【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は高圧放電ランプ用透光性アルミナチユ
ーブの製造法に関するものである。
透光性アルミナチユーブはその優れた光透過
性、耐熱性、化学耐食性等を活かして、高圧ナト
リウムランプ、メタルハライドランプ等の発光管
に広く使用されている。この種の高圧放電ランプ
用発光管として用いられる場合、第１図に示すよ
うな外径10mm肉厚１mm長さ100mm程度の透光性ア
ルミナチユーブ１が標準的であり、このチユーブ
の両端は、チユーブと同材質のセラミツク製キヤ
ツプ２、および金属電極４がガラスフリツトで封
着され、内部に放電発光に必要なガラが封入され
る。従つて透光性アルミナチユーブの両端面は気
密性をより確実にするため、平端でクランクやカ
ケのないことが要求される。このため、従来透光
性アルミナチユーブの製造法は、原料粉末をアイ
ソスタテイツクプレス成形、押し出し成形等によ
つてチユーブ状に成形した後、水素雰囲気中で焼
成を行い、最後にその焼成品の端面仕上げを行な
つている。
この焼成後の端面仕上げは、レーザーで切断す
る方法やダイヤモンドカツターにより切断後ダイ
ヤモンド砥石で研摩する方法が行なわれている。
しかしながらレーザー切断方法による切断面は平
滑でなくかつレーザー装置も高価である等の欠点
があり、実用的とはいい難い。一方、ダイヤモン
ドカツターで研摩代を見込して切断しダイヤモン
ド砥石で研摩仕上げする方法は最も一般的に実施
されているが、切断時に微細なヘアークラツクが
入り易く、研摩工程でこのヘアークラツクが除去
できない。ヘアークラツクを持つた透光性アルミ
ナチユーブがランプ発光管として使用された場合
くり返し熱応力によりヘアークラツクがより大き
なクラツクへ進展しランプの破壊をもたらす場合
がある。
また、透光性アルミナチユーブは硬度が大きな
緻密焼結体であるため、ダイヤモンドカツターや
ダイヤモンド砥石の消耗が激しく、製造コストに
占める割合がかなり大きなものである。さらには
ダイヤモンドカツター、ダイヤモンド砥石を用い
た切断および研摩仕上げは湿式で行うため、切断
研摩加工後アルミナチユーブに付着した切り粉や
研削油等を除去するため複雑な洗浄工程および乾
燥工程を必要とし、研削油、洗浄液が付着、残存
した場合ランプに悪影響を与えるのでこの洗浄、
乾燥工程は完全にする必要がある。
本発明はこれらの欠点をなくすためになされた
もので、高純度アルミナ微粉末を主成分とする原
料粉末をチユーブ状に成形後、ダイヤモンド砥切
の砥石周速720ｍ／分から2400ｍ／分の範囲でそ
のチユーブ状の両端面を平滑に研摩加工した後、
焼成を行う高圧放電ランプ用透光性アルミナチユ
ーブの製造法である。
原料粉末としては、高圧放電ランプ用透光性ア
ルミナとして知られているAl2O3―MgO系（特公
昭39―240号、特開昭53―112912号等）あるいは
Al2O3―MgO―La2O3―Y2O3系（特公昭47―
51801号）等が用いられる。
チユーブ状に成形する方法としては、通常のア
イソスタテイツクプレス法や押出し法が用いられ
るが、前者は成形密度が均一で大きく含水率が小
さいので、次工程の研摩加工、焼成において有利
である。成形体の含水率が1.0重量％以上の場合
は、この数値以下に調節する。調節法としては、
加熱乾燥、真空乾燥等の通常の方法で行い得る。
この調節の目的は、次工程の研摩加工での変形お
よび研摩性、取扱い上の変形防止上行うものであ
る。
もし成形品の内外径、特に外径寸法が所定寸法
より大きく成形されている場合、この含水率調整
後、機械加工により行うことができる。成形体の
両端面の研摩加工はダイヤモンド砥石による研摩
加工機によつてなされる。ダイヤモンド砥石を使
用する理由は、他の材質、すなわち、アルミナ
系、シリコンカーバイド系の砥石では、アルミナ
粉末の成形体を加工するにはその砥粒の摩耗が早
く、高頻度のドレツシングが必要であり砥石の消
耗および砥石の交換時間を要し経済的でないから
である。
またダイヤモンド砥石の周速は720ｍ／分〜
2400ｍ／分で行う必要がある。この理由は、砥石
周速720ｍ／分未満であるとダイヤモンド砥石の
研摩能力が小さく強度の弱い生成形体が破壊した
り、研摩面にカケが発生するためである。砥石周
速の上限を2400ｍ／分に限定するのは、砥石周速
の増加につれ、研摩粉の飛散速度が増加し、生成
形体のチユーブ内面への研摩粉付着力が大きくな
り、その除去が困難になるためである。研摩加工
後の焼成は、原料粉末組成、製品の大きさ、焼成
後に必要とされる粒子径および機械的強度等によ
つて選ばれるが、通常は水素雰囲気中1600〜1900
℃で行われる。
実施例
粒子径0.3μのアルミナ微粉末45Kgを主原料とし
てこれに酸化マグネシウムを0.3重量％と水90
を添加してアルミナボールの入つたボールミルで
