(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電ランプであって、
内部容積を定める内面および外径を定める外面を有したサファイア管と、
前記サファイア管の端部を封止しかつ前記サファイア管周囲の前記外面に近接した少なくとも１つのＰＣＡエンドキャップであり、該エンドキャップは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）でドープされた緻密な多結晶アルミナ（ＰＣＡ）を含み、
前記ランプ外部と前記封入された容積との間に広がるように前記ＰＣＡエンドキャップで気密封止された導電性電極と、
前記サファイア管の内部容積に封入された充填材料であり、該充填材料は印加された電力によって光を放射するように励起されることが可能な充填材料とを備えた高圧放電ランプにおいて、
該ＰＣＡエンドキャップは、更に、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含み、
ここで、前記ＰＣＡエンドキャップは０．０１００〜０．０７００重量パーセントの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含み、
前記サファイア管は前記ＰＣＡエンドキャップへの結晶の成長を呈して前記サファイア管周囲に気密封止を提供するようなＰＣＡエンドキャップを含むことを特徴とする高電圧放電ランプ。
【請求項２】
前記サファイア管の直径が１．０ミリメートル以上である請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記サファイア管が前記エンドキャップへの４０．０マイクロメートル以上の成長領域を含んだ請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記サファイア管と前記ＰＣＡエンドキャップとの間の境界の頂点間の粗さが、１０マイクロメートルより大きい請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記ＰＣＡエンドキャップが０．０３５０重量パーセントの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含んだ請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記充填材料がメタルハライドである請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記サファイア管は前記ＰＣＡエンドキャップへの１００マイクロメートル以上の結晶の成長を呈して前記サファイア管周囲に気密封止を提供し、かつ前記サファイア管の周囲に気密封止を提供するように前記サファイア管とＰＣＡエンドキャップとの間の境界の頂点間の粗さが４０マイクロメートルより大きいエンドキャップを備えた請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
請求項１記載の高圧放電ランプの封止を形成する方法であって、
外面を有するサファイアから製造された管を提供するステップと、
焼結されずにドープされた多結晶アルミナから製造されたＰＣＡエンドキャップを予備焼結状態で提供するステップであり、該ＰＣＡエンドキャップは外壁と実質的に等角である内壁を有するように形成され、前記ＰＣＡが酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムでドープされ、前記酸化イットリウムのドーパントは０．０１００〜０．０７００重量パーセントである、
前記予備焼結されたＰＣＡエンドキャップを前記サファイア管に近接して設けるステップと、
前記サファイア管およびＰＣＡエンドキャップを加熱して、前記エンドキャップを焼結し、前記サファイア管と密結合するように縮小させ、かつ前記サファイア管と少なくとも近接する前記ＰＣＡエンドキャップ内に液相を誘導するステップと、
前記サファイア管およびＰＣＡエンドキャップを加熱状態で十分長い時間保持して前記ＰＣＡエンドキャップへの前記サファイア管の成長を誘導するステップと、
前記サファイア管およびＰＣＡエンドキャップを冷却して前記サファイア管から前記ＰＣＡエンドキャップへの多結晶の成長を持続するステップとから成る高圧放電ランプの封止を形成する方法。
【請求項９】
酸化マグネシウムのドーパントは０．０１５０〜０．１０００重量パーセントである、請求項８記載の封止を形成する方法。
