JPH0648765A - 紫外線吸収性のガラス質材料およびランプ - Google Patents
紫外線吸収性のガラス質材料およびランプInfo
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- JPH0648765A JPH0648765A JP5121013A JP12101393A JPH0648765A JP H0648765 A JPH0648765 A JP H0648765A JP 5121013 A JP5121013 A JP 5121013A JP 12101393 A JP12101393 A JP 12101393A JP H0648765 A JPH0648765 A JP H0648765A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 可視光線を透過しながら紫外線を効果的に吸
収する材料を提供する。 【構成】 かかる材料は酸化ユウロピウム、二酸化チタ
ンおよび酸化セリウムを含有する融解石英であり、その
用途としては、紫外線および可視光線の両方を放射する
ハロゲン白熱電球およびメタルハライドアーク放電ラン
プ用の管球およびシュラウドが挙げられる。
収する材料を提供する。 【構成】 かかる材料は酸化ユウロピウム、二酸化チタ
ンおよび酸化セリウムを含有する融解石英であり、その
用途としては、紫外線および可視光線の両方を放射する
ハロゲン白熱電球およびメタルハライドアーク放電ラン
プ用の管球およびシュラウドが挙げられる。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、紫外線吸収性の融解石英およ
びランプにおけるそれの用途に関するものである。更に
詳しく言えば本発明は、紫外線を吸収するために酸化ユ
ウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加し
た融解石英、並びに紫外線および可視光線の両方を放射
する光源を有するランプ用の管球およびシュラウドとし
てのそれの用途に関する。
びランプにおけるそれの用途に関するものである。更に
詳しく言えば本発明は、紫外線を吸収するために酸化ユ
ウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加し
た融解石英、並びに紫外線および可視光線の両方を放射
する光源を有するランプ用の管球およびシュラウドとし
てのそれの用途に関する。
【０００２】
【発明の背景】融解石英（または溶融シリカ）は、可視
光に対して優れた透過性を有しかつ約１１００℃までの
高い動作温度に耐え得るため、アーク放電ランプやハロ
ゲン白熱電球のごとき高光度ランプ用の光透過性ガラス
質管球として使用されている。ほとんど全てのアーク放
電ランプおよび多くの高光度フィラメントランプ（たと
えば、タングステンハロゲンランプ）は、紫外線（Ｕ
Ｖ）を放射する。かかる紫外線は人間の目や皮膚にとっ
て有害であるばかりでなく、織物、プラスチックおよび
塗料の退色を引起こし、またランプ器具やレンズとして
使用される多くの種類のプラスチックの黄変および（ま
たは）曇りを引起こす。融解石英は優れた紫外線透過材
料であり、従って融解石英製のランプ管球内に封入され
たアークまたはフィラメント光源から放射される紫外線
に対していかなる遮蔽も及ぼすことがない。その結果、
紫外線および可視光線の両方を放射する光源を融解石英
製の管球内に封入して成るランプに関しては、管球自体
が光源から放射される紫外線を吸収するように紫外線吸
収物質（いわゆるドーパント）の添加された融解石英か
ら成る管球が開発された。過去におけるこのような努力
の実例は、米国特許第２８９５８３９、３１４８３０
０、３８４８１５２、４３０７３１５および４３６１７
７９号の明細書中に開示されている。とは言え、ランプ
の動作時において５００℃より高い温度に達するランプ
管球として有用であり、しかも３８０〜７５０nmの波長
範囲内の可視光線を僅かしか吸収することなしに２００
〜３８０nmの波長範囲内の紫外線を吸収するようなガラ
ス質材料は今なお要望されている。また、かかる材料は
無色の均質なガラス質材料であると共に、含有されるド
ーパントはアーク放電ランプおよびハロゲン白熱電球内
に存在する金属ハロゲン化物やその他の化学物質とラン
プ管球との化学反応を抑制もしくは回避するような種類
および量のものであることが必要である。更にまた、５
００℃を越える温度下における材料の使用可能性がドー
パントによって損われてもならないのであって、さもな
いとかかる材料は高温のランプ用として役に立たなくな
る。
光に対して優れた透過性を有しかつ約１１００℃までの
高い動作温度に耐え得るため、アーク放電ランプやハロ
ゲン白熱電球のごとき高光度ランプ用の光透過性ガラス
質管球として使用されている。ほとんど全てのアーク放
電ランプおよび多くの高光度フィラメントランプ（たと
えば、タングステンハロゲンランプ）は、紫外線（Ｕ
