JPH09512384A - ハロゲン化ナトリウム放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ナトリウム封入ランプが溶融石英または溶融シリカのアーク室を有し、溶融石英および／または溶融シリカは約０．０５ｐｐｍ未満のナトリウムを含有している。本発明のアーク室はナトリウム拡散抵抗性を有し、この結果、優れた色保持性をもつ、寿命の長いランプが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 ハロゲン化ナトリウム放電ランプ 発明の背景 本発明はナトリウム封入ランプに関する。更に具体的に言うと、本発明は新し い改良されたナトリウム拡散抵抗性のアーク放電室に関する。本発明は特にナト リウム封入ハロゲン化金属ランプのアーク室を通るナトリウム・イオンの拡散を 低速化するのに適している。 明細書全体を通じて、ナトリウム封入ハロゲン化金属ランプにおけるアーク放 電室の使用について多数の引用を行い、且つある特定の従来のナトリウム封入ハ ロゲン化金属アーク放電ランプについて論議する。しかし、本発明はナトリウム の拡散が望ましくない他のランプ用途に利用しうることを認識されたい。 これに限定されないが、本発明のアーク放電室を用いるのに適しているハロゲ ン化金属アーク放電ランプが、米国特許第４，０４７，０６７号および同第４， ９１８，３５２号（電極付きランプに関するもの）並びに米国特許第５，０３２ ，７６２号（無電極ランプに関するもの）に示されており、それらの開示内容は ここで引用する。このタイプのハロゲン化金属ランプは一般に保護用エンベロー プによって囲まれたアーク放電室を有する。このアーク室はナトリウムおよび希 土類元素（例えばスカンジウム、インジウム、ジスプロシウム、ネオジム、プラ セオジム、セリウム、トリウム）を含む発光金属の充填物をハロゲン化物の形で 封入しており、またオプションとして、水銀および不活性ガス（例えばクリプト ンまたはアルゴン）を封入している。ここで引用する米国特許第４，７９８，８ ９５号には、本発明に特に適したハロゲン化金属添加物の組成が開示されている 。 残念なことに、このようなランプの寿命は、ナトリウム・イオンの拡散により ランプ点灯中にナトリウムがハロゲン化金属充填物から失われることによってし ばしば制限される。特に、代表的な溶融シリカまたは溶融石英はナトリウム・イ オンに対して比較的多孔性であり、ランプ点灯中、高エネルギのナトリウム・イ オンはアーク・プラズマからシリカまたは石英の壁を通り抜けて、アーク室とラ ンプの外側ジャケットまたはエンベロープとの間の領域に凝縮する。このように して失われたナトリウムはアーク放電に利用できなくなり、もはやその固有の発 光に寄与せず、従って光出力が次第に低減し、色が白色から青色へ変化していく 。更に、アークがより収縮し、水平点灯型のランプの場合には、アークがアーク 室壁に向かって曲がってアーク室壁を軟化させる。ナトリウムの損失により、ま た、ランプの動作電圧が増加して、アークをもはや安定器によって維持すること の出来ない点に達し、重大な故障を生じる。 アーク放電室を通り抜けるナトリウムの拡散の影響を低減するために、従来で は、ナトリウム拡散抵抗性材料でアーク放電室を被覆する試みがなされた。ナト リウム拡散問題を解決するための試みは、ケイ酸アルミニウムおよびケイ酸チタ ン層をアーク管の外面に被着させることを含む。その例が米国特許第４，０４７ ，０６７号および同第４，０１７，１６３号に記載されている。その代わりに、 米国再発行特許第３０，１６５号では、アーク管の内面にガラス質の金属リン酸 塩およびヒ酸塩が被覆されている。対照的に、米国特許第３，９８４，５９０号 にはリン酸アルミニウム被膜が開示され、米国特許第５，０３２，７６２号には 酸化ベリリウム被膜が開示されている。 発明の概要 本発明の主な目的は、ナトリウムの拡散を最小にする新しい改良されたアーク 放電室を提供することである。 