JP4064467B2 - Ｕｖ増強装置付き高圧放電電球 - Google Patents

Description

本発明は、ランプキャップを具える外囲バルブによって包囲された放電管を有する高圧放電電球に関し、より具体的には、外囲バルブと放電管との間の介在空間に配置された起動補助装置を具える電球に関する。
起動補助装置を具える高圧放電電球、より具体的には、メタルハライド電球が既知である。このような電球は、例えば一般の屋内照明、一般の屋外照明、画像イルミネーション等の種々の用途に適している。既知の電球の放電管は一般的には石英ガラスで作られている。このほか、この容器はセラミック材料で作られることもある。この明細書及び請求項において、セラミック材料とは、例えばＡｌ₂Ｏ₃又はＹＡＧのような高密度焼結多結晶金属酸化物、及び例えばＡｌＮのような高密度焼結多結晶金属窒化物を指すものと理解されたい。
メタルハライド電球の既知の問題点は、点弧時間のばらつきが比較的大きいことである。この問題は、電球充填剤中に陰性のヨウ素が存在することによる自由電子の欠乏から発生する。この分野では、この問題を解決するためのいくつかの方法が知られている。例えば、放電管中に少量の⁸⁵Ｋｒを加えることによってこの欠乏を補うことができる。充填剤としての⁸⁵Ｋｒの欠点は、放射性物質であることである。
このほか、メタルハライド電球においては、点弧を促進するためにＵＶ増強装置のような点弧補助装置が用いられる。ＵＶ増強装置は、一般的には放電管に隣接して配置される小さい放電管であり、これは紫外線源として作用する。このようなＵＶ増強装置は、Zaslavsky等の米国特許第4,818,915号明細書に開示されている。このＵＶ増強装置は、ＵＶ透過性の石英材料からなる外装を有する。ＵＶ増強装置はブレークダウンの際に約253.7nm以下の紫外線を発生する。この紫外線放射の影響により、放電管中に自由電子が発生し、これが電球の点弧を著しく促進する。
既知の電球において、５ｋＶ程度の点弧電圧パルスが有用であり且つ許容される場合には、石英ＵＶ増強装置の使用により電球の点弧が改善される。しかしながら、実際に起きる多くの環境の下において、点灯電圧パルスは実質的に３kVのレベルを超えないようにすることが望まれ、さらには必要とされる。これに加えて、このようなＵＶ増強装置の製造及びドージングは、複雑且つ高価である。
他の起動補助装置は、本発明と同一出願人による同時に係属しているＰＣＴ特許出願IB97/00683号から既知である。ここで開示された電球は、ＵＶ増強装置の壁面がセラミック材料で構成されていることを特徴とする。点弧パルスの印加の際のブレークダウンの確率は、増強装置の壁部中のセラミック材料の存在により、ＵＶ増強装置中及び放電管中の双方で著しく上昇する。ブレークダウンの確率が増加することにより、信頼性のある電球点灯のために必要な最小点弧パルス値が低くなる。
上述の電球においては、上記のように、ＵＶ増強装置の使用により点弧特性が改善される。しかしながら、完全なセラミック増強装置自体を製造するのに、高価な部品及び材料を使用したり、製造工程を増やしたりする必要がある場合もある。上述の電球においては、ＵＶ増強装置は、中空円筒状に押し出し成形した後必要な半透光性及び気密性が得られるよう焼結したセラミック材料から構成されている。石英とは異なり、セラミック材料は焼結した後では軟化せず再加工できない。充填剤が封入されるようにするために円筒部材の開口端部を封止する必要がある。このため、追加の部分即ち端部プラグが必要になる。ＵＶ増強装置の管の端部を封止するためには追加の製造（又は処理）工程が必要になる。従って、必要とする材料及び製造工程を減らすことにより、電球の処理及び製造を改善することが望まれる。
小さい電球にＵＶ増強装置を使用することが望ましい。しかしながら、小さい複数の個々の部品を必要とする構成により、小型化が困難である。従って、この観点から、簡易な構成の起動補助装置が求められている。
封止部の完全性が、一般的に、ＵＶ増強装置並びに電球の有効性及び寿命に重大な影響を与える。異なる熱膨張性及び耐久性を持つ異なる材料の利用は、電球の性能を低下させるおそれがある。従って、簡易な構成で封止の完全性を改善することが望まれる。
本発明は、上記の問題を解決するための手段を提供することを目的とする。放電管と、この放電管を包囲するとともに当該放電管との間の空間を画成する外囲バルブと、外囲バルブと放電管との間の空間に位置しているＵＶ増強装置であって、セラミック材料製の壁部及び内部電極を有し端部が圧接封止部により封止されている新規な高圧放電電球を開示する。高圧放電電球は、希ガス、水銀及び金属ハロゲン化物を含む放電管を有するメタルハライド電球とすることが望ましい。ＵＶ増強装置のセラミック壁部は、高密度焼結多結晶Ａｌ₂Ｏ₃から形成することができる。
