JP3955637B2 - 高圧放電ランプ - Google Patents

Description

この発明は、気密にシールされているとともにイオン化可能な充填ガスを有している光透過性の放電容器であって、この放電容器内には放電電極が存在し、これら放電電極は、放電容器内に入り込んでいる電流供給体に接続されている当該放電容器と、
気密にシールされ、放電容器をかこむ光透過性の外囲器と、
この外囲器に入り込み、それぞれの前記電流供給体に接続されている電流導体と、
この外囲器内に配置され、酸素化合物を包含する酸素ディスペンサであって、酸素化合物が加熱により分解されると外囲器内に酸素を放出する当該酸素ディスペンサと
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米国特許第４，９１８，３５２号明細書から既知である。
この既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ている際に生じる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。この米国特許明細書よれば、この方法は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している。
この既知のランプは、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、外囲器内でグロー放電を発生させることにより外囲器の気密性を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、前記米国特許明細書で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。
米国特許第４，４９９，３９６号明細書によれば、外囲器の内側表面上の蛍光体被膜が還元されその結果黒くなるのを防止するために、わずかな酸素の存在によりわずかに酸化する充填ガスを外囲器内に存在させるのが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。しかし、このことを防止するために、ランプ製造完了直後に外囲器内に酸素ガスを存在させるのは欠点となる。
それにもかかわらず、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ている。かかる黒化は外囲器に存在する炭化水素に起因するおそれがある。ランプ点灯の初期にはすでに炭化水素が分解して炭素を生じ、この炭素が外囲器および／または放電容器上にブラック（黒化）層として体積する。このブラック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変化が生じるおそれがある。これらの炭素の堆積はランプ点灯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悪影響をおよぼす。それで炭素堆積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。炭化水素はランプの一部、例えばその電流導体上の汚染体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に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熱保存被膜のような被膜をもたらすのに使用されるバインダ（結合剤）、または蛍光体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。炭化水素から発生する炭素は、光の透過を妨げたり発光輝度維持を削減したり、さらにおそらく色変化をひきおこすブラック堆積体を生ぜしめる以外に、蛍光体被膜が存在すればこれを還元し、この被膜を黒化させ、この被膜の効果を低減してしまうおそれがある。
米国イリノイ州のＡＰＬ Engineered Materials社はその会報であるProduct Development Information Bulletin:Metal Halide Lamp Getter, Dec. 1, '89において、多孔質のカバーを有し、２００〜３６０℃の温度で配置される過酸化バリウムのディスクを収容するステンレス鋼のケースがその外囲器内に設けられた金属ハロゲンランプを開示している。ゲッタがその外囲器内をわずかに酸化性雰囲気に保っている。このことは、蛍光体を被覆した外囲器を具えたランプのような、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、放電容器中の放電電圧に悪影響をおよぼす水素を吸着する目的で、米国特許第３，５１９，８６４号明細書で、はじめて提案された。かくして形成されたＢａ（ＯＨ）₂は次に以下の反応式に従って分解するおそれがある。
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。この投与はさらに、前述の諸反応の速度の温度依存性が互いに異なるという事実によりより一層複雑になる。この課題を排除するため、前記のＡＰＬEngineered Materials社の会報において、ランプ内に位置するＢａＯ₂容器は、ＢａＯ₂が２５０℃と３６０℃との間の温度に保持されるようなものでなければならぬと報告されている。ＢａＯ₂は３２５℃よりも低く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点灯位置すなわち水平であるか、垂直であるかまたはそのいずれの中間位置であるかや、ランプハウジングの大きさおよび構成材料のような要因に複雑に依存するために実現させるのがなかなか困難である。
