專利名稱：接合體、發(fā)光容器以及高壓放電燈用組裝體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接合體、發(fā)光容器以及高壓放電燈用組裝體。
背景技術(shù)：
作為汽車用的前車燈，采用了石英制的放電管的高壓放電燈因其亮度和發(fā)光效率高而被廣泛使用。這樣的用了石英管的放電燈由于放電管是透明的，所以能夠?qū)⒂煞烹姽軆?nèi)的發(fā)光氣體組成的發(fā)光部用作放電燈的點光源。
本申請人在專利文獻(xiàn)1中公布了在由半透明的透光性氧化鋁組成的放電管兩端的開口插入鉬制的管子，把管子和放電管接合起來。
專利文獻(xiàn)1，特開2001-76677號公報的放電燈是用作例如汽車前車燈用的模擬點光源的放電燈。但是，在汽車前車燈和聚光燈用燈泡的領(lǐng)域也需要使用了透明的放電管的放電燈。
專利文獻(xiàn)2，特表2001-519969號公報公布了將藍(lán)寶石制發(fā)光管和多晶氧化鋁質(zhì)的端隙進(jìn)行單片封裝的方法。
另外，專利文獻(xiàn)3，特開昭56-44025號公報公布了用于密封放電裝置用的陶瓷發(fā)光管的Dy2O3-Al2O3-SiO2系組成物。
另外，專利文獻(xiàn)4，美國專利第3,588,573號公報公布了使用Dy2O3-Al2O3系的共晶接合劑來密封高溫蒸汽的方法。
在專利文獻(xiàn)2記載的方法中，利用固相反應(yīng)使藍(lán)寶石制發(fā)光管和多晶氧化鋁質(zhì)的端隙接合起來。但是，本發(fā)明者研究了該接合體之后，發(fā)現(xiàn)有以下的問題點。即，在本方法中，在藍(lán)寶石和多晶氧化鋁的接觸面易于生長多晶氧化鋁的晶粒。在成為完全單晶(藍(lán)寶石)之前，該多晶氧化鋁不成長，在這之前晶粒生長停止的話，沿著接合界面殘留了粗大的氧化鋁晶粒。結(jié)果，在接合界面的機械強度下降。從而導(dǎo)致由在本來可以承受的區(qū)域的熱應(yīng)力使接合界面被破壞。并且，在與藍(lán)寶石的接觸界面的附近，由于多晶氧化鋁的晶粒生長的控制對燒結(jié)條件等非常敏感，所以控制困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)在至少接合面是由藍(lán)寶石組成的第一部件和至少接合面是由藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的第二部件的結(jié)合體中，能夠使其結(jié)合強度高，防止在接合界面產(chǎn)生裂紋。
為實現(xiàn)上述目的，發(fā)明的第一實施方式是備有至少接合面是由藍(lán)寶石組成的第一部件和至少接合面是由藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的第二部件，以及接合第一部件和第二部件的接合材料的接合體，其特征在于使接合材料用的原料介于第一部件和第二部件之間，通過在1730℃以下對該原料進(jìn)行熱處理使上述第一部件和上述第二部件接合起來。
另外，發(fā)明的第一實施方式涉及發(fā)光容器和上述接合體，其特征在于第一部件是在端部設(shè)有開口的放電管，密封部件被固定在放電管的端部。另外，發(fā)明的第一實施方式其特征在于備有，上述發(fā)光容器、設(shè)在放電管的內(nèi)部空間的電極、以及設(shè)在密封部件內(nèi)的導(dǎo)體。
例如，用玻璃接合材料將高壓放電燈的陶瓷放電管和陶瓷制的端隙接合起來時，由于接合材料易于因放電管內(nèi)部的腐蝕性發(fā)光氣體而受到腐蝕，所以應(yīng)該選擇接合溫度高的接合材料。另外，在用接合材料接合時，要考慮到放電管的材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)與端隙的熱膨脹系數(shù)之差能夠使接合部分裂紋以及強度下降。
