KR20080074187A

KR20080074187A - 접합제

Info

Publication number: KR20080074187A
Application number: KR1020087015015A
Authority: KR
Inventors: 유키히로 가네치카; 마사노부 아즈마
Original assignee: 가부시끼가이샤 도꾸야마
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-08-12
Also published as: EP1961716A1; CN101331096B; WO2007069719A1; KR101087175B1; US20090174303A1; JPWO2007069719A1; US7960915B2; JP5096928B2; CN101331096A; EP1961716A4

Abstract

[과제] 본 발명은 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관과 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 강고하게 접합하기 위한 접합제로서, 제조된 발광관에서, 질화알루미늄 소결체의 뛰어난 투광성을 손상시키지 않고, 높은 기밀성을 달성할 수 있는 접합제를 제공하는 데 있다.

[해결 수단] 본 발명의 접합제는 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 접합하기 위한 접합제로서, 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말을 포함하고, 반금속 원소, 희토류 원소, 및 하기의 (1) 및 (2)의 조건에 해당하는 금속 원소(희토류 원소 및 알루미늄 원소를 제외함)의 함유량의 합계가 300ppm 이하인 것을 특징으로 한다. (1) 융점이 2000℃ 이하의 금속 원소, (2) 이온 반경이 알루미늄보다도 작은 금속 원소.

접합제, 발광관, 질화알루미늄 소결체, 몰리브덴

Description

접합제{BINDER}

본 발명은 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 접합하기 위한 접합제에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 접합하기 위한 접합제로서, 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말을 포함하는 접합제에 관한 것이다.

종래, 고압 방전 램프의 발광관 재료로서는, 내열 온도가 1200℃ 이상으로 높고, 비교적 저렴하게 제조할 수 있기 때문에, 석영 대신에 투광성 알루미나가 사용되고 있다.

그러나, 알루미나 소결체로 이루어지는 발광관을 사용한 고압 방전 램프는 수명이 약 9000시간으로 짧다. 이것은 주로 알루미나 소결체의 낮은 내열충격성에 기인한다. 또한, 메탈할라이드 램프에서는, 알루미나의 메탈할라이드 가스에 대한 내식성이 낮기 때문에, 램프의 수명이 더욱 짧아진다.

그래서, 최근 높은 투광성을 갖는 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관이 개발되고 있다. 질화알루미늄 소결체는 알루미나 소결체보다도 내열충격성 및 내식성이 뛰어나, 램프의 장수명화가 도모된다.

그러나, 질화알루미늄 소결체는 내식성이 좋은 반면, 대부분의 용융 금속과의 젖음성이 나쁘다는 문제가 있었다. 이 때문에, 발광관 내의 기밀성을 높게 유지하고, 발광관 내에 봉입된 가스가 누설되지 않도록, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관과 전극을 강고하게 접합하는 것은 곤란했다.

특허문헌 1에서는, 발광관 내의 기밀성을 높이기 위해서, 텅스텐층, 및 Nd₂O₃, Y₂O₃ 및 질화알루미늄으로 이루어지는 납재(brazing filler metal)의 층을 거쳐, 질화알루미늄 소결체의 발광관과 전극을 접합하려는 시도가 이루어져 있다.

그러나, 이 방법은 우선, 발광관에 텅스텐 페이스트를 도포하고, 그 다음에, 납재를 도포한다는 2단계의 공정이 필요했다.

또한, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 페이스트를 사용하지 않고, 질화알루미늄 소결체의 발광관과 텅스텐 또는 몰리브덴의 전극을 일체로 소결하여, 직접 접합하려는 시도도 이루어져 있다.

그러나, 직접 접합할 경우에는, 얻어지는 발광관의 기밀성에는 한계가 있었다.

또한, 비특허문헌 1에는, 질화알루미늄 소결체에 Zr, Co, Nb, Ta, W, Mn, Hf, Cr, Fe, Ti가 불순물로서 혼입되어 있는 경우에는, 그 소결체의 투과율이 저하한다고 기재되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특개평2-189853호 공보

특허문헌 2 : 일본 특개평6-290750호 공보

비특허문헌 1 : J. Am. Ceram. Soc., 77(8) 1991-2000(1994)

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술에 따른 문제를 해결하려고 하는 것으로, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 접합하기 위한 접합제로서, 제조된 발광관에서, 질화알루미늄 소결체의 뛰어난 투광성을 손상시키지 않고, 높은 기밀성을 달성할 수 있는 접합제를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 접합제를 사용하여 상기 발광관 본체와 상기 전극 지지체가 일체화되어, 뛰어난 투광성 및 내식성을 갖는 발광관, 및 그 발광관을 사용한 장수명의 고압 방전 램프를 제공하는 데 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 특정 금속 원소의 양이 억제되어 있는 접합제는, 질화알루미늄 소결체의 뛰어난 투광성 및 내식성을 손상시키지 않고, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 강고하게 접합할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명에 따른 접합제는 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 접합하기 위한 접합제로서,

몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말을 포함하고,

반금속 원소, 희토류 원소, 및 하기의 (1) 및 (2)의 조건에 해당하는 금속 원소(희토류 원소 및 알루미늄 원소를 제외함)(이하, 이들을 착색 금속 원소라 총칭하는 경우도 있음)의 함유량의 합계가 300ppm 이하인 것을 특징으로 하는 접합제인 것을 특징으로 한다.

(1) 융점이 2000℃ 이하의 금속 원소

(2) 이온 반경이 알루미늄보다도 작은 금속 원소

상기 접합제는 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말의 합계 100중량%에 대하여, 몰리브덴 분말 30∼70중량%와, 질화알루미늄 분말 70∼30중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 접합제는, 상기 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율이 10% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 발광관은 통 형상(tubular)의 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 봉상 또는 통 형상의 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체로 된 발광관으로서,

상기 발광관은, 상기 접합제로 형성되는, 몰리브덴과 질화알루미늄으로 이루어지는 혼합층을 거쳐, 상기 발광관 본체와 상기 전극 지지체가 접합된 것을 특징으로 한다.

상기 발광관은 상기 접합 후에 있어서의 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율이 10% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 고압 방전 램프는 상기 발광관을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 발광관의 제조 방법은, 통 형상의 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 봉상 또는 통 형상의 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체로 된 발광관의 제조 방법으로서,

상기 발광관 본체의 내표면 및/또는 상기 전극 지지체의 외표면에, 상기 접합제로 이루어지는 층을 형성하고, 그 접합제로 이루어지는 층을 거쳐 그 발광관 본체와 그 전극 지지체를 일체화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 접합하기 위한 접합제로서, 제조된 발광관에서, 질화알루미늄 소결체의 뛰어난 투광성을 손상시키지 않고, 높은 기밀성을 달성할 수 있는 접합제가 얻어진다. 또한, 상기 접합제에 의하면, 상기 발광관 본체와 상기 전극 지지체가 강고하게 접합된, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관, 및 그 발광관을 사용한 장수명의 고압 방전 램프가 얻어진다.

