JPH02818B2 - - Google Patents
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- JPH02818B2 JPH02818B2 JP57049233A JP4923382A JPH02818B2 JP H02818 B2 JPH02818 B2 JP H02818B2 JP 57049233 A JP57049233 A JP 57049233A JP 4923382 A JP4923382 A JP 4923382A JP H02818 B2 JPH02818 B2 JP H02818B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
- H01J61/02—Details
- H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
- H01J61/18—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
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- Discharge Lamp (AREA)
Description
この発明は一般的に言えば充填材が水銀と光放
電ハロゲン化金属とからなるハロゲン化金属型の
ハイインテンシテイ放電ランプ、更に詳しく言え
ば水銀とヨウ化ナトリウム及びヨウ化スカンジウ
ムを含み、アークギヤツプの短い種類のミニチユ
アランプに関する。 ハロゲン化金属ランプは、1966年公布された
Reilingの特許第3234421号に提案されているよう
に、色を変え、かつ動作効率を上げるために高圧
水銀蒸気ランプに対し種々の光放射金属のハロゲ
ン化物を添加することがまずはじめられた。それ
以来、ハロゲン化金属ランプは商業的及び工業的
空間の一般的なイルミネーシヨン並びに戸外の照
明に広く用いられている。その構成と動作モード
はIlluminating Engineering Society刊行のIES
Lighting Handbook、第５版（1972年）８−34
頁に記載されている。 ハロゲン化金属ランプは、通常実質的に完全に
気化した水銀チヤージと大部分液体のヨウ化金属
類からなる過剰の気化していないチヤージにより
作動する。好ましい１つの充填材はナトリウム、
スカンジウム及びトリウムのヨウ化物からなる。
動作条件並びにランプ外被の幾何学的デザイン
は、特に最終的にヨウ化物、とりわけNaIを気化
するために十分な高温度を与えるものでなければ
ならない。一般に、このためには動作条件下で、
最低で700℃程度の温度が必要である。 1979年７月のCap等の特許第4161672号には、
端部に小さなシール部を有する熔融シリカ製薄壁
からなる外被を利用して、１cm3以下の放電容量で
高い効率を得ているミニチユアハロゲン化金属ア
ーク管が開示されている。これらのミニチユアア
ーク管は、普通の白熱電灯に機能が類似するよう
設計された照明ユニツトの主要な光源として特に
有用である。この応用には約2900〓の色温度を持
つ白熱電灯の色温度に匹適するような低い色温度
が望ましい。NaI／ScI3／ThI4の調合薬を含む現
在のハロゲン化金属ランプの色温度は白熱灯では
代表的なもので4200〓乃至それ以上である。外側
の外被にスペクトルの低い側に有利に作用する発
光体を適用することによつて、有効色温度は3800
〓に下げられるが、効率が減少し、なお目的には
届かない。 アーク中のナトリウムの相対濃度を増加させる
ことによつてNaI−含有ランプの色温度を下げる
ことができる。このことはアーク管のサイズ、長
さと径の比、電極の長さのような物理的な構成因
子を変えることによつて達成される。物理的構成
を変えることによる効果は、ハロゲン化物類の温
度を増加させ、それによつてナトリウム圧を増大
させて、より低い色温度のランプを生じさせるも
のでなければならない。用いるハロゲン化金属の
反応性の結果として、平均壁温の増大は、メイン
テナンスに不利で寿命が短かくなる有害な化学反
応プロセスの速度を増大させることになる。これ
ららの望ましくない効果はミニチユアランプの外
被容量が小さくなることで悪化する。 NaI−含有ランプの色温度を低めるために用い
られる他の機構はナトリウムＤ線（589nm）を赤
色領域へ広めるに十分な放電スペース内の水銀密
度である。ミニチユアハロゲン化金属ランプにこ
の機構を用いることによつても、なお2900〓の目
標には届ない。 メインテナンスの改善をトリウム−タングステ
ンカソードを用いるランプに求めた。このような
電極はタングステンカソードを処理することによ
つて、すなわち通常は周囲にタングステンの針金
をコイル巻したタングステン棒をヨウ化トリウム
−含有空空気中で処理することによつて形成され
る。条件を選ぶことによつて、この棒はランプ内
に調合されたThI4から棒の末端部にトリウムの
スポツトを取得する。ここでトリウムは良好な電
子のエミツタの作用をし、このエミツタは、何ら
かのプロセスによつて失なわれるトリウムをカソ
ードに戻す、存在するハロゲンを含有する輸送サ
イクルによつて常に再生される。トリウム−タン
グステンカソード及びその操作法はJohn F.
