(57)【要約】  高圧ナトリウム放電ランプが、ナトリウムを含む放電維持充填物を封入する発光管を備えている。電極が充填物内に、ランプの動作中に充填物内でアーク放電を起こすために延びている。少なくとも１つの電極は、その上に放出体材料を支持する巻き付けコイルを備えている。巻き付けコイルは、第１のコイル構造と、第１のコイル構造を巻き付けることによって形成される第２のコイル構造とを備えることができる。第１のコイル構造は、基本ワイヤとその周りに巻き付けられた上巻きワイヤとを備えることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナトリウムを含む放電維持充填物を封入する発光管と、
ランプの動作中に充填物内でアーク放電を起こすために充填物内に延びる電極であって、少なくとも１つの電極は、その上に放出体材料を支持する巻き付けコイルを備えている、電極と、を備える高圧ナトリウム放電ランプ。
【請求項２】
巻き付けコイルは、第１のコイル構造と、第１のコイル構造を巻き付けることによって形成される第２のコイル構造とを備える請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
第１のコイル構造は、基本ワイヤとその周りに巻き付けられた上巻きワイヤとを備える請求項２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
電極はシャンクを備え、巻き付けコイルはシャンクを取り囲んでいる請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
巻き付けコイルは、第１のコイル構造と、第１のコイル構造をシャンクの周りに巻き付けることによって形成される第２のコイル構造とを備え、第２のコイル構造は、シャンクの周りに少なくとも１０の巻数を形成する請求項４に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
充填物はナトリウムと不活性ガスとを含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
充填物はさらに水銀を含む請求項６に記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
不活性ガスはキセノンを含む請求項６又は７に記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
不活性ガスは冷却充填圧力が少なくとも２０トールである請求項６乃至８のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
巻き付けコイルは主にタングステンで形成される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
シャンクは主にタングステンで形成される請求項４に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１２】
各電極が備えるシャンクは、発光管内を略軸方向に延びて電極間のアーク間隙を規定する請求項４に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１３】
電極は７０ｍｍ未満のアーク間隙によって離間に配置される請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１４】
両方の電極は、その上に放出体材料を支持する巻き付けコイルを備える請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１５】
発光管はモノリシック発光管である請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１６】
ナトリウムは発光管の低温箇所において溜まりを形成する請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１７】
巻き付けコイルの直径は、低温箇所が、アークから光が進む直線となるような値である請求項１６に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１８】
