JP2931735B2 - 耐失透性放電灯用シリカガラス - Google Patents
耐失透性放電灯用シリカガラスInfo
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Description
灯用シリカガラス、特にメタルハライドランプの発光管
として有用なシリカガラスに関する。
の発光管の素材としてシリカガラスが利用されるように
なってきた。前記光源のうちメタルハライドランプはそ
の高効率、高輝度、演色性の良さから省エネルギー光源
として注目を集め盛んに研究開発されてきた。
土類金属元素のハロゲン化物が封入されており、それが
発光し、光を放射するランプであるが、その発光時のバ
ルブ温度は900〜1100℃、内圧は5〜30kgf
/cm2になる。このように高温、高圧で封入ガスを発
光させるランプであることから、その発光管は透明性に
優れているばかりでなく、化学耐久性、耐急熱急冷性、
およびガス不透過性にも優れた素材でなければならな
い。これらの要件を満たす素材としてシリカガラスがあ
り、前記メタルハライドランプの発光管は専らこのシリ
カガラスから作られてきた。ところが、シリカガラス製
の発光管は、点灯を続けるうちにその内表面に徐々に黒
色失透や白色失透が生じ、光の強度低下を招き、また演
色性も悪化する。その上、作動電圧の上昇および再点弧
スパイク電圧の発生も起こりランプの寿命は短いもので
あった。前記黒色失透は、シリカガラス中に存在する水
分子またはOH基の分解により発生する酸素と電極部分
の金属や封入金属ガスとの酸化反応に基くものであり、
また、再点弧スパイク電圧の発生および作動電圧の上昇
はシリカガラス中に溶存する水素分子および前記水分子
またはOH基の加熱分解により発生する水素分子による
ものである。さらに、白色失透は、アルカリ金属元素や
アルカリ土類金属元素による再結晶化の促進および封入
ガスによる化学的エッチングが原因と推定されている
(松野博光、外(1981)メタルハライドランプにお
ける光束維持率低下の機構、照明学会誌、第65巻、第
4号、176〜181頁)。
金属元素並びにアルカリ土類金属元素濃度を低減したシ
リカガラスがメタルハライドランプ用シリカガラスとし
て開発され市販されている。具体的にはOH基濃度が2
wt.ppm以下の高純度の合成シリカガラスがある。
確かに、前記市販のシリカガラスは、黒色失透や作動電
圧の上昇および再点弧スパイク電圧の発生を抑えたガラ
スではあるが、白色失透の抑制は未だ充分でなく、今日
に至も寿命の長いメタルハライドランプ用シリカガラス
は提案されていない。
て、本発明者等は、メタルハライドランプ用シリカガラ
スの失透について鋭意研究した結果、シリカガラス中の
非移動性のOH基濃度、アルカリ金属元素濃度およびア
ルカリ土類金属元素濃度を低くすると共に、シリカガラ
ス粘度を高くすること、シリカガラス中に酸素欠損型欠
陥を多くすること、さらにシリカガラス中にアルミニウ
ム元素を含有させることが前記失透、特に化学的エッチ
ングや再結晶化による白色失透を抑えることができるこ
とを発見した。こうした知見に基づいて本発明は完成し
たものである。
の起こり難い放電灯用シリカガラス、特にメタルハライ
ドランプ用シリカガラスを提供することをその目的とす
る。
紫外線ランプ、メタルハライドランプとして長い寿命を
保持できる放電灯用シリカガラスを提供することをその
目的とする。
明は、非移動性のOH基濃度が50wt.ppm以下、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムのアルカリ金属元
素濃度が2wt.ppm以下、カルシウムおよびマグネ
シウムのアルカリ土類金属元素濃度が1wt.ppm以
下、アルミニウム元素の含有量が5wt.ppm〜50
wt.ppm、1100℃における粘度が1014ポアズ
以上、酸素欠損型欠陥量が250nm吸収帯の吸収係数
で5×10-2cm-1以上であることを特徴とする耐失透
性放電灯用シリカガラスに係る。
またはOH基には、移動性のOH基と非移動性のOH基
とがあることがわかっている。これらのOH基は発光時
に加熱分解して酸素を放出し、それが電極部分の金属や
封入金属ガスと反応し、黒色失透を起こさせると言われ
ている。したがって、黒色失透を低減させるには前記O
H基の濃度を低減すればよいが、OH基は、高純度化処
理等の高温処理で大部分除去できるものの、その完全な
る除去は困難である。しかしながら、溶融して得たシリ
カガラスをさらに大気圧中または減圧下で900℃以上
の高温で8時間以上の加熱脱ガス処理をすると黒色失透
を最も起こしやすい移動性のOH基を完全に除去するこ
とができ、黒色失透の低減を図ることができる。特に、
加熱脱ガス処理後の非移動性のOH基濃度は50wt.
