JP2005532243A - 焼結体及び電気ランプ - Google Patents

Abstract

気密な半透明の多結晶アルミナの焼結体は、酸化マグネシウムと、エルビウム、ホルミウム、ツリウム及びジスプロシウム、並びに酸化ジルコニウムから選択される第２の酸化金属とを含む。この焼結体は、電気ランプのランプ容器において用いられることができる。

Description

本発明は、酸化物の形態におけるマグネシウムと、酸化物の形態における第２の金属Ｍとを含む気密な多結晶の酸化アルミニウムの焼結体に関する。

更に、本発明は、酸化物の形態におけるマグネシウムと、酸化物の形態における第２の金属Ｍとを含む気密な多結晶の酸化アルミニウムのランプ容器を有する電気ランプに関する。

このような焼結体の実施形態は、欧州特許出願公開第ＥＰ-Ａ-０２１８２７９号公報から知られている。

最高で１０００重量ｐｐｍの量における酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に加えて、既知の焼結体は、２０〜２００重量ｐｐｍの量における酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）を含有する。この焼結体は、ナトリウムを含む充填物をもつ高圧放電ランプのランプ容器において適切に用いられることができる。

市販のランプでは、上記の焼結体が十分な結果をもたらすけれども、しかしながら、ランプの特性は耐用寿命中に変化しやすいことが分かっている。

本発明の第１の目的は、冒頭段落に説明されるタイプの焼結体を供給することにあり、この焼結体が、電気ランプのランプ容器に用いられると、ランプ特性の変化を抑制する。

本発明の第２の目的は、当該ランプの耐用寿命中に特性の変化が抑制される、冒頭段落に説明されるタイプの電気ランプを供給することにある。

この第1の目的は、第２の金属Ｍが、エルビウム(erbium)、ホルミウム(holmium)、ジスプロシウム(dysprosium)及びツリウム(thulium)から選択され、酸化アルミニウムが、更に、酸化物の形態におけるジルコニウム(zirconium)を有し、ＭｇＯとして計算されるマグネシウムが５０乃至１０００重量ｐｐｍの量において存在し、Ｍ_２Ｏ_３として計算される前記第２の金属が１０乃至１００重量ｐｐｍの量において存在し、ＺｒＯ_２として計算されるジルコニウムが５０乃至６００重量ｐｐｍの量において存在する、本発明によって達成される。

本発明は、ＭｇＯ及びＥｒ_２Ｏ_３のみを含む焼結された酸化アルミニウムの焼結体の使用によって、スピネルが、電気ランプのランプ容器において、例えば、ランプ容器の内側表面に又はその近傍に存在するようになり、このスピネルがランプの充填物と反応し、そのため、例えば、ランプ電圧、放射光のスペクトラム及び／又はカラーポイントのような特性を変化させてしまうという認識に基づく。このことは、特に、例えば、不飽和の高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプのようなランプ容器の不飽和の充填物をもつランプの場合、深刻である。更に、本発明は、ＺｒＯ_２がスピネル形成を抑制するだけでなく、例えば、上記に記載された量よりも一層大量の場合、ジルコニウムを含む第２の相が、ランプ容器の内側表面に生じることを防ぐために、もっぱら制限された量のＺｒＯ_２に限ってこの目的のために用いられることも可能であるという認識に基づく。このような第２の相は、ランプ容器の機械的強さ及びランプの光効率に悪影響を及ぼすので、望ましくない。あまりに大量のＺｒＯ_２は、酸化アルミニウムの結晶サイズの分布の好ましくない変化も引き起こす。更に、本発明は、ジスプロシウム、ホルミウム及びツリウムが、エルビウムの代わりに第２の金属として適切に用いられ得るという利点を与える。それゆえ、本発明は、選択可能な多くの出発材料を供給する。エルビウムとは異なり、ホルミウム、ジスプロシウム及びツリウムは、その上、メタルハライドランプの充填物に見出される金属であるので、これらの金属は「上記ランプと関係がない」ことはない。本発明の好ましい効果は、特にナトリウムに関して、化学薬品による腐食（chemical attack）に対して非常に改善された防蝕(耐蝕)性をもつ、多結晶の酸化アルミニウム焼結体を形成することが可能であることである。これは、とりわけセラミックランプの寿命、特に不飽和のＨＰＳランプの寿命に関して好ましい。他の好ましい効果は、ランプの耐用寿命中、特性を損なうことなく、よりコンパクトな放電容器を構成する可能性である。

