【手続補正書】
【提出日】平成18年4月26日(2006.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    低圧水銀蒸気放電灯
【特許請求の範囲】
【請求項１】  水銀と不活性ガスの充填剤を含む放電空間を気密に包囲する放電容器と、
前記放電空間内に配置され、前記放電空間内で放電を発生させ維持する電極と、
少なくとも一方の電極を少なくともほぼ包囲する電極シールドと
を具える低圧水銀蒸気放電灯において、
前記電極シールドがセラミック材料で構成されていることを特徴とする低圧水銀蒸気放電灯。
【請求項２】  前記セラミック材料がアルミニウム酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の低圧水銀蒸気放電灯。
【請求項３】  前記電極シールドが、環状形状とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の低圧水銀蒸気放電灯。
【請求項４】  ｄe が前記電極の外周径を表す場合に、前記電極シールドの内周径ｄs が関係式、
１．２５×ｄe ≦ｄs ≦２．５×ｄe 
に適合することを特徴とする請求項３に記載の低圧水銀蒸気放電灯。
【請求項５】  前記電極シールドに、前記放電空間と対向する側においてスリットが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の低圧水銀蒸気放電灯。
【請求項６】  前記スリットが、横方向に延在すると共に少なくともほぼ１ｍｍの幅を有することを特徴とする請求項５に記載の低圧水銀蒸気放電灯。
【請求項７】  点灯中、前記電極シールドの温度が２５０℃以上になることを特徴とする請求項１又は２に記載の低圧水銀蒸気放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、水銀と不活性ガスの充填剤を含む放電空間を気密に包囲する放電容器と、
前記放電空間内に配置され、前記放電空間内で放電を発生させ維持する電極と、
少なくとも一方の電極を少なくともほぼ包囲する電極シールドとを具える低圧水銀蒸気放電灯に関するものである。
【０００２】
水銀蒸気放電灯において、水銀は（効率的に）紫外（ＵＶ）光を発生させる主要な成分である。放電容器の内側表面には、ＵＶを例えば日焼けの目的のＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ａ（太陽ランプ）又は可視放射のような他の波長光に変換する発光材料（例えば、蛍光パウダ）を含む発光層が形成されている。従って、このようなランプは蛍光灯と称されている。
【０００３】
冒頭部で述べた形式の低圧水銀蒸気放電灯はドイツ連邦共和国特許出願Ａ１０６０９９１号から既知である。この既知のランプにおいて、電極を包囲する電極シールドは薄いチタニウムシートで構成されている。アノードシールド又はカソードシールドとも称されている電極シールドを用いることにより、放電容器の内側表面の黒化が軽減される。この点に関して、チタニウムは酸素、窒素及び又はカーボンと化学的に結合するゲッタとして作用する。
【０００４】
金属又は金属合金を用いる欠点は、電極ワイヤに短絡が生ずるおそれのあることである。さらに、電極シールドの金属はランプ内に存在する水銀とアマルガムを形成し、従って水銀を吸収するおそれがある。結果として、既知のランプは十分に長い耐用年数を得るためには比較的大量の水銀ドーズ量が必要となる。耐用年数が終了後に既知のランプについて無分別な処理を行うと、環境に対して悪影響を与えてしまう。
【０００５】
本発明の目的は、冒頭部で述べた形式の低圧水銀蒸気放電灯において、比較的少量の水銀消費量の低圧水銀蒸気放電灯を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明による低圧水銀蒸気放電灯は、電極シールドをセラミック材料で構成したことを特徴とする。
【０００６】
