(57)【要約】【課題】電気ランプを改善すること。【解決手段】閉容積部は、少なくとも１つの他方の凹部に向かって開いた一方の凹部を有しており、閉容積部内に含まれる充填剤を有しており、閉容積部は、構造化されて配列されており、充填剤の化学組成は、ランプの作動モードで、充填剤が一方の凹部内に蒸発し、且つ、過剰充填剤が、少なくとも１つの他方の凹部内に凝縮するようにされており、少なくとも１つの他方の凹部により、作動モード中の一方の凹部よりも低温の、閉容積部内領域が形成される。【選択図】　　　図１
2004006357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ランプにおいて、
閉容積部を決める壁面を有するシールされたエンベロープを有しており、前記壁面の少なくとも一部分は、ほぼ透明の光透過性窓であり、前記閉容積部は、少なくとも１つの他方の凹部に向かって開いた一方の凹部を有しており、
前記閉容積部内に含まれる充填剤を有しており、
少なくとも１つの電極を有しており、前記１つの電極は、前記壁面を通してシールされており、前記一方の凹部内の第１の電極端から、前記エンベロープの外側の第２の電極端に電気的コンタクトのために延びており、
前記閉容積部は、構造化されて配列されており、前記充填剤の化学組成は、前記ランプの作動モードで、充填剤が前記一方の凹部内に蒸発し、且つ、過剰充填剤が、前記少なくとも１つの他方の凹部内に凝縮するようにされており、前記少なくとも１つの他方の凹部により、前記作動モード中、前記一方の凹部よりも低温の、前記閉容積部内領域が形成される
ことを特徴とするランプ。
【請求項２】
前記エンベロープは、第１の端部と、該第１の端部とは反対側の第２の端部とがある管状部を有しており、少なくとも第１のキャップを有しており、前記第１のキャップは、前記第１の端部に取り付けられており、前記少なくとも１つの電極は、前記第１のキャップを通ってシールされた第１の電極を有しており、前記一方の凹部は、前記管状部内にあり、前記少なくとも１つの他方の凹部は、前記管状部と前記第１のキャップとの間に第１の凹部を有している請求項１記載のランプ。
【請求項３】
更に、前記第２の端部に取り付けられた第２のキャップを有しており、前記少なくとも１つの電極は、第２の電極を有しており、前記少なくとも１つの他方の凹部は、前記管状部と前記第２のキャップとの間に第２の凹部を有しており、前記第２の電極は、前記第２のキャップを通ってシールされている請求項２記載のランプ。
【請求項４】
前記ランプは、高輝度放電ランプであり、前記エンベロープはセラミックである請求項１記載のランプ。
【請求項５】
前記管状部は、円筒状の単一結晶管であり、前記第１のキャップ及び前記第２のキャップは、前記第１端部及び前記第２の端部に各々焼結されており、前記第１のキャップと前記第２のキャップは、多結晶アルミナである請求項３記載のランプ。
【請求項６】
高輝度放電ランプにおいて、
セラミックエンベロープを有しており、該セラミックエンベロープは、窪み部分と、アークストリーム領域がある主要部分とを有する閉容積部を決める壁面を有しており、前記壁面は、前記アークストリーム領域に隣接する、ほぼ透明な光透過性窓を有しており、前記窪み部分は、前記主要部分の方に当該主要部分の端で開いており、
第１の電極端と第２の電極端とを有する、少なくとも１つの電極を有しており、前記電極は前記壁面を通ってシールされており、前記第１の電極端は、電気コンタクトのために前記エンベロープの外部に配設され、前記アークストリーム領域の隣りに配設され、
充填剤を有しており、該充填剤は、前記閉容積部内に配置されており、及び、
前記エンベロープは、構造化されて配列されており、前記充填剤は、前記ランプの作動モード中、（ａ）前記主要部分と前記窪み部分との間に熱勾配特性が形成され、（ｂ）前記窪み部分は前記主要部分よりも低温であり、（ｃ）前記充填剤は、前記主要部分内に蒸発し、過剰充填剤は、前記窪み部分内に凝縮するような化学組成からなる
ことを特徴とするランプ。
【請求項７】
充填剤は、ほぼ水銀レスである請求項６記載のランプ。
【請求項８】
窪み部分に隣接する壁面の部分は、窓に比較して、アークストリーム領域から大きな距離を有しており、通常ランプ作動中前記アークストリーム領域に比較して前記窪み部分内に比較的低い温度が維持されつつ、十分な熱放射が行われるように構造化されて配列されており、該構造化及び配列により、前記アークストリーム領域内に比較して前記窪み部分内に過剰充填剤が強く凝縮される請求項６記載のランプ。
【請求項９】
エンベロープは、透明管状部分とキャップとを有しており、前記管状部分は、アークストリーム領域を有しており、前記キャップを通して、電極がシールされて、前記アークストリーム領域に延びており、窪み部分は、前記透明管状部分の外側である請求項６記載のランプ。
【請求項１０】
キャップは、構造化されて配列されており、該構造化及び配列により、窪み部分の温度がアークストリーム領域に比較して低くなる請求項９記載のランプ。
