JP2002260587A - セラミックメタルハライド電極用断熱リード線 - Google Patents

セラミックメタルハライド電極用断熱リード線

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JP2002260587A JP2001395608A JP2001395608A JP2002260587A JP 2002260587 A JP2002260587 A JP 2002260587A JP 2001395608 A JP2001395608 A JP 2001395608A JP 2001395608 A JP2001395608 A JP 2001395608A JP 2002260587 A JP2002260587 A JP 2002260587A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＭＨランプの発光管の脚部に沿った熱エネ
ルギー損失を大幅に低減する。 【解決手段】 ＣＭＨランプについて、マンドレル（３
６，４０）の直径を著しく細くする。一層の外巻（３
２）又は多層の外巻層（４２）のいずれかを使用する。
マンドレルの熱伝導率は外巻に比べて著しく高いため、
軸方向熱伝導率はマンドレルのみの断面積にほぼ比例す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極又はリード線
アセンブリの軸方向熱損失の低減によるセラミックメタ
ルハライド（ＣＭＨ）ランプの性能の改善に関する。さ
らに具体的には、本発明は、特に低ランプワット数の発
光管の脚部に沿っての熱伝導又は軸方向熱損失の制御に
関するが、本発明はその他のサイズのＣＭＨランプ又は
その他のランプにも適用し得る。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＨランプは、ユーザーの受ける恩恵
が大きいため次第に普及している。従来、アーク放電ラ
ンプでは石英発光管が常用されてきた。しかし、最近は
これに代えてセラミック発光管を用いたＣＭＨランプで
使われ始めている。ＣＭＨランプは、旧来のアーク放電
ランプに比べて、ルーメンパーワットが高い上に色均一
性及び色安定性が高い。セラミック発光管は同等の石英
発光管よりも高温で動作できる。セラミック発光管はナ
トリウム損失の割合も低い。
【０００３】高輝度放電ランプでは、効率及びランプ性
能は発光管の脚部つまり端部に沿っての熱伝導によるエ
ネルギー損失によって影響される。ランプ性能を最適化
するにはエネルギー損失の管理が必要とされる。熱管理
は、パーツを通しての電力損失が制限又は制御されるよ
うにランプの各種パーツを設計することによって達成さ
れる。リード線は発光管を取付枠に接続する。セラミッ
ク体及び電極先端部からの熱はリード線を伝わって発光
管から逃げる。リード線の軸方向熱伝導率及び半径方向
熱伝導率の制御はランプ性能を大きく左右しかねない。
【０００４】かかる効率面及び性能面での不利益はラン
プワット数が低く発光管が小さいほど顕著である。これ
は、アーク室の寸法の縮小に応じて脚部の寸法を縮小で
きないことに起因すると考えられる。強度、肉厚、開口
寸法又は開口径などの材料に関する制約及び製造プロセ
スのために制約が生じ、ランプのワット数が低く発光管
の寸法が小さいときのランプ効率に影響を与える。高ワ
ット数のランプでは、脚部の内径は電極の先端が通る程
度の大きさでなければならない。この点でも、リード線
をどれだけ小さく作れるかに制約が加わり、そのため従
来の手段でリード線の直径を減少させることによって熱
損失を制御する可能性も限られる。
【０００５】通常のＣＭＨリード線は３つの部品からな
る。好ましくはタングステンからなる電極は、通例モリ
ブデンからなる軸つまりマンドレルの一端に支持され
る。マンドレルは、ランプ台が取り付けられたニオビウ
ム外部リード線に軸方向に接合又は溶接される。かかる
リード線アセンブリは、通例ニオビウム部の長さ方向に
沿ってニオビウム−モリブデン溶接部を覆うように、発
光管の中空円筒形セラミック脚部内に気密封止される。
内室の好ましい封止法はフリット封止でなされるが、当
技術分野で公知の他の封止処理も使用し得ることは自明
である。上述の通り、熱伝導率が減少するように脚部構
造を設計することによって、発光管の脚部に沿った軸方
向熱流束を抑制することが望ましい。リード線アセンブ