低圧水銀蒸気放電灯を適切に動作させるため、この放電灯の電極は、放電に電子を供給し（カソード機能）放電から電子を受け取る（アノード機能）所謂低い仕事関数（仕事関数電圧の低下した）を有する（エミッタ）材料を含む。低い仕事関数を有する既知の材料は、例えばバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びカルシウム（Ｃａ）である。低圧水銀蒸気放電灯の動作中に電極材料は蒸発作用を受けることが観測されている。一般的に、エミッタ材料は放電容器の内側表面上に堆積することが判明した。さらに、放電容器に堆積する上述したＢａ（及びストロンチウム）は光発生プロセスに寄与しないことも判明している。さらに、堆積した（エミッタ）材料は内側表面に水銀を含むアマルガムを形成し、その結果として放電の動作に有用な水銀の量が減少し、ランプの耐用年数に悪影響を及ぼしてしまう。ランプの耐用年数中の水銀の損失を補償するため、比較的大量の水銀ドーズ量が必要となり、環境保護の見地から不所望なものとなってしまう。本発明者は、電極を包囲すると共にセラミック材料から成る電極シールドを設けることにより、電極シールドの材料の放電容器内に存在する水銀に対する反応が起こりアマルガム（Ｈｇ−Ｂａ，Ｈｇ−Ｓｒ）が形成されるのが低減されることを確かめた。さらに、電気的絶縁材料を用いることにより、電極ワイヤ及び／又は電極巻線における短絡の進展が防止される。既知のランプは、水銀とアマルガムを比較的容易に形成する導電性材料の電極シールドを有している。放電灯の水銀消費量は、電極を包囲するシールドの材料の水銀と反応する割合を大幅に減少させることにより減少する。
【０００７】
電極シールド自身が相当量の水銀を吸収するものであってはならない。このため、電極シールドの材料は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム及び希土類元素により形成される材料系のうちの少なくとも１個の元素の酸化物を少なくとも含む。好ましくは、電極シールドはアルミニウム酸化物を含むセラミック材料で構成する。特に好適な電極シールドは、所謂ＤＧＡとも称される高密度焼結Ａｌ2 Ｏ3 から製造される。アルミニウム酸化物を用いる別の利点は、この材料から成る電極シールドは比較的高温（２５０℃以上）に耐えることである。この比較的高い温度においては、電極シールドの（機械的）強度が低下し電極シールドの形状に悪影響を与える危険性が高くなってしまう。既知の放電灯のように、電極シールドとして金属又は金属合金を用いる場合、金属又は金属合金を構成する金属が変形し又は蒸発して、これにより放電容器の内側表面の不所望な黒化が生じないように、電極シールドの温度が高くなりすぎないようにする必要がある。電極から発生し一層高温のアルミニウム酸化物の電極シールド上に堆積した（エミッタ）材料は、この高温度のために放電空間内に存在する水銀と反応できず又はほとんど反応しないので、水銀を含有するアマルガムの形成は少なくともほとんど回避される。このようにして、本発明による電極シールドを用いることは、二重の目的を達成するように作用する。一方において、電極から発生する材料が放電容器の内側表面上に堆積するすることが防止され、他方において電極シールド上に堆積した（エミッタ）材料が放電ランプ中に存在する水銀とアマルガムを形成することが防止される。好ましくは、点灯中の電極シールドの温度が２５０℃を超えるようにする。この比較的高い温度の利点は、特に初期段階において電極シールドが既知のランプよりも一層高温になり、その結果電極シールドと結合していたいかなる水銀もより急速に且つ一層容易に放出されることである。
【０００８】
電極を包囲するアルミニウム酸化物のセラミック電極シールドを用いる別の利点は、例えば所謂高周波調整（ＨＦＲ）調光安定器である調光できる安定器で動作するランプであって、調光された光強度において電極エミッタ材料の過剰な蒸発が発生するおそれがあり、電極が所謂「バイアス電流」を用いてこの条件下において付加的に加熱されるようなランプにおいて達成される。電極シールドはこのエミッタ材料を捕獲し、アマルガムの形成を有効に防止する。結果として、低圧水銀蒸気放電灯の水銀消費量は制限されることになる。
【０００９】
電極シールドの形状及び電極に対する位置は電極シールドの温度に影響を与える。本発明による低圧水銀蒸気放電灯の別の実施例は、電極シールドを環状としたことを特徴とする。低圧水銀蒸気放電灯の電極は、例えば長手軸線の周りに延在する巻線を有するコイルのように、一般的に伸長状で円筒対称である。環状形状の電極シールドは、このような電極形状と極めて良好に調和する。好ましくは、電極シールドの対称軸線は、電極の長手軸線とほぼ平行に又はほぼ一致するように延在する。電極の長手軸線と一致する場合、電極シールドの内側から電極の外側までの平均距離は少なくともほぼ一定にする。
