(57)【要約】  本発明は、セラミック放電容器（２）を有する高圧放電ランプに関する。２つの電極（５）がリード線（１１）を用いて放電容器から突出している。放電容器の端部とリード線との間には、適合部（１５，２１）が嵌め込まれており、この適合部（１５，２１）は、２つの材料ＡおよびＢの異なる厚さの複数の層から形成されている。第１の材料Ａはリード線の熱膨張係数にほぼ適合されており、第１の材料Ｂは放電容器の熱膨張係数にほぼ適合されている。交番的な層厚の選択によって段階的な適合が行われる。
2012517680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック放電容器と長手方向軸とを有する高圧放電ランプであって、
少なくとも１つの電極が金属を含有するリード線を用いて前記放電容器から突出しており、
前記リード線はサーメットを含有する適合部を介して前記放電容器の端部と接続されている、高圧放電ランプにおいて、
前記適合部は環状であり、かつ、異なる組成の個々の層から構成されており、
少なくとも２つの材料ＡおよびＢが前記適合部の複数の層を形成し、
前記材料の熱膨張係数が、前記リード線の熱膨張係数と前記放電容器の前記端部の熱膨張係数との間の範囲にあるか、または、前記リード線の熱膨張係数と前記放電容器の前記端部の熱膨張係数との間の範囲からせいぜい僅かに外れるように、前記材料が選択されており、
各層の層厚は、剪断力が生じない程度の薄さであり、
同一の材料の層はそれぞれ異なる層厚を有する、
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記適合部は半径方向に積層化されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記適合部は軸方向に積層化されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記適合部の個々の層は、最初の層と最後の層を除いて、それぞれ１μｍから２００μｍの厚さ、有利には５μｍから１５０μｍの厚さを有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
一方が材料Ａから形成されており、他方が材料Ｂから形成されている層のそれぞれの１つのペアの層厚は実質的に等しい厚さを有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
それぞれ同種の層の層厚は単調に増加するか低減し、前記材料Ａの層厚および前記材料Ｂの層厚は相互に反対方向に最大値から最小値へと変化する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記リード線はモリブデンまたはタングステンから形成されているか、または主としてモリブデンまたはタングステンを含有し、適合層の相応の材料は少なくとも８５体積％の割合のモリブデン粉末またはタングステン粉末を有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記放電容器は酸化セラミックから形成されており、適合層の相応の材料は少なくとも８５体積％の酸化セラミックの粉末を有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
適合層は別の材料Ｃを含有し、積層体はＡＢＣである、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
層はアルキメデスの渦として実施されており、層厚は中心点から見て半径方向に向かう断面に関連付けられている、請求項２記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
請求項１記載の管状の適合部の製造方法において、
ａ）主としてモリブデンまたはタングステンを含有する金属性の材料から形成されているか、または、モリブデンもしくはタングステンおよび酸化アルミニウムを成分とするサーメットから形成されており、最大で２００μｍの厚さの可変の層厚を有する２つのタイプのフィルムを製造し、モリブデンまたはタングステンの体積の割合をタイプＡでは０体積％から１５体積％とし、タイプＢでは８５体積％から１００体積％とするステップと、
ｂ）タイプＡのフィルムとタイプＢのフィルムを交互に使用し、層厚は相互に反対方向に最大値から最小値へと変化するように、少なくとも３０のフィルムの束を重ねて積層化するステップと、
ｃ）長手軸または横断軸に沿って、モリブデンの含有量が交番的に変化する積層体から環状の部品を打ち抜くステップと
を有することを特徴とする、環状の適合部の製造方法。
【請求項１２】
前記ステップｂ）において別の材料Ｃを追加し、該別の材料Ｃをフィルムとして層ＡＢ間に挿入するか、層Ａまたは層Ｂの上に被着させる、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載されている高圧放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
US-A 5 742 123およびUS-A 6 020 685ならびにUS-B 6 863 586からは、セラミック放電容器の端部に、半径方向に積層化されているサーメット部が封止のために使用されている、高圧放電ランプが公知である。
【０００３】
