JP3772547B2

JP3772547B2 - 石英ガラス封着用材料およびランプ

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Publication number: JP3772547B2
Application number: JP24329798A
Authority: JP
Inventors: 哲哉鳥飼; 博光松野; 幸治田川; 健次森永
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: JP2000072478A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば石英ガラス製のバルブを有するランプなどの石英ガラス製品の気密封着に使用される石英ガラス封着用材料、およびこの石英ガラス封着用材料によって封着されたバルブを有するランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，石英ガラス製品、例えば石英ガラス製のバルブを有する放電ランプや白熱ランプなどの製造においては、水素−酸素炎などによって、石英ガラス製のバルブの封止管部を２０００℃以上に加熱して溶融状態とし、この状態で加熱変形することにより、当該封止管部を気密封着することが行われている。
【０００３】
然るに、このような方法により石英ガラスの気密封着を行う場合には、以下のような問題がある。
（１）石英ガラスを溶融させて気密封着するためには相当に長い加熱時間を要するため、バルブに変形が生じやすく、その結果、高い寸法精度を有するランプを確実に製造することが困難である。
（２）石英ガラスを溶融させるために水素−酸素バーナー炎などが使用される結果、石英ガラス中に水分子などの不純物が混入されてしまい、これが当該ランプのバルブ内に放出される現象が生じ、その結果、放電電極やフィラメントコイルに水分子などが付着して反応するため、当該放電電極やフィラメントコイルなどが磨耗してランプの使用寿命が短くなる。
【０００４】
このような問題を解決するための手段の一つとして、線膨張率の低い結晶性フィラーを混合することにより、石英ガラスの線膨張率に近似した線膨張率を有する封着用材料を得る試みがなされている。しかしながら、このような材料では、結晶性フィラーと石英ガラスとの線膨張率の差に起因する内部残留応力などによって、高い機械的強度および十分な気密性が得られない。
更に、封着用材料中に低線膨張結晶を析出させることにより、線膨張率を石英ガラスの線膨張率に近づける手段が提案されている。しかしながら、このような結晶化材料を用いる場合には、気密封着を行う際に、当該材料における結晶の析出を制御することが必要となり、しかも、結晶の析出を制御するために厳密な温度管理が必要となるため、封着作業が煩雑となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、石英ガラスを変形させることなしに当該石英ガラスの気密封着を確実に達成することができ、しかも、石英ガラスの封着作業において高い時間的効率が得られる石英ガラス封着用材料を提供することにある。
本発明の他の目的は、寸法精度が高くて所期の形状が得られると共に、高い気密性を有する封止構造が得られ、しかも、長い使用寿命を有するランプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の石英ガラス封着用材料は、二酸化珪素を７７〜９８．４モル％、酸化亜鉛を０〜１５モル％および三酸化二硼素を１．６〜１５モル％の割合で含有してなり、封着される石英ガラスの線膨張係数をＡ（１／Ｋ）とするとき、Ａ〜Ａ＋６×１０^-7（１／Ｋ）の範囲の線膨張係数を有し、かつ、石英ガラスの融点より低い温度で軟化する性質を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の石英ガラス封着用材料は、波長０．９〜３μｍの光を吸収するものであることが好ましい。
また、遷移金属元素および／または希土類金属元素の中から選択された少なくとも１種以上の元素を含有してなるものであることが好ましい。
【０００８】
本発明のランプは、発光管部およびこの発光管部に連設された封止管部を有する石英ガラス製のバルブと、このバルブの封止管部に設けられた封止部材とを具えてなるランプであって、
上記の石英ガラス封着用材料によって、前記バルブの封止管部と前記封止部材とが封着されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
