(57)【要約】【課題】誤動作が生じないメタルハライドランプを低コストで提供すること。【解決手段】本発明のメタルハライドランプは、イオン化可能材料が封入された放電チャンバと、上記放電チャンバから突出するように形成された細管とを含む放電管と、上記細管に挿入され、かつシーリングフリットによって封着された電極構造体であって、上記電極構造体の一方の端部が上記放電チャンバ内に位置している、電極構造体とを備え、上記電極構造体のうち、上記シーリングフリットによって封着された部分は、導電性薄板を曲げることによって形成された導電部材を含む。【選択図】　図７Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化可能材料が封入された放電チャンバと、該放電チャンバから突出するように形成された細管とを含む放電管と、
該細管に挿入され、かつシーリングフリットによって封着された電極構造体であって、該電極構造体の一方の端部が該放電チャンバ内に位置している、電極構造体とを備え、
該電極構造体のうち、該シーリングフリットによって封着された部分は、導電性薄板を曲げることによって形成された導電部材を含む、メタルハライドランプ。
【請求項２】
前記電極構造体は、第１の電極部を含み、該第１の電極部の一方の端部は前記導電部材に接続され、該第１の電極部の他方の端部は前記放電チャンバ内に位置している、請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
前記導電部材の少なくとも一部は前記細管の外部に導出している、請求項１または２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記電極構造体は、第２の電極部を含み、該第２の電極部は前記導電部材を介して前記第１の電極部に接続されている、請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記第２の電極部が前記細管の外部に導出している、請求項４に記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
前記導電部材は管状である、請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項７】
前記導電部材は、前記細管の長手方向の軸に対して垂直な断面が略Ｃ字状である、請求項６に記載のメタルハライドランプ。
【請求項８】
前記導電部材は、前記導電性薄板を螺旋状に曲げることによって形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項９】
前記導電部材は、前記導電性薄板を渦巻き状に曲げることによって形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１０】
前記導電部材は、複数の導電性薄板から構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１１】
前記導電部材の少なくとも一方の端部が最大開口寸法を有する、請求項６〜９のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１２】
前記電極構造体は、前記導電部材によって囲まれた領域内に配置され、前記細管と実質的に等しい熱膨張率を有する第３の電極部を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１３】
前記導電性薄板の終端部の少なくとも一部には、その厚さが該導電性薄板の終端に向かうに従って薄くなっていく部分を有する、請求項１〜１２のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１４】
前記導電性薄板の最大厚さは０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍである、請求項１〜１３のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１５】
前記導電性薄板はモリブデンが主成分である、請求項１〜１４のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメタルハライドランプに関する。より詳細には、本発明は高効率を有するメタルハライドランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
屋内および屋外の照明のために使用される省エネルギー照明システムの需要は増加の一途をたどっているので、一般の照明アプリケーションのためにますますランプ効率の良いランプがさかんに開発されている。高効率ランプの一種にメタルハライドランプがある。これは屋内および屋外の照明のためにますます広範囲に使用されている。このようなランプは周知であり、間隔のあいた一対の電極を封入するシーリングされた光透過型アーク放電チャンバと、通常はさらに不活性始動ガスなどの適切な活性材料および１つ以上のイオン化可能金属またはハロゲン化金属またはその両方を特定のモル比で含む。これらのランプは比較的低電力であり、通常の１２０ボルト実効値ポテンシャルの標準の交流電流照明ソケットに差し込んで使用し、安定回路で（磁気的にまたは電気的に）始動電圧を与え、その後の動作中の電流を制限する。これらのランプは、他の種類の高圧放電ランプと比較して、視感度効率、演色、および色彩安定性などの点で性能が優れているので、その使用が増加している。
【０００３】
