(57)【要約】放電空間を包囲する放電容器（アーク管）を有する向上した放電ランプを提供し、放電容器（アーク管）は、放電空間内にメタルハライドイオン化材料を含み、第１及び第２放電電極突出部を有し、第１及び第２電流導体は、第１及び第２放電電極突出部にそれぞれ接続される。Ｎｉ又はＮｉ合金を含む材料のフィールドワイヤの使用による向上があり、フィールドワイヤ材料は、２５℃において１０Ω／ｍｍ2未満の電気抵抗と、４．０ｅＶを超える光電子放出仕事関数と、４．０ｅＶを超える熱電子仕事関数と、１２００℃を超える融点とを示す。
2005531114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を包囲し、メタルハライドを含むイオン化材料を前記放電空間内に有する放電容器と、第１及び第２電極突出手段と、前記第１及び第２電極突出手段にそれぞれ接続した第１及び第２電極導体とを具え、導体を、Ｎｉ又はＮｉ合金を含む材料のフィールドワイヤとすることによって、向上を行い、前記フィールドワイヤ材料が、２５℃において１０Ω／ｍｍ2未満の電気抵抗率、４．０ｅＶを超える光電子放出仕事関数、４．０ｅＶを超える熱電子放出仕事関数及び１２００℃を超える融点を示すことを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記フィールドワイヤ材料がニッケルワイヤからなることを特徴とする請求項１記載のランプ。
【請求項３】
前記フィールドワイヤ材料がＮｉ合金からなることを特徴とする請求項１記載のランプ。
【請求項４】
前記合金をＮｉ２００，Ｎｉ２０１，Ｎｉ２０５又はＮｉ２２０としたことを特徴とする請求項３記載のランプ。
【請求項５】
放電空間を包囲し、メタルハライドを含むイオン化材料を前記放電空間内に有するアーク管と、第１及び第２電極突出手段と、前記第１及び第２電極突出手段にそれぞれ接続した第１及び第２電極導体とを具え、導体を、Ｎｉ又はＮｉ合金を含む材料のフィールドワイヤとすることによって、向上を行い、放電空間を包囲し、メタルハライドを含むイオン化材料を前記放電空間内に有する放電容器と、第１及び第２電極突出手段と、前記第１及び第２電極突出手段にそれぞれ接続した第１及び第２電極導体とを具え、導体を、Ｎｉ又はＮｉ合金を含む材料のフィールドワイヤとすることによって、向上を行い、前記フィールドワイヤ材料が、２５℃において１０Ω／ｍｍ2未満の電気抵抗率、４．０ｅＶを超える光電子放出仕事関数、４．０ｅＶを超える熱電子放出仕事関数及び１２００℃を超える融点を示すことを特徴とする放電ランプ。
【請求項６】
前記フィールドワイヤ材料が、ｉ／２ハードニッケルワイヤからなることを特徴とする請求項５記載のランプ。
【請求項７】
前記フィールドワイヤ材料が、１／２ハードＮｉアロイからなることを特徴とする請求項５記載のランプ。
【請求項８】
前記合金をＮｉ２００，Ｎｉ２０１，Ｎｉ２０５又はＮｉ２２０としたことを特徴とする請求項７記載のランプ。
【請求項９】
高圧ガス放電ランプであって、ランプステム及び反対側のドーム端を有する外側ランプ容器と、前記外側ランプ容器内に配置され、端部にプレスシールを有するアーク管を有する光源と、放電保持充填物を含むアルカリハライドと、ランプ点灯中にアーク放電が維持される前記アーク間内の１対の放電電極と、各電極から各プレスシールを通じて前記アーク管の外部に延在する導電突出部と、前記外側容器内で前記アークチューブを支持し、第１及び第２フレーム部からなるフレームとを具え、前記第１フレームが、前記ランプステムから延在するとともに、前記ステムに近接する金属製支持ロッドを有し、前記第２フレームが、前記ランプ容器のドーム端のくぼみに近接する支持ロッドを有し、前記電極が、Ｎｉ又はＮｉ合金材料からなるフィールドワイヤによって口金のコンタクト部にそれぞれ接続され、放電空間を包囲し、メタルハライドを含むイオン化材料を前記放電空間内に有する放電容器と、第１及び第２電極突出手段と、前記第１及び第２電極突出手段にそれぞれ接続した第１及び第２電極導体とを具え、導体を、Ｎｉ又はＮｉ合金を含む材料のフィールドワイヤとすることによって、向上を行い、前記フィールドワイヤ材料が、２５℃において１０Ω／ｍｍ2未満の電気抵抗率、４．０ｅＶを超える光電子放出仕事関数、４．０ｅＶを超える熱電子放出仕事関数及び１２００℃を超える融点を示すことを特徴とする高圧ガス放電ランプ。
