外径大0.1mm或其以上，更好是大0.3mm或其以上。
烧结体的厚度并不特别限定，能够是例如0.1mm或其以上、20mm或其以下。此外，成形体的内径在电流贯通导体的外径以上，其差在考虑到组装两者时的作业性时，较好是在0.01mm或其以上。
还可以在烧结体的外周部分设置厚0.1～1mm、高5mm或其以下、1mm或其以上的环状的突起。这种环状的突起部分能够起安装到别的外部部件的安装部的作用。
以下，参照适当的附图，对本发明进行更详细的说明。
图4(a)、图4(b)、图4(c)分别是表示在本发明中可使用的成形体1B、1C、1D的截面图。在成形体1C的外周形成有环状的突起4。此外，在成形体1D的外周边缘设有倒角部5。把这些成形体如图4(d)所示那样安装在电流贯通导体2的外周并对其进行烧结的话，得到图4(e)所示的烧结体11C以及复合体3C。
图5(a)、(b)、(c)、(d)分别是表示本发明的复合体3D、3E、3F、3G的正视图。在复合体3D中，在电流贯通导体2的外周固定有圆板状的烧结体11，并且固定有管状的烧结体11A和11B。在复合体3E中，在电流贯通导体2的外周固定有圆板状的烧结体11C，并且固定有管状的烧结体11A和11B。在烧结体11C的外周侧边缘形成有环状突起4。在复合体3F中，在电流贯通导体2的外周固定有圆板状的烧结体11D，并且固定有管状的烧结体11A和11B。在烧结体11D的外周侧边缘形成有倒角部5。在复合体3G中，在电流贯通导体2的外周固定有圆板状的烧结体11，并且固定有管状的烧结体11B和11E。
在本发明中，固定在电流贯通导体的烧结体的形态并不限于圆板状或管状。例如也可以把如图6(a)、(b)、(c)所示那种星形或齿轮形的烧结体11F、11G、11H安装在电流贯通导体2的外周，并对其进行烧结。这种形状的烧结体容易设计成具有很大的表面积，特别适合于电极散热器。
以下，以把本发明应用于高压放电灯发光管的实施例为中心进一步进行说明。
图7是示意使用本发明制作的高压放电灯管10的截面图。由透光性材料做成的发光容器9的两端内侧被密封部件11C密封。具体地说，电极兼电流贯通导体2穿过各密封部件11C的通孔11a中。在此，密封部件11C和电流贯通导体2根据本发明结合，构成本发明的复合体3C。复合体3C分别气密地被保持。在各密封部件3C的外侧边缘形成有环状突起4。
另一方面，在发光容器9的端部内侧夹住板状金属片7固定有由脆性材料做成的内侧部件6。发光容器9、板状金属片7以及内侧部件6由后述的工序牢固地结合。并且，以任意的方法、例如焊接法像8那样使板状金属片7的边缘和环状突起4的边缘气密地结合，得到高压放电灯用的发光管。通过在该发光容器9的内侧空间12密封进所定的发光物质，能够用作高压放电灯的发光管。
板状金属片7如后所述具备压接把持着的把持部7a和从发光容器的端部突出的非把持部7b。这样，通过使板状金属片7的非把持部从发光管端部突出，一般地，发光容器端部的密封变得更加容易。即，在使用玻璃料等密封材料密封时(例如图8)，通过使密封部件附着在非把持部7b的内侧，就能够进行密封。此外，在利用激光焊接法进行密封时，这样的非把持部具有散发焊接时的热，防止热向发光管侧的集中并防止裂缝发生的作用，此外还具有防止焊接材料的泄漏的作用。
这样，通过把本发明应用于高压放电灯用发光管，还进一步可得到以下的作用效果。即，在本发明的复合体3C中，发光容器9的端部和牢固地埋设结合在内侧部件6的板状金属片7的热膨胀差小，在密封部件11C的内侧穿过实心的电极兼电流贯通导体2并固定，能够使导体2的前端起到电极的作用。即使在利用例如钨之类适宜于电极材质形成这种导体2整体的场合，采用本发明的话，密封部件11C相对于导体2气密地且牢固地被结合，在热循环方面的性质也好。因此，由于能够以钨等一种适当的金属形成整个导体2，从而不要高熔点金属的结合工序，这样，就能够大幅削减制造成本。
