JPH05217551A - ナトリウムゲッタを有するメタルハライド放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光放出アークを形成するための水銀、不活性
起動ガスおよび少なくとも１種のイオン化可能ハロゲン
化金属を有するメタルハライドランプに存在する余分な
ハロゲンを除去するゲッタを提供する。 【構成】 ランプ内にナトリウム金属ゲッタを設け、ナ
トリウム金属の量をランプ内に最初に存在する余分なハ
ロゲンを取り除くのに必要な量とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハロゲンを取り除くた
めのナトリウムを含有しているメタルハライド放電ラン
プに関する。更に詳しくは、本発明は、ヨウ化物のよう
な少なくとも１種のイオン化可能ハロゲン化金属および
余分なハロゲンを取り除くためのナトリウム金属を封入
している高光度メタルハライド放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】高光度メタルハライドアーク放電ランプ
は、米国特許第３，２３４，４２１号に開示されている
ように、発明者ライリング(Reiling) によりランプの色
および効率を改良するために種々の光放出金属のハロゲ
ン化物を高圧力水銀ランプに加えたもので、本技術分野
に専門知識を有する者に周知である。その時以来、メタ
ルハライドランプは一般的な照明用に商業上有益なもの
になった。ライリングによって推奨された光放出金属は
ヨウ化物の形態のインジウム、タリウムおよびナトリウ
ムであった。この組合せは水銀蒸気ランプの起動電圧と
ほとんど同じぐらい低いランプ起動電圧を与えるという
利点を有し、メタルハライドランプを同じソケットの水
銀ランプと取り替えることを可能にした。１９６８年に
発行された発明者コーリ他(Koury et al) の米国特許第
３，４０７，３２７号では添加ナトリウム金属としてス
カンジウムおよびトリウムを提案し、これはより品質の
よい光を発生するが、より高い起動電圧を必要とし、ラ
ンプは水銀蒸気ランプと一般に交換することはできな
い。ヨウ化ナトリウムおよびスカンジウムのようなハロ
ゲンの組合せ、またはそれらとヨウ化タリウムとの組合
せは一般照明用のメタルハライドランプ用にまだ広く使
用され好まれている。不幸なことに、ヨウ化ナトリウム
およびスカンジウムは吸湿性であるため、製造処理の間
に水分がランプのアーク管、すなわちアークチャンバ
（発光室）に入る。この結果、ヨウ化水銀が形成され、
高い起動および動作電圧を必要として起動しにくくなる
とともに、またルーメン維持が貧弱になる。一製造処理
においては、ランプに液体として水銀が入れられるとと
もに、ペレット状のＮａ、ＳｃおよびＴｈのヨウ化物が
入れられる。この処理においては、ペレットをランプの
エンベロープに移す場合にペレットが周囲から水分を吸
収することにより加水分解反応が発生することは実際上
避けられない。ＮａＩ、ＳｃＩ₃ およびＴｈＩ₄ からな
るハロゲン化金属は極端に吸湿性であり、非常に低いレ
ベルの水分でも加水分解が発生する。加水分解が発生す
る結果、ハロゲン化金属は酸化物に変換され、ＨＩが放
出され、例えば次に示すようになる。

【０００３】 ２ＳｃＩ₃ ＋３Ｈ₂ ０→Ｓｃ₂ Ｏ₃ ＋６ＨＩ ＨＩは水銀と反応して、高温において比較的不安定なＨ
ｇＩ₂ を形成し、ランプが温まると、このＨｇＩ₂ は分
解し、遊離したヨウ素を放出する。これはすべて短期間
で、通常はランプ動作の最初の数時間以内に発生する。
また、余分なヨウ素または他のハロゲンが物質内に、ま
た場合によってはこれらの物質の合成の副産物としてし
ばしば見つけられる。この結果、ランプは最初からしば
しば余分なヨウ素を含むことになる。

【０００４】遊離したヨウ素形成の問題を克服するため
に、従来のランプは一般に水、酸素および窒素のような
他の不純物とともに余分なヨウ素および／または他のハ
ロゲンを取り除く金属が封入されている。このような金
属はカドミウム、スカンジウム、タリウム、亜鉛および
トリウムを含んでいた。しかしながら、スカンジウムお
よびトリウムは高価であるとともに、水銀とのアマルガ
ムを容易に形成できないために適切な量に制御すること
が困難であり、従って金属片としてアークチャンバ内に
これらを取り入れることが必要である。また、トリウム
は放射性物質である。亜鉛、カドミウムおよびタリウム
は、スカンジウムまたはトリウムがゲッタとして使用さ
れた場合に存在するよりもより高いハロゲン分圧をアー
ク内に発生する揮発性ハロゲン化物を形成するために好
ましくない。より高いハロゲン分圧の結果、電極からア
ークチャンバ壁へのタングステンの移動は更に迅速にな
り、壁が黒化し、ルーメン損失が発生する。したがっ
て、このようなランプにとって更に有効なゲッタが要望
されている。

