JP2000509893A - 高圧ハロゲン化金属ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による高圧ハロゲン化金属放電ランプは、電極ロッド（７）により支持された対抗するタングステンの電極（５）を有する。これらロッド（７）は、電極（５）に近接したタングステンで形成した第１の部分（７１）と、重量パーセントで少なくとも２５パーセントのレニウムで形成した第２の部分（７２）とを有する。これらの共通の境界の位置のランプの点灯中における温度範囲は１９００乃至２１００Ｋである。ガス充填材は金属オキシハライドを含み、希土類金属の化合物は含まない。このランプは寿命が長く、発光メンテナンスが高い。

Description

【発明の詳細な説明】 高圧ハロゲン化金属ランプ 本発明は、対抗するシールを有し、気ガスとハロゲン化金属とを含むガス充填 材を具える放電スペースを包囲する、シールされた光透過性の放電容器と、放電 スペースに対抗して配置されたタングステンの電極と、放電容器の各シールに配 置され放電容器から突出している電流貫通（リードスルー）導体と、各貫通導体 に接続され、電極の各々を支持する電極ロッドとを具える高圧ハロゲン化金属ラ ンプに関するものである。 このようなランプは、米国特許明細書第５４２４６０９号から知られている。 この既知のランプは、セラミック放電容器と、例えばニオブあるいはタンタル で形成した電流貫通導体と、希ガス、水銀および希土類金属のヨウ化物を含む金 属ヨウ化物の混合物とからなるガス充填材とを有し、これらのヨウ化物はハロゲ ン化金属のように、スカンジウムおよびイットリウムのようなランタノイドのヨ ウ化物である。 セラミックの放電ランプにおいては、電流貫通導体は、通常は放電スペースま で延在しているので、ハロゲン化金属の作用により剥き出しにされている。既知 のランプでは、電流貫通導体の内側端部はセラミックのシール材料で形成したシ ールに埋め込まれており、少なくともその表面が耐ハロゲン化性を有する各導体 がシールから突出しており、この各導体により貫通導体とタングステン電極ロッ ドとを接続する。この導体は、少なくともその表面がタングステン、モリブデン 、白金、イリジウム、レニウム、あるいは導電性の珪化物、炭化物あるいは窒化 物から構成されている。 既知のランプでは、電極および電極ロッドから生じたタングステンの堆積物に より放電容器が黒化するために発光出力が減少するという損害を被ることが分か っている。 一方にしか端部のない石英ガラスハロゲン化金属ランプは欧州特許出願第０３ ４３６２５号により知られているが、この出願においては、ガス充填材は希ガス 、 水銀、および金属ヨウ化物と金属臭化物との混合物からなる。両貫通導体は、放 電容器のシールに互いに隣り合って埋め込まれ、電極ロッドは互いに隣り合って 放電スペースへと延在する。ランプの点灯中に電極ロッドの温度が上昇すること およびこれらロッドの相互間の距離が短いことにより、このようなランプにおい ては、放電アークが電極から電極ロッドへ飛び越える恐れがあるので、放電アー クが放電容器に接近して放電容器が過熱される。しかしながら、また放電アーク の飛び越えにより、電極ロッドがより加熱され、電極ロッドが局部的に蒸発する ので、放電容器が黒化すると共に電極ロッド自体も損傷を受けることとなる。更 には、この種類のランプにおいて、電極ロッドとランプの製造においてシールを 形成する際に加熱により軟化する放電容器の部分との間の距離が短いことにより 、タングステン電極ロッドが酸化し、この結果ランプの点灯中には放電容器が早 々に黒化する。 欧州特許出願明細書第０３４３６２５号に記載されているランプにおいては、 電極ロッドの少なくともその表面をレニウムあるいはレニウム／タングステン合 金で形成することにより、電極ロッドの酸化および放電アークの飛び越えが防止 される。これら電極ロッドは、放電スペースの内側にある端部でタングステン電 極コイルを介して突出している。レニウムは、とかく酸化されにくく、熱伝導性 がより低いので、レニウムの電極ロッドはランプの点灯中にはより低い温度とな ると考えられる。重量パーセントで３乃至３３パーセントのレニウムを含むレニ ウム−タングステン合金を使用するのが好適であるが、その理由はレニウムが高 価な金属だからである。しかしながら、このランプには、レニウムが蒸発して放 電容器上にレニウムが堆積するために、急激に黒化が起こるという損害を被ると いう過酷な不利益があることが判明した。 