(57)【要約】【課題】  セラミックメタルハライドランプの発光管に用いる逆巻き電極コイルおよび製造方法を提供する。【解決手段】  セラミックハライドランプに適用できる電極の先端部は、タングステンシャンク上でタングステンワイヤを逆巻きして、コイルに形成することによって作製される。このタングステンワイヤコイルの外径は、セラミックハライドランプの発光管の脚の中の開口部を通って、発光管の中空内部領域に電極の先端部を挿入して、前記発光管の中空内部領域にタングステンコイルを配置することができる十分に小さい外径に維持される。【選択図】  図３
2009520327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックメタルハライドランプ用の電極の少なくとも一部を含むように適合されたタングステン先端部であって、
前方端部および後方端部を持つタングステンシャンクと、
前記タングステンシャンクの前方端部近傍で、前記タングステンシャンクに巻回されたタングステンワイヤの逆巻きコイルと、
を含むタングステン先端部。
【請求項２】
請求項１に記載のタングステン先端部において、
前記逆巻きタングステンコイルの外径は約１．６ｍｍ未満である、タングステン先端部。
【請求項３】
請求項１に記載のタングステン先端部において、タングステンワイヤの前記逆巻きコイルは、
前記タングステンシャンクと係合する、前記タングステンワイヤの底部螺旋と、
前記タングステンワイヤの前記底部螺旋と重畳すると共に係合する、前記タングステンワイヤの上方螺旋と、
を含む、タングステン先端部。
【請求項４】
請求項３に記載のタングステン先端部において、
前記タングステンワイヤの前記底部螺旋は、前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンシャンクに巻回され、さらに、
前記タングステンワイヤの前記上方端部は、前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンワイヤの底部螺旋に巻回される、タングステン先端部。
【請求項５】
請求項４のタングステン先端部において、
前記逆巻きタングステンコイルの外径は約１．６ｍｍ未満である、タングステン先端部。
【請求項６】
ニオビウムからなる細長い部材と、
周囲にモリブデンのワイヤコイルが巻回されている、細長いモリブデンマンドレルと、
前方端部および後方端部を持つタングステンシャンクと、前記タングステンシャンクの前方端部近傍で前記タングステンシャンクに巻回されたタングステンワイヤの逆巻きコイルと、を含むタングステン先端部と、
を含むセラミックメタルハライドランプ用の電極であって、
ニオビウムからなる前記細長い部材と、前記モリブデンマンドレルと、前記タングステン先端部とは、縦列に配列されて、前記モリブデンマンドレルの第１の端部が、ニオビウムからなる前記細長い部材の一方の端部に固定され、前記モリブデンマンドレルの第２の端部が、前記タングステンシャンクの前記後方端部に固定されるように構成される、セラミックメタルハライドランプ用の電極。
【請求項７】
請求項６に記載の電極において、
前記逆巻きタングステンコイルの外径は約１．６ｍｍ未満である、電極。
【請求項８】
セラミックメタルハライドランプに適用されるように適合された発光管と電極のアセンブリであって、
光を透過できるセラミック材料からなり、中空内部領域および対向する閉口端部を持つ発光管ボディと、前記発光管ボディの前記対向する閉口端部に連結される取り付け端および自由端を持つ個別の突出部材と、を含む発光管であって、各突出部材は、前記発光管ボディの前記中空内部領域から軸方向外側に、当該突出部材の取り付け端から当該突出部材の自由端まで伸張し、さらに、各突出部材は開口部を持ち、この開口部は、前記突出部材の前記自由端から、突出部材を通り、かつ、その全長に沿って伸び、前記突出端部の取り付け端と、前記突出端部の取り付け端が連結された前記発光管ボディの前記対向する閉口端部とを介して、前記発光管ボディの中空内部領域に至る、発光管と、
少なくとも一部分がタングステン先端部を含み、かつ、各突出部材の前記開口部内に配設される個別の電極であって、各個別の電極の前記タングステン先端部は、前方端部および後方端部を持つタングステンシャンクと、前記タングステンシャンクの前方端部近傍で、前記タングステンシャンクに巻回された逆巻きタングステンコイルと、を含み、前記電極が、前記突出部材の中の開口部に配設されることで、前記発光管ボディの中空内部領域に前記タングステンコイルが配置される、電極と、
を含む発光管と電極のアセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載の発光管と電極のアセンブリにおいて、各タングステン先端部の前記逆巻きタングステンコイルの外径は、前記タングステン先端部が少なくともその一部を構成する電極が配設された前記突出部材の開口部内を前記タングステン先端部が通過できるサイズである、発光管と電極のアセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載の発光管と電極のアセンブリにおいて、
前記逆巻きタングステンコイルの外径は約１．６ｍｍ未満である、発光管と電極のアセンブリ。
【請求項１１】
請求項９に記載の発光管と電極のアセンブリにおいて、タングステンワイヤの各逆巻きコイルは、
