JPS5924489B2 - 高強度ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気アーク放電ランプに関し、さらに詳記す
れば、前記ランプの外管内側表面のような光透過部材の
土に配置した光学的被覆を含む光学系、及び前記ランプ
からの好ましくない紫外線放射を減じるための前記被覆
を配置する方法に関する。

透明外管あるいは螢光体を塗布した外管に金属ハロゲン
化物を備えた高圧水銀アーク放電ランプ又はマルチ蒸気
ランプは、Ｇ、Ｈ，Ｒｅｉｌｉｎｇの米国特許第３２３
４４２１号、及びＰ 、 Ｄ 、 Ｊ ｏｈｎｓｏｎの
第３７８１５８６号に記載されているように、広い放射
スペクトルを提供するために、主要放射要素として１あ
るいはそれ以上の金属を含有する。

例えは、Ｒｅｉｌｉｎｇの特許において、ヨウ化ナトリ
ウムは可視スペクトルのオレンデー赤色領域での主要要
素として使用されている。

可視スペクトルの緑色及び青色領域において放射する、
例えば、クリラム及びインジウムヨウ化物のようなもの
を添加すると、良好な白色あるいは白色に近いスペクト
ルの演色性である全放射を生じる。

このようなランプあるいは前記蒸気アーク放電ランプに
おいて、スペクトル放射は一般に可視放射及び紫外線放
射の両方を含んでいる。

前記ランプよりの紫外線放射で有機的な重合体構造にお
いて光化学的反応を生じることが知られているが、それ
により変色を生じたり、重合体構造の機械的分解が生じ
る。

例えば、電灯設備で、ポリ炭酸エステル材料で作った電
灯のグローブを水銀蒸気ランプ源と共に使用すると、使
用後、数ケ月で変色及び伝達損失を生じる。

重合体の光学的分解は、主に使用されている材料表面か
ら数ミル以内の光学的酸化によるものである。

また、前記ランプよりの紫外線放射は螢光染料を含む材
料の色ヒズミを生ずることがある。

蒸気アーク放電ランプのそうした好ましくない特性は、
そのランプの使用が制限され、少なくとも、ある種の予
防処理を必要とする。

本発明は、ランプ外管の内側に沿って、可視放射光の透
過性を実質上低下させることなく、付随して放射される
紫外線を実質的に減少させるような光学的被覆を施すこ
とにより、上述の欠点を克服することを目的とする。

ランプ外管のような基板上に沈積させた５００ないしＬ
Ｏ，０００人の厚さの、広いバンドギャップをもつ半
導体材料である酸化亜鉛は、可視光線の透過が非常に良
好で、しかも紫外線放射に対しては非常に吸収の良い、
温度依存性の透過吸収特性を示すことを発見した。

透過及び吸収の間の遷移領域は、酸化亜鉛層の温度の関
数として選択的に変化する鋭い吸収端により定義される
。

以下、図面を参照して本発明による実施例を説明する。

第１図において、例えば、高圧水銀放電ランプあるいは
マルチ蒸気ランプといった、蒸気アーク放電ランプ１０
は、排気可能な外側の光透過部材すなわち外管１１を含
んでおり、外管１１はネジ方式の口金１２の上に配置さ
れていて、口金１２は外管１１の中にあって内側のアー
ク外管１３を支持している。

内側の外管１３は溶融石英、高密度イツトリアといった
耐高温かつ光透過性のガラスあるいは他の類似した高密
度、光透過性材料で作られる。

外管１１は、例えば、Ｎｏｎｅｘ、 Ｐｙｒｅｘあるい
はＶｉｃｏｒの商品名で市販されているような、耐高温
で光透過性のガラスで作られる。

アーク電極１４と１５は、外管１３の中に予め設定した
距離をおいて配置され、水銀、金属ハロゲン化物等の蒸
発成分がある中での高電流電気アークに耐える構造を備
えている。

