JP5138606B2 - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Description

本発明は、高効率、良好な演色性及び高いランプ光束維持を有する電球に関する。本発明は、特に、封入物にバリウム又はストロンチウムのハロゲン化物を配合したセラミックメタルハライドランプに関する用途を有し、特にこれに関して説明する。

放電ランプは、希ガス、金属ハロゲン化物及び水銀の混合物のような気相封入物を、２つの電極を通る電気アークによってイオン化することによって発光させる。これらの電極と封入物は、励起された封入物の圧力を維持するとともに放出された光を通過させる半透明又は透明放電容器内に封入される。「ドーズ」とも呼ばれる封入物は、電気アークによる励起に応答して所望のスペクトルエネルギー分布を放出する。例えば、ハロゲン化物では、光特性、例えば色温度、演色、及び発光効率の広い選択の自由を与えるスペクトルエネルギー分布が得られる。

約９０〜１００ルーメン／ワット（ＬＰＷ）の範囲の効率、８５〜９５以上の演色評価数Ｒ_ａ、及び８０％以上の光束維持値、並びに約２０〜５０Ｗ／ｃｍ^２の管壁負荷で約２６００〜４０００Ｋの色温度を有するセラミックメタルハライドランプが開発されている。しかし、放電容器壁の黒化のためにランプの早期故障が起こることがある。この黒化は、フィラメントから壁へ移行したタングステンによるものである。ランプ雰囲気中に酸素及び／又は水蒸気が存在すると、壁の黒化の一因となることが判明している。水蒸気は、極微量であっても周知の「水サイクル」によってタングステンフィラメントコイルの気化を増大させるので特に有害である。この水サイクルでは、タングステンコイルの温度は水蒸気を水素と酸素に分解するのに熱的に充分である。生じた酸素はコイルからのタングステンと反応して揮発性の酸化物を形成し、これがランプの冷たい部分に移行して凝縮する。これらの酸化物の付着物は気体状の水素により還元されて黒い金属状タングステンを生成するとともに再度水を形成する。この水がこのサイクルを繰り返させる。

タングステンフィラメントを内包し、かつハロゲン化物又はハロゲンガスを含む封入物を収容する気密に密封された光透過性の放電容器を含むタングステンハロゲンランプが様々な用途で広く使用されている。これらのランプのあるものはタングステンハロゲンサイクルで作動するが、このサイクルは再生性の連続プロセスであって、ハロゲン化物が白熱のタングステンフィラメントから気化したタングステンの粒子と化学結合したときにハロゲン含有タングステン化合物が生成する。こうして形成されたハロゲン含有タングステン化合物がその後フィラメントで熱分解されるとタングステン粒子がフィラメントに戻る。封入物中に使用するハロゲン化合物としては、臭素並びに臭化水素、臭化メチル、ジブロモメタン、及びブロモホルムのような臭化物がある。低い管壁負荷（ＷＬ）、例えば約３０Ｗ／ｃｍ^２未満、従って低い温度、すなわち約２００℃未満の内壁温度で作動するランプは一般に、タングステンハロゲンサイクルを支持しない。さらに、ＷＬがあまりに低過ぎると、ハロゲン化物温度が低くなり過ぎ易く、その結果ハロゲン化物の蒸気圧が低くなり、また性能が低くなる。

例えばＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．の国際公開第９９／５３５２２号及び同第９９／５３５２３号に開示されているように、酸化カルシウム又は酸化タングステンディスペンサーを放電容器内に組み込むことが提案されている。Ａｌｄｅｒｍａｎらの米国特許第６８４４６７６号には、金属状水銀、希ガスの混合物及び適宜放射活性な^８５Ｋｒ、並びにヨウ化ナトリウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化タリウム、及び幾つかの希土類ヨウ化物からなる混合物のような塩混合物を含むアーク管封入物が開示されている。
国際公開第９９／５３５２２号パンフレット 国際公開第９９／５３５２３号パンフレット 米国特許第６８４４６７６号明細書 米国特許第３７８６２９７号明細書 米国特許第３７９８４８７号明細書 米国特許第６５５５９６２号明細書 米国特許第６５８３５６３号明細書 米国特許出願公開第２００３／０２２２５９５号明細書 米国特許出願公開第２００３／０２２２５９６号明細書 米国特許第６７３１０６８号明細書 米国特許第６８１９０５０号明細書 国際公開第９９／５３５２３号パンフレット 米国特許第６３７３１９３号明細書 米国特許第６４６９４４６号明細書 国際公開第０２／９１４２８号パンフレット 米国特許第５４７３２２６号明細書 米国特許第６９５６３２８号明細書 Journal of Applied Physics; 02/1971;Volume 42, Number 2; Westinghouse Research Laboratories; Pittsburgh, PA;15235

