JP2004513481A - 導電部材としてプレアロイ粉をアーク管へ適用する方法 - Google Patents

Abstract

始動補助手段を備えるアーク管を含むアーク放電ランプを提供する。始動補助手段は、アーク管の表面に結合した１種以上のプレアロイ粉を含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の技術的背景】
本発明は、概括的には照明に関し、具体的には、セラミックメタルハライドランプのようなアーク放電ランプに関する。特に本発明は、新規導電性材料及び該材料を例えばナトリウムアーク管（ＨＰＳ）などの高圧アーク放電ランプ管に適用する方法に関する。
【０００２】
放電ランプは、２電極間に電気アークを流してハロゲン化金属と水銀との混合物のような封入物をイオン化することによって発光する。電極及び封入物は半透明又は透明放電室内に封入され、放電室は活性化封入物の圧力を維持するとともに放射光を通過させる。「ドーズ」としても知られる封入物は、電気アークで励起され、それに応じた所望のスペクトルエネルギー分布を発する。しかし、アーク放電ランプ、特に高圧型のものは始動が困難であることが多い。
【０００３】
現在公知の放電ランプ用の金属製始動補助手段としては、始動に要する放電開始電圧を下げるためのタングステン金属からなるものがある。残念なことに、かかる始動補助手段はセラミックアーク管の清浄化のための通常の空気焼成処理に耐えられない場合がある。タングステンは酸化し、始動補助手段として役立たなくなる。これと同様の酸化の問題のため、映写機用のセラミック又は石英水銀アーク管などの外気開放式作動に用いられるアーク管には金属製始動補助手段を使用できない。こうした金属製始動補助手段のもう一つの問題はタングステンが比較的高価なことである。しかし、これよりも低価格の金属は蒸気圧が高く、ＨＰＳランプの外管内部に形成された真空内に蒸発し、管球を薄黒くして光束を減退させる。
【０００４】
従来のＨＰＳ始動補助手段は線材又はコイル状イグニションフィラメントの形態で設計されてきた。始動補助手段はアーク管の外面に接するように配置され、ランプの電源線に接続される。アークが形成されてランプが温まり始めると、電場で加速されたナトリウムがアーク管壁を通して拡散するのを防ぐため、始動補助手段から電源が切るか或いはアーク管から始動補助手段が取り除かれる。かかるナトリウム拡散はランプ寿命に悪影響を与える。こうした外部導電部材をＨＰＳアーク管に適用する方法の欠点の一つは、可動式の始動補助手段をもつランプの設計のコスト及び複雑さである。さらに、ランプに直接取付けない場合は、始動補助手段が作動時の高温のためアーク管から垂れ下がるおそれがある。加えて、かかるスイッチは通例ランプフレームに取付けられるので、伝導よりも放射によって加熱される。このことから、ランプ毎のワット数に応じてランプ性能の変動を生じる。
【０００５】
そこで、以上の問題を解決すべく、新規な材料並びに該材料を外部導電部材としてアーク管に適用する方法を見出すことが望まれる。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、始動補助手段を備えるアーク管を含むアーク放電ランプを提供する。始動補助手段は、アーク管の表面に結合した合金を含む。好ましい材料には、コバルト及びニッケル含有合金がある。コバルト及びニッケル基耐熱超合金も好ましい。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、アーク放電ランプを形成するための方法が提供される。この方法は、アーク管の表面にプレアロイ粉を堆積させる段階と、アーク管をプレアロイ粉の固相線温度を超える温度に加熱して合金をアーク管に結合させる段階とを含む。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態では、高圧ナトリウムランプが提供される。高圧ナトリウムランプは、外管と、外管の内部で直列に電気的接続した第１及び第２の放電装置であってその各々が放電空間とイオン化可能な封入物とを密閉する放電容器を含む第１及び第２の放電装置と、放電空間の内部の第１及び第２の放電電極（１４，１６）アセンブリであってその各々が正常ランプ作動時に放電アークの終端となる電極部（１４，１６）と放電容器の外部に延びる導体部（１８，２０）とを含む第１及び第２の放電電極（１４，１６）アセンブリと、各放電装置の第１の電極アセンブリをランプ外管の外側の電圧源に電気的に接続するための手段と、アーク管の表面に結合した固相線温度が約１０００℃を超える１種以上の合金を含む始動補助手段とを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の例示的な実施形態に係る高圧ナトリウムランプのような放電ランプ１０を示す。放電ランプ１０は、２つの電極１４，１６及び封入物（図示せず）を封入した放電室１２を含む。電極１４，１６は、電極間に電圧差を与える導体１８，２０に接続される。作動中、電極１４，１６はアークを発生して放電室１２内の封入物をイオン化させる。プラズマによって発生した光の放射特性は、主に、封入材料の成分、電極間の電圧、放電室の温度分布、放電室内の圧力及び放電室の形状寸法に依存する。セラミックメタルハライドランプでは、封入材料は、通例、水銀と、アルゴン又はキセノンなどの希ガスと、ＮａＩ、ＴｈＩ_３、又はＤｙＩ_３などのハロゲン化金属との混合物を含む。いうまでもなく、封入物のその他の例は当技術分野で周知である。