発光管は主にアルミナで形成される請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１９】
ランプは動作ワット数が２５０Ｗ未満である請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項２０】
ランプは動作ワット数が１００Ｗ以下である請求項１９に記載の高圧放電ランプ。
【請求項２１】
高圧放電ランプを形成する方法であって、
基本ワイヤの周りに上巻きワイヤを巻き付けることによって電極の第１のコイル構造を形成することと、
シャンクの周りに第１のコイル構造を巻き付けることによって前記電極の第２のコイル構造を形成することと、
前記電極に放出体材料をコーティングすることと、
前記電極を第２の電極とともに発光管内に挿入することと、
ナトリウムを含む放電維持充填物を発光管内に密封することと、を含む方法。
【請求項２２】
電流源と結合するための直径が０．５〜２ｍｍの円筒型のタングステン・シャンクと、
タングステン・シャンク上に設けられる巻き付けコイルであって、基本ワイヤの周りに電気伝導性の上巻きワイヤを巻き付けることによって形成される第１のコイル構造と、シャンクの周りに第１のコイル構造を巻き付けることによって形成される第２のコイル構造とを有する巻き付けコイルと、
巻き付けコイル上に支持される放出体材料と、を備える電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
代表的な実施形態は、高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプに関し、特にＨＰＳランプ用の巻き付けコイル電極に関する。
【０００２】
本出願は、米国仮出願第６０／９５２、３７１号明細書（２００７年７月２７日出願）の優先権利益を主張する。この文献の開示は、本明細書において参照により全体として取り入れられている。
【背景技術】
【０００３】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ、特に高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプに対する多くのデザインが当該技術分野で知られている。この形式のナトリウム・ランプは一般的に、アーク放電チャンバまたは「発光管」を保護エンベロープで囲んだものを備えている。放電チャンバは通常、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）または単結晶アルミナ（サファイア）であり、ガスの混合物が充填されている。このガス混合物によってアーク放電が形成される。充填物は一般的に、ナトリウムと水銀と不活性出発ガスたとえばキセノンとを含む。充填材料のナトリウムおよび水銀成分は主に、ランプの光出力特性に関与している。これらの２成分からなるアマルガムは、発光管の最も低温の箇所において凝縮する傾向がある。
【０００４】
既存のＨＰＳランプは、二重巻き付けワイヤ電極を用いていることが多い。この電極は２層のワイヤを備えている。電極には、電子放出材料（たとえばタングステン酸バリウム）がコーティングされている。モノリシック・ランプでは、発光管は、単一ボディの一端に単一のエンド・キャップまたは「ブッシング」が焼結されたものとして作製される。このようなランプの構成は、発光管の温度プロファイルが、動作時に、ランプの焼結端から離れるにつれて発光管壁の温度が上がるようなものとなるように形成されることが多い。二重巻き付け電極を伴う現在のモノリシック発光管デザインの中には、発光管壁の低温箇所が黒色化ゾーンに近いために、黒色化と発光管熱プロファイル変化との影響を受けやすい傾向のものがある。
【０００５】
黒色化は、黒色化層の被覆効果のためにランプのルーメン維持に影響を与える傾向があり、また熱プロファイル変化のために燃焼電圧（ＢＶ）の安定性にも影響を与える。
【０００６】
