JP2000504476A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 酸素ディスペンサ（３０）が配置されている外囲器（４）内に据え付けられた放電容器（１）を高圧放電ランプが有している。酸素ディスペンサ（３０）は酸化銀を含み、ランプの動作中少なくとも３４０℃の温度となる位置に配置されることができ、前記温度で酸化物は分解されて酸素が放出される。炭化水素の汚染から発生する黒い被膜の析出がそれによって防止される。

Description

【発明の詳細な説明】 高 圧 放 電 ラ ン プ この発明は、気密にシールされ、イオン化可能な充填ガスを有し、複数の放電 電極が存在し、放電容器にはいりこむ電流供給体に接続される光透過放電容器と ；気密にシールされその放電容器をかこむ光透過外囲器と；その外囲器にはいり こみそれぞれの電流供給体に接続される複数の電流導体と；その外囲器内に配置 された酸素化合物を含み、その酸素化合物が加熱により分解される際に外囲器に 酸素を放出する酸素ディスペンサ(oxygen dispenser)とを具える高圧放電ランプ に関するものである。 かかる高圧放電ランプは文献ＵＳ−Ａ−４，９１８，３５２に公知である。 この公知のランプはその外囲器内に充填ガスを含む酸素か、ランプがスイッチ オンされる際に進行する加熱により酸素を放出する酸素ディスペンサかを有して いる。この文献の特許明細書によれば、この方法は複数の電流導体の表面を酸化 し、それによって放電容器の充填ガスからのナトリウムの損失を防止するように なされる。 この公知のランプはランプ製造完了直後に外囲器内に存在するガス状酸素の存 在の故に、外囲器の気密性が外囲器内でグロー放電を発生して確かめることがで きないという欠点がある。それ故、外囲器の気密性が確認された後に加熱された 時にはじめて酸素を放出する酸素ディスペンサの存在は有利であろう。しかしな がら、前記特許明細書は不幸にして前述の目的に使用できる酸素化合物の存在を 何ら取上げていない。 文献ＵＳ−Ａ−４，４９９，３９６によれば、還元されその結果黒くなる外囲 器の内側表面に被着する燐を防止するため、酸素のわずかな存在に起因する外囲 器内のわずかな酸化性充電ガスの存在は有利であることが知られている。黒化は ランプの明るさ維持の減少をひきおこす。このことを防止するランプ製造完了直 後の外囲器内の酸素ガスの存在はしかしながら欠点がある。 にもかかわらず、高圧放電ランプの外囲器の黒化防止の必要性は強く望まれる 。 かかる黒化は外囲器に存在する炭化水素に結果するようである。ランプ動作の初 期にはすでに炭化水素は分解されて外囲器および／または放電容器に黒化層とし て析出する炭素を与える。この黒化層は明るさ維持に影響するのみならず放電容 器の温度にも影響し、その結果ランプの色度変化が生じる。これらの析出はラン プ動作の初期の数時間内にすでに発生するから、ランプ特性に長く続く負の影響 をおよぼす。それで炭素析出の発生をできるだけ速く押えることが強く望まれて いる。 ランプ中の炭化水素の発生源はいくつか存在する。それらはランプの一部、例 えばその電流導体上に汚染として外囲器内に導入されるかもしれず、または例え ばＮｅ／Ｎ₂のような希ガスで充填される前に外囲器を排気するため使用される 真空ポンプ中の油から発生するかもしれない。それらはまた例えば放電容器の端 部分に酸化ジルコニウムの加熱防止被膜のような被膜をもたらすのに使用される バインダ（binder）、または燐被膜をほどこすバインダなどのバインダ残留物か もしれない。光の透過を妨げたり発光輝度維持を削減したり、さらにおそらく色 度変化をひきおこす黒い析出をおこさせる以外に、炭化水素から発生する炭素は 燐被膜を還元し、もし存在すれば被膜を黒化させ被膜の効果を削減してしまうか もしれない。 米国イリノイ州のＡＰＬ Engineered Materials 会社はそのProduct Developm ent Information Bulletin: Metal Halide Lamp Getter，Dec．