도 1은 본 발명에 따른 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관의 부분 단면도의 일례이다.

도 2는 전(全)광투과율의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

부호의 설명

1 : 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체

2 : 세관부

3 : 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체

4 : 몰리브덴과 질화알루미늄으로 이루어지는 혼합층

5 : 밀봉재

6 : 전극

6a : 전극축

6b : 전극 코일

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

<몰리브덴 함유 페이스트>

본 발명에 따른 몰리브덴 함유 페이스트(접합제)는, 예를 들면 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 접합하기 위한 접합제이다. 이 몰리브덴 함유 페이스트는 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말을 포함하고, 착색 원소의 함유량의 합계가 300ppm 이하이다. 또한, 상기 몰리브덴 함유 페이스트에서, 착색 원소의 함유량의 합계는, 바람직하게는 200ppm 이하, 보다 바람직하게 100ppm 이하이다. 또한, 「착색 원소의 함유량의 합계가 300ppm 이하」란, 상기 페이스트 1kg 중에 그 원소가 합계로 300mg 이하 포함되는 것을 의미한다.

상기 착색 원소는 반금속 원소, 희토류 원소, 및 하기의 (1) 및 (2)의 조건에 해당하는 금속 원소(희토류 원소 및 알루미늄 원소를 제외함)이다.

(1) 융점이 2000℃ 이하의 금속 원소

(2) 이온 반경이 알루미늄보다도 작은 금속 원소

이온 반경은 공지의 문헌에 기재된 값으로 확인할 수 있다(예를 들면, 세라믹 공학 핸드북 제2판 : 사단법인 일본세라믹스협회 편집, 기호도슛빤 주식회사 출판, 682쪽 참조).

이것에 의하면, 알루미늄(가수 : +3, 배위수 : 4)의 이온 반경은 0.53Å이다

상기 (1) 및 (2)의 조건에 해당하는 금속 원소는 AlN과 Mo의 접합(열처리) 시에, AlN 발광관 중에 휘산하기 쉽다. 또한, 이온 반경이 알루미늄보다도 작은 금속 원소는 AlN 결정 중에 고용(固溶)되기 쉽다. 따라서, 이들 금속 원소가 많이 포함되어 있으면, 휘산하거나 고용하여 AlN 발광관의 투과율을 저하시키기 쉽다.

상기 원소를 구체적으로 예시하면, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er 등을 들 수 있다. 또한, 이들 중 Ge, Si는 반금속 원소이며, 그 밖의 것은 금속 원소이다.

또한, 금속 원소인 Zr 및 Hf는, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관을 제조할 때에는, 질화알루미늄 분말 중에 포함되어 있으면, 발광관의 투과율을 저하시키는 원인이 되지만, 상기 페이스트 중에 포함되어 있더라도, AlN과 Mo의 접합(열처리) 시에 AlN 발광관 중에 휘산하여 AlN 발광관의 투과율을 저하시키는 경우는 없다고 생각된다.

또한, 희토류 원소로서는 Y, Sm, Yb, Er 등을 들 수 있다. 이러한 희토류 원소는 그 자체가 착색되어 있고, 또 접합(열처리) 시에 희토류 산화물은 환원되어 흑색이 되므로 투과율을 저하시키는 것으로 추정된다.

또한, 상기 예시한 착색 원소는 공업적으로 원료로부터 혼입될 가능성이 있는 것을 예시한 것이며, 이들 원소의 함유량을 확인함으로써 착색 원소의 함유량으로 할 수 있다.

또한, 상기 착색 원소의 대부분은, 메탈할라이드 램프에서 발광관 본체와 전극 지지체의 접합부를 구성했을 때, 할라이드 가스에 의해 침식을 받기 쉬운 화합물을 형성하는 경향이 있다. 이러한 원소의 함유량을 제한함으로써, 내구성이 좋은 고압 방전 램프를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 몰리브덴 함유 페이스트는 몰리브덴과 질화알루미늄을 포함하기 때문에, 그 페이스트로 형성되는, 몰리브덴과 질화알루미늄으로 이루어지는 혼합층을 거쳐, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와, 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 강고하게 접합할 수 있다. 또한, 몰리브덴과 질화알루미늄의 열팽창계수는 거의 같다. 이 때문에, 상기 혼합층을 갖는 발광관을 사용한 고압 방전 램프에서, 상기 발광관 본체와 상기 전극 지지체의 접합부는 램프의 온·오프 사이클에 의한 열충격에 대해서도 높은 내성을 갖는다. 따라서, 상기 접합부는 크랙이 쉽게 생기지 않고, 발광관의 기밀성도 높게 유지되어, 램프의 장수명화를 도모할 수 있다.

상기 몰리브덴 함유 페이스트 중의 착색 원소의 함유량은, ICP(고주파 유도결합 플라스마) 발광 분석법에 의해 측정되며, 이 측정 조건에 관해서는 후술한다.

상기 몰리브덴 분말의 평균 입자경은, 바람직하게는 0.5∼10㎛, 보다 바람직하게는 0.5∼5㎛, 더 바람직하게는 0.5∼3㎛인 것이 바람직하다. 또한, 상기 질화 알루미늄 분말의 평균 입자경은, 바람직하게는 0.5∼10㎛, 보다 바람직하게는 0.5∼5㎛, 더 바람직하게는 0.5∼3㎛인 것이 바람직하다. 평균 입자경이 상기 범위 내에 있으면, 상기 페이스트에 의해 형성되는, 몰리브덴과 질화알루미늄으로 이루어지는 혼합층에 의해, 발광관과 전극 지지체를 보다 강고하게 접합할 수 있는 동시에, 발광관의 기밀성도 보다 높게 유지된다. 본 명세서에서, 평균 입자경이란, 레이저 회절법에 의해 구한 평균 입자경을 말한다.

또한, 평균 입자경이 다른 몰리브덴 분말 1종 또는 2종 이상과, 평균 입자경이 다른 질화알루미늄 분말 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 이 경우에는, 0.5∼3㎛의 평균 입자경을 갖는 몰리브덴 분말을, 몰리브덴 분말 전량 중에 80중량% 이상 사용하고, 0.5∼3㎛의 평균 입자경을 갖는 질화알루미늄 분말을, 질화알루미늄 분말 전량 중에 80중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다.

상기 몰리브덴 함유 페이스트는 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말의 합계량에 대하여, 상기 몰리브덴 분말을, 바람직하게는 30∼70중량%의 양으로, 보다 바람직하게는 40∼60중량%의 양으로, 더 바람직하게는 45∼55중량%의 양으로 포함하고, 상기 질화알루미늄 분말을, 바람직하게는 30∼70중량%의 양으로, 보다 바람직하게는 40∼60중량%의 양으로, 더 바람직하게는 45∼55중량%의 양으로 포함하는 것이 바람직하다. 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말의 양이 상기 범위 내에 있으면, 발광관 본체와 전극 지지체가 보다 강고하게 접합된다.

