JP2003297288A - セラミクス放電管を備えたメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小さなワット数のみならず大きなワット数
（典型的には１５０Ｗ〜４００Ｗ）にも適した導入部を
提供し、統一的なコンセプトのもとで使用できるように
する。 【解決手段】 内側部分が径Ｄのコアピン上に組み合わ
されている構造ユニットであり、すなわち少なくとも２
層に構成された螺旋部が螺旋部線の有効径ｄで被着され
ており、ここで０．８Ｋ≦Ｓ≦０．９８Ｋかつｄ≦Ｄか
つＤ_ｍａｘ≦０．５ｍｍかつ０．１６Ｋ≦Ｄ≦０．４０
Ｋかつ０．１０Ｋ≦ｄ≦０．１９５Ｋの式が満足され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の上位概念
記載のセラミクス放電管を備えたメタルハライドランプ
に関する。これは特に少なくとも７０Ｗ、有利には１０
０Ｗから１０００Ｗ以上の出力を有するランプである。

【０００２】

【従来の技術】欧州特許出願公開第５８７２３８号明細
書からセラミクス放電管を備えたメタルハライドランプ
が公知である。ここでは細長い栓管内の２つの部分に区
別される導入部が放電個所から遠いほうの栓端部でガラ
スはんだにより密封されている。導入部の外側部分は浸
透性の材料（ニオブピン）から成り、内側部分はハロゲ
ン化物耐性を有する材料（例えばタングステンピンまた
はモリブデンピン）から成る。上掲の明細書の図８で
は、導入部の内側部分はピンを巻線で巻いたカバーを有
している。ただしこの明細書で提案されているコンセプ
トは最大でも１５０Ｗの小さい出力にしか適さない。な
ぜなら熱膨張係数の適合化があまりうまくいっておら
ず、高出力で温度変化の負荷が大きくなるとしばしばセ
ラミクスの細管の壁にひびが入るからである。こうした
ひびはモリブデンピンの径が大きくなるにつれて増大す
る。同様の手段は国際特許出願公開第９５／２８７３２
号明細書にも記載されている。

【０００３】４００Ｗまでの出力のランプについては、
これまで欧州特許出願公開第５８７２３８号明細書に記
載されている別の手段、すなわち内側部分のモリブデン
ピンの部分をサーメットユニットへ置換する手段が適用
されていた。サーメットの熱膨張係数は他の金属とセラ
ミクスとの中間にあたり、所望に応じて調整することが
できる。ただしサーメット手段の欠点は、高価であるこ
とに加え、溶接に対する耐性がきわめて乏しいことであ
る。さらにサーメットユニットと充填ガスとのあいだで
駆動温度の高さに起因して化学反応が生じることもあ
る。

【０００４】これまで、それ以上高出力のランプについ
ては決定的なコンセプトは存在しなかった。

【０００５】

【特許文献１】欧州特許出願公開第５８７２３８号明細
書

【特許文献２】国際特許出願公開第９５／２８７３２号
明細書

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、請求
項１の上位概念記載のセラミクス放電管を備えたメタル
ハライドランプにおいて、小さなワット数のみならず大
きなワット数（典型的には１５０Ｗ〜４００Ｗ）にも適
した導入部を提供し、統一的なコンセプトのもとで使用
できるようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題は、内側部分が
径Ｄのコアピン上に組み合わされている構造ユニットで
あり、すなわち少なくとも２層に構成された螺旋部が螺
旋部線の有効径ｄで被着されており、ここで ０．８Ｋ≦Ｓ≦０．９８Ｋ ｄ≦Ｄ Ｄ_ｍａｘ≦０．５ｍｍ ０．１６Ｋ≦Ｄ≦０．４０Ｋ ０．１０Ｋ≦ｄ≦０．１９５Ｋ の式が満足される構成により解決される。

