JPS59221373A - Sealing composition - Google Patents

Sealing composition

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JPS59221373A
JPS59221373A JP9477183A JP9477183A JPS59221373A JP S59221373 A JPS59221373 A JP S59221373A JP 9477183 A JP9477183 A JP 9477183A JP 9477183 A JP9477183 A JP 9477183A JP S59221373 A JPS59221373 A JP S59221373A
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oxide
yttrium
beryllium
silicon
lanthanum
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繁 山崎
Mitsuru Kitagawa
北川 満
Soichiro Horikoshi
堀越 創一郎
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Iwasaki Denki KK
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Iwasaki Denki KK
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Abstract

PURPOSE:The titled composition, containing a specific amount of lanthanum oxide and cerium oxide as main components, and further beryllium oxide, silicon oxide, yttrium oxide, etc., and having improved halogen resistance, heat resistance, melting temperature, airtightness and spalling resistance. CONSTITUTION:A composition containing 30-50wt% lanthanum oxide and cerium oxide as main components and further beryllium oxide and/or silicon oxide and one of scandium oxide, yttrium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide or terbium oxide, etc. and if necessary aluminum oxide. Preferably, the above-mentioned composition contains 3-30wt% respectively beryllium oxide, silicon oxide, yttrium oxide and aluminum oxide added thereto. USE:Suitable for sealing end caps or electrodes, etc. airtight in end parts of polycrystal alumina tubes.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、メタルハライドランプの発光管として用いる
透光性多結晶アルミナ管の端部に端キャップ及び電極等
を気密に封着するための封着用組成物の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in a sealing composition for airtightly sealing end caps, electrodes, etc. to the ends of translucent polycrystalline alumina tubes used as arc tubes of metal halide lamps.

多結晶アルミナ管の端部に端キャップや電極等を気密に
封着するための封着用組成物として、従来から一般的に
知られているものは次のとおりである。
The following are commonly known sealing compositions for airtightly sealing end caps, electrodes, etc. to the ends of polycrystalline alumina tubes.

■ 酸化アルミニウム(Aj!20s)とアルカリ土類
金属酸化物(例えば酸化カルシウム)を主成分とするも
の〔特公昭47−49290号〕。
■ Those whose main components are aluminum oxide (Aj!20s) and alkaline earth metal oxides (eg, calcium oxide) [Japanese Patent Publication No. 47-49290].

これは、高圧ナトリウムランプの発光管に使う場合には
特に問題はないが、ハロゲンとの化学反応性が大きいた
め、メタルハライドランプの発光管には全く使えない。
This poses no particular problem when used in the arc tubes of high-pressure sodium lamps, but because of its high chemical reactivity with halogens, it cannot be used at all in the arc tubes of metal halide lamps.

■ 酸化アルミニウム(A120g)と酸化ホウ素(n
tos)と酸化ベリリウノ、(Red)と酸化ケイ素(
SiO2)を含むもの〔特公昭49−32301号〕、
あるいは、酸化ランタン(L a20s )と酸化ホウ
素(Btu3)と酸化リン(Ptos )と酸化アルミ
ニウム(A120g )と酸化マグネシウム(MgO)
を含むもの〔特開昭55−37496号〕。
■ Aluminum oxide (A120g) and boron oxide (n
tos) and beryliuno oxide, (Red) and silicon oxide (
SiO2) [Special Publication No. 49-32301],
Alternatively, lanthanum oxide (La20s), boron oxide (Btu3), phosphorus oxide (Ptos), aluminum oxide (A120g), and magnesium oxide (MgO)
[Unexamined Japanese Patent Publication No. 55-37496].

これらは、封着用組成物の融点を下げ、ガラス化するた
めの酸化物として、耐ハロゲン性の酸化ホウ素(13z
03)を選択したものである。
These include halogen-resistant boron oxide (13z
03) was selected.

しかし、酸化ホウ素を含む封着用組成物は気泡ができや
すく、信頼性のある気密シールを行うことが難しいとい
う1tAがある。
However, sealing compositions containing boron oxide tend to form bubbles, making it difficult to achieve reliable airtight sealing.