【請求項１１】
キャップは、熱放射を促進するように表面コーティング部を有している請求項９記載のランプ。
【請求項１２】
キャップは、熱放射を促進するようにキャップ表面に沿って突出部を有している請求項９記載のランプ。
【請求項１３】
ほぼ光透過性の窓を有するシールされたエンベロープを有するタイプの電気ランプの作動方法であって、前記エンベロープは、少なくとも１つの他方の凹部に向かって開かれた一方の凹部を有しており、充填剤は、前記エンベロープ内に含まれており、少なくとも１つの電極は、前記エンベロープを通ってシールされ、前記一方の凹部内の第１の電極端から電気的なコンタクト用の、前記エンベロープの外側の第２の電極端迄延びている電気ランプの作動方法において、
ランプ始動モード中、前記ランプの付勢化を初期化するステップと、
前記一方の凹部内の前記充填剤を蒸発するステップと、
過剰充填剤を前記少なくとも１つの他方の凹部内に凝縮するステップと
を有することを特徴とする電気ランプの作動方法。
【請求項１４】
窪み部分と、アーク領域がある主要部分とを有する閉容積部を決める壁面を有するセラミックエンベロープを有するタイプの電気ランプの作動方法であって、前記壁面は、前記アーク領域に隣接する、ほぼ光透過性の窓を有しており、前記窪み部分は、前記主要部分に向かって当該主要部分の端で開かれており、第１の電極及び第２の電極が前記壁面を通ってシールされており、前記第１の電極及び前記第２の電極は、各々前記アークストリーム領域に隣接して形成された第１の端、及び、電気コンタクト用の前記エンベロープの外側に形成された第２の端を有しており、及び、前記エンベロープ内に配設された充填剤を有しているタイプの電気ランプの作動方法において、
前記ランプをランプ始動モードで付勢開始するステップと、
前記主要部分と、当該主要部分よりも低温の前記窪み部分との間に熱グラジエントを形成するステップと、
前記充填剤を前記主要部分内に蒸発するステップと、
過剰充填剤を前記窪み部分内に凝縮するステップとを有する
ことを特徴とする電気ランプの作動方法。
【請求項１５】
シールされたエンベロープを有しており、該エンベロープは、閉容積部を決める壁面を有しており、前記壁面の少なくとも一部分は、ほぼ透明な光透過性窓であり、
前記閉容積部内に含まれている充填剤を有しており、
第１及び第２の電極を有しており、該第１及び第２の電極は、前記壁面を通ってシールされており、前記閉容積部内で対向配設された各第１の端と、電気コンタクト用の前記エンベロープの外側の第２の端とを有しており、
前記充填剤を前記閉容積部の第１の部分内に蒸発して、過剰充填剤を前記閉容積部の第２の部分内に凝縮する
ことを特徴とする電気ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンベロープ内の充填剤の溶融温度を制御する際に有用なランプエンベロープを有する電気ランプ、及び、電気ランプの作動方法に関する。本発明は、特に、そのように改善されたランプエンベロープを有するメタルハロゲンランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ランプの製造業者は、製品を改良するやり方を絶えず探している。そのような改善の１つは、放電灯から水銀を除去することである。しかし、水銀は、放電灯で有益であって、ランプシステムを高い効率にする。
【０００３】
例として、高輝度放電（ＨＩＤ）ヘッドランプは、自動車内で、水銀が現れる適用例である。このヘッドランプにより、可視性を改善して、標準タングステンハロゲンヘッドランプよりも寿命を長くして、小さなエネルギで使うことができる。各ＨＩＤ光源は、ほぼ０．５ｍｇの水銀を含み、危険なゴミの連邦ＴＣＬＰテストにパスする。ヨーロッパ連合ＥＬＶ（ｅｎｄ　ｏｆ　ｌｉｆｅ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ）指令では、自動車内での水銀使用禁止項目から水銀含有電球は除外されている。
【０００４】
ＨＩＤヘッドランプの使用は、価格が低廉になる程、一層多くの自動車で使われるようになる。２０００年には、約３５０万個ものＨＩＤヘッドランプが新型自動車の製造の際に世界的規模で使われた。これは、４ポンド以下の水銀量となる。この量は、自動車のスイッチアプリケーションで使われている水銀のメートルトンに比肩する水銀範囲量となるので、可能ならば、廃棄物の流れから、この水銀ソースを取り除くのが所望とされる。
【０００５】
高電圧で作動する水銀レスランプを、既存の安定器と適合させて使用することができるように製造する努力が、近年著しくなされている。電圧を上昇するために、金属添加剤を相当量付加して使われる従来技術の例がある（例えば、特許文献１，２，３参照）。これ以外の電圧増強添加剤の従来技術の例もある（例えば、特許文献４，５参照）。腐食性又は毒性の高効率充填剤の従来技術の例がある（例えば、特許文献６参照）。
【０００６】