又、ＢａＯ₂の酸素放出速度は５００℃を越える温度でのみ速くなる為、３６０℃の最大許容温度はランプ寿命の初期の酸素の速い放出要求に満足しえないものである。
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。
酸化銀（Ａｇ₂Ｏ）は、高圧放電ランプの外囲器内に存在する炭化水素がおよぼす悪影響を除去するのにかなり有効であることを確かめた。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＋（１／２）Ｏ₂ （Ｖ）
酸素放出は約３００℃の温度で開始される。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。従って、外囲器の気密性を所望通り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、一方、酸化銀は約３４０℃で加速された酸素放出を、約４００℃で極めて高速の酸素放出を呈する。このことは、常温から４００℃の温度まで加熱された試料の重量損失（Δweight％）を時間の関数として示す図５の曲線１から明らかである。４００℃では、Ａｇ₂Ｏの分解が２０分以内に完了する。酸化銀が酸素発生物として作用する比較的広い温度範囲、すなわち約３４０℃から約４００℃の温度範囲が比較的低いレベルにあること明らかである。４００℃およびそれ以上では放出は速くなる。この特性の為に、酸素ディスペンサを装着しうる位置を種々の位置にでき、特に酸素ディスペンサが放電の発生熱により動作されるように、ランプの点灯中に放電により発光する光の通路のかなり外側にすることができる。この場合、光は可視光以外にＵＶ光をも意味するものである。従って、酸素ディスペンサは放電により直接生じるいかなる光をもほとんど遮断する必要がないものである。
約１５０℃から生じるわずかな重量損失は二酸化炭素によるものであり、しかも、わずかではあるが水にもよるものである。図５の曲線２から分かるように、ＢａＯ₂は、４００℃の温度までは、いかなる酸素の放出もほとんどなく、汚染の放出に起因する同程度のわずかな重量損失を呈する。
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、はじめてのランプ点灯開始前の動作段階により酸素を放出しうるという事実によりさらに増大する。この動作段階は外部加熱源で、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酸素ディスペンサを加熱することにより実施できる。
酸化銀の酸素ディスペンサには、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とんど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利点がある。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対し不活性である。
酸素ディスペンサは放電容器の封止部に隣接させて、または例えば放電容器と一直線に、例えば電流導体に装着して位置させることができる。
ディスペンサ中の酸化銀の量は臨界的なものではない。その量はランプの大きさ、その製造処理および外囲器内側の被膜の存在により影響される。各種のランプにとって必要とされるその量は数回の実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為、酸化銀の量が過剰であることにより一般にランプの質を損なうことはない。引用した文献米国特許第４，９１８，３５２号明細書によれば、このことは放電容器内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、その酸素含有量が外囲器の充填ガス（存在する場合）の約０．５〜３．３容積パーセントの範囲内にあるか、または分解時に約５〜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、例えば管状かまたは卵型形状か、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とするか、または単結晶或いは多結晶材料、例えば焼結し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。充填ガスは希ガスを、可能なら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も有することができる。外囲器は排気状態にするかまたはガス例えばＮｅ／Ｎ₂の混合物で充填してもよい。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弧電圧を上昇させるのを避けるため外囲器には水素ゲッタが収容される。
