JP2009516331A - メタルハライドランプに関するループ型フレームアーク管取り付けアセンブリ及びランプ - Google Patents

Abstract

メタルハライドランプ10に関するアーク管取り付けアセンブリ1が、アーク管2を支持するためのフレーム部材8及び9を含む。アーク管2は、ループ部8Aを有するループフレーム部材8によって上部から支持され、このループ部8Aは、対向する側面に沿って、そしてアーク管2の上端部及び底端部2B及び2Cを横断して延在し、したがって、放電電極7へ平等に電流を分配し、これにより、アーク管2の中心からアークを変位させ得る磁力を取り消し、光束の維持が改善され、寿命が延長されることになる。フレーム部材8の中心円部8Bは、下部セラミック端部プラグ4の周囲を包み、アーク管2及びチューブ管形状外側エンベロープ11の同軸位置決めを提供する。

Description

本発明は、メタルハライドアークランプに関し、より具体的には小型メタルハライドランプに関する改善されたアーク管取り付けアセンブリに関し、またこのような改善されたアセンブリを組み込むランプにも関する。

メタルハライドアークランプは、電流担持支持部材によって設けられる非対称磁力によって引き起こされるアーク屈曲に影響を受けることが知られている。このようなアーク屈曲は、アークを、アーク放電導管の側壁に近くに移動させ、壁の温度を上昇させ、そしてランプ寿命の短縮又は放電導管の壊滅的な故障へと導く。

米国特許出願公報第2003/0062831号は、セラミック高密度放電（ＨＩＤ）ランプのアークを安定化させる特別なフレームワイヤ構造を提供する。一つの実施例において、２つのフレームワイヤが、アーク管の両端部に沿って互いに並行に、及びアーク管から等距離に、延在する。ランプの底部から放電電極先端への電流負荷は、これらのフレームワイヤによって共有される。この構造は、フレームワイヤ及びアークの間における不利益な相互作用を大幅に低減又は除去すると言われている。

米国特許出願公報第2003/0062831号において記載されるフレームワイヤ構造は、約150Ｗから約200Ｗの電力範囲及び約3800Kから約4500Kの色温度を有するPhilips MasterColorシリーズのセラミックメタルハライド放電ランプに関して開発された。

しかし、約20Ｗから約400Ｗの電力範囲及び約3000Kから約4000Kの色温度を有する小型メタルハライド放電ランプの場合、より簡素で、より小型な構造が所望とされる。

本発明に従うと、メタルハライドランプに関するアーク管取り付けアセンブリが提供され、このアーク管取り付けアセンブリでは、アーク管は、当該アーク管の軸平面において当該アーク管を包囲するループ部を有するループフレーム部材の上部から吊るされる。アーク管は、アーク管の上端部（先端部電極）から延在する放電電極を介してループ部から吊るされる。前記先端部電極は、前記ループ部の上部に電気的に接続され、電流は、ループ部の底端部へ供給され、この場合放電電極へ伝達される電流は、アーク管の周囲に全体的に分配され、これにより、アーク管の中心からアークを変位させ得る磁力を取り消し、光束の維持が改善され、寿命は延長されることになる。

本発明の一つの態様に従う、メタルハライドランプに関するアーク管取り付けアセンブリは、
アーク放電を持続することが可能である充填材を含む放電空間を密封する放電導管と、
前記放電導管の対向する上端部及び底端部から延在する端部プラグの対と、
気密であるようにして、それぞれ、前記放電空間の両端部において構成され、且つ前記端部プラグを介して前記放電導管から外側へ延在する、放電電極の対と、
ループ部及び中心円部を含むループフレーム部材であって、
前記ループ部が、底端部から前記アーク放電導管の１つの側面に沿い、そして前記上端部からの先端部電極を横断し、前記先端部電極とある点において電気的接触をなし、そして前記アーク放電導管の反対側の側面に沿って延在し、そして最終的に近接端部プラグを超えて終端部へ延在し、前記終端部は、ループフレーム部材の底端部の上のある点８Ｆにおいて電気的接続をなし、前記近接端部プラグの周りをループし、
前記中心円部は、前記近接する端部プラグの周りをループする、
ループフレーム部材と、
を備える。

ループ部は、アーク管の壁面温度上昇及び劣化を導くアークの屈曲を生じさせ得る磁界の発生を最小化するように、アーク管の対向する側面並びに上及び下における先端部電極へ、電流を分配する。またループ部は、先端部電極との接続を介して、アーク管の先端部を支持及び位置決めする一方で、中心円部は、アーク管の近接端部を位置決めする。

