(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にタングステンフィラメントを封入した透明ガラス製エンベロープと、８５Ｖを超える電圧源への接続のため前記フィラメントと接続しそして前記エンベロープの外部に伸延する一対の電気リード線と、少なくとも３気圧の圧力における、ハロゲンを含む前記エンベロープ内の充填気体とを備え、そして前記エンベロープは、重量％において、５８超〜６４％までのＳｉＯ2、１４〜１７．５％Ａｌ2Ｏ3、０〜１％Ｂ2Ｏ3、１〜７％ＭｇＯ、５．５〜１４％ＣａＯ、６〜１７％ＢａＯ、０〜８％ＳｒＯ、及び０〜１．５％ＺｒＯ2から成る組成を有し、且つ（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ）／ＢａＯ重量比が１．６５〜１．７５の範囲にある、アルカリ土類アルミノシリケートガラスから構成されることを特徴とする、８５Ｖを超えての動作のための長寿命、ハロゲンサイクル、白熱ランプ。
【請求項２】
ハロゲンが臭素である請求項１のランプ。
【請求項３】
圧力が約８気圧までに至る請求項１のランプ。
【請求項４】
動作に際して、５００℃を超える壁温度を有する請求項３のランプ。
【請求項５】
酸化物に基づく重量％において、５８超〜６４％ＳｉＯ2、１４〜１７．５％Ａｌ2Ｏ3、０〜１％Ｂ2Ｏ3、１〜７％ＭｇＯ、５．５〜１４％ＣａＯ、６〜１７％ＢａＯ、０〜１．５％ＺｒＯ2及び０〜８％ＳｒＯから成る組成を有し、且つ（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ）／ＢａＯ重量比が１．６５〜１．７５の範囲にある、アルカリ土類アルミノシリケートガラス。
【請求項６】
アルカリ土類酸化物の合計が２１％以上で且つ２４％以下である請求項５のガラス。
【請求項７】
ガラスが０．０３％以下のアルカリ酸化物含有量及び０．０２％以下の水含有量を有する請求項６のガラス。
【請求項８】
Ｂ2Ｏ3が０．２〜０．７％の量において存在する請求項１のランプ。
【請求項９】
ＺｒＯ2の量が０．０５〜１％の範囲である請求項１のランプ。
【請求項１０】
重量％において、５８超〜６４％ＳｉＯ2、１４〜１７．５％Ａｌ2Ｏ3、０〜１％Ｂ2Ｏ3、１〜７％ＭｇＯ、５．５〜１４％ＣａＯ、６〜１７％ＢａＯ、０〜８％ＳｒＯ、０〜１．５％ＺｒＯ2、０〜０．３％ＣｅＯ2、及び０〜０．５％ＴｉＯ2からなり、且つ（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ）／ＢａＯ重量比が１．６５〜１．７５の範囲にある、ハロゲンに対する親和力を減少したアルミノシリケートガラス。
【請求項１１】
重量％において、５９〜６１％ＳｉＯ2、１５．３〜１７．２％Ａｌ2Ｏ3、０．３〜０．０５％Ｂ2Ｏ3、１〜６．５％ＭｇＯ、５．９〜１３．５％ＣａＯ、６．５超〜９．５％ＢａＯ、０〜８％ＳｒＯ、０．０５〜１％ＺｒＯ2、０〜０．３％ＣｅＯ2、及び０〜０．５％ＴｉＯ2を含み、且つ（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ）／ＢａＯ重量比が１．６５〜１．７５の範囲にある、ハロゲンに対する親和力を減少したアルミノシリケートガラス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、１９９７年９月１２日付け米国仮特許出願番号第６０／０５８，７１２号、１９９７年１０月１０日付け米国特許出願番号第０８／９４８，５６５号並びに１９９７年１０月２７日付け独国出願番号第１９７ ４７ ３５５．５号の優先権を主張する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、ランプに関するものであり、特には白熱ハロゲンランプに関する。更に特定的には、本発明は、ハロゲンランプのエンベロープ（管球容器）のためのガラスに関係する。
【０００３】
タングステン−ハロゲンサイクルにより動作するランプは知られている。動作において、タングステン−ハロゲンランプは、ネオン、窒素、アルゴン、クリプトン乃至キセノン若しくはその組合せのような非反応性充填気体を、ハロゲン、通常は臭素と共に、収蔵している。後者のハロゲンは、白熱フィラメントから逃出する蒸発タングステンと結合する。平衡濃度が、ランプ内の気体種により、白熱フィラメントとランプエンベロープ内のコールドスポット（最低温度部位）により決定される温度限度内で達成される。コールドスポット温度は、僅かものタングステンハロゲン化物が凝縮するのを防止するに充分高くなければならない。この条件が満たされると、連続した移行サイクルが働いて、エンベロープをタングステンを含まない状態に維持する。