【０００８】

【発明の実施の形態】有利な実施形態は従属請求項に記
載されている。

【０００９】ワット数が増大するにつれて通常は導入部
の径も増大し、栓管の内径も必然的に増大する。密封領
域でのひびを確実に阻止するために他の手段が開発され
た。

【００１０】詳細に云えば、本発明は特にアルミニウム
酸化物から成るセラミクス放電管を備えたメタルハライ
ドランプに関する。ここで放電管はセラミクス栓で閉じ
られた２つの端部（これは個別の部分であってもよい
し、または放電管に一体に構成された構造であってもよ
い）を有しており、これらの端部はそれぞれ長い細管を
有している。以下これを栓管と称する。２つの部分に区
別される導電性の導入部は栓管に真空密に通されてお
り、放電に関して内側のピン状部分と外側のピン状部分
とから成る。導入部は栓の外側ではガラスはんだにより
密封されている。内側では電極シャフトが固定されてお
り、この電極は放電管内部へ突出している。

【００１１】導入部の内側部分はハロゲン化物耐性を有
する金属（有利にはモリブデンまたはタングステンまた
はこれらの合金）から成るピンを含み、このピンの径は
最大で０．５ｍｍ、同材料または同系材料の多層（有利
には２層）の螺旋部によってカバーされている。有利に
はモリブデン材料がコアピンおよび多層の螺旋部の双方
に対して用いられる。このことは個々のコンポーネント
（コアピンおよび螺旋部）の絶対膨張度が小さな絶対寸
法によってクリティカルな値よりも小さくなり、溶接後
またはランプ駆動中にも溶接領域に亀裂を生じないとい
う重要な利点を有する。多層の螺旋部により電極システ
ムのフレキシビリティが高まり、駆動中または溶接過程
中に膨張により発生する応力を低下させることができ
る。

【００１２】重要なのは、全ての螺旋部のジオメトリが
溶接過程の終了後の冷却時にも導入部、特に螺旋部およ
びこれを包囲するセラミクス（細管およびその圧力を伝
える溶融セラミクス／ガラスはんだ）の熱膨張係数の相
違により圧力応力が生じることである。この応力は一度
プラスティクスを変形させることにより低減しなければ
ならない。これは螺旋部をコアピン内へ突出させること
により行われる。有利にはできる限り小さな接触面にす
る。

【００１３】２層以上の複数層で構成された螺旋部は、
外側の層が内側の層に作用するため、応力低減効果を２
倍またはそれ以上に有効に利用できるという格別の効果
を奏する。また螺旋部は中実のコア線よりも格段に軽く
成形することができる。特に有効なメカニズムでは螺旋
部の外側の層が内側の層に対して反対向きに巻回され
る。なぜならこの場合高い圧力のかかった接触部を有す
るシステマティックな交点が形成されるからである。相
応のことが多層の螺旋部にも当てはまる。

【００１４】同様の有効な応力低減は多層に代えて巻回
された螺旋部線を使用することによっても得られる。こ
の場合コア線および螺旋部の内側線での接触面の領域で
きわめて高い圧力が生じる。なぜなら巻回される線の径
を螺旋部の内側線の径よりも小さく選定することができ
るからである。有利には巻回される線の径ｗは螺旋部の
内側線の径Ｗの３０％〜７０％である。

【００１５】ランプの駆動中には応力は溶融温度に比べ
て低い駆動温度のために密封領域で溶接過程よりも小さ
くなっている。したがってこの応力は構造体の弾性変形
により低減することができる。この場合に塑性変形は早
期の封止劣化を生じるおそれがある。

【００１６】導入部の外側部分は栓管内に存在する部分
の全長にわたってガラスはんだで密封されている。さら
にこれに接続されている導入部の内側部分の領域は短い
長さ（約１ｍｍ〜２ｍｍ）にわたってガラスはんだによ
り密封されている。ここでは寿命を長くすることが重要
な目的として製造され、内側部分は細管の内径の少なく
とも０．８倍、最大で０．９８倍の外寸法を有する。

【００１７】他の主要な前提条件はコアピンの最大径が
０．５ｍｍ以下であり、螺旋部の線の層の径が最大でコ
アピンの径に相応するということである。有利には各層
の径はコアピンの径よりも小さい。２つの層の径は等し
くなくてもよい。