【請求項１０】
サファイア管を有するセラミックランプエンベロープを形成する方法であって、
ａ）内部容積を定めかつ２．０ミリより大きい外径Ａを有する実質的に円形のサファイア管を提供するステップと、
ｂ）ある材料でドープされた部分的に緻密な多結晶アルミナを含んだＰＣＡエンドキャップを提供して焼結中に該エンドキャップが実質的に完全に焼結されるようにし、
ここで、前記ＰＣＡエンドキャップの組成が酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムのドーパントを含み、
かつ焼結中に前記エンドキャップの一部分に液相を提供するステップであり、前記エンドキャップの実質的に円形の内部凹部の内径Ｂは前記サファイア管の外径Ａよりも大きく、前記ＰＣＡエンドキャップが前記サファイア管とは別に焼結によって完全に緻密にされた場合、焼結後には前記サファイア管の外径Ａの９３％〜９９％の内径を有するようなステップと、
ｃ）前記ＰＣＡエンドキャップ内に前記サファイア管の端部を位置決めするステップと、
ｄ）前記サファイア管およびＰＣＡエンドキャップを十分に高温かつ十分に長時間焼結して前記サファイア管の外壁に対して前記ＰＣＡエンドキャップの内壁を縮小させるようにすると共に、前記エンドキャップ材料の部分に液相を呈することにより、前記ＰＣＡエンドキャップの内壁を前記サファイア管の外壁に機械的に適合させかつ前記サファイア管と前記ＰＣＡエンドキャップとの間に粒成長を誘導して気密封止を提供するステップとから成るサファイア管を有するセラミックランプエンベロープを形成する、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記酸化マグネシウムのドーパントが０．０１５０％〜０．１０００％の重量パーセントである請求項８記載の封止を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電灯に関し、特にセラミックメタルハライドランプに関する。さらに特には、本発明はサファイアメタルハライドランプ用のモノリシックシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多結晶アルミナ（ＰＣＡ）製ランプエンベロープを使用すれば、従来の石英エンベロープに比して、より高温での動作が可能となり、特にメタルハライド充填剤に関して演色性、色の広がりおよびより高い有効性の改善などのより良好なランプ性能を提供する。知られている改善方法は、ＰＣＡエンドキャップで封止されたサファイア（単結アルミナ）管を用いることである。サファイアは溶解することなくかつガラスまたは石英のように圧縮されずに、むしろエンドキャップまたはプラグが堅いサファイアを押し付けるように形成されている。圧力が小さ過ぎると漏れが生じ、圧力が大き過ぎると結晶サファイアの割れが起こる。サファイア管の封止に関してある技術が開発された。しかし、例えば、内径が３〜４ミリメートルおよび厚さが０．７ミリメートル以上の比較的大きなサファイア管を封止する場合、異方性の拡大およびサファイアが小角粒界に沿って割れたりひび割れたりする傾向があるために操作は依然として困難である。このため、サファイア発光管にＰＣＡエンドキャップアセンブリを結合する方法の改善を提供する必要がある。本発明は、例えば典型的には１００ワットのＨＣＩランプに用いられる比較的大きなサファイア管などのサファイア管を封止する方法を一般に扱っている。
【０００３】
米国特許５４２４６０９号は円筒形ボディ、１対の端部筐体、１対の電極受取りロッド、またはそのボタンに封止されたエンドキャピラリＰＣＡ管を含んだ５ピース構造体を備えたＰＣＡ発光管を開示している。３ピースアセンブリが欧州特許出願ＥＰ０８２７１７７Ａ２号に開示されており、電極部材挿入部分およびこの電極部材挿入部分周囲に設けられた環状部分から構成された一体成形されたボディは、成形された円筒形管状体に一体成形体として挿入され、完全なアセンブリが最終構造体に焼結されている。米国特許第６００４５０３号は一体型ユニットとして開口端部および実質的な閉端部を有する中空体を形成するステップを含んだ２ピース構造体を示している。この実質的な閉端部は電極受取り開口を有する外方向に伸びるエンドキャピラリＰＣＡ管を備えている。この一体型ユニットは環状部分と延在するエンドキャピラリサファイア管とから構成されたエンドキャップと結合して、最終体と焼結されるアセンブリを形成している。欧州特許第０９５４０１０Ａｌ号には同様の構造体が開示されている。さらに米国特許５９３６３５１号には、円筒形の中心部と等温性（isothermy）が改善された２つの半球状末端部とから構成された隆起状のサファイア管が開示されている。
