JP5111359B2

JP5111359B2 - 放電管

Info

Publication number: JP5111359B2
Application number: JP2008500846A
Authority: JP
Inventors: アウクロップ，ベントン・バートレー; ラグ，ラマイア; ブーゲンスク，マシュー; アターバック，ゲーリー・ダブリュ; ボイル，トム; シヴァラマン，カーシク; パーササラシイ，バラジ; ホワイト，ロナルド・ディ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: EP1859471B1; US7279838B2; JP2008533667A; US7327085B2; US20070267975A1; US20060202624A1; EP1859471A1; WO2006098956A1; CN101138069A; CN101138069B

Description

本発明は照明要素に関し、より詳細にはランプ用放電管に関する。

あるランプは、照明機能を助長するために放電管を含むことが知られている。例えば、米国特許第６，１３７，２２９号は、セラミック放電管を有する従来型のハロゲン化金属ランプを開示している。米国特許第６，１３７，２２９号に示されるように、従来型の放電管の端部は、ランプに供給される電力に基づいた壁厚を有するリング部を備えることが知られている。

図１〜図３は、従来型のセラミック放電管１６０のさらなる例を示す。図示のように、放電管１６０は、実質的に円筒状の管状部材１６２の対向する周辺の端部に配設された端部１６４ａ、１６４ｂを含む。放電管１６０は、延長された軸芯１５８に関して対称に配設されており、９．３５ミリメートルの外側半径「ｒ」を伴う。各端部１６４ａ、１６４ｂは実質的に同一であり、管状の延長部１６６と本体部分の間に結合されている移行部分１６８を含む。各端部は、移行部分と本体部分の間に結合されたリング部１７３をさらに含む。図３に示されるように、移行部分１６８は、２ミリメートルの外側半径「ｒ_１」および０．８１ミリメートルの内側半径「ｒ_２」を伴い、比ｒ_１／ｒ_２は２．４６である。リング部は１．５ミリメートルの厚さ「ｔ_１」を伴い、端部は８．５５ミリメートルの外側半径「ｒ_３」を伴い、比ｔ_１／ｒ_３は０．１７６である。比ｒ_１／ｒ_２が２．４６であり、比ｔ_１／ｒ_３が０．２３である端部を与えることも知られている。

図２に示されるように、移行部分１６８は、延長された軸芯１５８の方向の最大限度１６８ａと延長された軸芯１５８の方向の最小限度１６８ｂの間にわたっている。最小限度１６８ｂは、内側面１７２に対して１．５ミリメートルの第１の寸法「ｄ_１」を有する。最大限度１６８ａは、内側面１７２に対して３．４ミリメートルの第２の寸法「ｄ_２」を有する。

従来型の端部は、ランプ寿命の間の熱サイクルのために亀裂が生じる特性を有する恐れがある。
米国特許第６，１３７，２２９号公報米国特許第４，７３４，６１２号公報米国特許第４，７４９，９０５号公報米国特許第４，９１０，４３２号公報米国特許第５，４２４，６０９号公報米国特許第５，８７９，２１５号公報米国特許第５，９７３，４５３号公報米国特許第６，１７２，４６２Ｂ１号公報特開昭６２−２８３５４３号公報欧州特許第０２８６２４７Ａ１号公報欧州特許第０２１５５２４Ｂ１号公報欧州特許第０２８６２４７Ｂ１号公報欧州特許第０５８７２３８Ａ１号公報欧州特許第０５８７２３８Ｂ１号公報特開平０９−２８３０８３号公報欧州特許第０８４１６８７Ｂ１号公報欧州特許第０８６９５４０Ａ１号公報国際公開ＷＯ９９／４１７６１号公報国際公開ＷＯ０２／０９１４３１Ａ２号公報

放電管の１つまたは複数の端部の亀裂を抑止するフィーチャを有する放電管の提供に絶え間ない要求がある。

一態様によれば、ランプ用の放電管が提供される。放電管は、第１の終端、第２の終端、および内部領域を画定する管状部材を含む本体部分を備え、管状部材は、延長された軸芯に沿って第１の終端と第２の終端の間に延びる。放電管は、本体部分の第１の終端に設けられた第１の端部をさらに含む。第１の端部は、内部領域に通じる第１の貫通した通路を有する第１の管状の延長部を含む。第１の端部は、第１の管状の延長部と本体部分の間に結合された第１の移行部分をさらに含む。第１の端部は、放電管を約１１００ケルビンの温度から約３００ケルビンの空気中で冷却するとき、移行部分内の温度差が約２０ケルビンを超過しないように構成される。

