(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物として含まれるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、該アルカリ金属の濃度が75PPM以下のタングステンからなる電極を備え、封入されたハロゲン量は1.1×10-4〜3.2×10-3μmol／mm3であることを特徴とする放電灯。
【請求項２】
不純物として含まれるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、該アルカリ金属の濃度が75PPM以下のタングステンからなる電極と、石英硝子中のアルカリ金属の総量が0.6PPM以下の放電容器を備え、封入されたハロゲン量は1.1×10-4〜3.2×10-3μmol／mm3であることを特徴とする放電灯。
【請求項３】
不純物として含まれるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、該アルカリ金属の濃度が75PPM以下のタングステンを、アルカリ金属以外の金属又はその酸化物からなり濃度が0.1PPM以上100PPM以下のドープ材によりドープしてなるタングステン電極を備え、封入されたハロゲン量は1.1×10-4〜3.2×10-3μmol／mm3であることを特徴とする放電灯。
【請求項４】
不純物として含まれるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、該アルカリ金属の濃度が75PPM以下のタングステンを、アルカリ金属以外の金属又はその酸化物からなり濃度が0.1PPM以上100PPM以下のドープ材によりドープしてなるタングステン電極と、石英硝子中のアルカリ金属の総量が0.6PPM以下の放電容器を備え、封入されたハロゲン量は1.1×10-4〜3.2×10-3μmol／mm3であることを特徴とする放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長時間にわたって安定した色調と光学系内での光束を維持可能な放電灯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平6-52830号に開示されているように、高い寿命を得るために非常に少量のハロゲンを封入したランプが有るが、そのハロゲン濃度は１×10-5〜１×10-4μmol／mm3と極めて低いものである。
【０００３】
これを例えば内容積0.08ccのランプに金属ハロゲン化物として封入すると、その金属ハロゲン化物を臭化水銀とした場合には0.0015×10-2〜0.0015mgのペレットとなる。
【０００４】
しかしながら、当該サイズの金属ハロゲン化物ペレットの製造は不可能であり、0.005mg程度が限界である。したがって、これをランプ製造工程でばらつき無く封入することも不可能である。
【０００５】
唯一当該ハロゲン量を封入するための手段としては、CH2Br2の様な炭化水素ハロゲン化物やHBrの様な水素ハロゲンの蒸気圧を利用し封入するしかなかった。
【０００６】
しかしこの封入方法では、ランプ製造工程での温度管理に注意を要し、十分な温度コントロールが無ければその封入濃度のバラツキを生じていた。
【０００７】
また、封入されたハロゲン化物はそれぞれ、炭素や水素を持ち込むこととなり、いずれもランプに悪影響を及ぼすものである。例えば炭素は電極のタングステンを炭化し、その強度を低下させ、水素は電極のタングステン輸送を活発にして、ランプの黒化を促進する。
【０００８】
当該仕様外つまり金属ハロゲン化物として封入可能な範囲にある、ハロゲン量が１×10-4μmol／mm3よりも多い金属ハロゲン化物封入でランプを製造した場合について検討する。
【０００９】
例えば特開平11−86785号に記載されている様に封入金属ハロゲン化物量が0.04〜0.3mg／ccで、これは封入金属ハロゲン化物がDyBr3の場合、そのハロゲン濃度が3×10-4〜2.2×10-3μmol／mm3の範囲に有る。
【００１０】
この発明の場合ランプの寿命はこの範囲以上のハロゲン濃度のランプより長寿命となるが、光学系内での光束維持率は1000時間で50％が限界であった。
【００１１】
これは電極や石英硝子中のアルカリ金属とその過剰ハロゲンが反応し、ランプ内にハロゲン化アルカリを浮遊させ、ハロゲン化カリウムが放電容器内に残留することが主な原因である。
【００１２】
これは、ランプの点灯作動中に放電容器内に残留したハロゲン化カリウムが、石英硝子の失透核を作り、長時間のランプ作動においてその失透を広げ、光学系内での光束維持率を下げ、またランプの色調を変化させるものである。
【００１３】