18時間混合後、粘結剤としてポリビニールアルコ
ール2.5重量％を加え混合したスラリーをスプレ
ードライヤーで乾燥、造粒し水分0.4重量％、平
均粒子径70μの粉末を得た。次にこの粉末をアイ
ソスタテイツクプレスで成形圧力1750Kg／cm2で成
形し、外径12.5φ、内径10φ、長さ150mmのチユー
ブ状成形体を得た。
次いでこのチユーブ状成形体の両端面を第１表
のＡ欄に示す研摩条件、すなわち砥石の種類、砥
石の周速度をもつて研摩加工を行つた。ここで砥
石外径は180mm、幅８mm、砥粒層厚みはダイヤモ
ンド砥石は３mm、アルミナ系砥石、およびシリコ
ンカーバイド系砥石の砥粒層厚みは15mmとした。
ついでこの研摩仕上げを行つたチユーブ状成形体
を水素雰囲気中で1800℃５時間焼成をすることに
より透光性アルミナチユーブを得た。
一方、従来方法によるものとして、上記チユー
ブ状成形体を端面加工せずに、上記と同一の焼成
後、ダイヤモンドカツターにより切断しダイヤモ
ンド砥石で研摩仕上げ後、洗浄・乾燥処理をして
透光性アルミナチユーブを得た。
これらの方法の評価として、第１表のＢ欄に示
す項目をもつてし、その方法は次のとおりであ
る。
１回のドレツシングでの研摩加工数
１回のドレツシングで研摩加工できたチユー
ブ状成形体数、
研摩加工総本数
ドレシングの必要とした場合、その都度ドレ
ツシングを行い、１個の砥石で研摩加工できた
チユーブ状成形体数、
熱衝撃破損率
透光性アルミナチユーブの両端部のマイクロ
クラツクの検出として、空気中200℃±５℃５
分加熱後、瞬時に０℃の水へ浸漬して外観によ
る破損率を求めた。
研摩加工能率
加工試片１本当りの加工時間を求めた。但し
従来の方法によるものは、洗浄・乾燥工程を含
めた。
異物付着発生率
透明アルミナチユーブへの研摩粉付着の外観
検査による発生率を求めた。
上記で説明した研摩条件、および評価の結果を
第１表に示す。
The present invention relates to a method for manufacturing a translucent alumina tube for high-pressure discharge lamps. Light-transmitting alumina tubes are widely used in arc tubes such as high-pressure sodium lamps and metal halide lamps due to their excellent light transmittance, heat resistance, and chemical corrosion resistance. When used as an arc tube for this type of high-pressure discharge lamp, a standard translucent alumina tube 1 with an outer diameter of 10 mm, a wall thickness of 1 mm, and a length of about 100 mm as shown in Fig. 1 is used. A ceramic cap 2 made of the same material as the tube and a metal electrode 4 are sealed with glass frit, and glass necessary for discharge light emission is sealed inside. Therefore, both ends of the translucent alumina tube are required to have flat ends and no cranks or chips in order to ensure airtightness. For this reason, the conventional manufacturing method for translucent alumina tubes involves forming raw material powder into a tube shape by isostatic press molding, extrusion molding, etc., then firing it in a hydrogen atmosphere, and finally producing the fired product. Finishing the end face. The end face after firing is finished by cutting with a laser or by cutting with a diamond cutter and then polishing with a diamond grindstone.
