JP2005525680A - 放電ランプの封止 - Google Patents

Abstract

本発明は、放電空間（１００）を包囲する光透過性セラミック放電容器（１）と、この放電容器（１）内に挿入されこの放電容器（１）内でそれぞれ電極（４，５）を支持する第１及び第２電流導体（２，３）と、この放電容器（１）内にこれら電流導体（２，３）を気密に封止する封止用コンパウンド（６）と、放電容器（１）内の希ガス及びハロゲン化金属を有するイオン化可能な充填剤とを有し、電流導体（２，３）の双方が封止用コンパウンド（６）から放電容器（１）の外部に延在する放電ランプに関するものである。本発明によれば、封止用コンパウンド（６）は、少なくとも実質的に、プラチナ、パラジウム、ロジウム及びイリジウムから選択した金属を有するようにする。

Description

本発明は、
放電空間を包囲する光透過性のセラミック放電容器と、
この放電容器内に挿入されており当該放電容器内でそれぞれ電極を支持する第１及び第２電流導体と、
前記放電容器内に電流導体を気密に封止する封止部を形成する封止用コンパウンドであって、前記第１及び第２電流導体の双方を、前記封止部から前記放電容器の外部に延在させる当該封止用コンパウンドと、
前記放電容器内の希ガス及びハロゲン化金属を有するイオン化可能な充填剤と
を具える放電ランプに関するものである。

このような放電ランプは欧州特許出願公開第 0,587,238号明細書から既知である。この既知のランプにおいては、封止用コンパウンドは、セラミックの封止用コンパウンドにより形成されている。封止された電流導体はそれぞれリードスルーを形成している。
本明細書及び特許請求の範囲において、セラミックの放電容器とは、透光性の金属酸化物又は金属窒化物から形成された壁部を有する放電容器を意味する。好適な金属酸化物は、サファイヤのような単結晶体、又はアルミナ及びＹＡＧのような高密度焼結多結晶体とすることができる。適した金属窒化物は、例えば高密度焼結AlＮである。

このようなランプの封止された電流導体は、ランプの漏洩現象を防止するために、放電容器の線形熱膨張係数に一致する線形熱膨張係数を有する必要がある。ランプの漏洩現象は、ランプの製造中にも、例えば封止用コンパウンドを比較的高温で設けた後でランプが冷えるときにも発生するおそれがある。

また、封止された電流導体及び封止用コンパウンドは、双方とも、ランプのイオン化可能な充填剤、特にハロゲン化物に対し耐久性があるようにする必要もある。

熱膨張及び耐化学性に対して課せられているこれらの条件は１種の金属が兼ね備えることは多くないため、既知のランプの少なくとも第１電流導体は、放電容器内にあり、放電容器と異なる熱膨張係数を有する耐ハロゲン化物の第１部分と、耐ハロゲン化物ではないが放電容器の熱膨張係数に一致する熱膨張係数を有し、封止部から延在する第２部分とを具えている。この第２部分は、しばしばニオブ、タンタル又はこれらの合金から構成されているが、これらの金属は高温で酸化されやすいためランプ用の外側エンベロープを用いてこの第２部分が空気から遮蔽されるようにする必要がある。

放電容器が比較的細くて細長状である場合、且つ放電容器が垂直点灯位置にある場合には、ハロゲン化物及びそれから形成されるハロゲンが特に放電容器の下部に存在するようになる。従って、第１電流導体のみが、耐ハロゲン化物特性である第１部分を有し且つ放電容器の下部に存在するようにすれば充分である。しかし、ランプの上下を逆にしたり、ランプを水平方向や、斜め方向に配置してランプを点灯させることはできない。しかし、ランプをいかなる方向の配置でも点灯させるようにするために、第２電流導体を第１電流導体と同様に構成することができる。

