JPS6018630B2 - 化学的にみがかれる多結晶アルミナ材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学的伝達性を増すために、主表面が溶融状の
溶解物質でみがかれた高密度の多結晶アルミナの伝達性
本体に関する。

溶剤でみがいた管状形材料は、改良型高強度の放電ラン
プに光伝達性包囲体として用いられると、一般にみがい
ていないアルミナ材料で得られる出力以上の高い光の出
力を出す。その改良型包囲体材料は特に外部の電源から
の電流で加熱されるのでなくて放電により加熱される電
極であるような自然加熱式電極を利用した型の高強度ナ
トリウム蒸気ランプ構造体に於て有効である。「高圧ナ
トリウム蒸気ランプ」という名称のシュミット氏による
米国特許第３２４８５９び号に説明した種類の高強度ナ
トリウムランプは前述の型の極を必要とする。

これらのランプは更に、高温でナトリウム蒸気に対する
抵抗性を有する高密の光伝達性多結晶アルミナ材料で成
る細い管状囲体を使用する。特に適切なこの型の高純度
アルミナはコプル氏の米国特許第３０２６２１ぴ号にそ
の準備方法に沿って説明されており、その特許に於て、
前記材料は約０．３ミクロン〜約６．６ミクロンの波長
範囲にある全波長の放射エネルギーに対するチューブの
１ミリメータの厚みにつき０．５％以上のィンラィン伝
達性を表し、又、前記波長範囲内の或る波長で１０％以
上のィンラィン伝達性を表す。そのような多結晶アルミ
ナ材料は、一般に、光学的透過力を備えるために少量で
はあるが、有効量の最高０．５重量パーセントのマグネ
シアを含有し、そのマグネシア成分は、主にアルミナー
マグネシアのスピネルとして存在する。そのような高強
度ナトリウム蒸気ランプ内には、スタートし易くするた
めにキセノンのような希ガスや、効率の改善のための水
銀が、ナトリウムと共に充填される。アルミナチューブ
の両端は耐火金属の閉鎖部材によりシールされる。即ち
、ガラス状シール材でアルミナに接合されるニオビウム
端部キャップによりシールされる。各端部キャップはタ
ングステン杵のようなチューブの軸に沿って伸長する電
極を支持し、そのタングステン杵はその内端部のまわり
に巻かれた二重コイルのタングステンワイヤを有し、更
にその電極は適切な電子放射材で被覆されている。この
構造体を有するランプは更に適切なランプ製造法と共に
、シミサー氏他による米国特許第３７０８７０１号に説
明されているので、この明細書に詳しい事項をくり返す
必要はないであろう。転位やグレィンの境界部が選択的
に食刻されないように、棚砂を溶かした浴槽内で不透明
の多結晶アルミナ物体を化学的にみがくことはよく知ら
れている。

この技術を用いて観察した結果なアルミナ材料上に滑ら
かで非常に反射性のある表面が生じた。そして、材料の
化学的研究（１９６０王）という刊行物の第３巻にＡ．
Ｇ．キング氏による「アルミナの化学的みがきとその強
度」という題名で書かれた技術記事に説明されているよ
うに、そのような処理により機械的な強度も改善された
。前述の米国特許第３０２６２１０号に説明されている
ような光伝達性多結晶アルミナ材の光学的伝達性は溶剤
によるみがき処理により著しく増し、みがいたァーク室
を利用した高強度放電ランプの光台出力特性が改善され
るほどの程度まで増大することが判った。そのようなラ
ンプの場合の光の出力に於ける改善は、現在売り出され
ている多結晶型アルミナ材料で作ったアーク室を使用し
た同一ランプに比較してすぐれていることも判った。そ
の溶剤処理は明らかにィンラィン伝達性を増した滑らか
な外面を備えるのみならず、その材料から表面層を除去
することによって、総光学的伝達性をも増す。そこで、
本発明の改善された多結晶ァルミナ材料を利用したラン
プはワット値当りのルーメンを増し、より有効な光源と
なることが判った。本発明を実施した高強度ナトリウム
蒸気放電ランプが第１図の符号１で示されており、伸長
卵型のガラス状外包体、即ちジャケット２を有する。

