JPS6311316B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明の背景 本発明は高密度の多結晶アルミナからなる光伝
達本体の主表面を溶融状の溶解物質（fluxing
agent）でみがき、光伝達本体の光学的な伝達性
を増す方法に関する。溶剤でみがいた管状形材料
は、改良型高強度の放電ランプに光伝達性包囲体
として用いられると、一般にみがいていないアル
ミナ材料で得られる出力以上の高い光の出力を出
す。その改良型包囲体材料は特に外部の電源から
の電流で加熱されるのでなくて放電により加熱さ
れる電極であるような自然加熱式電極を利用した
型の高強度ナトリウム蒸気ランプ構造体に於て有
効である。 「高圧ナトリウム蒸気ランプ」という名称のシ
ユミツト氏による米国特許第3248590号に説明し
た種類の高強度ナトリウムランプは前述の型の電
極を必要とする。これらのランプは更に、高温下
でナトリウム蒸気に対する抵抗性を有するような
高密度の光伝達性多結晶アルミナ材料で成る細い
管状包囲体を使用する。特に適切なこの型の高純
度アルミナはコブル氏の米国特許第3026210号に
その準備方法に沿つて説明されており、その特許
に於て、前記材料は約0.3ミクロン〜約6.6ミクロ
ンの波長範囲にある全波長の放射エネルギーに対
するチユーブの１ミリメータの厚みにつき0.5％
以上のインライン伝達性を表し、又、前記波長範
囲内の或る波長で10％以上のインライン伝達性を
表す。そのような多結晶アルミナ材料は、一般
に、光学的透過力を備えるために少量ではある
が、有効量の最高0.5重量パーセントのマグネシ
アを含有し、そのマグネシア成分は、主にアルミ
ナ−マグネシアのスピネルとして存在する。その
ような高強度ナトリウム蒸気ランプ内には、スタ
ートし易くするためにキセノンのような希ガス
や、効率の改善のための水銀が、ナトリウムと共
に充填される。アルミナチユーブの両端は耐火金
属の閉鎖部材によりシールされる。即ち、ガラス
状シールでアルミナに接合されるニオビウム端部
キヤツプによりシールされる。各端部キヤツプは
タングステン杆のようなチユーブの軸に沿つて伸
長する電極を支持し、そのタングステン杆はその
内端部のまわりに巻かれた二重コイルのタングス
テンワイヤを有し、更にその電極は適切な電子放
射材で被覆されている。この構造体を有するラン
プは更に適切なランプ製造法と共に、シミサー氏
他による米国特許第3708701号に説明されている
ので、この明細書に詳しい事項をくり返す必要は
ないであろう。 転位やグレインの境界部が選択的に食刻されな
いように、硼砂を溶かした浴槽内で不透明の多結
晶アルミナ物体を化学的にみがくことはよく知ら
れている。この技術を用いて観察した結果はアル
ミナ材料上に滑らかで非常に反射性のある表面が
生じた。そして、材料の化学的研究（1966年）と
いう刊行物の第３巻にA.G.キング氏による「ア
ルミナの化学的みがきとその強度」という題名で
書かれた技術記事に説明されているように、その
ような処理により機械的な強度も改善された。 本発明の要約 前述の米国特許第3026210号に説明されている
ような光伝達性多結晶アルミナ材の光学的伝達性
は溶剤によるみがき（flux polishing）処理によ
り著しく増し、みがいたアーク室を利用した高強
度放電ランプの光の出力特性が改善されるほどの
程度まで増大することが判つた。そのようなラン
プの場合の光の出力に於ける改善は、現在売り出
されている多結晶型アルミナ材料で作つたアーク
室を使用した同一ランプに比較してすぐれている
ことも判つた。その溶剤（flux）処理は明らかに
インライン伝達性を増した滑らかな外面を備える
のみならず、その材料から表面層を除去すること
によつて、総光学的伝達性をも増す。そこで、本
発明の方法により改善された多結晶アルミナ材料
を利用したランプはワツト値当りのルーメンを増
し、より有効な光源となることが判つた。 望ましい実施例の記載 本発明を実施した高強度のナトリウム蒸気放電
