JP2002245965A - 高圧ガス放電ランプ及びその製造方法 - Google Patents
高圧ガス放電ランプ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】少なくとも１つの電極を有する高圧ガス放電ラ
ンプ（ＨＩＤまたはＵＨＰランプ、あるいは一般に水銀
を0.05〜0.5mg/mm3に充填したランプ）において、動作
寿命期間全体にわたって、ほぼ恒久的な電極間距離で安
定した動作を行うようにする。 【解決手段】前記電極には、例えば球状のように厚くし
た部分（９、１０）をランプ容器（２）の内部にある端
に設けてある。この部分を、ランプの動作パラメータ及
び／または電極ロッドの径に応じた寸法にして、ランプ
動作の第１時間中にこの部分に電極チップが独立して形
成されるようにする。このチップはその自由端が溶解し
始めるまで前記部分から成長する。このチップはこのよ
うに自己調整型であり、ランプ寿命期間中を通して最適
な電極の相互間隔が維持される。さらにこうしたランプ
の製造方法を記載している。
ンプ（ＨＩＤまたはＵＨＰランプ、あるいは一般に水銀
を0.05〜0.5mg/mm3に充填したランプ）において、動作
寿命期間全体にわたって、ほぼ恒久的な電極間距離で安
定した動作を行うようにする。 【解決手段】前記電極には、例えば球状のように厚くし
た部分（９、１０）をランプ容器（２）の内部にある端
に設けてある。この部分を、ランプの動作パラメータ及
び／または電極ロッドの径に応じた寸法にして、ランプ
動作の第１時間中にこの部分に電極チップが独立して形
成されるようにする。このチップはその自由端が溶解し
始めるまで前記部分から成長する。このチップはこのよ
うに自己調整型であり、ランプ寿命期間中を通して最適
な電極の相互間隔が維持される。さらにこうしたランプ
の製造方法を記載している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高圧ガス放電ランプ
（ＨＩＤ（高強度放電）ランプあるいはＵＨＰ（超高動
程）ランプ）に関するものであり、特に、約0.05〜0.5m
g/mm3の水銀充填量を有する水銀高圧ランプに関するも
のであり、このランプは、電極ロッドを有する少なくと
も１つの電極を具え、このロッドの端に例えば球状のよ
うに厚くした電極の一部分を設けてある。本発明はさら
に、こうした高圧ガス放電ランプを有する照明装置、及
びこうしたランプに適応した動作パラメータを有するラ
ンプ給電用の電源装置、並びにランプの製造方法に関す
るものである。
（ＨＩＤ（高強度放電）ランプあるいはＵＨＰ（超高動
程）ランプ）に関するものであり、特に、約0.05〜0.5m
g/mm3の水銀充填量を有する水銀高圧ランプに関するも
のであり、このランプは、電極ロッドを有する少なくと
も１つの電極を具え、このロッドの端に例えば球状のよ
うに厚くした電極の一部分を設けてある。本発明はさら
に、こうした高圧ガス放電ランプを有する照明装置、及
びこうしたランプに適応した動作パラメータを有するラ
ンプ給電用の電源装置、並びにランプの製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】こうしたランプの製法、動作特性、動作
寿命、及びコストは実質的に、使用する電極の性質及び
形状によって決まる。従って、これらの基準を考慮に入
れた種々の方法で、多数の電極の幾何学的形状が開発さ
れてきた。最も簡単な場合には、ランプが、各々をタン
グステンロッドによって形成した２つの電極を具えてい
る。電極ロッドの自由端がガス雰囲気を有するランプ容
器内に伸び、このガス雰囲気が、動作状態における光ア
ークの形成を可能にする。それぞれの電極ロッドの他端
は、ランプ容器を通って伸びる通しリード線経由で動作
電圧を受ける接続ピンに接続してある。
寿命、及びコストは実質的に、使用する電極の性質及び
形状によって決まる。従って、これらの基準を考慮に入
れた種々の方法で、多数の電極の幾何学的形状が開発さ
れてきた。最も簡単な場合には、ランプが、各々をタン
グステンロッドによって形成した２つの電極を具えてい
る。電極ロッドの自由端がガス雰囲気を有するランプ容
器内に伸び、このガス雰囲気が、動作状態における光ア
ークの形成を可能にする。それぞれの電極ロッドの他端
は、ランプ容器を通って伸びる通しリード線経由で動作
電圧を受ける接続ピンに接続してある。
【０００３】その目的は例えば、電極の熱放射を改善し
て、前記通しリード線の過加熱を回避し、従って高いラ
ンプ電力において封印部がランプ容器側で損傷する恐れ
を回避することにあり、既知の解決法は、それぞれの電
極の自由端に、この電極と同一材料の１つあるいはいく
つかの巻線を設けることである。特にＡＣ動作のランプ
において熱バッファの機能を達成するために、これらの
巻線を前記電極ロッドに溶着することができる。これに
より電極の動作寿命を伸ばすこともできる。この種の電
極はタングステンから比較的容易に製造することがで
き、一般に知られている。
て、前記通しリード線の過加熱を回避し、従って高いラ
ンプ電力において封印部がランプ容器側で損傷する恐れ
を回避することにあり、既知の解決法は、それぞれの電
極の自由端に、この電極と同一材料の１つあるいはいく
つかの巻線を設けることである。特にＡＣ動作のランプ
において熱バッファの機能を達成するために、これらの
巻線を前記電極ロッドに溶着することができる。これに
より電極の動作寿命を伸ばすこともできる。この種の電
極はタングステンから比較的容易に製造することがで
き、一般に知られている。
【０００４】しかしこれらの電極に特有の欠点は、前記
巻線と前記ロッドの間の熱接触、並びに個々のターン間
の熱接触がランプの寿命期間中に変化し得るので、熱コ
ンダクタンスが通常比較的小さく、かつ再現性がないと
いうことである。これらの影響は、特に短い光アーク
（例えば約１mm）を有するランプの場合には、ランプ特
性、即ち光出力パワー及び要求動作電圧を30％まで変化
させ得るものである。これらのランプは前記溶着部も変
化しがちな高温（3000Ｋ以上）で動作するので、これら
の問題は、前記巻線を電極に溶着したか否かとはほぼ無
関係に生じ、また短アークのランプ（例えばＵＨＰラン
