JP4599359B2 - 高圧放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、高圧放電ランプに関する。

35Wから150Wまでの範囲の高圧放電ランプが、照明小売用途(lighting retail applications)において優勢になっている。より低いルーメンパッケージ(lower-lumen packages)及び／又はより低いワット数に向けての範囲拡大に向けて肯定的な状況を作る傾向が現れている。例えば、領域を照らす代わりに光を商品に集中させる高級品店においては、より低い光源レベルが用いられている。市場のエンドユーザは、均一な品質の光にますます興味を持つようになり、低ルーメンパッケージ及びアクセント照明のためにハロゲンランプを用いる代わりに高圧放電ランプを用いることを好むであろう。

一般に、冒頭の段落において言及されている種類の高圧放電ランプは、セラミック壁部を備える放電容器を持つか、又は石英ガラス放電容器を持つ。このような高圧放電ランプは、実際には広く用いられており、有利な色特性と高い発光効率とを兼ね備える。前記ランプの放電容器は、水銀及び希ガス充填物の他に１つ又は幾つかの金属ハロゲン化物を収容する。

本願明細書及び特許請求の範囲における放電容器のセラミック壁部は、単結晶金属酸化物（例えばサファイア）、半透明高密度焼結多結晶金属酸化物（例えばAl₂O₃、YAG）及び半透明高密度焼結多結晶金属窒化物（例えばAlN）といった材料のうちの１つのから作成された壁部であると理解されたい。

冒頭の段落において言及されている種類のランプは、特開平４−２０３５の英語の要約から既知である。この既知の放電ランプは、放電容器と、絶縁材料製の口金から突き出るように取り付けられ、放電容器を支持する電流供給導体とを有する。一方の端部が開いている外側エンベロープ又は外側バルブが、口金に取り付けられ、放電容器及び電流供給導体を取り囲む。

この既知の放電ランプの不利な点は、寿命末期(end of life)（EOL）において、ランプ内の充填圧の増大が、グロー放電の発生を可能にすることにある。このようなグロー放電は、延長される期間（例えば数百時間）の間維持され得る。このグロー放電は、放電容器のそばを走る接続導体のスパッタリングを引き起こし、口金の周りにミラーをもたらすことがあり、これは、高圧放電ランプが、急激に過熱し、しばしば放電ランプの配線及び外側エンベロープの安全材料制約のための温度を越え得る所謂白熱モードを引き起こし得る。

本発明の目的は、上記の不利な点を完全に又は部分的に取り除くことにある。

本発明によれば、この目的のための冒頭の段落において言及されている種類の高圧放電ランプは、
外側エンベロープであって、該外側エンベロープ内に放電容器が長手方向軸の周りに配設され、前記放電容器が、イオン化可能な充填物を具備する放電空間をガス密なように取り囲み、前記放電容器が、互いに対向する第１及び第２首状部を持ち、第１及び第２電流供給導体が、各々、前記第１及び第２首状部を通って、前記放電空間内に配設される一対の電極まで延在する外側エンベロープと、
前記第１及び第２電流供給導体を介して前記放電容器を支持する電気絶縁材料製の口金であって、各々前記第１及び第２電流供給導体に接続される第１及び第２接点部材を具備する口金とを有し、
前記口金及び／又は前記第１接点部材及び／又は前記第２接点部材が寿命終了装置(end-of-life device)として機能する。

本発明によれば、前記口金、前記第１接点部材及び／又は前記第２接点部材が、前記高圧放電ランプの寿命終了プロセスにおいてヒューズとしての機能を果たす。前記第１接点部材と前記第２接点部材との間のアーク放電は、前記口金において応力を誘発する。前記口金は、前記アーク放電によって誘発される前記応力下で融解し始める又は割れ始める。前記口金の劣化(deterioration)が、上記の白熱モードを防止する。