アーク電極１４と１５は、電気的導体１６と１７を介し
て、それぞれネジ方式の口金１２の接点部材に接続され
る。

第１図は、単なる略図であり、真空アーク放電ランプの
、起動電極、電圧降下抵抗等といった、他の必須要素あ
るいは好適な要素を含んでいない。

それは、これらランプの要素は、本発明を構成するもの
でないからであり、また記載を簡略にするためである。

第２図は、外管内側表面に沈積した酸化亜鉛層１８を備
えたランプ外管１１の断面を説明している。

上述したように、酸化亜鉛は、はぼ完全な透過と、完全
な吸収との間の遷移領域で定義される温度選択的吸収端
を備えた広いバンドギャップの半導体材料である。

吸収端の波長λと、材料のバンドギャップＥｇとの関連
は、次式で定義される。

λ＝（ｎｍ）−１２４０／Ｅｇ（ｅＶ７ 材料のバンドギャップは温度Ｔとともに変化し、次の関
係をもつ。

Ｅｇ（ｅＶ） ＝３．２２−９．５Ｘ １０’−’（Ｔ
（ＯＫ）−２９３）第３図は、薄膜、例えば酸化亜鉛の
５００ないしｔ ｏ、ｏ ｏ ｏ人のものの吸収端位置
の特性を説明している。

この説明より、はぼ完全な透過から減衰への遷移は、非
常に狭い波長の間、△λ、で起こり、それは約１０ナノ
メータであることがわかる。

吸収端の巾はへλにより与えられるが、はぼ一定値であ
る。

また、遷移の生じる波長は、前述の方程式に従って変化
する。

下記の表１は、２０℃、２００°Ｇ、３００°Ｃ２４０
０°Ｃ及び５００°Ｃｆこおける前述の酸化亜鉛の薄い
層に対する吸収端の変化を要約したものである。

前述の酸化亜鉛の薄い層の特性は、ランプからの可視光
線出力をほとんど変えることなく、蒸気アークランプか
らの好ましくない紫外線放射番減少させるのに特に有用
であることを本発明者は発見した。

例えば、高圧水銀蒸気ランプは、ふつう約４０５．４４
０，５５０、及び５７０ナノメータでの可視スペクトル
線で例示されるスペクトル放射パターンをもつ。

同時に、前記ランプは、３６５及び３１３ナノメーク−
で強い紫外線を放射する。

ランプ外管の内側表面上に薄い酸化亜鉛層を備えること
により、ランプからの可視スペクトル出力をほぼ低下す
ることなく、３６５及び３１３ナノ〆−りでの紫外線放
射を減少することができる。

更に詳しく述べると、酸化亜鉛層を約３００℃に保つこ
とにより、典型的な４０５ナノメータ水銀線を減衰する
ことができる。

この温度ｆこおいて、吸収端は、およそ４１３ないし４
２５ナノ〆−りの間に遷移領域をもつので、４０５ナノ
メータ水銀線とそれより短波長の領域は、大巾に減衰す
る。

外管温度の選択を、様々な方法で達成できることは、当
業者には公知である。

例えば、外管の寸法、放電管内に含まれる成分ガスの分
圧、その中に含まれるガスの種類、アーク電極間距離及
び温度に影響を与えるランプの他の種々のパラメータを
適正（こすることで達成できる。

一般に、高庄水銀ランプに本発明を適用する場合の有用
な温度範囲は、約１００°Ｃから５００°Ｃの間である
ことを発見した。

しかしながら、好ましい範囲は、約２００°Ｃから４０
０°Ｃにある。

温度の関数として吸収端を変化しうるので、ランプの設
計者は、真空アーク放電ランプからの短波長可視放射と
同様に、好ましくない紫外線放射をほぼ排除できること
は、以上の記載より明らかである。

しかしながら、設計にあたって同時に重要なことは、ガ
ラス外管と酸化亜鉛層を通して、可視スペクトルの高効
率の透過を維持することが必要である。

もし、ランプからの可視光線出力が大巾に減少するなら
ば、好適な吸収端特性を備えた蒸気アークランプは、商
業的には多くの応用が望めないであろう。

それ故、ランプ外管の内側表面上に酸化亜鉛被覆を備え
た蒸気アークランプの商業的受容性に関連して、酸化亜
鉛層の厚さは厳密さが要求される。

図面の第４図を参照することにより、本発明の他の特性
は非常に容易に理解され、波長の関数である酸化亜鉛層
の透過及び反射は、薄膜での干渉効果に関する公知の光
学的法則に従い、酸化亜鉛の厚さとともに変化すること
がわかる。

更に詳しく述べると、第４図は酸化亜鉛の厚さが１００
０゜１３５０及び１４５０人で、酸化亜鉛の温度が約２
５°Ｃの場合の透過、並びに１３５０人層の酸化亜鉛膜
の約２５°Ｃにおける反射を例にとって説明している。