プ）でも生じる。こうした問題を回避する目的で、適切
な強度の固体タングステンロッドから形成した電極は高
価であり、かつ製造するには複雑である。
巻線と前記ロッドの間の熱接触、並びに個々のターン間
の熱接触がランプの寿命期間中に変化し得るので、熱コ
ンダクタンスが通常比較的小さく、かつ再現性がないと
いうことである。これらの影響は、特に短い光アーク
（例えば約１mm）を有するランプの場合には、ランプ特
性、即ち光出力パワー及び要求動作電圧を30％まで変化
させ得るものである。これらのランプは前記溶着部も変
化しがちな高温（3000Ｋ以上）で動作するので、これら
の問題は、前記巻線を電極に溶着したか否かとはほぼ無
関係に生じ、また短アークのランプ（例えばＵＨＰラン
プ）でも生じる。こうした問題を回避する目的で、適切
な強度の固体タングステンロッドから形成した電極は高
価であり、かつ製造するには複雑である。
【０００５】溶解によって作製した球状部を自由端に有
するタングステンロッドは、米国特許明細書第3,067,35
7号より既知である。溶解に必要な熱は、ランプの製造
中または動作中に発生することができ、前記球状部の寸
法、従って電極の間隔も、ランプ電流、ランプ内部の圧
力、及び電極ロッドの径によって決まる。動作中には、
この球状部の一定割合（50％）が常に溶融状態でなけれ
ばならない。光アークが出る前記球状部の寸法は公差に
比較的敏感であり、複雑かつ高価な製造及び組み立てプ
ロセスではなく、前記の量の適切な調整によって達成さ
れるので、この方法では電極の製造が実質的により簡単
になり、そしてより安価になる。
するタングステンロッドは、米国特許明細書第3,067,35
7号より既知である。溶解に必要な熱は、ランプの製造
中または動作中に発生することができ、前記球状部の寸
法、従って電極の間隔も、ランプ電流、ランプ内部の圧
力、及び電極ロッドの径によって決まる。動作中には、
この球状部の一定割合（50％）が常に溶融状態でなけれ
ばならない。光アークが出る前記球状部の寸法は公差に
比較的敏感であり、複雑かつ高価な製造及び組み立てプ
ロセスではなく、前記の量の適切な調整によって達成さ
れるので、この方法では電極の製造が実質的により簡単
になり、そしてより安価になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしこうしたランプ
の本質的な欠点は、前記球状部を生成して、それを要求
された比率で溶融状態に保つために、ランプ電流を非常
に精密に調整し、かつ厳密に一定に保たなければならな
いということである。電流がほんの２、３％高くなるだ
けで、球状部全体及びロッドの一部分が大きくなり、対
の電極までの距離が大幅かつ恒常的に変化することにな
る。短い光アークの場合にはこの効果が強く、この種の
電極を有する短アークのランプを安定に動作可能にする
ために、電流限界を非常に精密に観測しなければならな
い。これに加えて、これらの電流限界がスイッチオン期
間中に、ランプ内部のガス蒸気の昇圧に応じて変化する
ということがある。
の本質的な欠点は、前記球状部を生成して、それを要求
された比率で溶融状態に保つために、ランプ電流を非常
に精密に調整し、かつ厳密に一定に保たなければならな
いということである。電流がほんの２、３％高くなるだ
けで、球状部全体及びロッドの一部分が大きくなり、対
の電極までの距離が大幅かつ恒常的に変化することにな
る。短い光アークの場合にはこの効果が強く、この種の
電極を有する短アークのランプを安定に動作可能にする
ために、電流限界を非常に精密に観測しなければならな
い。これに加えて、これらの電流限界がスイッチオン期
間中に、ランプ内部のガス蒸気の昇圧に応じて変化する
ということがある。
【０００７】こうしたランプのさらなる欠点は、ランプ
の寿命期間中に電極間距離が増加するということであ
る。このことは基本的に、壁面の黒色化を防止するため
の自由ヨウ素の雰囲気が、高温の電極チップから電極後
背部へのタングステンの移動を加速するということによ
って生じる。またこの欠点は短アークのランプに特に強
く影響し、これらのランプはこうした電極では最大寿命
が200〜300時間にしかならない。
の寿命期間中に電極間距離が増加するということであ
る。このことは基本的に、壁面の黒色化を防止するため
の自由ヨウ素の雰囲気が、高温の電極チップから電極後
背部へのタングステンの移動を加速するということによ
って生じる。またこの欠点は短アークのランプに特に強
く影響し、これらのランプはこうした電極では最大寿命
が200〜300時間にしかならない。
【０００８】最後に、特にこうした電極を有する水銀高
圧ランプ（約200bar（20MPa）の圧力を有するＵＨＰラ
ンプ）では、光アークが電極の前面を周期的に移動し
て、これらのランプを投射システムに用いることが不可
能になる。
圧ランプ（約200bar（20MPa）の圧力を有するＵＨＰラ
ンプ）では、光アークが電極の前面を周期的に移動し
て、これらのランプを投射システムに用いることが不可
能になる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】従って本発明の目的は、
動作寿命期間全体にわたって変動のない安定した動作
を、ほぼ恒久的な電極距離と共にもたらし、このため
に、ランプ電流の正確さ及び一定性について特別な要求
を課す必要のない、冒頭段落に記載した種類の高圧ガス
放電ランプ、及びこうしたランプを有する照明装置を提
供することにある。
動作寿命期間全体にわたって変動のない安定した動作
を、ほぼ恒久的な電極距離と共にもたらし、このため
に、ランプ電流の正確さ及び一定性について特別な要求
を課す必要のない、冒頭段落に記載した種類の高圧ガス
放電ランプ、及びこうしたランプを有する照明装置を提
供することにある。
【００１０】本発明のさらなる目的は、こうした高圧ガ
ス放電ランプを、特に簡単かつ安価に製造可能にする方
法を提供することにある。
ス放電ランプを、特に簡単かつ安価に製造可能にする方
法を提供することにある。
【００１１】一方では、前者の目的は、請求項１による
冒頭段落に記載の種類の高圧ガス放電ランプによって達
成することができ、これは、厚くした電極の一部分をラ
ンプの動作パラメータに応じた寸法にして、通常のラン
