タングステン合金製フィードスルーを有するセラミック放電容器
【課題】先行技術の欠点を回避して、セラミック製発光管におけるニオブ製フィードスルーの代替を提供する。
【解決手段】従来のフィードスルーの代替としてセラミック放電容器のためにタングステン合金製、タングステンとチタン、バナジウム又はそれらの組合せから選択される金属のフィードスルーを提供する。
【解決手段】従来のフィードスルーの代替としてセラミック放電容器のためにタングステン合金製、タングステンとチタン、バナジウム又はそれらの組合せから選択される金属のフィードスルーを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タングステン合金製フィードスルーを有するセラミック放電容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック放電容器は、一般に高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ、例えば高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプ、高圧水銀ランプ及びメタルハライドランプのために使用される。半透明のセラミック容器は、ＨＩＤランプ作動時に呈される高温条件と高圧条件とに耐えることができ、かつ腐蝕性の化学的封入物に抵抗性を示さねばならない。ＨＩＤランプに使用するのに有利なセラミックは、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）であるが、サファイア、イットリウムアルミニウムガーネット、窒化アルミニウム及び酸窒化アルミニウムのような他のセラミックも使用することができる。
【０００３】
慣用のセラミック放電容器において、セラミック容器と金属製の電気的フィードスルーとの間に気密封止を作成することが困難なのは、これらの材料が、特に熱膨張率に関して非常に様々な特性を有するからである。多結晶アルミナの場合に、そのシールが一般にアルミナセラミックとニオブ製のフィードスルーとの間に作成されるのは、これらの材料の熱膨張が非常に類似しているためである。ニオブ製のフィードスルーは少なくとも１つのタングステン製電極と接続され、その非常に高い融点のため、これがアーク用の接触点の形成に使用される。
【０００４】
しかしながら、フィードスルー材料としてのニオブは２つの重大な欠点を有する。第一の欠点は、ニオブは、酸化されて封止が弱るため空気に暴露できないことである。この欠点により、放電容器を真空中又は不活性ガス雰囲気において作動させることが必要となり、それにより費用が増加し、かつランプの全体のサイズが大きくなる。第二の欠点は、ニオブは、メタルハライドランプ用の殆どの化学的封入物と反応することである。この問題により、メタルハライド用途のためにより複雑な電極集合体の開発がもたらされた。例えば、セラミック製のメタルハライドランプ用の電極集合体の一先行技術は共に溶接された４つの部分：セラミック製発光管に対する封止用のニオブ製フィードスルー；モリブデンロッド；Ｍｏ−アルミナサーメット；及びタングステン製電極からなる。米国特許第６，７７４，５４７号に記載される別の電極集合体は、セラミックコアを有し、その外部長に沿って複数の溝を有し、それらの溝中にワイヤが挿入されているマルチワイヤフィードスルーを使用する。それらのワイヤはタングステン製又はモリブデン製のいずれかであり、フィードスルーの少なくとも一端と一緒に撚り合わされている。撚り合わされたワイヤはランプ内の電極として使用でき、又は別途の電極チップを撚り合わされたワイヤ束に接続してもよい。
【特許文献１】米国特許第６，７７４，５４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、先行技術の欠点を回避することである。
【０００６】
本発明のもう一つの課題は、セラミック製発光管におけるニオブ製フィードスルーの代替を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の前記の課題及び他の課題に応じて、セラミック放電容器のためにタングステン合金製のフィードスルーを提供する。本願で使用する場合に、タングステン合金という用語は、５０質量％より多いタングステンを含んで成る合金を意味する。特に、本発明のタングステン合金は、タングステンとチタン、バナジウム又はそれらの組合せから選択される金属との合金を含む。有利には、タングステン合金は、Ｔｉ、Ｖ又はそれらの組合せから選択される金属約１０〜約３５質量％を含有する。
【０００８】
本発明を、別の及び更なる課題、その利点及び性能と共により良く理解するために、図面に関連して採用される以下の開示及び付属の特許請求の範囲が参照される。
【０００９】