更にハロゲン化カリウムの様な励起エネルギー順位の低い金属ハロゲン化物がランプ内に残留すると、ハロゲン化アルカリがアークの中心から離れたところで発光をはじめ、そのアーク中心近傍のエネルギーを低下させ、光学系内での光束を低下させるものである。またハロゲン化カリウムの残留は、その残留量が点灯時間と共に増加し、光束を点灯時間と共に低下させる要因となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明はランプ内に炭素や水素を持ち込まず、また封入ハロゲン量の多い中で長時間にわたって安定した色調と光学系内での光束を維持可能な放電灯を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の放電灯は、不純物として含まれるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、該アルカリ金属の濃度が75PPM以下のタングステンからなる電極を備え、封入されたハロゲン量は1.1×10-4〜3.2×10-3μmol／mm3であることを特徴とする。
【００１６】
封入ハロゲンとして金属ハロゲン化物を用いれば、そのサイズはペレット製造可能な範囲である0.005mg以上となり、製造が容易となる。このことは以下の請求項にかかる発明においても同様である。
【００１７】
又、タングステン電極中の不純物であるアルカリ金属をリチウム、ナトリウムのいずれか、又はリチウム及びナトリウムに特定し、その濃度を75PPM以下とすることにより、過剰な封入ハロゲンによるランプ内へのハロゲン化アルカリの残留を防止することができる。
【００１８】
通常タングステン電極には、その加工上の都合からカリウムをドープし、その電極完成品での残留量を75PPMとする。このカリウムはランプの点灯中に過剰のハロゲンとの反応により、ハロゲン化カリウムとして放電容器内に浮遊することとなる。
【００１９】
カリウムはそのイオン半径が大きいのに対し、リチウム、ナトリウムのイオン半径はそれぞれ0.6オングストローム、0.98オングストロームと小さく、過剰のハロゲンにより放電容器内に浮遊しても、点灯中にイオン化された際、放電容器である石英硝子の編み目構造から抜け出し、放電容器内に残留することがない。
【００２０】
よって点灯中に放電容器である、石英硝子は失透することなく、また残留ハロゲン化アルカリの増加による光束低下もなく、良好な光束維持が実現できる。
【００２４】
請求項２記載の放電灯は、不純物として含まれるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、該アルカリ金属の濃度が75PPM以下のタングステンからなる電極と、石英硝子中のアルカリ金属の総量が0.6PPM以下の放電容器を備え、封入されたハロゲン量は1.1×10-4〜3.2×10-3μmol／mm3であることを特徴とする。
【００２５】
電極材料と、放電容器材料を上記範囲のものに特定することにより、過剰な封入ハロゲンによるランプ内へのハロゲン化アルカリの浮遊と残留を更に有効に防止することができる。
【００２６】
請求項３記載の放電灯は、不純物として含まれるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、該アルカリ金属の濃度が75PPM以下のタングステンを、アルカリ金属以外の金属又はその酸化物からなる濃度が0.1PPM以上100PPM以下のドープ材によりドープしてなるタングステン電極を備え、封入されたハロゲン量は1.1×10-4〜3．2×10-3μmol／mm3であることを特徴とする。
【００２７】
ランプ内でのハロゲン濃度範囲を1.1×10-4〜3．2×10-3とすることにより、封入ハロゲンとして金属ハロゲンを用いても、そのサイズはペレット製造可能な範囲である0.005mg以上となり、製造が容易となる。
【００２８】
過剰な封入ハロゲンによるランプ内へのハロゲン化アルカリの浮遊を防止するために使用する電極のドープ材にアルカリ金属以外の金属及び酸化物を採用し、その濃度を0.1 PPM以上100PPM以下としている。
【００２９】
アルカリ金属以外の金属ドープの場合、過剰ハロゲンによりその金属が放電容器内に浮遊し、残留してもアルカリ金属の様に石英硝子の失透核を形成することが無く、またアルカリ金属の様な低融点金属でないために、過剰ハロゲンにより電極から放電容器内に浮遊する確率は非常に低くなる。
【００３０】
請求項４記載の放電灯は、不純物として含まれるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、該アルカリ金属の濃度が75PPM以下のタングステンを、アルカリ金属以外の金属又はその酸化物からなる濃度が0.1PPM以上100PPM以下のドープ材によりドープしてなるタングステン電極と、石英硝子中のアルカリ金属の総量が0.6PPM以下の放電容器を備え、封入されたハロゲン量は1.1×10-4〜3.2×10-3μmol／mmであることを特徴とする。