在图8所示的高压放电灯发光管的场合，电极兼电流贯通导体2穿过各密封部件11G的各通孔11a中。在此，密封部件11G和电流贯通导体2根据本发明被结合，构成本发明的复合体3G。复合体3G分别被气密地保持。另一方面，在发光容器9的端部内侧夹住板状金属片7固定有由脆性材料做成的内侧部件6。发光容器9、板状金属片7以及内侧部件6由后述的工序牢固地结合。并且，利用密封部件13进一步密封板状金属片7的内侧面和密封部件3G表面。
这种密封部件能够以玻璃密封部件或陶瓷密封部件为例，特别是以下比较好。例如，能够使用Dy2O3∶Al2O3∶SiO2＝50～80∶10～30∶10～30(重量％)组成的玻璃料或氧化物的混合粉体。
在图9所示的高压放电灯发光管的场合，对电流贯通导体14的固定不应用本发明。在该场合，由于端部密封部件30与电流贯通导体14的结合利用原来的方法，从而需要减小端部密封部件与电流贯通导体之间的热膨胀差。在例如端部密封部件30为钼金属陶瓷制的场合，电流贯通导体之中密封部分14b由与它的热膨胀接近的钼形成，前端侧14a由钽形成。但是，钽与钼的结合部分难以牢固地结合，制造成本显著上升。
在图10的例子中，在发光容器9的端部内侧固定有外侧密封部件20，在外侧密封部件20与内侧密封部件21之间板状金属片7如后述那样被压接把持。另一方面，电极兼电流贯通导体2与密封部件11H利用本发明而被一体化，构成复合体3H。并且，在板状金属片7的内侧面与密封部件11H之间施以密封部件13。在电流贯通导体2的前端固定有用图6说明的齿轮形电极散热器17。
在图11的例子中，在发光容器9的端部外侧固定有外侧密封部件22，在外侧密封部件22与内侧密封部件23之间板状金属片7如后述那样被压接把持。另一方面，电极兼电流贯通导体2与密封部件11H利用本发明而被一体化，构成复合体3H。并且，在板状金属片7的内侧面与密封部件11H之间施以密封部件13。在电流贯通导体2的前端固定有螺旋状电极散热器17。
在图12的例子中，表示对所谓的椭圆形发光容器应用本发明的例子。在发光容器29的端部内侧固定有密封部件24，在发光管29与密封部件24之间板状金属片7如后述那样被压接把持。另一方面，电极兼电流贯通导体2与密封部件11H利用本发明而被一体化，构成复合体3H。并且，在板状金属片7的内侧面与密封部件11H之间施以密封部件13。在电流贯通导体2的前端固定有螺旋状电极散热器17。
在图13的例子中，表示对所谓的椭圆形发光容器应用本发明的例子。在发光容器29的端部外侧固定有外侧密封部件25，在外侧密封部件25与内侧密封部件24之间板状金属片7如后述那样被压接把持。另一方面，电极兼电流贯通导体2与密封部件11H利用本发明而被一体化，构成复合体3H。并且，在板状金属片7的内侧面与密封部件11H之间施以密封部件13。在电流贯通导体2的前端固定有螺旋状电极散热器17。
在图14的例子中，表示对所谓的椭圆形发光容器应用本发明的例子。发光容器29的端部作为导管直径像毛细管那样变细。另一方面，电极兼电流贯通导体2与密封兼套管1A、用于焊接的端部11A以及电极散热器17利用本发明而被一体化，构成复合体3H。并且，在发光管29的端部毛细管内侧面与密封部件兼套管1A之间施以密封部件13。在电极兼电流贯通导体2的前端固定有齿轮状电极散热器17。此外，在相反一侧固定有用于使与导线的焊接容易的焊接的端部11A。
图15(a)～(c)是表示本发明的高压放电灯发光管的组装工序的截面图。如图15(a)所示，在发光容器的成形体9A与内侧部件6之间插入管状的板状金属片7，并使它们夹紧。其次，对成形体9A进行烧结，并使之烧成收缩，如图15(b)所示，把板状金属片7压接把持在发光容器9与密封部件6之间。另一方面，根据本发明，如图15(c)那样，准备电极兼电流贯通导体2与烧结体11C的复合体3C，把烧结体11C的环状突起4焊接在板状金属片7，得到高压放电灯。