タングステン−チタン系とタングステン−バナジウム系は、これらが完全な固溶体を形成するという利点を有する。更に、個々の金属成分の熱膨張率は、ＨＩＤランプで使用される又はその使用のために提案されている慣用のセラミック材料についての熱膨張率の範囲と同等である。特に、チタンとバナジウムは、多結晶アルミナ、酸窒化アルミニウム及びイットリウムアルミニウムガーネットのような重要なセラミック材料よりも膨張率が高く、そしてタングステンの膨張率はそれより低い。これらの特性は、典型的なランプ封止法と高温ランプ動作で用いられる温度範囲に及んで、ＷとＴｉ又はＶとの間の膨張係数を有する事実上全てのセラミック材料の熱膨張挙動に厳密に適合する単相タングステン合金の製造を可能にする。
【００１０】
第１表は、ＨＩＤランプ用の３種の主要なセラミック材料と一緒に使用するのに有利なタングステン合金の組成について、好適な合金組成を質量割合（質量％）で提供するものである。選択されたセラミックの熱膨張に適合する組成物を配合する。Ｗ−Ｖ合金は、より化学的に反応性の環境においてＷ−Ｔｉ合金よりも僅かに有利であることが予想される。これらの合金は、線引き技術、粉末冶金又は鋳造及び機械加工によって最終的な形状に成形することができる。線引きは、かかる費用がより少ないので好ましい成形法である。Ｗ−Ｔｉ−Ｖ合金について一般化された組成範囲を、合金中のチタンとバナジウムの質量割合の合計として示す。
【００１１】
第１表
【００１２】
【表１】
【００１３】
図１に関して、そこではメタルハライドランプ用のセラミック放電容器１の断面図が示されており、図中、放電容器１は、多結晶アルミナ、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）又はイットリウムアルミニウムガーネットを含んで成ることが好ましい半透明のセラミック体３を有する。セラミック体３は対向型キャピラリー管５を有し、これらの管は両側から外側に延びている。キャピラリー５は、電極集合体２０を収容するための中央内腔９を有する。この実施態様では、電極集合体２０は、本発明によるタングステン合金を含んで成るフィードスルー２２とタングステン電極２６から構成されている。有利な実施態様では、電極集合体２０はその全体が本発明のタングステン合金から、有利にはコスト削減のために単一構造として形成されている。タングステン製コイル又は他の類似の構造物をタングステン製電極２６の端部に付けて、アーク放電用の接触点を提供することができる。
【００１４】
放電室１２は、一般的に水銀とメタルハライド塩、例えばＮａＩ、ＣａＩ２、ＤｙＩ３、ＨｏＩ３、ＴｍＩ３及びＴｌＩの混合物とを含有してよいメタルハライド封入材料を含有している。また放電室１２はバッファガス、例えばＸｅ又はＡｒを含有する。フリット材料１７は、キャピラリー５と電極集合体のフィードスルー２２との間に気密封止を作成する。有利なフリット材料は、ハライド抵抗性のＤｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス−セラミック系である。メタルハライドランプでは、フリット材料１７のキャピラリー５中への溶け込みを最小限にして、腐蝕性メタルハライド封入物との不利な反応を妨げることが望ましい。例えば、モリブデンコイル２４をタングステン製電極２６の軸部周りに巻いて、メタルハライド塩凝縮物とフリット材料１７とがランプ動作中に接触しないようにすることができる。
【００１５】
また本発明のタングステン合金製フィードスルーは他のフィードスルー構造においても使用することができる。例えば、本発明のタングステン合金製フィードスルーは、マルチワイヤフィードスルーにおいて、又は慣用の高圧ナトリウムランプにおけるニオブ管の代替として使用することができる。
【００１６】
目下、本発明の好ましい実施態様であると考えられるものについて示し、記載してきたが、付属の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく多様な変更及び改良がなされてよいことは、当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明によるタングステン合金製のフィードスルーを有するセラミック放電容器の断面図である
【符号の説明】
【００１８】
１ 放電容器、 ３ セラミック体、 ５ キャピラリー、 ９ 中央内腔、 １２ 放電室、 １７ フリット材料、 ２０ 電極集合体、 ２２ フィードスルー、 ２４ モリブデンコイル、 ２６ タングステン製電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タングステン合金製フィードスルーを有するセラミック放電容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック放電容器は、一般に高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ、例えば高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプ、高圧水銀ランプ及びメタルハライドランプのために使用される。半透明のセラミック容器は、ＨＩＤランプ作動時に呈される高温条件と高圧条件とに耐えることができ、かつ腐蝕性の化学的封入物に抵抗性を示さねばならない。ＨＩＤランプに使用するのに有利なセラミックは、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）であるが、サファイア、イットリウムアルミニウムガーネット、窒化アルミニウム及び酸窒化アルミニウムのような他のセラミックも使用することができる。