別の態様によれば、ランプ用の放電管が提供される。放電管は第１の終端、第２の終端、および内部領域を画定する管状部材を有する本体部分を含む。管状部材は、延長された軸芯に沿って第１の終端と第２の終端の間に延びる。放電管は、本体部分の第１の終端に設けられた第１の端部をさらに含む。第１の端部は、内部領域に通じる第１の貫通した通路を有する第１の管状の延長部を含む。第１の端部は、第１の管状の延長部と本体部分の間に結合された第１の移行部分をさらに含む。第１の移行部分は、外側半径Ｒ_１および内側半径Ｒ_２を伴い、比Ｒ_１／Ｒ_２は約０．５から２．４０である。

本発明の放電管は、様々な構造、形状、サイズ、要素および／または構成を有する多種多様なランプの中で照明要素として使用されてよい。本発明の概念を具体化するランプ２０の単なる一例が、図４に示されている。例示のランプ２０は、本発明による放電管６０を備える放電管組立体５０を内蔵する。ランプ２０は、放電管５０の破損の間に生じる恐れのある破裂を防止するように設計された透明な水晶シュラウド２６など、任意選択の保護フィーチャを含むことができる。ランプ２０は、外側バルブ２２によって画定された内部領域内に放電管組立体５０を吊るすように設計された支柱構造体２４も含むことができる。本発明による放電管は、約１５０ワット以上の電力レベルを有するランプと共に使用されてよい。別の例では、本発明による放電管は、約２５０ワット以上の電力レベルを有するランプと共に使用されてよい。別の実施形態では、本発明による放電管は、低電力レベルを有するランプと共に使用されてよい。

本発明の放電管は、様々な構造、形状、サイズ、要素および／または構成を有する多種多様な放電管組立体の中で照明要素として使用されてもよい。図５は、本発明の態様を具体化する例示の放電管６０を有する放電管組立体５０の単なる一例を示す。放電管６０は、ランプ用の放電位置として作用することができる内部領域７４を画定する。内部領域７４は、ハロゲン化金属ランプでの用途で知られている様々な金属ハロゲン化物などのイオン化する充填物で充填されてよい。第１の電極５６ａおよび第２の電極５６ｂは、内部領域７４内に位置決めすることができる。第１および第２の電極５６ａ、５６ｂは、それぞれの引込線５２ａ、５２ｂで包まれるタングステンの巻線を備えることができる。引込線はニオブ材から形成されてよく、モリブデン材料の巻線５３を含むことができる。各引込線５２ａ、５２ｂは、放電管６０の端部６４ａ、６４ｂのそれぞれの貫通した通路６７を通って延びる。一旦適切に位置決めされると、引込線と直通通路の間のいかなる間隙スペースも密閉するために、シール５４ａ、５４ｂが施されてよい。例示の実施形態では、シール５４ａ、５４ｂはセラミックの封止用コンパウンドを含むことができる。

本発明の例示の放電管は、ランプがオンにされたときの放電管の加熱とランプがオフにされたときの放電管冷却の間に放電管に亀裂が生じるのを抑止するための構成を有する端部を含む。例示の実施形態では、第１の端部は、放電管を約１１００ケルビンの温度から約３００ケルビンの空気中で冷却するとき、移行部分内の温度差が約２０ケルビンを超過しないように構成することができる。移行部分内の温度差を制限すると、ランプの冷熱サイクル中に端部に亀裂が生じるのを抑止することができる。

移行部分内の温度差を制限するために、本発明による様々な構成が可能である。端部の例示の構成が、図６および図７に示された第１の例示の放電管６０ならびに図８および図９に示された第２の例示の放電管２６０に示されている。移行部分内の温度差を制限する端部の別の構成が、本発明の範囲内にある。