マグネシウムは、結晶の成長を調整するために酸化アルミニウムに存在する。マグネシウムの量が不十分である場合、非常に不規則な結晶構造が形成され、かなり大きい結晶及びかなり小さい結晶が生じる。かなり小さい結晶は、焼結体の光透過率を減少させる。かなり大きい結晶は、焼結体の機械的強さを低減させる。焼結体の表面に又はその近傍におけるスピネルの形成を抑制すると共に、該スピネルの大量な形成を抑制するために、マグネシウムの量について上限が設定される。

更に、第２の金属は、結晶の成長を調整し、ランプ容器に用いられる場合、ランプ容器のガス充填物との交換反応を制限する。第２の金属の量があまりに少ない場合、結晶の成長は不規則であり、その結果として生じる結晶構造をもたらす。過剰な量の上記の金属によっても、不規則な結晶の成長及び構造がもたらされる。

更に、ジルコニウムが結晶の成長に影響する。指示された量を下回る量においては、結果として生じる結晶構造において検出可能な影響はほとんどない。指示された量を上回る量においては、ジルコニウムを含む材料が、いわゆる第２の相として、焼結体の表面に分泌される。この分泌された第２の相の成分は、放電し始める可能性があり、それゆえ、ランプの光出力を低減させる。

焼結体のある特定の実施形態では、ＭｇＯとして計算されるマグネシウムが５０乃至５００重量ｐｐｍの量において存在し、Ｍ_２Ｏ_３として計算される第２の金属が２０乃至５０重量ｐｐｍの量において存在し、ＺｒＯ_２として計算されるジルコニウムが２００乃至５００重量ｐｐｍの量において存在する。この実施形態は、焼結体と関係ない元素の作用に対する耐性、機械的強さ、及び光透過率について適切であることが分かった。

焼結体が、５０乃至５００重量ｐｐｍの量におけるＭｇＯとして計算されるマグネシウムと、３０乃至５０重量ｐｐｍの量におけるＭ_２Ｏ_３として計算される第２の金属と、２００乃至４００重量ｐｐｍの量におけるＺｒＯ_２として計算されるジルコニウムとを含有する場合、非常に有利であることが分かった。

焼結体は、形状において変形されてもよいが、一般に、丸い断面をもつ管状である。代替例として、焼結体は、中央開口をもつフラットな丸いディスクであってもよい。このようなフラットな丸いディスクに気密な態様で両端において接続される管状の焼結体は、電気ランプのランプ容器として簡易に使われることができる。代替例として、気密な態様で両端においてフラットな丸いディスクに接続される管状の焼結体が、ディスクの開口に管状の焼結体を有する場合、そのような焼結体は、該ディスクに気密な態様で接続されることが好ましい。後者の焼結体は、電気ランプのランプ容器として非常に適切に使われることができ、このランプ容器は、局所的に、動作中、かなり高温を有する。

上記の焼結体は、種々の異なるやり方において製造されることができる。焼結体の構成成分、又は、物質が熱にさらされる場合に該物質から構成成分が形成されるような物質は、乾式混合され、粒状化され、及び成形され得る。少ないほうの構成成分、例えば、第２の金属の化合物を成形物に加えることも可能であり、このことは、該成形物に少ないほうの構成成分を含浸することによって行われる。しかしながら、構成成分及びバインダの混練可能な塊を生成し、その後、この塊を、例えば、押出成形（extrusion，エクストルージョン）工程にかけることが好ましい。この成形物は、乾燥され、その後、バインダを分解するために、例えば、空気など酸素を含む雰囲気の中で加熱され得る。その後、上記の成形物は、気密性及び光透過性である焼結体を得るために加熱される。