【０００４】
サファイアは高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプに使用されてきた。米国特許第４４２３３５３号は高圧ナトリウムを含んだ電極付きのサファイアランプを報告している。この封止方法はサファイア管の端部から離れた位置に効果的に設けられたフリットを使用するが、重大なひびが存在する。熱応力が封止中にサファイアの強度を超えた場合、このひび割れは伝搬して結果的に最悪の割れを生じる可能性がある。
【０００５】
サファイア管の封止は定形エッジ薄膜成長法（edge defined film fed growth technique）によって達成することができる。これは単結晶サファイア管の製造に使用される方法を変形したものである。この方法は第１の封止の形成には大抵適用可能であるが、サファイアを溶解するためには高温（２０５０°Ｃ）が必要となるために第２の封止には望ましくない。
【０００６】
米国特許第４４２７９２４号に開示されているＰＣＡ管用の新規な直接封止技術ではフリットを使用しない。この方法では２．０重量パーセントのＹ２Ｏ３を用いてドープされ、かつ完全に焼結されたＰＣＡエンドキャップの開放端に設けられたニオビウム製電極を含んだ予備焼成されたＰＣＡエンドキャップを使用している。最終的な焼成によってエンドキャップは縮小してＰＣＡ管にフリットのない封止を形成する。米国特許第４４２７９２４号は、２重量パーセントのＹ２Ｏ３でドープしたＰＣＡエンドキャップ、およびＰＣＡ管を用いた液相焼結メカニズムを含んでいる。
【０００７】
米国特許第５６２１２７５号は、無電極放電ランプ用にサファイア管に対してＰＣＡエンドキャップの締りばめ（interference fit）（焼結縮小した）を用いてＰＣＡエンドキャップで封止されたサファイア発光管を開示している。直接結合によってＰＣＡエンドキャップを用いて封止されたＰＣＡ発光管も同特許に開示されている。
【０００８】
国際特許出願ＷＯ９９／４１７６１号はサファイアセラミックメタルハライドランプ用のモノリシックシールを開示している。このモノリシックシールは米国特許第５６２１２７５号のＰＣＡエンドキャップを用いる方法を使用しているが、電極フィードスルーはエンドキャピラリにフリットを用いて封止されている。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許５４２４６０９号
【特許文献２】
欧州特許出願ＥＰ０８２７１７７Ａ２号
【特許文献３】
米国特許第６００４５０３号
【特許文献４】
欧州特許第０９５４０１０Ａｌ号
【特許文献５】
米国特許５９３６３５１号
【特許文献６】
米国特許第４４２３３５３号
【特許文献７】
米国特許第４４２７９２４号
【特許文献８】
米国特許第５６２１２７５号
【特許文献９】
国際特許出願ＷＯ９９／４１７６１号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、サファイア発光管に漏れが生じないように、また割れが生じないように、サファイア発光管にＰＣＡエンドキャップアセンブリを結合する方法の改善を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）でドープされた緻密な多結晶アルミナを含むエンドキャップを製造し、なお、その多結晶アルミナのエンドキャップは１００〜７００ｐｐｍの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含み、サファイア管がエンドキャップへの結晶の成長を呈して、前記サファイア管周囲に気密封止を形成することによって解決される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