本発明による高圧放電ランプの好ましい実施例は、前記口金が、軟質ガラス、硬質ガラス又はセラミック材料から作成されることを特徴とする。好ましくは、前記口金は軟質ガラス製である。軟質ガラスは、低い軟化点を持ち、熱衝撃に比較的敏感であるという有利な特性を持つ。前記白熱モードが生じる場合、軟質ガラス製の前記口金は、過大な温度に達する前に変形し、割れるであろう。

好ましくは、前記口金は、余分な光を有用なビーム角において反射するように白っぽく着色され、これは、前記ランプの視感度効率を効果的に高める。好ましくは、前記口金は平板状である。

本発明による高圧放電ランプの好ましい実施例は、前記第１接点部材及び前記第２接点部材が、（予め）酸化された ((pre-)oxidized)ニッケル−鉄−クロム材料から作成されることを特徴とする。このような材料は、軟質ガラス製の口金板(base
plate)との良好な温度整合(thermal match)を供給する。好ましくは、前記第１接点部材及び前記第２接点部材は、vacovitなどのNiFeCr合金から作成される。

本発明による高圧放電ランプの好ましい実施例は、前記口金が、前記外側エンベロープを支持し、前記外側エンベロープが、前記第１及び第２電流供給導体を取り囲み、前記口金にガス密なように接続されることを特徴とする。前記外側エンベロープ又は外側バルブ内の雰囲気を制御が、前記電流供給導体を酸化から十分に保護する。前記外側エンベロープ内の雰囲気の制御によって、とりわけ酸素などの酸化剤がない気密環境の供給又は該外側エンベロープの真空化がもたらされる。他の例においては、前記外側エンベロープ内の雰囲気の制御は、該外側エンベロープ内の雰囲気を制御するために該外側エンベロープ内に手段が設けられることを除外しない。本発明の実施例においては、前記外側エンベロープに、例えば少ない比率の酸素を含む窒素ガスが充填される。前記電流供給導体の酸化の制御は、該電流供給導体を相対的に前記放電容器の近くに配置することを可能にする。通常は、前記電流供給導体の酸化を低減するためにプレスシール（press seals）及び／又はチップオフ（石英）管状部(tipped-off
(quartz) tubulations)が設けられ、これが、大きく、長い高圧放電ランプをもたらす。石英放電容器の場合は、前記プレスシール及び電流供給導体は、好ましくは、空気中の動作によって所望の寿命を達成するような寸法にされる。ニオブ電流供給導体と共にセラミック放電容器において用いられるニオブは、該放電容器の動作温度において非常に急速に酸化し、前記高圧放電ランプの非常に限られた寿命をもたらす。

好ましくは、前記第１接点部材及び前記第２接点部材は、前記外側エンベロープから出る。前記口金内の前記第１接点部材は、前記第１電流供給導体に接続される。前記口金内の前記第２接点部材は、前記放電容器のそばを走る接続導体を介して前記第２電流供給導体に接続される。前記第１接点部材及び前記第２接点部材は、前記放電容器接続の機械的支持を供給し、且つ該放電容器内の前記電極と前記高圧放電ランプの外部との間の電気的接点を供給する。

前記外側エンベロープ内の雰囲気の制御は、単純化されたコンパクトな高圧放電ランプを製造することを可能にする。とりわけ、前記高圧放電ランプの長さは著しく短くされ得る。この目的のため、前記高圧放電ランプの好ましい実施例は、前記長手方向軸に沿った該高圧放電ランプの高さh_dlに対する前記電極間の距離d_eの比が、

という範囲内にあることを特徴とする。

本発明のこの実施例によれば、前記長手方向軸に沿った前記高圧放電ランプの高さh_dlは、前記電極間の距離d_eが略々1mmから略々10mmまでである場合は略々50mmより小さくなり得る。

本発明による高圧放電ランプの好ましい実施例は、前記外側エンベロープを真空にするための排気管が前記口金又は前記外側エンベロープ内に設けられることを特徴とする。これは、前記放電容器及び前記外側エンベロープが前記高圧放電ランプの前記口金上に取り付けられた後に該外側エンベロープが前記排気管を介して真空にされ得るという利点を持つ。他の好ましい実施例においては、前記排気管が、前記ランプの前記放電容器の電流供給導体に対するフィードスルー素子(feed-through element)も形成する。これは、ランプ構造がより単純であるという利点を持つ。

