(57)【要約】【課題】侵食および／または結晶化のためにランプ容器が破裂する危険性を減少させた高圧ガス放電ランプを提供すること。【解決手段】高圧放電ランプ（１）は、ランプの動作時に、少なくとも３０ Ｗ／ｃｍ２の壁面負荷にさらされる壁（３）を有するランプ容器（２）と、電極（５ａ、５ｂ）が配置された放電スペース（４）と、を有する。放電スペース（４）は、水銀と、アルゴン、スズおよびインジウムのハロゲン化物（フッ化物ではない）と、を有する充填材を有し、この充填材には、アルカリハロゲン化物が加えられ、このアルカリは、カリウム、ルビジウム、またはセシウムであり、かつ、このハロゲン化物は、塩素、臭素、またはヨウ素である。本発明による高圧放電ランプ（１）は、電極ロッド（３０）と、ランプ容器（２）の壁（３）との直接接触を妨げる、遮蔽手段またはスペーサ手段（８）のために、石英ガラス壁（３）の侵食と結晶化とに対する向上した耐性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガス放電ランプであって、
相互に向かい合った封止と内面を有する壁によって、気密に封入されている、スペースを有する石英ガラスランプ容器と、
当該スペース内に相互に向かい合って構成された一対の電極であって、各々の電極が、先端部と電極ロッドとを有し、かつ各々の電極が、個別の封止を介して前記外部に延在する個別の電流リードスルーに接続されている、一対の電極と、
安定なランプ動作時に、その外面で少なくとも３０ Ｗ／ｃｍ２の壁面負荷を有する、前記封止の間に延在する前記壁の外面と、
希ガスと、スズとインジウムのハロゲン化物とを有する、スペース内部の充填材であって、当該充填材が、少なくとも一つのアルカリイオンと少なくとも一つのハロゲン化物イオンとを有するアルカリハロゲン化物を有し、当該アルカリイオンが、カリウム、ルビジウム、およびセシウムによって形成される族から選択され、当該ハロゲン化物イオンが、塩素、臭素、および沃素によって形成される族から選択される、充填材と、
を有し、
前記電極の少なくとも１つの前記電極ロッドが、前記壁の前記内面の前記領域で、スペーサ手段を設け、
前記電極ロッドを囲み、かつ前記電極ロッドと前記スペーサ手段との間に存在する毛管開口部が、実現される、
高圧ガス放電ランプ。
【請求項２】
前記電極ロッドが、長さＬに渡って前記ランプ容器の前記壁の内部に存在し、前記電極ロッドに、少なくとも前記全長Ｌに渡ってスペーサ手段が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項３】
前記電極ロッドが、前記スペーサ手段として機能する箔またはコイルによって形成された覆いを有し、この覆いが、タングステン、モリブデン、タンタル、レニウム、およびこれらの組合せによって形成される前記族から選択される物質から製造されることを特徴とする、
請求項１または２に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項４】
前記高圧ガス放電ランプが、前記電極の１つが、内部で陰極を形成するＤＣランプであることを特徴とする、請求項１または２に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項５】
前記スペーサ手段が、前記陰極の前記電極ロッドに設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項６】
前記電極の前記先端部が、タングステンにより製造され、前記電極ロッドが、重量にして少なくとも２５％のレニウムにより製造され、その残りが、タングステンにより製造されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項７】
前記ランプが、多くとも１０ｍｍ、好ましくは、多くとも３ｍｍの電極距離Ｄを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項８】
前記アルカリイオンがカリウムであることを特徴とする、請求項１または２に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項９】
前記高圧ガス放電ランプが、前記ランプ容器が固定された頸部を有する反射器を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項１０】