WaymouthによるElectric Discharge Lamps
（M.I.T.Press，1971年、第８章）に記載されてい
る。トリウム輸送の適当な作用は、過剰または遊
離のヨウ素が作用中にランプの雰囲気内に存在す
ると抑制される。一つの対策はヨウ化物としての
生成自由エネルギーがHgI2よりもマイナスで、
ThI4よりもマイナスでない金属状態のゲツタを
加えることである。ゲツタとしてはCd、Zn、
Cu、Ag、In、Pb、Cd、Zn、Mn、Sn及びTlが
提案されている。 本発明者らは外被容量が１cm3以下でアークギヤ
ツプの長さが１cm以下のランプであるミニチユア
ハロゲン化金属ランプにおいて、ゲツターとして
カドミウムまたは亜鉛を添加するとカソードが変
形し、かつアークギヤツプの長さが変化するトリ
ウム輸送サイクを高めることを見出した。このこ
とは、短かいアークギヤツプの高電圧グラジエツ
トランプ（gradient lamp）において、アークの
電圧降下に容認することのできないかなり大きな
変化を起す。本発明はランプからヨウ化トリウム
を除くことによつてこの問題を解決するものであ
る。 本発明者等は、更にNaIとScI3及びナトリウム
Ｄ線を赤色領域へ広げるのに十分なHgを含むミ
ニチユアアーク管に金属カドミウまたは亜鉛を添
加すると色温度が所望の2900〓まで下がることを
見出した。このことは物理的構成を変化させた
り、壁温を上げたりすることなく達成される。別
の場合には、添加剤は低壁温で所望の色温度を維
持するために用いることができる。CdまたはZn
はScI3に対して0.04〜1.0のモル比で加える必要が
ある。本発明者等は、カドミウムまたは亜鉛のハ
ロゲン化金属の調合物への添加が、直接的なカド
ミウムまたは亜鉛の輻射により可視輻射に僅かに
寄与するが、しかしアークに利用されるScI3の量
を減少することにより可視スペクトル域における
ナトリウムとスカンジウムの輻射のバランスを変
化させるように作用し、それによつてNaIのScI3
に対する有効比の増すことを確認した。上述の金
属の蒸気圧を綿密に調べると、Cd及びZnの蒸気
圧は1100〓で気相反応に有効な高さを有し、この
機構によつて有用な色温度の減少の得られること
が明らかである。 以下、添付図面を参照した本発明を詳細に説明
する。 本発明が具体化された高圧ハロゲン化金属ラン
プのアーク管１を第１図に示すが、これは本質的
にはCapとLakeの特許第4161672号に開示されて
いる新規なミニチユアハロゲン化金属ランプに相
当するものである。このようなアーク管は通常大
気を遮断する外被または外套に封入されている。
これは石英または熔融シリカから作られ、石英管
の膨張によつて形成される楕円状球形部２、及び
電極導入組立部品のモリブデン箔部４，４′に管
を密着させるか真空シールすることによつて形成
される頚状部３，３′からなる。放電室または球
形部は容量が１cm3以下である；約0.65cmの小さい
内径を持つ32Wのアーク管では容量は0.11〜0.19
cm3である。モリブデン箔に溶接されている導線
５，５′は頚状部から外部に突出し、一方モリブ
デン箔の反対側に溶接されている電極の軸部６，
６′は頚状部を通つて球形部内へ伸びている。図
示したランプは一方向性の電流操作を考えたもの
であり、球状末端部７で終つている軸部６′はア
ノード用である。カソードは軸部６の端部を加工
し、その末端が短かいピン状のインサート９で終
つている中空のタングステンヘリツクス８からな
る。この発明はまた交流で働くランプにも有用で
ある。 外被の適当な充填物は、始動ガスとして働く圧
力が数トルから数百トルのアルゴンまたはその他
の不活性ガスと、水銀及び金属ハロゲン化物NaI
とScI3で構成されるチヤージとからなる。本発明
者等は、NaI濃度0.005ｇ/cm3〜0.05ｇ/cm3の範囲と
ScI3濃度0.0008ｇ/cm3〜0.008ｇ/cm3の範囲について
試験し、カドミウムを添加すると前記の全ての範
囲にわたつて有効色温度が下がることを見出し
た。ソーダ石灰（Sodium lime）の色温度を下
げる効果を拡大するのを有利にするためには、
0.015〜0.05ｇ/cm3濃度の水銀を用いる必要があ
る。約0.15cm3容量の32Wアーク管における代表的
なチヤージは、Hg5.0mg、ScI30.52mg、NaI3.48mg