【００１８】有利にはランプの出力は１００Ｗ〜１００
０Ｗであるが、大きな出力（２０００Ｗ以上）または小
さな出力（例えば７０Ｗ）のランプも可能である。

【００１９】コア線の径をＤ、螺旋部線の径をｄ、細管
の内径をＫとすると、まず導入部の内側部分の全径Ｓに
ついて ０．８Ｋ≦Ｓ≦０．９８Ｋ が成り立つ。ここで一般に Ｓ＝Ｄ＋ｎｄ であり、ｎは見かけの層数である。つまり２層の場合に
はＳ＝Ｄ＋４ｄとなる。本発明によれば確実な溶接はコ
アピンの径Ｄが ０．１６Ｋ≦Ｄ≦０．４０Ｋ のときに達成されることがわかっている。さらに螺旋部
線の径について ０．１０Ｋ≦ｄ≦０．１９５Ｋ が成り立つ。螺旋部の２つの層の径がそれぞれ異なる場
合、これをｄ_１，ｄ_２とすると、上述の式について ｄ_１＋ｄ_２＝２ｄ が成り立つ。換言すれば平均の有効径ｄが計算される。
一般に多層の場合 ｄ_１＋．．．＋ｄ_ｎ＝ｎｄ となり、 ｄ＝（ｄ_１＋．．．＋ｄ_ｎ）／ｎ が成り立つ。

【００２０】１５０Ｗから使用できる別の代替的な実施
形態では、コア線が巻回された螺旋部線によって包囲さ
れている。基本的にはコア線径Ｄ、螺旋部線径Ｗ、カバ
ー線径ｗとすると Ｓ＝Ｄ＋２（Ｗ＋２ｗ） であり、ここでの限界条件は Ｄ＞（Ｗ＋２ｗ） である。この限界条件は、コア線がカバー線よりも厚く
なければならないという巻線技術上の理由から生じるも
のである。上述のＤ，ｄの領域はここでも当てはまる。
ｗについては有利には ０．０４Ｋ＜ｗ＜０．１Ｋ が相当する。

【００２１】６００Ｗ以上、特に１０００Ｗ以上の高い
ワット数では、最大径は上述の最初の式により０．５ｍ
ｍ以上となるが、これは密封を長く保持するためには回
避しなければならない。このような場合有利には、２層
の上方にさらに第３の層を使用するか、またはひと巻き
（シングルコイル）の螺旋部から成る少なくとも１つの
層でなく、多重巻き（コイルドコイル）の螺旋部から成
る層を上述の小さいワット数の実施形態と同様に設け
る。

【００２２】特に有利にはワット数１００Ｗ〜１０００
Ｗの２つの層について ０．２５Ｋ≦Ｄ≦０．３０Ｋ が成り立つ。さらに螺旋部線の径ｄについて ０．１２Ｋ≦ｄ≦０．１５Ｋ が成り立つ。コアピンの径は有利には最大で０．３５ｍ
ｍである。相互に良好に調整された螺旋部線とコアピン
とのあいだの関係は （０．９０Ｋ−Ｄ）／４≦ｄ≦（０．９６Ｋ−Ｄ）／４ の範囲にある。

【００２３】本発明では、熱膨張の点でアルミニウム酸
化物のセラミクスへ適合化され、Ｈ _２およびＯ_２透過性
（特にニオブピンまたはニオブチューブであるが、タン
タルを使用することもできる）であり、かつガラスはん
だでカバーされた外側部分と、ハロゲン化物耐性を有し
ており、その一部が端部にガラスはんだでカバーされ溶
接されている内側部分との２つに区別される導入部を使
用している。内側部分はモリブデンまたは高融点のタン
グステンから成るきわめて薄い線である。タングステン
は合金または表面めっきとしてレニウム添加剤を有して
いてもよい。レニウムはタングステンの高温耐性および
腐食耐性を高めるからである。モリブデンは特に水銀を
含む充填ガスに適しているが、タングステンは有利には
水銀フリーの充填ガスに対して用いられる。特にタング
ステンは７０Ｗ以下の低いワット数のランプに適してい
る。

【００２４】内側部分は外側部分（ニオブピンまたはニ
オブチューブ）を備えた側、つまり電極を備えた側とは
反対側に接続される。

【００２５】栓は一体に構成してもよいし、また複数の
ユニットから構成してもよい。例えば周知の手段で栓管
がリング状の栓ユニットによって包囲されるかたちに構
成することができる。