リを通しての熱伝導による軸方向熱損失がセラミック脚
部を通しての軸方向熱損失を通常上回ることが観察され
た。そのため、マンドレルのモリブデン部又はニオビウ
ム部いずれかにおいて軸方向熱損失に対処することが望
ましい。マンドレルに沿っての軸方向熱損失を著しく低
減することができれば、その分、発光管の脚部に沿って
のランプの電力損失を低減できるであろう。
【０００６】従来のＣＭＨランプでは、モリブデン部は
比較的直径の細い外巻（ｏｖｅｒｗｉｎｄ）と比較的直
径の太いマンドレルとを含んでいる。例えばＧｅｎｅｒ
ａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ社製３９ワットＣＭＨランプで
は、マンドレルの直径は０．０１６インチのオーダーで
ある。外巻部材は好ましくはモリブデン線であり、０．
００４５インチのオーダーの寸法を有する。そこで、全
直径は０．０２５インチ（０．０１６＋２×０．００４
５）のオーダーになる。従来マンドレルに外巻を加えて
きたのは、主としてモリブデン部とセラミック脚部との
間の熱膨張応力を緩和するためであった。熱はマンドレ
ルを通して軸方向にも半径方向にも容易に伝導する。外
巻の螺旋構造のため、外巻を通しての軸方向及び半径方
向熱伝導はマンドレルを通しての熱伝導よりもはるかに
低いことが今回判明した。一方、マンドレルと外巻とか
らなるモリブデン部の全直径は発光管のセラミック脚部
の内径とぴったり合っていなくてはならない。従来の解
決策はモリブデン部の全直径を減少させるというもので
あった。上述の通り、セラミック脚部の最小製造内径に
関する制限或いは電極先端を発光管に挿入するための最
小限のクリアランスの存在などその他の理由により、こ
の解決策が適用できない場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、モリブデン部
に必要とされる全直径を厳守するとともにマンドレルへ
の外巻の巻つけの際の製造面での制約を満たす最小限の
マンドレル直径をもつモリブデン部を提供するニーズが
存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発光管の脚部に沿った熱
伝導の問題に対処すべく、ＣＭＨ電極用の改良型モリブ
デンリード線アセンブリを提供する。
【０００９】本発明の例示的な実施形態では、セラミッ
クメタルハライドランプは、アーク放電室を有するエン
ベロープを含む。第一及び第二の開口は放電室に通じて
いてそこから延在している。第一及び第二の電極リード
線はそれぞれ第一及び第二の開口に収容されている。こ
れらの電極リード線の第一の端部は放電室内に延在す
る。これらの電極リード線は、全部材直径がセラミック
脚部にぴったりとフィットするように径の細いマンドレ
ルと太い外巻部材とを各々有する。
【００１０】他の例示的な実施形態では、細いマンドレ
ルに二重又は多重外巻を設ける。一本の太い外巻又は複
数の細い外巻のいずれかを使用することにより、部材全
体の外径を一定に保ちながら、マンドレルの直径を最小
化し、外巻部材の直径を太くすることで、発光管脚部開
口に沿った熱損失を効果的に低減できる。細いマンドレ
ルでは、細い多重外巻の製造が容易になる。
【００１１】本発明の主たる有益な効果はＣＭＨランプ
の効率の増大である。
【００１２】本発明のもう一つの有益な効果は軸方向熱
損失の低減である。これによってアーク室を大型化で
き、特に低ワット数ランプで、向上したルーメン維持及
び寿命を概ね与える。
【００１３】本発明のまた別の有益な効果は超低ワット
数ＣＭＨランプの性能の向上である。ＣＭＨランプにお
いてハライド添加物の大半は発光管の脚部に存在してい
るので、脚部からの軸方向熱損失を最小化するとハライ
ド添加物の実効温度が上昇し、その結果、演色評価数
（ＣＲＩ）その他のランプ性能特性が向上する。
【００１４】また別の有益な効果はシールガラス温度の
低下であり、その結果、ランプの寿命が延びる。或い
は、同じランプ寿命であればランプの脚部を短くするこ
とができ、光源の小型化が可能となる。
【００１５】その他の効果及び利点は、以下の詳細な説
明を読んで理解すれば当業者には自明であろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、図１は、内部
空洞もしくは内室１２を画成する中空体たるランプエン
ベロープ１０を有するランプアセンブリＡを示す。ラン