Ｖ）を放射する。かかる紫外線は人間の目や皮膚にとっ
て有害であるばかりでなく、織物、プラスチックおよび
塗料の退色を引起こし、またランプ器具やレンズとして
使用される多くの種類のプラスチックの黄変および（ま
たは）曇りを引起こす。融解石英は優れた紫外線透過材
料であり、従って融解石英製のランプ管球内に封入され
たアークまたはフィラメント光源から放射される紫外線
に対していかなる遮蔽も及ぼすことがない。その結果、
紫外線および可視光線の両方を放射する光源を融解石英
製の管球内に封入して成るランプに関しては、管球自体
が光源から放射される紫外線を吸収するように紫外線吸
収物質（いわゆるドーパント）の添加された融解石英か
ら成る管球が開発された。過去におけるこのような努力
の実例は、米国特許第２８９５８３９、３１４８３０
０、３８４８１５２、４３０７３１５および４３６１７
７９号の明細書中に開示されている。とは言え、ランプ
の動作時において５００℃より高い温度に達するランプ
管球として有用であり、しかも３８０〜７５０nmの波長
範囲内の可視光線を僅かしか吸収することなしに２００
〜３８０nmの波長範囲内の紫外線を吸収するようなガラ
ス質材料は今なお要望されている。また、かかる材料は
無色の均質なガラス質材料であると共に、含有されるド
ーパントはアーク放電ランプおよびハロゲン白熱電球内
に存在する金属ハロゲン化物やその他の化学物質とラン
プ管球との化学反応を抑制もしくは回避するような種類
および量のものであることが必要である。更にまた、５
００℃を越える温度下における材料の使用可能性がドー
パントによって損われてもならないのであって、さもな
いとかかる材料は高温のランプ用として役に立たなくな
る。
【０００３】
【発明の概要】ユウロピウム、チタンおよびセリウムの
酸化物を含有する融解石英は５００℃を越える温度下に
おいても可視光線を透過しながら紫外線を効果的に吸収
することが見出された。ユウロピウム、チタンおよびセ
リウムの酸化物の組合せは、(1) 各元素の酸化物を単独
で使用した場合、あるいは(2) チタンおよびセリウムの
酸化物を併用した場合よりも優れた紫外線吸収をもたら
す。かかる材料は、アーク放電ランプおよび白熱電球用
の管球およびシュラウドとして有用である。それ故、本
発明のもう１つの側面に従えば、紫外線および可視光線
の両方を放射する光源とそれを包囲する管球とから成っ
ていて、該管球が紫外線吸収用ドーパントとしてユウロ
ピウム、チタンおよびセリウムの酸化物を含有する紫外
線吸収性かつ可視光線透過性の融解石英管球であるよう
なランプが提供される。上記の光源は（電極型または無
電極型の）アーク放電管であってもよいし、あるいは白
熱したフィラメントであってもよい。ここで言う「融解
石英」とは、少なくとも９６重量％好ましくは少なくと
も９９重量％のＳｉＯ2 含量を有する光透過性のガラス
質材料を意味する。
酸化物を含有する融解石英は５００℃を越える温度下に
おいても可視光線を透過しながら紫外線を効果的に吸収
することが見出された。ユウロピウム、チタンおよびセ
リウムの酸化物の組合せは、(1) 各元素の酸化物を単独
で使用した場合、あるいは(2) チタンおよびセリウムの
酸化物を併用した場合よりも優れた紫外線吸収をもたら
す。かかる材料は、アーク放電ランプおよび白熱電球用
の管球およびシュラウドとして有用である。それ故、本
発明のもう１つの側面に従えば、紫外線および可視光線
の両方を放射する光源とそれを包囲する管球とから成っ
ていて、該管球が紫外線吸収用ドーパントとしてユウロ
ピウム、チタンおよびセリウムの酸化物を含有する紫外
線吸収性かつ可視光線透過性の融解石英管球であるよう
なランプが提供される。上記の光源は（電極型または無
電極型の）アーク放電管であってもよいし、あるいは白
熱したフィラメントであってもよい。ここで言う「融解
石英」とは、少なくとも９６重量％好ましくは少なくと
も９９重量％のＳｉＯ2 含量を有する光透過性のガラス
質材料を意味する。
【０００４】
【詳しい説明】上記の通り、ここで言う「融解石英」と
は、少なくとも９６重量％好ましくは少なくとも９９重
量％のＳｉＯ2 含量を有する光透過性のガラス質材料を
意味する。かかる定義によれば、この用語は天然ケイ砂
および合成シリカ（たとえば、光学用素材や光ファイバ
ーを製造するために使用される火炎熱分解法によって得
られたもの）を溶融することによって製造されたバイコ
ールガラスおよび石英ガラスを含んでいる。紫外線吸収
剤として酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セ
リウムを含有する融解石英は、試薬用の酸化ユウロピウ
ム（Ｅｕ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）および二
酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）の粉末をアセトン中に分散さ
せて成るスラリーを適当量の高純度天然ケイ砂と混合す
