JP2008091142A - Functionally gradient material for sealing, manufacturing method therefor, and bulb - Google Patents

Functionally gradient material for sealing, manufacturing method therefor, and bulb Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a functionally gradient material for sealing in which cracking is suppressed, even with few number of layers, for facilitating manufacturing. <P>SOLUTION: The functionally gradient material FGM for sealing includes an insulating layer 1 and a conductive layer 2. The interface B between the insulating layer 1 and the conductive layer 2 contains an insulating substance and conductive substance, and is formed into a roughened shape. Accordingly, even if tensile stress is produced in the direction along the interface B, excessive deformation in the direction along the interface B will be suppressed by the drag generated by the roughened shape, and the occurrence of cracks are effectively suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、封止用機能性傾斜材料、この封止用機能性傾斜材料の製造方法および封止用機能性傾斜材料を用いて封止した管球に関する。   The present invention relates to a functionally gradient material for sealing, a method for producing the functionally gradient material for sealing, and a tube sealed using the functionally gradient material for sealing.

ハロゲン電球や高圧放電ランプなどの石英ガラスからなる気密容器を備えた管球類には、一般にモリブデン箔を封着金属箔として用いて気密容器を封止する箔封止構造が従来から用いられている。しかしながら、封着金属箔における許容電流値の限界などの理由から、封着金属箔に代えて機能性傾斜材料を用いようとする試みがなされている(例えば、特許文献1参照。)。   Tubes with airtight containers made of quartz glass, such as halogen bulbs and high-pressure discharge lamps, have conventionally used a foil sealing structure that seals the airtight container using molybdenum foil as the sealing metal foil. Yes. However, an attempt has been made to use a functionally graded material instead of the sealed metal foil for reasons such as the limit of the allowable current value in the sealed metal foil (see, for example, Patent Document 1).

この機能性傾斜材料を容易に製造し、かつクラックの発生を抑制するためにプラズマ焼結法を用いることも検討されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2000−260395号公報 特開2006−49269号公報
In order to easily manufacture this functionally gradient material and suppress the occurrence of cracks, the use of a plasma sintering method has also been studied (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-260395 A JP 2006-49269 A

上記特許文献1は、クラックを発生させないために緩衝層の層数を多くする必要があることから、機能性傾斜材料の層数が多くなり、製造が面倒であるばかりか焼結時の良品率が悪いために、高コストで、実用性に乏しいものであった。   In Patent Document 1, since it is necessary to increase the number of buffer layers in order not to generate cracks, the number of functionally graded materials is increased, which is troublesome to manufacture and yields a good product rate during sintering. However, the cost is high and the practicality is poor.

上記特許文献2のように、プラズマ焼結法を用いることで各層の形成材料である粉体を短時間で溶融して気密な封止用機能性傾斜材料とすることができるが、境界面でのクラックの発生を効果的に抑制するには至っていない。   As in Patent Document 2, by using the plasma sintering method, the powder as the material for forming each layer can be melted in a short time to form an airtight functional gradient material for sealing. The generation of cracks has not been effectively suppressed.

本発明は、少ない層数でクラックが発生しにくくて、製造が容易な封止用機能性傾斜材料、この封止用機能性傾斜材料を製造する方法およびこの封止用機能性傾斜材料を用いて封止した管球を提供することを目的とする。   The present invention uses a functionally graded sealing material that is less prone to cracking with a small number of layers and is easy to manufacture, a method for producing the functionally graded sealing material, and the functionally graded material for sealing. An object of the present invention is to provide a sealed tube.

請求項1の封止用機能性傾斜材料は、絶縁性の物質で封着機能を有する第1の層と、絶縁性の物質および導電性の物質を有する第2の層とを具備し、前記第1および第2の層の境界面が凹凸形状を形成するように前記第1および第2の層を繋いでなることを特徴とする。   The functionally graded material for sealing according to claim 1 comprises a first layer having an insulating substance and a sealing function, and a second layer having an insulating substance and a conductive substance, The first and second layers are connected so that the boundary surface between the first and second layers forms an uneven shape.

本発明において、封止用機能性傾斜材料は、少なくとも第1の層としての絶縁層と第2の層としての導電層とを有する多層構造からなり、主に管球用封止部材として使用される。第2の層としての導電層は、2層または3層以上の多層構造であってもよい。第2の層には、熱膨張率差を小さくしたり、強度を向上させたりするための中間層を用いることが可能であるが、中間層を用いると封止部材が大きくなるので、中間層はなるべく薄くするか、省略するのが好ましい。   In the present invention, the functional gradient material for sealing has a multilayer structure having at least an insulating layer as a first layer and a conductive layer as a second layer, and is mainly used as a sealing member for a tube. The The conductive layer as the second layer may have a multilayer structure of two layers or three or more layers. As the second layer, an intermediate layer for reducing the difference in thermal expansion coefficient or improving the strength can be used. However, if the intermediate layer is used, the sealing member becomes large. Is preferably made as thin as possible or omitted.