前記ランプ容器が、前記陰極が存在する側で、前記反射器の前記頸部に固定されていることを特徴とする、請求項４と９に記載の高圧ガス放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に向かい合った封止と内面を有する壁によって、気密に封入されている、スペースを有する石英ガラスのランプ容器と、当該スペース内に相互に向かい合って構成された一対の電極であって、各々の電極が、先端部と電極ロッドとを有し、かつ各々の電極が、個別の封止を介して外部に延在する個別の電流リードスルーに接続されている、一対の電極と、安定なランプ動作時に、その外面で少なくとも３０ Ｗ／ｃｍ２の壁面負荷を有する、封止の間で延在する壁の外面と、希ガスとスズとインジウムのハロゲン化物とを有するスペース内部の充填材であって、当該充填材が、少なくとも一つのアルカリイオンと少なくとも一つのハロゲン化物イオンとを有するアルカリハロゲン化物を有し、当該アルカリイオンが、カリウム、ルビジウム、およびセシウムによって形成される族から選択され、当該ハロゲン化物イオンが、塩素、臭素、および沃素によって形成される族から選択される、充填材と、を有する、高圧ガス放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような高圧ガス放電ランプは、まだ公開されていない特許文献ＥＰ−９９２０３７７．５（ＰＨＮ１７．７３４）に説明されている。このランプ容器は、石英ガラス、すなわち、重量にして、少なくとも９５％のＳｉＯ２含有量を有するガラスから製造される。壁の外面上に、少なくとも３０ Ｗ／ｃｍ２という相対的に高い壁面負荷を有するランプの場合、壁の主要な部分は、１０５０ Ｋを超える熱を持つ。３０ Ｗ／ｃｍ２という壁面負荷は、例えば、多くとも１０ ｍｍの長さを有する短い放電アークを有するランプで発生する。このように短い放電アークを有するランプから実際に役立つ光束を得るために、ランプ容器のスペース内には、動作時に必要なランプ電圧を得るための相対的に高い圧力が存在する。ランプ内のこの相対的に高い圧力によって強い対流が発生するために、局所的に、高い温度、多くの場合、１３２５ Ｋを超す温度が、ランプ容器の壁に広がる。このような高温では、ランプ容器の壁が侵食されおよび／または結晶化する危険性が、かなり増加する。対流による局所的な加熱に起因する、ランプ容器の壁の容認しがたく速い侵食および／または結晶化は、この特許文献に説明されたランプにおいてはある種の充填材成分を選択することによって、防止されている。しかしながら、侵食の危険性は、封入されたスペースから壁に向かって延在する電極ロッドが、壁の内面付近の壁と接触する場所では、依然として相対的に高いままである。公知の高圧ガス放電ランプの場合、このことによって、一般的に、ランプ容器が破裂する危険性が相対的に高くなり、従って、ランプ寿命が、相対的に短くなる。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
説明されたランプのランプ容器が、侵食および／または結晶化により破裂する危険性は、電極ロッドを囲みかつ電極ロッドとスペーサ手段との間に存在する毛管開口部を実現するように、壁の内面の領域で、電極の少なくとも１つの電極ロッドにスペーサ手段を設けることによって、減少することが、実験により判明した。ランプの封止を製造する際に、電極ロッドは、電極ロッドの周りに設けられるスペーサ手段と共に、石英ガラスの一時的で局所的な軟化によって、ランプ容器の壁内に埋設される。スペーサ手段により、軟化した石英ガラスが、電極ロッドに接触することが防止される。その結果、軟化した石英ガラスは、電極ロッドにではなく、スペーサ手段に付着するであろう。石英ガラスと金属の電極ロッドは、膨張係数が、各々、約５ ｘ １０−７ Ｋ−１と約５０ ｘ １０−７ Ｋ−１と異なる。この膨張係数の違いは、冷却直後の収縮の違いとなり、かつ従って、石英ガラスと金属電極ロッドの形状変化の違いとなる。石英ガラスは、冷却すると直ちに堅くなり、かつ電極ロッドは、石英ガラスよりも縮小する。このことによって、スペーサ手段と電極ロッドとの間の当該毛管開口部が、作られる。石英ガラスとスペーサ手段との間の相対的に良好な粘着力と、スペーサ手段の相対的に低い機械的強度によって、スペーサ手段は、石英ガラスの形状変化に適応するであろう。