【０００４】
アルミノシリケート（アルミノケイ酸塩）のような多数の硬質ガラスが、タングステンハロゲンランプと共に相応の程度の成功を納めて使用されてきた。そうしたガラスとしては、コアニング(Corning)社のＮｏ．１７２０、１７２４及び１７２５；ショット(Schott)社から販売されるガラスＮｏ．８２５２及び８２５３；並びにゼネラル・エレクトリック(General Electric)社から販売されるＮｏ．１８０を挙げることができる。
【０００５】
上記のうち、１７２０、１７２４及び８２５２ガラスは、５００℃より低い壁温度で動作する自動車ヘッドランプのような低電圧用途（即ち、１２Ｖ）の場合には好適に使用されてきた。しかしながら、８５Ｖを超える電圧を有しそして５００℃をはるかに超える壁温度を有する線路電圧用途に対しては、これらガラスは、良好なシールを維持し得ないため使用できないことが判明している。この状況は、動作中のガラスの構造的な圧縮即ち圧迫作用によるものであった。圧縮されたガラスは、ガラスの破断強度を超えうる応力を惹起し、最終的にランプシールを破壊する。
【０００６】
１７２５、１８０及び８２５３のような他のガラスは、すべて実質上もっと高いガラス歪点を有するため、エンベロープ寸法の減少から発生する一層高い壁温度及び一層高い電圧、即ち８５Ｖを超える電圧と共に使用可能であり、圧縮により破損しないで、最終的には内側バルブ壁上へのタングステン付着により生じた黒化と続いての動的な（破裂を伴う）ランプ破壊において破損する、即ちランプカプセルが破裂する結果を招く。理想的には、ランプ破壊は、静的な、即ちフィラメントの破断によるものでなければならない。代表的に、使用されるハロゲンガスは、ＨＢｒ若しくはＣＨ3Ｂｒいずれかである。既に述べたように、臭素（若しくは他の種のハロゲン）の濃度は、タングステンとのハロゲンサイクルをコントロールするために臨界的である。先に列挙したガラスは最初は良好に働くが、或る期間後には、バルブ壁上でアルカリ土類金属カチオンと臭素との反応が起こり、ハロゲンサイクルから臭素を失わせる。反応生成物は代表的にＢａＢｒ2及びＣａＢｒ2であり、これらはランプエンベロープ表面内側における白色の曇りとして現れる。ハロゲンランプは代表的に、この反応をもってランプ性能における限界因子となるものとして設計されている。
【０００７】
アルカリ土類金属と臭素との反応がランプエンベロープの内面へのシリカの障壁コーティングの被覆により減少されうることが示唆された（本件出願人に譲渡された米国特許第５，４７３，２２６号参照）。しかしながら、この解決策は高価につきまた完全には有効でない。
【０００８】
８５Ｖを超える電源を使用するランプにおいてハロゲンとガラス材料との結合作用を排除するか若しくは実質上減じ、それによりランプの性能（ルーメン（光束）持続時間の増長を通して）及び寿命を改善することのできる、即ち光出力の実質的な劣化なく２５００時間を超えて寿命が延長されうるガラスを開発することができたなら、斯界における前進となろう。
【０００９】
（発明の開示）
従って、本発明の目的は、先行技術の欠点を排除することである。
【００１０】
本発明のまた別の目的は、ハロゲンサイクルランプの性能を増進することである。
【００１１】
本発明のまた別の目的は、上記結果を達成し、しかも作製上の経済性を維持するタングステンハロゲンランプ用のガラスを提供することである。
【００１２】
これら目的は、本発明の一様相において、内部にタングステンフィラメントを封入した透明ガラス製エンベロープと、８５Ｖを超える電圧源への接続のためフィラメントと接続しそしてエンベロープの外部に伸延する一対の電気リード線と、少なくとも３気圧の圧力における、ハロゲンを含むエンベロープ内の充填気体とを備える、８５Ｖを超えての動作のための長寿命、ハロゲンサイクル、白熱ランプを提供することにより達成された。エンベロープは、重量％において、５８超〜約６４％ＳｉＯ2、約１４〜約１７．５％Ａｌ2Ｏ3、０〜約１％Ｂ2Ｏ3、１〜約７％ＭｇＯ、約５．５〜約１４％ＣａＯ、約６〜約１７％ＢａＯ、０〜約８％ＳｒＯ、及び０〜約１．５％ＺｒＯ2から実質上成る組成を有し、且つ（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ）／ＢａＯ重量比が１．６５〜１．７５の範囲にある、アルカリ土類アルミノシリケートガラスから構成される。微量の、ＣｅＯ2やＴｉＯ2のような他の種化合物も１重量％未満の量において存在しうる。本発明の好ましい様相において、エンベロープは、５９〜約６１％ＳｉＯ2、約１５．３〜約１７．２％Ａｌ2Ｏ3、約０．３〜約０．５％Ｂ2Ｏ3、１〜約６．５％ＭｇＯ、約５．９〜約１３．５％ＣａＯ、約６．５超〜約９．５％ＢａＯ、０〜約８％ＳｒＯ、約０．０５〜約１％ＺｒＯ2、約０〜約０．３％ＣｅＯ2、及び約０〜約０．５％ＴｉＯ2を有する、ハロゲンに対する親和力を減少したアルミノシリケートガラスから構成される。