低温箇所の温度は複数の因子によって規定される。たとえば、伝導熱（セラミック・チューブ壁および電極シャンクの構造の関数である）、対流熱（一つには、キセノンおよび水銀ナトリウム蒸気の乱流に起因する）、放射熱（大部分は、電極ボディおよびアークに起因する）、および熱反射因子（一つには、ランプの高温側端に位置するＮｂバンドおよび任意の黒色化に起因する）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，６３９，３６２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
代表的な実施形態の一態様によれば、高圧ナトリウム放電ランプが、ナトリウムを含む放電維持充填物を封入する発光管を備えている。電極が充填物内に、ランプの動作中に充填物内でアーク放電を起こすために延びている。少なくとも１つの電極は、その上に放出体材料を支持する巻き付けコイルを備えている。
【０００９】
代表的な実施形態の別の態様によれば、高圧放電ランプを形成する方法が、基本ワイヤの周りに上巻きワイヤを巻き付けることによって電極の第１のコイル構造を形成することと、シャンクの周りに第１のコイル構造を巻き付けることによって前記電極の第２のコイル構造を形成することと、前記電極に放出体材料をコーティングすることと、前記電極を第２の電極とともに発光管内に挿入することと、ナトリウムを含む放電維持充填物を発光管内に密封することと、を含んでいる。
【００１０】
別の態様においては、電極が、関連する電流源に結合するための直径が０．５〜２ｍｍの円筒型のタングステン・シャンクを備える。巻き付けコイルがタングステン・シャンク上に設けられている。前記巻き付けコイルは、基本ワイヤの周りに電気伝導性の上巻きワイヤを巻き付けることによって形成される第１のコイル構造と、シャンクの周りに第１のコイル構造を巻き付けることによって形成される第２のコイル構造とを有する。放出体材料が、巻き付けコイル上に支持されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】代表的な実施形態の一態様による典型的な高圧ナトリウム・ランプを例示する図である。
【図２】図１のランプ用の発光管を例示する図である。
【図３】図２の発光管用の典型的な巻き付けコイル電極の部分断面における斜視図である。
【図４】図３の巻き付けコイル電極の斜視図である。
【図５】図３の電極の巻き付けコイルの端面図である。
【図６】従来の電極の影効果を例示する図である。
【図７】図３の典型的な電極の電極影アウトラインを例示する図である。
【図８】図３〜５および７の電極の形成における第１のステップを例示する図である。
【図９】図３〜５および７の電極の形成における第２のステップを例示する図である。
【図１０】従来のランプおよび典型的なランプの１００時間および６０００時間動作後における有効性（ルーメン／ワット）対ランプ電圧の典型的なプロットを例示する図である。
【図１１】典型的なランプの１４０００時間に渡る、および従来のランプの６０００時間に渡るランプ電圧維持を示す図である。
【図１２】典型的なランプの１２，０００時間に渡るランプ・ルーメン維持を示す図である。
【図１３】ルーメン／ワットの時間経過を、標準的な二重巻き付け電極を伴う７０ワット・ランプ（曲線Ａ）と、図３に示す形式の巻き付けコイル電極を伴う代表的な実施形態による７０ワット・ランプ（曲線Ｂ）とに対して示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
代表的な実施形態の態様は、少なくとも１つ（一般的に２つ）の巻き付けコイル電極を備える高圧ナトリウム・ランプに関する。典型的なランプは、高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプの従来の電極構造と比較して、電極損失を小さくすることによってランプ効率を向上させることが分かっている。
【００１３】
種々の態様において、電極コイル・ボディに、１次の巻き付けワイヤを巻き付けて、より多い電子放出材料（Ｅ混合物）をより軽量の電極内に保持する。
【００１４】
種々の態様において、端部黒色化を低減することが、巻き付けコイル・ボディ用のより細くて軽いデザインの大きな活性放出体混合領域を有しながら、固体機械構造を保持することによって行なわれる。
【００１５】