前記ＰＣＡは結合材料を除去するように予備焼結されるまで加熱される。次に予備焼結されたエンドキャップがサファイア管に取り付けられて境界を形成する。続いて、予備焼結されかつドープされたＰＣＡエンドキャップおよびサファイア管は、ドープされたＰＣＡ管がサファイア管上に焼結されかつサファイア管のサファイア結晶がドープされたＰＣＡエンドキャップまで成長してＰＣＡエンドキャップとサファイア管との間の先に形成された境界でモノリシックシールを形成するまで加熱される。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明に従って予備焼結された後であるが焼結および封止する前の、サファイア発光管１２およびセラミックエンドキャップ１８を備えたランプアセンブリの断面略図である。当技術では知られているようにエンドキャップを形成するには多数の方法がある。例えば、参照として本願に組み入れた米国特許第６２７４９８２号にはいくつかの方法が見られる。エンドキャップはサファイア管の概ね環状である端部と結合するように内部溝を含んでよいが、含まなくてもよい。エンドキャップは電極を用いて支持または封止するようにエンドキャピラリを含んでよいが、含まなくてもよい。エンドキャップのこのような構造上の変形例は、本明細書で考察した基本的なエンドキャップに相当するものの変形であると考えられる。両ランプ端部は同様に形成されてよいか、またはまったく同一に形成されてよい。サファイア管の少なくとも一端が本発明の構造に従って焼結かつ封止されるのが適切である。
【００１４】
このランプシールは封入された容積１４を定めかつ外端面１６を含んだサファイア（単結晶アルミナ）管１２を最初に備えている。好適なサファイア管１２は環状端面および概ね円筒形の外面および内面を有する管状である。肉厚２２は任意の適切な大きさであってよい。透明な発光管１２は十分に高密度なサファイアから形成されている。このサファイア管は任意の適切な方法で製造されてよい。Ｃ軸が管の長さに対して平行なサファイア管を使用した。サファイア管１２は外面１６に近接する内面２０を有する多結晶アルミナ（ＰＣＡ）エンドキャップ１８によって封止されている。
【００１５】
エンドキャップ１８は酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムによりドープされた多結晶アルミナ（ＰＣＡ）から形成されている。ＰＣＡは１５０〜１００ｐｐｍのＭｇＯおよび１００〜７００ｐｐｍのＹ２Ｏ３を用いてドープされてよい。好適なドーピングは５００ｐｐｍのＭｇＯおよび３５０ｐｐｍのＹ２Ｏ３である。以下の手順を用いてＰＣＡエンドキャップおよびエンドキャピラリアセンブリを製造した。アルミナ紛（ＣＲ６，Ｂｉｋｏｗｓｋｉ社）は焼結の補助として、５００ｐｐｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および３５０ｐｐｍの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を用いて噴霧乾燥（spray drying）によってドープした。ドープされたＰＣＡをサファイア発光管に適したエンドキャップに成形した。まずドーパントとしてＭｇＯ（５００ｐｐｍ）のみを用いてエンドキャップ１８を製造した。これらのランプのＰＣＡエンドキャップとサファイア管との結合部は確実には密封されていなかった。次に、より高い表面処理紛（surface area powder）（ＣＲ３０，Ｂｉｋｏｗｓｋｉ社）を試した。この場合でも、ヘリウム漏れ試験では結合部は密封されなかった。続いて、ＰＣＡにＹ２Ｏ３ドーパントを加えて焼結中にＰＣＡエンドキャップ１８とサファイア管１２との間に液相を形成した。液相はその時点で成長したサファイア管の若干切子面状の表面に対して、エンドキャップの形状をより完全に適合させるのに役立つことが明らかとなった。結果として、ＰＣＡ，ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３の組合せがＰＣＡとサファイア管との間でヘリウムリークタイト（helium leak-tight）なシールを形成した。
【００１６】
ＰＣＡエンドキャップを形成するために、有機結合剤を用いてＭｇＯおよびＹ２Ｏ３でドープしたアルミナ紛を１２．５ｋｐｓｉで丸木状に圧縮した。この丸木を空気中で１２００°Ｃまで焼成して有機結合剤を除去した。次に、予備焼結された丸木は焼結（１．０％〜７．０％が機能的範囲であると考えられる）後に６．０％の締り封止（interference seal）をサファイア管に形成する大きさの最終形状に機械加工した。すなわち、エンドキャップのみを焼結すると、結果的に通常は内径がサファイア管の外形よりも６％小さくなる。組み合わせられたアセンブリにおいて結果として得られた約６．０％の締りばめは、次に行われる焼結中にドープされたＰＣＡエンドキャップとサファイア管との間に十分な機械的接触を形成し、これによって焼結中にＰＣＡへサファイアが成長するのを補助した。