図６および図７は、本発明の概念を具体化する例示の放電管６０を示す。図示のように、放電管６０は第１の終端６１ａおよび第２の終端６１ｂを有する本体部分６１を含む。本体部分６１は、内部領域７４を画定する管状部材６２をさらに含む。管状部材６２は、延長された軸芯５８に沿って本体部分６１の第１の終端６１ａと第２の終端６１ｂの間に延びる。

本発明による例示の放電管は、多種多様な形状、サイズを有する管状部材を備えることができ、放電管の他の要素に対して様々な位置に適応させることができる。図示の実施形態では、管状部材６２は、延長された軸芯５８に関して実質的に対称に配設されているが、本発明の別の実施形態では、管状部材は、延長された軸芯５８に関して非対称に、さもなければ軸心のまわりに配設されてもよいように企図される。図示の実施形態では、管状部材は、延長された軸芯５８に対して実質的に垂直な断面に沿った円形の周辺を備える。円形の周辺は、一定の半径または変化する半径を有してよい。図示の実施形態では、半径は、管状部材の中央部分に向ってより小さくなり、各終端に向ってより大きくなる（例えば図７で参照番号６３を参照されたい）。管状部材が全長に沿って実質的に同じ半径を有してよいように企図されている。管状部材は、球状の部分として形成するか、または円形の周辺なしで形成することもでき、したがって、延長された軸芯からの半径寸法を伴わなくてよい。例えば、管状部材は、多角形の周辺（例えば、三角形、長方形、正方形、または他の多角形の取合せ）など少なくとも部分的に直線の周辺を有することができる。

本発明による放電管は、１つの端部または複数の端部を含むことができる。例えば、複数の端部は、類似かまたは実質的に同じ構造的特徴を与えられ得る。あるいは、複数の端部が、少なくとも１つの端部が本発明の態様を具体化する別の構造的特徴を備えてよい。放電管は、本発明の態様を具体化する単一の端部を含むこともできる。例えば、管状部材は、チューブの１つの終端だけが本発明の態様による端部を含んでいる終端が閉じたチューブを備えることができる。

図６に示されるように、図示の例は、本体部分６１の第１の終端６１ａに設けられた第１の端部６４ａおよび本体部分６１の第２の終端６１ｂに設けられた第２の端部６４ｂを示す。図示の例では、第１の端部６４ａと第２の端部６４ｂは、実質的に互いに同一である。図７に示されるように、第１の端部６４ａは、移行部分から延びる管状の延長部６６を含む。第１の端部６４ａは、１つまたは複数の貫通した通路をさらに含むことができ、１つまたは複数の引込線を収容する。単一の端部を有する実施形態では、複数の貫通した通路を設けてよく、または、両方の引込線を収容するのに十分な単一の貫通した通路を設けてよい。図示の例示の実施形態では、各端部６４ａは、延長された軸芯５８に沿って管状の延長部６６および移行部分を通って延びる単一の貫通した通路６７を含む。

図７に示されるように、移行部分は、管状の延長部６６と本体部分６１の間に結合されたテーパ部６８を備えることができる。（設けられているのであれば）テーパ部６８は、延長された軸芯５８から実質的に垂直に延びる方向５９に先細りである。テーパ部６８は、内部領域７４に面する内側面７２を含む。内側面７２は、実質的に平坦な面を備えることができ、延長された軸芯５８から実質的に垂直に広がることができる。代替実施形態では、内側面７２は、非平面状の表面を備えてよく、かつ／または延長された軸芯５８から９０度とは異なる角度で延びることができる。

テーパ部６８は、延長された軸芯５８の方向の最大限度６８ａと延長された軸芯５８の方向の最小限度６８ｂの間にわたっている。例えば、図示のように、最大限度６８ａおよび最小限度６８ｂは、延長された軸芯に対して実質的に平行に延びることができる。最小限度６８ｂは、内側面７２に対して第１の寸法Ｄ_１を伴い、最大限度６８ａは、内側面７２に対して第２の寸法Ｄ_２を伴う。例えば、図示のように、第１の寸法Ｄ_１および第２の寸法Ｄ_２は、面７１に対して測定することができ、内側面７２は平面７１に沿って広がる。