代表的な実施形態では、高い又は低い電力で作動させることができ、高効率及び良好な演色を有する新規で改良されたメタルハライドランプが提供される。

代表的な実施形態のある態様では、セラミックメタルハライドランプは、セラミック材料から形成され、内部空間を画成する放電容器を含んでいる。イオン化性封入物が内部空間内に配置されている。このイオン化性封入物は不活性ガス、水銀及びハロゲン化物成分を含んでいる。ハロゲン化物成分は、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物成分、並びに適宜希土類ハロゲン化物及び第ＩＩＩＡ族ハロゲン化物の１種以上を含む。アルカリ土類ハロゲン化物成分は、ハロゲン化バリウム及びハロゲン化ストロンチウムの１種以上を含む。１つ以上の電極が放電容器内に設けられ、電流印加時に封入物を活性化する（封入物を励起する）。このランプは、付勢時にタングステンハロゲンサイクルを維持するのに充分な管壁負荷を有する。

別の態様では、セラミックメタルハライドランプは、セラミック材料から形成され、内部空間を画成する放電容器を含んでいる。イオン化性封入物が内部空間内に配置されている。このイオン化性封入物は不活性ガス、水銀及びハロゲン化物成分を含んでいる。ハロゲン化物成分は、封入物の全ハロゲン化物成分のモル％として表して、約５モル％以上のハロゲン化ナトリウム、適宜約１〜約１０％の第ＩＩＩＡ族金属ハロゲン化物、約１０〜約９５％のアルカリ土類金属ハロゲン化物（このアルカリ土類金属ハロゲン化物はハロゲン化バリウム及びハロゲン化ストロンチウムの１種以上を含む）、及び適宜約１〜約１５％の希土類金属ハロゲン化物を含む。このランプは３０Ｗ／ｃｍ^２以上の管壁負荷を有する。

別の態様では、ランプを作動させる方法は、不活性ガス、水銀及びハロゲン化物成分を含むイオン化性封入物を放電容器に入れることを含んでおり、このハロゲン化物成分は、封入物の全ハロゲン化物成分のモル％として表して、約５モル％以上のハロゲン化ナトリウム、適宜約１〜約１０％の第ＩＩＩＡ族金属ハロゲン化物、約１０〜約９５％のアルカリ土類金属ハロゲン化物（このアルカリ土類金属ハロゲン化物はハロゲン化バリウム及びハロゲン化ストロンチウムの１種以上を含む）、及び適宜約１〜約１５％の希土類金属ハロゲン化物を含む。このランプを付勢して、放電を生じさせるとともに放電容器に３０Ｗ／ｃｍ^２以上の管壁負荷を与える。

１以上の実施形態の１つの利点は、改良された性能と光束維持を有するセラミックアーク管封入物の提供である。

１以上の実施形態の別の利点は、タングステン−ハロゲンサイクルの改良された維持である。

１以上の実施形態のもう１つ別の利点は、ランプの演色特性を選択することができることである。

さらに別の利点は、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読み理解することにより当業者には明らかとなろう。

様々な用途に適した放電ランプは高効率、良好な演色性及び良好なランプ光束維持を有する。ランプには、改良された演色を可能にしつつタングステン−ハロゲンサイクルを維持するように配合された封入物が備えられている。この封入物は、水銀と、アルカリ土類金属ハロゲン化物の１種以上、幾つかの態様ではその組合せを含むアルカリ土類ハロゲン化物成分とを含んでいる。アルカリ土類金属ハロゲン化物は、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）及びストロンチウム（Ｓｒ）のハロゲン化物から選択され得る。適切なハロゲン化物としては、塩化物、ヨウ化物、臭化物、及びこれらの組合せがある。