ディスクと管との間に焼結された化合物を有する焼結体を得るために、予備焼結された、それゆえ、既に縮小された第１の焼結体が使用される。この第１の焼結体は、わずかな量の間隙をもつ第２の焼結体にもたらされる。この第２の焼結体は、全く予備焼結されないか、又は第１の焼結体より少ない程度に予備焼結されている。このアセンブリは、必要に応じて、わずかな量の間隙をもつ第３の焼結体にもたらされることも可能である。この第３の焼結体は、全く予備焼結されないか、又は、第２の焼結体より更に一層少ない程度に予備焼結されている。得られたアセンブルされた焼結体の形状が、最終的に、所望の焼結体の形状と一致するならば、焼結プロセスは実行されることができる。このプロセスにおいて、最も外側の部分は、より内側に位置される部分よりも縮小し、構成要素の間に焼結された化合物が得られ、多結晶の酸化アルミニウムの単一の光透過性の焼結された気密な焼結体がもたらされる。

本発明の第２の目的は、ランプ容器が、本発明による焼結体を有することにより達成される。

電気ランプは、高圧放電ランプ、例えば、高圧ナトリウム蒸気放電ランプ又は高圧メタルハライド放電ランプ；この場合、例えば、タングステン電極対がイオン化可能なガスに存在するような高圧放電ランプであり得る。代替例として、上記ランプは、ハロゲン白熱電球であってもよい。この場合、タングステン白熱焼結体が、ハロゲンを含むガス、例えば、臭化水素を含むガス内に存在する。

実施例
それ自体が知られている量の酸化アルミニウム、有機バインダ、マグネシウムアセテート(magnesium acetate)、エルビウムアセテート(erbium acetate)及び水は、ジルコニウムアセテート(zirconium acetate)と一緒に練られることによって十分に混合された。この塊が管の中に押し出された。上記の管は、乾燥され、その後、バインダ及び塩を分解するために１１５０℃から１４００℃の間の温度まで知られたやり方で加熱された。代替プロセスにおいて、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム及び酸化エルビウム製の、それ自体がよく知られたやり方で処理された、成形された焼結体、例えば、管は、ジルコニウムアセテートの溶液においてジルコニウムと含浸される。この成形された焼結体は、その後、乾燥され、塩を分解するために１０００℃から１４００℃の間の温度までよく知られた態様で加熱される。管の端部に、円筒形の穿孔された（drilled-through）ディスクが設けられ、その後、このアセンブルされた焼結体が、セ氏約１８００度まで上げられる温度で知られたやり方で焼結された。得られた酸化アルミニウムの焼結体は、３００重量ｐｐｍのＭｇＯと、５０重量ｐｐｍのＥｒ_２Ｏ_３と、４００重量ｐｐｍのＺｒＯ_２とを含有し、高圧ナトリウムランプのランプ容器として適切に用いられることができる。

本発明による電気ランプの実施形態が、図面に示される。

図１において、ランプは、本発明による焼結体を収容する石英ガラス製の外囲エンベロープ（封体部）１を有している。この焼結体は、半透明の気密な焼結された酸化アルミニウムから成るランプ容器２として使われており、導電体３に接続されている。この導電体３は、接触部４に接続されている。

ランプ容器２（図２参照）は、焼結によって気密な態様でディスク２１に接続される円筒形の管２０から構成される。ディスク２１の中央開口に、細長い管２２が、焼結によって固定されている。管２２が比較的十分に予備焼結され、ディスク２１がより少なく予備焼結され、また、管２０が比較的わずかに予備焼結された後、管２０及び２２並びにディスク２１は、一緒に合わせられる。このアセンブリの後続の焼結によって、本発明による焼結体がもたらされた。