또한, 그 페이스트 중에는, 치밀화 촉진제로서, 알칼리토류 화합물 등이 포함되어 있어도 된다. 단, 상기 알칼리토류 화합물은, 소성(燒成) 공정에서 소실되 는 조건에서 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 알칼리토류 화합물은 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말의 합계 100중량부에 대하여 통상 0.5∼10중량부 포함된다.

상기 알칼리토류 화합물로서는, CaO, SrO, Ca₃Al₂O₆ 등이 적합하게 사용된다. 그 중, 소성 공정에서의 소실의 용이성에서, Ca₃Al₂O₆이 특히 적합하게 사용된다.

상기 몰리브덴 함유 페이스트 중에는, 다른 성분으로서, 유기 바인더, 유기 용매 등을 포함하고 있어도 되고, 또한 분산제, 가소제 등을 포함하고 있어도 된다. 이외의 성분에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 공지의 것을 사용할 수 있다.

상기 유기 바인더로서는, 예를 들면 폴리아크릴산에스테르, 폴리메타크릴산에스테르 등의 아크릴계 수지; 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 등의 비닐기 함유 수지; 폴리올레핀 등의 탄화수소 수지; 폴리에틸렌옥사이드 등을 들 수 있다.

상기 유기 용매로서는, 예를 들면 메틸카르비톨, 에틸카르비톨, 프로필카르비톨, 부틸카르비톨, 펜틸카르비톨, 헥실카르비톨 등의 카르비톨계 유기 용매; 프로필셀로솔브, 부틸셀로솔브, 펜틸셀로솔브, 헥실셀로솔브 등의 셀로솔브계 유기 용매, 이들의 카르복시산에스테르; 테르피네올; 2,2,4-트리메틸-1,3-펜타디올모노이소부티레이트 등을 들 수 있다. 상기 유기 용매는 비점이 높기 때문에, 용매의 증발에 의한 고형분 농도의 변동을 적게 할 수 있어 적합하게 사용된다.

상기 분산제로서는, 예를 들면 인산에스테르계 분산제, 폴리카르복시산계 분산제 등을 들 수 있다.

상기 가소제로서는, 예를 들면 디부틸프탈레이트 등의 에스테르계 가소제; 헥실카르비톨 등의 카르비톨계 가소제 등을 들 수 있다.

이외의 성분은 각각 1종 단독으로도, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

상기 몰리브덴 함유 페이스트는, 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말의 합계 100중량부에 대하여, 상기 유기 바인더를 바람직하게는 5∼30중량부, 보다 바람직하게는 10∼20중량부, 상기 유기 용매를 바람직하게는 5∼30중량부, 보다 바람직하게는 10∼20중량부, 분산제를 바람직하게는 0.1∼5중량부, 보다 바람직하게는 0.5∼3중량부, 가소제를 바람직하게는 5∼30중량부, 보다 바람직하게는 10∼20중량부의 양으로 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이외의 성분의 양이 상기 범위 내에 있으면, 적당한 유동성을 가져, 취급이 용이한 페이스트가 얻어진다.

상기 몰리브덴 함유 페이스트의 제조 방법은, 몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말과, 필요에 따라 상기한 것 외의 성분을 혼합하여, 균일 조성의 페이스트를 얻을 수 있는 방법이면, 특별히 한정되지 않는다.

상기 제조 방법으로서는, 예를 들면 3본 롤밀, 플래너터리 믹서 등을 사용하는 혼련 방법 등을 들 수 있다. 상기 몰리브덴 함유 페이스트는, 상기 발광관과 상기 전극 지지체의 접합에 사용할 때, 취급이 용이해지기 때문에, 도달 점도가 25℃에서 1000∼30000포이즈, 바람직하게는 1500∼25000포이즈가 되도록 제조하는 것 이 바람직하다.

본 발명에 따른 몰리브덴 함유 페이스트에서, 착색 원소 함유량을 특정량 이하로 저감하기 위해서는, 그 페이스트의 제조 시에, 착색 원소의 함량이 적은, 순도가 99.98중량% 이상, 바람직하게는 99.99중량% 이상의 몰리브덴 분말을 사용하면 된다. 즉, 착색 원소 함량의 합계가 200ppm 이하이며, 순도가 99.98중량% 이상의 몰리브덴 분말, 바람직하게는 착색 원소 함량의 합계가 100ppm 이하이며, 99.99중량% 이상의 몰리브덴 분말을 사용하면 된다.

또한, 착색 원소 함량이 적은, 순도가 99중량% 이상의 질화알루미늄 분말이 사용되며, 가장 적합하게는, 산소 농도가 0.8중량% 이하로 저감되어 있고, Fe, Ni 등의 함유량(상기 금속 함량의 합계)이 100ppm 이하의 질화알루미늄 분말이 사용된다.

또한, 본 발명의 접합제를 제조할 때 임의로 첨가되는 것 외의 성분에 있어서도, 마찬가지로, 상기 착색 원소 함량이 적은, 고순도의 재료가 사용된다.

<질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관>

본 발명에 따른 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관은, 그 발광관 본체가, 몰리브덴과 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 혼합층을 거쳐, 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체와 일체화되어, 이루어진다. 상기 혼합층은 상기 몰리브덴함유 페이스트를 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 발광관은, 통 형상의 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와, 봉상 또는 통 형상의 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체로 된 발광관으로서, 상기 페이스트로 형성되는, 몰리브덴과 질화알루미늄으로 이루어지는 혼합층을 거쳐, 그 발광관 본체와 그 전극 지지체가 일체화되어 이루어진다.

상기 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관의 부분 단면도의 일례를 도 1에 나타내지만, 본 발명에 따른 발광관은 이에 한정되지 않는다.

통 형상의 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체(1)의 양단에는, 각각 세관부(2)가 마련되어 있다. 또한, 세관부(2)는 마련되어 있지 않아도 된다. 도 1에서는, 세관부(2)의 한쪽만을 나타내고 있다. 각각의 세관부(2)에, 관상(管狀) 구조를 갖는 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체(3)가 삽입 통과되어 있다. 양단의 전극 지지체(3)와 발광관 본체(1)는 몰리브덴과 질화알루미늄으로 이루어지는 혼합층(4)에 의해 일체화되어 있다.

