JPH027354A - 白熱電球用の改良されたゲッター - 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】 本発明は白熱電球、より詳細にはかかるランプのゲッタ
リング（ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）に関する。

良來立且ｌ 白熱電球の雰囲気中に酸素、二酸化炭素及び／又は水蒸
気が存在すれば、ランプの作動寿命を極めて短いものに
する。水蒸気は、極微量でさえもよく知られた「水サイ
クル」によってタングステンフィラメントコイルの蒸発
を「触媒」するため、特に有害である。

水サイクルでは、タングステンコイルにおける温度は水
蒸気を熱分解して水素及び酸素にする程のものである。

生成した酸素はコイル中のタングステンと反応して揮発
性酸化物を形成し、該酸化物はランプの一層温度の低い
部分に移行して凝縮する。これらの酸化物付着物はガス
状水素で還元されて黒色の金属タングステン及び再生（
ｒｅｆｏｒｍｅｄ）水を生じ、再生水はサイクルを繰り
返させる。

白熱電球内の過剰の酸素によって導入される問題も同様
によく知られている０例えば、タングステン−ハロゲン
サイクルにおいて、酸素はタングステンフィラメントに
作用する主要な原因物質である。この作用はエツチング
、デ′ンドライト成長を生じ得、早期のフィラメント破
損を引き起こすのが普通である。

ごく少量の酸素はランプ内の必要な構成成分として許容
されるのが普通であるが、最後に完成タングステン−ハ
ロゲンカプセル内に終る量は通常極めて変動し得ると認
められており、かつ過剰と考えられるのが常である。こ
の「必要な構成成分」が存在することは、−層長い寿命
のかつ一層ばらつきなく作動するタングステン−ハロゲ
ンランプを製作することに対する主要な障害と長く認め
られてきた。

タングステン−ハロゲンランプにおける酸素の問題に対
し普通用いられている解決法は、過剰の酸素を除いて酸
素がタングステン−ハロゲンサイクルに関与しないよう
にする１種又はそれ以上の化合物をランプ内に導入する
ことである。このような化合物は通常酸素ゲッターと呼
ばれている。

従来、種々の酸素ゲッター及び／又はゲッタリングシス
テムが用いられてきた。例えば、タンタル、ジルコニウ
ム、ニオブ、銅、八ツニウム、チタン、アルミニウム或
はこれらの種々の組合せといった金属ゲッターが酸素ゲ
ッターとして採用されてきた。金属ゲッターをランプ内
のフィラメントマウントの部分に、例えば金属のクリン
プト片の形で装着することができる。これらの金属ゲッ
ターは、また、ランプ内のフィラメントを支持するモリ
ブデンリードに合金として加入させてもよい。

米国特許４，３０５，０１７号は、上述した金属を、パ
ラジウム、白金、金といった貴金属と共に酸素ゲッター
として用いることを記載している。

同米国特許に記載されているような金属フラグは、タン
グステン−ハロゲンランプの内部構造に取付けるのは困
難であり、かつ費用がかかる傾向にある。また白熱電球
に用いられる金属ゲッターの内のいくつかは、ハロゲン
と反応して所望のハロゲンサイクルを停止させることに
なるため、タングステンハロゲンランプ用に応用するこ
とができない。同様に、特殊なゲッター合金を加工する
こともまたタングステン−ハロゲンランプの製造費を相
当に増大させ得る。加えて、所定のランプタイプでは、
ゲッターがランプ内の全範囲の位置にわたって存在する
のが望ましい。このような位置調整は、通常特定の離散
した位置に限られる金属フラグゲッター及び／又は金属
合金ゲッタリングシステムでは不可能である。

白熱電球用の別の普通に用いられている酸素ゲッターは
リンである。酸素のゲッタリングによって形成されるリ
ン酸化物は、タングステン−ハロゲンランプを含む高温
作動中の白熱電球内に見出される低温スポット温度にお
いてさえ、揮発性である。

リンは、例えば赤リン或はＰｓＮｓの適当な溶媒におけ
る懸濁液を浸漬することによってランプ内に、例えばフ
ィラメントマウント及び／又はコイル自体上に付着させ
ることができる。別法として、リンは、赤リンの蒸発コ
ーティングによってフィラメント上に付着させることが
できる。