好ましい実施例においては、圧接封止部をＵＶ増強装置の内部電極から離れた端部に位置させる。
他の好ましい実施例においては、圧接封止部をＵＶ増強装置の電極に隣接する端部に位置させる。
ＵＶ増強装置には希ガス充填剤を封入することもできる。好ましい実施例における希ガス充填剤はアルゴンとする。希ガス充填剤の充填圧力は、30mbar〜１２００ｍｂａｒ（１ｂａｒ＝１０^-5Ｐａ）の間の圧力である。
イオン化可能な充填剤及び一対の電気導体を有する放電管であって、これら電気導体のそれぞれの第１端部が前記放電管内に封止されている当該放電管と、ランプキャップと、前記電気導体のそれぞれの第２端部及び前記ランプキャップ間の電気接続部とを設けるステップを有する高圧放電電球の製造方法を開示する。セラミック材料の中空部材を押し出し成形する。この中空部材の第１端部を封止し、この中空部材を加熱して硬化させる。電極をこの中空部材に挿入し、この中空部材にイオン化可能な充填剤を封入して第２端部を封止しＵＶ増強装置を形成する。前記電極から前記電気導体に電気接続を行い、前記放電管、前記ＵＶ増強装置及び前記電気導体部分を外囲バルブ中に封入する。
必要な部品及び材料が少なくてすむＵＶ増強装置を具える電球を提供することが本発明の目的である。
完全性の高い封止部を有するＵＶ増強装置を具える電球を提供することが本発明の目的である。
本発明による電球のこれら及び他の特徴は、以下に開示する本発明の詳細な説明により、当業者にとって更に容易に明らかとなろう。
本発明の電球の種々の実施例を、図面（実際の大きさとは異なる）を参照して更に詳細に説明する。
図１は、本発明の高圧放電電球の好ましい実施例の全体を参照番号10で示す図である。電球10は、外囲バルブ14によって包囲された放電管12を有し、この外囲バルブ14は、放電管12と外囲バルブ14との間の内部空間16を規定している。放電管12は、水銀及び金属ハロゲン化物のような既知のイオン化可能封入物を含む。電球10は更に、外囲バルブ14の一端に位置するランプキャップ18を有する。第１電流供給導体20は、ランプキャップ18と放電管12の内部電極22との間の電気接続を形成する。同様に、第２電流供給導体24は、ランプキャップ18と放電管12の内部電極26との間の電気接続を形成する。
ＵＶ増強装置28は外囲バルブ14と放電管12との間の内部空間16内に位置する。リードスルー導体30が、一端で電流供給導体24に接続され、他端でＵＶ増強装置28の電極31に接続される。電極31及びリードスルー導体30を一つの一体化された部材として製造することを想定している。ＵＶ増強装置28は、電流供給導体20に対して、それらの間に容量結合が達成される位置に配置される。
本発明により、迅速に且つ信頼性のある点灯を促進するために、ＵＶ増強装置28が放電管から極めて近い距離に配置されなければならない。このことは、図１に示すように、例えば、ＵＶ増強装置を放電管と平行に且つ放電管から距離ｄの位置に配置することによって可能である。このような配置において、距離ｄは10mm以下にすることが好ましい。ＵＶ増強装置の他の好ましい配置は、図２に示すように、放電管の長軸に対してある角度（例えば45°）をもってリードスルー導体に隣接する電極の背後の位置に配置することである。ＵＶ増強装置を放電管からこのような小さい距離に配置するためには、ＵＶ増強装置の壁部の耐熱性を極めて良好なものとする必要である。特に電球がセラミックの放電管を具える場合には、電球の点灯中にはＵＶ増強装置の壁部の温度は長時間に亘り600℃を超える。
図３ＡはＵＶ増強装置28の細部を示す。ＵＶ増強装置28は、キャビティ34の外囲を形成し、下記のように、ＵＶ増強装置28の放電空間を形成する壁部32を有する。壁部32の端部33は、気密キャビティ34中に電極31を導入するための構成を有する。電極31はキャビティ34中に導入される。端部33の付近では、電極31の周りに気密封止が行われる。好ましい実施例においては、電極31はＮｂで作られる。これに代えて、電極31を、キャビティ34中でＷ（タングステン）端部を持つＮｂロッドとして形成することも考えられる。
