JP2009500793A

JP2009500793A - セラミック電球とその製造方法

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Publication number: JP2009500793A
Application number: JP2008519370A
Authority: JP
Inventors: ビューレイ，バーナード・パトリック; ナッドセン，ブル−ス・アラン; ラーメイン，モハメッド; ブリューワー，ジェームズ・アンソニー; ヴァートュリ，ジェームズ・スコット; ツァニ，イスタヴァン; ガベリ，ジョゼフ; ボロツキ，アゴストン; バラニ，ロバート
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2026-06-19
Also published as: US7615929B2; WO2007005259A3; JP5331477B2; CN101213635B; KR20080017408A; WO2007005259A2; EP1900004A2; KR101263704B1; US20070001612A1; CN101213635A

Abstract

本発明は、セラミックアーク外管と、セラミックアーク外管に連結され、セラミックアーク外管の開口部を横切って延びる末端構造体とを含み、末端構造体がセラミックアーク外管の内室と連通した通路を含む電球を提供する。この電球はさらに、通路内を延びかつ通路で封止されたモリブデンレニウム電極リードを含む。モリブデンレニウム電極リードはモリブデンレニウム合金からなる。さらに電球は、内室内の電極リードに連結されたアーク電極チップを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は概ね、照明システムの分野、とりわけ高圧放電電球に関する。

高圧放電電球とは一般的に、アーク管、アーク管の相反する末端に接しかつ差込まれ封止されている末端プラグ、その相反する末端プラグにわたって延びるリード線、アーク管内のそれぞれのリード線に連結されたアーク電極チップ、および様々な構成部分間の単数または複数の封止材とを含む。このような電球の構成部分は通常、異なる材料から作られており、電球は、高温（例えば９００℃〜１２００℃）や高圧（例えば１５ｐｓｉ〜６０００ｐｓｉ）、および電球内の腐食性調量材（例えばハロゲン化物）といった特定の作動状態に対して耐性である。しかし、こうした異なる材料は異なった熱膨張率（ＣＴＥ）を有しており、電球の作動中に熱応力や亀裂を引き起こす恐れがある。例えば、リード線と末端プラグおよび／またはアーク管との間の継ぎ目は、リード線、末端プラグおよび／またはアーク管、ならびに封止材の異なるＣＴＥにより、熱応力や亀裂の影響を受ける恐れがある。
米国特許第５，５９２，０４９Ａ号米国特許第６，２２４，４４９Ｂ１号欧州特許第０８０７９５７Ａ２号英国特許第８１６１３５Ａ号独国特許第１１８２８４２Ｂ号

それゆえに、アーク管および／または末端プラグと比較的適合したＣＴＥを有する導電性かつ耐食性リードシステムが求められている。

一実施形態において、本発明が提供する電球はセラミックアーク外管と、このセラミックアーク外管に連結され、セラミックアーク外管の開口部を横切って延びる末端構造体とを有し、この末端構造体はセラミックアーク外管の内室と連通した通路を含む。電球はさらに、通路内を延びかつ通路で封止されたモリブデンレニウム電極リードを含み、このモリブデンレニウム電極リードはモリブデンレニウム合金からなる。さらに、電球は内室内の電極リードに連結されたアーク電極チップを含む。

別の実施形態において本発明は、照明装置を含むシステムを提供する。この照明装置は、内部を有するセラミックアーク外管と、セラミックアーク外管内に配置された調量材とを含み、この調量材は腐食性材料を含む。照明装置はさらに、セラミックアーク外管に連結され、セラミックアーク外管の開放末端を横切って延び、内部と連通した中空脚部を含む末端構造体と、少なくとも部分的に中空脚部内を延びるモリブデンレニウム合金からなる電極リードと、コイル組立体に連結されたアーク電極チップとを含む。

さらに別の実施形態において、本発明は電球製造方法を提供する。該方法は、セラミックアーク外管の開放末端に末端構造体を連結し、かつそれを横切って延ばすステップと、末端構造体内を延びる通路内に、モリブデンレニウム合金からなるモリブデンレニウム電極リードを配置するステップとを含む。該方法はさらにモリブデンレニウム電極リードを通路に対して封止するステップからなる。

本発明のさらなる実施形態において、電球作動方法を提供する。該方法は、セラミックアーク外管内の電極チップに連結されたモリブデンレニウム電極リードを介してハロゲン化物の作用および熱機械的応力を減らすステップを含み、モリブデンレニウム電極リードはモリブデンレニウム合金からなる。

本発明のこれら、または他の特徴、実施形態および利点は、添付図面を参照し以下の詳細な説明を読むことでより良く理解されるであろう。全図面を通して、同様の参照符号は同様の構成要素を示す。