既知のランプの電流導体の第１部分は、一般にモリブデンのコイル、又はモリブデン及び酸化アルミニウムのサーメットを有する。

既知のランプには、電流導体を放電容器内に封止するセラミックの封止用コンパウンドを放電容器の中央部分からできる限り離して、すなわち放電容器の中央部分に焼結により連結した延長プラグ（即ち細長状部分）の自由端部に被着しているという事実にも拘わらず、このセラミックの封止用コンパウンドが放電容器の充填剤により腐食されてしまうという欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を回避することにあり、この目的を達成するために、本発明によれば、頭書に記載した種類のランプにおいて、前記封止部が、プラチナ、パラジウム、ロジウム及びイリジウムから選択した金属を有するろう付封止部であることを特徴とする。これら金属を１種以上含むろう付封止部は、ランプの（点灯）温度が高い場合でも放電容器内のイオン化可能な充填剤に対して極めて安定していることが分かった。さらに、このようなろう付封止部の熱膨張係数は放電容器のものと一致している。放電容器の封止部の品質を更に向上させるには、ろう付封止部がさらにNi、Ｂ、Si、Ti、Zr、Ｙ及びNbからなる群から選択した元素も含むようにするのが好ましい。Ｂ、Si、Ti、Zr及びＹのうちの１種以上の元素をろう付封止部に加えることは、ろう付封止部と、放電容器及び電流導体との間の付着性が向上する為に特に有利なことである。Ni、Ｂ、Si及びNbのうちの１種以上の元素をろう付封止部に加えることは、ろう付封止部材料の融点を制御する上で特に有利なことある。

本発明によるランプは、ろう付封止部がプラチナ、パラジウム、ロジウム及びイリジウムから選択した金属を４５原子％以上の割合で有するようにするのが好ましい。これらの金属の原子パーセントを比較的高くすることにより、ランプ製造中にろう付封止部が不満足に形成されてしまうおそれが無視しうる程度のものとなることが分かった。

本発明によるランプにおいて、電流導体の全部又は一部をNb及びTaのような耐ハロゲン化特性でない材料により形成する場合には、放電容器内側の電流導体を全長に亘ってろう付封止部で被覆するのが有利である。ろう付封止部は、ランプ点灯中に高温になった場合にも放電容器のイオン化可能な充填剤に対して高い耐久性を有するため、電流導体は有効に保護される。

本発明によるランプの更に好適な例においては、放電容器に延長プラグを設けない。この例の利点は、放電容器の寸法を更に小さくしてランプ構造を極めてコンパクトなものとし得ることである。

本発明によるランプの更に有利な例においては、第１及び第２電流導体のうちの一方に、その電流導体が封止部から放電容器の外部に延在する位置において、放電容器から離れるように延在するコイルを設ける。このコイルは、ランプ製造中に放電容器に対する電流導体の位置を調整する簡単且つ信頼性のある手段となる。また、封止用コンパウンドに対してコイルの材料を適切に選択することにより、ランプ製造中のろう付封止部を形成する際に、このコイルが、溶融した封止用コンパウンドの流れる方向を良好にする。

本発明によれば、ろう付封止部が、ランプの高い点灯温度においてもランプのイオン化可能な充填剤、特にハロゲン化物に対する耐久性があり、上述したイオン化可能な充填剤に対して電流導体を保護するため、電流導体を必ずしも２つの部分の形態とする必要はない。この場合、本発明により得られる利点は、例えばニオブ、タンタル又はこれらの合金からなる一片の電流導体を用いうることである。

イオン化可能な充填剤は、点弧ガスとして、例えばアルゴンのような希ガスだけでなく、１種以上のハロゲン化金属、一般にはヨウ化ナトリウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化カルシウム及び１種以上の希土類金属のヨウ化物からなる混合物を有しうる。

本発明のこれらの及び他の観点は、以下に記載する実施例を参照した説明から明らかなものとなるであろう。図１〜７は実際のものに正比例して描いていない。
図１は、透光性の高密度焼結多結晶酸化アルミニウムから形成され、放電空間１００を包囲する管状の光透過性セラミック放電容器１と、第１及び第２電流導体２及び３とが設けられた本発明による放電ランプを示すものである。これら第１及び第２電流導体２及び３は、放電容器１内に互いに反対側から入り、これら電流導体２及び３はこれらに溶接されて放電容器１内に存在するタングステン電極４及び５をそれぞれ支持している。これらの電流導体２及び３を放電容器１内に気密に封止するろう付として封止用コンパウンドをもって封止部６が形成されている。この放電容器１は、希ガスとしてのアルゴンとハロゲン化金属とを含むイオン化可能な充填剤を有する。この充填剤の実際の組成の１つとして、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化カルシウム及び１種以上の希土類のヨウ化物を含む混合物がある。