However, the laser cutting method has drawbacks such as the cut surface is not smooth and the laser equipment is expensive, so it is difficult to say that it is practical. On the other hand, the most commonly used method is to cut with a diamond cutter to allow for the polishing allowance and then polish it with a diamond grindstone, but this method tends to create minute hair cracks during cutting, and these hair cracks cannot be removed during the polishing process. When a translucent alumina tube with hair cracks is used as a lamp arc tube, the hair cracks may develop into larger cracks due to repeated thermal stress, resulting in destruction of the lamp. Furthermore, since the translucent alumina tube is a dense sintered body with great hardness, the diamond cutter and diamond grinding wheel are subject to significant wear and tear, which accounts for a considerable proportion of the manufacturing cost. Furthermore, since cutting and polishing using a diamond cutter and diamond grindstone are performed wet, complex cleaning and drying processes are required to remove chips and grinding oil that adhere to the alumina tube after cutting and polishing. , grinding oil, and cleaning fluid that adhere or remain will have a negative effect on the lamp, so please do not do this cleaning.
The drying process must be thorough. The present invention has been made to eliminate these drawbacks, and after forming the raw material powder mainly composed of high-purity alumina fine powder into a tube shape, the peripheral speed of the diamond grinding wheel is within the range of 720 m/min to 2400 m/min. After polishing both ends of the tube to make it smooth,
This is a method for manufacturing a translucent alumina tube for high-pressure discharge lamps that undergoes firing. The raw material powder may be Al 2 O 3 -MgO series known as translucent alumina for high-pressure discharge lamps (Japanese Patent Publication No. 39-240, JP-A No. 53-112912, etc.) or
Al 2 O 3 ―MgO― La 2 O 3 ―Y 2 O 3 series (Special Publication 1977-
51801) etc. are used. The usual isostatic press method and extrusion method are used to form the tube shape, but the former method has a uniform density, is large, and has a low water content, so it is advantageous in the next step of polishing and firing. If the moisture content of the molded article is 1.0% by weight or more, adjust it to below this value. As an adjustment method,
This can be carried out by conventional methods such as heating drying and vacuum drying.
The purpose of this adjustment is to prevent deformation and abrasiveness during the subsequent polishing process, and to prevent deformation during handling. If the inner and outer diameters of the molded product, especially the outer diameter dimensions, are larger than predetermined dimensions, the moisture content can be adjusted by machining. Both end faces of the molded body are polished by a polishing machine using a diamond grindstone. The reason for using a diamond whetstone is that with whetstones made of other materials, such as alumina or silicon carbide, the abrasive grains wear out quickly and require frequent dressing when processing alumina powder compacts. This is because the grinding wheel is consumed and it takes time to replace the grinding wheel, which is not economical. Also, the circumferential speed of the diamond grinding wheel is 720 m/min ~
It is necessary to run at 2400m/min. The reason for this is that if the circumferential speed of the diamond grindstone is less than 720 m/min, the grinding ability of the diamond grindstone will be small and the weakly strong formed body will break or chips will occur on the polished surface. The reason why the upper limit of the grinding wheel circumferential speed is limited to 2400 m/min is that as the grinding wheel circumferential speed increases, the scattering speed of the abrasive powder increases, and the adhesion force of the abrasive powder to the inner surface of the tube of the formed body increases, making it difficult to remove it. This is to become. The firing after polishing is selected depending on the raw material powder composition, the size of the product, the particle size and mechanical strength required after firing, but it is usually 1600 to 1900 in a hydrogen atmosphere.
Performed at °C. Example 45 kg of fine alumina powder with a particle size of 0.3 μ is used as the main raw material, and 0.3% by weight of magnesium oxide and 90 kg of water are added to it.
in a ball mill containing alumina balls.