양단의 전극 지지체(3) 중 적어도 어느 한쪽의 단부는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 배기를 위하여, 및 아르곤 가스, 크세논 가스 등의 시동용 가스, 수은, 나트륨, 금속 할로겐 화합물 등의 발광용 금속 물질 등의 봉입에 이용하기 위하여, 관상 구조인 것이 바람직하다. 다른쪽 전극 지지체(3)의 단부는 로드 형상(봉상), 관상(통 형상) 등의 구조이어도 된다. 관상 구조를 갖는 전극 지지체(3)를 통하여, 시동용 가스 및 금속 물질을 봉입한 후, 이 전극 지지체(3)의 단부를 몰리브덴, 텅스텐 등의 밀봉재(5)에 의해 밀봉한다. 양단의 전극 지지체(3)의 선단에는, 각각 전극(6)이 고착되어 있다. 이 전극(6)은 텅스텐으로 이루어지는 전극축(6a)을 갖는다. 전극축(6a) 주위에는 텅스텐 와이어를, 예를 들면 2층 감은 전극 코일(6b)이 형성되어 있다.

상기 몰리브덴과 질화알루미늄으로 이루어지는 혼합층의 두께는, 상기 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체의 크기, 형상 등에 따라 다르지만, 통상 0.01∼0.5mm, 바람직하게는 0.05∼0.2mm인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 상기 혼합층을 거쳐, 상기 발광관과 상기 전극 지지체가 강고하게 접합된다.

[질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체]

상기 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체는, 질화알루미늄 분말 외에, 소결 조제, 유기 바인더, 분산제, 가소제 등으로 이루어지는 발광관 형상의 그린체를 소성하여 얻어진다.

원료로서 사용하는 질화알루미늄 분말로서는, 소결에 의해 2∼20㎛의 결정립경을 달성할 수 있는 입자경을 갖는 것이 바람직하게 사용된다. 일반적으로는, 소성 시에 있어서의 입자 성장을 고려하여, 상기 결정립경보다 약간 작은 평균 입자경을 갖는 것이 적합하게 사용되며, 예를 들면 평균 입자경이 0.5∼15㎛, 1∼10㎛의 것이 적합하다.

또한, 상기 발광관 본체 내의 불순물 농도를 저농도의 범위로 억제하기 위하여, 질화알루미늄 분말은 순도 97중량% 이상, 바람직하게는 99중량% 이상의 고순도인 것이 바람직하고, 가장 적합하게는, 금속 불순물 농도(Al 이외의 금속의 농도)가 50ppm 이하이며, 또 산소 농도가 1중량% 이하, 특히 0.8중량% 이하로 저감되어 있는 고순도의 질화알루미늄이 사용된다.

소결 조제로서는, 그 자체를 공지의 것, 예를 들면 CaO, SrO 등의 알칼리토 류계 산화물이나, Y₂O₃, CeO₂, Ho₂O₃, Yb₂O₃, Gd₂O₃, Nd₂O₃, Sm₂O₃, Dy₂O₃ 등의 희토류계 산화물을 예시할 수 있지만, 가장 일반적으로 사용되는 것은, 산화이트륨(Y₂O₃)이다. 또한, 상기 소결 조제는 반드시 산화물일 필요는 없고, 예를 들면 탄산염, 질산염, 인산염 등이어도 된다.

소결 조제는, 소성 시에 액상을 형성하고, 이것에 의해 소결성을 높이기 위해서 사용되는 것이다. 그 입경은 특별히 제한되지 않지만, 일반적으로 입경이 작을수록, 액상을 형성하기 쉬워지기 때문에, 5㎛ 이하, 특히 0.05∼3㎛의 입경을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 비교적 큰 비표면적(바람직하게는 BET 비표면적 : 20∼50m²/g)을 갖는 것이 바람직하다.

소결 조제는 1종 단독으로 사용할 수도 있지만, 보다 바람직하게는 복수종을 조합하여 사용하는 것이, 융점 강하에 의해 소성 시의 액상 형성을 촉진하고, 그 조제의 휘산을 촉진시켜, 각 불순물 농도를 더욱 저감시키는 데 적합하고, 이것에 의해, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관의 투광성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 같은 조제의 조합 사용에 있어서는, 하나의 조제(이하, 주(主)조제라 함)에 대하여, 병용하는 다른 조제(이하, 부(副)조제라 함)의 중량비(부조제/주조제)를 0.01∼0.5, 특히 0.05∼0.3의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 부조제는 1종이어도 되고, 2종 이상이어도 되며, 2종 이상의 부조제를 사용할 경우에는, 그 합계량이 상기 중량비를 만족하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 부조제의 융점은, 주조제의 융점보다도 낮은 것이 바람직하다. 또한, 탄산염과 같이 가열에 의 해 분해되어 산화물을 형성하는 것에 대해서는, 산화물의 유형으로 융점을 비교하면 된다.

상술한 소결 조제의 사용량은, 일반적으로, 질화알루미늄 분말 100중량부당 0.1∼4중량부, 특히 1∼3.5중량부의 범위에 있는 것이, 각 불순물 농도를 상술한 범위로 억제하여, 투광성 등의 광학적 특성이 뛰어난 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관을 얻기 때문에 바람직하다.

질화알루미늄 분말과 소결 조제 분말의 혼합은 공지의 방법에 의해 행할 수 있다. 예를 들면, 볼밀 등의 혼합기에 의해, 건식 또는 습식에 의해 혼합하는 방법이 적합하게 채용될 수 있다. 또한, 습식 혼합에서는, 알코올류, 탄화수소류 등의 분산매를 사용하는데, 분산성의 점에서 알코올류, 탄화수소류를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 이 혼합에 있어서는, 소결 조제의 수분 흡착 또는 응집이 생기지 않도록, 건조 공기 중에 보존하고, 필요에 따라 진공 건조된 소결 조제의 분말을 즉시 질화알루미늄 분말과 혼합하는 것이 좋다.

소성에 앞서서는, 상기 혼합 분말을 발광관 형상으로 성형하는데, 이와 같은 성형은, 그 자체를 공지의 수단으로 행할 수 있지만, 강도가 높은 발광관 형상의 그린체로 하고, 수율을 높이기 위해서는, 유기 바인더를 사용하여 성형을 행하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 상기 혼합 분말을 유기 바인더와, 필요에 따라 분산제, 가소제, 용매 등과 혼합하여 성형용 슬러리 또는 페이스트를 제조하고, 이 성형용 슬러리 또는 페이스트를, 압출 성형법, 사출 성형법, 주조 성형법(casting-molding) 등의 성형 수단에 의해 상기 그린체를 제작할 수 있다.

유기 바인더로서는, 폴리비닐부티랄 등의 부티랄 수지, 폴리메타크릴부틸 등의 아크릴 수지 등을 예시할 수 있고, 이와 같은 유기 바인더는 질화알루미늄 분말 100중량부당 0.1∼30중량부, 특히 1∼15중량부의 양으로 사용할 수 있다.

또한, 분산제로서는, 글리세린 화합물류 등을 예시할 수 있고, 가소제로서는, 프탈산에스테르류 등을 들 수 있고, 용매로는 이소프로필알코올이나 탄화수소류 등이 사용된다.