【００１０】
図１に示す通り、放電室１２は中央本体部２２を備え、本体部２２は始動補助手段２４でコートされる。電極１４，１６の端部は通例本体部２２の両端近くに配置される。電極は、各シール部２８，３０を貫いて配置された導体１８，２０で電源装置に接続される。電極は通例タングステンからなる。導体は通例モリブデンとニオブを含み、後者の熱膨張係数は放電室の製造に用いられるセラミック（通常、アルミナ）の熱膨張係数に近く、シール部２８，３０の熱応力を低減させる。
【００１１】
放電室１２は本体部の端部においてシール部材２８，３０で封止される。シール部材２８，３０は通例ジスプロシウム−アルミナシリカガラスからなり、放電室１２と垂直方向に心合わせした１本の導体（例えば導体１８）の周囲に環状のガラスフリットとして形成し、溶融して導体１８上に流下させ、導体１８と本体部２２の間のシールを形成すればよい。次いで、放電室を上下反転し、ドーズを封入した後、本体部の他の端部をシールする。
【００１２】
本発明の始動補助手段は、放電管の本体２２に結合した層２４の形態にある。この層は、好ましくは放電管の端部領域から端部領域に至る帯状の形態である。この層は始動補助手段として役立ち、実質的に主電極１４と１６の間に延在する。さらに、金属層２４は寸法の近いアークをもたらし、始動を容易にする。
【００１３】
図２に放電室の本体２２の断面を示す。電極１６は本体２２の端部近くに配置され、シール部２８は電極１６の背後及び周囲に示されている。始動補助手段２４は、本体２２の表面のコーティングとして示されている。
【００１４】
放電室の本体２２は、セラミック粉末とバインダの混合物を中実円筒に形成することによって製造できる。通例、混合物は、約９５〜９８重量％のセラミック粉末と約２〜５重量％の有機バインダからなる。セラミック粉末は、表面積約２〜１０ｍ^２／ｇのアルミナＡｌ_２Ｏ_３（純度９９．９８％以上のもの）からなるものでよい。アルミナ粉末には、粒成長を防止すべく、例えばアルミナの約０．０３〜約０．２重量％、好ましくは０．０５重量％の量のマグネシアをドープしてもよい。使用し得るその他のセラミック材料には、非反応性の耐熱性酸化物及び酸窒化物、例えば、イットリウム、アルミニウム、ガーネット、酸窒化アルミニウム及び窒化アルミニウムなどがある。バインダには、ポリオール、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル類、アクリレート類、セルロース類及びポリエーテル類があり、単独で使用しても有機ポリマーと組合せて使用してもよい。ダイプレス後、バインダは素地から通例熱処理によって除去し、素焼き品とする。熱処理は、例えば、素地を空気中で室温から約９８０〜１１００℃の最高温度に４〜８時間かけて加熱し、最高温度に１〜５時間保ち、その後冷却することにより実施し得る。熱処理後の素焼き品の気孔率は通例約３０〜６０％であり、さらに典型的には約４０〜５０％である。
【００１５】
セラミックアーク管に関して本発明を説明してきたが、本発明は、石英アーク管を備えた放電ランプにも、さらには単結晶及び多結晶アルミナアーク管を備えた放電ランプにも等しく適用できる。
【００１６】
アーク管を焼結した後、始動補助コーティングをアーク管の表面に結合する。本発明では、始動補助手段は好ましくは導電性をもつプレアロイ粉である。コバルト基及びニッケル基合金のようなプレアロイ粉は固相線温度以上に加熱されると、部分的に溶融して、多結晶又は単結晶アルミナに結合する。二相固液領域の存在は、粉末が崩れるのを防ぐとともに、結合のためシールガラスを用いる必要性をなくす。
【００１７】
本発明における始動補助手段として用いるのに適した例示的なプレアロイ粉は、ニッケル、コバルト、ホウ素、ケイ素及びこれらの混合物からなる群から選択し得る。好ましいプレアロイ粉は、１０００℃を超える、好ましくは１１００度を超える、最も好ましくは１２００℃を超える固相線温度を有する。さらに、プレアロイ粉はその適用を容易にするために約１３００℃未満の固相線温度を有する。
【００１８】