【００１３】
（発明を実施するための最適の形態）
その他のまた別の目的、利益、及び利用可能性と併せて、本発明の一層の理解のために、上記の図面と併せて次の開示及び添付請求の範囲を参照されたい。
【００１４】
特定例を示す図面を参照すると、図面には、長手軸線Ｌを具備しそして外側エンベロープ３２及び内側エンベロープ３４と、フレーム組立体３６とベース３８とを備えるランプ３０が示されている。外側エンベロープ３２は、ネック部分４０を有する。内側エンベロープ３４は、フィラメント４５を内部に配したタングステンハロゲン白熱カプセルであり、８５Ｖを超える電圧源への接続のためフィラメントに接続されそしてエンベロープ本体３４から外部に伸延するリード線４２及び４４を具備している。この場合、カプセル３４はフレーム３６上に設置される。
【００１５】
カプセル３４は、本発明のガラスから構成されそして不活性気体及びハロゲンからなる充填気体を収蔵している。本発明の好ましい具体例において、充填気体は、９５％Ｋｒ、約５％Ｎ2及び０．１０％ＨＢｒを含みそして３−８気圧の圧力にある。
【００１６】
カプセル３４のアルミノシリケートガラスは、重量％において、５８超〜約６４％ＳｉＯ2、約１４〜約１７．５％Ａｌ2Ｏ3、０〜約１％Ｂ2Ｏ3、１〜約７％ＭｇＯ、約５．５〜約１４％ＣａＯ、約６〜約１７％ＢａＯ、０〜約８％ＳｒＯ、及び０〜約１．５％ＺｒＯ2から実質上成り、且つ（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ）／ＢａＯ重量比が１．６５〜１．７５の範囲にある。本発明の好ましい具体例において、酸化硼素及び酸化ジルコニウムは、ランプ動作に及ぼすそれらの作用効果が不明であるので排除されるが、しかし溶融プロセスにおける助剤として微量必要な場合もあり得る。液相線をコントロールするために微量の酸化ジルコニウムを、そしてＵＶ吸収縁をコントロールするために微量のＣｅＯ2及び／又はＴｉＯ2を含めることが望ましい場合もある。人工日焼けランプ(tanning lamp)においての使用に適当なガラスにおいては、２重量％までのＢｒ-が追加されうる。これは、使用される化合物（例えばＢａＢｒ2）の揮発度に基づいて仕上がりガラス中おおよそ０．６重量％までに相当する。
【００１７】
本発明のガラスを次の態様で先行技術ガラスに比べるため臭素消耗試験に供した。約５インチの長さと約５インチの直径を有する溶融石英製反応容器にガラスＮｏ．８２５２、８２５３、１８０、１７２５、１７２４、１７２０の様々の組成物から形成されたカプセルガラスチューブを積載した。これらガラスの組成を表１に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
石英反応容器を排気し、約８０％Ｋｒ、１９％Ｎ及び１％ＨＢｒから成る気体を１気圧の圧力において再充填しそして密閉した。反応容器をオーブンの恒温部分に置きそして６１０℃において５００時間加熱した。冷却後、反応容器を開封し、試験ガラスチューブを取り出し、一端において封栓しそして脱イオン水で充満した。反対端をその後封栓しそしてカプセルチューブを１００℃に１時間加熱してカプセルチューブの内面に形成された水溶性反応生成物を溶解せしめた。カプセルチューブの各々の内容水を、臭素、カルシウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム（ガラスサンプルの一つはＳｒＯにより置換されたＣａＯを少量有した）、及びナトリウムについて分析した。結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
本発明のガラスの一つが、表２に「８２５３，ＣａＯに対してＭｇＯの部分置換」として示される。これは８２５３の成分中ＣａＯをＭｇＯで部分置換したものである。表２の第１欄の表現も同様な部分置換の意味である。このガラスが同等の試験条件の下で、他の耐熱ガラスのいずれよりも格段に低い臭素反応しか有しないことがわかる。耐熱性の低いガラス、即ち１７２０及び１７２４もまた、低電圧用途でのそれらの使用から予想されたように低臭素汚染を示した。しかし、上述したように、これらガラスは、それらのガラス歪点が低く、構造的な圧縮を生じそして最終的に内側ガラス−リード線界面においてクラックが発生するとき動的にランプ破損をもたらすから、高電圧用途においては使用できない。