前記タングステンシャンクに係合する、タングステンワイヤの底部螺旋と、
前記タングステンワイヤの底部螺旋と重畳すると共に係合する、タングステンワイヤの上部螺旋と、
を含む、発光管と電極のアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の発光管と電極のアセンブリにおいて、
各タングステンコイルの前記タングステンワイヤの底部螺旋は、前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置に向かう方向で、個別のタングステンシャンクに巻回され、
前記タングステンコイルの前記タングステンワイヤの上部螺旋は、前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンワイヤの底部螺旋に巻回される、発光管と電極のアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の発光管と電極のアセンブリにおいて、前記タングステンワイヤと、各タングステン先端部のタングステンシャンクと、各突出部材内の開口部とは、略円形の断面であり、前記タングステンシャンクの直径と、各タングステン先端部の前記タングステンワイヤの直径との比は、前記タングステン先端部が配設される前記突出部材内の前記開口部の直径を１と２分の１倍して、１と１０分の４を加えた値と等しい、発光管と電極のアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発光管と電極のアセンブリにおいて、各タングステンコイルの重量と、前記タングステンコイルが巻回される各タングステン先端部の前記タングステンシャンクの直径との比は、前記アセンブリが適合される、アセンブリの適用先であるセラミックハライドランプの定格ワット数を１０分の１倍して、２と１０分の２を加えた値と等しい、発光管と電極のアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の発光管と電極のアセンブリにおいて、前記タングステンコイルの表面積と、各タングステン先端部のタングステンシャンクの直径との比は、前記アセンブリが適合される、アセンブリの適用先であるセラミックハライドランプの電流定格を９と１０分の６倍して、１０を加えた値と等しい、発光管と電極のアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１０に記載の発光管と電極のアセンブリにおいて、各個別の電極は、前記タングステン先端部に加え、
ニオビウムからなる細長い部材と、
周囲にモリブデンのワイヤコイルが巻回された、細長いモリブデンマンドレルと、を含み、
ニオビウムからなる前記細長い部材と、前記モリブデンマンドレルと、前記タングステン先端部とは、縦列に配列されて、前記モリブデンマンドレルの第１の端部が、ニオビウムからなる前記細長い部材の第１の端部に固定され、前記モリブデンマンドレルの第２の端部が、前記タングステンシャンクの後方端部に固定されるように構成される、発光管と電極のアセンブリ。
【請求項１７】
セラミックメタルハライドランプ用の電極の少なくとも一部を含むように適合されたタングステン先端部を作製する方法であって、
前方端部および後方端部を持つタングステンシャンクを設け、
前記タングステンシャンクの前方端部近傍で、前記タングステンシャンクに、逆巻きタングステンワイヤコイルを形成すると共に、前記タングステンワイヤコイルの外径を約１．６ｍｍ未満に維持すること、を含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記逆巻きタングステンワイヤコイルは、
前記タングステンシャンクにタングステンワイヤを巻回して、前記タングステンシャンクと係合する前記タングステンワイヤコイルの底部螺旋を形成し、さらに、
前記タングステンワイヤコイルの底部螺旋にタングステンワイヤを巻回して、前記タングステンワイヤコイルの底部螺旋と重畳すると共に係合する前記タングステンワイヤコイルの上部螺旋を形成すること、を含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記タングステンシャンクに、前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンワイヤコイルの底部螺旋を巻回し、さらに、
前記タングステンシャンクに、前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンワイヤコイルの上部螺旋を巻回すること、を含む方法。
【請求項２０】
セラミックメタルハライドランプ用の電極を作製する方法であって、
前方端部および後方端部を持つタングステンシャンクを設け、
前記タングステンシャンクの前方端部近傍で、前記タングステンシャンクに逆巻きタングステンワイヤコイルを形成すると共に、前記タングステンワイヤコイルの外径を１．６ｍｍ未満に維持し、
周囲にモリブデンのワイヤコイルが巻回された、細長いモリブデンマンドレルの一方の端部に、前記タングステンシャンクの後方端部を固定し、さらに、
ニオビウムからなる細長い部材の一方の端部に、前記モリブデンマンドレルの他方の端部を固定すること、を含む方法。
【請求項２１】
セラミックメタルハライドランプに適用されるように適合された発光管と電極のアセンブリを作製する方法であって、