様々な態様では、ランプは約３０Ｗ／ｃｍ^２以上の管壁負荷を有する。管壁負荷は約５０Ｗ／ｃｍ^２以上、幾つかの実施形態では約７０Ｗ／ｃｍ^２以上であり得る。約２５〜３０Ｗ／ｃｍ^２未満では、アーク管壁は活性タングステンハロゲンサイクルの効率的な維持のためには冷た過ぎる傾向がある。作用機序は充分には理解されていないが、アルカリ土類ハロゲン化物成分が管壁負荷と共同して、熱い電極先端から気化したタングステンがアーク管壁の内面上に付着する代わりに主として電極のより冷たい部分に付着するという活性なタングステンハロゲン壁クリーニングサイクルを維持すると考えられる。

図１を参照して、照明アセンブリは金属ハロゲン化物放電ランプ１０を含んでいる。このランプは、セラミック又はその他適切な材料で形成され、放電空間１６を包囲する壁１４を有する放電容器又はアーク管１２を含んでいる。この放電空間はイオン化性封入物１７を収容している。電極１８、２０がアーク管の対向する端部２２、２４を通って延びていて、導体２６、２８から電流を受け取る。これらの導体は、アーク管を横切って電位差を供給し、またアーク管１２を支持している。アーク管１２は外側バルブ３０により取り囲まれており、このバルブは一端にランプキャップ３２を備えており、このキャップを通してランプが主電源のような電源３４に接続される。照明アセンブリはまたバラスト３６も含んでおり、これはランプのスイッチを入れたときにスターターとして働く。バラストはランプと電源を含む回路内に位置する。アーク管と外側バルブとの間の空間は排気することができる。適宜、石英又はその他適切な材料からなるシュラウド（図示せず）が、アーク管の破裂の場合に起こり得るアーク管破片を収容するようにアーク管を取り囲んでいるか又は部分的に取り囲んでいる。

作動中、電極１８、２０は電極の先端３８、４０（図２）間にアークを生成し、このアークは封入物をイオン化して放電空間内にプラズマを生成する。この生成した光の放出特性は、主として、封入物の構成成分、電極を横切る電圧、チャンバーの温度分布、チャンバー内の圧力、及びチャンバーの幾何学的形状に依存する。電極先端３８、４０は、アークギャップを画成する間隔ｄだけ離れている。バラスト３６は、ランプに充分な電力を供給するとともに約３０Ｗ／ｃｍ^２以上の管壁負荷を与えるように選択される。

本明細書中で定義されているように、アーク管管壁負荷（ＷＬ）＝Ｗ／Ａであり、ここでＷは全アーク管電力（ワット）であり、Ａは電極先端３８、４０間に位置するアーク管壁の面積（ｃｍ^２）である。アーク管壁がランプの軸Ｘ−Ｘから均一な間隔ｒである図２に示したランプの場合、Ａ＝２πｒｄである。例えば図３に示すように、壁が電極先端間で曲がっているより複雑な設計の場合、面積はｒの変動を考慮するモデル化技術によって決定することができる。アーク管電力は電極電力を含む全アーク管電力である。

セラミックメタルハライドランプの場合、封入物は、水銀、アルゴン、クリプトン又はキセノンのような不活性ガス、及びアルカリ土類ハロゲン化物成分を含むハロゲン化物成分の混合物を含み得、このハロゲン化物成分はさらに、ナトリウム及びセシウムのような１種以上のアルカリ金属のハロゲン化物、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から選択される１種以上の希土類金属（ＲＥ）のハロゲン化物、及び／又はインジウム（Ｉｎ）及びタリウム（Ｔｌ）のような元素の周期律表の第ＩＩＩＡ族から選択される１種以上の金属のハロゲン化物を含んでいてもよい。

水銀ドーズはアーク管容積当たり約３〜３５ｍｇ／ｃｍ^３、例えばアーク管容積当たり５ｍｇ／ｃｍ^３以上、一実施形態では１０ｍｇ／ｃｍ^３以上からなり得る。一実施形態では、水銀ドーズはアーク管容積当たり約２０ｍｇ／ｃｍ^３未満である。水銀重量は、選択されたバラストから電力を引き出すための所望のアーク管作動電圧（Ｖｏｐ）が提供されるように調節される。代案において、ランプ封入物は水銀を含まない。ハロゲン化物ドーズはアーク管容積当たり約１０〜約５０ｍｇ／ｃｍ^３からなり得、すなわち、ハロゲン化物ドーズ対水銀の比は重量で表して約１：３〜約１５：１である。

