(57)【要約】  既存の低出力ＨＰＳランプ器具へのレトロフィットとなることができる低出力セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプ１０であって、少なくとも４００のｍｂａｒの充填圧力における希ガスのネオンとアルゴンとの混合物を含んでいる楕円形に成形されたセラミック放電容器１２と、放電容器１２内に延在している一対の電極１７、１８とを有しており、前記電極は、電極１７の先端から放電容器１２の中心部分１３の内壁への最短距離をＤ１、放電電極１７と１８間の距離をＤ２として、少なくとも０．３６の電極クリアランス比Ｅ＝Ｄ１／Ｄ２を有している、ＣＤＭランプ１０である。
2012514294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を囲んでいる内壁を有している丸くされた形状の多結晶アルミナ（ＰＣＡ）セラミック放電容器であって、前記放電空間は、電極間に放電を維持することができる充填材であって、希ガス、水銀及び少なくとも１つのメタルハライドの混合物を含む充填材を含んでいる、セラミック放電容器と、
前記放電空間内に延在している一対の電極であって、Ｄ１が前記電極の先端から前記放電容器の前記内壁までの最短距離であり、Ｄ２が前記電極間の距離である、電極クリアランス比Ｅ＝Ｄ１／Ｄ２を有する電極と、
を有する低出力セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプであって、 
前記希ガスが、ネオンとアルゴンとの混合物であり、この希ガス混合物が、少なくとも４００のｍｂａｒの圧力において存在し、前記電極クリアランス比Ｅは少なくとも０．３６である、
低出力ＣＤＭランプ。
【請求項２】
前記放電容器が実質的に楕円形に成形された容器である、請求項１に記載のＣＤＭランプ。
【請求項３】
ネオン及びアルゴンの希ガス混合物が約９９．３〜９９．７モルパーセントのネオンと、約０．７〜０．２モルパーセントのアルゴンとを有する、請求項１に記載のＣＤＭランプ。
【請求項４】
前記希ガス混合物の圧力が、約４００のｍｂａｒ〜約５００ｍｂａｒである、請求項１に記載のＣＤＭランプ。
【請求項５】
前記電極クリアランス比Ｅが約０．４〜０．５である、請求項１に記載のＣＤＭランプ。
【請求項６】
前記希ガス混合物が、放射性クリプトンのトレース量を含む、請求項１に記載のＣＤＭランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低出力（１５０Ｗまで）セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプに関し、より詳細には、セラミック放電容器と前記放電空間内の希ガス混合物とを利用しているこのようなランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
低出力ＣＤＭランプは、北アメリカにおいて広く使用されている古い高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプの黄色がかったキャストよりも更に心地の良い白色光放出を有しており、これらのＣＤＭランプを、北アメリカにおける既存の低出力ＨＰＳランプ器具内へのレトロフィットのための魅力的な候補にしている。解決されるべき大きな問題は、前記ＣＤＭランプのグロー電圧と、このグローを持続させる既存のＨＰＳバラストの利用可能な開回路電圧（ＯＣＶ）とである。
【０００３】
高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプのような、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプの点火過程は、グロー放電をもたらす電圧ブレークダウンと、これに次ぐ、完全なプラズマアーク放電への遷移とから成る。グローからアークへの遷移が生じるために、バラストからの十分な開回路電圧（ＯＣＶ）が、利用可能でなければならない。
【０００４】
円筒形多結晶アルミナ（ＰＣＡ）セラミック放電容器を備える典型的な低出力（７５Ｗ―１００Ｗ）ＣＤＭランプのグロー電圧は、２００Ｖよりも大きいのに対し、前記ＨＰＳバラストから入手可能なＡＮＳＩ指定された最小ＯＣＶは、１１０ＶＲＭＳである。従って、前記ＨＰＳバラストの利用可能なＯＣＶは、グロー放電から完全なアーク放電への遷移に不十分であり、今日作られている前記低出力ＣＤＭランプは、既存のＨＰＳランプの器具内へレトロフィットのためのものにはならないであろう。