【請求項１０】
前記フィールドワイヤ材料がニッケルワイヤからなることを特徴とする請求項９記載のランプ。
【請求項１１】
前記フィールドワイヤ材料がＮｉ合金からなることを特徴とする請求項９記載のランプ
【請求項１２】
前記合金をＮｉ２００，Ｎｉ２０１，Ｎｉ２０５又はＮｉ２２０としたことを特徴とする請求項１１記載のランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、向上したフィールドワイヤを有するメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に一つ以上のプレーナシールを持つ光源カプセルを有する電気ランプは、特に、高輝度放電（ＨＩＤ）メタルハライドランプ及び水銀ランプを含む。これらランプの光源カプセルは、典型的にはプレスシールによって両端が封止された溶融シリカ（石英ガラス）の放電容器又はアーク管であり、プレスシールは、ほぼ平行な二つの主要面と、主要面間に延在する二つの非主要側面とを有する。導電突出部は、アーク管内に配置された一対の放電電極に対して、プレスシールを通じて気密に延在する。
【０００３】
こられランプは、典型的には、ランプステムによって一端が封止された外側容器を有する。フィールドワイヤ及び金属製支持ロッドを具えるフレームは、ランプステムから延在し、外側容器内でアーク管を支持する。プレスシールについて固定された金属性の支持部は、フレームに対してアーク管を安定させるために支持ロッドをプレスシールの一方の側又は両側に溶接される。
【０００４】
光電子放出は、所定の電気ランプに対して非常に有害となることがある。石英メタルハライド放電ランプにおいて、アーク管は、ランプ点灯中に、水銀、ハロゲン化ナトリウム(sodium halide)、及びヨウ化スカンジウムやヨウ化リチウムのような他の金属のイオン化されたプラズマを含む。ナトリウムイオン及びリチウムイオンは、加熱された石英により比較的高い拡散速度を有する。アーク管の外面に収集される光電子によって負の電位が形成され、これは、正のナトリウムイオン又はリチウムイオンを引き付け、アーク管の壁部を通じた拡散を加速する。光電子の生成によって、アーク管内のナトリウムの減少を相当加速し、したがって、ランプの寿命が短くなる。
【０００５】
過去３０年の間、石英メタルハライドランプにおけるＮａ損失を低減する多数の試みが行われた。光電子がアーク管の壁部に到達するのを阻止するために、通常、窒素ガスがランプ容器に充填されている。ランプ中のアーク管とフィールドワイヤとの間の距離を最大にすることによって、アーク管表面の光電子を減少することができる。他の方法は、低Ｎａ浸透性(permeability)石英ガラスの使用を含む。低光電子放出及び低熱電子放出フィールドワイヤの使用がＮａ損失の低減に重要であることを発見した。フィールドワイヤが低消費電力を有するためには低電気抵抗率が必要である。ランプの機能を長寿命に亘って維持するためには、フィールドワイヤ材料が十分高い融点であることが要求される。
【０００６】
米国特許第２，１５２，９９７号は、インリード(inlead)に溶接されるとともに容器に沿って延在するタングステン、モリブデン、ニッケル及び他の金属の螺旋を有する水銀電気放電ランプに関する。このタイプのランプとメタルハライドランプとの主な差は、メタルハライド（ＭＨ）ランプがヨウ化ナトリウム及びヨウ化リチウムのような他のヨウ化金属又は臭化金属をアーク管内に含むことであり、これらは、石英アーク管を通じて拡散することがある。アーク管にヨウ化又は臭化金属が存在するために、フィールドワイヤは、ナトリウム又はリチウムの拡散を最小にするために低光電子放出及び低熱電子放出を有する必要がある。フィールドワイヤは、Ｎａ又はＬｉの拡散を減少するためにアーク管からできるだけ離間した位置に装着される必要がある。水銀ランプに対してはかかる要求が存在しない。その理由は、ヨウ化又は臭化金属がアーク管内に存在しないからである。
