(57)【要約】【課題】急速な始動が望まれる現在の取付け器具または他の用途に使用されうる、急速始動型のセラミックメタルハライドランプを提供する。【解決手段】酸化ジスプロシウムから構成されたセラミック放電管を備えたセラミックメタルハライドランプであって、このランプが、多結晶性酸化アルミニウムから形成されたセラミック放電管を有する同様に構成され動作されるランプの始動時間の約５０％未満である始動時間を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ジスプロシウムから構成されたセラミック放電管を備えたセラミックメタルハライドランプであって、このランプが、多結晶性酸化アルミニウムから形成されたセラミック放電管を有する同様に構成され動作されるランプの始動時間の約５０％未満である始動時間を有することを特徴とする、セラミックメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記ランプが、多結晶性酸化アルミニウムから形成されたセラミック放電管を有する同様に構成され動作されるランプの始動時間の約三分の一未満である始動時間を有する、請求項１記載のランプ。
【請求項３】
放電管が膨らんだ形状を有している、請求項１記載のランプ。
【請求項４】
ランプが過剰ワット数状態では動作しない、請求項１記載のランプ。
【請求項５】
電力源への接続に適した口金と；
前記口金に取り付けられた外管と；
放電室を包囲しかつ酸化ジスプロシウムから形成されている中空セラミック体と、この中空セラミック体から外側に延びかつ前記中空セラミック体に結合された複数の毛管とを有し、この場合それぞれの毛管は、該毛管を貫通している電極アセンブリを有する、前記外管内に取り付けられた放電管と；
前記放電室内に突入している放電チップと、それぞれの毛管の遠位端部から延びる対向端部とを有し、この場合対向端部は、口金に電気的に接続されているそれぞれの電極アセンブリと；但し、この場合この電極アセンブリは、それぞれの毛管に対してフリット材料で封止されているものとし；
メタルハライド充填材料および緩衝ガスを含有する放電室とを有するセラミックメタルハライドランプであって；
このランプは、多結晶性酸化アルミニウムから形成されたセラミック体を有する同様に構成され動作されるランプの始動時間の約５０％未満である始動時間を有することを特徴とする、セラミックメタルハライドランプ。
【請求項６】
前記ランプが、多結晶性酸化アルミニウムから形成されたセラミック放電管を有する同様に構成され動作されるランプの始動時間の約三分の一未満である始動時間を有する、請求項５記載のランプ。
【請求項７】
放電管が膨らんだ形状を有している、請求項５記載のランプ。
【請求項８】
ランプが過剰ワット数状態では動作しない、請求項５記載のランプ。
【請求項９】
電力源への接続に適した口金と；
前記口金に取り付けられた外管と；
放電室を包囲しかつ酸化ジスプロシウムから形成されている中空セラミック体と、この中空セラミック体から外側に延びかつ前記中空セラミック体に結合された複数の毛管とを有し、この場合それぞれの毛管は、該毛管を貫通している電極アセンブリを有する、前記外管内に取り付けられた放電管と；
前記放電室内に突入している放電チップと、それぞれの毛管の遠位端部から延びる対向端部とを有し、この場合対向端部は、口金に電気的に接続されているそれぞれの電極アセンブリと；但し、この場合この電極アセンブリは、それぞれの毛管に対してフリット材料で封止されているものとし；
メタルハライド充填材料および緩衝ガスを含有する放電室とを有するセラミックメタルハライドランプであって；
このランプは、７０ワットで動作されるように設計されており、約２０秒未満の始動時間を有することを特徴とする、セラミックメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ハロゲン化物放電ランプは、希土類化学薬品によって発生される複合放出スペクトルから生じる性質を提供する高い効率および高い彩色にとって好都合であった。伝統的な石英アーク水銀管型を凌駕する色温度および効率にするのに改善された彩色を提供するセラミックメタルハライドランプは、特に望ましい。これは、セラミック材料が石英よりも高い温度で動作することができ、種々の金属ハロゲン化物の化学薬品と殆んど反応しないという理由による。好ましいセラミック材料は、多結晶性酸化アルミニウム（多結晶性アルミナまたはＰＣＡ）である。
