JP2002203513A - 高圧放電ランプ - Google Patents
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Abstract
したアルミナ発光管(PCA又はサファイア)。 【解決手段】 内部に電極が設けられ、封入物を含有す
るアーク放電容器は、Y2O3、Sc2O3、Dy2O3、T
b2O3又はこれらの混合物を5ppm以上含有すること
を条件として、以下のドーパントを以下の比率(pp
m)で含有するアルミナからなる。MgO:50−15
00;HFO2:100−1500;ZrO2:0−70
0;Y2O3:0−300;Sc2O3:0−1000;D
y2O3:0−1000;Tb2O3:0−1000。
Description
(HID)に関する。さらに具体的には、本発明は、長
寿命化され高速維持性の改良された高圧放電ランプに関
する。
PS)ランプに関しては様々な設計が知られている。こ
れらのランプは典型的には、ナトリウム及び水銀のアマ
ルガムのような混合ガスを封入した石英、多結晶質アル
ミナ(PCA)又は単結晶アルミナ(サファイア)発光
管を有しており、これがアーク放電を形成する。封入材
料のナトリウム及び水銀成分はランプの発光特性に大き
く寄与する。例えば、混合物の比率は発光スペクトルに
影響する。なお、水銀を含まないランプも開発されてお
り、これらも本発明の有益な効果を享受する。
護外管で放電室を囲んでなる。アーク室には、ハロゲン
化物の形態のナトリウム及び希土類(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)のような発光元素、任意
成分として水銀、さらに任意成分としてクリプトン、ア
ルゴン、キセノンなどの希ガスが封入されている。
灯中のアーク室を通してのナトリウムイオンの拡散によ
るメタルハライド封入物のナトリウム分の損失によって
多々制限されることが判明している。さらに具体的に
は、溶融石英やアルミナはナトリウムイオンに対して若
干多孔性で、ランプ点灯中に、高エネルギーナトリウム
イオンがアークプラズマから室壁を通り抜けて、アーク
室とランプの外筒もしく外管の間の領域に凝縮する。こ
うして失われたナトリウムはアーク放電には利用でき
ず、その特徴的発光に寄与できなくなるので、次第に光
量が低下し、色が白色から青色にシフトする。さらに、
アークは細くなり、水平点灯型ランプでは、アークが曲
がってアーク室壁に当たりこれを軟化させることがあ
る。ナトリウムの損失はランプの点灯電圧を安定器でア
ークを維持できない程度まで増大させ、ランプの破損を
招くこともある。
クス(アルミナ中MgO200〜1500ppm)は、
ランプをセラミック発光管の設計空間よりも高い電力で
点灯すると、外側ジャケットを黒化し易いことが確認さ
れている。ガラス外側ジャケットの黒化は、セラミック
アーク室の蒸発並びに反応及び拡散機構による発光管壁
を通してのナトリウム損失と関連付けられている。これ
はランプの発光出力及び有効寿命を制限しかねない。こ
の作用は、環境上の理由から、或いは寿命末期のサイク
ル現象を防ぐために、ナトリウム−水銀添加量を減らさ
なければならない最新の設計で問題となる。
リウムは結晶粒界でアルミナと反応してアルミン酸ナト
リウムを形成する可能性があるが、これは発光管の構造
上の健全性に悪影響を与えて、ランプ寿命を短くする。
演色性を高めて白色発光を与えるため、放電ランプの設
計はアルミナ発光管内の内部ナトリウム分圧をますます
高める傾向にある。しかし、内部ナトリウム圧を高める
と、アーク室からのナトリウム損失率が高まるためラン
プ寿命は短くなる。ナトリウム損失が進むと、それに応
じてランプ点灯電圧が次第に上昇し、それに伴って色温
度及び演色評価数が低下し、白色からピンクへとカラー
シフトする。また、アーク室壁を通過して移動するナト
リウムは、排気されたランプ外管の内壁に堆積して、外
管を褐色に汚し、ひいてはランプの光量がさらに低下さ
せる。
低減すべく、従来、当業者はアーク室を耐ナトリウム拡
散性の材料で被覆することに頼ってきた。拡散の問題を
解決する試みとして、米国特許第4047067号及び
第4017163号に記載の通り、発光管の外面にケイ
酸アルミニウム及びケイ酸チタン層を堆積する方法があ
る。別法として、米国再発行特許第30165号には、
発光管の内面にガラス質金属リン酸塩及びヒ酸塩コーテ
ィングを設けることが開示されている。一方、米国特許
第5032762号には酸化ベリリウムコーティングが
開示されている。
という点では成功しているが、コーティングの施工に伴
う追加の処理工程を必要とする。さらに、ランプの高い
点灯温度及び腐食性であることが多い使用環境によっ
て、コーティングとアーク室基材との付着性が損なわれ
ることがある。さらに、割れ及び/又は剥離を生じて、
石英がナトリウムイオンに露出され、拡散を起こすおそ
れがある。したがって、追加のコーティングを設けずに