또한, 유기 바인더를 사용하지 않고, 압축 성형법에 의해 성형을 행할 수도 있다. 예를 들면, 질화알루미늄 분말과 소결 조제 분말의 혼합 분말을 1축 성형기로 가(假)성형한 그린체를 제조하고, 이것을 CIP(냉간 아이소스태틱 프레스) 성형기로 1∼4t/cm²로 가압 성형함으로써, 상기 그린체를 제작할 수 있다.

얻어진 그린체는 탈지(탈바인더)한 후, 소성에 들어간다.

본 발명에 따른 발광관의 소성 방법으로서는, 이른바 포스트 파이어법 및 코파이어법의 어느 것을 이용해도 된다. 상기 발광관 형상의 그린체는 소성 시에, 그 치수가 줄어든다. 따라서, 치수 정밀도가 보다 높은 발광관을 얻기 위해서는, 포스트 파이어법이 바람직하게 이용된다. 또한, 이 방법에서는, 상기 그린체 및 상기 페이스트층의 소성을 개별적으로 행하기 때문에, 상기 페이스트층의 소성에 적절한 조건을 사용할 수 있다. 이 때문에, 투광성이 보다 높은 발광관이 얻어진 다는 이점도 있다. 한편, 코파이어법에서는, 상기 그린체 및 상기 페이스트층의 소성을 동시에 행하기 때문에, 생산 비용을 억제할 수 있다는 이점이 있다.

포스트 파이어법에서는, 발광관 형상의 그린체는 우선 탈지에 들어간다.

탈지는 공기 중, 질소 중, 수소 중 등의 임의의 분위기에서 가열함으로써 행할 수 있는데, 잔류 탄소량의 조정이 용이하여, 질소 중에서 탈지를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 탈지 온도는 유기 바인더의 종류에 따라서도 다르지만, 일반적으로는 300∼900℃, 특히 300∼700℃가 적합하다. 또한, 압축 성형법과 같이, 유기 바인더를 사용하지 않고 성형을 행했을 경우에는, 상기의 탈지 공정은 불필요하다.

다음에, 소결 조제의 제거를 유효하게 행하고, 소결체 중의 금속 불순물 농도나 산소 농도를 저감시키기 위하여, 소성은 환원 분위기하에서 행해진다.

상기 환원성 분위기를 실현하는 방법으로서는, 소성용 용기 내에 상기 그린체와 함께 카본 발생원을 공존시키는 방법, 소성용 용기로서 카본제의 것을 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 얻어지는 발광관 본체의 열전도율이나 색 얼룩 등을 감안하면, 상기 그린체와 카본 발생원을 소성용 용기 내에 공존시키는 방법이 적합하며, 특히, 높은 열전도율을 얻기 위해서는, 소성용 용기를 밀폐 용기로 하고, 이 밀폐 용기 내에 상기 그린체와 카본 발생원을 수용하는 방법이 가장 적합하다.

또한, 상기 카본 발생원은 특별히 제한되지 않고, 무정형 탄소나 흑연 등의 공지 형태의 카본을 사용할 수 있고, 고체상의 카본이 적합하다. 상기 카본의 형 상으로서는 특별히 제한되지 않고, 분말상, 섬유상, 펠트상, 시트 형상, 판상의 어느 것이어도 되고, 또 그들을 조합해도 된다. 그 중에서도, 보다 높은 열전도율을 얻는 것을 감안하면, 판상의 무정형 탄소나 흑연이 적합하다.

또한, 상기 그린체와 카본을 용기 내에 수용하는 방법은, 특별히 제한되지 않고, 또 카본과 상기 그린체를 비접촉, 접촉의 어느 형태로 수용해도 된다. 그 중에서도, 비접촉 형태 쪽이, 얻어지는 발광관 본체의 열전도율의 제어 용이성이라는 점에서 바람직하다. 또한, 상기 비접촉 형태는, 공지의 형태를 채용하면 되고, 예를 들면 간단히 카본과 상기 그린체 사이에 간격을 두는 방법, 카본과 상기 그린체 사이에 질화붕소 등의 분말을 개재시킴으로써 비접촉으로 하는 방법, 카본과 상기 그린체 사이에 질화알루미늄, 질화붕소 등의 세라믹스제 판 등을 설치하여 비접촉으로 하는 방법 등을 들 수 있는데, 열전도율의 향상을 감안하면, 카본과 상기 그린체 사이에 판 등을 설치하여 비접촉으로 하는 방법이 적합하며, 특히 밀폐 용기 내에서 카본을 수용한 공간과, 상기 그린체를 수용한 공간을 가능한 한 차단 하도록 판을 설치하는 방법이, 더욱 높은 열전도율을 갖는 발광관 본체를 얻기 위하여 바람직하다.

상기 환원 분위기하에서의 소성은 온도 1500∼2000℃에서, 적어도 3시간, 특히 10시간 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소성은 장시간 행함으로써, 상기 발광관 본체에서, 질화알루미늄의 결정 입자의 성장을 수반하고, 더구나 투광성을 손상시킬 우려가 있는, 상기 발광관 본체 중의 탄소 농도가 증대해 버리기 때문에, 환원 분위기하에서의 소성 시간을 200시간 이내, 특히 100시간 이내, 가장 적 합하게는, 50시간 이내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발광관 본체 중의 탄소 농도를 확실히 저감시키기 위하여, 상기의 환원 분위기하에서의 소성과 조합하여 중성 분위기하에서의 소성을 실시하는 것이 적합하다. 예를 들면, 중성 분위기하에서의 소성 후, 환원 분위기하에서의 소성을 행하는 태양, 중성 분위기하에서의 소성 후, 환원 분위기하에서의 소성을 행하고, 중성 분위기하에서의 소성을 더 행하는 태양 등을 채용하는 것이 바람직하다. 즉, 환원 분위기하에서의 소성을 장시간 행하면, 금속 불순물 농도는 상술한 범위 내에 억제된다고 하더라도, 탄소 농도가 증대되어, 결국 발광관 본체의 투광성이 손상되어 버리기 때문이다. 따라서, 환원 분위기하에서의 소성 시간을 상기 범위 내로 제한하고, 중성 분위기하에서의 소성을 적절하게 더 행함으로써, 치밀한 고강도의 상기 발광관 본체를 얻을 수 있다.

또한, 상기 중성 분위기란, 분위기 중에 산소[O₂] 및 탄소(C)가 실질적으로 존재하지 않는 상태를 의미하며, 구체적으로는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 분위기를 의미한다. 중성 분위기하에서의 소성은, 예를 들면 밀폐 용기 내를 불활성 가스로 치환함으로써 행해진다. 또한, 밀폐 용기로서는, 질화알루미늄, 질화붕소 등의 세라믹스나, 텅스텐[W], 몰리브덴[Mo] 등의 비탄소제 재료로 이루어지는 용기가 사용되며, 특히, 내구성의 점에서 질화알루미늄, 질화붕소 등의 세라믹스제 용기가 바람직하다. 또한, 카본질의 용기 내면을, 상기한 비카본질이며 가스를 투과하지 않는 재료로 피복한 것도 사용할 수 있다. 요컨대, 밀폐 용기 내 공간에, 상기 그린체 중의 잔존 탄소 이외에 탄소원이 존재하지 않는 상태로 소성이 행해지면 된다.