光を透過できるセラミック材料からなり、中空内部領域および対向する閉口端部を持つ発光管ボディと、前記発光管ボディの対向する閉口端部に連結された取り付け端および自由端を持つ突出部材と、を含む発光管であって、各突出部材は、前記発光管ボディの中空内部領域から軸方向外側に、当該突出部材の取り付け端から当該突出部材の自由端まで伸張し、さらに、各突出部材は開口部を持ち、前記開口部は、前記突出部材の自由端から当該突出部材を通り、かつその長さに沿って伸び、前記突出部材の取り付け端と、前記突出部材の取り付け端が連結された前記発光管ボディの対向する閉口端部と、を介して、前記発光管ボディの中空内部領域に至る、発光管を設け、
電極の少なくとも一部を構成するタングステン先端部を持つ電極の作製において、前方端部および後方端部を持つタングステンシャンクを設けて、前記タングステンシャンクの前記前方端部近傍で、各タングステンシャンクに逆巻きタングステンワイヤコイルを形成することによって前記電極を作製し、さらに、
個別電極の前記タングステン先端部を突出部材の前記開口部内に挿入し、この挿入を前記タングステン先端部の前記タングステンワイヤコイルが、前記発光管ボディの中空内部領域内に配置されるまで行うこと、を含む方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
各タングステン先端部の各タングステンワイヤコイルの外径は、前記タングステン先端部が挿入される前記突出部材の前記開口部のサイズとほぼ同等以下である、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記逆巻きタングステンワイヤコイルは、
前記タングステンシャンクにタングステンワイヤを巻いて、前記タングステンシャンクに契合する前記タングステンコイルの底部螺旋を形成し、さらに、
前記タングステンワイヤコイルの前記底部螺旋にタングステンワイヤを巻いて、前記タングステンワイヤコイルの前記底部螺旋と重畳すると共に係合する、前記タングステンワイヤコイルの上部螺旋を形成することによって作製される、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、
前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンシャンクに前記タングステンワイヤコイルの前記底部螺旋を巻き、さらに、
前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンワイヤコイルの前記底部螺旋に前記タングステンワイヤコイルの上部螺旋を巻くこと、を含む方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、
前記タングステンワイヤと、各タングステン先端部の前記タングステンシャンクと、各突出部材の前記開口部とは、略円筒形の断面であり、かつ、前記タングステンシャンクの直径と、各タングステン先端部の前記タングステンワイヤの直径との比は、前記タングステン先端部が配設された、前記突出部材内の前記開口部の直径を１と２分の１倍して、１と１０分の４を加えた値と等しい、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、
各タングステンコイルの重量と、前記タングステンコイルが巻回された各タングステン先端部の前記タングステンシャンクの直径との比は、前記アセンブリが適合される、アセンブリの適用先である前記セラミックメタルハライドランプの定格ワット数を１０分の１倍して、１０分の２を加えた値と等しい、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、
各タングステンコイルの表面積と、前記タングステンコイルが巻回された各タングステン先端部の前記タングステンシャンクの直径との比は、前記アセンブリが適合される、アセンブリの適用先である前記セラミックハライドランプの定格電流を９と１０分の６倍して、１０を加えた値と等しい、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、セラミックメタルハライドランプの電極に関する。より詳細には、前記電極は、タングステン先端部を有し、このタングステン先端部は、タングステンシャンクに巻回されたタングステンワイヤの逆巻きコイルを含む。電極は、通常、セラミックハライドランプの発光管の突出した脚の中の開口部内で支持され、タングステンワイヤの逆巻きコイルの外径は、前述の突出した脚の中の開口部から発光管の内部に電極を挿入できるサイズを持つ。
【背景技術】
【０００２】
一般的なセラミックメタルハライド（「ＣＭＨ」）ランプは、ＣＭＨランプによって提供される光の供給元である発光管と電極のアセンブリを含む。発光管は、たとえば、多結晶アルミナなどのセラミック材料からなる発光管ボディを含み、この発光管ボディは、光を透過できるように、透明または半透明に構成することができる。発光管ボディは、中空内部領域を持つ一方で、発光管ボディの対向する端部において、開口部を除いて閉口される。この開口部は、発光管ボディの前記閉口端部に配置された個別の突出部材または脚によって提供される。すなわち、発光管の各閉口端部は、個別の突出部材または脚を備え、この部材または脚は、一端部において、前記閉口端部に連結されると共に、その閉口端部から軸方向外側に突出する。また、各突出部材または脚は、当該突出部材または脚の自由端から伸張し、突出部材または脚の内部を通り、かつその内部に沿って、発光管ボディの閉口端部からその中空内部領域まで伸びる開口部を持つ。