次に図面を参照する。図面は、単に代表的な実施形態を例示するものであり、実施形態を限定することは意図されていない。図１に、高圧ナトリウム・ランプ１を示す。高圧ナトリウム・ランプ１は、モノリシック発光管２を透明な外部のガラス質エンベロープ３内に配置した形式の高圧アルミナ放電蒸気アーク・チャンバを備える。発光管２には、加圧下で、アーク発生媒体または「充填物」７が含まれている。「充填物」７は、ナトリウムと、任意的に水銀と、出発ガス（たとえばキセノンまたは他の不活性ガス）とを含んでいる。電気的なニオブ・リード・ワイヤ４および５によって、電気エネルギーをタングステン電極６Ａ、６Ｂに結合することができるようになっている。タングステン電極６Ａ、６Ｂは、その上に電子放出材料を支持し、放電チャンバ２内に配置されて、放電チャンバ２内に含まれる充填物７を励起できるようになっている。密封用フリット（図示せず）によって、リード・ワイヤ４および５がアーク・チャンバ２の両端のアルミナに接合されている。密封は最初にリード・ワイヤ４において行なう。リード・ワイヤ５における密封は、アルミナ・ブッシング・フィードスル・アセンブリ７Ａを用いて行なう。リード・ワイヤ４および５は、ネジ山の付いたねじ込み口金８に、支持部材１５および１６によって、またステム１７を通って延びるリード・ワイヤ９および１０において、電気的に接続されている。
【００１６】
キセノン充填ガスは、冷却充填圧力が約１０〜５００トール（たとえば、約２０〜２００トール）であっても良い。動作中、キセノン圧力は、冷却充填圧力の約８倍まで増加しても良い。ナトリウムの分圧は、動作中に、３０〜１０００トールの範囲であり、たとえば、高効率を得るために約７０〜１５０トールである。ランプ内のナトリウムの量は、７０ワット・ランプに対して約５〜３０ｍｇ（たとえば約１２ｍｇ）であっても良く、また（無水銀ランプ以外において）アマルガム中のＮａ／Ｈｇの比率は約１０〜２０％であっても良い。
【００１７】
電極６Ａ、６Ｂ間においてアーク放電を開始するには一般的に、開始電圧パルスとして約１．５〜４．５ｋＶが必要である。この結果、出発ガスがイオン化されて、電流フローが開始され、その結果、発光管２内の温度が上がって、発光管２に含まれるナトリウムおよび水銀が蒸発する。その結果、アーク放電がイオン化蒸気によって維持されて、動作電圧が安定する。
【００１８】
ランプ１はまた、ニオブ（Ｎｂ）箔の熱線反射バンド１８を備えていても良い。熱線反射バンド１８によって、ランプ基部の近くのアーク・チャンバ２の端部２０における動作温度が、反対端２２と比べて、高い値に維持される。その結果、金属ドーズ成分（すなわち、ナトリウムおよび水銀のアマルガム）の非蒸発量２４が、図２に示すように動作中にアーク・チャンバ２の低温側端２２に存在することになる。ランプ１のデザインは、液体ナトリウムが密封用フリットと接触することを防止して、寿命を限定する反応と始動中に整流（高バラスト電流）が生じる可能性とを回避するようになされている。
【００１９】
代表的な実施形態の一態様においては、発光管２内に含まれる充填物７は、ナトリウム、水銀、および出発ガス（たとえばキセノン）からなる。他の許容可能な出発ガスとしては、ガス・アーク放電を確立させるのに十分な任意の非反応性でイオン化可能なガス（たとえば希ガス）を挙げても良い。一実施形態においては、金属ドーズ（端部２２におけるモノリシック・アルミナ隅部における）が、電極６Ａをボディに対して密封した後に、モノリシック発光管ボディ内に導入される。キセノン出発ガスをその後、発光管内に密封する。これは、ブッシング７Ａおよび電極６Ｂをボディの開口端に、キセノン雰囲気中で高温密封することによって行なう。
【００２０】
図１には単端式のモノリシック・ランプを示しているが、他のランプ・形式も意図される。たとえば、両端式のランプおよび非モノリシック・ランプ（１つではなく２つのブッシングを用いて形成される）である。
【００２１】