第１及び第２電流導体２及び３の双方は、それぞれ、放電容器１内に耐ハロゲン化性の第１部分２１及び３１と、これら第１部分に溶接され、封止部６から放電容器１の外側に延在する第２部分２２及び３２とを有する。図示の実施例では、電流導体２及び３のこれら第２部分２２及び３２はニオブから構成されており、放電容器１内では封止部６により完全に被覆されている。この実施例では、第１及び第２電流導体の第１部分２１及び３１は、モリブデンと酸化アルミニウムとからなるサーメットを有している。他の実施例では、各電流導体２，３の第１部分２１，３１はモリブデンコイルにより形成する。更に他の実施例では、この第１部分を完全に省略して、電流導体２，３の双方をニオブから構成する。

放電容器１は端部１１，１２を有し、これら端部内に電流導体２，３がそれぞれ封入されている。これら端部１１，１２は自由端部１１１，１２１を有し、ここで電流導体２，３が封止部６により放電容器１内に封止されている。放電容器１の中央部分１０は、セラミックディスク１３を介して端部１１，１２に焼結処理により連結されている。これらの端部１１，１２の長さは（極めて）短くし得るし、或いは端部を省略することさえもできる。その理由は、封止部６の材料が、（ランプの点灯温度が高くなった時でも）ランプのイオン化可能な充填剤に対して安定であり、また封止部の材料の熱膨張率が、放電容器１の熱膨張率に適合したものだからである。

図１において、放電容器１は外側エンベロープ７により包囲されており、この外側エンベロープ７は、電流導体２，３のニオブの第２部分２２，３２を保護するために、気密に封止され、排気されるか又は不活性ガスにより充填されている。この外側エンベロープ７は口金８を支持している。

図１のランプの封止部の構造を図２に詳細に示す。図２〜７は、対応する部分を同じ参照番号により示してある。

本発明によるランプの他の例を図３に詳細に示す。放電容器１には延長プラグが存在していない。その代わりに、電流導体３は、放電容器１の端部閉鎖部を形成するセラミックディスク１３に直接固着されている。図示の実施例においては、電流導体は一片、例えばNbのペン状体から形成されており、その放電空間１００側の端部に電極５が例えば溶接により連結されている。封止部は、放電容器内の電流導体の全長に亘ってだけでなく、この電流導体に対する電極の連結部上にも延在している。

放電容器の端部閉鎖部の構造が取りうる他の多くの形状のうちの幾つかを図４〜６に示す。図４においては、放電容器が、電流導体３がろう付封止部６により封止されているネック状端部１３０を有する。図５においては、放電容器の端部閉鎖部がセラミックディスクにより形成されており、このセラミックディスクは放電容器の外側に突出することにより短い長さの延長プラグを形成している。図４及び５の双方の場合において、電流導体は２つの部分３１，３２を有する導体として示されている。更に他の例においては、電流導体は、適切なサーメットとするのが好ましい一片の素子とする。図６に示す実施例はサーメット電流導体３を有するものであり、この電流導体３は、ろう付封止部６により放電容器１の壁部１０の円錐状端部２３０内に封止されている。

本発明によるランプの封止部構造の更に他の例（図示せず）では、放電容器のろう付封止部の位置に、Ｗ及びMoから選択するのが好ましい耐熱金属の金属被膜を設ける。このことは、ランプ製造中に封止部が形成される位置において、閉鎖用のディスク又は延長プラグに金属被膜を設け、ろう付封止部材料とディスク又は延長プラグとの間の接合性を向上させることを意味する。金属被膜を設ける代わりに、放電容器の端部閉鎖部を形成するディスク又は延長プラグの全体又は一部をサーメットとして形成することにより、ろう付封止部の位置で放電容器をサーメットとして形成する。

図７は、放電容器の封止部の有利な構造を示すものであり、この場合、例えばNbから形成された電流導体には、この電流導体が封止部から放電容器の外部に延在する位置で、放電容器から離れるように延在するコイル６０が設けられている。このコイルにより、ランプ製造中に電流導体を放電容器内に挿入する長さを調整するのが比較的容易になるという利点が得られる。コイルは例えばMoから形成することができ、この場合には、Moコイルに対するNb電流導体のぬれ（ウェッティング）がより良好であるため、封止処理中に、例えばPtを有する封止用コンパウンドが放電容器の端部内に強制的に押し入れられるという他の利点が得られる。