従来では、最初の一番内側にある層から最後の一番外側にある層まで傾斜が単調に変化する、半径方向の傾斜構造が使用されていた。したがって、サーメット部における熱膨張係数の漸次的な段階的変化が達成されるので、２つの材料、すなわち放電容器のセラミックとリード線の材料との間の熱膨張係数の跳躍的な変化が可能な限り良好に緩和される。この種の漸次的な段階的変化を有する層は異なる厚さを有していてもよい。それらの層を種々の方法、殊に、浸漬、吹き付け、一次成形により製造することができる。個々の層を円形シリンダ状のものとすることができるが、螺旋状の巻き付けによってサーメット部を連続的なものとして製造することもできる。
【０００４】
発明の概要
本発明の課題は、傾斜サーメットのコンセプトを基礎とした封止が行われ、また一般照明の用途に関して十分な寿命を保証する、セラミック放電容器を備えた高圧放電ランプを提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴部分に記載されている構成によって解決される。
【０００６】
殊に有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【０００７】
殊に、腐食性の金属ハロゲン化物充填物を有するセラミック放電容器を備えたＨＧ高圧放電ランプにおける封止技術は、個々の構成要素の熱膨張係数が異なることに起因して、満足のいく解決手段を依然として提供していない。
【０００８】
スイッチオン過程およびスイッチオフ過程の際に電気的な端子が加熱され、また再び冷却される間に、異なる熱膨張係数は非常に広範な範囲の値を取るので、その電気的な端子の領域では亀裂が生じる。放電容器に大抵の場合使用されているＡｌ2Ｏ3は、８．３×１０-6Ｋ-1の典型的な熱膨張係数を有しており、また一般的なサーメット部は６×１０-6Ｋ-1から７×１０-6Ｋ-1の熱膨張係数を有している。モリブデンから成るピンは例えば５×１０-6Ｋ-1の熱膨張係数を有している。
【０００９】
セラミック高圧放電容器の封止技術においては、電極ピンとしての電極リード線系がセラミックキャピラリを通過して放電空間に進入する領域において問題が存在する。この領域は環状の隙間を有し、この環状の隙間は電極ピンに沿ってキャピラリの奥に向かって封止はんだの位置まで延在している。この隙間は、本来の放電空間の後方の死空間を表し、この死空間においてバーナ充填物質が凝縮する可能性がある。このことは、放電ランプの電気的な特性、光度的な特性ならびに寿命に不利に作用する。この隙間を完全に排除する試みは未発達のアプローチに過ぎない。第１のアプローチでは、この種のキャピラリとの間の隙間または環状の隙間が生じることなく、リード線系上にサーメットを含有する適合部が半径方向に構成される封止栓を新規に構成することが行われている。しかしながら、給電線と放電容器のセラミック部との間において半径方向に配向されている材料傾斜を有するサーメット適合部から成るその種の栓は以下のような欠点を有する：
ａ）重なり合って形成されている層の熱膨張係数（ＴＡＫ）の段階的変化は大抵の場合非常に粗い。
ｂ）個々の層が十分に薄くなく、また相応に多数の層が製造されることが考えられるので、傾斜構造内の異なる熱膨張係数ＴＡＫを有する層は厚い。
ｃ）熱膨張係数の段階的変化が過度に大きい過度に厚い層の材料移行部において、クリティカルな局所的材料応力が生じる。
ｄ）電極系およびセラミックとサーメット部との接合が困難である。
ｅ）半径方向の所望の材料傾斜（ＭＧ）を、正確かつ再現可能に最適な傾斜に適合させることができない。何故ならば、このことは製造技術的に容易に実現することができないからである。
【００１０】
半径方向に配向されている材料傾斜を有する封止栓（サーメット）は種々の特許文献に記載されている（上記を参照されたい）。その限りにおいて公知である半径方向の傾斜構造はいずれも、層毎に段階的に単調に変化する熱膨張係数ＴＡＫを有する、複数のｎ個の層が重ねられたものから構成されている。傾斜の変化は、層毎の熱膨張係数が、考察方向に応じて、常に所定の値ずつ上昇していくか（α1＜α2＜α3＜．．．αn）、常に所定の値ずつ低下していく（α1＞α2＞α3＞．．．αn）。この変化は線形であっても非線形であってもよく、層は種々の厚さを有していてもよい。その種の傾斜的な段階的変化を有する層を種々のやり方（例えば、浸漬、吹き付け、射出成形など）で重なり合うように被着させることができる。
【００１１】
この結合体構造の製造、精度、再現性および機能を制御することは非常に困難である。段階的変化が小さくなるほど製造の手間は大きくなり、また困難の度合いは高くなる。
【００１２】
サーメットを含有する適合部の新規の構造は従来のものとは基本的に異なる。本発明によれば、材料傾斜は、サーメットの場合、層毎の熱膨張係数の段階的変化によって調整されるのではなく、組成によって規定されている少なくとも２つの成分ＡおよびＢの交互に重ねられている層の厚さを変更することによって調整される。ここで、成分Ａの層および成分Ｂの層は相応の熱膨張係数α1およびα2を有し、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ．．．と続く順序で配置されている。したがって材料傾斜は、単に個々の層Ａ／Ｂの厚さ変化の関数であり、その関数を半径の関数としてそれぞれ規定することができる。この関数を、どのような半径方向の傾斜（例えばモデリングから計算される）が所望されるかに応じて、線形または非線形に任意のあらゆる算術的な式によって表すことができる。
【００１３】
