JP2013524429A - イリジウムワイヤを有するフィードスルーを備えるセラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、セラミック放電容器を持つセラミックメタルハライドランプであって、前記放電容器が、電極を有する放電空間を囲み、前記電極が、Irワイヤを有するフィードスルーによって前記放電容器の外部の導体に電気的に接続され、前記フィードスルーが、前記放電容器のvupとも呼ばれる延長プラグにおいてガス密に取り付けられ、前記フィードスルーが、バーナー取り付けのために前記vupの外に延在するW若しくはW-Reロッド又はMo若しくはMo合金ワイヤを備える少なくとも３つの部分から構成される電極・フィードスルー組み合わせを有し、前記W又はW-Reワイヤが、前記Irワイヤに溶接されることを特徴とするセラミックメタルハライドランプに関する。

Description

本発明は、セラミック放電容器を持つセラミックメタルハライドランプであって、前記放電容器が、電極を有する放電空間を囲み、前記電極が、Irワイヤを有するフィードスルーによって前記放電容器の外部の導体に電気的に接続され、前記フィードスルーが、前記放電容器の延長プラグにおいてガス密に取り付けられるセラミックメタルハライドランプに関する。

このようなランプは、WO2008075273から知られている。既知の（ＣＤＭと略記される）セラミック放電メタルハライドランプにおいては、イリジウム（Ir）が、フィードスルーワイヤとして用いられる。Irフィードスルーは、多結晶アルミナ（＝ＰＣＡ）のエンベロープと高温で共焼結される。最後の焼結の後のIrの機械的特性は、非常に悪く、即ち、脆く、抗張力が低い。

セラミックメタルハライドランプの古典的なＣＤＭバーナーにおいては、Nb（ニオブ）のフィードスルーが、ＰＣＡから突出し、古典的な方法でバーナーをランプ内に取り付けるために容易に用いられることができる。しかしながら、前記既知の概念においては、Irの機械的特性の悪さのため、バーナーをランプ内に取り付ける古典的な方法が使用できないという不利な点が生じる。解決策は、フィードスルーワイヤの機能を、
1. 電流伝導機能と、
2. 機械的取り付け機能と、
に分けることで、見いだされ得る。

しかしながら、これは、構成が相対的に複雑になるという不利な点をもたらす。従って、これまで、古典的な取り付け方法を用いての既知のランプ内への取り付けの技術的課題を解決しようと試みられている。更に、Irワイヤが既知のランプ内で用いられる方法は、既知のランプは相対的に高価であるという不利な点を伴う。

本発明の目的は、既知のランプの不利な点の少なくとも１つを抑制することである。

これを達成するため、冒頭の段落に記載されているようなタイプのランプが、W、W-Re、Mo、又はMo合金から成るグループから選ばれる材料で作成される電流伝導ワイヤであり、前記延長プラグの外に延在する前記導体を備える、少なくとも３つの部分から構成される電極・フィードスルー組み合わせを、前記フィードスルーが有し、前記電流伝導ワイヤが、溶接部によって前記Irワイヤに溶接されることを特徴とする。

前記延長プラグは、セラミック放電容器の壁部の材料で作成され、vupとも呼ばれる。前記vup又は延長プラグ及び前記フィードスルー導体は、一緒に、前記放電容器のガス密閉鎖部を形成する。前記延長プラグ(vup)における前記Irロッドの気密性は、焼結収縮によって得られる。このようなフィードスルー構成は、最小限の長さのIrフィードスルーロッドを備える耐衝撃性取り付け構成を形成する。従って、以下の問題又は不利な点、即ち、
− 標準的なバーナー取り付け（＝フィードスルーワイヤの、ポールワイヤへの溶接）の場合の、脆いIrに起因する前記ランプの低い耐衝撃性、及び
− 長すぎ、従って、高価すぎるIrロッドの使用によって、前記ランプが相対的に高価であることが、
本発明によって解決される。