同一の端部が一方にしかない石英ガラスランプと２つの端部を有する石英ガラ スランプは、米国特許明細書第５５１０６７５号により知られている。これらの ランプは、希ガス、水銀および金属ヨウ化物と金属臭化物との混合物から成るガ ス充填材を具える。これらの電極ロッドは、放電スペースの内側の端部でタング ステンワイヤで形成したラップ巻回体と、溶解された球形のタングステン電極ヘ ッドとを有する。この発明の目的は、放電アークの移動によって生じた揺らぎを 除去することである。電極ロッドはタングステンの代わりにレニウムで構成する ことができる。レニウムで構成した電極ロッドを有するランプは、レニウムが蒸 発して放電容器上にこのレニウムが堆積することにより、急速に黒化が起こると いう被害が生じることが判明した。電極ロッドがタングステンから成る場合であ っても、電極ロッドおよび電極からタングステンの蒸発が起こって、放電容器上 にこのタングステンが堆積することにより、放電容器が黒化する恐れがある。さ らに、この場合には、電極ロッドが局部的にますます薄くなって、比較的早くロ ッドが損傷する恐れがある。 本発明の目的は、放電容器の黒化と電極ロッドの損傷とを防止する、明細書前 文に記載の種類の高圧ハロゲン化金属ランプを提供することにある。 この目的は、ガス充填材が金属オキシハライドを含み、希土類金属の化合物を 殆ど含まず、電極ロッドが電極に隣接するタングステンの第1の部分を有し、こ の電極をランプの点灯中には１９００乃至２３００Ｋの範囲の温度を有する位置 で第２の部分に併合し、第２の部分を重量パーセントで少なくとも２５パーセン トのレニウムと残りをタングステンで形成し、この第２の部分を各電流貫通導体 に固着することによって、達成される。 本発明は、数個の態様を有する見識に基づいている。 放電容器は、再生サイクルを迅速に動作させることにより、クリアな状態を維 持することができるが、このサイクルにより、蒸発したタングステンは例えばオ キシブロマイドのような、タングステンオキシハライドとして電極に移送される 。タングステンオキシハライドは電極付近を分解し、タングステンが電極に堆積 する。点灯しているランプのガス雰囲気中でタングステンの迅速な移送を達成す るためには、例えば臭素、ヨウ素のようなハロゲン、および酸素を含まないこと が不可欠である。希土類金属は酸素に対する親和性が高いので、安定酸化物が得 られ、ガス雰囲気中に遊離した酸素が除去される。それゆえに、希土類金属を殆 どなくすべきである。 レニウムの蒸気圧は、温度が上昇する際にむしろ段階的に上昇する。レニウム をハロゲンにより電極ロッドに戻すことはできない。その理由はレニウムがハロ ゲンとはあるいはハロゲンおよび酸素とは反応しないからである。ランプの点灯 中には、レニウムは相対的に温度が高い位置を避けなくてはならない。 ハロゲン、特には臭素、および酸素が互いに効果的な手段を形成し、放電容器 の壁のような相対的に温度の低い位置から電極までタングステンを移送する。し かしながら、電極ロッドの位置での温度でも、タングステンが酸素およびハロゲ ンと反応して揮発性の化合物を形成する。点灯中のランプのガス雰囲気中に酸素 およびハロゲンが存在することにより、電極ロッドは損傷が発生するまで局部的 に段々薄くなって行く。 第２の部分をタングステン／レニウムの混合物で形成する場合には、混合物中 には重量パーセントで少なくとも２５パーセントのレニウムを含むことが必要で ある。タングステンをハロゲンと反応させて混合物から除去し、第２部分の残り をほぼレニウムで構成する。最初に重量パーセントで少なくとも２５パーセント のレニウムが混合物中に存在する場合だけは、第２の部分の残りを十分強固にし 、電極ロッドが損傷するのを回避する。単に故意に加えられたタングステンの移 送手段としてランプに添加されたハロゲンは、意図的に加えたものではない即ち 不純物として加えられた酸素と協働して電極ロッドからタングステンを過度に移 送することなく放電管をクリアに維持することができる。しかしながら、この場 合には、炭素、鉄、燐、および水素のような、電極およびロッド上および放電容 器上に存在するガス充填材中の他の不純物が、タングステンを移送するに際して 放電容器に対してかあるいは電極に対して多大なる影響を及ぼす恐れがある。 第２の部分にレニウムを具えて電極ロッドを形成することにより、臭素および 酸素とこのロッド部分との反応が回避される。電極ロッドの第１の部分をタング ステンで形成することにより、第１の部分をレニウムで形成した場合と同様に、 強烈な蒸発が避けられる。