【００２６】また従来技術とは異なって、外側部分がど
のくらいの深さで栓管内へ挿入されているかは重要では
ない。これについては密封できる最低の深さ２ｍｍが保
証されていれば充分である。最大の挿入深さは有利には
熱的理由から栓管の長さの５０％である。

【００２７】外側部分は栓管内に存在する部分の全長に
わたって完全にガラスはんだと融合しており、内側部分
は約１ｍｍ〜２ｍｍの長さにわたって端部に接合されて
いる。重要なのはニオブピンが腐食性の充填ガスの侵襲
に対して完全にガラスはんだによってカバーされること
である。

【００２８】

【実施例】以下に本発明を複数の実施例に則して詳細に
説明する。

【００２９】図１には出力１５０Ｗのメタルハライドラ
ンプが示されている。このランプはランプ軸を定める水
晶ガラスの円筒形状の外管１から成り、これは両側が封
止され、ソケット化されている。Ａｌ_２Ｏ_３セラミクス
から成る軸線方向に配置された放電管４は円筒形状また
は中ほどが膨らんだ形に成形され、２つの端部６を有し
ている。これはシート８を介してソケット部３に接続さ
れている２つの電流供給部７により外管１内に支承され
ている。電流供給部７は導入部９、１０に溶接されてお
り、放電管の端部６の各栓１２内にはめ込まれている。
栓の部分は細長い管（栓管）１２として構成されてい
る。放電管の端部６および栓管１２は例えば相互に直接
にシンタリングされる。

【００３０】導入部９、１０はそれぞれ２つの部分から
成る。外側部分１３はニオブピンとして構成されてお
り、細管１２の長さの約１／４まで内部へ突出してい
る。内側部分１４は細管１２の内部で放電部まで延在し
ている。内側部分は放電側の電極１５を支承している。
電極はタングステンの電極シャフト１６とシャフトの放
電側の端部に圧着された巻線１７とから成る。導入部の
内側部分１４、特にコアピンは電極シャフト１５および
導入部の外側部分１３に溶接されている。

【００３１】放電管の充填ガスはアルゴンなど不活性の
点弧ガスのほか、水銀と金属ハロゲン化物の添加剤とか
ら成る。例えば金属ハロゲン化物充填ガスを水銀フリー
で使用することもでき、ここでは充填ガスとしてキセノ
ンが１．３ｂａｒを大きく越える高い圧力で選定されて
いる。

【００３２】図２には放電管の端部領域が詳細に示され
ている。導入部９、１０は外側部分１３としての径Ａの
ニオブピン（またはニオブチューブ）と内側部分１４と
しての径Ｂの薄いモリブデンピンとから成る。それぞれ
の径については表１の下方部分を参照されたい。モリブ
デンピンの上方には径Ｃのモリブデン螺旋部２０の２つ
の層が圧着されている。細管１２の全長は約１７ｍｍで
あり、ニオブピン１３の全長をＤ、内側部分１４の長さ
をＥ、栓管の内径をＦとする。

【００３３】ニオブピン１３の放電側はモリブデンから
成るコアピン１８に突き合わせ溶接されている。放電側
ではコアピン１８が同様に電極シャフト１６に突き合わ
せ溶接されている。

【００３４】ニオブピン１３は約３ｍｍの深さで栓管１
２内へ挿入されており、ガラスはんだ１９で密封されて
いる。この場合重要なのはガラスはんだがニオブピンを
完全にカバーしており、内側部分の頭部（１ｍｍ〜２ｍ
ｍ）もガラスはんだによってカバーされているというこ
とである。

【００３５】

【表１】

【００３６】図２の１５０Ｗランプの実施例では、上の
表１に示された寸法が使用される。同様に２５０Ｗ、４
００Ｗのランプについても有利な寸法が示されている。

【００３７】表２には、種々のランプ出力について、細
管の典型的な内径、最大可能および最小可能なコアピン
１８の径Ｄおよび螺旋部２０の径ｄが示されている。こ
こではそれぞれ２つの層の径は等しいものとし、簡単か
つ良好な手段が得られるようにしてある。しかし２つの
層の径は異なっていてもよく、特に外側の層の径は内側
の層の径よりも格段に小さく（３０％〜）選定すること
ができる。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】さらに表３には種々のランプ出力につい
て、表２で検討された値の有利な領域が示されている。
さらに表４には実際のワット数に対するＤ、ｄの最適値
が示されている。