プ動作中には前記厚くした電極の一部分が溶解しない
が、ランプ動作の第１時間中には前記厚くした部分に電
極チップが形成されて、光アークが当たる点の領域にお
いて電極チップが溶解するまで、この形成が行われるよ
うにしたことを特徴とする。
冒頭段落に記載の種類の高圧ガス放電ランプによって達
成することができ、これは、厚くした電極の一部分をラ
ンプの動作パラメータに応じた寸法にして、通常のラン
プ動作中には前記厚くした電極の一部分が溶解しない
が、ランプ動作の第１時間中には前記厚くした部分に電
極チップが形成されて、光アークが当たる点の領域にお
いて電極チップが溶解するまで、この形成が行われるよ
うにしたことを特徴とする。
【００１２】他方では、後者の目的は請求項１０に記載
の、こうした種類のガス放電ランプ、並びにランプに給
電する電源装置を有する記載の照明装置によって達成さ
れ、前記電源装置が前記ランプに適応した動作パラメー
タを有して、通常のランプ動作中には前記厚くした電極
の一部分が溶解しないが、ランプ動作の第１時間中には
前記厚くした部分に電極チップが形成されて、光アーク
が当たる点の領域において電極チップが溶解するまで、
この形成が行われるようにする。
の、こうした種類のガス放電ランプ、並びにランプに給
電する電源装置を有する記載の照明装置によって達成さ
れ、前記電源装置が前記ランプに適応した動作パラメー
タを有して、通常のランプ動作中には前記厚くした電極
の一部分が溶解しないが、ランプ動作の第１時間中には
前記厚くした部分に電極チップが形成されて、光アーク
が当たる点の領域において電極チップが溶解するまで、
この形成が行われるようにする。
【００１３】上述した動作パラメータは特に、動作電圧
及び動作電流のレベル、並びにこれらの時間勾配及び周
波数勾配である。
及び動作電流のレベル、並びにこれらの時間勾配及び周
波数勾配である。
【００１４】本発明は、こうした電極を有するランプの
動作の第１時間中に電極チップが形成されて、このプロ
セスが、電極の端にあるこのチップが溶解し始める瞬間
に自動的に終了するという予期せぬ認識にもとづくもの
である。
動作の第１時間中に電極チップが形成されて、このプロ
セスが、電極の端にあるこのチップが溶解し始める瞬間
に自動的に終了するという予期せぬ認識にもとづくもの
である。
【００１５】従ってこの解決法の特別な利点は、前記電
極チップが長さに関して自己安定性であるということで
ある。これにより、電極間隔の複雑な最適化を不要にす
ることができる。
極チップが長さに関して自己安定性であるということで
ある。これにより、電極間隔の複雑な最適化を不要にす
ることができる。
【００１６】これに加えて、ランプの寿命全体を通して
この自己安定効果が損なわれないままにして、最適な電
極間距離が常に存在するようにすることができる。短ア
ークのランプでは電極に高負荷をかけるので、この利点
は、これらのランプとって特に重要なものである。さら
にこうしたランプは、その安定した光アークにより投射
応用に特に適している。
この自己安定効果が損なわれないままにして、最適な電
極間距離が常に存在するようにすることができる。短ア
ークのランプでは電極に高負荷をかけるので、この利点
は、これらのランプとって特に重要なものである。さら
にこうしたランプは、その安定した光アークにより投射
応用に特に適している。
【００１７】光アークが触れる領域で電極チップが溶解
するということは真実である。しかし前記厚くした部分
はチップに比べて実質的により大きい質量を有し、この
ため熱バッファまたは熱放射器として作用するので、電
極の残りの部分が実質的に低温になって、ランプが非常
に長い有効寿命を有するようになる。
するということは真実である。しかし前記厚くした部分
はチップに比べて実質的により大きい質量を有し、この
ため熱バッファまたは熱放射器として作用するので、電
極の残りの部分が実質的に低温になって、ランプが非常
に長い有効寿命を有するようになる。
【００１８】上述した第２の目的を達成するために、請
求項７は高圧ガス放電ランプの製造方法を提供するもの
であり、この方法は、電極を製造するために、電極ロッ
ドの一端に厚くした部分を設けて、ランプ動作の第１時
間中に、ランプの動作電流にほぼ相当する電流によっ
て、この部分に電極チップを形成して、この時間中に、
前記厚くした部分を前記電流に応じた寸法にすることを
特徴とする。
求項７は高圧ガス放電ランプの製造方法を提供するもの
であり、この方法は、電極を製造するために、電極ロッ
ドの一端に厚くした部分を設けて、ランプ動作の第１時
間中に、ランプの動作電流にほぼ相当する電流によっ
て、この部分に電極チップを形成して、この時間中に、
前記厚くした部分を前記電流に応じた寸法にすることを
特徴とする。
【００１９】通常非常に複雑である電極の製造が大幅に
省略されるので、即ち電極ロッドに前記厚くした部分を
製造することに限られるので、この方法の本質的な利点
は、この方法が特に単純かつ安価であるということであ
る。
省略されるので、即ち電極ロッドに前記厚くした部分を
製造することに限られるので、この方法の本質的な利点
は、この方法が特に単純かつ安価であるということであ
る。
【００２０】従属請求項は、本発明のさらなる好適例に
関するものである。請求項２及び３による寸法は、電極
チップの形成に特に有利であると判明したものである。
関するものである。請求項２及び３による寸法は、電極
チップの形成に特に有利であると判明したものである。
【００２１】請求項４及び５による好適例は、発光効率
及び寿命期間中のランプ容器の暗色化防止に関して、特
に有利なものである。本発明のさらなる詳細事項、特
徴、及び利点は、以下の図面を参照した実施例の説明よ
り明らかになる。
及び寿命期間中のランプ容器の暗色化防止に関して、特
に有利なものである。本発明のさらなる詳細事項、特
徴、及び利点は、以下の図面を参照した実施例の説明よ
り明らかになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。以下に記述するランプの動作パ
ラメータ、即ち動作電圧及び動作電流のレベル、並びに
それらの時間勾配及び周波数勾配は共に、所望の応用に
おける、ランプ動作の第１時間中の電極チップの生成、
及びその後の通常動作に関係する。従ってランプを電源
