JP2007165314A - 外管を備えたランプ - Google Patents

Abstract

【課題】メタルハライドアーク放電ランプの動作を向上させる。
【解決手段】外管長手方向軸線１４に沿って配列された口金端部１２ａと、中間部分１２ｂと、ドーム形端部１２ｃとを有する外管１２が設けられており、間隔を置いて配置された２つの導入線３４，３６は、口金端部１２ａにおいてシールされており、外管１２内へ延びている。実質的にＵ字形フレーム３８が外管１２内に位置決めされており、Ｕ字形のフレームはガラス管２６ａから成る。光源１６は、フレーム３８内に位置決めされたアーク放電カプセル１６ｂを有しており、閉込め容器１８はアーク放電カプセル１６ｂから間隔を置いて配置されておりかつアーク放電カプセルを包囲している。閉込め容器１８は透明な構造１９を含み、この透明な構造はフレーム３８に取り付けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ランプ、特に光源カプセルを包囲するガスの圧力よりも高い又は低い内部圧力で動作する光源カプセルを有するこのようなランプに関する。このようなランプは、タングステンハロゲンランプ及びアーク放電ランプ、例えばメタルハライドアーク放電ランプを含む。

上述のようなランプは通常、排気されるか又は不活性ガスを含むことができる外管内に収容された光源カプセルを有している。光源カプセルは、その内部圧力がカプセルを包囲するガスの圧力よりも高い又は低い場合に破裂するおそれがある。光源カプセルの破裂は外管を破砕し、ひいては危険な状況を生ぜしめるおそれがある。このような破裂からの保護手段を提供するために、破裂したカプセルからのあらゆる破片を閉じ込めるように、ランプを保護フィクスチャ内に収納するか又は極めて頑丈な外管を提供することが産業上の慣例である。

特に、メタルハライドアーク放電ランプは、その高い照明効率及び長寿命によりしばしば商業上の利用に採用される。典型的なメタルハライドアーク放電ランプは、ホウケイ酸塩ガラス外管内に密閉された石英又は融解石英発光管を含む。発光管自体は密閉されており、両端部に封止されたタングステン電極を有しており、始動を促進するために、水銀、メタルハライド添加物、及び希ガスを含むことができる充填材を包含している。幾つかの場合、特に高ワットランプの場合には、外管は大気圧未満の窒素又は別の不活性ガスで充填されている。その他の場合、特に低ワットランプの場合、外管は排気されている。

高い動作温度に耐えることができる石英等の概して透光性の部材を含むシュラウドを備えたこのようなランプ、特にメタルハライドアーク放電ランプを提供することが望ましいことが分かっている。発光管及びシュラウドはランプ外管内に同軸に取り付けられており、発光管はシュラウド内に配置されている。好適にはシュラウドは管状であり、両端部において開放している。別の場合には、シュラウドは一方の端部において開放しており、他方の端部においてドーム状の構成を有する。メタルハライドアーク放電ランプのためのシュラウドは、１９８５年２月１２日にFohl他に発行された米国特許第４４９９３９６号明細書、及び１９８６年４月８日にFohl他に発行された米国特許第４５８０９８９号明細書に開示されている。１９８１年７月２８日にBechard他に発行された米国特許第４２８１２７４号明細書も参照されたい。

シュラウドはランプ動作に複数の有利な効果をもたらす。ガスが充填された外管を備えるランプにおいて、シュラウド発光管からの対流熱損失を減じ、これにより、ランプの照明出力及び色温度を改善する。排気された外管を備えるランプにおいて、シュラウドは発光管の表面温度を高める及び／又は平衡させることを助ける。さらに、シュラウドは、ナトリウム損失を効果的に低減し、外管の内面におけるリン被膜を有するメタルハライドランプにおけるリン効率の維持を改善する。最後に、シュラウドは、発光管が破裂した場合に閉込め装置として働くことによりランプの安全性を高める。

