JP4265895B2 - 放電灯及びそのバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯及びそのバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯は、ガラスマントルで包囲された通常は容量の小さい密閉された放電容器で放電が行われることによって発光する。このために、放電容器には、発光金属特にナトリウムを含むガスが充填されている。通常は２個の電極に電圧を印加することによって、放電が行われ、強力な光が出射する。
そのような放電灯の放電容器を他のガラス製のケーシングで包囲することが知られている。例えば、自動車用の放電灯の場合、しばしば長円形である実際の放電容器は、円筒状のガラス管のような他のバルブによって度々包囲される。ガラス管の内壁は、通常、非常に狭く、その結果、放電容器からの距離が部分的に非常に短くなる（例えば、０．２〜１ｍｍ）。部分的には、放電容器と外側バルブとが互いに接触する事態が生じるおそれがある。外側バルブは、通常、放電容器の保持部材に永久的に接続されている。外側バルブの内側において、ガス、通常はエアが充填されている。
【０００３】
放電容器周辺のケーシング（他のバルブ）の機能は、一方では放電容器の熱負荷を緩和することにある。放電容器は、点灯中に高温に到達する。外側バルブの内側に高温領域が形成されるのに起因して、放電容器の領域における温度差は、ケーシングを設けない場合に比べて大きくならない。外側バルブの他の機能は、放電灯の光から紫外放射を頻繁に除去することである。このために、互いに相違する材料をケーシングのガラス材料に添加することによってＵＶの吸収を向上させることが知られている。
【０００４】
米国特許番号第５５４１４７１号において、自動車の照明に適切な放電灯が記載されており、この場合、放電容器を包囲するケーシングは、セリウム、チタン、ユーロピウム及びアルミニウムを添加した石英ガラスから構成され、その結果、可視スペクトルからの光に対して良好な透過性を有するようになるが、紫外光が吸収される。この場合のガラスバルブの形態のケーシングは、放電容器を包囲する。
【０００５】
欧州特許番号第５５８２７０号も、石英ガラスのケーシングを有するランプを記載している。ＵＶ光の吸収を良好に行うために、高純度のケイ砂にＴｉＯ_２及びＣｅＯ_２を添加している。用いられるケイ砂は、不純物として互いに相違する複数の元素を含み、特に、０．５ｐｐｍのアルカリ金属Ｋ及びＬｉ並びに０．６ｐｐｍのアルカリ金属Ｎａを含む。
【０００６】
処理特性に影響を及ぼすためにケーシングのガラスに添加物を加えることも知られている。欧州特許番号第０６０１３９１号において、添加物が加えられたガラスが記載されており、それは、ランプのケーシングボディとして使用されている。石英ガラスは、ガラスの粘性を減少するために、高純度ＳｉＯ_２に加えて、特にアルカリ土類酸化物(earth alkali oxide)及び酸化ホウ素を含む。アルカリ酸化物が高温で蒸発する傾向にあるので、それを少量だけ添加し、好適には全く添加しないことが提案されている。
【０００７】
放電灯の点灯中、ランプの特性が寿命中に一定でないという問題が生じる。点灯の持続時間が増大するに従って、ランプから放出される光の量が減少する。色の変化も観察される。
欧州特許番号第０５８３１２２号は、外側ガラスバルブ及び放電容器を有する放電灯を開示している。寿命中のランプの特性の変化、特に色の変化が原因として、放電容器の雰囲気からのナトリウムの拡散を言及している。このようなイオンの拡散の問題に対策を講じるために、ケイ酸金属がガラス放電容器の内側に設けられている。
【０００８】
米国特許番号第５６３１５２２号は、放電容器を有する放電灯を記載している。放電容器からのナトリウムの拡散を回避するために、放電容器のガラス、すなわち、好適には酸化アルミニウムを組み合わせた２０〜１０００ｐｐｍイットリウム又はセシウムを添加した石英ガラス又は合成酸化ケイ素に対して、特別の組成を提案している。放電容器のガラスにアルカリ金属が存在することによって、拡散が助長されることが示される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、容易かつ廉価に製造できるとともに、寿命中に最も安定した特性を維持する放電灯及びその外側バルブを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