プ本体１０つまりセラミック発光管は当業者に周知の従
来構造である。内室１２は、例えばエンベロープの両端
から各々延在する第一及び第二の脚部１６及び１８と通
じている。これらの脚部は、外部電源（図示せず）と電
気的に接続した第一及び第二の電極／リード線アセンブ
リ２２及び２４を収容する開口を有する。これらのリー
ド線アセンブリの内端は室内にあり、それらの間に形成
されるアーク放電が封止室内の封入ガスをイオン化して
当技術分野で周知の方法で発光するような間隔におかれ
る。脚部開口２６はこれらの電極リード線の入口で封止
される。内室を封止する好ましい方法はフリット封止で
あり、通例リード線アセンブリのニオビウム部に沿って
行われる。
【００１７】図２は、リード線／電極アセンブリの部分
断面正面図である。リード線／電極アセンブリは通例３
つの部材からなる。外側ニオビウムリード線３４は、通
例モリブデンマンドレル３６上のモリブデン外巻３２か
らなる中間部材に同軸に接合又は溶接される。この中間
部材は、端部にコイル４２（通例タングステンからな
る）を巻いたシャンク４０（通例タングステンからな
る）からなる電極に同軸に接合又は溶接される。
【００１８】図３は、従来技術の典型的なリード線アセ
ンブリの中間部の断面図を示す。図３は大径マンドレル
５６上の細い外巻５２を示す。
【００１９】図４は、リード線アセンブリの中間部の断
面図を示す。図４は、マンドレル３６上の外巻３２を示
す。本発明では、部材全体がセラミック脚部内にぴった
りとフィットするように全体の直径を保ちつつ、従来技
術よりもマンドレルの直径を大幅に細くする。外巻は、
好ましくは、マンドレルの周囲に軸方向及び半径方向に
延在する螺旋構造を有する。マンドレルの直径を細くす
ることで、その分マンドレルの断面積は小さくなる。一
方、外巻はその螺旋構造のため、マンドレル部に比べる
と、脚部の長さ方向の熱伝導は格段に低減する。外巻が
螺旋構造であることで、その実効軸方向熱伝導率はマン
ドレルの熱伝導率の百分の一（１／１００）のオーダー
になると推定される。そこで、リード線のこの部分の熱
伝導率はほとんどマンドレルの熱伝導率によって決まる
といってよい。外巻線の直径を太くする場合や、セラミ
ック脚部にぴったりとフィットするように部品全体の直
径を一定に保つため多重外巻を用いる場合でも、マンド
レルの直径を細くしてマンドレルの断面積を小さくする
ことで、この部品の熱伝導率は効果的に減少する。
【００２０】従来技術では、外巻の直径とマンドレルの
直径との比は１：３であり、マンドレルの直径はセラミ
ック脚部の内径（ＩＤ）の約６０％であった。好ましい
実施形態では、この比は約１：１であり、マンドレル直
径は脚部ＩＤの約３０％に減る。ある具体的な実施形態
では、セラミック脚部のＩＤは約０．０１８インチであ
る。この発明では、マンドレルのモリブデン部３６は、
例えば図３に示すように、直径０．００６インチであ
る。上述の通り、超低ワット数ＣＭＨランプでは、セラ
ミック脚部、開口及び金属リード線の寸法は、脚部を伝
っての過度の熱損失を防止するのに十分なほど自動的に
縮小できるわけではない。にもかかわらず、このマンド
レル直径は０．０１２インチであった従来技術に比べる
と格段に細い。一方、脚部を貫通する開口はさほど縮小
しないので、外巻３２は直径０．０００６インチの線材
である。その結果、マンドレル直径と外巻直径の２倍と
の和として定義される全体としての直径は０．０１８イ
ンチとなる。これによって、マンドレルの横断面積は従
来技術の四分の一（１／４）となり、軸方向熱伝導損失
が著しく低減する。
【００２１】別の例示的な実施形態では、マンドレルは
若干太い。換言すれば、別の好ましい実施形態では、マ
ンドレルは直径８ミル（０．００８インチ）である。外
巻は依然として比較的太いが、上述のものよりは若干細
い。そこで、ここでも全体の直径が１８ミル（０．０１
８インチ）となるように、その寸法は５ミル（０．００
５インチ）のオーダーであると考えられる。
【００２２】図５の例示的な実施形態では、マンドレル
直径は大幅に細くなる。この事例では、モリブデンマン
ドレル４０は直径４ミル（０．００４インチ）である。
この実施形態では、多重外巻を用いる。この構成では、
直径の等しい外巻の二層を使用するのが好ましい。ここ
でも全体としての直径を１８ミル（０．０１８インチ）
とするため、外巻線の直径は３．５ミル（０．００３５
インチ）である。
【００２３】図６は、直径の異なる線材からなる２つの