典型的な放電チャンバ２は主にアルミナで形成され、任意的に、ある量の他のセラミック酸化物（たとえば酸化マグネシウム）がドープされている。放電チャンバの主ボディは、当業者に知られている任意の手段によって構成することができる。たとえば、結合剤内のセラミック粉末の混合物を固体円筒内に金型プレスすることである。あるいは、混合物を押出成形することもできるし、射出成形することもできる。放電管の成形技術は知られており、たとえば、米国特許第１，６３９，３６２号明細書（スコットら）に記載されている通りである。
【００２２】
図３〜５および７〜９を参照して、電極６Ａ、６Ｂはそれぞれ、直径ｄのタングステン・ロッド３０の周りに直径Ｄおよび厚さｔ（外径マイナス内径）の巻き付けコイル３２が設けられている形式のシャンクを備えている。巻き付けコイルに電子放出材料（放出体材料）３４（図９）がコーティングされて、放出リザーバ３５が形成されている。シャンク３０は、発光管２内で略軸方向に配置され、コネクタにおけるリード線４、５と電気的に接続されている。電極６Ａ、６Ｂのシャンク３０によって、電極間のアーク間隙ｇが規定されている（図２）。
【００２３】
好適な放出体材料は、バリウム含有酸化物および混合金属酸化物である、たとえばタングステン酸バリウムカルシウム、タングステン酸バリウムストロンチウム、タングステン酸バリウムイットリウム、タングステン酸バリウム、アルミン酸バリウムなどである。他の好適な放出材料には、金属酸化物であって、酸化物がＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、およびそれらの組み合わせの酸化物からなる群から選択される金属酸化物が含まれる。放出体材料は、列記したものに限定されないことを理解されたい。金属酸化物の存在量は、放出材料混合物全体の約２０重量％〜１００重量％の範囲である。放出材料３４は、定常状態の動作条件の下で充填物の中で電子を放出するように動作可能である。
【００２４】
図３の部分断面図に示すように、巻き付けコイル３２は１次のコイル構造と２次のコイル構造とを有している。１次のコイル構造は、上巻きワイヤ３６を基本ワイヤ３７の周りに巻くことによって形成される。２次のコイルは、１次のコイル構造をシャンク３０の周りに巻くことによって形成される。図４に示すように、１次のコイル構造をぐるりと巻いてコイルにして、２つ（またはそれ以上）の重複層３８、３９を形成しても良い。２つの巻線３８、３９は、反対のピッチ角度θ（たとえば、約１．５度以下）と同じ巻数／インチ（ＴＰＩ）とを有していても良い（図３）。２次のコイル構造を形成する層３８、３９は、図３に示すように、実質的に同一の広がりを持っていても良い。
【００２５】
一実施形態においては、基本ワイヤ３７は直径ｄ１が約０．０５〜０．２ｍｍ（たとえば、約０．１ｍｍ）であり、上巻きワイヤ３６は基本ワイヤよりも直径が小さくても良く、たとえば、直径ｄ２が約０．０１〜０．１ｍｍ（たとえば、約０．０３〜０．０４ｍｍ）であっても良い。したがって、結果として生じる１次のコイル構造は、直径ｄ３が約ｄ３＝（２ｘｄ２）＋ｄ１、たとえば、約０．０７〜０．４ｍｍ（たとえば、約０．２ｍｍ）である。２次のコイル構造は、約０．７ｍｍのタングステン・シャンク３０上に二重巻きしたときに、したがって、直径Ｄが約１．３６ｍｍとなる。これを、図３および５に示す。
【００２６】
代表的な実施形態においては、上巻きワイヤ３６は、厚さ（直径）ｄ２が０．０３４６ｍｍであり、直径ｄ１が０．１０５６ｍｍの基本ワイヤ３７の周りに密に巻かれている。その結果、１次のコイル構造において、基本ワイヤ３７上の上巻きワイヤ３６のＴＰＩ（巻数／インチ）は、したがって、最大の理論値（実施例において４１９．８６のＴＰＩ）であるかまたはそれに近い。たとえば、ＴＰＩは、理論上の最大値の少なくとも９０％または少なくとも９５％であっても良い。もっと低いＴＰＩも意図される。たとえば、理論上の最大値の少なくとも６０％または７０％のＴＰＩであり、これは、本実施例では、約２５０以上のＴＰＩを意味するであろう。同様に、巻線を、第２のコイル構造の各層３８、３９において密に離間に配置して、第２のコイル構造におけるＴＰＩとして理論上の最大値（本実施例では１４５．２９のＴＰＩ）であるかまたはそれに近いものを提供しても良いが、より低いＴＰＩを２次のコイル構造に対して用いても良い。たとえば、理論上の最大値の少なくとも約６０％または７０％のＴＰＩであり、これは、本実施例では、約８０以上のＴＰＩを意味するであろう。