【０００３】
各電極は、通常、前述の脚の内部の各開口部内で支持されるため、電極の一方の端部は、発光管ボディの中空内部領域内に配置され、電極のもう一方の端部は、前述の脚の自由端近傍に配置されて、電極に電流を供給する電気回路に当該電極が接続される部位を提供する。最も多く用いられる構成として、電極は、発光管ボディの脚の開口部の中で、サーメットにより所定の位置に保持される。発光管ボディの中空内部領域内に設けられた各電極の端部または先端部は、タングステンからなるシャンクと、そのタングステンシャンクに取り付けられたタングステンワイヤのコイルと、を含むことができる。個別の電極の先端部は、発光管ボディの中空内部領域内で、互いに間隔をあけて同一直線上に整列されるため、電極が接続されている電気回路が通電されたときに、個別の電極の先端部間でアーク放電が行われる。
【０００４】
メタルハライドの充填物または適用量は、一般に、ランプを起動するための水銀および希ガスと共に、発光管ボディ内に収容される。発光管ボディは、透明な外囲器内に収容される。この外囲器は、ガラスまたは石英などの材料で形成でき、当該外囲器からガスが排気された状態、または、たとえば、窒素などのガスが充填された状態にある。各個別電極の先端部の間に確立されたアーク放電が、メタルハライド充填物のイオン化に必要なエネルギーを提供することで光を生成し、生成された光は、透明または半透明の発光管ボディとガラス製外囲器とを通り抜けてＣＭＨの周囲の領域を照光する。
【０００５】
発光管の脚または突出部材の中の開口部は、従来から狭いものである。たとえば、脚の中の開口部は、１．６ｍｍ以下の直径を持つことができる。したがって、電極は、脚の中の開口部から挿入されて、発光管の内部に組み込まれるため、このような挿入を実現できるサイズに形成されなければならない。特に、電極の先端部は、当該先端部が前記開口部を通って、発光管ボディの中空内部領域に配置され得る直径でなければならない。
【０００６】
一般的には、電極の先端部として、タングステンシャンクに取り付けられたタングステンワイヤのコイルが利用される。タングステンワイヤのコイルは、まず、延長した長さに対応したモリブデンマンドレルに、単一の厚さのワイヤ、または選択した直径のワイヤコイルを巻きつけることによって作製される。このタングステンワイヤが巻回されているモリブデンマンドレルの延長した長さを、たとえば、ダイアモンドソーなどを用いて、いくつかのユニットに切断し、複数のコイルを作製する。切断されたユニットは、次に、酸の中に配置される。この酸は、モリブデンマンドレルを溶解させることは可能であるが、タングステンコイルを溶解させることはできない。モリブデンマンドレルが溶解して、タングステンコイルが解放されたら、そのコイルをタングステンシャンクに配置する。その結果得られる、タングステンシャンクとタングステンコイルのアセンブリは、放電管内の電極の先端部として使用される。単一層またはコイル状のタングステンワイヤからタングステンコイルを生成することにより、放電管の脚の中の狭い開口部からタングステン先端部（シャンクおよびコイル）を挿入できるように、タングステン先端部の外径を維持することができる。
【特許文献１】米国特許第６，１７２，４６２号
【特許文献２】米国特許第５，９７３，４５３号
【特許文献３】米国特許第６，１２６，８８９号
【特許文献４】米国特許第６，２７４，９８２号
【特許文献５】米国特許第４，９１０，４３２号
【特許文献６】米国特許第５，８７９，２１５号
【特許文献７】米国特許第６，３５４，９０１号
【特許文献８】米国特許第６，８１５，８９３号
【特許文献９】欧州特許第０８６９５４０Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したような電極のタングステン先端部の製造には、少なくとも２つの点で問題がある。第１の問題は、タングステンワイヤが巻きつけられているモリブデンマンドレルの切断は、タングステンコイルに鋭角のエッジを生じることが多いという点である。このため、ＣＭＨランプの点火中に、前述した鋭角のエッジは、非常に強力な電界が形成される部位を構成する可能性があり、電極間のアーク放電は、その部位において選択的に開始されることになり得る。鋭角のエッジは、そのエッジにおけるエネルギーの排出に求められる所望の迅速さでエネルギーを放散することができない。その結果、エッジ温度が過度に高くなり、タングステンの急速な気化と、気化したタングステンの発光管ボディ内部壁面への蒸着と、を引き起こすことになる。この状態は、光の維持能力を低下させるという結果をもたらす。第２の潜在的問題は、タングステンシャンクにタングステンコイルが配置される際に、タングステンシャンクとタングステンコイルの良好な接触を常に構築できるとは限らず、そのような場合に、ＣＭＨランプの動作効率が不十分になるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ＣＭＨランプの発光管用の電極と、電極および管のアセンブリとに関連する特定の問題は、タングステンワイヤを、直接、タングステンシャンク上で逆向きに巻いてコイルに形成することによって回避、または、少なくともほぼ最小限に抑制できることが判明している。同時に、タングステンコイルの外径を十分に小さいサイズに維持することができるため、発光管の脚の中の開口部を通って電極の先端部を挿入し、発光管の中空内部領域にタングステンコイルを配置することができる。