ランプが、第１図の符号１で示されており、長卵
型のガラス状の包体、即ちジヤケツト２を有す
る。そのジヤケツト２の首部３は、堅いインリー
ド線６，７を伸長させているプレス５をもつて内
曲げのステム４により閉鎖され、それらのインリ
ード線６，７の外端部は、普通のねじベースのね
じ切りのシエル８と中心の接触子９とに接続す
る。 内部の包体、即ち、アーク管１１は、前述の米
国特許第3026201号に説明するような、高密度の
焼結多結晶アルミナのセラミツクで出来ていて、
それは後文で詳述する手段により光学的伝導度を
増すために、本発明に従つて化学的に処理された
主表面を有する。アーク管の両端は、はめ輪状の
ニオビウム金属からなる端部キヤツプ１２，１３
により閉鎖され、それらの端部キヤツプ１２，１
３は、第４図の符号１４で厚みを誇張して示した
ガラス状のシール成分により、アルミナのアーク
管に密封シールされる。 そのアーク管の端部には熱イオンの電極１５が
装着されている。第４図に最もよく示すように、
その電極は内部のタングステンワイヤのコイル１
６で成りたち、そのコイル１６は、端部キヤツプ
に溶接されたニオビウムのチユーブ１８の端部内
に溶接されたタングステンの軸１７に巻かれてい
る。その内部のコイル１６の中心旋回体はお互い
に離れていて、外部のタングステンワイヤのコイ
ル１９が、内部のコイル１６のまわりに巻かれて
いる。適切な電子放射性の混合物を電極コイルに
塗るか、又はそのコイルを前混合物の懸濁液中に
浸すことによつて、その混合物をコイルに塗着さ
せることが出来る。その材料は外部コイルならび
に内部コイルの旋回体間と、内部コイルの旋回体
と軸との間との間隙に主として保持される。 下方のチユーブ１８は符号２１の所に貫通孔を
有し、このチユーブは、そのランプの製造中、排
気管として使用される。そのアーク管内に、ガス
充填ならびに水銀ナトリウムのアマルガムが導入
された後、排気チユーブ１８は符号２２で示すよ
うな冷却溶接により密封状にはさみ切られ、その
後は濃縮水銀ナトリウムアマルガムのための貯槽
として働く。上方のチユーブ１８′はアーク管内
に開口を有せず、ゲツターとして働く少量のイツ
トリウム金属（図示せず）を入れるために使用さ
れる。そのチユーブの端部はピンチ２３により閉
鎖され、ハーメチツクシールを形成する。図示の
ランプはベースを下にした動作に制限され、アマ
ルガムをその中に凝縮させるためのアーク管の最
も冷却した部分でなければならない、より長い排
気チユーブ管１８が一番下に位置づけられる。 そのアーク管は、ステム端部にあるインリード
７からドーム端部にある窪み部２６まで伸長する
ロツド２５で成りたつ装着体により、包体内に支
持され、前記単一のロツドは弾性のクランプ２７
によつて前記窪み部に固定される。アーク管の各
キヤツプ１３はバンド２９によりフレームに接続
し、端部キヤツプ１２はバンド３０、支持杆３１
を介してインリード６に接続する。包体内のスペ
ースは熱を保持するために排気され、これは外側
ジヤケツトをシールする前に行われる。ゲツター
即ちチヤンネル付リング内に押入されるバリウム
とアルミニウムの合金末は高真空を保証するため
に、シール後に閃光をとばす。この型のランプ構
造を製造する方法は前述の米国特許第3708710号
に詳明されているので、ここでくり返す必要はな
いであろう。 基本的には、本発明の化学的みがき方法は、表
面の表面層が分解されて比較的滑らかな外観を呈
するまで、ゆるやかな割合でアルミナを分解させ
る溶融無機溶剤に、多結晶アルミナの光伝導本体
〔すなわち、ランプ１のアセンブリイ前のアーク
管１１〕の主表面を物理的に接触させることで成
りたつ。この種の化学的みがき処理を行う際に、
アルミナのグレインの境界部にある他の物質を溶
解させないで、そのグレイン、即ち結晶粒子の表
面層を好んで分解させるように、溶剤の成分を選
択することも重要なことである。第３図の処理ず