電気ランプの製造中水銀を除去することを考慮すると、許容可能な代替充填剤が必要である。そのような選択をする際に生じる１つの問題点は、ランプの作動中、充填剤が各対向ランプ電極間のアークストリーム領域内に凝縮して、アークストリーム領域に隣接する内壁面をウェットにし易く、それにより、そのような壁面に、そのように凝縮した膜が、ランプエンベロープの光透過性部分にコーティングして、光透過を妨害するという点にある。他の問題点は、アークストリーム領域内に、そのような凝縮が生じると、所望の色安定源とはならなくなってしまう。別の問題点は、ランプ作動中、アークストリーム領域内で、そのよう凝縮が移動すると、ランプがちらつく。更に、ある種の代替充填剤は、ランプ始動中アークを消滅されてしまう程揮発性である。ランプ内に、蒸発し易い化学物質を有する電圧充填剤を使って増強することができるけれども、ランプ作動のために受容可能な電圧降下を形成するために、そのような材料を付加すると、プロトタイプのクオーツランプの作動を不安定にし易い。
【０００７】
ヘッドランプ、又は、医療照明システムのような、要求レベルの高い光学用途のためには、アーク管本体用に透明な材料が有利である。目下のところ、溶融シリカが一般に使用されているが、セラミックも可能であり、本当に必要なのは、高温で作動したり、反応性の所定の化学物質と共に作動したりすることである。多結晶アルミナ、一般照明用の完全に良好な材料のばらつきのある特性により、アークの輝度が低減し、逆に、システムが影響される。透明セラミック容器により、セラミックメタルハロゲンをレフレクタ又はファイバーシステムに最も良好に光結合することが達成される。
【０００８】
サファイアアーク管に対する多結晶アルミナ（ＰＣＡ）キャップの干渉（焼結による収縮）によって、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）キャップで閉じられた、電極レスアーク放電ランプ用のサファイアアーク管が従来技術に開示されている（例えば、特許文献７参照）。ダイレクトジョイントを通してＰＣＡキャップで閉じたＰＣＡアーク管も、この従来技術に記載されている（同じく、特許文献７参照）。
【０００９】
サファイアセラミックメタルハロゲンランプが従来技術にある（例えば、特許文献８参照）。細管にフリットシールされた電極フィードスルーが含まれている点は除外するが、モノリシックシールを用いたＰＣＡキャップの従来技術がある（例えば、特許文献９参照）。
【００１０】
【特許文献１】
ヨーロッパ特許公開第０８８３１６０号公報、Ｉｓｈｉｇａｍｉ他
【特許文献２】
ヨーロッパ特許公開第１０３２０１０号公報、Ｔａｋｅｄａ他
【特許文献３】
ヨーロッパ特許公開第１１５０３３７号公報、Ｕｅｍｕｒａ他
【特許文献４】
ヨーロッパ特許公開第１１７２８３９号公報、Ｔａｋａｈａｓｈｉ他
【特許文献５】
米国特許第６２６５８２７号明細書、Ｔａｋａｈａｓｈｉ他による
【特許文献６】
ヨーロッパ特許公開第１１７２８４０号公報、Ｋａｎｅｋｏ他
【特許文献７】
米国特許第５６２１２７５号明細書
【特許文献８】
世界知的所有権機関国際特許出願第９９／４１７６１号公報
【特許文献９】
米国特許第５６２１２７５号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、改善された電気ランプを提供すること、及び、電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の課題は、改善された電気ランプを提供することによって、従来技術の欠点を取り除くこと、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の課題は、経済的で、効率的且つ高い質の電気ランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の課題は、ランプエンベロープ内の充填剤の過剰凝縮物が、ランプ作動中、アークストリーム領域から除去される電気ランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の課題は、色ずれ及びちらつきが低減された電気ランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の課題は、ランプ作動中、化学充填剤が凝縮したものがある充分に定められた温度ゾーンを有する電気ランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の課題は、始動中、アークが消滅されない電気ランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の課題は、不安定なランプ作動を生じない、蒸発し易い充填化学物質を有する電気ランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の課題は、改善されたメタルハロゲンランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の課題は、シリカエンベロープを有