상기와 같은 중성 분위기하에서의 소성 온도는 1500∼1900℃가 바람직하고, 또 소성 시간은 환원 분위기하에서의 소성 시간에 따라서도 다르지만, 일반적으로는, 3∼100시간, 특히 30∼50시간이 적합하다.

다음에, 얻어진 발광관 본체를 고온 분해성 알루미늄 화합물의 공존하에서 가열 처리(어닐링 처리)함으로써 발광관의 광 투과성을 더욱 향상시킬 수 있다. 공존시키는 고온 분해성 알루미늄 화합물은 질화알루미늄의 소성 중기, 더욱이는 소성 후기에 안정하게 존재하고, 또한 알루미늄계 가스를 기상으로 방출하는 재료가 바람직하다. 즉, 1000℃ 이상의 온도에서 안정하게 존재하고, 또 알루미늄계 가스를 방출하는 재료가 바람직하다. 예를 들면, Al₂0₃, Al₂S₃, AlF₃, AlN 등을 들 수 있다. 또한, 고온 분해성 알루미늄 화합물로서 사용되는 질화알루미늄은, 상기 소성 공정을 거쳐 얻어지는 본 발명의 발광관과는 달리, 1500℃ 정도의 온도에서 알루미늄계 가스를 서서히 방출한다. 고온 분해성 질화알루미늄의 가스 서방성(徐放性)은 입계상(粒界相)의 조성이나 구조에 기인하는 것으로 생각된다. 이들 고온 분해성 알루미늄 화합물은 분말, 성형체, 소결체 등의 어느 형태이든 상관없이, 가스화한 알루미늄계 화합물을 상기 소결체에 노출시키는 것에 의해서도 마찬가지 효과가 얻어진다. 어닐링 공정에서는, N₂ 가스를 0.1∼30L/min의 조건으로 플로우시킨다. 어닐링 온도는 1600∼2000℃이며, 1∼200시간, 치밀한 카본, 질화붕소, 질 화알루미늄 등의 재질로 이루어지는 소성 용기를 사용하여, 고온 분해성 알루미늄 화합물을 소성 용기 내에 공존시킴으로써 행해진다.

하등 이론적으로 구속되는 것은 아니지만, 상기와 같은 어닐링 처리에 의해, 상기 발광관 본체 중의 공공(空孔)형 결함에, 알루미늄이 보완되어, 완전 결정 또는 그것에 가까운 질화알루미늄 결정립이 형성되어, 투광성 등의 광학 특성이 향상되는 것으로 생각된다.

상술한 바와 같이 얻어진 발광관 본체에서는, 그 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율이 통상 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하를 달성할 수 있다.

[발광관 본체와 전극 지지체의 접합]

필요에 따라 어닐링 처리가 이루어진 후, 예를 들면 발광관 본체의 세관부 내벽 표면 위에, 상기 몰리브덴 함유 페이스트를 인쇄법 등에 의해 도포한다. 도포 후, 상기 세관부에, 상기 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 삽입한다. 상기 페이스트는 상기 세관부와 접하게 되는 상기 전극 지지체의 표면 위에만 도포해도 되지만, 바람직하게는 상기 세관부의 내벽 표면 위 및 상기 전극 지지체의 표면 위의 쌍방에 도포하는 것이 바람직하다.

바꿔 말하면, 본 발명에 따른 발광관의 제조 방법은, 통 형상의 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 봉상 또는 통 형상의 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체로 된 발광관의 제조 방법으로서, 그 발광관 본체의 내표면 및/또는 그 전극 지지체 외표면에, 상기 페이스트로 이루어지는 층을 형성하고, 그 페이 스트로 이루어지는 층을 거쳐 그 발광관 본체와 그 전극 지지체를 일체화하는 공정을 포함한다.

또한, 발광관의 경우에 한하지 않고, 질화알루미늄 소결체와 몰리브덴 금속으로 이루어지는 복합체의 제조 방법으로서, 통 형상의 질화알루미늄 소결체의 내표면, 및 봉상 또는 통 형상의 몰리브덴 금속의 외표면에 상기의 몰리브덴 함유 페이스트를 도포 등에 의해 부착하고, 그 몰리브덴 함유 페이스트를 거쳐, 그 질화알루미늄 소결체와 그 몰리브덴 금속을 접합하는 공정을 포함하는 제조 방법이 적합하게 사용된다.

상기 몰리브덴 함유 페이스트층의 두께는, 상기 발광관 본체의 크기, 형상 등에 따라 다르지만, 통상 0.013∼0.625mm, 바람직하게는 0.0625∼0.25mm로 하는 것이 접합 강도의 관점에서 바람직하다. 상기 세관부의 내벽 표면 위 및 상기 전극 지지체의 표면 위의 쌍방에 도포하는 경우에는, 양자의 페이스트층의 합계가 상기 범위에 있는 것이 바람직하다.

다음에, 필요에 따라 상기 전극 지지체가 삽입된 발광관의 탈지를 행한다. 탈지 후, 상기 발광관을 소성한다. 탈지 및 소성은 상기 발광관 형상의 그린체의 경우와 동일한 조건으로 행할 수 있다. 탈지 및 소성 모두, 상기 페이스트 중의 몰리브덴의 휘산을 막기 위하여, 중성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 소성에 의해, 상기 페이스트층은 페이스트 중에 포함되는 몰리브덴과 질화알루미늄이 소결하여 혼합층이 되어, 상기 발광관 본체와 상기 전극 지지체가 기밀성 높게 접합(일체화)된 발광관이 얻어진다.

한편, 코파이어법에서는, 우선, 상기 발광관 형상의 그린체의 세관부 내벽 표면 위에, 상기 몰리브덴 함유 페이스트를 인쇄법 등에 의해 도포한다. 도포 후, 이 발광관 본체에 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 삽입한다. 상기 페이스트는, 상기 세관부와 접하게 되는 상기 전극 지지체의 표면 위에만 도포해도 되지만, 바람직하게는 상기 세관부의 내벽 표면 위 및 상기 전극 지지체의 표면 위의 쌍방에 도포하는 것이 바람직하다.

상기 그린체에 상기 전극 지지체를 삽입한 후, 필요에 따라 상기 그린체의 탈지를 행한다. 그 다음에, 상기 그린체의 소성을 행한다. 탈지 및 소성은 포스트 파이어법에서의, 상기 발광관 형상의 그린체의 경우와 동일한 조건으로 행할 수 있다.