第２の、短い方のフレーム部材は、近接電極へ電気的接続をなすことによって、アーク管の近接端部を支持する。

好ましい実施例において、アセンブリはチューブ管形状外側エンベロープへ挿入するためのものであり、ループ部は、例えばループフレーム部材がスプリング材料から形成されているおかげにより、弾力性を呈し、またループ部は、外側チューブ管形状エンベロープの内側直径よりも若干広い幅を有し、これにより、取り付けアセンブリを当該エンベロープへ挿入する場合に、ループ部が、エンベロープの内側壁に対して圧迫するようにされ、これによりエンベロープ内においてアーク管の更なる位置決め及び支持を提供するようにされる。

本発明の別の態様に従う、メタルハライドランプは、
上端部及び底端部を有する外側エンベロープと、
ランプ底部と、
アーク管取り付けアセンブリと、
を備え、前記アーク管取り付けアセンブリは、
アーク放電を持続することが可能である充填材を含む放電空間を密封するアーク放電導管と、
前記アーク放電導管の対向する上端部及び底端部から延在する端部プラグの対と、
気密であるようにして、それぞれ、前記放電空間の両端部において構成され、且つ前記端部プラグを介して前記アーク放電導管から外側へ延在する、放電電極の対と、
ループ部及び中心円部を含むループフレーム部材であって、
前記ループ部が、底端部から前記アーク放電導管の１つの側面に沿い、そして前記上端部からの先端部電極を横断し、前記先端部電極とある点において電気的接触をなし、そして前記アーク放電導管の反対側の側面に沿って延在し、そして最終的に近接端部プラグを超えて終端部に延在し、前記終端部は、ループフレーム部材の底端部の上のある点８Ｆにおいて電気的接続をなし、前記近接電極の周りをループし、
前記中心円部は、前記近接する端部プラグの周りをループする、
ループフレーム部材と、
前記近接する放電電極へ電気的に接続される下部フレーム部材と、
を備える。

ループフレーム部材は、電流を、先端部放電電極へ均等に分配させ、これにより、アーク管の中心からアークを変位させ得る磁力を取り消し、光束の維持が改善され、寿命は延長されることになる。

フレーム部材の中心円部は、近接する端部プラグの周囲を包み、アーク管とランプの外側エンベロープとの同軸位置決めを提供する。中心円部は、反対極性の前記近接する放電電極への近接度のおかげにより、ランプ始動時における助力となる補助電極としても作用する。

本発明は、3000Kから5600Kの色温度目標値、溶融水晶の外側エンベロープ、並びにモリブデンの取り付け及びホイル材料の両方、を有する中型ワット量（20Wから400W）の小型チューブ管形状「Ｔ」メタルハライドランプにおいて有用に実施化され得る。本発明に従うループフレームアセンブリを含むこのようなランプは、不均等な電流分配を有する設計構造において、改善された光束の維持、及び延長された寿命を提供する。

本発明のこれら及び他の態様は、図面を参照にして更に説明される。

図面及び図は、縮尺通りに描画されていない。異なる図面における同一の参照符号は、同様な部分を参照する。

図１を参照すると、通常溶融水晶からなり、封止された上端部及び底端部１２及び１３を含むチューブ管形状外側エンベロープ１１と、圧力シール１４と、を有する、本発明に従うセラミックメタルハライドランプ１０の一つの実施例の、一部切断された、立面図が示されている。セラミック底部１５は、エンベロープ１１の底端部１３に装着される。

エンベロープ１１の内部において、アーク放電を持続することが可能である、通常水銀及びアルゴンなどの希ガスからなる充填材を有する放電空間３を密閉する、通常多結晶アルミナ（ＰＣＡ）からなる封止セラミックアーク管２を含むアーク管取り付けアセンブリ１が存在する。同様に通常ＰＣＡからなるセラミック端部プラグ４及び５は、アーク管２の上端部及び底端部２Ｂ及び２Ｃから延在する。放電電極６及び７の対は、端部プラグ４及び５を介して放電空間３の対向する端部へ延在し、また端部プラグ４及び５によって気密であるように封止される。

アーク管は、外側エンベロープ１１内においてループフレーム部材８によって支持される。フレーム部材８は、アーク管２の周囲に全体的に延在する大型ループ８Ａ、及びプラグ４の周りに巻き付く小型中心円部８Ｂ、を有し、アーク管２及びチューブ管形状外側エンベロープ１１の軸位置決めに寄与する。