装置と組合わせて、この電源装置によって、一般的に利
用可能な幹線電圧を、前記特性を有するランプ用の動作
電圧に変換することが好ましい。この種の電源装置は、
例えばWO 95/35645、WO 00/36882、WO 00/36883に開示
されており、これらは参考文献として本明細書に含め
る。
面を参照して説明する。以下に記述するランプの動作パ
ラメータ、即ち動作電圧及び動作電流のレベル、並びに
それらの時間勾配及び周波数勾配は共に、所望の応用に
おける、ランプ動作の第１時間中の電極チップの生成、
及びその後の通常動作に関係する。従ってランプを電源
装置と組合わせて、この電源装置によって、一般的に利
用可能な幹線電圧を、前記特性を有するランプ用の動作
電圧に変換することが好ましい。この種の電源装置は、
例えばWO 95/35645、WO 00/36882、WO 00/36883に開示
されており、これらは参考文献として本明細書に含め
る。
【００２３】図１に、光放出窓付きの水晶ガラスまたは
セラミック材料の楕円形ランプ容器２を有する短アーク
の高圧ガス放電ランプ１を例示する。この容器内のガス
は水銀蒸気であり、約0.001〜10μmole/cm3の臭素（ま
たは塩素）を加えて、再現性のあるタングステンサイク
ルを生成可能にしている。電球２内に存在する酸素との
組合わせで、ランプの動作中に前記容器が暗色化するこ
とも同時に防止される。
セラミック材料の楕円形ランプ容器２を有する短アーク
の高圧ガス放電ランプ１を例示する。この容器内のガス
は水銀蒸気であり、約0.001〜10μmole/cm3の臭素（ま
たは塩素）を加えて、再現性のあるタングステンサイク
ルを生成可能にしている。電球２内に存在する酸素との
組合わせで、ランプの動作中に前記容器が暗色化するこ
とも同時に防止される。
【００２４】タングステン製の第１及び第２電極７、８
のそれぞれの第１端が、ランプ容器２内に伸びている。
これらの端は各々、ほぼ球状の電極の一部分９、１０を
具え、これらの電極の他端はそれぞれ、例えばモリブデ
ン製の導電箔５、６に電気的に接続してある。容器２は
水晶の円筒部３、４の形態で長手方向に伸び、その中を
真空気密にして箔５及び６を封入してある。接続ピン１
１、１２をこの順に箔５、６に接続してこれらを通して
ランプ電流を供給し、これらのピンは外部に伸びてい
る。
のそれぞれの第１端が、ランプ容器２内に伸びている。
これらの端は各々、ほぼ球状の電極の一部分９、１０を
具え、これらの電極の他端はそれぞれ、例えばモリブデ
ン製の導電箔５、６に電気的に接続してある。容器２は
水晶の円筒部３、４の形態で長手方向に伸び、その中を
真空気密にして箔５及び６を封入してある。接続ピン１
１、１２をこの順に箔５、６に接続してこれらを通して
ランプ電流を供給し、これらのピンは外部に伸びてい
る。
【００２５】図２に、電極７、８のうちの１つを、作製
中のいくつかの段階について拡大して示す。以下に例と
して電極７を参照して説明するプロセス及び手順は、ラ
ンプのＡＣ動作の場合には他の電極８にも当てはまる。
中のいくつかの段階について拡大して示す。以下に例と
して電極７を参照して説明するプロセス及び手順は、ラ
ンプのＡＣ動作の場合には他の電極８にも当てはまる。
【００２６】図２Ａに示すように製造は、約0.4mmの径
を有するタングステンの電極ロッド２０から開始する。
最も単純な場合は、約0.8〜1.7mmの径を有する球形の電
極の一部分９を、前記ロッドの第１端に形成する。これ
らの寸法は約1.5〜2.5Ａのランプ電流に関連するもので
あり、他の電流には他の寸法が適切なことがある。一般
的に適切な範囲は、約0.5〜８Ａ（50〜500ＷのＵＨＰラ
ンプ）のランプ電流の場合には、0.2〜0.7mmのロッド径
及び0.5〜3.0mmの前記球状部の径であることが判明して
いる。一般に、球状部の径がロッドの径の約1,5〜５倍
であれば有利である。
を有するタングステンの電極ロッド２０から開始する。
最も単純な場合は、約0.8〜1.7mmの径を有する球形の電
極の一部分９を、前記ロッドの第１端に形成する。これ
らの寸法は約1.5〜2.5Ａのランプ電流に関連するもので
あり、他の電流には他の寸法が適切なことがある。一般
的に適切な範囲は、約0.5〜８Ａ（50〜500ＷのＵＨＰラ
ンプ）のランプ電流の場合には、0.2〜0.7mmのロッド径
及び0.5〜3.0mmの前記球状部の径であることが判明して
いる。一般に、球状部の径がロッドの径の約1,5〜５倍
であれば有利である。
【００２７】球状部９は、ロッド２０の一端における溶
解によって作製することができ、あるいは、例えば予備
加熱したタングステンワイヤを機械的にアプセット（加
圧して太くする）して、図２Ｂに示す電極が形成される
ようにするような異なる方法によって作製することがで
きる。球形の代わりに、例えば円錐部または他の「厚く
した」部分、特に高周波のランプ動作電圧用に選択した
平板化部のように、小球に類似の代替形状も可能であ
る。
解によって作製することができ、あるいは、例えば予備
加熱したタングステンワイヤを機械的にアプセット（加
圧して太くする）して、図２Ｂに示す電極が形成される
ようにするような異なる方法によって作製することがで
きる。球形の代わりに、例えば円錐部または他の「厚く
した」部分、特に高周波のランプ動作電圧用に選択した
平板化部のように、小球に類似の代替形状も可能であ
る。
【００２８】図１のランプは実質的に、この種の２つの
電極７、８で製造する。球状部９（１０）の径がロッド
２０の径に対して比較的大きいことにより、この球状部
はランプの動作中に、慣例の電極チップの場合ほど強く
加熱されないことになる。このことはとりわけ、電極チ
ップから電極の後背部に向かうタングステンの移動が実
質的に、冒頭段落に記載の既知の電極よりも少ないとい
う利点を有する。
電極７、８で製造する。球状部９（１０）の径がロッド
２０の径に対して比較的大きいことにより、この球状部
はランプの動作中に、慣例の電極チップの場合ほど強く
加熱されないことになる。このことはとりわけ、電極チ
ップから電極の後背部に向かうタングステンの移動が実
質的に、冒頭段落に記載の既知の電極よりも少ないとい
う利点を有する。
【００２９】さらに、図２Ｃの球状部が、ランプ動作の