【０００５】

【発明の概要】本発明は、ナトリウムがメタルハライド
ランプにおける余分なハロゲンに対する有効なゲッタで
あることを発見したことに関する。ナトリウムは固体ま
たは液体で水銀と共にアマルガムとして容易にアークチ
ャンバ内に導入される。ナトリウムを液体のナトリウム
−水銀のアマルガムの形状でランプ内に導入することに
より取り扱いおよび量の制御が非常に容易になる。ゲッ
タとしてナトリウムを使用することはヨウ化金属を含ん
でいるメタルハライドランプ用に特に有効であることが
見い出された。ナトリウムゲッタはハロゲン化ナトリウ
ムを既に含んでいるランプに使用するのに特に有益であ
る。これはアークによって発生する光の色を変えるよう
な新しいまたは追加の金属がアークチャンバ内に導入さ
れないからである。本発明は内部に一対の間隔をあけて
設けられた電極、不活性起動ガス、水銀、少なくとも１
種のイオン化可能ハロゲン化金属化合物およびナトリウ
ムを含んでいる密閉された光透過性アーク管、すなわち
アークチャンバを有しているメタルハライドアーク放電
ランプに関し、前記ナトリウムはランプ内に最初に存在
している余分なハロゲンおよび他の不純物を取り除くの
に充分な量入れられている。「余分なハロゲン」とは製
造中にアークチャンバ内に不注意にまたは故意に導入さ
れた反応しないハロゲンおよび充填物の一部としてアー
クチャンバ内に存在するハロゲン化金属の化学反応の結
果としてランプの初期動作の間にアークチャンバ内で放
出されるハロゲンを意味している。「最初に存在する」
とは、ランプが通電される前にアークチャンバ内に存在
しているハロゲンおよび不純物、およびランプ動作の最
初の数時間にアークチャンバ内で放出されるハロゲンお
よび不純物を意味している。他の不純物とは水、酸素お
よび窒素である。

【０００６】

【実施例の記載】上述したように、本発明はナトリウム
がメタルハライドランプの余分なハロゲンを除去するの
を有効であることを発見したことに関する。本発明の一
実施例においては、ナトリウムは水銀とナトリウムのア
マルガムの形で、更に好ましくは固体の金属の固まりと
異なって少量の液体をアークチャンバ内に分散するのに
非常に簡単かつ正確に行うことができるのでナトリウム
と水銀の液体のアマルガムの形でランプのアークチャン
バ内に導入される。ナトリウムをナトリウム金属として
導入することは常に可能であるが、これは酸素および水
に対するナトリウムの周知の反応性のために実際的では
ない。一般に、ナトリウムと水銀のアマルガムとしてラ
ンプ内に導入される、水銀とアマルガムに形成できるナ
トリウム金属の量は、液体アマルガムの場合、水銀−ナ
トリウムのアマルガムの約１ないし５モル％である。ラ
ンプ内に最初に存在している余分なハロゲンおよび水、
酸素および窒素のような他の不純物を除去するのに充分
なナトリウムを加える必要があり、これは実験的に決定
されなければならない。アークチャンバ内に最初存在し
ていた余分なハロゲンおよび他の不純物を除去するのに
必要な量よりも多量に存在するナトリウムは（融解石英
からなるアークチャンバすなわちアーク管の場合）チャ
ンバのシリカ壁と反応して、ケイ素金属を放出し、結局
は電極に運ばれる。充分な量のケイ素が運ばれると、電
極の不良が生じ、これにともなってランプの寿命が短く
なる。次に示すものは関係のある化学反応のいくつかの
例示的な例である。

【０００７】製造の間、メタルハライドランプのアーク
管にはＮａＩ、ＳｃＩ₃ およびＴｈＩ₄ のようなハロゲ
ン化金属およびＨｇが入れられ、これらは必ずＯ₂ およ
びＨ ₂ Ｏのような種々の不純物を含み、次に示す総合的
反応に従ってＨｇＩ₂ を発生する。 2ScI₃ + 3H₂ O+2SiO₂ +3Hg= Sc₂ Si₂ O₇ + 3HgI₂ + 3H₂ (1) 4ScI₃ + 3O₂ + 4SiO₂ +6Hg=2Sc₂ Si₂ O₇ + 6HgI₂ (2) （上述した反応の各ステップはＳｃ₂ Ｏ₃ およびＳｃＯ
Ｉの形成を含んでいる）。また、ＨｇＩ₂ を発生するＴ
ｈＩ₄ とＯ₂ とＨ₂ Ｏとの間の同様な反応も発生すると
考えられる。これらの反応の全てはランプ動作の最初の
２４時間以内に、一般的には最初の数時間以内に発生す
る。上述したように、ＨｇＩ₂ が存在することはランプ
の起動、動作および維持に有害である。

