JPH01140548A - 水銀メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水銀メタルハライドランプに関するものである
。

〔従来の技術〕

ランプ充填材料として金属ハロゲン化物を含む放電管は
よく知られている。例えば、中程度のアーク長のものは
１日光に極めて類似した演色を提供することを目的とす
る映画製作やステージ照明において、現在広く用いられ
ている。

このようなランプは時としてＨＭＩランプ、即ち、ｈｙ
ｄｒａｒｇｙｒｕｎ＋　（水銀）−中アーク長−ヨウ化
物−ランプと呼ばれている。標準的にはこれらのランプ
は、アルゴン、ネオン、クリプトン又はキセノンのよう
な始動ガス及び、ヨウ化水銀、臭化水銀及び、１又は複
数のジスプロシウム、タリウム。

ホルミウム、セシウム及びナトリウム（特に暖色ランプ
用）のヨウ化物を含んでいる。

このようなランプはその作動中、水銀及び水銀ハロゲン
化物は、その沸点が低い（高い蒸気圧）ために完全に気
化する。高い沸点（低い蒸気圧）のため残留する金属塩
のうち気化するのはごくわずかにすぎない。これらの塩
の分圧は、ランプの最も低温の部分（即ち、「低温箇所
Ｊ）、例えば。

電極の後ろ、及び、水平作動するランプにおける上方に
反ったアークの中心のすぐ下、などに集まる気化しなか
った液体のプールの温度の関数である。

一定のワット数に対して、放電管のサイズ及び形状はさ
まざまな塩の望まれる分圧が得られるように選定される
。これは、ランプの色度及び演色を決定するのがこの分
圧、即ちアークプラズマ内の気化された塩の量であるか
らである。

実際には、ＨＭＩランプは使用中に劣化し、光の損失及
び変色の両方をひき起こす結果となる。

１９７１年３月９日付のＬａｒｓｏｎの米国特許第３，
５６９，７６６号内で論述されているように、この劣化
は、一部にはアーク管の石英上への、電極からのタング
ステンの析出によりひき起こされている。また、例えば
、１９７１年２月２１日付のＭｏｒｉの特許第３，５６
６．１７８号に論述されているように、この劣化は、シ
リカと金属が反応して酸化物を形成する結果、ひき起こ
されることもある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、劣化の原因が認知されているにも拘らず
、このタイプのランプは、今なおこのような劣化に悩ま
されて続けている。ランプの作動中の金属塩の化学反応
損失のため、また、このような金属塩の余剰がなければ
、その分圧の望ましくない減少及び許容不可能な変色が
ひき起こされるため、このような余剰の金属塩を含むア
ーク管の用量設定が必要となる。ランプの石英外被を結
霜させるシリカ金属反応損失及びこれを暗くさせるタン
グステンの析出によっても、ランプはより多くの熱を保
持し、その運転温度が高まることになる。ランプの運転
温度が上昇すると、溶融池（プール）内の余分な金属ハ
ロゲン化物の気化が化学損失を補償するのに必要なもの
以上にまで増大することになる。このより高い温度は、
次に化学損失を増加させ、暴走劣化プロセスがそれに続
く。その結果、温度変化に伴う許容し難い変色及び、照
明装置の光学的性能を劣化させる結霜による石英外被の
不透明さの増大のため、ＨＭＩランプは、一般にまだ作
動可能な状態で廃棄される。

前述のＬａｒｓｏｎの特許で論述されているように、タ
ングステンの析出の問題に対する１つのアプローチは、
ランプ充填材料内の臭化水銀でヨウ化水銀を置換するこ
とであった。臭素は金属臭化物を形成する上で、金属ヨ
ウ化物を形成する際のヨウ素よりさらに活性があり、従
って、ヨウ素がヨウ化タングステンを形成するのと比較
してより積極的にタングステンと反応して臭化タングス
テンを形成する。こうして、アーク管の壁からタングス
テン析出物をより効果的に除去することになる。