Ａｇ₂Ｏの物理的形態は酸素ディスペンサの性能にとって関係せず、Ａｇ₂Ｏは原理的には数十ｎｍからｍｍまでの大きさの粒子からなる極めて微細な粉末の形態で用いることができる。しかしながら、酸素ディスペンサの製造に関する実際上の理由で、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。
酸素ディスペンサは種々の金属、例えばステンレス鋼、ニッケル、チタニウムから成る容器を有することができる。作業の容易さの理由で、ニッケル鍍金鉄またはニッケルクロム合金を使用するのが好適である。容器はいかなる幾何学的形状でもよく、その例は図面に示してある。
酸素ディスペンサの例においては、容器を金属テープから形成する。このテープを、例えばＵ字状の溝に形成し、この溝内に酸化銀粉末を導入するようにしうる。次に、この溝を、例えば４つの側面で閉ざされたスリーブ（套管）になるように形成し、このスリーブがもとの金属テープの接触したまたは重畳した縁部に長手方向スリットを有し、このスリットが後に酸素の通路となるようにしうる。スリーブはランプに存在さすべき酸化銀の量に依存して所望の長さに切断することができる。この切断操作と同時にまたは後で、この切断により得られた端面で閉鎖されるようにスリーブを圧搾処理することができる。またこの閉鎖は例えば個別の蓋により行うこともできる。
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とを一体化することができる。そこで共通体、例えば金属の共通片がゲッタと酸化銀との双方を保持するようにしうる。酸化銀とゲッタとは例えばその共通体の共通凹所内に存在させることができる。これらは混合物として存在させることもできる。共通体および混合物の使用はゲッタと酸素ディスペンサとの製造コストやランプの組立てコストを低減させる。
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、この放電容器は気密にシール（封止）され、イオン化可能な充填ガスを有している。図１では、タングステンよりなる放電電極２が放電容器内に存在し、これら放電電極は、放電容器１内に入り込んでいる電流供給体３にそれぞれ接続されている。図１では、放電容器１は石英ガラスよりなり、希ガスと、水銀と、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１における放電容器１の端部分７はＺｒＯ₂の熱保存被膜を有している。図１では、硬質ガラスよりなり、気密にシールされている管状で光透過性の外囲器４により放電容器１をかこんでいる。電流導体５は外囲器４に入り込み電流供給体３にそれぞれ接続されている。酸素化合物を包含している図４に示されるような酸素ディスペンサ３０が外囲器４内に配置されており、この酸素ディスペンサは、加熱により酸素化合物が分解されると外囲器４内に酸素を放出する。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１では、Saes ＰＨ／ＳＦ５０（サエスゲッターズグループ社の商品名）のゲッタが使用されている。このゲッタは活性成分としてＺｒ₂Ｎｉを含んでいる。図１では、酸素ディスペンサ３０とゲッタ６とは放電容器と一直線に装着され、電流導体５に溶接されている。外囲器４はキャップ（口金）８に固着され、このキャップの接触子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はランプの点灯中少なくとも３４０℃の温度、図１では約４００℃の温度になる位置に配置されている。従って、図１に示すランプでは、点灯中のランプにより発生される熱により酸素ディスペンサが加熱されると酸素が急速に放出される。
酸素ディスペンサ３０は６０ｍｇのＡｇ₂Ｏが粉末形態で存在する容器３１，３４を有し、この容器は酸素を通す開口を有している。
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に示すランプの変形例として、酸素ディスペンサ３０とゲッタとを一体化し、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いる１つの本体を構成するようにする。他の変形例では、容器３１，３４がゲッタと酸化銀との双方を収容するようにする。さらに他の変形例では、Ｚｒ₂Ｎｉゲッタと酸化銀とを、図１に破線で示すキャリア６′に混合体として存在させた。
図２に示す酸素ディスペンサ１０は円筒状容器１１を具えており、この容器はその頂部に開口を有しており且つ圧縮しないままのあるいは圧縮した粉末１２の形態で酸化銀を収容している。この頂部は、粉末を保持しうるとともにガスを自由に通過させうる素子１３、例えば焼結金属粉末からなるディスク（円板）により閉成されている。酸素ディスペンサ１０をランプ内にしっかり位置決めするためのさせるための支持体１４が容器１１に固着されている。
図３に示す酸素ディスペンサ２０は環状の容器２１を具え、この容器に酸化銀の粉末２２が入れられている。粉末２２は、ガスを自由に通過させうる金属素子２３により容器２１内に保持されている。酸素ディスペンサ２０をランプ内に固定するための支持体２４が容器２１に固着されている。
