(57)【要約】【課題】透光性アルミナセラミックスの全光線透過率および直線透過率を高く保持し、そのバラツキを低減する。【解決手段】アルミナ原料粉末およびバインダーを噴霧乾燥機によって造粒することによって造粒粉末を得、この造粒粉末を成形して成形体を得、この成形体を焼成することによって透光性アルミナセラミックスを製造する。アルミナ原料粉末が硫酸アルミニウムから製造されている。造粒粉末の平均微孔径が０．５〜２．０μｍである。【選択図】                        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ原料粉末およびバインダーを噴霧乾燥法で造粒することによって造粒粉末を得、この造粒粉末を成形して成形体を得、この成形体を焼成することによって透光性アルミナセラミックスを製造する方法であって、
前記アルミナ原料粉末が硫酸アルミニウムから製造されており、前記造粒粉末の平均微孔径が０．５〜２．０μｍであることを特徴とする、透光性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法によって得られたことを特徴とする、透光性アルミナセラミックス。
【請求項３】
放電空間が形成されているチューブ本体、およびこのチューブ本体の端部を封止する端部封止部材を備えている高圧放電灯用のセラミックス製発光容器であって、前記チューブ本体が、請求項２記載の透光性アルミナセラミックスによって形成されていることを特徴とする、高圧放電灯用発光容器。
【請求項４】
透光性アルミナセラミックスを成形するのに使用する造粒粉末であって、
前記造粒粉末が、アルミナ原料粉末およびバインダーを噴霧乾燥機によって造粒することによって得られる造粒粉末であり、前記アルミナ原料粉末が硫酸アルミニウムから製造されており、前記造粒粉末の平均微孔径が０．５〜２．０μｍであることを特徴とする、造粒粉末。
【請求項５】
透光性アルミナセラミックスを製造するのに使用する成形体であって、
この成形体が、アルミナ原料粉末およびバインダーを噴霧乾燥機によって造粒することによって得られた造粒粉末の成形体であり、前記アルミナ原料粉末が硫酸アルミニウムから製造されており、前記造粒粉末の平均微孔径が０．５〜２．０μｍであることを特徴とする、成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、透光性アルミナセラミックスの製造方法、透光性アルミナセラミックス、高圧放電灯用発光容器、造粒粉末および成形体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特許文献１に記載の高圧放電灯用発光容器においては、チューブ本体の成形体と環状の端部封止部材の成形体とを別個に作製し、これら２種類の成形体を組み立てて組み立て体を作製している。そして、この組み立て体を焼成して発光物質封入用の容器を作製している。この際、チューブ本体の成形体を単独で焼成したときの内径よりも、端部封止部材の成形体を単独で焼成したときの外形が大きくなるように、両者の焼成収縮率を設計しておく。すると、焼成時に、チューブ本体から端部封止部材へと圧着力が加わるので、両者の接合が良好となり、気密性が高く維持される。
【特許文献１】
特開平１０−１２５２３０号公報
【０００３】この材質は発光物質に対する耐蝕性が必要であり、この点で透光性アルミナセラミックスが使用されることが多い。透光性アルミナセラミックスを製造する際には、アルミナ原料粉末をバインダーと混合し、噴霧乾燥機によって造粒して造粒粉末を得、造粒粉末を筒状に成形し、この成形体を焼結させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者が検討を進める過程で、製造条件によっては、透光性アルミナセラミックスの全光線透過率や直線透過率が低下し、バラツキが発生することがあった。これは製造歩留り低下の原因となる。