此外，在图16(a)～(c)所示的例子中，利用与图15(a)～(c)同样的工序，制作高压放电灯发光管。但是，在本例中，在电流贯通导体2的前端设有由多个小圆板做成的电极散热器16。
电极兼电流贯通导体2，例如如图17(a)、(b)所示，插入所定形状的成形体的通孔中，对成形体进行烧结，做成复合体。并且，把得到的烧结体11C例如如图16(c)所示那样利用密封部件13相对于板状金属片7固定，或焊接。
在图18(a)的例子中，除密封部件1之外，还准备电极散热器17的成形体16。并且，如图18(b)所示，使电极兼电流贯通导体2穿过成形体1的通孔1a，同时还穿过电极散热器17的成形体16中。并且，对成形体1以及电极成形体16进行烧结，如图18(c)所示，在电流贯通导体2的外周固定烧结了的密封部件11以及电极散热器17。其次，如图18(d)所示，使密封部件11相对于板状金属片7固定，做成高压放电灯。
在高压放电灯发光管中，形成压接把持板状金属片的密封部件或发光容器的脆性材料并不特别限定，能够以玻璃、陶瓷、金属陶瓷、单晶为例。
作为该玻璃，可以石英玻璃、硅酸铝玻璃、硼硅酸玻璃、硅-氧化铝-锂系晶化玻璃等为例。作为该陶瓷，可以对卤系腐蚀性气体有耐腐蚀性的陶瓷为例，特别理想的有氧化铝、氧化钇、碳酸钇铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅。此外，也可以是其中任一种构成的单晶。
作为金属陶瓷，可以氧化铝、氧化钇、碳酸钇铝、氮化铝、氮化硅等陶瓷和钼、钨、铪、铼等金属的金属陶瓷为例。作为单晶，可以在可见光区域具有光学透明特性的例如金刚石(碳元素单晶)和蓝宝石(Al2O3单晶)等为例。
在高压放电灯发光管中，板状金属片的厚度方向的两侧较好是以热膨胀系数相似或相同的脆性材料压接把持。这样，脆性材料之间的应力完全不会产生，在金属材料中产生的应力相对于金属材料的厚度中心对称而成为几乎等价的应力分布，并且由于与脆性材料相比，厚度要薄很多，所以产生的应力因金属材料的塑性变形而得到缓和。因此，即使在压接把持工程后，在伴随着温度变化的使用条件下，不会有金属材料受损而破裂，导致很大的变形等致命的损伤。
在上述高压放电灯发光管中，在板状金属片与脆性材料的接触界面产生的应力通过板状金属片的把持部的变形而得到缓和。
在把持部与脆性材料的接触界面产生的应力例如由以下原因而产生。金属材料的热膨胀系数设为α1、扬氏模量为E1，脆性材料的热膨胀系数设为α2、扬氏模量为E2。在将金属材料埋设于脆性材料中，并通过烧结温度T1来压接把持，冷却到室温时，在两者完全不变形且在界面不产生滑动的情况下，金属侧的产生应力σ1由下式表示σ1∞E1×(T1-室温)×(α1-α2)(1)同样地，脆性材料侧的产生应力σ2由下式表示σ2∞E2×(T1-室温)×(α2-α1)(2)如果取钼和氧化铝的组合为例，由于钼的热膨胀系数约为5ppm/℃、扬氏模量约为330Gpa，氧化铝的热膨胀系数约为8ppm/℃、扬氏模量约为360Gpa，所以在从例如烧结温度为1500℃冷却到室温时，如果钼侧完全没有塑性变形，则钼侧产生约1500Mpa的压缩应力。同样地，氧化铝侧产生约1600Mpa的拉伸应力。
该应力值远远超过各材料的强度，通常在此类脆性材料和金属部件的结构体在某个材料的界面产生破坏，不可能实现复合的部件。
但是，金属中如果产生屈服应力以上的应力则发生塑性变形。此时，达到破坏前的变形的大小用“拉伸”表示，通常，“拉伸”为百分之几到百分之几十之间的非常大的值。