リンは、またホスフィンガス（ＰＨｓ）として白熱電球
内に導入することができ、ホスフィンガスは点灯（ｌｉ
ｇｈｔ−ｕｐ）時のコイルの熱によって熱分解されてリ
ン及び水素になる。

白熱電球において採用されてきた別の酸素ゲッターは炭
素ゲッターである。炭素ゲッターは水素化炭化水素ガス
の一部として或は−酸化炭素としてランプに導入するこ
とができる。しかし、炭素は、所定のランプタイプでは
フィラメントの寿命に有害な影響を与えるのに加えて、
酸素ゲッター程には予期した通りの働きをしなかった。

なお別の酸素ゲッタリングシステムが米国特許１．９４
１．８２５号に記載されている。この特許は吸水性を有
する種々のガス状フルオリド化合物を用いることを教示
しか・つ特許請求している。フルオリド化合物のリスト
は５ｆＦ４．８Ｆａ、ＡＳＦ３．ＰＦｓ及びこれらの塩
を含む。

新規なゲッタリングシステムは常に開発されている０本
発明はこの分野における別のかかる進歩を表わす。

ゲッターされた酸素が恒久の不揮発形態で結合され、そ
れでゲッターが最も高温の作動ランプにおいてさえ有効
である、本発明のゲッタリングシステムのよりなゲッタ
リングシステムは、明らかに当分野における進歩を表わ
す。

本発明に従えば、白熱電球のゲッタリング方法を提供す
る。その方法は、充填ガス及びシラン化合物或はその部
分ハロゲン化誘導体を含むゲッターを未シールのランプ
エンベロープの中に導入し、ランプエンベロープなシー
ルし、シールしたエンベロープをゲッターを活性化する
程の時間及び温度において加熱することを含む。

本明細書中で用いる通りの「シラン化合物」なる用語は
下記の１式を有する化合物を言う：５ｌａＨ＋ｚａ＋ｚ
＋　　　　　　　　　１（式中、「ａ」はゼロより大き
い整数である）。

特定例は下記を含む＋　ＳｉＬ　（ａｗｌ）　；５ｉｚ
Ｈｓ　（ａ＝２）　；５ｉｓＨａ（ａ・３）；等及びこ
れらの混合物。

本明細書中で用いる通りの［部分ハロゲン化誘導体」な
る用語は１式において、水素の内の１から（２ａ＋１）
までがハロゲン、すなわちＦ、ＣＩ、Ｂｒ及び／又はＩ
によって置換されたそれらの化合物を言う、置換は臭素
によって行うのが好ましい０本発明の方法では、１つの
水素原子が１式の化合物の「部分ハロゲン化誘導体」中
にいつも存在していなければならないことに注意しなけ
ればならない。

本発明のゲッター活性化工程の間、１式のゲッターを「
活性化」する程に加熱する。１式の化合物及びそれらの
部分ハロゲン化誘導体について、ゲッターを「活性化す
る」のに要する温度及び時間は、ゲッターが所望のブッ
クリング機能をなす前にゲッターの分解を引き起こすこ
とになる温度より低く及び時間より短かくしなければな
らないことを見出した。実際、ゲッター化合物の早期分
解を引き起こす程の温度及び／又は加熱時間を用いる場
合に、上述したゲッター組成物は機能することができな
い。

ゲッターの活性化工程の間に、１式のゲッターはシール
したエンベロープ中に存在する酸素、水等といった残留
不純物と反応し、不揮発性二酸化ケイ素及び水素を含む
副生物を形成する。１式のブック−の部分ハロゲン化誘
導体をゲッターとして用いる場合、かかる副生物は更に
ハロゲン化合物、例えば、Ｂｒｚ、ｌａ等を含む。

有利なことに、本発明の方法では、ゲッターは、酸素を
ランプの高い作動温度下で分解（して酸素を遊離）しな
い安定な不揮発形態で、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ−
ａ）のような形態で結合してすべての酸素不純物をエン
ベロープから除く。