本発明の利点は、ナトリウムの拡散に対する感受性の低い新しい改良されたア ーク放電室が提供されることである。 本発明の別の利点は、寿命の長い、高品質のナトリウム封入ランプが提供され ることである。 本発明の更に別の利点は、ナトリウムの拡散性を低減した新しい改良された、 低コストの、製造容易なハロゲン化ナトリウム・アーク放電ランプが提供される ことである。 本発明の付加的な目的および利点は、一部が以下の説明に述べられており ま た一部が以下の説明から明らかになり、また本発明の実施によって知ることがで きよう。本発明の目的および利点は特に請求の範囲に記載された手段および組合 せによって実現され且つ達成することができる。 上述の目的を達成するために、本発明の目的に従って、本発明のナトリウム封 入ランプは溶融シリカまたは溶融石英のアーク室を有し、該アーク室は約０．０ ５ｐｐｍ未満のナトリウムを含有するシリカまたは石英で構成される。本明細書 全体を通じて用いられる用語「溶融シリカ」とは合成シリカ砂を表し、また「溶 融石英」は精製石英砂を含んであり、両方ともガラスと呼ぶことができる。 本発明の好ましい態様では、ナトリウム封入ハロゲン化金属ランプが、約０． ０５ｐｐｍ未満のナトリウムを含有する溶融シリカまたは溶融石英のアーク室を 有する。 ナトリウム封入ランプのアーク室を形成する特に好ましい溶融シリカまたは溶 融石英組成物は、約０．１ｐｐｍ未満のリチウム、約０．１ｐｐｍ未満のカリウ ム、約０．１ｐｐｍ未満のセシウム、約０．２ｐｐｍ未満の鉄および約０．０５ ｐｐｍ未満のクロムを含む。 更に好ましくは、アーク室の組成物は、０．０２５ｐｐｍ未満のナトリウム、 約０．７ｐｐｍ未満のリチウム、約０．０７ｐｐｍ未満のカリウム、約０．０７ ｐｐｍ未満のセシウムおよび約０．１０ｐｐｍ未満の鉄を含む。 本発明は、以下の記述とともに本発明の原理を説明するように働く添付の図面 に図示されて説明された新規な部品、構成、配置、組合せおよび改良の中に存す る。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるハロゲン化金属アーク放電ランプの概略線図である。 図２は、本発明範囲内の種々の溶融石英組成物および参照例の抵抗率を示すグ ラフである。 発明の詳しい説明 添付の図面にその一例を示した本発明の好ましい実施態様について詳しく説明 する。 本発明を好ましい実施態様に関連して説明するが、本発明がその実施態様に制 限されないことを理解されたい。本発明は、請求の範囲に記載された発明の要旨 および範囲内に含まれる全ての代替物、変形および等価物をカバーするものであ る。 先ず図１を参照すると、図示のランプ１０は、ガラスのような光透過性ガラス 質材料で作られた外側エンベロープ１２、およびナトリウム含量が約０．０５ｐ ｐｍ未満である溶融シリカまたは溶融石英で作られた光透過性のアーク室１４を 有する。ランプ１０は更に、適当な電気接点を持つ口金１６を有し、これにより アーク室１４内の電極への電気接続がなされる。図１に示すランプは電極付きラ ンプであるが、本発明のアーク室は無電極ハロゲン化金属アーク放電ランプに適 用し得る。 図示の実施態様では、アーク室１４は、エンベロープ１２中の窪み２０を取り 囲むばねクリップ金属バンド１８を含むフレーム部品によって、エンベロープ１ ２内の所定の位置に配置されている。支持部材２２がバンド１８にスポット溶接 されていると共に、ストラップ部材２４にもスポット溶接されている。ストラッ プ部材２４はアーク室１４のピンチ・シール領域のまわりに機械的に締め付けら れて固定されている。アーク室の他方の端部は支持部材２６によって固定されて いる。支持部材２６は一端が導電性端子２８にスポット溶接され、他端がストラ ップ部材３０に溶接されている。ストラップ部材３０はアーク室１４の他方のピ ンチ・シール領域１７のまわりに機械的に締め付けられて固定されている。