对于陶瓷材料，通过使金属材料侧相对较薄，并设计成只在金属侧产生屈服应力以上的应力来塑性变形，可缓和热膨胀差所产生的应力。
如果使例如钼成为100微米厚的薄板，并使氧化铝的厚度成为10mm的块，则使钼薄板变形而缓和应力所需的钼侧的变形由(3)式表示∈＝(T1-室温)×(α1-α2)～0.5％(3)厚度方向的变形量为Δt＝∈×t～0.5微米(4)能以非常微小的变形来缓和产生的应力。
如果取白金和氧化铝的组合为例，由于白金的热膨胀系数约为9ppm/℃、扬氏模量约为170Gpa，氧化铝的热膨胀系数约为8ppm/℃、扬氏模量约为360Gpa，所以在从例如烧结温度为1500℃冷却到室温时，如果白金侧完全没有塑性变形，则白金侧产生约250Mpa的拉伸应力。同样地，氧化铝侧产生约530Mpa的压缩应力。
如果该情况下也使白金成为100微米厚的薄板，且使氧化铝的厚度为10mm的块，则使白金薄板变形而缓和应力所需的白金侧的变形由(3)式表示，约为0.1％。虽然在白金侧产生相对于压接把持方向的拉伸应力，但是如果其深度方向仅产生0.1％的变形，则缓和了拉伸应力。如果为10mm的压接把持深度，则仅为10μm。
这样，脆性材料和金属材料的结构体中主要因两者的热膨胀差所产生的应力是其变形为1％以下的大小。一个金属材料的屈服强度比拉伸强度小，到其断裂前的拉伸由于是百分之几到百分之几十的大小，所以即使使金属材料侧的厚度比脆性材料厚度更薄，只在金属侧产生屈服应力以上的应力使之塑性变形来缓和热膨胀差，其变形量在“拉伸”值以内，金属材料不破坏。此外，通过金属材料变形，脆性材料侧产生的应力也得到缓和，可实现脆性材料-金属结构体。在使用利用烧成收缩而成为一体化的制法的情况下，成为高温下的热处理操作，通过金属材料的高温蠕变变形等也能缓和应力。
在优选实施方式中，压接板状金属片的把持部两侧的脆性材料的热膨胀系数差在2ppm或其以下，特别好的是1ppm或其以下。最理想的是两者的热膨胀系数相同。这样，通过使两者的热膨胀系数一致，可进一步提高本发明的脆性材料-金属构造体对热循环的稳定性、可靠性。
在优选实施方式中，压接板状金属片的把持部的两侧的脆性材料是烧成收缩率不同的烧结体，板状金属片利用烧结时的收缩差而压接。有关此时的收缩率差的恰当值将在后述或者，在优选实施方式中，压接板状金属片的把持部的两侧的脆性材料的内侧是玻璃、单晶等烧成不收缩的脆性材料，外侧是烧成收缩的脆性材料。
在优选实施方式中，板状金属片的厚度至少在把持部在1000μm或其以下，特别好是200μm或其以下。这样，通过使板状金属片变薄可以利用板状金属片的变形降低在板状金属片和脆性材料之间产生的应力，进一步提高发光容器的气密性。但是，板装金属片过薄的话，由于作为结构体的强度不够，所以较好是板状金属片的把持部的厚度在20μm或其以上，更好是50μm或其以上。
在优选实施方式中，压接板状金属片的把持部的脆性材料之中，外侧的脆性材料的厚度在0.1mm或其以上。这样，能够使从外侧的脆性材料相对于板状金属片向径向施加的压力足够大，进一步提高发光容器的气密性。根据此观点，更好是使外侧的脆性材料的厚度在0.5mm或其以上。
发光管的制法并不特别限定，对于这些发光管的主干部，(1)有利用挤出成形、泥浆注入成形、注射成形，把发光管分成两个部件成形，在脱脂前结合～正式烧结成形体来一体化的方法。此外，(2)也可以以凝胶铸造为代表的熔模铸造法成形，能够实现不选择主干部发光管设计的端部密封结构。
此外，在金属卤素灯中，重视耐腐蚀性，主要用Mo、W、Re等，但在高压钠灯中，还能够采用Nb作为上述金属部件。此外，同样在超高压水银灯中也可采用Nb。
通过如下方式密封这些发光容器而成为放电灯发光管。
