JP2009206098A - クロムをコーティングしたニオビウムフィードスルーを備えるセラミック製の放電容器及び該放電容器を収納する放電灯 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック製放電容器用の耐酸化性の高いニオビウムフィードスルー、セラミック製放電容器におけるシール形成法、アウタージャケットの無い開放型フィクスチャ内で作動するセラミック製放電容器を備えるＨＩＤ放電灯、を提供すること。
【解決手段】光源３０が開放型フィクスチャ３２を含み、放電管１０がポリクリスタリンアルミナ製の管状胴部１２を含み、シール１４が、外面２０を管状胴部１２に接着したポリクリスタリンアルミナ製の環状ディスク１８を含むサブアセンブリ２６を含み、管状のニオビウムフィードスルー２２が環状ディスク１８の内面、すなわち表面２４にシールされ、管状のニオビウムフィードスルー２２の外面に、クロム又はクロムとニオビウムとの合金からなる層２８が接着され、層２８の、ニオビウムフィードスルーに代わるクロム部分が耐酸化性部分となって放電灯の屋外動作を可能とする。
【選択図】図３ａ

Description

本発明は、高輝度放電灯（以下、ＨＩＤランプあるいはＨＩＤ放電灯とも称する）に関し、詳しくは、そうしたランプ用のセラミック放電容器に関する。

高圧ナトリウムランプやセラミックメタルハライドランプのようなＨＩＤランプは高効率光源であり、これらのランプの中心部のセラミック放電容器（アーク管又はバーナーとも称する）は透明で且つＨＩＤランプ作動時の高温高圧条件耐性を要する。ＨＩＤランプ用途の放電容器形成用に好ましいセラミックはポリクリスタリンアルミナ（以下、ＰＣＡ）であるが、サファイヤ、イットリウムアルミニュームガーネット、ジスプロシウムオキシド、アルミニュームニトリド及びアルミニュームオキシニトリドのようなその他セラミックスも使用できる。

従来のセラミック放電容器では、導電性金属からなるフィードスルーを使用して電気エネルギーを放電空間に伝播させるが、セラミック容器と金属フィードスルーとを密封シールすると材料特性上の相違、特には熱膨張係数の相違から問題が起きやすい。ポリクリスタリンアルミナの場合は、材料の熱膨張性が極め近いという理由から、代表的にはＰＣＡセラミックとニオビウムフィードスルーとの間をシールする。ニオビウムフィードスルーは少なくともタングステン電極と連結される。タングステン電極は融点がニオビウムのそれよりも著しく高いという理由から放電用アタッチメントの先端部形成に使われる。

しかしながら、ニオビウムは空気で酸化されるとランプを故障させるので、放電容器を真空中又は不活性ガス雰囲気内で作動させてランプ作動中のニオビウムフィードスルーと空気との接触を防止しなければならず、それがランプコストや全体サイズを増大している。かくして、耐酸化性があり、しかも尚、所望のシール特性を維持するニオビウムフィードスルーには有益性が見込まれる。

従って、解決しようとする課題は、従来製品の欠点を排除することである。
解決しようとする他の課題は、セラミック製放電容器用の耐酸化性の高いニオビウムフィードスルーを提供することである。
解決しようとする他の課題は、セラミック製放電容器におけるシール形成法を提供することである。
解決しようとする他の課題は、アウタージャケットの無い開放型フィクスチャ内で作動するセラミック製放電容器を備えるＨＩＤ放電灯を提供することである。

本発明の１様相によれば、
放電灯であって、
ポリクリスタリンアルミナからなるセラミック製の胴部にして、少なくとも１つのシールを有し且つ放電空間を包囲する胴部を有し、
前記放電空間が、放電維持媒体と少なくとも１つの電極とを収納し、
前記シールが、少なくとも１つの電極と外部電源との間を電気的に連結する、胴部内にシールされたニオビウムフィードスルーを有し、
前記ニオビウムフィードスルーが、耐酸化性を提供するための、クロム又はクロムとニオビウムとの合金からなる層をその外面上に有する放電灯が提供される。

