JP4782307B2 - 電灯の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳｉＯ₂又はＳｉＯ₂を高濃度で含むガラス製の電球と、電球中に封入されたモリブデン又はドープされたモリブデン合金から成る封止箔を含む電流供給部とを有する電灯の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス製電球を有する電灯では、その点灯に必要な電流は特別な電流供給部を介して電球の内部に導入される。とりわけ例えばハロゲン白熱ランプ、ハロゲン金属蒸気ランプ、水銀蒸気高圧ランプ又はキセノン高圧ランプのような石英ガラス又はＳｉＯ₂を高濃度で含有するガラスから成る電球では、このような電流供 給部はガラス中に気密に封入又は溶封されたモリブデン箔から成る外部導体並びに内部導体（例えば支持線、フィラメント、電極）から成る。
【０００３】
石英ガラス又はＳｉＯ₂を高濃度で含有するガラスとモリブデンとのそれぞれ 著しく異なる熱膨張係数にも拘わらず、モリブデン箔の気密な封止もしくは溶封を達成するために、この箔は、厚さの割に幅広（典型的には５０倍以上）で、極めて薄く（典型的には１５〜５０μm）形成され、またナイフの刃のような形状のサイドエッジを有する。
【０００４】
これらの薄いモリブデン箔に、著しく厚い外部導線としばしばタングステンから成る内部導体線とを溶接せねばならない。特にタングステン製導線の場合、非常に高い溶接温度と関連し、モリブデン箔の脆化、更にこれを継続すれば破れを招く。箔の亀裂は、箔の封止又は溶着工程時に、一方ではガラスと箔との相対運動により、また他方では冷却工程中の引張応力の合成により、ガラスの焼きなまし温度以下の温度で惹起される。
【０００５】
モリブデン箔の機械的強度を改善するために、純粋なモリブデンの代わりにドープされたモリブデン合金を使用すると有利である。
【０００６】
ドイツ特許第２９４７２３０号明細書は、比較的優れた溶接特性を示し、溶接中の熱の取り込みによる脆化が少ない利点を有する、０．２５〜１％までの酸化イットリウム粒子を分散させたモリブデン箔を開示している。上限の１％が重要である理由は、より多くの分散質（ゾル）を含む箔の変形可能性がごく限定的なものであり、これは封入処理時、冷却プロセス中の電球の口金部分の応力緩和にマイナスに作用し、石英ガラス中に亀裂を形成しかねないという認識によるものである。
【０００７】
欧州特許第０２７５５８０号明細書には、特に０．０１〜２重量％のＹ₂Ｏ₃及び０．０１〜０．８重量％のホウ化モリブデンを含有する溶封線について記載されており、この線は、カリウムとケイ素をドープされたモリブデン合金から成る溶封線に比べ、より優れた再結晶性及び製造容易性を示す。
【０００８】
モリブデン箔の機械的特性だけでなく、耐用期間を改善することも極めて重要である。これは一方ではモリブデン箔の耐酸化性により、他方ではモリブデン箔と石英ガラスもしくはＳｉＯ₂を高濃度で含むガラスとの間の接着強度により決 定される。
【０００９】
欧州特許第０６９１６７３号明細書は、補助的に０．０３〜１重量％の酸化セリウムを、酸化イットリウムに対し酸化セリウムが０．１〜１の割合となるように含む、モリブデン−酸化イットリウムベースの帯状電流導体を開示する。この組成を有する箔は、酸化イットリウムをドープされた箔に比べて明らかに改善された酸化特性を示す。
【００１０】
酸化イットリウムをドープされた全てのモリブデン材料は、とりわけケイ酸イットリウムの形成下に、Ｙ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂との表面的反応に由来する、一般に 改善された箔の接着性を示す。
【００１１】
改善された耐酸化性はまた、ドイツ特許第３００６８４６号明細書による、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｃ及びＨｆを含むモリブデン箔の金属被覆によっても達成可能であるが、この場合上記の金属のＳｉＯ₂への接 着性は極めて劣っており、そのためこれらの被覆はクロム層を除いて実際には採用されていない。
【００１２】
クロム、ニッケル、これらの合金又はケイ化モリブデン等の耐酸化性の層を特別に形成することが、ドイツ特許第２１５２３４９号明細書に記載されている。
【００１３】
欧州特許第０３０９７４９号明細書は、モリブデンとガラス状材料との溶着について開示しており、酸化環境に曝されるモリブデンの部分にケイ酸アルカリ金属を被着している。しかしそのためモリブデンとガラスとの接合がうまくいかない。外側の酸化保護について、欧州特許出願公開第０５７３１１４号明細書による窒化モリブデン層、欧州特許第０５５１９３９号明細書によるリン化物層、ドイツ特許出願公開第２０５８２１３号明細書によるＳｉＯ₂層も公知である。