【００１７】
エンドキャピラリＰＣＡ管２４はアルミナ紛（ＣＲ６，Ｂａｉｋｏｗｓｋｉ社、５００ｐｐｍのＭｇＯでドープした）の押出し成形によって製造した。次に、押出し成形したキャピラリＰＣＡ管２４をある長さに切断し、機械加工されたＰＣＡエンドキャップ１８に挿入した。続いて、ＰＣＡエンドキャップとＰＣＡエンドキャピラリのアセンブリを空気中で１３２５°Ｃで焼成して２つのピースを共に固定した。
【００１８】
エンドキャップ１８とエンドキャピラリ２４のアセンブリを空気中で１３５０°Ｃで垂直に焼成することによって、サファイア管の２つの端部上に固定した。この発光管アセンブリを垂直に位置決めして、ＰＣＡエンドキャップとエンドキャピラリのアセンブリの直線状のアラインメントを維持した。エンドキャップを有する組み立てられたサファイア発光管は、１５°Ｃ／分の加熱速度で４時間、湿った水素（wet hydrogen）（０°Ｃに等しい露点）の流れの中で１８８０°Ｃで焼結した。この加熱サイクルは３０分間１４００°Ｃで維持した。この１４００°Ｃの維持期間の最初に水素と共に湿気を導入した。コールドウォール・モリブデン遮蔽タングステン素子炉（cold-wall, molybdenum, shielded, tungsten element furnace）内で焼結を行った。加熱炉室内に１０．０％ＭｇＯでドープされた３グラムの酸化アルミニウムを投入して、焼結中にマグネシウムの蒸気を作り、これにより焼結中のＰＣＡ内のＭｇＯドーパントの過度の損失により生じるＰＣＡ内の過剰な粒成長を回避した。冷却は３０°Ｃ／分の割合で行った。最終的に焼結されたＰＣＡ体内の平均的な粒径は２０〜３０マイクロメートルの範囲にあり、機械的強度と共に高い光透過率には望ましいものであった。
【００１９】
図２は本発明に従って焼結された後のサファイア発光管１２およびセラミックエンドキャップ１８を備えたランプアセンブリの断面略図である。焼結後、外面１６のサファイア材料は内面２０のドープされたＰＣＡ材料と結合してサファイア管１２とＰＣＡエンドキャップ１８との間にモノリシックシールを形成する。次に、結合した材料領域はサファイア管１２の周囲に伸びてサファイア管１２とＰＣＡエンドキャップ１８との間に密封状態のモノリシックシールを提供する。ＭｇＯドーパントは最終的なＰＣＡにおいて次の３つの状態で存在してよい。１）原子の格子に溶解した状態、２）粒界に隔離された状態、および３）ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３の尖晶石の第２相を形成した状態である。同様に、Ｙ２Ｏ３がＰＣＡにおいて次の３つの状態で存在してよい。１）原子の格子に溶解した状態、２）粒界に隔離された状態、および３）３Ｙ２Ｏ３−５Ａｌ２Ｏ３（イットリウムアルミニウムガーネット＝ＹＡＧ）の第２相を形成した状態である。続いて、Ｙ２Ｏ３でドープされたＰＣＡを有する完成したランプを参照すれば、ＰＣＡにはＹ２Ｏ３がこのような結果的に得られた３つの形態の１つまたは複数で存在していることを当然意味する。
【００２０】
サファイアのＰＣＡ結合への形成は液相によって著しく促進され、この液相はＰＣＡドーパントのために存在している。ＭｇＯは１００〜１０００ｐｐｍの範囲にあってよい。Ｙ２Ｏ３は１００〜７００ｐｐｍの範囲にあってよい。好適な値はＭｇＯが５００ｐｐｍ、Ｙ２Ｏ３が３５０ｐｐｍである。５００ｐｐｍのＭｇＯおよび３５０ｐｐｍのＹ２Ｏ３でドープされたＰＣＡでは、液相がＡｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３−ＭｇＯ系内で１７６１°Ｃを超える温度で形成される。この液相はＰＣＡで粒径の双峰分布を促進する。他方、ＭｇＯのみでドープされたＰＣＡは固相拡散メカニズムによって完全な焼結状態に達し、一軸性の粒径分布を有する。この液相はいくつかの形態でＰＣＡへのサファイアの直接結合の形成を促進する。これはキャピラリ力（capillary force）を及ぼしてＰＣＡをサファイアに近接させる。この材料はまた、サファイアとＰＣＡとの最初の境界でギャップまたは空隙（存在する場合）を埋める。この液相はまたＰＣＡ粒において高度の再配列を可能にし、サファイアとＰＣＡとの結合力を高めている。
【００２１】