【０００５】
"The Glow-To-Thermionic-Arc Transition"（ＩＥＳのジャーナル、１９８７年夏、１６６―１８０頁）におけるJ. F. Waymouthによれば、ガス放電ランプのための始動バラストの開回路電圧（ＯＣＶ）のピークは、当該ランプのグロー電圧よりも、少なくとも１５％大きくなければならない。北アメリカにおける既存の低出力ＨＰＳバラストにおける最小の利用可能なＯＣＶに対するＡＳＮＩ仕様は、１１０ＶＲＭＳである。従って、上述のＡＮＳＩ指定されたＯＣＶに関して、ピークＯＣＶは１５６Ｖであり、最大値目標グロー電圧は１３２Ｖである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ランプのグロー電圧を決定する主な要因は、電極の仕事関数である。ＨＰＳ及びＣＤＭの両方の電極は、４．５ｅＶの仕事関数を有するタングステンである。ＨＰＳランプが非常に低いグロー電圧を有する大きな理由は、ＨＰＳランプが、自身の電極の仕事関数を低下させるために前記電極上に発光コーティングを使用しているからである。これらのソリッドステート発光体は、ＣＤＭランプにおいて使用されることができない。当該発光体がハライド塩と反応するので、前記発光体が消耗すると共に前記放電容器の早い黒化（blackening）をもたらすからである。
【０００７】
ソリッドステート発光体が利用されることができない場合、他の因子が、低いグロー電圧を達成するために変化される必要がある。
【０００８】
米国特許番号第６，９４３，４９８号は、当該ランプの始動電圧を低下させるための１３―４０ｋＰａ（１３０―４００ｍｂａｒ）からの充填材圧において、始動補助希ガスとしてネオンガス又はネオンベースのガス混合物を使用している円筒形の放電容器を有するＣＤＭランプを開示している。この外側のバルブは、始動補助導体を含んでおり、前記始動補助導体は、放電容器の外側の表面に沿って走っている。この始動補助導体は、前記放出が開始した後の前記電極の先端部からのアーク放電を促進する。
【０００９】
しかしながら、始動補助導体の使用は、付加的なハードウェア及び工程ステップを必要とするので、このようなランプの複雑さ及び製造コストを増大させている。
【００１０】
前記放電容器の形状、前記電極の配置、前記希ガス充填材及び充填圧力を含んでいる、前記ＰＣＡ放電容器の様々な設計フィーチャを調整することによって、前記電極上のソリッドステート発光体を用いることなく、かつ、前記ランプ内部の始動補助導体も用いることなく、ＨＰＳバラストを開始させることができる低出力ＣＤＭランプを生成することが、望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
添付請求項に記載の本発明の様々な実施例及び実施化によれば、少なくとも０．３６の電極クリアランス比による、かつ、少なくとも４００ｍｂａｒの充填圧力におけるネオン／アルゴンの希ガス充填材による、低出力セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプは、丸くされた（例えば、楕円形に成形された）放電容器を特徴としている。本明細書において使用されている「電極クリアランス比」なる語は、電極の先端から前記放電容器の内壁まで最短距離Ｄ１と前記電極間の距離Ｄ２との間の割合Ｅ、即ちＤ１／Ｄ２を意味している。
【００１２】
この希ガス混合物は、主にネオンであり、残りはアルゴンである。放射性クリプトン（Ｋｒ８５）のトレース量（例えば、２．５ＭＢｑ／ｌ）は、ひどい条件における始動を向上させるのに使用されることができる。
【００１３】
この最も広い見地において、本発明は、
丸い形状の多結晶アルミナ（ＰＣＡ）セラミック放電容器であって、放電空間を囲んでいる内壁を有しており、前記電極間の放電を持続させることができる充填材であって、希ガスと少なくとも１つのメタルハライドとの混合物を含んでいる充填材を有している放電容器と、
前記放電空間内に延在している一対の電極であって、Ｄ１が電極の先端から前記放電容器の内壁までの最短距離であり、Ｄ２が電極間の距離である、電極クリアランス比Ｅ＝Ｄ１／Ｄ２を有する電極と、