みのアルミナ表面と第２図の未処理表面とを目で
みて比較することにより、表面材料が溶剤
（fluxing agent）により除去されて、水平化すな
わち平面化作用が行われ、その作用は、グレイン
境界面にある低い点には実質的に及ぼないで、
個々のアルミナ結晶粒子の高い点を減らすように
する。反射光で撮つたこれらの写真から、第２図
の未処理表面は多量の光が分散するために「暗
い」視野に見える。この好ましい分解作用を行う
特定の溶剤成分の選択は約1000℃までの高い処理
温度で溶融状態のままで安定している選択された
溶剤物質により処理したアルミナ表面に生じる効
果を目で検査することによつて機械的に行われ
る。それ以上の高温になると、溶剤として好まし
い硼酸ナトリウムによつて、好ましくないグレイ
ン境界部の食刻が生じ、これは又、その接触時間
にもよる。 前述の方法で比較的滑らかで平たい表面にする
有用な溶剤物質（fluxing agent）は又、分解工
程を行わせなくするか又は、インライン伝達度が
悪いような光学的分散表面を形成するような不溶
反応生成物をその溶融液の界面に生じさせること
はない。アルカリ金属塩は、溶融状態でも上述の
熱的化学的安定性を保証する溶剤を与えるもので
ある。本発明に用いることのできる溶剤として
は、硼酸ナトリウムや硼酸カリウムのようなアル
カリ金属の硼酸塩や、アルカリ金属酸化物を一成
分とする酸化物の二成分系が挙げられる。酸化物
の三成分系も又、所望な均等でおだやかな分解作
用を行うが、溶融状態にするために、前記好まし
いアルカリ金属の硼酸塩の場合に必要とする温度
より一層高い温度を必要とする。従つて、この溶
剤物質の余分な揮発を生じさせないように約1000
℃をこえないような徐々に上昇する温度で溶融ア
ルカリ金属の硼酸塩の浴槽中に多結晶本体を浸す
ことによつて空気の雰囲気下で分解作用を行うこ
とは好ましいことであるけれども、多結晶アルミ
ナの耐熱性のために、それより高温も、又、更に
他の操作条件も使用出来る。アルカリ金属の硼酸
塩溶剤（flux）を使用すると、処理されたアルミ
ナ本体上にガラス状の被膜が生じ、これは直線状
伝達性を改善するために取り除く必要がある。そ
の被膜は部材を溶融した溶剤の浴槽から取り出し
て冷やした後、稀酸液で処理部材を洗うことによ
り分解される。普通の方法で準備された溶融溶剤
の浴槽からはじめに処理部材を取り出す時に、周
囲の温度まで調節しながら冷やすことによつて熱
シヨツクを最小にすることは望ましい。 アルカリ金属の硼酸塩化合物が溶剤物質として
使用されるような本発明に従つた好ましい処理工
程の例をここで説明する。多数本の多結晶アルミ
ナチユーブのサンプルを種々の時間だけ、約762
℃〜857℃の高温で硼酸塩の溶液中に浸して、化
学的みがき処理の全光学的伝導度に対する影響を
測定した。硼酸ナトリウム塩の共融成分は一般的
化学式Na₂O・2.28B₂O₃で表わされるものが使用
された。但し、１モルのNa₂Oに対し、４モルの
B₂O₃までの範囲のモル比を有するような他の成
分も所望の結果に重大な影響を与えることなしに
使用される。この方法で処理する間、時間と温度
条件は色々変化した。インライン伝導度の改善も
それによつて得られ、それは下の表に示されてい
る。前述の米国特許第3026210号に説明されてい
る方法を使用して、ベツクマンモデルDBスペク
トル光度計で可視光のスペクトルに亘つて光学的
伝導度の測定が行われた。相異る温度条件で得ら
れる平均値は第１表に示す如くである。

【表】

【表】 みがいていないアルミナチユーブに比較して実
質的改善が得られ、より長い時間、しかもより高
い温度でより大きい改善が行われることが前記光
学的伝導度の結果から明らかである。他方、処理
温度が約1000℃をこえる時、この溶剤物質でグレ
インの境界部に於いて選択的な食刻が生じたこと
を記憶せねばならない。前述の報告される光学的
測定を行う前に、溶融状溶解作用により生じた処
理面のガラス状被膜を取り除く必要があつた。溶
