(57)【要約】  高ワット数（１５０Ｗ以上）セラミック放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプの高温再点弧時間は、（ａ）放電管（３）の内径に対する外部バルブ（１）の直径（Ｄ２）の比率を増大することによって、或いは、（ｂ）外部バルブを窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのような不活性ガスで充填することによって、或いは、（ａ）及び（ｂ）の両方を実施することによって減少される。（ａ）及び／又は（ｂ）を（ｃ）、即ち、放電容器（３）へのヨウ素のためのゲッタ材料の追加と組み合わせることによって、高温再点弧時間をさらに減少し得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁と端壁とを有するセラミック放電容器を含み、該セラミック放電容器は、塩を含む充填剤を収容する放電空間を取り囲み、前記充填剤は、印可電圧の影響下でガス放電を維持可能であり、
前記端壁を通じて前記放電空間に延びる一対の電極を含み、
前記電極に電流を供給するための並びに前記セラミック放電容器を支持するための一対の導体を含み、
前記セラミック放電容器、前記電極、及び、前記導体を取り囲む外部バルブを含み、
前記外部バルブを封止するための並びに外部電源から前記導体への貫通接続をもたらすためのエンドキャップを含む、
高ワット数セラミック放電メタルハライドランプであって、
前記セラミック放電容器の内径に対する前記外部バルブの直径の比率は、５．８よりも大きいことを特徴とする、
高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２】
前記セラミック放電容器の内径に対する前記外部バルブの直径の比率は、少なくとも８．７である、請求項１に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項３】
前記セラミック放電容器の内径に対する前記外部バルブの直径の比率は、少なくとの１２である、請求項１に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項４】
不活性ガスが前記外部バルブ内に存在する、請求項１に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項５】
前記不活性ガスは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及び、キセノンから成る群から選択される１つ又はそれよりも多くのガスである、請求項４に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項６】
前記不活性ガスは、窒素である、請求項５に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項７】
前記窒素は、約１００〜５００トルの範囲内の圧力で前記外部バルブ内に存在する、請求項６に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項８】
ヨウ素のためのゲッタ材料が、前記放電容器内に存在する、請求項１に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項９】
前記ゲッタ材料は、Ｓｃ、Ｃｅ、及び、Ｎａから成る群から選択される、請求項８に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１０】
前記ゲッタ材料は、Ｓｃである、請求項９に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１１】
前記スカンジウムは、前記塩の約３．７５〜６．２５重量％の量で前記放電容器内に存在する、請求項１０に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１２】
前記スカンジウムは、前記塩の約５重量％の量で前記放電容器内に存在する、請求項１１に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１３】
前記スカンジウムは、前記放電容器内に存在する、請求項７に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１４】
前記スカンジウムは、前記塩の約３．７５〜６．２５重量％の量で前記放電容器内に存在する、請求項１３に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１５】
前記スカンジウムは、前記塩の約５重量％の量で前記放電容器内に存在する、請求項１４に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１６】
側壁と端壁とを有するセラミック放電容器を含み、該セラミック放電容器は、塩を含む充填剤を収容する放電空間を取り囲み、前記充填剤は、印可電圧の影響下でガス放電を維持可能であり、
前記端壁を通じて前記放電空間に延びる一対の電極を含み、
前記電極に電流を供給するための並びに前記セラミック放電容器を支持するための一対の導体を含み、
前記セラミック放電容器、前記電極、及び、前記導体を取り囲む外部バルブ（１）を含み、
前記外部バルブを封止するための並びに外部電源から前記導体への貫通接続をもたらすためのエンドキャップを含む、
高ワット数セラミック放電メタルハライドランプであって、
不活性ガスが、前記外部バルブ内に存在することを特徴とする、
