(57)【要約】【課題】電気ランプの材料の熱膨張の差に起因するランプの故障を低減すること。【解決手段】電気ランプには石英ガラスの球（１）と金属製の電極ロッド（３；２１、２２）とが設けられている。電極ロッド（３；２１、２２）は、球の石英ガラス材料内に少なくとも一部が埋め込まれている。石英ガラス材料に接触する電極ロッド（３；２１、２２）の表面の少なくとも主要部分には、実質的に長手方向の溝（６）が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス製の球（１）と、この球（１）の石英ガラス材料内に少なくとも一部が埋め込まれた金属製電極ロッド（３；２１、２２）とが設けられた電気ランプにおいて、
前記石英ガラス材料に接触する前記電極ロッド（３；２１，２２）の表面の少なくとも主要部に、実質的に長手方向の溝（６）が設けられていることを特徴とする電気ランプ。
【請求項２】
前記電極ロッド（３；２１、２２）の前記金属材料は、少なくとも７０重量％のタングステンを含むことを特徴とする請求項１記載のランプ。
【請求項３】
前記溝（６）の深さは、１μｍより大、好ましくは２μｍと３０μｍの間、より好ましくは３μｍと２０μｍの間、更に好ましくは５μｍと１０μｍの間であることを特徴とする請求項１又は２記載のランプ。
【請求項４】
前記溝（６）の深さに対する幅の比（幅／深さ）が４未満、好ましくは２未満、より好ましくは１未満であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のランプ。
【請求項５】
前記電極ロッド（３；２１、２２）の横断面における溝（６）の数は、ｍｍを単位として測定された電極ロッド（３；２１、２２）の直径の１０〜４０００倍、好ましくは１００〜２０００倍、より好ましくは２５０〜１０００倍であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のランプ。
【請求項６】
前記電極ロッド（３；２１、２２）の横断面内にて、前記溝（６）は（３６０／ｎ）°±（３６０／２ｎ）°（ここでｎは前記横断面における溝（６）の数である）の角度に円周方向に分布していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか項記載のランプ。
【請求項７】
前記電極ロッド（３；２１、２２）の長手方向軸線と前記溝（６）との間の角度は、２０°未満、好ましくは１０°未満、より好ましくは４°未満であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載のランプ。
【請求項８】
前記ランプは高圧ガス放電ランプであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載のランプ。
【請求項９】
前記電極ロッド（３；２１、２２）は、前記ランプの前記石英ガラス製の球（１）の前記ピンチシール部分（２；２７、２８）内に存在することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載のランプ。
【請求項１０】
前記レフレクタ（１７）には、前の請求項のうちのいずれか１つに記載のランプ（１６）が設けられていることを特徴とするランプとレフレクタとのユニット。
【請求項１１】
石英ガラス製の球（１）と、この球（１）の石英ガラス材料内に少なくとも一部が埋め込まれた金属製電極ロッド（３；２１、２２）が設けられた電気ランプを製造する方法において、
前記石英ガラス材料内に前記電極ロッド（３；２１、２２）を埋め込む前に、前記石英ガラス材料に接触する前記電極ロッド（３；２１，２２）の表面の少なくとも主要部に、実質的に長手方向の溝（６）を設けることを特徴とする電気ランプを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラスの球（バルブ）と、この球の石英ガラス材料内に少なくとも一部が埋め込まれた金属製の電極ロッドとが設けられた電気ランプに関する。一般に、ランプの球の石英ガラス材料内に２本の電極ロッドが埋め込まれている。かかるランプ、例えば高圧水銀放電ランプは、正常に作動している間、ガスの圧力が約２００バールから５００バールに達することがあり、５０Ｗ〜５００Ｗの範囲内、または１５００Ｗまでの電力を消費し得る。