【００３１】
電極材料と放電容器材料を上記範囲のものに特定することにより、請求項３記載の発明に比べて、過剰な封入ハロゲンによるランプ内へのハロゲン化アルカリの浮遊と残留を更に有効に防止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
【００３３】
図１は一般的な放電灯の基本構成を例示した図であり、(1)は石英硝子からなる放電容器であり、中央部にハロゲンを封入する内部空間(3)を有している。(2)は放電容器(1)の内部空間(3)に両側のシール部(4)から突出した電極であり、金属箔(5)を介して外部リード棒(6)に接続されている。金属箔(5)の周囲はシール部(4)により封止されている。
【００３４】
本発明は電極材料、放電容器材料、封入ハロゲン量を特定したものであり、各部材の形状や大きさ等は特に限定されるものではない。
【００３５】
従来仕様のランプにおいては通常カリウムが75PPMのタングステン電極が使用され、100時間程度でその容器である石英硝子の内壁にわずかに失透が確認され、1000時間でその光学系内での光束維持率は50％迄低下していた。
【００３６】
一方、本発明においては電極材料、放電容器材料、封入ハロゲン量を特定することにより、失透は寿命末期まで確認されず、1000時間で90％、2000時間で80％程度まで維持率を得ることができる。
【００３７】
以下、各請求項に対応した実施例と共に本発明を説明する。
【００３８】
［実施例1（請求項1記載の発明の実施例）］
最初にハロゲンの封入量について検討するために試験を行った。ハロゲンとしてHgBr2とDyI2を用い、ハロゲンの封入量を変化させ、好ましい範囲を検討した。良否は「アーク揺らぎ」と寿命（1000時間維持率及び2000時間維持率）により判断した。
【００３９】
使用した電極は従来型のカリウムが75PPMのタングステン電極を使用し、1.9PPMのアルカリ成分を含む石英硝子からなる従来型の放電容器を用いた。
【００４０】
HgBr2を使用した場合の結果を表1に、DyI3を使用した場合の結果を表２に示す。
【００４１】
【表１】
0004358959.tif 000002
【００４２】
【表２】
0004358959.tif 000003
【００４３】
封入濃度を上げ3.2×10-3μmol／mm3を越える、浮遊ハロゲンとアークとが反発しゆらぎが発生した。これらの結果から封入するハロゲンの量はハロゲンの量が1.1×10-4〜3.2×10-3μmol／mm3の範囲が、アーク揺らぎの点でも寿命の点でも適しているといえる。
【００４４】
したがって以下の実験はハロゲン量が1．1×10-4〜3．2×10-3μmol／mm3の条件で行う。又、ハロゲンとしてはHgBr2を使用する。
【００４５】
次に含まれる不純物をリチウム、ナトリウム、カリウムとの3種とし、その濃度を変化させた、異なる種々のタングステン電極を用い、寿命特性を比較した。封入金属としてはHgBr2を使用し、放電容器は上記実験と同じ1.9PPMのアルカリ成分を含む石英硝子からなるものを使用した。
【００４６】
ハロゲン量を1.6×10-4μmol／mm3としたときの実験結果を表３に、3.2×10-3μmol／mm3としたときの実験結果を表４に示す。
【００４７】
いずれの実験においてもタングステン電極中のアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、その濃度が75PPM以下となるものが請求項１記載の発明の実施例となる。
【００４８】
【表３】
0004358959.tif 000004
【００４９】
【表４】
0004358959.tif 000005
【００５０】
ハロゲン量が1．6×10-4μmol／mm3の場合も、3．2×10-3μmol／mm3の場合もタングステン電極中の不純物であるアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムの場合で、その濃度が75PPM以下の場合、すなわち本実施例の場合に良好な寿命が得られることがわかる。
【００５１】
［参考例］
ハロゲン量を1.6×10-4μmol／mm3とした場合と、3.2×10-3μmol／mm3とした場合について、石英硝子中のアルカリ金属の総量が種々異なる放電容器を用いて、寿命を比較した。
【００５２】
電極は実施例1と異なり、タングステン中のアルカリ金属がカリウムでその濃度が75PPMの従来型電極を使用している。
【００５３】
