(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク放電室（１２）を有するエンベロープ（１０）；
放電室に通じていてそこから延在する第一及び第二の開口（２６）；及び
第一の端部が放電室内に収容され、それぞれ第一及び第二の開口に収容された第一及び第二の電極リード線（２２，２４）であって、脚部の開口を充填する合計寸法を有するマンドレル（４０）と外巻部材（３２）とを含んでいてマンドレルの直径が脚部の開口の直径の６０％以下となるように直径を小さくしたマンドレル（４０）と該マンドレル上に設けられた外巻部材（３２）の第一及び第二の層とを各々有する第一及び第二の電極リード線（２２，２４）
を備えてなるセラミックメタルハライドランプ。
【請求項２】
外巻部材（３２）がマンドレル（３６，４０）の周囲に巻いた線材である、請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項３】
線材（３２）がマンドレル（３６，４０）の周囲に螺旋状に巻かれている、請求項２記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項４】
第一及び第二の層（４２）が同じ厚さを有する、請求項３記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項５】
螺旋状に巻かれた第一及び第二の層（４６）に異なる直径の線材が用いられている、請求項３記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項６】
第一及び第二の層（４６）が軸方向に同じ長さで延在し、同方向に巻かれている、請求項４又は請求項５記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項７】
第一及び第二の層（４６）が軸方向に同じ長さで延在し、逆方向に巻かれている、請求項４又は請求項５記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項８】
マンドレル（３６，４０）と外巻（３２）部材とを含む電極リード線（２２，２４）を介しての熱エネルギー損失が低減した低ワット数セラミックメタルハライドランプの製造方法であって、電極リード線の第一端部（３０）が放電室（１２）内に延在し、第二端部が放電室に通じる所定寸法の開口を貫通しており、当該方法が、マンドレルの直径が脚部の開口の直径の６０％以下となるように最小化された直径のマンドレル（３４，３６）及びマンドレルと外巻部材の合計寸法が脚部にぴったりとフィットするように直径を太くした外巻部材（３２）の多層を設けることによって電極リード線（２２，２４）を構成することを含んでなる方法。
【請求項９】
前記多層を設ける段階が、外巻部材（３２）の多層（４２）に同じ厚さを用いることを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記多層を設ける段階が、外巻部材（３２）の多層（４２）に異なる厚さを用いることを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記多層を設ける段階が、外巻部材（３２）の多層（４２）を同方向に巻くことを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記多層を設ける段階が、外巻部材（３２）の多層（４２）を逆方向に巻くことを含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極又はリード線アセンブリの軸方向熱損失の低減によるセラミックメタルハライド（ＣＭＨ）ランプの性能の改善に関する。さらに具体的には、本発明は、特に低ランプワット数の発光管の脚部に沿っての熱伝導又は軸方向熱損失の制御に関するが、本発明はその他のサイズのＣＭＨランプ又はその他のランプにも適用し得る。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＨランプは、ユーザーの受ける恩恵が大きいため次第に普及している。従来、アーク放電ランプでは石英発光管が常用されてきた。しかし、最近はこれに代えてセラミック発光管を用いたＣＭＨランプで使われ始めている。ＣＭＨランプは、旧来のアーク放電ランプに比べて、ルーメンパーワットが高い上に色均一性及び色安定性が高い。セラミック発光管は同等の石英発光管よりも高温で動作できる。セラミック発光管はナトリウム損失の割合も低い。
【０００３】