【背景技術】
【０００２】
英国公開特許出願GB-A-2351602には、このタイプのランプが開示されている。この公開特許は、ランプの発光放電空間を囲む石英ガラス製の球を備えるガス放電ランプについて述べており、このガス放電ランプは、石英ガラス製の球の２つの端部の各々にピンチシールされた部分が形成されており、放電スペース内に２本のタングステン製電極ロッドの端部が突出している。２本の電極ロッドが互いに同軸状に位置するよう、ピンチシール部分には各電極ロッドの一部が埋め込まれている。２本の電極ロッドの他端部は、電極ロッドに電流を供給するよう、導電性モリブデンフォイル部材の端部に接続されており、モリブデンフォイル部材もランプの石英ガラス球のピンチシール部分に埋め込まれている。モリブデンフォイル部材の他端部はリード線に接続されており、これらリード線はランプの石英ガラス製の球の外側に延びている。
【０００３】
２本の電極ロッドは、球の両端に同軸状に設けることができるが、これらロッドを互いに所定の距離に平行に位置させることもできる。後者のケースでは、これらロッドは、石英ガラス製の球の同じピンチシール部分に埋め込まれる。ランプを、このランプおよびリフレクタを備えたユニットの一体的な一部とすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかるランプでは、電極ロッドの材料と石英ガラス材料との間に熱膨張の差があり、石英ガラス材料はランプの球のピンチシール部分内の電極ロッドの一部を囲んでいる。ランプを使用しているときには、かかる熱膨張のかかる差により、ランプの材料内に大きな応力が生じる。このように大きい応力が生じる結果、ランプの球の割れまたは爆発に起因して、早期にランプが故障し得る。前記熱膨張の差の悪影響を制限するために、電極ロッドのまわりにコイルを巻いたり、または電極ロッドのまわりにフォイルをラッピングしたりするなどのいくつかの対策が知られている。これら対策の欠点は、追加コストが比較的高くなることであり、これら対策のほとんどはランプ内に追加部品を必要とする。
【０００５】
本発明の目的は、石英ガラス製の球と、この球の石英ガラス材料内に少なくとも一部が埋め込まれた金属製電極ロッドとが設けられ、電極ロッドの材料と石英ガラス材料との間の熱膨張の差に起因する故障の恐れが低減されたランプを提供することにある。
【０００６】
この目的を達成するために、前記石英ガラス材料に接触する前記電極ロッドの表面の少なくとも主要部に、実質的に長手方向の溝が設けられている。すなわちこれら溝は実質的に電極ロッドの軸線にほぼ平行に向く。好ましい実施形態では、石英ガラス材料に接触する電極ロッドのほぼ全面に前記溝が設けられる。一般に、ランプ内には２本の電極ロッドが存在するが、これら電極ロッドの双方に前記実質的に長手方向の溝を設けることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電極ロッドの表面に長手方向の溝が存在するということは、電極ロッドの円周方向（接線方向）に測定した表面の粗さＲａが、電極ロッドの長手方向（軸方向）に測定した電極ロッドの表面の粗さよりも大きくなることを意味する。円周方向に測定した粗さは、長手方向に測定した粗さの２倍、より好ましくは５倍より大きくなることが好ましい。
【０００８】
好ましい実施形態では、電極の金属材料は少なくとも７０重量％のタングステンを含む。電極ロッドの金属材料は、３０％までの１つ以上の添加ドーパント、例えば金属であるイットリウム、トリウム、モリブデン、レニウム、ランタン、セリウム、アルミ、リン、ニオブ、クロムおよび／またはこれら金属の酸化物を含むことができる。かかるドーパントは、電極ロッドの降伏／引っ張り強度に積極的に影響する。これとは異なり、電極ロッドは純粋なタングステンを含むことができる。更に、電極ロッドおよびモリブデンフォイル部材にはクロム金属膜のような酸化から保護するコーティングを設けてもよい。
