(57)【要約】      （修正有）【課題】色度座標、光束、および発光効率の場所依存性をできるだけ最小化し、平均的な寿命を延ばす一般照明用のメタルハライド高圧放電ランプを提供する。【解決手段】ランプ軸と、放電体積を包囲する二端放電容器２とを有する高圧放電ランプであって、放電容器によって包囲された放電体積の中へ電極３が延びており、ハロゲン化金属を含有する充填物が放電体積内に入れられており、放電容器は片口金の外管７によって包囲されており、フレーム８によって外管７内に保持されるものである形式の高圧放電ランプにおいて、フレームが短い電流供給線１０と長い電流供給線１１とを含んでおり、長い電流供給線は間に巻線部分１４を挟んだ２つの直線導体を含んでおり、前記巻線部分が前記放電容器の回りを最大で１．２５回巻回されるよう構成する。【選択図】図１
0003153945.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ランプ軸と、放電体積を包囲する二端放電容器とを有する高圧放電ランプであって、前記放電容器によって包囲された放電体積の中へ電極が延びており、ハロゲン化金属を含有する充填物が前記放電体積内に入れられており、前記放電容器は片口金の外管によって包囲されており、フレームによって前記外管内に保持されるものである形式の高圧放電ランプにおいて、前記フレームは短い電流供給線と長い電流供給線とを含んでおり、前記長い電流供給線は間に巻線部分を挟んだ２つの直線導体を含んでおり、前記巻線部分は前記放電容器の回りを最大で１．２５回巻回されることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記巻線部分は巻線を形成している、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記巻線部分は少なくとも０．２５回の巻回を行う、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記巻線部分は前記ランプ軸に対して垂直な平面内にある、請求項３記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記巻線部分は前記ランプ軸に対して斜めに傾斜した平面内にある、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記直線導体は前記放電容器の端部から少なくとも隣接する電極の先端まで延びている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記巻線部分の軸方向長さＨと半径Ｒとに関して、０＜Ｈ／Ｒ＜３．０、有利には、＜２．５が成り立つ、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記巻線部分の軸方向長さＨと半径Ｒとに関して、０．３５＜Ｈ／Ｒ＜２．４が成り立つ、請求項６記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
前記外管は最大７０ｍｍの内径を有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
動作電流が少なくとも１．７Ａである、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
前記充填物はハロゲン化金属として少なくも量にして２重量％のＣｅＪ３を有している、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１２】
前記放電容器は中央の円筒部分と２つの丸い端部を有している、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は請求項１の上位概念による高圧放電ランプに関する。この種のランプは、とりわけ一般照明用のセラミック製の放電容器または水晶ガラス製の放電容器を備える高圧放電ランプである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、セラミック放電容器がフレームによって外管内に保持された高圧放電ランプが開示されている。なお、この放電容器は両口金であり、外管は片口金である。さらに、弓なりを補償するために、フレームが放電容器の回りに複数回巡らされる。
【０００３】
しかし、このような構造は材料費だけでなく、製造コストもかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ  ０３／０３０２０９
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案の課題は、色度座標、光束、および発光効率の場所依存性をできるだけ最小化し、平均的な寿命を延ばす一般照明用のメタルハライド高圧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】