直接結合の形成中、サファイアとＰＣＡとの最初の境界はＰＣＡに向かって移動する。基本的には、この境界の移動はＰＣＡへのサファイアの成長の結果である。移動の原動力となるのは境界エネルギーであると考えられ、この境界成長の動力学は境界の拡散に関連するものである。サファイアとＰＣＡとの境界のＰＣＡへの移動の深さは、ＭｇＯのみでドープされたＰＣＡよりもＭｇＯおよびＹ２Ｏ３でドープされたＰＣＡの方がより高いことが一般に認められている。
【００２２】
図３は本発明に従って充填かつ封止された後のサファイア発光管１２およびセラミックエンドキャップ１８を備えたランプアセンブリの断面略図である。電極アセンブリ３０は任意の数の構成に従って製造されてよい。好適な電極アセンブリ３０は直線状の支持体を備えており、この支持体はタングステン製のチップ３６またはコイル３８を支持するモリブデン製内端部３４に結合されたニオビウム製外端部３２を有している。この支持体およびチップまたはコイルは適切に位置決めされるまで、キャピラリ２４をスライドされる。キャピラリ管２４とニオビウム製外端部３２との間のギャップはフリット４０にによって充填かつ封止されている。このカプセル体の内部容積１４は、多数の既知のメタルハライド塩およびアルゴン、クリプトンまたはキセノンなどの不活性充填ガスから成る充填剤４２を含んでいる。好適なランプ充填剤は水銀１５ミリグラムおよびメタルハライド塩１４ミリグラムを含んでいた。１００ワットのサファイアランプに使用されたバッファガスは１５０ミリバールのアルゴンであった。１００ワットのランプに使用したサファイア管の大きさは、外径８．４ミリメートル×内径６．８ミリメートル×長さ１０ミリメートルであった。外径３．１ミリメートル×内径１．５ミリメートル×長さ８ミリメートルほど小さいサファイア管を備えた発光管はまた、１００ワットランプと同様の形状の射出成形されたＰＣＡエンドキャップを用いて試験した。この１００ワットランプは５．０ミリメートルの好適なアークギャップを有していた。この方法に従って製造した１００ワットランプは、方形波入力を供給して６０ＨｚのＨ−ブリッジバラスト上で作動させた。続いて、両電極をアノードおよびカソードの両サイクルで検査した。２つのランプを１時間エージングした。チップ領域の電極温度は下部電極では３２００°ＣＫの値に達し、上部電極では約３４００°ＣＫに達した。次にランプデータを測定した。ワット当たりのルーメン（ＬＰＷ）は約８５、演色評価数（ＣＲＩ）は約９０、および赤色測定値（redness measure）（Ｒ９）は約２５となった。色補正温度（ＣＣＴ）は３１００°ＣＫであった。
【００２３】
図４は酸化マグネシウムのみでドープされたＰＣＡを用いた先行技術のランプシールのサファイアとＰＣＡの境界の断面の写真である。先行技術のシールでは、サファイア材料５０はほとんど特徴がないものとして観察されるが、ＰＣＡ材料５２は平均径が約８．０マイクロメートルのおびただしい数の緻密な多角形粒子であることが観察される。サファイア材料５０とＰＣＡ材料５２との間の境界は、平均的なＰＣＡの粒径の約１／５未満だけＰＣＡ境界線５４に沿って変化しながらほぼ直線状である。分離がこの境界線５４に沿って伝播するであろうことは容易に理解できる。ＰＣＡ材料５２に近接して、境界材料５６の狭帯がサファイア５０側に存在している。残りの間隙穴５８のラインが境界材料５６のこの帯の幅を定めている。この境界材料５６はサファイア材料５０からＰＣＡ材料５２へ結晶が成長したものである。このサファイアの成長は約２０マイクロメートルであることが測定マーカによって分かる。また、図４はＭｇＯでドープされたＰＣＡへのサファイア（境界材料５６）の成長が限定されていることを示している。
【００２４】
図５は酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムでドープされたＰＣＡを用いたランプシールのサファイアとＰＣＡの境界の断面写真である。このシールでは、サファイア材料６０はほとんど特徴がないことが再び観察され、ＰＣＡ材料６２は平均径が約２５．０マイクロメートルの多数の緻密な多角形粒子であることが再び観察される。サファイア材料６０とＰＣＡ材料６２との間の境界線６４は不規則で一部真っ直ぐであるが、でこぼこまたは粗い部分でもある。ＰＣＡ境界線６４に沿った大きさの変動は、粒も実質的に大きい平均的なＰＣＡ粒径の約２分の１倍またはせいぜい１倍である。この境界線６４に沿った分離が先行技術の例に見られるよりは生じにくいことは容易に理解できる。ＰＣＡ材料６２に近接して、境界材料６６の狭帯がサファイア６０側に存在している。残りの間隙穴６８のラインが境界材料６６のこの帯の幅を定めている。この境界材料６６はサファイア材料６０からＰＣＡ材料６２へ結晶が成長したものである。このサファイアの成長は、４０．０マイクロメートル以上または１００マイクロメートル以上であり、先行技術の例の約６倍も大きく約１２０マイクロメートルであることが測定マーカによって分かる。これらの測定は知られているメタログラフエッチング法および写真撮影法によって行うことができる。また、図５はＭｇＯおよびＹ２Ｏ３でドープされたＰＣＡへのサファイア（境界材料５６）の成長が大きくなっていることを示している。