【００２２】
他の種の本発明ガラスを次のようにして調製した：
【００２３】
（例）
この例のガラスの製造のために、各場合、石英砂、酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、及び炭酸バリウム並びにジルコニウム砂のようなアルカリ分の少ない原料種を使用した。所望なら、酸化セリウム及び臭化バリウムを添加することができる。充分に均質化した混合物を研究室においてＰｔ／Ｒｈるつぼ内で１６００〜１６５０℃において溶融し、精製しそして均質化した。このガラスを研究室引き上げ装置において垂直方向に延伸した。ガラスは破裂性の小さな結晶を含まなかった。表３は、本発明の一様相に従うガラス例（Ａ５）並びに比較例に従うガラス例（Ｖ１）をそれらの組成（酸化物に基づく重量％）及びそれらの必須の性質と共に示す。
【００２４】
再沸騰温度(reboil temperature)を転移温度（Ｔｇ）と併せて示す。再沸騰温度とは、室温において目視的にバブルを含まないガラスサンプルが温度が上昇するとき金属（サンプルホルダー、Ｍｏ）との界面において突然にバブル形成を示す温度である。この再沸騰温度が高いほど、ガラスはＭｏに封着されるときバブル形成への傾向が少ない。比較例においては、Ｔｇの代わりに上方冷却点（ＵＣＰ）を示してある。
【００２５】
ランプ試験のためガラスチューブから高出力を有するタングステン−ハロゲンランプを通常の方式で作製した。これらを７００℃のバルブ温度においての連続動作下に置いた。ガラスバルブの内面における黒化の始まる以前の期間を測定した。Ａ５に対する値はやはり充分良好であった。Ｖ１の場合、バルブの膨れが起こった。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
追加的に、アルカリ土類酸化物（ＲＯ）の合計が、２１重量％未満でなくかつ２４重量％を超えないことが好ましい。これら範囲の外側では、熱膨張及び粘度両方が所望の水準から外れることが見いだされた。
【００２８】
更に、一方でＣａＯ、ＳｒＯ及びＭｇＯの合計と他方でＢａＯとの間の重量比（（Ｃａ０＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ）／ＢａＯ）は、１．４５〜１．７５の範囲の量とすべきである。好ましくは、この重量比は１．６５〜１．７５の範囲の量とすべきである。
【００２９】
また、ＭｇＯ対ＣａＯの重量比が重要であると考えられる。従って、ＭｇＯ／ＣａＯは常に０を超えそして好ましくは約０．８未満とされる。そうでないと、ガラスの結晶化安定性がチューブ延伸に対して充分でない。
【００３０】
本発明の利益は、高電圧ランプ用に従来使用された先行技術のガラス、即ちGE１８０、Corning１７２５或いはSchott８２５３において使用された２種アルカリ土類酸化物（ＢａＯ，ＣａＯ）系に対してよりも、３種混合アルカリ土類酸化物（ＢａＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ）に対しての方がイオン移行が遅いが故に生じると考えられる。また、本発明のガラスの製造において、アルカリ汚染物の排除若しくは絶対ゼロへの減少が重要である、即ちナトリウム、リチウム及び／又はカリウムの存在は０．０５重量％より少なく維持されるべきである。こうして、本発明により、５成分アルミノ−シリケート系（ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＢａＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ）が、先行技術を上回る顕著な利益、即ちハロゲンサイクルの下で動作するランプの内面における臭素反応生成物の欠如をもって提供され、それにより一層良好な保守効果でもって一層長い動作を可能ならしめる。追加的に、動的な破損が軽減若しくは排除され、ランプは通常の寿命の終わりに達するまで明るく点灯する。
【００３１】
現時点で本発明の好ましい具体例と考えられる例を示しまた記載したが、当業者には、添付請求の範囲により定義されるものとしての本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更や修正をなし得ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を使用するタングステンハロゲンランプの断面図である。
【図１】
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