そのように層状化された構造の機能を保証するためには、微視的に薄い層の境界面における材料応力がクリティカルな剪断応力を下回るように、交番的な層を薄く設計することが重要である。これによって層が相互に剪断および離層する可能性はなくなり、層間の機械的な耐性および結合体マトリクスの構造的な結合性は長い期間にわたり維持される。層の厚さを介して別個に調整できる半径方向の傾斜は、最終的にサーメットの熱膨張係数への適合および相互に結合すべき構成部材の幾何学係数への適合に使用される。それらの構成部材は殊に、一方では、腐食耐性のある材料（ここでは成分Ａであるとする）から成る、中央に位置する電極リード線であり、他方では、セラミックから製造されており、かつ、電極リード線を外側において包囲している、放電容器の円筒状の管端部である。管端部は、成分Ｂから成る構成部材であると解される。
【００１４】
サーメットのための材料Ａとして、構成部材Ａ、具体的にはリード線と同一の材料が使用されるか、または、構成部材Ａと熱膨張係数に関して類似する材料が使用される。この材料Ａは、最大の厚さＤＡ１の層を有する構成部材Ａ、ここではリード線に隣接する。これとは反対に材料Ｂは構成部材Ｂに関連付けられる。具体的には、材料Ｂとして、放電容器のセラミックと同一の材料が使用されるか、または、放電容器のセラミックまたは放電容器の終端部（栓、キャピラリなど）などと熱膨張係数に関して類似する材料（ここでは一般的に放電容器の端部の材料と称する）が使用される。この材料Ｂは、最大の厚さＤＢ１の層を有する構成部材Ｂ、殊に放電容器の端部に隣接する。
【００１５】
択一的に、構成部材Ａと、材料Ａから成る最大の厚さを有する第１の層との間に、別の材料Ｂの最小の厚さの層をさらに挿入することができる。同様のことが他方の端部においても考えられる。すなわち、構成部材Ｂと、材料Ｂから成る最大の厚さを有する第１の層との間に、別の材料Ａの最小の厚さの層をさらに挿入することができる。
【００１６】
最大の厚さの層ＭａｘＤは実際のところ２００μｍの厚さを上回るべきではなく、このことはＭａｘＤＡにもＭａｘＤＢにも同程度に該当する。最も薄い層ＭｉｎＤは実際のところ１μｍの厚さを下回るべきではなく、このことはＭｉｎＤＡにもＭｉｎＤＢにも同程度に該当する。有利には、最大の層厚は１５０μｍである。
【００１７】
殊に有利には、層の値は５μｍから１００μｍの間にある。さらには、ＭａｘＤＡに直接的にＭｉｎＤＢが続き、それとは反対に他方の端部では反対方向においてＭａｘＤＢに直接的にＭｉｎＤＡが続き、ＭａｘＤＡの層厚とＭａｘＤＢの層厚が等しいという意味において、対称的な構造は有利である。このことはＭｉｎＤＡおよびＭｉｎＤＢにも該当する。
【００１８】
傾斜サーメットは有利には、少なくとも断面で見て偶数個の層から構成されており、層厚は中心に関して鏡面対称である。この仕様を、軸方向の傾斜サーメットにおいても、半径方向の傾斜サーメットにおいても実現することができる。
【００１９】
所望のサーメット直径および半径方向の傾斜を達成するために、相応に多数の薄い層が形成され、所望の結合体マトリクスへと焼結される。焼結が完了したサンプルのカット面においては、サーメット半径に沿った、交番的で比較的薄く、また強度が変化する層ないし層厚比を見ることができる。
【００２０】
この場合、具体的な層構造は、殊に材料Ａに関して、ＭｉｎＤＡおよびＭａｘＤＡの厚さが自由に選択され、その間に位置する層ＤＡの厚さが極値間で線形に増加するように選択されている。同様のことが材料Ｂに該当するが、厚さに関しては材料Ａとは反対に変化する。交互に現れる層ＡおよびＢのペア、すなわち、例えばＭａｘＤＡおよびＭａｘＤＢは、可能な限り良好に任意の層ペアｎに該当するようにその都度寸法設計されるべきである：
ＤＡn＋ＤＢn＝一定。
【００２１】
しかしながらこの合計値は正確に一定である必要はなく、有利には、全てのペアの平均値に関して、４０％、殊に最大で２０％を超えない範囲で変動してもよい。
【００２２】
上述の原理の用途は、以下に記載するように、サーメットの製造に関する種々の利点も提供する。
【００２３】
２つの層成分ＡまたはＢのうちの少なくとも一方を、非常に薄い開始層厚、殊に５μｍよりも薄い厚さで被着させることができるので、徐々に厚くなる複数の層を介する材料傾斜について層厚を高めるための大きい遊びを形成することができ、この際に、最大限に許容される、応力に関して臨界的な層厚を超える層厚は生じない。
【００２４】
層を一般的に薄く被着させることができるので、相応に規定された半径方向の傾斜を非常に細かく段階分けすることができる。
【００２５】
成分ＡおよびＢから成る簡単な二重層系の場合、異なる２つのスリップのみを製造するだけでよいので、これによってスリップの製造が著しく簡略化される。
【００２６】
可変の厚さを有する交番的な複数の層を形成するために、ただ２つの異なるスリップを塗布することは、それぞれが混合すべき組成を有し、またそれにより生じる種々の熱膨張係数を有する多数の異なるスリップを製造および塗布することに比べて遙かに容易である。
【００２７】
層の成分Ａ／Ｂは、実施例として説明した材料系Ｍｏ／Ａｌ2Ｏ3にのみ限定されるものではなく、セラミック放電容器のためのサーメットの製造にも関係する他の任意の材料系にも適用することができる。代替的に、材料系Ｗ／Ａｌ2Ｏ3も非常に重要である。しかしながらセラミックとして、例えばＡｌＮ、酸化アルミニウム、Ｄｙ2Ｏ3なども適しており、この場合、相応に適合された成分ＡおよびＢが生じる。
【００２８】