する通常の電気ランプに比較して高い塩レベルで添加することができ、それにより、水銀を必要とせずに、比較的高い電圧でランプを作動させることができる、セラミックエンベロープを有する電気ランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の課題は、改善された電極を有する透明セラミック水銀レスランプを提供すること、及び、この電気ランプの作動方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するため、本発明は、閉容積部を決める壁面を有するシールされたエンベロープを有しており、壁面の少なくとも一部分は、ほぼ透明の光透過性窓であり、閉容積部は、少なくとも１つの他方の凹部に向かって開いた一方の凹部を有しており、閉容積部内に含まれる充填剤を有しており、少なくとも１つの電極を有しており、１つの電極は、壁面を通してシールされており、一方の凹部内の第１の電極端から、エンベロープの外側の第２の電極端に電気的コンタクトのために延びており、閉容積部は、構造化されて配列されており、充填剤の化学組成は、ランプの作動モードで、充填剤が一方の凹部内に蒸発し、且つ、過剰充填剤が、少なくとも１つの他方の凹部内に凝縮するようにされており、少なくとも１つの他方の凹部により、作動モード中の一方の凹部よりも低温の、閉容積部内領域が形成される電気ランプを提案するものである。
【００２３】
【実施例】
本発明、別の目的、本発明の利点及び性能を分かり易くするために、以下図示の実施例を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明のランプの１実施例を示す図である。図１の実施例では、シールされたエンベロープ４を有する電気ランプ２が設けられている。限定せずに、エンベロープ４は、セラミック材料製にするとよい。エンベロープ４は、壁面６を有しており、壁面により、閉容積部８が決まる。壁面６の少なくとも部分１０は、ほぼ透明の透光性窓１２であり、この窓を通して、光が閉容積部８内から放射され、残りの部分は半透明又は不透明である。択一選択的な１実施例では、壁面６は、その長手方向に亘って透明である。閉容積部８は、閉容積部の一部分を形成する少なくとも１つの凹部の方に開かれた閉容積部の主要部分を形成する。例えば、図１の実施例では、閉容積部８は、２つの凹部１６，１８の方に開かれた壁面１４によって形成された１つの凹部を有する。各凹部１６，１８は、壁面１４によって形成された凹部の各端で壁面１４によって形成された凹部の方に開かれている。図１の実施例では、各凹部１６，１８は、壁面６のフランジ付部分２０によって形成された窪み部分であり、フランジ付の部分は、エンベロープ４の軸線２２を中心にして円周状に延在している。以下、詳細に説明するように、各窪み部分１６，１８により、凹部１４内に位置しているランプ放電容積部から離隔されている蓄積部が形成される。
【００２５】
少なくとも１つの電極が、シールされたエンベロープ４を形成する壁面を通ってシールされて設けられており、電極は、壁面１４によって形成される凹部内で、一方の電極端から、エンベロープの外側の第２の電極端の方に通常のように電気コンタクトのために延在する。例えば、図１に示された実施例では、２つの対向電極２４は、エンベロープ４の各壁端２６及び２８で壁面６を通ってシールされている。２つの対向電極２４の各端３０は、凹部１４内で相互に対面しており、通常のように、各電極間のランプ放電容積部が形成されるアークストリーム領域又はギャップ３２によって分離されている。アークストリーム領域３２は、窓１２に隣接しており、ランプ作動中、窓を通って光を放射し、アークストリーム領域は、ランプの最も温度の高い領域である。
【００２６】
ランプ２は、充填材料３４を閉容積部８内に含む。有利な実施例では、充填材料は、水銀なし且つ高揮発性である。閉容積部８は、構造化されており、且つ、ランプの作動モード中、充填材料３４が壁面１４によって形成された凹部内で蒸発し、過剰充填材料は、凹部１６，１８の方に引きつけられて凝縮する。この端には、壁面６の各セクションが隣接しており、窪み部分１６，１８は、構造化されており、十分に熱を放射して、プラズマの熱が、通常ランプ作動中、各電極チップ間に位置付けられるアークストリーム領域３２内よりも窪み部分１６，１８内の方が温度が低いように構成されている。たとえば、壁面６の各壁面は、窪み部分、例えば、壁面６の各壁面は、窪み部分１６，１８に隣接しており、（ａ）凝縮された過剰化学充填剤を含むように適切な容積部となるように設けられており、（ｂ）窓１２に比較して、アームストリーム領域３２からの比較的大きな距離のところに配設されており、ランプ作動中、そのようにして凝縮したランプ低温位置が形成される。実際に、このようにして、アークストリーム領域３２に比較して窪み部分１６，１８内に過剰充填材料の増強された凝縮が生じるようにされる。
【００２７】