高輝度放電ランプでは、効率及びランプ性能は発光管の脚部つまり端部に沿っての熱伝導によるエネルギー損失によって影響される。ランプ性能を最適化するにはエネルギー損失の管理が必要とされる。熱管理は、パーツを通しての電力損失が制限又は制御されるようにランプの各種パーツを設計することによって達成される。リード線は発光管を取付枠に接続する。セラミック体及び電極先端部からの熱はリード線を伝わって発光管から逃げる。リード線の軸方向熱伝導率及び半径方向熱伝導率の制御はランプ性能を大きく左右しかねない。
【０００４】
かかる効率面及び性能面での不利益はランプワット数が低く発光管が小さいほど顕著である。これは、アーク室の寸法の縮小に応じて脚部の寸法を縮小できないことに起因すると考えられる。強度、肉厚、開口寸法又は開口径などの材料に関する制約及び製造プロセスのために制約が生じ、ランプのワット数が低く発光管の寸法が小さいときのランプ効率に影響を与える。高ワット数のランプでは、脚部の内径は電極の先端が通る程度の大きさでなければならない。この点でも、リード線をどれだけ小さく作れるかに制約が加わり、そのため従来の手段でリード線の直径を減少させることによって熱損失を制御する可能性も限られる。
【０００５】
通常のＣＭＨリード線は３つの部品からなる。好ましくはタングステンからなる電極は、通例モリブデンからなる軸つまりマンドレルの一端に支持される。マンドレルは、ランプ台が取り付けられたニオビウム外部リード線に軸方向に接合又は溶接される。かかるリード線アセンブリは、通例ニオビウム部の長さ方向に沿ってニオビウム−モリブデン溶接部を覆うように、発光管の中空円筒形セラミック脚部内に気密封止される。内室の好ましい封止法はフリット封止でなされるが、当技術分野で公知の他の封止処理も使用し得ることは自明である。上述の通り、熱伝導率が減少するように脚部構造を設計することによって、発光管の脚部に沿った軸方向熱流束を抑制することが望ましい。リード線アセンブリを通しての熱伝導による軸方向熱損失がセラミック脚部を通しての軸方向熱損失を通常上回ることが観察された。そのため、マンドレルのモリブデン部又はニオビウム部いずれかにおいて軸方向熱損失に対処することが望ましい。マンドレルに沿っての軸方向熱損失を著しく低減することができれば、その分、発光管の脚部に沿ってのランプの電力損失を低減できるであろう。
【０００６】
従来のＣＭＨランプでは、モリブデン部は比較的直径の細い外巻（ｏｖｅｒｗｉｎｄ）と比較的直径の太いマンドレルとを含んでいる。例えばＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ社製３９ワットＣＭＨランプでは、マンドレルの直径は０．０１６インチのオーダーである。外巻部材は好ましくはモリブデン線であり、０．００４５インチのオーダーの寸法を有する。そこで、全直径は０．０２５インチ（０．０１６＋２×０．００４５）のオーダーになる。従来マンドレルに外巻を加えてきたのは、主としてモリブデン部とセラミック脚部との間の熱膨張応力を緩和するためであった。熱はマンドレルを通して軸方向にも半径方向にも容易に伝導する。外巻の螺旋構造のため、外巻を通しての軸方向及び半径方向熱伝導はマンドレルを通しての熱伝導よりもはるかに低いことが今回判明した。一方、マンドレルと外巻とからなるモリブデン部の全直径は発光管のセラミック脚部の内径とぴったり合っていなくてはならない。従来の解決策はモリブデン部の全直径を減少させるというものであった。上述の通り、セラミック脚部の最小製造内径に関する制限或いは電極先端を発光管に挿入するための最小限のクリアランスの存在などその他の理由により、この解決策が適用できない場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、モリブデン部に必要とされる全直径を厳守するとともにマンドレルへの外巻の巻つけの際の製造面での制約を満たす最小限のマンドレル直径をもつモリブデン部を提供するニーズが存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発光管の脚部に沿った熱伝導の問題に対処すべく、ＣＭＨ電極用の改良型モリブデンリード線アセンブリを提供する。
【０００９】
本発明の例示的な実施形態では、セラミックメタルハライドランプは、アーク放電室を有するエンベロープを含む。第一及び第二の開口は放電室に通じていてそこから延在している。第一及び第二の電極リード線はそれぞれ第一及び第二の開口に収容されている。これらの電極リード線の第一の端部は放電室内に延在する。これらの電極リード線は、全部材直径がセラミック脚部にぴったりとフィットするように径の細いマンドレルと太い外巻部材とを各々有する。
【００１０】