そのジャケット２の首部３は堅いィンリード線６，７を
伸長させているプレス５を有する内曲ステム４により閉
鎖され、それらのインリード線６，７の外端部は普通の
ねじ基部のねじ切りシェル８と中心接触子９とに接続す
る。内部包囲体、即ち、アークチューブ１１は前述の米
国特許第３０２６２０１号に説明するような高密度の糠
結多結晶アルミプセラミックで出来ていて、それは後文
で詳述する手段により光学的伝導度を増すために、本発
明に従って化学的に処理される主表面を有する。

チュ−ブの両端ははめ輪状ニオビゥム金属端部キャップ
１２，１３により閉鎖され、それらの端部キャップ１２
，１３は、第４図の符号１４で厚みを誇張して示したガ
ラス状シール成分によりアルミナアークチューブに密封
シールされる。そのアークチューブの様部には熱イオン
電極１５が装着されている。

第４図に最もよく示すようにその電極は内部タングステ
ンワイヤコイル１６で成りたち、そのコイル１６は、端
部キャップに溶接されたニオピウムチュープ１８の端部
内に溶接されたタングステン軸１７に巻かれている。そ
の内部コイル１６の中心施回体はお互いに離れていて、
外部タングステンワイヤコイル１９が内部コイル１６の
まわりに巻かれている。適切な電子放射混合物を電極コ
イルに塗るか、又はそのコイルを前混合物の懸濁液中に
浸すことによってその混合部をコイルに塗着させること
が出来る。その材料は外部コイルと内部コイルの施回体
間と、内部コイルの施回体と髄との間との間隙に主とし
て保持される。下方チューブ１８は符号２１の所に貫通
孔を有し、このチューブは、そのランプの製造中、排気
管として使用される。

そのアークチユープ内に、ガス充填及水銀ナトリウムア
マルガムが導入された後、排気管１８は符号２２で示す
ような冷間溶接により密封状にはさみ切られ、その後は
濃縮水銀ナトリウムアマルガムのための貯糟として働く
。上方管１８はアークチユーブ内に関口を有せず、ゲッ
ターとして働く少量のイティリゥム金属（図示せず）を
入れるために使用される。そのチューブの端部はピンチ
２３により閉鎖され、ハーメチツクシールを形成する。
図示のランプは基部を下にした操作に制限され、アマル
ガムをその中に凝縮させるためのアークチューブの最も
冷却した部分でなければならないより長に排気管１８が
一番下に位置づけられる。そのアークチューブはステム
端部にあるィンリード７からドーム端部にある窪部２６
まで伸長する杵２５で成りたつ装着体により外包体内に
支持され、前記単一杵は弾性クランプ２７によって前記
窪部に固定される。

アークチュープの各キャップ１３はバンド２９によりフ
レームに接続し、端部キャップ１２はバンド３０、支持
杵３１を介してィンリード６に接続する。外包体内のス
ペースは熱を保持するために排気され、これは外側ジャ
ケットをシールする前に行われる。ゲツター則ちチャン
ネル付リング内に押入されるバリウムとアルミニウムの
合金末は高真空を保証するために、シール後に閃光をと
ばす。この型のランプ構造を製造する方法は前述の米国
特許３７０８７１０号に群明されているので、ここでく
り返す必要はないであろう。基本的には、本発明のイｂ
学的みがき方法は主表面の表面層が分解されて比較的滑
らかな外観を呈するまでゆるやかな割合で、アルミナを
分解させる溶融無機溶剤に多結晶アルミナの光伝導本体
〔すなわち、ランプ１のアセンブリー前のアーク管１１
〕の主表面を物理的に接触させることで成りたつ。

