JP5081148B2 - ランプ、ランプ部材の製造方法、およびランプの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、1または2以上のモリブデン合金ランプ部材を含むランプに関する。特に、本発明は、例えば車のヘッドライトに使用される、モリブデン合金フィードスルー、外部電流導体および／または内部電流導体を含む金属ハロゲン化物高強度放電ランプのようなランプに関する。
一般に、金属ハロゲン化物ランプの管体は、長いガラス管で構成され、その反対端は、ピンチシールされ、密閉封止放電チャンバが提供される。この放電チャンバは、金属ハロゲン化物、キセノン、及び水銀のような物質を収容する。現在のところ、金属ハロゲン化物ランプの管体として、シリカガラスまたは石英は、好ましい材料である。石英ガラスは、線熱膨張係数が0.5×10-6K-1と小さい。金属ハロゲンランプの外部電流導体は、モリブデンで構成され、内部電流導体、すなわち放電ランプの電極は、タングステンで構成され得る。モリブデンリードワイヤおよびタングステン電極の熱膨張係数はいずれも、石英ガラスに比べて著しく大きい。従って、延伸されたモリブデンリードワイヤおよびタングステン電極を、両者を直接相互接続することにより、ピンチシールに埋め込むことは、好ましくない。
この困難性は、電極とリード線との間にモリブデン薄膜を介在させることにより、およびピンチシール内にモリブデン薄膜を埋設することにより、一部克服されている。モリブデン薄膜は、ランプ使用時に、ガラス外囲器に多くの収縮、膨脹の繰り返しが生じても、線熱膨張係数の差異による影響をあまり受けない。モリブデン薄膜とピンチシールの間には、モリブデンワイヤとピンチシールの間に比べて、位置ずれおよびギャップの生成が生じにくく、クラックおよびこれによる放電チャンバからのガスリークが生じにくいことが知られている。
現在のランプでは、モリブデンフィードスルー素子および他のランプ構成部材には、厳しい要求が課される。特に、これらの部材は、管の外側の部分の酸化、および管の内側部分の腐食に対して高い耐性を有する必要がある。破損メカニズムの一つは、管内のガス、およびランプの外部の酸素によるによる激しい腐食による、フィードスルー素子と管の間の損壊である。通常、モリブデンは、温度が350℃を超えると酸化が始まる。
また、外部電流導体と内部電流導体または電極との相互接続のため、適正な溶接特性が必要である。
米国特許第6,570,328号には、ランプ管および電気素子を有する電気ランプが示されている。電気素子は、金属シール部としてのモリブデンガーゼを有する電流フィードスルーを介して、外部と電気的に接続される。金属シール部の激しい酸化、およびシール部での激しい引張応力に対するリスクは、抑制される。ガーゼは、モリブデン、レニウムおよびそれらの混合物で構成される群から選定された成分で構成される。重量比で最大10％ドーパントが添加された場合、ガーゼ材料の特性が有意に向上する。これらのドーパントは、イットリウム、ハフニウム、トリウム、および／またはランタンを含むことが好ましい。
別のアプローチとして、例えば、独国DE-OS第3006846号では、金属ハロゲン化物含有高圧水銀放電ランプのピンチシール内の、フィードスルー薄膜（例えばMoまたはW）が、タンタル、ニオブ、バナジウム、クロム、ジルコニウム、チタン、イットリウム、またはハフニウムのコーティングを有することにより、シールのガス気密性が向上する。ピンチシール内に設置された外部電流導体の一部、すなわち少なくともその表面が、これらのコーティング金属の一つで形成された場合、放電管の内部に充填されたアルカリ金属がリークすることが抑制される。
米国特許第6,570,328号明細書
本発明の課題は、耐酸化性および耐食性に対する各種要求に合致するとともに、十分な延性を有し、他の部材と溶接することが可能なランプ部材を有するランプを提供することである。
前記課題は、1または2以上のフィードスルー素子が埋設された気密管を有するランプであって、
前記フィードスルー素子は、外部電流導体と、当該ランプを作動させる内部電流導体とを電気的に相互接続し、
前記フィードスルー素子、前記外部電流導体および前記内部電流導体の少なくとも一つは、
重量比で0.01から5％の間の量のレニウムおよびクロム、
重量比で0.01から0.1％の量のチタン、ならびに
合金の重量比で0.01から1％のアルミニウム、コバルト、ガドリニウム、ハフニウム、イリジウム、鉄、およびジルコニウム、
で構成される群からの、少なくとも一つの構成成分を含むモリブデン合金部材であることを特徴とするランプによって達成される。
前記フィードスルー素子は、外部電流導体と、当該ランプを作動させる内部電流導体とを電気的に相互接続し、