これらのシュラウド付きランプは広く市場に受け入れられているが、（このように装備されたランプは広範囲の、閉鎖されたフィクスチャを必要としないので）石英シュラウドを使用することにより、かなりのコストが増大し、ランプの重量も大きくなる。さらに、これらのランプは発光管及びシュラウドを取り付けるためにワイヤフレームを使用し、このワイヤフレームは発光管からのナトリウムの損失に寄与するおそれがあり、この損失はランプの色出力及びランプの寿命に影響し、さらに、望ましくない影に寄与する。

さらに、石英シュラウドは、そのほぼ均一な剛性連続構造と、石英管におけるき裂伝播速度が〜２０００ｍ／ｓの近傍であることにより、発光管破片によって衝突された場合に１つの（又は極めて限定された数の）連続的な"グローバル"割れ目を好む１つの部品である。この速度は、約２５ｍ／ｓの公称破片／外管衝突速度よりも著しく高い。したがって、他の破片が自己の衝突のための機会を有する前に、発生したき裂はシュラウドの周囲の他のところへ伝播する。この動作は、初期衝突箇所以外の箇所において、管状シュラウドを弱めるおそれがあり、シュラウド及び／又は光源カプセルの比較的大きな断片を生ぜしめるおそれがある。これらの他の箇所におけるその後の破片衝突は、著しく減じられたバリヤ強度を受ける。破片は、光源カプセル破裂からの膨張するガスによって外管の内面に向かって推進される。したがって、幾つかの条件においてシュラウドを外管の破片に寄与させることが可能であり、まさに回避するはずの状況である。
米国特許第４４９９３９６号明細書 米国特許第４５８０９８９号明細書

したがって、本発明の目的は従来技術の欠点を排除することである。

本発明の別の目的は、メタルハライドアーク放電ランプの動作を向上させることである。

本発明のさらに別の目的は、望ましくないシャドウ効果をランプから排除することである。

本発明のさらに別の目的は、大きな破片が外管に係合するのを阻止する構造を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、光源カプセルを使用するランプのための、一体的なフレーム及び閉込め構造を提供することであり、光源カプセルは、少なくとも動作中に、周囲のガスの圧力とは異なる圧力で大気を封入している。

これらの目的は、発明の１つの態様において、長手方向軸線と、封入された光源カプセルとを備えた外管を有するランプであって、前記光源カプセルが、前記外管を破壊することができる与えられた運動エネルギを備えた破片に破裂することができ、改良点が、前記光源カプセルから間隔を置いて配置されておりかつ光源カプセルを包囲した閉込め容器を含み、該閉込め容器が、前記所定の運動エネルギを吸収することができる、多重の、独立した、局所的な割れ目を提供するための透明な構造を含む、ランプによって達成される。
この閉込め容器自体は大きな破片を生ぜしめず、外管を保護しかつ全ての破片を閉じ込めるために破片の運動エネルギを有効に減じる。

本発明を、別の及び更なる課題、その利点及び性能と共により良く理解するために、図面に関連して採用される以下の開示及び添付された特許請求の範囲が参照される。

ここで図面をより詳細に見ると、図１には、ランプ外管１２０と、外管内に取付けフレーム１６０によって取り付けられた発光管１４０とを有する従来のメタルハライドアーク放電ランプ１００が示されている。発光管は、やはり取付けフレーム１６０によって支持されることができるシュラウド２００内に位置決めされている。電気エネルギは、口金２２０と、ランプステム２４０と、電気リード線２６０及び２８０とを介して発光管１４０に伝達される。周知のように、発光管は、発光管内でアークが発生させられるときに光を提供するための化学的な充填材又は材料の用量を封入している。シュラウド２００は、石英等の透光性耐熱材料から成る円筒状の管を含む。

ワイヤ取付けフレーム１６０は、発光管１４０及びシュラウド２００をランプ外管１２０内に支持している。取付けフレーム１６０は、ストラップ３１０によってランプステム２４０に取り付けられた金属支持ロッド３００を有している。支持ロッド３００は、ランプ外管１２０の上端部における内方突出部３２０に係合している。支持ロッド３００は中央部分において発光管１４０及びシュラウド２００の中心軸線に対して平行である。さらに、取付け手段１６０は上側クリップ４００及び下側クリップ４２０を含んでおり、これらのクリップは発光管１４０及びシュラウド２００を支持ロッド３００に固定している。クリップ４００及び４２０は、好適には溶接によって支持ロッド３００に取り付けられている。