1，'89 において “ポーラス状カバー(porous cover)を有し、２００と３６０℃間温度に配置され る過酸化バリウムのディスク（disc）を含むステンレススティールケースをその 外囲器に備えた金属ハロゲンランプを開示している。このゲッタはその外囲器内 をわずかに酸化性雰囲気に保持している。このことは燐被覆の外囲器を備えたラ ンプのように炭化水素の汚染に敏感なランプにとっては特に有利であるといわれ ている。 酸素ディスペンサの酸素発生物としてのＢａＯ₂はあまり利用価値のないこと がわかってきた。ＢａＯ₂は次の反応式に従って炭化水素と反応する酸素を放出 する： ＢａＯ₂→ＢａＯ＋（１／２）Ｏ₂ （I） Ｃ_nＨ_m＋（ｎ＋（１／４）ｍ）Ｏ₂→ｎＣＯ₂＋（ｍ／２）Ｈ₂Ｏ （II） しかしながら、ＢａＯ₂の使用にはある技術的欠陥が存在する。 第１に、ＢａＯ₂はランプ中に存在する水素と以下の反応式により反応する： ＢａＯ₂＋Ｈ₂→Ｂａ (ＯＨ)₂ （III） ランプ中でのＢａＯ₂の使用は、放電容器の放電電圧に負の影響をおよぼす水 素を吸着する目的で、文献ＵＳ−Ａ−３，５１９，８６４にはじめて提案されて きた。かくて形成されたＢａ (ＯＨ)₂は次に以下の反応式に従って分解し： Ｂａ (ＯＨ)₂→ＢａＯ＋Ｈ₂Ｏ （IV） この反応は望ましくない。 さらに、反応（Ｉ），(III)および(IV)は同時におこるかもしれず、このこと はＢａＯ₂の正確な投与を困難にする。投与はさらに前述の諸反応の割合いが異 なった温度依存性を有するという事実によりより複雑にさえなる。この課題を排 除するため、ＡＰＬの商用公報は、ランプ内に位置するＢａＯ₂コンテナが２５ ０と３６０℃間の温度に保持されるようでなければならぬと報告している。Ｂａ Ｏ₂は３２５℃以下に保持されるのが最もよい。しかしながら、このことはラン プ内の温度分布が作用位置すなわち水平、垂直または中間位置や可能なランプハ ウジング（lamp housing）の大きさおよび構成材料のような因子に複雑に依存す るから実現がなかなか困難である。 最後に、ＢａＯ₂の酸素放出率は５００℃を越える温度で高くなり、それで３ ６０℃の最高許容温度はランプ寿命の初期の酸素の速い放出要求に対抗するもの である。 従って本発明の目的は比較的低温で速い酸素放出を提供する酸素ディスペンサ (oxygen dispenser) を有する冒頭に記載した種類の高圧放電ランプを提供せん とするものである。 この目的は前記酸素ディスペンサがＡｇ₂Ｏを含むことにより達成される。 Ａｇ₂Ｏは高圧放電ランプの外囲器で炭化水素の存在の負の影響を除去するの にかなり有効であることがわかってきた。この化合物は比較的低温で以下の反応 に従って速やかに酸素を放出する： Ａｇ₂Ｏ→Ａｇ＋１／２Ｏ₂ （V） 酸素放出は約３００℃の温度でわずかに開始される。その結果酸素が放出され ていない状態で確実にランプ製造を完了させることができる。それによって外囲 器の気密性がのぞまれるようにグロー放電により確認することができる。しかし ながら、他方酸化銀は３４０℃で加速された酸素放出を、約４００℃でかなり速 い放出を示す。このことは常温から４００℃の温度まで加熱された試料の時間の 関数として表わされる重量損失、Δ重量を示す図５の曲線１から明らかである。 ４００℃でＡｇ₂Ｏの分解は２０分以内に完了する。酸化銀が酸素発生物として 活性化される約３４０℃から約４００℃は比較的広い温度範囲と比較的低いレベ ルであるようだ。４００℃および以上では放出は速くなる。酸素ディスペンサが 放電の発生熱により活性化されるよう、上述の特性は酸素ディスペンサが搭載さ れる位置を、特にランプの動作中放電により発光する光の通路の外側にほぼ変化 させる。この場合光は可視光と同様ＵＶ光をも意味するものである。それで、酸 素ディスペンサは放電からの直接光を阻止する必要がほとんどない。 約１５０℃から生じるわずかな重量損失は二酸化炭素とよりわずかな程度の水 に起因する。図５の曲線２からわかるように、ＢａＯ₂は４００℃の温度まで、 放出される酸素もほぼなんら存在せずに汚染の放出に起因する同程度のわずかな 重量損失を示す。 酸素ディスペンサについての位置の自由選択度は、ランプの製造完了後ではじ めてのランプ動作開始前に、活性化ステップにより酸素が放出できるという事実 によりさらに増大する。