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で構成される群からの、少なくとも一つの構成成分を含むモリブデン合金部材であることを特徴とするランプによって達成される。
本願発明者らは、特定の量の、1または2以上の選択構成成分を有するモリブデン合金、すなわち選択金属でドープされたモリブデン合金のランプ部材は、適正な耐酸化性および耐食性を維持したまま、優れた延性挙動を示すことを見出した。ルテニウムであることが好ましい選択構成成分およびその量によって、モリブデン合金ランプ部材の機械的特性と耐食性および耐酸化性の間に、適当なバランスがもたらされる。金属ドープは、酸素、炭素および水素のような有害な不純物の内蔵ゲッタとして機能し、その結果、ランプの寿命が延伸される。ドーパントの種類は、特に、管内のランプ雰囲気に依存する。モリブデン−レニウム合金は、温度約450゜でようやく酸化が始まり、これは純粋なモリブデンに比べてかなり高い温度である。得られたモリブデン合金ランプ部材は、溶接により、他の部材と接続することができる。ランプ部材がフィードスルーである従来技術に比べて、ガーゼの形状または追加のコーティングは、不要である。また、コーティングされたフィードスルーの場合、コーティングの品質を制御することは難しく、特に石英管のピンチシールの場合、これは難しい。本発明によるモリブデン合金を用いることにより、より確実に酸化から保護され、コーティングを用いたフィードスルーに比べて同等の保護が可能である。
本発明のランプ部材は、例えば、超高圧ランプ、金属ハロゲン化物ランプおよびハロゲンランプに使用できることに留意する必要がある。特許請求の範囲の構成成分およびその量の他に、通常の場合、モリブデン合金ランプ部材は、特にフィードスルー薄膜用の、イットリウム酸化物またはイットリウム酸化物とセリウム酸化物を有することに留意する必要がある。イットリウム酸化物、およびセリウム酸化物と組み合わされたイットリウム酸化物は、これらの薄膜の溶接性を改善する。ただし、これらの酸化物は、ランプ雰囲気に対する適正な保護のための、十分な耐食性を示さない。
本発明のある実施例では、ランプ部材は、請求項2または3に示されているように、モリブデン合金フィードスルー薄膜を有する。レニウム構成成分は、重量比で0.05から1.5wt%の間の量であることが好ましく、この場合、モリブデン原子との類似性のため、薄膜の延性特性に重要な影響を及ぼす顕著な固溶体硬化は生じない。また、レニウムは、ランプ雰囲気にあまり影響を受けない。
本発明のある実施例では、ランプは、金属ハロゲン化物高強度放電ランプである。そのようなランプは、例えば、車のヘッドライトに使用される。多くの場合、フィードスルー薄膜のクロムコーティングのようなコーティングは、好ましくない。これらの薄膜は、クロムの暴露のため、管内でハロゲンに速やかに腐食されるからである。しばしば、二酸化珪素コーティングが使用される。重量比で0.01から5％のレニウム、好ましくは、重量比で0.05より多く、2％未満または1.5％未満のレニウムを含むモリブデン合金は、純粋なモリブデン薄膜またはモリブデン−イットリウム酸化物薄膜に比べて、ハロゲン化物による腐食に対する感受性が弱く、例えば、二酸化珪素コーティングの設置を省略することができる。
本発明のある実施例では、ランプ部材は、ハロゲンランプのモリブデン合金内部サポートワイヤである。そのようなサポートワイヤの変形性は、処理に適しており、これらのワイヤの適正な形状を得ることができる。特に、請求項6に記載されているようなレニウムおよび／またはジルコニウムの構成成分量では、十分に延性のあるサポートワイヤが提供されることが見出されている。また、これらの構成成分は、管に充填されたハロゲン、タングステンフィラメントおよび外囲器自身を含む、ランプの他の部分に由来する酸素、炭素、水素のような有害不純物の適正なゲッタである。特に、ジルコニウムは、水を吸収する。これらの合金は、ハロゲンランプのフィードスルー薄膜に使用しても良い。ランプ部材に請求項に記載のモリブデン合金を使用することの長所は、ハロゲンのアタックによって生じる、例えばサポートワイヤのようなモリブデンワイヤの黒色化、および燃焼の際のモリブデンの輸送が防止されることである。また、管内の1または2以上の不純物ゲッタの存在によって、不純物がハロゲンランプのタングステンフィラメントに及ぼす、破壊につながる影響が抑制される。有意な効果は、ハロゲンランプの総寿命が改善されることである。