【０００６】
上記課題は、本考案に従い、ランプ軸と、放電体積を包囲する二端放電容器とを有する高圧放電ランプであって、前記放電容器によって包囲された放電体積の中へ電極が延びており、ハロゲン化金属を含有する充填物が前記放電体積内に入れられており、前記放電容器は片口金の外管によって包囲されており、フレームによって前記外管内に保持されるものである形式の高圧放電ランプにおいて、前記フレームが短い電流供給線と長い電流供給線とを含んでおり、前記長い電流供給線は間に巻線部分を挟んだ２つの直線導体を含んでおり、前記巻線部分が前記放電容器の回りを最大で１．２５回巻回されるよう構成することにより解決される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、高圧放電ランプとその放電容器を示す。
【図２】磁場を軸方向位置の関数として示す。
【図３】巻線高さを巻線半径の関数として示す。
【図４】最適巻線高さを巻線半径の関数として示す。
【図５】高圧放電ランプの別の実施例を示す。
【図６】高圧放電ランプの別の実施例を示す。
【図７】巻線部分が２回巻回された放電容器の軸方向位置の関数として磁場を示す。
【考案を実施するための形態】
【０００８】
本考案のメタルハライドランプは、直線部分と最大で１．２５回の巻回を有する戻り線を備えたフレームを使用する。これにより、取り付けが簡単になり、材料コストが最小化され、陰影の増大は非常に少なく（たった１％のオーダー）、放電容器が外管内でさらに安定する。したがって、高い発光効率が達成される。ランプの色度座標は今や点灯方向にはほぼ依存しない。また、寿命も延びる。製造技術的な面では、０．５回および１．０回の巻回が特に適している。
【０００９】
片口金のセラミックメタルハライドランプでは、水平方向の弓なりによって寿命の問題が生じる。この場合の課題は汎用的な点灯方向を達成することである。従来は、点灯方向が水平の場合、放電容器内のプラズマアークが放電容器の壁に非常に接近するため、過熱が生じ、最終的にはセラミックスの破損が生じた。これは、とりわけ、放電容器の下方に戻り線の直線部分が位置していることに起因している。この場合、アークは戻り線の電流により生じる磁場と相互作用し、アークの反発が生じる。したがって、高温プラズマの「揚力」による自然な弓なりが増幅される。
【００１０】
第２の戻り線によってアークに対する磁力を補償することができることは公知である。ＷＯ  ０３／０３０２０９を参照のこと。しかし、このような構成は著しく高い材料費とプロセス工程を必要とし、多大なコストをかけなければ自動化することができない。上記文献に示されている第２の別の構造は二重螺旋と複数回の巻回を有するコイルである。
【００１１】
ＷＯ  ０３／０６０９４８には、トーチ軸に対して垂直なコイルが記載されている。この場合でも、装置は非常に複雑であり、取り付けにもコストがかかる。さらに、多数のケーブルがトーチの近傍で光を吸収してしまい、光束と発光効率が低下してしまう。ＵＳ  ２００３／０２５４５５には、曲がった戻り線が記載されている。これによればアークまでの距離が長くなるだけであり、磁場は僅かにしか弱まらない。さらに、外管が狭い場合には、このような構成のためのスペースもない。
【００１２】
本考案によれば、戻り電流供給線は最大で１．２５回の巻回を備えている。したがって、戻り線は２つの直線端部とその間の巻線部分とを有している。所与の直線端部に対して、巻線部分の軸方向長さは、磁場Ｂｙが電極間の中央で消えるように最適化することができる。図２を参照のこと。ここでは、電流を適当に１アンペアに規格化した。最適ジオメトリに関する計算はこの恣意的な選択には依存しない。磁場Ｂｙはアークの中央で消えるが、中心の両側では再び低下することが分かる。しかし、偏向には、電極間の磁場の積分が重要である。それゆえ、コイル高さＨ（Ｂａｖｇ＝０）は、電極間距離にわたる磁場Ｂｙの積分が打ち消されるように最適化されている。比較のために、図７には、巻線部分を２回巻回した場合の関係が図示されている。ここでは、３つの成分Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚが示されている。図７を図２と比較すると、巻線部分の中央では、磁場は５３％しか低減せず、電極間距離に沿った磁場の積分は２４％減少している。
【００１３】
結果は図３に示されている。ここでは、様々なコイル半径Ｒに対して最適なコイル高さが示されている。コイル半径は実質的に使用する外管によって限定される。さらに、コイル高さの許容差も示されている。これらの許容差では、直線導体の磁場はゼロでなく、直線導体の１０％または３０％に低減される。半径が２０ｍｍの場合、コイル高さＨは２１〜２８ｍｍ（１０％Ｂｗ）または１５〜３５ｍｍ（３０％）とすることができることが分かる。したがって、このジオメトリは製造時の偏差に対して非常に耐性がある。半径が１０ｍｍよりも小さければ、消費電力がより低く、ランプ電流が明らかにより小さいコンパクトなトーチ、例えば、ランプ電流が１．８Ａで、外管の外径が２４．８ｍｍのＨＣＩ−Ｔ  １５０Ｗ、が得られる。半径が大きな場合、Ｈ（Ｂａｖｇ＝０）／Ｒは０．６２５６の漸近線に収束する。