成分Ａ／Ｂは混合物であってもよく、殊に、それらの成分が相互に混合されていてもよいので、成分Ａは例えばある程度の割合の成分Ｂを含有し、場合によっては成分Ｂがある程度の割合の成分Ａを含有する。成分Ｂを含有している成分Ａはやはり循環的な熱膨張係数α1を表し、成分Ａを含有している成分Ｂは熱膨張係数α2を表す。
【００２９】
一般的に、考えられるあらゆる材料組成から層成分Ａ／Ｂを構成することができる。
【００３０】
２元の層系Ａ／Ｂを殊に、別の成分、殊に少なくとも１つの別の成分Ｃを加えることによって多層系に拡張することができ、したがってこの場合の層系はＡ，Ｂ，Ｃ，．．．／Ａ，Ｂ，Ｃ，．．．／Ａ，Ｂ，Ｃ，．．．となる。
【００３１】
各成分はここでもまた個々の材料組成を有し、それぞれの熱膨張係数を有する。傾斜はその種の拡張された材料系においては、必要に応じて、個々の循環的な層成分Ａ，Ｂ，Ｃ，．．．の層厚の変化によってのみ規定される。層Ｃは殊に、結晶粒の成長、層間密着力などへの影響を有する材料でよく、殊にＣはここではＭｇＯとして説明する。この種の成分Ｃは、層厚を変更するために必ずしも必要なものではない。成分Ｃの個々の層の厚さは同一であるか類似するものであればよい。この場合には、殊に、Ｃの厚さ（ここではＤＣと称する）が成分Ａおよび／または成分Ｂの最小の層の厚さの最大で５倍である層系が有利である。この種の層厚の実際の下限は、それらの層が成分ＡまたはＢのうちの一方に塗布される場合には、数ナノメートルである。
【００３２】
成分を変更すること、すなわち、例えば成分ＡがＡｌ2Ｏ3から成る層系が使用されることはもちろん排除されていない。成分Ｂは差し当たりモリブデン（Ｍｏ）であるが、層の一部においてはタングステン（Ｗ）が使用される。モリブデンのみが使用される層系、および／または、殊にドーパントとして、部分的にイリジウム（Ｉｒ）ないしレニウム（Ｒｅ）が混合される層系も対象となる。
【００３３】
上述の実施形態の変形形態によって、例えば焼結収縮、粒度、焼結密度、機械的な安定度、サーメット栓の他の重要な特性に影響を及ぼすことができるように個々の層成分を適合させることができる。
【００３４】
上述の原理にしたがい製造可能なサーメット適合部は、電極リード線系および放電容器への適合に関するさらなる利点を有する。サーメット適合部を軸方向または半径方向に構成することができる。
【００３５】
中央に位置する給電線系、例えば金属管、または、金属ロッド、または、導電性のサーメットから成るピン、または、相応に部分的に焼結された構造物、または、相応に焼結が完了した構造物、または、まだ焼結されていない（未焼結の）構造物にサーメットを半径方向に形成することができる。
【００３６】
さらには、接触面に隙間が生じずに、それによって、半径方向の傾斜サーメットが選択されている場合であっても、初めて完全に隙間の無い電極系がサーメット栓の材料から生じるように、サーメットをリード線系に形成し、焼結することができる。
【００３７】
殊に、電極系の出口点付近にサーメット部を自由に成形することができるので、リード線は例えば平坦な端面から突出するか、湾曲部から内側または外側に向かって突出するか、もしくは内側または外側に向かって形成されている漏斗からも突出する。
【００３８】
この自由成形は、軸方向に見て、電極系リード線の内側にある第１の面にも、軸方向に見て、電極リード線の外側にある第２の面にも該当する。
【００３９】
サーメットの自由成形によって、電極ピンとバーナ壁との間の栓幾何学を最適に構成することができる。未焼結のサーメット部においても、焼結が完了したサーメット部においても、例えば研磨またはポリッシングによって成形を行うことができる。
【００４０】
殊に、放電容器内で焼結できるように、または、殊に放電容器内で相応の高温はんだを用いてはんだ付けできるようにサーメット部を形成することができる。高温はんだを用いる手法は一般的に公知である。
【００４１】
この新規のコンセプトの傑出した利点は、これによって、完全に隙間の無い電極系リード線を形成できることである。これにより、従来はシステムに内在する問題を表す電気的および光度的な特性が著しく改善され、またさらには、セラミック高圧放電容器の寿命が延びる。
【００４２】
別の実施例においては、キャピラリ端部を備えたセラミック放電容器が使用されるように封止系が形成されている。キャピラリ端部には軸方向の傾斜を有する管状のサーメット部（サーメット管）が隣接しており、このサーメット部はキャピラリと同じ内径および外径を有する。キャピラリの端部へのサーメット管の接続はガラスはんだを介して行われ、このガラスはんだは例えば１５００℃から１７００℃で溶融し、安定した境界面結合部を実現する。択一的には、細粒状の焼結活性なＡｌ2Ｏ3粉末を用いた焼結によって接続が行われる。サーメット管には、中央に孔を有する、モリブデンから成るカバーキャップが被せられる。リード線部として、少なくとも最も外側の端部には、モリブデンから構成されているピンが使用される。このピンは典型的には０．６ｍｍから１．２ｍｍの範囲の直径を有する。封止のために、モリブデンから構成されているピンがカバーキャップに溶接される。サーメット管へのカバーキャップの接続は、金属ベースのはんだを用いたはんだ付けを介して行われる。有利には、プラチナはんだが使用される。代替的に、焼結活性の接続部も選択することができる。
【００４３】
キャピラリ、サーメット管およびカバーキャップの熱膨張係数が跳躍的に変化する問題は、多数の層を使用するサーメット管の使用によって解決される。従来の約１０の層の代わりに、少なくとも５０の薄い層、有利には少なくとも１００の層、典型的には２００までの層が使用されることになる。このことは、典型的には２０μｍから１００μｍのテープ厚さの薄いフィルムを製造するために多層技術によって実現される。