外部電流導体の耐酸化性を改善するため、これらは、例えば、クロムでコーティングされても良い。これらの導体は、内部ランプ雰囲気に曝されることはないからである。また、モリブデン薄膜のようなランプ部材のリン酸処理によって、耐酸化性および耐食性を改善しても良い。
また、本発明は、フィードスルー素子、外部電流導体および前記内部電流導体等の、ランプ部材の製造方法であって、
重量比で0.01から5％の間の量のレニウムおよびクロム、
重量比で0.01から0.1％の間の量のチタン、ならびに
合金の重量比で、0.01から1％のアルミニウム、コバルト、ガドリニウム、ハフニウム、イリジウム、鉄、およびジルコニウム、
で構成される群からの、少なくとも一つの構成成分を含むモリブデン合金から、前記ランプ部材を定形するステップを有するランプ部材の製造方法に関する。
重量比で0.01から5％の間の量のレニウムおよびクロム、
重量比で0.01から0.1％の間の量のチタン、ならびに
合金の重量比で、0.01から1％のアルミニウム、コバルト、ガドリニウム、ハフニウム、イリジウム、鉄、およびジルコニウム、
で構成される群からの、少なくとも一つの構成成分を含むモリブデン合金から、前記ランプ部材を定形するステップを有するランプ部材の製造方法に関する。
また、本発明は、ランプを製造する方法に関し、当該方法は、前述の方法により製作されたランプ部材を適用するステップを有する。
添付図面を参照して、本発明をさらに説明する、添付図面には、本発明による好適実施例が概略的に示されている。本発明は、これらの特定の好適実施例に限定されるものではない。
図1には、本発明の実施例による車のヘッドライト用の35Ｗ金属ハロゲン化物放電ランプの構造を示す。ランプ1の管2は、石英製であり、両端には、一組のタングステン棒で構成された電極3および4が設置されている。薄膜7および8は、管2のシール端部5および6で密閉シールされ、タングステン電極3の後端は、薄膜7の一端と溶接、接続されている。タングステン電極4の後端は、薄膜8の一端と溶接され、接続されている。外部電流導体9および10は、それぞれ、薄膜7および8の他端と溶接され、接続されている。この場合、外囲器のシール端部5および6において、バッファ部材として機能するタングステンコイル11および12が、タングステン電極3および4のシール部の周囲に巻き回される。外囲器のシール端部において、タングステンコイル11および12を、タングステン電極3および4のシール部の周囲に巻き回す代わりに、レニウム、白金、ロジウム、ルテニウム、金等がこれにコーティングされても良いことに留意する必要がある。
薄膜7、8は、モリブデン−レニウム合金であり、重量比で0.9％のレニウムと、重量比で0.3％のイットリウム酸化物とを含む。これらの薄膜の475℃の炉での加速寿命試験測定では、従来のイットリウム酸化物を含むモリブデン薄膜に比べて、薄膜の平均寿命が約3.5倍向上することが示された。また、金属ハロゲン化物キセノンランプの薄膜の観察の結果、従来のイットリウム酸化物を含むモリブデン薄膜に比べて、管2の内部のガスによるアタックが有意に低下していることが認められた。
図2には、単独の薄膜において実施された、600℃での酸化実験の結果を示す。従来のイットリウム酸化物を含むモリブデン薄膜（上側の曲線）において、時間tとともに、重量増加Ｗが生じていることは明らかである。一方、本発明によるイットリウム酸化物を含むモリブデン−レニウム薄膜の重量増加W（下側の曲線）は、有意に少なくなっている。時間とともに、酸素原子は、レニウムによって捕獲され、揮発性のモリブデン酸化物の形成が抑制され、管2からのリークの可能性が低下する。
図3には、2000℃の温度での熱処理による各種薄膜の均一伸びELを示す。モリブデン薄膜のCr2O3、ZrCl4、またはReによるドーピングによって、モリブデン合金薄膜の最大均一伸びが上昇することは明らかである。左から1番目の棒グラフは、いかなる意図的な添加ドーパントも含まない純粋なモリブデンを示しており、2番目の棒グラフは、重量比で0.3wt％のY2O3と、重量比で0.4％のCr2O3がドープされたモリブデンを示しており、3番目の棒グラフは、重量比で0.3％のY2O3および重量比で1.21％のZrCl4がドープされたモリブデンを示しており、4番目の棒グラフは、重量比で0.3％のY2O3および重量比で0.97％のReがドープされたモリブデンを示しており、5番目の棒グラフは、重量比で0.65％のY2O3がドープされた参考用のモリブデンを示している。
図4には、重量比で0.3％のY2O3および重量比で0.97％のReを含むモリブデン合金薄膜の電解エッチング後に、異なる温度で熱処理をしたときの伸びELの測定結果が示されている。伸びELは、熱処理温度とともに増加し、約2000℃の熱処理温度で最大値に到達している。
