JPS5854468B2 - ハロゲン白熱電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、臭化水素を含む不活性ガスを充填し、電灯の
外被壁を貫通する電流供給導体間にタングステンフィラ
メントを収容し、さらに電灯外被中に酸素ゲッターとし
てタンタルを存在させた、透光性の、真空密に封止られ
た電灯外被を有するハロゲン白熱電灯に関するものであ
る。

そのような電灯は米国特許第３，８２９，７２９号明細
書から既知である。

この特許明細書によれば、タンタルは酸素も水素も両方
共ゲッターとして捉える。

このゲッターは、電灯の点灯中、３００゜〜４５０℃の
温度を呈する所定の場所に収納される場合には、ゲッタ
ー作用は臭素に対しては無視しうるものと言われている
。

臭素を含むハロゲン電灯における臭素は、必須の機能を
有するので、ゲッターが混合気体から臭素を引き揚げる
のを阻止しなければならない。

それ故このゲッターの指示された作動温度をきびしく監
視すべきである。

しかしながら、多数の電灯において、そのような低温に
おいてゲッターを収納することは殆んど可能でない。

前記の米国特許明細書によれば、タンタルは又、示され
た比較的低温において水素をゲッターとして捉える。

水素は又、タングステン−臭素サイクル電灯の必須のガ
ス成分である。

臭素は化学的に非常に反応し易い元素である。

臭素は比較的低温でもタングステンと化学反応して揮発
性のタングステン−臭素化合物を生成する。

これらのタングステン−臭素化合物が、電灯外被つまり
バルブ中で気体としての対流と拡散とによって高温の区
域に輸送される。

高温の区域、例えば、白熱したフィラメントのコイルの
部分に前記のタングステン−臭素化合物が来ると熱分解
反応を起こしてタングステン金属と臭素元素とに分解し
タングステン金属が前記のコイルの高温部分に堆積し、
臭素元素は単体としてバルブ中に飛散して行く。

そして又低温の場所でタングステン金属と前記の如く結
び付く。

かくしてこの輸送は、フィラメントの比較的低温の部分
、例えばフィラメントの腕又は端部から、高温の部分、
すなわちフィラメントの両端部から離れたコイルまで行
なわれる。

この輸送はとりわけ、タングステンが堆積するコイル上
のひげの形成に導き、これから由来してコイルの短絡と
フィラメントの過負荷とに導く。

この結果、計算された比較的長寿命、例えば２，３百時
間から２，０００時間までを有する電灯の寿命が、可成
り減縮される。

タングステン−臭素サイクル電灯における水素の機能は
、点灯中臭素を、特に低温の場所に、圧倒的に多く臭化
水素の形に保つことである。

電灯の低温のタングステンの部分は、それによって臭素
による攻撃に対し保護される。

つまり単体の臭素が低温でタングステンと化学反応する
前に反応性のもつと強い水素と反応して臭化水素になっ
てしまうので低温の場所でタングステンが臭素に犯かさ
れてタングステン−臭素化合物になるのを防ぐことにな
る。

酸素は、水素が生じるタングステン−臭素サイクル電灯
のガスの有害な成分である。

サイクル工程にてタングステンを、高温の場所から低温
の場所へ輸送し、それ故タングステンー臭素サイクルに
対して正反対に作用する前記の水素と共に酸素は水を生
成することができる。

その上、酸素は、水素と反応して水を生成する。

それによって、酸素は、水素に水素の前述の保護機能を
果たさないようにする。

酸素は、酸化物の分解の結果として、又は電灯の外被壁
からの脱着後の水として、電灯のガス中に生じる。

ゲッターの収容能力は、電灯の寿命中に放出される酸素
を捉えるのに十分な大きさのものにすべきである。

それ故この収容能力は、電灯の製造中不完全な清浄化工
程の結果として最初に存在する酸素量を捉えるのに必要
なものよりも太きくすべきである。

他方においてこのゲッターの収容能力は、酸素よりもは
るかに大幅に電灯中に存在し、それ故にゲッターを容易
に飽和させることができる物質、すなわち水素及び臭素
を不利益に捉えないように十分に小さくすべきである。

酸素、臭素及び水素に対するタンタルの親和力は、事実
、極く少ししか差異がない。

本発明の目的は、元素の形で、又は水の形で、可成り多
く選択的に酸素を捉えかつ非常に広い温度範囲にわたっ
て作動する酸素に対するゲッターを有するハロゲン白熱
電灯を提供することである。