上記の構成の石英ガラス封着用材料によれば、その線膨張係数が石英ガラスの線膨張係数に近似しているため、封着する際にクラックなどが生じることがなく、その結果、石英ガラスの気密封着を確実に達成することができる。
また、石英ガラスの融点よりも低い温度で軟化するため、石英ガラスを変形することなしに、当該石英ガラスを封着することができる。
また、結晶化材料ではないため、封着時に高い精度の温度管理が不要で、しかも、短い時間で封着作業を行うことができ、その結果、石英ガラスの封着作業において高い時間的効率が得られると共に、水素−酸素炎による水分子などの不純物が石英ガラス中に混入されることを防止または抑制することができる。
【００１０】
波長０．９〜３μｍの光を吸収する石英ガラス封着用材料によれば、加熱時に生ずる輻射エネルギーを有効に利用することができ、従って、当該封着用材料のみを高い効率で加熱することができるため、封着作業時間の短縮を図ることができる。特に、光加熱法によって封着作業を行う場合に極めて有効である。
また、遷移金属元素および／または希土類元素を含有させることにより、高い効率で光を吸収し、しかも、光の吸収により着色した封着用材料が得られるため、封着作業時に目視により封着用材料を確認することができ、その結果、封着用材料のみを一層高い効率で加熱することができる。
【００１１】
本発明のランプによれば、バルブの封止管部と封止部材とが上記の石英ガラス封着用材料によって封着されているため、寸法精度が高くて所期の形状が得られると共に、クラックなどが生じることがなくて高い気密性を有する封止構造が得られ、しかも、石英ガラス中に水分子などの不純物が混入されることが防止または抑制されて長い使用寿命が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〈石英ガラス封着用材料〉
本発明の石英ガラス封着用材料は、少なくとも二酸化珪素を７７モル％以上の割合で含有してなるものである。二酸化珪素の含有割合が７７モル％未満である場合には、クラックなどが生じて気密に封着することが困難となる。
また、本発明の石英ガラス封着用材料は、封着される石英ガラスの線膨張係数をＡ（１／Ｋ）とするとき、Ａ〜Ａ＋６×１０ ^-7 （１／Ｋ）の範囲の線膨張係数を有するものである。線膨張係数が上記の範囲外にある場合には、石英ガラスの線膨張係数との差が過大であるため、クラックなどが生じて気密に封着することが困難となる。
更に、本発明の石英ガラス封着用材料は、封着される石英ガラスの融点より低い温度で軟化する性質を有するものである。石英ガラスの融点以上の温度で軟化するものである場合には、石英ガラスを封着する際に、当該石英ガラスも溶融してしまうため、封着用材料を用いる効果が得られない。
【００１３】
このような石英ガラス封着用材料は、二酸化珪素を７７〜９８．４モル％、酸化亜鉛を０〜１５モル％および三酸化二硼素を１．６〜１５モル％の割合で含有してなるものとされる。ここで、酸化亜鉛は、材料の線膨張係数を低下させる作用を有するものであり、三酸化二硼素は、材料の軟化温度を低下させる作用を有するものである。
また、酸化亜鉛の含有割合が１５モル％を超える場合には、当該材料の結晶化が進行するため、好ましくない。
また、三酸化二硼素の割合が１５モル％を超える場合には、三酸化二硼素が材料の線膨張係数を上昇させる作用を有するため、上記の線膨張係数の範囲を満足する材料を得ることが困難となる。
【００１４】
本発明の石英ガラス封着用材料においては、１７００℃における石英ガラスとの接触角が９０度以下であることが好ましい。この接触角が９０度を超える場合には、石英ガラスを封着する際に、当該石英ガラスと当該封着用材料との間にくさび状の切れ込みが生じ、この切れ込みに圧力が集中する結果、クラックが発生しやすくなる。
【００１５】
また、石英ガラス封着用材料は、波長０．９〜３μｍの光を吸収するものであることが好ましい。
また、遷移金属元素および／または希土類金属元素の中から選択された少なくとも１種以上の金属元素（以下、「特定の金属元素」という。）を含有してなるものであることが好ましい。かかる特定の金属元素の具体例としては、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙなどが挙げられる。