絶縁層と導電層との熱膨張率は明らかに相違しているので、大きな熱度変化が繰り返されると、絶縁層と導電層との境界面に沿った方向に引っ張り応力が発生し、この応力がクラック発生の大きな原因の一つと考えられる。   Since the thermal expansion coefficients of the insulating layer and the conductive layer are clearly different, a tensile stress is generated in the direction along the boundary surface between the insulating layer and the conductive layer when a large change in heat is repeated. This is considered to be one of the major causes of cracks.

本発明では、第1の層としての絶縁層と第2の層としての導電層との境界面が凹凸形状となるように両者を繋いで形成しているので、境界面に沿った方向に引っ張り応力が発生しても、この凹凸形状によって発生する抗力によって境界面方向への過度の変形が抑制され、クラックの発生が効果的に抑制される。また、境界面付近には各層を構成する物質が互いに拡散して拡散接合層が形成されるが、境界面を凹凸形状とすることによって拡散接合層の拡散分布を凹凸形状全体にわたって広げることができるので、各層間の熱膨張率差が傾斜的に増減するように機能性傾斜材料を形成することができる。   In the present invention, since the boundary surface between the insulating layer as the first layer and the conductive layer as the second layer is formed so as to have an uneven shape, it is pulled in the direction along the boundary surface. Even when stress is generated, excessive deformation in the interface direction is suppressed by the drag generated by the uneven shape, and the generation of cracks is effectively suppressed. In addition, a diffusion bonding layer is formed in the vicinity of the boundary surface by diffusing substances constituting each layer, but by making the boundary surface uneven, the diffusion distribution of the diffusion bonding layer can be spread over the entire uneven shape. Therefore, the functionally graded material can be formed so that the difference in thermal expansion coefficient between the layers increases or decreases in a gradient manner.

境界面の凹凸形状は、第1または第2の層の一方を形成する材料を予め成形型などを使用して所望の凹凸形状を形成しておき、その上から他方の材料を充填した後に焼結することによって製造することができるが、本発明の作用効果を達成可能な凹凸形状が形成可能であれば、他の方法を用いて凹凸形状を形成しても構わない。   As for the uneven shape of the boundary surface, a material for forming one of the first or second layer is formed in advance using a molding die or the like, and then the other material is filled from above, and then sintered. Although it can manufacture by ligating, as long as the uneven | corrugated shape which can achieve the effect of this invention can be formed, you may form uneven | corrugated shape using another method.

請求項2は、請求項1記載の封止用機能性傾斜材料において、前記第1および第2の層が軸方向に沿って繋がれて全体として筒状構造を形成しており、境界面は軸方向に直交していて凹凸形状はこの軸を中心とした回転対称形状をなしていることを特徴とする。   The functional gradient material for sealing according to claim 1, wherein the first and second layers are connected along the axial direction to form a cylindrical structure as a whole, and the boundary surface is The concave-convex shape orthogonal to the axial direction is characterized by having a rotationally symmetric shape around this axis.

筒状構造をなす封止用機能性傾斜材料にあっては、軸中心から境界面に沿って引っ張り応力によるずれが発生する。このため、凹凸形状を筒状構造の軸を中心とした回転対称形状とすることによって凹凸形状に基く抗力が均等に発生して、ずれの局所的発生に伴うクラックの発生を効果的に抑制することができる。   In the functionally graded sealing material having a cylindrical structure, a shift due to tensile stress occurs along the boundary surface from the axial center. For this reason, by making the concavo-convex shape a rotationally symmetric shape around the axis of the cylindrical structure, the drag based on the concavo-convex shape is evenly generated, effectively suppressing the occurrence of cracks due to the local occurrence of deviation. be able to.

請求項3は、請求項1または2記載の封止用機能性傾斜材料において、前記第1および第2の層がプラズマ焼結法によって繋がれるように形成されていることを特徴とする。   A third aspect of the present invention is the functionally gradient material for sealing according to the first or second aspect, wherein the first and second layers are formed so as to be connected by a plasma sintering method.

本発明は、好適な製造方法により製造された信頼性の高い封止部材の構成を規定している。すなわち、放電プラズマ法によって封止部材を焼結することにより、良好な拡散接合層を形成して絶縁層と導電層とを直接的に強固で、確実に、しかも信頼性高く接合した封止部材を得ることができる。放電プラズマ法は、圧縮状態の粉末の粒子間隙に直流パルス状電圧を印加した際に粒子間隙に発生する火花放電のプラズマによる発熱および通電によるジュール熱によって焼結を行わせる方法である。   The present invention defines the configuration of a highly reliable sealing member manufactured by a suitable manufacturing method. That is, by sealing the sealing member by the discharge plasma method, a good diffusion bonding layer is formed, and the insulating layer and the conductive layer are directly strong and securely and reliably bonded. Can be obtained. The discharge plasma method is a method in which sintering is performed by the heat generated by plasma of spark discharge generated in the particle gap and the Joule heat generated by energization when a DC pulse voltage is applied to the particle gap of the powder in the compressed state.