本発明の実施形態において、電球の性能および機械的安定性を向上させる、モリブデンレニウム電極リードを用いた電球を提供する。有利には、少なくとも部分的に、モリブデンレニウム電極リードとセラミックアーク外管との熱膨張率をより近値にすることにより、モリブデンレニウム電極リードは、セラミックアーク外管内の熱機械的応力を低減する。また、セラミックアーク外管内に用いられた調量材（例えばハロゲン化金属）に対するその一般的耐薬品性により、モリブデンレニウム電極リードはハロゲン化物の作用を低減する。さらに、本発明の電球は、電極リードを末端構造体に連結するために短い封止ガラスを用いることにより、封止工程を可能にすることができる。上述のこれらの特徴を、本発明のいくつかの例示的な実施形態を示す図面を参照して、以下で詳細に説明する。なお、開示された特徴の様々な組合せおよび変更も、本発明の範囲内に含むものとする。

図１は、本発明の特定の実施形態による、内部の特徴を表す例示的な電球１０の断面図である。図２は、図１の電球１０の側断面図である。図１、図２に示すように、電球１０は気密封止された中空体組立体またはアーク外管組立体１２を含む。以下でさらに詳しく説明するように、アーク外管組立体１２はセラミックアーク外管１４を含む。特定の実施形態において、セラミックアーク外管１４は、石英、イットリウムアルミニウムガーネット、イッテルビウムアルミニウムガーネット、微粒多結晶質アルミナ、多結晶質アルミナ、サファイア、およびイットリアから作られている。アーク外管組立体１２の他の構成部分は、多結晶質アルミナ（ＰＣＡ）のような従来の電球材料から成形することができる。

さらに、図示の実施形態において、末端構造体１６、１８は、セラミックアーク外管１４の相反する末端２０、２２の開口部を横切って延びて連結されている。すなわち、末端構造体１６、１８は一般的に、セラミックアーク外管１４の相反する末端２０、２２を覆いかつふさぐ。さらに、図示のように、封止材すなわちシーラント２１、２３を用いて、末端構造体１６、１８をセラミックアーク外管１４に封止することができる。いくつかの実施形態において、これらの封止材は、アルミン酸カルシウム、ディスプロシアアルミナシリカ、マグネシアアルミナシリカ、およびイットリアカルシアアルミナなどの封土ガラスを含むことができる。ニオブ系真鋳を含む他の非ガラス封止材も使用可能である。明らであるように、前述の結合に使われる封止材２１、２３は、少なくとも部分的に、例えばアーク外管１４や末端構造体１６、１８といった様々な電球構成部分に使われる材料の種類に基づく特徴を備えている。例えば、いくつかの実施形態において、電球１０は、多結晶質アルミナ（ＰＣＡ）末端構造体１６、１８に結合されているサファイア管状アーク外管１４から成形されている。さらに他の例を挙げると、いくつかの実施形態において、電球１０は、アルミナ（ＰＣＡ）と類似の膨張率（ＣＴＥ）を有するサーメット末端構造体１６、１８に結合されているＹＡＧ管状アーク外管１４から成形されている。封止材２１、２３は一般的に、例えばＰＣＡ／サファイア封止接触面のように、アーク外管１４と末端構造体１６、１８のそれぞれの接触面での応力を制御するＣＴＥを有する。例えば、封止材２１、２３は、冷却によって発生する引張応力を最小限に抑えるニオブ真鍮または封止ガラスを含むことができ、例えば封止ガラスは、ＰＣＡの平均値およびａ軸または辺縁がはっきりし増大したサファイアの半径値であるＣＴＥ値をもつ。特定の実施形態において、例えば封止ガラスのような封止材の局所的な微細構造の発生を制御するために、封止材２１、２３に局所加熱が施される。

他の実施形態において、末端構造体１６、１８を、いずれの封止材を使うことなく、材料拡散を介してアーク外管１４の相反する末端２０、２２に拡散接合することができる。例えば、局所加熱（例えばレーザ）が末端構造体１６、１８と相反する末端２０、２２との間の接触面に施され材料が共に接合され、それによって気密封止を作り出す。さらに、末端構造体１６、１８がセラミック部品を含む特定の実施形態において、末端構造体１６、１８とアーク外管１４は共に焼結することができる。

さらに、特定の実施形態において、末端構造体１６、１８は扁平構造体２４、２６を含み、扁平構造体２４、２６は、セラミックアーク外管１４の内室３２と連通した中空脚部または通路２８、３０のような突出した通路への開口部を有する。さらに、特定の実施形態において、調量材が内室３２内に配置される。図示の実施形態において、中空脚部２８、３０を、調量材をセラミックアーク外管１４の内室３２内へと注入する調量管として使用することもできる。特定の実施形態において、調量材は、水銀を含まない、すなわち、調量材は水銀以外の単数または複数の材料からなる。特定の実施形態において、調量材は、希ガスまたは金属またはハロゲン化金属またはそれらの組合せからなる。これらの実施形態において、希ガスは、アルゴンまたはキセノンまたはクリプトンまたはそれらの組合せを含むことができる。さらに、これらの実施形態において、金属は、水銀、またはジルコニウム、またはチタン、またはハフニウム、またはガリウム、またはアルミニウム、またはアンチモン、またはインジウム、またはゼラニウム、またはスズ、またはニッケル、またはマグネシウム、または鉄、またはコバルト、またはクロム、またはインジウム、または銅、またはカルシウム、またはリチウム、またはセシウム、またはカリウム、またはイットリウム、またはタンタル、またはタリウム、またはランタン、またはセリウム、またはプラセオジム、またはネオジム、またはサマリウム、またはユーロピウム、またはイットリウム、またはガドリニウム、またはテルビウム、またはジスプロシウム、またはホルミウム、またはエルビウム、またはツリウム、またはルテチウム、またはスカンジウム、またはイッテルビウム、またはそれらの組合せを含むことができる。いくつかの実施形態において、調量材は、希ガスおよび水銀を含む。他の実施形態において、調量材は、臭化物のようなハロゲン化物または希土ハロゲン化金属を含む。これらの実施形態において、調量材は、ハロゲン化物、またはハロゲン化金属、または水銀、またはナトリウム、またはヨウ化ナトリウム、またはヨウ化タリウム、またはヨウ化ジスプロシウム、またはヨウ化ホルミウム、またはヨウ化ツリウム、または貴ガス、またはアルゴン、またはクリプトン、またはキセノン、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態において、調量材は腐食性である。したがって、これらの実施形態においては、腐食性調量材に対して耐性である材料から末端構造体を作ることが望ましい。これらのいくつかの実施形態において、末端構造体１６、１８は、ジルコニア安定化サーメット、アルミナタングステン、または他の伝導性または非伝導性材料のような様々なセラミックや他の適した材料から、用途に応じて成形される。