本発明を、本発明のその他の及びそれ以上の利点及び可
能性と共に一層良く理解するために、本書に添付する図
面、下記の詳細な説明及び特許請求の範囲の記載を参照
のこと。

１鳳立店１ 本発明は白熱電球の改良されたゲッター方法に関する。

白熱電球は照明分野においてよく知られている。このよ
うなランプは代表的には充填（ｆｉｌｌ）ガスを収容す
る、石英或は硬質ガラスといった密封した光透過性エン
ベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を含む０代表的な充填ガ
スはハロゲン及び不活性ガスを含む、かかる充填ガスは
更に水素を含んでもよい、白熱電球中の充填ガスの主要
な機能はコイルの蒸発を抑制することである。いくつか
のランプでは充填ガスはアークを抑制する追加の二次的
機能を実行してもよい、エンベロープはまたタングステ
ンワイヤ等のフィラメントワイヤを含み、フィラメント
ワイヤは中にシールし及びランプエンベロープの内部及
び外部に伸びるリード線（ｌｅａｄ−ｉｎｗｉｒｅ）に
接続する。該リード線はエンベロープの対抗端部から伸
びてもよく（ダブル−エンドランプ）或はエンベロープ
の同じ端部から伸びてもよい（シングル−エンドランプ
）、かかるランプをさらに外エンベロープ或は放物状レ
フレクタ−及びレンズ内に囲んでもよい。

本方法は充填ガスをランプエンベロープに導入してラン
プをシールした後にランプから残留不純物を除く。この
ようなシール工程は、一般的に当分野において「チッピ
ングオフ」と呼ばれ、白熱電球の加工或は製造における
ルーチンの工程である。

本発明の方法は充填ガス及び１式： ％式％ （式中、「ａ」はゼロより大きい整数である）の化合物
或は該化合物の部分ハロゲン化誘導体を含むゲッターを
、フィラメントワイヤを内部に有し、フィラメントワイ
ヤは中にシールし及びランプエンベロープの内部及び外
部に伸びるリード線に電気的に接続した光透過エンベロ
ープな含む未シールのランプエンベロープに導入するこ
とを含む。

ガス状ゲッターを充填ガスの微（マイナー）成分として
ランプエンベロープに導入するのが好ましい、別法とし
て、充填ガス及びガス状ゲッターを別々にランプに導入
する。

充填ガス及びゲッターをランプエンベロープに導入した
後に、慣用のランプシール技法によってランプをシール
する。

ランプをシールした後に、ゲッターを活性化する程の温
度において及び時間の間ランプを加熱し、それで、ラン
プ内の残留不純物をランプの化学的サイクルに不活性な
或は非有害性の物質に転化させる。

１式のシランゲッターを使用する好ましい一方法は、シ
ランゲッターを充填ガスの微成分として導入することで
ある。ランプをチップオフ、すなわちシールした後に、
３５０℃において５分のベークサイクルを行う、このベ
ークサイクルの間に、シランは、本質的に定量的にラン
プ内のすべての酸素と反応して不揮発性二酸化ケイ素及
び水素を形成する。このベータサイクルの後にランプを
つけた場合、コイルから遊離される全ての酸素は消費さ
れ、残留する過剰のシランは熱分解されて元素ケイ素及
び水素を形成する。ケイ素はランプ或はカプセルの底部
にかすかな褐色の曇った（ｓｍｏｋｙ）付着物（逆転（
ｉｎｖｅｒｔｅｄ）点灯位置とする）を形成する。

タングステン−ハロゲン白熱電球では、シランは充填ガ
ス中のハロゲンと反応して揮発性へロシランを形成する
ことができ、該ハロシランはシラン自体程に酸素をゲッ
ターするのに有効である。

例えば、ＨＢｒを充填成分として収容するランプでは、
モノブロモシランが形成され、シランが化学量論的に過
剰にランプに導入されると仮定する。

本方法において用いるための他の好ましいシランはジシ
ラン（ＳｉＪｓ）、トリシラン（ＳｔｓＨａ）及びテト
ラ゛シラン（Ｓｉ４Ｈ＋。）、並びにそれらの種々のそ
れぞれの部分ハロゲン化誘導体を含む。