放電プラズマ法によれば、圧縮状態の粉末の粒子表面に気化と溶融が生じて、粉末粒子間が緻密に溶着して、絶縁層と導電層が一体に接合した均質な焼結体を得ることができる。また、絶縁層と導電層の焼結が形成される過程で、絶縁層と導電層の接合部位において両層を構成する物質の一部が拡散による移動をして互いに相手方の層内に達し、かつ、両層を構成する物質が立体的に絡み合った状態となった拡散接合層を形成するので、絶縁層と導電層との間に熱膨張率の差があるにもかかわらず、強固で、しかも長期間にわたって信頼性の高い接合が得られる。   According to the discharge plasma method, vaporization and melting occur on the surface of the compressed powder particles, and the powder particles are densely welded to obtain a homogeneous sintered body in which the insulating layer and the conductive layer are joined together. Can do. In the process of sintering the insulating layer and the conductive layer, part of the material constituting both layers moves at the junction between the insulating layer and the conductive layer by diffusion to reach the other layer, And since the diffusion bonding layer in which the substances constituting both layers are intertwined in three dimensions is formed, it is strong despite the difference in thermal expansion coefficient between the insulating layer and the conductive layer. In addition, highly reliable bonding can be obtained over a long period of time.

請求項4の管球は開口部を備えた気密容器と;気密容器と同種の材料を主体とする第1の層を備え、当該第1の層の部位で気密容器の開口部を封止している請求項1ないし3いずれか一記載の封止用機能性傾斜材料と;気密容器の内部に封装され、かつ、前記封止用機能性傾斜材料の第2の層を経由して気密容器の外部から給電される管球作動部材と;を具備していることを特徴とする。   The tube of claim 4 includes an airtight container having an opening; and a first layer mainly composed of the same kind of material as the airtight container, and seals the opening of the airtight container at a portion of the first layer. The functionally gradient material for sealing according to any one of claims 1 to 3, wherein the functionally gradient material for sealing is sealed inside an airtight container, and the airtight container passes through the second layer of the functionally gradient material for sealing. A tube operating member that is fed from the outside.

管球は、気密容器の内部に封装部材が気密に封装されている電気作動手段である。本発明によれば、各種用途に適応する管球を得ることができる。例えば、照明用管球であれば、ハロゲン電球、高圧放電ランプなどがこれに含まれる。また、非照明用管球であれば、例えば各種電子管などがこれに含まれる。   The tube is an electric actuating means in which a sealing member is hermetically sealed inside an airtight container. According to the present invention, a tube suitable for various uses can be obtained. For example, in the case of a lighting tube, this includes a halogen bulb, a high-pressure discharge lamp, and the like. In addition, in the case of a non-illuminating tube, for example, various electron tubes and the like are included.

気密容器は、開口を備えている。気密容器内への封止用機能性傾斜材料の収納の際に、開口の開口を経由させることができる。また、開口は、封止用機能性傾斜材料によって封止されることにより、気密容器の内部が気密になる。さらに、気密容器は、照明用管球の場合、金属酸化物または金属窒化物を主体として透光性に構成することができる。金属酸化物としては、例えばシリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、イットリウム酸化物(YOX)およびイットリウム−アルミニウム−ガーネット(YAG)などを用いることができる。金属窒化物としては、アルミニウム窒化物(AlN)などを用いることができる。以上の各物質は、いずれも透光性および耐熱性を備えた材料であり、多結晶体すなわちセラミックスまたは単結晶として得ることができる。また、非照明用管球の場合、気密容器は、透光性および非透光性のいずれであってもよい。 The airtight container has an opening. When the functional gradient material for sealing is stored in the hermetic container, the opening can be passed through. Moreover, the opening is sealed with the functionally gradient material for sealing, so that the inside of the airtight container becomes airtight. Further, in the case of a lighting tube, the hermetic container can be configured to be translucent mainly with metal oxide or metal nitride. As the metal oxide, for example, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), yttrium oxide (YOX), yttrium-aluminum-garnet (YAG), or the like can be used. As the metal nitride, aluminum nitride (AlN) or the like can be used. Each of the above substances is a material having translucency and heat resistance, and can be obtained as a polycrystalline body, that is, a ceramic or a single crystal. In the case of a non-illuminating tube, the hermetic container may be either translucent or non-translucent.