導体４０は、溶融接合材１０によって細長い管２２内に気密な態様で固定されている。導体４０は、各々がタングステン電極４１を担持している。ランプ容器２によって囲まれるスペース１１は、不活性ガス及びナトリウムアマルガム(sodium amalgam)で充填される。

図３では、図２に示される部分に対応する部分は、図２の符号と同じ参照符号が付されている。ランプ容器２の端部（図示略）は、図示される端部と対応する。両端において、管２０は、焼結を用いてディスク２１によって閉じられる。電極４１を担持する導体４０として使われるニオビウムバス(niobium bus)は、ディスク２１内に固設されている。

実験では、ランプの耐用寿命中、ランプスペクトル特性における影響が、不飽和ＨＳＰランプを用いてテストされた。ＨＰＳランプのスペクトラムのための主要なインジケータとして、スペクトラムの自己逆転ナトリウムＤラインの最大値間の波長差Δλをカウントすることがよく知られている。

本発明による放電容器を有する７０Ｗの公称電力をもつ一連のランプにおいて、 Δλの値が１０００時間の耐用期間を通じてほぼ一定であったことが確かめられた。このことは、充填物のナトリウム（Ｎａ）含有量が一定の状態を保ち、著しい量の他の構成成分が耐用期間中に放電し始めなかったことを示すものである。

同一の充填物及び公称電力をもつ既知の当技術分野による放電容器をもつ他の一連のランプにおいて、耐用寿命の開始時におけるΔλの値は３３ｎｍ（ナノメートル）であった。１０００時間の耐用期間後、Δλの値は２０ｎｍに減少した。このことは放電からのナトリウムの甚大な損失を示すものである。

高圧放電ランプの側面図である。 図１に示されるランプのランプ容器の長手方向の断面図である。 ランプ容器の異なる実施形態の長手方向の断面図である。

Claims (6)

1. 酸化物の形態におけるマグネシウムと、酸化物の形態における第２の金属Ｍとを含む気密な多結晶の酸化アルミニウムの焼結体であって、
   前記第２の金属Ｍが、エルビウム、ホルミウム、ジスプロシウム及びツリウムから選択され、前記酸化アルミニウムが、更に、酸化物の形態におけるジルコニウムを有し、ＭｇＯとして計算されるマグネシウムが、５０乃至１０００重量ｐｐｍの量において存在し、Ｍ_２Ｏ_３として計算される前記第２の金属が、１０乃至１００重量ｐｐｍの量において存在し、ＺｒＯ_２として計算されるジルコニウムが、５０乃至６００重量ｐｐｍの量において存在することを特徴とする焼結体。
2. ＭｇＯとして計算されるマグネシウムが、５０乃至５００重量ｐｐｍの量において存在し、Ｍ_２Ｏ_３として計算される前記第２の金属が、２０乃至５０重量ｐｐｍの量において存在し、ＺｒＯ_２として計算されるジルコニウムが、２００乃至５００重量ｐｐｍの量において存在することを特徴とする、請求項１に記載の焼結体。
3. ＭｇＯとして計算されるマグネシウムが、５０乃至５００重量ｐｐｍの量において存在し、Ｍ_２Ｏ_３として計算される前記第２の金属が、３０乃至５０重量ｐｐｍの量において存在し、ＺｒＯ_２として計算されるジルコニウムが、２００乃至４００重量ｐｐｍの量において存在することを特徴とする、請求項２に記載の焼結体。
4. 酸化物の形態におけるマグネシウムと、酸化物の形態における第２の金属Ｍとを含む気密な多結晶の酸化アルミニウムのランプ容器を有する電気ランプであって、
   前記ランプ容器が、請求項１に記載の焼結体を有することを特徴とする電気ランプ。
5. 前記ランプ容器が、請求項２に記載の焼結体を有することを特徴とする、請求項４に記載の電気ランプ。
6. 前記ランプ容器が、請求項３に記載の焼結体を有することを特徴とする、請求項５に記載の電気ランプ。
   
   

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