ヨウ化水銀に代えて臭化水銀を用いると、タングステン
析出物が減少するが、以下に詳しく論述するような劣化
問題を未然に防ぐことはできない。

充分よく知られているように、金属ハロゲン化物は、ア
ーク内で解離する。然し乍ら、その安定性がより高く、
アーク管の壁の石英と接触する前に金属と再結合する傾
向が臭化物についてはより大きいことから、金属ヨウ化
物に比べ金属臭化物の解離の方が少ない。前述のＭｏｒ
ｉの特許において記述されているように、ハロゲン化物
として臭素とヨウ素の混合物を用いると、アーク管の壁
上の金属の析出は減少し、ランプの寿命は伸びる。

然し乍ら、はとんど全ての余分な金属は臭化物としてで
はなく、ヨウ化物としてプール内に保たれていることか
ら、このような混合は全面的に成功することができなか
った。ヨウ化物は、壁土の金属の析出及びその結果化じ
る暴走劣化を完全に遅延させるほど充分な活性を持たな
いのである。

〔問題点を解決するための手段〕

従って、本発明の目的は、水銀メタルハライドランプに
おける劣化を減少させることにある。

また、本発明のもう一つの目的はより安定性のある演色
を持つ新しい水銀メタルハライドランプを提供すること
にある。

更に、本発明は、より長い寿命をもつ新しい水銀メタル
ハライドランプを提供することをその目的としている。

また、一定のワット数に対してより小さなサイズの新し
い水銀メタルハライドランプを提供することも本発明の
目的である。

更に、本発明の目的は、温度及び／又はワット数の変化
に対する敏感さの少ない新しい水銀メタルハライドラン
プを提供することにある。

また、本発明は、タングステンの析出が比較的少なく、
アーク管の結霜も比較的少ない新しい水銀メタルハライ
ドランプを提供することをその目的としている。

更に、はとんど全てのヨウ化物がランプ作動中に気化す
るような、新しいメタルハライドランプを提供すること
もその目的である。

また、実質的にヨウ化物を含まない新しい水銀メタルハ
ライドランプを提供することもその目的である。

本発明は、更に作動中に余分な金属のプールを。はとん
ど必要としない新しいメタルハライドランプを提供する
ことを目的とする。

上記のような目的を達成するための本発明の構成は、ア
ーク管の中に始動ガス、水銀ハロゲン化物及びヨウ化物
以外の単数又は複数の希土類ハロゲン化物を含有させた
ことを特徴とするものである。

本発明がもつ以上の目的及びその他の数多くの目的及び
利点は、特許請求の範囲ならびに以下の詳述を、添付の
図面を参考にして読むことにより明確なものと思われる
。

ＨＭＩランプにおける最も重大な劣化の問題は。

塩から解離した金属によるアーク管の高温シリカの攻撃
の結果ひき起されるものである。充分知られているよう
に、塩素塩は、臭素塩より安定性が良く、臭素塩はヨウ
素塩より安定している。塩の中のヨウ素の代わりに臭素
（又は塩素）を置換することによりアークプラズマ内に
起こる解離は少なくなり、再結合の可能性は高くなる。

こうして高温シリカに達する金属は少なくなり、結霜反
応は減少する。

塩素塩の比較的低い蒸気圧は、ランプに対して、より高
い運転温度を求めること、また、臭化物の安定性は一般
に適切であることから、ランプ充填材料としては、臭化
物の方が塩化物よりも優れている。然し乍ら、固体相又
は液相での余分な塩について、より低い分圧が望まれる
場合、塩化物が有効である可能性もある。

従来、色を決定する希土類金属は、ヨウ化物としてラン
プ内に導入され、水銀は水銀とヨウ化水銀又は臭化水銀
として導入される。第１図の概略図に示されているよう
に、かかる用量設定の結果、アーク１０内でその化合物
から水銀、ヨウ素、臭素及び希土類が解離した状態で、
蒸気状態のヨウ化水銀、臭化水銀、希土類ヨウ化物及び
希土類臭化物が存在することになる。解離した希土類が
アーク管の壁１２に達する限り、希土類酸化物及び希土
類二酸化珪素の析出物が形成される。