ppm以下としなければならない。OH基濃度は、D.
M.Dodd,D.B.Fraser(1966)Op
tical Determinations of O
H in Fused Silica J.Appli
ed Physics,Vol.37, p.3911
に記載の方法に従う。
にとどまらず、シリカガラス中の水素分子濃度を作動電
圧の上昇や再点弧スパイク電圧の発生が低減できる1×
1017molecules/cm3以下にすることがで
きる。水素分子濃度は、V.S . Khotimch
enko,et al.(1987)Determin
ing the Content of Hydrog
en Dissolved in Quartz Gl
ass Using the Method of R
aman Scattering and Mass
Spectrometry,J.Appl.Spect
rosc.,Vol.46,No.6,pp632〜6
35に記載の方法に従う。
陥の一つである酸素原子の欠損に基づくが、この酸素欠
損型欠陥の存在によりクリストバライトの生成、すなわ
ちシリカガラスのクリストバライトへの相転移が起こり
難くなるばかりでなく、シリカガラスから放出される酸
素原子の量も減少でき、白色失透や黒色失透を低減させ
ることができる。酸素欠損型欠陥量は、約250nm
(5.0eV)の吸収帯としてあらわれ(H.Imai
et al.,(1988) Twotypes o
f oxygen−deficient center
s in synthetic silica gla
ss.Physical Review B, Vo
l.38,No.17,pp12772〜1277
5)、250nmの吸収係数を測定することにより求め
られるが、酸素欠損型欠陥量の存在による低減効果は、
吸収係数で5×10-2cm-1以上でなければならない。
よる白色失透の低減もシリカガラス中に特定量のアルミ
ニウム元素を含有させ、かつシリカガラスの粘度を11
00℃で1014ポアズ以上とすることにより達成でき
る。
pm〜50wt.ppmがよい。前記範囲以下では耐エ
ッチング性の向上がなく、また前記範囲以上ではアルミ
ナ−シリカ系鉱物やシリカ鉱物が生成しやすく、白色失
透を増す。アルミニウム元素の上記範囲内への制御は、
高純度化処理済水晶粉に酸化アルミニウム、硝酸アルミ
ニウム、炭酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ヨウ化
アルミニウム等のアルミニウム化合物を均一に混合し、
乾燥した後、加熱溶融しガラス化することにより達成さ
れる。
電気溶融法で溶融してガラス化することにより容易に得
られる。粘度が前記範囲であると原子の再配例化が迎え
られ耐エッチング性が一段と向上する。
した天然の水晶粉を塩素ガスまたは塩化水素ガス含有雰
囲気中で900〜1100℃、10〜50時間の高純度
化処理した後、該水晶粉にアルミニウム化合物を均一に
混合し、乾燥し、電気炉内で加熱溶融して透明ガラス化
し、次いで得られた透明ガラス塊をチュ−ブ形状のガラ
スに形成し、それを大気中または減圧下で、900〜1
100℃、10〜100時間、脱ガス処理することによ
り製造される。
10時間加熱処理を行い、高純度化した。次に、この天
然水晶粉に硝酸アルミニウム水溶液を混合し、乾燥させ
た。前記調整粉を2種類の方法で透明ガラス化した。即
ち、1つは真空電気溶融法であり、他は酸水素火炎溶融
法(ベルヌイ法)であった。前記シリカガラス中のアル
カリ金属元素濃度およびアルカリ土類金属元素濃度は表
1のとおりである。
作成し、大気中にて1100℃で100時間加熱し、脱
ガス処理を行った。得られたチュ−ブ状ガラスを下記の
測定法で測定し、その物性値を求め表2に示す。
火炎加水分解法により作成した高純度合成シリカガラ
ス、および前記四塩化ケイ素に少量の三塩化アルミニウ
ムを混合したものを同じように酸水素火炎加水分解法で
