JP4914505B2 - シングルエンド型セラミック放電灯 - Google Patents

Description

発明の背景
ダブルエンド型セラミック放電灯、すなわち、各電極が相互に対向する側からセラミック放電管内へ挿入されているランプは良く知られている。例えば、米国特許第５７２１４６５号明細書には、円筒状のセラミックボディを備えたキセノンアークランプが楕円面状のリフレクタに取り付けられ、その反対側に石英ガラスウィンドウが取り付けられることが記載されている。当該のランプは対向する２つの電極を有しており、一方はリフレクタの基部から、他方はウィンドウに近い側（すなわち光放出側）から放電管内へ挿入されている。類似した構造は米国特許第６２００００５号明細書、米国特許第６２８５１３１号明細書、米国特許第６３５１０５８号明細書、米国特許第６５９７０８７号明細書、米国特許第６６０２１０４号明細書および米国特許第６３１６８６７号明細書にも記載されている。ただし、これら公知のランプはウィンドウ側の電極とこれに対する実装用構造体とがウィンドウから出射される光を遮ってしまうという共通の欠点を有する。

また、シングルエンド型セラミック放電灯、すなわち、各電極が同一の側から放電管内へ挿入されるランプも知られている。例えば、欧州公開第１１１１６５４号明細書には幾つかのシングルエンド構造が記載されている。この文献の１つの実施例では積分レンズがドーム内に設けられて光分散強度が高められているが、放電管がアークをフォーカシングしていない点については上述したダブルエンド型セラミック放電灯と同様である。他のシングルエンド型セラミック放電灯の電極構造は米国公開第２００５／０２１１３７０号明細書および米国公開第２００５／０２１２４３３号明細書に示されているが、これらのランプにもアークをフォーカシングする手段は設けられていない。

発明の概要
本発明の第１の課題は従来技術の欠点を回避することである。本発明の第２の課題は積分光学表面を有するセラミック放電灯を提供することである。本発明の第３の課題は放出光を遮る実装用構造体を有さないセラミック放電灯を提供することである。

これらの課題は、セラミック部材から成りかつ杯形ボディ部および軸部を有する放電管が設けられており、前記ボディ部は中心軸線に関して回転対称に構成されておりかつ内面、外面、縁および基部を有しており、前記軸部は前記基部から外へ伸びておりかつ２つの電極アセンブリを有しており、前記ボディ部の前記縁に透光性の端部キャップが封止されており、該端部キャップと前記ボディ部とによって放電室が定められており、該放電室内に放電媒体が封入されており、前記電極アセンブリは、前記放電室内に突出してアークギャップを定める電極頂部と、前記軸部に封止されたフィードスルー部と、電源への接続のためのリード端部とを有しており、前記内面または前記外面のうち少なくとも一方が焦点位置にアークギャップを有する光学表面を備えている放電灯を構成することにより解決される。

本発明の放電灯のセラミック放電管の断面図である。 本発明の放電灯の断面図である。 図２の軸部をＡ−Ａ線で切断した断面の拡大図である。 図２の放電灯の第１の変形例の断面図である。 図２の放電灯の第２の変形例の断面図である。 図２の放電灯の第３の変形例の断面図である。 図２の軸部をＢ−Ｂ線で切断した断面の拡大図である。

本発明をより良く理解してもらうために、本発明の他の課題、特徴および利点を図示の実施例ないし特許請求の範囲に則して説明する。

実施例の詳細な説明
図１には本発明のシングルエンド型セラミック放電灯の放電管１０の有利な実施例の断面図が示されている。放電管１０はセラミック材料、有利には多結晶のアルミニウム酸化物ＰＣＡから成るが、イットリウムアルミニウムガーネット、アルミニウム窒素酸化物またはアルミニウム窒化物などの他のセラミック材料を用いることもできる。放電管１０は杯形（カップ形）ボディ部５と、このボディ部の基部２３から外へ延在する軸部１１とを有している。ボディ部５は中心軸線２０に関して回転対称に構成されており、放電室１２を定めている。フランジ１６は開口端部２１の縁４から外へ突出している。図２によれば、フランジ１６は、透光性の端部キャップ８を支承および封止するために、内縁に接合用の凹部１４を有する。軸部１１の切欠３は図２に示されているように電極アセンブリを支承するために設けられている。

杯形ボディ部５はフランジ１６と軸部１１とのあいだの領域にほぼ均等な壁厚さＴを有している。この厚さＴは０．３ｍｍ〜２．０ｍｍであり、有利には０．８ｍｍである。フランジおよび軸部に接する個所の壁は放電管のローバスト性を高めるために幾分厚くなっていることが望ましい。