前記ランプは、高い寸法精度で製造され得る。前記口金が、前記放電容器から離れる方を向いている表面において平坦である場合に有利である。この表面は、（ランプ）ホルダ、例えば担持体に対して取り付けられることがあり、従って、前記放電容器の位置のための基準としての機能を果たすのに適当な表面である。

本発明による高圧放電ランプの好ましい実施例は、前記外側エンベロープがエナメルによって前記口金に固定されることを特徴とする。好ましくは、前記エナメルは予め成形されたリングの形態で設けられる。予め成形されたリングを用いることで、前記高圧放電ランプの製造をかなり単純にすることが出来る。

本発明による高圧放電ランプは、該ランプが動作中である場合に、前記放電容器が、光学的に非常にコンパクトな見掛けの寸法(virtual dimension)を持つという利点を持ち、これは、前記ランプをコンパクトな照明器具における使用に非常に適するようにする。本発明による高圧放電ランプの前記口金の特別な構造のため、該放電ランプは、反射器内での使用に非常に適している。前記口金板に対する前記放電容器の相対的に高精度な位置決め及び該口金板の良好な寸法再現性は、異なるクリックフィット接続部(click-fit
connection)を備える組立体におけるそれの使用を可能にする。

図面及び多くの実施例を参照して以下に本発明をより詳細に説明する。

図は、単に概略的なものであって、縮尺通りには描かれていない。幾つかの寸法は、理解しやすいようにとりわけ強く誇張されている。これらの図においては、同等の構成要素には可能な限り同じ参照符号が付与されている。

図１Ａは、本発明による高圧放電ランプの完成予想図を示している。図１Ｂは、図１Ａに示されているような高圧放電ランプの断面を概略的に示している。高圧放電ランプは、長手方向軸２２の周りに配設される放電容器１１を有する。放電容器１１は、水銀、金属ハロゲン化物及び希ガスを含むイオン化可能な充填物を具備する放電空間１３をガス密なように取り囲む。図１Ａ及び１Ｂの例においては、放電容器１１は、第１首状部２及び対向する第２首状部３を持ち、第１電流供給導体４及び第２電流供給導体５が、各々、前記第１首状部２及び前記対向する第２首状部３を通って、一対の電極６、７まで延在し、前記電極６、７は放電空間１３内に配設される。前記高圧放電ランプは、更に、電気絶縁材料から作成される口金８を具備する。口金８は、第１電流供給導体４及び第２電流供給導体５を介して放電容器１１を支持する。口金８は、外側バルブ又は外側エンベロープ１も支持する。図１Ａ及び１Ｂの例においては、口金８に、第１電流供給導体４に接続される第１接点部材１４が設けられる。更に、口金８には、放電容器１１のそばを走る接続導体１６を介して第２供給導体５に接続される第２接点部材が設けられる。

本発明によれば、口金８並びに第１及び／又は第２接点部材１４、１５は、寿命終了装置として機能する。口金８並びに第１及び／又は第２接点部材１４、１５は、高圧放電ランプの寿命終了プロセスにおいてヒューズとしての機能を果たす。第１及び第２接点部材１４、１５の間のアーク放電は、口金８において応力を誘発する。口金８は、アーク放電によって誘発される応力下で融解し始める又は割れ始める。口金８の劣化は、所謂白熱モードを防止する。

他の実施例においては、少なくとも１つの接点部材が、口金内のフィードスルー管によって形成され、電流供給導体のうちの１つが前記フィードスルー管において固定されることを可能にする。他の例においては、口金内に２つのフィードスルー管が設けられてもよい。これらのフィードスルー管における固定は、抵抗溶接、レーザ溶接又は圧着によって行なわれ得る。接点部材の代わりにフィードスルー管を使用する利点は、高圧放電ランプの長手方向軸における放電容器の位置決めにおいてより大きな自由が得られることにある。これは、高圧放電ランプの外側エンベロープ内の放電容器の正確な位置決めを更に改善し得る。