【０００９】
一側面によれば、セラミックメタルハライドランプ用の電極の少なくとも一部を含むように適合されたタングステン先端部が提供される。このタングステン先端部は、前方端部および後方端部を持つタングステンシャンクと、前記タングステンシャンクの前方端部近傍で、タングステンシャンクに巻回されたタングステンワイヤの逆巻きコイルと、を含む。
【００１０】
他の側面によれば、タングステンワイヤの前記逆巻きコイルは、前記タングステンシャンクに係合するタングステンワイヤの底部螺旋と、タングステンワイヤの底部螺旋と重畳すると共に係合する、タングステンワイヤの上部螺旋と、を含む。
【００１１】
さらに他の側面によれば、前記タングステンワイヤの底部螺旋は、タングステンシャンクの後方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置に向かう方向で、当該タングステンシャンクに巻回され、前記タングステンワイヤの上部螺旋は、前記タングステンシャンクの前方端部近傍から前記タングステンシャンクの後方端部近傍に向かう方向で、前記タングステンワイヤの底部螺旋の上に巻回される。
【００１２】
また他の側面によれば、タングステン先端部は、電極に組み込まれており、この電極は、ニオビウムからなる細長い部材、およびモリブデンワイヤコイルが巻回されている細長いモリブデンマンドレルも含んでいる。前記ニオビウムからなる細長い部材と、前記モリブデンマンドレルと、前記タングステン先端部とは、縦列に配置され、前記モリブデンマンドレルの第１の端部が、前記ニオビウムからなる細長い部材の一方の端部に固定され、前記モリブデンマンドレルの第２の端部が、前記タングステンシャンクの後方端部に固定されるように構成される。
【００１３】
さらに他の側面によれば、前記タングステン先端部は、セラミックメタルハライドランプに適用されるように適合された発光管と電極のアセンブリの電極の一部を形成する。前記発光管は、光を透過できるセラミック材料からなる発光管ボディを含む。前記発光管ボディは、中空内部領域と、対向する閉口端部と、を持つ。
【００１４】
個別の突出部材は、前記発光管ボディの対向する閉口端部に連結される取り付け端と、自由端と、を持つ。各突出部材は、発光管ボディの中空内部領域から軸方向外側に、当該突出部材の取り付け端から当該突出部材の自由端まで伸張する。また、各突出部材は開口部を持ち、この開口部は、前記突出部材の自由端から、突出部材の内部を通り、かつその全長に沿って伸張し、突出部材の取り付け端と、当該突出部材の取り付け端の取り付け先である発光管ボディの対向する閉口端部とを介して、発光管ボディの中空内部領域内に至る。個別の電極は、少なくともその一部がタングステン先端部を含むが、この個別の電極が各突出部材の開口部内に配設されて、タングステンコイルが、発光管ボディの中空内部領域内に配置される。
【００１５】
特定の側面において、各タングステン先端部の逆巻きタングステンコイルの外径は、タングステン先端部が、前記突出部材の開口部を通ることができるサイズを持ち、その突出部材の開口部内に、タングステン先端部が少なくともその一部を構成している電極が配置される。この関連において、逆巻きタングステンコイルの外径は、約１．６ｍｍ未満であってよい。
【００１６】
付加的な側面において、各タングステン先端部のタングステンシャンクと、各突出部材内の開口部とは、略円形の断面を持ち、タングステンシャンクの直径と、各タングステン先端部のタングステンワイヤの直径との比は、前記タングステン先端部が配設される突出部材の開口部の直径を、１と２分の１倍して１と１０分の４を加えた値に等しい。また、各タングステンコイルの重量と、タングステンコイルが巻回される各タングステン先端部のタングステンシャンクの直径との比は、発光管と電極のアセンブリを適合させる、アセンブリの適用先であるセラミックメタルハライドランプの定格ワット数を、１０分の１倍して２と１０分の２を加えた値と等しくてよい。また、各タングステンコイルの表面面積と、前記タングステンコイルが巻回される各タングステン先端部のタングステンシャンクの直径との比は、前記アセンブリを適合される、アセンブリの適用先であるセラミックハライドランプの電流定格を、９と１０分の６倍して１０を加えた値と等しくてよい。
【００１７】
さらに他の側面において、本発明は、前述したタングステン先端部、電極、および発光管と電極のアセンブリを作製する方法に関する。したがって、一側面によれば、セラミックメタルハライドランプに用いる電極の少なくとも１部を含むように適合されるタングステン先端部を作製する方法は、前方端部および後方端部を持つタングステンシャンクを設け、前記タングステンシャンクの前記前方端部近傍で、前記タングステンシャンクに逆巻きタングステンワイヤコイルを形成しながら、前記タングステンワイヤコイルの外径を、約１．６ｍｍ未満に維持することを含む。前記逆巻きタングステンワイヤコイルは、前記タングステンシャンクにタングステンワイヤを巻きつけて、当該タングステンシャンクと係合する、タングステンワイヤコイルの底部螺旋を形成し、前記タングステンワイヤコイルの底部螺旋にタングステンワイヤを巻きつけて、前記タングステンワイヤコイルの前記底部螺旋と重畳すると共に契合する、前記タングステンワイヤコイルの上部螺旋を形成することによって作製できる。また、前記タングステンワイヤコイルの底部螺旋は、タングステンシャンクの後方端部近傍の位置からタングステンシャンクの前方端部近傍の位置に向かう方向で、タングステンシャンクに巻回されてよく、前記タングステンワイヤコイルの上部螺旋は、タングステンシャンクの前方端部近傍の位置からタングステンシャンクの後方端部近傍の位置に向かう方向で、タングステンワイヤコイルの底部螺旋上に巻回されてよい。