ボディ部５の内面７または外面２９のうち少なくとも一方は、光学表面として、アーク放電による放出光の一部を反射および／またはフォーカシングするように構成されている。有利には、光学表面は中心軸線２０を中心とした回転によって形成される放物面を含む。当該の放物面は開口端部２１から放出される光の少なくとも一部を配向するパラボリックリフレクタ（放物面リフレクタ）として機能する。光学表面は反射性を高めるために研磨されるかまたは反射性材料によってコーティングされる。また、光学表面は照明の適用分野において所望される特定の光学特性に応じて、エリプティカルリフレクタ（楕円面リフレクタ）であってもよい。例えば、パラボリックリフレクタはフラッドライトや自動車のヘッドランプに対して均一なビームパターンを形成するのに有利であり、一方、エリプティカルリフレクタは投影などのために光をガイドないしフォーカシングするのに有利である。その他にも有利な光学表面として、アコニックリフレクタ（非円錐面リフレクタ）やスフェリカルリフレクタ（球面リフレクタ）が挙げられる。

有利には、放電管は、射出成形法、ゲルダイカスト法、等圧プレス法などの従来のセラミックモールドプロセスを用いて、図示されているような一体型の部材として構成される。しかし、放電管は複数のセラミック部材を従来の手法によって接合して形成することもできる。有利には、放電管のセラミック材料は不透明であり、放電管の壁を通して放電灯から漏れる光の量が低減される。他の放電灯について要求されるのと同様に、透光性または透明なセラミックでなく不透明なセラミックを用いることにより、低い純度のアルミニウム酸化物の粉末を利用できるので、放電灯の製造コストが低減される。

図２には、シングルエンド型セラミック放電灯の実施例の断面図が示されている。ここでは透光性の端部キャップ８がボディ部５の縁４に封止されており、これにより放電室１２が形成される。有利には、透光性の端部キャップ８は平坦な円形のサファイアウィンドウであり、１ｍｍのオーダーの厚さを有する。ただし、多結晶酸化アルミニウム、石英またはアルミニウム酸化窒化物などの他の透明または透光性のセラミック材料を用いることもできる。また、端部キャップ８は図４のドーム状または図５のレンチキュラ状のいずれにも構成することができ、端部キャップ８を通過する光分散度がさらに調整される。端部キャップ８の縁４への封止はフリット材料または締め嵌合部によって行われ、周知のようにセラミック部材が収縮することにより接合が達成される。この実施例では、端部キャップ８は平坦な円形のサファイアウィンドウであり、フランジ１６の内縁に形成された凹部１４に載置されている。この場合、サファイアウィンドウは放電管の焼結中の収縮によってフランジに封止される。製造プロセスに応じて、放電管の開口端部２１を通して切欠３に電極アセンブリを挿入しなければならない場合には、フリット材料を用いてウィンドウをフランジへ封止するのがよい。こうした挿入プロセスは電極頂部９が相互に斜めに向かい合って配置される場合に有利である。そのほかのフリット材料または共晶材料を用いた封止の形態は図４，図５に示されている。また、フランジを開口端部２１の縁４に形成して端部キャップ８を封止することは必須ではない。例えば、平坦な円形のサファイアウィンドウは、Ｙ_２Ｏ_３‐Ａｌ_２Ｏ_３などの周知の共晶材料を介して、平坦な環状のＰＣＡの縁に直接に封止することもできる。

図２によれば、軸部１１は基部２３から外へ延在しており、電極アセンブリ２を通す２つの切欠３を有している。各電極アセンブリ２は典型的には３つのセクション、すなわち、電極頂部９と、フィードスルー部１７と、図示されていない電源へ放電灯を接続するためのリード端部１５とを有する。軸部１１は有利には中央軸線２０に心合わせされている。図３には、図２の軸部をＡ−Ａ線で切断した断面の拡大図が示されている。図２の実施例では軸部１１の断面プロフィルは長円形であるが、円筒形、溝付き円柱形、直方体形またはくさび形など、他のジオメトリの軸部を用いてもよい。

電極アセンブリ２の各フィードスルー部１７はフリット材料１９によって相応の切欠３内に相応に封止されている。このための有利なフリット材料は６５％Ｄｙ_２Ｏ_３‐１０％Ａｌ_２Ｏ_３‐２５％ＳｉＯ_２フリット［パーセンテージは重量による］である。電極アセンブリ２は相互に溶接または他の手法で接合される個々のセクションから成っていてもよいし、タングステンワイヤまたはモリブデンワイヤなどの１つの部材から成っていてもよい。図２の電極頂部９は溶接されたコイルを有しており、アークの付着ポイントを形成する。ただし、電極頂部９は図６に示されているようにコイルなしでも形成可能である。図６の実施例では、内面７および外面２９はパラボリックリフレクタとして形成されており、アーク放電の発生する電極頂部９間のギャップ６は内側の放物面の焦点近傍に位置する。ただし、アークギャップを２つの放物面の各焦点間の中間位置または外側の放物面の焦点の位置に配置することが所望される実施例も存在する。パラボリックリフレクタの光特性をいっそう向上させるには、狭いアークギャップを形成すると有利である。