第１時間中に変化するという予期せぬことが判明してい
る。またこのことはＡＣ動作の場合には、両電極７
（８）について正しい。そして光アークが当たる領域に
電極チップが形成されて、これに対応して、この領域に
おいて球状部９（１０）が平板化される。
第１時間中に変化するという予期せぬことが判明してい
る。またこのことはＡＣ動作の場合には、両電極７
（８）について正しい。そして光アークが当たる領域に
電極チップが形成されて、これに対応して、この領域に
おいて球状部９（１０）が平板化される。
【００３０】電極チップ１９が確立される形状は、前記
第１段階（時間）における、前記厚くした部分の大きさ
及びランプ電流の周波数に影響され得る。
第１段階（時間）における、前記厚くした部分の大きさ
及びランプ電流の周波数に影響され得る。
【００３１】この関係では、特に球状部９（１０）につ
いては、電極チップの厚さ即ちその径Ｄeは、前記第１
段階における周波数ｆによって決まり、そしてＤeは球
状部９（１０）の径Ｄkにほぼ無関係であるということ
が判明している。これらの径の相互関係を図３に示し、
これは400μmの径を有する電極ロッドについて、形成中
の電極チップ１９の径Ｄe[μm]（三角記号）を球状部９
（１０）の種々の径Ｄk[μm]の関数としてプロットした
ものである。
いては、電極チップの厚さ即ちその径Ｄeは、前記第１
段階における周波数ｆによって決まり、そしてＤeは球
状部９（１０）の径Ｄkにほぼ無関係であるということ
が判明している。これらの径の相互関係を図３に示し、
これは400μmの径を有する電極ロッドについて、形成中
の電極チップ１９の径Ｄe[μm]（三角記号）を球状部９
（１０）の種々の径Ｄk[μm]の関数としてプロットした
ものである。
【００３２】ここではランプが、約80Ｖにおいて、90Hz
の周波数ｆを有するランプ電流、120Ｗの電力で動作し
ている。そして同極性の電流パルスを、所定数のランプ
電流の半サイクル、好適にはランプ電流の各半サイクル
に重畳し、即ちランプ電流のサイクルに関連して同極性
の電流パルスを重畳する。前記電流パルスの平均振幅と
ランプ電流の平均振幅との比は0.6〜２の間におくこと
ができ、前記電流パルスの継続時間とランプ電流の半サ
イクルとの比は0.05〜0.15の間におくことができる。さ
らなる寸法ルールについては、前記電流パルスによって
ランプに供給する電力の比率が、前記半サイクル中にラ
ンプ電流によってランプに供給する電力の５〜15％に及
ぶことが好ましいということが判明している。
の周波数ｆを有するランプ電流、120Ｗの電力で動作し
ている。そして同極性の電流パルスを、所定数のランプ
電流の半サイクル、好適にはランプ電流の各半サイクル
に重畳し、即ちランプ電流のサイクルに関連して同極性
の電流パルスを重畳する。前記電流パルスの平均振幅と
ランプ電流の平均振幅との比は0.6〜２の間におくこと
ができ、前記電流パルスの継続時間とランプ電流の半サ
イクルとの比は0.05〜0.15の間におくことができる。さ
らなる寸法ルールについては、前記電流パルスによって
ランプに供給する電力の比率が、前記半サイクル中にラ
ンプ電流によってランプに供給する電力の５〜15％に及
ぶことが好ましいということが判明している。
【００３３】こうしたランプ電流を発生する回路につい
ては、以下に図５を参照して詳細に説明し、これについ
てはWO 95/35645に開示されている。
ては、以下に図５を参照して詳細に説明し、これについ
てはWO 95/35645に開示されている。
【００３４】よって90Hzの動作周波数では、チップが電
極ロッドの径に近い径を有する。電極チップの径Ｄeに
ついて判明している一般的な関係として、Ｄe＝ａ/√ｆ
であることが判明しており、ここでａはランプ毎に特有
の比例定数であり、2000μmHz0.5から10,000μmHz0.5ま
での範囲にある（この場合には約4000μmHz0.5）。
極ロッドの径に近い径を有する。電極チップの径Ｄeに
ついて判明している一般的な関係として、Ｄe＝ａ/√ｆ
であることが判明しており、ここでａはランプ毎に特有
の比例定数であり、2000μmHz0.5から10,000μmHz0.5ま
での範囲にある（この場合には約4000μmHz0.5）。
【００３５】これとは対照的に、形成中の電極チップ１
９の長さＬeは、球状部９（１０）の径Ｄkに依存する。
この関係を図４に示し、ここでは400μmの電極ロッドに
ついて、電極チップの長さＬe（矩形記号）を球状部９
（１０）の種々の径Ｄkの関数としてプロットしてあ
る。ここでもランプが、約80Ｖにおいて、90Hzの周波数
ｆ及び図３についての記述に従った波形を有するランプ
電流で、120Ｗの電力で動作している。
９の長さＬeは、球状部９（１０）の径Ｄkに依存する。
この関係を図４に示し、ここでは400μmの電極ロッドに
ついて、電極チップの長さＬe（矩形記号）を球状部９
（１０）の種々の径Ｄkの関数としてプロットしてあ
る。ここでもランプが、約80Ｖにおいて、90Hzの周波数
ｆ及び図３についての記述に従った波形を有するランプ
電流で、120Ｗの電力で動作している。
【００３６】電極チップ１９の長さＬeは実際には、ラ
ンプ電流及びランプ電力にも明らかに依存する。これら
２つの値が高くなるにつれて、出来上がるチップ１９が
より短くなる。ランプ電流及びランプ電力が電極に入る
総エネルギーを決定し、ここでも球状部９（１０）の大
きさがエネルギー放射に影響する。この球状部の大きさ
を特定用途毎に選定して、長いランプ寿命が得られるよ
うにする。
ンプ電流及びランプ電力にも明らかに依存する。これら
２つの値が高くなるにつれて、出来上がるチップ１９が
より短くなる。ランプ電流及びランプ電力が電極に入る
総エネルギーを決定し、ここでも球状部９（１０）の大
きさがエネルギー放射に影響する。この球状部の大きさ
を特定用途毎に選定して、長いランプ寿命が得られるよ
うにする。
【００３７】電極チップ１９が形成される前記第１時間
の時間数は、約200μmのチップ長については約１時間で
あり、約１μmのチップ長については約50時間である。
の時間数は、約200μmのチップ長については約１時間で
あり、約１μmのチップ長については約50時間である。