図２には、本発明の別の実施例が示されている。図２に示された実施例では、ランプ１００が設けられており、このランプは、シールされたエンベロープ１０２を有しており、このエンベロープは、閉容積部１０４を形成する壁面を有している。この実施例では、シールされたエンベロープ１０２を形成する壁面は、第１端部１０８と反対側の第２の端部１１０を有している管状部１０６を有しており、第１のキャップ１１２は第１端部に取り付けられており、第２のキャップ１１４は、第２の端部に取り付けられている。第１の電極１１６は、キャップ１１２を１１８のところで通って延びており、第２の電極１１６は、キャップ１１４を１２０のところで通って延びいる。
【００２８】
図２の実施例では、閉容積部１０４は、管状部の壁面１２２によって形成される管状部１０６内に１つの窪みを有しており、第２の窪み１２４は、管状部と第１のキャップ１１２との間に形成され、第３の窪み１２６は、管状部と第２の端キャップ１１４との間に形成されている。窪み１２４及び１２６は、図１の実施例の窪み１６及び１８と同じ機能を果たす。窪み１２４及び１２６の容積は、キャップの構成及びここで説明しているランプ１００の製造中の各キャップの縮みによって左右されることがある。各窪み１２４及び１２６は、管部１０６と各キャップ１１２，１１４との間に管部の各端に配置される。ランプ１００の作動モード中、閉容積部１０４内に含まれている水銀なし充填剤１２８は、壁面１２２によって形成された窪み内に蒸発し、過剰充填剤は、窪み１２４及び１２６に設けられている低温位置内に移されて凝縮する。図１の実施例の場合のように、窪み１２４及び１２６は、作動モード中、壁面１２２によって形成される窪みよりも、閉容積部１０４内の領域は一層低温になる。
【００２９】
図２に示されている例では、キャップ１１２及び１１４は、各々拡張された細管部１３２及び１３４を有しており、各々拡張された各電極１１６を通る細管を形成する。キャップ１１２及び１１４は、管状部１０６上に適合し、そこに焼結されて、ランプ１００の本体を形成するハーメチックアーク管が設けられる。細管部１３２及び１３４は、閉容積部１０４とは反対方向に拡張されている。図２の実施例では、各電極１１６は、タングステンの長さ１３６、モリブデンの長さ１３８及びニオビウムの長さ１４０を有している。電極１１６は、端キャップ１１２及び１１４を通して各細管部１３２及び１３４のところに挿入され、各電極端１４２及び１４４は、各々向き合っている。
【００３０】
端１４２と１４４との間のアークストリーム領域により、ランプ放電容積部１４６が形成される。電極１１６は、窪み部１３２及び１３４内でフリットガラス１４８で通常のようにシールされている。各窪み１２４及び１２６に隣接した各窪み部１３２及び１３４の端は、閉容積部１０４の方に開かれている。従って、ランプ作動中形成される凝縮物のいくらかは、細管部１３２及び１３４によって形成された細管内に移される。しかし、そのような細管の容積及び位置は、細管によって、過剰充填凝縮物を集めるために十分な低温位置は形成されないようにされる。逆に、窪み１２４及び１２６がないと、充填凝縮物は、ランダムに散布され、アーク管本体内、即ち、表面１２２によって形成された容積部内に滲出して、腐食し易い。
【００３１】
これは、温度勾配、従って、溶解性の勾配が形成される領域に亘って、溶融プールが空間的に拡張されるという事実から生じる。他方、窪み１２４，１２６は、充填凝縮物用の容器として作用し、通常アーク管本体内に滲出し、凝縮物は、「掘状（ｍｏａｔ−ｌｉｋｅ）」窪み内にトラップされる。
【００３２】
最終シールの前に、ランプには化学充填剤が添加され、不活性ガスで充填されて、通常のようにハーメチックシールされる。充填剤及び不活性ガスの幾つかの例について、以下説明する。
【００３３】
図２の有利な実施例では、ランプ１００は、３つの部片から構成されたメタルハロゲンランプであり、つまり、透明円筒状管部１０６、半透明ポリクリスタルモールド端キャップ１１２及び１１４の部片から構成される。端キャップ１１２及び１１４は、円筒部１０６上に焼結される。円筒部１０６は、ほぼ透明セラミック材料、例えば、単結晶完全密度サファイア管である。そのような材料は、容易に市販されて利用可能である。限定ではなく、他の透明セラミック材料、例えば、イットリウムアルミナガーネット（ＹＡＧ）を使ってもよい。キャップ１１２及び１１４はＰＣＡである。ランプ１００の製造中、器ヤップ１１２及び１１４は、構造化されて、キャップを管状部１０６に焼結する間、キャップの収縮により、窪み１２４及び１２６の容積が増大し、キャップが管状部に付着される。これは、ＰＣＡキャップ１２４及び１２６を焼結する間、それらの濃度が増すという事実から生じるのではなく、十分に密集したセラミック管状部１０６によるのである。ランプ１００の作動中、窪み１２４及び１２６は、過剰凝縮充填物質を保持する。本質的には、窪み１２４及び１１２６は、凝縮充填剤の一定温度蓄積部として作動する。キャップの縮みの形状及び程度を操作して、窪み１２４及び１２６の構成を制御するために、窪み１２４及び１２６の容積は、ランプの作動中形成される過剰凝縮充填物質の所望量を維持するように制御することができる。