【０００５】本発明の課題は、透光性アルミナセラミックスの全光線透過率および直線透過率を高く保持し、そのバラツキを低減できるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミナ原料粉末およびバインダーを噴霧乾燥機によって造粒することによって造粒粉末を得、この造粒粉末を成形して成形体を得、この成形体を焼成することによって透光性アルミナセラミックスを製造する方法であって、アルミナ原料粉末が硫酸アルミニウムから製造されており、造粒粉末の平均微孔径が０．５〜２．０μｍであることを特徴とする。
【０００７】また、本発明は、前記方法によって得られたことを特徴とする、透光性アルミナセラミックスに係るものである。
【０００８】また、本発明は、放電空間が形成されているチューブ本体、およびこのチューブ本体の端部を封止する端部封止部材を備えている高圧放電灯用のセラミックス製発光容器であって、チューブ本体が前記透光性アルミナセラミックスによって形成されていることを特徴とする。
【０００９】また、本発明は、透光性アルミナセラミックスを成形するのに使用する造粒粉末であって、造粒粉末が、アルミナ原料粉末およびバインダーを噴霧乾燥機によって造粒することによって得られる造粒粉末であり、アルミナ原料粉末が硫酸アルミニウムから製造されており、造粒粉末の平均微孔径が０．５〜２．０μｍであることを特徴とする。
【００１０】また、本発明は、透光性アルミナセラミックスを製造するのに使用する成形体であって、この成形体が、アルミナ原料粉末およびバインダーを噴霧乾燥機によって造粒することによって得られた造粒粉末の成形体であり、アルミナ原料粉末が硫酸アルミニウムから製造されており、造粒粉末の平均微孔径が０．５〜２．０μｍであることを特徴とする。
【００１１】本発明者は、透光性アルミナセラミックスを製造するのに際して、造粒粉末を構成するアルミナ原料粉末を硫酸アルミニウムから製造すると共に、造粒粉末の平均微孔径を０．５〜２．０μｍとした。以下、これによる作用効果について述べる。
【００１２】従来は、金属アルミニウムを原料としてアルミナ原料粉末を得ており、このアルミナ原料粉末を噴霧乾燥機によって造粒していた。例えば図２に示すように、金属アルミニウムを反応させてアルキルアルミニウムを得、アルキルアルミニウムを加水分解して水酸化アルミナを得る。水酸化アルミナを仮焼して仮焼物を得、仮焼物を粉砕してアルミナ原料粉末を得る。そして、アルミナ原料粉末を他の添加物と調合し、噴霧乾燥して造粒し、造粒物を成形、焼成する。
【００１３】ここで、水酸化アルミナを仮焼してアルミナ原料粉末を製造する段階で、原料粉末が凝集しやすい。このため、例えばジェットミルで凝集物を過粉砕し、平均粒子径の小さい、嵩密度の高い造粒粉末を得る。このような造粒粉末は、乾燥時に水分が抜けた後に中心部に空洞が残り易く、冷却時に空洞が陥没することが分かった。このような形態の造粒粉末は、成形時に崩壊しにくく、このために成形体中に気泡が含まれ易い。そして、前記造粒粉末は、過粉砕されており、粉末活性が高い。このために、初期焼結の進行が速く、焼結時に気泡を巻き込みながら焼結が進行しやすい。この結果、焼結体の直線透過率が低くなり易いことが判明した。更に、初期焼結の進行が速いことから、造粒粉末表面からの脱カーボンが不十分となり易く、焼結体に若干黒色が呈色しやすい。これによって、全光線透過率が低下することがあった。
【００１４】これに対して、本発明においては、アルミナ原料粉末が硫酸アルミニウムから製造されており、造粒粉末の平均微孔径が０．５〜２．０μｍである。
