JP4705332B2 - メタルハライドランプ用セラミック発光管、及びシュラウドなしのメタルハライドランプ - Google Patents

Description

本発明は、アーク放電ランプ、殊にメタルハライドランプに関する。更に有利に、本発明は、低圧で（即ち約１．５気圧、従ってシュラウドなしでの運転が可能である）、かつ最少量の水銀を用いて運転し、使用済みのランプを従来通りに埋立てることのできるメタルハライドランプに関する。

アーク放電ランプの多くは元素水銀を含む。ランプの運転中、多少の元素水銀を水溶性の塩又は化合物、例えば酸化水銀（ＨｇＯ）に変換する化学反応が生じる。蛍光ランプの廃棄から生じる廃棄物流が、過剰量の水銀（Ｈｇ）の前記の可溶性の形で環境へと浸出することが益々懸念されている。放電ランプの廃棄から生じる廃棄物流から浸出し得る可溶性水銀の量の受容可能な測定法は毒性特性浸出法(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)（ＴＣＬＰ）に記載されており、Federal Register 1990年6月29日発行の第55巻、第126番、第26987 - 26998頁に規定されている。試験すべきランプを、材料１グラム当たりの表面積が３．１ｃｍ^２以上であるか、又は最も狭い寸法において１ｃｍ未満の粒径を有する顆粒へと粉砕する。その後、この顆粒を、約４．９のｐＨ及びこの顆粒の２０倍の質量を有する酢酸ナトリウム緩衝溶液にさらす。その後、この緩衝溶液を抽出し、水銀の濃度を測定する。現在、米国環境保護庁（ＥＰＡ）は、ＴＣＬＰを適用した場合、水銀の最高濃度レベルを、浸出流体１リットル当たりの浸出し得る水銀０．２ミリグラムと定めている。公知技術水準によれば、ＴＣＬＰを使用した結果、浸出し得る水銀が１リットル当たり０．２ミリグラム未満である場合には、アーク放電ランプは非毒性（従って従来通りに埋立てが可能）であるとされている。容認可能な限度を上回る浸出し得る水銀濃度を有するランプは、特に認可された廃棄操作により廃棄されねばならない。廃棄操作者は、ＥＰＡの限界内にないランプに対して廃棄料を課す。従って顧客はこのようなランプを廃棄するために追加料金を支払わねばならない。アーク放電ランプの顧客は一般に、水銀レベルに関する廃棄問題への対処を望んでおらず、従ってＴＣＬＰ基準に適合するランプのみを指定する顧客もいる。

更に、一般にメタルハライドランプとして設計された放電ランプは高圧（即ち８気圧まで）で運転する発光管をしばしば有しており、かつこの発光管に欠陥が生じた場合の保護を提供するために封止されている必要がある。このような封止は、通常、発光管を包囲する管状シュラウドを備えることにより達成される。運転可能である間、シュラウドはランプのコスト費用を上昇させる。

従って、本発明の対象の１つは公知技術水準の欠点を回避することである。

本発明のもう１つの対象は、アーク放電ランプの運転能力を向上させることである。

本発明のもう１つの対象は、低圧発光管を供給することによって、シュラウドを排除することによりアーク放電ランプのコストを削減することである。

更に、本発明の他の対象は、発光管を提供することによって、必要とされるＴＣＬＰ試験に合格し得るランプを提供することである。

本発明の別の更なる対象は、バラストの存在で運転する低圧ランプを提供することである。

前記対象は、本発明の１つの観点において、メタルハライドランプ用セラミック発光管を提供することにより達成される。発光管は中空中心部と反対端とを有する球状の本体を有しており；各反対端はそこから延びている円筒状の端子受容部を有している。球状の本体は＜５のアスペクト比、及び、平方単位で測定された１．５未満の内表面積に対する外表面積の比を有する。ここで使用した通り、用語”アスペクト比”とは、内径により分割されたアークチャンバの内のり長さを指す。

前記対象は、更に、本発明の他の観点において、気密封止された外側エンベロープ(outer envelope)から構成されたシュラウドなしのメタルハライドランプを提供することにより達成され、その際、前記の外側エンベロープは一端の口金内で終わっており、前記のメタルハライドランプは外側エンベロープ内に効果的に取付けられたセラミック発光管を有する。発光管は、端部を有する球状の本体と、各端部内で気密封止され、かつその内側及び外側へ延びている電極とから構成されており、その際、電極はランプの口金を介して電源へ効果的に接続可能である。球状の本体は５未満のアスペクト比、及び、平方単位で測定された１．５未満の内表面積に対する外表面積の比を有する。アーク発生及び持続媒体は球状の本体内に含まれており、この媒体は発光管が運転する際に特別な色の放射を生じさせるための添加物と、発光管が約１．５気圧又はそれ未満の圧力で運転できるのに十分な水銀量とを含む。