ることによって製造された。無添加の融解石英および紫
外線吸収剤を添加した融解石英を製造するために使用さ
れたケイ砂中における典型的な不純物レベルは、下記表
中に示される通りである。
は、少なくとも９６重量％好ましくは少なくとも９９重
量％のＳｉＯ2 含量を有する光透過性のガラス質材料を
意味する。かかる定義によれば、この用語は天然ケイ砂
および合成シリカ（たとえば、光学用素材や光ファイバ
ーを製造するために使用される火炎熱分解法によって得
られたもの）を溶融することによって製造されたバイコ
ールガラスおよび石英ガラスを含んでいる。紫外線吸収
剤として酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セ
リウムを含有する融解石英は、試薬用の酸化ユウロピウ
ム（Ｅｕ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）および二
酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）の粉末をアセトン中に分散さ
せて成るスラリーを適当量の高純度天然ケイ砂と混合す
ることによって製造された。無添加の融解石英および紫
外線吸収剤を添加した融解石英を製造するために使用さ
れたケイ砂中における典型的な不純物レベルは、下記表
中に示される通りである。
【０００５】 不純物元素 濃度（重量によるppm ） Ａｌ １４．６ Ｃａ ０．４ Ｃｕ ＜０．０５ Ｆｅ ０．２ Ｋ ０．５ Ｌｉ ０．５ Ｍｇ ＜０．１ Ｍｎ ＜０．０３ Ｎａ ０．６ Ｔｉ １．１ Ｚｒ ０．５ 上記のごとき不純物レベルを有しかつランプ管球を製造
するために有用な管状を成す無添加の融解石英は、アメ
リカ合衆国オハイオ州クリーブランド市所在のジーイー
・ライティング(GE Lighting) 社からＧＥ２１４フュー
ズド・クォーツ(GE214 Fused Quartz)として入手するこ
とができる。
するために有用な管状を成す無添加の融解石英は、アメ
リカ合衆国オハイオ州クリーブランド市所在のジーイー
・ライティング(GE Lighting) 社からＧＥ２１４フュー
ズド・クォーツ(GE214 Fused Quartz)として入手するこ
とができる。
【０００６】紫外線吸収性の融解石英の製造に当って
は、高純度の天然ケイ砂、Ｅｕ2 Ｏ3、ＴｉＯ2 および
ＣｅＯ2 を均質になるまで摩砕し、次いで得られた乾燥
粉末を水素雰囲気下において２０００℃で２時間にわた
り溶融することにより、紫外線吸収剤の添加された融解
石英のバッチが製造された。また、ケイ砂、ＴｉＯ2 お
よびＣｅＯ2 から成る別のバッチも製造された。こうし
て得られた２種の融解石英は、それの全重量を基準とす
る重量百万分率(wppm)で表わされた下記のごとき量のユ
ウロピウム、チタンおよびセリウムを含有していた。測
定結果は元素としてのユウロピウム、チタンおよびセリ
ウムの存在量に依存するけれども、融解石英中において
は、それらの元素はそれぞれ酸化ユウロピウム、二酸化
チタンおよび酸化セリウムとして存在している。
は、高純度の天然ケイ砂、Ｅｕ2 Ｏ3、ＴｉＯ2 および
ＣｅＯ2 を均質になるまで摩砕し、次いで得られた乾燥
粉末を水素雰囲気下において２０００℃で２時間にわた
り溶融することにより、紫外線吸収剤の添加された融解
石英のバッチが製造された。また、ケイ砂、ＴｉＯ2 お
よびＣｅＯ2 から成る別のバッチも製造された。こうし
て得られた２種の融解石英は、それの全重量を基準とす
る重量百万分率(wppm)で表わされた下記のごとき量のユ
ウロピウム、チタンおよびセリウムを含有していた。測
定結果は元素としてのユウロピウム、チタンおよびセリ
ウムの存在量に依存するけれども、融解石英中において
は、それらの元素はそれぞれ酸化ユウロピウム、二酸化
チタンおよび酸化セリウムとして存在している。
【０００７】 バッチ ユウロピウムの量 チタンの量 セリウムの量 Ａ ５００ ４０００ Ｂ ５００ ５００ ４０００ バッチＡは、図３および４に示された構造を有するメタ
ルハライドアーク放電ランプ用の管球およびシュラウド
として使用された。また、バッチＢはシュラウドとして
使用された。
ルハライドアーク放電ランプ用の管球およびシュラウド
として使用された。また、バッチＢはシュラウドとして
使用された。
【０００８】融解石英中に存在する酸化ユウロピウム、
二酸化チタンおよび酸化セリウムの合計量は、２つの要
因によって制限される。第１の要因はランプ管球の内部
に封入された雰囲気または封入物と融解石英中に存在す
るユウロピウム、チタンおよびセリウムとの化学反応性
であり、また第２の要因はランプの動作時に融解石英が
到達する温度である。前者の場合、ランプ管球との反応
は色の変化、光度の低下、ランプ寿命の短縮、および失
透を引起こすことがある。後者の場合、ドーパントの量
を増加させると、失透、ゆがみやたるみ、および融解が
起こるために融解石英の有効使用温度が低下することに