通例、ハロゲン化物成分は塩化物、臭化物、及びヨウ化物から選択される。ヨウ化物は、アーク管の腐食が匹敵する臭化物又は塩化物の場合より低いので、より高い光束維持が得られる傾向がある。ハロゲン化物化合物は通常化学両論的関係を示す。封入物のアルカリ土類金属ハロゲン化物は一般式ＭＸ_２を有することができ、ここでＭはＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、及びＭｇから選択され、ＸはＣｌ、Ｂｒ、及びＩから選択される。様々な態様では、アルカリ土類ハロゲン化物成分は少なくともハロゲン化バリウム（ＢａＸ_２）を含む。アルカリ土類金属ハロゲン化物又はその組合せの選択により、ランプの所望の用途に適当な色温度を生成することができる。例えば、白色光を放出するランプは、２種以上のアルカリ土類金属ハロゲン化物を封入物の他の成分と組み合わせることによって容易に策定することができる。例えば、ハロゲン化バリウムは赤のスペクトル出力を与える傾向があり、マグネシウム、カルシウム、及びストロンチウムはそれぞれ主として緑、赤及び青、及び青のスペクトル出力を有する。幾つかの実施形態では、アルカリ土類ハロゲン化物成分はＢａＸ_２と、ＳｒＸ_２及びＣａＸ_２の１種以上を含む。ある特定の実施形態では、アルカリ土類ハロゲン化物成分はＢａＸ_２とＳｒＸ_２を含む。

代表的なハロゲン化物として、ＢａＩ_２、ＳｒＩ_２、ＣａＩ_２、ＭｇＩ_２、ＮａＩ、ＴｌＩ、ＤｙＩ_３、ＨｏＩ_３、ＴｍＩ_３、ＩｎＩ、ＣｅＩ_３、ＣｅＢｒ_３、ＣａＩ_２、及びＣｓＩ、並びにこれらの組合せがある。モル分率として表して、全ハロゲン化物成分は、約５〜約９０％のＮａＸ（ここで、Ｘはハロゲン化物又はその組合せであることができる）のようなアルカリ金属ハロゲン化物、約１０〜約９５％のアルカリ土類ハロゲン化物成分ＭＸ_２、０〜約１０％のＴｌハロゲン化物又はＩｎハロゲン化物のような第ＩＩＩＡ族ハロゲン化物、並びに０〜約１５％の希土類金属ハロゲン化物を含み得る。様々な態様ではＭＸ_２は約１５％以上であり、一実施形態ではＭＸ_２は約１８％以上である。幾つかの態様ではＭＸ_２は約３５％未満であり、幾つかの実施形態では約３０％未満である。様々な態様では、第ＩＩＩＡ族ハロゲン化物はＴｌハロゲン化物である。第ＩＩＩＡ族ハロゲン化物は全ハロゲン化物成分の１％以上であることができ、幾つかの態様では２％以上であることができる。幾つかの態様では、第ＩＩＩＡ族ハロゲン化物は約４％未満である。希土類金属ハロゲン化物は全ハロゲン化物成分の２％以上であることができ、幾つかの態様では６％未満である。アルカリ金属ハロゲン化物はモル濃度が全ハロゲン化物成分の２５％以上であることができ、幾つかの態様では約８０％未満である。

様々な態様では、全ハロゲン化物成分は２％以上のＢａＸ_２を含む。特定の実施形態では、ハロゲン化物成分は４％以上のＢａＸ_２を含む。幾つかの態様では、封入物中のＢａＸ_２とその他のＭＸ_２化合物の比は約１：１０〜約１０：１の範囲であることができる。

一実施形態では、ハロゲン化物成分はハロゲン化セリウム、例えば臭化セリウムを含んでおり、これは封入物中のハロゲン化物の４％以上のモル濃度で存在し得る。ハロゲン化ナトリウムは、ハロゲン化セリウムのモル％の２倍以上のモル％、例えば封入物中のハロゲン化物の約８モル％以上で存在し得る。

例えば、封入物のハロゲン化物成分は２０〜７５％のＭＩ_２、２〜１５％のＣｅＩ_３、１〜１０％のＴｌＩ、及び残部（約２５〜７７％）のＮａＩを、単独で又は少量の他のハロゲン化物と共に含み、これは良好な演色評価数（Ｒａ）、効率、及び電子バラスト上での色補正温度（ＣＣＴ）を達成するのに適切である。かかるランプは１００〜１０００時間の範囲で殆ど早期故障がないように設計される。

一実施形態では、Ｎａ、Ｃｅ、Ｔｌ、及びＭ以外の他のハロゲン化物も、全ハロゲン化物成分の合計１０重量％以下で存在する。これらその他のハロゲン化物としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムから選択される希土類金属（ＲＥ）の１種以上のハロゲン化物を挙げることができる。