【００１５】即ち、図１に示すように、硫酸アルミニウムを合成し、遠心分離し、噴霧乾燥機によって乾燥した後、粉末を解砕し、解砕粉末を焼成する。得られた焼成物を解砕し、アルミナ原料粉末を得る。このアルミナ原料粉末に対して添加物を加えて調合し、噴霧乾燥機によって造粒して造粒粉末を得、造粒粉末を成形し、焼成する。これによって透光性アルミナセラミックスが得られる。
【００１６】前記のようにして得られたアルミナ原料粉末は易焼結性である。その上、得られた造粒粉末の微孔径を適度に大きくすることが可能であり、これによって、乾燥時に水分が抜けた後に中心部に空洞が残りにくい。従って冷却後に空洞の陥没が起こりにくく、造粒粉末の形態は比較的に球形に近い形態に維持されることが分かった。このような形態の造粒粉末は、成形時に崩壊し易く、このために成形体中に気泡が含まれにくい。そして、初期焼結の進行速度が適切であり、焼結時に気泡が抜け易い。この結果、焼結体の直線透過率を高く維持しやすく、バラツキを抑制できる。更に、初期焼結の進行速度が適切であることから、造粒粉末表面からの脱カーボンが十分であり、焼結体の全光線透過率の低下を防止できる。
【００１７】アルミナ原料粉末は、硫酸アルミニウムを源とするものである。この方法は、アンモニウムみょうばん法と呼ばれる。この際には、乾燥は噴霧乾燥法によって行うことが好ましく、解砕はロールクラッシャーで行うことが好ましい。焼成温度は特に限定されないが、例えば１１００〜１３００℃とすることができる。
【００１８】アルミナ原料粉末と混合されるバインダーは特に限定されないが、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリグリセリン、ポリエチレングリコールを例示できる。
【００１９】アルミナ原料粉末の量を１００重量部としたときのバインダーの量は限定されないが、成形体に適度の粘りと強度を付与するためには、１．０重量部以上であることが好ましく、１．５重量部以上であることが更に好ましい。また、離型性及び脱カーボンの観点からは、バインダーの量は４．０重量部以下とすることが好ましい。
【００２０】本発明においては、噴霧乾燥機によって造粒を行う。この造粒条件は特に限定されない。例えば以下の造粒条件を採用できる。
アトマイザー回転数：２００００ｒｐｍ
熱風温度：２００℃
【００２１】アルミナ原料粉末に対して他の金属酸化物を添加し、調合する調合工程においては、好ましくは、水溶性の金属化合物と水とをアルミナ原料粉末と混合する。混合方法は限定されないが、例えばトロンメルにアルミナ原料粉末と水溶性の金属化合物と水とを入れ、解砕しながら混合する。
【００２２】こうした水溶性の金属化合物としては、以下を例示できる。
硝酸マグネシウム、硝酸イットリウム、硝酸ランタン、塩化酸化ジルコニウム
【００２３】本発明の造粒粉末の平均微孔径は０．５〜２．０μｍである。これを０．５μｍ以上とすることによって、造粒粉末に適度の微孔を付与し、造粒時の空洞生成および冷却時の粉末表面の陥没を抑制できる。この観点からは、造粒粉末の平均微孔径を１．０μｍ以上とすることが更に好ましい。また、これが２．０μｍを超えると、今度は成形体内に気泡が導入され易くなる。
【００２４】造粒粉末の平均微孔径は、以下のようにして測定する。
走査型電子顕微鏡で造粒粉末の表面を２５００倍で写真撮影し、、１１５×９０ｍｍの写真視野内における、平均的な状態にある任意の場所の１ｃｍ２内の平均的な微孔の径を測定する。同様に他に４箇所で平均的な微孔の径を測定し、それらの平均値をもって平均微孔径とする。
【００２５】造粒粉末の成形方法は特に限定されないが、加圧成形法が好ましい。成形圧力は、８００〜２０００ｋｇ／ｃｍ２が好ましい。
【００２６】成形体の強度は、７００ｇ以上であることが好ましい。成形体の強度が高いことは、成形工程において造粒粉末の崩壊が良好に促進されたことを意味するからである。この観点からは、成形体の強度は８５０ｇ以上であることが更に好ましい。