である；ｇ/cm3換算での相当する濃度はHgが
0.033、ScI3が0.0035、NaIが0.023である。アルゴ
ンの充填圧は約120トルである。 本発明により金属カドミウムを、NaIとScI3を
含むアーク管に添加して色温度を下げる範囲は第
２図に示されており、ケルビン温度での色温度が
三ヨウ化スカンジウムに対するカドミウムのモル
比に対してプロツトされている。第２図を作成す
るのに使用したデータはランプ充填剤の相対密度
に依存し、アーク管の固有な形状や寸法には依存
しない。このデータは３種のサイズの球形部、４
種の異なるハロゲン化金属調合量、６種の異なる
Hg調合量、及び３種の異なるHg／Cdアマルガ
ム濃度を含んでいる。Cd／ScI3モル比が約0.5で
ほぼ白熱電球の色温度に相当する2900〓の色温度
になることがわかる。色温度に対する効果は先に
述べた種類のランプ中のトリウムの存在によつて
は妨げられない。しかし、トリウムの量は電極の
変形を避けるために制限しなければならない。電
極用のトリウム化されたタングステン線の使用に
付随してランプ蒸気に導入される少量のトリウム
は許容される。 カドミウムの色温度に対する有利な効果は若干
効率の損失を伴う。第３図はカドミウムをアーク
管に添加して得られるルーメン変化の増加率を示
す。ルーメン変化の増加率はΔ％Ｌは下式により
定義される。 Δ％Ｌ＝カドミウム添加時のルーメン−カドミウム
無添加時のルーメン／カドミウム無添加時のルーメン×
100 Cd／ScI3比が増すに従つて、ルーメン密度は
カドミウム無添加で作成した類似のアーク管での
ルーメン密度に関して減少することに注目された
い。このことは、有効に加えられるCd量に対す
る１つの制限要因となる。 カドミウムを調合剤に添加することにより導か
れる改良されたメインテナンスは第３図及び第４
図を合わせて考察することにより明白である。第
３図を参照すると、100時間目に測定したルーメ
ン損失はCd／ScI3が約0.5において０であること
が認められる。第４図を参照すると、この点はカ
ドミウム添加と無添加の２つの線に共通な原点で
ある。カドミウムはメインテナンスを実際に改善
し、使用期間を通じて差が大きくなつているのが
わかる。例えばCd添加時におけるルーメンの増
加は無添加のランプに対して2000時間目で５％以
上である。 限られた色温度範囲のみが一般的な照明施設で
の関心事である。特に約2400〓以下の色温度は殆
んど商業的には価値がなく、それを達成するに必
要なCd／ScI3比は約１である。この比において、
100時間目のルーメン損失の増加は第３図からわ
かるように約５％である。従つて、これらの２つ
の要因は本発明によるランプ中のCdとScI3のモ
ル比の有効な上限を約1.0に限定する。 カドミウム添加の有効な下限は、化学反応プロ
セスで生ずる色の変化とハロゲン化物の調合に影
響を及ぼす処理要因とにより決められる。本発明
者等は、これらの問題を回避するためにはCd／
ScI3モル比が最小で0.04が必要であることを見出
した。 色温度を下げると同時にメインテナンスを改善
するという本発明で達成される驚くべき事実は以
下のように説明することができよう。ScI3を含む
ランプにCdを添加すると次の反応によつてCdI2
とScが形成される。 ３／２Cd(g)＋ScI3(g)３／２CdI2(g)＋Sc(g) (1) 式中、(g)は気体状態を示す。式(1)の平衡は次式
で表わされる。 式中、Ｐは成分の圧力であり、気圧単位で測定
するのが適当である。Znの添加についても同様
な１組の式が考えられる。 ミニチユアハロゲン化金属アーク管の操作時の
壁温に近い1000〓では、平衡定数Keqの値はCd
システムでは1.3×10-9であり、Znシステムでは
3.8×10-8である。 スカンジウムが反応(1)で形成されると、Scの
蒸気圧は1100〓で２×10-11気圧しかないので管
壁に沈積する。 第１図に示した32W規格のミニチユアアーク管
では、NaI、ScI3、及びCdの代表的な初期調合量
は以下のとおりである。 NaI＝3.48×10-3ｇまたは2.32×10-5mol ScI3＝0.52×10-3ｇまたは1.22×10-6mol Cd＝5.65×10-5ｇまたは5.03×10-7mol Cdの全てがCdI2に変換されるとすると、生ず