ＣｅＩ_３とＴｌＩは、不快な外見を作り出すことなく光のやや緑色の外見に寄与する。これらはプラズマ内で多少不安定性を示すことがあり、これはＣｓＩの存在によって克服することができる。ランプは約２５００〜約４５００Ｋ、例えば約３５００〜４５００Ｋの補正された色温度（ＣＣＴ）を与えることができる。ランプはＲａ＞７０、例えばＲａ＞７０、幾つかの実施形態ではＲａ＞８０の演色評価数を有し得る。演色評価数は人間の目がランプの光によって色を識別する能力の目安である。ランプは、約０．０１０〜０．０３０、例えば約０．０２２のＤｃｃｙを有することができる。Ｄｃｃｙは、Ｙ軸（ＣＣＹ）上での、色点の色度における標準的な黒体曲線からの差である。

金属ハロゲン化物アーク管は、始動を容易にするために、１種以上のアルゴン、キセノン、及びクリプトンのような不活性ガスで再封入(back fill)される。不活性ガスのうち、キセノンは点火ガスとしてアルゴンより有利である。すなわち、原子がより大きく、タングステン電極の気化を抑制するので、ランプがより長く存続するからである。ＣＭＨランプに適した一実施形態では、Ｋｒ８５を小量加えたＸｅでランプを再封入する(backfill)。放射活性なＫｒ８５は始動を補助するイオン化を与える。冷間封入圧力は約６０〜３００Ｔｏｒｒであることができる。一実施形態では、約１２０Ｔｏｒｒ以上の冷間封入圧力を使用する。別の実施形態では、冷間封入圧力は約２４０Ｔｏｒｒ以下である。高過ぎる圧力では始動が危うくなる可能性がある。低過ぎる圧力では、寿命中に光束低下が増大する可能性がある。ある代表的な実施形態では、封入物ガスは少なくともＡｒ又はＸｅ、Ｈｇ、極微量のＫｒ８５、及びハロゲン化物成分を含む。

一実施形態では、作動１００時間におけるランプのルーメン／ワット（ＬＰＷ）は１００で以上あり、ある特定の実施形態では１１０以上である。８０００ｈｒにおける光束として測定した光束維持率は、約８０％以上であることができ、１００ｈｒの実施形態での１つの光束においては８５％以上である。

セラミックメタルハライドランプは、米国特許出願第１１／０４０９９０号に記載されているように、３つの部品の構成とすることができる。これらの部品はグリーンセラミックとして形成し、焼結又はその他適切な方法で接合する。

特に図２を参照して、図示されているアーク管１２は、端部部分５２、５４の間に延びる本体部分５０を含み得る。図２の本体部分は中心軸Ｘ−Ｘの回りで円筒形又は実質的に円筒形である。「実質的に円筒形」とは、本体部分の内部半径ｒが、電極先端間の領域内で１０％を超えて変化することがないことを意味する。或いは、この本体は図３に示されているようにより楕円形状を有していてもよい。図示されている実施形態で端部部分は、各々一体的に形成されており、一般にディスク形の壁部分５６、５８と軸方向に延びる中空の脚部分６０、６２とからなり、この脚部を通ってそれぞれの電極１８、２０が嵌められている。脚部分は図示のように円筒形でもよいし、又はテーパーが付いていて本体部分５０から離れるにつれて外径が減少してもよい。

円筒形の壁５０は内径Ｄ（電極先端３８、４０間の領域６４で測定した最大直径）と長さＬをもっている。ランプのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）は、内部のアーク管長さを内部のアーク管直径で割った値として定義される。比Ｌ／Ｄは約０．８〜３．５の範囲であることができる。一実施形態では、Ｌ／Ｄは約２．０〜約３．０、例えば２．２〜２．８であり、これは高いワット数のランプ、例えば約１５０〜２００Ｗ超に特に適している。より低いワット数のランプ、例えば約１００Ｗ未満のものの場合、約０．８〜１．８のＬ／Ｄ比を使用できる。Ｌ／Ｄ比は、特に色温度が特別な重要性をもつと考えられない場合には上記範囲から外れていることもできる。

