JP2009536431A - 遮壁付き発光管及び螺旋状リード線を有するコンパクト高輝度放電アークランプ - Google Patents

Abstract

コンパクトな開放定格ＨＩＤランプ（１０）は、コンパクトな外被（２８）内に位置付けられる遮壁付き発光管（１２）を有し、ランプ（１０）は、外被（２８）の基本端部（２８Ａ）にある圧力シール（２９）から延び、遮壁（２６）の周りを螺旋状に巻回し、外被（２８）の遠位端部（２８Ｂ）内に延び且つ外被（２８）の遠位端部（２８Ｂ）に対して外向きに付勢される長いリード線（３２）によって特徴付けられ、よって、電流を発光管（１２）の遠位電極（２４）に伝導するのみならず、保持遮壁（２６）を芯出しし且つ支持し、最少部分及び最少ワイヤ接続で遮壁の保持機能を捕捉する。加えて、アーク変位は最小化され、より高いルーメン維持及びより長い寿命をもたらす。

Description

本発明は、コンパクトな高輝度放電（ＨＩＤ）アークランプに関し、より具体的には、遮壁付き発光管(arc tube)を有するそのようなランプに関し、そのようなランプのための改良された発光管取付け組立体にも関する。

ＨＩＤアークランプは、電流運搬支持部材によって構成される磁力によって引き起こされるアーク屈曲の影響を受けやすいことが知られている。そのようなアーク屈曲は、アークをアーク放電管の側壁により近接して移動し、壁の温度を上昇させ、短いランプ寿命を招き、或いは、放電管の突発故障さえ招く。

日本公開番号５５−１０５９４５号の要約は、磁場によって引き起こされる放電アークの乱流がリードステムワイヤの螺旋状巻線で発光管を取り囲むことによって抑制されると言われている高圧蒸気放電ランプを記載している。

米国特許出願公開第２００３／００６２８３１号は、セラミックＨＩＤランプのアークを安定化するための特殊なフレームワイヤ構造を提供している。１つの実施態様では、２つの同一のフレームワイヤが、発光管の両側に沿って発光管から等距離で互いに平行に走っている。ランプの基部から放電電極遠位への電流負荷は、これらのフレームワイヤによって共有される。この構成は、フレームワイヤとアークとの間の有害な相互作用を大いに減少し或いは除去すると言われている。他の実施態様では、フレームワイヤは、発光管を取り囲む螺旋状コイルに形成されている。

一部のＨＩＤランプ設計において、発光管は、円筒形状の石英遮壁（米国特許第５，４０２，０３３号を参照）によって或いは円筒形セラミック発光管の周りのコイル状アンテナ（米国特許第６，８６１，８０５号を参照）取り囲まれている。これらの保持装置は、破砕する発光管のエネルギを放散することによってランプ外被が無傷のままであることを可能にすることによって、発光管が破砕する場合におけるランプの安全性を向上する。

保持装置の存在は、ハロゲン化金属ランプの市場を開放型（高価な被服板の不存在）照明設備に拡大する。そのようなランプは、しばしば「開放定格」(“open-rated”)ランプと呼ばれる。

米国特許第６，７４１，０１３号は、より容易でより費用効率的なランプ構造を有すると言われている遮壁付きセラミック放電ランプを提供している。非絶縁主導線は、上方及び下方の支持体で遮壁(shroud)を機械的に支持している。一部の実施態様では、支持ワイヤが、遮壁を包囲し或いは取り囲む中央螺旋状部分を有し、主導体ワイヤに取り付けられている。

欧州特許０１８６８９９Ｂ１号は、遮壁付き石英発光管と、遮壁を取り囲み且つ支持する螺旋状部分を有する単一ワイヤフレーム部材とを備えるランプを提供している。

上述のランプ構造の全ては、遮壁付きであろうがなかろうが、基部にステムを有し且つ遠位端部に大きな窪みを有する比較的大きなガラス外被と、基部でステム内に封止され且つ遠位端部で窪みによって付着され且つ／或いは支持される取付け組立体とによって特徴付けられている。