特定の実施形態において、アーク外管１４は、中空円柱または中空楕円形または中空球体または電球形または長方形の管または他の適した中空透明体のような、様々な異なる幾何構造を有することができる。さらに、以下で詳細に説明するように、末端構造体１６、１８は様々な形状を有することができ、少なくとも部分的にセラミックアーク外管１４内に延びるプラグ形状またはアーク外管１４の相反する末端２０、２２の端の周りを少なくとも部分的にオーバラップするキャップ形状などがある。他の実施形態において、末端構造体１６、１８は実質的に平らな接続表面を有することができ、この接続表面は、内室内に延びることなく、またはアーク外管組立体１２（例えばアーク管）に巻きつくことなく、相反する末端２０、２２に対してぴったりと封止されている。

さらに、図示のアーク外管組立体１２は、モリブデンレニウム電極リード３４、３６を含み、モリブデンレニウム電極リード３４、３６は、封止ガラス３８、４０を用いて、通路２８、３０内を延びかつ通路２８、３０で封止されている。作動中、電極リードは、電力源から電極チップ４２、４４への電力供給を促進し、電極チップ４２、４４間にアークを生じさせる。明らかであるように、封止ガラス３８、４０と中空脚部２８、３０に用いる材料および電極リード３４、３６との間で温度が一致することが望ましい。いくつかの実施形態において、封止ガラス３８、４０は、アルミン酸カルシウム、ディスプロシアアルミナシリカ、マグネシアアルミナシリカ、およびイットリアカルシアアルミナなどの材料からなることができる。有利には、図２のように、封止材３８、４０の長さ３９、４１は、中空脚部２８、３０に用いられる材料と電極リード３４、３６によって、この３つの構成部分間の温度をより一致させるために可変である。

さらに、特定の実施形態において、電極リード３４、３６に用いられるモリブデンレニウム合金は約３５重量パーセント〜約５５重量パーセントのレニウムを含む。いくつかの実施形態において、モリブデンレニウム合金は約４０重量パーセント〜約４８重量パーセントのレニウムを含む。明らかであるように、これらの電球の高温および高圧作動による作動上の制限のため、これらの電球の様々な構成要素は異なる種類の材料から作られる。ＣＴＥ（熱膨張率）が実質的に一致しないことにより熱応力と亀裂が生じる可能性があることに鑑みて、電極リード３４、３６およびアーク外管１４に同等のＣＴＥをもたらすことにより、熱応力と亀裂の可能性を低減することが望ましい。したがって、これらのいくつかの実施形態において、モリブデンレニウム合金のＣＴＥは約５．５×１０^−６／Ｋ〜約７×１０^−６／Ｋの範囲内で変化する。これらの実施形態において、セラミックアーク外管１４のＣＴＥは約７．５×１０^−６／Ｋ〜約９×１０^−６／Ｋの範囲内で変化する。例示的な一実施形態において、モリブデンレニウム合金のＣＴＥは約６×１０^−６／Ｋ〜約７×１０^−６／Ｋの範囲内である。さらに、電極リード３４、３６に用いられているモリブデンレニウム合金は一般的に腐食性調量材（例えばハロゲン化金属）に対して耐性である。さらに、これらの実施形態において、電極リード３４、３６の延性が約０．１パーセント〜約３．０パーセントの範囲内である。明らかであるように、リードシステムの延性が高いことにより、例えば曲がる時に、電極リード３４、３６の破損や亀裂の可能性が低減する。さらに、電球の封止および後続の作動時に生じ得る熱応力を最小限に抑えるため、封止材３８、４０と電極リード３４、３６およびセラミックアーク外管１４の両方との間のＣＴＥは実質的に近値であることが望ましい。