導電 性部材３２および３４の一端が支持部材２６および２２にそれぞれスポット溶接 され、導電性部材３２および３４の他端がアーク室１４のそれぞれの電極（図示 していない）の導入線３６および３８にそれぞれスポット溶接されている。導電 性部材４０が抵抗４２および電流導体４４にスポット溶接されている。抵抗４２ の他方の端が始動電極（図示していない）の導入線４６に接続されている。モリ ブデンで作られた導体４４および導入線３６，３８，４６と抵抗４２の実際の抵 抗部分とを除いて、フレーム部品の全てはニッケルめっきした鋼で作ることがで きる。ランプはまた、主にランプのエンベロープの内部から水素を取り込む又は 吸収する金属合金材料で被覆されたゲッタ条片３０′も含んでいる。 本発明の好ましい実施態様では、アーク放電室１４は約０．０５ｐｐｍ未満の ナトリウムを含む溶融石英または溶融シリカで構成される。特に好ましい実施態 様では、この石英またはシリカは０．１０ｐｐｍ未満のリチウム、カリウム、セ シウムおよび／または鉄を含む。より好ましい実施態様では、石英またはシリカ は０．０７ｐｐｍ未満のリチウム、カリウム、セシウム、鉄および／またはクロ ムを含む。勿論、石英またはシリカは他の元素、例えばアルミニウム、砒素、硼 素、カルシウム、カドミウム、銅、マグネシウム、マンガン、ニッケル、燐、ア ンチモンおよびジルコニウムを含有していてよい。これらの多くは、ガラスの生 産で汚染物として痕跡量で存在する。しかし、これらの遷移金属を多量に含むこ とは、アーク室の色に望ましくない影響を及ぼすので、避けるべきである。 本発明の要件を満たす溶融石英は、高純度の精製された砂を含む。このタイプ の溶融石英はゼネラル・エレクトリック社のクォーツ事業部からＧＥ２４４の商 品名で入手できる。本発明に適した高純度の溶融シリカは、テトラエチルオルト 珪酸塩の加水分解およびＳｉＣｌ₄の燃焼反応を含む種々の合成プロセスを介し て得ることができる。これらのタイプの溶融シリカはゼネラル・エレクトリック 社からＧＥ０２１ガラスの商品名で入手できる。 理論によって拘束されることなく、ガラス中に存在するアルカリ金属は、ラン プ充填物中のナトリウム・イオンが石英またはシリカの室壁を拡散できるように する移動チヤンネル（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ）として作用すると 信じられる。上述したように、アーク室の高エネルギで高温の内壁から外壁への この拡散はランプの機能を破壊する。従って、ナトリウム・イオン濃度をを低減 することによってこれらのチャンネルを最少にすると、ナトリウム拡散抵抗性の アーク室が得られ、改良されたランプが得られると信じられる。また、アルカリ 金属類の中で、石英またはシリカ中のナトリウムがナトリウム拡散に最も寄与す るものであると信じられる。 本発明を制限するものでないが、この理論を更に例証するため、本発明の有利 な性質を証明する実施例を以下に示す。 実施例１ 表１に示す組成を持つ３つの溶融シリカ・ガラスについてナトリウム拡散特性 を評価した。 これらの溶融シリカは、アメリカ合衆国、オハイオ州、ウィロウビイ、キャン ベル・ロード所在のゼネラル・エレクトリック社のクォーツ事業部から得られた 。ガラス１は商品名ＧＥタイプ２１４ガラスであり、ガラス２は商品名ＧＥタイ プ２４４ＬＤガラスであり、ガラス３は商品名ＧＥタイプ０２１ガラスであった 。これらのガラス組成物の各々は、モリブデン箔のボート内に配置したシリカ／ 石英を高温ブリュー（Ｂｒｅｗ）炉に入れて水素雰囲気中で１８００度で溶融す ることにより調製された矩形のサンプルに形成された。各々の矩形のインゴット をＡＳＴＭ Ｄ２５７−７８方法を利用して分析することにより、溶融材料の体 積抵抗率を測定した。導電度あるいは抵抗率は、特定のガラス組成物におけるナ トリウム拡散のポテンシャルを表すものとして受け入れられている。