この種の化学的みがき処理を行う際に、アルミナのグレ
ィンの境界部にある他の物質を溶解させないで、そのグ
レィン、即ち粒子の表面層を好んで分解させるように、
溶剤の成分を選択することも重要なことである。第３図
の処理ずみのアルミナ表面と第２図の未処理表面とを目
でみて比較することにより、表面材料が溶剤により除去
されて水平化則ち平面化作用が行われ、その作用は、グ
レィン境界部にある低い点には実質的に及ばないで、個
々のアルミナ分子の高い点を減らすようにする。反射光
で撮ったこれらの写真から、第２図の未処理表面は多量
の光が分散するために「購い」視野に見える。この好ま
しい分解作用を行う特定の溶剤成分の選択は約１００ぴ
０までの高い処理温度で溶融状態のままで安定している
選択された溶剤物質により処理したアルミナ表面に生じ
る効果を目で検査することによって機械的に行われる。
それ以上の高温になると、溶剤として好ましい棚酸ナト
リウムによって、好ましくないグレィン境界部の食刻が
生じ、これは又、その接触時間にもよる。前述の方法で
比較的滑らかで平たい表面にする有用な溶剤物質は又、
分解工程を行わせなくするか又は、ィンラィン伝達度が
悪いような光学的分散表面を形成するような不溶反応生
成物をその溶融液の界面に生じさせることはない。

アルカリ金属塩は、溶融状態でも前述の熱的化学的安定
性を保証する一般的な等級の有用な溶剤成分を有する。
この等級は、アルカリ金属の酸化物の成分を有する他の
型の酸化物の二成分系と共に、棚酸ナトリウムや棚酸カ
ルシウムのようなアルカリ金属の棚酸塩を含有する。酸
化物の二成分系も又、所望な均等でおだやかな分野作用
を行うが、溶融状態にするために、前記好ましいアルカ
リ金属の棚酸塩の場合に必要とする温度より一層高い温
度を必要とする。従って、この溶剤物質の余分な揮発を
生じさせないように約１０００ｑ○をこえないような徐
々に上昇する温度で溶融アルカリ金属の棚酸塩の浴槽中
に多結晶本体を浸すことによって空中で分解作用を行う
ことは好ましいことであるけれども、多結晶アルミナの
耐熱性のために、それより高温も、又、更に他の操作条
件も使用出来る。アルカリ金属の棚酸塩溶剤を使用する
と、処理されたアルミナ本体上にガラス状の被膜が生じ
、これは直線状伝達性を改善するために取り除く必要が
ある。その被膜は部材を熔融した溶剤の浴槽から取り出
して冷やした後、稀酸液で処理部材を洗うことにより分
野される。普通の方法で準備された溶融溶剤の浴槽から
はじめに処理部材を取り出す時に、周囲の温度まで調節
しながら冷やすことによって熱ショックを最小にするこ
とは望ましい。アルカリ金属の棚酸塩化合物が溶剤物質
として使用されるような本発明に従った好ましい処理ヱ
程の例をここで説明する。多数本の多結晶アルミナチュ
ーブのサンプルを種々の時間だけ、約７６２℃〜８５７
０の高温で棚酸塩の溶液中に浸して、化学的みがき処理
の全光学的伝導度に対する影響を測定した。棚酸ナトリ
ウム塩の共敵成分は一般的化学式Ｎａ２・２．２８毛０
３で表わされるものが使用された。但し、１モルのＮａ
２０３に対し、４モルの＆０３までの範囲のモル比を有
するような他の成分も所望の結果に重大な影響を与える
ことなしに使用される。この方法で処理する間、時間と
温度条件は色々変化した。インライン伝導度の改善もそ
れによって得られ、それは下の表に示されている。前述
の米国特許第３０２６２１び号１こ説明されている方法
を使用して、ベツクマンモデルＤＢスペクトル光度計で
可視光のスペクトルに亘つて光学的伝導度の測定が行わ
れた。相異る温度条件で得られる平均値は第１表に示す
如である。第１表 みがいていないアルミナチューブに比較して実質的改善
が得られ、より長い時間、しかもより高し・温度でより
大きい改善が行われることが前記光学的伝導度の結果か
ら明らかである。