なる。本発明の紫外線吸収性融解石英を製造するために
使用される酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化
セリウムの最適量は、個々の場合に応じて実施者が決定
する必要がある。実例を挙げれば、融解石英中における
ユウロピウム、チタンおよびセリウムの合計量は(1) ラ
ンプ動作時に融解石英が約１１００℃の温度に達するな
らば０．３重量％を越えてはならず、また(2) 約８００
℃に達するならば０．５重量％を越えてはならない。ま
た、融解石英中におけるチタンの原子価が＋２ではなく
＋４であることも重要である。チタンの原子価が＋４よ
り小さいと（すなわち、ＴｉＯ中におけるように＋２で
あると）、融解石英は光透過性を示す透明なものではな
く黒色のものとなる。ＴｉＯ2 の量に関する上限は、融
解石英製造方法に多少依存する。紫外線吸収剤を添加し
た融解石英を水素還元雰囲気中において製造する場合に
は、５００wppmを越える量（すなわち、１０００wppm）
のチタンは融解石英の黒化をもたらすことが判明してい
る。使用する酸化セリウムは、Ｃｅ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 ま
たはそれらの混合物であればよい。最後に、酸化ユウロ
ピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウムの全部または
一部を、アルコキシドのごとき有機金属化合物、ゾルま
たはゲル、あるいはハロゲン化物の中から選ばれた１種
以上の前駆物質によって置換することもできる。
二酸化チタンおよび酸化セリウムの合計量は、２つの要
因によって制限される。第１の要因はランプ管球の内部
に封入された雰囲気または封入物と融解石英中に存在す
るユウロピウム、チタンおよびセリウムとの化学反応性
であり、また第２の要因はランプの動作時に融解石英が
到達する温度である。前者の場合、ランプ管球との反応
は色の変化、光度の低下、ランプ寿命の短縮、および失
透を引起こすことがある。後者の場合、ドーパントの量
を増加させると、失透、ゆがみやたるみ、および融解が
起こるために融解石英の有効使用温度が低下することに
なる。本発明の紫外線吸収性融解石英を製造するために
使用される酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化
セリウムの最適量は、個々の場合に応じて実施者が決定
する必要がある。実例を挙げれば、融解石英中における
ユウロピウム、チタンおよびセリウムの合計量は(1) ラ
ンプ動作時に融解石英が約１１００℃の温度に達するな
らば０．３重量％を越えてはならず、また(2) 約８００
℃に達するならば０．５重量％を越えてはならない。ま
た、融解石英中におけるチタンの原子価が＋２ではなく
＋４であることも重要である。チタンの原子価が＋４よ
り小さいと（すなわち、ＴｉＯ中におけるように＋２で
あると）、融解石英は光透過性を示す透明なものではな
く黒色のものとなる。ＴｉＯ2 の量に関する上限は、融
解石英製造方法に多少依存する。紫外線吸収剤を添加し
た融解石英を水素還元雰囲気中において製造する場合に
は、５００wppmを越える量（すなわち、１０００wppm）
のチタンは融解石英の黒化をもたらすことが判明してい
る。使用する酸化セリウムは、Ｃｅ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 ま
たはそれらの混合物であればよい。最後に、酸化ユウロ
ピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウムの全部または
一部を、アルコキシドのごとき有機金属化合物、ゾルま
たはゲル、あるいはハロゲン化物の中から選ばれた１種
以上の前駆物質によって置換することもできる。
【０００９】図１には、パーキンス・アンド・エルマー
(Perkins & Elmer) λ９型ＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲデュア
ル・ビーム・スペクトロメーターを用いて肉厚０．７mm
の３種の融解石英管を５０cmの距離で測定することによ
って得られた２２０〜８００nmの波長範囲内の紫外線お
よび可視光線透過スペクトルが示されている。３種の融
解石英管は、(1) 無添加の融解石英、(2) ５００wppmの
チタンおよび４０００wppmのセリウムを添加した融解石
英、並びに(3) ５００wppmのユウロピウム、５００wppm
のチタンおよび４０００wppmのセリウムを添加した融解
石英からそれぞれ成っていた。これら３種の材料に関す
る曲線は、図１中においてそれぞれＱ、ＡおよびＢとし
て示されている。融解石英中においては、上記に説明さ
れた通り、ユウロピウム、チタンおよびセリウムはそれ
ぞれ酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウ
ムとして存在している。融解石英管は１７mmの内径を有
するものであったが、長手方向に沿って半分に切断して
から測定を行った。本発明に従って３種の紫外線吸収剤
を添加した融解石英（曲線Ｂ）を使用すれば、紫外線透
過率の実質的な低下が得られることは明らかである。
(Perkins & Elmer) λ９型ＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲデュア
ル・ビーム・スペクトロメーターを用いて肉厚０．７mm
の３種の融解石英管を５０cmの距離で測定することによ
って得られた２２０〜８００nmの波長範囲内の紫外線お
よび可視光線透過スペクトルが示されている。３種の融
解石英管は、(1) 無添加の融解石英、(2) ５００wppmの
チタンおよび４０００wppmのセリウムを添加した融解石
英、並びに(3) ５００wppmのユウロピウム、５００wppm
のチタンおよび４０００wppmのセリウムを添加した融解
石英からそれぞれ成っていた。これら３種の材料に関す
る曲線は、図１中においてそれぞれＱ、ＡおよびＢとし
て示されている。融解石英中においては、上記に説明さ
れた通り、ユウロピウム、チタンおよびセリウムはそれ
ぞれ酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウ
ムとして存在している。融解石英管は１７mmの内径を有
するものであったが、長手方向に沿って半分に切断して
から測定を行った。本発明に従って３種の紫外線吸収剤
を添加した融解石英（曲線Ｂ）を使用すれば、紫外線透
過率の実質的な低下が得られることは明らかである。
【００１０】図２には、３種の直流動作式３５ワットメ
タルハライドアーク放電ランプに関する２５０〜４２０
nmの波長範囲内の紫外線放出スペクトルが示されてい
る。３種のランプは、(1) 無添加のＧＥ２１４融解石英
管から製造されたシュラウド無しのアーク室を有するも
の（曲線Ｑ）、(2) ５００wppmのチタンおよび２０００
wppmのセリウムを含有するように二酸化チタンおよび酸
化セリウムを添加した融解石英管からアーク室およびシ
ュラウドの両方が製造されたシュラウド付きのアーク室
を有するもの（曲線Ａ）、並びに(3) ２種の紫外線吸収
剤を添加した上記の融解石英管からアーク室が製造さ
れ、かつ５００wppmのユウロピウム、５００wppmのチタ
ンおよび４０００wppmのセリウムを含有するように酸化
ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加
した融解石英管からシュラウドが製造されたシュラウド
付きのアーク室を有するもの（曲線Ｂ）であった。これ
らのランプは、図３および４に示されるような構造を有
していた。図３を見ると、１対の互いに離隔した電極１
４、不活性ガス、水銀および金属ハロゲン化物（図示せ
ず）を楕円体状のアーク室１２内に封入して成るアーク
放電ランプ１０が示されている。それぞれの電極１４の
一端は、管の末端部分１８に気密状態でつまみ封止され
た封止用モリブデン箔１６に溶接されている。それぞれ
の封止用モリブデン箔１６の他端には外部リード線２０
が溶接されており、それによって電極１４に電気が供給
される。楕円体状の管球１３および管の末端部分１８に
よって規定されるアーク室１２は、当業者にとって公知
のごとくにして単一の融解石英管片から形成される。こ
のような構造を有するランプが、無添加の融解石英管並
びに上記のごとくにして二酸化チタンおよび酸化セリウ
ムを添加した融解石英管を用いて製造された。アーク室
は０．１８ccの内容積および１．４mmの管壁厚さを有す
る９mm×７mmの楕円体であって、その内部に１対の電
極、キセノン、水銀、およびヨウ化ナトリウムとヨウ化
スカンジウムとの混合物を含んでいた。かかるランプは
４５ボルトかつ０．５アンペアの直流によって動作し
た。
タルハライドアーク放電ランプに関する２５０〜４２０
nmの波長範囲内の紫外線放出スペクトルが示されてい
る。３種のランプは、(1) 無添加のＧＥ２１４融解石英
管から製造されたシュラウド無しのアーク室を有するも
の（曲線Ｑ）、(2) ５００wppmのチタンおよび２０００
wppmのセリウムを含有するように二酸化チタンおよび酸
化セリウムを添加した融解石英管からアーク室およびシ
ュラウドの両方が製造されたシュラウド付きのアーク室
を有するもの（曲線Ａ）、並びに(3) ２種の紫外線吸収
剤を添加した上記の融解石英管からアーク室が製造さ
れ、かつ５００wppmのユウロピウム、５００wppmのチタ
ンおよび４０００wppmのセリウムを含有するように酸化
ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加
した融解石英管からシュラウドが製造されたシュラウド
付きのアーク室を有するもの（曲線Ｂ）であった。これ
らのランプは、図３および４に示されるような構造を有
していた。図３を見ると、１対の互いに離隔した電極１