高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１７】
前記不活性ガスは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及び、キセノンから成る群から選択される１つ又はそれよりも多くのガスである、請求項１６に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１８】
前記不活性ガスは、窒素である、請求項１７に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項１９】
前記窒素は、約１００〜５００トルの範囲内の圧力で前記外部バルブ内に存在する、請求項１８に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２０】
前記セラミック放電容器の内径に対する前記外部バルブの直径の比率は、５．８よりも大きい、請求項１６に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２１】
前記セラミック放電容器の内径に対する前記外部バルブの直径の比率は、少なくとも８．７である、請求項２０に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２２】
前記セラミック放電容器の内径に対する前記外部バルブの直径の比率は、少なくとの１２である、請求項２１に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２３】
ヨウ素のためのゲッタ材料が、前記放電容器内に存在する、請求項１６に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２４】
前記ゲッタ材料は、Ｓｃ、Ｃｅ、及び、Ｎａから成る群から選択される、請求項２３に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２５】
前記ゲッタ材料は、スカンジウムである、請求項２４に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２６】
前記スカンジウムは、前記塩の約３．７５〜６．２５重量％の量で前記放電容器内に存在する、請求項２５に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２７】
前記スカンジウムは、前記塩の約５重量％の量で前記放電容器内に存在する、請求項２６に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２８】
前記スカンジウムは、前記放電容器内に存在する、請求項２０に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項２９】
前記スカンジウムは、前記塩の約３．７５〜６．２５重量％の量で前記放電容器内に存在する、請求項２８に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【請求項３０】
前記スカンジウムは、前記塩の約５重量％の量で前記放電容器内に存在する、請求項２９に記載の高ワット数セラミック放電メタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック放電メタルハライドランプに関し、より具体的には、著しく減少された高温再点弧(hot  re-strike)時間を備えるＣＤＭランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤＭランプは、典型的には、再点弧が起こるのを可能にする降伏電圧に達するよう十分に冷却するために、一時的な電力停止後に１０〜１５分を必要とする。対照的に、水晶メタルハライドランプは、典型的には、約６〜１０分の範囲内の再点弧時間を示し、高圧ナトリウムランプ（ＨＰＳ）は、典型的には、約１〜２分の範囲内の再点弧時間を示す。加えて、ＨＰＳランプは、電力が回復されるや否や点弧する第一の放電管と並列して、第二の非活性的な放電管を利用するときには、本質的に瞬間的な再点弧時間を示し得る。このアプローチは、より一層高い蒸気圧の故に、ＣＤＭランプでは、特に高ワット数版では、実行不能であることが分かっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、高ワット数（１５０Ｗ以上）ＣＤＭランプのセラミック放電容器に対する外部バルブのサイズを増大することによって、高温再点弧時間が減少されることが発見された。このサイズ差は、セラミック放電容器の内径ＩＤに対する外部バルブの直径Ｄの比率であるＡによってここに示される。この比率は、約５．８よりも大きくなければならず、好ましくは、少なくとも約８．７である。
【０００５】
そのようなランプの外部バルブを窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又は、キセノンの１つ又はそれよりも多くのような不活性ガスで充填することによっても高温再点弧時間が減少されることがさらに発見された。
【０００６】
高温再点弧時間が上記手段の一方又は両方によって減少されるそのようなランプにおいて、Ｓｃ、Ｃｅ、又は、Ｎａのような、ヨウ素のためのゲッタリング能力を有する金属を放電管に加えることによって、高温再点弧時間はさらに減少されることがさらに発見された。
【０００７】