ナトリウム拡散を低減できる発光管材料があれば望まし
い。
ルミナ(サファイア)HPSアーク放電ランプの製造が
知られている。米国特許第3026210号(Cobl
e)、同第4150317号(Alaskaら)及び同
第4285732号(Charlesら)には、比較的
純度の高いアルミナ粉体と少量のマグネシアを使用し
て、可視光透過性に優れた高密度アルミナ体を製造する
方法が開示されている。さらに、米国特許第42857
32号には、マグネシアドープアルミナにジルコニア及
びハフニアを加えて、スピネル相の析出の可能性を低減
し、焼結時の異常結晶粒成長を抑制することが示されて
いる。
又は結合の傾向が低減したアルミナ発光管(PCA又は
サファイア)の製造が必要とされている。
態に係る高圧放電ランプについて開示する。このランプ
はセラミック壁をもつ放電容器を備える。放電容器内に
は電極及び封入物が設けられる。放電容器壁を形成する
セラミックは、以下のドーパントを以下の比率(pp
m)で含有するアルミナからなる。 MgO: 50−1500 HFO2: 100−1500 ZrO2: 0−700 Y2O3: 70−300 Sc2O3: 0−1000 Dy2O3: 0−1000 Tb2O3: 0−1000 ただし、Y2O3、Sc2O3、Dy2O3、Tb2O3又はこ
れらの混合物を5ppm以上含有することを条件とす
る。
発明の好ましい実施形態を示すにすぎず、本発明を限定
するものではない。図1は高圧ナトリウムランプ1を示
しており、ランプ1は、透明ガラスの外管3内に配置さ
れた発光管2の高圧アルミナ放電蒸気アーク室を有す
る。発光管2には、加圧下でナトリウムと好ましくは水
銀と好ましくは始動ガスとしてキセノンを含有するアー
ク発生媒体を封入する。キセノン封入ガスは約10〜5
00Torr、好ましくは約200Torrの低温封入
圧力を有する。点灯中、キセノンの圧力は低温封入圧力
の約8倍に増大する。点灯中のナトリウム分圧は30〜
1000Torrであり、効率を高めるため約70〜1
50Torrが好ましい。ニオブリード線4及び5は、
放電室内の封入物7を励起できるように、放電室2内に
設けられた電子放出物質を含有するタングステン電極6
に電気エネルギーを伝達する。封止フリットで、リード
線4及び5をアルミナアーク室2の両端に結合する。封
止はまずリード線4で行われる。リード線5の封止はア
ルミナブッシング貫通アセンブリを用いて行われる。リ
ード線4及び5は、支持部材15及び16並びにステム
17を貫通したインリード線9及び10によってねじ込
み口金8に電気接続される。
4kVの始動電圧パルスが必要とされる。これによって
始動ガスがイオン化され、電流が流れ始め、発光管2内
の温度が上昇して発光管内部のナトリウム及び亜鉛が気
化する。アーク放電はイオン化蒸気によって維持され、
点灯電圧が安定化する。
おり、この反射帯18はアーク室2のランプ口金側端部
の点灯温度を反対側端部よりも高く維持する。その結
果、金属添加剤成分(すなわち、ナトリウム及び水銀)
の非気化部分は点灯中アーク室2の低温端部に存在す
る。ランプ1は、液体ナトリウムと封止フリットとの接
触を防いで、寿命を制限する反応や始動時の整流(高い
安定電流)の可能性をなくすように設計されている。
はナトリウムと始動ガス(好ましくはキセノン)からな
る。金属添加剤を(モノリシックアルミナの隅から)キ
セノン始動ガスと共に導入する。その他使用し得る始動
ガスには、ガス状アーク放電を確立するのに十分な希ガ
スのような任意の非反応性イオン化性ガスがある。
体は当技術分野で公知の手段で製造すればよく、例えば
バインダーとセラミック粉体の混合物をダイプレスして
固体シリンダーとする。或いは、混合物を押出成形又は
射出成形してもよい。一般に、セラミック粉体/バイン
ダー混合物は、75〜98重量%のセラミック粉体と2
〜25重量%の有機バインダーを含む。ただし、混合物
は放電室の形成方法に応じて変更し得る。セラミック粉
体は、純度99.98%以上で表面積約2〜10m2/
gのアルミナ(Al2O3)からなるものとし得る。好ま
しい実施形態では、平均粒度400〜800μmの耐火
性アルミナ粒子と金属粉体粒子と混合すればよい。一般
に、本明細書中で説明するメタライジングに適した自由
流動性アルミニウム粒子は、平均粒度0.3μm、表面
積30m2/g、純度99.98%のα又はγアルミナ
粉体或いはαアルミナとγアルミナの混合物1kgを、
高密度化を促進するとともに結晶粒成長を防ぐための
0.05重量%のマグネシアと共に2リットルの脱イオ
ン水で6時間湿式粉砕することによって得ることができ
る。スラリーを乾燥し、ミクロンメッシュに通し、最後
にロール加工して直径50μm未満の微粒子の大半を凝
集する。こうして造粒した材料を様々なメッシュサイズ
に通して分級し、特定の直径範囲内の最終サイズを得
る。
ナの0.03〜0.2重量%、好ましくは0.05重量
%の量のマグネシアをアルミナ粉体にドープしてもよ