【０００９】
好ましい実施形態では、前記溝（６）の深さは、１μｍより大、好ましくは２μｍと３０μｍの間、より好ましくは３μｍと２０μｍの間、更に好ましくは５μｍと１０μｍの間である。経験によれば、かかる深さの溝の結果、電極ロッドの材料とランプの球の石英ガラス材料との間の熱膨張率の差に起因する故障の危険性を実質的に低減できることが分かっている。
【００１０】
好ましい実施形態では、溝の深さに対する幅の比は４未満、好ましくは２未満、より好ましくは１未満である。経験によれば、溝が、かかる深さに対する幅の比を有する結果、電極ロッドの材料とランプの球の石英ガラス材料との間の熱膨張率の差に起因する故障の危険性を実質的に低減できることが分かっている。
【００１１】
一般に、前記電極ロッドの横断面における溝の数は、ｍｍを単位として測定された電極ロッドの直径の１０〜４０００倍、好ましくは１００〜２０００倍、より好ましくは２５０〜１０００倍である。経験によれば、電極ロッドの表面にかかる数の溝がある結果、電極ロッドの材料とランプの球の石英ガラス材料との間の膨張率の差に起因する故障の危険性を実質的に低減できることが分かっている。
【００１２】
溝が電極ロッドの円周まわりに均一に分布している場合の実験において、良好な結果が得られるが、これよりも均一でない分布でも、肯定的な結果が得られる。前記電極ロッドの横断面内にて、前記溝は（３６０／ｎ）°±（３６０／２ｎ）°（ここでｎは前記横断面における溝の数である）の角度に円周方向に分布していることが好ましい。
【００１３】
これら溝は、電極ロッドに対して実質的に長手方向に延びる。すなわちこれら溝は、電極ロッドの軸線に対して実質的に平行に向く。好ましい実施形態では、前記電極ロッドの長手方向軸線と前記溝との間の角度は、２０°未満、好ましくは１０°未満、より好ましくは４°未満である。
【００１４】
電極ロッドの材料と石英ガラス材料との間の熱膨張率の差に起因する故障は、特にかかるランプで生じるので、ランプは高圧ガス放電ランプであることが好ましい。しかしながら、本発明は、他のランプ、例えば（水銀、スカンジウム−臭化物−ヨウ化物−塩化物のような希土類の金属ハロゲン化物を含み、安定に作動する間、１００Ｗ〜１００００Ｗまでの範囲の電力を消費する）ＭＳＲまたは光源としてのタングステンフィラメントが接続されている電極ロッドを有するＬＶ／ＭＶハロゲン白熱ランプにも成功裏に適用できる。
【００１５】
好ましい実施形態では、ランプの石英ガラス製の球のピンチシール部分内に電極ロッドが存在し、この球は１つまたは２つのピンチシール部分を有することができる。すなわち球の２つの端部の各々に１つのピンチシール部分を有することができる。２つのピンチシール部分が存在する場合、各ピンチシール部分に電極ロッドを設けることができる。
【００１６】
本発明は、レフレクタに上記ランプが設けられている、ランプとレフレクタのユニットにも関係する。このレフレクタはランプアセンブリの一体的部分であり、よってランプが故障した場合にユニット全体を交換しなければならない。従って、ランプが故障する危険性を低減することが特に重要である。
【００１７】
本発明は更に、石英ガラス製の球と、この球の石英ガラス材料内に少なくとも一部が埋め込まれた金属製電極ロッドが設けられた電気ランプを製造する方法において、前記石英ガラス材料内に前記電極ロッドを埋め込む前に、前記石英ガラス材料に接触する前記電極ロッドの表面の少なくとも主要部に、実質的に長手方向の溝を設けることを特徴とする、電気ランプを製造する方法にも関する。
【００１８】
電極ロッドの表面に長手方向の溝を設けるには、電極ロッドの材料が塑性変形を受けるように、電極ロッドにワイヤー引き抜きプロセスを施すことが好ましい。よって、電極ロッドの表面に長手方向に向いた溝が形成される。この長手方向の溝は研削方法、エッチング方法または材料を除去するレーザービーム加工により、長手方向の溝を形成することもできる。
【００１９】