【００２７】
応用例によっては、効果的に活性化することができる放出体材料の最大充填を達成することが望ましい。一実施形態においては、典型的な電極６Ａ、６Ｂおよびそれらから形成されるランプは、同じコイル長さＬおよび同じ電極直径Ｄの従来の二重巻き付けランプの場合よりも、少なくとも約２０％（たとえば、約５０％）多い放出体材料を支持する場合がある。ランプの寿命は、ある程度、放出体材料の量に依存するため、同じ直径のコイル上に支持することができる放出体の量が増加された結果、ランプの寿命を延ばすことができる。低いワット数のＨＰＳランプに対する従来の発光管の直径は、電極直径に対して制約を課していた。典型的な電極は、より細い直径であるが、それにもかかわらず従来のコイルと同じ量の放出体混合物を保持することができる。その結果、ランプ寿命は、より高いワット数（より大きい直径）のランプのそれと同様である場合がある。
【００２８】
しかし一般的に、直径Ｄを最小限にすることが望ましい場合がある。こうして、コイル３２を、従来の二重コイル電極と同じかまたはより小さい直径Ｄを用いて形成することができる一方で、少なくとも同じかまたはより多い量の放出体材料を支持することができる。一実施形態においては、巻き付けコイル電極６Ａ、６Ｂは、放出体材料の量が従来のランプ電極のそれとほぼ同じであっても良く、一方で直径Ｄが、従来の二重コイル電極の直径の約８０％以下（たとえば、約５０％）であっても良い。
【００２９】
図６および７を比較することによって示されるように、直径が細い放出体リザーバ３５を伴うランプの別の優位性は、従来の二重巻きコイル電極の放出体リザーバ３５’（図６）と比べると、光（典型的な光線ｒによって示す）が、アーク４０から低温箇所におけるアマルガム２４まで直接進めることである（図７）。従来のリザーバ３５’では、リザーバの直径が原因で、電極によって凝縮物質４２のすべてまたはほとんどが直接光から隠されている。
【００３０】
巻き付けコイル電極６Ａ、６Ｂの巻き付けコイル幾何学的形状を、図８および９に例示するように形成しても良い。１次のコイル構造５０を最初に、ある長さのタングステン上巻きワイヤ３６を、ある長さのタングステン基本ワイヤ３７の周りに巻き付けることによって形成する。これによって、コイルの各巻数の幅、したがって１次のコイル直径が決定される（図８）。こうして形成した１次のコイル構造５０を次に、電極シャンク３０の周りに巻き付けて２次のコイル構造５２を作製する。これを図９に示す。図９では、単一の（やや粗い）巻線の２次のコイル構造５２のみを示しているが、図３に例示するように、２次のコイルは内部および外部の巻線３８、３９を有していても良いことを理解されたい。結果として生じる巻き付けコイル電極を、好適なアニール温度（たとえば、約１１５０℃）でアニールして、それほど電極構造を変えることなくワイヤ同士を固定しても良い。
【００３１】
２次のコイル５２は、シャンクに接触する結果、内径がシャンク直径によって規定される。２次のコイルの全長Ｌ（形成時）は、約２〜５ｍｍ（たとえば、約３ｍｍ）である。図３に示すように、外部の巻線３９は内部の巻線３８よりも長さがわずかに短くても良い。シャンク３０は、直径ｄ５が少なくとも約０．５ｍｍ（たとえば、約０．７ｍｍ）であっても良く、約０．５〜１ｍｍ（またはそれ以上）だけ巻き付けコイル３２の外へ延びて電極先端４６を規定しても良い。
【００３２】
典型的なワイヤ３６、３７およびシャンク３０は、タングステンで形成されている。一般的に、それらは、主にタングステンから形成されている。すなわち、少なくとも７０％タングステン、一般的には高純度タングステン（たとえば少なくとも９９％タングステン）である。しかしアーク内で安定な他の電気伝導性材料も意図される。
【００３３】
放出体材料３４を、巻き付けコイル３２に、所望の酸化物の炭酸塩を含む粉末またはスラリの形態で塗布して、対応する酸化物にその場で転化することができる。ランプ・コイルにコーティングするために用いるスラリを作るために、炭酸塩粉末を混合して液体媒体と混合する。液体媒体は、ラッカーにおいて用いるものと同様であっても良く、有機溶媒（たとえば酢酸ブチルまたは他の低分子量酢酸塩）およびニトロセルロース（増粘剤および結合剤として用いる）からなっていても良い。他の構成成分（たとえばアルコール）を加えて所望の粘度を達成しても良い。たとえば、粉末状の炭酸塩に任意的に比較的少量の液体媒体を加えたものを混合器に加えて、電極６Ａ、６Ｂを混合物中で振る。