外巻４６をもつ別の例示的な実施形態を示す。この実施
形態では、同じ太さの外巻を２つ使うときに比べて、所
定のマンドレル直径について、部品全体の直径を大きく
できる。太さの異なる外巻線を使うのは、マンドレルに
外巻線を巻いてできる螺旋の直径（つまりマンドレル直
径）に対する外巻線直径の比に限度があるからである。
この限度は約１：１である。この比が小さいほど、外巻
の製造は容易になる。そのため、細いマンドレルに第一
の外巻として直径の細い外巻線直径を使用し、第二の外
巻に太い線材を使用すればよい。第二の外巻はマンドレ
ルと第一の外巻の全体の直径に巻かれるからである。
【００２４】図７は本発明の別の例示的な実施形態を示
すもので、マンドレル４０は２つの外巻４８を有する
が、これら２つの線材は逆方向に巻かれている（逆
巻）。この構成は、上述の同方向巻部品よりも製造が容
易になることもある。この構成では、上層と下層とが、
螺旋長さ方向に連続して接触せずに、交点で接触してい
るにすぎないので、正巻に比べて、半径方向熱伝導率が
低くなり、巻線間の隙間が大きくなる。
【００２５】図３〜図６に示す実施形態に関連した寸法
を、例えば、標準的な３９Ｗ ＣＭＨランプのリード線
におけるモリブデン部の寸法と比較する。ＧＥ Ｌｉｇ
ｈｔｉｎｇ社が製造販売するこの種のランプは、直径１
６ミル（０．０１６インチ）のマンドレルを有し、これ
は上述のマンドレル直径の少なくとも２倍であり、４倍
に当たることもある。本発明の結果、発光管脚部に沿っ
ての軸方向熱伝導を大幅に低減できる。
【００２６】以上、本発明を好ましい実施形態を参照し
て説明してきた。本明細書を読んで理解すれば、当業者
は様々な修正及び変更に想到し得るであろう。例えば、
マンドレル、電極先端及び外巻部材に別の種類の材料を
使用してもよい。同様に、寸法の異なる実施形態も使用
できよう。本発明は、特許請求の範囲及びその均等に属
する限り、これらすべての修正及び変更を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施形態に係るランプアセ
ンブリの正面図。
【図２】 リード線／電極アセンブリの正面図。
【図３】 従来の一般的な電極リード線の中間部の部分
断面正面図。
【図４】 本発明の例示的な実施形態に係る電極リード
線アセンブリの部分断面正面図。
【図５】 本発明の他の例示的な実施形態に係る二重外
巻を有する電極リード線アセンブリの部分断面正面図。
【図６】 本発明の別の例示的な実施形態に係る２つの
巻線の直径が異なる二重外巻を有する電極リード線アセ
ンブリの部分断面正面図。
【図７】 本発明の別の例示的な実施形態に係る２つの
巻線が異なる方向に巻かれた（逆巻）二重外巻を有する
電極リード線アセンブリの部分断面正面図。
【符号の説明】
１０ エンベロープ １２ 内室 １６，１８ 脚部 ２２，２４ 電極リード線 ２６ 開口 ３２ 外巻 ３６，４０ マンドレル ４２ コイル ４６，４８，５２ 外巻 ５６ マンドレル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ウェスリー・ハワード アメリカ合衆国、オハイオ州、シェイカ ー・ハイツ、デールフォード・ロード、 3536番 (72)発明者 ジェームズ・エー・レオナルド アメリカ合衆国、オハイオ州、シェイカ ー・ハイツ、ストゥール・ロード、3635番 Ｆターム(参考） 5C043 AA01 AA02 AA10 AA12 CC03 CD01 DD03 DD15 DD17 EA03 EB14

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部に内室（１２）が設けられたエンベ
    ロープ（１０）；エンベロープから延在する第一及び第
    二の脚部（１６，１８）であって開口（２６）が貫通し
    た第一及び第二の脚部（１６，１８）；及び第一の端部
    が内室内に延在し、それぞれ第一及び第二の脚部の開口
    に収容された第一及び第二の電極リード線（２２，２
    ４）であって、脚部の開口を実質的に充填する合計寸法
    を有するマンドレル（３６，４０）と外巻（３２）部材
    とを含んでいてマンドレルが脚部の開口の直径の６０％
    以下の直径を有する第一及び第二の電極リード線（２
    ２，２４）を備えてなるセラミックメタルハライドラン
    プ。
  2. 【請求項２】 外巻部材（３２）がマンドレル（３６，
