JP5362098B2 - 重水素ランプ - Google Patents

Description

本発明は、電極リード部を有するランプベース部と、ガラスにより形成された外管と、アノード、カソード及びバッフルを含むケーシングアッセンブリとを備えた重水素ランプに関する。この外管の少なくとも一部は放射出射面であり、ランプベース部及び外管はガス空間を取り囲んでいる。

このような重水素ランプの全ては、いわゆるガスの消耗を被る。ここで、ランプの動作時には、ガス充填物は、とりわけ石英ガラス外管内の主に格子間サイトに拡散し、化学構造の格子間サイトで結合される。重水素の原子半径が小さいので、重水素の拡散速度は、例えばネオン又はキセノンのようなはるかに大きな原子半径を有する希ガスの拡散速度より非常に高い。この拡散プロセスは、重水素プラズマによって生成される硬ＵＶ放射により石英ガラスの表面が活性化されることによってさらに加速される。それ故に、放射出射領域における石英ガラス表面での拡散はとりわけ高い。ここに記載されている拡散プロセスによって、ランプの充填圧力が動作時に連続して低下する。ランプの動作に必要なアーク放電は、所定の最小圧力までしか維持されない。圧力がガスの消耗によって最小圧力を下回ると、ランプは劇的に輝度を失い、役に立たなくなってしまう。すなわち、このガスの消耗がランプの耐用年数を定める。

今日使用されている重水素ランプの場合には、石英ガラス外管の内側が保護されていないか、又は酸化ホウ素のコーティングが塗布されている。この酸化ホウ素は、石英ガラス表面に拡散し、化学反応によって石英ガラスの表面付近の層と結びつく。この酸化ホウ素のコーティングは、石英ガラス表面に一層の耐化学反応性を持たせる。この石英ガラス表面は、ランプの動作時に外管内側に沈着するカソードのペースト材料との反応からより良好に保護される。このカソードのペースト材料は、Ｂａ、Ｓｒ及び／又はＣａを含んでいる。これらの元素は、重水素ランプの動作条件下で石英ガラス表面と反応し、その反応生成物が光を吸収するせいで連続的に輝度が損失されてしまう。すなわち、この輝度の損失は化学反応に起因している。ランプのガス損失は、酸化ホウ素のコーティングによってほとんど影響を受けない（ＤＥ３７１３７０４Ａ１、ＥＰ０２８７７０６Ｂ１）。

低圧水銀ランプ又はアマルガムランプからは、放射体の石英ガラス表面を水銀イオンによる化学的作用から保護するリン酸アルミニウムコーティングが公知である。この水銀イオンは、石英ガラスと反応し強い吸収作用を有する酸化水銀となり、酸化水銀が放射体の輝度を低下させる（ＤＥ１０２００４０３８５５６Ａ１）。薄層は、ＥＰ０２９０６６９Ｂ１、ＥＰ０４０７５４８Ｂ１、ＥＰ１０４３７５５Ｂ１、ＥＰ１２８２１５３Ａ１からも公知である。

キセノンハロゲン化物エキシマランプからは酸化アルミニウム層が公知である。この酸化アルミニウム層は、放射体の石英ガラス表面をハロゲン化物の化学的作用から保護する。ＵＶ放射の原因であるハロゲン化物は石英ガラス表面と激しく反応し、これによって、ほんの数分後にはハロゲン化物は石英ガラスにおいて化学的に結合されてしまう。ここでも、酸化アルミニウムの耐化学反応性が利用される（ＤＥ１０１３７０１５Ａ１、同様にＣＨ６７２３８０Ａ５）。

本発明の課題は、ガスの消耗を低減し、重水素ランプの耐用年数を改善することである。

前記課題は請求項１の特徴によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に記載されている。外管が少なくとも放射出射面の、ガス空間側の表面にガス拡散バリア層を有することによって、ガスの拡散ひいては消耗が有効に低減される。有利には、ガス拡散バリア層は酸化アルミニウム、有利にはアモルファス酸化アルミニウムから形成されている。というのは、アモルファス酸化アルミニウムは石英ガラスよりはるかに稠密であるためである。

有利には、ガス拡散バリア層の厚さは、１０ｎｍ乃至１０μｍ、有利には２０ｎｍ乃至２００ｎｍである。この層厚は、１回又は複数回のコーティングプロセスによって生じさせることができる。有利には、ガス拡散バリア層は１６０ｎｍ乃至１１００ｎｍの間の波長において光学的に透過性である。

ガス拡散バリア層は、外管の、ガス空間側の表面全体に配置することができる。重水素ランプの外管は、有利には石英ガラス又はホウケイ酸ガラスから形成されており、ガス拡散バリア層の利点が特にはっきりと明らかになる。

酸化アルミニウムはＰＶＤ、ＣＶＤ又はゾルゲル法によって塗布することができる。このゾルゲル法では、ゾルゲルが吹き付けられるか、ゾルゲルに浸せきするか、又は丸みを帯びたスパチュラとしての機能を果たすコアを引きずることによって塗布することができる。有利には、ゾルゲル浸せき法で層を塗布することによって、均一の層質が実現される。ここで、この層は３０℃乃至２００℃の温度で１乃至２４時間の間乾燥される。引き続いて、この層が４００℃乃至１４００℃、有利には６００℃乃至１２００℃で１乃至２４時間の間焼成されてガス拡散バリア層が形成され、これによって、良好なバリア効果が達成される。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明による層を備えた重水素ランプを示した図 コーティングされたランプ外管を部分的に示した図 ガス圧力の時間的なグラフを示した図 時間的な輝度のグラフを示した図