但是，本發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，在放電管是藍(lán)寶石制的場合，接合溫度所起的作用比藍(lán)寶石和端隙的材質(zhì)之間的熱膨脹系數(shù)之差大。即，即使在藍(lán)寶石和端隙的材質(zhì)之間的熱膨脹系數(shù)之差小，或者幾乎沒有的場合，接合溫度高的話，接合部分產(chǎn)生的裂紋就多。這是因為藍(lán)寶石的剛性高(即因變形導(dǎo)致的應(yīng)力吸收性低)的話，即使熱膨脹系數(shù)小熱應(yīng)力也與熱膨脹差和溫度差(＝接合溫度(接合材料的融點)-室溫)的積成正比，從而易于產(chǎn)生裂紋。另外，即使在藍(lán)寶石和端隙的材質(zhì)之間的熱膨脹系數(shù)之差大到一定程度的場合，通過使接合溫度低，就能夠抑制在接合部分產(chǎn)生裂紋。
具體地說，在接合對象的一方為藍(lán)寶石，另一方為藍(lán)寶石或多晶氧化鋁的場合，通過使結(jié)晶溫度在1730℃以下，就能夠抑制在接合界面產(chǎn)生裂紋，提高接合強度。從此觀點來說，接合溫度最好是在1700℃以下。
對該接合溫度沒有特別的下限，但通常較好是在1550℃以上，在1600℃以上則更好。由此，能夠抑制在接合材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。
另外，發(fā)明的第二實施方式是備有至少接合面是由藍(lán)寶石組成的第一部件和至少接合面是由藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的第二部件，以及接合第一部件和第二部件的接合材料的接合體，其特征在于接合材料由包含稀土類元素、鋁以及硅的氧化物或氮酸化物組成，氧化物或氮酸化物中硅的比率換算成二氧化硅的話在3mol％以上、10mol％以下。
另外，發(fā)明的第二實施方式涉及發(fā)光容器和上述接合體，其特征在于第一部件是在端部設(shè)有開口的放電管，第二部件是被固定在放電管的端部的密封部件。另外，發(fā)明的第二實施方式其特征在于備有，上述發(fā)光容器、設(shè)在放電管的內(nèi)部空間的電極、以及設(shè)在密封部件內(nèi)的導(dǎo)體。
在上述的接合材料中，通過使硅的比率換算成二氧化硅的話在3mol％以上、10mol％以下，就能夠抑制在接合部分產(chǎn)生裂紋。
另外，發(fā)明的第三實施方式是一種發(fā)光容器，它備有，由藍(lán)寶石組成的、在端部設(shè)有開口的放電管；以及固定在放電管的端部、至少接合面為由藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的密封部件，其特征在于構(gòu)成放電管的藍(lán)寶石的c軸與放電管的管軸所成的角度在10°以下。另外，發(fā)明的第三實施方式的特征在于備有，上述發(fā)光容器、設(shè)在放電管的內(nèi)部空間的電極裝置、以及設(shè)在密封部件內(nèi)的導(dǎo)電性部件。
通過使由藍(lán)寶石組成的放電管的c軸整齊排列在與放電管的管軸(中心軸)幾乎相同的方向，能夠顯著降低在放電管與固定在放電管端部的第二部件的界面附近藍(lán)寶石的裂紋的發(fā)生率。
從此觀點看來，最好是使構(gòu)成放電管的藍(lán)寶石的c軸與放電管的管軸所成的角度在5℃以下。


圖1是示意本發(fā)明的一個實施方式的高壓放電燈用組裝體1以及發(fā)光容器20A的縱截面圖。
圖2是示意本發(fā)明的另一個實施方式的高壓放電燈用組裝體11以及發(fā)光容器20B的縱截面圖。
圖3是示意本發(fā)明的又一個實施方式的高壓放電燈用組裝體21以及發(fā)光容器20C的縱截面圖。
具體實施例方式
圖1是示意本發(fā)明的一個實施方式的高壓放電燈用組裝體1以及發(fā)光容器20A的縱截面圖。發(fā)光管2備有一對開口部2a、2b和被一對開口部2a、2b夾住的發(fā)光部2f。由接合部件5A、5B將圓筒狀的密封部件4A、4B與各開口部2a、2b的內(nèi)側(cè)開口2c接合起來。在發(fā)光管2的內(nèi)部空間3密封進(jìn)了離子化發(fā)光物質(zhì)和起輝氣體。在金屬鹵化物高壓放電燈的場合，在放電管的內(nèi)部空間密封進(jìn)了氬氣、氙氣等惰性氣體和金屬鹵化物，并且根據(jù)需要還密封進(jìn)了水銀或金屬鋅。2d是發(fā)光管2的端面。25是密封材料。