本願明細書及び特許請求の範囲における、公称出力という表現は、全出力という表現と等しい。これらの表現は、前記ランプが動作するよう設計されている出力を規定し、前記出力は前記ランプ及び／又は前記ランプのパッケージ上に表示されるのが慣行である。本願明細書及び特許請求の範囲において、セラミック放電容器という表現は、セラミックから形成される壁部を持つ放電容器として規定される。セラミックは、例えばサファイアのような単結晶金属酸化物、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、イットリウムアルミニウムガーネット（YAG）若しくは酸化イットリウム（YOX）のようなガス密の高密度に焼結された透光性金属酸化物、又は窒化アルミニウム（AlN）のようなガス密の焼結された透光性非酸化物材料などの耐熱性材料であると理解される。本願明細書及び特許請求の範囲において、放電管、放電容器及びバーナーという表現は、同義語である。

前記セラミック放電ランプの実施例は、前記溶接部が、前記延長プラグ内の、前記延長プラグの外端から少なくとも1.0mmの、好ましくは、前記延長プラグの前記外端から1.5mmと2.0mmとの間の位置にあることを特徴とする。前記W-Reワイヤを前記Irワイヤに相互接続する前記溶接部は、好ましくは、前記外端から前記vup内へ少なくとも約1.5mmのところに位置することが試験で明らかになった。更に、前記溶接部が前記vup内へ約0.5mm又は1mm未満のところに位置する場合には溶接部の破損が容易に生じることが試験で明らかになった。前記溶接部が前記外端から1.5mm乃至2mmのところに位置する場合、最大負荷状態下で前記溶接部の破損は生じなかった。2.5mmより大きな距離は、前記vupがより長くされない限り、前記vup内の前記Irロッドのための封止領域を相対的に短くするが、これは、前記ランプの望ましくない延長という不利な点を伴う。

前記セラミック放電ランプの実施例は、前記電流伝導ワイヤが、（例えば、こぶのない溶接部（knobless weld）を介して）前記Irワイヤに平溶接されることを特徴とする。平溶接部が、焼結中のＰＣＡのひび割れの発生を防止し、従って、前記ランプの早期破損が防止され、最終的に、前記ランプの早期故障が防止されるのは明らかである。

前記セラミック放電ランプの実施例は、前記Irワイヤと前記電流伝導ワイヤとの両方が、各々、各々の直径を持ち、前記Irワイヤの直径D_irが前記電流伝導ワイヤの直径D_ccより大きく、好ましくは、前記Irワイヤの直径が前記電流伝導ワイヤの直径より15%乃至20%大きいことを特徴とする。Irの直径は、現在、約300乃至500ミクロン（μm）である。従って、直径において、前記電流伝導ワイヤに対して18%の差異がある300ミクロンのIrワイヤに対しては、例えばW又はW-Reワイヤで作成される、約250ミクロンの電流伝導ワイヤが用いられ得る。

前記セラミック放電ランプの実施例は、前記電流伝導ワイヤの直径D_ccが、焼結収縮後、前記延長プラグの内径D_vupiより少なくとも10ミクロン小さいことを特徴とする。これは、前記vupの前記内壁と前記電流伝導ワイヤとの間の少なくとも5ミクロンの間隙をもたらす。vupと電流伝導ワイヤとの間の約5ミクロン未満の間隙は、前記vupのひび割れのリスクを高め、これは、漏れがあるランプをもたらし得る。