【０００３】
セラミック放電管には、直円柱の形状からほぼ球状の（膨らんだ）形状までの範囲の種々の形状が提案された。これらの種類のアーク放電管の例は、欧州特許出願公開第０５８７２３８号明細書Ａ１および米国特許第５９３６３５１号明細書にそれぞれ示されている。半球状の端部を有する膨らんだ形状は、好ましい。それというのも、この形状は、よりいっそう均一な温度分布を生じ、金属ハロゲン化物充填材料による放電管の腐蝕の減少を生じるからである。
【０００４】
セラミックメタルハライドランプをよりいっそう広い市場（例えば、住宅への適用）に紹介するために１つの制限は、ランプが始動に取る時間および十分な光出力または定常状態で動作する電圧を用いて定常状態で動作する条件を達成させる時間にある。典型的なセラミックメタルハライドランプに関連して、前記の始動時間は、導出される電力量およびランプの熱容量に依存して数十秒〜数百秒を取ることができる。大型のランプは、よりいっそう大きな質量および熱容量を有し、したがって金属ハロゲン化物塩が十分に蒸発して望ましい光出力を生じるポイントに温度を上昇させるのに十分なエネルギーを吸収させるのに長時間を必要とする。セラミックメタルハライドランプについての用途の制限の代わりに、緩徐な始動は、ランプの黒化および光出力の減少をまねくタングステン電極のスパッタリングをも生じうる。
【０００５】
始動時間を減少させるために使用された１つの方法は、ランプが十分に動作するまで初期時間の間、ランプに過剰電力を供給することである。例えば、通常、３５Ｗで動作する自動車用ランプは、日常的に点火され、道路の一定の証明に必要とされるために数秒間約９０Ｗで動作される。しかし、この方法は、ランプの動作のために異なる安定抵抗を必要とし、新しい固定具が装備された場合にのみ実施される。付加的に、過剰のワット数の状態は、熱衝撃によるセラミック放電管の亀裂および爆発的破壊という危険をまねく。
【０００６】
米国特許第６２９４８７１号明細書には、ＵＶ減衰を提供するために、酸化ユウロピウム、酸化チタンおよび酸化セリウムから選択されたＵＶ吸収添加剤を有するドーピングセラミック体、主に多結晶性アルミナアーク管が記載されている。ドーピングは、好ましくは半透明性を保護するために約５０００ｐｐｍ未満のレベルで行なわれる。ランタン、ジスプロシウムおよびネオジムを含む希土類金属の他の酸化物もＵＶ減衰を提供する可能性があるものとして引用されている。ドーパントに帰因した別の効果によれば、アーク管を高い温度で動作させることができる。しかし、前記米国特許明細書には、アーク管の始動時間に対する効果についての情報は、含まれていない。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０５８７２３８号明細書Ａ１
【特許文献２】米国特許第５９３６３５１号明細書
【特許文献３】米国特許第６２９４８７１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、急速な始動が望まれる現在の取付け器具または他の用途に使用されうる、急速始動型のセラミックメタルハライドランプを提供することは、有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
セラミックメタルハライドランプの始動時間は、多結晶性酸化ジスプロシウム（ジスプロシアdysprosia）Ｄｙ2Ｏ3から放電管を形成させることによって少なくとも約５０％著しく短縮させることができることが見い出された。始動時間がよりいっそう短くなるための理由は、ＰＣＡよりも低い熱容量との組合せで２７５〜４７５ｎｍの範囲内の多結晶性ジスプロシア（polycrystalline dysprosia）の強い吸収バンドの結果を生じることにあるものと考えられる。ドープされていないＰＣＡ中には存在しない前記の強い吸収バンドは、ＵＶおよび放電によって放出された青の放射線を吸収し、この場合この放電は、熱に変換され、放電管および金属ハロゲン化物充填物の構成成分の急速な加熱を生じる。よりいっそう低い熱容量は、容器の温度を増加させるのに必要とされる熱は、よりいっそう少ないことを意味する。
【０００９】