【００１４】
耐酸化性の改善は、米国特許第５０２１７１１号明細書によれば、イオン注入により達成すべく試みられている。しかしこのプロセスは極めて出費を要し、モリブデンとＳｉＯ₂の接着性を改善することにはならない。
【００１５】
ドイツ特許出願公開第１９６０３３００号明細書には、周期律表のＩＩＩｂ族及び／又はＩＶｂ族から選んだ単数又は複数の元素の、アルカリ金属及びアルカリ土類金属が豊富なケイ酸塩及び／又はアルミン酸塩及び／又はホウ酸塩を０．０１〜１重量％ドープされたモリブデン箔が記載されている。このドーピングにより、モリブデンと石英ガラスの接合中の高い機械的応力による、封入パッキン中の亀裂の発生は阻止される。けれどもそのため、Ｙ₂Ｏ₃又はイットリウム混合酸化物をドープされた箔に比べて、この箔の接着性の改善は達成されない。
【００１６】
更に、欧州特許出願公開第０８７１２０２号明細書により、ＳｉＯ₂とモリブ デンの接着性を、例えばサンドブラストにより箔をけば立たせて改善することも試みられている。しかしこのプロセスは極めて経費を要し、モリブデン箔内に内部応力を取り込むことになる。
【００１７】
全体として電灯産業では、Ｙ₂Ｏ₃又はイットリウム混合酸化物をドープしたモリブデン箔を封入した電流供給部が最も普及している。しかし例えば極めてコンパクトなハロゲン金属蒸気ランプのように熱的に極めて高負荷の電球の場合、これら供給部では、モリブデンとＳｉＯ₂の接着性はしばしば不十分である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、上記の諸欠点を十分に回避できる、ガラス製電球並びにモリブデン又はドープされたモリブデン合金製の封止箔から成る電流供給部を有する電灯を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、通常の粉末冶金法及び変形法により形成される粗製箔を、ガラス球に封入する前に、箔の表面積の５〜６０％の表面上に、種々の表面構造及び／又はモリブデンもしくはその合金、チタン、シリコン又は酸化物、混合酸化物及び／又は酸化化合物から成る材料組成の粗製箔の凝塊物質のほぼ不連続の島状の範囲が、２０００℃の温度においてそれぞれ１０ｍｂ以下の蒸気圧で生じるように後処理することにより達成される。
【００２０】
このような方法で、封入もしくは溶着工程時に、箔とガラスとの接着強度及びランプの耐用期間を明らかに改善させる大きな表面を形成できる。更にこの箔の接着性はまた、溶着工程前の箔上に存在する凝塊物質が封入もしくは溶着工程時に一部又は完全に石英ガラス又は高濃度でＳｉＯ₂を含むガラス中で溶解させることで驚異的に改善できる。
【００２１】
凝塊物質の材料として、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、ケイ酸塩、アルミン酸塩、更にＭｏ、Ｔｉ、Ｓｉ又はその合金も考えられる。
【００２２】
それらの表面積の少なくとも５％から最高で２０％迄の表面が、不連続の凝塊物質から成る箔を使用することが特に有利であることが判った。
【００２３】
個々の凝塊物質の平均寸法が５μm以下であると有利である。
【００２４】
本発明の特に有利なもう１つの実施形態では、それらの凝塊物質が酸化チタン又はチタン混合酸化物から成る箔を使用すると有利であることが判った。
【００２５】
不連続の凝塊物質の形成には、５００℃〜１４００℃の温度での白熱処理を引続き行う、ドロスの被着又は気相からの析出が適している。それにより簡単な方法で、その後の加工に十分な接着強度を有する凝塊物質の被着が行える。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明を、実施例に基づき、また比較測定により以下に詳述する。
【００２７】
例 １
一次粒子の平均粒径２３０ｎｍ、純度９９．５％の酸化イットリウム粉末５００ｇを、硝酸セルロース５０ｇ及びアルコールをベースとする溶媒７５０ｍｌに分散させた。こうして生じたドロスを浸漬法により２．５ｍｍ×０．０２５ｍｍの寸法の酸洗いしたモリブデン箔上に施した。これをその後連続して１２００℃の温度で乾燥水素中で白熱させた。平均１．５μmのＹ₂Ｏ₃凝塊寸法でＹ₂Ｏ₃の表面占積率は１２％であった。
【００２８】
例 ２
一次粒子の平均粒径６３０ｎｍ、純度９９．７％のケイ酸チタン粉末３５０ｇと、硝酸セルロース５０ｇ及びアルコールをベースとする溶媒７５０ｍｌとから成るドロスを例１に記載したようにして作り、２．５ｍｍ×０．０２５ｍｍの寸法の酸洗いしたモリブデン−イットリウム混合酸化物の箔（Ｙ₂Ｏ₃含有量：０．４８重量％、Ｃｅ₂Ｏ₃含有量：０．０７重量％）上に施した。
【００２９】