これらのランプの性能がより優れている理由は、セラミックアーク放電管のセラミック材料によって、その動作温度を石英材料アーク管を使用するランプの達成できる動作温度よりも高くすることが可能であり、さらに予備成形された焼結粉体から形成されるセラミック管は電極を挿入するための開口部があらかじめ形成されているので、酸化物を加熱して粘度を持たせた上で電極にプレスして形成される石英管に比較してより正確に寸法を調節することができる。間隔のあいた２つのアクセス電極はそれぞれ、セラミック管の境界壁によって形成される管内部の封入スペースから管外部へ延びている。多結晶アルミナ（ＰＣＡ）セラミック管とその２つの電極との間をシーリングすることは、ランプ動作中のこの内部スペースに生じる過酷な状態を考慮すると、実質的な期間にわたって動作が正常に行われるために極めて重要である。
【０００４】
高圧ナトリウムランプは、放電チャンバアクセス電極のための電極材料としてニオブを利用する。なぜなら、チャンバ内部とチャンバ外部領域との間に延びるアクセス電極の熱膨張係数（ＴＣＥ）が多結晶アルミナとよく一致するからである。このような電極は、セラミックシーリングフリットによって多結晶アルミナと結合される。このセラミックシーリングフリットは多結晶アルミナおよびニオブの両方と同様の熱膨張係数を有する混合金属酸化物から形成される。このシーリングフリットはまた、ランプ動作中に放電チャンバ中に高温度で生じるナトリウムによる腐食に対して耐性である。
【０００５】
しかし、この構成は、セラミックアーク放電チャンバを有するメタルハライドランプに対して適切でない。なぜなら、ランプ中のハロゲン化金属塩は、使用されるニオブおよびシーリングフリットの両方を腐食する性質を有するからである。このことは、ハライドの化学活性がより高いのでメタルハライドランプに対して通常のより低いコールドスポット温度で動作している放電チャンバについても同様である。したがって、多くの代替構成が、メタルハライドランプにおいて使用されるセラミックアーク放電管中のアクセス電極に関連するシーリング問題を克服するための可能な基礎として試されてきた。
【０００６】
モリブデン、タングステン、白金、ロジウム、レニウムなどの耐熱性金属は、ランプ動作中においてハライド腐食に対して耐性であり、アクセス電極の材料として使用され得る。しかし、これらは通常、下記の表に示すように熱膨張係数が多結晶アルミナよりも小さい。各ランプ動作の間およびランプの動作寿命にわたる熱サイクルの結果、アクセス電極およびアーク放電管本体におけるセラミック材料の熱膨張係数のそのような大きな差異によって、金属アクセス電極とそれらが配置されたアーク放電管本体との分離を招く。これらの分離はシーリングにクラックを生じさせ、アーク放電管の封入スペースから気体が漏れる。またこの分離によって、これらの電極の近くで管自体のクラックを起こす。したがって、アーク放電管のシール性が損なわれる。
【０００７】
【表１】
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一般に、アーク放電管本体におけるアクセス電極をシーリングするためのシーリング方法は、４つのカテゴリーに分類することができる。すなわち、シーリングフリットの使用、電極周りの管本体の焼結、熱膨張係数を徐々に変化させたシールの使用（徐々に変化する熱膨張係数の一端は電極の熱膨張係数であり、他端は本体の熱膨張係数である）、およびすべて新しい管材料の使用である。これらのカテゴリーのうちの方法のいくつかは実際の使用においては重複する（例えば、焼結によるシールを有効にするための熱膨張係数が徐々に変化するプラグ材料の使用）。
【０００８】
図１に、予備形成されるシェル構造として封入される（または、含まれる）領域の周りに形成される、セラミックメタルハライドランプのために現在使用される通常のセラミックアーク放電管２０を示す。この封入領域は、ランプ動作中に発光するハロゲン化金属および水銀などのイオン化可能材料、およびアルゴンまたはキセノンなどの始動ガスを含む。管２０のこの構造において、一対の多結晶アルミナから形成される内径および外径の相対的に小さな切頭円筒形シェル部（または、細管）２１ａおよび２１ｂはそれぞれ、一対の多結晶アルミナ端部閉塞ディスク２２ａおよび２２ｂのうちの対応の１つに、このディスクを貫通する中心ボアで同軸上に結合される。これにより、各細管を通り、この細管が結合するディスクのボアを通るオープンな通路ができる。これらの端部閉塞ディスクはそれぞれ、多結晶アルミナ管２５の対応の端部に結合される。多結晶アルミナ管２５は、相対的に大きな直径の切頭円筒形シェルとして封入領域の周りに形成された一次アーク放電チャンバである。アーク放電管２０のこれらの種々の部分は、アルミナ粉を所望の形状に固めた後、その固体を焼結し、それにより予備成形部を与えることによって形成される。種々の予備形成された部分は焼結によって一体に結合され、所望の寸法を有する予備形成単体となる。
【０００９】
したがって、アーク放電管２０の外部領域からセラミックアーク放電管２０内に封入された一次チャンバ領域への２つの経路が生成される。各経路は、選択された直径を有し、予備形成細管および端部閉塞ディスクを通って延びる対応する１つの通路に沿う。このように形成された通路はそれぞれ、対応のアクセス電極構造体を収容する。この構成の結果、ランプ動作中の細管におけるシーリング領域の温度はより低くなる。なぜなら、電極構造体の端部が細管を通って封入チャンバへ、互いに間隔をとって、著しい距離だけ入り（電極の間で放電アークが生じる）、かつ放電管２０の端部での細管におけるシール領域からはより遠ざけることができるからである。