水銀を含む常用の金属ハロゲン化物放電ランプにおいて、始動段階中の放電により放出される放射線は、典型的には実質上、２５４ｎｍ、３６５ｎｍおよび４３６ｎｍで強力な線を有するＨｇ原子放出であり、始動中の低い電力段階は、ＰＣＡ放電管を予め励起させる青色の放射線およびＵＶ線を生じる。本発明は、前記放射線を捕捉し、この放射線を放電管のセラミック体中で熱に変換する。本質的に、放電管を加熱するのに有効な電力量は、安定器の明らかな電気的な過剰電力なしに始動段階中に増加される。
【００１０】
多結晶性酸化ジスプロシウム放電管で形成された金属ハロゲン化物放電ランプは、ＰＣＡ放電管で形成された同様に構成されかつ動作されるランプの始動時間の約５０％未満、好ましくは約三分の一未満である。例えば、７０Ｗのセラミックメタルハライドランプは、通常の条件下、即ち過剰ワット数でない条件下でＡｌ2Ｏ3放電管を備えた同じランプの５０秒超と比較して、Ｄｙ2Ｏ3放電管を備えた約２０秒未満の始動時間を有することができる。急速な始動は、セラミック材料中での変化によって達成されるので、本発明による金属ハロゲン化物放電ランプは、電気的な安定器を変える必要なしに存在する固定具中で動作されうる。本明細書中で使用されるように、"セラミックメタルハライドランプ"の用語は、実質的に水銀だけを充填物として含む、セラミック放電管を備えたランプをも含む。
【００１１】
図１は、本発明によるセラミックメタルハライド放電管を示す断面図である。
【００１２】
図２は、セラミックメタルハライドランプを示す略図である。
【００１３】
図３は、本発明による動作するセラミックメタルハライドランプの電気的性質を示す線図である。
【００１４】
図４は、本発明によるセラミックメタルハライドランプと常用のＰＣＡ放電管を有する、同様に構成されかつ動作されるセラミックメタルハライドランプについてのＶimaxと時間との変化を示す線図である。
【００１５】
図５は、研磨された多結晶性酸化ジスプロシウムディスクのインライン透過率を示す線図である。
【００１６】
本発明を、別のおよび更なる課題、その利点及び性能と共によりいっそう良く理解するために、上記図面に関連して採用される以下の開示及び係属した特許請求の範囲が参照される。
【００１７】
今や、図１に関連して、本発明によるメタルハライドランプのための放電管の断面が示されている。放電管１は、半球形の端部溜め１７を備えた膨らんだ形状を有している。膨らんだ形状の管は、軸線方向に対称の中空体６を有し、この中空体は、放電室１２を包囲している。この放電管の本体は、多結晶性酸化ジスプロシウムから形成されている。
【００１８】
２本の対向した毛管２は、中心の軸線に沿って本体６から外向きに延びる。この実施態様において、毛管は、セラミック体で一体成形されている。放電室１２は、緩衝ガス、例えばＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅまたはその混合物、ならびにメタルハライド充填物８、例えば水銀およびメタルハライド塩、例えばＮａＩ、ＣａＩ2、ＤｙＩ3、ＨｏＩ3、ＴｍＩ3およびＴｉＩの混合物を３０トル（Ｔｏｒｒ）〜２０バール含有することができる。ランプの充填物は、前記の特殊な塩に限定されるものではない。他の希土類塩、アルカリ塩およびアルカリ性金属塩、例えばＰｒＩ3、ＬｉＩまたはＢａＩは、使用されてもよい。メタルハライド充填物は、水銀不含であってもよく、この場合には、メタルハライド塩混合物は、他の易揮発性成分、例えばＩｎＩおよびＺｎＩ2を含有していてもよい。充填物８は、実質的に十分な量の水銀のみであってもよく、約２００バールの動作圧力を生じる。
【００１９】
電極アセンブリ１４は、フリット材料９で毛管２に封止されている。電極アセンブリ１４の放電チップス３は、放電室１２中に突出し、対向端部５は、放電管に電力を供給するために毛管の遠位端部１１を越えて延びている。電力は、リード線または遅れ系を含む多数の安定器型（図示されていない）、５０または６０Ｈｚの常用の磁気安定器または電子安定器によって適当な周波数で供給されることができ、望ましくない音響共鳴が取り除かれている周波数範囲、例えば９０Ｈｚの方形波でランプを動作させる。
【００２０】
１つの好ましい構造において、電極アセンブリは、ニオブ貫通接続部とタングステン電極とモリブデンコイルとから構成されており、この場合このモリブデンコイルは、モリブデンまたはＭｏ−Ａｌ2Ｏ3サーメットロッドに巻き付けられており、このロッドは、タングステン電極とニオブ貫通接続部との間で溶接されている。アークのための取り付けポイントを形成するタングステンコイルまたは他の適当な手段は、タングステン電極のチップ３に付着されていてよい。フリット材料９は、電極アセンブリ１４と毛管２との間に気密封止を形成する。通常、メタルハライドランプにおいて、毛管中へのフリット材料の侵入を最少化し、腐食性のメタルハライド充填物との不利な反応を回避させることが望ましい。