活性化は外部加熱源で、例えばＨＦ電磁場、レーザまた は他の適切な加熱手段によりディスペンサを加熱して実施できる。 比較的長時間、少なくとも１０日間、ランプの好都合な特性にほぼ顕著な影響 を及ぼすことなく、室温で空気中に保存できるということは酸化銀酸素ディスペ ンサの利点である。さらに反応（Ｖ）の結果のディスペンサの銀の残留物は反応 (III)および（IV）により形成される物質に比較してランプ雰囲気に不活性であ る。 酸素ディスペンサは放電容器のシールに隣接して、または例えば放電容器と線 状に、例えば電流導体に搭載されて位置されてよい。 ディスペンサ中の酸化銀の量は臨界的ではない。その量はランプの大きさ、そ の生産工程および外囲器内側の被膜の存在により影響される。ランプの各種にと り必要とされるその量はいくらかの経験で容易に決定できる。過剰酸素は例えば 電流導体の表面酸化により拘束されるであろうから、その過剰量はランプの質を 一般的にいって損なうことはないであろう。引用された文献ＵＳ−Ａ−４，９１ ８，３５２によれば、このことは放電容器にナトリウムを有するランプにとって 好都合な影響を有するであろう。一般に、酸化銀の量は、もし存在すればその酸 素容積が外囲器の充填ガス容積の０．５から３．３の容量パーセント、または分 解した時約５から約２０ミリバールの初期の酸素分圧を発生するように選択され る。 外囲器がどんな形状を有するか、管状かまたは例えば卵型形状か、終端が１つ かまたは２つか、キャップが１つかまたは複数かまたはないか、材質がガラスか 、例えば石英ガラスかまたは硬質ガラスか、または他の光透過材料かは本発明の 本質にとって重要ではない。放電容器は例えば石英ガラスかまたは単結晶または 多結晶材料か、例えばシンター（sinter）されたアルミナのようなものであって もよい。放電容器も種々の形状のうちの１つ例えば管状であってよく、その終端 が１つでも２つでもよい。充電ガスは希ガスとか、多分水銀とか臭化物および／ または沃化物のような金属ハロゲン化物とか、または例えばナトリウムアマルガ ムを有していてよい。外囲器は排気されまたはガス例えばＮｅ／Ｎ₂の混合物で 満たされていてよい。一般に、分解の時に汚染により放出される水素が放電容器 に拡散しそれによって点火電圧を上昇させるのを避けるため外囲器は水素ゲッタ ーを収容するであろう。 Ａｇ₂Ｏの物理的形態は酸素ディスペンサの振舞いには関係せず、Ａｇ₂Ｏは原 理的には数＋ｎｍからmmまでの大きさの粒子からなるかなり細かい粉末の形態で 使用されることができる。しかしながら、酸素ディスペンサの生産に関する実状 から、約０．１から５０μm の範囲の粒子の大きさの粉末を使用するのが好適で あるとされている。 酸素ディスペンサは種々の金属、例えばステンレスステイール、ニッケル、チ タニウムから作られるコンテナを有していてよい。作業の容易さからいって、ニ ッケル鍍金鉄またはニッケルクロム合金が好適である。コンテナはいかなる幾何 学的形状でもよく、例としては図面に図示された複数例がある。 酸素ディスペンサの実施例では、コンテナは金属テープから作られる。このテ ープは酸化銀粉末が導入される例えばＵ字形チャンネル (channel)に形成されて いてよい。このチャンネルは次に例えば４つの側面で閉ざされたスリーブ（slee ve）になるように作られ、そのスリーブは後に酸素の通路となるようもとの金属 テープの接触したまたは重畳した縁部を有する長手方向スリット（slit）を有し ている。スリーブはランプに存在する酸化銀の量に依存して所望の長さにカット されてよい。カット操作と同時にまたは後で交互に、カットにより得られた端面 で閉鎖されるようスリットは絞られる。また別に閉鎖は例えば別のキャップで得 られることもできる。 例えばＺｒ₂Ｎｉのような水素ゲッタを収容した外囲器の場合には、酸素ディ スペンサとゲッタが一体化されていてもよい。そこで共同体、例えば金属の共同 片はゲッタと酸化銀両者を支えることができる。酸化銀とゲッタは例えばその共 同体のおなじくぼみに置くことができる。それらは混合物としてさえ存在するこ とができる。