目的は、請求項１および請求項２に記載した放電灯によって達成される。従属項は、本発明の好適例に関連する。
驚くべきことに、放電容器を包囲するケーシングの材料を適切に選択することによって２０００時間の点灯のような長時間に亘る点灯の特性の変化に決定的な影響を及ぼしうることが、明らかになった。これは、特に驚くべきことである。その理由は、外側バルブとも称されるこのケーシングが実際の放電容器に直接接触しないからである。したがって、本発明の利点は、ブロッキング層の塗布のような手の込んだ処理を実際の放電容器に必要としない点である。放電容器を、Ｎａイオンの拡散の問題に対して必要な個別の考慮を行うことなく、通常の要求に従って最適化することができる。好適には、ケーシングを放電容器から所定の距離を以って配置するとともに、放電容器とケーシングとの間に空間を保持する。この空間は密閉され、好適にはエアが充填される。
【００１１】
本発明によれば、ケーシングのガラス材料に、少量のナトリウムが添加される。点灯中、以下の反応が生じると仮定する。実際の放電容器のように、特に、外側バルブが近接する場合、ケーシングが非常に熱くなる。この場合の温度は、６５０℃を超えて上昇する。この状況において、Ｎａの拡散がケーシングの材料から生じ、その結果、これは、放電容器とケーシングとの間の空間に配置される。この濃度は、放電容器からのナトリウムイオンの拡散を緩和する。
【００１２】
本発明によれば、ナトリウムは、ケーシングのガラス材料中、重量に関連して少なくとも１０ｐｐｍの濃度で存在する必要がある。Ｎａ成分の上限は、ガラスに要求される特性、特に、加工性及び温度安定性によって決定される。（放電灯が高温であること及びギャップが小さいことが原因で）外側バルブが６５０℃を超えて熱くなるランプに対して、２０００〜３０００ｐｐｍ未満のＮａ成分が好適である。少なくとも３０ｐｐｍの濃度が特に好適である。
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、非常に低い濃度である（ナトリウムを除く）他のアルカリ金属を含むケーシングの材料を設ける。（Ｎａを除く）アルカリ金属の総量を、最大で２５ｐｐｍとし、好適には１５ｐｐｍ未満とする。本発明の第２の態様によれば、ケーシング（外側バルブ）が作動中に６５０℃より高い温度まで熱くなるランプで、カリウムの濃度を最大で１０ｐｐｍとするが、好適には６ｐｐｍとする。
この背景は、放電容器からのＮａイオンの拡散において推定されるアルカリ金属特にカリウムが果たす役割である。アルカリ金属は、点灯中の高温度のケーシングにおいて蒸発し、内側バルブの表面がＮａ原子によって置換される。したがって、Ｎａイオンの拡散は好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、放電灯１０の側面図である。放電灯１０はソケット１２及びバーナ１４を具える。バーナ１４は、放電容器１６、放電容器端部１８及び外側バルブ２０を具える。放電容器１６及び放電容器端部１８は、単一ピースのガラス体として形成される。放電容器１６の内部空間の電極に接続した導体が放電容器端部１８内に存在する。電極２２に接続した接続部２４に電圧を印加することによって、放電容器１６の内部で放電が発生する。
【００１５】
放電容器１６の周辺には、包囲されたガラスケーシングとして外側バルブ２０が配置される。両端（図１において、外側バルブの前端のみが見えるようにする。）において、ガラス材料から構成された外側バルブ２０は、ソフトな状態で放電容器端部１８に巻き付けられ、その結果、外側バルブ２０と放電容器１６との間に包囲された空間が形成される。この空間にはエアが充填されている。
図１の放電灯１０は、約８ｃｍ長である。バーナの長さは約５ｃｍである。長円形の放電容器１６は、約６ｍｍの最大径を有する。外側バルブ２０の内径は約７ｍｍであり、その結果、放電容器１６は、外側バルブ２０に接触しないが、放電容器端部１８によって機械的に外側バルブ２０に固定される。
アルカリハロゲン化合物（ＮａＪ，ＮａＢｒ）のような発光物質（塩）を含む特定のガスを、放電容器内に充填する。充填物の組成は、放電灯の光量及び発色を決定する。
【００１６】