第１および第２の部分に共通の境界温度は、より高温 でのレニウム蒸気圧と、タングステン蒸気圧と境界温度よりも低い温度付近での タングステン化合物の圧力との和との両方が相当に高くなるような温度に、大抵 は選択される。 第１のタングステンロッドは、例えば抵抗溶接あるいはレーザ溶接により形成 された第２のレニウムあるいはレニウム合金ロッドに、例えばバット溶接のよう な溶接をすることができる。この場合には、所望であれば、レニウムのより低い 熱伝導性、即ちＳ_rc≒０．３^*Ｓ_wを補償するように、微量例えば１０乃至１５パ ーセントだけ厚く、第２のロッドを選択することができる。 第１の部分および第２の部分の共通の境界位置の温度は、ランプの点灯中には １９００乃至２３００Ｋである。この温度は、ガス充填材および製造処理の質に 依存する特別なタイプのランプに対して選択することができるので、ランプは、 タングステンとタングステン化合物との全蒸気圧に影響を与える不純物を幾分含 む結果となる。各タイプのランプに対する前記共通の境界の最適温度は、寿命を 迎えるまでのランプの発光効率を監視することによる、小規模な一連のテストラ ンプによって簡単に決定することができる。通常は、２１００乃至２３００Ｋの 範囲の温度で境界を有することが好適である。 好適な実施例においては、共通の境界を第１および第２の部分により形成し、 この両部分に渡ってランプの点灯中は温度が２３００乃至１９００Ｋの間にあり 、これらの領域の境界部分においては第２の部分をほぼタングステンで形成した マントルによって包囲する。これは、例えばレニウムあるいはレニウム合金で形 成したコアとタングステンで形成したマントルとを有する電極ロッドにより、あ るいは例えばレニウムを含む部分により第１の部分からラップしたタングステン ワイヤを重複させることにより実現される。このタイプの境界を有する電極は、 第１および第２の部分の境界を正確に製造することはできない。その理由は、第 １の部分と第２の部分とが重複するからである。ランプの点灯中には境界の位置 の調節が自動的であるためにより正確性がより低くなる。次にこのような電極ロ ッドによりランプの処理が容易になる。 さらに好適な実施例においては、電極ロッドは３つの部分から形成する。電極 チップに隣接する電極の第１の部分はタングステンで形成し、第２のレニウムを 含む部分を、ランプの点灯中には１４００乃至２３００Ｋの電極の温度範囲に渡 って延在させ、第３の部分を、レニウムを含む部分を例えばタングステン、モリ ブデン、あるいはタンタルのようなもう一つの材料により置き換えた部分とする 。この第３の部分は、電極表面がランプの充填材のガスにより殆ど利用できない 位置とすることができる。この位置での温度は、通常のランプの点灯中は１４０ ０Ｋよりも低いものである。第３の部分は、電流貫通導体に固着されている。こ の 電極はより低価格であり、ピンチにまで延在する材料は別個に選択することがで きる。 ガス充填材は、臭化ナトリウム、臭化タリウム、臭化インジウム、あるいは他 の希土類金属でないものの臭化物等は別として、ヨウ化ナトリウムあるいはヨウ 化第１錫のような金属ヨウ化物を含む。酸素は、例えば希ガスと混合してか、あ るいは例えばオキシハライドあるいは酸化タングステンのような化合物として放 電容器に進入する恐れがある。金属オキシハライド、特には、ＷＯＩ₂、ＷＯ₂Ｂ ｒ₂、およびＷＯＢｒ₂のようなタングステンオキシハライドを、ランプの点灯中 に形成する。ランプが点灯していない際には、放電管の壁には酸化タングステン が堆積する恐れがある。 電極は、電極ロッドのチップ即ち第１の電極ロッド部分のチップ、あるいは電極 ロッドに対して固着された各ボディ、あるいは電極ロッドの溶解した端部とする ことができる。通常はタングステンワイヤであるワイヤラッピングを電極付近に 配置して、例えば温度を調節することができる。 放電容器は、例えばモノクリスタラインあるいはポリクリスタラインのアルミ ナのようなセラミック、例えば石英ガラスのような高シリカガラスによって構成 することができる。この放電容器は所望な場合には外皮により包囲することがで きる。外皮は不活性ガスで満たすか、真空とすることができる。ランプは例えば 一端あるいは両端でソケットを付けることができる。 本発明のランプは、投射ランプ等として例えば光ファイバにより使用すること ができ、特には放電アークから放電容器の外側に遮光されず、長い寿命および良 好な発光メンテナンスが必要な用途に使用することができる。 