端部部分５２、５４は焼結継手によって円筒形の壁５０に気密に固定されている。端部壁部分は各々がそれぞれの脚部分６０、６２中の軸方向の穴７０、７２の内部の端部に画成されている開口６６、６をもっている。穴７０、７２はシール９０、９２を介してリード線８０、８２を受け取る。リード線、従って導体と電気的に接続されている電極１８、２０は、通例主としてタングステンからなり、長さが約８〜１０ｍｍである。リード線８０、８２は通例、アルミナ脚部分上に熱的に誘発される応力を低減するためにアルミナに近い熱膨張係数を有するニオブ及びモリブデンからなり、例えばＭｏ−Ａｌ_２Ｏ_３から形成されたハロゲン化物耐性スリーブを有していてもよい。

セラミック壁厚（ｔｔｂ）はアーク管本体の中央部分の壁材料の厚さ（ｍｍ）として定義される。円筒形部分５０で測定したｔｔｂは、幾つかの実施形態では、特に高いワット数で作動させるランプの場合、１ｍｍ以上であることができる。ｔｔｂが低過ぎると、壁の熱伝導による熱拡散が不適切になる傾向がある。このため、アークの対流プルームの上方に高温の局部的な熱い地点が生じる可能性があり、そのためにクラックが発生するとともに管壁負荷（ＷＬ）の限界が低下する。より厚い壁は熱を拡散し、クラックの発生を低減し、より高いＷＬを可能にする。一般に、最適なｔｔｂはアーク管の大きさと共に増大し、より高いワット数にはより大きいアーク管でより厚い壁が有益である。アーク管電力が２５０〜４００Ｗの範囲である一実施形態では、１．１ｍｍ＜ｔｔｂ＜１．５ｍｍである。より低いワット数、例えば約２００Ｗ未満の場合、壁厚ｔｔｂはより低くすることができる。ＷＬが高過ぎると、アーク管材料は熱くなり過ぎる傾向があり、その結果石英の場合は軟化したり、またセラミックの場合は気化したりする可能性がある。

アークギャップｄは電極１８、２０の先端３８、４０間の間隔である。間隔ｔｔｓは電極先端からアーク管本体の内部端部を画成するそれぞれの壁５６、５８までの間隔として定義される。ｔｔｓの最適化により、端部構造は所望のハロゲン化物圧力を与えるのに十分な程に熱くなるが、セラミック材料の腐食を開始する程には熱くならない。一実施形態では、ｔｔｓは約２．９〜３．３ｍｍである。別の実施形態では、ｔｔｓはおよそ３．１ｍｍである。

アーク管の脚６０、６２は、アーク管の性能にとって望ましいより高いセラミック本体−端部温度と、脚の端部のシール９０、９２を維持するのに望ましいより低い温度との間の熱的遷移部を与える。脚の最小の内径は電極−導体直径に依存し、後者は始動及び連続的作動の間支持されるべきアーク電流に依存する。

端部壁部分は、熱を拡散するには十分に大きいが、遮光を防ぐか又は最小にするのには十分に小さい厚さｔｔｅをもっている。離散した内部の角１００はハロゲン化物の凝縮のために好ましい位置を与える。

図示されているアーク管１２は焼結中に互いに密封される３つの部分から形成されている。アーク管は、１又は５個の部品のようにより少ないか又はより多い数の部品から構築することができることが分かる。５個の部品構造の場合、プラグ部材を、組み立て中に互いに接合される別個の脚及び端部壁部材と交換する。

本体部材とプラグ部材は、セラミック粉末と結合材の混合物をダイプレスして中実のシリンダーにすることによって構築することができる。通例、この混合物は９５〜９８重量％のセラミック粉末と２〜５重量％の有機結合材からなる。セラミック粉末は％以上の純度と約２〜１０ｍ^２／ｇの表面積を有するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなり得る。アルミナ粉末は、粒成長を抑制するために、例えばアルミナの重量に対して０．０３〜０．２％、一実施形態では０．０５％に等しい量でマグネシアをドープしてもよい。使用できるその他のセラミック材料として、酸化イットリウム、酸化ルテチウム、及び酸化ハフニウム並びにこれらとアルミナの固溶体及び化合物、例えばイットリウム−アルミニウム−ガーネット及びオキシ窒化アルミニウムのような非反応性の耐火性酸化物及びオキシ窒化物がある。個別に又は組み合わせて使用できる結合材としては、ポリオール、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリレート、セルロース誘導体及びポリエステルのような有機ポリマーがある。