図４の酸素ディスペンサ３０は、金属箔を冷間成形して得た凹形容器３１を具えている。容器３１はまっ平らな上側縁部３２を有している。容器３１の凹形部分内には酸化銀３３が入れられている。容器３１の上面は、不浸透性の金属箔により構成された保持用素子３４により閉成され、この素子３４は数個所の溶接、例えば点溶接３５、３５′により上側縁部３２に固着されている。この容器は粉末を放出しないが、スリット３６を介して酸素ガスを容易に放出する。図面には、縁部３２と素子３４との間に且つ２つの点溶接間にある１つのスリットのみを示してある。素子３４は酸素ディスペンサ３０をランプ内に固定させるための舌片３７を有している。
図１に示す種類のランプを、あるものは酸素ディスペンサなしで（基準ランプ）、あるものは新規な酸素ディスペンサをそのランプ中への装着工程まで不活性ガス中に保持しておき（ＦＤランプ）、あるものは古い酸素ディスペンサをランプ中への装着に先立って周囲雰囲気中に少なくとも７２時間保持しておき（ＡＤランプ）、あるものは外囲器に故意に油を入れ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入れ且つ新規な酸素ディスペンサを具えるようにして（ＯＦＤランプ）製造した。これらの試験用のランプでは、酸素ディスペンサに１１５ｍｇのＡｇ₂Ｏを包含させた。
これらのランプを点灯させ、点弧後１５分で安定な点灯が得られると（測定時間０）、直ちにこれらランプを測定した。更にこれらランプを安定点灯後１００時間で再び測定した。これらの測定で、輝度（lm）および色度図における色の三角形中の色点のｘ座標を決定した。放電容器の充填ガスには沃化ナトリウムが含まれているので、熱を蓄積するブラック堆積体に起因する放電容器の温度の増大により、放電アーク中のナトリウムの量が増大し、それによってｘ座標はより高くなる。ｘ座標の値が低いということは、ブラック堆積体が存在しないことを表わす。表１には、上述のデータおよび１００時間で計算した輝度（光束）維持率を示し、これは安定点灯開始時（０時間）の光束に対するパーセントとして示してある。

基準ランプの結果とＦＤおよびＡＤランプの結果とを比較することから明らかなように、酸素ディスペンサにより輝度維持率を著しく増大させ、酸素ディスペンサが新規なものであるか古いものであるかにかかわらずさしたる変化がない。炭化水素による悪影響はＯランプに最も顕著に現れている。表１の最終の行から明らかなように、酸素ディスペンサは、故意に油を加えた場合の悪影響を完全に除去できる（ＯＦＤランプ）。酸素ディスペンサを有するランプで最も小さくなる１００時間での色点のｘ座標は熱蓄積被膜の堆積がないことをも示している。
２０００時間の点灯後に外囲器内のガスを分析することから、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を含まないことが分かった。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。
【図面の簡単な説明】
図１はランプの側面図を示す。
図２は酸素ディスペンサの第１の実施例を示す。
図３は酸素ディスペンサの第２の実施例を示す。
図４は酸素ディスペンサの第３の実施例を示す。
図５は酸素ディスペンサによる酸素放出のグラフ線図を示す。」

Claims (7)

1. 気密にシールされているとともにイオン化可能な充填ガスを有している光透過性の放電容器であって、この放電容器内には放電電極が存在し、これら放電電極は、放電容器内に入り込んでいる電流供給体に接続されている当該放電容器と、
   気密にシールされ、放電容器をかこむ光透過性の外囲器と、
   この外囲器に入り込み、それぞれの前記電流供給体に接続されている電流導体と、
   この外囲器内に配置され、酸素化合物を包含する酸素ディスペンサであって、酸素化合物が加熱により分解されると外囲器内に酸素を放出する当該酸素ディスペンサと
   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に記載の高圧放電ランプにおいて、前記酸素ディスペンサは、ランプ点灯時に少なくとも３４０℃の温度となる位置に配置されてい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に記載の高圧放電ランプにおいて、前記外囲器が水素ゲッタを収容していることを特徴とする高圧放電ランプ。
4. 請求項３に記載の高圧放電ランプにおいて、前記水素ゲッタがＺｒ₂Ｎｉを有していることを特徴とする高圧放電ランプ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧放電ランプにおいて、前記酸素ディスペンサは、Ａｇ₂Ｏが粉末形態で入れられている容器を具え、この容器は酸素を通す開口を有してい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に記載の高圧放電ランプにおいて、酸化銀と水素ゲッタとが共通のキャリアにより保持されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
7. 請求項６に記載の高圧放電ランプにおいて、酸化銀が水素ゲッタと混合されて存在していることを特徴とする高圧放電ランプ。

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