融状溶解浴槽から取り出した後、周囲の温度条件
まで冷却させた後この被膜を溶解するために、処
理ずみのアーク室を稀無機酸溶液中で洗つた。 前述の構造体を利用した多数の400ワツトサイ
ズの高圧ナトリウム蒸気ランプが、みがかれてい
ない多結晶アルミナのアーク室を有するランプと
比較するために溶剤でみがいたアーク部材を使つ
て作られた。みがいていないアーク室を使つて作
られた28個のランプで従来の測定により平均
117.7ルーメンス／ワツトの出力が得られた。 これに比較して、溶剤でみがいたアーク室を使
つて組立られた14個のランプに於て平均120.5ル
ーメンス／ワツトの出力が得られ、これは本発明
により著しい改善を表す。 本発明の効果を得るために種々の変形が使用さ
れることは前述の説明から明らかである。例えば
空気の雰囲気下ではなくて中性雰囲気下でみがき
を行うことによつてそれにたとえられる結果をも
つて化学的みがき処理を行うようにすることも出
来る。同様に、前述の溶融状溶剤と接触した後、
多結晶アルミナ本体の主表面に接着した残りの被
膜を除去するために別の処理手段をとることも出
来る。従つて、本発明はクレームの範囲に制限さ
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を利用した被膜型高圧ナトリウ
ム蒸気ランプの概略図であり、第２図はみがいて
いない多結晶アルミナを示す200倍率の写真を示
す。第３図は本発明に従つてみがいた多結晶アル
ミナ材の同倍率で撮つた写真である。第４図は第
１図に示したランプ用の電極の形態を示す断面図
である。 １……高強度ナトリウム蒸気放電ランプ、２…
…ガラス状外包体、３……外包体の首部、４……
内曲ステム、５……プレス、６，７……インリー
ドワイヤ、８……シエル、９……中心接触子、１
１……アークチユーブ、１２，１３……チユーブ
の端部キヤツプ、１４……ガラス状シール部材、
１５……熱イオン電極、１６……内部タングステ
ンワイヤコイル、１７……タングステン軸部、１
８……ニオビウムチユーブ、１９……外部タング
ステンワイヤコイル、２２……冷間溶接部、２３
……ピンチ、２５……単一杆、２６……窪部、２
７……弾性クランプ、２９，３０……バンド、３
１……支持杆、３２……チヤンネル付リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少量ではあるが0.5重量％までの有効量のマ
   グネシアを含有する高密度の多結晶アルミナ焼結
   体からなるみがき処理されていない光伝達本体
   を、アルカリ金属の硼酸塩を含む溶融状の無機溶
   剤中に、高温下に前記光伝達本体の主要な外表面
   にある個々のアルミナ結晶の高い点を、グレイン
   境界部を実質的に食刻することなく減らすに十分
   な時間浸漬し、前記溶剤と該光伝達本体の主要な
   外表面を物理的に接触させる過程と、前記主要な
   外表面から溶剤の残りを除去する過程とを含むこ
   とを特徴とする多結晶アルミナ焼結体からなるみ
   がき処理されていない光伝達本体のインライン伝
   達性を増す方法。 ２ 溶剤の残りを、室温で、溶液で溶解して前記
   主要な外表面から除去する特許請求の範囲第１項
   記載の多結晶アルミナ焼結体からなるみがき処理
   されていない光伝達本体のインライン伝達性を増
   す方法。 ３ 前記溶剤による処理後の多結晶アルミナ焼結
   体からなる光伝達本体が、約0.3ミクロンから約
   6.6ミクロンの波長範囲の全波長の放射エネルギ
   ーに対して、該光伝達本体の１ミリメーターの厚
   みにつき、0.5％以上のインライン伝達性を有し、
   かつ、上記波長範囲のある波長で10％以上のイン
   ライン伝達性を有する特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の多結晶アルミナ焼結体からなる
   みがき処理されていない光伝達本体のインライン
   伝達性を増す方法。