特定の金属元素の含有割合は、１０重量％以下であることが好ましい。この割合が過大である場合には、得られる封着用材料は、線膨張係数がＡ〜Ａ＋６×１０ ^-7 （１／Ｋ）の範囲外のものとなって、接合時にクラックが生じてしまうだけでなく、顕著な着色が生じてしまうため、外観上も好ましくない。
【００１６】
上記の石英ガラス封着用材料においては、以下のようにして石英ガラス同士が気密に封着される。
例えば石英ガラス封着用材料を粉砕して粉末状とし、この粉末をエタノールなどの溶媒中に分散させることにより、石英ガラス封着用材料が含有されてなるペーストを調製する。そして、このペーストを封着すべき石英ガラスの間に塗布し、当該石英ガラスの融点以下の温度、例えば１７００℃に加熱することによって、石英ガラス封着用材料を溶融して冷却することにより、石英ガラス同士が気密に封着される。
石英ガラス封着用材料を加熱する方法としては、水素−酸素炎による方法、例えば波長１〜３μｍの光を照射することより加熱する光加熱法などを利用することができる。これらの中では、石英ガラス中に水分子などの不純物が混入されることがない点で、光加熱法を好ましく利用することができる。
【００１７】
上記のような石英ガラス封着用材料によれば、その線膨張係数が石英ガラスの線膨張係数に近似しているため、封着する際にクラックなどが生じることがなく、その結果、石英ガラスの気密封着を確実に達成することができる。
また、石英ガラスの融点よりも低い温度で軟化するため、石英ガラスを変形することなしに、当該石英ガラスを封着することができ、その結果、寸法精度が高くて所要の形状を有する石英ガラス製品が得られる。
また、結晶化材料ではないため、封着時に厳密な温度管理が不要であり、しかも、短い時間で封着作業を行うことができ、その結果、石英ガラスの封着作業において高い時間的効率が得られると共に、封着作業を容易に行うことができ、しかも、水素−酸素炎による水分子などの不純物が石英ガラス中に混入されることを防止または抑制することができる。
【００１８】
また、波長０．９〜３μｍの光を吸収するものである場合には、封着作業における加熱時に生ずる輻射エネルギーを有効に利用することでき、従って、当該封着用材料のみを高い効率で加熱することができるため、封着作業時間の短縮を図ることができる。特に、光加熱法によって封着作業を行う場合に極めて有効である。
【００１９】
また、特定の金属元素が含有されることにより、高い効率で光を吸収し、しかも、光の吸収により着色した封着用材料が得られるため、封着作業時に目視により封着用材料を確認することができ、その結果、封着用材料のみを極めて高い効率で加熱することができる。
【００２０】
〈ランプ〉
図１は、本発明のランプを例えばキセノン放電ランプとして構成した場合の第１の実施の形態における構成を示す説明用断面図である。この放電ランプ１０において、バルブ１１は、放電空間を囲繞する大略楕円球状の発光管部１２と、この発光管部１２の両端から外方に伸びるよう一体に連接された直管状の封止管部１３とを有してなり、このバルブ１１は石英ガラスにより構成されている。
バルブ１１の封止管部１３の各々には、当該封止管部１３の内径より小さい外径を有する円柱状の封止部材１５が挿入されており、封止部材１５の外端部分は、バルブ１１の封止管部１３から外部に露出した状態とされている。
そして、バルブ１１の封止管部１３の内面と封止部材１５の外面とが、前述の石英ガラス封着用材料よりなるフリット２０によって気密に封着され、更に、封止管部１３の外端にビード部２１が形成され、これにより、封止構造が形成されている。
【００２１】
封止部材１５の各々には、電極棒２５が当該封止部材１５をその軸方向に貫通して伸びるよう設けられており、電極棒２５の各々の先端は、バルブ１１の発光管部１２内に位置され、当該電極棒２５の各々の先端には、陽極２６および陰極２７が互いに対向するよう配置されている。
また、バルブ１１内には、キセノンガスが封入されている。
【００２２】
この例における封止部材１５は、傾斜機能材料により構成されている。具体的には、シリカよりなる絶縁性無機物質成分と、導電性無機物質成分との焼結体とよりなり、一端部から他端部に向かうに従って導電性無機物質成分の濃度が傾斜的に増大し、それによって導電性無機物質成分の濃度が低くて絶縁性材料としての性質を有する絶縁性部分と、導電性無機物質材料の濃度が高くて導電体としての性質を有する導電性部分とを共に有する一体の材料により、封止部材１５が構成されている。ここで、導電性無機物質成分としては、モリブデン、ニッケル、タングステン、タンタル、クロム、白金、亜鉛等の金属、ケイ化モリブデン、炭化ケイ素、炭化タンタルなどを用いることができる。