本発明によれば、この目的は、酸素ゲッターを、重量比
で１／９〜９／１の範囲においてタングステンと合金に
したタンタルから構成する冒頭の段落の限定された種類
の電灯において達成される。

臭化水素を入れたハロゲン電灯が英国特許出願第７９４
３０９１号に開示され、そこではとりわけタンタルの白
金との合金又はタンタルのパラジウムとの合金が酸素ゲ
ッターとして用いられていることに注意すべきである。

これらのタンタル合金及び前記オランダ特許出願に記述
されたその他の合金は、大きな負の生成熱（約８０ Ｋ
Ｊ／ｇ−ａｔ）を有する。

従って、合金中のタンタルとは、酸素は反応することが
でき、そして臭化水素はもはや反応することができない
。

これに対比して、タングステン／タンタル合金は非常に
小さい負の生成熱（約１０ＫＪ／ｇ−ａｔ）を有するた
め、この合金の気体との選択反応が前記の小さな生成熱
からみて期待できない。

それにもかかわらず、本発明による電灯のゲッターの非
常に大きな選択性が確立されたばかりでなく、又このゲ
ッターが純粋のタンタルよりも酸素に対しより大きな反
応性を有する。

この増大は３０％よりも大きい。

他方において、臭素又は臭化水素に対するこの合金の反
応性が、純粋のタンタルのその反応性のほんの０．２５
〜０．０５に過ぎないことが判った一方で、水素がこの
ゲッターによってこの電灯の混合気体から引き揚げられ
るという何等の指示も得られなかった。

米国特許第３，７４８，５１９号明細書は、不活性ガス
を充填しかつ９２゜５重量％のタンタルと７．５重量％
のタングステンとから成る酸素ゲッターが用いられる電
灯を開示する。

タンクルが酸素に対する親和力と同じ親和力を有する前
記の電灯中には何等気体成分が生じないので、選択的に
作用するゲッターは既知の電灯には必要とされない。

それ故、用いられたゲッターが選択的活性を有すること
は、決して前記の特許明細書から推論することができな
い。

既知のゲッターはさらに、本発明による臭素タングステ
ンサイクル電灯に用いられるゲッターよりも著しく小さ
な選択性を有する。

この合金化したタンクルタングステンゲッターは、非常
に広い温度範囲にわたってその作用を発揮することがで
きる。

一般にこの電灯の点灯中ゲッターは３００°〜１５００
℃の温度を呈する。

ゲッターの温度が約７００℃より高い場合には、この電
灯は、不活性気体として希ガス又は希ガスの混合物を含
む。

約７００℃よりも低い温度においては窒素も不活性気体
である。

この合金化したタンタル／タングステンゲッターを、電
灯中に線、箔、粉末、ペレット又はその他の都合のよい
形として存在させることができる。

このゲッターの選択性について、ゲッターの収容能力が
電灯部品からの酸素放出結果の有害な影響を阻止するの
に十分であることを単に保証すべきである。

ゲッターの最小必要量を、小系列の試験によって電灯の
種類に対し容易に決定することができる。

この量は又、関係する電灯及び用いる部品の清浄化方法
の質を勘酌する。

このゲッターは種々の方法で製造することができる。

例えば、合金の成分を粉末状にて混合し、この粉末を圧
縮し、焼結し、次いで例えば放電アーク中で溶融する。

もう一つ他の可能性は、例えば、蒸着、スパッタリング
、又は化学的蒸着によって、これらの２種の成分のうち
の１種の成分から成る基板を他の成分から成る層で被覆
し、かつ高温においてこれらの層の金属を互いに拡散さ
せることである。

又もう一つ別の可能性は、タングステン線の周りにクン
タル線を巻回し、次いでこれらの金属を互いに拡散させ
ることである。

拡散工程は、均質の材料が得られるまで継続されるか、
又は一方の金属の他方の金属中における濃度勾配ができ
るように早く中正される。

このゲッターは室温では空気中で非常に安定であるため
その加工処理中は通常何等特別の手段を取る必要がない
。

しかしながら、このゲッターの製造環境いかんによって
、このゲッターはすでに部分的に酸化物及び／又は窒化
物の表皮で被覆されている。

高温、例えば１１００℃で、例えば２分間、還元性雰囲
気、例えば水素中での予備処理は、このゲッターを容易
に清浄化する。

本発明による電灯は、例えば、硼珪酸塩ガラス又は硼珪
酸アルミニウムガラスの硬質ガラス電灯外被、又は少な
くとも９５重量％の５ｉｎ２含量を有する、例えば石英
ガラスの電灯外被によって構成される。