【００１８】
他の側面によれば、セラミックメタルハライドランプ用の電極を作製する方法は、前述した方法でタングステン先端部を提供し、周囲にモリブデンワイヤコイルが巻回されている、細長いモリブデンマンドレルの一方の端部に、前記タングステンシャンクの後方端部を固定し、ニオビウムからなる細長い部材の一方の端部に、前記モリブデンマンドレルのもう一方の端部を固定すること、を含む。
【００１９】
さらに他の側面によれば、発光管と、前述したタングステン先端部を有する電極とを設け、前記電極のタングステン先端部は、前記タングステン先端部のタングステンワイヤコイルが、前記発光管ボディの中空内部領域内に配置されるまで、前記突出部材の開口部内に挿入される。タングステンワイヤコイルの外径は、前記突出部材の開口部のサイズと実質的に同等以下であってよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面において、１つ以上の図で同一の参照番号を用いているが、同一の参照番号は、各図における同一の要素を示すものである。
【００２１】
図面のうち、まず、図１を参照すると、ＣＭＨランプに適用されるように適合された発光管と電極のアセンブリの実施形態が、全体的に１０に示されている。この発光管は、突出部材または脚１４を有する略円筒形の発光管ボディ１２と、全体的に３０に示した電極と、を含む。発光管ボディ１２は、図１に示した本発明の実施形態では略円筒形の形状である中空内部領域１６と、２つの対向する閉口端部１８とを持つ。図１に示した本発明の実施形態において、発光ボディの外装形状、および発光ボディの中空内部領域の形状は、略円筒形に示されているが、これらは異なる形状であってもよい。この外装および中空内部領域は、たとえば、偏円状の形状を持っていてもよい。
【００２２】
発光管は、いくつかのセラミック材料、たとえば、多結晶アルミナまたはＹＡＧ（イットリウム、アルミナ、およびガーネットの複合体）など、のうちの任意のものから形成できる。セラミック材料は、透明または半透明であり、その材料を通過して、発光管ボディの中空内部領域１６から前記ボディの外装まで光を透過することができる。この関連において、アセンブリ１０を適合させる、アセンブリの適用先であるＣＭＨランプは、図示しない透明のガラス外囲器を含み、この外囲器は、当業者に周知の方法で前記発光管を囲繞する。
【００２３】
発光管ボディの端部１８は、前述の脚１４に設けられた開口部２０を除いて閉口される。したがって、図面の図１に示したように、発光管の各閉口端部１８は、取り付け端２２において、前記閉口端部１８に連結された個別の突出部材または脚１４と、自由端２４とを持つ。各突出部材１４は、軸方向外側に向かって、前記発光管ボディ１２の中空内部領域１６から前記突出部材の自由端２４まで伸張する。各脚１４は開口部２６を含み、この開口部は、脚１４の自由端２４から、脚の内部を通り、かつその全長に沿って伸張し、脚１４の取り付け端２２と、当該脚１４の取り付け端２２の取り付け先である発光管ボディの対向する閉口端部１８とを介して、発光管ボディ１２の中空内部領域１６内に至る。
【００２４】
個別の電極は、図面の図１および図２に、全体的に３０として示した。この個別の電極は、少なくともその一部分が、後述するタングステン先端部を含み、各脚１４の開口部２６の内部に配設される。この電極は、当業者に周知の方式で、電極３０の外装と開口部２６の壁面の間に配置されたサーメットを利用して所定の位置に保持される。各電極３０の一方の端部３２は、当該電極が内部に配設される脚１４の自由端２４よりも長く伸張し、概略として３４に示した他方の端部、すなわち先端部が、発光管ボディ１２の中空内部領域１６の中まで伸びている。当業者であれば理解されるであろうが、アセンブリ１０が、ＣＭＨランプの透光性外囲器内で所定の位置に配置されると、電極３０の両端部３２は、電極に電流を提供する電気回路に接続される。具体的には、通常、発光管を囲繞する外囲器の一方の端部を、図示しない金属ベースが封鎖し、さらに、適切な導電性要素を利用して電気回路を構築し、電気エネルギーの供給源からの電気エネルギーを、ＣＭＨランプの前記金属ベースを通して、電極に送れるようにする。
【００２５】
一般に、メタルハライドの充填物または適用量は、ランプを始動するための水銀および希ガスと一緒に、発光管１２の内部に収容される。図１に示すように、電極３０の先端部３４は、発光管ボディ１２の中空内部領域１６内で、互いに距離をあけて軸方向に位置合わせされる。したがって、ＣＭＨランプが導電的に接続されている電気回路が通電されると、電極３０の先端部３４の間でアーク放電が行われる。この放電は、メタルハライド充填物のイオン化に必要なエネルギーを提供して光を生成し、この生成された光が、透明または半透明の発光管ボディ１２と、発光管ボディを囲繞する外囲器とを通って、ＣＭＨランプ近傍の領域を照光する。