ここで図５を参照すると、長手方向軸線１４を有する外管１２と、この外管内に封入された光源カプセル１６とを有するランプ１０が示されている。光源カプセル１６は、包囲するガスの圧力よりも高い又は低い圧力において動作し、ひいては外管１２を破裂させることができる与えられた運動エネルギを備える破片に粉砕するおそれがある、メタルハライドランプ等のためのアーク放電管１６ｂ又はフィラメントランプカプセル１６ｃ（図６参照）であることができる。ランプ１０は、光源カプセル１６から間隔を置いて配置されておりかつ光源カプセルを包囲した閉込め容器１８を封入している。閉込め容器１８は透明な構造体１９を含み、この透明な構造体は、カプセルが破裂した場合に破片によって所有される与えられた運動エネルギを吸収することができる多数の独立した局所的な割れ目を提供するように形成されている。光源カプセル１６はあらゆる適切な手段によって閉込め容器１８内に取り付けられることができる。

透明な構造体１９は、ガラス又はセラミックから選択され、中実領域２０と空間２２とを交互に有している。好適な実施形態において、閉込め容器１８はらせん１８ａであり、このらせんは、外管の長手方向軸線１４に対して実質的に同軸ならせん長手方向軸線２４を有している。

らせん１８ａ（図４参照）は好適にはアルミノケイ酸塩ガラス等のガラス管２６から形成されており、空間２２はらせん１８ａの回旋の間に形成されている。らせんを形成するための適切なガラスは、Corning Glass Companyのタイプ１７２４、Schott Glass CompanyのSchott Glass 8252、General Electric CompanyのGEタイプ１８０である。

らせんは、図２に示されたような１本のらせんであるか、又は図５及び図６に示されたような２本のらせんであることができ、２本のらせんが好適である。

ガラス管２６は、図４に示したように空のままであるか、又は図３に示されたように、貫通させられたワイヤ３２を有することができる。必ずしも、ワイヤは、管の内径と同じ外径を有していなくてもよく、好適にはワイヤの外径は望ましくないシャドウイング効果を減じるために実用的な程度に小さい。

択一的に、管２６はネオン又はアルゴン等のガスを封入することができ、このガスはさらにカプセル破裂による運動エネルギを吸収するのを助ける。また、照明することができるガスを閉じ込める場合、管には、第２の光源１６ａを形成するために電極２８，３０が設けられることができ、この第２の光源は、第１の光源カプセル１６によって放射されるものとは異なる光出力を提供することができる。例えば図９が参照される。

図５に示したように透明な構造体１９は中実なロッドであることができるが、重量を減じるためには管が好適である。本発明の好適な実施形態において、４００ワットメタルハライドランプにおける閉込め容器として使用される場合、管は、３ｍｍの内径と、５ｍｍの外径とを有する。らせんの外径は約４３ｍｍであり、全長は約７ｃｍである。ワイヤが使用される場合、ワイヤはニッケルであり、直径が０．０１５インチで、長さが約１．１メートルである。実際の寸法は、保護される光源カプセルの寸法に従って変化する。