抵抗率が低 ければ低いほど、或いは導電度が高ければ高いほど、ナトリウムの拡散は大きい 。各サンプルの対数抵抗率が表２に示されている。これらの結果はまた図２のグ ラフにも示されている。 表２および図２から明らかなように、ナトリウム含量が０．０５ｐｐｍ未満の 溶融ガラス組成物は優れた体積抵抗率を有する。したがって、ナトリウム含量が 約０．０５ｐｐｍ未満であるガラス３は、ナトリウム拡散ポテンシャルが最低で ある。ここで、ガラス１が今日販売されている殆どのハロゲン化金属ランプに採 用されているものであることに注意されたい。 実施例２ ガラス１から、４００ワットのナトリウム封入ハロゲン化金属ランプを４４個 作成し、またガラス３から、４００ワットのナトリウム封入ハロゲン化金属ラン プを１５個作成した。具体的に述べると、表１のそれぞれの組成を持つ石英から 、標準的なランプ組立プロセスを用いて、米国特許第４，７９８，９９５号に記 載されたランプと設計が類似したランプを形成した。各ランプは、ここに引用す る米国特許第３，７６４，２８６号に記載されたプロセスに従って形成した内径 ８ｍｍで外径１０ｍｍのアーク管を有していた。各ランプのアーク管には、８９ ．７重量パーセントのＮａＩと、８．５重量パーセントのＳｃＩ₃と、１．８重 量パーセントのＴｈＩ₄とから成る充填物を３０ミリグラム封入した。ランプは １００時間にわたって点灯した。積分球光度計を用いて性能を測定した。アーク 管を形成するのにガラス３を用いたランプは、ガラス１を用いて処理した同様な ランプに比べて、平均６００ルーメンの増加を示した（表３）。ランプ点灯中に ランプから失われるナトリウムの速度が一層遅くなることにより追加のルーメン 利得が期待される。 以上から明らかなように、本発明に従って、上述の目的、目標および利点を満 足するナトリウム封入ランプ用のアーク室が提供された。本発明を特定の実施態 様に関連して説明したが、当業者には上記の教示から多くの置換、変更および変 形が明らかであろう。従って、このような全ての置換、変更および変形が請求の 範囲の要旨および範囲内に包含されることを意図している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラジャラム，モハン アメリカ合衆国、44060、オハイオ州、メ ントー、シュガーブッシュ・ドライブ、 9181番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ナトリウムを含む充填物を封入したランプにおいて、ナトリウム含量が約 ０．０５ｐｐｍ未満である溶融シリカまたは溶融石英で構成されたアーク室を有 するランプ。 ２．前記シリカまたは石英中のナトリウム含量が約０．０２５ｐｐｍ未満であ る請求項１記載のランプ。 ３．前記シリカまたは石英が、約０．１ｐｐｍ未満のリチウム、約０．１ｐｐ ｍ未満のカリウムおよび約０．１ｐｐｍ未満のセシウムを含んでいる請求項１記 載のランプ。 ４．前記充填物中のナトリウムがハロゲン化ナトリウムで構成されている請求 項１記載のランプ。 ５．前記シリカまたは石英が、約０．２ｐｐｍ未満の鉄および約０．０５ｐｐ ｍ未満のクロムを含んでいる請求項１記載のランプ。 ６．前記シリカまたは石英が、約０．０７ｐｐｍ未満の鉄を含んでいる請求項 １記載のランプ。 ７．前記充填物が更に水銀を含んでいる請求項１記載のランプ。 ８．前記充填物が更に、スカンジウム、インジウム、ジスプロシウム、ネオジ ム、プラセオジム、セリウムおよびトリウムより成る群から選ばれた少なくとの １つのハロゲン化物を含んでいる請求項１記載のランプ。 ９．前記ハロゲン化物がヨウ化物である請求項８記載のランプ。 １０．前記ハロゲン化ナトリウムがヨウ化ナトリウムである請求項４記載のラ ンプ。 １１．前記充填物が更に、クリプトン、アルゴン、ネオンおよびキセノンより 成る群から選ばれた不活性始動ガスを含んでいる請求項１記載のランプ。