(1)金属卤素灯(一般照明)在50～200mbar的Ar气氛下从Mo制的金属帽(在帽本身上有导向部分也可)的孔投入Hg(不是必需的)、金属(Na、稀土类元素等)碘化物并插入Mo或W电极，利用TIG焊接或激光焊接来焊接密封。
(2)金属卤素灯(汽车用·点光源用)与(1)同样密封金属碘化物和Hg(不是必需的)。根据情况用7～20bar的Xe作为起始气体。特别地，本发明这种场合由于以极短时间和低温结束密封，所以，从起始气体开始能够几乎完全地控制发光物质的蒸发。主干部材料可以是通常的透光性氧化铝，但也可选用线性透过率高的YAG、蓝宝石、粒径在10μm或其以下的多晶氧化铝。
(3)高压钠灯金属帽用Nb。电极用Mo、W、Nb，把它们焊接起来。发光物质是Na-Hg混合物和Ar等起始气体，在不用Hg的场合密封进Xe。特别地，在灯管表面用辅助电极的场合(不管绕圈、金属化印刷等种类)，防止电极保持部件附近与辅助电极的短路，根据情况也可以在辅助电极上设置绝缘机构。
(4)超高压水银灯主干部材料合适的是线性透过率高的YAG、蓝宝石、粒径在10μm或其以下的多晶氧化铝等。发光物质是Hg和Br。金属帽除Mo、W等还可使用Nb，焊接法与上述相同。
实施例(实施例1)根据参照图1(a)～(d)说明过的方法，制作复合体3。具体地说，在100份平均粒径2微米的金属钼粉末中添加15份有机溶剂、5份粘合剂以及2份润滑剂，混炼成高粘度土状后使之干燥，准备所定长度的金属钼粉末成形体1。挤出成形体1的截面为略圆形状，在中心部沿长方向形成有与一体化的钨线材的直径几乎相等的孔1a。该孔能够通过在挤出用的模具中心预先固定芯材来形成，但在成形体的长度很短时，也可以把挤出成形成实心的棒状的成形体切断成所定长度后，以钻孔机进行机械加工来形成。切断成所定长度可以在干燥前也可以在干燥后。
这样形成的金属钼粉末成形体1在大气中600℃加热，热分解粘合剂以及润滑剂而预先从成形体内除去。
其次，在金属钼粉末成形体1的中心的孔1a中插入长40mm的钨线材2并把两者组装起来，在氢气氛中1800℃烧成，烧结金属钼粉末成形体。金属钼粉末成形体通过烧结而成为没有气孔的高度致密的金属钼烧结体。同时，因金属钼粉末成形体烧结时的体积收缩作用和烧结作用，金属钼烧结体和钨棒的界面紧密接触，两者一体化而得到气密性高的复合体3。
这样得到的钨棒和金属钼部件一体化了的结构体适合于用作例如高压放电灯用的电极兼电流贯通导体。
(实施例2与压印成形部件的一体化)制作了图4(b)、(d)、(e)所示那种方式的复合体3C。具体地说，准备在100份平均粒径2微米的金属钼粉末中添加3份粘合剂以及1.5份可塑剂的造粒粉末。对该造粒粉末体施加沿一个轴方向的压力(1000kg/cm2)来实施压印成形，然后干燥，准备所定形状的金属钼粉末成形体1C。
压印成形体1C的截面形状为略圆形，在中心部沿长方向形成有与一体化的钨线材的直径几乎相等的孔1a。该孔能够通过在挤出用的模具中心预先固定芯材来形成，但在成形体的长度很短时，也可以以钻孔机机械加工成实心的圆盘状来形成孔。
在压印成形的场合，通过精心制作模组模具的结构，可以做成在成形体上形成薄的肋4并把拐角部做成倒角部形状5。
这样成形的金属钼粉末成形体1在大气中600℃加热，热分解粘合剂以及润滑剂而预先从成形体内除去。
其次，在金属钼粉末成形体1的中心的孔1a中插入长40mm的钨线材2并把两者组装起来，在氢气氛中1800℃烧结，烧结金属钼粉末成形体。金属钼粉末成形体通过烧结而成为没有气孔的高度致密的金属钼烧结体。同时，因金属钼粉末成形体烧结时的体积收缩作用和烧结作用，金属钼烧结体和钨棒的界面紧密接触，两者一体化而得到气密性高的复合体3。
这样得到的钨棒和金属钼部件一体化了的结构体适合于用作例如高压放电灯用的电极兼电流贯通导体。