引き続き第１図を参照すると、アーク管の下部、即ちア
ーク１０から最も踵れた「低温箇所」にプール１４が形
成されている。このプール１４にはその沸点が低いこと
から、水銀又は水銀化合物は含まれておらず、化学反応
により失なわれた気化希土類を補充する希土類ヨウ化物
及び臭化物が含まれている。希土類を利用できない場合
には、希土類の分圧は変化し、ランプの色に望ましくな
い変化が起こることになる。

前述のように、アーク管の壁１２上の希土類の反応析出
物１６は壁内の熱をとらえ、ランプの運転温度を上昇さ
せる。この運転温度の上昇は、付加的な希土類ヨウ化物
の気化をひき起こし、希土類の分圧を増大させ、ランプ
の色を変える。

本発明はプール１４内のヨウ化物を実質的に除去するこ
とにより、著しい利点を引き出すことができるようにす
る。幾何形状が許す場合、ヨウ化物は、その代りに希土
類臭化物及び臭化水銀を置換することによって、ランプ
から除去される。このようなランプによると、希土類臭
化物の安定が希土類ヨウ化物に比べ高いため、希土類の
再結合はより大きくなり、解離は比較的少ないことから
、アーク管の壁の結霜は軽減される。

アーク管の壁と希土類の反応による結霜は、たとえあっ
てもごくわずかであるため、化学的損失は劇的に減るか
或いは除去され、プール１４内の余分な希土類に対する
必要性も劇的に減るか或いは除去される。

また、たとえあっても結霜はごくわずかなものであるた
めに、ランプの温度はより定常となり、付加的な気化も
より少なく、希土類の分圧はより定常であり、その結果
変色もより少ない。

プール１４内にヨウ化物が無いことによるもう一つの利
点は１時間の経過につれてのランプの運転温度の増加に
対して講じる必要のある措百が比較的少なくてすむとい
うことである。ランプからヨウ化物を完全に除去するこ
とにより、高い管壁の負荷に対してランプを設計するこ
とができるようになる。こうして、第２図及び第３図に
示されているように、著しくコンパクトなランプが可能
となる。

第２図においては、従来の１２００ワツトのＨＭＩラン
プの実物寸法が同じワット数のブロマイド（臭化物）ラ
ンプと比較されている。第３図においては、従来の５７
５ワツトのＨＭＩランプが１２００ワツトのブロマイド
ランプと比較されている。こうして、一定の与えられた
取付具内でより高いワット数のランプを使用する、又は
、同じ照度に達するのにより小さい取付具を使用するこ
とが可能となる。

臭化物の揮発度が比較的低いため、一定の幾何形状にお
いて、全臭化物（ブロマイド）ランプがあまりにも高す
ぎる色温度を生成する場合、より揮発性の高いヨウ化物
を希土類ヨウ化物としてではなく、ヨウ化水銀として付
加することもできる。

付加されるヨウ化物の量を、望ましい色を得るのに蒸気
段階で必要とされる量↓こ制御ＩＪＦすることによって
、ランプの運転温度の上昇に伴って気化する希土類ヨウ
化物は、第１図のプール１４内にほぼ全く無くなること
になる。温度の上昇に対するランプの色の応答は、こう
して、プール１４内の臭化物の関数として変化し続ける
。プール】４内に余分の臭化物が全くない点まで運転温
度が達したならば、それ以上の色変化は起こらない。

以前からあるすべての臭化物ランプにヨウ化水銀として
ヨウ化物を付加することによるもう一つの利点は、そう
することによって、一定の色及び幾何形状を持つランプ
のワット数を増大させることができるということである
。ヨウ化水銀の付加は一定の幾何形状で一定の色でラン
プを作動させるのに必要なワット数を減少し、こうして
、全て同じ取付具で使用でき、全て同じ色を与えるラン
プの用量設定に応じて著しく異なるワット数の複数のラ
ンプを得ることができるようになる。

等優性範囲を遵守するならば、特許請求の範囲に規定さ
れているような本発明の意図ら逸脱することなく、上述
の実施例に対し数多くの修正を加えることかで゛きると
いうことはメタルハライドランプ技術の熟練者には明白
であると思われる。