要約すると、高ワット数（１５０Ｗ以上）セラミック放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプの高温再点弧時間は、（ａ）放電管の内径に対する外部バルブの直径（Ｄ）の比率を増大することによって、或いは、（ｂ）外部バルブを窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのような不活性ガスで充填することによって、或いは、（ａ）及び（ｂ）の両方を実施することによって減少される。（ａ）及び／又は（ｂ）を（ｃ）、即ち、放電容器へのヨウ素のためのゲッタ材料の追加と組み合わせることによって、高温再点弧時間をさらに減少し得る。
【０００８】
本発明の好適実施態様によれば、（ａ）、（ｂ）、及び、（ｃ）は、高ワット数（１５０Ｗ以上）ＣＤＭランプがもらされるよう組み合わされ、その場合には、比率Ａは少なくとも１２であるよう選択され、窒素ガスは、約１００から５００トルに圧力をもたらす量で外部バルブ内に存在するよう選択され、Ｓｃ金属は、約３．７５〜６．２５重量％の量で放電管の塩に加えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、従来技術の高ワット数（１５０Ｗ以上）ＣＤＭランプを示す概略図である。ランプは、典型的には、セラミック側壁３ａと、セラミック端壁３ｂ及び３ｃとを有する、多結晶アルミニウム（ＰＣＡ）から成る、セラミック放電容器３を備え、その容器３は内径ＩＤを有し、イオン化充填剤を収容する放電空間１１を閉じ込めている。電極４，５がプラグ６，７を通じて延在し、同様に放電容器３を支持する導体８，９からの電流を受ける。容器３は、直径Ｄ１を有し且つ一端でランプキャップ２で封止される真空外部バルブ１によって取り囲まれている。
【００１０】
放電容器３のイオン化充填剤は、典型的には、Ｘｅ、Ａｒ、又は、Ｋｒのような点火ガスを含む。イオン化充填剤は、Ｈｇ、並びに、Ｎａ、Ｃａ、Ｔｌ、及び、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍのような希土類のヨウ化物も含む。
【００１１】
そのような従来技術のＣＤＭランプは、米国特許第６，５５５，９６２号、６，０３１，３３２号、及び、５，９７３，４５３号に記載されており、それらの明細書の全体が参照としてここに引用される。これらのランプのための典型的な高温再点弧時間は、約１０〜１５分である。
【００１２】
図２は、本発明の高ワット数ＣＤＭランプの１つの実施態様の概略図である。この実施態様は図１の従来技術ランプと類似しており、外部バルブ１０を除き、類似の素子には同一の参照番号が付与されている。外部バルブは、Ｄ１よりも大きな直径Ｄ２によって示されているように、図１の外部バルブ１よりも大きいサイズを有する。放電容器の内径ＩＤは不変であるので、Ａ＝Ｄ２／Ｄ１比率はＤ１／ＩＤ比率よりも大きい。
【００１３】
図３は、７つの異なるランプ設計の様々な設計特徴に対して、高温再点弧時間を分で示す棒グラフである。ランプは、全て、真空ポンプに接続された取り外し可能な外部バルブシステム内の商業的Ｓ５１型ＣＷＡ安定器上で動作されるＣＤＭ４００Ｗ／１００Ｖランプであった。再点弧試験のために電力を再適用する前にランプを５秒間スイッチオフした。
【００１４】
放電容器は、９．８ｍｍ×３８mm（ＩＤ×ＩＬ）の標準的な寸法を備えるＰＣＡアーク管であり、高温ガラスでＰＣＡに封止された。放電容器はＮａＩ、Ｃａｌ２、及び、希土類ヨウ化物を包含する塩混合物で荷電される。起動補助剤としてＫｒの少量の追加を備えるＸｅを点火ガスとして使用した。その外部バルブがガス充填されたランプ以外は、Ｈｇに４．６ｍｇを投与した。４００Ｗの１０％内までの動作を得るために、これらのランプに５〜１３ｍｇのＨｇを投与した。放電容器を試験前に１５分間慣らした。
【００１５】
一連の７つのランプ設計（１〜７が付与されている）における変数は、２つの異なる外部バルブサイズを含み、第一のものは、従来技術ランプを示し、ＥＤ１８が付与され、約２  １／４インチの直径を有し、第二のものは、ＥＤ３７が付与され、ＥＤ１８バルブの直径のほぼ１０５％である約４  ５／８インチの直径を有した。一部の他のバルブは真空に保たれたのに対し、他は３００トルの圧力まで窒素で充填された。真空含有ランプはバリウムリングゲッタを有したのに対し、ガス充填ランプは固体状態ゲッタを有した。一部の放電容器には塩の５重量％に対応する２ｍｇのスカンジウム金属を投与した。
【００１６】
図３は、異なる変数が単独或いは異なる組み合わせのいずれかで導入されたときの高温再点弧時間における漸進的な減少を示している。棒１は、ランプ１、即ち、真空に保たれたＥＤ１８外部バルブを有し且つ１２．２分の高温再点弧時間を有する従来技術ランプの高温再点弧時間を示している。棒２は、ランプ２の高温再点弧時間を示しており、それはＥＤ１８外部バルブをより大きなＥＤ３７外部バルブと置換することによって変更されたランプ１であり、その結果、高温再点弧時間は１１．７分まで減少された。棒３は、ランプ３の高温再点弧時間を示しており、それは外部バルブを窒素で充填することによって変更されたランプ１であり、その結果、高温再点弧時間は８．２分まで減少された。棒４は、ランプ４の高温再点弧時間を示しており、それはより大きなＥＤ３７外部バルブを窒素充填剤と組み合わせることによって変更されたランプ１であり、その結果、高温再点弧時間は７．４分まで減少された。棒５は、ランプ５の高温再点弧時間を示しており、それはより大きなＥＤ３７外部バルブを放電容器へのＳｃの追加と組み合わせることによって変更されたランプ１であり、その結果、高温再点弧時間は６．７分まで減少された。棒６は、ランプ６の高温再点弧時間を示しており、それは窒素充填剤とＳｃの追加とを組み合わせることによって変更されたランプ１であり、その結果、高温再点弧時間は６．４分まで減少された。棒７は、ランプ７の高温再点弧時間を示しており、それはより大きなＥＤ３７外部バルブ、窒素充填剤、及び、Ｓｃの追加を組み合わせることによって変更されたランプ１であり、その結果、高温再点弧時間は４．２分まで減少された。