코파이어법의 경우도 마찬가지로, 소성에 의해, 상기 페이스트층은 페이스트 중에 포함되는 몰리브덴과 질화알루미늄이 소결하여 혼합층이 되는 동시에, 그린체는 소결된 발광관 본체가 되어, 그 발광관 본체와 상기 전극 지지체가 기밀성 높게 접합(일체화)된 발광관이 얻어진다.

포스트파이어법, 코파이어법의 어느 것으로 얻어진 발광관이더라도, 상기 발광관은 상기 페이스트를 사용하여 제조되었기 때문에, 질화알루미늄 소결체의 뛰어난 투광성을 손상시키지 않고, 높은 기밀성이 얻어진다.

특히, 상술한 접합 공정(일체화 공정)에서, 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율이 통상 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하의 발광관 본체를 사용한 경우에는, 접합 후에 있어서의 발광관 본체를 구성하는 질화알 루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율도 통상 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하를 달성할 수 있다. 이것은, 상기 페이스트에서는 특정 원소의 함유량이 저감되어 있으므로, 접합 공정에서의 이들 원소의 발광관 본체로의 확산도 억제되어, 발광관의 투과율이 쉽게 저하되지 않기 때문이다. 또한, 발광관의 흡수율 측정 방법은 실시예에서 기술한다.

<질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관을 갖는 고압 방전 램프>

본 발명에 따른 고압 방전 램프는 상기 발광관을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관은, 공지의 방법에 의해, 시동용 가스, 발광용 금속 물질 등을 봉입한 후, 외관(外管), 구금(口金) 등을 장착하여, 수은 램프, 고압 나트륨 램프, 메탈할라이드 램프 등의 고압 방전 램프로서 적합하게 사용된다.

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서의 각종 물성의 측정은 이하와 같이 행했다.

1) 몰리브덴 분말 및 질화알루미늄 분말의 입경

LEED & NORTHRP제 「MICROTRACⅡ」를 사용하여, 레이저 회절법에 의해 평균 입자경을 구했다.

2) 착색 원소의 함유량

· 몰리브덴 분말

몰리브덴 분말을 질산·인산의 혼합 용액에 의해 가열 용해 후, 산으로 중화하고, 시마즈 세이사쿠쇼제 「ICPS-1000」을 사용하여 용액의 ICP 발광 분석법에 의해 정량했다.

· 질화알루미늄 분말

질화알루미늄 분말을 질산·인산의 혼합 용액에 의해 가열 용해 후, 산으로 중화하고, 시마즈 세이사쿠쇼제 「ICPS-1000」을 사용하여 용액의 ICP 발광 분석법에 의해 정량했다.

· 페이스트를 산화 분위기 중에서 탈지하고, 바인더를 제거한 후, 건조한 몰리브덴, 질화알루미늄 분말을 얻었다. 얻어진 분말을 질산·인산의 혼합 용액에 의해 가열 용해 후, 산으로 중화하고, 시마즈 세이사쿠쇼제 「ICPS-1000」을 사용하여 용액의 ICP 발광 분석법에 의해 정량했다.

3) 몰리브덴 함유 페이스트의 점도

(주)도쿄 게이키제 디지털 점도계 「DVL-B」를 사용하여 측정했다.

4) 광투과율

발광관의 광투과율은, 적분구 중에 광파이버에 의해 할로겐 광을 도입하고, 광파이버의 선단에 샘플을 덮었을 때 누출된 광량을 측정했다. 샘플을 덮지 않았을 때, 즉 공기를 레퍼런스로 하여, 그 비를 투과율로 했다.

5) 가스 누설량

시마즈 에미트제 「MSE-CARRYⅡ」를 사용하여 헬륨 누설량을 측정하고, 가스 누설량이라 했다.

6) 흡수율

발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 흡수율은, 튜브 형상 소결체의 두께 1mm당 전광투과율을 측정하고, 이하의 식 (1)에 의해 구했다. 또한, 접합 후에 있어서의 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 흡수율도 마찬가지로 측정했다.

흡수율 = 100 - 전광투과율 (1)

또한, 얻어진 발광관(샘플(16))의 전광투과율은, 도 2에 나타낸 투과율 측정 장치(24)를 사용하여 측정했다. 측정에 사용한 광은, 파장 300nm∼800nm의 가시광이며, 광파이버(19)에 의해 광원(20)에서 방출된 광을, 캡(17)을 씌운 샘플 튜브 내부에 도입하고, 샘플 튜브 외벽으로부터 누출된 광량으로부터 광투과율을 산출했다. 또한, 투과율 측정 장치(24)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 적분구(15), 샘플 지지부(18), 검출기(21), 표시부(22) 및 완충판(23)을 구비한다.

[실시예 1] 몰리브덴 함유 페이스트

평균 입자경 2.1㎛의 몰리브덴 분말(순도 99.98중량%, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계 320ppm) 50중량부에 대하여, 평균 입자경 1.1㎛의 질화알루미늄 분말(순도 99중량%, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계 50ppm)을 50중량부, 에틸셀룰로오스를 10중량부, 테르피네올을 15중량부, 분산제를 0.6중량부의 양으로 혼련하여, 몰리브덴 함유 페이스트를 얻었다. 도달 점도는 25℃에서 18000포이즈였다. 이 페이스트 중의 Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계는 185ppm이었다.

[실시예 2] 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관

<질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체의 제조>

평균 입경이 1.1㎛, 비표면적이 3.39m²/g, 산소 농도 0.8wt%, 금속 원소 농도 35ppm의 질화알루미늄 분말 100중량부에 대하여, 소결 조제 분말로서 평균 입경이 1.8㎛, 비표면적이 3.75m²/g의 칼슘알루미네이트 화합물(Ca₃Al₂O₆)을 5중량부, 유기 성분을 30중량부 더 가하여 혼련했다. 그 다음에, 혼련물을 압출 성형기로 직경 2mm의 구상으로 펠릿화했다. 다음에, 얻어진 펠릿을 사용하여 사출 성형기로 발광관 형상으로 성형했다. 이 성형체는, 거의 회전 타원체 형상이며, 중앙부 최대 내경은 10mm, 내용적은 1.2cc, 두께는 1.0mm이었다.

상기 조작으로 얻어진 성형체를 550℃, 4시간, 공기 중에서 탈지한 후, 질화알루미늄제 세터(setter)를 사용하여 질소에 환원성 물질이 포함된 가스 분위기 중에서, 소성 온도 1880℃, 30시간으로 소성했다. 또한, 고온 분해성 알루미늄 화합물로서 알루미나 분말을 3g 넣은 질화알루미늄제 세터에 얻어진 소결체를 넣고, 온도 1880℃, 30시간으로 어닐링을 행하여, 질화알루미늄 소결체(발광관 본체)를 얻었다. 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율은 6%이었다.