【０００３】
慣用のセラミック放電容器において、セラミック容器と金属製の電気的フィードスルーとの間に気密封止を作成することが困難なのは、これらの材料が、特に熱膨張率に関して非常に様々な特性を有するからである。多結晶アルミナの場合に、そのシールが一般にアルミナセラミックとニオブ製のフィードスルーとの間に作成されるのは、これらの材料の熱膨張が非常に類似しているためである。ニオブ製のフィードスルーは少なくとも１つのタングステン製電極と接続され、その非常に高い融点のため、これがアーク用の接触点の形成に使用される。
【０００４】
しかしながら、フィードスルー材料としてのニオブは２つの重大な欠点を有する。第一の欠点は、ニオブは、酸化されて封止が弱るため空気に暴露できないことである。この欠点により、放電容器を真空中又は不活性ガス雰囲気において作動させることが必要となり、それにより費用が増加し、かつランプの全体のサイズが大きくなる。第二の欠点は、ニオブは、メタルハライドランプ用の殆どの化学的封入物と反応することである。この問題により、メタルハライド用途のためにより複雑な電極集合体の開発がもたらされた。例えば、セラミック製のメタルハライドランプ用の電極集合体の一先行技術は共に溶接された４つの部分：セラミック製発光管に対する封止用のニオブ製フィードスルー；モリブデンロッド；Ｍｏ−アルミナサーメット；及びタングステン製電極からなる。米国特許第６，７７４，５４７号に記載される別の電極集合体は、セラミックコアを有し、その外部長に沿って複数の溝を有し、それらの溝中にワイヤが挿入されているマルチワイヤフィードスルーを使用する。それらのワイヤはタングステン製又はモリブデン製のいずれかであり、フィードスルーの少なくとも一端と一緒に撚り合わされている。撚り合わされたワイヤはランプ内の電極として使用でき、又は別途の電極チップを撚り合わされたワイヤ束に接続してもよい。
【特許文献１】米国特許第６，７７４，５４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、先行技術の欠点を回避することである。
【０００６】
本発明のもう一つの課題は、セラミック製発光管におけるニオブ製フィードスルーの代替を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の前記の課題及び他の課題に応じて、セラミック放電容器のためにタングステン合金製のフィードスルーを提供する。本願で使用する場合に、タングステン合金という用語は、５０質量％より多いタングステンを含んで成る合金を意味する。特に、本発明のタングステン合金は、タングステンとチタン、バナジウム又はそれらの組合せから選択される金属との合金を含む。有利には、タングステン合金は、Ｔｉ、Ｖ又はそれらの組合せから選択される金属約１０〜約３５質量％を含有する。
【０００８】
本発明を、別の及び更なる課題、その利点及び性能と共により良く理解するために、図面に関連して採用される以下の開示及び付属の特許請求の範囲が参照される。
【０００９】
タングステン−チタン系とタングステン−バナジウム系は、これらが完全な固溶体を形成するという利点を有する。更に、個々の金属成分の熱膨張率は、ＨＩＤランプで使用される又はその使用のために提案されている慣用のセラミック材料についての熱膨張率の範囲と同等である。特に、チタンとバナジウムは、多結晶アルミナ、酸窒化アルミニウム及びイットリウムアルミニウムガーネットのような重要なセラミック材料よりも膨張率が高く、そしてタングステンの膨張率はそれより低い。これらの特性は、典型的なランプ封止法と高温ランプ動作で用いられる温度範囲に及んで、ＷとＴｉ又はＶとの間の膨張係数を有する事実上全てのセラミック材料の熱膨張挙動に厳密に適合する単相タングステン合金の製造を可能にする。
【００１０】
第１表は、ＨＩＤランプ用の３種の主要なセラミック材料と一緒に使用するのに有利なタングステン合金の組成について、好適な合金組成を質量割合（質量％）で提供するものである。選択されたセラミックの熱膨張に適合する組成物を配合する。Ｗ−Ｖ合金は、より化学的に反応性の環境においてＷ−Ｔｉ合金よりも僅かに有利であることが予想される。これらの合金は、線引き技術、粉末冶金又は鋳造及び機械加工によって最終的な形状に成形することができる。線引きは、かかる費用がより少ないので好ましい成形法である。Ｗ−Ｔｉ−Ｖ合金について一般化された組成範囲を、合金中のチタンとバナジウムの質量割合の合計として示す。
【００１１】
第１表
【００１２】
【表１】
【００１３】