同様に、キャップ壁面の厚みを調整することによって、又は、外部熱を下げる、又は、放射する特徴部をキャップ上に付加することによって、キャップが、凝縮蓄積部の温度を更に調節するようなヒートシンクとして機能することができる。例えば、図３には、キャップ１１２及び１１４と同様のキャップ１５０が示されており、このキャップ１５０は、表面コーティング１５２を有しており、この表面コーティングにより、熱が放射され易くなる。限定ではなく、コーティング１５２は、グラファイト、耐火性金属又は酸化金属端ペイントにするとよい。図４の他の例では、キャップ１１２及び１１４と同様のキャップ１５４は、キャップ表面１５８に沿った突出部を有しており、これにより、熱が放射され易くなる。
【００３４】
凹んだ窪み１２４及び１２６は、ランプ作動中、凝縮過剰充填物質用の低温位置を形成する窪んだ残りの部分の１構成を示す。図５には、図２の実施例と同じ本発明のランプの別の実施例が示されており、但し、端キャップの内壁面の構成、それによって形成された窪みが異なっており、一端のキャップだけが示されている。特に、図２では、各端キャップ１１２，１１４の内壁面は、壁面１６０及び１６２のところにメニスカス（皿）状に形成されている。逆に、図５の実施例では、ランプ１７０の端キャップ１６８の内壁面１６４及び１６６は平坦である。図５の実施例は、内壁面１６４及び１６６を除いて、図６の実施例と同じである。
【００３５】
図２をもう一度参照すると、窪み１２４及び１２６に形成された蓄積部は、ランプ１００内の溶融温度を制御する。窪み１２４及び１２６は、細管部１３２及び１３４によって形成された細管よりも、ランプ放電容積部に一層近く、従って、ランプアークに一層近く、塩凝縮用に設けられた最も温度の高い蓄積部と同様であり、その際、ランプ作動中ランプ内のガスの蒸気圧及び成分が制御される。アークストリーム領域から比較的低温の蓄積部１２４及び１２６に向かって、充填剤の凝縮が移動する結果、凝縮によって内壁面が湿気を生じて、アーク室の内部に塩の薄膜が生じることはない。その結果、閉容積部１０４内のプラズマ用の蒸気材料は、一定圧力で供給され、透明サファイアの光放射部分が凝縮により被着されずに、且つ、光放射を妨害せずに供給される。こうすることによって、一層低温の安定ソースを提供し、フリッカの殆どないものにすることができ、そのことは、例えば、ヘッドライト又はプロジェクタの光源としてメタルハロゲンランプを使用するような、オプティカル用途にとっては重要である。ランプフリッカのソースは、塩の薄膜がランプ作動中移動する場合に導入される。
【００３６】
ランプの点灯開始中、アークを消滅するように何らかの化学物質が揮発するという点に注目する必要がある。ガリウムハロゲンのような何らかの充填材料の蒸発し易い化学物質が、水銀レスランプでの電圧増強添加剤として使用されることが屡々ある。ランプ作動のために受容可能な電圧降下を生じるのに必要な、そのような充填材料の添加により、プロトタイプのクオーツランプでは、不安定な作動を生じる。クオーツランプを形成する電流形式は、塩用の蓄積器を用いないわけにはいかず、即ち、アーク室は唯一の塩の貯蔵部である。本発明によると、充填凝縮部は、アークストリーム領域から離隔して配設され、電極の周囲に乱流体が流れ、凝縮部の熱を下げることによって、十分に秩序立って形成された安定した添加に寄与し、同様添加のランプで加熱する。このようにして、ランプは塩で過剰添加することができ、機能的には、最小添加されるように見える。
【００３７】
本発明の電気ランプを製造する１方法について、図２及び６に示した電気ランプ１００を参照して説明する。図６は、図２と同様であり、ランプの寸法が明瞭に分かるようにされている。
【００３８】
単結晶酸化アルミニウム（サファイア）円筒管状部１０６は、３．１５ミリメータ外径１７２と、１．５ミリメートル内径１７４を有するようにして得られる。このタイプの管状部は、Ｓａｐｈｉｋｏｎ社製のものを利用可能である。管状部は、１０ミリメートル長さ１７６で切断されている。高純度酸化アルミニウムパウダー（ＣＲ６，Ｂａｉｋｏｗｓｋｉ）（５００ｐｐｍ以下の純度）を使用して形成された多結晶アルミナ端キャップ１１２及び１１４は、焼結補助として、２００ｐｐｍのＭｇＯ＋２０ｐｐｍ　Ｙ２Ｏ３＋４００ｐｐｍのＺｒＯ２でドーピングされる。ドーピングされたアルミナパウダーは、ワックスバインダーと混合され、キャップ１１２及び１１４を形成するようにモールドされ、細管部１３２及び１３４を含む。キャップ１１２及び１１４の形状、従って、窪み１２４及び１２６の形状は、キャップを形成するために使われるモールドの形状によって決められる。キャップは、１０００℃まで空気中で燃焼されて、バインダを除去し、且つ、強化し、キャップの形状を維持する。キャップ１１２及び１１４は、管状部１０６の各端１０８及び１１０上に載置され、１３３０℃で空気中で垂直方向に燃焼されて、部分的に高い密度にして縮小され、それにより、キャップが管状部上にロックされる。