請求項1に示した量の1または2以上の構成成分を使用したランプの他のモリブデン合金部材についても、予想することができることに留意する必要がある。
例えば、図1に示した外部電流導体9、10は、本発明によるモリブデン合金で構成されても良い。
本発明は、超高圧ランプ（UHP）および車両用ランプを含む様々なランプに適用することができる。
図5には、本発明の実施例によるハロゲンランプ20の一部を示す。電流伝達サポートワイヤ21は、モリブデンスリーブ23およびモリブデン心棒24を介して、タングステンフィラメント22を支持する。サポートワイヤ21は、本発明の実施例によるモリブデン−レニウム合金またはモリブデン−ジルコニウム合金を有する。モリブデン合金サポートワイヤは、前述のモリブデン合金薄膜のような、イットリウム酸化物、またはイットリウム酸化物とセリウム酸化物の組み合わせを含まないことに留意する必要がある。前記レニウムおよび／またはジルコニウム成分の請求項に記載の量により、延性特性（サポートワイヤの形状に関係する）と有害不純物のゲッタ機能の間で、適正なバランスが可能となる。
特許請求の範囲において、括弧で示されたいかなる参照符号も、請求項を限定するものと解してはならない。「有する」という用語およびその変化形は、請求項に記載された素子またはステップ以外の存在を否定するものではない。素子の前の「一つの」という用語は、そのような素子が複数あることを排斥するものではない。単にある手段が相互に異なる従属項に記載されていることから、これらの手段の組み合わせ使用が有意ではないと解してはならない。
Claims (10)
1または2以上のフィードスルー素子が埋設された気密管を有するランプであって、
前記フィードスルー素子は、外部電流導体と、当該ランプを作動させる内部電流導体とを電気的に相互接続し、
前記フィードスルー素子、前記外部電流導体および前記内部電流導体の少なくとも一つは、重量比で0.01から1.5％の間の量のレニウムを含むモリブデン合金部材であり、
該モリブデン合金部材は、さらに、イットリウム酸化物またはイットリウム酸化物およびセリウム酸化物を含むことを特徴とするランプ。
前記フィードスルー素子は、外部電流導体と、当該ランプを作動させる内部電流導体とを電気的に相互接続し、
前記フィードスルー素子、前記外部電流導体および前記内部電流導体の少なくとも一つは、重量比で0.01から1.5％の間の量のレニウムを含むモリブデン合金部材であり、
該モリブデン合金部材は、さらに、イットリウム酸化物またはイットリウム酸化物およびセリウム酸化物を含むことを特徴とするランプ。
前記気密管は、石英ガラス管であり、前記フィードスルー素子として、モリブデン合金薄膜が埋設された1または2以上のピンチシールを有することを特徴とする請求項1に記載のランプ。
前記レニウムの量は、重量比で0.05から1.5％の範囲であることを特徴とする請求項2に記載のランプ。
当該ランプは、金属ハロゲン化物高強度放電ランプであり、
前記レニウムの量は、重量比で0.05％よりも多いが、重量比で1.5％よりも少ないことを特徴とする請求項1に記載のランプ。
前記レニウムの量は、重量比で0.05％よりも多いが、重量比で1.5％よりも少ないことを特徴とする請求項1に記載のランプ。
当該ランプは、モリブデン合金内部サポートワイヤを有するハロゲンランプであることを特徴とする請求項1に記載のランプ。
前記内部サポートワイヤは、モリブデン合金部材であり、重量比で1.5％以下の量のレニウム、または重量比で1％未満の量のジルコニウムを含むことを特徴とする請求項5に記載のランプ。
前記外部電流導体は、クロムコーティングを有することを特徴とする請求項1に記載のランプ。
前記フィードスルー素子は、リン酸処理された素子であることを特徴とする請求項1に記載のランプ。
フィードスルー素子、外部電流導体および前記内部電流導体等の、ランプ部材の製造方法であって、
重量比で0.01から1.5％の間の量のレニウムを含むモリブデン合金部材から、前記ランプ部材を形成するステップを有し、
前記モリブデン合金部材は、さらに、イットリウム酸化物またはイットリウム酸化物およびセリウム酸化物を含むことを特徴とするランプ部材の製造方法。
重量比で0.01から1.5％の間の量のレニウムを含むモリブデン合金部材から、前記ランプ部材を形成するステップを有し、
前記モリブデン合金部材は、さらに、イットリウム酸化物またはイットリウム酸化物およびセリウム酸化物を含むことを特徴とするランプ部材の製造方法。
請求項9に記載の方法により製作されたランプ部材を適用するステップを有する、ランプの製造方法。
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