【００４２】高ワットの出力では所定の条件は部分的に
は容易に満足することができず、この場合には代替的な
技術が使用される。

【００４３】最も簡単な代替手段は、図３に示されてい
るような螺旋部２１の他の層を使用することである。１
０００Ｗランプに対して３層の螺旋部２１を設けると、
コア線は０．３５ｍｍの径を有し、螺旋部は０．２９ｍ
ｍの径を有することになる。

【００４４】この技術の別の実施例が表５に示されてい
る。ここでは出力、細管の内径、コアピン径および螺旋
部線の径が示されている。もちろんこの場合にも個々の
層の径を変化させることができる。

【００４５】

【表５】

【００４６】また、螺旋部の多層構造に代えて単層また
は２層の２重巻き螺旋部（コイルドコイル）を使用する
ことによっても同様の効果が得られる。２重巻き単層の
螺旋部は単純な螺旋部のほぼ３層分に相応する。ここで
は見かけ上中央の層となっている螺旋部のコアピンが通
常はその内側および外側に巻回されている線よりも大き
な径を有する。

【００４７】図４には基本の方式が示されている。モリ
ブデンから成るコア線２５は１０００Ｗランプでは０．
３５ｍｍの径を有する。ここに設けられているコイルド
コイルの単層螺旋部は０．３５ｍｍの径の内側のピンす
なわちコアピン２６とそこに巻回された０．２５ｍｍの
径の線とを有しており、後者が見かけでは内側の層２７
および外側の層２８を形成している。表６にこのような
高ワット数のランプの複数の実施例が示されている。

【００４８】

【表６】

【００４９】２重巻き２層の螺旋部は単純な螺旋部のほ
ぼ６層分に相応する。ここでは層の径が種々に異なって
いる。

【００５０】図５によればコア線３０上に２層のコイル
ドコイル螺旋部が設けられており、各層はコア線を備え
た２重巻きとなっている。２つの層の寸法は異なってい
てよい。第１の層の内部には見かけ上第２の層をなして
いる第１のコアピン３１が存在しており、ここに巻線が
巻回され、これが見かけ上の第１の層３２および第３の
層３３を形成している。同様に第２の層の内部には見か
け上第５の層となっている第２のコアピン３４が存在し
ており、ここに巻線が巻回され、これが見かけ上の第４
の層３５および第６の層３６を形成している。

【００５１】表７では種々のワット数のランプにおい
て、２つの層に対するコアピンおよび２重巻き螺旋部の
寸法が使用されている。

【００５２】

【表７】

【００５３】図８には１５０Ｗ〜４００Ｗのランプにつ
いてコアピンおよび多重巻き螺旋部の寸法が示されてい
る。螺旋部はこの実施例ではコアピンの上に単層のみ巻
回されている。実際には１５０Ｗのランプの導入部は
０．３ｍｍ径のコア線と０．１３ｍｍ径の薄い線を巻回
された０．１３ｍｍ径の螺旋部線とを有するモリブデン
ユニットから成る。見かけではこれは任意の数の交点を
備えた３層の螺旋部となる。この実施例の利点は、特
に、通常バージョンのコイルでは一番内側の層がコア線
に連続的な接触面を有するのとは異なり、コア線が螺旋
部との交点しか有さないことである。これは図４に示さ
れた実施例に相応する。

【００５４】

【表８】

【００５５】通常のケースでは全ての層は密に巻回され
ている。ただし個々のターンのあいだに小さな距離、例
えば線径に対して２０％以下の間隔を保持してもよい。
あまりに大きな傾きを取ると中間にデッドスペースが生
じ、付加的に望ましくない充填ガスの無駄容積を生むこ
とになるため不利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミクス放電管を備えたメタルハライドラン
プの概略図である。