【００１０】
これらの通路の各々における電極構造体は３つの部分を含む。すなわち、左の電極構造体においては、小さい直径の外部ニオブロッド２６ａ、それを取り囲むセラミックシーリングフリット２７ａ、細管２１ａにおいて、突き合わせ溶接によって中央部モリブデン（またはサーメット）ロッド２９ａに結合する部分を除く部分である（このニオブロッドは細管からアーク放電管２０の外部へ延びる）。右の電極構造体においては、小さい直径の外部ニオブロッド２６ｂ、それを取り囲むセラミックシーリングフリット２７ｂ、細管２１ｂにおいて、突き合わせ溶接によって中央部モリブデン（またはサーメット）ロッド２９ｂに結合する部分を除く部分である（このニオブロッドは細管からアーク放電管２０の外部へ延びる）。左の電極構造体の他端において、小さい直径の内部タングステンロッド３１ａが、ロッド２９ａの一端に隣接して配置され、細管２１ａからアーク放電管２０の封入領域へ延びている。電極コイル３２ａは、アーク放電管２０の封入領域におけるロッド３１ａの端部に取り付けられる。同様に、右の電極構造体の他端において、小さい直径の内部タングステンロッド３１ｂが、ロッド２９ｂの一端に隣接して配置され、電極間２１ｂからアーク放電管２０の封入領域へ延びている。電極コイル３２ｂは、アーク放電管２０の封入領域におけるロッド３１ｂの端部に取り付けられる。
【００１１】
タングステンロッド３１ａおよび３１ｂは、電極コイル３２ａおよび３２ｂをそれぞれ取り付けられ、細管２１ａおよび２１ｂの対応する１つにそれぞれ配置され、アーク放電管２０内の封入領域に延びるので、アーク放電管２０の製造が完了した後で、予備形成された細管および端部閉塞ディスクを通って延びる通路は、電極コイル３２ａおよび３２ｂの対応の１つの外径を超える内径を有する必要がある。その結果、タングステンロッド３１ａおよび３１ｂの外側表面と細管２１ａおよび２１ｂの内側表面との間に実質的に環状のスペースが存在するが、このスペースは部分的にモリブデンコイル３４ａおよび３４ｂをタングステンロッド３１ａおよび３１ｂの対応する部分の周りに配置することによってふさがれる。モリブデンコイル３４ａおよび３４ｂはまたロッド２９ａおよび２９ｂの周りに沿って延び、その対応の部分に接続され、その相互接続を完成し、これらの領域におけるハロゲン化金属塩の凝集を低減する。これらの相互接続はまた、突き合わせ溶接によって得られる。このようにして、右の電極構造体３５ａおよび左の電極構造体３５ｂが形成される。
【００１２】
電極構造体３５ａおよび３５ｂは、シール領域に「妥協」性質のコンポーネントを有する。これらのコンポーネントは、外部ニオブロッド２６ａおよび２６ｂであり、多結晶アルミナに一致する非常に良好な熱膨張を与えるが、アーク放電管２０内のハロゲン化金属による動作中の化学侵食にさらされる。アーク放電管２０内のこれらの外部ニオブロッド２６ａおよび２６ｂの各々の露出する長さは、通常モリブデンまたはサーメットロッドである電極構造体の架橋中央部がその各外部ニオブロッド２６ａおよび２６ｂとタングステン電極との間に存在する必要があるという制限を受けざるを得ない。また、溶融シーリングフリットがニオブロッドの周りおよびそれを越えて完全に流れることによりニオブ上にハライドによる化学反応に対する保護表面を確実に形成するように注意を払う必要がある。フリットが細管内を流れる長さは、非常に正確に調節される必要がある。フリットの長さが短いと、ニオブロッドはハライドによる化学侵食にさらされる。フリットの長さが長いと、フリットとニオブロッドを越える固体中央部分のモリブデン、タングステンまたはサーメットロッドとの間に大きな熱不整合が生じて、その場所でシーリングフリットまたは多結晶アルミナに亀裂を招く。また、これらの電極構造体は、それに沿った突き合わせ溶接または圧着を必要とする複雑な構造を有するので、上記のようにシーリング処理を厳密にモニタする必要がある。シーリング位置でニオブを他の材料で代替すると、電極の製造およびその後の代替物を用いたシーリング処理を簡単化でき、さらに動作中のハライドによる化学的腐食により耐性となる。
【００１３】
混合金属酸化物のセラミックシーリングフリット２７ａおよび２７ｂは、対応の細管の多結晶アルミナと対応のニオブロッドとの間のシーリングを行う際に、高圧ナトリウムランプで使用されるものよりもハライドに対する耐性が高い。しかし、耐性とはいえ、このシーリングフリットは化学侵食に対して全く影響を受けないというわけではない。したがって、シーリング位置でニオブを排除できれば、細管内でのシーリングフリットに対する露出長を最小にし、かつ重要でないようにすることができる。
【００１４】
当然ながら、このような状況において、異なるシーリング方法を利用するセラミックメタルハライドランプ用の他のセラミックアーク放電管構造も使用されてきた。これには、多結晶アルミナを電極構造体に直接焼結する方法、サーメットおよび熱膨張係数が徐々に変化するシールを使用する方法、管本体をモリブデンまたはタングステンなどの単一材料電極に単純にシーリングすることのできる新しいアーク管材料を使用する方法などがある。ニオブをサーメットで置き換えたランプが時々使用されてきた。しかし、これらの代替方法は、ランプ性能の向上、低コスト、既存のランプ製造処理との整合性という点で全体的な利点をいまだに実証していない。
【００１５】