電極部件6備有支撐部6b、設(shè)在支撐部6b的前端的線圈狀的電極6a。還有，在本例中，雖然在電極部件6的前端設(shè)有線圈6a，但是并不一定需要線圈6a。
在本例中，使接合部件5A、5B用的原料介于作為第一部件的放電管2和作為第二部件的密封部件4A、4B之間，通過在1730℃以下對該原料進(jìn)行熱處理來接合第一部件和第二部件。另外，密封部件4A、4B是由包含稀土類元素、鋁以及硅的氧化物或氮酸化物組成，上述氧化物或氮酸化物中硅的比率換算成二氧化硅的話在3mol％以上、10mol％以下。另外，構(gòu)成放電管2的藍(lán)寶石的c軸(箭頭C)與放電管2的管軸L所成的角度在10℃以下。
對放電管和密封部件的形態(tài)沒有特別的限定，例如，可以有如圖2、圖3所示那樣的形態(tài)。在圖2的放電燈11以及發(fā)光容器20B中，放電管2A和端部密封部件14接合。本實施例的端部密封部件14備有平板狀部14a、突出于平板狀部14a的邊緣的圓環(huán)狀凸緣部14b、以及突出于平板狀部14a的中心的電極支撐部14e。電極部件16插入電極支撐部14e的內(nèi)側(cè)的通孔14a。
密封部件14的平板狀部14a的接合面14c通過接合材料15而與放電管2A的端面2d接合。另外，密封部件14的凸緣14b通過接合材料15而與放電管2A的端部外側(cè)面2e接合。
在圖3的放電燈21以及發(fā)光容器20C中，放電管2A與端部密封部件24接合。在本實施例的端部密封部件24的平板狀部24a一面上形成有圓環(huán)狀的槽24b，電極支撐部24c突出于另一面。電極部件16插入在電極保持部24c的內(nèi)側(cè)的通孔24f中，在其前端設(shè)有電極16a。
在槽24b內(nèi)插入有放電管2A的端部2a。放電管2A的端面2d、內(nèi)側(cè)面2c以及外側(cè)面2e通過接合部件15A而與密封部件24的槽24b的內(nèi)壁面接合。
在圖2、圖3的例子中，使接合部件15、15A用的原料介于作為第一部件的放電管2A和作為第二部件的密封部件14、24之間，通過在1730℃以下對該原料進(jìn)行熱處理來接合第一部件和第二部件。另外，接合部件15、15A由包含稀土類元素、鋁以及硅的氧化物或氮酸化物組成，氧化物或氮酸化物中硅的比率換算成二氧化硅的話在3mol％以上、10mol％以下。另外，構(gòu)成放電管2A的藍(lán)寶石的c軸(箭頭C)與放電管2A的管軸L所成的角度在10℃以下。
在所有例子中，在發(fā)光管的內(nèi)部空間3中密封進(jìn)了離子化發(fā)光物質(zhì)和起輝氣體。在金屬鹵化物高壓放電燈的場合，在放電管的內(nèi)部空間密封進(jìn)了氬氣、氙氣等惰性氣體和金屬鹵化物，并且根據(jù)需要還密封進(jìn)了水銀和金屬鋅。
雖然對放電用電極的材質(zhì)沒有限定，但是較好是從鎢、鉬、鈮、錸以及鉭所組成的群中選取的純金屬，或者是從鎢、鉬、鈮、錸以及鉭所組成的群中選取兩種以上的金屬的合金。另外，較好的是這些純金屬或者合金與陶瓷的復(fù)合材料。
在合適的實施方式中，接合材料的結(jié)晶度在70％以上，由此進(jìn)一步提高了接合部分的氣密性。
在第二實施方式中，接合材料由包含稀土類元素、鋁以及硅的氧化物或氮酸化物組成。在這里，接合材料可以是實際的稀土類元素、鋁或硅組成的氧化物?；蛘?，還可以包含氮原子。
具體地說，接合材料的原料含有稀土類氧化物、鋁以及硅的化合物，也可以還含有氮化物。
稀土類氧化物是從釤、鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、鋸、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿以及镥所組成的群之中選取的一種以上的元素的氧化物。特別合適的是Sc2O3、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Dy2O3、Ho2O3、或者Tm2O3。