【００４４】
適合部として機能するサーメット管は、種々異なる組成のＭｏ−Ａｌ2Ｏ3層から構成されている。
【００４５】
キャピラリ端部の端面には、Ａｌ2Ｏ3が多く、Ｍｏが少ない、サーメット管の第１の層が被着される。Ａｌ2Ｏ3とＭｏの体積比は典型的には９０：１０から９８：２である。しかしながら、第１の層においてＡｌ2Ｏ3のみを使用することも可能である。第２の層はＭｏが多く、Ｍｏの割合は典型的には９５体積％である。
【００４６】
サーメット管は、個々の層の厚さが変化しながら傾斜的に形成されており、Ｍｏの割合は層毎に変化する。最終的には、Ｍｏの割合が高い最後の層にカバーキャップがはんだ付けされる。１つの実施形態においては、別個の最初の層および最後の層が準備され、それらの層の間に適合部が嵌め込まれる。それらの別個の層は殊に、機械的な耐久性を改善するために、適合部の中間層よりも著しく厚い。
【００４７】
傾斜付けられたサーメット管の製造は例えば多層技術によって行われる。そのために、２つの異なるＭｏ／Ａｌ2Ｏ3比を有する薄いフィルムが製造される。ここで成分Ａは例えば、９５体積％の割合のＭｏを含むＡｌ2Ｏ3でよく、他方、成分Ｂは５体積％の割合のＭｏを含むＡｌ2Ｏ3でよい。
【００４８】
個々のフィルムの厚さだけが大きく異なる。フィルムは続いて上述の規定にしたがい重ねられて積層化される。続いて、プレートに結合される積層化されたフィルムから中空円筒状の管が打ち抜き加工され、したがって、その種の管は長手軸に沿って積層化された構造を有する。中空円筒の焼結の後には、それにより形成される傾斜付けられた管が、高温はんだまたは活性焼結粉末を用いて、キャピラリの一方の端部に被着され、また、Ｍｏの割合が高いフィルムを有する他方の端部はカバーキャップにはんだ付けされる。この種の構造はサーメットの２つの端面の確実な封止も保証する。従来では、この種の細かい段階的変化は必要とされず、またそのための適切な製造方法も提供できず、さらには他の部分へのサーメット管の確実な接続も行われなかった。
【００４９】
有利には、個々のフィルムが、必要に応じて最初と最後の２つのカバーフィルムを除いて、対称的に変化する厚さを有する。
【００５０】
最初のフィルムないし最後のフィルムにおけるＭｏの割合は約５〜９５体積％であることが望ましい。何故ならば、この混合物の熱膨張係数が、その混合物に接している材料であるＭｏないしＡｌ2Ｏ3に非常に近いからである。
【００５１】
多層技術によりサーメット管を製造することにより、個々のフィルムを製造するためのスリップを任意の所望のＭｏ／Ａｌ2Ｏ3比において組成することができるという利点が得られる。
【００５２】
したがってさらには、個々のフィルム（テープ）が典型的には２０μｍから１００μｍの厚さで実現される。個々のフィルムの厚さが比較的厚い場合、個々のフィルムの所定の総数および段階的変化では、傾斜付けられた管が過度に厚くなる虞がある。個々のフィルムの厚さは最終的には、サーメット管における熱膨張係数の段階的変化の度合いを決定する。
【００５３】
この全体のコンセプトの特別な利点は、封止技術に関する個々の構成要素の製造を個別に行えることである。全体の封止はモジュール式に構成されている。
【００５４】
焼結プロセスによって、サーメット管の個々のフィルムは気密に相互に結合され、異なる組成の個々の層間の密接した結合部が形成される。これによって、熱機械的な応力に起因する亀裂の発生の危険が最小化され、また十分に回避される。このことは、二段階の焼結プロセスが使用される場合に十分に証明された。先ず、フィルム系が事前焼結され、サーメット管のある程度の収縮は妨げられずに行われる。この時に初めて、リード線がサーメット管の開口部に嵌め込まれ、事前焼結されたフィルム系が最終的に、殊に金属性のリード線へと焼結される。この方式により殊に高い密度が達成される。
【００５５】
特別な実施形態においては、キャピラリの端面が面取りされる。この面取りされた端面は、放電容器の寿命の間にこの放電容器の第１のサーメット層とＰＣＡとの間の層剥離の遅延と良好な心合わせに使用される。面取りされた縁部は、通常の場合、セラミック接合技術においては直線状の面よりも応力が低い。
【００５６】
これに関しては、サーメット管のキャピラリに対向する端面を面取りすることも適している。このために、第１のフィルムは本来的に殊に厚く、典型的には３００μｍまでの厚さで実施されており、また面取り部がサーメット管のこの第１の領域に嵌め込まれている。
【００５７】
セラミック製放電容器は、有利にはＡｌ2０3、例えばＰＣＡから構成されている。ＭｇＯのような通常のドーパントも使用することができる。ＰＣＡは終端層として、管の一体的な構成部材であってもよい。
【００５８】
ガラスはんだとしては、例えばＡｌ2Ｏ3とＤｙ2Ｏ3または他の希土類酸化物との混合物のような高温ガラスはんだを使用することができる。これ関する詳細な説明は、例えばEP-A 587 238を参照されたい。これらの混合物は通常のはんだに比べて熱耐性があるが、良好な接合のためには、溶融プロセスにおいて通常必要とされる時間よりも長い時間を必要とする。
【００５９】
以下では、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】セラミック放電容器を備えたリフレクタランプを示す。
【図２】一部が切り取られている、セラミック放電容器の立体図を示す。
【図３】図２による放電容器の断面図を示す。