【００３８】上述した相互関係は、前記厚くした部分の
形状に球形以外を選択した場合にも有効である。
形状に球形以外を選択した場合にも有効である。
【００３９】チップ１９の作製中には、チップの前端が
溶解するほど高温になるまで、チップの大きさが次第に
増加する。この前端が一旦溶解すると、さらなる成長が
観測されない。上述した相互関係に従い、チップ１９が
約0.1〜1.0mmの長さに達するように前記動作パラメータ
を調整した場合には、これにより、ランプ動作の前記第
１時間が完了した後の最終的な電極間距離が、最初にラ
ンプのスイッチをオンにする前の球状部９と１０の間隔
よりも約0.2〜2.0mmだけ短くなる。
溶解するほど高温になるまで、チップの大きさが次第に
増加する。この前端が一旦溶解すると、さらなる成長が
観測されない。上述した相互関係に従い、チップ１９が
約0.1〜1.0mmの長さに達するように前記動作パラメータ
を調整した場合には、これにより、ランプ動作の前記第
１時間が完了した後の最終的な電極間距離が、最初にラ
ンプのスイッチをオンにする前の球状部９と１０の間隔
よりも約0.2〜2.0mmだけ短くなる。
【００４０】従って、比較的薄い電極ロッド２０、比較
的大きな球状部９（１０）、及び薄い電極チップ１９に
よって形成した電極形状が生じる。球状部９（１０）の
寸法は、良好な熱放射特性を有して、高信頼性で安定し
たランプ動作を数千時間にわたって達成するのに十分な
くらい冷えるようなものにする。ランプ動作中に作製し
た電極チップ１９はその前端に溶融領域を有し、この領
域は、光アークが当たる安定点が保護されるように十分
小さいものである。このことは特に高圧ＵＨＰランプに
ついて正しい。ランプ寿命期間を通して、光アークの安
定性が既知の電極形状の場合よりも実質的に良好である
ことが、実験によって示されている。
的大きな球状部９（１０）、及び薄い電極チップ１９に
よって形成した電極形状が生じる。球状部９（１０）の
寸法は、良好な熱放射特性を有して、高信頼性で安定し
たランプ動作を数千時間にわたって達成するのに十分な
くらい冷えるようなものにする。ランプ動作中に作製し
た電極チップ１９はその前端に溶融領域を有し、この領
域は、光アークが当たる安定点が保護されるように十分
小さいものである。このことは特に高圧ＵＨＰランプに
ついて正しい。ランプ寿命期間を通して、光アークの安
定性が既知の電極形状の場合よりも実質的に良好である
ことが、実験によって示されている。
【００４１】また本発明によるこうした電極は、実装に
よって生じる問題、及び電極間の横方向の距離における
公差の問題を解決することができる。ここでは前記球状
部がまず最初に、水平の光アークを形成することが可能
になる。そして前記動作の第１時間におけるランプの動
作中に光アークが当たる点において、前記前端が溶解す
るまでチップが再び成長する。このことは電極の相互距
離に依存するので、横方向の公差が排除される。
よって生じる問題、及び電極間の横方向の距離における
公差の問題を解決することができる。ここでは前記球状
部がまず最初に、水平の光アークを形成することが可能
になる。そして前記動作の第１時間におけるランプの動
作中に光アークが当たる点において、前記前端が溶解す
るまでチップが再び成長する。このことは電極の相互距
離に依存するので、横方向の公差が排除される。
【００４２】あるいはまた図２Ｂに示す電極の代わり
に、前以て形成したチップを既に具えた電極を用いるこ
とができる。これにより、比較的大きな電圧変化、並び
に前記動作の第１時間中に発生する電極間間隔の減少を
大幅に低減することができる。こうするために、前以て
形成したチップは、その後の通常動作中に自動的に生じ
る寸法と同様の寸法を有するべきである。
に、前以て形成したチップを既に具えた電極を用いるこ
とができる。これにより、比較的大きな電圧変化、並び
に前記動作の第１時間中に発生する電極間間隔の減少を
大幅に低減することができる。こうするために、前以て
形成したチップは、その後の通常動作中に自動的に生じ
る寸法と同様の寸法を有するべきである。
【００４３】あるいはまた、例えばロッドと同一材料か
ら成る１つあるいはいくつかの巻線を、図２Ａに示すロ
ッドの一端に設けるように、電極の製造を実行すること
ができる。そしてこうして巻線を設けたロッドの領域を
全体的または部分的に溶解することによって、球状ある
いは同様の（厚くした）部分を比較的簡単な方法で作製
することができる。
ら成る１つあるいはいくつかの巻線を、図２Ａに示すロ
ッドの一端に設けるように、電極の製造を実行すること
ができる。そしてこうして巻線を設けたロッドの領域を
全体的または部分的に溶解することによって、球状ある
いは同様の（厚くした）部分を比較的簡単な方法で作製
することができる。
【００４４】本発明による電極そのものが、短アークの
ランプにおける電極上の高負荷、並びに電極間の非常に
小さい距離の自己調整による特有の利点を有するが、こ
れらの電極の利用は短アークのランプに限定されない。
ランプにおける電極上の高負荷、並びに電極間の非常に
小さい距離の自己調整による特有の利点を有するが、こ
れらの電極の利用は短アークのランプに限定されない。
【００４５】電極チップの形成はランプ電流に依存し、
つまりランプ電流の大きさ、即ち前記球状部の熱放射パ
ワーに比例し、従ってこの部分での温度上昇に依存す
る。この温度は実際にはできる限り高くするが、この部
分が溶解するほどには高くしない。実際に適切な電極の
寸法は、実用上のすべてのランプ電力について最適なも
のについては、これらの動作パラメータ及びさらに前に
記述したパラメータを適切に調整して互いに合わせるこ
とによって見出すことができる。
つまりランプ電流の大きさ、即ち前記球状部の熱放射パ
ワーに比例し、従ってこの部分での温度上昇に依存す
る。この温度は実際にはできる限り高くするが、この部
分が溶解するほどには高くしない。実際に適切な電極の
寸法は、実用上のすべてのランプ電力について最適なも
のについては、これらの動作パラメータ及びさらに前に
記述したパラメータを適切に調整して互いに合わせるこ
とによって見出すことができる。
【００４６】一般的な幹線電圧をランプ用の給電電圧に
変換する電源装置は、ランプを動作させるために、上述
した動作パラメータに設定することが好ましい。こうし