【００２３】
上記の放電ランプ１０の仕様の一例を挙げると、以下のとおりである。
〔バルブ１１〕
発光管部１２：軸方向の長さ７１ｍｍ，最大外径５２ｍｍ（肉厚３ｍｍ），
封止管部１３：軸方向の長さ２２ｍｍ，外径１７ｍｍ（肉厚２．８ｍｍ）
〔封止部材１５〕
軸方向の長さ５０ｍｍ，外径１６ｍｍ
〔電極棒２５〕
軸方向の長さ１００ｍｍ，外径４ｍｍ
〔陽極２６〕
外径１５ｍｍ
〔陰極２７〕
外径６ｍｍ
〔ランプ特性〕
定格ランプ電流：７０Ａ，定格ランプ電圧：２４Ｖ，ランプ電力：１．５ｋＷ
【００２４】
以上のような放電ランプ１０においては、例えば以下のようにしてバルブ１１の封止管部１３と封止部材１５とが気密に封着されて封止構造が形成される。
先ず、排気管部（図示省略）を有するバルブ１１を用意すると共に、封止部材１５と、この封止部材１５を軸方向に貫通して伸びる電極棒２５と、この電極棒２５の先端に設けられた電極（陽極２６および陰極２７）とよりなる一対の組立体を作製する。
次いで、この組立体の各々をバルブ１１の封止管部１３の端部から挿入して封止部材１５の絶縁性部分が封止管部１３内に位置するよう配置すると共に、当該バルブ１１の封止管部１３の外端に、前述の石英ガラス封着用材料の粉末が分散されてなるペーストを塗布する。
そして、例えばバルブ１１内に不活性ガスを流しながら、水素−酸素ガスバーナーなどの加熱手段によって石英ガラス封着用材料を溶融させて封止管部１３の内面と封止部材１５の外面との間に進入させることにより、当該封止管部１３と封止部材１５と気密に封着し、以て封止構造が形成される。
その後、バルブ１１の排気管から内部のガスを排気すると共にキセノンガスを封入し、当該排気管を加熱溶融して密閉することにより、図１に示すような放電ランプ１０が製造される。
【００２５】
このような構成の放電ランプ１０によれば、バルブ１１の封止管部１３の内面と封止部材１５の外面とが、上記の石英ガラス封着用材料よりなるフリット２０によって封着されているため、以下のような効果が得られる。
（１）フリット２０を構成する封着用材料が、バルブ１１を構成する石英ガラスの融点よりも低い温度で軟化するため、バルブ１１を変形することなしに、バルブ１１の封止管部１３と封止部材１５とを封着することができ、その結果、寸法精度が高くて所期の形状を有する放電ランプが得られる。
（２）フリット２０を構成する封着用材料の線膨張係数が、バルブ１１を構成する石英ガラスの線膨張係数に近似しているため、バルブ１１の封止管部１３と封止部材１５とを封着する際に、フリット２０にクラックなどが生じることがなく、その結果、高い気密性を有する封止構造が得られる。
（３）フリット２０を構成する封着用材料は、結晶化材料ではないため、バルブ１１の封止管部１３と封止部材１５とを封着する際には厳密な温度管理が不要であり、しかも、短い時間で封着作業を行うことができ、その結果、石英ガラスの封着作業において高い時間的効率が得られると共に、封着作業を容易に行うことができる。しかも、短い加熱時間でバルブ１１の封止管部１３と封止部材１５とを封着することができるため、水素−酸素炎による水分子などの不純物が石英ガラス中に混入されることを防止または抑制することができる。
【００２６】
図２は、本発明のランプを高圧水銀放電ランプとして構成した場合の第２の実施の形態における構成を示す説明用断面図である。放電ランプ３０において、バルブ３１は、放電空間を囲繞する大略楕円球状の発光管部３２と、この発光管部３２の両端から外方に伸びるよう一体に連接された直管状の封止管部３３とを有してなり、このバルブ３１は石英ガラスにより構成されている。
バルブ３１の封止管部３３の各々の外端には、傾斜機能材料よりなる円柱状の封止部材３５が設けられている。具体的に説明すると、封止部材３５は、一端側に絶縁性部分を有すると共に、他端側に導電性部分を有してなり、その一端面には、バルブ３１の封止管部３３の外径より大きい外径を有する凹所３６が形成されており、この凹所３６内にバルブ３１の封止管部３３の各々の外端部が受容され、この状態で、封止管部３３と封止部材３５とが前述の石英ガラス封着用材料よりなるフリット４０によって封着され、これにより、封止構造が形成されている。
また、バルブ３１内には、バッファーガスとしての希ガスおよび水銀が封入されている。
【００２７】