【００１７】
これらの結果は、より大きなサイズの外被、及び、外被のガス充填の２つの設計特徴が、それぞれ高温再点弧時間の減少（それぞれ１１．７分及び８．２分へ）をもたらすのに対し、これらの特徴の組み合わせが、さらなる減少（７．４分へ）をもたらし、これらの特徴のいずれかとＳｃの追加との組み合わせが、さらなる減少（それぞれ６．７分及び６．４分へ）をもたらし、すべての３つの特徴の組み合わせが最大の減少（４．２分へ）をもたらすことを示している。
【００１８】
ガス充填のみがバルブサイズの増大のみよりも幾分より大きな効果を有し、その結果、ランプ２のための１２．２〜１１．７分への或いは４％の減少に対し、ランプ３のための１２．２〜８．２分への或いは３２％の高温再点弧時間の減少をもたらすことも分かる。この効果は、より大きな外部バルブ及びＳｃの両方を有するランプ５及び７のための高温再点弧時間を比較することによっても見られる。ガス充填剤の追加は、ランプ５のための６．７分からランプ７のための４．２分への高温再点弧時間の減少、ほぼ３７％の減少をもたらす。
【００１９】
図４は、ガス充填されたＥＤ３７外部バルブ、並びに、１ｍｇ、２ｍｇ、及び、４ｍｇのスカンジウム金属をそれぞれ含有する本発明のＣＤＭ４００ＷランプのためのＳｃ投与量をｍｇで示すのに対して、高温再点弧時間を分で示す棒グラフである。８〜１０が付与されたランプは、上記に記載されたランプ１〜７と同様に高温再点弧時間のために構成され且つ試験された。図４は、高温再点弧時間が、１ｍｇのＳｃを備えるランプ８のための７．１分から４ｍｇのＳｃを備えるランプ１０のための３．８分まで異なる。
【００２０】
これらの結果を、ガス充填されたＥＤ３７外被を有するがＳｃを含有しないランプ４のための７．４分の高温再点弧時間と比較し得る。ランプ８はランプ４に対して約４％の改良を示したが、さらなる試験は不一致な結果を示した。ランプ９は、ランプ４に対して約４３％のより一層大きな改良を示し、ランプ１０は、約１０％のより一層大きな改良を示した。しかしながら、ランプ１０内のより大きな量のＳｃは、２の因数だけランプ電圧を減少し、よって、１０ｍｇよりも多くのＨｇが加えられることを必要とする。
【００２１】
これらの並びに他の考慮に基づけば、少なくとも約１．５ｍｇの、且つ、約２．５以下の量のＳｃを加えることが好ましく、約１．５よりも下では、高温再点弧時間の改良は僅か若しくは不一致になり、約２．５よりも上では、さらなる改良が得られるが、ランプ電圧の著しい降下を伴う傾向がある。
【００２２】
ランプの冷却中に過剰なヨウ素を取り上げ、よって、再点弧が起こるために十分に低い降伏電圧に達する時間を減少するために、ヨウ素ゲッタが金属として加えられることが重要である。
【００２３】
本発明を定めるために依存しないが、理論は、ランプ冷却中に、極めて陰性のＩイオンが形成し、ランプが再点弧するために必要な自由電子の放電空間を激減することを提案する。もし過剰なＨｇが存在するならば、それはＨｇＩ２を形成することによって過剰なヨウ化物を除去し得る。しかしながら、ＨｇＩ２は比較的低い温度で形成し、熱い放電ガスから凝縮する。Ｓｃのようなゲッタ金属の追加は、ＳｃＩ３の優先的な形成をもたらし、それは過剰なヨウ化物をより迅速に除去する。何故ならば、それはＨｇＩ２よりの高い温度で形成し、熱い放電ガスを凝縮するからである。ここに示される実施態様及び実施例は、本発明及びその実際的な用途を説明し、それによって、当業者が本発明を製造し利用することを可能にするために示されている。しかしながら、当業者は前記の記載及び実施例が例証及び例のみの目的のために示されていることを認識するであろう。本発明の他の実施態様、実施態様の変更、及び、均等物、並びに、他の特徴、目的、及び、利点は、当業者に明らかであろう。よって、本発明の原理を図面、記載、及び、添付の実施態様の研究から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術の高ワット数ＣＤＭランプの１つの実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の高ワット数ＣＤＭランプの１つの実施態様を示す概略図である。
【図３】従来技術の高ワット数ＣＤＭランプ及び高ワット数ＣＤＭランプの様々な実施態様の設計特徴に対して高温再点弧時間を分で示す棒グラフである。
【図４】本発明の高ワット数ＣＤＭランプの１つの実施態様のＳｃ投与量をミリグラムで示すのに対して高温再点弧時間を分で示す棒グラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１      外部バルブ
２      ランプキャップ
３      放電容器
３ａ    側壁
３ｂ    端壁
３ｃ    端壁
４，５  電極
６，７  プラグ
８，９  導体
１０    外部バルブ
１１    放電空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008521194.tif 000005
【図４】
2008521194.tif 000006
【国際調査報告】
2008521194.tif 000007
2008521194.tif 000008