発光管の周りの石英遮壁の利用の故に開放定格設備のために汚染に安全な、約１５０ワット〜約４００ワットのワット数及び１００ボルトに公称定格される電圧を有するコンパクトな開放定格ＨＩＤランプの等級を商業的に製造することが現在考えられている。

そのようなコンパクトな開放定格ＨＩＤランプは、より大きなＨＩＤランプのステム及び窪みの両方を欠く比較的コンパクトなガラス外被を有する。よって、上述された従来技術の様々な発光管取付け構成は、これらのコンパクトなランプ設計には適用可能ではない。

これらのコンパクトな開放定格設計では、電流は、ランプの発光管軸と平行な直線リード線を備える発光管の遠位電極に供給される。コンパクトなランプ内に存在するリード線とアークとの間のより小さな距離の故に、リード線からの磁場は、発光管軸からのアーク変位を誘発しがちであり、その変位は、より大きなワット数のランプのより高い電流と共に増大する。

既知であるように、発光管の中心からのアークの変位は、発光管壁温度を局所的に上昇し、発光管壁を横断する熱応力を生み出し、それはより短い寿命を招く。変位アークは、発光管内のガスの非対称な流れパターンも生み出し、それは壁黒変(blackening)及びより低いルーメン維持を引き起こす。よって、中心化されるアークは、より高いルーメン維持及びより長い重病を有するであろう。

単純且つコンパクトであり且つアークの変位に寄与しない、これらのコンパクトな「開放定格」ＨＩＤランプのための発光管取付け組立体の必要がある。

本発明によれば、コンパクトな外被内に位置付けられる遮壁付き発光管を有するコンパクトな開放定格ＨＩＤランプが提供され、ランプは、外被の基本端部にある圧力シールから延び、遮壁の周りを螺旋状に巻回し、外被の遠位端部内に延び且つ外被の遠位端部に対して外向きに付勢される長いリード線によって特徴付けられ、よって、電流を発光管の遠位電極に伝導するのみならず、保持遮壁を芯出しし且つ支持し、最少部分及び最少ワイヤ接続で遮壁の保持機能を捕捉する。

加えて、螺旋構造は、主リード線の磁場を調整し、発光管の中心からアークを変位する磁力を除去し、その結果、改良された高いルーメン維持及びより長い寿命をもたらす。

本発明の１つの特徴によれば、
放電空間を取り囲む中央本体部分と、放電空間の両端部に配置される基端部及び遠位端部とを有する発光管と、
基端部及び遠位端部をそれぞれ通じて放電空間の両端部内に延びる基本放電電極及び遠位放電電極と、
発光管を取り囲み且つ基端部と遠位端部とを有する保持遮壁と、
発光管と、放電電極と、遮壁とを取り囲み、圧力シールを備える基端部と、遠位端部（２８Ｂ）とを有する外被と、
基本放電電極に電気的に接続される短いリード線と、遠位電極に電気的に接続される長いリード線とを含み、
長いリード線は、圧力シールから遮壁の基端部に延びる基本部分と、遮壁を取り囲む中央螺旋部分と、遮壁（２６）の遠位端部から外被の遠位端部内に延び且つ外被の遠位端部に対して外向きに付勢される遠位端部とを含む、
コンパクトな開放定格ＨＩＤランプが提供される。

本発明の好適実施態様によれば、長いリード線の基本部分は、外被の壁に向かって延びる傾斜部分と、中心軸Ａと実質的に平行に外被の壁に沿って延びる直線部分とを含む。

本発明の他の好適実施態様によれば、長いリード線の前記遠位部分は、中心軸Ａと実質的に平行に外被の壁に沿って延びる直線部分を含む。

本発明のさらに他の好適実施態様によれば、ランプ外被の遠位端部は曲線を有し、長いリード線の遠位部分は、外被の遠位端部の曲率と少なくとも実質的に一致する曲率を有する部分を含む。