封止用機能性傾斜材料の絶縁層は、気密容器の材料と同種の材料を主体として構成されている。同様に金属酸化物または金属窒化物を主体として構成されているので、気密容器とほぼ同じ熱膨張率である。これに対して、導電層は、少なくとも導電体として機能できる程度の導電性を有していて、熱膨張率が絶縁層のそれとは相対的に相違している。また、導電層は、絶縁層を構成するのと同一物質であることが好ましいところの金属酸化物または金属窒化物と導電性金属との混合体により構成されることを許容する。この場合、導電性金属は、導電層の約30質量%以上混合していれば、所要の導電性を示すことが実験により確認されている。しかし、要すれば、導電層は、実質的に導電性金属のみから構成されていてもよい。封装部材は、気密容器内に収納されて封止部材の導電層を介して気密容器外部から給電され、気密容器内で所望の電気的動作を行う部材である。例えば、ハロゲン電球の場合、封装部材は白熱フィラメントである。高圧放電ランプの場合、封装部材は放電電極である。   The insulating layer of the functional gradient material for sealing is mainly composed of the same material as that of the hermetic container. Similarly, since it is mainly composed of metal oxide or metal nitride, the thermal expansion coefficient is almost the same as that of the hermetic container. On the other hand, the conductive layer has conductivity enough to function as a conductor, and the coefficient of thermal expansion is relatively different from that of the insulating layer. In addition, the conductive layer is allowed to be composed of a mixture of a metal oxide or metal nitride and a conductive metal, which is preferably the same material as that constituting the insulating layer. In this case, it has been confirmed by experiments that the conductive metal exhibits the required conductivity if it is mixed by about 30% by mass or more of the conductive layer. However, if necessary, the conductive layer may be substantially composed only of a conductive metal. The sealing member is a member that is housed in the hermetic container and is supplied with electric power from the outside of the hermetic container through the conductive layer of the sealing member, and performs a desired electrical operation in the hermetic container. For example, in the case of a halogen bulb, the sealing member is an incandescent filament. In the case of a high pressure discharge lamp, the sealing member is a discharge electrode.

本発明によれば、第1の層と第2の層との境界面が凹凸形状となるように両者を繋いで形成しているので、熱膨張率差により境界面に沿った方向に引っ張り応力が発生しても、この凹凸形状によって発生する抗力によって境界面方向への過度の変形が抑制され、クラックの発生が効果的に抑制される。   According to the present invention, since the boundary between the first layer and the second layer is formed so as to have an uneven shape, the tensile stress in the direction along the boundary due to the difference in thermal expansion coefficient. Even if this occurs, excessive deformation in the direction of the boundary surface is suppressed by the drag generated by the uneven shape, and the generation of cracks is effectively suppressed.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の封止用機能性傾斜材料を実施するための第1の形態を示し、図1(a)は概念的断面図、図1(b)は境界面を軸方向から見た概念的正面図である。本形態において、封止用機能性傾斜材料FGMは、第1の層(以下、絶縁層と記す。)1および第2の層(以下、導電層と記す。)2を具備した2層構成の焼結部材であり、放電プラズマ焼結法(以下、SPS法と記す。)を用いた焼結によって隣接するそれぞれの層が接合して筒状構造を有して一体化されている。   FIG. 1 shows a first embodiment for carrying out the functionally gradient material for sealing of the present invention, FIG. 1 (a) is a conceptual cross-sectional view, and FIG. 1 (b) is a view of the boundary surface from the axial direction. It is a conceptual front view. In this embodiment, the functional gradient material FGM for sealing has a two-layer configuration including a first layer (hereinafter referred to as an insulating layer) 1 and a second layer (hereinafter referred to as a conductive layer) 2. It is a sintered member, and adjacent layers are joined and integrated with a cylindrical structure by sintering using a discharge plasma sintering method (hereinafter referred to as SPS method).

絶縁層1は、封着機能を有している。この封着機能は、封止しようとする適宜の部材の被封止部、例えば管球の気密容器の開口部に上記絶縁層1を封着することで当該被封止部を封止する際に寄与する。上記絶縁層1は、絶縁性物質の粉末を圧縮し、焼結することによって気密な焼結体となっている。   The insulating layer 1 has a sealing function. This sealing function is used when sealing the sealed portion by sealing the insulating layer 1 in a sealed portion of an appropriate member to be sealed, for example, an opening of a tube airtight container. Contribute to. The insulating layer 1 is an airtight sintered body by compressing and sintering an insulating substance powder.

また、絶縁層1は、被封止部と同質の絶縁性物質、例えば金属酸化物または金属窒化物を主体として構成することができる。そうすれば、被封止部と絶縁層1の熱膨張率が接近するので、封着を確実に行いやすくなる。被封着部が石英ガラス製であれば、シリカ(SiO2)またはシリカを主体とする材料を用いて絶縁層1を形成するのがよい。また、透光性セラミックス、例えば透光性アルミナセラミックス製であれば、当該透光性セラミックスと同一の材料、例えばアルミナ(Al2O3)またはアルミナを主体とする材料を用いて絶縁層1を形成するのがよい。 The insulating layer 1 can be mainly composed of an insulating material having the same quality as the portion to be sealed, such as a metal oxide or a metal nitride. If it does so, since the thermal expansion coefficient of the to-be-sealed part and the insulating layer 1 will approach, it will become easy to perform sealing reliably. If the sealed portion is made of quartz glass, the insulating layer 1 is preferably formed using silica (SiO 2 ) or a material mainly composed of silica. Moreover, if it is a product made from translucent ceramics, for example, translucent alumina ceramics, the insulating layer 1 is formed using the same material as the translucent ceramics, for example, alumina (Al 2 O 3 ) or a material mainly composed of alumina. It is good to form.