これをその後連続して１２００℃の乾燥水素中で白熱させた。この箔の表面をＲＥＭ（電子走査顕微鏡）画像分析により特性付けした。その際１．１μmのケイ酸チタン凝塊寸法で、ケイ酸チタン粒子の表面占積率は１７％であった。
【００３０】
例 ３
一次粒子の平均粒径８４０ｎｍ、純度９９．２％のケイ酸イットリウム粉末４００ｇ、硝酸セルロース５０ｇ及びアルコールをベースとする溶媒７５０ｍｌから成るドロスを例１記載の方法で生成し、２．５ｍｍ×０．０２５ｍｍの寸法の酸洗いしたモリブデン−イットリウム混合酸化物の箔（Ｙ₂Ｏ₃含有量：０．４８重量％、Ｃｅ₂Ｏ₃含有量：０．０７重量％）上に施した。これをその後連続して１２００℃の温度で、乾燥水素中で白熱させた。平均３．２μmのケイ酸イットリウム凝塊寸法で、ケイ酸イットリウム粒子の表面占積率は２９％であった。
【００３１】
例 ４
一次粒子の平均粒径２１０ｎｍ、純度９９．９％のケイ素粉末２５０ｇと、硝酸セルロース５０ｇ及びアルコールをベースとする溶媒７５０ｍｌとから成るドロスを例１に記載したようにして生成し、これを２．５ｍｍ×０．０２５ｍｍの寸法の酸洗いしたモリブデン−イットリウム混合酸化物箔（Ｙ₂Ｏ₃含有量：０．４８重量％、Ｃｅ₂Ｏ₃含有量：０．０７重量％）上に施した。これをその後連続して９５０℃の温度で、乾燥水素中で白熱させた。平均２．３μmのＳｉ／ＭｏＳｉ₂の凝塊寸法で、Ｓｉ／ＭｏＳｉ₂粒子の表面占積率は１３％であった。
【００３２】
例 ５
一次粒子の平均粒径１．５μm、純度９９．９８％のモリブデン粉末１０００ ｇと、硝酸セルロース５０ｇ及びアルコールをベースとする溶媒７５０ｍｌとから成るドロスを例１に記載したのと同じ方法で生成し、そのサイドエッジを機械的成形によりナイフの刃のような形状に形成した、寸法２．５ｍｍ×０．０２５ｍｍのＭｏ−Ｙ箔（Ｙ₂Ｏ₃含有量：０．４８重量％、Ｃｅ₂Ｏ₃含有量：０．０７重量％）上に施した。これをその後連続して１４００℃の温度で、乾燥水素中で白熱させた。平均２．９μmのモリブデンの凝塊寸法で、モリブデン粒子の表面占積率は約５０％であった。
【００３３】
本発明の例１〜５による箔から、通常法で各々「２０ＭＲ１６ハロゲンランプ」を製造した。比較のため標準どおりに酸洗いしたＭｏ−Ｙ混合酸化物箔を、例２〜４により被覆した箔の製造において使用したのと同様に、被覆しない状態で「２０ＭＲ１６ハロゲンランプ」の製造に使用した。それぞれ１０個のランプを４００℃のソケット温度で、通常の操作条件下に作動させ、残りの１０個のランプを４５０℃のソケット温度で加重負荷された操作条件下に、それらが故障する迄作動させた。
【００３４】
達成された耐久期間を表１に示す。
【００３５】
この表から、被覆されたモリブデン箔を有する本発明の電球が、従来技術による被覆されていないモリブデン箔を有する電球に比べて、約３５％まで増大した耐用期間を有することが明らかに見て取れる。
【表 １】

Claims (7)

1. 粉末冶金法及び変形法により形成された粗製箔から製造され、ＳｉＯ₂又はＳｉＯ₂を高濃度で含有するガラスからなる電球への電流供給部として使用され、モリブデンまたはドープされたモリブデン合金からなる箔であって、
   粗製箔は、粗製箔の表面とは異なる表面構造からなる凝塊物質の領域を有し、
   凝塊物質は、２０００℃の温度において１０ｍｂａｒ以下の蒸気圧を有する、モリブデン、モリブデン合金、チタン、シリコンまたは酸化物の材料構造、酸化混合物、酸化化合物のうちの少なくとも一つの材料組成物により形成され、箔表面の表面積の５〜６０％が不連続の島状領域を有するように後処理されたことを特徴とする箔。
2. 箔の表面が、箔の表面積の少なくとも５％から最高で２０％迄の不連続の凝塊物質からなることを特徴とする請求項１に記載の箔。
3. 個々の凝塊物質の平均寸法が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の箔。
4. 凝塊物質が酸化イットリウム又はイットリウム−混合酸化物から成ることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の箔。
5. 凝塊物質が、酸化チタン又はチタン−混合酸化物から成ることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の箔。
6. 粉末冶金法及び変形法により、粗製箔から請求項１乃至５の１つに記載の箔を製造する製造方法であって、不連続の凝塊物質が、ドロスの被着又は気相からの析出により形成され、さらに引続いて５００℃〜１４００℃の温度での白熱により形成したことを特徴とする製造方法。
7. ＳｉＯ ₂ の電球又は高濃度のＳｉＯ ₂ を含むガラス、及び、電球に貼り付けられた、請求項１乃至５の１つに記載の箔からなる電流供給部を有することを特徴とする電灯。