それから、集結されたサファイア管状部１０６は、それに取り付けられた端キャップ１１２及び１１４と共に、８％水素含有窒素流内で１８９０℃で１時間、最終焼結される。端キャップ１１２及び１１４がサファイア管状部１０６上に焼結されるので、ＰＣＡキャップで著しい量の寸法が収縮して、密度が高くなり、完全に密集したサファイア管状部は、変わらないままである。このようにして、円周状ハーメチックシールは、サファイアとＰＣＡとの間に形成され、その場所で、キャップ１１２及び１１４は、管状部１０６、窪み１２４及び１２６上に予めロックされ、窪みは、各々塩蓄積部を形成し、管状部の端で大きくされる。特に、図２及び６の実施例では、焼結の前に、端キャップ１１２，１１４の長さ１７８は、２１．４ｍｍ、厚み１８０は、０．８５ｍｍであった。各窪み１２４，１２６の直径１８２は、３．９ｍｍであり、深さ１８４は、０．７ｍｍだった。焼結が完了すると、長さ１７８は１６．３ｍｍ、厚み１８０は０．６５ｍｍ、直径１８２は３．１５ｍｍ、深さ１８４は０．５ｍｍだった。当業者には、キャップ１１２，１１４の所定形状及び材料、及び、その収縮の程度により、形状及び窪み１２４，１２６の容積が決まるということは明らかである。更に、当業者には、焼結温度、時間、収縮の程度のような処理パラメータを変えると制御することができる点は明らかである。収縮の程度、従って、窪み１２４，１２６の最終容積は、充填凝縮の容積に依存し、窪みは、ランプ作動で凝縮が干渉されるのを阻止するように適合化されている。限定なしに、図２及び６に示されているタイプのランプでは、深さ１８４は、約０．１〜０．２５倍であり、サファイア管１０６は、有利には、そのような直径の０．１倍である。深さ１８４は、非常に小さいので、最も熱い溶融プールの横方向の熱勾配は低減される。その結果、溶解勾配は低減され、腐食作用も低減される。更に、塩は一層性格に規定され、ランプは一層低い温度で安定している。
【００３９】
電極１１６は、細管部１３２及び１３４を通って各々挿入され、ガラスフリット１４８を使って所定位置でシールされる。電極１１６は、長さ５ｍｍ、直径０．２５ｍｍである。ランプ放電容積部１４６の長さは、定格４．２ｍｍである。最終シールの前に、ランプは通常のやり方で水銀レス高揮発性化学充填剤１２８が添加され、キセノン、不活性ガスで充填される。他の希薄ガス及び混合気を使ってもよい。ランプ１００は、通常のやり方でハーメチックにシールされる。
【００４０】
本発明のランプの化学充填剤は、典型的には、高揮発性充填剤であり、つまり、ランプ作動中、充填剤がアークストリーム領域内に蒸発し、過剰充填剤が、ランプの閉容積部の窪み部分内に凝縮される。限定ではなく、本発明の化学充填剤は、ガリウム、インジウム、タリウム、アルミニウムハロゲン、例えば、ＧａＩ３，ＩｎＩ，ＩｎＩ３，ＡｌＩ３，Ｔ１Ｉである。稀土類ハロゲンを使ってもよい。本発明のランプは、特に水銀レスランプとして有用であるけれども、所望ならば、化学充填剤中に水銀を含んでもいてもよい。例は、水銀ハロゲンを用いることである。前述の１つ以上の充填材料は、他の塩、例えば、スカンジウムハロゲン又は希土類ハロゲンと結合していてもよい。本発明は、充填剤がランプの主要部内に蒸発して、後述のように窪み部分内に凝縮する限りで、何らかの特定の充填材料に限定されない。
【００４１】
蒸発し易い塩の高濃縮物が添加された、本発明のランプ及び通常のシリカランプがテストされて、結果が比較される。ランプの全てが、５００Ｈｚスクエアウェーブバラストでテストされ、それにより、５００ＶＯＣデベロップすることができ、２アンペア以上給電することができる。テストされた、通常のシリカランプの２つ内の充填剤は、１ｍｇ　ＧａＩ３、タイプ４の希土類化学物質（１９．５％　ＤｙＩ３，１９．５％　ＨｏＩ３，１９．５％　ＴｍＩ３，３２．５％　ＮａＩ及び９．０％　Ｔ１Ｉ、但し、重量％）の０．３４ｍｇ、及び、８バールのキセノンであった。テストされた第３のシリカランプの充填剤は、１ｍｇ　ＧａＩ３、０．８ｍｇ　ＩｎＩ、同じタイプ４の希土類化学物質の０．２４ｍｇ及び８バールのキセノンであった。テストされたアースシリカランプの容積部は、約２３ｍｍ３だった。
【００４２】
前述の通常のシリカランプをテスト中、各ランプは、室温で始動するが、ガリウム及びインジウムハロゲンは、急速に蒸発する。蒸発した充填剤は、蒸気状態になる分を除いて行く場所がなく、蒸発された充填剤が再凝縮できる低温領域はない。その結果、ランプ中に未加工で制御されていないインピーダンス変化が生じるために、ランプ電圧は急速に上昇し、ランプを消してしまい、アーク室の内部表面に亘って至る所塩残留物が形成される。点灯に失敗したシリカランプの各々での放電が繰り返し維持される。内部表面領域全体に亘って塩が飛び跳ね、ランプ作動が制御されずに急速に妨害される。
【００４３】