■ 酸化アルミニウム(A40a )とその熱膨張−I
K近い熱膨張中rを有する希土類金属の酸化物を含むも
の[U、S、P、3588573 ]、あるいけ、酸化
ジスプロシウム(Dy203)と酸化アルミニウム(A
z20s)と酸化ケイ素(Si0、)を含むもの〔特公
昭56−44025号〕。
■ Aluminum oxide (A40a) and its thermal expansion-I
Those containing oxides of rare earth metals with a thermal expansion r close to K [U, S, P, 3588573], dysprosium oxide (Dy203) and aluminum oxide (A
z20s) and silicon oxide (Si0,) [Japanese Patent Publication No. 56-44025].

前者は融点が高いため製造上問題があり、後者は封着用
組成物の熱膨張学炉が多結晶アルミナに比べて小さいた
め、安定性のある気密シールを形成できないという問題
がある。
The former has a problem in manufacturing due to its high melting point, while the latter has a problem in that a stable airtight seal cannot be formed because the thermal expansion furnace of the sealing composition is smaller than that of polycrystalline alumina.

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、耐
ハロゲン性、耐熱性、溶融温度、気密性及び耐スポーリ
ング性(気泡、クラック等を生じないこと)等の諸点に
おいて優れた性能を有する封着用組成物を提供せんとす
るものである。
The present invention has been made in view of the above points, and has excellent properties such as halogen resistance, heat resistance, melting temperature, airtightness, and spalling resistance (no generation of bubbles, cracks, etc.). The present invention aims to provide a sealing composition with excellent performance.

以下、本発明に係る封着用組成物について詳細に説明す
る。
Hereinafter, the sealing composition according to the present invention will be explained in detail.

本発明では、封着用組成物の主成分として耐ハロゲン性
が大きく、シかも発光管を構成する多結晶アルミナよシ
、熱膨張辛誘の大きいもの、特に酸化ランタン(Law
’s)又は酸化セリウム(ceot)を選択する。
In the present invention, the main component of the sealing composition is a material that has high halogen resistance, such as polycrystalline alumina that constitutes the arc tube, and materials that have a high thermal expansion resistance, especially lanthanum oxide (Law).
's) or cerium oxide (ceot).

熱膨張吟Pが多結晶アルミナより大きいにもかかわらず
、酸化ランタンと酸化セリウムを選択した理由は、これ
らの希土類酸化物は融点が高く(例えば酸化ランタンは
2300℃)、結局は酸化ベリリウム等の融点降下剤を
添加せざるを得す、これを添加すると熱膨張牽芦が下が
るのを避はえないからである。
The reason why we chose lanthanum oxide and cerium oxide is that these rare earth oxides have a high melting point (for example, lanthanum oxide has a high melting point of 2300°C), even though their thermal expansion coefficient P is larger than that of polycrystalline alumina. It is necessary to add a melting point depressant because the addition of this agent inevitably lowers the thermal expansion balance.

第1図は、各種希土類酸化物の温度変化に対する線熱膨
張率pの変化を、発光管を構成する多結晶アルミナのそ
れと比較して示したものである。
FIG. 1 shows changes in linear thermal expansion coefficient p with respect to temperature changes of various rare earth oxides in comparison with that of polycrystalline alumina constituting the arc tube.

なお、前記主成分としては、酸化セリウムより酸化ラン
タンの方が安定し7ておシ扱い易いが、その他の点では
それほど違いがあるわけではない。
As the main component, lanthanum oxide is more stable and easier to handle than cerium oxide, but there is not much difference in other respects.

次に、本発明では、主成分に添加すべき融点降下剤とし
て、酸化べIJ IJウム及び酸化ケイ素を選択する。
Next, in the present invention, aluminum oxide and silicon oxide are selected as melting point depressants to be added to the main component.

酸化ベリリウムは、酸化ランタンや酸化セリウムに混ぜ
合わせた場合に、それらの融点を降下させる効果が大き
い。酸化ケイ素は融点降下についての効果はそれほど大
きくないが、ガラス相を形成する作用を持っており、気
密性増大に寄与する。
When beryllium oxide is mixed with lanthanum oxide or cerium oxide, it has a great effect of lowering their melting points. Although silicon oxide does not have a large effect on lowering the melting point, it has the effect of forming a glass phase, contributing to increased airtightness.

酸化ベリリウムと酸化ケイ素は両方添加することが重重
しいが、一方だけでも実施は可能である。
Although it is difficult to add both beryllium oxide and silicon oxide, it is possible to add only one of them.