本発明の他の様相によれば、セラミック製放電容器の製造方法であって、
管状のポリクリスタリン製胴部を形成すること、
ポリクリスタリンアルミナ製の、シール用の一対の環状ディスクを形成すること、
前記環状ディスクによってシールされる領域を各有する一対のニオビウムフィードスルーを形成すること、
ニオビウムフィードスルーの外面をクロム層でコーティングすること、
各ニオビウムフィードスルーを前記シール用環状ディスクの各一方に挿通してサブアセンブリを形成すること、
サブアセンブリを１７００〜１９００℃、好ましくは約１８５０℃の温度下に真空焼成して各環状ディスクを各シール領域にシールすること、
次いで、焼成した各サブアセンブリを前記管状の胴部の各端部内に挿通させ且つシールすること、
を含む方法が提供される。

好ましい実施例では、
放電灯であって、
ポリクリスタリンアルミナから形成した管状胴部と、
管状胴部の各端部をシールする一対のシールと、
を含み、
前記各シールが、管状胴部にその外面を接着したポリクリスタリンアルミナ製の環状ディスクと、この環状ディスクのシール領域の内面にシールした管状のニオビウムフィードスルーと、を含み、前記管状のニオビウムフィードスルーが、クロム又はクロムとニオビウムとの合金からなる層をその外面上に有し、前記層が、前記シール領域内でニオビウムフィードスルーと管状ディスクとの間に配置された放電灯が提供される。
クロムコーティングしたニオビウムフィードスルーを使用することにより、ランプをセラミック製放電容器で構成し、アウタージャケット、ゲッター、ガラスステム又は関連するプロセス処理及びこれら各コンポーネントの組み立てを要することなく作動させ得る。

従来製品の欠点が排除され、
セラミック製放電容器用の耐酸化性の高いニオビウムフィードスルーが提供され、
セラミック製放電容器におけるシール形成法が提供され、
アウタージャケットの無い開放型フィクスチャ内で作動し得るセラミック製放電容器を備えるＨＩＤ放電灯が提供される。

図１は、クロムコーティングしたニオビウムフィードスルーを有するサブアセンブリの断面図である。 図２は、サブアセンブリの環状リングの平面図である。 図３ａは、本発明の実施例のダイヤグラム的に表した断面図である。 図３ｂは、本発明の他の実施例のダイヤグラム的に表した断面図である。

以下に、図面を参照して本発明を説明するに、図１〜図３には本発明の好ましい実施例が示され、図３ａに示すように、光源３０が、閉鎖端部３６及び開放端部３８を持つ反射用胴部３４を備えた開放型フィクスチャ３２を含んでいる。反射用胴部３４内には放電管１０の形態のセラミック製の放電容器を取り付ける。放電管１０はポリクリスタリンアルミナから形成したセラミック製の管状胴部１２を含み、一対のシール１４が管状胴部１２の各端部１６をシールし、シールされた管状胴部１２が放電空間６０を包囲する。本実施例では、セラミック製放電容器は管状であるが、球状の放電容器を含むその他形態としても良い。完成状態の放電管１０はアーク放電維持用媒体を収納する。高圧ナトリウムランプの場合、ランプ動作上必要な媒体にはナトリウムアマルガムと充填ガスとが含まれる。

シール１４は、外面２０を管状胴部１２に接着したポリクリスタリンアルミナ製の環状ディスク１８を含むサブアセンブリ２６を含む。管状のニオビウムフィードスルー２２を環状ディスク１８の内面、すなわち表面２４にシールし、環状ディスクの何れかの側端を越えて伸延させる。管状のニオビウムフィードスルー２２の各端部にタングステン電極６１を取り付ける。管状のニオビウムフィードスルー２２は、クロム又はクロムとニオビウムとの合金からなる層２８がその外面に接着され、この層の、ニオビウムフィードスルーに代わるクロム部分が耐酸化性部分となって屋外での動作を可能とする。