さらに、電極チップ４２、４４は、オーバラップ４６、４８のようなオーバラップを含むことができる。明らかであるように、これらのオーバラップ４６、４８は時として熱吸収源として作用し、電極チップ４２、４４からの熱を吸収し、周囲に熱を消散させる。いくつかの実施形態において、電極チップ４２、４４および／またはオーバラップ４６、４８はタングステンまたはタングステン合金またはレニウムまたはレニウム合金またはタンタルまたはタンタル合金またはそれらの組合せからなることができる。

図３に示す代替的な一実施形態において、電球５０は、セラミックアーク外管１４と、セラミックアーク外管１４の相反する末端２０、２２に連結されている末端構造体１６、１８とを含むアーク外管組立体５２内に配置された代替的なリードシステムを用いる。図示のように、末端構造体１６、１８は扁平構造体２４、２６を含み、扁平構造体２４、２６は、内室３２と連通した中空脚部または通路２８、３０のような突出した通路へ延びる開口部を有する。さらに、アーク外管組立体５２は、封止ガラス５８、６０を用いて通路２８、３０内を延びかつ通路２８、３０で封止されている電極リード５４、５６を含む。図示の実施形態において、電極リード５４はマンドレル６２のようなシャンクを含み、シャンクはマンドレル６２の周面の周りに全長にわたって巻き付けられたコイルオーバラップ６４を含む。同様に、電極リード５４の反対側に配置された電極リード５６はマンドレル６６のようなシャンクを含み、シャンクはマンドレル６６の周面の周りに全長にわたって巻き付けられたコイルオーバラップ６８を含む。明らかであるように、マンドレル６２、６６およびオーバラップ６４、６８の寸法は、通路２８、３０の寸法に対応し、合致する。例えば、いくつかの実施形態において、マンドレル６２、６６の直径は約０．４０ｍｍ、そしてオーバラップ６４および／または６８の直径は約０．１２５ｍｍとすることができる。同様に、比較的長い直径の通路２８、３０を備えた電球では、マンドレル６２、６６の直径は約０．５０ｍｍ、そしてオーバラップ６４および／または６８の直径は約０．１７５ｍｍとすることができる。同様に、さらに長い直径の通路２８、３０を備えた電球においては、マンドレル６２、６６の直径は約０．９０ｍｍ、そしてオーバラップ６４および／または６８の直径は約０．３ｍｍとすることができる。なお、その他の寸法も開示の実施形態の範囲に含むものとする。

さらに、いくつかの実施形態において、マンドレル６２、６６は第１モリブデンレニウム合金から成形され、コイルオーバラップ６４、６８は、マンドレルの第１モリブデンレニウムと同じもしくは異なる第２モリブデンレニウム合金から成形される。したがって、いくつかのこれらの実施形態において、モリブデンレニウム合金は約３５重量パーセント〜約５５重量パーセントのレニウムを含む。さらに、これらの実施形態において、オーバラップ６４、６８を、モリブデンまたはモリブデン合金または第２モリブデンレニウム合金またはタングステンまたはそれらの組合せから作ることができる。いくつかの実施形態において、マンドレルとオーバラップを、実質的に同等なモリブデンレニウム合金から作ることができる。明らかであるように、オーバラップ６４、６８によって、封止ガラス５８、６０と電極リード５４、５６の接点でマンドレル６２、６６にかかる応力の分配が可能となり、それによって、応力により引起されるマンドレル内のいかなる亀裂または構造的欠陥が生じる可能性も大いに低減することができる。さらに、封止ガラス５８、６０の長さ５９、６１は、マンドレルまたはコイルオーバラップの構造次第で変化する。さらに、図示のように、内室３２内に配置されている２つの電極リード５４、５６の末端は電極チップ７０、７２に連結されている。図１を参照し上述したように、電極チップ７０、７２は、電極チップの周りに配置されるタングステンオーバラップのようなオーバラップ７４、７６をさらに有することができる。

図４において、図１の電球の代替的な一実施形態の断面図を示し、以下にそれを説明する。図２および図３のように、現在熟考されている実施形態はアーク外管組立体８０に組み込まれる選択的リードシステムを有する電球７８を含み、このアーク外管組立体８０は、セラミックアーク外管１４とセラミックアーク外管１４の相反する末端２０、２２に連結された末端構造体１６、１８とを含む。さらに、末端構造体１６、１８は、扁平構造体２４、２６を含み、この扁平構造体２４、２６は内室３２に連通した中空脚部２８、３０のような突出した通路に延びる開口部を有する。図示の実施形態において、電極リード８２、８４は中空脚部２８、３０内に配置され、かつそれぞれがコイル組立体に連結されたシャンクを有する２成分構造を有する。例えば、図示の実施形態において、電極リード８２はコイル組立体８８に連結されたシャンク８６を含み、コイル組立体８８はマンドレル９０とマンドレル９０の周面の周りに全長にわたって巻き付けられたコイルオーバラップ９２とを含む。同様に、電極リード８４はコイル組立体９６に連結されたシャンク９４を含み、コイル組立体９６はマンドレル９８とマンドレル９８の周面の周りに全長にわたって巻き付けられたコイルオーバラップ１００とを含む。