さらなる代替として、一部の材料を置き換えたセラミックメタルハライドランプ用電極構造体が使用されてきた。最も著しい変化は、図１の電極構造体３５ａおよび３５ｂにおける細管のシーリング領域においてニオブまたはサーメットロッドの一部を平坦なモリブデンホイルに置き換えることである。これは図２の電極構造体３５ａＩまたは３５ｂＩに対応することが見て取れる。図２Ａの電極構造体の全体図において、ニオブロッド２６ａまたは２６ｂ（あるいは、モリブデンであり得る）は再度、電極構造体３５ａＩまたは３５ｂＩに配置されるが、このロッドは中央部のモリブデンまたはサーメットロッド２９ａまたは２９ｂに平坦なモリブデンホイル３６によって結合される（図２Ｂの断面図に示す）。平坦なモリブデンホイル３６はニオブロッドおよび中央部ロッドの両方に溶接される。上記のように、中央部ロッドの他端は、タングステンロッド３１ａまたは３１ｂに環状スペース充填コイル３４ａまたは３４ｂによって接続される。環状スペース充填コイル３４ａまたは３４ｂはタングステンロッド３１ａまたは３１ｂの周りに巻きつけられている。
【００１６】
モリブデンホイル３６は、図１に示す電極構造体の１つとして配置されると、シーリングフリット２７ａまたは２７ｂおよび細管２１ａまたは２１ｂの多結晶アルミナとともにシールを形成する。熱応力を低減するためにモリブデンホイル３６の厚さは０．０５ｍｍ未満になるように選択される。さらに、シーリングフリットにおいて端部が直角になることによる応力を低減するために、図２Ｃの断面図において面取り端部モリブデンホイル３６Ｉとして示すように、これらの終端部を１点に向けて面取りする。さらに、モリブデンホイルの機械的および熱的性質を向上させるための対策としてイットリウム酸化物などの金属酸化物粒子でドープする。また、例えば、サンドブラストまたは化学エッチングによって得られるような表面凸凹をこのホイルに付与することによって、シーリング中のモリブデンホイルのフリットに対する接着性を向上できる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２Ａの電極構造体３５ａＩまたは３５ｂＩにおいて、モリブデンホイル３６または３６Ｉがその許容な厚さ内で十分な送電力を有する限り、そのモリブデンホイル３６または３６Ｉはアーク放電管２０に一般に使用される通常タイプの予備形成細管２１ａまたは２１ｂおよび端部閉塞ディスク２２ａまたは２２ｂを通って延びる通路の直径よりも広いことが要求される。これらの通路の直径を増大することはできない。なぜならば、増大させると、細管の外径も十分な管壁厚を維持するために増大しなければいけないからであり、そうするとこれらの細管の熱容量が増加するのでアーク放電管２０の動作方式を変更するか、またはその再設計が必要となり得る。その結果、図２Ａの電極構造体３５ａＩまたは３５ｂＩを使用するには、アーク放電管２０に対して一般に使用されるための構造を保持しようとすると、一般に細管２１ａおよび２１ｂの各々の壁に互いに横切るプルービングスリットを提供してその中にモリブデンホイル３６または３６Ｉを収容する必要がある。したがって、アーク放電管２０用の一般に使用される構造の変更に対してコストの増大を要求しない電極構造体がアーク放電管２０に備わることが所望される。
【００１８】
また、このような構成のモリブデンホイルは機械的強度が低い。これにより導電部材が変形する。この結果、モリブデンホイルに接続された電極部の端部が放電チャンバ内の所望の位置に位置しないおそれがある。
【００１９】
本発明は、上記の問題を解決し、誤動作が生じないアーク放電メタルハライドランプを低コストで提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のハライドランプは、イオン化可能材料が封入された放電チャンバと、上記放電チャンバから突出するように形成された細管とを含む放電管と、上記細管に挿入され、かつシーリングフリットによって封着された電極構造体であって、上記電極構造体の一方の端部が上記放電チャンバ内に位置している、電極構造体とを備え、上記電極構造体のうち、上記シーリングフリットによって封着された部分は、導電性薄板を曲げることによって形成された導電部材を含み、これにより上記目的が達成される。
【００２１】
上記電極構造体は、第１の電極部を含み、上記第１の電極部の一方の端部は上記導電部材に接続され、上記第１の電極部の他方の端部は上記放電チャンバ内に位置してもよい。
【００２２】
上記導電部材の少なくとも一部は上記細管の外部に導出してもよい。
【００２３】
上記電極構造体は、第２の電極部を含み、上記第２の電極部は上記導電部材を介して上記第１の電極部に接続されてもよい。
【００２４】
上記第２の電極部の少なくとも一部が上記細管の外部に位置してもよい。
【００２５】
上記導電部材の少なくとも一方の端部が最大開口寸法を有してもよい。
【００２６】
上記導電部材は管状であってよい。
【００２７】
上記導電部材は、上記細管の長手方向の軸に対して垂直な断面が略Ｃ字状であってもよい。
【００２８】
上記導電部材は、上記導電性薄板を螺旋状に曲げることによって形成されてもよい。
【００２９】
上記導電部材は、上記導電性薄板を渦巻き状に曲げることによって形成されてもよい。
【００３０】
上記導電部材は、複数の導電性薄板から構成されてもよい。
【００３１】
上記電極構造体は、上記導電部材によって囲まれた領域内に配置され、上記細管と実質的に等しい熱膨張率を有する部材を含んでもよい。
【００３２】
上記導電性薄板の終端部の少なくとも一部には、その厚さが上記導電性薄板の終端に向かうに従って薄くなっていく部分を有してもよい。