ループ部８Ａは、底端部８Ｃからアーク管２の１つの側面に沿い、そしてアーク管２の上端部２Ｂからの電極７先端部を横断し、電極７先端部とある点８Ｄにおいて電気的接触をなし、そしてアーク放電導管２の反対側の側面に沿って延在し、そして最終的に底端部２Ｃに近接する端部プラグ４を超えて、そして終端部８Ｅへ延在し、この終端部８Ｅは、底端部８Ｃの上のある点８Ｆにおいて電気的接続をなす。

点８Ｄ及び８Ｆにおける電気的接続は、スポット溶接などにより設けられる。接続点８Ｄは、外側チューブ管形状エンベロープ１１とのアーク管２の同軸位置決めを達成するように、取り付けアセンブリ１の中心線Ｃと一致するように選択される。

第２の、短い方のフレーム部材９は、点９Ａにおいて近接する電極６へ電気的接続をなすことによって、アーク管２の近接する端部２Ｃを支持する。

取り付けアセンブリによって設けられる電流経路の概略的な例示が、図２において示される。フレーム部材８は、放電電極７への電気的に接続される点８Ｄと、点８Ｆとの間の閉ループを形成し、したがって、アーク管２の対向する側面並びに上端部及び底端部における放電電極７にほぼ均等に電流を分配し、これにより、放電空間３におけるアークをアーク管２の側壁２Ａへ外側へ屈曲させ得る磁界を全体的に最小化する又は防ぐ。

フレーム部材８の底端部８Ｃは、金属ホイル部材１６を介してリードスルー１７へ接続される。点９Ａにおいて放電電極６へ電気的に接続されるフレーム部材９は、金属ホイル部材１８を介してリードスルー１９へ他の端部において接続される。リードスルー１７及び１９は、従来のやり方で、底部１５への接続を介してアセンブリへ電流を供給する。外側エンベロープの圧力シール１４は、フレーム部材８及び９の金属ホイル部材及び隣接する部分、並びにリードスルー１７及び１９を取り囲み、埋め込み、気密封止だけでなく、フレーム部材８及び９に関する、またしたがってアーク管取り付けアセンブリ１全体に関する機械的な支持をも提供する。

ループ部８Ａは、好ましくは、外側エンベロープ１１の内側直径Ｄよりも若干広い幅を有するように寸法決めされ、また例えばスプリング材料から形成されているおかげにより特定の弾力性を呈し、これにより、取り付けアセンブリへの挿入するときに、ループ部８Ａが、エンベロープ１１の内側壁１１Ａに対して圧迫するようにされ、これによりエンベロープ１１内においてアーク管２の更なる支持を提供するようにされる。

中心円部８Ｂは、反対極性の近接放電電極６への近接度のおかげにより、ランプ始動時における助力となる補助電極としても作用する。２つの電極伝導部の近接度は、大きな電界を生成する。また、放電電極のセラミック表面におけるとがった表面特徴は、電界を増大させ、そして付近のガスにおける絶縁破壊(breakdown)を生じさせ、このことは、点火されないアーク管内部における初期絶縁破壊を手助けする紫外線放射及び自由電子を供給し得る。ランプ始動時における助力となるためにとがった表面特徴と外部アンテナワイヤとの間における強い電界の生成は、例えば、例えば、米国特許第6,563,267号及び第6,586,891号から知られる。

図３は、アーク管３０の別の実施例を示し、このアーク管３０は、この場合卵型形状の形成中央部分３１を含み、側面壁３１Ａ、上端部３１Ｂ及び底端部３１Ｃを有し、放電空間３２を密閉し、放電電極３３及び３４を放電空間３２の両端部に配置させ、端部プラグ３５及び３６へ延在させている。このようなアーク管は、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）から加工されるが、溶融水晶でもあり得る。

本発明は、概して3000Kから4000Kの範囲であるが、5600Kにまで高く拡張する範囲における色温度目標値を有する中型ワット量（20Wから400W）の小型チューブ管形状「Ｔ」メタルハライドランプにおいて有用に実施化され得る。

Ｔバルブの外側直径は、一般的にランプワット量が増加するに従い増加する。通常の外側直径は、20ワット、39ワット及び70ワットランプに関して15mm、39ワット、70ワット及び150ワットに関して19mm、250ワットに関して22.5mm、並びに310ワットに関して30mmである。

アークと支持ワイヤとの間における磁力は、電流の二乗に比例して、またアークとワイヤとの間の距離に反比例して、増加する。アークと単一のリードワイヤとの間の所与の距離に関して、より高い電力ランプは、より大きい力に影響を受け、アーク変位はより大きくなる。しかし、低い電力に関しては、電流は低いが、アークに掛かる磁力を増加させる距離も小さくなる。したがって、本発明は、低ワット量及び高ワット量ランプの両方に利益がある。