前記セラミック放電ランプの実施例は、前記電流伝導ワイヤのための材料が、W、Mo、並びに3乃至6重量%のRe及び35乃至70ppmのK又はLa₂O₃、好ましくは、約70ppmのK及び約6重量%のReがドーピングされているW又はMoから成るグループから選択されることを特徴とする。k及びReを変化させたW-Reによる実験で、K及びReの増加は、より大きい抗張力及び伸長をもたらすことが明らかになった。約70ppmのK及び約6重量%のReで最良の結果が得られる。Kのない材料は、Re含有率が26重量%である場合であっても、ほとんどの場合、脆すぎる。K含有率が低く（35ppm未満）、Re含有率が低い（3重量%未満）W-Reは、相対的に低いｇ力における前記電流伝導ワイヤの破損をもたらすことが、実験で明らかになった。K含有率が低く（35ppm）、Re含有率が低い（3重量%）材料は、本発明によるフィードスルー構成のために最低限必要な延性を持つことが、他の実験で明らかになった。好ましくは、K含有率がより高く且つ／又はRe含有率がより高い材料が用いられる。なぜなら、これらは、改善された延性を持つからである。実際に、他の材料、例えば、70ppmのK及び3重量%のReを備えるW、又は35ppmのK及び6重量%のReを備えるW、又は70ppmのK及び6重量%のReを備えるWの場合は、破損が生じないことが、実験で明らかになった。他の例においては、例えばLa₂O₃のような酸化物及びReを備えるWは、焼きなまし後、強く、延性であり、伸長が、70ppmのK及び6重量%のReを備えるWの伸長と同等であることが分かった。前記酸化物及びReの含有率に対する強い依存関係はないようである。好ましくは、前記電流伝導ワイヤに、汚染がなく、より好ましくは、少なくともAl₂O₃がない。

前記セラミック放電ランプの実施例は、前記電流伝導ワイヤが予備焼結されることを特徴とする。予備焼結は、前記伝導ワイヤの強度に良い影響を与える。

前記セラミック放電ランプの実施例は、前記電流伝導ワイヤに接続されるアクティブアンテナ（active antenna）、好ましくは、放電管壁及び前記延長プラグにおいて焼結される、書き込まれるタングステンアンテナ（written tungsten antenna）を有することを特徴とする。前記伝導ワイヤとしてのW又はW-Re及びIrをＰＣＡと共焼結する場合には、前記ＰＣＡは、封止中、前記Irのまわりでガス密なようにして収縮するが、前記W又はW-Reワイヤのまわりに空隙を残す。取り付け構成のためのこのような処理は、前記Ir及びW若しくはW-Re又はMo若しくはMo合金ロッドのまわりでのＰＣＡの収縮後に、リードインワイヤ及び外部アンテナを相互接続する機会を与える。この場合には、前記アンテナは、好ましくは、前記放電管壁又は放電管及びvupの外面において焼結される、書き込まれるWアンテナ（所謂ＰＩＡ）であるだろう。前記セラミック放電ランプの実施例は、前記書き込まれるアンテナが、前記放電管の外面上だけでなく、前記延長プラグの前記外端上にも、前記延長プラグの内壁に沿っても延在し、好ましくは、前記延長プラグの前記内壁に沿って約1乃至2mmの長さにわたって延在することを特徴とする。このような構成は、W若しくはW-Re又はMo若しくはMo合金ワイヤに接続されるアクティブアンテナを備える耐衝撃性取り付け構成を形成する。

前記セラミック放電ランプの実施例は、前記バーナーの前記アンテナの側又は両側に標準的な封止フリットが付されることができ、好ましくは、前記フリットが、前記標準的なフリット中の金属量の３倍までの量の金属を有することを特徴とする。上記の状態において、前記取り付け構成が十分に強くはない、又はW若しくはW-Re又はMo若しくはMo合金ワイヤと前記アンテナとの間の接触が十分には信頼性が高くない場合には、両方の面を改善するよう、前記バーナーの前記アンテナの側又は両側に標準的な封止フリットが付されることができる。標準的なフリットは、前記アンテナ及び前記電流伝導ワイヤを相互接続するのに十分であることが証明されているが、より大量の金属をこのフリットに付加することにより、その伝導性が改善され得る。