【００１０】
本発明による低圧水銀蒸気放電灯の特に好適な実施例は、ｄe が前記電極の外周径を表す場合に、前記電極シールドの内周径ｄs が関係式、
１．２５×ｄe ≦ｄs ≦２．５×ｄe 
に適合することを特徴とする。この範囲において、低圧水銀蒸気放電灯の動作中の電極シールドの温度は極めて高いので、蒸着又は所謂電極からのスパッタリングにより電極シールド上に堆積した（エミッタ）材料が放電灯内に存在する水銀と反応してアマルガムを形成するのが少なくとも実質的に防止される。電極シールドの内周寸法ｄs の下限を１．２５×ｄe となるように規定することにより、電極シールドを（機械的に）装着しても、電極シールドと電極との間の内部空間が狭過ぎてしまう不都合は生じない。電極シールドの内周寸法ｄs を２．５×ｄe 以下となるようにすることにより、動作中電極シールドに堆積する（エミッタ）材料の温度がアマルガムの形成を有効に防止するのに所望の温度範囲となる。
【００１１】
好ましくは、電極シールドには放電空間と対向する側にスリットを設ける。電極シールドの放電の方向に延在するスリットにより、低圧水銀蒸気放電灯の電極間の放電路が比較的短くなる。これは、ランプの効率を高くするために好ましいものである。スリットは、好ましくは電極シールドの対称軸線に平行に延在する（所謂電極シールドの横方向スリット）。既知のランプにおいて、電極シールドの開口すなわちスリットは放電空間から離れる方向を向いている。別の実施例として、電極シールドを環状としスリットを設けない構成とする。
【００１２】
本発明のこれらの及び他の概念は後述する実施例に基づいて明らかにする。
図面は単に線図的なものであり、スケール通りに図示されていない。特に、図面を明瞭にするため一部の寸法は拡大されている。図面中可能な限り同様な部材には同様な符号を付する。
【００１３】
図１は、長手軸線２の周囲に延在する環状部材１１を有するガラス放電容器１０を具える低圧水銀蒸気放電灯を示し、この放電容器は放電容器内で発生した放射を透過し、第１及び第２の端部部分１２ａ，１２ｂがそれぞれ設けられている。本例において、環状部材１１は１２０ｃｍの長さ及び２４ｍｍの内径を有する。放電容器１０は、１ｍｇの水銀及び例えばアルゴンのような不活性ガスの充填剤を含む放電空間を気密に包囲する。環状部材の壁には一般的に発光層（図１において図示せず）がコートされ、この発光層は励起した水銀により発生した紫外（ＵＶ）光を（ほぼ）可視光に変換する発光材料（例えば、蛍光パウダ）を含む。端部部分１２ａ，１２ｂは放電空間１３内に配置した電極２０ａ，２０ｂをそれぞれ支持する。電極２０ａ，２０ｂは、本例の場合バリウム酸化物、カルシウム酸化物及びストロンチウム酸化物の混合物である電子放出物質で覆われたタングステンの巻線とする。電極２０ａ，２０ｂの電流供給導体３０ａ；３０ａ’、３０ｂ；３０ｂ’は端部部分１２ａ，１２ｂをそれぞれ通り、放出容器１０を超えて延在する。電流供給導体３０ａ；３０ａ’、３０ｂ；３０ｂ’は接点ピンに３１ａ；３１ａ’、３１ｂ；３１ｂ’にそれぞれ接続し、これら接点ピンはランプキャップ３２ａ、３２ｂに固定する。一般的に、各電極２０ａ，２０ｂの周囲には、電極リング（図１においては図示せず）を配置し、この上に水銀の量を調整するガラスカプセルをクランプする。変形例として、水銀とＰｂＢｉＳｎの合金とを含むアマルガムを排気管に設け、この排気管は放電容器１０に連通させる。
【００１４】
図１に示す実施例において、電極２０ａ，２０ｂは長さｌs を有する電極シールド２２ａ；２２ｂにより包囲し、この電極シールドは本発明に基づきセラミックから製造する。図２は図１の細部を示す部分的斜視図であり、端部部分１２ａは電流供給導体３０ａ；３０ａ’により電極２０ａを支持する。
【００１５】