中実のシリンダーをダイプレスするのに使用することができる代表的な組成物は、Ｂａｉｋｏｗｓｋｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ、Ｎ．Ｃ．から製品番号ＣＲ７として入手可能な７ｍ^２／ｇの表面積を有するアルミナ粉末を９７重量％含む。このアルミナ粉末に、アルミナの重量の０．１％の量でマグネシアをドープした。代表的な結合材は、２．５重量％のポリビニルアルコール及びＩｎｔｅｒｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能なＣａｒｂｏｗａｘ ６００を１／２重量％含む。

ダイプレスの後、通例熱分解により、結合材をグリーン部品から除去して、ビスク焼成部品を形成する。熱分解を実施するには、例えば、グリーン部品を空気中で室温から約９００〜１１００℃の最高温度まで４〜８時間かけて加熱した後、その最高温度に１〜５時間保持し、次いで部品を冷却するとよい。熱分解後、ビスク焼成部品の気孔率は通例約４０〜５０％である。

次に、ビスク焼成部品を機械加工する。機械加工した部品を通例焼結前に組み立て、焼結工程で部品を互いに接合させる。これらの部品は異なる密度を有しているので、異なる収縮特性をもっており、従って焼結の際にシールを形成し得る。

焼結工程は、約１０〜１５℃の露点を有する水素中でビスク焼成部品を加熱することによって実施することができる。通例、温度を室温から約１８５０〜１８８０℃まで段階的に上昇させた後、１８５０〜１８８０℃に約３〜５時間保持する。最後に、温度を冷却期間内に室温まで低下させる。セラミック粉末にマグネシアを含めることによって、通例、粒子の大きさが７５ミクロンより大きく成長するのが抑制される。得られるセラミック材料は密に焼結した多結晶質アルミナからなる。シール９０、９２は通例、ディスプロシア−アルミナ−シリカガラスからなり、リード線８０、８２の一方の回りにガラスフリットをリングの形状で配置し、アーク管１２を垂直に整列させ、フリットを溶融させることによって形成することができる。次に、溶融したガラスを脚６０、６２中に流下させ、導体と脚の間にシール９０、９２を形成する。次いで、アーク管をひっくり返して、封入物を封入した後他の脚を密封する。

別の代表的な構築方法によると、放電チャンバーの構成部品を、約４５〜６０容積％のセラミック材料と約５５〜４０容積％の結合材からなる混合物の射出成形によって形成する。セラミック材料は約１．５〜約１０ｍ^２／ｇ、通例３〜５ｍ^２／ｇの表面積を有するアルミナ粉末からなることができる。一実施形態によると、アルミナ粉末は％以上の純度である。このアルミナ粉末には、粒成長を抑制するために、例えばアルミナの重量の０．０３〜０．２％、例えば０．０５％に等しい量のマグネシアをドープしてもよい。結合材はワックス混合物又はポリマー混合物からなり得る。

射出成形プロセスでは、セラミック材料と結合材の混合物を加熱して高粘度混合物を形成する。次に、この混合物を適切な形状の金型内に射出し、次いで冷却して成型品を形成する。

射出成形の後、通例熱処理によって成型品から結合材を除去して、結合材を除去した部品を形成する。熱処理は、成型品を空気中又は制御された雰囲気、例えば真空、窒素、希ガス中で、最高温度まで加熱した後、その最高温度を保持することによって行うことができる。例えば、温度は室温から１６０℃の温度まで約２〜３℃／時間でゆっくり上昇させてもよい。次に、温度を約１００℃／時間で９００〜１１００℃の最高温度まで上昇させる。最後に、温度を９００〜１１００℃に約１〜５時間保持する。次いで部品を冷却する。熱処理工程後、気孔率は約４０〜５０％である。

ビスク焼成部品は通例、焼結前に組み立てて、上記と同様にして焼結工程で部品を互いに接合させる。

本発明の範囲を限定する意図はないが、以下の実施例でセラミック容器を用いた改良された性能を有するランプの形成を立証する。

実施例
図２に示した形状に従って３つの構成部品からアーク管を形成する。内径Ｄは約５．８ｍｍであり、内部の長さＬは約７．６ｍｍである。ランプを形成するために、表１に掲げた重量比で約５ｍｇのハロゲン化物を含む封入物を使用する。このメタルハライドアーク管に、Ａｒ又はＸｅを含み、小量のＫｒ８５を加えた希ガスを再封入する。冷間封入圧力は１２０〜３００Ｔｏｒｒである。アーク管組み立てて外側の真空ジャケットを有するランプとし、７０Ｗの電子バラストでテストする。アーク管の脚部の幾何学的形状、リード線の設計、シールパラメーター、及び外側のジャケットは試験した全てのランプで同じである。