本発明の態様による放電管は、テーパ部がどのように最大限度から最小限度までわたるかによって、様々な形状およびサイズを有することができる。図７に示されるように、テーパ部は、延長された軸芯から垂直な方向５９に先細りになって表面７０を形成する。例示の実施形態では、テーパ部が、延長された軸芯から垂直に全方向に延びるのでないとき、表面７０は平坦面を備えることができる。図示の実施形態では、テーパ部は、延長された軸芯から垂直な全方向に先細りであり、錐面７０を形成する。錐面７０は様々な表面特性を有することができ、直線状、凹面状、凸面状または他の錐面の取合せを提供する。図示の実施形態では、テーパ部６８は、管状部材の内部領域７４から離れて面する直線状の錐面７０を備える。

第１および第２の寸法は、放電管のサイズ次第で広範囲の値を有することができる。本発明による放電管の例示の実施形態は、放電管のサイズにかかわらず、端部の亀裂を抑止することができるＤ_１とＤ_２の比をもって配置することができる。例えば、比Ｄ_１／Ｄ_２が約０．０７から０．４３であると、加熱中および／または冷却中に端部の亀裂を抑止することができる。別の例では、比Ｄ_１／Ｄ_２が約０．１５から約０．３であると、加熱中および／または冷却中に端部の亀裂を抑止することができる。別の例では、比Ｄ_１／Ｄ_２が約０．１８から約０．２５であると、加熱中および／または冷却中に端部の亀裂を抑止することができる。上記範囲内の比Ｄ_１／Ｄ_２を与えると、ランプがオンにされて放電管が加熱するときおよび／またはランプがオフにされた後放電管が冷却するときの温度差に起因する応力を低減することができる。

例示の実施形態では、第１の寸法Ｄ_１は約１ミリメートルから約４ミリメートルまで及ぶことができる。別の実施形態では、第１の寸法Ｄ_１は約１ミリメートルから約２ミリメートルまで及ぶことができる。別の実施形態では、第１の寸法Ｄ_１は、ランプのサイズ次第で、１ミリメートル未満または４ミリメートルより上まで及ぶことができる。放電管の一例では、第１の寸法Ｄ_１は約１．５ミリメートルであり、第２の寸法Ｄ_２は約８ミリメートルであって、比Ｄ_１／Ｄ_２は約０．１９であり得る。ランプの所望サイズに基づいて第１の寸法Ｄ_１を選択することができ、放電管の亀裂抑止について上記で論じた範囲内の比Ｄ_１／Ｄ_２を与えるように第２の寸法Ｄ_２を求めることができることがさらに理解される。

本発明の例示の実施形態は、延長された軸芯のまわりに半径「Ｒ」で配設された円形の周辺など様々な周辺形状を有する放電管を含むこともできる。放電管が円形の周辺を有すると、第２の寸法Ｄ_２と半径「Ｒ」の比は、ランプがオフにされた後の応力を低減する範囲内に与えることができる。したがって、放電管が円形の周辺を有すると、比Ｄ_２／Ｒおよび／または比Ｄ_１／Ｄ_２は、ランプをオンにしたとき、および／またはランプをオフにしたときの応力を低減するように本明細書で論じた範囲内に与えることができる。例えば、図示の実施形態では、放電管６０は、延長された軸芯５８のまわりに半径「Ｒ」で配設された円形の周辺６３を有する。半径「Ｒ」は、放電管のサイズ次第で広範囲の値を有することができる。本発明による放電管の例示の実施形態は、放電管のサイズにかかわらず、端部の亀裂を抑止することができるＤ_２と「Ｒ」の比を有することができる。例えば、比Ｄ_２／Ｒが０．４０から約２．２であると、加熱中および／または冷却中に端部の亀裂を抑止することができる。別の例では、比Ｄ_２／Ｒが約０．５から約１であると、加熱中および／または冷却中に端部の亀裂を抑止することができる。別の例では、比Ｄ_２／Ｒが約０．８から約０．９であると、加熱中および／または冷却中に端部の亀裂を抑止することができる。上記範囲内の比Ｄ_２／Ｒを与えると、ランプがオンにされて放電管が加熱するときおよび／またはランプがオフにされた後放電管が冷却するときの温度差に起因する応力を低減することができる。