多数の実験を行った。ある実験においては、５９原子％のPtと４１原子％のNbとの合金を有するろう付封止部を形成した多数のランプを製造した。このろう付により、１重量％のZrを含むNbの電流導体と、放電容器の多結晶体壁部との間の封止部を形成する。あるランプは、封止部に対するいかなる損傷の痕跡も検査上示すことなく８２００時間を超える時間に亘り点灯した。また他のランプは、１８００回を超えるスイッチングを行うオン−オフスイッチングモードでの点灯に耐えた。この場合も、封止部には、検査上いかなる損傷の痕跡も見られなかった。

他の実験では、電流導体をMo-Al₂Ｏ₃サーメットにより形成した。ろう付封止部は、９４原子％のPtと、４原子％のZrと、２原子％のTiとを有する。更に他の実験においては、同じ組成のろう付封止部を使用するとともに、封止部の位置の放電容器壁部もMo-Al₂Ｏ₃サーメットから構成した。

サーメットの電流導体を用いて更に他の実験を行った。この際、ある場合には、ろう付封止部を９７原子％のPtと、１．５原子％のZrと、１．５原子％のTiとを有するものとし、他の場合には、ろう付封止部を８０原子％のPtと、２０原子％のNiとを有するものとした。

更に他の実験では電流導体をNbのピン状固体とした。ろう付封止部を形成する前に、封止部の位置の放電容器壁部を金属化する。形成したろう付封止部は、７０原子％のPtと、３０原子％のＢとを有するようにした。

更に他の例においては、ろう付封止部が、４７原子％のPdと、５２原子％のNbと、１原子％のZrとを有するようにした。電流導体をTaから形成した場合には、３７原子％のPtと、１３原子％のPdと、５０原子％のTaとを有する良好なろう付封止部を形成した。

全ての実験において電流導体と放電容器との間に良好な品質の封止部が得られた。

更に他の実験では、ろう付封止部を、４２原子％のPtと、５８原子％のNbとを有するものとした。製造したランプのうち、放電容器と電流導体との間の封止部に欠陥があることにより５０％を超えるランプが不良品とされた。

図１は、本発明によるランプの第１の実施例を、その一部を断面として示す断面図である。 図２は、図１のランプの封止部の構造を詳細に示す線図である。 図３は、放電容器の封止部の他の構造を示す線図である。 図４は、放電容器の封止部の更に他の構造を示す線図である。 図５は、放電容器の封止部の更に他の構造を示す線図である。 図６は、放電容器の封止部の更に他の構造を示す線図である。 図７は、放電容器の封止部の更に他の構造を示す線図である。

Claims (7)

1. 放電空間を包囲する光透過性のセラミック放電容器と、
   この放電容器内に挿入されており当該放電容器内でそれぞれ電極を支持する第１及び第２電流導体と、
   前記放電容器内に電流導体を気密に封止する封止部を形成する封止用コンパウンドであって、前記第１及び第２電流導体の双方を、前記封止部から前記放電容器の外部に延在させる当該封止用コンパウンドと、
   前記放電容器内の希ガス及びハロゲン化金属を有するイオン化可能な充填剤と
   を具える放電ランプにおいて、
   前記封止部が、プラチナ、パラジウム、ロジウム及びイリジウムから選択した金属を有するろう付封止部であることを特徴とする放電ランプ。
2. 請求項１に記載の放電ランプにおいて、
   前記ろう付封止部が、Ni、Ｂ、Si、Ti、Zr、Ｙ及びNbからなる群から選択した元素を有している放電ランプ。
3. 請求項１又は２に記載の放電ランプにおいて、
   前記ろう付封止部が、プラチナ、パラジウム、ロジウム及びイリジウムから選択した金属を４５原子％以上の割合で有している放電ランプ。
4. 請求項１又は２に記載の放電ランプにおいて、
   前記放電容器には延長プラグが存在していない放電ランプ。
5. 請求項１又は２に記載の放電ランプにおいて、
   前記第１及び第２電流導体のうちの一方には、その電流導体が前記封止部から前記放電容器の外部に延在する位置において、当該放電容器から離れるように延在するコイルが設けられている放電ランプ。
6. 請求項１又は２に記載の放電ランプにおいて、
   前記放電容器は、前記ろう付封止部の位置にW及びMoから選択するのが好ましい耐熱金属の金属被膜が設けられている放電ランプ。
7. 請求項１又は２に記載の放電ランプにおいて、
   前記ろう付封止部の位置で、前記放電容器がサーメットとして形成されている放電ランプ。

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