ハロゲン量を1．6×10-4μmol／mm3としたときの実験結果を表５に、3．2×10-3μmol／mm3としたときの実験結果を表６に示す。いずれの実験においても石英硝子中のアルカリ成分の総量が0.6PPM以下のものが請求項２記載の発明の実施例となる。
【００５４】
【表５】
0004358959.tif 000006
【００５５】
【表６】
0004358959.tif 000007
【００５６】
いずれの場合もアルカリ成分の総量が0．6PPM以下の本実施例の場合は、1000時間維持率も2000時間維持率も共に良好であることがわかる。
【００５７】
［実施例２（請求項２記載の発明の実施例）］
実施例1と同様にタングステン中のアルカリ金属がリチウム又は／及びナトリウムに特定され、その濃度が75PPM以下の電極を使用すると共に、参考例と同様に石英硝子中のアルカリ金属の総量が0.6PPMの放電容器を使用し、ハロゲン量を1.6×10-4μmol／mm3とした場合と、3.2×10-3μmol／mm3とした場合について、寿命を比較した。
【００５８】
ハロゲン量を1.6×10-4μmol／mm3としたときの実験結果を表７に、3.2×10-3μmol／mm3としたときの実験結果を表８に示す。いずれも請求項２記載の発明の実施例となる。
【００５９】
【表７】
0004358959.tif 000008
【００６０】
【表８】
0004358959.tif 000009
【００６１】
いずれの場合も、1000時間維持率も2000時間維持率も共に極めて良好であることがわかる。
【００６２】
［実施例３（請求項３記載の発明の実施例）］
ハロゲン量を1.6×10-4μmol／mm3とした場合と、3.2×10-3μmol／mm3とした場合について、1.9PPMのアルカリ金属を含む石英硝子からなる従来型の放電容器を用い、電極の金属ドープに用いるドープ材の濃度を変化させて寿命を比較した。
【００６３】
ドープ材としてはアルカリ金属以外の金属又はその酸化物からなる濃度が0.1 PPM以上100PPM以下のドープ材が適しているが、特に点灯中に電極から不純物として放出されにくい傾向を有するランタノイド類（La，Ce，Pr，Nd，Pm，Eu，Cd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu）金属又はその酸化物を用いることが好ましい。尚、ドープ材濃度の下限を0.1PPMとしたのは、タングステンの成型可能なドープ下限濃度が0.1PPMだからである。
【００６４】
本実施例ではドープ材として酸化ディスプロシウムを用いた。ハロゲン量を1.6×10-4μmol／mm3としたときの実験結果を表９に、3.2×10-3μmol／mm3としたときの実験結果を表１０に示す。
【００６５】
いずれの実験においてもドープ材濃度が100PPM以下のものが請求項３記載の発明の実施例となる。
【００６６】
【表９】
0004358959.tif 000010
【００６７】
【表１０】
0004358959.tif 000011
【００６８】
いずれの場合も、タングステン中のドープ材濃度が100PPM以下の本実施例では、1000時間維持率も2000時間維持率も共に良好であることがわかる。
【００６９】
［実施例４（請求項４記載の発明の実施例）］
実施例３と同様にドープ材濃度が100PPM以下の電極を使用すると共に、参考例と同様に石英硝子中のアルカリ金属の総量が0.6PPMの放電容器を使用し、ハロゲン量を1.6×10-4μmol／mm3とした場合と、3.2×10-3μmol／mm3とした場合について、寿命を比較した。
【００７０】
ハロゲン量を1.6×10-4μmol／mm3としたときの実験結果を表１１に、3.2×10-3μmol／mm3としたときの実験結果を表１２に示す。いずれも請求項４記載の発明の実施例となる。
【００７１】
【表１１】
0004358959.tif 000012
【００７２】
【表１２】
0004358959.tif 000013
【００７３】
いずれの場合も、1000時間維持率も2000時間維持率も共に極めて良好であることがわかる。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明により、製造が容易で、ランプ内に炭素や水素を持ち込まず、また封入ハロゲン量の多い中で長時間にわたって安定した色調と光学系内での光束を維持可能な放電灯を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な放電灯の基本構成を示した図。
【符号の説明】
(1)  放電容器
(2)  電極
(3)  容器内空間
(4)  ピンチシール部
(5)  金属箔
(6)  外部リード棒
【図１】
0004358959.tif 000014