低運転圧により、発光管を保護するための内部シュラウドなしでランプを運転することが可能となり、５未満の低いアスペクト比により、ＴＣＬＰ試験に合格させるため、ランプのために充分に少量の水銀を用いてランプを運転することが可能となる。

本発明を、別の及び更なる目的、その利点及び機能と共に更に理解するために、図に関連して以下の開示及び請求項が参照される。

ここで、より優れた特殊性を有する図に関して、図１には、適当なセラミック材料、例えば多結晶アルミナから成る発光管１０が示されている。発光管１０は中空中心部１４と反対端１６、１８とを有する球状の本体１２を有する。前記の各端部はそこから延びている円筒状の端子受容部２０、２２を有する。中空中心部１４は内のり長さＡ及び内径Ｂを有しており、これは５未満のアスペクト比と、平方単位で測定された１．５未満の内表面積に対する外表面積の比とをもたらす。電極２４及び２６は端子受容部２０、２２内で気密封止されている。

口金３４内で終わっているエンベロープ３２を含む例示的なランプ３０の概略図を図２に示す。導入線３６、３８は口金３４へ適切に電気的に接続されており、かつエンベロープ３０の内側へ延びており、かつ発光管１０を支持し、この発光管１０は電極２４及び２６を介して適当な導入線へ電気的に接続されている。

本発明の特別な実施態様を、図３（水平運転に関して）及び図４（垂直運転に関して）に項目別に示す。特に図３に関して、それぞれ６２、５２及び４２ｍｍの内のり長さＡを有する３つの空洞径を有する３種のランプの出力を示す。それぞれの場合において内径Ｂは１２．５ｍｍであった。

図３及び４において、電力、電圧及び電流を二乗平均（ｒｍｓ）法により算出した；相関色温度（ＣＣＴ）はケルビン度であり；ＣＲＩとは演色評価数を示し；Ｘ及びＹはＩＣＩ線図（国際照明委員会）上での色座標を表し、これは特に英国及び欧州大陸において、ＣＩＥ（国際照明委員会）系又は線図としても公知である。

第１表に、前記のランプに関するアスペクト比及び表面積比、並びに壁負荷及び容積を示す。

全てのランプを約１．５気圧で運転した。この圧力で外部シュラウドは不必要であり、発光管のいかなる破裂もランプの外側エンベロープにより完全に阻止された。実際に、この運転圧力において、試験を目的としてでさえ、発光管の破壊を引き起こすことは極めて困難であった。

特別な色出力をもたらすために、各ランプは更に、当業者に公知であるような希土類ハロゲン化物の添加物混合物（並びに始動の目的のためにアルゴン５０トル）を含んでいた。５以下のアスペクト比を維持しながら前記の低圧で運転することは、金属添加物の偏析を低減し、かつ水平モードと垂直モードの双方において合理的な運転を提供するために特に重要である。アスペクト比を制御しない場合、低圧操作によって、通常、水平運転の場合には局所的に高い壁温度が生じ（アークの湾曲により生じる）、垂直運転の場合には大きな金属添加物の偏析が生じる。

このランプの低水銀、低圧運転に関する付加的な重要な要件は、発光管の丸み付けされた端部である。以前のセラミック発光管は一般に、円筒状の本体に”長方形の”端部を備えていた。本発明の発光管の丸み付けされた端部は、端部くぼみ(well)領域における温度勾配を低下させ、かつ色とＣＲＩの双方を改善する。実際の曲率が決定的でない場合、曲率は０を上回る、即ち非長方形でなければならず、実質的に発光管の半径に等しいことが好ましい。

低圧、低水銀及び良好な色反応といった目的を達成するために、運転圧、ランプ電圧及び発光管壁温度の間の平衡を維持しなければならない。この４００ワットランプは、磁気バラスト上で１００ボルトで運転するように設計されている。所望の１００ボルト及び低運転圧を達成するために、発光管の幾何学的寸法（発光管容積及びアークギャップ）と水銀量との間の平衡を得るためには、５未満、有利に３〜５のアスペクト比、及び４〜７ｍｇの水銀量が必要とされる。以前のメタルハライドランプは５０ｍｇを上回る水銀量を含んでいた。当然のことながらこのような公知技術水準のランプはＴＣＬＰの要求を満たすことができず、かつ寿命の終わりには別個の処理を必要とする。