本発明に従うループフレームアセンブリを含むこのようなランプは、不均等な電流分配を有する設計構造において、改善された光束の維持、及び延長された寿命を提供する。本発明は、必然的に制限された数の実施例に関して説明されてきた。この記載から、他の実施例及び実施例の変形態様は、当業者にとって明らかになり、また本発明の範囲及び添付される請求項の範囲に完全に包含されるように意図されている。

図１は、本発明に従うセラミックメタルハライドランプの一つの実施例の、一部切断された、立面図である。 図２は、本発明のアーク管取り付けアセンブリのループフレーム部分の一つの実施例の概略図である。 図３は、アーク管の別の実施例の立面図である。

Claims (14)

1. メタルハライドランプに関するアーク管取り付けアセンブリであって、
   アーク放電を持続することが可能である充填材を含む放電空間を密封する、側壁、上端部及び底端部を有するアーク管と、
   前記アーク管の対向する上端部及び底端部から延在する端部プラグの対と、
   気密であるようにして、それぞれ、前記放電空間の両端部において構成され、且つ前記端部プラグを介して前記アーク管から外側へ延在する、放電電極の対と、
   ループ部及び中心円部を含むループフレーム部材であって、
   前記ループ部が、前記アーク管の前記底端部の下から前記アーク管の１つの側面に沿い、そして前記上端部からの前記電極の先端部を横断し、前記電極の先端部とある点において電気的接触をなし、そして前記アーク管の反対側の側面に沿って延在し、そして最終的に前記底端部に近接する前記端部プラグを超えて、そして終端部へ延在し、前記終端部は、前記ループフレーム部材の底端部の上のある点において前記ループフレーム部材と電気的接続をなし、
   前記中心円部は、前記近接する端部プラグの周りをループする、
   ループフレーム部材と、
   前記近接する放電電極とある点において電気的に接続される下部フレーム部材と、
   を備えるアーク管取り付けアセンブリ。
2. 請求項１に記載のアーク管取り付けアセンブリであって、前記アーク管は、チューブ管形状である、アーク管取り付けアセンブリ。
3. 請求項２に記載のアーク管取り付けアセンブリであって、前記アーク管が、多結晶アルミナである、アーク管取り付けアセンブリ。
4. 請求項１に記載のアーク管取り付けアセンブリであって、前記アーク管が、卵形形状である、アーク管取り付けアセンブリ。
5. 請求項４に記載のアーク管取り付けアセンブリであって、前記アーク管が多結晶アルミナである、アーク管取り付けアセンブリ。
6. 請求項１に記載のアーク管取り付けアセンブリであって、前記ループフレーム部材の前記底端部が、金属ホイルを介してリードスルーに接続され、また前記下部フレーム部材が、更なる金属ホイルを介して更なるリードスルーへ接続される、アーク管取り付けアセンブリ。
7. 請求項６に記載のアーク管取り付けアセンブリであって、前記フレーム部材が、モリブデンからなる、アーク管取り付けアセンブリ。
8. 請求項６に記載のアーク管取り付けアセンブリであって、前記金属ホイルが、モリブデンからなる、アーク管取り付けアセンブリ。
9. メタルハライドランプであって、
   上端部及び底端部を有する外側エンベロープと、
   ランプ底部と、
   請求項１に記載のアーク管取り付けアセンブリを含むアーク管取り付けアセンブリと、
   を備える、メタルハライドランプ。
10. 請求項９に記載のメタルハライドランプであって、前記外側エンベロープがチューブ管形状である、メタルハライドランプ。
11. 請求項１０に記載のメタルハライドランプであって、前記取り付けアセンブリを前記エンベロープへ挿入するときに前記ループ部が前記エンベロープの内側壁に対して圧迫するようにされて、これにより前記エンベロープ内において前記アーク管の更なる位置決め及び支持を提供するように、前記ループ部が弾力性を呈し、また前記ループ部が前記外側チューブ管形状エンベロープの内側直径よりも若干広い幅を有する、メタルハライドランプ。
12. 請求項９に記載のチューブ管形状のメタルハライドランプであって、前記中心円部が、ランプ始動時における助力となる補助電極として作用する、チューブ管形状のメタルハライドランプ。
13. 請求項９に記載のチューブ管形状のメタルハライドランプであって、前記外側エンベロープが、溶融水晶からなる、チューブ管形状のメタルハライドランプ。
14. 請求項７に記載のチューブ管形状のメタルハライドランプであって、前記ランプが、3000Kから5600Kの色温度目標値を有する中型ワット量（20Wから400W）の小型チューブ管形状「Ｔ」メタルハライドランプである、チューブ管形状のメタルハライドランプ。

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