【００２７】この成形体の強度は、以下のようにして測定する。
圧力１５００ｋｇ／ｃｍ２で成形した、外径φ１１×肉厚０．９×長さ２５ｍｍ
の円筒形成形体を径方向から加圧し、成形体が破壊するまでの最高加圧力を測定する。
【００２８】また、成形体の粘りは、０．８秒以上であることが好ましい。成形体の粘りが高いことは、成形工程において造粒粉末の崩壊が良好に促進されたことを意味するからである。この観点からは、成形体の粘りは１．０秒以上であることが更に好ましい。
【００２９】成形体の粘りは、以下のようにして測定する。
圧力１５００ｋｇ／ｃｍ２で成形した、外径φ１１×肉厚０．９×長さ２５ｍｍの円筒形成形体を径方向から加圧し、最高加圧力に到達するまでの時間を測定する。
【００３０】本発明の透光性アルミナセラミックスにおける気泡量は、従来のものの気泡量に比べて著しく低下している。気泡量は９個以下とすることが好ましい。なお、気泡量は以下のようにして測定する。即ち、光学顕微鏡写真（倍率１００倍）を撮影する。次いで、写真について視野寸法９０ｍｍ×６５ｍｍ（５９ｍｍ２）について気泡径が３μｍ以上の気泡数を計測する。図３は、本発明の一例に係る造粒粉末の顕微鏡写真であり、図４は、比較例の造粒粉末の顕微鏡写真である。各図面において、粒界の黒点が気泡である。
【００３１】次は、本発明を高圧放電灯用発光容器に適用した例について述べる。
図５は、高圧放電灯用発光容器１を示す断面図であり、図６は、容器１に電極部材２２を固定して得られた高圧放電灯１０を示す。
【００３２】以下、容器の製造プロセスに沿って説明する。図７に示すように、端部封止部材の被焼成体１３とチューブ本体の被焼成体１１とを準備する。被焼成体は、焼成前の成形体、脱脂体、仮焼体であってよい。被焼成体１３は、略円筒状の本体部分１３ａと、本体部分１３ａの端部に設けられた環状部分１３ｂとを備えている。被焼成体１３中には貫通孔１３ｃが形成されている。１３ｄは外側面である。チューブ本体の被焼成体１１内には空間１２が形成されている。
【００３３】被焼成体１３の本体部分１３ａをチューブ本体の被焼成体１１の端部１１ａの開口内に挿入し、組み立て体２０を得る。組み立て体２０を焼成し、図５に示す容器１を得る。
【００３４】焼成工程においては、端部封止部材の成形体を単独で焼成したときの外径よりも、チューブ本体の成形体を単独で焼成したときの内径が小さくなるようにする。これによって、焼成時に、チューブ本体から端部封止部材へと圧着力が加わり、両者が強く圧着され、気密性が向上する。この観点からは、端部封止部材の成形体を単独で焼成したときの外径ＲＯの、チューブ本体の成形体を単独で焼成したときの内径ＲＩに対する比率（ＲＯ／ＲＩ）は、１．０４以上であることが好ましく、１．０６以上であることが更に好ましい。ただしこの比率（ＲＯ／ＲＩ）が大きくなりすぎると、接合部分にクラックが生じ易くなるので、接合部分でのクラック抑制の観点からは、（ＲＯ／ＲＩ）は、１．０８以下であることが好ましく、１．０４以下であることが更に好ましい。
【００３５】この焼成後には、図５に示すような形態の容器１が得られる。容器１は、チューブ本体２と端部封止部材４とからなる。焼成過程においては、図７に示す被焼成体１１および１３が共に径方向に収縮するが、このとき被焼成体１１の収縮の方が大きい。チューブ本体２の中央部２ａの外径は、被焼成体１１を単独で焼成した場合の焼成体の外径とほぼ等しい。しかし、端部封止部材４がチューブ本体２と接触している部分では、チューブ本体２の収縮が押さえられる。この結果、チューブ本体２の端部にある封止部２ｃの外径は、中央部２ａの外径よりも大きくなる。そして、中央部２ａと封止部２ｃとの間には、なだらかに外径が変化する中間部２ｂが生ずる。