作為硅化物可以舉出的例子有氧化硅、氮化硅、硅鋁氧氮(SiAlON)。作為氮化物可以舉出的例子有氮化硅、硅鋁氧氮、氮化鋁、氮化硼。
在合適的實施方式中，接合材料是具有以下原料成分的混合物。
成分(A)稀土類氧化物15mol％以上，70mol％以下(特別好的是20mol％以上，或者，60mol％以下)氧化硅3mol％以上，10mol％以下(特別好的是4mol％以上，或者，8mol％以下)氧化鋁10mol％以上，65mol％以下(特別好的是15mol％以上，或者，60mol％以下)原料成分(B)稀土類氧化物10mol％以上，35mol％以下(特別好的是15mol％以上，或者，30mol％以下)氧化硅3mol％以上，10mol％以下(特別好的是4mol％以上，或者，9mol％以下)氧化鋁7mol％以上，40mol％以下氮化物(含有氮化硅)8mol％以上，65mol％以下以下的成分系列的原料特別好。
Dy2O3-Si2O3-Al2O3、Sc2O3-SiO2-Al2O3、Y2O3-SiO2-Al2O3Dy2O3-Si2O3-Al2O3-Si3N4、Sc2O3-SiO2-Al2O3-Si3N4、Y2O3-SiO2-Al2O3-Si3N4
Dy2O3-Si2O3-Al2O3-AlN、Sc2O3-SiO2-Al2O3-AlN、Y2O3-SiO2-Al2O3-AlNY2O3-Al2O3-AlN-Si3N4Dy2O3-Al2O3-AlN-Si3N4本發(fā)明的高壓放電燈可以應(yīng)用于汽車用的前車燈、OHP(架空的聚光燈)、液晶聚光燈等各種照明裝置。
另外，本發(fā)明的接合體除高壓放電燈以外，還能夠廣泛地用作真空等開閉器等、所有的具有在900℃以上的高溫下需要氣密性的導(dǎo)電部或接頭的結(jié)構(gòu)體的一部分。另外，能夠適用于暴露在腐蝕性氣體、特別是鹵素系腐蝕性氣體那樣的用途。
實施例(實驗A)制造了如圖1所示那樣的高壓放電燈用組裝體以及發(fā)光容器。但是，由藍(lán)寶石形成放電管2以及密封部件4A、4B。電極部件6是用鉬制成。
稱量了氧化鏑、氧化鋁以及氧化硅的各粉末的混合物。其比率表示在表1(以mol％為單位)。
表1

使各混合物成形，得到環(huán)狀的成形體，在大氣中700℃下脫脂。把所得到的環(huán)狀的成形體設(shè)置在圖1的接合材料5A、5B的位置，在干燥過的非氧化氣氛中以熱處理進(jìn)行處理，然后降溫。熱處理溫度表示在表2。所得到的各例中的發(fā)光容器分別放置96小時，然后，觀測藍(lán)寶石中有無裂紋。裂紋的發(fā)生率表示在表2。
表2

從該結(jié)果可知，通過使接合溫度在1730℃以下，接合處理后藍(lán)寶石中的裂紋發(fā)生率顯著下降。在接合材料與藍(lán)寶石之間有熱膨脹差的場合也產(chǎn)生損壞，但是判斷出了對與損壞的關(guān)系來說接合溫度的影響要明顯大。
另外，通過使接合材料中的氧化硅含有量在10mol％以下，接合處理后藍(lán)寶石中的裂紋發(fā)生率顯著下降。
實施例(實驗B)制造了如圖1所示那樣的高壓放電燈用組裝體以及發(fā)光容器。但是，由藍(lán)寶石形成放電管2以及密封部件4A、4B。電極部件6是用鉬制成。作為接合材料使用了氧化鏑、氧化鋁以及氧化硅的各粉末的混合物。比率為氧化鏑65mol％、氧化鋁32mol％、氧化硅3mol％。
使該混合物成形，得到環(huán)狀的成形體，在大氣中700℃下脫脂。把所得到的環(huán)狀的成形體設(shè)置在圖1的接合材料5A、5B的位置，在干燥過的非氧化氣氛中以1650℃進(jìn)行處理，然后降溫。如表3所示變更藍(lán)寶石的c軸與管軸L所成的角度。所得到的各例中的發(fā)光容器分別放置96小時，然后，觀測藍(lán)寶石中有無裂紋。裂紋的發(fā)生率表示在表3。
表3

從該結(jié)果可知，通過使藍(lán)寶石的c軸與管軸L所成的角度在10°以下，能夠抑制藍(lán)寶石中裂紋的發(fā)生。