【００３３】
上記導電性薄板の最大厚さは０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍであってもよい。
【００３４】
上記導電性薄板はモリブデンが主成分であってもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１に示す電極構造体とともに使用されるシーリングフリットは、ニオブロッドが確実に被覆されるのに十分遠くまで延びるが、中央部モリブデンまたはサーメットロッドに沿って、温度が上がるにつれて熱膨張不整合が生じシーリングフリットまたは細管またはその両方のクラックを招くほどには遠くまで延びないようにするという要求を満たすことは困難である。ニオブロッドは、熱膨張係数の点で細管の多結晶アルミナと非常に良く一致するので、動作中におけるハライドによる腐食から保護されるようにシーリングフリットによって十分に被覆されるように保持されることが望ましい。
【００３６】
したがって、シーリングフリット、または細管のうち、電極構造体中央部モリブデンの近傍あるいはサーメットロッドの近傍における部分にクラックが生じるのを回避しつつ、シーリングフリットが電極構造体に沿って細管が延びる際に要する精度を緩和する必要がある。そのようなクラックの発生は、中央部ロッドとシーリングフリットおよび細管との間の熱膨張係数における不一致のために生じる動作中の熱変化によって起こり得る。中央部ロッドをタングステンおよびニオブロッドにその一端で溶接する際に中央部ロッドの円筒形であることの利点はほぼ、同時に温度変化によって生じる熱応力を低減しながら保持され得る。その熱応力の低減は、ロッドまたはロッドの一部の代わりに、薄い円筒形シェルの少なくとも一部として形成されるか、または螺旋状に巻きつけられたシェルを提供するためかまたは他の薄い壁を有する別の構造構成を使用するために使用されるのに十分に可撓な薄いストリップとして形成される金属ホイルなどの導電性薄板を使用することによって行われる。そのような構成は、一般に使用される放電管に備わる一般に使用される細管を変更する必要なしに必要な電流負荷を伝播するのに十分なホイル材料を提供できる。さらに、この構成は、オープンな内部スペースを提供し、その内部にタングステンおよびニオブロッド（または中央部ロッドの一部分）をその内部およびその周りのシーリングフリットとともに受け取る。
【００３７】
そのように形成されたホイル構造に対して、金属ホイル、シート、ストリップなどの薄くかつ通常可撓な導電体を使用すると、ホイル周りの温度変化に対する熱応力が著しく低下する。なぜなら、これによりホイルは温度に対して電極構造体が変化する位置でより容易にわずかに曲がる。例えば、弾性および熱可塑性変形が隣接するシーリングフリットにおいて応力を、そうでない場合に生じる応力よりも低減する。これらの結果は、多くの場合、図２Ａ〜Ｃに示す電極構造体における平坦な（またはほぼ平坦な）ホイル（導電性薄板）に使用されたような、形成されたホイルに追加の処理を行うことによって強化され得る。この追加の処理は、少なくとも一部のホイル終端部の厚さがホイルの終端に向かうに従って薄くする処理、ホイルに対する金属酸化物粒子のドープ、およびホイル表面への凸凹の形成を含む。
【００３８】
このような電極構造体の一実施例を図３にその断面図が示される電極構造体３５ａＩＩおよび３５ｂＩＩに示す。電極構造体３５ａＩＩおよび３５ｂＩＩは、標準の市販の１５０Ｗセラミックメタルハライドランプに適切である。これらの電極構造体３５ａＩＩおよび３５ｂＩＩはやはりニオブロッド（あるいはモリブデンでもよい）２６ａおよび２６ｂを有する。このロッドは中央部モリブデンまたはサーメットロッド２９ａまたは２９ｂに管状の形成ホイル３８ａまたは３８ｂによって接続され、各ロッドは形成ホイル３８ａまたは３８ｂの対応の端部の開口ボアに挿入され、そこでロッドとホイルは溶接される。上記のように、中央部ロッドの他端部はタングステンロッド３１ａまたは３１ｂに隣接して配置され、環状スペース充填コイル３４ａまたは３４ｂはそれらのロッドの周りに巻きつけられ、それらを結合する。
【００３９】
図４に示すように、形成ホイル３８ａまたは３８ｂは、テープ状（または拡張されたシート状）の金属巻きつけホイルを曲げることによって形成される。このホイルは、０．０５ｍｍ未満のテープまたはシート厚（通常、０．０２５〜０．０２８ｍｍ厚）および３ｍｍ以下のテープまたはシート幅（通常、２〜３ｍｍ幅）を有する。ホイルの厚さは、好適には０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍであり、特に好適には０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍである。ホイルの厚さが０．０１ｍｍ未満であると、形成ホイルを作製する加工工程において、ホイルが破れるおそれがある。また、ホイルの厚さが０．１０ｍｍより大きいと、熱応力を低減できないおそれがある。形成ホイル３８ａまたは３８ｂは、このテープ状または長いシート状金属ホイルがそのテープまたはシートの長い中心線がその長く延びた範囲のほとんどにわたって三次元の螺旋状空間曲線を描き、その結果内部オープンボアが形成ホイル内に１ｍｍよりわずかに短い直径および約７ｍｍの長さを有する範囲にわたって形成されるように、曲げられて形成される。必要に応じて、テープ状または長いシート状金属ホイルを巻きつけるための型としてマンドレルを使用することができる。形成ホイルの形成が完了した後でマンドレルは取り除くことができる。残りの範囲にある形成ホイル３８ａまたは３８ｂの残りの部分は、テープまたは長いシートの中心線が螺旋状を描くというより、外側へ螺旋を描いて外向きのフレア端部３９ａまたは３９ｂを形成するように示され、アーク管シーリング処理中のフリットの流れを向上させる。ただし、そのようなフレア端部は必要ではない。ホイルは、モリブデンから形成されるが、必ずしも純粋なモリブデンである必要はない。ホイルは、モリブデンを主成分として含んでいればよい。しかし、形成ホイルの主成分は、モリブデンに限定されることはなく、耐ハロゲン性のある、タングステン、白金、ロジウム、レニウム等であってもよい。