尚５本発明の実施態様について示せば、次の通りである
。

１　始動ガス、水銀、単数又は複数の希土類及び単数又
は複数のハロゲンを含み、ランプにはその作動中、気化
されていないヨウ素又はヨウ化物が実質的にほとんど含
まれていない水銀メタルハライドランプ。

２　全ての反応性金属を臭化物又は塩化物に変換した後
、余分の臭化水銀を有する水銀メタルハライドランプ。

３　実質的に始動ガス、臭化金属、及び、単数又は複数
の水銀、臭化水銀及びヨウ化水銀から成るランプ充填材
料を有する水銀メタルハライドランプ。

４　前記水銀が臭化水銀及び水銀そのものとして存在す
る上記３に記載のランプ。

５　充填材料が主としてヨウ化物及び水銀ハロゲン化物
以外の金属ハロゲン化物から成る水銀メタルハライドラ
ンプ。

６　前記金属ハロゲン化物が希土類ハロゲン化物である
上記５に記載のランプ。

７　前記水銀ハロゲン化物がヨウ化物である上記５に記
載のランプ。

８　前記水銀ハロゲン化物が臭化物である上記５に記載
のランプ。

９　充填材料としてヨウ化物を実質的に含んでいない水
銀メタルハライドランプ。

１０　　希土類金属ヨウ化物を希土類金属臭化物と置換
して、アーク内で解にされた臭素と再結合する前に、ラ
ンプ電極からのタングステンが石英外被に達する確率を
減少させる段階を含む水銀メタルハライドライブのタン
グステン析出物の遅延方法。

１１　　アークプラズマ内の反応性金属ハロゲン化物の
安定性を増大させることによりアーク放電管の壁の高温
シリカとランプ充填材料の反応性金属の接触を減少させ
る段階を含む水銀メタルハライドランプの劣化を軽減す
る方法。

１２　　前記余分の水銀臭化物を与えることにより安定
性が増大させられる上記１１に記載の方法。

１３　　実質的にヨウ化物を除去することにより安定性
が増大させられる上記１１項に記載の方法。

１４　　ランプ充填材料からヨウ化物を実質的に除外す
ることにより水銀メタルハライドランプの色彩安定性を
増大させる方法。

１５　　ランプの作動中固体相又は液相でのヨウ化物を
ほとんど除去することにより水銀メタルハライドランプ
の温度安定性を増大させる方法。

１６　　ランプ充填材料内の金属ヨウ化物に代えて金属
臭化物と置換することにより水銀メタルハライドランプ
の寸法を縮小する方法。

１７　　以下の段階により水銀メタルハライドランプの
演色を測定する方法； ａ）余分の金属臭化物を与える段階。

ｂ）望ましい演色を達成するため充分なヨウ化水銀を付
加する段階。

１８　　以下の段階を含む同一サイズ及び同一演色の複
数ワット数ランプを提供する方法； ａ）予め定められた幾何形状のランプを提供する段階。

ｂ）ヨウ化物以外の金属ハロゲン化物を予め定められた
量付加する段階。

Ｃ）意図されるワット数での望ましい色温度を提供する
よう選定された量で水銀ハロゲン化物を付加する段階。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＨＭＩランプの垂直断面概略図、第２図
は同一ワット数での本発明の水銀メタルハライドランプ
と従来のＨＭＩランプのサイズ比較図、第３図はほぼ同
じサイズの本発明の水銀メタルハライドランプと従来の
ＨＭＩランプのワット数比較図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アーク管の中に始動ガス、水銀ハロゲン化物及びヨ
   ウ化物以外の単数又は複数の希土類ハロゲン化物を含有
   させたことを特徴とする水銀メタルハライドランプ。 ２　前記水銀ハロゲン化物がヨウ化物以外のハロゲン化
   物である特許請求の範囲第１項記載の水銀メタルハライ
   ドランプ。　、 ３　前記水銀ハロゲン化物が臭化水銀である特許請求の
   範囲第１項記載の水銀メタルハライドランプ。 ４　前記希土類ハロゲン化物が臭化希土類である特許請
   求の範囲第１項記載の水銀メタルハライドランプ。