【００２６】
図１と図２の両方を参照しながら、図面に示した本発明の実施形態に係る電極３０についてさらに詳しく説明する。図から判るように、電極は、ニオビウムからなる細長い部材３１と、周囲にモリブデンのワイヤコイル３８が巻回された細長いモリブデンマンドレル３６と、タングステン先端部３４と、を含む。電極を構成するこれらの構成要素は、図１および図２に示すように、縦列に配列されて、前記モリブデンマンドレル３６の第１の端部が、ニオビウムからなる細長い部材３１の一方の端部に固定され、前記モリブデンマンドレル３６の第２の端部が、前記タングステン先端部３４の後方端部３５に固定されるように配置される。これらの構成部品は、ＴＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接を利用して、当業者に周知の方法で互いに固定することができる。
【００２７】
各電極３０のタングステン先端部３４の拡大図を図３に示し、この図も参照しながらタングステン先端部についてさらに説明する。まず、セラミックメタル製ＣＭＨランプ用の電極の少なくとも一部を含むように適合されたタングステン先端部は、タングステンシャンク４０と、そのシャンクに取り付けられたタングステンワイヤの逆巻きコイル４２と、を含む。このタングステンシャンク４０は、前述した後方端部３５に加え、前方端部４４を有する。タングステンワイヤの逆巻きコイル４２は、前記タングステンシャンク４０と係合するタングステンワイヤの底部螺旋５０と、このタングステンワイヤの底部螺旋部５０と重畳すると共に係合するタングステンワイヤの上部螺旋５２と、からなる。
【００２８】
図面に記載した本発明の実施形態において、前記タングステンワイヤの底部螺旋５０は、タングステンシャンクの後方端部３５近傍の位置からタングステンシャンクの前方端部４４近傍の位置に向かう方向、すなわち、図３に示した状態の左から右の方向で、前記タングステンシャンク４０に巻回される。底部螺旋５０が完成すると、タングステンワイヤの上部螺旋５２が、前記タングステンシャンクの前方端部近傍の位置から前記タングステンシャンクの後方端部近傍の位置に向かう方向、すなわち、図３に示した状態の右から左の方向で、前記タングステンワイヤの底部螺旋５０に巻回される。タングステンワイヤコイルの上部螺旋５２は、そのコイルの底部螺旋５０上でタングステンワイヤを巻き返すことによって形成され、この巻き返しは、タングステンシャンクに当該ワイヤの底部螺旋が巻回された方向と逆の方向に行われるため、タングステンコイルは「逆巻き」コイルを含むと表現される。タングステンシャンクを取り巻いて、タングステンワイヤをコイルに巻く方法としては、ＣＭＨランプ以外のランプ、たとえば、高圧ナトリウムランプおよび石英メタルハライドランプなど、の製造に関連した、当業者に知られている任意の方法を利用することができる。
【００２９】
一般的なＣＭＨランプにおける発光管の脚の内部の開口部は、高圧ナトリウムランプおよび石英メタルハライドランプのような他のタイプのアーク灯の同様の開口部よりも小さいか、または狭い。ＣＭＨランプの開口部は、１．６ｍｍ以下の細さを持つものである。したがって、前述したように、脚内の開口部から電極を挿入して、発光管と電極を組み立てるためには、前記逆巻きタングステンコイルの外径、つまり、図３の寸法Ｄ３は、前述の細さに応じた小さい寸法でなければならない。
【００３０】
内部のタングステンコイルが満足できるサイズを持つ、タングステン電極先端部は、電極先端部の特徴が、発光管の脚の特定の特徴およびＣＭＨランプ自体の特徴と共に、下記の式を満たすような、電極先端部を提供することによって作製できる。
【００３１】
Ｄ１／Ｄ２＝（１．５）（脚の内径）＋１．４          （１）
コイル質量／Ｄ１＝（０．１）（Ｌｗ）＋２．２        （２）
コイル面積／Ｄ１＝（９．６）（Ｌｉ）＋１０          （３）
下記に、上式の構成要素の意味を示す。
【００３２】
Ｄ１は、図３に示すようなタングステンシャンクの直径である。
【００３３】
Ｄ２は、図３に示すようなタングステンワイヤの直径である。
【００３４】
脚の内径は、発光管１０の脚１４内の開口部２６の直径である。
【００３５】
コイル質量は、タングステンコイル４２の重量である。
【００３６】
Ｌｗは、ＣＭＨランプの定格ワット数である。
【００３７】
コイル面積は、タングステンコイル４２の合計外側表面積である。
【００３８】
Ｌｉは、ＣＭＨランプの電流定格である。
【００３９】
当業者であれば理解されるように、上式（１）は、タングステンシャンクの直径と、タングステン先端部のタングステンワイヤの直径との比は、タングステン先端部が配設された突出部材内の開口部の直径を１と２分の１倍して、１と１０分の４を加えた値に等しいことを提示するものとして解釈でき、式（２）は、タングステンコイルの重量と、タングステン先端部のタングステンシャンクの直径との比は、発光管と電極のアセンブリを適合させる、アセンブリの適用先であるＣＭＨランプの定格ワット数を１０分の１倍して、２と１０分の２を加えた値に等しいことを提示するものとして解釈できる。また、上式（３）は、タングステンコイルの表面積と、タングステン先端部のタングステンシャンクの直径との比は、発光管と電極のアセンブリを適合させる、アセンブリの適用先であるＣＭＨランプの電流定格を、９と１０分の６倍して、１０を加えた値と等しいことを提示するものとして解釈できる。