【００４０】
上記電極構造体の構造変形の例として、モリブデンロッド２９ａおよび２９ｂの一方または両方を、タングステンロッド３１ａおよび３１ｂの対応する１つを延ばしてその延長端部が形成ホイル３８ａおよび３８ｂの対応する１つの端部のボアに入るようにし、さらに直接溶接することによって省略および置き換えることができる。当然ながら、タングステンロッド３１ａおよび３１ｂの延長された方の長さは増大するが、モリブデンコイル３４ａおよび３４ｂはやはりそのようなタングステンロッドに一部に巻きつけられ得る。このとき、細管２１ａおよび２１ｂの対応の１つにおけるモリブデンコイルと多結晶アルミナ壁との間の環状スペースは低減するようにされる。形成ホイル３８ａおよび３８ｂは、タングステンロッド３１ａおよび３１ｂに近い方の端部とは反対の他端部において、長さを延長し、その延長された形成ホイルの両端部が細管２１ａおよび２１ｂの対応する端部を越えて延長し、それぞれの電極構造体においてニオブロッド２６ａおよび２６ｂの対応する１つを不要にする。
【００４１】
図１の混合金属酸化物シーリングフリット２７ａおよび２７ｂを再度、細管２１ａおよび２１ｂにおけるそれぞれ電極構造体３５ａＩＩおよび３５ｂＩＩを封着するために使用することができる。この際、これらの混合物を通常１５００℃〜１６００℃で溶融し、溶融混合物を電極構造体３５ａＩＩおよび３５ｂＩＩの周りの細管２１ａおよび２１ｂに導入して、形成ホイル３８ａおよび３８ｂの少なくとも一部の内部および外部の両方の周りに流れるようにする。形成ホイル３８ａおよび３８ｂとフリットおよび細管との間で熱膨張係数の実質的な不一致があるとしても、これらのコンポーネントが温度変化に応じて異なる寸法変化を起こす際に、この薄いホイルはその容積がより小さくかつ断面積がより小さいので比較的小さな熱応力しかホイル内に生じない、また、周囲のフリットおよび細管においても同様であり、特に、面取り端部が備わる場合はなおさらである。この比較的低い応力は、上記のように、ホイルが弾性的および可塑的の両方でより容易に変位および変形することで達成される。さらに、これらのシーリングフリットは、シーリング処理中に溶融し、細管中の形成ホイルの一巻きの間に流入し、またこのように適切にシーリングされた形成ホイルのボアにも設けられる。したがって、そのような形成ホイルは、細管へシーリングされる際に形成ホイルの周りのシーリングフリットによって「サンドイッチ」されて、非常に良好なシールを生成する。また、シーリングフリットの材料は、形成ホイルの内部をその外側端部（その端部のフレア部分を含む）で充填およびシーリングし、形成ホイルの内部に配置される任意のニオブロッドを良好に保護する。
【００４２】
形成ホイル３８ａおよび３８ｂを提供する際に、アーク放電管２０（図１に示す）用に一般に使用される通常サイズの構造の予備形成管２１ａまたは２１ｂおよび端部閉塞ディスク２２ａまたは２２ｂを通って延びる通路内部に合うように形成ホイルを形成してアーク放電管２０のための電極構造体を提供することができるような異なった構成が多くある。これらの種々の別の構成は、平坦シートとしてのホイルの幅または長さおよび幅が通路の直径または他の断面開口長を超えるとしても、適切な曲率をホイル表面に導入することで提供することができる。したがって、別の実施形態において、厚さが０．０５ｍｍ未満、幅が５ｍｍ未満、かつ長さが約１０ｍｍのホイルの初期平坦シートをシートの中心線が、その範囲のほとんどにわたって、二次元の円曲線を描くように巻き上げた。得られた形成ホイル３８ａＩおよび３８ｂＩは図５に示すように略円筒形シェルとなった。この形成ホイルは、そのシェル状構造内にオープン内部ボアを有し、１ｍｍよりわずかに小さい直径および約１０ｍｍの長さを有する。この電極構造体の組み立ては上記の場合と同様にして完成される。ここで再度、シーリングフリットはモリブデン形成ホイルの内側および外側表面の両方に流れて接着し、またその上端部を塞ぐ。形成ホイル３８ａＩおよび３８ｂＩの面取り端部は、形成ホイル３８ａおよび３８ｂと同様に、最大密閉完全性を得るためにシール長にわたって形成される。
【００４３】
予備形成細管および端部ディスクを通って延びる通路の内部に形成ホイルが合うようにする形成ホイルのための他の適切な形状の構成は、組み立てまたは製造、またはその両方において、それぞれ対応する異なるセットの製造利点を提供することができる。したがって、図６Ａは、図５の形成ホイル３８ａＩおよび３８ｂＩが複数回巻きつけられた（渦巻状に曲げられて形成された）例である形成ホイル３８ａＩＩおよび３８ｂＩＩの端部図を示す。そのような形状図はモリブデンコイル３４ａおよび３４ｂの代わりに、またはその一部の代わりに、使用され、対応する細管に配置された対応する電極構造体の周りの環状スペースの一部を充填する。これにより、そのスペースを充填するのに必要なシーリングフリット２７ａおよび２７ｂの量を低減する。