適当なゲッター活性化温度は約１００’〜約１０００℃
が好ましく、３００ｓ〜５００℃ノ範囲が最も好ましい
、温度が低い程、促進する吸着水の開放は一層ゆるやか
になり、ゲッターリング反応速度が有意に遅くなる。シ
ランの場合、３５０℃における５分のベーク時間は、下
記に示す通りに、用いて良い結果であった。自動操作の
ランプ処理加工を促進するために、温度を一層高くして
時間を短縮する、例えば５００℃において１分が有利で
ある。最適な活性化時間及び温度は、本明細書中に挙げ
るものの中から使用する特定の化学的ゲッターにより及
び作製する特定のランプ構造に関して変わる。いくつか
のランプは外部加熱によってゆっくり熱くなり、よって
、最適のゲッタリング作用が起きる所定の温度になるの
に一層長い時間を要する内部構造を含有する。

同様に、ゲッタリング添加剤の最適な量はランプの内容
積、充填圧、内部表面積及び使用する特定のゲッターに
依存する。本発明の教示するところに従う有効なゲッタ
リング作用は、ランプ内容積、充填圧及びその他の変数
に応じて、ゲッター添加剤−の濃度範囲的０．００１〜
５容積％にわたって達成することができる。レベルが低
ければ、存在する全ての汚染物と反応する添加剤が十分
に存在し得ない、極めて過剰であれば、ランプ内に元素
ケイ素を形成することによって、望まれない明るさの損
失を促進する。例えば、内側艶消或はスモークド（ｓｍ
ｏｋｅｄ）電球の場合のように、ランプ表面積が増大す
るにつれて、存在する吸着水分の量が相対的に多くなる
ため、ゲッターを一層多く必要とする。ランプ製造の当
業者であれば、挙げた例から、すぐに感心ある特定のラ
ンプについての適当なゲッター添加剤レベルに到達する
ことができる。

本発明の機能をなすと考えられる全く独立した別物質系
統は水素化ホウ素化合物である０元素のホウ素及び水素
は類似していて、共に発火性の揮発性水素化物を形成す
る、すなわち空気と接触して自然発火する。ジボラン（
Ｂ、）１６）　、ジヒドロテトラボラン（Ｂ４）１１゜
）、ペンタボラン（ｓａｎｅ）　、ヘキサボラン（ＢＪ
Ｉ。）、並びにハロゲン誘導体、例えばモノブロモジボ
ロペンタヒドリド（ＢＪｓＢｒ）等の物質は本明細書中
に教示する発明の原理を十分に実行することが予期され
る。実際、これらのホウ素化学物質は、それらの比較熱
化学に基づいて、機能的にシランより優れた働きをする
ことが予期されろ。

しかし、シラン化合物及びそれらの部分ハロゲン化誘導
体は、特に非実験室の生産に建てたランプ製造プラント
において動かすのにそれ程危険でないことから、それら
を使用するのが好ましいかもじれない。ボランは（シラ
ンと対照して）正の生成熱を有し、よって、濃厚な或は
純粋の形で激しく分解し得る不安定な化学物質である。

ボランは、この不安定性に加えて、シランよりも相当に
毒性が高い。例えば、アメリカンコンファランスオブガ
バーンメタンタルインダストリアルハイジエニスツが１
９８４−５に公表した限界値（ＴＬＶ）は、ジボランに
ついて０．１及びシランについて５．０の時間−重量平
均（ＴＷＡ）暴露をリスしている。これらの値は、「通
常８時間の就業日（ｗｏｒｋｄａｙ）及び４０時間の就
業週（ｗｏｒｋｗｅｅｋ）の間、はとんど全ての労働者
が、毎日繰り返し暴露されて、悪い作用のない」空気中
の１００万当りの部を表わす、ＴＷＡの５０倍の差はボ
ランによって作業する場合、相当に高い危険レベルを示
す。それでも、ボラン及びハロボランは白熱電球につい
て極めて有効な酸素ゲッターとして機能することになる
。しかし、製造プロセスに含まれる点灯工程の後の完成
ランプ中にはシランもボランも残留せず、完成ランプを
使用或は取り扱う場合に、毒性の或はその他の危険が存
在しないことは強調されるべきである。