他の例示的な実施形態では、細いマンドレルに二重又は多重外巻を設ける。一本の太い外巻又は複数の細い外巻のいずれかを使用することにより、部材全体の外径を一定に保ちながら、マンドレルの直径を最小化し、外巻部材の直径を太くすることで、発光管脚部開口に沿った熱損失を効果的に低減できる。細いマンドレルでは、細い多重外巻の製造が容易になる。
【００１１】
本発明の主たる有益な効果はＣＭＨランプの効率の増大である。
【００１２】
本発明のもう一つの有益な効果は軸方向熱損失の低減である。これによってアーク室を大型化でき、特に低ワット数ランプで、向上したルーメン維持及び寿命を概ね与える。
【００１３】
本発明のまた別の有益な効果は超低ワット数ＣＭＨランプの性能の向上である。ＣＭＨランプにおいてハライド添加物の大半は発光管の脚部に存在しているので、脚部からの軸方向熱損失を最小化するとハライド添加物の実効温度が上昇し、その結果、演色評価数（ＣＲＩ）その他のランプ性能特性が向上する。
【００１４】
また別の有益な効果はシールガラス温度の低下であり、その結果、ランプの寿命が延びる。或いは、同じランプ寿命であればランプの脚部を短くすることができ、光源の小型化が可能となる。
【００１５】
その他の効果及び利点は、以下の詳細な説明を読んで理解すれば当業者には自明であろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、図１は、内部空洞もしくは内室１２を画成する中空体たるランプエンベロープ１０を有するランプアセンブリＡを示す。ランプ本体１０つまりセラミック発光管は当業者に周知の従来構造である。内室１２は、例えばエンベロープの両端から各々延在する第一及び第二の脚部１６及び１８と通じている。これらの脚部は、外部電源（図示せず）と電気的に接続した第一及び第二の電極／リード線アセンブリ２２及び２４を収容する開口を有する。これらのリード線アセンブリの内端は室内にあり、それらの間に形成されるアーク放電が封止室内の封入ガスをイオン化して当技術分野で周知の方法で発光するような間隔におかれる。脚部開口２６はこれらの電極リード線の入口で封止される。内室を封止する好ましい方法はフリット封止であり、通例リード線アセンブリのニオビウム部に沿って行われる。
【００１７】
図２は、リード線／電極アセンブリの部分断面正面図である。リード線／電極アセンブリは通例３つの部材からなる。外側ニオビウムリード線３４は、通例モリブデンマンドレル３６上のモリブデン外巻３２からなる中間部材に同軸に接合又は溶接される。この中間部材は、端部にコイル４２（通例タングステンからなる）を巻いたシャンク４０（通例タングステンからなる）からなる電極に同軸に接合又は溶接される。
【００１８】
図３は、従来技術の典型的なリード線アセンブリの中間部の断面図を示す。図３は大径マンドレル５６上の細い外巻５２を示す。
【００１９】
図４は、リード線アセンブリの中間部の断面図を示す。図４は、マンドレル３６上の外巻３２を示す。本発明では、部材全体がセラミック脚部内にぴったりとフィットするように全体の直径を保ちつつ、従来技術よりもマンドレルの直径を大幅に細くする。外巻は、好ましくは、マンドレルの周囲に軸方向及び半径方向に延在する螺旋構造を有する。マンドレルの直径を細くすることで、その分マンドレルの断面積は小さくなる。一方、外巻はその螺旋構造のため、マンドレル部に比べると、脚部の長さ方向の熱伝導は格段に低減する。外巻が螺旋構造であることで、その実効軸方向熱伝導率はマンドレルの熱伝導率の百分の一（１／１００）のオーダーになると推定される。そこで、リード線のこの部分の熱伝導率はほとんどマンドレルの熱伝導率によって決まるといってよい。外巻線の直径を太くする場合や、セラミック脚部にぴったりとフィットするように部品全体の直径を一定に保つため多重外巻を用いる場合でも、マンドレルの直径を細くしてマンドレルの断面積を小さくすることで、この部品の熱伝導率は効果的に減少する。
【００２０】
従来技術では、外巻の直径とマンドレルの直径との比は１：３であり、マンドレルの直径はセラミック脚部の内径（ＩＤ）の約６０％であった。好ましい実施形態では、この比は約１：１であり、マンドレル直径は脚部ＩＤの約３０％に減る。ある具体的な実施形態では、セラミック脚部のＩＤは約０．０１８インチである。この発明では、マンドレルのモリブデン部３６は、例えば図３に示すように、直径０．００６インチである。上述の通り、超低ワット数ＣＭＨランプでは、セラミック脚部、開口及び金属リード線の寸法は、脚部を伝っての過度の熱損失を防止するのに十分なほど自動的に縮小できるわけではない。にもかかわらず、このマンドレル直径は０．０１２インチであった従来技術に比べると格段に細い。一方、脚部を貫通する開口はさほど縮小しないので、外巻３２は直径０．０００６インチの線材である。その結果、マンドレル直径と外巻直径の２倍との和として定義される全体としての直径は０．０１８インチとなる。これによって、マンドレルの横断面積は従来技術の四分の一（１／４）となり、軸方向熱伝導損失が著しく低減する。