他方、処理温度が約１０００ｑｏをこえる時、この溶剤
物質でグレィンの境界部に於いて選択的な食刻が生じた
ことを記憶せねばならない。前述の報告される光学的測
定を行う前に、溶融状溶解作用により生じた処理面のガ
ラス状被膜を取り除く必要があった。溶融状溶解浴槽か
ら取り出した後、周囲の温度条件まで冷却させた後この
被膜を溶解するために、処理ずみのアーク室を稀無機酸
溶液中で洗った。前述の構造体を利用した多数の４００
ワットサイズの高圧ナトリウム蒸気ランプが、みがかれ
ていない多結晶アルミナのアーク室を有するランプと比
較するために溶剤でみがいやァーク部材を使って作られ
た。みがいていないアーク室を使って作られた２８個の
ランプで従来の測定により平均１１７．７ルーメンスノ
ワットの出力が得られた。これに比較して、溶剤でみが
いたアーク室を使って組立られた１４個のランプに於て
平均１２０．５ルーメンスノワットの出力が得られ、こ
れは本発明により著しい改善を表す。本発明の効果を得
るために種々の変形が使用されることは前述の説明から
明らかである。例えば空中ではなくて中立的大気中でみ
がきを行うことによってそれにたえられる結果をもって
化学的みがき処理を行うようにすることも出来る。同様
に、前述の溶融状溶剤と接触した後、多結晶ァルミナ本
体の主表面に接着した残りの被膜を除去するために別の
処理手段をとることも出来る。従って、本発明はクレー
ムの範囲に制限されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を利用した被膜型高圧ナトリウム蒸気ラ
ンプの概略図であり、第２図はみがいていない多結晶ア
ルミナを示す２０ぴ音率の写真を示す。 第３図は本発明に従ってみがいた多結晶ァルミナ材の同
情率で撮った写真である。第４図は第１図に示したラン
プ用の電極の形態を示す断面図である。１．・・藤強度
ナトリウム蒸気放電ランプ、２・・・ガラス状外包体、
３・・・外包体の首部、４・・・内曲ステム、５…プレ
ス、６，７…インリードワイヤ、８．．．シェル、９・
・・中心接触子、１１・・・アークチューブ、１２，１
３・・・チュ−プの端部キャップ、１４・・・ガラス状
シール部材、１５・・・熱イオン電極、１６…内部タン
グステンワイヤコイル、１７…タングステン軸部、１８
・・・ニオビウムチュープ、１９・・・外部タングステ
ンワイヤコイル、２２・・・冷間溶接部、２３・・・ピ
ンチ、２５…単一杵、２６・・・建部、２７・・・弾性
クランプ、２９，３０・・・バンド、３１・・・支持杵
、３２・・・チャンネル付リング。 ‘ ′々′角物２ 杵牧３ 〃タイ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光伝達性の包体を備えた高輝度の放電ランプで、該
   光伝達性の包体は、その両端部にシールされた電極を有
   すると共に、放電を保持するためのイオン化可能な媒質
   を内蔵するものであつて、前記光伝達性の包体として、
   グレイン境界部を実質的に食刻することなしに個々のア
   ルミナ結晶の高い点を減らすように溶剤でみがいた主要
   な外表面をもつ高密度の多結晶アルミナからなるチユー
   ブを使用したことを特徴とする放電ランプ。 ２ 前記イオン化可能な媒質が、水銀、ナトリウムおよ
   び不活性ガスの混合物である第１項記載の放電ランプ。 ３ 前記電極が、電子放射材で被覆された一対の耐火性
   金属の支持構造体である特許請求の範囲第１項記載の放
   電ランプ。４ 前記多結晶アルミナが、約０．３ミクロ
   ンから約６．６ミクロンの波長飯囲の全波長の放射長の
   放射エネルギーに対して、前記チユーブの１ミリメータ
   の厚みにつき、０．５％以上のインライン伝達性を有し
   、かつ、上記波長範囲内のある波長で１０％以上のイン
   ライン伝達性を有するような高純度のアルミナである特
   許請求の範囲第１項記載の放電ランプ。 ５ 前記多結晶アルミナは、少量ではあるが、０．５重
   量パーセントまでの有効量のマグネシアを含有する高純
   度のアルミナである特許請求の範囲第４項記載の放電ラ
   ンプ。 ６ 前記マグネシア成分は、主にアルミナ−マグネシア
   のスピネルとして存在する特許請求の範囲第５項記載の
   放電ランプ。