放電媒体は放電室１２に封入される。有利には、放電媒体は固体充填物２５とアルゴンまたはキセノンなどの不活性ガスとを含む。有利には、固体充填物は、Ｎａｌ，Ｄｙｌ_３，Ｔｍ_３，Ｈｏｌ_３，Ｔｌｌ，Ｌｉｌのうち少なくとも１つの金属を含む金属ハロゲン化物を含む。金属ハロゲン化物の充填物は少量の水銀と結合することもある。他の放電媒体は、ランプからの放出光の所望の光スペクトルに応じて、高圧のキセノンガスまたは水銀を含む。

図４に示されている第１の実施例では、シングルエンド型セラミック放電灯はドーム状の端部キャップ８’を有しており、この端部キャップ８’はフリット材料３０によってフランジ１６’に封止されている。フリット材料３０は溝３２に配置される。端部キャップ８’はフランジ１６’の外縁まで延在し、凹部内に載置される代わりにフランジ１６’の上表面に封止されている。フリット材料３０はＤｙ_２Ｏ_３‐Ａｌ_２Ｏ_３‐ＳｉＯ_２などの従来のフリットであってもよいし、Ｙ_２Ｏ_３‐Ａｌ_２Ｏ_３などの共晶材料であってもよい。

図５に示されている第２の実施例では、端部キャップ８"はランプから放出される光をフォーカシングするレンチキュラ部３８となっている。端部キャップ８"がレンズとして形成される場合、光ファイバ束などの光導波体へ光をフォーカシングするアプリケーションにきわめて有利である。図４の実施例と同様に、端部キャップ８"はフランジ１６"の外縁にまで延在しているが、この実施例では、フリット材料３０はフランジ１６"の外端の凹部１４’に配置されている。さらに、ボディ部５の外面２９にはコーティング２７が設けられている。当該のコーティングはタングステン／アルミニウム酸化物のサーメットから成る暗色の光吸収性コーティングであり、ランプの背面から出る光の量を低減するために構成されている。コーティング２７は光を反射して放電室１２へ戻す反射性コーティングであってよく、これにより端部キャップ８"から出る光の量が増大される。反射性コーティングは可視放射を反射し、赤外放射を通過させてランプの背面から放出する多層のダイクロイックコーティングを含む。また、コーティングによって赤外放射を反射して放電管内へ戻し、効率を増大することが所望される場合もある。反射性コーティングを放電管の内面に設けることもできる。こうしたコーティングは、ランプの動作中、放電管内部の環境、特に反射特性を維持するために用いられる。

図６，図７に示されている第３の実施例では、軸部１１’がセラミック挿入部材３５を支承する単独の幅広の切欠３７を有している。この実施例では、電極アセンブリ２’はタングステン線またはタングステン合金線を有しており、当該の線はフリット材料なしに直接にセラミック挿入部材３５に封止されている。このことは、軸部１１’をＢ−Ｂ線で切断した図７の断面図から良好に見て取れる。こうした軸部の構造により、電極を放電管に挿入して固定する前に電極の配向を調整することができる。さらに、電極頂部９’が相互に向かい合うように配置され、電極アセンブリの下方へのアークの移動（マイグレーション）が防止される。アーク位置を固定する手段が得られるので、いっそう狭いアークギャップ６が実現される。各電極がセラミック挿入部材３５内に固定されると、フリット材料によってまたはフリット材料なしに、セラミック挿入部材３５が開口３７内に封止される。この実施例では、さらに、金属リフレクタ４０がカラー４２を用いて軸部１１’に密に嵌合されることが示されている。このときには固体充填物は用いられず、放電室１２はキセノンガスなどの気体充填物のみを有する。

本発明を図示の有利な実施例に則して説明したが、当分野の技術者であれば、本発明の範囲内で個々の特徴に種々の変更ないし修正を加えられることが明らかなはずである。

Claims (28)