本発明のさらに他の好適実施態様によれば、外被は、円筒形状本体部分を有する。

本発明の他の特徴によれば、
放電空間を取り囲む中央本体部分と、放電空間の両端部に配置される基端部と遠位端部とを有する発光管と、
基端部及び遠位端部をそれぞれ通じて放電空間の両端部内に延びる基本放電電極及び遠位放電電極と、
発光管を取り囲む保持遮壁と、
基本放電電極に電気的に接続される短いリード線と、遠位電極に電気的に接続される長いリード線とを含み、
長いリード線は、ランプ外被の圧力シールから遮壁の基端部に延びるよう構成される基本部分と、遮壁を取り囲む中央螺旋部分と、遮壁の遠位端部からランプ外被の遠位端部内に延び且つランプ外被の遠位端部を外向きに付勢するよう構成される遠位端部とを含む、
コンパクトな開放定格ＨＩＤランプのための取付け組立体が提供される。

本発明の好適実施態様によれば、長いリード線の基本部分は、ランプ外被の壁に向かって延びるよう構成される傾斜部分と、中心軸Ａと実質的に平行に外被の壁に沿って延びるよう構成される第一直線部分とを含む。

本発明の他の好適実施態様によれば、長いリード線の遠位端部は、中心軸Ａと実質的に平行に外被の壁に沿って延びるよう構成される第二直線部分を含む。

本発明のさらに他の好適実施態様によれば、ランプ外被の遠位端部は曲率を有し、長いリード線の遠位部分は、ランプ外被の遠位端部の曲率と少なくとも実質的に一致するよう構成される曲率を有する部分を含む。

本発明のこの特徴の一層さらなる好適実施態様によれば、長いリード線の遠位部分は、第一曲線部分によって第二直線部分に接続される第三直線部分と、第二曲線部分によって第三直線部分に接続される第四直線部分とを含む。

本発明のこの特徴の一層さらなる好適実施態様によれば、螺旋部分は、第一屈曲部分によって第一直線部分に接続され、螺旋部分は、第二屈曲部分によって第二直線部分に接続され、屈曲部分は、遮壁の横方向滑りを防止するストップとして機能する。

本発明のこれらの及び他の特徴は、図面を参照してさらに解明されるであろう。

図面は概略的であり、必ずしも原寸通りに描写されていない。

コンパクトＨＩＤランプは、外側電球の外径が類似のワット数のＨＩＤランプよりも実質的に小さいので、そのように等級付けられる。シングルエンド型ランプは、ランプの一方の端部に２つのリード線を含む。一方のリード線は、発光管の遠位電極に電流を伝導しなければならない。発光管の軸と平行に延びる遠位電極への導体を備える標準的な構造において、アーク放電は、電流を運搬する長いリード線の磁場の故に、単一のリード線から離れる方向の力に晒される。放電に作用する反発力は、ランプ電流の二乗として増大し、リード線とアーク放電との間の距離の逆数として増大する。この力は、単一リード線がアーク放電により近接近するコンパクトなランプにおいて実質的により高く、ランプ電流が実質的により高いより高いワット数のランプにおいてより高い。発光管の中心軸からの放電の変位は、ルーメン維持を減少し、より短いランプ寿命に至る発光管内の熱応力を生み出す。

本発明のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプでは、長いリード線が、遮壁の周りで螺旋を形成する。この構造は、遮壁を所定位置に固定する働きをし、遮壁の閉込み特性を向上し、電流運搬リード線の磁場を再調整し、放電の中心からの放電の変位を強いない。螺旋幾何の磁場は、発光管の軸に沿ってあり、それは、単一リード線の反発力に対するものとして、中心軸についての電荷粒子の歳差(precession)を生み出す。

そのようなランプ１０の１つの実施態様が図１に示されており、軸Ａを備える発光管１２が、放電持続材料で充填された放電空間１６を取り囲む本体部分１４を有する。一対の放電電極２２及び２４が、拡張プラグ１９及び２１を介して基端部２２及び遠位端部２０を通じて放電空間１６の両端部内に延びている。電極２２及び２４は、放電空間１６が気密であることを保証するために、拡張プラグ１９及び２１に封入されている。