らせんにおけるコイルの間隔は重要であり、好適には管の直径と等しいかそれ以下である。間隔が大きすぎると、十分な運動エネルギを有する大きな破片が、閉込め容器から逃げ出し、外管を破壊することが可能である。より低いレベルにおいては、間隔はゼロであるべきではない、すなわち、き裂が管の回旋を横切って横方向に伝播するのを阻止するためにコイルの間に幾分の間隔が設けられていなければならない。すなわち、図２に示したように、管が直径Ｄを有している場合、回旋の間の間隔はＤ１であり、この場合Ｄ１がＤと等しいか又はそれ以下であるがゼロよりも大きい。間隔は一貫しているように示されているが、間隔がより低い範囲においてゼロでなくかつより高い範囲において重い破片が間隔から逃げ出すほど大きくない限りは、間隔は変化させられることができる。このことは、割れ目が、小さいままでありかつ、その衝突箇所に又は衝突箇所の極めて近くに限定されることを保証する。したがって、割れ目は、破片が飛散する不規則な方向に従って有効に分散される。それぞれの割れ目は、対応する破片衝突からのエネルギを独立して吸収する。吸収される総エネルギは、閉込め容器が剛性の連続体である場合よりも大きい。さらに、コイルの回旋の間の間隔は、カプセル内の加圧ガスが横方向に逃げること、すなわち中実な壁部の管状のシュラウドの場合には不可能な条件を可能にする。破裂及び結果的に生じる独立した割れ目の概略的な図が図１０に示されている。

ここで図７及び図８を参照すると、中実領域２０及び空間２２の択一的な透明構造１９が、ランプ１０の長手方向軸線１４に対して平行に整合させられた多数のＵ字形チャネルによって実現されることができる。

再び図５を参照すると、ランプ１０は外管１２を有しており、外管１２は、外管の長手方向軸線１４に沿って配列された口金端部１２ａと、中間部分１２ｂと、ドーム形端部１２ｃとを有している。間隔を置いて配置された２つの導入線３４，３６は、口金端部１２ａにおいてシールされており、外管１２内へ延びている。実質的にＵ字形のフレーム３８が外管１２内に位置決めされており、Ｕ字形のフレームはガラス管２６ａから成る。この実施例における光源カプセル１６は、フレーム３８及び閉込め容器１８内に位置決めされたアーク放電カプセル１６ｂであり、前記のようにあらゆる適切な形式で支持されていることができる。閉込め容器１８はアーク放電カプセル１６ｂから間隔を置いて配置されており、このアーク放電カプセルを包囲している。閉込め容器１８は好適にはフレーム３８と一体的に形成されている。

フレーム３８は、端部３８ａ，３８ｂを電気導入線３４，３６上に取り付けることによって外管１２内に位置決めされることができる。フレーム３８の反対の端部３８ｃは外管１２のドーム形端部１２ｃに収容されている。ドーム形端部１２ｃ内における摩擦ばめを保証するために、フレーム３８の端部３８ｃには、外管寸法の公差変化を許容するためにばね区分３８ｄが設けられていることができる。択一的に、フレーム端部３８ｃはドーム形端部１２ｃの内部寸法よりも小さく形成されることができ、従来技術において知られるように、スナッバが設けられることができる。

透明なガラスフレーム３８を使用することにより、ワイヤフレームを使用するランプにおいて存在するシャドウイング効果が排除される。また、電気的に絶縁性のガラスフレームを使用することにより、ワイヤフレームが使用される場合に光電効果によって惹起されるナトリウム損失が排除される。

本発明は、光源カプセルを用いるその他のタイプのランプにおいても有効である。図６には、外管１２ａと、タングステンハロゲンカプセル等の光源カプセル１６ｃとを有するランプ１０ａが示されている。光源カプセル１６ｃは、周囲環境の圧力よりも高い圧力においても動作する。過去には、これらのランプは、カプセルの破裂時に破片を閉じ込めるために比較的重い外管を使用していた。しかしながら、図６に示したように、光源カプセル１６ｃは、ランプが減じられた厚さのガラス外管を使用することを許容する閉込め容器１８によって保護されることができ、これにより、重量及びコストを低減する。

したがって、周囲のガスの圧力よりも高い（又は実質的に低い）圧力で動作する光源カプセルを使用するランプのための閉込め容器が提供される。閉込め容器は軽量であり、ワイヤフレームによって生ぜしめられるシャドウイング効果を排除する。シュラウドは、衝突するガラス破片からより多くのエネルギを吸収し、これにより、破片自体の破壊を促進し、破片の寸法及び速度を低減するので、従来技術の石英管状シュラウドよりも効果的である。これは、光源カプセルの残りの破砕されたガラスが外管の内面に衝突するエネルギ及び運動量を減じる。