【０００７】
メタルハライド放電ランプのフィールドワイヤとして使用すべき材料は、以下の要求に適合する必要がある。
２５℃における電気抵抗率＜１０Ω／ｍｍ2
光電子放出仕事関数＞４．０ｅＶ
熱電子放出仕事関数＞４．０ｅＶ
融点＞１２００℃
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
純粋なモリブデンワイヤは、メタルハライドランプにおいて長年の間広く使用されている。モリブデンは、高融点及び良好な導電率を有するが、比較的高い光電子放出、高コスト及び酸化に対する低い耐性のような所定の不都合を有する。高い光電子放出によって、石英アーク管を通じたＮａ及びＬｉ拡散が生じ、その結果、貧弱なルーメンメンテナンス(lumen maintenance)、色シフト(color shift)、アーク管壁部の黒化(arc tube wall blackening)及びアークの妨害となる。最悪の場合、石英アーク管が不透明になり、アークの妨害及び高い壁部温度に起因する外的作用によらない故障が生じることがある。
【０００９】
従来、要求された特徴も持つ廉価な材料で構成したフィールドワイヤが必要とされている。従来、Ｎａ損失を低減するためにモリブデンより低い光電子放出及び熱電子放出を有するフィールドワイヤも必要とされている。
【００１０】
本発明の目的は、上記特性に適合するとともにモリブデンより廉価な材料で構成されるフィールドワイヤを有する電気ランプを提供することである。本発明の他の目的は、上記特性に適合するとともにモリブデンより廉価な材料で構成されるフィールドワイヤを有するメタルハライド電気ランプを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、モリブデンより低い光電子放出及び熱電子放出を有するフィールドワイヤを有するメタルハライド電気放電ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のこれら及び他の目的は、放電空間を包囲し、メタルハライドを含むイオン化材料を前記放電空間内に有するアーク管と、第１及び第２電極突出手段と、前記第１及び第２電極突出手段にそれぞれ接続した第１及び第２電極導体とを具え、導体を、Ｎｉ又はＮｉ合金を含む材料のフィールドワイヤとすることによって、向上を行い、放電空間を包囲し、メタルハライドを含むイオン化材料を前記放電空間内に有する放電容器と、第１及び第２電極突出手段と、前記第１及び第２電極突出手段にそれぞれ接続した第１及び第２電極導体とを具え、導体を、Ｎｉ又はＮｉ合金を含む材料のフィールドワイヤとすることによって、向上を行い、前記フィールドワイヤ材料が、２５℃において１０Ω／ｍｍ2未満の電気抵抗率、４．０ｅＶを超える光電子放出仕事関数、４．０ｅＶを超える熱電子放出仕事関数及び１２００℃を超える融点を示すことを特徴とする放電ランプによって達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の好適例において、フィールドワイヤは、Ｎｉ又はＮｉ２００；Ｎｉ２０１；Ｎｉ２０５；Ｎｉ２２０等のように上記要件に適合するＮｉ合金から選択される。そのような合金は、カナダのオハイオ州のセントラルワイヤ(Central Wire)から市販されている。全てのＮｉ合金が要件に適合するわけでなく、以下のＮｉは要件に適合せず、したがって、水銀放電ランプで十分なパフォーマンスを示すとしても、本発明のメタルハライドランプのフィールドワイヤとして用いることができない。
Ｎｉ２１１；Ｎｉ２１２；Ｎｉ２１３及びＮｉ３０５
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、以下の特定の実施の形態の詳細を参照して良好に理解される。
図面は、外側ランプ容器５を有するメタルハライド（ＨＩＤ）ランプを示し、外部ランプ容器５は、内側に延在するくぼみ１を持つドーム部を有する。通常のランプステム１７は、外側容器５の口金端を気密封止する。通常のねじ口金(screw base)が容器に配置されている。