【００１４】
図４にはさらに、電極間の中央で磁場が消えるコイル高さＨ（Ｂｙ＝０）も示されている。最適コイル高さはほぼ半径と同スケールであるから、比Ｈ／Ｒも計算してある。Ｒ＝１０ｍｍとＲ＝３０ｍｍの間の区間では、比Ｈ（Ｂｙ＝０）／Ｒは１．０７と０．９２の間に、比Ｈ（Ｂａｖｇ＝０）／Ｒは１．７９と１．０１の間にある。比Ｈ（Ｂａｖｇ＝０）／Ｒは式Ｈ（Ｂａｖｇ＝０）／Ｒ＝５．６*Ｒ-0.514によって非常に良く記述できる。図４を参照のこと。Ｂ場における偏差が３０％程度の場合、Ｈ（Ｂａｖｇ＝０）／Ｒは２．５から０．５８の間である。
【００１５】
ハロゲン化金属を封入した４００Ｗランプの実施例では、外管３４の外径は３４ｍｍであり、コイル半径Ｒは１４．５ｍｍである。これにより、Ｈ（Ｂａｖｇ＝０）は２０．３ｍｍとなる。電流供給線の２つの直線部分はここでは４７ｍｍと２８ｍｍの長さである。ランプは図５に示されている。従来のジオメトリでは磁気斥力のせいでアークが目に見えて曲がっているのに対し、上記の改良では真っ直ぐである。垂直点灯方向におけるハロゲン化金属の凝縮物の位置もまたこの状況を反映する。すなわち、従来の構造では凝縮物が電流供給線の側に強く非対称に集中するのに対し、コイル構造では凝縮物はほぼ完全に円筒対称である。
【００１６】
およそ１００ｈでの測光データと電気的データが表１にまとめられ、従来の構造と比較されている。発光効率は標準よりもおよそ１ｌｍ／Ｗだけ高い。２つの点灯方向の色度座標の整合性は明らかに良くなっている（ΔＴｎは２４０Ｋに対して８Ｋであり、Δｄｃは２．８に対して１．３である）。これは水平方向におけるアークの偏向の減少により説明しうる。
【００１７】
図６には、別の実施例が示されている。ここでは、巻線部分は半回転しか巻回されていない。加えて、この巻回はランプ軸を横切る面において放電容器の中央で行われている。この場合、電流供給線の向かい合う直線部分の磁場は相殺される。「半」巻回の磁場はつねに電流方向に対して垂直なので、偏向も生じさせない。このデザインはさらに、半巻回が放電容器の各半部の継目の領域にあり、ワイヤによる余分な陰影が減るという利点を有している。
【００１８】
好ましくは、直線端部が少なくとも放電容積の中では電極の先端に達するような構成にするとよい。
【００１９】
巻線部分の軸方向長さＨと巻線部分の半径とに関しては、有利には、関係０≦Ｈ／Ｒ≦２．５、特に好ましくは０≦Ｈ／Ｒ≦２．４が成り立つ。
【００２０】
有利には、外管は直径にして高々７０ｍｍの外径を有する。とりわけ、ランプ内の動作電流は少なくとも１．７アンペアである。
【００２１】
特に、高い発光効率はハロゲン化金属として少なくとも２重量パーセントのＣｅＪ３を含む充填物によって達成される。
【００２２】
色分散と位置依存性は、セラミック放電容器が末端部を丸くした円筒状のものである場合に、特に良く軽減される。
【実施例】
【００２３】
図１には、メタルハライドランプ１が概略的に示されている。このメタルハライドランプ１はセラミック製の放電容器２から成っており、放電容器２内に２つの電極３が挿入されている。放電容器は中央の円筒部分５と好ましくは半球殻として実施された２つの丸い端部４を有している。これらの端部には２つの封止部６があり、ここではキャピラリとして実施されている。放電容器と封止部はＰＣＡなどの材料からなる２つの半部から一体形成することが好ましい。接続部の隆起には参照記号９が付されている。放電容器２は外管７によって取り囲まれている。放電容器２はフレーム８によって外管内に保持されている。外管は口金１９で封止されている。
【００２４】
フレームは、放電容器の口金側の端部には短い電流供給線１０を、放電容器の口金とは反対側の端部には長い電流供給線、つまり戻り線１１を有している。戻り線１１は、ブラケット部分１２、ブラケットから口金の方に向かう遠隔の直線部分１３、放電容器の中央部に配置された巻線部分１４、および、口金に隣接した直線部分１５を有している。直線部分はキャピラリから放電容器の端部と電極３の先端との間の領域まで走っている。
【００２５】
放電容器は半球殻であり、半殻の端部４における半径Ｒを有しており、直線的な円筒部分５は半殻の間の軸方向長さＬを有しており、電極間距離はＥＡである。
【００２６】