封止部材３５の各々には、内部リード棒４５が、バルブ３１の封止管部３３内において当該封止部材３５の一端から軸方向に伸びるよう保持されている。具体的に説明すると、封止部材３５には、その一端側の凹所３６の底面から軸方向に有底孔３７が形成されており、この有底孔３７内に、内部リード棒４５の基端部が挿入されて固定されている。
この内部リード棒４５の各々には、電極４６が設けられている。具体的に説明すると、電極４６は、電極棒４７およびその先端に巻き付けられたコイル４８よりなり、その基端が内部リード棒４５に保持され、その先端がバルブ３１の発光管部３２内に位置されて互いに対向するよう配置されている。
また、封止部材３５の他端部には、その端面から軸方向に有底孔３８が形成されており、この有底孔３８内に、外方に伸びる外部リード棒４９が挿入されて固定されている。
【００２８】
上記の放電ランプ３０の仕様の一例を挙げると、以下のとおりである。
〔バルブ３１〕
発光管部３２：軸方向の長さ１０ｍｍ，最大外径１０ｍｍ（肉厚２．４ｍｍ），
封止管部３３：軸方向の長さ１５ｍｍ，外径７．５ｍｍ（肉厚３．５ｍｍ）〔封止部材３５〕
軸方向の長さ１５ｍｍ，外径３ｍｍ
〔電極４６〕
電極棒４７の長さ５ｍｍ，外径０．６ｍｍ
〔ランプ特性〕
定格ランプ電流：２Ａ，定格ランプ電圧：５０Ｖ，ランプ電力：１００Ｗ
【００２９】
以上のような放電ランプ３０においては、例えば以下のようにしてバルブ３１の封止管部３３と封止部材３５とが気密に封着されて封止構造が形成される。
先ず、バルブ３１を用意すると共に、封止部材３５と、封止部材３５の一端側の有底孔３７に挿入されて固定された内部リード棒４５と、この内部リード棒４５の先端に設けられた電極４６と、封止部材３５の他端側の有底孔３８に挿入されて固定された外部リード棒４９とよりなる組立体を作製する。
次いで、この組立体の各々を、バルブ３１の封止管部３３に対してその端部が封止部材３５の凹所３６に受容された状態に配置すると共に、当該バルブ３１の封止管部１３の端部に、前述の石英ガラス封着用材料の粉末が分散されてなるペーストを塗布する。
そして、波長１〜３μｍの光を照射する光加熱装置によって石英ガラス封着用材料を溶融させることにより、バルブ３１の封止管部３３と封止部材３５とを固着させ、その後、封止管部３３と封止部材３５との間隙から水銀を導入すると共に、バルブ３１内のガスを排気し、更に石英ガラス封着用材料を溶融させることにより、封止管部３３と封止部材３５とを気密に封着し、以て封止構造が形成される。
【００３０】
このような構成の放電ランプ３０によれば、バルブ３１の封止管部３３の端部と封止部材３５とが、上記の石英ガラス封着用材料よりなるフリット４０によって封着されているため、図１に示す放電ランプ１０と同様の効果が得られる。
特に、加熱手段として光加熱装置を利用することにより、バルブ３１を構成する石英ガラス中に水分子などの不純物が混入されることを確実に防止することができる。
【００３１】
図３は、本発明のランプを白熱ランプとして実施した場合の第３の実施の形態における構成を示す説明用断面図である。この白熱ランプ５０において、バルブ５１は、直管状の発光管部５２と、この発光管部５２の両端から外方に伸びるよう一体に連接された直管状の封止管部５３とを有してなり、このバルブ５１は石英ガラスにより構成されている。
バルブ５１の封止管部５３の各々には、当該封止管部５３の内径より小さい外形を有する円柱状の傾斜機能材料よりなる封止部材５５が挿入されており、封止部材５５の外端部分は、バルブ５１の封止管部５３から外部に露出した状態とされている。
そして、バルブ５１の封止管部５３の内面と封止部材５５の外面とが、前述の石英ガラス封着用材料よりなるフリット６０によって気密に封着され、更に、封止管部５３の外端にビード部６１が形成され、これにより、封止構造が形成されている。
【００３２】
封止部材５５の各々には、内部リード棒６５が、バルブ５１の発光管部５３内において当該封止部材５５の一端から軸方向に伸びるよう保持されている。具体的に説明すると、封止部材５５の一端部には、その端面から軸方向に有底孔５６が形成されており、この有底孔５６内に、内部リード棒６５の基端部が挿入されて固定されている。
一方、封止部材５５の他端部には、その端面から軸方向に有底孔５７が形成されており、この有底孔５７内に、外方に伸びる外部リード棒６６が挿入されて固定されており、この外部リード棒６６の外端には、筒状の連結部材６７を介して金属接点６８が連結されている。
また、バルブ５１の発光管部５２内には、フィラメントコイル６９が当該発光管部５２の軸方向に沿って配置されており、このフィラメントコイル６９の両端は、内部リード棒６５の各々の先端に保持されている。