【００１５】
溶融シリカ（石英）ガラスの通常のアーク管１２が、容器５内に配置され、アーク管１２は、放電空間を包囲し、放電空間内では、一対の放電電極１０が、放電空間の互いに対向する端部に配置される。アーク管の両端は、一般にプレーナプレスシール６(planer press seal)によって封止され、プレーナプレスシール６によって、導電突出部４は放電電極まで気密に延在する。アーク管は、水銀、希ガス、ハロゲン化ナトリウム(sodium halide)及びハロゲン化スカンジウム(scandium halide)のような一つ以上のアルカリハライド金属(metal alkali-halide)の通常の放電保持充填物を含む。
【００１６】
アーク管は、第１フレーム部３（口金側）及び第２フレーム部１１（ドーム側）からなるフレームによって外側容器内で支持される。ランプの口金側の第１フレーム部３は、ランプステム１７から延在し、ステムに対向したプレスシール６に隣接して延在する金属性の支持ロッド１５を有する。第２フレーム部１１（ドーム側）は、ランプ容器のドーム端でくぼみ１に接触するとともに他のプレスシール６の非主要面に隣接して軸線方向に延在する支持ロッド２を有する。電極１０は、ランプのドーム側で電流導体４及ぶ導電支持ロッド２に接続したＮｉ又は適切なＮｉ合金で構成したフィールドワイヤ１１によって口金１７の各コンタクト部に接続され、導電支持ロッド２は、導電ストラップ３によって突出部４に接続され、導電ストラップ３によって、ランプのドーム側で導電支持ロッド１５を突出部４に接続する。
【００１７】
本発明によれば、Ｎｉは、２５℃における電気抵抗率を１０Ω／ｍｍ2未満とし、熱電子放出仕事関数(thermionic emission work function)を４．０ｅＶより大きくし、融点を１２００℃より大きくする。Ｎｉは、モリブデンの１／４〜１／５の廉価であり、タングステンの１／１０より廉価である。Ｎｉの熱電子仕事関数は、Ｍｏより高い（４．６１Ｖ対４．１５Ｖ）。Ｎｉは、Ｍｏの４．２ｅＶに比べて４．９ｅＶの高い光電子放出仕事関数(photoelectric emission work function)を有する。したがって、フィールドワイヤとしてＮｉを使用することによって、Ｍｏに比べて少ない光電子及び熱電子の放出が生じる。Ｎｉ２００及びＮｉ２０１の機械強度は、Ｍｏに近い。Ｎｉ２００及びＮｉ２０１は、参加に対して高い耐性を有する。
【００１８】
同一の導電性を達成するためにはＮｉフィールドの径を増大する必要があることを発見した。例えば、０．７６ｍｍの径のＮｉは、０．６１ｍｍの径のＭｏと同一の導電性を有する。しかしながら、真空外側バルブのＭＨ２５０／Ｕのテストが示したところによれば、Ｎｉ２００フィールドワイヤを有する全てのランプが２０００時間耐え抜き、それに対して、Ｍｏフィールドワイヤを有するそのようなランプの８０％は、電圧上昇（光電子の放出が多くなると、Ｎａの損失に起因して電圧が上昇する。）が原因で故障した。
【００１９】
アーク管に組み込んだ後に良好な形状及びアーク管からの離間をできるようフィールドワイヤが十分な信頼性を持つために、１／２ハードＮｉ材料を本発明において有利に用いることができることも発見した。
【００２０】
これまでの説明は、記載目的のためにのみ与えられ、本発明を、本発明の精神及び範囲又はその主要な特徴を逸脱することなく特定の形態で実施することができ、ここで開示した例は、本発明の好適な実施の形態にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるメタルハライドランプを示す。
【図１】
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【国際調査報告】
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2005531114.tif 000005
2005531114.tif 000006