るScI3の損失はプール中の純粋なScI3の蒸気圧以
下にScI3の圧力を下げるには十分でない。 式(2)中のPSc及びPScI3に用いる値は知られてい
るので、形成されるCdI2の量を算出することがで
きる。上述の代表的なミニチユアアーク管では、
形成されるCdI2の量はScI3の約4.38×10-7molで
ある。反応成分の初期量と最終量を下記の表に
示す。
電ハロゲン化金属とからなるハロゲン化金属型の
ハイインテンシテイ放電ランプ、更に詳しく言え
ば水銀とヨウ化ナトリウム及びヨウ化スカンジウ
ムを含み、アークギヤツプの短い種類のミニチユ
アランプに関する。 ハロゲン化金属ランプは、1966年公布された
Reilingの特許第3234421号に提案されているよう
に、色を変え、かつ動作効率を上げるために高圧
水銀蒸気ランプに対し種々の光放射金属のハロゲ
ン化物を添加することがまずはじめられた。それ
以来、ハロゲン化金属ランプは商業的及び工業的
空間の一般的なイルミネーシヨン並びに戸外の照
明に広く用いられている。その構成と動作モード
はIlluminating Engineering Society刊行のIES
Lighting Handbook、第５版（1972年）８−34
頁に記載されている。 ハロゲン化金属ランプは、通常実質的に完全に
気化した水銀チヤージと大部分液体のヨウ化金属
類からなる過剰の気化していないチヤージにより
作動する。好ましい１つの充填材はナトリウム、
スカンジウム及びトリウムのヨウ化物からなる。
動作条件並びにランプ外被の幾何学的デザイン
は、特に最終的にヨウ化物、とりわけNaIを気化
するために十分な高温度を与えるものでなければ
ならない。一般に、このためには動作条件下で、
最低で700℃程度の温度が必要である。 1979年７月のCap等の特許第4161672号には、
端部に小さなシール部を有する熔融シリカ製薄壁
からなる外被を利用して、１cm3以下の放電容量で
高い効率を得ているミニチユアハロゲン化金属ア
ーク管が開示されている。これらのミニチユアア
ーク管は、普通の白熱電灯に機能が類似するよう
設計された照明ユニツトの主要な光源として特に
有用である。この応用には約2900〓の色温度を持
つ白熱電灯の色温度に匹適するような低い色温度
が望ましい。NaI／ScI3／ThI4の調合薬を含む現
在のハロゲン化金属ランプの色温度は白熱灯では
代表的なもので4200〓乃至それ以上である。外側
の外被にスペクトルの低い側に有利に作用する発
光体を適用することによつて、有効色温度は3800
〓に下げられるが、効率が減少し、なお目的には
届かない。 アーク中のナトリウムの相対濃度を増加させる
ことによつてNaI−含有ランプの色温度を下げる
ことができる。このことはアーク管のサイズ、長
さと径の比、電極の長さのような物理的な構成因
子を変えることによつて達成される。物理的構成
を変えることによる効果は、ハロゲン化物類の温
度を増加させ、それによつてナトリウム圧を増大
させて、より低い色温度のランプを生じさせるも
のでなければならない。用いるハロゲン化金属の
反応性の結果として、平均壁温の増大は、メイン
テナンスに不利で寿命が短かくなる有害な化学反
応プロセスの速度を増大させることになる。これ
ららの望ましくない効果はミニチユアランプの外
被容量が小さくなることで悪化する。 NaI−含有ランプの色温度を低めるために用い
られる他の機構はナトリウムＤ線（589nm）を赤
色領域へ広めるに十分な放電スペース内の水銀密
度である。ミニチユアハロゲン化金属ランプにこ
の機構を用いることによつても、なお2900〓の目
標には届ない。 メインテナンスの改善をトリウム−タングステ
ンカソードを用いるランプに求めた。このような
電極はタングステンカソードを処理することによ
つて、すなわち通常は周囲にタングステンの針金
をコイル巻したタングステン棒をヨウ化トリウム
−含有空空気中で処理することによつて形成され
る。条件を選ぶことによつて、この棒はランプ内
に調合されたThI4から棒の末端部にトリウムの
スポツトを取得する。ここでトリウムは良好な電
子のエミツタの作用をし、このエミツタは、何ら
かのプロセスによつて失なわれるトリウムをカソ
ードに戻す、存在するハロゲンを含有する輸送サ
イクルによつて常に再生される。トリウム−タン
グステンカソード及びその操作法はJohn F.