適切なスペーサ手段は、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル、レニウム、およびこれらの組合せによって形成される族から選択される物質から製造される、箔またはコイルである。スペーサ手段を、例えば、コイリング形状の電極ロッド上に設けることによって、電極ロッドが、壁の封止からスペースに向かって延在する場所付近で、ランプ容器の壁の温度が、相対的に低くなることが実現する。ランプ動作時におけるランプ容器の壁の加熱の原因は、とりわけ、電極ロッドと壁との間の熱伝導である。毛管開口部は、電極ロッドからランプ容器の壁への、効果的ではあるが潜在的に有害な熱伝導を妨げる。
【０００４】
ランプ容器の壁内の長さＬに渡って延在するこの電極ロッドには、全長Ｌに渡ってスペーサ手段を設けることが好ましい。この場合、毛管開口部は、電極ロッドの周りに実質的に全長Ｌに渡って存在する。このことによって、電極ロッドと壁との間の潜在的に有害な熱伝導が、ランプ動作時に更に妨げられる。これは、当該熱伝導が、ランプ容器の内面から遠くにある場所で発生するためである。このことによって、壁の温度は、更に低くなる。
【０００５】
高圧ガス放電ランプの一実施例においては、高圧ガス放電ランプは、電極の１つが陰極である、ＤＣランプである。充填材に、カリウムハロゲン化物、ハロゲン化ルビジウム、またはセシウムハロゲン化物を用いた実験により、これらのハロゲン化物がガス相発光体として作用することが、判明したことは驚くべきことである。このガス相発光体により、ランプ動作時に陰極が電子を供給するために必要とする温度が下がる。発光体がない場合、４〜８ Ａのランプ電流に対して、３０００〜３６００ Ｋの電極温度が必要であることが、判明している。しかしながら、このようなガス相発光体が存在する場合には、このような電流を、約５００ Ｋ低い電極温度で実現することができる。当該ハロゲン化物がガス相発光体として作用することによって、陰極の侵食、いわゆるバーニングバック（ｂｕｒｎｉｎｇ ｂａｃｋ）が、実質的に減少するという利点が、特にＤＣランプに対してもたらされる。侵食が、このようにランプ寿命に渡って減少したというだけで、放電アークは、長さが相対的にゆっくり増加する結果、放電アークは、より長い期間に渡って、相対的に高い安定性を有するであろう。
【０００６】
ＤＣランプ内の石英ガラスの侵食または結晶化によって弱められる危険度が、相対的に高いのは、特に、陰極の電極のロッド付近の壁である。陰極付近の侵食の原因は、ランプ動作時の、相対的に高い温度と、相対的に高濃度の不純物、すなわち、リチウムおよびナトリウムのような正イオンである。当該正イオンは、ランプ動作時に存在する電界の結果、陰極によって誘引される。電極ロッドとランプ容器の壁との直接の接触を妨げるためのスペーサ手段は、特に、陰極の電極ロッド上にスペーサが設けられたＤＣランプに対して効果的であることが、判明した。このことによって、陰極の電極ロッド付近の壁での過度の加熱が、妨げられる。ランプの更なる改良は、当該場所に隣接した外面の温度が、安定なランプ動作時に相対的に低くなるように、陰極の先端部が、電極ロッドが壁の内面を通過する場所から、少なくとも距離Ｔｂになる程度にまで電極ロッドを長くすることによって、達成可能である。このようにして、ランプの初期段階の故障を更に妨ぐことができる。
【０００７】
ランプの更なる改良は、電極の先端部をタングステンから製造し、一方、電極ロッドを、重量にして少なくとも２５％のレニウムから製造し、かつ残りをタングステンから製造した、いわゆるハイブリッド電極によって、達成可能である。こうすることによって、ランプ容器の壁の侵食が鈍化することが判明したため、ランプ寿命が長くなる可能性が増大する。この効果は、特にこの基準が陰極に適用される場合に、発生する。
【０００８】
高圧ガス放電ランプの有利な実施例では、アルカリイオンは、カリウムである。極めて良好な結果が、特に、カリウムハロゲン化物をランプに用いた実験で得られた。充填材にカリウムハロゲン化物を使用したランプの場合、石英ガラスの侵食と結晶化の根跡は、１０００時間の動作後でも少しも現れなかった。これらのランプの更なる利点は、モリブデン箔、すなわち電極に接続されたランプ容器の壁を通るリードスルー構成の構成要素に対する化学的な腐食が、強く抑制される点である。