特定の実施形態において、シャンク８６、９４およびコイル組立体８８、９６はモリブデンレニウム合金からなることができる。これらの実施形態において、モリブデンレニウム合金は約３５重量パーセント〜約５５重量パーセントのレニウムを含む。代替的な実施形態において、コイルオーバラップ９２、１００を、モリブデンまたはモリブデン合金または第２モリブデンレニウム合金またはタングステンまたはそれらの組合せから作ることができる。

さらに、電球７８は、電極リード８２、８４に連結された電極チップ９９、１０１を含む。図示の実施形態において、電極チップ９９、１０１は、オーバラップ１０３、１０５のようなオーバラップを含むことができる。明らかであるように、これらのオーバラップ１０３、１０５は時として熱吸収源として作用し、電極チップからの熱を吸収し、周囲に熱を消散させる。いくつかの実施形態において、電極チップ９９、１０１および／またはオーバラップ１０３、１０５はタングステンまたはタングステン合金またはレニウムまたはレニウム合金またはタンタルまたはタンタル合金またはそれらの組合せからなることができる。

さらに、現在熟考されている実施形態において、封止ガラス１０２、１０４は電極リード８２、８４を中空脚部２８、３０に結合する。図示の実施形態において、封止ガラス１０２、１０４はシャンク８６、９４上に配置されるが、明らかであるように、代替的に、封止ガラス１０２、１０４をコイル組立体８８、９６上に配置することもできる。明らかであるように、封止ガラス１０２、１０４がコイル組立体８８、９６上に配置される実施形態において、ほかの場合ではマンドレル９０、９８にかかる応力も、マンドレル上のコイルオーバラップの存在により再分配することができ、それによって、応力によりマンドレル内のいかなる亀裂または構造的欠陥も生じる可能性を大いに低減できる。さらに、封止ガラス１０２、１０４の長さ１０６、１０８は、マンドレル、コイルオーバラップ、またはシャンクの構造次第で変化する。

さらに、図５、図６において、図１の末端構造体１６、１８の代替的な実施形態を示す。図５において、２つのプラグ形末端構造体１１２、１１４を用いた例示的電球１１０の代替的な一実施形態の断面図を示し、その説明を以下に記す。図示の実施形態において、電球１１０にはセラミックアーク外管１４、セラミックアーク外管１４の相反する末端２０、２２に差込まれた末端構造体１１２、１１４を用いる。さらに、図示の実施形態において、プラグ形末端構造体１１２、１１４は中空脚部または通路１１６、１１８を有することができ、この中空脚部または通路１１６、１１８は電極リード３４、３６のような電極リードを収容する。図示の実施形態において、電極リード３４、３６は封止ガラス１１５、１１９を用いて通路１１６、１１８に連結される。図示のように、外管１４の相反する末端２０、２２と末端構造体１１２、１１４との間に配置される封止材１２０、１２２を用いて、末端構造体１１２、１１４はセラミックアーク外管１４に気密封止される。図示のように、封止材１２０、１２２の封止接触面はアーク外管１４の相反する末端２０、２２にわたって延びかつアーク外管１４の内室表面内に延びる。

図６において、セラミックアーク外管１４を有する電球１２３の代替的な一実施形態の断面図を示し、その説明を以下に記す。図示の実施形態において、電球１２３は、セラミックアーク外管１４の相反する末端２０、２２に連結されたキャップ形末端構造体１２４、１２６を含む。さらに、末端構造体１２４、１２６は、キャップ形末端構造体１２４、１２６から突出し、かつ電極リード３４、３６のような電極リードを収容する中空脚部または通路１３２、１３４を有する。さらに、電極リード３４、３６は、封止ガラス１３６、１３８によって通路１３２、１３４に連結している。図示のように、外管１４と末端構造体１２４、１２６との間に配置される封止材１４０、１４２を用いて、末端構造体１２４、１２６はセラミックアーク外管１４に気密封止される。図示のように、封止材１４０、１４２の封止接触面はアーク外管１４の相反する末端２０、２２にわたって延びかつアーク外管１４の内室表面内に延びる。明らかであるように、図５および図６の実施形態においては、図１〜図４の電極リードを、本発明の代替的な実施形態の通路１１６、１１８および／または通路１３２、１３４に適合させることができる。

図７において、図１、図２の電球の特定の特徴を組み入れ、さらに構成部分間の特有の封止を有する電球１４４の代替的な一実施形態の断面図を示す。図示の実施形態において、電球１４４は、相反する末端２０、２２を含むセラミックアーク外管１４を含む。図示のように、相反する末端２０、２２は、封止材を使わずに継ぎ目１５０、１５２で末端構造体１４６、１４８にぴったりと封止されている。例えば、拡散結合、または隣接するアーク外管１４および末端構造体１４６、１４８の材料を共に焼結することにより、継ぎ目１５０、１５２をぴったりと封止することができる。さらに、これらの構成部分間の接触面周辺に局所加熱（例えばレーザ光線）を施すことにより継ぎ目１５０、１５２をぴったりと封止することが可能となる。