【０００８】アーク管にナトリウムを追加することは次
に示す総合的反応を発生すると考えられる。 2Na+HgI₂ =2NaI+Hg (3) 12Na+4ScI₃ + 7SiO₂ =12NaI+2Sc₂ Si₂ O₇ +3Si (4) 反応（３）においては、ナトリウムはＨｇＩ₂ からヨウ
素を取り除き、溶融したヨウ化物に溶解するＮａＩを形
成する。あまりに多くのナトリウムが存在する場合に発
生することを示している反応（４）においては、ナトリ
ウムはＳｃＩ₃ およびアーク管のシリカ壁と反応し、好
ましくないＳｉとともに再びＮａＩを発生する。反応
（３）は非常に迅速に（数分）発生するが、反応（４）
は非常にゆっくり発生し、ランプ動作の最初の数時間以
内に発生する。

【０００９】また、金属ナトリウムおよび水銀に加え
て、アークチャンバ、すなわちアーク管は不活性起動ガ
スおよびナトリウム、スカンジウム、セシウム、カルシ
ウム、カドミウム、バリウム、水銀、ガリウム、インジ
ウム、ツリウム、ホルミウム、タリウム、ジスプロシウ
ム、ゲルマニウム、トリウム、セレニウム、テルルなど
のような１種以上の金属のハロゲン化物からなる充填物
を含む。通常使用されているハロゲン化物はヨウ化物、
臭化物、塩化物およびこれらの混合物であり、臭化物お
よび塩化物はあるランプの設計にいくらか好ましく、ヨ
ウ化物は他のものに好ましい。一般に、少なくとも１種
のヨウ化物は多くのメタルハライドランプの充填物内に
見つけられる。起動ガスは好ましくは貴ガスであり、更
に好ましくは本質的にクリプトン、アルゴン、キセノン
およびこれらの混合物からなるグループから選択された
貴ガスである。

【００１０】次に、図１を参照すると、本発明の実施に
有益なメタルハライドランプの例示的で非限定的な実施
例が示されており、ランプ１０はガラスのような光透過
性ガラス質材料からなる外側エンベロープ１２、融解石
英のような高温光透過性ガラス質材料からなる密閉され
た光透過性アーク管１４、およびアーク管に電気的接続
を行う適当な電気的接点を有する基部１６を有してい
る。アーク管、すなわちアークチャンバ１４は各端部に
１つずつ、一対の間隔をあけて設けられた電極、貴ガ
ス、少なくとも１種のイオン化可能ハロゲン化金属、水
銀およびゲッタからなる充填物を有している。本発明の
ランプにおいては、ゲッタはナトリウム金属である。ア
ークチャンバ１４は、アーク管１４のつまみ密閉領域の
周りに機械的に取り付けられたストラップ部材２４にス
ポット溶接された支持部材２２を、エンベロープ用のく
ぼみ２０を取り囲んでいるばねクリップ金属バンド１８
にスポット溶接によって取り付けて構成した、アーク管
の一端のフレーム部品によって、エンベロープ１２内の
所定位置に保持されている。アーク管の他端は、一端が
導電性端子２８にスポット溶接され、他端がアーク管の
他方のつまみ密閉領域の周りに機械的に取り付けられて
いるストラップ部材３０に溶接されている支持部材２６
によって固定されている。導電部材３２および３４はそ
れぞれ一端が支持部材２６および２２にスポット溶接さ
れ、他端がそれぞれアーク管の電極（図示せず）の内部
リード線３６および３８にスポット溶接されている。導
電性部材４０が起動抵抗４２および電流導体４４にスポ
ット溶接されている。抵抗４２の他端は起動電極（図示
せず）の内部リード線４６に接続されている。モリブデ
ンからなる導体４４および内部リード線３６、３８およ
び４６、および抵抗４２の実際の抵抗部分を除いてここ
に説明したフレーム部品のすべてはニッケルメッキ鋼か
ら作られている。また、ランプは、主にランプのエンベ
ロープの内部から水素を除去または吸収するための合金
材が塗布されたゲッタストリップ３０’を有している。