従ってここでは、シュラウドなしで運転し、良好な演色を提供し、かつ水平モード又は垂直モードのどちらでも運転するメタルハライドランプが提供された。更に、ランプ中で使用する少量の水銀により、使用済みのランプはＴＣＬＰの要求を満たし、かつこのランプを従来通りに埋立てることができる。これらの特徴はランプのコストを著しく低下させる。

目下本発明の好ましい実施態様であると考えられるものについて示し、記載してきたが、請求項に定義された本発明の範囲を逸脱することなく多様な変更及び改良がなされてよいことは、当業者にとって明らかであろう。

本発明の実施態様の立面断面図を示す概略図。

本発明の付加的な実施態様の立面図（部分的に断面である）を示す概略図。

第１のモードで運転した場合の、本発明による観点に従って製作したランプに関する測光データ表。

第２のモードで運転した場合の、本発明による観点に従って製作したランプに関する測光データ表。

符号の説明

Ａ 内のり長さ
Ｂ 内径
１０ 発光管
１２ 球状の本体
１４ 空中中心部
１６ 反対端
１８ 反対端
２０ 端子受容部
２２ 端子受容部
２４ 電極
２６ 電極
３０ メタルハライドランプ
３２ 外側エンベロープ
３４ 口金
３６ 導入線
３８ 導入線

Claims (9)

1. メタルハライドランプ３０用セラミック発光管１０において、
   中空中心部１４と反対端１６、１８とを有する球状の本体１２；この場合、前記の反対端１６、１８はそれぞれそこから延びている円筒状の端子受容部２０、２２を有し、１．５気圧以下の低圧運転において金属添加物の偏析を低減するために前記の球状の本体１２は３〜５のアスペクト比、及び、平方単位で測定された１．５未満の内表面積に対する外表面積の比を有する；
   から構成されていることを特徴とする、メタルハライドランプ３０用セラミック発光管１０。
2. メタルハライドランプ３０用セラミック発光管１０において、
   端部１６、１８を有する球状の本体１２、及び、前記の各端部１６、１８内で気密封止され、かつその内側及び外側へ延びている電極２４、２６；この場合、１．５気圧以下の低圧運転において金属添加物の偏析を低減するために前記の球状の本体１２は３〜５のアスペクト比、及び、平方単位で測定された１．５未満の内表面積に対する外表面積の比を有する；及び
   前記の球状の本体１２内に含まれているアーク発生及び持続媒体；この場合、前記の媒体は、前記の発光管が運転する際に特別な色の放射を生じさせるための添加物と、１．５気圧又はそれ未満の圧力で運転することにより前記の発光管を提供するのに十分な水銀量とを含む；
   から構成されていることを特徴とする、メタルハライドランプ３０用セラミック発光管１０。
3. シュラウドなしのメタルハライドランプ３０において、
   一端の口金３４内で終わっている、気密封止された外側エンベロープ３２：
   前記の外側エンベロープ３２内に効果的に取付けられたセラミック発光管１０；この場合、前記の発光管１０は、端部１６、１８を有する球状の本体１２と、前記の各端部内でそれぞれ気密封止され、かつその内側及び外側へ延びている電極２４、２６とから構成されており、前記の電極２４、２６は前記の口金を介して電源へ効果的に接続可能であり；１．５気圧以下の低圧運転において金属添加物の偏析を低減するために前記の球状本体１２は３〜５のアスペクト比、及び、平方単位で測定された１．５未満の内表面積に対する外表面積の比を有する；及び
   前記の球状の本体１２内に含まれているアーク発生及び持続媒体；この場合、前記の媒体は発光管が運転する際に特別な色の放射を生じさせるための添加物と、発光管が１．５気圧又はそれ未満の圧力で運転できるのに十分な水銀量とを含む；
   から構成されていることを特徴とする、シュラウドなしのメタルハライドランプ３０。
4. アスペクト比が４．９６である、請求項３記載のランプ３０。
5. アスペクト比が４．１６である、請求項４記載のランプ３０。
6. アスペクト比が３．３６である、請求項４記載のランプ３０。
7. ４００ワットで運転する、請求項４、５及び６記載のランプ３０。
8. 水銀量が４〜７ｍｇの間である、請求項７記載のランプ３０。
9. 最小限の添加物分離を伴って垂直又は水平で運転する、請求項７記載のランプ３０。

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