【００４４】
他方、より厚くなったがために容易に巻きつけられなくなったホイルとしての形成ホイル３８ａＩＩＩおよび３８ｂＩＩＩの端部図を図６Ｂに示す。これらの形成ホイルは、図５の形成ホイル３８ａＩおよび３８ｂＩの巻きつけを部分的にまたは不完全にした例であり、形成ホイルの長さに沿って一側面をオープンにしたままのものであり、またシーリングフリットがより容易に形成ホイルの内部に流れるようにしたものである。図６Ｂに示す形成ホイルの変形例では、端部図に見られる形成ホイルの曲率が必ずしも円経路を描く必要はないが、側面が開放された形成ホイルは、単にシート状のホイルを形成ホイル３８ａＩＶおよび３８ｂＩＶに折り畳むことによって形成され得る。この種の開放チャネル構成を図６Ｃに示す。このような形成ホイルは比較的簡単に製造される。このような略Ｃ字状の形成ホイルでは、シーリングフリットが側面の開口部から流れ込む。この結果、形成ホイルの内部を容易にシーリングフリットで満たすことができる。
【００４５】
図６Ｂに示したものよりもさらに容易に巻きつけられなくなったホイルの場合、部分巻きつけを半円より小さく低減できる。そのような形成ホイル３８ａ１ＩＩＩおよび３８ｂ１ＩＩＩ対ならびに３８ａ２ＩＩＩおよび３８ｂ２ＩＩＩ対が、図６Ｄに示すように、対応の細管の対応の電極構造体に提供され得る。形成ホイルは、３以上のホイルから構成されていてもよい。したがって、特定形状の構成の選択は、利用可能な材料の性質および利用可能な製造プロセスに依存する。
【００４６】
形成ホイルのための上記のような構成は、周囲の形成ホイルが構成するボアまたは隣接するホイル表面を完全でなくとも十分に曲げることによって得られる形成ホイルの内部を有し、そのボアまたは内部にスペース充填ロッドを含むことができる。そのようなロッドは細管およびシーリングフリット２７ａおよび２７ｂと同様の熱膨張特性を有し、ランプのシーリング温度および動作温度に耐えることができ、また動作中のアーク放電管２０内に存在する気化ハライドに対して化学的に耐性である。形成ホイル内部ロッドのためのそのような材料の例はアルミナである。アルミナはまた、形成ホイルを周りに形成するためのマンドレルしての使用に適切であり、対応の細管における対応の電極構造体に配置する際に、得られた形成ホイルの適切な場所に残される。いずれにしても、そのようなロッドは、対応の細管における対応の電極構造体の一部としてのシーリングフリットによってその細管におけるその電極構造体に配置された後で、形成ホイルの内側壁にシーリングされる。特に大きなボアを有するアーク管において、このような構成は、気化可能なハライド凝縮液が形成ホイル内のフリットが充填されていない領域に存在することを防止するので、上記の構成はコールドスポット温度を制御するのに役立つ。
【００４７】
また、電極構造体３５ａＩＩおよび３５ｂＩＩの外側部分、または外側部分２６ａおよび２６ｂは、形成ホイルのこれらの変形例のうちのどれかを有する種々の形態において提供され得る。したがって、上記のニオブロッド２６ａおよび２６ｂは、代わりとして管または形成ホイル構造となることができる。また、ニオブロッド２６ａおよび２６ｂは、外側部分がシーリングフリット２７ａおよび２７ｂによってそれぞれ細管２１ａまたは２１ｂの対応の１つにシーリングに必要な高温度でシーリングされる前に電極構造体３５ａＩＩおよび３５ｂＩＩの対応の１つに提供される場合、タンタルまたはモリブデンなどの他の高融点金属から形成され得る。外側部分２６ａおよび２６ｂは、他の電極部分が細管２１ａまたは２１ｂの対応の１つにシーリングされた後で電極構造体３５ａＩＩおよび３５ｂＩＩの対応の１つに提供される場合、ステンレススチールまたはニッケルなどの低融点温度金属をそれらの代わりに使用することができる。これらの電極外側部分２６ａおよび２６ｂ用に選択された材料はやはり通常ドーパント材料（例えば、イットリウム酸化物などの金属酸化物粒子や金属）を含むことができ、外側部分の得られたドープされた材料が周囲のシーリングフリットにより整合するような性質を向上させて、それらの間の接着性を向上させ、機械的または熱的負荷によっては簡単に曲がらない程度により強くすることができる。ある適切な外側部分構造はジルコニウムでドープされたニオブロッドを使用する。
【００４８】
電極構造体外側部分のいくつかの代替例が図７Ａ〜７Ｅの一部省略断面図に示されている。これらの例では、管２５の一部に接続された端部閉塞ディスク２２ｂを含むアーク放電管２０の近傍部分、および電極構造体３５ｂＩＩとともに細管２１ｂだけを示す。細管２１ａにおける他方の電極構造体は同じだからである。図７Ａの電極構造体３５ｂＩＩは、タングステンロッド３１ｂおよびモリブデンコイル３４ｂを含む第１の電極部と、ニオブロッド２６ｂを含む第２の電極部と、第１の電極部と第２の電極部とを接続する導電部材である形成ホイル３８ｂとを有する。形成ホイル３８ｂは、タングステンロッド３１ｂに溶接された一方の端部に巻きつけ部分を有し、ニオブロッド２６ｂに溶接された他方の端部に端部巻きつけ部分を有する。その端部巻きつけ部分は細管２１ｂ内に完全にまたは略完全に含まれる。この組み立ては、混合酸化物フリットでシーリングする前に終了し、その後、混合酸化物フリットが溶融して形成ホイル３８ｂの周り（その内側および外側面の両方の上）およびニオブロッド２６の周りを流れ、その結果の固化シーリングフリット２７ｂが形成ホイル３８ｂの内部および外部の両方に存在してシーリングフリット２７ｂが形成ホイル３８ｂと細管２１ｂの壁との間のギャップを充填し、略密封固体フリットキャップ（おそらく溶融フリットの粘度および他の関連要素に依存して円錐回転面に近い）をロッド２６ｂの周りの細管２１ｂの一端に残す。図７Ｂにおいて、長くされた形成ホイル３８ｂの端部巻きつけ部分は、細管２１ｂの外側のセットバックしたニオブロッド２６ｂＩに溶接され、その後、混合酸化物フリットは溶融して形成ホイル３８ｂの周りに（その内側および外側面の両方の上）およびこのニオブロッドの周りを流れる。ニオブロッド２６ｂＩは、細管２１ｂの端部で略密封固体フリットキャップにおける形成ホイル３８ｂに溶接される位置にあるように示される。