【０００９】
高圧ガス放電ランプの別の実施例では、高圧ガス放電ランプは、ランプ容器が固定される反射器を有する。本発明によるランプを投影用途に使用する場合、投影スクリーンのルーメン、すなわちスクリーンルーメンを大量に得ることは、最も重要である。ランプ容器は、この目的のために、放電アークから生じる光を反射し、かつ集中させるための反射器に収められている。大量のスクリーンルーメンを得るためには、放電アークが、動作時に短いことが望ましい。外面上の壁面負荷が、３０ Ｗ／ｃｍ２を超え、かつ放電アークの長さが３ ｍｍ未満である、本発明による高圧ガス放電ランプは、投影用途に非常に適していることが判明した。放電アークの長さが、１０ ｍｍを超えるランプは、壁面負荷が、通常、３０ Ｗ／ｃｍ２より低い。この場合、ランプから得ることができるスクリーンルーメンの量は、投影用途には少な過ぎる。同時に、放電アークが、安定で、かつ反射器の焦点内に位置するか、または少なくとも反射器の焦点に密接に隣接していることが、望ましい。ランプ容器が、反射器に取り付けられている場合、放電アークが、反射器の焦点に配置されていることは、簡単な方法で確認できる。このようにして、光の効果的な反射とビーム集中のための非常に有利な状態が得られ、および従って、大量のスクリーンルーメンが得られる。ランプ容器は、ランプ容器の陰極が位置している側で、反射器の頸部に固定されていることが、好ましい。これによって、陰極で発生する熱を、より良好に除去することができる。このことにより、ランプ容器の壁の陰極側の侵食を鈍化させ、その結果、ランプ寿命を長くする可能性が増大することが判明した。
【００１０】
石英ガラスのランプ容器を有する高圧ガス放電ランプ内での希土酸化物ハロゲン化物の使用は、とりわけＥＰ−Ａ２−０ ６０５ ２４８により知られていることに、留意すべきである。希土酸化物ハロゲン化物とは、原子番号２１、３９、および５７〜７１の元素のハロゲン化物であると理解すべきである。しかしながら、希土酸化物ハロゲン化物は、相対的に高価であり、かつ石英ガラスのランプ容器に反応しやすい。この結果、希土酸化物ハロゲン化物をその充填材に有するランプも、石英ガラスのランプ容器が、早く侵食しかつ結晶化するという問題を有する。
【００１１】
以下に、本発明による高圧ガス放電ランプの実施例を、図表図面を参照して、更に詳しく説明する。
【００１２】
【発明を実施するための形態】
図１の高圧ガス放電ランプ１は、ＤＣランプとして構成されている（しかしながら、これに代えて、ＡＣランプとして構成しても良い）。これは、壁３を有する石英ガラスのランプ容器２を有し、このランプ容器２は、２つの相互に向かい合った封止４６、４７と、２つの封止４６、４７の間に延在する約１０ ｃｍ２の外面１５と、壁３によって囲まれるスペース４を有する。２つの電極、すなわち、陽極５ａと陰極５ｂは、スペース４に配置されている。図の電極５ａ、５ｂは、タングステンコイル８によって覆われている。電極５ａ、５ｂは、気密に壁３に埋設された、モリブデン箔６ａ， ７ａを有する個別のリードスルー６、７を介し、かつ個別の外部電流導体６ｂ、７ｂを介して、個別の外部接触点１４ａ、１４ｂに、各々接続されている。スペース４には、希ガスとしてのアルゴンと、緩衝ガスとしての水銀と、臭化スズ、臭化インジウム、および臭化カリウムを有する充填材とが存在する。ランプ容器２は、図示されている高圧ガス放電ランプ１内の凹形楕円反射器９内に設けられている。反射器９は、頸部２０と、反射層１０が設けられた反射器部１８とを有する。ランプ容器２は、ランプ容器２の陰極５ｂが存在する側１６のセメント１３によって、頸部２０内に取り付けられている。しかしながら、ランプ容器２を、代わりの方法、例えば、代わりの形状の反射器（例えば、放物線状の反射器）にクランプ取り付けすることができる。反射器９は開口しているが、これに代えて、例えば、蓋で閉じても良い。反射器９は、焦点１１を有する。図示されている高圧ガス放電ランプ１は、特に、投影ランプとしての用途に適していて、かつ定格出力４００ Ｗ、２ ｍｍの短い電極距離Ｄ、およびランプ動作時の高圧（例えば、６０バール）を有する。このランプは、外面１５で、４０ Ｗ／ｃｍ２という高い壁面負荷を有する。短い電極距離Ｄと高圧のために、このランプは、安定した放電アーク１２を、動作時に有するが、このアークは、強く収縮し、かつ主に、反射器９の焦点１１に、内在または隣接している。