共通のキャリア (carrier)および混合物の使用はゲッタと酸素ディ スペンサの製造コストやランプの組立てコストを低めている。 以下に説明する図面を参照し実施例により本発明に係る高圧放電ランプを詳細 に説明する。 図１はランプの側面図を、 図２は酸素ディスペンサの第１の実施例を、 図３は酸素ディスペンサの第２の実施例を、 図４は酸素ディスペンサの第３の実施例を、 図５は酸素ディスペンサによる酸素放出のグラフ をそれぞれ示している。 図１の高圧放電ランプは光を透過する放電容器１を有しており、その容器は気 密にシールされ、イオン化可能な充填ガスを有している。タングステンよりなる 図の複数放電電極２が放電容器内に存在し、放電容器１にはいりこむ複数の電流 供給体３にそれぞれ接続されている。図で放電容器１は石英ガラスよりなり希ガ ス、水銀およびナトリウム、インジウム、タリウムの沃化物とからなる充填ガス を有している。図の放電容器１の端部分７はＺｒＯ₂の熱保存被膜を有している 。図の管状光透過外囲器４は硬質ガラスよりなり、気密にシールされて放電容器 １をかこんでいる。複数の電流導体５は外囲器４にはいりこみそれぞれの電流供 給体３に接続されている。図４に示されるような酸素化合物を含む酸素ディスペ ンサ３０が、加熱により酸素化合物が分解される際に外囲器４内に酸素を放出す るよう外囲器内に配置されている。水素ゲッタ６もまた外囲器４内に配置されて いる。この図ではSaes ＰＨ／ＳＦ５０ゲッタが使用されている。このゲッタは 活性原料としてＺｒ₂Ｎｉを含んでいる。図で酸素ディスペンサ３０とゲッタ６ とは放電容器と線状に据え付けられ、電流導体５にウェルド（weld）されている 。外囲器４はキャップ (cap)８にしっかりとはめこまれ、キャップの複数の接触 子９にそれぞれの電流導体５が接続されている。 酸素ディスペンサ３０は酸素放出化合物としてＡｇ₂Ｏを含んでいる。 酸素ディスペンサ３０はランプの動作中少なくとも３４０℃の温度、図では約 ４００℃の温度になる位置に配置されている。それで図１図示ランプでは、ラン プ動作により進行する加熱で酸素ディスペンサが加熱されて酸素が急速に放出さ れる。 酸素ディスペンサ３０はＡｇ₂Ｏの６０ｍｇが粉末形態で存在する酸素に対し て開孔しているコンテナ (container)３１，３４を具えている。 図示のランプは２５０Ｗの電力を消費する。その外囲器４は約３１０ｍｌの容 積を有し６００ミリバールのＮｅ／Ｎ₂混合気体で充填されている。 図１図示ランプの変形として、酸素ディスペンサ３０とゲッタとは図１の酸素 ディスペンサ３０の位置に隣接して収容されて１体を構成するように１体化され ている。別の変形ではコンテナ３１，３４はゲッタと酸化銀の両者を含んでいる 。さらに別の変形ではＺｒ₂Ｎｉゲッタと酸化銀が図１に破線で示されているキ ャリア (carrier)６’の混合物にいれられている。 図２で酸素ディスペンサ１０は円筒状コンテナ１１を具えており、コンテナの 頂部 (top)は開放でコンテナはゆるいあるいは圧縮された粉末１２の形態で酸化 銀を含んでいる。その頂部は粉末を呈しガスが自由に通過できる要素１３、例え ばシンタ（sinter）された金属粉末からなるデスク(disk)により閉ざされている 。 支持体１４はランプ内ディスペンサ１０の位置付けをしっかりさせるためコンテ ナ１１に固定されている。 図３で、酸素ディスペンサ２０は環状のコンテナ２１を具え、酸化銀の粉末２ ２を積載している。粉末２２はガスの自由通過の可能な金属性要素２３によりコ ンテナ２１内に保持されている。支持体２４はディスペンサ２０をランプ内に確 保するためコンテナ２１に固定されている。 図４のディスペンサ３０は金属フォイル（metal foil）を冷間形成して得られ る凹状のコンテナ３１を具えている。コンテナ３１はまっ平らな頂縁部３２を有 している。コンテナ３１の凹状部分には酸化銀３３が置かれている。コンテナ３ １の頂部側は不浸透性の金属フォイルにより構成された保持要素３４により閉ざ され、その金属フォイルは数多くのウェルダ、例えば多くの点状ウェルダ３５， ３５’により縁部３２に固定されている。