これらの電灯は、投光照明（フランドライド）電灯、又
はその他の種々の目的、例えば映写用、複写用及び交通
用の目的に当てられた電灯にすることができる。

本発明による電灯の実施例を図面において説明する。

第１図に示す電灯は、石英ガラス電灯外被１を有し、こ
の外被１は、２個のつまみ封止２及び３を有し、それら
のつまみ封止の各々にはそれぞれモリブデン箔４及び５
が埋め込まれている。

フィラメント１０の腕８及び９は箔４及び５の一端にそ
れぞれ溶接され、かつ外部電流導体６及び７はそれらの
箔の他端にそれぞれ溶接される。

電灯外被には、１種又は２種以上の希ガスと臭化水素と
の混合物が充填される。

参照数字１１は、重量比で１／９〜９／１の範囲にタン
グステンによって合金化したタンタルから成る臭化水素
に耐える酸素ゲッターを表わす。

この電灯は、例えば、自動車電灯として用いることがで
きる。

第２図における参照数字２０は、つまみ封止２１を有す
る電灯の硬質ガラス電灯外被を表わす。

この電灯外被はアルカリアルミノ硼珪酸塩ガラスから成
る。

電流供給導体２２．２３及び２４は、電灯外被２０の中
につまみ封止２１を通して真空密に延在する。

モリブデン円板２５は、電流供給導体２４に固着され、
フィラメント２６を部分的に取囲む。

第２フイラメント２７は、電流供給導体２３及び２４間
に収納される。

ワイヤー２８が、電流供給導体２２の周りに巻回され、
酸素ゲッターを包む。

この酸素ゲッターは、電流供給導体２２とワイヤー２８
との間で粉末状に重量比で１／９〜９／１の範囲にてタ
ングステンと合金化したタンタルから成る。

この電灯は主ビーム光と俯角ビーム光とを有する自動車
電灯として用いることができる。

第３図における実線は、タンタル、タングステン及びタ
ンタル／タングステン合金の、３６０℃における酸素と
の相対的反応性を表わす。

タンタルの酸素との反応性を任意にｉｏｏであると仮定
する。

この図における破線は、前記材料の臭素との反応性であ
り、タンタルの臭素との反応性は再び１００であると仮
定する。

このゲッターの酸素との反応性と、臭素との反応性との
間の差異は、これから判るように、図中の鎖線の間の領
域、すなわち、重量比で１／９〜９／１の範囲において
最も太きい。

この範囲外ではその差は縮まって行く。

第１図に示す電灯は実験のため用いられ、その実験では
、合金化したタンタル／タングステンゲッターの効果が
確立された。

この電灯は０．２７ｉの容積を有し、３．５バールの圧
力まで、クリプトンと臭化メチレンとの混合物によって
充填され、この臭化メチレンから電灯の点火に際し臭化
水素が生成された。

これらの電灯は効率が２６１ｘｎ／Ｗであり、１３．２
Ｖにおいて６０Ｗの電力を消費した。

これらの電灯の製造中は、とりわけ注意深く行なわれる
排気方法によって、見積もられた寿命に相当する寿命を
持った新しい電灯を得るよう努力された。

大部分の電灯の高度の品質は、充填気体に酸素を添加す
ることによって破壊された。

そのような電灯の大部分のものにある量のゲッター材料
が添加された。

すべての電灯が寿命試験された。それぞれの寿命を持っ
た種々の電灯が表１に記録される。

この表とこれに続く表とにおいて、「Ａ」系列の電灯は
本発明によらないもので、「Ｂ」系列の電灯は本発明に
よるものである。

表中「酸素」の欄は、電灯中の酸素の分圧を示す。

Ｐａは主として真空技術で用いられる圧力の単位パスカ
ル（Ｐａ５ｏｃａｌ ）の記号である。

ＩＰａ＝１０μバール（ｂａｒ）＝ＩＸ １０−５バー
ル、１３３ Ｐａ ＝ Ｉ Ｔｏｒｒ ＝ １ ｔｔｚ
ｘＨｇである。

表１から、見積もられた寿命に略々等しい、注意深く製
造された電灯（Ａ１）の寿命が、酸素の存在（Ａ２）に
よって可成り減少することが判る。

ゲッターとしてのタンタルが、この減小をほんの僅か一
部阻止することができる（Ａ３）。

し勺〜９／１の範囲で違った重量比のタンタル／タング
ステン合金を用いることによって一表中ゲツタ二の欄の
文字の右下に記した数字は、合金化した金属の重量比を
表示する一酸素の存在の結果としての寿命の減少は、可
成り多く減らされる（Ｂｌ〜Ｂ４）。