図１に示されている重水素ランプは、電気的なカソードリード部２と、電気的なアースリード部３と、電気的なアノードリード部４とを備えた、石英ガラスにより形成されたベース１を基礎としている。電気的なリード部２；３；４には、気密封止するようにモリブデン箔５が使用されている。重水素ランプのケーシングアッセンブリ１１は、機械的安定性が向上するように、前方の保持棒６及び後方の保持棒７によって補助的に支えられる。ケーシングアッセンブリ１１は、アノード１２、カソード１４及びバッフル１５を含んでおり、これらの部材は、相互に間隔を空けてケーシングアッセンブリ１１内に配置されている。カソード１４は、カソード絶縁部８によってケーシングアッセンブリ１１とは絶縁される。ケーシングアッセンブリ１１はガスボリューム９（Gasvolumen）に取り囲まれている。このガスは有利には水素又は重水素である。ケーシングアッセンブリ１１及びガスボリューム９は、石英ガラスにより形成された外管１０及びベース１によって気密封止される。

重水素の原子半径は小さいので、重水素は石英ガラス構造の中に拡散してしまう。ここで、重水素は主に格子間サイトに拡散し、この構造の格子間サイトで結合される。化学結合でＳｉＤが形成される可能性があるが、その量は無視できるほどである。はるかに大きな希ガス（例えばネオン、キセノン）の場合、拡散速度は非常に低い。このような拡散プロセスは、重水素プラズマによって生成される硬ＵＶ放射により石英ガラスの表面が活性化されることによってさらに加速される。それ故に、放射出射領域における石英ガラス表面での拡散はとりわけ高い。ここに記載されている拡散プロセスによって、ランプの充填圧力は動作時に連続して低下する。ランプの動作に必要なアーク放電を維持できるのは、所定の最小圧力までである。ガスの消耗によってこの圧力を下回ると、アーク放電がもはや不可能になり、ランプは役に立たなくなってしまう。すなわち、このガスの消耗がランプの耐用年数を定めている。

それ故に、外管１０の内側には、アモルファス酸化アルミニウムのガス拡散バリア層１３が塗布されている。また、結晶質の酸化アルミニウムも同様に考えられる。ガス拡散バリア層１３は図２に示されており、外管１０の内面全体に塗布されている。

ガス拡散バリア層１３は、ゾルゲル浸せき法での二重コーティングによって塗布されている。それぞれ個々のコーティングが終わる度に、このコーティングされた層は１２時間１００℃で乾燥され、１２時間９００℃で焼成されている。このように形成されるガス拡散バリア層１３の厚さは、全体で１００ｎｍである。ガス拡散バリア層１３は、１６０ｎｍ乃至１１００ｎｍの波長範囲で光学的に透過性である。

アモルファス酸化アルミニウムは石英ガラスの構造よりはるかに稠密であり、それゆえ重水素の拡散が著しく低減される。図３には、ガスの消耗が低減される様子が示されている。曲線Ａはガス拡散バリア層を備えていないランプのグラフを示し、曲線Ｂは本発明によるガス拡散バリア層を備えたランプのグラフを示す。ガスの損失が低減されれば、クリティカルな充填圧力に達するまでの、重水素ランプの耐用期間を格別に長くすることができる。

重水素ランプのＵＶ強度は充填ガスの粒子密度に依存し、したがって充填圧力に依存するので、ガスの損失が低減されることによって、重水素ランプの輝度のグラフも改善される。この粒子密度は、イオン化される重水素分子数に比例し、この数が生じる光子の数、ひいてはＵＶ強度を直接決定する。この場合、放射されるＵＶ強度が最大となる最適な充填圧力が生じる。充填圧力がこのような最適な充填圧力を下回ると、ＵＶ強度はアーク放電が消えるまで連続的に低下する。重水素ランプの最適な充填圧力は、ジオメトリに依存して約５ｍｂａｒである。この充填圧力は約１ｍｂａｒのクリティカルな圧力を下回ることはない。

図４には、ガス拡散バリア層を備えていない重水素ランプ（曲線Ａ）と、本発明によるガス拡散バリア層を備えた重水素ランプ（曲線Ｂ）との輝度のグラフが示されている。

Claims (6)

1. 電極リード部を有するランプベース部と、ガラスにより形成された外管と、アノード、カソード及びバッフルを含むケーシングアッセンブリとを備えた重水素ランプであって、
   前記外管の少なくとも一部は放射出射面であり、
   前記ランプベース部及び外管はガス空間を取り囲んでいる、重水素ランプにおいて、
   前記外管は、少なくとも放射出射面の、ガス空間側の表面にガス拡散バリア層を有している
   ことを特徴とする、重水素ランプ。
2. 前記ガス拡散バリア層は酸化アルミニウム、有利にはアモルファス酸化アルミニウムから形成されている、請求項１記載の重水素ランプ。
3. 前記ガス拡散バリア層の厚さは１０ｎｍ乃至１０μｍ、有利には２０ｎｍ乃至２００ｎｍである、請求項１又は２記載の重水素ランプ。
4. 前記ガス拡散バリア層は前記外管の、ガス空間側の表面全体に配置されている、請求項１から３のいずれか１項記載の重水素ランプ。
5. 前記ガス拡散バリア層は、１６０ｎｍ乃至１１００ｎｍの範囲の波長の放射に対して透過性である、請求項１から４のいずれか１項記載の重水素ランプ。
6. 前記外管は石英ガラス又はホウケイ酸ガラスから形成されている、請求項１から５のいずれか１項記載の重水素ランプ。

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