発光管１０並びに拡張プラグ１９及び２１は、好ましくは、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）から加工されるが、溶融石英からも加工され得る。

放電空間１６内の放電持続材用は、典型的には、水銀、希ガス、及び、１つ又はそれよりも多くのハロゲン化金属、例えば、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カルシウム、及び、１つ又はそれよりも多くのヨウ化希土類であり、或いは、溶融石英発光管の場合には、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カルシウム、及び、ヨウ化スカンジウムである。

発光管１２を取り囲み且つ軸Ａに対して同心状であるのは、円筒形状の開放定格の石英閉込み遮壁２６であり、その機能は、発光管の破裂の場合に、発光管の断片が外向きに飛ぶのを防止することである。

発光管１２及び遮壁２６を取り囲んでいるのは、典型的には、溶融石英のガラス外被２８であり、基部２８Ａと、遠位ドーム形状部分２８Ｂと、円筒本体部分２８Ｃとを有する。基端部２８Ａにある圧力シール(press seal)２９は、気密な筐体を形成する。筐体は、典型的には、真空に維持されるが、特により高いワット数で、発光管の動作温度を減少するために、少量、例えば、１／２〜１／３ａｔｍの窒素のような希ガスで充填され得る。

そのようなコンパクトな開放定格ＨＩＤランプのための発光管、遮壁、及び、外被のための典型的な外径は、増大するワット数と共に、２０ワットランプについては、それぞれ約５ｍｍ、１０ｍｍ、及び、１４ｍｍ、４００ワットランプについては、それぞれ１９ｍｍ、２８ｍｍ、及び、３５ｍｍまで増大する。

発光管１２は、短いリード線３４及び長いリード線３２によって外被２８内に支持され、それらのリード線は、モリブデン箔３６及び３８並びに外部リード線４０及び４２を介して、基本放電電極２２及び遠位放電電極２４にそれぞれ電力も供給する。

モリブデン箔３６及び３８は、比較的薄く、圧力シールが気密シールを形成することを保証するのを助けるために、先細り状の縁部を有し得る。

発光管１２を支持し遠位放電電極２４に電力を供給することに加えて、長いリード線３２は、遮壁２６を取り囲み且つ支持する螺旋部分３２Ｂを有する。この実施態様では２つの巻きを有するよう示されているが、１つの回転が遮壁の支持のために十分であり、２つの回転が閉込みのために適切である。３つ又はそれよりも多くの回転も可能であるが、より多くの回転は発光管からのルーメン出力を減少する。そのような減少が遮壁２６の支持を過度に弱めない限り、これは回転のワイヤ直径を減少することによって幾分補償され得る。図示の実施態様において、長いリード線は、約０．７６ｍｍのワイヤ直径を有する。これは約０．５５ｍｍから０．９０ｍｍの範囲内で異なり得るが、それらよりも下では、ワイヤは日常的な落下試験に耐える十分な剛性に欠け、それらよりも上では、ルーメン出力は望ましくなく減少される。

図２は、本体５４Ａと、一対の端部シール５４Ｂ及び５４Ｃとを含み、放電電極５６及び５８が端部シールを通じて延在する、溶融石英発光管５４の形態の発光管の他の実施態様を示している。他の素子は、図１に示されるのと同様である。

所望であれば、遮壁２６のための追加的な支持がもたらされ得る。図２は、遮壁２６の基端部２６Ａ及び遠位端部２６Ｂにそれぞれある概略的にストップ５０及び５２の形態のそのような追加的な支持体を示している。これらのストップ５０及び５２は、例えば、スポット溶接によって、長いリード線３２に付着されている。