【００２１】
図２は、セラミックメタルハライドランプを示す略図である。放電管１は、一端でフレーム３５に結合しているリード線３１に接続され、他端で取付支柱４３に結合しているリード線３６に接続されている。電力は、ねじ込み口金４０を通じてランプに供給される。ねじ込み口金４０のねじ部６１は、リード線５１によってフレーム３５に電気接続されており、この場合このリード線５１は、第２の取付支柱４４に接続されている。ねじ込み口金４０の基底コンタクト６５は、絶縁体６０によってねじ部６１から電気的に絶縁されている。リード線３２は、基底コンタクト６５と取付支柱４３との間の電気接続を提供する。リード線５１および３２は、ガラスステム４７を通過し、ガラスステム４７内で封止されている。ワイヤ３９の形の出発補助素子は、放電管１の下部の毛管の周囲に巻き付けられており、フレーム３５に接続されている。これは、ＵＶ放出出発補助素子の代わりに電子源として使用される毛管内で小さな容量の放電を生じる。
【００２２】
ガラス外管３０は、放電管およびそれに関連した構成成分を取り囲み、ステム４７に対して封止されており、気密の環境を提供する。外管は、幾つかの場合には、４００トルまでの窒素ガスを含んでいてよいが、典型的には、排気されている。ゲッタストリップ５５は、外管の環境汚染を減少させるために使用される。
【実施例】
【００２３】
実施例
図３に関連して、セラミックメタルハライドランプのための電圧、電力および電流波形が示されている。この場合、放電管は、本発明による酸化ジスプロシウムから形成されていた。電圧波形は、それぞれ１／２サイクルの開始での点火ピーク、引続き電力および電流波形が最大に到達する間の比較的平らな領域によって特徴付けられている。電流が最大である正電圧は、本明細書中でＶimaxとして定義され、ランプの始動特性を監視するための使用されてよい。
【００２４】
図４は、アーク放電の初期点火から測定された時間の関数としてＶimaxをプロットしたものである。この線図は、次の２個のランプの電圧上昇特性を示す。多結晶性酸化ジスプロシウム放電管を備えた７０Ｗのメタルハライドランプおよび多結晶性酸化アルミニウム放電管を備えた標準の７０Ｗのメタルハライドランプ。放電管材料を除外して、ランプは、同様に構成され、動作された。殊に、ランプは、６０Ｈｚで線形リアクター上で動作された。インピーダンスは、定常状態での動作中にそれぞれのランプに７０Ｗを出力するように調節された。それぞれのランプは、同じイグナイタおよび取付け構造を備えていた。そのつど、タングステン電極の寸法は、同一に維持され、電極間隙は、７．４ｍｍに保持され、ランプ充填物は、Ｈｇ５．７ｍｇおよびＮａＩ５４．５質量％とＤｙＩ3６．６質量％とＨｏＩ3６．７質量％とＴｍＩ3６．３質量％とＴｉＩ１１．４質量％とＣａＩ2１４，５質量％とからなるメタルハライド塩混合物７．６ｍｇであった。また、ランプは、Ａｒ３００ミリバールを含有していた。
【００２５】
Ｄｙ2Ｏ3放電管は、標準の７０ＷのＰＣＡ放電管よりも僅かに小型であったが、しかし、寸法の差は、Ｄｙ2Ｏ3放電管の観察された急速な始動に関連しているとは考えられない。その理由は、ＰＣＡ放電管を備えたメタルハライドランプの全ての寸法およびワット数において比較的緩徐な始動は存在するからである。放電管の寸法は、第１表中に記載されている。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
ランプは、Ｖimaxの実質的な変化がもはや存在しない場合には、定常状態の動作条件になるまで"始動"される。図４の曲線に関連して、２つの場合のＶimaxの変化の時間的割合は、本明細書中で定常状態での動作電圧Ｖssとして定義されている値に向かって漸近的に減少すると思われる。よりいっそう詳述すれば、前記の２個のランプの定常状態での動作電圧は、曲線の末端部分に適合させることによって得ることができ、但し、この場合、一次指数曲線ｙ＝ｙ０＋Ａ１exp（−ｔ/ｔ１）でｔ＞１００秒であるものとし、その際、ｙ０は、ｔの最大値でのｙの漸近値を表わし、Ａ１は、振幅であり、ｔ１は、崩壊定数である。Ｄｙ2Ｏ3放電管を備えたランプについて、ｙ０、Ａ１およびｔ１の値は、それぞれ８０．６、９２．５および１９．５である。Ａｌ2Ｏ3放電管を備えた標準ランプについて、ｙ０、Ａ１およびｔ１の値は、それぞれ７５．１、−４４．０５および４４．５である。また、ｙ０は、Ｖssの値を表わすので、Ｖssの値は、Ｄｙ2Ｏ3放電管を備えたランプに対して８０．６Ｖであり、Ａｌ2Ｏ3放電管を備えた標準ランプに対しては、７５．１Ｖである。