を含む低出力（約１５０Ｗまで）セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプであって、
前記希ガスが、ネオン及びアルゴンの混合物であり、前記希ガス混合物が少なくとも４００のｍｂａｒの圧力において存在しており、前記電極クリアランス比Ｅは少なくとも０．３６であることを特徴とする、
低出力（約１５０Ｗまで）セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプに焦点を絞っている。
【００１４】
本発明の幾つかの実施例によれば、前記電極クリアランス比は、約０．４から０．５までであり、前記希ガス充填圧力は、約４００ｍｂａｒから５００ｍｂａｒまでである。
【００１５】
本発明の他の実施例によれば、前記希ガス混合物は、ネオン及びアルゴンの希ガス混合物は、約９９．３〜９９．８パーセントのネオンと、約０．７〜０．２パーセントのアルゴンとを有する。
【００１６】
本発明の１つの特定の実施例によれば、前記希ガス混合物は、放射性クリプトンのトレース量を含んでいる。
【００１７】
本発明は、北アメリカにおける低出力ＨＰＳシステムへのレトロフィットを目的とする如何なる低出力（１５０Ｗまで）ＣＤＭランプに対しても適している。これらの製品は、前記低出力の成長している黄−白色光レトロフィット市場を拡張するであろう。
【００１８】
本発明のこれらの及び他の見地は、添付図面を参照して更に解明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例による低出力セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプを示している。
【図２ａ】図１のランプの楕円形に成形された放電容器を示している。
【図２ｂ】楕円形に成形された放電容器を示している。
【図３】３つの異なる希ガス充填材を有する図１に示されている種類の三組のランプに関しての、希ガス充填材に対するグロー電圧のボックスプロットである。
【図４】ネオン及びアルゴンの混合物の希ガス充填材を持つ図１に示されている種類の一組のランプに関しての、希ガス充填圧に対するグロー電圧のボックスプロットである。
【図５】図５は、ネオン及びアルゴンの混合物の希ガス充填材を持つ図１に示されている種類の一組のランプに関しての、電極クリアランス比に対するグロー電圧のボックスプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
添付図面は、模式的なものであり、縮尺で描かれているわけではない。異なる図における同じ符号は、類似のものを参照している。
【００２１】
図１は、放電空間１４を囲んでいる楕円形成形部分１３を含んでいるＰＣＡ放電容器１２と一対のチューブ形の端部部分１５及び１６とを有している本発明の一実施例による低出力セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプ１０を示している。一対の放電電極１７及び１８は、放電空間１４内への放電容器１２の端部部分１５及び１６を通って延在していると共に、端部部分１５及び１６によって支持されている。外側のバルブ成形されたエンベロープ１９は、放電容器１２及び放電電極１７及び１８を囲んでおり、気密な囲いを提供するように金属ねじベース２０に封止されている。
【００２２】
電気リード２１及び２２は、ベース２０に電気的に接続されており、ガラスプレスシール２３を通って延在していると共に、ガラスプレスシール２３によって支持されている。放電電極１８と外部電気リード２１との間の電気的接続は、支持要素２４によって提供される。放電電極１７と外部電気リード２２との間の電気的接続は、延在部２５ａを介して、フレーム部材２５によって提供されている。延在部２５ａは、付加的な支持を提供するようにエンベロープ１９の上端から内向きに延在しているくぼみ１９ａの周りに巻かれ、次いで、放電電極１７と電気的に接続するように下方に延在している。放電容器１２を囲んでいる保護シュラウド２６は、ブラケット２７及び２８並びにストラップ及び３０を介してフレーム部材２５によって支持されている。
【００２３】
図２ａは、図１のランプのためのガス放電１２容器を示している。クリアランス比Ｅは、電極の先端１７から放電容器１３の中心部分の内壁までの最短距離Ｄ１を放電電極１７及び１８間の距離Ｄ２によって除算したものとして規定される。
【００２４】