本発明のランプの実施例を図面に示す。図面において、 図１はランプの側方立面図を示したものであり、 図２Ａ乃至図２Ｃは種々の電極ロッドの実施例を断面図で示したものであり、 図３は、蒸気圧曲線を示したものである。 図１に示した高圧ハロゲン化金属ランプは、本図においては石英ガラス製であ るが代替的にはモノクリスタラインかポリクリスタラインのセラミックで形成し たシールされた光透過性の放電容器１を有し、この放電容器は、対抗するシール ２を有し、放電スペース３を封止する。図１に示したランプはＡＣランプである が、ＤＣランプも本発明の範囲内にある。放電スペースは希ガスとハロゲン化金 属とを含むガス充填剤を具える。タングステン電極５を、放電スペース３内に対 抗して配置する。電流貫通導体６を、放電容器１の各シール２に配置し、放電容 器から突出させる。この図においては、電流貫通導体を、各シールの内側に完全 に配置した例えばモリブデンの金属フォイル６ａと、放電容器１の外側まで延在 する例えばモリブデンの金属ロッド６ｂとから各々構成する。図中ではロッド７ を金属フォイル６ａに溶接することにより、これら電極ロッド７を貫通導体６の 各々に接続し、電極ロッド７を放電スペース３に導入し、このロッドによりこれ ら電極５の各々を支持する。 ガス充填剤は金属オキシハライドを含み、希土類金属の混合物はほとんど含ま ない。電極ロッド７は位置７３で第２の部分７２に併合される電極５の近隣のタ ングステンで形成した第１の部分７１を有し、この位置７３の点灯中の温度は１ ９００乃至２３００Ｋの範囲内、特には２１００乃至２３００Ｋの範囲内で、図 １においては２１００Ｋである。図１においては、電極ロッド７の第２の部分７ ２はレニウムで形成し、直径が０．８ｍｍの第１の部分７１よりも厚く、その直 径は１ｍｍとする。図１の電極５は、第１の電極ロッド部分７１の自由端である 。 図１において、電極ロッド７は、第１の部分７１では電極５の近隣でタングス テンワイヤのラッピング７４を有し、これにより電極の温度を調節する。 図１のランプの消費電力は２００Ｗである。容積が０．７cm³であって、電極 距離が３ｍｍであるランプは、０．８７mgのＮａＩ、０．４５mgのＳｎＩ₂、０ ．７６mgのＮａＢｒ、０．２１mgのＴｌＢｒ、０．１７mgのＨｇＩ₂、２６６６ ＰａのＯ₂、４４mgのＨｇ、および１００００ＰａのＡｒにより満たした。ラン プのスイッチをオンにした場合には、酸素が反応してオキシハライドを生成する 。 １６００時間点灯した後には、第１の電極ロッド部分と第２の電極ロッド部分 との境界の温度が約２１００Ｋであり、放電容器はまだ完全にクリアな状態であ って、ランプの寿命にはまだ達していなかった。 これは、一方の電極ロッドを図１に示した設計とし、他方の電極ロッドをタン グステンで形成したテストランプとは、対照的である。電極距離は、５ｍｍとし た。このランプには、０．８９mgのＳｎＩ₂、０．１４mgのＨｇＩ₂、０．１３mg のＷＯ₃、３９mgのＨｇ、および１００００ＰａのＡｒから成る充填剤を具えた 。消費電力を２００Ｗとして、１２５時間点灯させた後には、タングステンの電 極ロッドは破損し、ランプが寿命に達したが、もう一方の電極ロッドが変化する 兆候は見られなかった。ランプ容器はまだクリーンなままだった。ランプが先ず 点灯した場合には、酸化タングステンが、ハロゲンと反応してオキシハライドを 生成した。 図２ａでは、電極ロッド７は、第１の部分７１と、タングステンで構成したワ イヤラッピング７４と、位置７３までレニウム／タングステン合金で形成した第 ２の部分７２とを有する。 図２ｂでは、電極ロッド７は、第１の部分７１と、タングステンで構成したワ イヤラッピング７４と、位置７３で共通の境界を有する部分であってレニウムで 形成した第２の部分７２とを有する。位置７３は電極ロッド７中の距離Ｘに渡っ て延在する。ランプの通常の点灯中は、距離Ｘ間の温度は２３００乃至１９００ Ｋである。位置７３は、タングステンで形成したマントル７７により包囲したレ ニウムから形成したコア７６間の境界部分により形成される。 図２ｃでは、電極ロッド７は第１の部分７１と、タングステンで形成したワイ ヤラッピング７４と、位置７３から位置８１までレニウム／タングステン合金で 形成した第２の部分と、モリブデンで形成した第３の部分８０とを有する。 図３では、曲線Ｗはタングステンの蒸気圧と、温度に依存するランプのタング ステン化合物の蒸気圧との和であるが、曲線Ｒｅは、種々の温度でのレニウム蒸 気圧を示したものである。 