本発明の有利な実施形態と見なされるものについて示し、説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義されている本発明の範囲を逸脱することなく多様な変更および改良を行えることは当業者にとって明らかであろう。

典型的な従来のタイプの、保護された高輝度放電ランプの斜視図である。 本発明の実施形態の側面図である。 本発明において使用されることができる構造の１つの形式の部分的な縦断面図である。 本発明において使用されることができる構造の第２の形式の部分的な縦断面図である。 アーク放電ランプにおいて使用される本発明の実施形態の側面図である。 フィラメントランプにおいて使用される本発明の実施形態の側面図である。 閉込め容器のための択一的な構成の平面図である。 図７に示された閉込め容器の部分的な側面図である。 本発明の別の実施形態の側面図である。 破裂した光源カプセルから生じた割れ目の概略図である。

符号の説明

１００ ランプ、 １２０ ランプ外管、 １４０ 発光管、 １６０ 取付けフレーム、 ２００ シュラウド、 ２２０ 口金、 ２４０ ランプステム、 ２６０，２８０ 電気リード線、 ３００ 支持ロッド、 ３１０ ストラップ、 ３２０ 内方突出部、 ４００ 上側クリップ、 ４２０ 下側クリップ、 １０ ランプ、 １２ 外管、 １４ 長手方向軸線、 １６ 光源カプセル、 １６ｂ アーク放電管、 １６ｃ フィラメントランプカプセル、 １８ 閉込め容器、 １８ａ らせん、 １９ 透明な構造体、 ２０ 中実領域、 ２２ 空間、 ２４ らせん長手方向軸線、 ２６ ガラス管、 ３２ ワイヤ、 ３４，３６ 電気導入線、 ３８ フレーム、 ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ 端部、 ３８ｄ ばね区分

Claims (31)