前記取り付け構成実施例の機械的強度を更に最適化するために、前記セラミック放電ランプは、前記電極・フィードスルー組み合わせが、４つの部分から構成され、前記電流伝導ワイヤが、W、Mo、並びに3乃至6重量%のRe及び35乃至70ppmのK又はLa₂O₃がドーピングされているW又はMoから成るグループから選択される材料から成る第１部分を有し、前記第１部分が溶接部を介して第２部分に接続され、前記第２部分がMo又はNbロッドであり、好ましくは、前記溶接部が少量のフリットに埋め込まれることを特徴とする。前記セラミック放電ランプの別の実施例は、前記電流伝導ワイヤの上にMoスリーブが設けられ、前記電流伝導ワイヤと、前記Moスリーブと、Mo又はNbポールワイヤとが、一緒に溶接されることを特徴とする。好ましくは、溶接処理のための幾らかの処理空間を作成するために、前記Moスリーブは、前記電流伝導ワイヤの直径の少なくとも２倍まで前記溶接部の両側から遠くへ延在する。例えば、W又はW-Reワイヤから成る電流伝導ワイヤは、Nb又はMoポールワイヤに、直接、溶接され得るが、W-Reの前記Nbポールワイヤへの直接的な溶接は、容易に、破損形成をもたらし得る。前記W又はW-Reワイヤの上に前記Moスリーブが延在し、前記W又はW-Reワイヤと、前記Moスリーブと、前記Mo又はNbポールワイヤとが、一緒に溶接されることで、破損を防止する強い接続が得られる。

本発明の上記及び他の態様を、概略的な図面を参照して以下により詳細に説明する。

本発明による取り付け構成の一部の第１実施例を示す。 本発明による取り付け構成の一部の第２実施例を示す。 本発明による取り付け構成の一部の第３実施例を示す。 本発明によるランプの第１実施例のＸ線写真を示す。 本発明による３つの部分から成るフィードスルー及びそれらの各々の寸法の例を示す。 バーナー内に封止された前記フィードスルーの例を示す。 Irワイヤの寸法と電流伝導ワイヤの寸法との間の関係のグラフを示す。 ３つの部分から成るフィードスルーの構成を示す。 ４つの部分から成るフィードスルーの構成を示す。 Moスリーブを有する本発明によるフィードスルー構成の例を示す。

図１には、本発明によるランプに適している本発明による取り付け構成１の一部の第１実施例が示されている。この構成は、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）で作成される延長プラグ（vup）５内に封止されるIrロッド／ワイヤ３を有する。Irロッドは、溶接部９を用いてW又はW-Reワイヤの電流伝導ワイヤ７に平溶接され、前記溶接部は、vupの外端１３から約1.5mmの位置１１にある。このW又はW-Reワイヤは、放電容器の外部に延在する導体である「ポールワイヤ」、及びランプ（図示せず）の外部に容易に接続できる。Irワイヤ及び電流伝導ワイヤは、わずかに異なる各々の直径D_ir及びD_ccを持ち、例えば、

且つ

である。vupのために用いられる未焼結のＰＣＡは、約330ミクロンの内径D_vupiを持ち、前記内径は、焼結後、約260乃至270ミクロンまで縮む。更に、図１においては、vupの内壁１７と電流伝導ワイヤとの間に約10ミクロンの小さな間隙１５が存在することが示されている。

図２には、本発明による取り付け構成１の一部の第２実施例が示されている。前記取り付け構成は、図１のものと類似しているが、ここでは、vup５と、外端１３と、vupの内壁１７にわたって延在するアクティブアンテナ１９を有する。アンテナは、焼結収縮を介して、Irワイヤ３と電流伝導ワイヤ７との両方に電気的に接続される。

図３は、本発明による取り付け構成１の一部の第３実施例、詳細には、例えば数パーセントのMo-金属がドーピングされているAl₂O₃、Dy₂O₃及びSiO₂から構成されるフリット２１がvup５の外端１３に設けられ、電流伝導ワイヤ７が部分的に埋め込まれる図２の取り付け構成を示している。フリットによって、アンテナ１９と電流伝導ワイヤとの間の電気的接触及び耐衝撃性が改善される。