【００３３】
上記の放電ランプ３０の仕様の一例を挙げると、以下のとおりである。
〔バルブ５１〕
発光管部５２：軸方向の長さ１２７ｍｍ，外径１０ｍｍ（肉厚２ｍｍ），
封止管部５３：軸方向の長さ１５ｍｍ，外径１２．２ｍｍ（肉厚２．３ｍｍ）
〔封止部材５５〕
軸方向の長さ２３ｍｍ，外径７ｍｍ
〔ランプ特性〕
ランプ電力：５００Ｗ
【００３４】
以上のような白熱ランプ５０においては、例えば以下のようにしてバルブ５１の封止管部５３と封止部材５５とが気密に封着されて封止構造が形成される。
先ず、バルブ５１を用意すると共に、封止部材５５と、この封止部材５５の一端側の有底孔５６に挿入されて固定された内部リード棒６５と、この内部リード棒６５の先端に保持されたフィラメントコイル６９と、封止部材５５の他端側の有底孔５７に挿入されて固定された外部リード棒６６とよりなる組立体を作製する。
次いで、この組立体の各々を、バルブ５１内に封止部材５５が封止管部５３内に位置されるよう配置すると共に、当該バルブ５１の封止管部５３の端部に、前述の石英ガラス封着用材料の粉末が分散されてなるペーストを塗布する。
そして、ガスバーナーなどの加熱手段によって石英ガラス封着用材料を溶融させることにより、バルブ５１の封止管部５３と封止部材５５とを固着させ、その後、封止管部５３と封止部材５５との間隙からバルブ５１内のガスを排気し、更に石英ガラス封着用材料を溶融させることにより、封止管部５３と封止部材５５とを気密に封着し、以て封止構造が形成される。
【００３５】
このような構成の白熱ランプ５０によれば、バルブ５１の封止管部５３の内面と封止部材５５の外面とが、上記の石英ガラス封着用材料よりなるフリット６０によって封着されているため、図１に示す放電ランプ１０と同様の効果が得られる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の石英ガラス封着用材料の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〈実施例１〜７および比較例１〉
下記表１に示す組成の封着用材料を製造した。これらの封着用材料の１００〜５００℃における平均線膨張係数、軟化温度および１７００℃における石英ガラスとの接触角を表１に示す。
【００３７】
そして、封着用材料の各々について、以下のような試験を行った。
封着用材料を乳鉢で粉砕して粉末し、この粉末をエタノールに添加した後、ボールミルによって混合することにより、封着用材料の粉末が分散されてなるペーストを調製した。
図４に示すように、一端が封止されたキャップ状の石英ガラスよりなる第１の管材７１と、この第１の管材７１の内径より小さい外径を有する直管状の石英ガラスよりなる第２の管材７２とを用意し、第２の管材７２の一端部分の外面に、調製したペーストを塗布した後、当該第２の管材７２の一端部分を第１の管材７１内に挿入し、この状態で、１６００℃から１６５０℃の温度で加熱して封着用材料を溶融することにより、第１の管材７１と第２の管材７２とが封着用材料７３によって封着されてなる試験片７０を作製した。
以上において、第１の管材７１は、外径Ｄ１が８ｍｍ、内径Ｄ２が５．９ｍｍであり、第２の管材７２は、外径ｄ１が５．８ｍｍ、内径ｄ２が２．３ｍｍであり、封着用材料７３による第１の管材７１と第２の管材７２との接合部分７４の長さＬは１０ｍｍである。
また、第１の管材７１および第２の管材７２を構成する石英ガラスの線膨張係数は５〜７×１０^-7（１／Ｋ）である。
【００３８】
〔クラックの有無〕
試験片７０における接合部分７４を顕微鏡で観察し、クラックの発生の有無を調べた。
〔リーク試験〕
試験片７０内のガスをその第２の管材７２の他端から真空ポンプによって排気することにより、当該試験片７０の内部の圧力を１×１０^-4Ｐａに減圧し、この状態で、試験片７０の外面にエタノールを塗布し、接合部分７４におけるリークの有無を調べた。
〔耐圧試験〕
試験片７０内にエタノールを導入し、コンプレッサーにより内部の圧力を上昇させ、試験片７０の破壊圧力を測定し、理論耐圧の８０％以上のものを良好、８０％未満のものを不良として評価した。
以上、結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜７に係る封着用材料によれば、その線膨張係数が石英ガラスの線膨張係数に近似しているため、接合部分にクラックが生じることがなく、石英ガラス同士を気密性および耐圧性が高い状態に封着することができる。