1. セラミック材料から成りかつ杯形ボディ部および軸部を有する放電管が設けられており、前記ボディ部は中心軸線に関して回転対称に構成されておりかつ内面、外面、縁および基部を有しており、前記軸部は前記基部から外へ伸びておりかつ２つの電極アセンブリを有しており、
   前記ボディ部の前記縁に透光性の端部キャップが封止されており、該端部キャップと前記ボディ部とによって放電室が定められており、該放電室内に放電媒体が封入されており、
   前記電極アセンブリは、前記放電室内に突出してアークギャップを定める電極頂部と、前記軸部内に封止されたフィードスルー部と、電源への接続のためのリード端部とを有しており、
   前記ボディ部の前記内面または前記外面のうち少なくとも一方が焦点の位置にアークギャップを有する光学表面を備えている
   ことを特徴とするシングルエンド型セラミック放電灯。
2. 前記光学表面は放物面状のリフレクタである、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
3. 前記光学表面は楕円面状のリフレクタである、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
4. 前記軸部はそれぞれ１つずつ前記電極アセンブリを支承する２つの切欠を有しており、前記電極アセンブリの前記フィードスルー部はフリット材料によって各切欠内に封止されている、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
5. 前記軸部はセラミック挿入部材を支承する単独の切欠を有しており、前記電極アセンブリは該セラミック挿入部材内に配置されて封止されている、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
6. 前記電極アセンブリの各電極頂部は相互に向かい合うように配置されている、請求項５記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
7. 前記透光性の端部キャップはドーム状に構成されている、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
8. 前記透光性の端部キャップはレンチキュラ部を有する、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
9. 前記ボディ部の前記縁にフランジが設けられており、該フランジは前記透光性の端部キャップを支承するために内縁に凹部を有している、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
10. 前記透光性の端部キャップは平坦な円形のサファイアウィンドウであり、締め嵌合部を介して前記縁に封止されている、請求項９記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
11. 前記ボディ部の前記縁にフランジが設けられており、該フランジは外縁に凹部を有しており、該凹部は前記透光性の端部キャップを封止するフリット材料を含む、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
12. 前記ボディ部の前記縁にフランジが設けられており、該フランジは前記透光性の端部キャップを封止するフリット材料を含んだ溝を有する、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
13. 当該の放電灯は前記軸部に取り付けられて密に嵌合する金属リフレクタを有する、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
14. 前記外面はコーティングを有する、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
15. 前記コーティングはタングステン／アルミニウム酸化物のサーメットである、請求項１４記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
16. 前記コーティングは多層のダイクロイックコーティングである、請求項１４記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
17. 当該の放電灯は前記光学表面を含む内面に反射性コーティングを有する、請求項１記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
18. 杯形ボディ部および軸部を有しておりかつ多結晶のアルミニウム酸化物から成る放電管が設けられており、前記ボディ部は中心軸線に関して回転対称に構成されておりかつ縁、基部およびリフレクタ内面を有しており、該リフレクタ内面は放物面状または楕円面状のリフレクタであり、前記ボディ部の壁の厚さは前記縁と前記基部とのあいだの領域においてほぼ均等であり、前記軸部は前記基部から外へ伸びておりかつ２つの電極アセンブリを有しており、
    前記ボディ部の前記縁にサファイアウィンドウが封止されており、該サファイアウィンドウと前記ボディ部とによって放電室が定められており、該放電室内に放電媒体が封入されており、
    前記電極アセンブリは前記放電室内に突出してアークギャップを定める電極頂部と、前記軸部内に封止されたフィードスルー部と、電源への接続のためのリード端部とを有しており、前記電極頂部は前記リフレクタ内面の焦点にアークギャップが位置するように構成されている
    ことを特徴とするシングルエンド型セラミック放電灯。
19. 前記壁の厚さは０．３ｍｍ〜２．０ｍｍである、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
20. 前記壁の厚さは０．８ｍｍである、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
21. 前記多結晶のアルミニウム酸化物は不透明である、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
22. 前記軸部はそれぞれ１つずつ前記電極アセンブリを支承する２つの切欠を有しており、前記電極アセンブリの前記フィードスルー部はフリット材料によって各切欠内に封止されている、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
23. 前記軸部はセラミック挿入部材を支承する単独の切欠を有しており、前記２つの電極アセンブリは該セラミック挿入部材内に配置されて封止されている、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
24. 前記放電管の外面はタングステン／アルミニウム酸化物のサーメットを含むコーティングまたは多層のダイクロイックコーティングを有している、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
25. 当該の放電灯は前記リフレクタ内面に反射性コーティングを有する、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
26. 当該の放電灯は前記軸部に取り付けられて密に嵌合する金属リフレクタを有する、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
27. 前記ボディ部の前記縁にフランジが設けられており、該フランジは前記サファイアウィンドウを支承するために内縁に凹部を有しており、前記サファイアウィンドウは締め嵌合部を介して前記縁に封止されている、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。
28. 各電極頂部は相互に向かい合うように配置されている、請求項１８記載のシングルエンド型セラミック放電灯。

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