本発明の導電成分であるプレアロイ粉は、好ましくは予備焼結又は完全焼結したセラミックアーク管にペーストとして塗布し、次いで溶融して合金成分をアーク管の表面に結合させる。典型的なペーストは有機ビヒクル（例えば、メチルエチルケトン）からなるものでもよい。市販ペーストの例としては、Ｒｏｈｍ　＆　Ｈａａｓ社から市販のＤｕｒａｍａｘがある。
【００１９】
好ましくは、合金コーティングはアーク管の表面積の約３％以下の範囲を覆う。さらに、導電性合金はアーク管の表面に好ましくは約０．０１〜１，０００μｍ、さらに好ましくは約０．１〜５００μｍ、最も好ましくは約１．０〜１００μｍの厚さのコーティングを形成する。
【００２０】
本発明のランプは導電性の始動補助手段を含んでいるが、この始動補助手段は、アーク管の清浄化のための空気焼成処理、例えば７５０℃を超える温度で数分間、好ましくは約３０分以上、最も好ましくは約６０分以上に及ぶ表面の有機汚染物除去処理に耐え得る。好ましくは、始動補助手段は、空気中で数千時間、好ましくは約２０００時間以上、最も好ましくは約１００００時間以上の作動に耐え得る。
【００２１】
以上、好ましい実施形態に関して本発明を説明してきた。様々な変更及び修正は当業者には自明であろう。本発明は、特許請求の範囲の技術思想又はその均等に属するかかる修正及び変更をすべて包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例示的な実施形態に係る始動補助手段を備えるセラミック放電室を含む光源を示す図。
【図２】図１に示す放電本体２２の断面図。
【符号の説明】
１０　放電ランプ
１２　放電室
１４，１６　電極
１８，２０　導体
２２　本体部
２４　始動補助手段
２８，３０　シール部

Claims (20)

1. 始動補助手段（２４）を備えるアーク管（１２）を含むアーク放電ランプ（１０）であって、始動補助手段（２４）がアーク管の表面に結合した固相線温度が約１０００℃を超える１種以上の合金を含んでなる、アーク放電ランプ（１０）。
2. 前記合金が約１３００℃未満の固相線温度を有する、請求項１記載のランプ（１０）。
3. 前記合金が約１２００を超える固相線温度を有する、請求項１記載のランプ（１０）。
4. 前記合金が導電性である、請求項１記載のランプ（１０）。
5. 前記合金がコバルト基合金、ニッケル基合金及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１記載のランプ（１０）。
6. アーク管（１２）が単結晶又は多結晶アルミナである、請求項１記載のランプ（１０）。
7. 前記合金が二相固液領域を有する、請求項１記載のランプ（１０）。
8. 前記合金がアーク管の外部に導電性パターンをなす、請求項１記載のランプ（１０）。
9. 当該アーク放電ランプが高圧ナトリウムランプからなる、請求項１記載のランプ（１０）。
10. アーク放電ランプ（１０）上に始動補助手段（２４）を形成するための方法であって、アーク管（１２）の表面上にプレアロイ粉を堆積させる段階と、アーク管をプレアロイ粉の固相線温度を超える温度に加熱する段階とを含む方法。
11. 前記プレアロイ粉がペーストの形態でアーク管に塗布される、請求項１０記載の方法。
12. 前記プレアロイ粉の堆積時に、アーク管が少なくとも部分的に焼結されている、請求項１０記載の方法。
13. 前記プレアロイ粉が前記加熱段階後にセラミック表面に結合する、請求項１１記載の方法。
14. 前記プレアロイ粉が約１２００℃を超える固相線温度を有する、請求項１０記載の方法。
15. 前記プレアロイ粉が二相固液領域を有する、請求項１０記載の方法。
16. 前記プレアロイ粉がコバルト基合金、ニッケル基合金及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１０記載の方法。
17. 前記アーク管がセラミックからなる、請求項１０記載の方法。
18. 前記セラミックが単結晶アルミナ及び多結晶アルミナからなる群から選択される、請求項１７記載の方法。
19. 前記アーク放電ランプ（１０）が高圧ナトリウムランプからなる、請求項１０記載の方法。
20. 外管と、
    外管の内部で直列に電気的接続した第１及び第２の放電装置であって、その各々が放電空間とイオン化可能な封入物とを密閉する放電容器を含む第１及び第２の放電装置と、
    放電空間の内部の第１及び第２の放電電極（１４，１６）アセンブリであって、その各々が正常ランプ作動時に放電アークの終端となる電極部（１４，１６）と放電容器の外部に延びる導体部（１８，２０）とを含む第１及び第２の放電電極（１４，１６）アセンブリと、
    各放電装置の第１の電極（１４，１６）アセンブリをランプ外管の外側の電圧源に電気的に接続するための手段と、
    アーク管の表面に結合した固相線温度が約１０００℃を超える１種以上の合金を含む始動補助手段（２４）と、
    を備える高圧ナトリウムランプ。