【００３６】得られた容器１においては、チューブ本体２の内側面２ｅは放電空間３に面している。端部封止部材４は、本体部分４ａと環状部分４ｂとを備えている。チューブ本体２の端部開口に端部封止部材４の本体部分４ａが挿入され、接合一体化されている。図６に示すように、端部封止部材４の電極部材挿入孔４ｃ中には電極部材２２が挿入固定されている。電極は放電空間３内に収容されている。端部封止部材４の内側面と電極部材２２の外側面との間は接合材、例えばガラスフリット８によって封止されている。
【００３７】電極部材の材質や形態は特に限定されない。電極部材の材質は、高融点金属や導電性セラミックスが好ましい。高融点金属としては、モリブデン、タングステン、レニウム、ハフニウム、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の金属、またはこの金属を含む合金が好ましい。
【００３８】接合材の種類は特に限定されないが、いわゆるフリットガラスが好ましく、Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−Ｙ２Ｏ３−ＳｒＯ系の組成系のガラスが特に好ましい。
【００３９】
【実施例】（実施例１）
図１を参照しつつ説明した手順に従い、透光性アルミナセラミックスからなる円筒を製造する。まず硫酸アルミニウムから硫酸アンモニウムを合成し、次いで遠心分離し、粉末を噴霧乾燥機によって乾燥する。乾燥粉末をロールクラッシャーで解砕し、解砕粉末を１１００〜１３００℃で焼成し、α−アルミナ粉末を得る。これをロールクラッシャーで解砕し、アルミナ原料粉末を得る。
【００４０】次いで、アルミナ原料粉末（純度９９．９％以上）に対して、酸化マグネシウム１５０ｐｐｍ、酸化ジルコニウム４００ｐｐｍ、酸化イットリウム３０ｐｐｍ、ポリビニルアルコール２重量％、ポリエチレングリコール０．５重量％、水５０重量部を加え、１５時間ボールミルによって粉砕し、混合した。混合物をスプレードライヤーで２００℃付近で乾燥および造粒し、平均粒径約８０μｍ、軽装嵩密度０．７５ｇ／ｃｍ３  の造粒粉末を得た。５ロットの試料を作製したところ、微孔径の平均値は１．０μｍであった。
【００４１】この造粒粉末を、２０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力下でプレス成型し、円筒状の成形体を得た。この成形体の強度は平均９５０ｇであり、粘りは平均１．７ｓｅｃであった。
【００４２】この成形体を最高温度１８００℃で焼結し、透光性アルミナセラミックスからなる円筒状の試料を得た。この試料の外径は９ｍｍであり、内径は７．５ｍｍであった。この焼結体を光学顕微鏡によって倍率１００倍で観測した。この結果を図３に示す。粒内および粒界に見える黒点は気泡である。気泡の個数は、視野５９ｍｍ２当たり平均５個であった。
【００４３】この試料の直線透過率は４．５％であり、全光線透過率は９８．３％であった。
【００４４】（実施例２）
実施例１と同様の造粒粉末を成形し、チューブ本体の成形体および端部封止部材の成形体を得た。端部封止部材４の成形体を単独で焼成したときの外径ＲＯの、チューブ本体２の成形体を単独で焼成したときの内径ＲＩに対する比率（ＲＯ／ＲＩ）を１．０４とした。
【００４５】次いで、端部封止部材用の成形体を１２００℃で仮焼してその寸法を収縮させた。仮焼体１３を成形体１１の端部に図７のように挿入し、組み立て体２０を得た。組み立て体２０を１２００℃で仮焼し、チューブ本体用の成形体１１を収縮させ、成形体１１から端部封止部材用の仮焼体へと圧着力を加えた。次いで、組み立て体を１８００℃で焼成し、端部封止部材とチューブ本体とを強固に接合した。
【００４６】次いで、ニオブ製の電極部材２２を電極部材挿入孔４ｃ内に挿入し、接合材８で接合した。接合材８としては、Ａｌ−Ｃａ−Ｙ−Ｓｒ系フリットガラスを使用した。この組成は、Ａｌ２  Ｏ３  ：４５重量％、ＣａＯ：４０％、Ｙ２  Ｏ３  ：５％、ＳｒＯ：１０％とした。ガラスの融点は１３７０℃±１０℃である。最高温度１４４０℃、最高温度での保持時間２分の条件で接合した。