レニウム蒸気圧は温度上昇に伴って上昇することが分かる。従って、レニウム は、より温度が高い領域ではより早く蒸発する。 又、タングステンの圧力の和は、約１５００Ｋで最も高く、約２２５０Ｋで最 も低いことが分かる。これは、１５００Ｋのタングステン表面が、蒸発によりお よび揮発性の生成物を得る化学反応により遊離し、約２２５０Ｋの表面で運搬堆 積されるあかあるいはより高い温度２３００乃至２５００Ｋでより早く堆積反応 することを意味する。これらの過程は所望なものではない。その理由は、これら の過程がタングステン電極ロッドから電極に向かってタングステンを運搬するの で、ロッドがより薄くなるか、破損するからである。 しかしながら、放電容器の壁において、約１１５０Ｋのタングステン圧力は、 比較的高いものであることの判明している。又、タングステンはこの温度の位置 から約２２００Ｋ以上の位置まで運搬される。この運搬は狙いどおりものであり 、その理由は壁がクリアに維持されているからである。 この図では、２つの曲線が約２０００Ｋで交差している。タングステン化合物 の揮発性に影響する不純物によってＷ曲線が図のようになるランプでは、これら 曲線の交差点温度は、第１の電極ロッド部分７１と第２の電極ロッド部分７２と の共通の境界である位置７３における適当な温度である。このランプにおいて、 この共通の境界の温度が図示した温度よりも高い場合には、ランプ中の最高レニ ウム温度はより上昇し、ますますレニウムは蒸発する。同一のランプ中でこの共 通の境界温度がより低い場合には、最高レニウム温度が逓減しその結果レニウム の蒸気圧が逓減するが、この境界でのタングステンの圧力はより上昇し、その結 果、その境界位置から、温度がより高い位置までタングステンが運搬され、この 後者の位置ではＷ曲線は最小値を有する。ランプ中に存在する不純物のレベルが 異なる場合には、Ｗ曲線が右側にシフトして２つの曲線がより高い温度で交差す る。ほとんど不純物を含まないランプにおいては、これら曲線は約１９００Ｋで 交差する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対抗するシール（２）を有し、気ガスとハロゲン化金属とを含むガス充填材 を有する放電スペース（３）を包囲する、シールされた光透過性の放電容器（ １）と、 放電スペース（３）に対抗して配置されたタングステンの電極（５）と、 放電容器（１）の各シール（２）に配置され放電容器から突出している電流 貫通導体（６）と、 放電スペース（３）に進入し、前記電極（５）の各々を支持する前記貫通導 体の各々に固着された電極ロッド（７）とを具える高圧ハロゲン化金属ランプ において、 ガス充填材がオキシハロゲン化金属を含み、希土類金属の化合物をほとんど 含まず、前記電極ロッド（７）が電極（５）に近接したタングステンで形成し た第１の部分（７１）を有し、この第１の部分を点灯中に１９００Ｋ乃至２３ ００Ｋの温度範囲の位置（７３）で第２の部分（７２）に併合し、第２の部分 （７２）を重量パーセントで少なくとも２５パーセントのレニウムで残りがタ ングステンで形成し、この第２の部分を各電流貫通導体（６）に固着したこと を特徴とする高圧ハロゲン化金属ランプ。 ２．前記位置（７３）の温度範囲を、点灯中には２１００乃至２３００Ｋとなる ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の高圧ハロゲン化金属ランプ。 ３．電極ロッド（７）の第２の部分（７２）をレニウムで形成したことを特徴と する請求項１あるいは２に記載の高圧ハロゲン化金属ランプ。 ４．前記電極ロッド（７）の前記第２の部分（７２）を、前記第１の部分（７１ ）よりも厚くしたことを特徴とする請求項３に記載の高圧ハロゲン化金属ラン プ。 ５．前記位置（７３）を境界部分により形成し、この境界部分に渡る点灯中の温 度を２３００乃至１９００Ｋとし、この境界部分では第２の部分（７２）を、 殆どをタングステンで形成したマントル（７７）によって包囲したことを特徴 とする請求項１に記載の高圧ハロゲン化金属ランプ。 ６．前記電極ロッド（７）が第１の部分（７１）、第２の部分（７２）、および 第３の部分（８０）を含み、第２の部分を第２の位置で（８１）で第３の部分 に併合し、この第２の位置をランプの点灯中には約１４００Ｋより低い温度と し、第３の部分を各電流貫通導体（６）に固着したことを特徴とする請求項１ に記載の高圧ハロゲン化金属ランプ。