JP2009518794A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、セラミック放電管を含むメタルハライドランプに関する。このメタルハライドランプにおいて、モリブデンからなるリードスルー（１１）が、サーメットからなるプラグ（１５）に金属間界面勾配（２０）を介して結合されている。

Description

本発明は、請求項１の前文によるメタルハライドランプに関する。これは、特に全般照明に使用されるセラミック放電管を有するランプである。

従来の技術
米国特許第６５９０３４２号明細書から既にメタルハライドランプは公知である。リードスルーはガラスはんだによりプラグにおいて密封されている。熱膨張係数を良好に適合させるために、そこではモリブデンのアルミニウム化物であるＭｏ３Ａｌからなる膜がリードスルーに形成される。

リードスルーはピンであり、ピンの一部がモリブデンからなる。その場合に膜は特に封入物のハロゲンに対して耐えるという付加的な目的を持っている。

発明の説明
本発明の課題は、リードスルーの密閉をできるだけ永続的に形成し、リードスルーとその周囲との改善された付着を達成することにある。

この課題は請求項１の特徴事項によって解決される。特に有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

従来においては、セラミック放電管を有する高圧放電ランプのための封止技術の満足のいく解決がまだなされていない。

封止のために今日では管またはピンとしてのモリブデンリードスルーが、特にＭｏおよびＡｌ₂Ｏ₃からなるサーメットプラグの中心に嵌め込まれる。管がピンよりも大きい弾性を有することから、管を使用するのが有利である。サーメットは、ほぼ５０：５０割合で、特に３０：７０の割合から７０：３０の割合の範囲で、両成分から構成されている。引続いてこのシステムが透明なＡｌ₂Ｏ₃等からなる放電管内に挿入される。その後、放電管端部のＡｌ₂Ｏ₃内壁にサーメットプラグの付着が、公知の如く、約１６００℃において溶解するガラスはんだの付加を介して行なわれ、ガラスはんだはしっかりした界面結合を生じる。

しかし、従来技術の場合には、プラグとリードスルーとの間の結合品質が不十分である。なぜならば、金属のリードスルー、特にモリブデン管とガラスはんだと結合が、ガラスはんだと反応しない不活性のモリブデンにおいては失敗するからである。それゆえ、モリブデンリードスルーとガラスはんだとの間には、不十分な付着作用を有する純粋に物理的な結合が存在するにすぎない。したがって、ランプの点灯状態と消灯状態との間の絶え間のない温度変化により隙間が発生し、これが最終的に気体漏れ、従ってランプ故障を招く。

本発明によれば、この代わりに今やガラスはんだまたは溶融セラミックスなしで済まされる。サーメットからなるプラグに対するＭｏリードスルーの良好な付着作用が、今やリードスルーの表面の活性化によって達成される。アルミニウム処理によりアルミニウムがガス相を介してモリブデンからなるリードスルーの表面に反応形成される。この場合に、外側に先ずＭｏ３Ａ１８層が形成される。これは、温度および時間に依存する拡散処理において行なわれる。そのために、特にＭｏ管がＡｌを含む混合物粉末床の中に置かれ、８００〜１２００℃の範囲の温度において保護ガス雰囲気中で加熱される。リードスルーの表面には外側にＡｌに富んだＡｌ８Ｍｏ３相からなる勾配組織が生じ、これの更に内側にＡｌの少ない相、とりわけＭｏ３Ａｌが続き、これの内側において管の純粋なＭｏ組織に移行する。表面近くの外側相から、主として先ずはＡｌ８Ｍｏ３相からのアルミニウムが、Ｍｏ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメットからなるプラグのＭｏと反応することができ、したがってプラグとリードスルーとの強固な結合が、同時にＡｌとＭｏとを含んでいる付着層により達成可能である。この場合に方法操作に応じて、付着層におけるＡｌおよびＭｏの一部がＭｏおよびＡｌ₂Ｏ₃からなるサーメットに変換される。

このようにしてＭｏリードスルーとサーメットプラグとの間の界面の付着性が決定的に改善される。

良好な付着が、リードスルーのＭｏ基材からプラグのサーメットの中への勾配構造として生じる金属間結合の一時的な形成によって達成される。それによって、リードスルーとサーメットプラグとの間の界面に起因する従来における隙間の形成が明白に低減される。