【００１１】上記は本発明の実施においてメタルハライ
ドランプに有益な特定なランプ構造の例示的であって非
限定的実施例である。本発明は以下に示す例を参照する
ことにより更に理解されるであろう。例 次に示す例においては、本発明による多数のランプはほ
ぼ図１に示すようなものであり、アーク管、すなわちア
ークチャンバの寸法は直径が２０ｍｍ、長さが５８ｍｍ
であり、起動ガスとして室温において２５トルの圧力で
アルゴンを密閉しているとともに、４モル％のナトリウ
ムを含むナトリウム金属と水銀金属のアマルガムを６３
ｍｇ封入した。参考例として、量が３モル％のカドミウ
ムと水銀のアマルガムを６３ｍｇ封入した同様なランプ
を用意した。カドミウムをゲッタとして有するランプは
市販されているものであり、従来のランプである。電極
間のスペースは４２．６ｍｍであった。ハロゲン化金属
充填物は８６／１２／２の重量比でそれぞれヨウ化ナト
リウム、ヨウ化スカンジウムおよびヨウ化トリウムを含
む４２ｍｇの混合物であった。ランプは公称４００ワッ
ト（１３５ボルトおよび３．１アンペア）で動作する定
格のものであった。両タイプの３９個のランプを１１時
間オンおよび１時間オフのサイクルで１０，０００時間
動作させた。その結果、１０，０００時間にわたってカ
ドミウムゲッタを有するランプとナトリウムゲッタを有
する本発明のランプとの間にルーメン維持、すなわちル
ーメン出力において重大な差はなかった。図２は本発明
のナトリウムゲッタランプと従来のカドミウムゲッタラ
ンプの両方の補正された色温度（ＣＣＴ）を度ケルビン
で示している。図のデータからわかるように、本発明の
ナトリウムゲッタランプは１０，０００時間の動作時間
にわたる色温度において従来のカドミウムゲッタランプ
よりも実質的に低下が少ないことを示している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるメタルハライドアーク放電ランプ
の正面図である。

【図２】ナトリウムゲッタを有する本発明のランプとカ
ドミウムゲッタを有する従来のランプの相対的色温度を
ランプの点灯時間の関数として示すグラフである。

【符号の説明】

１２ 外側エンベロープ １４ アーク管 １６ 基部 ２２、２６ 支持部材 ３６、３８、４６ 内部リード線 ４４ 導体

フロントページの続き (72)発明者 レイモンド・アルバート・ハインドル アメリカ合衆国、オハイオ州、ユークリッ ド、イースト・ツーハンドレッドツェンテ ィフォース・ストリート、50番

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉されて、内部に、水銀金属、起動ガ
   スおよび少なくとも１種のイオン化可能ハロゲン化金属
   を有する充填物が封入されている光透過性アークチャン
   バを有するメタルハライドアーク放電ランプにおいて、
   前記アークチャンバ内に最初に存在している余分なハロ
   ゲンを取り除くために所定の量存在するナトリウム金属
   のゲッタを有しているメタルハライドアーク放電ラン
   プ。
2. 【請求項２】 前記ナトリウムは前記アークチャンバ内
   に最初存在している前記余分なハロゲンおよび最初に存
   在していて、前記充填物と反応し、ランプの初期動作の
   間ハロゲンを放出する不純物を取り除くために存在して
   いる請求項１記載のランプ。
3. 【請求項３】 少なくとも１種のヨウ化金属を含んでい
   る請求項１記載のランプ。
4. 【請求項４】 少なくとも１種のヨウ化金属を含んでい
   る請求項２記載のランプ。
5. 【請求項５】 前記イオン化可能ハロゲン化金属は本質
   的に少なくとも１種のヨウ化物から構成される請求項４
   記載のランプ。
6. 【請求項６】 密閉されて、内部に、光放出アークの形
   成のための一対の間隔をあけて設けられた電極、ならび
   に水銀金属、起動ガスおよび少なくとも１種のイオン化
   可能ハロゲン化金属を有する充填物が封入されている光
   透過性融解石英アークチャンバを備えているメタルハラ
   イドアーク放電ランプにおいて、前記アークチャンバ内
   に最初に存在している余分なハロゲンおよび他の不純物
   を取り除くために所定の量、前記アークチャンバ内に存
   在するナトリウム金属のゲッタを有しているメタルハラ
   イドアーク放電ランプ。
7. 【請求項７】 前記起動ガスは本質的に少なくとも１種
   の貴ガスを有している請求項６記載のランプ。
8. 【請求項８】 前記ハロゲン化物は本質的にヨウ化物、
   臭化物、塩化物およびこれらの混合物からなるグループ
   から選択されたものであり、前記余分なハロゲンは本質
   的にヨウ化物、臭化物、塩化物およびこれらの混合物か
   らなるグループから選択されたものである請求項７記載
   のランプ。
9. 【請求項９】 前記貴ガスは本質的にアルゴン、クリプ
   トン、キセノンおよびこられの混合物からなるグループ
   から選択されたものである請求項８記載のランプ。
10. 【請求項１０】 少なくとも１種のイオン化可能ヨウ化
    金属が存在している請求項９記載のランプ。
11. 【請求項１１】 前記ヨウ化金属はヨウ化ナトリウムを
    含んでいる請求項１０記載のランプ。