コンテナは粉末を持ちこたえるが、ス リット３６を介する酸素ガスの通過は容易で、そのスリットの１つのみが図面に 示されていて、それは縁部３２と要素３４の間の２つの点状ウェルダの間に残さ れている。要素３４はランプにディスペンサ３０を固定させるため舌状部３７を 有している。 図１図示のような複数のランプが、あるものは酸素ディスペンサなしで（基準 ランプ）、あるものはランプにそれが据え付けられるステップまで不活性ガス中 に保持された清浄な酸素ディスペンサを備えて（ＦＤランプ）、あるものは据え 付けに先立ち大気中で少なくとも７２時間保持されエージングされた(aging) デ ィスペンサを備えて（ＡＤランプ）、あるものは外囲器に故意に油をまぜるが酸 素ディスペンサなしで（Ｏランプ）、そしてあるものは故意に油をまぜかつ清浄 な酸素ディスペンサを備えて（ＯＦＤランプ）製作された。ここで酸素ディスペ ンサはこれら試験ランプでＡｇ₂Ｏの１１５ｍｇを含むものである。 前記複数のランプは動作され、点火（時間の基点）の１５分後安定な動作が得 られるや否や測定された。前記複数のランプは安定動作の１００時間後再び測定 された。輝度および色度図のｘ色度座標が測定された。放電容器の充填ガスが沃 化ナトリウムを含むので、黒の析出を蓄積する加熱に起因する放電容器の温度の 増大の故に、放電アークのナトリウムの量は増大し、それによってｘ色度座標は より高くなる。低いｘ色度座標値は黒の析出の不在を示すものである。表１に上 述のデータおよび１００時間での計算された輝度維持率、安定動作開始時（０時 間）の光束に対する１００時間動作時の光束のパーセントを示す。 基準ランプの結果とＦＤおよびＡＤランプの結果と比較して、酸素ディスペン サが著しく増加した輝度維持率を提供し、ディスペンサが清浄であろうがエージ ングされようがさしたる変化のないことがわかる。炭化水素の有害な影響はＯラ ンプに最も顕著である。表１の最終の行より酸素ディスペンサは故意に油を加え ても（ＯＦＤランプ）、有害な影響を完全に除去できることが明らかである。１ ００時間での色度のｘ座標（酸素ディスペンサを有する一番最後の行のランプに ついて）は加熱蓄積被膜の析出が除去されていることをまた示している。 ２０００時間動作后の外囲器のガスの分析から、酸素ディスペンサを有するラ ンプは二酸化炭素を含むが水素がないことが明らかである。水素ゲッタの能力は 酸素放出によっては妨げられない。二酸化炭素はゲッタによりゆっくりと吸収さ れるが、ランプに対し有害ではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．気密にシールされ、イオン化可能な充填ガスを有し、複数の放電電極（２） が存在し、放電容器（１）にはいりこむ電流供給体（３）に接続される光透過 放電容器（１）と； 気密にシールされその放電容器（１）をかこむ光透過外囲器（４）と； その外囲器（４）にはいりこみそれぞれの電流供給体（３）に接続される複 数の電流導体（５）と； その外囲器内に配置された酸素化合物を含み、その酸素化合物が加熱により 分解される際に外囲器（４）に酸素を放出する酸素ディスペンサ（３０）とを 具える高圧放電ランプにおいて、 前記酸素ディスペンサ（３０）がＡｇ₂Ｏを含むことを特徴とする高圧放電 ランプ。 ２．請求項１記載のランプにおいて、前記酸素ディスペンサ（３０）がランプ動 作時に少なくとも３４０℃の温度となる位置に配置されることを特徴とする高 圧放電ランプ。 ３．請求項１または２記載のランプにおいて、前記外囲器（４）が水素ゲッタ（ ６）を収容することを特徴とする高圧放電ランプ。 ４．請求項３記載のランプにおいて、前記水素ゲッタ（６）がＺｒ₂Ｎｉを具え ることを特徴とする高圧放電ランプ。 ５．請求項１から４いずれか記載のランプにおいて、Ａｇ₂Ｏが粉末形態で存在 する酸素に対し開であるコンテナ（３１，３４）を前記酸素ディスペンサが具 えることを特徴とする高圧放電ランプ。 ６．請求項３または４記載のランプにおいて、酸化銀と水素ゲッタが共通のキャ リア（６’）により保持されることを特徴とする高圧放電ランプ。 ７．請求項６記載のランプにおいて、酸化銀が水素ゲッタと混合されて存在する ことを特徴とする高圧放電ランプ。