比較のために、図２ｂは、円筒形の中心部３１と、放電空間３８を形成するように端部プラグ３４及び３５に封止されている管状端部部分３２及び３３とを有する従来技術のガス放電容器３０を示している。放電電極３６及び３７は、端部部分３２及び３３を通って放電空間３８の内部に延在している。このクリアランス比Ｅは、放電電極（３７）の先端と端部キャップ（３５）の内壁との間の短い距離Ｄ１により、図２ａの楕円形に成形された容器の場合よりも小さい。
【００２５】
放電空間１４には、希ガスと、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、インジウム、マンガン、タリウム、希土酸化物及び水銀（例えば、Ｎａ／Ｔｌ／Ｃａ／Ｃｅ（１８．２／３．５／７５．８／２．５Ｍｏｌ％）、水銀：８―１０ｍｇ）から選択されるメタルハライド塩の化学充填材との混合物の始動ガスが充填されている。
【００２６】
この始動ガス混合物は、約９９．３〜９９．７モルパーセントのネオンと約０．７〜０．２モルパーセントのアルゴンとのペニング混合物であり、例えば、９９．７％のネオン及び０．３％のアルゴンである。グローからのアークへの遷移の開始及び完了の目標は、電子を熱電子状態まで十分に加熱することによって達成される。グロー段階において、前記電極は、イオン衝撃によって加熱される。
【００２７】
十分に低いグロー電圧は、希ガスの種類、希ガスの圧力、電極距離及び前記ＰＣＡの放電容器の形状の組み合わせを使用することにより達成されることができる。高い二次電子放出係数を有する希ガスを使用することにより、初期ブレークダウンの後のイオン衝撃のレートは、増大されることができる。上昇する前記希ガス充填圧は、初期ブレークダウンのために必要な電圧量を増大させる一方で、当該ランプのグロー電圧も減少させる。
【００２８】
前記放電容器の形状は、開始において生じ得る壁損失による効果を有する。前記電極が前記放電容器の壁により近いほど、多くの電子が、前記壁における反応に失われ、完全なアーク放電への遷移に寄与するのに利用可能でなくなる。これらのパラメータの何れも、単独ではグロー電圧を十分に低下させることができないが、前記パラメータの全ての組み合わせは、結果として、北アメリカの低出力（例えば、３５Ｗ―１５０Ｗ  ５５Ｖ）ＨＰＳシステムにおいて点火する低出力ＣＤＭランプをもたらす。
【００２９】
図１及び２に記載されている種類の一連の１００Ｗ ５５ＶのＣＤＭランプが、１１０ＶＲＭＳのＡＮＳＩ指定された最小値の利用可能なＯＣＶと１３２Ｖの最大目標グロー電圧とを有する北アメリカの低出力ＨＰＳシステムにおける良好な点火の条件を決定するために異なった設計特性を有する組において製造された。このランプは、グロー電圧が測定される前に、２０時間にわたり乾燥されていた。
【００３０】
図３は、放電容器内の始動ガスの異なる充填材によるグロー電圧の変化を支援しているボックスプロットである。ランプの第１の組及び第２の組において、充填材は、それぞれ、アルゴン及びキセノン（Ａｒ／Ｋｒ８５及びＸｅ／Ｋｒ８５ガス混合物としての用量）であった。Ｋ８５は、ブレークダウンを助けるために使用され、トレース量においてのみ存在する。ランプの第３の組において、前記充填材は、ＮｅＡｒペニング混合物（９９．７％のネオン、０．３％のアルゴン）であった。前記ランプの全ては、２００ｍｂａｒと３００ｍｂａｒとの間の放電容器充填圧を持っていた。図３から分かるのは、前記充填ガスをペニング混合物に変えることによって、前記ランプのグロー電圧が著しく低下され、この結果、これらの組の最低平均グロー電圧をもたらしていることにある。
【００３１】
前記希ガスをペニング混合物に変更することによって、前記ランプのグロー電圧は、著しく低下され、この結果、これら三組の最低平均グロー電圧をもたらす。
【００３２】
ここで、ネオンからなる充填ガスが最低グロー電圧をもたらすことが分かり、次のステップは、前記充填圧に対するグロー電圧の依存性を決定することであった。図４は、図３のランプの第３の組において使用されているのと同じペニング混合物を有する三組のランプのためのグロー電圧を示しているボックスプロットであり、各々が、それぞれ、２００、３００及び４００ｍｂａｒの異なる充填圧力を有する。図４は、ネオンの充填圧力が増大されると、前記グロー電圧が低下されることを示している。
【００３３】