好ましくは、口金８は、焼結体、好ましくは、セラミック焼結体として供給される。好ましくは、口金８は平板状である。口金８は、高い寸法精度で製造され得る。口金８は、明るい色、例えば白又は薄灰色で作成され得るという付加的な利点を持つ。明るい色を持つ材料を使用することで、放電容器１１によって発せられる光は、有用なビーム角において反射され、その結果、高圧放電ランプの全体的な効率又は照明器具の効率を高めるであろう。それにより、口金８に入射する光が反射器によって形成されるべき光ビームから失われることが防止される。更に、口金８が、放電容器１１から離れる方を向いている平坦な平面の表面を持つ場合有利である。この表面は、（ランプ）ホルダ、例えば担持体、例えば反射器に対して取り付けられることがあり、従って、放電容器１１の位置決めのための基準としての機能を果たすのに適当な表面である。別の有利な実施例においては、口金８の、放電容器に面する表面は、中央隆起部を持ち、前記中央隆起部は、高圧放電ランプの製造中に口金８に対して放電容器１１及びエナメルリングを中央に置くのに役立つ。

好ましくは、外側エンベロープ１は、ガス密なように口金８に接続される。外側エンベロープ１内の雰囲気の制御は、電流供給導体４、５を酸化から十分に保護する。電流供給導体４、５の酸化が防止されるので、電流供給導体４、５は、相対的に放電容器１１の近くに配置され得る。外側エンベロープ内の雰囲気の制御は、プレスシール及び／又はチップオフ（石英）管状部を冗長なものにし、単純化されたコンパクトな高圧放電ランプをもたらす。好ましくは、外側エンベロープ１を真空にするための排気管１８が、口金８内に設けられる。この方法においては、放電容器１１及び外側エンベロープ１が高圧放電ランプの口金８上に取り付けられた後に排気管１８を介して外側エンベロープ１が真空にされ得る。真空にされ、必要に応じて外側エンベロープ１内に所望の雰囲気が供給された後、排気管１８は密封される。好ましくは、不純物を吸収するために、ゲッタ、例えば水／水素／酸素の混合物が外側エンベロープ内で用いられる。口金８内の排気管１８が金属又はNiFeCr合金から作成される場合に有利である。

好ましくは、外側エンベロープ１は、石英ガラス、硬質ガラス又は軟質ガラスから作成される。外側エンベロープ１は、好ましくは、（ガラス）フリットのエナメルによって口金８に固定される。エナメルが、予め成形されたリングの形態で供給される場合には有利である。このような予め成形されたリングの使用は、高圧放電ランプの製造中の放電容器１１の位置決めの精度をかなり改善する。エナメルの選択は、外側エンベロープ１の材料及び口金８の材料に依存する。

図１Ａ及び１Ｂの例においては、実質的に円筒状の外側エンベロープ１が設けられている。図２は、本発明による高圧放電ランプの他の実施例を示している。図２の例においては、実質的に球状の外側エンベロープ１が設けられている。

図１Ａ、１Ｂ及び２の例においては、放電容器１１はセラミック材料から作成される。図２においては、密封された排気管１８’が外側エンベロープ１内に設けられている。外側エンベロープ内にガラス又は石英の管状部を設けることは、口金内の排気管が省かれ得ることを意味する。図３は、放電容器１１が石英から作成される本発明による高圧放電ランプの更に別の他の実施例を示している。この実施例においては、放電空間内のイオン化可能な充填物は、水銀、金属ハロゲン化物及び希ガスを含む。図３の例においては、外側エンベロープの一部が実質的に球形である。図４に示されている他の実施例においては、排気管１８が、電流供給導体４が固定されるフィードスルー管も形成する。

外側エンベロープ内の雰囲気の制御は、単純化されたコンパクトな高圧放電ランプが作成され得るという結果を生じる。とりわけ、高圧放電ランプの長さは著しく縮められ得る。この目的のため、高圧放電ランプの好ましい実施例は、長手方向軸に沿った高圧放電ランプの高さh_dlに対する電極間の距離d_eの比が、