例示の実施形態では、半径「Ｒ」は、約４ミリメートルから約１５ミリメートルまで及ぶことができる。別の実施形態では、半径「Ｒ」は、ランプのサイズ次第で、４ミリメートル未満または１５ミリメートルより上まで及ぶことができる。放電管の一例では、半径「Ｒ」は約９．３５ミリメートルであり、第２の寸法Ｄ_２は約８ミリメートルであって、比Ｄ_２／Ｒは約０．８６であり得る。ランプの所望サイズに基づいて半径「Ｒ」を選択することができ、放電管の亀裂抑止について上記で論じた範囲内の比Ｄ_２／Ｒを与えるように第２の寸法Ｄ_２を求めることができることがさらに理解される。

放電管が円形の周辺を有すると、比Ｄ_２／Ｒおよび／または比Ｄ_１／Ｄ_２は、上記で論じた範囲内に与えることができる。さらに、円形の周辺を有する放電管は、どちらも端部の加熱中および／または冷却中に亀裂を抑止するように上記で論じた範囲の任意のものに入る比Ｄ_２／ＲおよびＤ_１／Ｄ_２を含むことができる。例えば、比Ｄ_２／Ｒが０．４０から約２．２であり、比Ｄ_１／Ｄ_２が約０．０７から０．４３である放電管が提供され得る。別の例では、比Ｄ_２／Ｒが約０．５から約１であり、比Ｄ_１／Ｄ_２が約０．１５から約０．３である。別の例では、比Ｄ_２／Ｒが約０．８から約０．９であり、比Ｄ_１／Ｄ_２が約０．１８から約０．２５である。

図８および図９は、本発明の概念を具体化する例示の放電管２６０の別の実施形態を示す。放電管２６０は、広範囲の用途を有することができ、図４に示されたランプの放電管組立体に組み込むことができる。放電管２６０は、放電管６０に関して議論されたものと類似かまたは同一のフィーチャで形成することができ、類似の代替態様を有することができる。例えば、放電管２６０は、第１の終端２６１ａおよび第２の終端２６１ｂを有する本体部分２６１を含む。本体部分２６１は、内部領域２７４を画定し延長された軸芯２５８に沿って第１の終端２６１ａと第２の終端２６１ｂの間に延びる管状部材２６２をさらに含む。

図８および図９の実施形態は、加熱プロセス中および冷却プロセス中に放電管の亀裂を抑止するのに適した別の構成を有する１つまたは複数の端部を含む。必須ではないが、図８に示されるように、第１の端部２６４ａおよび第２の端部２６４ｂは互いに実質的に同一である。各端部は、内部領域２７４に通じる貫通した通路２６７を有する管状の延長部２６６を含むことができる。図９に示されるように、第１の端部２６４ａは、管状の延長部２６６と本体部分２６１の間に結合された移行部分２６８をさらに含む。例示の実施形態では、移行部分２６８は、外側半径Ｒ_１および内側半径Ｒ_２を伴い、比Ｒ_１／Ｒ_２は約０．５から２．４０であり、端部の加熱中および／または冷却中に亀裂を抑止する。別の実施形態では、比Ｒ_１／Ｒ_２は約１．２から約１．７であり、端部の加熱中および／または冷却中に亀裂を抑止する。

移行部分２６８は、放電管のサイズ次第で変化してよい内側半径および外側半径を与えられ得る。例示の一実施形態では、外側半径Ｒ_１は約３ミリメートルであり、内側半径Ｒ_２は約１．９６ミリメートルであって、比Ｒ_１／Ｒ_２は約１．５３である。

別の例では、第１の端部２６４ａは外側の半径Ｒ_３を含み、移行部分２６８と本体部分２６１の間に結合されたリング部２７３も含むことができる。図示のように、リング部２７３は、破線２７３ａ、２７３ｂの間に延びて、厚さＴ_１を含む。必須ではないが、端部の加熱中および／または冷却中に亀裂を抑止するために、比Ｒ_１／Ｒ_２に加えて比Ｔ_１／Ｒ_３も制御することができる。例示の実施形態では、比Ｔ_１／Ｒ_３は０．２０から約０．６５であり、端部の加熱中および／または冷却中に亀裂を抑止する。別の実施形態では、比Ｔ_１／Ｒ_３は約０．２８から約０．４であり、端部の加熱中および／または冷却中に亀裂を抑止する。