管寸法は、例えば欧州特許出願公開第５２８４２８号において説明されているのと同様に通常どおりであってよい。特にＭｏリードスルーに関しては、０．５〜３ｍｍの直径を有する管が有利である。壁厚は例えば１００〜３００μｍである。アルミニウム処理された管がサーメットからなるプラグ内に嵌め込まれ、特に１５００〜２０００℃において熱処理される。この場合に保護ガス、すなわちアルゴンまたは窒素のような不活性ガスを使用することが有利である。

Ｍｏからなる貫通導通部材の外側にあるＭｏ３Ａｌ８層、もしくはそこに主に存在するＭｏ３Ａｌ８が、高温においてサーメットの表面における酸素と反応するので、この層においてＡｌがＡｌ₂Ｏ₃に変換され、元のＭｏ３Ａｌ８からＡｌ成分の少ない相が生じる。したがって最終的には元のＭｏ３Ａｌ８層の表面にＭｏ３Ａｌ層が生じ、これは、より深い層になるとＡｌ成分が増す。このＭｏ３Ａｌは反応時に噛み合い結合層を形成し、この噛み合い結合層が特に良好な付着を保証する。Ｍｏ３Ａｌ８はその形成時にＭｏ管の深い層の中まで成長し、ここでもＭｏ３Ａｌに富む層の形成にともなって噛み合い結合が形成される。サーメットプラグ内における反応は、とりわけ、Ａｌ₂Ｏ₃からなるより大きな粒子の表面において進行し、そこにおいてＡｌは非常に反応が早い。

十分な量の反応酸素を発生させるためには不活性ガスと酸素との混合ガスを使用するのが有利である。不活性ガスはＡｒおよび／または窒素Ｎ₂からなる保護ガスである。少量の酸素を保護ガスに加える方法操作が特に効果的である。酸素分圧は、２０〜２００ｐｐｍ程度であり、特に高々１００ｐｐｍであるべきである。より多くのの酸素を加えるならば、モリブデンの表面が酸化して、ＭｏＯ₂またはＭｏＯ₃になる。これらの物質は容易に揮発し、付着の改善には適していない。

図
以下において多数の実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
図１はメタルハライドランプを断面図にて概略的に示し、
図２は結合メカニズムを概略的に示し、
図３は図１の部分詳細を概略的に示す。

有利な実施形態の説明
図１には硬質ガラスまたは石英ガラスからなる外管１を有するメタルハライドランプが示されている。外管１は長手方向軸線を持ち、一方側でステム封止部２によって封鎖されている。ステム封止部２のところで２つのリード線が外に導き出されている（図には示されていない）。リード線は口金５のところで終わっている。外管内には、Ａｌ₂Ｏ₃からなる放電管１０が軸線方向に配置されている。放電管１０は両側を密閉され、金属ハロゲン化物からなる封入物を有する。

放電管１０は、円筒状または内部が球形または楕円形であるとよい。放電管内へ電極３が突入し、電極３はモリブデンからなるリードスルー（lead-through）に固定されている。リードスルーは管であるとよいが、ピンであってもよい。特に、リードスルーが２つの部分に分かれ、リードスルーの前端のみがモリブデンからなっていてもよい。

放電管内に希ガスのグループから選ばれた点弧可能なガスが存在する。更に、放電管内には、公知の例えばＮａ、ＴｌおよびＤｙのヨウ化物のような金属ハロゲン化物ならびに場合によっては水銀の混合物が存在する。Ｃａもハロゲン化物として使用される。ガラスはんだは、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｄｙ₂０₃および／またはＭｇＯをふくむとよい。

図２には模式的にモリブデン管とサーメットプラグとの結合が詳細に示されている。モリブデンからなるリードスルー６が基材１１として示され、表面にＡ１８Ｍｏ３の薄い層１２が形成されている。この層はアルミニウム処理によって形成される。適切に選ばれた反応条件のもとでアルミニウムがリードスルーの深い層に拡散するので、ＡｌＭｏ３からなる層１３が生じる。この層１３はＡｌ８Ｍｏ３からなる層１６とＭｏからなる基体１１との間に形成されている。この層列がモリブデン管の表面へのアルミニウムの反応拡散によって達成される。リードスルーの表面にあるＡｌ８Ｍｏ３からなる層が、プラグの中へ嵌め込まれた後に、熱処理下でサーメットプラグ１４の好ましくは約５０％であるモリブデン成分と反応するので、サーメット基体１５上におけるプラグ１４の表面に先ずＡｌＭｏ３相が薄い層１６として形成される。これはモリブデン管６の表面におけるＡｌ８Ｍｏ３相１２に化学的に結合し、化学的な永続的結合を生じる。金属間相からなる３つの層１２，１３，１６が一緒に新たな金属間界面勾配２０を形成し、この金属間界面勾配２０が付着層として働く。