【図４】放電容器の別の実施例の断面図を示す。
【図５】セラミック放電容器の別の実施例を示す。
【図６】放電容器の別の実施例の断面図を示す。
【図７】放電容器の別の実施例の栓部を通る断面図を示す。
【００６１】
発明の有利な実施形態
図１には、リフレクタランプ１が概略的に示されている。このリフレクタランプ１はセラミック放電容器２を有している。このセラミック放電容器２は口金３に固定されており、また放電空間内に２つの電極５を有している。この放電容器からはリード線７が突出している。口金５には反射器４が固定されており、この反射器４内で放電容器が軸方向に配置されている。放電空間は充填物、典型的には金属ハロゲン化物および水銀を包含する。
【００６２】
図２は、実質的にはＡｌ2Ｏ3から製造されている放電容器２を示す。放電容器２は胴状の中央部８を有しており、この中央部８内には電極および金属ハロゲン化物を有する充填物が収容されている。中央部８にはキャピラリ１０が一体的に成形されている。このキャピラリ１０内には、モリブデンピンのようなリード線１１、またはそれ自体公知であるようにマルチピースで実施されているリード線が案内されており、それらのリード線１１に電極のピンがそれぞれ溶接されている。しかしながら、リード線の後方の端部がモリブデンピンであるということのみが重要である。リード線は典型的には１ｍｍの直径を有する。キャピラリ１０には、適合部としての、典型的には５０層のフィルムから成るサーメット管１５が隣接している。それらのフィルムは典型的には１０μｍから１００μｍの範囲で種々の厚さを有するが、例外として、最初のフィルムと最後のフィルムがそれぞれ２００μｍから３００μｍまでの厚さを有していてもよい。キャピラリとサーメット管との間は高温はんだ１６により埋められている。サーメット管１５の外側の端部には、モリブデン（Ｍｏ）から構成されており、また、曲げられた縁部１８を備えたカバーキャップ１７が設けられており、サーメット管１５とカバーキャップ１７との間は封止のためにプラチナはんだにより埋められている。カバーキャップ１７は、典型的には２００μｍから５００μｍの厚さを有するモリブデンシートである。
【００６３】
カバーキャップ１７は、このカバーキャップ１７の中央の孔２０を貫通して延在するリード線１１に溶接されている。より良好な溶接を実現するために、有利には、カバーキャップは内側に向かって湾曲している（２１）。
【００６４】
典型的には、モリブデンから成るリード線１１とキャピラリ１０との間には５０μｍから１００μｍの幅の隙間が残されている。同様のことが、サーメット管１５とモリブデンから成るリード線１１との間の隙間にも該当する。
【００６５】
この種のランプのための典型的な充填物は例えばEP-A 587 238に記載されている。
【００６６】
詳細には、軸方向の適合部を備えたこの構造は図３に非常に概略的に示されている。キャピラリと対向している最初の層内のモリブデンの割合は０体積％から１５体積％であり、最後の層内のモリブデンの割合は８５体積％から１００体積％であり、残りの割合は必要に応じてＡｌ2Ｏ3である。それらの２つの層の間には、例えば、それぞれが約１０μｍから１００μｍの厚さの３０から１００の層が設けられており、層厚は交互に変化する。成分ＡおよびＢそれぞれの層内でのモリブデンの割合は一定である。隙間無く確実に封止するための鍵は、層厚が、絶対的に見て、剪断力に関する臨界的な限界を遥かに下回ることであることが分かった。
【００６７】
リード線は有利にはピンであり、殊にモリブデンから成るピンである。リード線の直径は有利には０．４ｍｍから０．９ｍｍである。しかしながらリード線は管でもよく、この管を介して放電空間を直接的に充填することができる。この方式自体は公知である。
【００６８】
フィルムの個々の層は有利には、１５０μｍまでの厚さでもって、ペーストから注型されている。ペーストはセラミック粉末または金属粉末もしくはそれらの混合物に、それ自体公知であるポリマー、可塑剤および溶剤を加えたものから成る。つまり、ポリマー結合型のモリブデンベースの粉末およびＡｌ2Ｏ3ベースの粉末から成る、未焼結のフィルムが得られる。
【００６９】
図４および図５は、半径方向に構造化されている適合部を示す。この適合部は、モリブデンから成るリード線２２に直接的に当接される円筒状の管２１である。管２１の外側はキャピラリ２３によって境界付けられている。管２１はリード線２２とキャピラリ２３との間において直接的に挿入されている。管２１は典型的には３０の層から構成されている。成分Ａの層２５と成分Ｂの層２６が交互に配置されている。成分ＡはＡｌ2Ｏ3の熱膨張係数を僅かに下回る熱膨張係数を有し、成分Ｂはモリブデン（Ｍｏ）の熱膨張係数を僅かに上回る熱膨張係数を有する。すなわち、いずれの成分の熱膨張係数も、リード線２１の熱膨張係数とキャピラリ２３の熱膨張係数との間にある。
【００７０】
しかしながら、成分ＡがＡｌ2Ｏ3の熱膨張係数を僅かに上回る熱膨張係数を有し、成分Ｂがモリブデンの熱膨張係数を僅かに下回る熱膨張係数を有する層系を選択することは排除されていない。
【００７１】
層構造の新規の原理をここで例示的に説明する：
一番内側にある最初の第１の層２５の層厚は比較的厚く（９０μｍ）、その次に位置する最初の第２の層２６は比較的薄い（１０μｍ）。その次に位置する第１の層２５の厚さは最初の第１の層２５よりも僅かに薄い。すなわち約８０μｍの厚さを有する。その次に位置する第２の層２６の層厚は最初の第２の層２６よりも僅かに厚い。すなわち約２０μｍの厚さを有する。このようにして、成分Ａの層厚は外側に向かって徐々に薄くなり、他方、成分Ｂの層厚は外側に向かって徐々に厚くなる。一番外側に位置する最後の２つの層では、一番外側にある第１の層２５が約１０μｍの厚さを有し、他方、一番外側にある第２の層２６が約９０μｍの厚さを有する。