【００３４】
表１に、種々のワット数のランプに対する典型的なシャンクおよびコイルの厚さを示す。
【００３５】
【表１】
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典型的な電極の特定の応用例が、３５〜１００Ｗの高圧ナトリウム／水銀ランプとともに無水銀高圧ナトリウム・ランプに見出される。
【００３６】
一実施形態においては、ルーメン効率が、従来の二重コイル・ランプと比べて、８０００時間において少なくとも約５％だけ増加する。その理由は、端部黒色化および電極損失が減ったからである。これにより、ランプに対するルーメン定格を改善できる場合がある。
【００３７】
ランプは、電圧上昇が低いことに起因して、信頼性が高くなる場合がある。たとえば、典型的なランプは１４，０００時間において約５Ｖの全体的な電圧上昇が起こる場合があり、これは、約２．５Ｖ／１０００時間の電圧上昇が起こり得る既存のランプと比べて好都合である。
【００３８】
従来のより低いワット数の形式（５０〜１００ＷのＩＥＣの形式）の刊行されているルーメン維持曲線は、すべての主なＨＰＳランプ製造業者に対して、高ワット数の範囲の場合よりも低い。種々の態様において、典型的なランプでは、低ワット数の範囲（約１００Ｗ未満、たとえば、５０Ｗおよび７０ＷのＩＥＣランプ）に対するルーメン維持定格が、より高いワット数のランプの場合と同様に高い場合がある。
【００３９】
電極６Ａ、６Ｂの応用例は、高圧ナトリウム放電ランプ、たとえば５０／８５；７０／９０；１００／１００Ｗ（標準およびＸＯ）において、また３５／５２；５０／５２；および７０／５２ランプ・形式においても、さらにより高いワット数ランプに対しても見出される（なお、各対の１番目の数はワット数を表わし、２番目の数はランプ電圧を表す）。
【００４０】
代表的な実施形態により形成されるランプに対する典型的なランプ特性は、表２に示すとおりである。
【００４１】
【表２】
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発光管端部の黒色化：これは、電極先端およびコイル・ボディの周りにおいて発光管の内壁表面上にスパッタリングおよび／または蒸着された電極材料（放出体材料、タングステン）によって形成される。
【００４２】
電極スパッタリング：電極およびｅ混合物材料の除去が一般的に、正帯電イオンの衝突が原因で生じることが、開始プロセスの過渡現象の間に、アーク放電が安定するまで、またそれほどではないにせよ、定常状態のランプ動作の間に起こる。電極サイズがもっと大きくかつ混合物が不適切であると、スパッタリングを増大させる可能性があり、電極幾何学的形状とｅ混合物の種類および量とを最適化することによって、それを減らすことができる。
【００４３】
電極蒸発：電極およびｅ混合物材料が、電極先端およびコイル・ボディの動作温度が原因で蒸発する。小さい電極に対する蒸発速度は一般的に、直径が大きい電極の場合よりも大きい。
【００４４】
黒色化速度を小さくすることは、電極上の放出体材料の活性表面積を大きくすること、発光管の充填圧力を高くすること、電極幾何学的形状およびサイズを選択すること、ならびに放出体材料の種類および品質を選択することによって可能である。
【００４５】
既存の電極における問題の１つは、電極スケーリング・ルールによって、より低いワット数（たとえば、３５〜１００Ｗ）における放出リザーバの体積が限定されることである。その結果、ランプ寿命が制限される傾向がある。時間が経てば、放出体材料は通常、失われ、その結果、ルーメン維持が低下する。代表的な実施形態においては、このような制限は、電極巻線上でより小さい直径のワイヤの巻き付けコイル・デザインを用いることによって打開することができる。その結果、十分な重量の放出材料を保持することが、少なくともランプ寿命に渡って可能になる。
【００４６】