【００４７】（比較例１）
図２を参照しつつ説明した手順に従い、透光性アルミナセラミックスからなる円筒を製造した。薄片状金属アルミニウムからアルキルアルミニウムを合成し、加水分解して水酸化アルミニウム粉末を得る。この粉末を１１００〜１３００℃で焼成し、α−アルミナを得る。これをジェットミルで解砕し、アルミナ原料粉末を得る。このアルミナ原料粉末（純度９９．９％以上）をダイノミルによって混合し、添加剤を調合する。この際、イットリア安定化ジルコニアからなる玉石を使用し、磨耗させることによって、イットリア１５〜１７ｐｐｍとジルコニア約２６０ｐｐｍとをスラリーに添加する。そして、塩化ジルコニウムを更に添加することによって、酸化ジルコニウム換算添加量を４００ｐｐｍとし、また酸化マグネシウム２００ｐｐｍを添加する。これにポリビニルアルコール２重量％、ポリエチレングリコール０．５重量％、水５０重量部を加え、混合物をスプレードライヤーで乾燥および造粒し、平均粒径約９５μｍ、軽装嵩密度０．８３／ｃｍ３  の造粒粉末を得る。造粒粉末の微孔径の平均値は０．２μｍである。
【００４８】この造粒粉末を、２０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力下でプレス成型し、円筒状の成形体を得た。この成形体の強度は平均８００ｇであり、粘りは平均１．３ｓｅｃであった。
【００４９】この成形体を最高温度１８００℃で焼結し、透光性アルミナセラミックスからなる円筒状の試料を得た。この試料の外径は９ｍｍであり、内径は７．５ｍｍであった。この焼結体を光学顕微鏡によって倍率１００倍で観測した。この結果を図４に示す。粒内および粒界に見える黒点は気泡である。気泡の個数は、視野５９ｍｍ２当たり平均１４個であった。
【００５０】この試料の直線透過率は３．４％であり、全光線透過率は９７．２％であった。
【００５１】（実施例３）
実施例１と同様にして透光性アルミナセラミックスを得た。ただし、造粒粉末の微孔径の平均値は０．５μｍであった。また、気泡の個数は、視野５９ｍｍ２当たり平均９個であった。透光性アルミナセラミックス試料の直線透過率は４．１％であり、全光線透過率は９８．０％であった。
【００５２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、透光性アルミナセラミックスの全光線透過率および直線透過率を高く保持し、そのバラツキを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による透光性アルミナセラミックスの製造プロセスの好適例を示す図である。
【図２】参考例による透光性アルミナセラミックスの製造プロセスを示す図である。
【図３】本発明の実施例による透光性アルミナセラミックスの顕微鏡写真である。
【図４】参考例による透光性アルミナセラミックスの顕微鏡写真である。
【図５】高圧放電灯用発光容器１の要部を示す断面図である。
【図６】図５の容器に電極部材２２を固定して得られた高圧放電灯１０を示す断面図である。
【図７】チューブ本体の成形体１１と端部封止部材の成形体１３との組み立て体２０を示す断面図である。
【符号の説明】１  容器        ２  チューブ本体        ３  放電空間      ４  端部封止部材        ８  接合剤        １０  高圧放電灯        ２２電極部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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