長いリード線３２は、有利には、バネ特性を有する耐熱性の導電性材料、好ましくは、モリブデンから加工されるが、他の材料、例えば、タンタル、タングステン、ニオブも使用され得るし、それらの合金も可能である。長いリード線３２の遠位端部は、外被２８の遠位端部３２Ｂ内に圧力嵌めするよう成形され且つ寸法取られ、それによって、外被２８の内壁に対する遠位端部３２Ｃの外向きバネ付勢を生み、それは発光管１２及び遮壁２６を外被内に芯出しし且つ支持する働きをする。図示の実施態様において、遠位端部３２Ｃは、外被２８のドーム形状遠位端部２８Ｂの曲率に近似する曲率を備える部分３２Ｇを有する。これは遠位端部３２Ｃが遠位端部２８Ｂに対して近接して適合することを可能にし、よって、設計のコンパクトさを強化する。

追加的な安定性が、長いリード線３２の直線部分３２Ｅ及び３２Ｆによってもたらされ、それらの直線部分は、外被２８の側壁と接触する。加えて、直線部分３２Ｆは、バネ付勢によって側壁に対して押し付けられる。好ましくは、螺旋部分は、遮壁の直径よりの僅かに小さい直径を有するので、それは遮壁の周りを緊密に包み、遮壁に圧縮力を加える。

箔３６及び３８並びに外部リード線４０及び４２も、好ましくは、モリブデンから加工されるが、タンタル、タングステン、ニオブ、及び、それらの合金のような、如何なる十分な耐熱性及び伝導性を有する材料でもあり得る。

図３は、本発明のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプの他の実施態様６０を示しており、長いリード線６２は、螺旋部分６２Ｂと遠位部分６２Ｃとの間の移行地域、及び、螺旋部分６２Ｂと直線部分６２Ｅとの間の移行地域が、遮壁が螺旋部分６２Ｂ内で横方向に摺動するのを防止するストップとして機能する屈曲部６２Ｈ及び６２Ｊによって定められている。長いリード線６２の遠位部分６２Ｃは、直線部分６２Ｋ及び６２Ｌ並びに曲線部分６２Ｍ及び６２Ｎによって特徴付けられている。直線部分６２Ｆ及び６２Ｌは、長いリード線６２のバネ付勢の故に、外被６４の内壁６６を外向きに押し付ける。理解されるように、直線部分６２Ｋ及び６２Ｌは直線である必要はなく、僅かな湾曲を有し得る。

石英遮壁及び石英外被の典型的な外径は、それぞれ２８ｍｍ及び３５ｍｍである。

電極６７及び６９は、導電性移行素子をそれぞれ介して、長いリード線６２及び短いリード線７０に取り付けられている。モリブデン箔７８及び８０が、導電性移行素子８２乃至８８を介して、長いリード線６２、短いリード線７０、並びに、外部リード線７４及び７６に取り付けられている。これらの移行素子は、モリブデンリード線及び箔との溶接部の形成を助けるフラックス材料(flux material)として作用し、例えば、Ｎｂ又はＴａであり得る。

本発明は必然的に限定的な数の実施態様に関して記載された。この記載から、他の実施態様及び実施態様の変形が当業者に明らかになるであろう。それらは、本発明の範囲及び付属の請求項内に完全に包含されることが意図される。

本発明のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプの１つの実施態様を示す概略図である。 本発明の他の実施態様を示す図１と類似の概略図である。 本発明のさらに他の実施態様を示す概略図である。

Claims (20)