【００２５】
大きくなったサファイアの成長は液相によってもたらされた溶液の再沈殿プロセスに関連するものであると考えられる。さらに、ＰＣＡ境界へのサファイアの成長は、ＰＣＡがＭｇＯのみでドープされた場合の比較的真っ直ぐな境界と比べて、ＰＣＡがＭｇＯおよびＹ２Ｏ３でドープされた場合により粗くなっている。境界の粗さの比較は境界に沿った頂点から谷間までの最大の距離を測定することによって行うことができる。サファイア−ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３でドープされたＰＣＡの境界の粗さは、１０マイクロメートルより大きく、約４０マイクロメートルであり、サファイア−ＭｇＯのみでドープされたＰＣＡの境界の粗さは約２〜３マイクロメートルであった。すなわち、ＰＣＡドーパントとして酸化イットリウムを加えれば、１）成長領域の深さを増大し、２）２つの面をよりギザギザした境界で固定する。
【００２６】
Ｙ２Ｏ３は希土類金属ハライドランプの充填剤との適合性が悪いため、セラミックメタルハライドランプには使用することができないと考えられていた。酸化イットリウムはメタルハライド材料と逆に反応して、その結果内部のランプの化学物質およびランプシールの変質を招くと考えられていた。しかし、本願出願人はＭｇＯおよびＹ２Ｏ３でドープされたＰＣＡに封止されたサファイアとは適合性の問題がないことを発見した。この方法で製造したメタルハライドランプには、ランプ充填剤の著しい化学的変質は全く見られず、充填材料とランプエンベロープとの間に著しい化学的変質は見られなかった。これは一部は１）ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット、すなわちＰＣＡ中のＹ２Ｏ３−５Ａｌ２Ｏ３相）となるＹ２Ｏ３ドーパントの結果であると考えられ、２）このＹＡＧ相はアルミナのミクロ構造の中に埋められた離散した粒子の形態で保持されるため、メタルハライドランプ充填剤をほとんど露出しないかまたは一切露出しない。
【００２７】
本発明の粒子の実施形態を詳細に説明してきたが、本発明は範囲が相応してて限定されるものではないが、本明細書に添付した特許請求の範囲の精神および観点に存するすべての変更および変形を含むことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って予備焼結された後であるが封止前のサファイア発光管およびセラミックエンドキャップを備えたランプアセンブリの断面略図である。
【図２】本発明に従って焼結された後のサファイア発光管およびセラミックエンドキャップを備えたランプアセンブリの断面略図である。
【図３】本発明に従って充填かつ封止された後のサファイア発光管およびセラミックエンドキャップを備えたランプアセンブリの断面略図である。
【図４】酸化マグネシウムのみでドープされたＰＣＡ（先行技術）を用いた先行技術のランプシールのサファイアとＰＣＡとの境界の断面の写真である。
【図５】酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムでドープされたＰＣＡを用いたランプシールのサファイアとＰＣＡとの境界の断面写真である。
【符号の説明】
１２  サファイア発光管
１４  容量
１６  外端面
１８  ＰＣＡエンドキャップ
２０  内面
２２  肉厚
２４  エンドキャピラリ
３０  電極アセンブリ
３２  ニオビウム製外端部
３４  モリブデン製内端部
３６  タングステン製のチップ
３８  コイル
４０  フリット
４２  充填剤
５０、６０  サファイア材料
５２、６２  ＰＣＡ材料
５４、６４  境界線
５６、６６  境界材料
５８、６８  残りの間隙穴
【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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