た（スイッチモードの）電源装置を図５に例示する。こ
の場合の幹線電圧は、電源装置の入力端子Ｋ１、Ｋ２に
印加するＡＣ電圧であるものとする。この電源装置はス
イッチング装置Ａを具え、これによって幹線電圧をラン
プＬＡ用のＡＣ電圧に変換する。こうするために、幹線
電圧をＤＣ電圧に変換する第１装置３０、及びこのＤＣ
電圧をランプ用のＡＣ電圧に変換する転流器３１を設け
ている。
変換する電源装置は、ランプを動作させるために、上述
した動作パラメータに設定することが好ましい。こうし
た（スイッチモードの）電源装置を図５に例示する。こ
の場合の幹線電圧は、電源装置の入力端子Ｋ１、Ｋ２に
印加するＡＣ電圧であるものとする。この電源装置はス
イッチング装置Ａを具え、これによって幹線電圧をラン
プＬＡ用のＡＣ電圧に変換する。こうするために、幹線
電圧をＤＣ電圧に変換する第１装置３０、及びこのＤＣ
電圧をランプ用のＡＣ電圧に変換する転流器３１を設け
ている。
【００４７】この電源装置はさらに制御装置Ｂを具え、
これによって、例えばプログラム可能な半サイクル数、
あるいはランプ電流の半サイクル毎に、サイクルに関連
して同極性の追加的な電流パルスを重畳するように、ス
イッチング装置Ａをトリガする。図３を参照して上述し
たように、これに対応してランプ電流の時間勾配が増加
することになり、このランプ電流によって、アークの不
安定性のない特に安定した動作を達成することができ
る。こうした制御装置に適した回路は、WO 95/35645に
開示されている。
これによって、例えばプログラム可能な半サイクル数、
あるいはランプ電流の半サイクル毎に、サイクルに関連
して同極性の追加的な電流パルスを重畳するように、ス
イッチング装置Ａをトリガする。図３を参照して上述し
たように、これに対応してランプ電流の時間勾配が増加
することになり、このランプ電流によって、アークの不
安定性のない特に安定した動作を達成することができ
る。こうした制御装置に適した回路は、WO 95/35645に
開示されている。
【００４８】あるいはまた制御装置Ｂが、半サイクルの
開始時におけるランプ電流を、通常動作中の平均電流に
対して低減するように動作して、これにより特定の電極
について、光アークが特に安定しかつ広がって当たるよ
うにすることもできる。こうした制御装置はWO 00/3688
3に記載されている。
開始時におけるランプ電流を、通常動作中の平均電流に
対して低減するように動作して、これにより特定の電極
について、光アークが特に安定しかつ広がって当たるよ
うにすることもできる。こうした制御装置はWO 00/3688
3に記載されている。
【００４９】最後に、制御装置Ｂが特定の動作状態また
は要求に応じてランプ電流に影響を与えることもでき、
これらの状態は、例えば温度、またはランプに流れる電
流、あるいは発生光の強度及び変動に対応するセンサー
手段によって検出されたものである。このことに適した
制御装置は、WO 00/36882に開示されている。
は要求に応じてランプ電流に影響を与えることもでき、
これらの状態は、例えば温度、またはランプに流れる電
流、あるいは発生光の強度及び変動に対応するセンサー
手段によって検出されたものである。このことに適した
制御装置は、WO 00/36882に開示されている。
【００５０】こうした電源装置によって、例えばランプ
電圧の周波数のような上述した他の動作パラメータを、
ランプの種類または特定の動作条件に最適に適応させる
こともできる。従って、この電源装置をランプと組合わ
せて、例えば投射目的のような特定用途向けに最適化し
た照明装置を形成することが好ましい。
電圧の周波数のような上述した他の動作パラメータを、
ランプの種類または特定の動作条件に最適に適応させる
こともできる。従って、この電源装置をランプと組合わ
せて、例えば投射目的のような特定用途向けに最適化し
た照明装置を形成することが好ましい。
【図１】 本発明によるランプの全体図である。
【図２】 図２Ａ〜図２Ｃは、電極の作製のいくつかの
段階を示す図である。
段階を示す図である。
【図３】 作製した電極チップの径と球状電極部の径と
の関係をプロットした図である。
の関係をプロットした図である。
【図４】 作製した電極チップの長さと電極の球状部の
径との関係を示す図である。
径との関係を示す図である。
【図５】 本発明によるランプ用の電源装置を示す図で
ある。
ある。
１ 高圧ガス放電ランプ ２ ランプ容器 ３ 水晶の円筒部 ４ 水晶の円筒部 ５ 導電箔 ６ 導電箔 ７ 第１電極 ８ 第２電極 ９ 球状部 １０ 球状部 １１ 接続ピン １２ 接続ピン １９ 電極チップ ２０ 電極ロッド ３０ 第１装置 ３１ 転流器 Ａ スイッチング装置 Ｂ 制御装置 Ｋ１ 入力端子 Ｋ２ 入力端子 ＬＡ ランプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ハンス エルンスト フィッシャー ドイツ国 52223 ストールベルク アウ フ デル ヘーヘ 82 (72)発明者 ディーター レールス ドイツ国 52223 ストールベルク ヴァ イスドルンヴェーク 36 (72)発明者 ホルガー メンヒ ドイツ国 6291 ファールズ フィアグレ ンツェンヴェーク 53 Ｆターム(参考） 3K072 AA11 AA15 AC11 BA03 CB00 DD02 DD06 GB01 5C015 JJ06
Claims (13)
- 【請求項１】 少なくとも１つの電極を有する高圧ガス
放電ランプであり、前記電極が、厚くした電極の一部分
を一端に具えた電極ロッドを有する高圧ガス放電ランプ
において、 前記厚くした電極の一部分を、前記ランプの動作パラメ
ータに応じた寸法にして、通常のランプ動作中には前記
厚くした部分が溶解しないが、前記ランプの動作の第１
時間中には前記電極の一部分に電極チップが形成され
て、光アークが当たる点の領域において前記チップが溶
解するまで、この形成が行われるようにしたことを特徴
とする高圧ガス放電ランプ。 - 【請求項２】 前記電極の一部分の形状が球形であり、
前記電極ロッドの径よりも約1.5〜５倍大きい径を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス放電ラン