点灯中、ランプ１０は、電極２２間の放電によって発光する。この状況において、点灯温度が高くなる。特に、放電容器１６のガラス材料は、１０００℃を超えるよう加熱される。外側バルブも６５０℃を超えるよう加熱される。
上記ランプの構造は容易に理解される。上記タイプは別にして、多数の他の設計の放電灯が当業者に知られている。ここに記載したランプの特徴は、放電容器１６を包囲するケーシング（ここでは外側バルブ２０として示した。）の材料にある。
外側バルブ２０は、特定のガラス材料から製造される。これは、特定の添加物を有する石英ガラスである。
このために、互いに相違するガラス材料から構成された外側バルブを有するランプの特性をランプの寿命全体に亘って比較した実験を行った。１５時間及び２０００時間の点灯時間の後に他の一定条件の下で色及び光量の変化を比較した。
結果は、以下の表に要約される。
【００１７】
【表１】

【００１８】
明らかに、リストしたアルカリ金属を添加した高純度ＳｉＯ_２の石英ガラスである材料Ｂを用いると、ランプ特性の予測しうる変化が小さいことが寿命全体に亘って観察される。材料Ｂを用いた場合における光量の損失及び色の変化は、材料Ａを用いた場合に比べて著しく小さい。このことは、（Ｎａを除く）アルカリ金属、特にカリウムの成分の低減に起因し、かつ、放電容器の内側からのＮａイオンの拡散に悪影響を及ぼすナトリウム（本例では６５ｐｐｍ）を少量しか有しない外側バルブ２０の材料のドーピングに起因する。
【００１９】
光量が増大するとともに色変化が減少するので、ランプ間の取替可能性（例えば、事故後のランプの一部の取替）を、従来のランプ（材料Ａ）に比べて更に保証される。
ドーピング材料の対応する濃度を有するガラス材料の製造方法は、当業者に長い間知られている。適切に添加物が加えられたガラス材料（例えば、造粒バイコル(Corning Vycor)）も市販されている。
材料Ｂに対するカリウムの添加量が材料Ａに比べて少ないので、外側バルブの材料が更に硬化するという利点もある。この結果、外側バルブに不純物を堆積した場合、又は外側バルブ２０が放電容器１６に接触した場合、不所望な結晶化が容易に生じない。
【００２０】
本発明を要約すると、放電用の密閉された放電容器及びその放電容器を包囲するガラス製のケーシングを有する放電灯が開示されている。ランプ寿命全体に亘ってできるだけ一定の特性となるように、少なくとも１０ｐｐｍ、好適には３０ｐｐｍの濃度のナトリウムを添加したケーシングのガラス材料を提案する。他の実施の形態によれば、（ナトリウムを除く）他のアルカリ金属が、最大で２５ｐｐｍの濃度で含まれる。驚くべきことには、実際の放電に直接接触しない外側バルブを適切に選択することによって、放電容器からのナトリウムの拡散が減少する。これに加えて、外側バルブの材料は、結晶化しなくなる傾向にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による放電灯の実施の形態の側面図である。

Claims (4)

1. 放電灯（１０）であって、
   放電を行うための密閉された放電容器（１６）と、
   該放電容器（１６）を包囲するガラス製のケーシング（２０）を備え、
   前記ケーシング（２０）のガラス材料に、重量に関連した少なくとも１０ｐｐｍの濃度のナトリウムが添加され、
   前記ケーシング（２０）のガラス材料が、ナトリウムの他に、重量に関連して全体で２５ｐｐｍの最大濃度の他のアルカリ金属を含む、
   ことを特徴とする放電灯。
2. 放電灯（１０）であって、
   放電を行うための密閉された放電容器（１６）と、
   該放電容器（１６）を包囲するガラス製のケーシング（２０）を備え、
   作動時に、前記ケーシング（２０）が６５０℃より高い温度まで熱くなり、
   前記ケーシング（２０）のガラス材料が、重量に関連して１０ないし３０００ｐｐｍの濃度のナトリウムを添加され、
   前記ケーシング（２０）のガラス材料が、重量に関連して１０ｐｐｍの最大濃度のカリウムを含む、
   ことを特徴とする放電灯。
3. 前記ケーシング（２０）のガラス材料が、重量に関連して少なくとも３０ｐｐｍの濃度のナトリウムを含む、
   請求項１に記載の放電灯。
4. 前記ケーシング（２０）のガラス材料が、重量に関連して少なくとも３０ｐｐｍの濃度のナトリウムを含む、
   請求項２に記載の放電灯。

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