以下、２つのピンチシール部分および前記ピンチシール部分内に埋め込まれた２本のタングステン製の電極ロッドを有する石英ガラス製の球が設けられた電気ランプを説明することにより、本発明について更に詳述する。本明細書では、単なる略図である図を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、透明な石英ガラス材料製の球１を有する高圧水銀ガス放電ランプを示す。石英ガラス製の球１は、点線で示されたガス放電スペース８を囲んでいる。このガス放電スペース８が必要なガスによって満たされた後に、石英ガラスの球１は、両端がピンチシール部分２によって閉じられる。同軸状に位置する２本のタングステン製の電力ロッド３が設けられており、各電極ロッド３の一端はガス放電スペース８に内に延びており、電極ロッド３の他端部は導電性モリブデンフォイル部材４の端部に接続されている。
【００２１】
タングステン製電極ロッド３およびモリブデンフォイル部材の一部は、ランプの石英ガラス製の球１のピンチシール部分２内に埋め込まれている。モリブデンフォイル部材４の他端部はリード線５に接続されており、このリード線５はランプの石英ガラス製の球１のピンチシール部分２の外側に延びている。モリブデンフォイル部材４を通して電極ロッド３に電流を送り、ランプの球１のガス放電スペース８内にガス放電を生じさせるよう、電流源にこれら２本のリード線５を接続できるようになっている。
【００２２】
かかるガス放電が生じる結果、発光が生じるだけでなく、ランプの電極ロッド３および球１の材料の温度上昇も大きい。電極ロッドのタングステン材料の熱膨張は、温度が上昇するとき、ランプの球１の石英ガラス材料の熱膨張よりも大きいので、材料内に大きい応力が生じる。特にランプの球１の石英ガラス材料内に引っ張り応力が生じる。かかる応力が生じる結果、ランプの球１の破裂に起因する早期のランプの故障が生じ得る。
【００２３】
早期にランプが故障する危険性を低減するために、電極ロッド３の表面の少なくとも一部には、図２ａおよび２ｂに示されるように、長手方向の溝６、すなわち電極ロッド３の軸線に実質的に平行な溝が設けられる。図２ａは、図１のＢ−Ｂ線に沿った電極ロッド３の断面図である。これら図では、電極ロッド３の全周の表面に溝６が設けるか、または表面の一部だけに溝を設けてもよく、この部分はランプの球１の石英ガラス材料と接触する。石英ガラス材料に接触する表面の部分の一部だけに溝６を設けた場合も、良好な結果が得られる。
【００２４】
図３ａ、３ｂおよび３ｃの各々は、電極ロッド３の先端９の近く、すなわちガス放電スペース８内に進入している電極ロッド３の端部の近くにて、電極コイル７が設けられた電極ロッド３を示す。電極コイル７は、電極ロッド３と同一の材料、特にタングステンから製造できる。この電極コイル７の目的は、電極３の表面が広くなるように、電極ロッド３の直径を大きくすることにある。このようにして、電極ロッド３からの熱放射が増加し、電極ロッド３の温度を下げる。一般に、電極コイル７はガス放電スペース８内に位置するが、ランプの球１の石英ガラス材料内に電極コイル７の一部を埋め込むことができる。
【００２５】
図３ａは、電極ロッド３を略図で示し、電極コイル７の左に位置する電極ロッド３の一部は、ランプの球１の石英ガラス材料内に埋め込まれる。この電極部分の主要部１０には長手方向の溝６が設けられ、小さい部分１１には長手方向の溝６が設けられることはない。図３ｂは、電極コイル７の左に位置する全体の部分に長手方向の溝６が設けられ、石英ガラス材料内に設けられた電極ロッド部分全体に長手方向の溝６が設けられるようになっている。図３ｃは、電極ロッド３を示し、モリブデンフォイル部材６に接続された電極ロッド３の端部にある部分１２には長手方向の溝６が設けられていない。この電極ロッド３のこの部分１２は、電極ロッド３の他の部分と比較し、作動中は比較的低温となる。
【００２６】