【００４０】
上記の式（１），（２），（３）は、回帰分析を用いて導出したものであり、具体的には、ＣＭＨランプに本発明の逆巻きコイルを適用することに関する式である。また、式の導出に使用した単位は、線形および面積寸法についてはミリメートル、定格ワット数についてはワット、電流定格についてはアンペアである。
【００４１】
本発明について、電極が、タングステン先端部３４と、中間部のモリブデンマンドレル３６およびコイル３８と、細長いニオビウム部材３１と、を含む実施形態を参照しながら説明したが、電極構造としては、その電極構造が前述したような逆巻きタングステンコイルを含むものであれば、他の電極構造であっても利用できる。
【００４２】
前述の説明から理解されるであろうが、本発明は、また、ＣＭＨランプ用の電極の少なくとも一部を含むように適合されたタングステン先端部を作製する方法も提供する。本方法は、前方端部４４および後方端部３５を持つタングステンシャンク４０を提供し、前記タングステンシャンクの前方端部近傍で、当該タングステンシャンクに逆巻きタングステンワイヤコイル４２を形成しながら、前記タングステンワイヤコイルの外径を約１．６ｍｍ未満に維持することを含む。前記タングステンワイヤコイルは、前記タングステンシャンクにタングステンワイヤを巻きつけて、前記タングステンシャンクと係合する、タングステンワイヤコイルの底部螺旋５０を形成し、タングステンワイヤの底部螺旋の周りにタングステンワイヤを巻きつけて、前記タングステンワイヤコイルの底部螺旋と重畳すると共に係合する、タングステンワイヤコイルの上方螺旋５２を形成することによって作製できる。また、本方法は、タングステンシャンク４０の後方端部３５近傍の位置からタングステンシャンクの前方端部４４近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンシャンクにタングステンワイヤコイルの底部螺旋を巻回することと、タングステンシャンクの前方端部近傍の位置からタングステンシャンクの後方端部近傍の位置に向かう方向で、前記タングステンワイヤコイルの底部コイル上に前記タングステンワイヤの前記上方螺旋を巻回することと、をさらに含んでよい。
【００４３】
また、本発明は、ＣＭＨランプ用電極を作製する方法も提供し、本方法において、上述の説明に示したように作製されたタングステン先端部のタングステンシャンク後方端部は、周囲にモリブデンのワイヤコイル３８が巻回されている、細長いモリブデンマンドレル３６の一方の端部に固定され、前記モリブデンマンドレルの他方の端部は、ニオビウムからなる細長い部材３１の一方の端部に固定されてよい。
【００４４】
さらに、本発明は、ＣＭＨランプに適用されてよい発光管と電極のアセンブリ１０を作製する方法を提供し、本方法において、前記アセンブリに組み込まれる電極先端部および電極は、上述の説明に示したように作製される。このアセンブリは、発光管を提供することによって作製でき、発光管は、光を透過できるセラミック材料で形成され、かつ、中空内部領域１６および対抗する閉口端部１８を持つ発光管ボディ１２と、前記発光管ボディの前記対向する閉口端部に連結される取り付け端２２および自由端２４を持つ個別の突出部材１４と、を含む。各突出部材１４は、前記発光管ボディ１２の前記中空内部領域１６から軸方向外側に伸張して、突出部材の取り付け端２２から突出部材の前記自由端２４までを構成し、また、各突出部材は開口部２６を含み、この開口部２６は、突出部材の前記自由端２４から、突出部材の内部を通り、かつ、突出端部の全長に沿って伸び、突出端部の取り付け端２２と、突出端部の取り付け端２２が連結されている発光管ボディ１２の対向する閉口端部１８とを介して、発光管ボディ１２の中空内部領域１６に至る。上述の説明に示した電極の電極先端部は、突出端部１４の開口部２６内に挿入されるが、この電極先端部は、タングステンワイヤコイル４２が、発光管ボディ１２の中空内部領域１６内に配置されるまで挿入される。タングステン先端部３４のタングステンワイヤコイル４２の外径Ｄ３は、前記タングステン先端部が挿入された突出部材１４の開口部２６のサイズと実質的に同等以下であってよい。
【００４５】
本発明の方法は、また、電極先端部３４（タングステンワイヤコイル４２を含む）の特徴と、突出部材１４内の開口部２６の特徴と、ＣＭＨランプ自体の特徴とを、前述の式（１），（２），（３）が満たされるように維持することを提供できる。
【００４６】
特定の実施形態に基づいて本発明を説明してきたが、本発明は、添付した請求項の精神および範囲にもとることなく変形されてよいことは、当業者であれば理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る発光管と電極のアセンブリの一実施形態について、前記アセンブリの長手方向に沿った断面で示す斜視図である。
【図２】本発明に係る電極の一実施形態を示す立面図である。
【図３】本発明に係るタングステン先端部の一実施形態を示す拡大模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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