導電層2は、少なくとも導電体として機能できる程度の導電性を有しているものとする。このために、導電性物質と絶縁性物質とを適当な含有比率、一般的には導電性物質が導電層3全体の20質量%以上、好適には30質量%以上の含有比率となるように導電層2を構成するのがよい。導電層2内を流れる電流が比較的小さい場合には、導電性物質粉末が導電層の20質量%以上で含有されていればよい。これに対して、導電層2内を流れる電流が比較的大きい場合には、導電性物質の含有比率を30質量%以上に構成した方がよい。導電性物質の混合比率の上限はなく、要すれば実質的に導電性物質のみによって構成してもよい。しかし、適当な含有比率でバインダーとなる絶縁性物質を添加するのが好ましい。なお、導電性物質としては、焼結可能な耐熱性および比較的良好な導電率を有する金属、好ましくはモリブデン(Mo)やタングステン(W)などの耐熱性金属の粉末を用いるのがよい。これに対して、絶縁性物質としては、絶縁層1の構成物質と同一の物質を用いるのが好ましい。   The conductive layer 2 is assumed to have at least conductivity that can function as a conductor. For this purpose, the conductive substance and the insulating substance are contained in an appropriate content ratio, and generally the conductive substance has a content ratio of 20% by mass or more, preferably 30% by mass or more of the entire conductive layer 3. The conductive layer 2 is preferably configured. In the case where the current flowing through the conductive layer 2 is relatively small, the conductive substance powder may be contained at 20% by mass or more of the conductive layer. On the other hand, when the current flowing through the conductive layer 2 is relatively large, it is better to configure the content ratio of the conductive material to 30% by mass or more. There is no upper limit for the mixing ratio of the conductive materials, and if necessary, the conductive material may be substantially composed of only the conductive materials. However, it is preferable to add an insulating material to be a binder at an appropriate content ratio. Note that as the conductive substance, a metal having a heat resistance that can be sintered and a relatively good conductivity, preferably a powder of a heat resistant metal such as molybdenum (Mo) or tungsten (W) is used. On the other hand, it is preferable to use the same material as the constituent material of the insulating layer 1 as the insulating material.

導電層2には、絶縁層1と導電層2との熱膨張率の差を吸収する緩衝層が設けられていてもよい。すなわち、緩衝層は、絶縁層1の熱膨張率と導電層2の熱膨張率との中間の熱膨張率に設定されている。なお、熱膨張率を調整するには、導電性物質を適当な含有比率で混合すればよい。緩衝層の数は、従来技術に比較して極端に少なくてよく、0〜2層であることを許容する。なお、本形態においては緩衝層は設けられていない。緩衝層を複数設ける場合は、熱膨張率が絶縁層1から導電層2に向かって順次大きくなるように変化させればよい。   The conductive layer 2 may be provided with a buffer layer that absorbs the difference in thermal expansion coefficient between the insulating layer 1 and the conductive layer 2. That is, the buffer layer is set to an intermediate thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the insulating layer 1 and the thermal expansion coefficient of the conductive layer 2. In order to adjust the coefficient of thermal expansion, the conductive material may be mixed at an appropriate content ratio. The number of buffer layers may be extremely small compared to the prior art, allowing 0 to 2 layers. In this embodiment, no buffer layer is provided. When a plurality of buffer layers are provided, the coefficient of thermal expansion may be changed so as to increase sequentially from the insulating layer 1 toward the conductive layer 2.

導電層2は、封止用機能性傾斜材料FGMが被封止部に封着されて被封止部を気密に封止した状態において、絶縁層1を気密に経由して封止部の内外を導電的に接続するための手段となる。例えば、後述するように絶縁層1を貫通して例えばモリブデンやタングステンなどの耐熱性金属からなる導電性金属部材4を上記導電層2に接続すれば、封止用機能性傾斜材料FGMの絶縁層1と導電層2との間が気密性に保持された状態で封止部の内側と外側を導電的に接続することができる。なお、導電性金属部材4と絶縁層1および導電層2との間は、それらの熱膨張率差が相対的に大きいので、焼結の際に融着しないように僅かな隙間を形成するなどの配慮をした方がよい。   In the state where the functional gradient material FGM for sealing is sealed to the sealed portion and the sealed portion is hermetically sealed, the conductive layer 2 is sealed inside and outside of the sealed portion via the insulating layer 1 hermetically. It becomes a means for electrically connecting. For example, as will be described later, if a conductive metal member 4 made of a heat-resistant metal such as molybdenum or tungsten is connected to the conductive layer 2 through the insulating layer 1, the insulating layer of the functionally gradient material FGM for sealing is used. The inside and outside of the sealing portion can be conductively connected in a state where the space between 1 and the conductive layer 2 is kept airtight. In addition, since the difference in coefficient of thermal expansion between the conductive metal member 4 and the insulating layer 1 and the conductive layer 2 is relatively large, a slight gap is formed so as not to be fused during sintering. It is better to take into consideration.