【図２】ランプの端部領域の第１の実施例の詳細図であ
る。

【図３】端部領域の第２の実施例を示す図である。

【図４】端部領域の第３の実施例を示す図である。

【図５】端部領域の第４の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ 外管 ２ 封止部 ３ ソケット ４ 放電管 ６ 端部 ７ 電流供給部 ８ シート ９、１０ 導入部 １２ 細管 １３ 外側部分 １４ 内側部分 １５ 電極 １６ 電極シャフト １７ 巻線 １８、３１、３４ コアピン １９ ガラスはんだ ２０、２１ 螺旋部 ２５、３０ コア線 ２６ 内側ピン ２７、２８、３２、３３、３５、３６ 層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテファン ユングスト ドイツ連邦共和国 ツォルネディング ヘ ルツォーク−ルートヴィヒ−シュトラーセ 44 (72)発明者 リューディガー クラーム ドイツ連邦共和国 アイヒシュテット マ ックス−レーガー−ヴェーク ７ (72)発明者 ディーター ラング ドイツ連邦共和国 ブルックミュール ロ ーゼンシュトラーセ 14 Ｆターム(参考） 5C043 AA11 AA12 AA13 CC02 CC03 CD01 CD05 DD11 DD15 DD17 EA01 EA03 EC01

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電管（４）はセラミクスの栓で封止さ
   れた２つの端部（６）を有しており、該栓は内径Ｋの長
   い細管（１２）であり、以下これを栓管と称し、 栓管（１２）内を導電性の導入部（９、１０）が通され
   ており、該導入部は放電に関して内側部分（１４）と外
   側部分（１３）とが区別され、 該導入部の外側部分では栓管内に存在する部分の全長に
   わたってガラスはんだで密封されており、これに続く内
   側部分の領域では１ｍｍ〜２ｍｍ長さの短い部分にわた
   ってガラスはんだで密封されており、 導入部には電極（１６）のシャフト（１５）が固定され
   ており、シャフトは放電管の内側部分へ突出しており、 内側部分の外径Ｓは栓管の内径Ｋに対して調整されてい
   る、セラミクス放電管を備えたメタルハライドランプに
   おいて、 内側部分（１４）は径Ｄのコアピン（１８）上に少なく
   とも２層として構成された螺旋部が螺旋部線の有効径ｄ
   で組み合わされている構造ユニットであり、 ここで ０．８Ｋ≦Ｓ≦０．９８Ｋ ｄ≦Ｄ Ｄ_ｍａｘ≦０．５ｍｍ ０．１６Ｋ≦Ｄ≦０．４０Ｋ ０．１０Ｋ≦ｄ≦０．１９５Ｋ の式が満足されることを特徴とするセラミクス放電管を
   備えたメタルハライドランプ。
2. 【請求項２】 螺旋部の２つの層はシングル線により形
   成されている、請求項１記載のランプ。
3. 【請求項３】 ２つの層は相互に反対向きに巻回されて
   いる、請求項２記載のランプ。
4. 【請求項４】 ０．１２Ｋ≦ｄ≦０．１９５Ｋが成り立
   つ、請求項２記載のランプ。
5. 【請求項５】 ０．２５Ｋ≦Ｄ≦０．３０Ｋかつ０．１
   ２Ｋ≦ｄ≦０．１５Ｋが成り立つ、請求項２記載のラン
   プ。
6. 【請求項６】 Ｄ≦０．３５ｍｍである、請求項２記載
   のランプ。
7. 【請求項７】 （０．９０Ｋ−Ｄ）／４≦ｄ≦（０．９
   ６Ｋ−Ｄ）が成り立つ、請求項２記載のランプ。
8. 【請求項８】 第１の層の線径と第２の層の線径とは等
   しい、請求項２記載のランプ。
9. 【請求項９】 螺旋部は３層である、請求項１記載のラ
   ンプ。
10. 【請求項１０】 螺旋部は２重巻きの少なくとも１つの
    層を有しており、ここでは径Ｗの内側線が径ｗのカバー
    線によって巻回されており、これにより見かけでは厚さ
    Ｗ＋２ｗの３層が得られる、請求項１記載のランプ。
11. 【請求項１１】 螺旋部は２重巻きの２つの層を有して
    おり、これにより見かけでは６層が得られる、請求項１
    ０記載のランプ。