この３種の酸化亜鉛の厚さの伝達特性曲線は、１０００
．１３５０及び１４５０人の層厚に対し、それぞれ活字
Ａ、Ｂ、Ｃで示されている。

１３５０人層の酸化亜鉛に対する反射特性曲線は、活字
りで示されている。

第４図に示された曲線は、各々の厚さでの波長に関して
の透過最大値変化を説明している。

更に詳述すると、曲線Ａは、約４００ナノメータで透過
最大値をとることを示しており、曲線Ｂは、約５４０ナ
ノメータで、曲線Ｃは、約５８０ナノメータで最大透過
値をとることを示している。

また、第４図は曲線りに関して、１３５０人膜の反射最
小値が５４０ナノメータで起こることを説明し、ざらに
、１３５０人層の反射と透過の和が１になることがわか
る。

簡明さのために第４図に示さない反射曲線をもつ他の厚
さの場合にも、４００ないし７００ナノメータのスペク
トルの可視部の間で、同様なことが成立する。

第４図は、室温での透過及び反射を示しているが、これ
は４５０ないし７００ナノメータの波長領域では、温度
に伴ってほとんど変化しない。

反射及び伝達の和が１であることは、酸化亜鉛膜が、可
視スペクトル部で吸収が生じないことを示しており、被
覆のないランプ外管に比較して、外管に酸化亜鉛被覆を
施したランプ光度の減衰を、それ自体では生じないこと
を示している。

しかしながら、ランプは外管内に、第１図に示していな
いアーク管の機械的支持機構及び第１図に示した口金１
２、支持リード１６及び１７のような光吸収要素を含ん
でいる。

ある波長をこおいて、酸化亜鉛層の高効率の反射の結果
として、外管内の空間へのこの波長の光の反射が生じ、
前述した光吸収素子で部分的吸収が生じる。

こうして、外管に被覆を設けないランプに比較して、そ
の外管に酸化亜鉛膜を備えたランプの光度が減少する。

例えば、水銀アークでは、約４４０゜５５０及び５７０
ナノメータにおいて高光度のスペクトル線を放射するの
で、１３５０人の厚さの酸化亜鉛を選ぶのが良いであろ
う。

他の波長において強い放射を生じる螢光体被覆高圧水銀
アークランプ又はマルチ蒸気ランプに対しては、ランプ
の光度を最大にするため並びに好ましくない波長を反射
させ、続いて吸収を生じさせ色を改良するために他の厚
さの膜を選ぶことができる。

本発明を実施する場合、酸化亜鉛層の有用な厚さの範囲
は、約５００ないしｔｏ、０００人の間にある。

５００λより薄い膜は、ふつう、紫外線放射の好ましい
吸収度を提供せず、１００００人より厚い膜は、それよ
り薄い膜に比べて何らの改善も示さないし、外管表面か
ら、はがれ落ち易いのである。

従って、本発明の実施において、５００ないしｔｏｏｏ
ｏ人の厚さの酸化亜鉛層が有用な厚さの範囲である。

この範囲内で、上述した典型的な真空アーク放電ランプ
と共に使用するのに特に有用であるのは、約１０００な
いし１５００人の厚さの範囲である。

本発明の他の特性に関するものである、はぼ均一で厚さ
の選択が可能な酸化亜鉛層の沈積、塗布については、以
下に記載する工程により提供される。

詳述すると、ランプ外管は、ガス炎、又は電気抵抗炉に
より約５００℃の温度まで加熱され、その間に亜鉛を含
有する材料の水溶液を外管内に噴霧するのである。

亜鉛を含有する材料は、加熱された外管に接触し、蒸発
して、その後に、外管内側表面上）こ酸化亜鉛が沈積す
るようなものが好ましい。

この方法に適した材料には、酢酸亜鉛２水和物、硝酸亜
鉛６水和物及び硫酸亜鉛がある。

詳細な例を上げると、ランプ外管を５００°Ｃの温度ま
で加熱し、必要な被覆の厚さによって、およそ１０ない
し１４秒間、約１０ ｐｓｉｇの圧力で、酢酸亜鉛２水
和物１０％水溶液を噴霧し、その間外管をその主軸の回
りに、例えば、約１００ｒ、ｐ、ｍの速度で回転させる
。

噴霧は、Ａｃｅ Ｇｌａｓｓ、 Ｉｎｃ、。Ｃｈｒｏｍ
ａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ５ｐｒａｙ、カタログ’Ａ
５９１７のような簡単なガラス噴霧器で行なわれ、加熱
されたガラス管と接触して間もなく、酸化亜鉛被覆が形
成される。