い。バインダーは単独で用いてもよいし、組合せて用い
てもよく、ポリオール類、ポリビニルアルコール類、酢
酸ビニル類、アクリレート類、セルロース類、ポリエス
テル類及びステアレート類などの有機ポリマーが挙げら
れる。
除去して、素焼き品とする。熱分解は、例えば素地を空
気中で室温から加熱することによって実施し得る。
結は、素焼き品と約10〜15℃の露点を有する水素を
加熱することによって実施し得る。典型的には、温度を
室温から約1850℃に上げ、3〜10時間焼結する。
ミック材料の種類を問わず)は以下のドーパントを以下
の比率(ppm)で含有する。 MgO: 50−1500 HFO2: 100−1500 ZrO2: 0−700 Y2O3: 0−300 Sc2O3: 0−1000 Dy2O3: 0−1000 Tb2O3: 0−1000 ただし、Y2O3、Sc2O3、Dy2O3、Tb2O3又はこ
れらの混合物を5ppm以上含有することを条件とす
る。
m以上のZrO2を含む。本発明の特に好ましい形態で
は、イットリウムはアルミナの5ppm以上含まれる。
本発明のさらに好ましい形態では、アルミナ組成物はさ
らにSc2O3>0、Dy2O3>0、Tb2O3>0、2O3
>0の1種類以上を含む。
関して説明してきたが、本発明は、本発明の技術的範囲
及び技術的思想から逸脱しない変更及び修正をすべて包
含する。例えば、本発明は、図1のものと似ていようが
似ていまいが、あらゆる形状の放電室及びあらゆるタイ
プのランプも包含するものである。
Claims (17)
- 【請求項1】 容器内に電極が設けられているとともに
容器内に封入物を有するアーク放電容器であって、Y2
O3、Sc2O3、Dy2O3、Tb2O3又はこれらの混合
物を5ppm以上含有することを条件として、以下のド
ーパントを以下の比率(ppm)で含有するアルミナか
らなるアーク放電容器。 MgO: 50−1500 HFO2: 100−1500 ZrO2: 0−700 Y2O3: 0−300 Sc2O3: 0−1000 Dy2O3: 0−1000 Tb2O3: 0−1000 - 【請求項2】 前記封入物がナトリウムを含む、請求項
1記載のランプ。 - 【請求項3】 前記封入物がさらにキセノンを含む、請
求項2記載のランプ。 - 【請求項4】 前記アルミナが100ppm以上のZr
O2を含有する、請求項1記載のランプ。 - 【請求項5】 前記アルミナがSc2O3>0を含有す
る、請求項1記載のランプ。 - 【請求項6】 前記アルミナがDy2O3>0を含有す
る、請求項1記載のランプ。 - 【請求項7】 前記アルミナがTb2O3>0を含有す
る、請求項1記載のランプ。 - 【請求項8】 前記アルミナがY2O3>0を含有する、
請求項1記載のランプ。 - 【請求項9】 前記アルミナがY2O3、Sc2O3、Dy
2O3、Tb2O3の2種類以上を含有する、請求項1記載
のランプ。 - 【請求項10】 内部に放電空間が形成された容器、 容器を気密封止するエンド部材 、 エンド部材を貫通する電気リード、及びエンド部材を貫
通する電気リードの端部に設けられた電極を備えてなる
高圧ナトリウム蒸気放電ランプであって、 上記放電空間はナトリウムと始動ガスを含み、 上記容器が、Y2O3、Sc2O3、Dy2O3、Tb2O3又
はこれらの混合物を5ppm以上含有することを条件と
して、以下のドーパントを以下の比率(ppm)で含有
するセラミックからなる、ランプ。 MgO: 50−1500 HFO2: 100−1500 ZrO2: 0−700 Y2O3: 0−300 Sc2O3: 0−1000 Dy2O3: 0−1000 Tb2O3: 0−1000 - 【請求項11】 前記アルミナが100ppm以上のZ
rO2を含有する、請求項10記載のランプ。 - 【請求項12】 前記アルミナがSc2O3>0を含有す
る、請求項10記載のランプ。 - 【請求項13】 前記アルミナがDy2O3>0を含有す
る、請求項10記載のランプ。 - 【請求項14】 前記アルミナがTb2O3>0を含有す
る、請求項10記載のランプ。 - 【請求項15】 前記アルミナがY2O3>0を含有す
る、請求項10記載のランプ。 - 【請求項16】 前記アルミナがY2O3、Sc2O3、D
y2O3、Tb2O3の2種類以上を含む、請求項10記載
のランプ。 - 【請求項17】 Y2O3、Sc2O3、Dy2O3、Tb2
O3又はこれらの混合物を5ppm以上含有することを
条件として、以下のドーパントを以下の比率(ppm)
で含有するセラミック材料からなる発光管。 MgO: 50−1500 HFO2: 100−1500 ZrO2: 0−700 Y2O3: 0−300 Sc2O3: 0−1000 Dy2O3: 0−1000 Tb2O3: 0−1000
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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