図４には、本発明によるランプ２３の一部の第１実施例のＸ線写真が示されている。ランプは、外側エンベロープ２５を有し、外側エンベロープ２５内には、バーナー２７がポールワイヤ２９を用いて取り付けられる（ポールワイヤは１本しか見えていない）。バーナーは、各々が各々の３つの部分から成るフィードスルー構成１を持つ２つの反対側に位置するvup５によって封止されるランプ容器３３内に放電空間３１を持つ。放電空間は、Xeガスの他に、NaCe、NaPr、NaLu及びNaNdヨウ化物又はこれらの塩の組み合わせなどのメタルハライド塩混合物３５の充填物を含む。この図においてはWの２つの対向電極３７は、放電空間内に配設され、各々のIrロッド３に溶接される。各Irロッドは、各々のvup内に封止され、この図においてはW-Reで作成されている各々の電流伝導ワイヤ７に溶接される。各電流伝導ワイヤには、各々のMoスリーブ３９が設けられ、伝導ワイヤは、Moスリーブと一緒に、ポール溶接部（pole weld）４１を介してポールワイヤに溶接される。図４においては、vup内の電流伝導ワイヤとIrワイヤとの間の平溶接部９がはっきり示されており、平溶接部は、vupの外端１３からvup内へほぼ2mmのところに位置している。最初の落下試験で、この取り付け構成を備えるバーナーの耐衝撃性は700gであることが明らかになった（バーナーの重さは約0.5gである）。

図５には、本発明による、10.5±0.3mmの全長を持ち、特定の寸法を持つ３つの部分から成るフィードスルー／取り付け構成１の例が示されている。直径D_ir=300±10ミクロン及び2±0.1mmの長さを持つIrロッド３が、このフィードスルーの中央部を形成し、バーナーのvupを封止する。Irロッドは、先端部４３で電極３７に溶接され、平溶接部９を介して電流伝導ワイヤ７に溶接される。電極は、Wで作成され、約200ミクロンの直径及び約3.5mmの長さを持つ。電流伝導ワイヤは、KがドーピングされているW-Reで作成され、直径D_cc=250±3ミクロン及び5mmの長さを持ち、フィードスルーの外側部を形成し、バーナー、ポールワイヤ（又は取り付けロッド）を取り付けるために必要とされる。それ故、この部分は、バーナーの加工（2100乃至2150Kの高温処理）後に、十分に強く、延性でなければならない。図５Ｂは、互いに向かい合って、バーナー２７のvup５内に封止される図５Ａの前記フィードスルー構成の２つを示している。

図６においては、グラフが、Irワイヤの直径D_irと、電流伝導ワイヤの直径D_ccとの間の関係を示している。前記関係は、だいたい、式D_cc=D_ir*0.875-12.333（ミクロン単位）に従う（図においては、D_ccがyであり、D_irがxである）。本発明によるランプのための直径D_irは、通常、約300乃至500ミクロン（μm）の範囲内にあり、伝導ワイヤのための直径D_ccは、約250ミクロンから約450ミクロンに及ぶ。

図７Ａは、図３の取り付け構成１、即ち、フリット２１で補強された３つの部分から成る取り付け構成を有するバーナー２７を示している。図７Ｂは、図７Ａとの比較のための４つの部分から成る取り付け構成１を備えるバーナー２７を示している。図７Ｂにおいては、電流伝導ワイヤ７は、W-Reから構成され、vup５内でIrワイヤ３に溶接される第１部分８ａであって、フリット２１によって覆われ、「保護」される外側溶接位置８ｃにおいてMo/Nbから構成される伝導ワイヤの第２部分８ｂに溶接される第１部分８ａを持つ。図７Ｂに示されている構成は、相対的に堅牢であり、電流伝導ワイヤの第２部分の、ポールワイヤに対する信頼性の高い溶接を可能にする。

図８は、Moスリーブ３９を有する本発明によるフィードスルー構成１の一部の例を示している。前記Moスリーブは、W-Reで作成される電流伝導ワイヤ７にわたってスライドさせられ、ポール溶接部４１を介して、前記伝導ワイヤと一緒に、Nbで作成されるポールワイヤに溶接される。従って、ポールワイヤと電流伝導ワイヤとの間の相対的に強く堅牢な接続が得られる。