ＵＶ増強装置28の壁部32はセラミック材料で構成する。ＵＶ増強装置28の好ましい実施例においては、壁部32は、高密度焼結多結晶Ａｌ₂Ｏ₃で構成する。壁部32は、このセラミック材料からなる単一の円筒片から構成し、その端部に圧接封止部38を有するようにするのが好ましい。この圧接封止部38は、セラミック材料の気密接合が得られるいかなる壁部のピンチ、クリンプ又は融着によるものも含むものである。この封止部38には他の端部キャップ又は封止材料を用いないのが好ましい。圧接封止部38は、セラミックが、焼結又は他の熱処理又は硬化処理の前の「グリーン」状態にある間に適用することが好ましい。好ましい実施例においては、封止部は内部電極31から離れた端部に位置する。
封入物として希ガスとＨｇとの組合せを用いることが好適であることが見出されているが、ＵＶ増強装置はキャビティ34中に希ガス充填剤を有することが好ましい。殊にＮｅが適している。Ａｒは充填剤として特に適していることを確かめた。充填剤の圧力は、ブレークダウン電圧が最小になるように選択することが望ましい。この封入圧力は、実験により容易に決定することができる。この分野で既知のパッシェン曲線によって適正な近似を行うことができる。更に、ペニング混合物の形態の希ガス混合物も好ましい。
希ガス充填剤の主な利点は、ＵＶ増強装置の製造工程において、放射性物質（⁸⁵Ｋｒ）だけでなく、重金属（Ｈｇ）の使用をも回避できることである。驚くべきことに、ブレークダウンの際には希ガス充填剤中に、ランプの点弧を著しく促進する程度の量の自由電子が発生する。
好ましい実施例によれば、ＵＶ増強装置28は、外部長さ25mm、外径2.6mm、内径0.78mm、最大内部長さ4mmである。Ｎｂ電極31は直径0.71mmである。ＵＶ増強装置は圧力133.5mbarのＡｒを含む。封入圧力は30mbarと1200mbarとの間にあることが望ましい。これに対して、市販されている石英製又は石英ガラス製のＵＶ増強装置は、外部長さが25mm、外径が5mmであることに注意すべきである。
ＵＶ増強装置28は種々の方法のうちの一つで製造される。セラミック材料を、代表的には30インチ（１インチ＝２．５４ｃｍ）の長さの円筒形に押し出す。この押し出し成形の間、セラミック材料は「グリーン」状態にあるものと考えられる。押し出したセラミック部材をその長さに沿って種々の点で互いにクリンプし、ピンチし、接合する。クリンプする間隔はＵＶ増強装置の長さのほぼ２倍に相当する。続いて、このセラミック部材を、各クリンプ又はピンチの位置で切断する。このようにして、ＵＶ増強装置に必要な長さの２倍の長さを持ち、両端がクリンプされた複数の部材が作られる。次に、これらの部材を1200℃を超える温度で予焼結して材料の密度を増大させ、メチルセルロースのようなバインダー材料をバーンアウトさせる。
次に、例えばダイヤモンド鋸によって各部材を半分に切断する。これにより第１端部が封止され第２端部が開口している二つのＵＶ増強装置を製造する。次に、これらＵＶ増強装置を、所定の時間にわたって水中でタンブル処理し、キャビティ内側からゴミを洗い出す。次に、これらＵＶ増強装置を乾燥させる。次に、これらＵＶ増強装置を高温焼結炉（1850℃）に入れ、透光性になるまで焼結する。
焼結の後、電極31をＵＶ増強装置28に挿入する。例えば、ニオブ線を所要の長さにクリンプしてＵＶ増強装置内に挿入する。フリットリング36を電極31上に配置しＵＶ増強装置28の端部33上に休止させる。ＵＶ増強装置28、電極31及びフリットリング36からなるアセンブリをアセンブリホルダー上に置き、高温炉（1400℃）中に入れる。フリットリング36が溶融して電極31とＵＶ増強装置の壁部32との間に気密封止を形成する封止温度に達する直前に炉をＡｒにより加圧する。このようにして、Ａｒをおよそ33mbarの圧力でキャビティ34中に封入することができる。
これに代えて、ＵＶ増強装置28を、例えばＮｅのような他の希ガスで満たすことも考えられる。更に他の実施例においては、上述のように、ＨｇはＵＶ増強装置が起動補助装置として作用するためには不要であるとしても、ＵＶ増強装置の充填剤として希ガスとＨｇとの組合せを用いることができる。
一連の電球を点弧試験の対象とした。電球は70ワットＣＤＭ電球であり、イグナイタ回路を具えるスタビライザバラストを介して120Vの電圧の電圧源に接続した。これらの電球は、金属ハロゲン化物を含む充填剤を有するセラミック放電管を具える。電球の動作中、放電管のセラミック材料は800℃〜1000℃の温度に達する。イグナイタ回路はＶｅｌｏｎｅｘ社のパルス発生器を含む。この起動装置は、高圧放電電球の点弧試験に広く用いられており、ある範囲の高さ及び幅を持つ点弧パルスを供給する。
この一連の電球のうちの複数の電球は上述の実施例のセラミックＵＶ増強装置を具えている。他のグループの電球はＡｒ及びＨｇの充填剤を有する既知の石英ＵＶ増強装置を具えている。