WaymouthによるElectric Discharge Lamps
（M.I.T.Press，1971年、第８章）に記載されてい
る。トリウム輸送の適当な作用は、過剰または遊
離のヨウ素が作用中にランプの雰囲気内に存在す
ると抑制される。一つの対策はヨウ化物としての
生成自由エネルギーがHgI2よりもマイナスで、
ThI4よりもマイナスでない金属状態のゲツタを
加えることである。ゲツタとしてはCd、Zn、
Cu、Ag、In、Pb、Cd、Zn、Mn、Sn及びTlが
提案されている。 本発明者らは外被容量が１cm3以下でアークギヤ
ツプの長さが１cm以下のランプであるミニチユア
ハロゲン化金属ランプにおいて、ゲツターとして
カドミウムまたは亜鉛を添加するとカソードが変
形し、かつアークギヤツプの長さが変化するトリ
ウム輸送サイクを高めることを見出した。このこ
とは、短かいアークギヤツプの高電圧グラジエツ
トランプ（gradient lamp）において、アークの
電圧降下に容認することのできないかなり大きな
変化を起す。本発明はランプからヨウ化トリウム
を除くことによつてこの問題を解決するものであ
る。 本発明者等は、更にNaIとScI3及びナトリウム
Ｄ線を赤色領域へ広げるのに十分なHgを含むミ
ニチユアアーク管に金属カドミウまたは亜鉛を添
加すると色温度が所望の2900〓まで下がることを
見出した。このことは物理的構成を変化させた
り、壁温を上げたりすることなく達成される。別
の場合には、添加剤は低壁温で所望の色温度を維
持するために用いることができる。CdまたはZn
はScI3に対して0.04〜1.0のモル比で加える必要が
ある。本発明者等は、カドミウムまたは亜鉛のハ
ロゲン化金属の調合物への添加が、直接的なカド
ミウムまたは亜鉛の輻射により可視輻射に僅かに
寄与するが、しかしアークに利用されるScI3の量
を減少することにより可視スペクトル域における
ナトリウムとスカンジウムの輻射のバランスを変
化させるように作用し、それによつてNaIのScI3
に対する有効比の増すことを確認した。上述の金
属の蒸気圧を綿密に調べると、Cd及びZnの蒸気
圧は1100〓で気相反応に有効な高さを有し、この
機構によつて有用な色温度の減少の得られること
が明らかである。 以下、添付図面を参照した本発明を詳細に説明
する。 本発明が具体化された高圧ハロゲン化金属ラン
プのアーク管１を第１図に示すが、これは本質的
にはCapとLakeの特許第4161672号に開示されて
いる新規なミニチユアハロゲン化金属ランプに相
当するものである。このようなアーク管は通常大
気を遮断する外被または外套に封入されている。
これは石英または熔融シリカから作られ、石英管
の膨張によつて形成される楕円状球形部２、及び
電極導入組立部品のモリブデン箔部４，４′に管
を密着させるか真空シールすることによつて形成
される頚状部３，３′からなる。放電室または球
形部は容量が１cm3以下である；約0.65cmの小さい
内径を持つ32Wのアーク管では容量は0.11〜0.19
cm3である。モリブデン箔に溶接されている導線
５，５′は頚状部から外部に突出し、一方モリブ
デン箔の反対側に溶接されている電極の軸部６，
６′は頚状部を通つて球形部内へ伸びている。図
示したランプは一方向性の電流操作を考えたもの
であり、球状末端部７で終つている軸部６′はア
ノード用である。カソードは軸部６の端部を加工
し、その末端が短かいピン状のインサート９で終
つている中空のタングステンヘリツクス８からな
る。この発明はまた交流で働くランプにも有用で
ある。 外被の適当な充填物は、始動ガスとして働く圧
力が数トルから数百トルのアルゴンまたはその他
の不活性ガスと、水銀及び金属ハロゲン化物NaI
とScI3で構成されるチヤージとからなる。本発明
者等は、NaI濃度0.005ｇ/cm3〜0.05ｇ/cm3の範囲と
ScI3濃度0.0008ｇ/cm3〜0.008ｇ/cm3の範囲について
試験し、カドミウムを添加すると前記の全ての範
囲にわたつて有効色温度が下がることを見出し
た。ソーダ石灰（Sodium lime）の色温度を下
げる効果を拡大するのを有利にするためには、
0.015〜0.05ｇ/cm3濃度の水銀を用いる必要があ
る。約0.15cm3容量の32Wアーク管における代表的
なチヤージは、Hg5.0mg、ScI30.52mg、NaI3.48mg
である；ｇ/cm3換算での相当する濃度はHgが
0.033、ScI3が0.0035、NaIが0.023である。アルゴ
ンの充填圧は約120トルである。 本発明により金属カドミウムを、NaIとScI3を
含むアーク管に添加して色温度を下げる範囲は第
２図に示されており、ケルビン温度での色温度が
三ヨウ化スカンジウムに対するカドミウムのモル
比に対してプロツトされている。第２図を作成す
るのに使用したデータはランプ充填剤の相対密度
に依存し、アーク管の固有な形状や寸法には依存
しない。このデータは３種のサイズの球形部、４
種の異なるハロゲン化金属調合量、６種の異なる
Hg調合量、及び３種の異なるHg／Cdアマルガ
ム濃度を含んでいる。Cd／ScI3モル比が約0.5で
ほぼ白熱電球の色温度に相当する2900〓の色温度
になることがわかる。色温度に対する効果は先に
述べた種類のランプ中のトリウムの存在によつて
は妨げられない。しかし、トリウムの量は電極の
変形を避けるために制限しなければならない。電
極用のトリウム化されたタングステン線の使用に
付随してランプ蒸気に導入される少量のトリウム
は許容される。 カドミウムの色温度に対する有利な効果は若干
効率の損失を伴う。第３図はカドミウムをアーク
管に添加して得られるルーメン変化の増加率を示
す。ルーメン変化の増加率はΔ％Ｌは下式により
定義される。 Δ％Ｌ＝カドミウム添加時のルーメン−カドミウム
無添加時のルーメン／カドミウム無添加時のルーメン×
100 Cd／ScI3比が増すに従つて、ルーメン密度は
カドミウム無添加で作成した類似のアーク管での
ルーメン密度に関して減少することに注目された
い。このことは、有効に加えられるCd量に対す
る１つの制限要因となる。 カドミウムを調合剤に添加することにより導か
れる改良されたメインテナンスは第３図及び第４
図を合わせて考察することにより明白である。第