Claims (13)

1. セラミック放電容器を持つセラミックメタルハライドランプであり、前記放電容器が、電極を有する放電空間を囲み、前記電極が、Irワイヤを有するフィードスルーによって前記放電容器の外部の導体に電気的に接続され、前記フィードスルーが、前記放電容器の延長プラグにおいてガス密に取り付けられるセラミックメタルハライドランプであって、W、W-Re、Mo、又はMo合金から成るグループから選ばれる材料で作成される電流伝導ワイヤであり、前記延長プラグの外に延在する前記導体を備える、少なくとも３つの部分から構成される電極・フィードスルー組み合わせを、前記フィードスルーが有し、前記電流伝導ワイヤが、溶接部によって前記Irワイヤに溶接されることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
2. 前記溶接部が、前記延長プラグ内の、前記延長プラグの外端から少なくとも1.0mmの、好ましくは、前記延長プラグの前記外端から1.5mmと2.0mmとの間の位置にあることを特徴とする請求項１に記載のセラミック放電ランプ。
3. 前記電流伝導ワイヤが、平溶接部を介して前記Irワイヤに溶接されることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミック放電ランプ。
4. 前記Irワイヤと前記電流伝導ワイヤとの両方が、各々の直径を持ち、前記Irワイヤの直径D_irが前記電流伝導ワイヤの直径D_ccより大きく、好ましくは、前記Irワイヤの直径が前記電流伝導ワイヤの直径より15%乃至20%大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミック放電ランプ。
5. 前記電流伝導ワイヤの直径が、前記延長プラグの内径D_vupiより少なくとも10ミクロン小さいことを特徴とする請求項４に記載のセラミック放電ランプ。
6. 前記電流伝導ワイヤのための材料が、W、Mo、並びに3乃至6重量%のRe及び35乃至70ppmのK又はLa₂O₃、好ましくは、約70ppmのK及び約6重量%のReがドーピングされているW又はMoから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のセラミック放電ランプ。
7. 前記電流伝導ワイヤに、汚染がなく、好ましくは、少なくともAl₂O₃がないことを特徴とする請求項６に記載のセラミック放電ランプ。
8. 前記電流伝導ワイヤが予備焼結されることを特徴とする請求項６又は７に記載のセラミック放電ランプ。
9. 前記電流伝導ワイヤに接続されるアクティブアンテナ、好ましくは、放電管壁及び前記延長プラグにおいて焼結される、書き込まれるタングステンアンテナを有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック放電ランプ。
10. 前記書き込まれるアンテナが、前記放電管の外面上に延在し、前記延長プラグの前記外端上に延在し、前記延長プラグの内壁に沿って延在し、好ましくは、前記延長プラグの前記内壁に沿って1乃至2mmの範囲内の長さにわたって延在することを特徴とする請求項９に記載のセラミック放電ランプ。
11. 前記バーナーの前記アンテナの側又は両側に標準的な封止フリットが付されることができ、好ましくは、前記フリットが、前記標準的なフリット中の金属量の３倍までの量の金属を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のセラミック放電ランプ。
12. 前記電極・フィードスルー組み合わせが、４つの部分から構成され、前記電流伝導ワイヤが、W、Mo、並びに3乃至6重量%のRe及び35乃至70ppmのK又はLa₂O₃がドーピングされているW又はMoから成るグループから選択される材料から成る第１部分を有し、前記第１部分が溶接部を介してMo又はNbロッドに接続され、好ましくは、前記溶接部が少量のフリットに埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のセラミック放電ランプ。
13. 前記電流伝導ワイヤの上にMoスリーブが設けられ、前記電流伝導ワイヤと、前記Moスリーブと、Mo又はNbポールワイヤとが、一緒に溶接されることを特徴とする請求項１２に記載のセラミック放電ランプ。

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