図１及び６に示されたタイプの本発明のランプは、上述の方法及びディメンションを使って製造された。テストされたシリカランプの容積は、約２３ｍｍ３であり、本発明のランプの容積は、約１９．５ｍｍ３よりも小さかった。本発明のランプは、ＩｎＩの４ｍｇの化学充填剤、ＮａＩの１ｍｇ及びキセノンの５バールが添加されている。閉容積部１０４内の塩の平均濃度は、約５ｇ／ｃｃ又は５ｍｇ／ｍｍ３であった。各凹部１２４及び１２６の容積部は、約０．５ｍｍ３だった。従って、各凹部１２４及び１２６は、塩添加量の約半分を含み、又は、両方内に完全な量を含む。ランプが加熱されるに連れて幾らかの塩が蒸発されるが、塩のゾーンが凹部１２４及び１２６の方に移動され、この凹部により、離隔した低温領域が提供されて、塩がその中で再凝縮される。このようにして、塩のゾーンは、主放電室となるアークストリーム領域１４６から離隔して、シリカランプ内でよりも急速に熱が低下する。こうすることによって、アーク室の内部表面上に残留塩が堆積するのを阻止することができる。しかも、ランプは安定して数時間作動する。塩の幾らかが、細管領域１３２，１３４によって形成された細管内に凝縮されるけれども、温度分布は、凹部１２４，１２６内の塩が、細管領域内の塩よりも高い温度であるようにされており、そのような高い温度の塩により、ランプ内部の蒸気圧が制御される。
【００４４】
本発明のランプによると、通常のシリカランプの場合よりもランプの閉容積内に、容積単位当たり少なくとも６〜７倍の塩を使用することができる。高いレベルで塩を添加することができるので、結局、水銀を必要とせずに、高い電圧でランプを作動することができる（所望ならば、充填剤中に水銀を含んでいてもよい）。更に、安定して達成することができる、蒸気中の高い塩濃度により、放射特性を改善することができる。
【００４５】
本発明の先行してテストされたランプのスペクトル出力が、図７に示されている。
【００４６】
電圧増幅添加剤を有する水銀レスの通常のシリカランプで生じる電圧は、約４２Ｖである。ランプの性能が下がって、不安定になり始めた時点で、もっと高い電圧が達成されることがある。本発明のランプでは、安定作動で、６０Ｖのオーダーの電圧が通常生じる。比較的高い電圧が、所要の電力レベルの場合に小さいアンペアに変換され、図７に示された特性のランプは、３５Ｗである。つまり、水銀含有ランプで使用するように開発された電極は、溶融又は蒸発する恐れなしに使うことができるということである。低電圧シリカランプは、約２倍の安定状態電流を必要とし、電極チップ温度上昇によって、壁面が過剰に暗くなる問題点がある。例えば、水銀含有３５Ｗヘッドランプは、約８２Ｖ、０．４４Ａで作動する。
【００４７】
ここで説明している実施例は、例示にすぎず、限定するものではない。本発明の技術的精神及び範囲を外れない限りで、当業者にとって明らかな他の実施例も可能である。
【００４８】
セラミック放電ランプは、透明なサファイア管とＰＣＡキャップとの間に凹部を有している。ランプ作動中、この凹部には、溶融塩が保持されて、溶融塩の一定温度蓄積部として作用する。キャップの形状、例えば、内部ドームの曲率、を操作することによって、又は、オフセットリップ内に形成することによって、凹部の容積を制御することができる。隣接キャップ壁面の厚みを調整することによって、又は、外部熱を下げたり、放射したりする特徴部をキャップ上に付加することによって、塩蓄積部の温度を更に制御することができる。この蓄積部により、プラズマを一定温度にし易くなり、凝縮した充填剤が過剰に流れ出さず、透明サファイア透過性凹部壁面の光放射部分に被着しなくなる。その結果、アークのパフォーマンスが一層安定し、形成された光は、凝縮塩によって干渉されず、又は、流体状の塩が光透過性表面上に移動せずに放射される。このようにして、ランプは、塩を過剰に添加することができると共に、機能的には、最小にしか添加されていないように見える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気ランプの１実施例を示す図
【図２】本発明の電気ランプの別の実施例を示す図
【図３】本発明で有用な端キャップの１実施例を示す図
【図４】本発明で有用な端キャップの別の実施例を示す図
【図５】本発明のランプの別の実施例の２つの同じ端の一方を示す図
【図６】図２に示された本発明のランプの実施例を別の視点から見た図
【図７】本発明のランプのスペクトル出力をグラフで示す図
【符号の説明】
２　電気ランプ
４　エンベロープ
６　壁面
８　閉容積部
１２　透光性窓
１４，１６，１８　凹部
２０　フランジ付部分
２４　対向電極
２６及び２８　壁端
３２　アークストリーム領域又はギャップ
３４　充填材料
１００　ランプ
１０２　エンベロープ
１０４　閉容積部
１０６　管状部
１１２，１１４　キャップ
１１６　電極
【図１】
2004006357.tif 000003
【図２】
2004006357.tif 000004
【図３】
2004006357.tif 000005
【図４】
2004006357.tif 000006
【図５】
2004006357.tif 000007
【図６】
2004006357.tif 000008
【図７】
2004006357.tif 000009