なお、外部から電流などを導入するために、導電性金属部材5を導電層2に接続することができる。また、導電性金属部材4、5は、本発明において、必須ではなく、所要に応じて同時に焼結することによって接続してもよいし、焼結後に接続してもよい。   Note that the conductive metal member 5 can be connected to the conductive layer 2 in order to introduce an electric current or the like from the outside. In the present invention, the conductive metal members 4 and 5 are not essential, and may be connected by sintering at the same time as necessary, or may be connected after sintering.

絶縁層1と導電層2との境界面Bは、凹凸形状となっており、この境界面Bを介して両者が接続されている。凹凸形状は、筒状の封止用機能性傾斜材料FGMの中心軸を中心として断面方向に円環状の凸部および凹部が径大になりながら交互に形成されている。すなわち、凹凸形状は筒状の封止用機能性傾斜材料FGMの中心軸を中心とした回転対象形状をなしている。このため、凹凸形状に基く抗力が均等に発生して、絶縁層1および導電層2間の境界面Bに発生するずれが局所的に発生してクラックが発生することを効果的に抑制することができる。   The boundary surface B between the insulating layer 1 and the conductive layer 2 has an uneven shape, and both are connected via the boundary surface B. The concavo-convex shape is alternately formed with annular convex portions and concave portions having a large diameter in the cross-sectional direction around the central axis of the cylindrical functional gradient material for sealing FGM. That is, the concavo-convex shape is a shape to be rotated around the central axis of the cylindrical functional gradient material for sealing FGM. For this reason, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks due to the local occurrence of the shift generated at the boundary surface B between the insulating layer 1 and the conductive layer 2 by the uniform generation of the drag force based on the uneven shape. Can do.

境界面Bの突出高さ(凹部と凸部との差)は0.5〜5mmであり、凹部と凸部との間隔は0.5〜5mmである。このような凹凸形状を有する境界面Bを形成することで、境界面Bに沿った方向に引っ張り応力が発生しても、この凹凸形状によって発生する抗力によって境界面B方向への過度の変形が抑制され、クラックの発生が効果的に抑制される。また、境界面B付近には各層を構成する物質が互いに拡散して拡散接合層(図示しない)が形成されるが、境界面Bを凹凸形状とすることによって拡散接合層の拡散分布を凹凸形状全体にわたって広げることができるので、各層間の熱膨張率差が傾斜的に増減するように機能性傾斜材料を形成することができる。   The protruding height of the boundary surface B (difference between the concave portion and the convex portion) is 0.5 to 5 mm, and the interval between the concave portion and the convex portion is 0.5 to 5 mm. By forming the boundary surface B having such an uneven shape, even if a tensile stress is generated in the direction along the boundary surface B, excessive deformation in the direction of the boundary surface B is caused by the drag generated by the uneven shape. And the occurrence of cracks is effectively suppressed. In addition, the materials constituting each layer diffuse to each other near the boundary surface B to form a diffusion bonding layer (not shown). By making the boundary surface B uneven, the diffusion distribution of the diffusion bonding layer is uneven. Since it can be spread over the whole, the functionally graded material can be formed so that the difference in thermal expansion coefficient between the layers increases or decreases in a gradient manner.

境界面Bの凹凸形状は、絶縁層1(または導電層2)を形成する微粒子材料を予め成形型などを用いて所望の凹凸形状を形成しておき、その上から導電層2(または絶縁層1)の微粒子材料を充填し、その後焼結することによって製造することができる。   As for the uneven shape of the boundary surface B, a desired uneven shape is formed in advance using a mold or the like for the fine particle material forming the insulating layer 1 (or conductive layer 2), and then the conductive layer 2 (or insulating layer) is formed thereon. It can be produced by filling the fine particle material of 1) and then sintering.

導電層2は、絶縁性物質(SiO2)と導電性物質(Mo)が混合しているが、導電性物質を30質量%含有しているので、絶縁性物質(SiO2)100%の絶縁層1との間に導電性金属の含有比率差が30%存在する。しかし、SPS法によって焼結されていることにより、良好な接合が形成される。 The conductive layer 2 is a mixture of an insulating material (SiO 2 ) and a conductive material (Mo), but contains 30% by mass of the conductive material, so that the insulating material (SiO 2 ) is 100% insulating. There is a 30% difference in the content ratio of the conductive metal between the layer 1 and the layer 1. However, a good bond is formed by being sintered by the SPS method.