第2図及び第3図はそれぞれ、酸化べIJ IJウムを
酸化ランタンに混ぜ合わせた場合、及び酸化ケイ素を酸
化ランタンに混ぜ合わせた場合の平衡状態図を示すもの
である。
FIGS. 2 and 3 respectively show equilibrium diagrams for the case where beryllium oxide is mixed with lanthanum oxide and when silicon oxide is mixed with lanthanum oxide.

さらに、本発明では、多結晶アルミナに対する封着用組
成物の接着強度を増大させるために、アルミナとの反応
性が大きく、シかも耐ノ〜ロゲン件の希土類酸化物を添
加する必要がある。これは、酸化ランタンや酸化セリウ
ムは基体の多結晶アルミナと殆んど反応しないためであ
る。かかる目的で使用する希土類酸化物としては、酸化
ランタン及び酸化セリウムを除く多くの希土類酸化物、
例えば酸化スカンジウム(S c!all )、酸化イ
ツトリウム(Y、Os)、酸化プラセオジム(P rt
os )、酸化ネオジA (Nd、03)、酸化サマリ
ウム(Sm、03)、酸化ユーロピウム(E 020g
 )、酸化ガドリニウム(GdzOs)、酸化テルビウ
ム(TbtOs)、酸化ジスプロシウム(DYyOx 
)、酸化ホルミウム(Hox Os)、酸化エルビウム
(Er、03)、酸化ツリウム(T mt Os )、
酸化イツテリビウム(YbzOs)及び酸化ルテチウム
(Lutes)が適当である。特に酸化イツトリウムの
効果は大きい。なお、酸化イツートリウムを用いた場合
、多結晶アルミナとの反応を迅速に行なわせてシール時
間を短縮するには、封着用組成物に酸化アルミニウム(
A120s )を添加しておいた方がよい。
Furthermore, in the present invention, in order to increase the adhesive strength of the sealing composition to polycrystalline alumina, it is necessary to add a rare earth oxide that is highly reactive with alumina and is also resistant to corrosion. This is because lanthanum oxide and cerium oxide hardly react with the polycrystalline alumina of the base. Rare earth oxides used for this purpose include many rare earth oxides other than lanthanum oxide and cerium oxide,
For example, scandium oxide (S c!all ), yttrium oxide (Y, Os), praseodymium oxide (P rt
os), neodymium oxide (Nd, 03), samarium oxide (Sm, 03), europium oxide (E 020g
), gadolinium oxide (GdzOs), terbium oxide (TbtOs), dysprosium oxide (DYyOx)
), holmium oxide (Hox Os), erbium oxide (Er, 03), thulium oxide (T mt Os ),
Itteribium oxide (YbzOs) and lutetium oxide (Lutes) are suitable. The effect of yttrium oxide is particularly large. In addition, when iturium oxide is used, in order to quickly react with polycrystalline alumina and shorten the sealing time, aluminum oxide (
It is better to add A120s).

種々の組成比の封着用組成物を作って実験してみた。Experiments were conducted by making sealing compositions with various composition ratios.

第1表 その結果、L a、C1s・・・・・40 % 、 B
 e 0−−−−−−6 % 、 Sin。
Table 1 Results: La, C1s...40%, B
e 0---6%, Sin.

・・・・・・17チ、y、o、・・・・・・25%、A
A!、O,・・・・・・12チの封着用組成物(A4)
が最も良い成績を示した。すなわち、王妃組成の封着用
組成物は、融点が1360℃、熱膨張係数が1.2 X
 10 /degであり、気密性もよく、耐ハロゲン性
においても極めて優れた特性を示した。
...17chi, y, o, ...25%, A
A! , O,...12 sealing composition (A4)
showed the best performance. That is, the sealing composition of the queen composition has a melting point of 1360°C and a coefficient of thermal expansion of 1.2
10 /deg, good airtightness, and extremely excellent halogen resistance.

上記組成比でなくても、従来のものに比較して優れた特
性の封着用組成物を得ることはできる。
Even if the composition ratio is not the above, it is possible to obtain a sealing composition with superior properties compared to conventional compositions.