という範囲内にあることを特徴とする。

本発明によれば、モジュール式カプセルランプ(modular capsule lamp)に基づく製品群のための構築要素として用いられ得る単純化されたランプ設計が供給される。放電容器１１は、口金板８にしっかりと接続される電流供給導体４、５において支持される。放電容器１１及び電流供給導体４、５は、制御された雰囲気下に保たれる外側エンベロープ１内に配置される。プレスシール及び／又はチップオフ（石英）管状部の除去は、コンパクトな高圧放電ランプをもたらす。好ましくは、高圧放電ランプの高さh_dlは、50mm以下、好ましくは40mm未満である。更に、高圧放電ランプのより制御された製造のために長手方向軸２２に対する放電容器１１の位置決めの問題は取り除かれ、更に、放電容器１１は、長手方向軸２２に対して直角の平面において正確に位置決めされ得る。

上記の実施例は、本発明を限定するものではなく例示するものであり、当業者は、添付されている特許請求の範囲から外れない多くの他の実施例を設計することが出来るであろうことに注意されたい。特許請求の範囲において、括弧内の如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」という動詞及びその語形変化の使用は、請求項内に記載されている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の単数形表記は、このような要素の複数の存在を除外しない。本発明は、幾つかの別個の素子を有するハードウェア、及び適当にプログラムされたコンピュータによって実施され得る。幾つかの手段を列挙している装置クレームにおいては、これらの手段の幾つかは、同一のハードウェア装置によって実施されてもよい。単に、或る方策が、互いに異なる従属項において列挙されているという事実は、これらの方策の組合せが有利に用いられ得ないことを示さない。

本発明による高圧放電ランプを概略的に示す。 図１Ａに示されているような高圧放電ランプの断面を示す。 本発明による高圧放電ランプの他の実施例を示す。 本発明による高圧放電ランプの別の他の実施例を示す。 本発明による高圧放電ランプの更に他の実施例を示す。

Claims (8)

1. 外側エンベロープと、
   前記外側エンベロープ内に長手方向軸の周りに配設され、イオン化可能な充填物を具備する放電空間をガス密なように取り囲む放電容器であって、互いに対向する第１及び第２首状部を持つ放電容器と、
   前記第１及び第２首状部をそれぞれ通って、前記放電空間内に配設される一対の電極まで延在する第１及び第２電流供給導体と、
   前記第１及び第２電流供給導体を介して前記放電容器を支持する電気絶縁材料製の口金であって、各々前記第１及び第２電流供給導体に接続される第１及び第２接点部材を具備する口金とを有する高圧放電ランプであって、
   前記口金が、当該高圧放電ランプの寿命終了プロセスにおける前記第１接点部材と前記第２接点部材との間のアーク放電によって融解し始めるか又は割れ始める軟質ガラスで作られる高圧放電ランプ。
2. 前記第１接点部材及び前記第２接点部材が、酸化されたニッケル−鉄−クロム材料から作成されることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 前記第１接点部材及び前記第２接点部材が、NiFeCr合金から作成されることを特徴とする請求項２に記載の高圧放電ランプ。
4. 前記口金が前記外側エンベロープを支持し、前記外側エンベロープが前記第１及び第２電流供給導体を取り囲み、前記外側エンベロープが前記口金にガス密なように接続されることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
5. 前記第１接点部材及び前記第２接点部材が前記外側エンベロープから出ていることを特徴とする請求項４に記載の高圧放電ランプ。
6. 前記外側エンベロープを真空にするための排気管が、前記口金又は前記外側エンベロープ内に設けられることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
7. 前記口金内の前記排気管が、金属又はNiFeCr合金から作成されることを特徴とする請求項６に記載の高圧放電ランプ。
8. 前記長手方向軸に沿った前記高圧放電ランプの高さh_dlに対する前記電極間の距離d_eの比が、
   

   

   という範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。

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