After mixing for 18 hours, 2.5% by weight of polyvinyl alcohol was added as a binder, and the mixed slurry was dried with a spray dryer and granulated to obtain a powder with a water content of 0.4% by weight and an average particle size of 70μ. Next, this powder was molded using an isostatic press at a molding pressure of 1750 Kg/cm 2 to obtain a tube-shaped molded product having an outer diameter of 12.5φ, an inner diameter of 10φ, and a length of 150 mm. Next, both end faces of this tube-shaped molded body were polished under the polishing conditions shown in column A of Table 1, ie, the type of grindstone and the circumferential speed of the grindstone. Here, the outer diameter of the whetstone was 180 mm, the width was 8 mm, the abrasive layer thickness was 3 mm for the diamond whetstone, and the abrasive layer thickness for the alumina whetstone and silicon carbide whetstone was 15 mm.
The polished tube-shaped compact was then fired in a hydrogen atmosphere at 1800° C. for 5 hours to obtain a translucent alumina tube. On the other hand, according to the conventional method, the tube-shaped molded body is fired in the same manner as above, without end face processing, cut with a diamond cutter, polished with a diamond grindstone, and then washed and dried to make it transparent. Obtained alumina tube. As an evaluation of these methods, the items shown in column B of Table 1 are included, and the methods are as follows. Number of pieces polished in one dressing Number of tube-shaped molded objects polished in one dressing, total number of pieces polished When dressing was required, dressing was performed each time and polishing was completed with one grindstone Number of tube-shaped molded objects, thermal shock failure rate Detection of micro-cracks at both ends of a translucent alumina tube at 200℃±5℃5 in air
After heating for several minutes, it was instantly immersed in water at 0°C to determine the breakage rate based on appearance. Polishing processing efficiency The processing time per processed specimen was determined. However, the conventional method includes washing and drying steps. Incidence of foreign matter adhesion The incidence of abrasive powder adhesion to transparent alumina tubes was determined by visual inspection. Table 1 shows the polishing conditions and evaluation results described above.
【表】
この結果から明らかなように、本発明によつて
得られる透光性アルミナチユーブは、生成形体の
状態で研摩仕上げを行うため、端面にマイクロク
ラツクが発生しても、その後の焼成工程において
完全にマイクロクラツクが消滅し全く欠陥のない
状態のものが得られる。また生成形体はもろく加
工し易いため研摩仕上げにおいて大きな研摩代を
容易に得ることができるため、研摩代を見込んだ
切断が不要である。
さらに、生成形体で研摩仕上げを行うため、従
来と比較してダイヤモンド砥石の摩耗はきわめて
少なくなる利点を有している。焼成後の洗浄・乾
燥工程が不要になり、研削油、洗浄剤がアルミナ
チユーブの表面に付着残存する危険もなくなり、
工程が簡素化されることによつてコスト低減の効
果も大きい。
すなわち、本発明による高圧放電用透光性アル
ミナチユーブの製造工程は品質の向上、製造工程
数の削減、ダイヤモンド砥石費用の低減が得ら
れ、産業の発展に大きく寄与するものである。[Table] As is clear from this result, since the translucent alumina tube obtained by the present invention is polished and finished while it is in the formed form, even if microcracks occur on the end surface, it will not be difficult to finish it after subsequent firing. Microcracks are completely eliminated during the process, and a product with no defects is obtained. In addition, since the formed body is brittle and easy to process, a large amount of polishing allowance can be easily obtained during polishing, so there is no need to cut the product in consideration of the amount of polishing. Furthermore, since the finished product is polished, it has the advantage that the wear of the diamond grindstone is significantly less compared to the conventional method. There is no need for cleaning and drying processes after firing, and there is no risk of grinding oil or cleaning agents remaining on the surface of the alumina tube.
The simplification of the process also has a significant cost reduction effect. That is, the manufacturing process of the transparent alumina tube for high-pressure discharge according to the present invention improves quality, reduces the number of manufacturing steps, and reduces the cost of a diamond grinding wheel, thereby greatly contributing to the development of industry.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は高圧放電ランプ発光管の端部断面図で
ある。
１…透光性アルミナチユーブ、２…セラミツク
製キヤツプ、３…ガラスフリツト、４…金属電
極。
FIG. 1 is a sectional view of an end of a high-pressure discharge lamp arc tube. 1... Translucent alumina tube, 2... Ceramic cap, 3... Glass frit, 4... Metal electrode.