【００２８】
測定されたＶｓｓの値で、前記ランプの始動性能を直接に比較することが可能である。本明細書中で定義されているように、ランプの始動時間は、初期アーク点火に続く時間であり、この時間でＶimaxは、定常状態での動作電圧Ｖssの９０％に達する。この閾値ポイントは、２個のランプについて図４にプロットされている。Ｄｙ2Ｏ3放電管を備えたランプについては、このポイントは、初期アーク点火から約１８秒後に発生する。他面、このポイントは、Ａｌ2Ｏ3放電管を備えた標準ランプのついては、著しく後半の時間に、約５３秒後に発生する。従って、Ｄｙ2Ｏ3放電管を備えたランプの始動時間は、標準ランプの始動時間の約１／３にすぎない。
【００２９】
この効果は、ＰＣＡと比較した場合にＤｙ2Ｏ3が低い熱拡散率（５００℃で約５分の一低い）および低い熱伝導率（約７分の一低い）を有することが考えられるとは予想することができるものではない。セラミック中での熱伝導が熱輸送の単独機構である場合には、Ｄｙ2Ｏ3放電管の冷たい端部の緩徐な加熱により緩徐な始動をまねくことが予想されたであろう。それ故に、先に述べたように、放射線吸収は、Ｄｙ2Ｏ3放電管中で観察される急速な始動に重要な役を演じていると考えられる。Ｄｙ2Ｏ3の吸収特性は、図５に見ることができ、この場合この図５は、研磨された多結晶性ジスプロシウムディスクのインライン透過率を示す。多結晶性酸化ジスプロシウムの強いＵＶ吸収および青色吸収は、２００〜約４７５ｎｍの低い透過率値によって示される。
【００３０】
更に、Ｄｙ2Ｏ3のよりいっそう低い熱容量が考えられる。容積の大きい熱容量については、ＰＣＡは、Ｄｙ2Ｏ3より実際に１．５倍高い。従って、熱容量だけを基礎にすれば、所定の容積でＤｙ2Ｏ3放電管の温度を上昇させるのに殆んど加熱しなくともよいであろう。また、これは、Ｄｙ2Ｏ3放電管の急速な始動にとって重要な誘因になると確信される。
【００３１】
現在、本発明の好ましい実施態様であると考えられるものについて提示し、記載してきたが、係属された特許請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく本明細書中で多様な変更及び改良が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるセラミックメタルハライド放電管を示す断面図。
【図２】セラミックメタルハライドランプを示す略図。
【図３】本発明によるセラミックメタルハライドランプを動作させた際の電気的特性を示す線図。
【図４】本発明によるセラミックメタルハライドランプと常用のＰＣＡ放電管を有する、同様に構成されかつ動作されるメタルハライドランプについてのＶimaxと時間との変化を示す線図。
【図５】研磨された多結晶性酸化ジスプロシウムディスクのインライン透過率を示す線図。
【符号の説明】
【００３３】
１  放電管、  ２  ２本の対向した毛管、  ３  放電チップス、  ５  対向端部、  ６  軸線方向に対称の中空体、  ８  メタルハライド充填物、  ９  フリット材料、  １１  遠位端部、  １２  放電室、  １４  電極アセンブリ、  １７  半球形端部溜め、  ３０  ガラス外管、  ３１、３２、３６、５１  リード線、  ３５  フレーム、  ３９  ワイヤ、  ４０  ねじ込み口金、  ４３  取付支柱、  ４４  第２の取付支柱、  ４７  ガラスステム、  ５５  ゲッタストリップ、  ６０  絶縁体、  ６１  ねじ部、  ６５  基底コンタクト
【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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【外国語明細書】
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