<질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체의 일체화>

상기에서 얻어진 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체(질화알루미늄 소결체)는 거의 회전 타원체 형상이며, 중앙부 최대 내경은 9mm, 내용적은 0.9cc, 두께는 0.8mm이었다. 세관부의 내경은 1mm, 길이는 20mm이었다. 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체로서, 직경 Φ0.8mm, 길이 16mm의 것을 사용했다. 실시예 1에서 제작한 몰리브덴 함유 페이스트를, 이 얻어진 질화알루미늄 소결체의 세관부 내벽에 인쇄했다. 또한, 이 페이스트를, 세관부와 접하게 되는, 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체의 표면 위에도 인쇄했다. 그 다음에, 질화알루미늄 소결체의 세관부에 상기 전극 지지체를 삽입했다. 온도 580℃, 최고 온도 유지 시간 4시간으로, 공기 중에서 탈지를 행했다. 또한, 온도 1880℃, 유지 시간 30시간으로 소성을 행했다. 그 결과, 얻어진 발광관의 광투과율은 95%이며, 또한 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관과 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체의 접합 부분의 기밀성은 양호하여, 헬륨 누설 시험에서의 가스 누설량은 10^-7atm·cc/sec 미만이었다. 또한, 접합 후에 있어서의 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율은 8%이었다.

[실시예 3] 몰리브덴 함유 페이스트

평균 입자경 2.1㎛의 몰리브덴 분말 50중량부 및 평균 입자경 1.1㎛의 질화알루미늄 분말 50중량부 대신에, 평균 입자경 2.1㎛의 몰리브덴 분말(순도 99.9중량%, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계 215ppm) 30중량부 및 평균 입자경 1.1㎛의 질화알루미늄 분말(순도 99중량%, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계 50ppm) 70중량부를 사용한 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 몰리브덴 함유 페이스트를 제작했다. 도달 점도는 25℃에서 18000포이즈이었다. 이 페이스트 중의 Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계는 100ppm이었다.

[실시예 4] 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관

실시예 1에서 제작한 몰리브덴 함유 페이스트 대신에, 실시예 3에서 제작한 몰리브덴 함유 페이스트를 사용한 이외에는, 실시예 2와 마찬가지 방법으로 발광관을 제조했다. 그 결과, 얻어진 발광관의 광투과율은 96%이며, 또한 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관과 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체의 접합 부분의 기밀성은 양호하여, 헬륨 누설 시험에서의 가스 누설량은 10^-7atm·cc/sec 미만이었다. 또한, 접합 후에 있어서의 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율은 6%이었다.

[실시예 5] 몰리브덴 함유 페이스트

평균 입자경 2.1㎛의 몰리브덴 분말 50중량부 및 평균 입자경 1.1㎛의 질화알루미늄 분말 50중량부 대신에, 평균 입자경 2.1㎛의 몰리브덴 분말(순도 99.9중량%, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계 50ppm) 70중량부 및 평균 입자경 1.1㎛의 질화알루미늄 분말(순도 99중량%, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계 215ppm) 30중량부를 사용하고, 페이스트 제조 시에 칼슘알루미네이트 화합물(Ca₃Al₂O₆)을 2.5중량부 더 첨가 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 몰리브덴 함유 페이스트를 제작했다. 도달 점도는 25℃에서 19000포이즈이었다. 이 페이스트 중의 Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계는 100ppm이었다.

[실시예 6] 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관

실시예 1에서 제작한 몰리브덴 함유 페이스트 대신에, 실시예 5에서 제작한 몰리브덴 함유 페이스트를 사용한 이외에는, 실시예 2와 마찬가지 방법으로 발광관을 제조했다. 또한, 이 소성 조건에 의해, Ca₃A1₂O₆은 소실되었다. 그 결과, 얻어진 발광관의 광투과율은 96%이며, 또한 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관과 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체의 접합 부분의 기밀성은 양호하여, 헬륨 누설 시험에서의 가스 누설량은 10^-7atm·cc/sec 미만이었다. 또한, 접합 후에 있어서의 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율은 6%이었다.

[비교예 1] 몰리브덴 함유 페이스트

평균 입자경 2.1㎛의 몰리브덴 분말 50중량부 및 평균 입자경 1.1㎛의 질화알루미늄 분말 50중량부 대신에, 평균 입자경 2.1㎛의 몰리브덴 분말(순도 99.3중 량%, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계 4100ppm) 10중량부 및 평균 입자경 1.1㎛의 질화알루미늄 분말(순도 99.6중량%, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계 100ppm) 90중량부를 사용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 몰리브덴 함유 페이스트를 얻었다. 도달 점도는 25℃에서 18000포이즈이었다. 이 페이스트 중의 Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Si, Ti, V, Y, Sm, Yb, Er의 함유량의 합계는 500ppm이었다.

[비교예 2] 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관

실시예 1에서 제작한 몰리브덴 함유 페이스트 대신에, 비교예 1에서 제작한 몰리브덴 함유 페이스트를 사용한 이외에는, 실시예 2와 마찬가지 방법으로 발광관을 제조했다. 얻어진 발광관의 광투과율은 85%로 원하는 투과율이 얻어지지 않았다. 또한, 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관과 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체의 접합 부분의 기밀성에 대해서는, 헬륨 누설 시험에서의 가스 누설량은 10^-7atm·cc/sec 이상이었다. 또한, 접합 후에 있어서의 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율은 20%이었다.

Claims

질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체를 접합하기 위한 접합제로서,

몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말을 포함하고,

반금속 원소, 희토류 원소, 및 하기의 (1) 및 (2)의 조건에 해당하는 금속 원소(희토류 원소 및 알루미늄 원소를 제외함)의 함유량의 합계가 300ppm 이하인 것을 특징으로 하는 접합제.

(1) 융점이 2000℃ 이하의 금속 원소

(2) 이온 반경이 알루미늄보다도 작은 금속 원소
제1항에 있어서,

몰리브덴 분말과 질화알루미늄 분말의 합계 100중량%에 대하여, 몰리브덴 분말 30∼70중량%와, 질화알루미늄 분말 70∼30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합제.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 접합제.
통 형상의 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 봉상 또는 통 형상의 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체로 된 발광관으로서,

제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 접합제로 형성되는, 몰리브덴과 질화알루미늄으로 이루어지는 혼합층을 거쳐, 상기 발광관 본체와 상기 전극 지지체가 접합된 것을 특징으로 하는 발광관.
제4항에 있어서,

상기 접합 후에 있어서의 발광관 본체를 구성하는 질화알루미늄 소결체의 두께 1mm당 흡수율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 발광관.
제4항 또는 제5항에 기재된 발광관을 갖는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
통 형상의 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 발광관 본체와 봉상 또는 통 형상의 몰리브덴으로 이루어지는 전극 지지체로 된 발광관의 제조 방법으로서,

상기 발광관 본체의 내표면 및/또는 상기 전극 지지체의 외표면에, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 접합제로 이루어지는 층을 형성하고, 그 접합제로 이루어지는 층을 거쳐 그 발광관 본체와 그 전극 지지체를 일체화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광관의 제조 방법.