３図を参照すると、100時間目に測定したルーメ
ン損失はCd／ScI3が約0.5において０であること
が認められる。第４図を参照すると、この点はカ
ドミウム添加と無添加の２つの線に共通な原点で
ある。カドミウムはメインテナンスを実際に改善
し、使用期間を通じて差が大きくなつているのが
わかる。例えばCd添加時におけるルーメンの増
加は無添加のランプに対して2000時間目で５％以
上である。 限られた色温度範囲のみが一般的な照明施設で
の関心事である。特に約2400〓以下の色温度は殆
んど商業的には価値がなく、それを達成するに必
要なCd／ScI3比は約１である。この比において、
100時間目のルーメン損失の増加は第３図からわ
かるように約５％である。従つて、これらの２つ
の要因は本発明によるランプ中のCdとScI3のモ
ル比の有効な上限を約1.0に限定する。 カドミウム添加の有効な下限は、化学反応プロ
セスで生ずる色の変化とハロゲン化物の調合に影
響を及ぼす処理要因とにより決められる。本発明
者等は、これらの問題を回避するためにはCd／
ScI3モル比が最小で0.04が必要であることを見出
した。 色温度を下げると同時にメインテナンスを改善
するという本発明で達成される驚くべき事実は以
下のように説明することができよう。ScI3を含む
ランプにCdを添加すると次の反応によつてCdI2
とScが形成される。 ３／２Cd(g)＋ScI3(g)３／２CdI2(g)＋Sc(g) (1) 式中、(g)は気体状態を示す。式(1)の平衡は次式
で表わされる。 式中、Ｐは成分の圧力であり、気圧単位で測定
するのが適当である。Znの添加についても同様
な１組の式が考えられる。 ミニチユアハロゲン化金属アーク管の操作時の
壁温に近い1000〓では、平衡定数Keqの値はCd
システムでは1.3×10-9であり、Znシステムでは
3.8×10-8である。 スカンジウムが反応(1)で形成されると、Scの
蒸気圧は1100〓で２×10-11気圧しかないので管
壁に沈積する。 第１図に示した32W規格のミニチユアアーク管
では、NaI、ScI3、及びCdの代表的な初期調合量
は以下のとおりである。 NaI＝3.48×10-3ｇまたは2.32×10-5mol ScI3＝0.52×10-3ｇまたは1.22×10-6mol Cd＝5.65×10-5ｇまたは5.03×10-7mol Cdの全てがCdI2に変換されるとすると、生ず
るScI3の損失はプール中の純粋なScI3の蒸気圧以
下にScI3の圧力を下げるには十分でない。 式(2)中のPSc及びPScI3に用いる値は知られてい
るので、形成されるCdI2の量を算出することがで
きる。上述の代表的なミニチユアアーク管では、
形成されるCdI2の量はScI3の約4.38×10-7molで
ある。反応成分の初期量と最終量を下記の表に
示す。
【表】
上記の表に示された濃度の考察から下記の結
論が導かれる。 １ NaIとScI3を含むアーク管にCdを添加すると
NaIのScI3に対する有効比は19.0から24.4に増
加し、壁温度が上昇することなく低い（暖か
い）色温度側にシフトする。 ２ 式（）で示す化学反応が定常状態に達した
後、気相にはなおCd元素が残留する。過剰の
Cdはヨウ化カドミウムを形成することにより
シリカ壁近傍の遊離ヨウ素濃度を下げ、ヨウ化
ケイ素の電極への輸送を妨げる。 以上述べたように、本発明により達成される色
温度を下げることによる実用的な改善とメインテ
ナンスの改善は驚くべきことではあるが、物理化
学的に十分な根拠を有するものである。
論が導かれる。 １ NaIとScI3を含むアーク管にCdを添加すると
NaIのScI3に対する有効比は19.0から24.4に増
加し、壁温度が上昇することなく低い（暖か
い）色温度側にシフトする。 ２ 式（）で示す化学反応が定常状態に達した
後、気相にはなおCd元素が残留する。過剰の
Cdはヨウ化カドミウムを形成することにより
シリカ壁近傍の遊離ヨウ素濃度を下げ、ヨウ化
ケイ素の電極への輸送を妨げる。 以上述べたように、本発明により達成される色
温度を下げることによる実用的な改善とメインテ
ナンスの改善は驚くべきことではあるが、物理化
学的に十分な根拠を有するものである。
第１図はこの発明の具体例を示すミニチユアハ
ロゲン化金属アーク管の拡大図である。第２図は
色温度に対するカドミウム添加の効果を示すグラ
フである。第３図は光放射量に対するカドミウム
添加の100時間目での効果を示すグラフである。
第４図はルーメンメインテナンスに対するカドミ
ウム添加の効果を示すグラフである。 １：アーク管、２：球形部、３，３′：頚状部、
４，４′：モリブデン箔部、５，５′：導線、６，
６′：軸部、７：球状末端部、８：タングステン
ヘリツクス、９：ピン状インサート。
ロゲン化金属アーク管の拡大図である。第２図は
色温度に対するカドミウム添加の効果を示すグラ
フである。第３図は光放射量に対するカドミウム
添加の100時間目での効果を示すグラフである。
第４図はルーメンメインテナンスに対するカドミ
ウム添加の効果を示すグラフである。 １：アーク管、２：球形部、３，３′：頚状部、
４，４′：モリブデン箔部、５，５′：導線、６，
６′：軸部、７：球状末端部、８：タングステン
ヘリツクス、９：ピン状インサート。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 容量が１cm3を越えない熔融シリカ製外被、そ
の外被内にシールされ、かつ１cmを越えないアー
クギヤツプをおいた位置に設けられたタングステ
ン電極に電気的に接続された導入線からなるミニ
チユアハイインテンシテイハロゲン化金属アーク
放電ランプであつて、前記外被内の放電持続充填
材は水銀、ヨウ化ナトリウム、三ヨウ化スカンジ
ウム、カドミウム及び不活性始動ガスで構成さ
れ、前記外被はトリウム化された電極用のタング
ステンを用いることによつて導入される場合を除
いて事実上トリウムを含まないものであり、そし
て前記外被内のカドミウムはScI3に対するモル比
が0.04〜1.0の範囲であることを特徴とするハロ
ゲン化金属アーク放電ランプ。 ２ NaI濃度が0.005〜0.05ｇ/cm3の範囲で、ScI3
濃度が0.0008〜0.008ｇ/cm3の範囲である特許請求