【００１３】
図２は、長さＬを有する電極ロッド３０に接続された先端部３４を有する陰極５ｂを示す。この電極ロッド３０は、電極ロッド３０が壁３の内面３６を通過する領域で、スペーサ手段８として機能するモリブデン箔によって囲まれている。スペーサ手段８が、電極ロッド３０の周りで全長Ｌに渡って存在するために、輪状の毛管開口部５０は、電極ロッド３０とスペーサ手段８との間で、実質的に全長Ｌに渡って存在する。陰極５ｂの先端部３４は、電極ロッド３０が、壁３の内面３６を通過する場所の内面３６から８ ｍｍの距離Ｔｂであるスペース４の内側に存在する。この結果、壁３の外面１５は、安定なランプ動作時に、電極ロッド３０が、リードスルー７に接続されている領域で、１０５０ Ｋ未満の熱を持つ。電極５ａ、５ｂは、いわゆるハイブリッド電極である。各々の電極ロッド３０は、重量にして２６％のレニウムを有するタングステンの合金から製造され、一方、各々の電極５ａ、５ｂの先端部３４は、タングステン（表１のＷ／Ｒｅハイブリッド）から形成されている。これに代えて、電極５ａ、５ｂを、モリブデン、タングステン、レニウムにより形成しても良く、あるいはタングステン、モリブデンおよび／またはレニウムから成るパーツで構成しても良い。
表１
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＊ ランプ容器の陽極が存在する側で、反射器の頸部に取り付けられたランプ容器
＃ ランプ容器の陰極が存在する側で、反射器の頸部に取り付けられたランプ容器
【００１４】
表１は、図１および／または図２、および参照ランプを参照して説明されている、本発明による４００ ＷのＤＣ高圧ガス放電ランプの、初期段階故障に関する幾つかの結果を示している。侵食とその効果を強調するために、実験１と実験２のランプは、その充填材に臭化リチウムが、添加物として与えられている。実験番号１のランプは、参照ランプである。参照ランプには、従来のタングステン電極が設けられており、かつスペーサ手段は、参照ランプには使用されていない。表１の全てのランプに対して、壁３は、その外面１５で約４０ Ｗ／ｃｍ２の壁面負荷を持つ。これらの結果は、ランプの初期段階故障の危険性が、本発明による１つ、または幾つかの手段を使用することによって、著しく減少することを示している（例１を、例２〜４と比較されたい）。
【００１５】
スペーサ手段としてのモリブデン箔によって囲まれた陰極は、例３と例４で使用されている。例３と例４は、ランプ容器が、反射器の頸部にランプ容器の陽極が存在する側で取り付けられている場合より、ランプ容器が、反射器の頸部にランプ容器の陰極が存在する側で取り付けられている場合の方が、初期段階故障の危険性が、少なくなることを実証している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高圧ガス放電ランプの実施例の断面図である。
【図２】本発明による高圧ガス放電ランプの詳細である。
【符号の説明】
１…高圧ガス放電ランプ
２…ランプ容器
３…壁
４…スペース
５ａ…陽極
５ｂ…陰極
６…リードスルー
６ａ…モリブデン箔
６ｂ…外部電流導体
７…リードスルー
７ａ…モリブデン箔
７ｂ…外部電流導体
８…タングステンコイル
９…凹形楕円反射器
１０…反射層
１１…焦点
１２…放電アーク
１３…セメント
１４ａ…外部接触点
１４ｂ…外部接触点
１５…外面
１６…陰極がある側
１８…反射器部
２０…頸部
３０…電極ロッド
３４…先端部
３６…内面
４６…封止
４７…封止
５０…毛管開口部
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004520697.tif 000007
2004520697.tif 000008
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2004520697.tif 000012
2004520697.tif 000013
2004520697.tif 000014
2004520697.tif 000015
2004520697.tif 000016
【国際調査報告】
2004520697.tif 000017
2004520697.tif 000018
2004520697.tif 000019