図４は、ランプアセンブリ１５、すなわち高圧放電ランプ６とレフレクタ１７のユニットを断面図で示す。レフレクタ１７は、主にガラス（ガラス、ガラス−セラミックまたは石英）から製造され、ベル状となっており、その中心軸線１８は図の平面内に延びている。レフレクタ１７の放物状（または楕円状）の内側表面に光反射コーティング１２が設けられている。レフレクタ１７の前記放物形状（または楕円形状）の焦点の近くにランプ１６の球のガス放電スペース２０が位置するよう、レフレクタ１７内に高圧ガス放電ランプ１６が取り付けられている。ガス放電スペース２０内には２本の電極ロッド２１、２２が位置し、各ロッドは、モリブデンフォイル部材２３、２４を介してリード線２５、２６に電気的に接続され、電極ロッド２１、２２に電流を供給するようになっている。ランプ１６の球のピンチシール部分２７、２８内に各モリブデンフォイル２３、２４が位置しており、２つのピンチシール部分２７、２８が反対の外側方向に延びている。
【００２７】
ピンチシール部分のうちの１つ２７を介してレフレクタ１７にランプ１６が取り付けられており、このピンチシール部分２７はレフレクタ１７のネック部分３０に存在するセメント２９内に埋め込まれている。このセメント２９は、レフレクタ１７とランプ１６との間の取り外しできない一体的な接続を可能にし、よってランプアセンブリ１５によって生じる所定形状の光ビームが得られるよう、所望する正しい位置にガス放電スペース２０を維持できるようになっている。他方のピンチシール部分２８は、レフレクタ１７の放物形状（または楕円形状）の中心軸線１８に沿って延びている。
【００２８】
給電ワイヤー３１を介し、電極ロッド２２に電流が供給される。給電ワイヤー３１の一端はリード線２６に接続されており、他端部はレフレクタ１７の背部にある第１接点要素３３に接続されている。第２接点要素３２を介し、電極ロッド２１に電流が供給されるようになっており、第２接点要素３４もレフレクタ１７の背部に位置する。この接点要素３４はリード線２５に接続されている。ランプアセンブリ１５の正面は、ガラスプレート３２によって覆われており、よってレフレクタ１７の内部のスペースが閉じられるようになっている。
【００２９】
ランプ１６の電極ロッド２１、２２の表面の主要部には、例えば図３ｂに示されるように、長手方向の溝が設けられている。
【００３０】
これまで説明したガス放電ランプの実施形態は、単なる例にすぎず、他の多くの実施形態を考え付くこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】高圧ガス放電ランプを示す。
【図２ａ】電極ロッドの断面図である。
【図２ｂ】図２ａの電極ロッドの側面図である。
【図３ａ】電極コイルが設けられた電極ロッドの図である。
【図３ｂ】電極コイルが設けられた電極ロッドの図である。
【図３ｃ】電極コイルが設けられた電極ロッドの図である。
【図４】ランプアセンブリの断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      石英ガラスの球
２      ピンチシール部分
３      電極ロッド
４      モリブデンフォイル部材
５      リード線
６      長手方向溝
７      電極コイル
８      ガス放電スペース
９      先端
１０    主要部分
１１    小部分
１５    ランプアセンブリ
１６    高圧放電ランプ
１７    レフレクタ
１８    中心軸線
１９    光反射コーティング
２０    ガス放電スペース
２１、２２    電極ロッド
２３、２４    モリブデンフォイル部材
２５、２６    リード線
２７、２８    ピンチシール部分
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
2008529252.tif 000005
【図３ａ】
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【図３ｂ】
2008529252.tif 000007
【図３ｃ】
2008529252.tif 000008
【図４】
2008529252.tif 000009
【国際調査報告】
2008529252.tif 000010
2008529252.tif 000011
2008529252.tif 000012