図１に関して、そこではメタルハライドランプ用のセラミック放電容器１の断面図が示されており、図中、放電容器１は、多結晶アルミナ、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）又はイットリウムアルミニウムガーネットを含んで成ることが好ましい半透明のセラミック体３を有する。セラミック体３は対向型キャピラリー管５を有し、これらの管は両側から外側に延びている。キャピラリー５は、電極集合体２０を収容するための中央内腔９を有する。この実施態様では、電極集合体２０は、本発明によるタングステン合金を含んで成るフィードスルー２２とタングステン電極２６から構成されている。有利な実施態様では、電極集合体２０はその全体が本発明のタングステン合金から、有利にはコスト削減のために単一構造として形成されている。タングステン製コイル又は他の類似の構造物をタングステン製電極２６の端部に付けて、アーク放電用の接触点を提供することができる。
【００１４】
放電室１２は、一般的に水銀とメタルハライド塩、例えばＮａＩ、ＣａＩ２、ＤｙＩ３、ＨｏＩ３、ＴｍＩ３及びＴｌＩの混合物とを含有してよいメタルハライド封入材料を含有している。また放電室１２はバッファガス、例えばＸｅ又はＡｒを含有する。フリット材料１７は、キャピラリー５と電極集合体のフィードスルー２２との間に気密封止を作成する。有利なフリット材料は、ハライド抵抗性のＤｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス−セラミック系である。メタルハライドランプでは、フリット材料１７のキャピラリー５中への溶け込みを最小限にして、腐蝕性メタルハライド封入物との不利な反応を妨げることが望ましい。例えば、モリブデンコイル２４をタングステン製電極２６の軸部周りに巻いて、メタルハライド塩凝縮物とフリット材料１７とがランプ動作中に接触しないようにすることができる。
【００１５】
また本発明のタングステン合金製フィードスルーは他のフィードスルー構造においても使用することができる。例えば、本発明のタングステン合金製フィードスルーは、マルチワイヤフィードスルーにおいて、又は慣用の高圧ナトリウムランプにおけるニオブ管の代替として使用することができる。
【００１６】
目下、本発明の好ましい実施態様であると考えられるものについて示し、記載してきたが、付属の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく多様な変更及び改良がなされてよいことは、当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明によるタングステン合金製のフィードスルーを有するセラミック放電容器の断面図である
【符号の説明】
【００１８】
１ 放電容器、 ３ セラミック体、 ５ キャピラリー、 ９ 中央内腔、 １２ 放電室、 １７ フリット材料、 ２０ 電極集合体、 ２２ フィードスルー、 ２４ モリブデンコイル、 ２６ タングステン製電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック放電容器であって、少なくとも１つの電極集合体を有するセラミック体を有し、該電極集合体が前記セラミック体に対して封止されたフィードスルー部を有し、該フィードスルーがタングステン合金を含んで成り、その合金では、タングステンとチタン、バナジウム又はそれらの組合せから選択される金属とが合金化されているセラミック放電容器。
【請求項２】
セラミック体が、多結晶アルミナ、サファイア、酸窒化アルミニウム又はイットリウムアルミニウムガーネットを含んで成る、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項３】
セラミック体が、少なくとも１つのキャピラリー管を有し、かつフィードスルーがそのキャピラリーに対して封止されている、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項４】
フィードスルーがセラミック体に対してフリット材料で封止されている、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項５】
タングステン合金が、約１０〜約３５質量％のチタン、バナジウム又はそれらの組合せを含有する、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項６】
セラミック体が酸化アルミニウムを含んで成り、かつタングステン合金が２０〜３０質量％のチタン、バナジウム又はそれらの組合せを含有する、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項７】
タングステン合金が２５質量％のチタンを含有する、請求項６記載のセラミック放電容器。
【請求項８】
タングステン合金が２２．５質量％のバナジウムを含有する、請求項６記載のセラミック放電容器。
【請求項９】
セラミック体が酸窒化アルミニウムを含んで成り、かつタングステン合金が１０〜２０質量％のチタン、バナジウム又はそれらの組合せを含有する、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項１０】
タングステン合金が１６．５質量％のチタンを含有する、請求項９記載のセラミック放電容器。
【請求項１１】
タングステン合金が１７質量％のバナジウムを含有する、請求項９記載のセラミック放電容器。
【請求項１２】