実際に平らな界面ではなく、緩やかな勾配が発生し、これらの層は互いに流れるように移行する。特に、同じ濃度の界面が急に変動するので、図３に模式的に示されているように狭い噛み合い結合が生じる。ここで付着層が熱処理下で酸素を含む保護ガスにより処理される。付着層は理想的な場合に完全にＭｏおよびＡｌ₂Ｏ₃からなるサーメットに変換される。しかしながら、一般的には不完全な変換のために付着層に元の層列の残部が残り、すなわち部分的にＡｌ８Ｍｏ３相および／またはＡｌＭｏ３相が存在する。

引続いて、このシステムがＡｌ₂Ｏ₃（ＰＣＡ）からなる放電管の端部２１の中にはめ込まれ、そこにおいてガラスはんだにより端部２１とプラグ１５との間の密封が行なわれる。リードスルーはＭｏ管１１として実現され、このＭｏ管１１に外に向けてプラグ１５が新式の付着層２０を介して結合されている。この場合に噛み合い結合は縮尺にしたがって描いたものではない。

この場合にリードスルー全部がモリブデンからなっている必要はない。リードスルーが密封すべき部分もしくはこの部分の表面において部分的にモリブデンからなっていれば十分である。例えば、リードスルーの後方部分が公知のようにニオブからなっていてもよいし、あるいはリードスルーが同様に公知のように他の材料からなる中心部を持っていてもよい。

メタルハライドランプを概略的に示す断面図 結合メカニズムの模式図 図１の部分の詳細図

符号の説明

１ 外管
２ ステム封止部
３ 電極
５ 口金
６ モリブデン管
１０ 放電管
１１ 基材（Ｍｏ管）
１２ 層（Ａｌ８Ｍｏ３）
１３ 層（ＡｌＭｏ３）
１４ サーメットプラグ
１５ サーメット基体
１６ 層（Ａｌ８Ｍｏ３）
２０ 付着層（界面勾配）
２１ 放電管端部
２２ ガラスはんだ

Claims (8)

1. 透光性のセラミック放電管を含むメタルハライドランプであって、放電管の端部開口を通して放電管内にリードスルーが突入し、各リードスルーが、少なくとも部分的にモリブデンから形成され（以下、この部分をＭｏ部分と呼ぶ。）、電極を支持し、開口内のリードスルーが、ＭｏおよびＡｌ₂Ｏ₃を含むサーメットからなり端部に存在するプラグにより密封されているメタルハライドランプにおいて、リードスルーのＭｏ部分が、同時にＡｌとＭｏとを含む付着層を介してプラグに結合されていることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 付着層の一部が、勾配を有する金属間層から構成され、ランプ軸線に対して直角方向に、Ｍｏに比べて多いＡｌを含む中心領域が存在し、それぞれ外側に向かってＭｏに比べて少ないＡｌを含む外側領域が続いていることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
3. 中心領域が主としてＡｌ８Ｍｏ３相を有することを特徴とする請求項２記載のメタルハライドランプ。
4. 外側領域がそれぞれ主としてＡｌＭｏ３相を有することを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
5. Ｍｏ部分が管であることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
6. 付着層の一部または全部がＭｏおよびＡｌ₂Ｏ₃を含むサーメットから構成されていることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
7. プラグがガラスはんだまたは溶融セラミックスにより放電管の端部に結合されていることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
8. プラグとリードスルーのＭｏ部分との結合が、
   （ａ）アルミニウム処理によりＡｌがＭｏ部分の表面内に拡散させられ、Ｍｏと反応結合してＭｏｘＡＬｙとなるステップ、
   （ｂ）アルミニウム処理されたＭｏ部分がプラグ内に嵌め込まれるステップ、
   （ｃ）特に高々２００ｐｐｍ分圧の僅かな酸素成分を有する保護ガス、特にＡｒおよび／またはＮ₂が供給されるステップ、
   （ｄ）この保護ガス中での特に１５００〜２０００℃の熱処理により、プラグのＭｏ部分側の表面が反応し、先ず、金属間界面勾配が形成され、この金属間界面勾配が熱処理の方法操作に依存して部分的にまたは全体的にＭｏおよびＡｌ₂Ｏ₃からなるサーメットに変換されるステップ
   によって達成されることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプの製造方法

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