例えば酸化ベリリウムを少なく 1.たり、酸化ケイ素
を使用しかいことも可能ではある。ただ、酸化べl I
Jウムを一定値以上に少なくすれば組成物の融点が上シ
封止作業性が悪くなる。また酸化ケイ素を用いなければ
、封止部に亀裂が入り易くなり信頼性の高いシールは得
られない。
For example, use less beryllium oxide.1. Alternatively, it is possible to use silicon oxide. However, belu oxide I
If the amount of Jum is reduced beyond a certain value, the melting point of the composition will increase and the sealing workability will deteriorate. Furthermore, if silicon oxide is not used, cracks tend to occur in the sealing portion, making it impossible to obtain a highly reliable seal.

さらに、酸化イツトリウムがないと、基体アルミナと封
着用組成物の十分な接着性が得られ々い。
Furthermore, without yttrium oxide, it is difficult to obtain sufficient adhesion between the base alumina and the sealing composition.

ただし、これは酸化ジスプロシウムその他の希土類酸化
物に代えても良い結果を得ることができる。
However, good results can be obtained by replacing this with dysprosium oxide or other rare earth oxides.

酸化アルミニウムを少くしたときは、シール時間を長く
して、基体アルミナへの拡散を十分に行わせる必要があ
る。
When reducing the amount of aluminum oxide, it is necessary to increase the sealing time to ensure sufficient diffusion into the base alumina.

このようにして、封着用組成物の各成分の有効性と組成
比の限界を確認したところ、主成分である酸化ランタン
と酸化セリウムは重量で30〜50チの範囲、内であれ
ば特に効果が横われることがないことが判明した。また
、酸化ベリリウムと酸化ケイ素は3〜30%、酸化イツ
トリウム等の希土類酸化物及び酸化アルミニウムもそれ
ぞれ3〜3゜チの範囲内で変化させても特に問題はない
ことを確認した。
In this way, we confirmed the effectiveness of each component of the sealing composition and the limits of the composition ratio, and found that the main components, lanthanum oxide and cerium oxide, are particularly effective if the weight is within the range of 30 to 50 cm. It turned out that there was no way to override it. Further, it was confirmed that there is no problem even if beryllium oxide and silicon oxide are varied within a range of 3 to 30%, and rare earth oxides such as yttrium oxide and aluminum oxide are varied within a range of 3 to 3 degrees.

以上の説明から明らかなように、本発明にょたげ、メタ
ルハライドランプの発光管として用いる透光性多結晶ア
ルミナをシールするのに極めて好適々封着組成物を得る
ことができる。
As is clear from the above description, the present invention makes it possible to obtain a sealing composition that is extremely suitable for sealing translucent polycrystalline alumina used as an arc tube of a metal halide lamp.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、多結晶アルミナと各種希土類酸化物の温度変
化に対する線膨張章芦の変化を示す曲線。 図、第2図はLa、03−BeOの平衡状態図、第3図
−、である。
Figure 1 shows curves showing changes in linear expansion curves with respect to temperature changes for polycrystalline alumina and various rare earth oxides. Figure 2 is an equilibrium state diagram of La, 03-BeO, and Figure 3-.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)重量で30〜50%の酸化ランタン又は酸化セリ
ウムを主成分とし、 酸化べIJ 17ウム、酸化ケイ素の両方又は一種と、 酸化スカンジウム、酸化イツトリウム、酸化プラセオジ
ム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム
、酸化ガドリニウム。 酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム
、′M化エルビウム、酸化ツリウム。 酸化イッテルビウム、酸化ルテチウムのうちの一種と、 要すれば酸化アルミニウムと を含むことを特徴とする封着用組成物。 (21酸化ベリリウム、酸化ケイ素、酸化イツトリウム
、酸化アルミニウムがそれぞれ重量で3〜30チである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の封着用組
成物。
(1) Contains 30 to 50% by weight of lanthanum oxide or cerium oxide as a main component, and contains both or one of benzium oxide and silicon oxide, as well as scandium oxide, yttrium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, samarium oxide, and cerium oxide. europium, gadolinium oxide. Terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, erbium oxide, thulium oxide. A sealing composition comprising one of ytterbium oxide and lutetium oxide, and optionally aluminum oxide. (The sealing composition according to claim 1, wherein each of beryllium 21 oxide, silicon oxide, yttrium oxide, and aluminum oxide is 3 to 30 inches by weight.
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