セラミック体がイットリウムアルミニウムガーネットを含んで成り、かつタングステン合金が約２０〜約３０質量％のチタン、バナジウム又はそれらの組合せを含有する、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項１３】
タングステン合金が２６質量％のチタンを含有する、請求項１２記載のセラミック放電容器。
【請求項１４】
タングステン合金が２５質量％のバナジウムを含有する、請求項１２記載のセラミック放電容器。
【請求項１】
セラミック放電容器であって、少なくとも１つの電極集合体を有するセラミック体を有し、該電極集合体が前記セラミック体に対して封止されたフィードスルー部を有し、該フィードスルーがタングステン合金を含んで成り、その合金では、タングステンとチタン、バナジウム又はそれらの組合せから選択される金属とが合金化されているセラミック放電容器。
【請求項２】
セラミック体が、多結晶アルミナ、サファイア、酸窒化アルミニウム又はイットリウムアルミニウムガーネットを含んで成る、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項３】
セラミック体が、少なくとも１つのキャピラリー管を有し、かつフィードスルーがそのキャピラリーに対して封止されている、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項４】
フィードスルーがセラミック体に対してフリット材料で封止されている、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項５】
タングステン合金が、約１０〜約３５質量％のチタン、バナジウム又はそれらの組合せを含有する、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項６】
セラミック体が酸化アルミニウムを含んで成り、かつタングステン合金が２０〜３０質量％のチタン、バナジウム又はそれらの組合せを含有する、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項７】
タングステン合金が２５質量％のチタンを含有する、請求項６記載のセラミック放電容器。
【請求項８】
タングステン合金が２２．５質量％のバナジウムを含有する、請求項６記載のセラミック放電容器。
【請求項９】
セラミック体が酸窒化アルミニウムを含んで成り、かつタングステン合金が１０〜２０質量％のチタン、バナジウム又はそれらの組合せを含有する、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項１０】
タングステン合金が１６．５質量％のチタンを含有する、請求項９記載のセラミック放電容器。
【請求項１１】
タングステン合金が１７質量％のバナジウムを含有する、請求項９記載のセラミック放電容器。
【請求項１２】
セラミック体がイットリウムアルミニウムガーネットを含んで成り、かつタングステン合金が約２０〜約３０質量％のチタン、バナジウム又はそれらの組合せを含有する、請求項１記載のセラミック放電容器。
【請求項１３】
タングステン合金が２６質量％のチタンを含有する、請求項１２記載のセラミック放電容器。
【請求項１４】
タングステン合金が２５質量％のバナジウムを含有する、請求項１２記載のセラミック放電容器。
【図１】
【公開番号】特開２００６−２１０３４６（Ｐ２００６−２１０３４６Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７７９５（Ｐ２００６−１７７９５）
【出願日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願人】（５９６１０４１３１）オスラム シルヴェニア インコーポレイテッド (72)
【氏名又は名称原語表記】ＯＳＲＡＭ ＳＹＬＶＡＮＩＡ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１００ Ｅｎｄｉｃｏｔｔ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｄａｎｖｅｒｓ， Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ ０１９２３， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願人】（５９６１０４１３１）オスラム シルヴェニア インコーポレイテッド (72)
【氏名又は名称原語表記】ＯＳＲＡＭ ＳＹＬＶＡＮＩＡ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１００ Ｅｎｄｉｃｏｔｔ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｄａｎｖｅｒｓ， Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ ０１９２３， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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