【００４９】
形成ホイル３８ｂがさらに長くされ実質的に細管２１ｂの外部に導出して細管２１ｂの端部上の略密封固体フリットキャップを越える場合、電極構造体外側部分は、細管２１ｂにおいて電極構造体３５ｂＩＩの残りの部分がシーリングフリット２７ｂを用いたシーリングが完了した後で形成ホイル３８ｂに組み立てられる。この場合、ステンレススチールまたはニッケルなどの外側部分のためにニオブに代わってより低い融点温度の材料を使用できる。この外側部分はロッドまたはホイルストリップであり得、その結果のロッド外側部分２６ｂＩＩを使用する電極構造体を図７Ｃに示す。電極構造体３５ｂＩＩの機械的強度は、図７Ｄに示す形成ホイル３８ｂのボアに、アルミナロッド４０を含めることによって実質的に増加させることができる。さらに、ロッド４０をマンドレルとして使用して形成ホイル３８ｂをその周りに形成し、各部分が電極構造体に組み立てられる場合も適切な場所に残されていてもよい。図７Ｄに示される実施の形態では、導電部材によって囲まれた領域内に配置された部材としてアルミナロッドが示されている。しかし、部材の材料はアルミナに限定されない。部材の材料としては、細管の熱膨張率に実質的に等しい任意の材料を用いることができる。
【００５０】
図７Ｅは、本発明の別の実施形態であるメタルハライドランプの構成を示す。
【００５１】
図７Ｅに示される電極構造体３５ｂＩＩがニオブロッドを含まないのに対し、図７Ｃに示される電極構造体３５ｂＩＩがニオブロッドを含むという点でのみ、図７Ｅに示される実施の形態と図７Ｃに示される実施の形態とは異なっている。
【００５２】
本実施の形態では、形成ホイル３８ｂがニオブロッドの代わりに用いられている。この形成ホイル３８ｂは、ホイルを複数回巻いて形成されている。これにより、形成ホイル３８ｂの機械的強度は、ニオブロッドの代わりに形成ホイル３８ｂを使用できる程度にまで向上している。
【００５３】
上述した実施形態では、電極構造体が第１の電極部と第２の電極部と導電部材とを含むケース（図７Ａ〜Ｄ）、および、電極構造体が第１の電極部と導電部材とを含むケース（図７Ｅ）について説明してきた。しかし、本発明はこれに限定されない。細管に挿入され、かつシーリングフリットによって封着された電極部材であって、電極構造体の一方の端部が放電チャンバ内に位置しており、電極構造体のうち、シーリングフリットによって封着された部分が導電性薄板を曲げることによって形成された導電部材である、電極構造体を有する限り、任意のタイプのメタルハライドランプは本発明の範囲内である。
【００５４】
本発明は好適な実施形態を参照して記載されたが、種々の変更が本発明の精神および範囲を逸脱せずに形態および詳細においてなされ得ることを当業者は理解する。
【００５５】
【発明の効果】
以上により、本発明は、誤動作が生じないアーク放電メタルハライドランプを低コストで提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】アーク放電管の側断面図である。
【図２Ａ】アーク放電管に使用するための電極構造体である。
【図２Ｂ】アーク放電管に使用するための電極構造体の部分側面図である。
【図２Ｃ】アーク放電管に使用するための電極構造体の部分側面図である。
【図３】アーク放電管に使用するための本発明の電極構造体の側面図である。
【図４】図３の電極構造体の一部の側面図である。
【図５】図３の電極構造体の一部の別の実施形態を示す図である。
【図６Ａ】図３の電極構造体の一部のさらなる別の実施形態の端部図である。
【図６Ｂ】図３の電極構造体の一部のさらなる別の実施形態の端部図である。
【図６Ｃ】図３の電極構造体の一部のさらなる別の実施形態の端部図である。
【図６Ｄ】図３の電極構造体の一部のさらなる別の実施形態の端部図である。
【図７Ａ】図３の電極構造体の一部の別の実施形態の一部省略側断面図である。
【図７Ｂ】図３の電極構造体の一部のさらなる別の部分の別の実施形態の一部省略側断面図である。
【図７Ｃ】図３の電極構造体の一部のさらなる別の部分の別の実施形態の一部省略側断面図である。
【図７Ｄ】図３の電極構造体の一部のさらなる別の部分の別の実施形態の一部省略側断面図である。
【図７Ｅ】図３の電極構造体の一部のさらなる別の部分の別の実施形態の一部省略側断面図である。
【符号の説明】
２６ａ　ニオブロッド
２６ｂ　ニオブロッド
２９ａ　ロッド
２９ｂ　ロッド
３４ａ　コイル
３４ｂ　コイル
３５ａ　電極構造体
３５ｂ　電極構造体
３８ａ　形成ホイル
３８ｂ　形成ホイル
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2004031347.tif 000016
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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