の範囲第１項に記載のランプ。 ３７水銀濃度が0.015〜0.05ｇ/cm3である特許請求
の範囲第２項に記載のランプ。 ４ CdのScI3に対するモル比が約0.5である特許
請求の範囲第３項に記載のランプ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/248,968 US4387319A (en) | 1981-03-30 | 1981-03-30 | Metal halide lamp containing ScI3 with added cadmium or zinc |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57174844A JPS57174844A (en) | 1982-10-27 |
| JPH02818B2 true JPH02818B2 (ja) | 1990-01-09 |
Family
ID=22941475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57049233A Granted JPS57174844A (en) | 1981-03-30 | 1982-03-29 | Halogenated metallic lamp with sci3 added with cadmium or zinc |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4387319A (ja) |
| JP (1) | JPS57174844A (ja) |
| BR (1) | BR8201831A (ja) |
| CA (1) | CA1170307A (ja) |
| DE (1) | DE3210809C2 (ja) |
| FR (1) | FR2502843A1 (ja) |
| GB (1) | GB2095894B (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4557700A (en) * | 1983-06-09 | 1985-12-10 | Gte Products Corporation | Metal halide discharge lamp gas fill process to provide minimal color separation |
| EP0159620B1 (en) * | 1984-04-19 | 1990-06-20 | General Electric Company | Improved metal halide lamp and lighting systems particularly suitable for architectural lighting |
| US4709184A (en) * | 1984-08-20 | 1987-11-24 | Gte Products Corporation | Low wattage metal halide lamp |
| JPS6247941A (ja) * | 1985-08-28 | 1987-03-02 | Toshiba Corp | 小形高圧金属蒸気放電灯 |
| US4808876A (en) * | 1986-02-04 | 1989-02-28 | General Electric Company | Metal halide lamp |
| US5258691A (en) * | 1990-11-14 | 1993-11-02 | General Electric Company | Metal halide lamp having improved operation acoustic frequencies |
| JP3020397B2 (ja) * | 1992-11-20 | 2000-03-15 | ウシオ電機株式会社 | ショートアーク型カドミウム希ガス放電ランプおよびこれを搭載した投影露光装置 |
| JPH0845479A (ja) * | 1994-07-29 | 1996-02-16 | Ushio Inc | 金属蒸気放電ランプ |
| GB2316606B (en) * | 1996-08-29 | 2000-03-22 | Johnson Controls Automotive Uk | Seats for motor vehicles |
| US20060255741A1 (en) * | 1997-06-06 | 2006-11-16 | Harison Toshiba Lighting Corporation | Lightening device for metal halide discharge lamp |
| JPH11238488A (ja) * | 1997-06-06 | 1999-08-31 | Toshiba Lighting & Technology Corp | メタルハライド放電ランプ、メタルハライド放電ランプ点灯装置および照明装置 |
| JP3655126B2 (ja) * | 1999-06-14 | 2005-06-02 | 株式会社小糸製作所 | メタルハライドランプ |
| WO2004093125A1 (en) * | 2003-04-16 | 2004-10-28 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | High-pressure metal halide discharge lamp |
| US7265493B2 (en) * | 2004-10-04 | 2007-09-04 | General Electric Company | Mercury-free compositions and radiation sources incorporating same |
| US7847484B2 (en) * | 2004-12-20 | 2010-12-07 | General Electric Company | Mercury-free and sodium-free compositions and radiation source incorporating same |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3234421A (en) * | 1961-01-23 | 1966-02-08 | Gen Electric | Metallic halide electric discharge lamps |