1. 長手方向軸線と、封入された光源カプセルとを備えた外管を有するランプにおいて、前記光源カプセルが、前記外管を破壊することができる与えられた運動エネルギを備えた破片に破裂することができ、改良点が、
   前記光源カプセルから間隔を置いて配置されておりかつ該光源カプセルを包囲した閉込め容器を含み、
   該閉込め容器が、前記破片によって所有された前記与えられた運動エネルギを吸収することができる多数の独立した局所的な割れ目を提供するように形成された透明な構造体を含むことを特徴とする、ランプ。
2. 前記透明な構造体が、ガラス又はセラミックから選択されておりかつ、中実な領域と空間とを交互に有している、請求項１記載のランプ。
3. 前記閉込め容器が、実質的に前記外管の長手方向軸線と同軸のらせん長手方向軸線を有するらせんである、請求項２記載のランプ。
4. 前記らせんが管から形成されており、前記空間が、前記らせんの回旋の間に形成されている、請求項３記載のランプ。
5. 前記管にガスが充填されている、請求項４記載のランプ。
6. 前記ガスが、アルゴン及びネオンのグループから選択されている、請求項５記載のランプ。
7. 前記管がシールされておりかつ、前記外管内に第２の光源を形成するようにそれぞれの端部において電極を封入している、請求項６記載のランプ。
8. 前記らせんが中実のロッドから形成されている、請求項３記載のランプ。
9. 前記管が、貫通させられた耐熱性ワイヤを有している、請求項４記載のランプ。
10. 前記管が与えられた直径Ｄを有しており、前記間隔が、前記らせん長手方向軸線に沿って測定した場合に、前記与えられた直径Ｄと等しいか又はそれ未満の直径Ｄ１を有している、請求項４記載のランプ。
11. 前記中実領域と前記空間とが、前記外管の長手方向軸線に対して平行に延びている、請求項２記載のランプ。
12. 前記光源カプセルが、第１の色を有する光を放出し、前記第２の光源が、異なる色を有する光を放出する、請求項７記載のランプ。
13. 外管長手方向軸線に沿って配列された口金端部と、中間部分と、ドーム形端部とを有する外管が設けられた高輝度放電ランプにおいて、
    前記口金においてシールされておりかつ前記外管内へ延びた、間隔を置いて配置された２つの電気導入線が設けられており、
    前記外管内に実質的にＵ字形のフレームが設けられており、該Ｕ字形のフレームがガラス管から成っており、
    前記フレーム内に位置決めされたアーク放電カプセルを含む光源カプセルが設けられており、
    前記光源カプセルから間隔を置いて配置されておりかつ該光源カプセルを包囲した閉込め容器が設けられており、該閉込め容器が、前記破片によって所有された前記与えられた運動エネルギを吸収することができる多数の独立した局所的な割れ目を提供するように形成された透明な構造体を含みかつ、前記フレームに取り付けられていることを特徴とする、高輝度放電ランプ。
14. 前記透明な構造体が、ガラス又はセラミックから選択されておりかつ、中実な領域と空間とを交互に有している、請求項１３記載のランプ。
15. 前記閉込め容器が、実質的に前記外管の長手方向軸線と同軸のらせん長手方向軸線を有するらせんである、請求項１４記載のランプ。
16. 前記らせんが管から形成されており、前記空間が、前記らせんの回旋の間に形成されている、請求項１５記載のランプ。
17. 前記管にガスが充填されている、請求項１６記載のランプ。
18. 前記ガスが、アルゴン及びネオンのグループから選択されている、請求項１７記載のランプ。
19. 前記管がシールされておりかつ、前記外管内に第２の光源を形成するようにそれぞれの端部において電極を封入している、請求項１８記載のランプ。
20. 前記らせんが中実のロッドから形成されている、請求項１５記載のランプ。
21. 前記管が、貫通させられた耐熱性ワイヤを有している、請求項１６記載のランプ。
22. 前記管が与えられた直径Ｄを有しており、前記間隔が、前記らせん長手方向軸線に沿って測定した場合に、前記与えられた直径Ｄと等しいか又はそれ未満の直径Ｄ１を有している、請求項１６記載のランプ。
23. 前記中実領域と前記空間とが、前記外管の長手方向軸線に対して平行に延びている、請求項１４記載のランプ。
24. 前記光源カプセルが、第１の色を有する光を放出し、前記第２の光源が、異なる色を有する光を放出する、請求項１９記載のランプ。
25. 外管軸線を有する外管を含み、与えられた運動エネルギを有する破片に粉砕する能力を有する光源カプセルを封入したランプにおいて、改良が、
    前記光源カプセルから間隔を置いて配置され、かつ前記光源カプセルを包囲した閉込め容器を含み、該閉込め容器が、ガラス又はセラミックから選択された透明な構造体を含み、かつ中実な領域と空間とを交互に有しており、前記中実な領域が前記破片から十分なエネルギを吸収することができ、これにより、前記破片が前記外管の一体性を破壊することを阻止するようになっていることを特徴とする、ランプ。
26. 前記閉込め容器が、実質的に前記外管の軸線と同軸のらせん軸線を有するらせんである、請求項２５記載のランプ。
27. 前記らせんが管から形成されており、前記空間が、前記らせんの回旋の間に形成されている、請求項２６記載のランプ。
28. ランプにおいて、
    外管の長手方向軸線を中心にして配列された、透光性材料から成る外管と、
    前記外管内に封入された光源カプセルと、該光源カプセルから間隔を置いて配置されておりかつ該光源カプセルを包囲した閉込め容器とが設けられており、
    該閉込め容器がガラス又はセラミックから選択された透明な構造体を含みかつ中実な領域と空間とを交互に有することを特徴とする、ランプ。
29. 前記閉込め容器が、実質的に前記外管の長手方向軸線と同軸のらせん長手方向軸線を有するらせんである、請求項２８記載のランプ。
30. 前記らせんが二重である、請求項２８記載のランプ。
31. 前記らせんが二重である、請求項３，４，５，６，７，８，９，１０，１２，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２６，２７又は２９のいずれか１項記載のランプ。

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