４、不活性ガス、水銀および金属ハロゲン化物（図示せ
ず）を楕円体状のアーク室１２内に封入して成るアーク
放電ランプ１０が示されている。それぞれの電極１４の
一端は、管の末端部分１８に気密状態でつまみ封止され
た封止用モリブデン箔１６に溶接されている。それぞれ
の封止用モリブデン箔１６の他端には外部リード線２０
が溶接されており、それによって電極１４に電気が供給
される。楕円体状の管球１３および管の末端部分１８に
よって規定されるアーク室１２は、当業者にとって公知
のごとくにして単一の融解石英管片から形成される。こ
のような構造を有するランプが、無添加の融解石英管並
びに上記のごとくにして二酸化チタンおよび酸化セリウ
ムを添加した融解石英管を用いて製造された。アーク室
は０．１８ccの内容積および１．４mmの管壁厚さを有す
る９mm×７mmの楕円体であって、その内部に１対の電
極、キセノン、水銀、およびヨウ化ナトリウムとヨウ化
スカンジウムとの混合物を含んでいた。かかるランプは
４５ボルトかつ０．５アンペアの直流によって動作し
た。
【００１１】図４には、本発明の別の実施の態様に基づ
くメタルハライドアーク放電ランプが示されている。こ
の場合には、二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加し
た融解石英から成る（図３に示されたような）アーク放
電ランプが、酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸
化セリウムを添加した融解石英から成るシュラウド内に
封入されている。紫外線吸収剤を添加したシュラウドを
使用すれば、アーク室のみに紫外線吸収剤を添加した場
合よりも顕著な紫外線の低減を達成することができる。
かかるシュラウドにおいては、より多量のドーパントが
使用される。なぜなら、シュラウドはアーク室の管球よ
りも低い温度を有しており、また金属ハロゲン化物、タ
ングステンまたは水銀との化学反応について配慮する必
要がないからである。
くメタルハライドアーク放電ランプが示されている。こ
の場合には、二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加し
た融解石英から成る（図３に示されたような）アーク放
電ランプが、酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸
化セリウムを添加した融解石英から成るシュラウド内に
封入されている。紫外線吸収剤を添加したシュラウドを
使用すれば、アーク室のみに紫外線吸収剤を添加した場
合よりも顕著な紫外線の低減を達成することができる。
かかるシュラウドにおいては、より多量のドーパントが
使用される。なぜなら、シュラウドはアーク室の管球よ
りも低い温度を有しており、また金属ハロゲン化物、タ
ングステンまたは水銀との化学反応について配慮する必
要がないからである。
【００１２】図４について説明すれば、シュラウド付き
のメタルハライドアーク放電ランプ３０は、上記のごと
き量の金属を含有するように酸化ユウロピウム、二酸化
チタンおよび酸化セリウムを添加した融解石英から成る
シュラウド３２内にアーク放電ランプ１０を封入したも
のとして示されている。シュラウド３２はアーク放電ラ
ンプ１０の一体部分を成しているが、かかるシュラウド
付きのアーク放電ランプを製造するための方法は米国特
許第４９３５６８８号明細書中に記載されている。アー
ク室の管球１３とシュラウド３２との間の空間３４は排
気されている。ランプの動作に際しては、シュラウド３
２の温度（すなわち、５５０〜６５０℃）は管球１３の
温度（すなわち、８００〜１１００℃）ほど高くならな
いから、シュラウド中には管球中よりも多量のドーパン
トを使用することができる。その結果、ランプから放射
される紫外線のより多くの部分が吸収され、従って周囲
の環境中に放出される紫外線が減少することになる。
のメタルハライドアーク放電ランプ３０は、上記のごと
き量の金属を含有するように酸化ユウロピウム、二酸化
チタンおよび酸化セリウムを添加した融解石英から成る
シュラウド３２内にアーク放電ランプ１０を封入したも
のとして示されている。シュラウド３２はアーク放電ラ
ンプ１０の一体部分を成しているが、かかるシュラウド
付きのアーク放電ランプを製造するための方法は米国特
許第４９３５６８８号明細書中に記載されている。アー
ク室の管球１３とシュラウド３２との間の空間３４は排
気されている。ランプの動作に際しては、シュラウド３
２の温度（すなわち、５５０〜６５０℃）は管球１３の
温度（すなわち、８００〜１１００℃）ほど高くならな
いから、シュラウド中には管球中よりも多量のドーパン
トを使用することができる。その結果、ランプから放射
される紫外線のより多くの部分が吸収され、従って周囲
の環境中に放出される紫外線が減少することになる。
【００１３】図２には３種のランプに関する紫外線放出
スペクトルが示されているが、二酸化チタンおよび酸化
セリウムのみを添加した融解石英から製造されたランプ
と酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウム
を添加した融解石英から成るシュラウドを有する同じラ
ンプとの間には紫外線放射量に顕著な差のあることが認
められよう。ＮＩＯＳＨ（米国職業安全健康研究所）に
よって規定された紅斑および結膜炎時間（以後は「NIOS
H E&C 時間」と呼ぶ）を適用すれば、３種の紫外線吸収
剤を添加した融解石英シュラウド付きのランプはかかる
シュラウドを有しないランプよりもほぼ２０％だけ大き
い許容暴露時間を示し、また無添加の融解石英から製造
されたランプよりも１桁大きい許容暴露時間を示すこと
が判明した。
スペクトルが示されているが、二酸化チタンおよび酸化
セリウムのみを添加した融解石英から製造されたランプ
と酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウム
を添加した融解石英から成るシュラウドを有する同じラ
ンプとの間には紫外線放射量に顕著な差のあることが認
められよう。ＮＩＯＳＨ（米国職業安全健康研究所）に
よって規定された紅斑および結膜炎時間（以後は「NIOS
H E&C 時間」と呼ぶ）を適用すれば、３種の紫外線吸収
剤を添加した融解石英シュラウド付きのランプはかかる
シュラウドを有しないランプよりもほぼ２０％だけ大き
い許容暴露時間を示し、また無添加の融解石英から製造
されたランプよりも１桁大きい許容暴露時間を示すこと
が判明した。
【００１４】無添加の融解石英から製造されたシュラウ
ド無しのランプに関するNIOSH E&C時間は１．３分であ
り、また２種の紫外線吸収剤を添加した融解石英から成
るアーク室およびシュラウドを有するランプのNIOSH E&
C 時間は３８時間であった。更にまた、２種の紫外線吸
収剤を添加した融解石英から成るアーク室および本発明
に従って３種の紫外線吸収剤を添加した融解石英から成
るシュラウドを有するランプのNIOSH E&C 時間は４３時
間であった。NIOSH E&C 時間は作業所における作業員の
推奨暴露量を規定する計算値であって、作業員が受ける
紫外線レベルを表わしている。これは、米国保健・教育
・福祉省から１９７３年に発行された米国政府文書ＮＩ
ＯＳＨ７３−１１０９「紫外線に対する職業的暴露に関
する推奨基準」中に定義されている。ここで言う「NIOS
H E&C 時間」は、放射される紫外線束に対して紅斑およ
び結膜炎（すなわち、皮膚および目の損傷）に関する重
みを付けることによって計算された紫外線暴露時間であ
る。この値は８時間より大きくなければならない。実際
には、測定結果に基づいて（マイクロワット／cm2／nm
単位の）スペクトル出力をNIOSH E&C 係数と関係づける
ことにより、実効NIOSH E&C 時間が計算された。
ド無しのランプに関するNIOSH E&C時間は１．３分であ
り、また２種の紫外線吸収剤を添加した融解石英から成
るアーク室およびシュラウドを有するランプのNIOSH E&
C 時間は３８時間であった。更にまた、２種の紫外線吸
収剤を添加した融解石英から成るアーク室および本発明
に従って３種の紫外線吸収剤を添加した融解石英から成
るシュラウドを有するランプのNIOSH E&C 時間は４３時
間であった。NIOSH E&C 時間は作業所における作業員の
推奨暴露量を規定する計算値であって、作業員が受ける
紫外線レベルを表わしている。これは、米国保健・教育
・福祉省から１９７３年に発行された米国政府文書ＮＩ
ＯＳＨ７３−１１０９「紫外線に対する職業的暴露に関
する推奨基準」中に定義されている。ここで言う「NIOS
H E&C 時間」は、放射される紫外線束に対して紅斑およ
び結膜炎（すなわち、皮膚および目の損傷）に関する重
みを付けることによって計算された紫外線暴露時間であ
る。この値は８時間より大きくなければならない。実際
には、測定結果に基づいて（マイクロワット／cm2／nm
単位の）スペクトル出力をNIOSH E&C 係数と関係づける
ことにより、実効NIOSH E&C 時間が計算された。
【００１５】以上の説明は本発明を例示するためのもの
であって、本発明の範囲を制限するものと解すべきでな
い。それ以外にも様々な変更態様が可能であることは当
業者にとって自明であろう。たとえば、本発明に従って
３種の紫外線吸収剤を添加した融解石英から成るアーク
室および（または）シュラウドを有する無電極型のアー
ク放電ランプ、並びに本発明に従って３種の紫外線吸収
剤を添加した融解石英から成る管球を有するハロゲン白
熱電球を製造することもできる。本発明に従えばまた、
放射される光の色を変化させるため、あるいは可視光線
を透過させながら赤外線を反射してフィラメントまたは
アークに戻すため、かかるランプのアーク室、シュラウ
ドまたは管球上に薄膜状の光学干渉フィルタを配置する
こともできる。
であって、本発明の範囲を制限するものと解すべきでな
い。それ以外にも様々な変更態様が可能であることは当
業者にとって自明であろう。たとえば、本発明に従って