【００７２】
図５は、放電容器３０の断面図を示す。半径方向の適合部は、真っ直ぐに切り取られた円筒状の管である。
【００７３】
図６は、別の実施例として、放電容器３０の基本的に類似する構成を示す。しかしながらこの実施例では、半径方向の適合部３１は、放電部に対向する内側の端面３２が凹状に湾曲している円筒状の管である。リード線のピン３５も、少なくとも一部が凹状に湾曲されているので、ピンは適合部の湾曲部に適合されている。このようにして、端面を放電容器の幾何学に最適に適合させることができ、このことは殊に、共振モードの際の不所望な定在波の発生ないし抑制にとって重要である。別の実施例においては、複数の層を備えたサーメット部がアルキメデスの螺旋として実施されており、層厚は断面に関連付けられている。栓に適合されている円筒状の形状を達成するために、サーメット部は端部において適切に圧縮される。
【００７４】
図７による別の実施例においては、キャピラリを通る断面図が示されており、適合部はここでは成分Ａ，ＢおよびＣから構成されている。ただし成分ＡおよびＢは図４による成分ＡおよびＢに対応する。成分ＣとしてそれぞれがＭｇＯから成る層６０が加えられており、それぞれの層圧は一定であり、約５μｍである。もちろん、形式的な積層体がＡＢＣであるか、または例えばＡＣＢであるかは重要ではない。
【００７５】
層ＡおよびＢの熱膨張係数が成分ＡおよびＢの熱膨張係数の幅の外にあってもよいが、しかしながらその場合であっても偏差は、有利には最大で１０％であることが望ましい。
【００７６】
リード線として、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）などの金属以外にも、殊に、それ自体公知であるような、金属を含有するサーメットも適している。すなわちリード線は有利には、サーメットであれ、コーティングされた材料であれ、ドープされた材料であれ、金属性のモリブデンまたはタングステンから構成されているか、または主としてそれらの成分を含有し、適合層の対応する材料は少なくとも８５体積％の割合のモリブデン粉末またはタングステン粉末を含む。
【００７７】
本発明の本質的な特徴を以下において順番に列記する。
【００７８】
１．  セラミック放電容器と長手方向軸とを有する高圧放電ランプであって、
少なくとも１つの電極が金属を含有するリード線を用いて放電容器から突出しており、
リード線はサーメットを含有する適合部を介して放電容器の端部と接続されている、高圧放電ランプにおいて、
適合部は環状であり、かつ、異なる組成の個々の層から構成されており、
少なくとも２つの材料ＡおよびＢが適合部の複数の層を形成し、
材料の熱膨張係数が、リード線の熱膨張係数と放電容器の端部の熱膨張係数との間の範囲にあるか、または、リード線の熱膨張係数と放電容器の端部の熱膨張係数との間の範囲からせいぜい僅かに外れるように、材料が選択されており、
各層の層厚は、剪断力が生じない程度の薄さであり、
同一の材料の層はそれぞれ異なる層厚を有する、
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
【００７９】
２．  適合部は半径方向に積層化されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【００８０】
３．  適合部は軸方向に積層化されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【００８１】
４．  適合部の個々の層は、最初の層と最後の層を除いて、それぞれ１μｍから２００μｍの厚さ、有利には５μｍから１５０μｍの厚さを有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【００８２】
５．  一方が材料Ａから形成されており、他方が材料Ｂから形成されている層のそれぞれの１つのペアの層厚は実質的に等しい厚さを有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【００８３】
６．  それぞれ同種の層の層厚は単調に増加するか低減し、材料Ａの層厚および材料Ｂの層厚は相互に反対方向に最大値から最小値へと変化する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【００８４】
７．  リード線はモリブデンまたはタングステンから形成されているか、または主としてモリブデンまたはタングステンを含有し、適合層の相応の材料は少なくとも８５体積％の割合のモリブデン粉末またはタングステン粉末を有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【００８５】
８．  放電容器は酸化セラミックから形成されており、適合層の相応の材料は少なくとも８５体積％の酸化セラミックの粉末を有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【００８６】
９．  適合層は別の材料Ｃを含有し、積層体はＡＢＣである、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【００８７】