サブアセンブリ及びニオビウムフィードスルーの拡大図が図１に示され、図２には環状ディスク１８の平面図が示されるが、例示目的上、各サイズは誇張されている。
放電管１０が屋外環境内で作動することから、反射用胴部３４の開放端部３８をカバーせずに天井取り付けランプとして使用できるが、所望であればビーム変化用のカバー又はレンズ４０を取り付けて使用できる。

安定器から放電管１０までの電気接点４２を反射用胴部３４の閉鎖端部３６から差し込むことができる。安定器は、各タングステン電極６１間に生じるアーク放電を安定させるべく、外部電源（図示せず）から放電管への電力を供給及び調節する。
クロム層を、好ましくはクロム粉末−メタノールスラリを介して被着させる。スラリはニオビウム管の外面上に塗布し、乾燥後の厚さは約１００〜５００μｍとする。

放電管の調製に際し、予備焼成した環状ディスク１８に、クロムの層２８を被着したニオビウム管２２を嵌入させてサブアセンブリを構成し、このサブアセンブリを約１７００〜１９００℃、好ましくは１８５０℃の温度で３０分〜４時間、好ましくは１時間真空焼成する。
焼成した環状ディスク１８の内径（ＩＤ）がニオビウム管２２の外径（ＯＤ）よりも６〜２０％、好ましくは１０％小さくなるように選択して接着の良好化を図る。１８５０℃で１時間真空焼成すると、クロムコーティングしたニオビウム管がＰＣＡ製の環状ディスク１８にしっかりと接着する。焼成は環状ディスク１８が半透明になるまで行う。水素焼成ではなく真空焼成を選択したのは、ニオビウムは水素焼成すると脆化するからである。真空焼成したニオビウムは周囲温度下にピンチシールするに十分な展性を維持するので通常の高温のガラスフリットシール法の使用が回避される。

しかしながら他の実施例では、何れも焼成済みの、管状胴部とクロム被着したＮｂ−ＰＣＡリングのサブアセンブリとをガラスフリットシール法で連結できる。この連結法には水素トンネル炉内で連続生成できる焼成済み管状胴部を使用できる利点がある。他方、何れも真空焼成した、管状胴部とクロム被着したＮｂ−ＰＣＡリングのサブアセンブリは真空炉でバッチ生成される。

焼成中、クロムが先ず液状の薄膜となってニオビウム中に入り込み、ニオビウムは逆に環状ディスク１８のＰＣＡ表面２４に移行する。次いでクロムの液状薄膜が漸減してニオビウムと環状ディスク１８のＰＣＡとの接着が容易化される。ニオビウムの表面上に残るクロム層（又はクロムとニオビウムとからなる層）はニオビウムの空気酸化防止用保護層として作用する。その他の金属、詳しくはＴｉやＺｒもテストしたが、何れもＰＣＡに対しては不作用又は望ましくないことが分かった。真空中で１８５０℃の温度で加熱したＰＣＡ／Ｚｒ／Ｎｂ／ＰＣＡ構成のテストスタックには溶融した形跡は無く、真空中で１６１５℃に過ぎない温度で加熱した時、Ｔｉが蒸発してＰＣＡ中に拡散し、ＰＣＡが所望されざるピンク色に変色した。

シールしたサブアセンブリを管状胴部の端部内に挿通し、先に説明した任意の技法で放電管を形成し、次いで、ニオビウム管を番号３５の位置で示すようにピンチシールする。
かくして、放電管１０が図３ａ及び図３ｂに示すようにフィクスチャ内に直付けされ、アウタージャケット及び不活性又は真空雰囲気を要することなく大気内で作動される。