３種の紫外線吸収剤を添加した融解石英から成るアーク
室および（または）シュラウドを有する無電極型のアー
ク放電ランプ、並びに本発明に従って３種の紫外線吸収
剤を添加した融解石英から成る管球を有するハロゲン白
熱電球を製造することもできる。本発明に従えばまた、
放射される光の色を変化させるため、あるいは可視光線
を透過させながら赤外線を反射してフィラメントまたは
アークに戻すため、かかるランプのアーク室、シュラウ
ドまたは管球上に薄膜状の光学干渉フィルタを配置する
こともできる。
【図１】(1) 無添加の融解石英、(2) 二酸化チタンおよ
び酸化セリウムを添加した融解石英、並びに(3) 酸化ユ
ウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加し
た融解石英に関する紫外線および可視光線透過スペクト
ルを示すグラフである。
び酸化セリウムを添加した融解石英、並びに(3) 酸化ユ
ウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加し
た融解石英に関する紫外線および可視光線透過スペクト
ルを示すグラフである。
【図２】(1) 無添加の融解石英から成るシュラウド無し
のアーク室、(2) アーク室およびシュラウドの両方が二
酸化チタンおよび酸化セリウムを添加した融解石英から
成るシュラウド付きのアーク室、並びに(3) アーク室が
二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加した融解石英か
ら成りかつシュラウドが酸化ユウロピウム、二酸化チタ
ンおよび酸化セリウムを添加した融解石英から成るシュ
ラウド付きのアーク室をそれぞれに有するメタルハライ
ドアーク放電ランプに関する紫外線放出スペクトルを示
すグラフである。
のアーク室、(2) アーク室およびシュラウドの両方が二
酸化チタンおよび酸化セリウムを添加した融解石英から
成るシュラウド付きのアーク室、並びに(3) アーク室が
二酸化チタンおよび酸化セリウムを添加した融解石英か
ら成りかつシュラウドが酸化ユウロピウム、二酸化チタ
ンおよび酸化セリウムを添加した融解石英から成るシュ
ラウド付きのアーク室をそれぞれに有するメタルハライ
ドアーク放電ランプに関する紫外線放出スペクトルを示
すグラフである。
【図３】本発明の実施に際して有用なアーク放電ランプ
の正面図である。
の正面図である。
【図４】本発明の実施に際して有用なシュラウド付きア
ーク放電ランプの正面図である。
ーク放電ランプの正面図である。
１０ アーク放電ランプ １２ アーク室 １３ 管球 １４ 電極 １６ 封止用モリブデン箔 ２０ 外部リード線 ３０ シュラウド付きアーク放電ランプ ３２ シュラウド ３４ 空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・ジーン・パーハム アメリカ合衆国、オハイオ州、ゲイツ・ミ ルズ、ラビン・ドライブ、6907番 (72)発明者 ギャリー・ロバート・アレン アメリカ合衆国、オハイオ州、チェスター ランド、ウッドランズ・トレイル、7745番 (72)発明者 ロバート・レイク・ベイトマン，ジュニア アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 サウザン・ショアズ、ウエスト・イレブン ス・アベニュー、40番 (72)発明者 ポール・ジョージ・マシューズ アメリカ合衆国、オハイオ州、チェスター ランド、ウォルナット・リッジ、11265番
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも９６重量％のＳｉＯ2 含量を
有しかつ酸化ユウロピウム、二酸化チタンおよび酸化セ
リウムを含有することを特徴とする光透過性のガラス質
材料。 - 【請求項２】 前記材料が融解石英である請求項１記載
の材料。 - 【請求項３】 前記ＳｉＯ2 含量が少なくとも９９重量
％である請求項２記載の材料。 - 【請求項４】 前記チタンが＋４の原子価を有する請求
項１、２または３記載の材料。 - 【請求項５】 紫外線および可視光線の両方を放射する
光源と前記光源を包囲する管球とを含み、前記管球が請
求項３記載の材料で作製された紫外線吸収性かつ可視光
線透過性の融解石英管球であることを特徴とするラン
プ。 - 【請求項６】 前記光源がフィラメントから成る請求項
５記載のランプ。 - 【請求項７】 前記ランプがハロゲン白熱電球である請
求項６記載のランプ。 - 【請求項８】 前記光源がアーク放電から成る請求項５
記載のランプ。 - 【請求項９】 前記アーク放電内に少なくとも１種の金
属ハロゲン化物が含まれる請求項８記載のランプ。 - 【請求項１０】 前記材料中に含まれる前記チタンが＋
４の原子価状態で存在している請求項５乃至９のいずれ
か１項に記載のランプ。
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