この試験の結果を図４及び５に示す。平均起動電圧は図４に示されている。石英ＵＶ増強装置の平均起動電圧200（逆三角形）は、本発明のセラミックＵＶ増強装置の平均起動電圧202と同等である。しかしながら、図５から明らかなように、最大起動電圧については、既知の石英ＵＶ増強装置の起動電圧が大きくばらついていることを示している。本発明のセラミックＵＶ増強装置の最大起動電圧204は、既知の石英ＵＶ増強装置の最大起動電圧206よりほぼ500V低い。更に、既知の石英ＵＶ増強装置の一つが動作時間40時間で電球を起動しなくなり、同様に既知の石英ＵＶ増強装置の一つが動作時間100時間で電球を起動しなくなった。
本発明の他の実施例として開示されているＵＶ増強装置128は、図３Ｂに示されるように、電極131に隣接する圧接封止部を具える。セラミック材料は、実質的にＵＶ増強装置28に関して上述したのと同様に押し出し成形される。この実施例によれば、電極131は、セラミック材料が「グリーン」状態の時にＵＶ増強装置128の一端に隣接して挿入する。セラミック材料に対してクリンプ又はピンチ処理を行いセラミック壁部132と電極131との間の封止部を形成する。ＵＶ増強装置128及び電極131は、実質的に上述したのと同様にして焼結し、気密封止部138を形成する。このような構成によれば、他の部品又は封止材料を必要としない。
上述の実施例について種々の変更が可能であることが理解されるべきである。従って、上述の説明は制限する意味に解釈されてはならず、単に好ましい実施例の例示として解釈されるべきである。当業者には、添付された請求項の範囲及び精神を逸脱せずに他の変更が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による電球の側面図である。
図２は、電球の放電管に対するＵＶ増強装置の位置を示す線図である。
図３Ａは、図１の電球のＵＶ増強装置を詳細に示す断面図である。
図３Ｂは、本発明の他の実施例におけるＵＶ増強装置の断面図である。
図４は、既知の電球及び本発明による電球についての平均起動パルスを示すグラフである。
図５は、既知の電球及び本発明による電球についての最大起動パルスを示すグラフである。

Claims (9)

1. 高圧放電電球であって、
   （ａ）放電管と、
   （ｂ）該放電管を包囲するとともに該放電管との間に介在空間を画定する外方エンベロープと、
   （ｃ）前記介在空間内に配置されたＵＶ増強装置であって、セラミック材料から構成された中空部材と、該中空部材の端から挿入された内部電極とを備え、前記中空部材の少なくとも一方の端部が圧接封止部によって封止されているＵＶ増強装置と、を備えている、
   ことを特徴とする高圧放電電球。
2. 前記圧接封止部が、前記ＵＶ増強装置の前記内部電極から離れた端部に位置している、
   請求項１に記載の高圧放電電球。
3. 前記圧接封止部が、前記ＵＶ増強装置の前記内部電極に隣接する端部に位置する、
   請求項１又は２に記載の高圧放電電球。
4. 前記ＵＶ増強装置の前記中空部材が高密度焼結多結晶Ａｌ₂Ｏ₃から構成されている、
   請求項１、２又は３に記載の高圧放電電球。
5. 前記ＵＶ増強装置が希ガス充填剤を有する、
   請求項１、２、３又は４に記載の高圧放電電球。
6. 前記希ガス充填剤がアルゴンである、
   請求項５に記載の高圧放電電球。
7. 前記希ガス充填剤の充填圧力が30mbar〜1200mbarの間の圧力である、
   請求項６に記載の高圧放電電球。
8. 前記放電管が水銀、金属ハロゲン化物及び希ガスを含む、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高圧放電電球。
9. ａ）イオン化可能な充填剤及び一対の電気導体を有する放電管であって、これら電気導体のそれぞれの第１端部が前記放電管内に封止されている当該放電管と、ランプキャップと、前記電気導体のそれぞれの第２端部及び前記ランプキャップ間の電気接続部とを設けるステップと、
   ｂ）セラミック材料の中空部材を押し出し成形するステップと、
   ｃ）前記中空部材の第１端部を封止するステップと、
   ｄ）前記中空部材を加熱して硬化状態にするステップと、
   ｅ）前記中空部材に電極を挿入するステップと、
   ｆ）前記中空部材にイオン化可能な充填剤を封入してこの中空部材の第２端部を封止しＵＶ増強装置を形成するステップと、
   ｇ）前記電極から前記電気導体への電気接続部を設けるステップと、
   ｈ）前記放電管、前記ＵＶ増強装置及び前記電気導体を外方エンベロープ中に封入するステップと、を含む、
   ことを特徴とする高圧放電電球の製造方法。

Images