(实施例3与挤出成形部件的一体化)制作了图3(a)～(c)所示的复合体3A。具体地说，准备在100份70体积％的平均粒径2微米的金属钼粉末和30体积％的平均粒径0.3微米的氧化铝粉末的混合粉末中添加20份有机溶剂、5份粘合剂以及2份可塑剂，混炼成高粘度土状后，进一步用真空练土机练成不包含空气的状态，准备挤出用模具并实施挤出成形，使之干燥，准备所定形状的金属钼-氧化铝混合粉末成形体1A。
压印成形体1A的截面形状为略圆形，在中心部沿长方向形成有与一体化的钨线材的直径几乎相等的孔1a。该孔能够通过在挤出用的模具中心预先固定芯材来形成，但在成形体的长度很短时，也可以把挤出成形成实心的棒状的成形体切断成所定长度后，以小直径的钻孔机进行机械加工来形成。切断成所定长度可以在干燥前也可以在干燥后。
这样形成的金属钼-氧化铝混合粉末成形体在大气中600℃加热，热分解粘合剂以及润滑剂而预先从成形体内除去。
其次，在设置于金属钼-氧化铝混合粉末成形体1的中心的孔1a中插入长40mm的钨线材2并把两者组装起来，在氢气氛中1800℃烧结。金属钼-氧化铝混合粉末成形体通过烧结而成为没有气孔的高度致密的金属钼-氧化铝金属陶瓷烧结体。同时，因金属钼-氧化铝混合粉末成形体烧结时的体积收缩作用和烧结作用，金属钼-氧化铝金属陶瓷烧结体和钨棒的界面紧密接触，两者一体化而得到气密性高的复合体3。
这样得到的钨棒和金属钼-氧化铝金属陶瓷部件一体化了的结构体适合于用作例如高压放电灯用的电极兼电流贯通导体。
(实施例4与挤出成形部件的一体化)制作了图6(a)、(d)所示的复合体。具体地说，准备在100份80体积％的平均粒径2微米的金属钨粉末和20体积％的平均粒径0.3微米的氧化铝粉末的混合粉末中添加20份有机溶剂、5份粘合剂以及2份可塑剂，混炼成高粘度土状后，进一步用真空练土机练成不包含空气的状态，准备挤出用模具并实施挤出成形，使之干燥，准备所定形状的金属钨-氧化铝混合粉末成形体11F。
金属钨-氧化铝混合粉末挤出成形体11F的截面形状为多个翼片竖立起来的齿轮形状，在中心部沿长方向形成有与一体化的钨线材的直径几乎相等的孔1a。该孔能够通过在挤出用的模具中心预先固定芯材来形成，但在成形体的长度很短时，也可以把挤出成形成实心的棒状的成形体切断成所定长度后，以钻孔机进行机械加工来形成。切断成所定长度可以在干燥前也可以在干燥后。
这样形成的金属钨-氧化铝混合粉末成形体在大气中600℃加热，热分解粘合剂以及润滑剂而预先从成形体内除去。
其次，在设置于成形体的中心的孔中插入长40mm的钨线材2，在氢气氛中1800℃烧结，烧结金属钨-氧化铝混合粉末成形体，做成金属陶瓷，金属钨-氧化铝混合粉末成形体通过烧结而成为没有气孔的高度致密的金属陶瓷烧结体11F。同时，因金属钨-氧化铝混合粉末成形体烧结时的体积收缩作用和烧结作用，金属钨-氧化铝混合粉末金属陶瓷烧结体和钨棒的界面紧密接触，两者一体化。这样得到的钨棒和金属钨-氧化铝金属陶瓷部件一体化了的结构体适合于用作例如高性能的具备电极散热器的高压放电灯用的电极。
(实施例5)与实施例1同样制作了复合体。但是，钨棒2的直径、烧结前的成型体的外径(直径)、内径、壁厚、长度如表1所示那样改变。并且，与实施1同样进行实验，表2表示所得到的结果。
表1
表2
(实施例6)按照图16、图17所示的顺序，制作了图7的高压放电灯发光管。
具体地说，准备对钼板进行拉深加工而成形制作的厚度0.2mm的圆筒状金属片7。或者，在把钼粉末挤压成形为管状后，通过烧结准备了厚0.2mm的圆筒状金属片7。此外，准备由高纯度氧化铝烧结体做成的密封部件6，在6的外侧固定圆筒状金属片7，在其外侧固定氧化铝粉末的成形体9A。成形体9A是用干包套成形机成形的、内径2.1mm、外径4mm、长20mm的高纯度氧化铝做成的管状的发光管用成形体2(成形压力1500kg/cm2)。在氢气氛中1800℃烧结该组装体，得到图16(b)所示的发光容器。