放電容器を、図３ａに示すようにフィクスチャの中心軸（反射用胴部３４により画定される）に沿って取り付けて７０〜９０°の角度範囲をカバーさせ、又は、図３ｂに示すように中心軸と直交する状態で取り付けて広い角度範囲（例えば１２０°）をカバーさせることができる。
大気内作動する放電容器の電圧及び壁温度は、真空アウタージャケット内で作動する同様の放電容器のそれよりも低いが、そうした電圧及び壁温度は、ＰＣＡ製の胴部の寸法形状及び又は放電媒体の組成を、同一又はもっと高い作動効率が維持されるように変化させることで最適化され得る。

かくして、アウタージャケットや空気の無い隔絶環境のみならず、関連するプロセス処理やアセンブリを必要とすること無く大気内作動する高輝度放電灯が提供される。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

１０ 放電管
１２ 管状胴部
１４ シール
１６ 端部
１８ 環状ディスク
２２ ニオビウムフィードスルー
２４ ＰＣＡ表面
２６ サブアセンブリ
２８ クロムからなる層
３０ 光源
３２ 開放型フィクスチャ
３４ 反射用胴部
３６ 閉鎖端部
３８ 開放端部
４０ レンズ
４２ 電気接点
６０ 放電空間
６１ タングステン電極

Claims (8)

1. 放電灯であって、
   ポリクリスタリンアルミナで形成したセラミック胴部にして、少なくとも１つのシールを有し且つ放電空間を包囲し、該放電空間が放電維持媒体と、少なくとも１つの電極とを収納するセラミック胴部と、
   少なくとも１つの電極と外部電源とを電気的に接続するニオビウムフィードスルーを内部にシールした少なくとも１つのシールと、
   を含み、
   前記ニオビウムフィードスルーが、耐酸化性を提供するための、クロム又はクロムとニオビウムとの合金からなる層をその外面上に有する放電灯。
2. 放電灯が、開放端を有する反射用胴部を備えた開放型フィクスチャ内に取り付けられる請求項１の放電灯。
3. 開放端がカバーされる請求項２の放電灯。
4. 放電灯であって、
   ポリクリスタリンアルミナから形成した管状胴部と、
   該管状胴部の各端部をシールする一対のシールと、
   を含み、
   前記各シールが、前記管状胴部にその外面を接着したポリクリスタリンアルミナ製の環状ディスクと、環状ディスクの内面のシール領域に対してシールされた管状のニオビウムフィードスルーとを含み、前記該ニオビウムフィードスルーが、クロム又はクロムとニオビウムとの合金から成る層をその外面上に有し、該層が前記シール領域内のニオビウムフィードスルーと環状ディスクとの間に位置付けられる放電灯。
5. セラミック製の放電容器の製造方法であって、
   ポリクリスタリン製の管状胴部を形成すること、
   ポリクリスタリンアルミナ製の、シール用の一対の環状ディスクを形成すること、
   該環状ディスクに対してシールされるシール領域を各有する一対のニオビウムフィードスルーを形成すること、
   ニオビウムフィードスルーの外面をクロム層でコーティングすること、
   各ニオビウムフィードスルーを前記各環状ディスク内に挿通してサブアセンブリを形成すること、
   該サブアセンブリを１７００〜１９００℃の温度で焼成して各環状ディスクを各シール領域に対してシールすること、
   次いで、焼成したサブアセンブリを前記管状胴部の各対向端部内に挿通し且つ該端部に対してシールすること、
   を含む方法。
6. クロム層を、ニオビウムフィードスルーをクロム及びメタノールのスラリでコーティングすることにより被着させ、被着させたクロム層を乾燥して１００〜５００μｍの間の厚さとすること、を含む請求項５の方法。
7. サブアセンブリが約１８５０℃の温度で加熱される請求項５の方法。
8. セラミック製の放電容器用のフィードスルーであって、
   ニオビウム管を含み、該ニオビウム管が、耐酸化性を提供するための、クロム又はクロムとニオビウムとの合金からなる層をその外面上に有するフィードスルー。

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