１０．  層はアルキメデスの渦として実施されており、層厚は中心点から見て半径方向に向かう断面に関連付けられている、請求項２記載の高圧放電ランプ。
【００８８】
１１．  請求項１記載の管状の適合部の製造方法において、
ａ）主としてモリブデンまたはタングステンを含有する金属性の材料から形成されているか、または、モリブデンもしくはタングステンおよび酸化アルミニウムを成分とするサーメットから形成されており、最大で２００μｍの厚さの可変の層厚を有する２つのタイプのフィルムを製造し、モリブデンまたはタングステンの体積の割合をタイプＡでは０体積％から１５体積％とし、タイプでは８５体積％から１００体積％とするステップと、
ｂ）タイプＡのフィルムとタイプＢのフィルムを交互に使用し、層厚は相互に反対方向に最大値から最小値へと変化するように、少なくとも３０のフィルムの束を重ねて積層化するステップと、
ｃ）長手軸または横断軸に沿って、モリブデンの含有量が交番的に変化する積層体から環状の部品を打ち抜くステップと
を有することを特徴とする、環状の適合部の製造方法。
【００８９】
１２．  ステップｂ）において別の材料Ｃを追加し、この別の材料Ｃをフィルムとして層ＡＢ間に挿入するか、層Ａまたは層Ｂの上に被着させる、請求項１１記載の方法。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月6日(2011.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック放電容器と長手方向軸とを有する高圧放電ランプであって、
少なくとも１つの電極が金属を含有するリード線を用いて前記放電容器から突出しており、
前記リード線はサーメットを含有する適合部を介して前記放電容器の端部と接続されている、高圧放電ランプにおいて、
前記適合部は環状であり、かつ、異なる組成の個々の層から構成されており、
少なくとも２つの材料ＡおよびＢが前記適合部の複数の層を形成し、
前記材料の熱膨張係数が、前記リード線の熱膨張係数と前記放電容器の前記端部の熱膨張係数との間の範囲にあるように、前記材料が選択されており、
各層の層厚は、剪断力が生じない程度の薄さであり、
同一の材料の層はそれぞれ異なる層厚を有する、
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記適合部は半径方向に積層化されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記適合部は軸方向に積層化されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記適合部の個々の層は、最初の層と最後の層を除いて、それぞれ１μｍから２００μｍの厚さを有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
一方が材料Ａから形成されており、他方が材料Ｂから形成されている層のそれぞれの１つのペアの層厚は等しい厚さを有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
それぞれ同種の層の層厚は単調に増加するか低減し、前記材料Ａの層厚および前記材料Ｂの層厚は相互に反対方向に最大値から最小値へと変化する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記リード線はモリブデンまたはタングステンから形成されており、適合層の相応の材料は少なくとも８５体積％の割合のモリブデン粉末またはタングステン粉末を有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記放電容器は酸化セラミックから形成されており、適合層の相応の材料は少なくとも８５体積％の酸化セラミックの粉末を有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
適合層は別の材料Ｃを含有し、積層体はＡＢＣである、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
層はアルキメデスの渦として実施されており、層厚は中心点から見て半径方向に向かう断面に関連付けられている、請求項２記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
請求項１記載の管状の適合部の製造方法において、
ａ）モリブデンまたはタングステンを含有する金属性の材料から形成されているか、または、モリブデンもしくはタングステンおよび酸化アルミニウムを成分とするサーメットから形成されており、最大で２００μｍの厚さの可変の層厚を有する２つのタイプのフィルムを製造し、モリブデンまたはタングステンの体積の割合をタイプＡでは０体積％から１５体積％とし、タイプＢでは８５体積％から１００体積％とするステップと、
ｂ）タイプＡのフィルムとタイプＢのフィルムを交互に使用し、層厚は相互に反対方向に最大値から最小値へと変化するように、少なくとも３０のフィルムの束を重ねて積層化するステップと、
ｃ）長手軸または横断軸に沿って、モリブデンの含有量が交番的に変化する積層体から環状の部品を打ち抜くステップと
を有することを特徴とする、環状の適合部の製造方法。
【請求項１２】
前記ステップｂ）において別の材料Ｃを追加し、該別の材料Ｃをフィルムとして層ＡＢ間に挿入するか、層Ａまたは層Ｂの上に被着させる、請求項１１記載の方法。
【国際調査報告】
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