電極２０ａは環状の電極シールド２２ａにより包囲され、この電極シールドは端部部分１２ａに設けた支持ワイヤ２６ａにより支持する。図３Ａ及び図３Ｂは環状電極シールド２２ａの２個の実施例の断面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示す断面は図２の長手軸線２に対して９０°回転している。電極２０ａは巻線の一部として極めて線図的に図示され、この電極はｄe で示す外周径を有する。円筒対称の電極シールド２２ａはｄs で示す内周径を有する。変形例として、電極シールドは、例えば少なくほぼ四角形又は六角形の電極シールドのような（規則的な）多角形形状のものとすることもできる。放電灯の放電と対向する側において、電極シールド２２ｂには符号ｄslで示す開口を有する横方向スリット２５ａ；２５ｄを設ける。特に好適な実施例として、電極２０ａは２ｍｍの外径を有し、電極シールドはｌs ＝８ｍｍの長さ及びｄs ＝３ｍｍの外径を有する。電極シールドの好適な外径は４ｍｍである。この電極の外径によれば、ｄs ＝１．５×ｄe となるため、この電極シールドは以下の関係式を満足している。
１．２５×ｄe ≦ｄs ≦２．５×ｄe 
【００１６】
電極シールドは電極から発生する（エミッタ）材料が放電容器の内壁上に堆積するのを防止し、これにより不所望な黒化が防止される。本発明による電極シールドにより、セラミックの電極シールド上に堆積した（エミッタ）材料の温度は低圧水銀蒸気放電灯の点灯中極めて高い温度になるため、この材料が水銀含有アマルガムを形成しえず、これにより、ランプの水銀消費量の大幅な減少が達成される。
【００１７】
実験結果によれば、ＤＧＡの環状電極シールドが電極の周囲に設けられている低圧水銀蒸気放電灯は、いわゆる高周波安定（ＨＦＲ）調光安定器を用いて１００点灯時間の後の電極領域における水銀消費量は２μｇ以下であり、これに対して既知の電極シールドが設けられている基準ランプは電極領域における水銀消費量は２０μｇ以上である。１００００点灯時間後において、このような安定器で動作する基準ランプは、水銀が欠乏し始動することができない。このような耐用時間は、これら放電ランプの約１７０００時間にわたる通常の耐用期間よりも大幅に短い。電極を包囲するセラミック電極シールドを有する低圧水銀蒸気放電灯は上記規定された耐用期間の仕様に適合する。
【００１８】
別の実験において、本発明に基づいて製造された低圧水銀蒸気放電灯を既知の放電灯と比較した。図４において、本発明による電極シールドを具える低圧水銀放電灯の水銀消費量を既知の放電灯の水銀消費量と比較した。これらの放電灯はいわゆるコールド始動安定器を用いて短いスイッチングサイクルで動作し、１５分間点灯し５分間オフに切り替えこれを交互に繰り返した。１０００点灯時間の後、環状のＤＧＡ電極シールドが設けられている電極は電極領域において２５μｇの水銀消費量を呈し（曲線ａ）、これに対して既知の放電灯は電極領域における１４８μｇの水銀消費量を呈した（曲線ｂ）。本発明によるＤＧＡ管を用いることにより、電極領域における水銀消費量は約７０％減少している。図５において、本発明による電極シールドを具える低圧水銀放電灯を既知の放電灯の水銀消費量と比較した。これらの放電灯は１２５０時間に亘って調光安定器を用いて動作し、長い切り替え周期で１６５分間点灯し１５分間オフとしこれを交互に繰り返した。１０００点灯時間の後、環状のＤＧＡ電極シールドを具える電極は電極領域において２５μｇの水銀消費を呈し（曲線ａ’）、これに対して既知の放電灯は２２５μｇの電極領域の水銀消費を呈した（曲線ｂ’）。この比較結果は、既知の放電灯は、その耐用期間中に本発明による電極シールドが設けられている放電灯よりも一層大きな水銀消費を呈することを示している。
【００１９】
本発明の範囲内において種々の変形が当業者にとって可能である。放電容器は必ずしも伸長状及び環状である必要はなく、変形例として種々の異なる形状とすることができる。特に、放電容器は湾曲形状（例えば、曲がりくねった形状）を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による低圧水銀蒸気放電灯の実施例の長手方向断面図である。
【図２】  図１の細部を部分的斜視図として示す。
【図３】  図３Ａは図２に示す電極周囲の電極シールドの実施例を示す。
図３Ｂは図３Ａに示す電極周りの電極シールドの変形例を示す。
【図４】  コールド始動安定器により短いサイクルで動作する本発明による電極シールドを有する低圧水銀蒸気放電灯の水銀消費量を既知の放電灯の水銀消費量と比較して示す。
【図５】  調光安定器により長いサイクルで動作する本発明による電極シールドを有する低圧水銀蒸気放電灯の水銀消費量を既知の放電灯の水銀消費量と比較して示す。