    ４０）の周囲に螺旋状に巻いた線材である、請求項１記
    載のセラミックメタルハライドランプ。
  3. 【請求項３】 外巻部材（３２）の線材の直径が、全部
    材直径がセラミック脚部（１６，１８）にぴったりとフ
    ィットするように選択される、請求項２記載のセラミッ
    クメタルハライドランプ。
  4. 【請求項４】 外巻（３２）部材が、マンドレル（３
    ６，４０）と同一直径以下の線材から形成される、請求
    項３記載のセラミックメタルハライドランプ。
  5. 【請求項５】 アーク放電室（１２）を有するエンベロ
    ープ（１０）；放電室に通じていてそこから延在する第
    一及び第二の開口（２６）；及び第一の端部が放電室内
    に収容され、それぞれ第一及び第二の開口に収容された
    第一及び第二の電極リード線（２２，２４）であって、
    径を小さくしたマンドレル（４０）と該マンドレル上に
    設けられた外巻部材（３２）の第一及び第二の層とを各
    々有する第一及び第二の電極リード線（２２，２４）を
    備えてなるセラミックメタルハライドランプ。
  6. 【請求項６】 外巻部材（３２）がマンドレル（３６，
    ４０）の周囲に巻いた線材である、請求項５記載のセラ
    ミックメタルハライドランプ。
  7. 【請求項７】 線材（３２）がマンドレル（３６，４
    ０）の周囲に螺旋状に巻かれている、請求項６記載のセ
    ラミックメタルハライドランプ。
  8. 【請求項８】 第一及び第二の層（４２）が実質的に同
    じ厚さを有する、請求項７記載のセラミックメタルハラ
    イドランプ。
  9. 【請求項９】 第一及び第二の層（４２）が軸方向に同
    延であって、同方向に巻かれている、請求項８記載のセ
    ラミックメタルハライドランプ。
  10. 【請求項１０】 第一及び第二の層（４２）が軸方向に
    同延であって、逆方向に巻かれている、請求項８記載の
    セラミックメタルハライドランプ。
  11. 【請求項１１】 螺旋状に巻かれた第一及び第二の層
    （４６）に実質的に異なる直径の線材が用いられてい
    る、請求項７記載のセラミックメタルハライドランプ。
  12. 【請求項１２】 第一及び第二の層（４６）が軸方向に
    同延であって、同方向に巻かれている、請求項１１記載
    のセラミックメタルハライドランプ。
  13. 【請求項１３】 第一及び第二の層（４６）が軸方向に
    同延であって、逆方向に巻かれている、請求項１１記載
    のセラミックメタルハライドランプ。
  14. 【請求項１４】 マンドレル（３６，４０）と外巻（３
    ２）部材とを含む電極リード線（２２，２４）を介して
    の熱エネルギー損失が低減した低ワット数セラミックメ
    タルハライドランプの製造方法であって、電極リード線
    の第一端部（３０）が放電室（１２）内に延在し、第二
    端部が放電室に通じる所定寸法の開口を貫通しており、
    当該方法が、マンドレル（３４，３６）の直径を最小限
    にする段階、及び外巻部材（３２）の直径を増す段階を
    含んでなる方法。
  15. 【請求項１５】 外巻部材（３２）の多層を設ける段階
    をさらに含む、請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記多層を設ける段階が、外巻部材
    （３２）の多層（４２）に実質的に同じ厚さを用いるこ
    とを含む、請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記多層を設ける段階が、外巻部材
    （３２）の多層（４２）に実質的に異なる厚さを用いる
    ことを含む、請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記多層を設ける段階が、外巻部材
    （３２）の多層（４２）を同方向に巻くことを含む、請
    求項１６記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記多層を設ける段階が、外巻部材
    （３２）の多層（４２）を逆方向に巻くことを含む、請
    求項１６記載の方法。
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