図８において、図１の電球の代替的な一実施形態の断面図を示す。図示の実施形態において、電球１５４は、相反する末端１６０、１６２を備えた外管１５８を有するアーク外管組立体１５６を含む。さらに、電球１５４は内室１５７とセラミックアーク外管１５６の相反する末端１６０、１６２に差込まれた末端構造体１６４、１６６とを含む。電球１５４はさらに、電極チップ１７１、１７２のそれぞれに連結した電極リード１６８、１７０を含む。いくつかの実施形態において、電極リード１６８、１７０はそれぞれ末端構造体１６４、１６６に焼嵌めすることができる。例えば、電極リード１６８、１７０を末端構造体１６４、１６６に継ぎ目１７５、１７７で焼結接合することにより、電極リード１６８、１７０はリード受け口１７４、１７６に焼嵌めすることができる。

さらに、電球１５４はプラグ部材１７８を含み、このプラグ部材１７８は、本発明による実施形態の末端構造体１６６の調量通路１８０から突起している。明らかであるように、電球１５４は調量通路１８０にわたって調量材で満たされている。図１を参照し上述したように、いくつかの実施形態において、調量材は希ガスと水銀を含む。他の実施形態において、調量材は臭化物のようなハロゲン化物または希土ハロゲン化金属を含む。いくつかの実施形態において、調量材は水銀を含まないことがある。調量通路１８０は続いてプラグ部材１７８によって封止される。例えば、プラグ部材１７８は、封止材、拡散結合（例えば局所加熱を用いて）または他の適した封止技術によって封止することができる。いくつかの実施形態において、プラグ部材１７８は、サーメットのような末端構造体１６６と実質的に類似または一致した熱膨張率を有する材料からなる。

図示のように、末端構造体１６４、１６６は封止材１８２、１８４によってセラミックアーク外管１５８にぴったりと封止されている。上述のとおり、前述の結合に用いられる封止材１８２、１８４は、少なくとも部分的に、例えばアーク外管１５８および末端構造体１６４、１６６といった様々な電球構成部分に使用する材料の種類に基づく特徴を備えている。代替的な一実施形態において、末端構造体１６４、１６６は封止材を用いてまたは封止材なしでセラミックアーク外管１５８にぴったりと封止することができる。

図８において、実施形態の電極リードは、図２の電極リードと同等のものを用いているが、明らかであるように、図３、図４に示す図２の電極リードの代替的な実施形態もまた電球１５８を用いることができる。同様に、代替的な実施形態において、末端構造体１６４、１６６を、用途に応じて、図５、図６の末端構造体と同等とすることができる。図９〜図１２は、図２におけるアーク外管組立体１２の、本発明による実施形態の材料調量および封止工程をさらに示す、側断面図である。明らかであるように、図示の工程を、図３〜図８に示す組立体のようなアーク外管組立体の他の実施形態にも適用できる。図９に示す実施形態において、アーク外管組立体１２は、電極リード３４、３６を収容する２つの通路２８、３０を含む。図９に示す実施形態において、これらの通路２８、３０はさらに調量管として作用する。図示のように、２つのうち一方の通路３０は他方の通路２８より前に封止されるので、他方の通路２８を、アーク外管組立体１２に調量材を注入するために使うことができる。いったん通路３０が封止されると、アーク外管組立体１２は単数または複数の処理システムに連結し、アーク外管組立体１２に適切な調量材を提供することができる。

図１０おいて、矢印１８７、１８８で表す処理システム１８６が、アーク外管１４内に現在あるいずれの物質１８９も排出するように作動する、本発明による一実施形態を示す。例えば、処理システム１８６と調量通路２８との間で管類を連結することができる。図１１において、図１０同様、いったんアーク外管組立体１２が空になると、矢印１９２、１９３で表すように、処理システム１８６は続けてアーク外管１４に単数または複数の調量材１９０を注入する。例えば調量材１９０は希ガス、水銀、ハロゲン化物などを含む。

さらに、調量材１９０を、気体、液体、または調量ピルなどの固体の形状でアーク外管１４に注入することができる。図１２に示すように、適切な調量材１９０がアーク管１４に注入されると、本発明では続けて通路２８が閉じる。それに加えて、レーザなどの局所加熱を気密封止３８に施すことができ、通路２８をよりよく結合し閉鎖する。

図１３において、電球製造のための例示的なステップ１９４、および図１〜図８を参照し説明するシステムを示す。図示のように、ステップ１９４は、セラミックアーク外管に末端構造体を連結し、セラミックアーク外管を横切って延ばすこと（ブロック１９８）から始まる。ブロック２００において、末端構造体にわたって延びる通路内のマンドレルの周りにコイル組立体を配置するステップを示す。ここで、コイルとマンドレルはそれぞれモリブデンレニウム合金からなる。さらに、ブロック２０２において、上述のように封止材を用いて調量通路を封止するステップを示す。