另一方面，与实施例1同样制作电极兼电流贯通导体2和钼金属陶瓷制的密封部件11C的结合体3C。并且，把结合体3C插入发光容器的一侧，对环状突起4和板状金属片7进行激光焊接。把焊接了这一侧的发光容器移送到球形罩中，在高纯度的氩气氛中，利用没有焊接结合体3C的另一方的发光容器的密封部件的孔，投入所定量的水银以及钪-钠系的卤化金属，再插入结合体3C，对环状突起4和板状金属片7进行激光焊接。通过这一系列的工程，制作了图16(c)所示的高压放电灯用发光管。在该发光管上焊接用于供给电流的导线，插入玻璃外球中，做成灯泡，通过利用所定的稳压电源流过电流，能够作为金属卤素高压放电灯而发光。
权利要求
1.一种发光管，其特征在于具备由脆性材料做成的发光容器，金属或金属陶瓷制的实心电流贯通导体，以及固定在该电流贯通导体外侧的、至少含有金属粉末的成形体的烧结体。
2.根据权利要求1所述的发光管，其特征在于上述烧结体呈圆板状或管状。
3.根据权利要求1或2所述的发光管，其特征在于上述电流贯通导体之中、固定有上述烧结体的部分由同一材料做成。
4.根据权利要求1或2所述的发光管，其特征在于上述电流贯通导体由多个长部件做成，把这些长部件在长方向连接时的连接部利用上述烧结体固定。
5.根据权利要求1～4任何一项所述的发光管，其特征在于上述电流贯通导体起电极的作用。
6.根据权利要求1～5任何一项所述的发光管，其特征在于上述烧结体起安装到上述发光容器的安装部的作用。
7.根据权利要求6所述的发光管，其特征在于上述烧结体起电极散热器的作用。
8.根据权利要求6所述的发光管，其特征在于上述烧结体起用于调节上述电流贯通导体的直径的套管的作用。
9.根据权利要求6所述的发光管，其特征在于上述烧结体起与电流导线的焊接用的端部的作用。
10.根据权利要求1～9任何一项所述的发光管，其特征在于上述电流贯通导体由高熔点金属或含有高熔点金属的金属陶瓷的线材做成。
11.根据权利要求10所述的发光管，其特征在于上述高熔点金属是从钨、钼、钽以及铱组成的群中选取的一种或一种以上的金属或含有该金属的合金。
12.根据权利要求1～11任何一项所述的发光管，其特征在于上述烧结体由高熔点金属或含有高熔点金属的金属陶瓷做成。
13.根据权利要求1～12任何一项所述的发光管，其特征在于上述电流贯通导体的外径在5mm或其以下。
14.根据权利要求1～13任何一项所述的发光管，其特征在于上述烧结体的外径在10mm或其以下，并且比上述电流贯通导体的外径大0.1mm或其以上。
15.根据权利要求1～14任何一项所述的发光管，其特征在于上述烧结体的厚度在0.5mm或其以上、20mm或其以下。
16.根据权利要求1～11任何一项所述的发光管，其特征在于在上述烧结体的外周部分具有厚0.1～1mm、高1mm～5mm的环状的突起。
17.根据权利要求3所述的发光管，其特征在于上述电流贯通导体由同一材料构成。
18.一种高压放电灯，其特征在于具备权利要求1～17任何一项所述的发光管。
全文摘要
本发明的目的是使发光管相对于在发光管(9)内设置的电流贯通导体(2)的密封部件(11C)等的结合牢固，紧密接触性高。所采用的方法是，发光管具备由脆性材料做成的发光容器(9)、金属或金属陶瓷制的实心电流贯通导体(2)、固定在电流贯通导体(2)外侧的、至少含有金属粉末的成形体的烧结体(11C)。
文档编号H01J61/073GK1841645SQ20061006634
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月31日
发明者渡边敬一郎, 太田隆, 新见德一 申请人:日本碍子株式会社