実施例の封止用機能性傾斜材料FGMについて説明する。実施例の封止用機能性傾斜材料FGMは、直径10mm、厚み30mmの円柱状をなしている(厚みは各層10mm)。層構成は、絶縁層(SiO2 100%)+緩衝層(SiO2 85%、Mo 15%)+導電層(SiO2 70%、Mo 30%)の3層構としてもよい。製造法は、放電プラズマ焼結法(圧力40MPa、焼成温度1400℃、10分間)による。 The functionally gradient material for sealing FGM of the example will be described. The functionally graded sealing material FGM of Example has a cylindrical shape with a diameter of 10 mm and a thickness of 30 mm (thickness is 10 mm for each layer). The layer structure may be a three-layer structure of insulating layer (SiO 2 100%) + buffer layer (SiO 2 85%, Mo 15%) + conductive layer (SiO 2 70%, Mo 30%). The manufacturing method is based on the spark plasma sintering method (pressure 40 MPa, firing temperature 1400 ° C., 10 minutes).

比較例として、境界面Bが軸方向に直交する平坦面となっているサンプルを20個製作し、400W形の高圧水銀ランプの封止部材料として適用し、500時間点灯させる試験を行った。その結果、実施例1は、全数良品であったが、比較例は50%近くのサンプル品にクラックの発生が認められた。   As a comparative example, 20 samples in which the boundary surface B is a flat surface orthogonal to the axial direction were manufactured, applied as a sealing material for a 400 W type high pressure mercury lamp, and tested for 500 hours. As a result, Example 1 was a non-defective product, but in the comparative example, cracks were observed in nearly 50% of the sample products.

図2は、本発明の第2の実施形態である管球を示す正面断面図である。本実施形態は、管球として高圧放電ランプに適用した例であり、3は気密容器、FGMは封止部材、4は給電部材であり、これらが高圧放電ランプを構成している。気密容器3は、透光性で、かつ、耐火性の物質、例えば石英ガラスからなり、外形がほぼ紡錘形状をなした石英ガラス製で、その内部にほぼ回転楕円体形状をなした放電空間3aが形成されている。また、気密容器3の管軸方向の両端には一対の開口部3b、3bが形成されている。   FIG. 2 is a front sectional view showing a tube which is a second embodiment of the present invention. This embodiment is an example applied to a high-pressure discharge lamp as a tube, wherein 3 is an airtight container, FGM is a sealing member, and 4 is a power supply member, and these constitute a high-pressure discharge lamp. The hermetic vessel 3 is made of a light-transmitting and fire-resistant material, for example, quartz glass, and is made of quartz glass having an outer shape substantially in a spindle shape, and a discharge space 3a having a substantially spheroid shape inside thereof. Is formed. A pair of openings 3b and 3b are formed at both ends of the airtight container 3 in the tube axis direction.

封止部材FGMは、第1の実施形態のものと同様であり、迅速焼結法に属する放電プラズマ焼結法により形成されている。なお、境界面Bは、第1の層である絶縁層1および第2の層である導電層2を構成する物質が相互に拡散して移動することによって立体的に絡み合って形成されたものである。   The sealing member FGM is the same as that of the first embodiment, and is formed by a discharge plasma sintering method belonging to the rapid sintering method. The boundary surface B is formed by three-dimensionally intertwining the materials constituting the insulating layer 1 as the first layer and the conductive layer 2 as the second layer by diffusing and moving with each other. is there.

封止部材FGMは、気密容器3の開口部3bに嵌め込まれて封着することにより、気密容器3を気密に封止している。なお、図2において、開口部3bと封止部材FGMとの間の当初の境界部が点線で示されている。   The sealing member FGM seals the airtight container 3 in an airtight manner by being fitted and sealed in the opening 3 b of the airtight container 3. In FIG. 2, the initial boundary between the opening 3b and the sealing member FGM is indicated by a dotted line.

封止部材FGMの絶縁層1は、金属酸化物または金属窒化物を主体として構成されるが、本形態においては気密容器3が石英ガラスからなるので、シリカ(SiO2)を主体として形成されている。これに対して、導電層2は、導電性金属と金属酸化物の混合を主体として構成されているが、本形態においては導電性金属がモリブデン(Mo)またはタングステン(W)からなり、金属酸化物が絶縁層1の構成材料と同じ材料であるシリカからなる。導電性金属と金属酸化物の混合比は、導電層2が所要の低い抵抗値を示すような導電率になるように、導電性金属が30質量%以上の範囲内において所定の割合に選択されている。 The insulating layer 1 of the sealing member FGM is mainly composed of metal oxide or metal nitride, but in this embodiment, since the hermetic container 3 is made of quartz glass, it is mainly composed of silica (SiO 2 ). Yes. On the other hand, the conductive layer 2 is mainly composed of a mixture of a conductive metal and a metal oxide. In this embodiment, the conductive metal is made of molybdenum (Mo) or tungsten (W), and the metal oxide is oxidized. The material is made of silica which is the same material as the constituent material of the insulating layer 1. The mixing ratio of the conductive metal and the metal oxide is selected at a predetermined ratio within the range of 30% by mass or more so that the conductive layer 2 has a conductivity that exhibits a required low resistance value. ing.