又、ゲッター材料の量は少ししか影響しないように見え
る。

この電灯Ｂ５には、２５μｍの厚さのタンタル層を、２
５００℃において３時間直径１００μｍのタングステン
線に拡散させることによって得られたゲッターを設けた
。

外側から内部に向って減小するタングステン中のタンタ
ル濃度がそれによって得られた。

同じ種類の電灯に又、１１００℃において２分間水素中
で予め還元しておいたゲッター材料を設けた。

寿命試験の結果が、表２に記録され、表１の電灯Ａ１〜
Ａ３の系列が再び比較のため与えられる。

１２Ｖで１８ｔｒｒＶ／Ｗの効率をもって５０Ｗを消費
したフィラメントを設けた比較のできる電灯に、５バー
ルの圧力の、クリプトンと臭化メチレンとの混合物（１
００： ０．０５ ｖｏＬ／ｖｏ７ ）を充填した。

これらの電灯は、ゲッターのありなし及び酸素のありな
しで寿命試験された。

これらの結果が表３に記録される。

表３のデータから、タンタルがそれ自身（Ａ６）によっ
て酸素の有害な影響をなくするものであるということを
導き出すべきではない。

んによって表わされた電灯は実際可成り黒化した。

それは臭素−タングステンサイクルが十分に役目を果た
さなかったことを示す。

このひどい黒化は、フイラメントの直径の減小と、関連
する抵抗の増大と、電流の強さの減小とを示している。

その結果生ずる温度の低下は、この電灯の長寿命を説明
する。

この点について、これらの電灯の記述された効率は、黒
化電灯Ａ６の場合には単に寿命の初期における効率にす
ぎないことに注意すべきである。

タンクルータングステン合金を用いた電灯Ｂ８は黒化せ
ず依然として光輝を保ち透明のま＼であった。

酸素の影響はこのゲッターによって略々取り消された。

以上要するに、ハロゲンとして臭素を用いかつ自由酸素
を吸収するためのタンクルゲッターを有するハロゲン白
熱電灯において、このゲッターは又高い作動温度におい
て臭素を吸収し、タングステン−臭素サイクルに有害な
影響を及ぼす。

本発明においては、９／１〜１／９の重量比の範囲でタ
ングステンと合金にしたタンタルが、臭素に対するより
も酸素に対しはるかに大きな親和力を有する。

その結果、これらの合金は、タングステン／臭素サイク
ル電灯において酸素ゲッター１１として用いるのに極め
て好適である（第１図参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１の電灯の正面図、第２図は本
発明による第２の電灯の正面図、さらに第３図は、本発
明による電灯に用いられるゲッターの性質を、関係する
材料と比較して、グラフにて示す線図である。 １・・・・・・石英ガラス電灯外被、２，３・・・・・
・つまみ封止、４，５・・・・・・モリブデン箔、６，
７・・・・・・外部電流導体、８，９・・・・・・腕、
１０・・・・・・フィラメント、１１・・・・・・臭化
水素に耐える酸素ゲッター、２０・・・硬質ガラス電灯
外被、２１・・・・・りまみ封止、２２゜２３．２４・
・・・・・電流供給導体、２５・・・・・・モリブデン
円板、２６・・・・・・フィラメント、２７・・・・・
・第２フイラメント、２８・・・・・・ワイヤー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 臭化水素を含む不活性ガスを充填し、電灯の外被壁
   を貫通する電流供給導体間にタングステンフィラメント
   を収容し、さらに電灯外被中に酸素ゲッターとしてタン
   タルを存在させた、透光性の真空密に封上られた電灯外
   被を有するハロゲン白熱電灯において、 酸素ゲッターを、重量比で１／９〜９／１の範囲におい
   てタングステンと合金にしたタンタルから構成すること
   を特徴とするハロゲン白熱電灯。