如上所述，采用本發(fā)明，能夠提供一種在至少接合面是由藍(lán)寶石組成的第一部件和至少接合面是由藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的第二部件的結(jié)合體中，結(jié)合強度高，防止了在接合界面產(chǎn)生裂紋的接合體。
權(quán)利要求
1.一種接合體，它是備有至少接合面是由藍(lán)寶石組成的第一部件和至少接合面是由藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的第二部件，以及接合上述第一部件和上述第二部件的接合材料的接合體，其特征在于使上述接合材料用的原料介于上述第一部件和上述第二部件之間，通過在1730℃以下對該原料進(jìn)行熱處理使上述第一部件和上述第二部件接合起來。
2.如權(quán)利要求1所述的接合體，其特征在于上述接合材料的結(jié)晶度在70％以上。
3.如權(quán)利要求1所述的接合體，其特征在于上述接合材料由包含稀土類元素、鋁以及硅的氧化物或氮酸化物組成，上述氧化物或氮酸化物中硅的比率換算成二氧化硅的話在3mol％以上、10mol％以下。
4.一種接合體，它是備有至少接合面是由藍(lán)寶石組成的第一部件和至少接合面是由藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的第二部件，以及接合上述第一部件和上述第二部件的接合材料的接合體，其特征在于上述接合材料由包含稀土類元素、鋁以及硅的氧化物或氮酸化物組成，上述氧化物或氮酸化物中硅的比率換算成二氧化硅的話在3mol％以上、10mol％以下。
5.一種發(fā)光容器，其特征在于它備有權(quán)利要求1～4任何一項所述的結(jié)合體，上述第一部件是在端部設(shè)有開口的放電管，上述第二部件是被固定在上述放電管的端部的密封部件。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光容器，其特征在于構(gòu)成上述放電管的藍(lán)寶石的c軸與上述放電管的管軸所成的角度在10°以下。
7.一種高壓放電燈用組裝體，其特征在于備有，權(quán)利要求5所述的發(fā)光容器、設(shè)在上述放電管的內(nèi)部空間的電極、以及設(shè)在上述密封部件內(nèi)的導(dǎo)體。
8.一種發(fā)光容器，它是備有，由藍(lán)寶石組成的、在端部設(shè)有開口的放電管，以及固定在上述放電管的端部、至少接合面為由藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的密封部件，其特征在于構(gòu)成上述放電管的藍(lán)寶石的c軸與上述放電管的管軸所成的角度在10°以下。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光容器，其特征在于備有接合上述放電管和上述密封部件的接合材料。
10.一種高壓放電燈用組裝體，其特征在于備有，權(quán)利要求8或9所述的發(fā)光容器、設(shè)在上述放電管的內(nèi)部空間的電極、以及設(shè)在上述密封部件內(nèi)的導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在至少由接合面是藍(lán)寶石組成的第一部件和至少由接合面是藍(lán)寶石或多晶氧化鋁組成的第二部件的結(jié)合體中，結(jié)合強度高，防止了在接合界面產(chǎn)生裂紋的接合體。使接合材料用的原料介于第一部件(2)和第二部件(4A、4B)之間，通過在1730℃以下對該原料進(jìn)行熱處理使第一部件和第二部件接合起來。或者，接合材料(5A、5B)由包含稀土類元素、鋁以及硅的氧化物或氮酸化物組成，氧化物或氮酸化物中硅的比率換算成二氧化硅的話在3mol％以上、10mol％以下。
文檔編號H01J9/40GK1574190SQ200410042888
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者新見德一 申請人:日本礙子株式會社