| DE1177248B (de) * | 1962-08-22 | 1964-09-03 | Patra Patent Treuhand | Elektrische Hochdruck-Dampfentladungslampe mit einer farbkorrigierenden Zusatz-Fuellung |
| US3398312A (en) * | 1965-11-24 | 1968-08-20 | Westinghouse Electric Corp | High pressure vapor discharge lamp having a fill including sodium iodide and a free metal |
| JPS4938152A (ja) * | 1972-08-16 | 1974-04-09 | ||
| NL7403204A (nl) * | 1974-03-11 | 1975-09-15 | Philips Nv | Elektrische lamp. |
| DE2655167C2 (de) * | 1976-12-06 | 1986-12-18 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH, 8000 München | Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogeniden |
| US4161672A (en) * | 1977-07-05 | 1979-07-17 | General Electric Company | High pressure metal vapor discharge lamps of improved efficacy |
| DE2826733C2 (de) * | 1977-07-05 | 1982-07-29 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Hochdruck-Metalldampf-Entladungslampe |
| US4199701A (en) * | 1978-08-10 | 1980-04-22 | General Electric Company | Fill gas for miniature high pressure metal vapor arc lamp |
| US4340836A (en) * | 1978-09-11 | 1982-07-20 | General Electric Company | Electrode for miniature high pressure metal halide lamp |
| JPS5562653A (en) * | 1978-11-02 | 1980-05-12 | Toshiba Corp | Metal halide lamp |
| US4245175A (en) * | 1978-12-08 | 1981-01-13 | Westinghouse Electric Corp. | Metal halide lamp having lead metal powder to reduce blackening |
| NL184713C (nl) * | 1978-12-28 | 1989-10-02 | Mitsubishi Electric Corp | Metaaldampontladingslamp. |
| US4360756A (en) * | 1979-11-13 | 1982-11-23 | General Electric Company | Metal halide lamp containing ThI4 with added elemental cadmium or zinc |
-
1981
- 1981-03-30 US US06/248,968 patent/US4387319A/en not_active Expired - Lifetime
-
1982
- 1982-03-12 GB GB8207258A patent/GB2095894B/en not_active Expired
- 1982-03-24 DE DE3210809A patent/DE3210809C2/de not_active Expired
- 1982-03-25 CA CA000399408A patent/CA1170307A/en not_active Expired
- 1982-03-29 JP JP57049233A patent/JPS57174844A/ja active Granted
- 1982-03-30 BR BR8201831A patent/BR8201831A/pt not_active IP Right Cessation
- 1982-03-30 FR FR8205400A patent/FR2502843A1/fr active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57174844A (en) | 1982-10-27 |
| DE3210809A1 (de) | 1982-11-11 |
| FR2502843B1 (ja) | 1985-03-08 |
| BR8201831A (pt) | 1983-03-01 |
| GB2095894A (en) | 1982-10-06 |
| US4387319A (en) | 1983-06-07 |
| CA1170307A (en) | 1984-07-03 |
| GB2095894B (en) | 1984-10-10 |
| DE3210809C2 (de) | 1987-01-22 |
| FR2502843A1 (fr) | 1982-10-01 |
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