【００２１】
別の例示的な実施形態では、マンドレルは若干太い。換言すれば、別の好ましい実施形態では、マンドレルは直径８ミル（０．００８インチ）である。外巻は依然として比較的太いが、上述のものよりは若干細い。そこで、ここでも全体の直径が１８ミル（０．０１８インチ）となるように、その寸法は５ミル（０．００５インチ）のオーダーであると考えられる。
【００２２】
図５の例示的な実施形態では、マンドレル直径は大幅に細くなる。この事例では、モリブデンマンドレル４０は直径４ミル（０．００４インチ）である。この実施形態では、多重外巻を用いる。この構成では、直径の等しい外巻の二層を使用するのが好ましい。ここでも全体としての直径を１８ミル（０．０１８インチ）とするため、外巻線の直径は３．５ミル（０．００３５インチ）である。
【００２３】
図６は、直径の異なる線材からなる２つの外巻４６をもつ別の例示的な実施形態を示す。この実施形態では、同じ太さの外巻を２つ使うときに比べて、所定のマンドレル直径について、部品全体の直径を大きくできる。太さの異なる外巻線を使うのは、マンドレルに外巻線を巻いてできる螺旋の直径（つまりマンドレル直径）に対する外巻線直径の比に限度があるからである。この限度は約１：１である。この比が小さいほど、外巻の製造は容易になる。そのため、細いマンドレルに第一の外巻として直径の細い外巻線直径を使用し、第二の外巻に太い線材を使用すればよい。第二の外巻はマンドレルと第一の外巻の全体の直径に巻かれるからである。
【００２４】
図７は本発明の別の例示的な実施形態を示すもので、マンドレル４０は２つの外巻４８を有するが、これら２つの線材は逆方向に巻かれている（逆巻）。この構成は、上述の同方向巻部品よりも製造が容易になることもある。この構成では、上層と下層とが、螺旋長さ方向に連続して接触せずに、交点で接触しているにすぎないので、正巻に比べて、半径方向熱伝導率が低くなり、巻線間の隙間が大きくなる。
【００２５】
図３〜図６に示す実施形態に関連した寸法を、例えば、標準的な３９Ｗ  ＣＭＨランプのリード線におけるモリブデン部の寸法と比較する。ＧＥ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ社が製造販売するこの種のランプは、直径１６ミル（０．０１６インチ）のマンドレルを有し、これは上述のマンドレル直径の少なくとも２倍であり、４倍に当たることもある。本発明の結果、発光管脚部に沿っての軸方向熱伝導を大幅に低減できる。
【００２６】
以上、本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきた。本明細書を読んで理解すれば、当業者は様々な修正及び変更に想到し得るであろう。例えば、マンドレル、電極先端及び外巻部材に別の種類の材料を使用してもよい。同様に、寸法の異なる実施形態も使用できよう。本発明は、特許請求の範囲及びその均等に属する限り、これらすべての修正及び変更を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好ましい実施形態に係るランプアセンブリの正面図。
【図２】  リード線／電極アセンブリの正面図。
【図３】  従来の一般的な電極リード線の中間部の部分断面正面図。
【図４】  本発明の例示的な実施形態に係る電極リード線アセンブリの部分断面正面図。
【図５】  本発明の他の例示的な実施形態に係る二重外巻を有する電極リード線アセンブリの部分断面正面図。
【図６】  本発明の別の例示的な実施形態に係る２つの巻線の直径が異なる二重外巻を有する電極リード線アセンブリの部分断面正面図。
【図７】  本発明の別の例示的な実施形態に係る２つの巻線が異なる方向に巻かれた（逆巻）二重外巻を有する電極リード線アセンブリの部分断面正面図。
【符号の説明】
１０    エンベロープ
１２    内室
１６，１８    脚部
２２，２４    電極リード線
２６    開口
３２    外巻
３６，４０    マンドレル
４２    コイル
４６，４８，５２    外巻
５６    マンドレル
【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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