本明細書中に教示するゲッターを、所望ならば他の公知
のゲッター、例えばリンと共に使用し得ることはもち論
である。

特定の例として、５２ワツト、８４ボルトのタングステ
ンハロゲンカプセルを外直径１０ｍｍのアルミノシリケ
ートチュービングから作り、呼称内容積１．１ｃｍ’を
有した。充填ガスを圧力５気圧に導入し、充填ガスは臭
化水素０．１％、窒素２．０％、残りキセノンを含むも
のであった。コイルはワイヤ重さ９．２８　ｍ　ｇ　／
　２００　ｍ　ｍを有する、たるみの無い（ｎｏ−ｓａ
ｇ）タングステンワイヤから巻いたストレートコイルト
コイルのデザインであり、１６．６ルーメン／ワツトの
効力を生じるように巻いた。完成カプセルを１２０ボル
トのＡＣにおける寿命試験のためにコイルと電気的にシ
リーズのダイオードを有する外電球に取付けた。これら
のランプの構造は５ｙｌｖａｎｉａ　Ｃａｐｓｙｌｉｔ
ｅＡ−Ｌｉｎｅランプと同様であった。

１つのカプセル群はゲッターを使用しなかった。第２群
は、窒素中ホスフィンの１％混合物を圧力およそ９２５
ｍｍ水銀において（コイルを電気加熱して）熱分解する
ことによって最終排気する前にカプセル内に形成したリ
ンを含有した。第３群はリンを使用せず、代りに、他の
ガスに加えてシラン０．０８３容積％を含有する充填ガ
スを含むものであった。

ランプをライフラック上でのベースアップ、ベースダウ
ン及び水平姿勢において等しく作動させた。結果を下記
の表■及び第１図にまとめる。

ゲッター　　　５＞１１タ　　　−］と大１タｌゴ取　
　−！ｉＬｊ用−無し　　１８　　２０３８時間　　５
８１−３５６３時間ホスフィン　　　１９　　　　２６
１１　　時間　　　１８５１−３４８４時間シラン　　
　１５　　３１４３時間　　１５］９−４０４１時間第
１図において、カーブａはホスフィンゲッターを用いて
作った対照ランプについてのデータを示し、カーブｂは
本発明に従って作ったランプについてのデータを示す。

この試験では、シランはゲッターの無い場合よりも５４
％及び通常用いられているリンゲッターよりも２０％の
寿命向上を示した。

匠ｌ 第２の試験では、４５ワツト、８４ボルトのタングステ
ンハロゲンカプセルを外直径１２．５ｍｍのアルミノシ
リケートチュービングから作り、呼称容積２．０ｃｍ３
を有した。充填ガスを圧力５気圧に導入、充填ガスは臭
化水素０．１％、窒素２．０％、残りキセノンを含むも
のであった。コイルはワイヤの重さ７．４７ｍｇ／２０
０ｍｍを有するたるみのないタングステンワイヤから巻
いたストレートコイルトコイルのデザインで、１６．５
ルーメン／ワツトの効力を生じるように巻いた。完成カ
プセルをコイルと電気的にシリーズの二極管を有するＰ
ＡＲ−３８ランプ内に取付けた。ランプを１２０ボルト
のＡＣにおいて寿命試験した。

１つのカプセル群は窒素中ホスフィンの１％混合物を９
２５ｍｍ水銀圧においてコイルを電気加熱して熱分解す
ることによって最終排気する前にカプセル中に形成した
リンを含有した。第２のカプセル群は充填ガス中にリン
の代りにシラン０．０８３容積％を使用した。