分析するべき次の設計の見地は、前記放電容器の形状と、前記電極から前記放電容器の壁までの距離とであった。これらの実験（図２ａ参照）において使用された放電容器の２つの異なる形状が存在し、前記壁に対して垂直な電極の先端からの直線距離を当該電極の距離によって割った従来の見地の比は、使用されていないからである。その代わりに、前記電極先の端から何らかの壁までの最短距離Ｄ１を電極間距離Ｄ２によって割った比（本明細書において、電極クリアランス比Ｅと称される）が、使用されている。
【００３４】
これらの試験において使用される前記円筒形の容器のために、前記電極の端部から壁までの最短距離は、１ｍｍ（先端から底部までの距離）であり、前記電極距離は、６ｍｍであり、０．１７の電極クリアランス比をもたらす。更なる試験が、異なる楕円形に成形された容器を有する２組のランプによって実施された。第１の組は、２．６ｍｍの距離Ｄ１及び１１ｍｍの距離Ｄ２を備える容器を有しており、０．２４の電極クリアランス比Ｅをもたらした。第２の組は、９ｍｍの距離Ｄ１及び３．２５ｍｍの距離Ｄ２を備える容器を有しており、０．３６の電極クリアランス比をもたらした。図５は、３つの異なる電極クリアランス比を有するこれらの組に関してグロー電圧を示していているボックスプロットである。
【００３５】
１００ＷのＨＰＳ Ｓ５４システムに対するレトロフィットとなることができる低出力１００ＷのＣＤＭランプをもたらす放電容器のパラメータは、少なくとも４００ｍｂａｒの圧力におけるネオン／アルゴンの希ガスペニング混合物と少なくとも０．３６の電極クリアランス比を有する楕円成形された放電容器から成る。この組み合わせは、１３２Ｖの平均グロー電圧を有するように測定された。記載されている１００Ｗ ５５ＶのＣＤＭランプは、−１０％プライマリ（１０８Ｖ）でＨＰＳバラストにおいて点火するであろう。この良好な実施例は、１００Ｗに関して実証されたが、３５Ｗ、５０Ｗ、７０Ｗ及び１５０Ｗのランプに転換される（translated）ことができる。
【００３６】
この製品に対する向上は、当該製品を水銀フリーにする能力である。亜鉛が、水銀フリーのＣＤＭ製品を製造する試みにおいて実験された。亜鉛に関する主な障害（road block）は、従来のＣＤＭ製品のために必要とされている１００Ｖ以上を達成するのが困難であることである。しかしながら、当該製品は、５５Ｖを必要とするのみであり、このことは、例えば、両方、参照によって本明細書において組み込まれる米国特許第７，２１８，０５２号及び米国特許出願公開第２００７０１２０４５８号に記載されているように、水銀の代わりとしての亜鉛によって達成可能である。
【００３７】
前記グロー電圧を低下させるこれらの技術は、本願明細書において記載されている前記ランプのみに限定されるものではなく、前記グロー電圧を低下させるのに必要な如何なるＣＤＭランプにも適用されることができる。
【００３８】
本願明細書において開示されている取り組みは、北アメリカのＨＰＳシステムにおけるレトロフィットのための何らかの低出力（例えば、１５０Ｗ以下）ＣＤＭランプに利用されることができる。将来性は、これらの出力における数十万個の取り付けられているＨＰＳランプが存在するので、低出力ＣＤＭレトロフィット製品のファミリに対して大きい。セラミックメタルハライドランプのグロー電圧を低下させる当該性能は、更に将来の電子バラスト設計においても便利であり得る。前記電子バラストのバス電圧は、前記ＯＣＶに等しく、前記ランプをグローからアークへの遷移を遷移させるように十分に高いものである必要がある。低いバス電圧が維持される必要がある場合、前記電子バラストの大きさを縮小する及び／又は前記電子バラストの効率を改善するための将来性がある。
【００３９】
本発明は、限定された数の実施例に関して必然的に記載された。この記載から、他の実施例及び実施例の変更は、当業者にとって明らかになり、本発明及び添付請求項の範囲内に完全に含まれることを意図している。
【図１】
2012514294.tif 000003
【図２ａ】
2012514294.tif 000004
【図２ｂ】
2012514294.tif 000005
【図３】
2012514294.tif 000006
【図４】
2012514294.tif 000007
【図５】
2012514294.tif 000008
【国際調査報告】
2012514294.tif 000009
2012514294.tif 000010
2012514294.tif 000011