溶融して合成シリカガラスを作った。これらのガラス塊
をチュ−ブ状に成形した後、脱水素ガス処理を行った。
その結果を表2の参考例5、6として示す。
(1990)石英ガラスのガス放出、照明学会誌、第7
4巻、第9号、595〜600頁参照) ・ OH基濃度の測定;赤外線吸収法(D.M.Dod
d,etal.,J.Appl.Phys.Vol.3
7(1966),pp3911参照) ・ アルミニウム,アルカリ金属、およびアルカリ土類
金属元素各含有量の測定;原子吸光光度法。 ・ 粘度テスト;ビームベンヂング法(ASTM,C−
598−72(1983)参照) ・ 吸収係数の測定;紫外線分光光度法。 ・ 水素分子濃度測定;ラマン散乱分光高度法(V.
S.Khotimchenko,et al.(198
7)) ・ 失透テスト;大気中、1280℃、120hr.の
熱処理を行った後、目視にて微結晶生成による白色失透
を観察する。 ・ エッチングテスト;20℃、50wt.%HF水溶
液に10分間サンプルを投入し、表面エッチング深さを
測定する。
イドランプの発光特性、照明学会誌、第65巻、第10
号、487〜492頁の第4節に記載する高輝度光源用
短ア−クランプの作成法を参照にしてランプを作成し
た。初期の光出力を100%として、500時間点灯後
の出力を測定すると共に、目視にて白色化と黒色化の程
度を観察した。なお、ランプバルブの厚さは2mmであ
った。
スは著しく失透の低減がみられ、出力の低下が起こりに
くいことがわかる。
おり白色失透や黒色失透が低減でき、しかも該シリカガ
ラスで作成したメタルハライドランプは500時間の点
灯テストでも80%以上の出力を有する。このように本
発明のシリカガラスで作成したメタルハライドランプは
長い寿命を有する。
Claims (2)
- 【請求項1】非移動性のOH基濃度が50wt.ppm
以下、リチウム、ナトリウムおよびカリウムのアルカリ
金属元素濃度が2wt.ppm以下、カルシウムおよび
マグネシウムのアルカリ土類金属元素濃度が1wt.p
pm以下、アルミニウム元素の含有量が5wt.ppm
〜50wt.ppm、1100℃における粘度が1014
ポアズ以上、酸素欠損型陥量が250nm吸収帯の吸収
係数で5×10-2cm-1以上であることを特徴とする耐
失透性放電灯用シリカガラス。 - 【請求項2】水素分子濃度が1×1017molecul
es/cm3以下であることを特徴とする請求項1に記
載の耐失透性放電灯用シリカガラス。 【0001】
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JP12034893A JP2931735B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 耐失透性放電灯用シリカガラス |
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JP12034893A JP2931735B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 耐失透性放電灯用シリカガラス |
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---|---|
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---|---|---|---|
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1993
- 1993-04-26 JP JP12034893A patent/JP2931735B2/ja not_active Expired - Lifetime
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