酸化亜鉛被覆の厚さは、反射光の干渉色を観察して簡単
に検出される。

例えば、１０秒間の噴霧時間で、約１０００人の厚さに
なるが、その厚さでは黄色の干渉色が観察される。

また、１２秒間の噴霧では、約１３５０人の酸化亜鉛が
形成され、紫色の干渉色となり、同様に、１４秒間の噴
霧で約１３５０人厚の酸化亜鉛が形成され、青色の干渉
色が観察される。

他の厚さにおいては、他の干渉色を示し、これら厚さと
干渉色との間に関連があることは、当業者（こは公知で
ある。

本発明はとくに、真空アークランプ及びそれに類似した
ランプについて述べてきたか、上述したような温度と厚
さをもつ酸化亜鉛の用途は、もつと広範囲にわたるもの
である。

例えば、前記酸化亜鉛被覆は、選択的に変更可能な吸収
端及び選択的な透過特性を必要とする全ての光学系にお
いて有用であろう。

従って、本発明の本質及び範囲内で様々な変形、変化が
なされ得ることは、当業者には明白であろう。

上記の特許請求の範囲は、そのような変形例を全て包含
するものである。

以下、本発明の実施の態様を記載する。

■）特許請求の範囲第１項に記載したランプで、前記酸
化亜鉛層の温度を２００℃ないし５００°Ｃの間で変え
ることにより、前記吸収端が、４００ないし４６５ナノ
メータの間の波長範囲にわたって選択可能であるもの。

２、特許請求の範囲第１項に記載したランプで前記酸化
亜鉛層の厚さが１０００ないし１５００人の間にあるも
の。

３）特許請求の範囲第１項に記載したランプで、前記ラ
ンプが水銀アークランプであり、前記酸化亜鉛層の厚さ
が約１３５０人であり、前記酸化亜鉛層が、この厚さに
おいて最大透過特性を示すもの。

４）前記第３項に記載したランプで、前記酸化亜鉛層の
温度が約３００°Ｇであるもの。

５）特許請求の範囲第１項（こ記載のランプで、前記ラ
ンプが真空アーク放電ランプであり：可視及び紫外線放
射を含む放射エネルギー源と；前記放射エネルギーの通
過部分に配置されたほぼ完全な透過性の部材と；前記部
材の選択した表面上に、５００ないし１ｏｏｏｏ人の範
囲の厚さをもち、約２０ないし５００℃の間の温度に保
持される酸化亜鉛層と；より成るもの。

６）前記第５項に記載したランプで、前記ランプにより
生じる熱が；前記酸化亜鉛層の温度を２００℃ないし４
００℃の間に保持するもの。

７）特許請求の範囲第２項に記載した方法で前記外管の
干渉色を検出しなから噴霧工程を行ない、酸化亜鉛の厚
さが規定の厚さであることを示す望ましい干渉色になっ
たときに噴霧を停止するもの。

８）前記第７項に記載した方法で、噴霧工程に、酢酸亜
鉛２水和物の約１０％水溶液を使用するもの。

９）前記第８項に記載した方法で、噴霧工程が約１０な
いし１４秒間行なわれるもの。

１０）前記第９項に記載した方法で、噴霧工程が前記外
管を回転しながら行われるもの。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を説明する蒸気アーク放電ランプの断
面正面図である。 第２図は、第１図の部分断面正面図である。 第３図は、酸化亜鉛の吸収端を波長の関数として示した
図である。 第４図は、一定温度において、酸化亜鉛層の厚さを変え
たときの光学的透過及び反射特性を説明する図である。 １０：ランプ、１１：外管、１２：口金、１３：アーク
外管、１４，１５：アーク電極、１６゜１７：支持リー
ド、１８：酸化亜鉛層、△λ：遷移領域の波長巾、Ａ、
Ｂ、Ｃ：透過特性曲線、Ｄ：反射特性曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放射エネルギーの源をランプ外管内に密封し、前記
   放射エネルギーが可視放射光及び紫外線放射光より成る
   蒸気アーク放電ランプにおいて、前記ランプ外管の内側
   表面に酸化亜鉛の層を沈積させ、該層が１０００ないし
   １５００オングストロームの厚さを有していることを特
   徴とし、さらに４００ないし７００ナノメートルの範囲
   の可視光に対して反射率が０．３未満であり、また前記
   層の温度が約１００°Ｃないし５００°Ｃの範囲にわた
   り変化する時鋭い吸収端の選択が３７６ないし４６５ナ
   ノメートルにわたる範囲で可能であり、それにより前記
   紫外線放射光の選択された波長光は実質的に吸収され、
   一方前記可視放射光の選択された波長光は実質的に透過
   されることを特徴とする蒸気アーク放電ランプ。