代表的な実施形態の範囲を限定することを意図することなく、以下の実施例において、典型的なランプ・デザインの有効性を実証する。
【実施例】
【００４７】
電極を、表３に従って図３に例示するように形成した。形成は、タングステン上巻きワイヤ３６を基本タングステン・ワイヤ３７の周りに巻き付け、結果として生じる１次のコイル５０をタングステン電極シャンク上に巻き付けて、コイルの２つの重複層３８、３９を有する２次のコイル構造５２を形成することによって行なった。電極の全長Ｅは５．５ｍｍであり、先端長さ（巻き付けコイルの外へ延びるシャンク）は０．８ｍｍであった。他の寸法は以下の通りであった。Ｌ＝２．８ｍｍ、Ｌ’＝２．６ｍｍ、ｄ３＝０．０１７４８ｍｍ、ｄ５＝０．７０ｍｍ、θ＝＜１．５度。巻き付けコイル３２を次にアニールした後、放出体材料（タングステン酸バリウムカルシウム）をコーティングした。放出体材料の量は、焼結後に約３ｍｇであった。
【００４８】
ランプを、前述のように形成した電極からなる一対を、図２に従って、ルカロックス（Ｌｕｃａｌｏｘ）（商標）モノリシック発光管２内に設けることによって形成した。発光管２内には、水銀／ナトリウムアマルガム（１７重量％のＮａ、１２ｍｇのＮａ）とキセノン出発ガス（３０ｍｂａｒおよび２５０ｍｂａｒの充填圧力）からなる充填物を含ませた。ランプは、７０ワット（ＩＥＣ）における公称動作に対してデザインした。
【００４９】
【表３】
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図１０に、こうして形成したランプのルーメン出力を、６０００時間の一定動作をした後のある範囲の動作電圧に対して示す。３０ｍｂａｒの充填圧力における典型的な巻き付けコイル・ランプ（四角形）は、ルーメン出力が、同等な燃焼電圧における比較可能ランプ（三角形）よりも高い。典型的なランプは、標準的な二重コイル電極デザインの場合と同じコイル長さを用いて形成した。
【００５０】
図１１に、１４０００時間に渡る燃焼電圧を、３０ｍｂａｒの冷却充填圧力における１０個の典型的なランプに対して示すとともに、６０００時間に渡る比較ランプに対して示す。図に示すように、典型的なランプは、ＢＶ維持が１４０００時間に渡って安定している。図１２に、典型的なルーメン維持値（１００時間における割合としてのルーメン）を、巻き付けコイルを伴う典型的なランプに対して、１２０００時間の試験に渡って示す。典型的なランプは、ルーメン維持が優れており、標準的な二重コイル電極デザインよりも６０００時間において約１０％高いｌｍ／Ｗである。図１３に、ルーメン／ワットの時間経過を、標準的な二重巻き付け電極を伴う比較の７０ワット・ランプ（曲線Ａ）と、代表的な実施形態による７０ワット・ランプ（曲線Ｂ）とに対して示す。
巻き付けコイル・デザインの優位性
巻き付けコイル電極デザインについて前述した結果に示すように、形成したランプは、試験時間に渡ってＢＶおよびルーメン維持性能が優れている。巻き付けコイル・デザインの他の優位性は、以下のようであっても良い。同じ量の放出体を伴う比較可能な二重コイル・ランプと比べてコイル・ボディが軽いために、端部損失が減ることにより初期ｌｍ／Ｗ（効率）が向上する。黒色化速度が遅いことによるルーメン維持の向上（おおよその損失は約１％／１０００時間）。バックスペース（ＭＫ）感度が低いために、発光管が生産変動の影響を受けにくくなる。電極および支配的なアーク熱からの熱放射が減ることにより、Ｔｃが安定化する。コイル・ボディが小さくて軽くなったために、標準的な電極の場合と同じｅ混合物量を、変動が小さい状態で含むことができる。黒色化が減ったことにより、ルーメン維持が良好になる（８０００時間に渡って）。発光管幾何学的形状（穴サイズおよび肉厚）を最適化することができる。
【００５１】
本発明を、好ましい実施形態を参照して説明してきた。明らかに、前述の詳細な説明を読んで理解することによって、変更および修正が他のものに対して想起される。本発明をこのような変更および修正をすべて含むものと解釈すべきであることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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