図１４〜図１６において、例えば図１〜図８を参照し説明する、本発明による実施形態の電球を用いた、例示的なシステムを示す。特定の実施形態において、本発明の電球を、ハウジングをさらに含むシステムに用いることができる。いくつかの実施形態において、ハウジングは、セラミックアーク外管を少なくとも部分的に取り囲む反射外シュラウドを含む。さらに、ハウジングは、電極リードに電気的に連結された安定器２２１も含む。明らかであるように、安定器２２１を、電球に始動電圧を印加し、電流フローまたは電極チップ間のアークを安定させるように設計する。いったん電球が作動すると、安定器を、電極リードへの電流供給を調整するために使用することもできる。図１４において、本発明の実施形態による、アーク外管組立体２０８を収容する囲い２０６を有する反射性電球組立体２０４の一実施形態を示す。明らかであるように、代替的な実施形態において、アーク外管２０８は、図１〜図８のいずれのアーク組立体にも置換できる。さらに、囲い２０６は湾曲反射面２１０、中心背面通路または取付連結部２１２、および前面光源開口部２１４を含む。図示のように、アーク外管組立体２０８は取付連結部２１２内に取り付けられているので、光線２１６は、組立体２０８から、通常湾曲した反射面２１０の外方へ向かうが、次いで、矢印２１８で表すように、湾曲表面２１０によって前面光源開口部２１４方向に反射する。前面光源開口部２１４において、図示の反射性電球組立体２０８は透明または半透明のカバー２２０も含み、このカバー２２０は扁平またはレンズ形構造であることができ、アーク外管組立体２０８からの光源を焦点に集めかつ方向付ける。それに加えて、カバー２２０は、赤、青、緑、またはそれらの組合せのような着色を含むこともできる。

特定の実施形態において、反射性電球組立体２０４を、輸送システム、ビデオシステム、一般用途照明アプリケーション（例えば屋外照明システム）などの様々な用途に組み入れ、または適合させることができる。例えば、図１５において、図１４に示した反射性電球組立体２０４を含むビデオ映写システム２２２の一実施形態を示す。図１６において、さらなる実施例として、本発明の特定実施形態による１組の反射性電球組立体２０４を有する自動車などの車両２２４を示す。

本明細書において、本発明の特定の特徴のみを図示し説明しているが、そこから当業者は多くの修正および変更を考えつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲内におけるすべてのそのような修正および変更を包含することを意図することは理解されよう。

セラミックアーク外管と、このセラミックアーク外管に連結され、セラミックアーク外管の相反する末端でセラミックアーク外管の開口部を横切って延びる末端構造体とを有し、また通路とモリブデンレニウム電極リードとを有し、この電極リードは通路内を延びかつ通路で封止されている、本発明による例示的な実施形態の電球を示す断面斜視図である。セラミックアーク外管と、このセラミックアーク外管に連結され、セラミックアーク外管の開口部を横切って延びる末端構造体とを有し、また、通路とモリブデンレニウム電極リードとを有し、この電極リードは通路内を延びかつ通路で封止されている、本発明による代替的な実施形態の電球を示す断面図である。セラミックアーク外管と、このセラミックアーク外管に連結され、セラミックアーク外管の開口部を横切って延びる末端構造体とを有し、また、通路とモリブデンレニウム電極リードとを有し、この電極リードは通路内を延びかつ通路で封止されている、本発明による代替的な実施形態の電球を示す断面図である。セラミックアーク外管と、このセラミックアーク外管に連結され、セラミックアーク外管の開口部を横切って延びる末端構造体とを有し、また、通路とモリブデンレニウム電極リードとを有し、この電極リードは通路内を延びかつ通路で封止されている、本発明による代替的な実施形態の電球を示す断面図である。本発明による代替的な実施形態の、電球内に用いる末端構造体を示す断面図である。本発明による代替的な実施形態の、電球内に用いる末端構造体を示す断面図である。図１〜図２の電球が有する末端構造体は拡散結合を介してセラミックアーク外管にぴったりと封止されている、図１〜図２の電球の代替的な実施形態を示す断面図である。本発明による実施形態の、それぞれの末端構造体内で焼嵌めされた電極リードを含む電球を示す断面図である。本発明による実施形態の、電球調量方法の特定の実施形態をさらに示す、図２の電球の断面図。本発明による実施形態の、電球調量方法の特定の実施形態をさらに示す、図２の電球の断面図。本発明による実施形態の、電球調量方法の特定の実施形態をさらに示す、図２の電球の断面図。本発明による実施形態の、電球調量方法の特定の実施形態をさらに示す、図２の電球の断面図。本発明による特定の実施形態の、例示的な電球製造方法を示す流れ図である。本発明による特定の実施形態の、セラミック電球が反射性外シュラウド内に配置されたセラミック電球を有する、自動車ヘッドランプ等の反射性電球組立体の断面図である。本発明による特定の実施形態の、セラミック電球を有するビデオ映写システムを示す斜視図である。本発明による特定の実施形態の、セラミック電球を有する自動車等の車両を示す斜視図である。