これに対し、比較例１に係る封着用材料においては、線膨張係数が石英ガラスの線膨張係数より相当に高いものであるため、接合部分にクラックが生じて十分な気密性が得られないものであった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の石英ガラス封着用材料によれば、その線膨張係数が石英ガラスの線膨張係数に近似しているため、封着する際にクラックなどが生じることがなく、その結果、石英ガラスの気密封着を確実に達成することができる。
また、石英ガラスの融点よりも低い温度で軟化するため、石英ガラスを変形することなしに、当該石英ガラスを封着することができる。
また、結晶化材料ではないため、封着時に高い精度の温度管理が不要で、しかも、短い時間で封着作業を行うことができ、その結果、石英ガラスの封着作業において高い時間的効率が得られると共に、水素−酸素炎による水分子などの不純物が石英ガラス中に混入されることを防止または抑制することができる。
【００４２】
また、封着用材料が波長０．９〜３μｍの光を吸収するものである場合には、加熱時に生ずる輻射エネルギーを有効に利用することでき、従って、当該封着用材料のみを高い効率で加熱することができるため、封着作業時間の短縮を図ることができる。特に、光加熱法によって封着作業を行う場合に極めて有効である。
更に、遷移金属元素および／または希土類元素を含有させることにより、高い効率で光を吸収し、しかも、光の吸収により着色した封着用材料が得られるため、封着作業時に目視により封着用材料を確認することができ、その結果、封着用材料のみを一層高い効率で加熱することができる。
【００４３】
本発明のランプによれば、バルブの封止管部と封止部材とが上記の石英ガラス封着用材料によって封着されているため、寸法精度が高くて所期の形状が得られると共に、クラックなどが生じることがなくて高い気密性を有する封止構造が得られ、しかも、石英ガラス中に水分子などの不純物が混入されることが防止または抑制されて長い使用寿命が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のランプをキセノン放電ランプとして実施した場合の第１の実施の形態における構成を示す説明用断面図である。
【図２】本発明のランプを高圧水銀放電ランプとして実施した場合の第２の実施の形態における構成を示す説明用断面図である。
【図３】本発明のランプを白熱ランプとして実施した場合の第３の実施の形態における構成を示す説明用断面図である。
【図４】実施例において作製した試験片を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１０放電ランプ１１バルブ
１２発光管部１３封止管部
１５封止部材２０フリット
２１ビード部２５電極棒
２６陽極２７陰極
３０放電ランプ３１バルブ
３２発光管部３３封止管部
３５封止部材３６凹所
３７，３８有底孔４０フリット
４５内部リード棒４６電極
４７電極棒４８コイル
４９外部リード棒５０白熱ランプ
５１バルブ５２発光管部
５３封止管部５５封止部材
５６，５７有底孔６０フリット
６１ビード部６５内部リード棒
６６外部リード棒６７連結部材
６８金属接点
６９フィラメントコイル
７０試験片７１第１の管材
７２第２の管材７３封着用材料
７４接合部分

Claims

二酸化珪素を７７〜９８．４モル％、酸化亜鉛を０〜１５モル％および三酸化二硼素を１．６〜１５モル％の割合で含有してなり、封着される石英ガラスの線膨張係数をＡ（１／Ｋ）とするとき、Ａ〜Ａ＋６×１０^-7（１／Ｋ）の範囲の線膨張係数を有し、かつ、石英ガラスの融点より低い温度で軟化する性質を有することを特徴とする石英ガラス封着用材料。
波長０．９〜３μｍの光を吸収するものであることを特徴とする請求項１に記載の石英ガラス封着用材料。
遷移金属元素および／または希土類金属元素の中から選択された少なくとも１種以上の元素を含有してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の石英ガラス封着用材料。
発光管部およびこの発光管部に連設された封止管部を有する石英ガラス製のバルブと、このバルブの封止管部に設けられた封止部材とを具えてなるランプであって、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の石英ガラス封着用材料によって、前記バルブの封止管部と前記封止部材とが封着されていることを特徴とするランプ。