端部は、放電管のサイズ次第で様々なサイズおよび構成を有してよい。例示の一実施形態では、リング部の厚さＴ_１は約２．６ミリメートルであり、端部の外側半径Ｒ_３は８．５５ミリメートルであって、比Ｔ_１／Ｒ_３は約０．３である。

したがって、リング部および移行部分を有する実施形態は、端部の加熱中および／または冷却中に亀裂を抑止するように上記で論じた範囲の任意のものに入る比Ｒ_１／Ｒ_２を含むことができる。リング部および移行部分を有する別の実施形態は、端部の加熱中および／または冷却中に亀裂をさらに抑止するように上記で論じた範囲の任意のものにどちらも入る比Ｒ_１／Ｒ_２およびＴ_１／Ｒ_３を含むことができる。例えば、比Ｒ_１／Ｒ_２が約０．５から２．４０であり、比Ｔ_１／Ｒ_３が０．２０から約０．６５である放電管が提供され得る。別の例では、比Ｒ_１／Ｒ_２が約１．２から約１．７であり、比Ｔ_１／Ｒ_３が約０．２８から約０．４である。

本発明による放電管は、本発明の概念を具体化する一方で、広範囲の材料およびプロセスから形成されてよい。例えば、放電管はセラミック材料から形成することができるが、他の材料を使用することができて適切なランプ機能を助長する。セラミックから製作されるのであれば、セラミック材料はＡＬ２０３、Ｙ２０３またはＹＡＧセラミック材料を含むことができるが、他のセラミック材料が企図される。管状部材も、後の組立てのために、当初は端部とは別に形成することができる。例えば、管状部材は、形成して所望の長さに切ることができる。図７に示されるように、各端部は、管状部材６２の対応する終端内に適合するように設計された円周のリップ６９を有することができる。一旦端部が適所にはまると、組立体を共に焼結することができ、端部は、焼結位置６５で管状部材に取り付けられる。本発明の概念によって放電管を形成するために、他のプロセス技術が使用されてよいことが理解される。

本発明の前述の説明から、当業者は改良形態、変形形態および変更形態を理解するであろう。当業者の能力範囲内の、そのような改良形態、変形形態および変更形態は、添付の特許請求の範囲によって包含されるように意図されている。

従来型放電管の断面図である。図１の視野２で得られた従来型放電管の部分拡大図である。図１の視野３で得られた従来型放電管の部分拡大図である。本発明の例示の実施形態による放電管を有する放電管組立体を含む例示のランプの部分断面図である。図４の放電管組立体の部分断面図である。図４および図５に示された放電管組立体の断面図である。図６の視野７で得られた放電管の部分拡大図である。本発明の別の実施形態による放電管の断面図である。図８の視野９で得られた放電管の部分拡大図である。

Claims

第１の終端、第２の終端、および内部領域を画定する管状部材を含む本体部分であって、前記管状部材が、延長された軸芯に沿って前記第１の終端と前記第２の終端の間に延びる、本体部分と、
前記本体部分の前記第１の終端に設けられた第１の端部であって、前記第１の端部が、前記内部領域に通じる第１の貫通した通路を有する第１の管状の延長部を含み、前記第１の端部が前記第１の管状の延長部と前記本体部分の間に結合された第１の移行部分をさらに含み、前記第１の移行部分が前記軸芯に沿った断面における丸みの外側半径Ｒ１および内側半径Ｒ２を伴い、前記比Ｒ１／Ｒ２が０．５から２．４０である、第１の端部と
を備えるランプ用放電管。
前記比Ｒ１／Ｒ２が１．２から１．７である請求項１記載の放電管。
前記第１の端部が前記第１の移行部分と前記本体部分前記の間に結合された第１のリング部をさらに備え、前記第１のリング部が厚さＴ１を伴い、前記第１の端部が前記軸芯からの距離となる、外側半径Ｒ３を伴い、前記比Ｔ１／Ｒ３が０．２０から０．６５である請求項１または２に記載の放電管。
前記比Ｔ１／Ｒ３が０．２８から０．４である請求項３記載の放電管。
前記第１の端部と実質的に同一である第２の端部をさらに備え、前記第２の端部が前記本体部分の前記第２の終端に設けられる請求項１乃至４のいずれかに記載の放電管。
セラミック材料を含む請求項１乃至５のいずれかに記載の放電管。