符号の説明

１０電球
１４セラミックアーク外管
１６、１８末端構造体
２８、３０通路
３４、３６電極リード
４２、４４アーク電極チップ

Claims

セラミックアーク外管と、前記セラミックアーク外管に連結され、前記セラミックアーク外管の開口部を横切って延び、前記セラミックアーク外管の内室と連通した通路を含む末端構造体と、前記通路内を延び、前記通路で封止され、モリブデンレニウム合金からなるモリブデンレニウム電極リードと、前記内室内の前記電極リードに連結されたアーク電極チップとを含む電球。
前記モリブデンレニウム合金が約３５重量パーセント〜約５５重量パーセントのレニウムを含む、請求項１記載の電球。
前記モリブデンレニウム合金の熱膨張率が約５．５×１０^−６／Ｋ〜約７×１０^−６／Ｋの範囲内である、請求項１記載の電球。
前記電極リードの延性が約０．１パーセント〜約３．０パーセントの範囲内である、請求項１記載の電球。
前記電極リードが、第１モリブデンレニウム合金からなるマンドレルと、前記マンドレルの周面の周りに巻き付けられて全長にわたって延びたコイルとを含み、前記コイルがモリブデンまたはモリブデン合金または第２モリブデンレニウム合金またはタングステンまたはそれらの組合せからなる、請求項１記載の電球。
前記第１、第２モリブデンレニウム合金がそれぞれ約３５重量パーセント〜約５５重量パーセントのレニウムを含む、請求項５記載の電球。
前記第１、第２モリブデンレニウム合金の熱膨張率がそれぞれ約５．５×１０^−６／Ｋ〜約７×１０^−６／Ｋの範囲内である、請求項５記載の電球。
前記モリブデンレニウム電極リードが、第３モリブデンレニウム合金からなるシャンクと、前記シャンクに連結され、第４モリブデンレニウム合金からなるマンドレルを含むコイル組立体と、前記マンドレルの周面の周りに全長にわたって巻き付けられた第５モリブデンレニウム合金からなるコイルとを含む、請求項１記載の電球。
前記第３、第４、第５モリブデンレニウム合金がそれぞれ約３５重量パーセント〜約５５重量パーセントのレニウムを含む、請求項８記載の電球。
さらに、前記アーク電極チップ上に配置されるオーバラップを含み、前記オーバラップがタングステンまたはタングステン合金またはレニウムまたはレニウム合金またはタンタルまたはタンタル合金またはそれらの組合せからなる、請求項１記載の電球。
前記内室内に配置される調量材を含み、前記調量材がハロゲン化物またはハロゲン化金属または両方からなる、請求項１記載の電球。
前記調量材が水銀を含まない、請求項１１記載の電球。
前記内室内に配置された腐食性調量材を含み、前記モリブデンレニウム合金が前記腐食性調量材に対して耐性である、請求項１記載の電球。
前記末端構造体から外方に延びかつ前記通路と連通した中空部材を含み、前記電極リードが少なくとも部分的に前記中空部材内を延びている、請求項１記載の電球。
前記中空部材と前記電極リードが互いに気密封止されている、請求項１４記載の電球。
前記中空部材と前記末端構造体がセラミック材料からなる、請求項１４記載の電球。
前記末端構造体がセラミック材料からなり、前記中空部材が第６モリブデンレニウム合金からなる、請求項１４記載の電球。
照明装置を含むシステムであって、前記照明装置が、内部を有するセラミックアーク外管と、前記セラミックアーク外管内に配置された腐食性材料からなる調量材と、前記セラミックアーク外管に連結され、前記セラミックアーク外管の開放末端を横切って延び、前記内部と連通した中空脚部を含む末端構造体と、少なくとも部分的に前記中空脚部内を延びるモリブデンレニウム合金からなる電極リードと、前記電極リードに連結されたアーク電極チップと、前記セラミックアーク外管を少なくとも部分的に取り囲む反射外シュラウドを含むハウジングと、前記電極リードに電気的に連結された安定器とを含むシステム。
前記電極リードが、第１モリブデンレニウム合金からなるマンドレルと、前記マンドレルの周面の周りに全長にわたって巻き付けられるコイルとを含み、前記コイルがモリブデンまたはモリブデン合金または第２モリブデンレニウム合金またはタングステンまたはそれらの組合せからなる、請求項１８記載のシステム。
前記照明装置を有する車両を含む、請求項１７記載のシステム。
前記照明装置を有するビデオ映写機を含む、請求項１７記載のシステム。
電球製造方法であって、セラミックアーク外管の開放末端に末端構造体を連結し、かつそれを横切って延ばすステップ、前記末端構造体内を延びる通路内に、モリブデンレニウム合金からなるモリブデンレニウム電極リードを配置するステップ、前記モリブデンレニウム電極リードを前記通路に対して封止するステップを含む方法。
連結するステップが、前記末端構造体のセラミック材料を前記セラミックアーク外管に対して封止するステップを含む、請求項２２記載の方法。
電極チップを前記コイル組立体に連結するステップを含む、請求項２２記載の方法。
封止ステップが、前記末端構造体から突出する中空部材に対して前記モリブデンレニウム電極リードを気密封止するステップを含む、請求項２２記載の方法。
封止ステップが局所加熱または常温圧接またはそれらを組合せたステップを含む、請求項２２記載の方法。
セラミックアーク外管内の電極チップに連結されたモリブデンレニウム電極リードを介してハロゲン化物の作用および熱機械的応力を減少させるステップを含み、前記モリブデンレニウム電極リードがモリブデンレニウム合金からなる電球作動方法。