プ。 - 【請求項３】 前記電極の一部分の形状が球形であり、
約0.5〜８Ａのランプ電流に対して、約0.5〜3.0mmの径
を有することを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス放
電ランプ。 - 【請求項４】 前記少なくとも１つの電極がタングステ
ン製であり、前記ガスが、再現性のあるタングステンサ
イクルを生成するために酸素、及び臭素または塩素を加
えた水銀蒸気であることを特徴とする請求項１に記載の
高圧ガス放電ランプ。 - 【請求項５】 約0.001〜10μmole/cm3の量の臭素を加
えたことを特徴とする請求項４に記載の高圧ガス放電ラ
ンプ。 - 【請求項６】 前記電極チップの形成に、前記電極ロッ
ドの寸法及び前記電極の一部分の寸法に比例して、前記
ランプ電流が影響し得るようにしたことを特徴とする請
求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。 - 【請求項７】 電極を製造するに当たり、 電極ロッドの一端に厚くした部分を設けて、 ランプの動作の第１時間中に、前記ランプの動作電流に
ほぼ相当する電流によって、前記部分に電極チップを形
成して、 前記第１時間中に、前記厚くした部分を前記電流に応じ
た寸法にすることを特徴とする高圧ガス放電ランプの製
造方法。 - 【請求項８】 少なくとも１つの巻線を前記電極に加え
て、その後に、前記巻線を全体的または部分的に、電極
材料と共に溶解することによって、前記厚くした部分を
作製することを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記厚くした部分に電極チップを仮形成
して、前記ランプの動作の前記第１時間中に、前記仮形
成したチップから前記チップの最終形状を作製すること
を特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項１０】 請求項１から請求項６までのいずれか
に記載の高圧ガス放電ランプ、並びに該ランプに給電す
るスイッチモード電源装置を有する照明装置であり、前
記電源装置が前記ランプに適応した動作パラメータを有
して、通常のランプ動作中には前記厚くした電極の一部
分が溶解しないが、前記ランプの動作の第１時間中には
前記電極の一部分に電極チップが形成されて、光アーク
が当たる点の領域において前記チップが溶解するまで、
この形成が行われるようにしたことを特徴とする照明装
置。 - 【請求項１１】 前記スイッチモード電源装置が制御装
置を具え、該制御装置によって、プログラム可能な数の
前記ランプ電流の半サイクルに、該半サイクルと同一極
性の追加的電流パルスを重畳可能にしたことを特徴とす
る請求項１０に記載の照明装置。 - 【請求項１２】 前記スイッチモード電源装置が制御装
置を具え、該制御装置によって、半サイクルの開始時に
おける前記ランプ電流を、通常動作中の平均電流に対し
て低減可能にしたことを特徴とする請求項１０に記載の
照明装置。 - 【請求項１３】 前記スイッチモード電源装置が、制御
装置、並びに前記ランプの動作状態を検出するセンサー
手段を具えて、安定したランプ動作を得るために、検出
した動作状態に応じて、前記制御装置によって前記動作
パラメータを変更可能にしたことを特徴とする請求項１
０に記載の照明装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10062974:1 | 2000-12-16 | ||
| DE10062974A DE10062974A1 (de) | 2000-12-16 | 2000-12-16 | Hochdruckgasentladungslampe und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002245965A true JP2002245965A (ja) | 2002-08-30 |
| JP4094845B2 JP4094845B2 (ja) | 2008-06-04 |
Family
ID=7667574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001381045A Expired - Fee Related JP4094845B2 (ja) | 2000-12-16 | 2001-12-14 | 高圧ガス放電ランプ及びその製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6552499B2 (ja) |
| EP (1) | EP1215699A1 (ja) |
| JP (1) | JP4094845B2 (ja) |
| KR (1) | KR100868172B1 (ja) |
| CN (1) | CN100342482C (ja) |
| DE (1) | DE10062974A1 (ja) |
| TW (1) | TW521301B (ja) |
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| JP2007165067A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Ushio Inc | 光源装置 |
| KR100856386B1 (ko) * | 2007-01-11 | 2008-09-04 | 대성전기공업 주식회사 | 에이치아이디 램프 안정기 |
| US7808180B2 (en) | 2003-05-26 | 2010-10-05 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Thorium-free electrode with improved color stability |
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| JP2004296427A (ja) * | 2003-03-13 | 2004-10-21 | Ushio Inc | 超高圧水銀ランプ発光装置 |
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