1. 放電空間を取り囲む中央本体部分と、前記放電空間の両端部に配置される基端部及び遠位端部とを有する発光管と、
   前記基端部及び前記遠位端部をそれぞれ通じて前記放電空間の両端部内に延びる基本放電電極及び遠位放電電極と、
   前記発光管を取り囲み且つ基端部と遠位端部とを有する保持遮壁と、
   前記発光管と、前記放電電極と、前記遮壁とを取り囲み、圧力シールを備える基端部と、遠位端部とを有する外被と、
   前記基本放電電極に電気的に接続される短いリード線と、前記遠位電極に電気的に接続される長いリード線とを含み、
   前記長いリード線は、前記圧力シールから前記遮壁の前記基端部に延びる基本部分と、前記遮壁を取り囲む中央螺旋部分と、前記遮壁の前記遠位端部から前記外被の前記遠位端部内に延び且つ前記外被の前記遠位端部に対して外向きに付勢される遠位端部とを含む、
   コンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
2. 前記長いリード線の前記基本部分は、前記外被の壁に向かって延びる傾斜部分と、前記外被の壁に沿って延びる直線部分とを含む、請求項１に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
3. 前記長いリード線の前記遠位部分は、前記外被の壁に沿って延びる直線部分を含む、請求項１に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
4. 前記外被の前記遠位端部は、曲線を有し、前記長いリード線の前記遠位部分は、前記外被の前記遠位端部の曲率と少なくとも実質的に一致する曲率を有する部分を含む、請求項１に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
5. 前記外被は、円筒形状の本体部分を有する、請求項１に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
6. 第一及び第二の導電性箔が前記圧力シール内に存在し、前記長いリード線及び前記短いリード線は、前記圧力シール内に延び、前記第一及び第二の導電性箔にそれぞれ電気的に接続される、請求項１に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
7. 第一及び第二の外部リード線が、前記圧力シール内に延び、前記第一及び第二の導電性箔にそれぞれ電気的に接続される、請求項６に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
8. 前記長いリード線の前記螺旋部分は、１回〜３回の回転を含む、請求項１に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
9. 前記長いリード線は、約０．５５ｍｍ〜０．９０ｍｍの範囲内のワイヤ直径を有する、請求項８に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
10. 前記直線部分は、当該ランプの長軸と実質的に平行に延びる、請求項２に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
11. 前記直線部分は、当該ランプの長軸と実質的に平行に延びる、請求項３に記載のコンパクトな開放定格ＨＩＤランプ。
12. 放電空間を取り囲む中央本体部分と、前記放電空間の両端部に配置される基端部と遠位端部とを有する発光管と、
    前記基端部及び前記遠位端部をそれぞれ通じて前記放電空間の両端部内に延びる基本放電電極及び遠位放電電極と、
    前記発光管を取り囲む保持遮壁と、
    前記基本放電電極に電気的に接続される短いリード線と、前記遠位電極に電気的に接続される長いリード線とを含み、
    前記長いリード線は、ランプ外被の圧力シールから前記遮壁の前記基端部に延びるよう構成される基本部分と、前記遮壁を取り囲む中央螺旋部分と、前記遮壁の前記遠位端部から前記ランプ外被の前記遠位端部内に延び且つ前記ランプ外被の前記遠位端部を外向きに付勢するよう構成される遠位端部とを含む、
    コンパクトな開放定格ＨＩＤランプのための取付け組立体。
13. 前記長いリード線の前記基本部分は、前記ランプ外被の壁に向かって延びるよう構成される傾斜部分と、前記外被の壁に沿って延びるよう構成される第一直線部分とを含む、請求項１２に記載の取付け組立体。
14. 前記長いリード線の前記遠位端部は、前記外被の壁に沿って延びるよう構成される第二直線部分を含む、請求項１２に記載の取付け組立体。
15. 前記長いリード線の前記遠位部分は、前記ランプ外被の前記遠位端部の曲率と少なくとも実質的に一致するよう構成される曲率を有する部分を含む、請求項１２に記載の取付け組立体。
16. 前記長いリード線の前記遠位部分は、第一曲線部分によって前記第二直線部分に接続される第三直線部分と、第二曲線部分によって前記第三直線部分に接続される第四直線部分とを含む、請求項１４に記載の取付け組立体。
17. 前記螺旋部分は、第一屈曲部分によって前記第一直線部分に接続され、前記螺旋部分は、第二屈曲部分によって前記第二直線部分に接続される、請求項１４に記載の取付け組立体。
18. 前記長いリード線の前記螺旋部分は、１回〜３回の回転を含む、請求項１２に記載の取付け組立体。
19. 前記長いリード線は、約０．５５ｍｍ〜０．９０ｍｍの範囲内のワイヤ直径を有する、請求項１８に記載の取付け組立体。
20. 前記遠位部分及び前記基本電極は、移行素子によって前記長いリード線及び前記短いリード線にそれぞれ取り付けられる、請求項１６に記載の取付け組立体。

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