ランプをライフラック上にのせ、４５゛ベースアツプ、
水平、４５″ベ一スダウンバーニング位置の間で分けた
。結果を下記の表ＩＩ及び第２図に示す。

表１ グツクー　　　２ヱブＩタ　　　−」と主江２デ」危　
　−−一一貫ｎホスフィン　　　２１　　　　　１６１
６　　時間　　　　８２７−２３３３時間シラン　　４
４　　２３５Ｆ１時間　　６３２−４Ｆ＋２７時間第２
図において、カーブＣはホスフィンゲッターを入れた対
照ランプについてのランプ試験結果を示す。カーブｄは
本発明に従って作ったランプについての試験データを示
す。

シランを酸素ゲッターとして用いて、４５％の相当の寿
命向上に至った。

上記の試験結果が明らかに示す通りに、本発明の方法は
、相当に伸びたランプ寿命をもたらすことによって、白
熱電球技術の技術の現状の主要な進歩を表わす。

本発明の方法を用いないで白熱電球にシラン化合物ゲッ
ターを使用した場合、ランプ中の汚染物をゲッターする
前にランプを点灯した際にフィラメントコイルによって
シラン化合物を分解することになる。また、コイル点灯
の前に、カプセルを加熱しないことによって、カプセル
の内部表面上の吸着水は、添加剤をコイルによって分解
する前に開放されて添加剤によってゲッターされない。

その上、高温は、過剰の空気中で極めて活性なジボラン
でさえその迅速及び完全な反応を促進することを必要と
することが知られている。（Ｅｄｗａｒｄｌ、　　Ｓｏ
ｗｉｎｓｋｉ及び　Ｉｒｗｉｎ　）１．５ｕｆｆｅｔ著
、「フエイトオブボルークンツインシュアアンドウォー
ターエンバイアロンメンツ」パート２） 本発明を、好ましい実施態様を含んで詳細に説明した。

当業者であれば、本開示内容を検討して、特許請求の範
囲の記載の精神から逸脱しないで発明の変更及び／又は
改良をなし得ることは認められるものと思う。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、充填ガス並びに下記式： Ｓｉ＿ａＨ＿（＿２＿ａ＿＋＿２＿） （式中、「ａ」は０より大きい整数である）のシラン化
   合物、該シラン化合物の部分ハロゲン化誘導体及びこれ
   らの混合物から成る群より選ぶゲッター化合物をシール
   していないランプエンベロープの中に導入し、ランプエ
   ンベロープをシールし、シールしたエンベロープを十分
   な時間十分な温度において加熱してゲッターを分解させ
   る前にゲッターを活性化する工程を含む白熱電球のゲッ
   ター方法。 ２、「ａ」が１である特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ３、「ａ」が２である特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ４、「ａ」が３である特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ５、「ａ」が４である特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ６、シラン化合物の部分ハロゲン化誘導体が下記式： Ｓｉ＿ａＨ＿［＿（＿２＿ａ＿＋＿２＿）＿−＿ｂ＿］
   Ｘ＿ｂ ［式中、「ｂ」は（２ａ＋１）に等しいか或はそれより
   小さい値を有する整数であり、Ｘは臭素である］ を有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７、シラン化合物の部分ハロゲン化誘導体が下記式： Ｓｉ＿ａＨ＿［＿（＿２＿ａ＿＋＿２＿）＿−＿ｂ＿］
   Ｘ＿ｂ ［式中、「ｂ」は（２ａ＋１）に等しいか或はそれより
   小さい値を有する整数であり、Ｘは塩素である］ を有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８、シラン化合物の部分ハロゲン化誘導体が下記式： Ｓｉ＿ａＨ＿［＿（＿２＿ａ＿＋＿２＿）＿−＿＿］Ｘ
   ＿ｂ ［式中、「ｂ」は（２ａ＋１）に等しいか或はそれより
   小さい値を有する整数であり、Ｘはヨウ素である］ を有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９、シラン化合物の部分ハロゲン化誘導体が下記式： Ｓｉ＿ａＨ＿［＿（＿２＿ａ＿＋＿２＿）＿−＿ｂ＿］
   Ｘ＿ｂ ［式中、「ｂ」は（２ａ＋１）に等しいか或はそれより
   小さい値を有する整数であり、Ｘはフッ素である］ を有する特許請求の範囲第１項記載の方法。