上記のように形成したランプを垂直配向（すなわち、図３に図示されているような）で、ランプのキャップを上に配置して、７０Ｗでテストする。表１に、１００時間後に得られた結果を示す。ＣＣＸ及びＣＣＹはそれぞれ標準的なＣＩＥチャートでの色度Ｘ及びＹである。結果は１０〜１１個のランプの平均である。

これらの結果は、ヨウ化バリウム含有ランプがドーズ中でより低いモル％でもヨウ化カルシウムランプに匹敵する特性を有することを示している。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明して来た。明らかに、上記の詳細な説明を読み理解すると、修正及び変更が可能である。本発明は、かかる修正及び変更を全て包含するものと考えられたい。

図１は、代表的な実施形態によるランプの透視図である。 図２は、図１のランプ用のアーク管の第１の実施形態の側面断面図である。 図３は、図１のランプ用のアーク管の第２の実施形態の側面断面図である。

符号の説明

１０ メタルハライド放電ランプ
１２ 放電容器又はアーク管
１４ 壁
１６ 放電空間
１７ イオン化性封入物
１８、２０ 電極
２２、２４ アーク管の対向する端部
２６、２８ 導体
３２ ランプキャップ
３４ 電源
３６ バラスト
３８、４０ 電極の先端
５０ 本体部分
５２、５４ 端部部分
５６、５８ ディスク形の壁部分
６０、６２ 中空の脚部分
６４ 電極先端３８、４０間の領域
Ｌ 長さ
６６、６８ 開口
７０、７２ 軸方向の穴
８０、８２ リード線
９０、９２ シール

Claims (11)

1. 内部空間（１６）を画成するセラミック材料からなる放電容器（１２）と、
   上記内部空間に設けられたイオン化性封入物（１７）であって、不活性ガス、水銀及びハロゲン化物成分を含んでいて、該ハロゲン化物成分が、全ハロゲン化物成分の７４．６モル％より大きいアルカリ金属ハロゲン化物、全ハロゲン化物成分の２０．３モル％より小さいアルカリ土類ハロゲン化物成分、及び全ハロゲン化物成分の３．０モル％より小さい希土類ハロゲン化物と全ハロゲン化物成分の２．２モル％より小さい第ＩＩＩＡ族ハロゲン化物を含み、上記アルカリ土類ハロゲン化物成分がハロゲン化バリウム及びハロゲン化ストロンチウムの１種以上を含むイオン化性封入物（１７）と、
   放電容器内に設けられ、電流印加時に封入物を活性化するための１以上の電極（１８、２０）と
   を備えるセラミックメタルハライドランプ（１０）であって、付勢時にタングステンハロゲンサイクルを維持するのに充分な管壁負荷を有するランプ。
2. 前記アルカリ土類ハロゲン化物成分がハロゲン化バリウムを含む、請求項１記載のランプ。
3. 前記アルカリ金属ハロゲン化物がハロゲン化ナトリウムを含む、請求項２記載のランプ。
4. 前記アルカリ土類ハロゲン化物成分がさらにハロゲン化ストロンチウムを含む、請求項２または３に記載のランプ。
5. 前記封入物が、タリウムハロゲン化物を含む第ＩＩＩＡ族ハロゲン化物を含む、請求項３記載のランプ。
6. 前記封入物が、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのハロゲン化物並びにこれらの組合せから選択される希土類ハロゲン化物を含む、請求項５記載のランプ。
7. 前記希土類ハロゲン化物がハロゲン化セリウムを含む、請求項９記載のランプ。
8. 管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ²以上である、請求項１乃至７のいずれかに記載のランプ。
9. 管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ²以上である、請求項１乃至７のいずれかに記載のランプ。
10. 前記放電容器が実質的に円筒形である本体を含む、請求項１乃至９のいずれかに記載のランプ。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載のランプ（１０）の作動方法であって、
    不活性ガス、水銀及び及びハロゲン化物成分を含むイオン化性封入物（１７）を放電容器（１２）に封入し、
    ランプを付勢して放電を生じさせるとともに放電容器に３０Ｗ／ｃｍ²以上の管壁負荷を付与する
    ことを含んでなる方法。

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