封装部材5は、タングステン(W)製の棒状体からなる放電電極であり、その基端が封止部材FGMにおける導電層2の一方の端面から内部に挿入され固着して支持されて導電層2に導通している。   The sealing member 5 is a discharge electrode made of a tungsten (W) rod-shaped body, and the base end thereof is inserted into and fixedly supported from one end face of the conductive layer 2 in the sealing member FGM. Is conducting.

給電部材4は、モリブデン製の棒状体からなるリード部材であり、その先端が封止部材FGMにおける導電層2の他方の端面から内部に挿入され固着して支持されているとともに絶縁層1を貫通している。   The power supply member 4 is a lead member made of a molybdenum rod-like body, and the tip thereof is inserted and fixedly supported from the other end face of the conductive layer 2 in the sealing member FGM and penetrates the insulating layer 1. is doing.

したがって、以上の封止部材FGM、封装部材5および給電部材4は、封止部材FGMを中心として一体化されることにより、電極マウントを構成している。   Therefore, the sealing member FGM, the sealing member 5 and the power supply member 4 described above are integrated around the sealing member FGM to constitute an electrode mount.

そうして、管球は、高圧放電ランプを構成しており、透光性の気密容器1内の放電空間3a内において、一対の封装部材5、5の放電電極が離間対向し、また放電空間3a内には放電媒体が封入されている。   Thus, the tube constitutes a high-pressure discharge lamp, and the discharge electrodes of the pair of sealing members 5 and 5 are opposed to each other in the discharge space 3a in the translucent airtight container 1, and the discharge space. A discharge medium is enclosed in 3a.

本発明の封止用機能性傾斜材料を実施するための第1の形態を示す概念的断面。The conceptual cross section which shows the 1st form for implementing the functional gradient material for sealing of this invention. 本発明の第2の実施形態である管球を示す正面断面図。Front sectional drawing which shows the tube which is the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1の層としての絶縁層、2…第2の層としての導電層、4、5…導電性金属部材、FGM…機能性傾斜材料   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating layer as 1st layer, 2 ... Conductive layer as 2nd layer, 4, 5 ... Conductive metal member, FGM ... Functional gradient material

Claims (4)

絶縁性の物質で封着機能を有する第1の層と、絶縁性の物質および導電性の物質を有する第2の層とを具備し、前記第1および第2の層の境界面が凹凸形状を形成するように前記第1および第2の層を繋いでなることを特徴とする封止用機能性傾斜材料。   An insulating material having a first layer having a sealing function and a second layer having an insulating material and a conductive material, and the boundary surface between the first and second layers is uneven. A functionally graded material for sealing, wherein the first and second layers are connected so as to form. 前記第1および第2の層が軸方向に沿って繋がれて全体として筒状構造を形成しており、境界面は軸方向に直交していて凹凸形状はこの軸を中心とした回転対称形状をなしていることを特徴とする請求項1記載の封止用機能性傾斜材料。   The first and second layers are connected along the axial direction to form a cylindrical structure as a whole, the boundary surface is orthogonal to the axial direction, and the concavo-convex shape is rotationally symmetric about this axis The functionally graded material for sealing according to claim 1, wherein: 前記第1および第2の層がプラズマ焼結法によって繋がれるように形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の封止用機能性傾斜材料。   The functional gradient material for sealing according to claim 1, wherein the first and second layers are formed so as to be connected by a plasma sintering method. 開口部を備えた気密容器と;
気密容器と同種の材料を主体とする第1の層を備え、当該第1の層の部位で気密容器の開口部を封止している請求項1ないし3いずれか一記載の封止用機能性傾斜材料と;
気密容器の内部に封装され、かつ、前記封止用機能性傾斜材料の第2の層を経由して気密容器の外部から給電される管球作動部材と;
を具備していることを特徴とする管球。
An airtight container with an opening;
The sealing function according to any one of claims 1 to 3, further comprising a first layer mainly composed of the same kind of material as that of the hermetic container, wherein the opening of the hermetic container is sealed at a portion of the first layer. A graded material;
A tube actuating member sealed inside the hermetic container and fed from the outside of the hermetic container via the second layer of the functionally graded sealing material;
A tube characterized by comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107799385A (en) * 2016-09-01 2018-03-13 凤凰电机公司 The sealing structure of discharge lamp and the discharge lamp for possessing it

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