図２に示されているグラフには、磁場Ｂ（テスラ）が直線電流供給線（Ｂｙ（直線））のｙ成分Ｂｙ（電極間を結ぶ線に対して垂直）として示され、さらに最適な巻線部分の最適な磁場Ｂ（ｏｐｔ）の３つの成分Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚも示されている。ここで、Ｂｚ（ｏｐｔ）は電極間を結ぶ線に沿った方向を向いており、アークの偏向を生じさせない。Ｂｘ（ｏｐｔ）はプラズマアークの領域内で符号を変えるので、同様に、広範囲にわたってアークが曲がることはない。Ｂｙ（ｏｐｔ）はほぼアーク中央で消える。
【００２７】
図３には、巻線部分（電極間距離に沿ったＢｙの積分は打ち消される）の最適高さＨ（メートル単位での軸方向長さ）が巻線部分の半径Ｒの関数として示されている。さらに、直線導体の磁場が１０％または３０％低減される高さＨも示されている。巻線部分は完全に１回巻回されている。曲線１はＢ＝０の平均磁場Ｂに当たる。曲線２はＢ＝０．３Ｂｗの平均磁場の状況を示している。ここで、Ｂｗとは、戻り線部分が巻回なしの直線である場合に、指定された半径Ｒに対して電流の強さを１Ａとしたときに発生する磁場である。曲線３はＢ＝−０．３Ｂｗの平均磁場の状況を示している。曲線４はＢ＝０．１Ｂｗの平均磁場の状況を示しており、曲線５はＢ＝−０．１Ｂｗの平均磁場の状況を示している。
【００２８】
図４には、左側の縦座標に、コイルＢｙ（ｏｐｔ）の最適高さＨ−−つまり、この場合、電極間距離に沿ったＢｙの積分は全体としては打ち消される。曲線１−−と、Ｂｙ０（ｏｐｔ）−−この場合、磁場は電極間の中央で消えると仮定されている。曲線２−−が巻線部分の半径Ｒの関数として示されている。図３と参照せよ。巻線の両方の高さとも半径で規格化してＨ／Ｒとして示されている。これについては右側の縦座標を見よ。曲線１を規格化したものが曲線３であり、曲線２を規格化したものが曲線４である。比較のために、曲線５はべき曲線の閉じた式ｙ＝５．６４ｘ-0.514  （Ｒ2＝０．９８９）である。
【００２９】
巻線高さＨと電極間距離ＥＡの間の関係の１つの具体例は、Ｈ＝２０ｍｍ、ＥＡ＝１８ｍｍである。好ましくは、Ｈ＝１．０〜１．３ＥＡである。
【００３０】
図５には、戻り線２１が曲がったメタルハライドランプ２０の実施例が示されている。ブラケット部分は未発達な形でしか形成されていない。というのも、放電容器から突き出た遠隔の電流供給線２２は先端２３の中に保持されているからである。ここでは放電容器２５の中心まで達している終端の直線導体部分２４からは、巻線部分として半円２６が放電容器の反対側まで描かれている。隣接する直線導体部分２７はそこから口金２８の中へと導かれている。
【００３１】
図６には、巻線部分３０が同様に半巻回されたメタルハライドランプ２０の別の実施例が示されている。しかし、この半巻回はランプ軸に対して垂直な平面内で行われてはおらず、ランプ軸Ａに対しておよそ３０°〜４５°の角度で斜めに傾斜した平面内で行われている。ここでは、直線導体部分２４，２７は放電体積内でそれぞれ電極の先端の高さ辺りで終端している。
【００３２】
典型的な充填物は以下の構成要素を含む：
Ｈｇ：１０〜４０ｍｇ
ＸｅまたはＡｒ：それぞれ１２０〜３８０ｍｂａｒ
ＮａＪ：０〜１０重量％
ＴＩＪ：５〜２０重量％
ＳＥＪ３：ＳＥ＝Ｄｙ＋Ｈｏ＋Ｔｍ、全部で２０〜５０重量％
ＣｅＪ３：０〜１０重量％
【００３３】
巻線部分は放電容器の回りを最大で１．２５巻回、最小で０．２５巻回する。有利には、０．５〜１．０巻回である。
【００３４】
表１には、およそ１００ｈの動作時間における光電データの平均値、電圧の標準偏差、および様々なパターンの色度座標が示されている。ここで、
ＲＦ線：戻り線
位置：  ｓ：垂直、ｗ：水平（下方の電流供給線）
ｕｌ：ランプ電圧
ｕｌｓ：再照明ピーク
ｐｌ：ランプ電力
Φ：光束
η：発光効率
ｔｎ：色温度
ｄｃ：プランク曲線までの距離
Ｒａ：演色
Ｒ９：演色  飽和赤
σ（Ｇ）：量Ｇの標準偏差
放電容器は有利にはセラミック製である。しかし、石英ガラスで製造してもよい。
【００３５】
巻線部分の軸方向長さＨと半径Ｒとに関して、０＜Ｈ／Ｒ＜３．０、有利には、＜２．５が成り立つ。
【００３６】
【表１】
0003153945.tif 000003
【符号の説明】
【００３７】
１  メタルハライドランプ
２  放電容器
３  電極
４  半球殻
６  封止部
７  外管
８  フレーム
９  継目
１０  電流供給線
１１  戻り線
１２  ブラケット部分
１３  遠隔直線部分
１４  巻線部分
１５  直線部分
１９  口金
２０  メタルハライドランプ
２１  戻り線
２２  電流供給線
２３  先端
２４  直線導体部分
２５  放電容器
２６  半円
２７  直線導体部分
２８  口金
【図１】
0003153945.tif 000004
【図２】
0003153945.tif 000005
【図３】
0003153945.tif 000006
【図４】
0003153945.tif 000007
【図５】
0003153945.tif 000008
【図６】
0003153945.tif 000009
【図７】
0003153945.tif 000010