JP2005243637A - 低減されたシール温度を有する反射形ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの可視放射が電極シールに向かって反射しないようにする。
【解決手段】反射面１１と、凹面状シェル２０と、ネックキャビティ６を規定するネック２４とを有する反射器本体が設けられており、電極シール８，９を有するセラミック放電容器７を包囲したアウタジャケット３３を有する光源１２が設けられており、電極シールが少なくとも部分的に反射器本体のネックキャビティ６内に配置されており、アウタジャケットが、電極シールに隣接したアウタジャケットの領域に吸光層を有している。
【選択図】図１

Description

関連する出願とのクロスリファレンス
本願は、２００２年１１月４日に出願された、係属中の出願連続番号第１０／１２０９５８号に関する。

技術分野
本発明は、反射器本体内に取り付けられた光源に関する。より具体的には、本発明は、セラミックメタルハライド光源を有する反射形ランプに関する。

セラミックメタルハライド光源は、概して多結晶アルミナから形成されたセラミック放電容器（一般的に発光管と呼ばれている）から成る。典型的なメタルハライド充填材は、水銀、アルカリ土類ヨウ化物、特にＮａＩ及びＣａＩ_２、及びＤｙＩ_３，ＴｍＩ_３及びＨｏＩ_３等の希土類ヨウ化物を含んでよい。キセノン又はアルゴンは典型的なガス充填材である。放電容器内にアークを発生させるためにタングステン電極が使用される。電極には電力が供給されなければならないので、電極アセンブリは発光管壁部を貫通しなければならない。慣用の構造では、毛管が電極アセンブリを保持し、電極アセンブリと個々の毛管との間に密閉シールを形成するためにフリット材料が使用される。セラミック発光管はしばしば、金属部分を酸化から保護するために、アウタジャケットと呼ばれる別の外管に被覆されている。これらのアウタジャケットは通常、発光管から熱的に隔離されており、真空を含むか、又はゲッタ水素及び酸素に対して、不活性ガス及びゲッタ材料の部分圧力、例えばアルミニウム又はジルコニウム化合物が充填されている。

最近では、セラミックメタルハライド光源は、その効率及び演色特性によりますます好まれるようになっている。その結果、セラミックメタルハライド光源のための用途は、放物反射器（ＰＡＲ）ランプ等の伝統的な白熱照明用途にまで広がっており、この白熱照明用途は、これらの高輝度で、高温の光源を収容するように適応されなければならない。例えば、セラミックメタルハライド光源のための典型的な故障態様は、電極シールを形成するために使用されたフリット材料に対するメタルハライド充填材による化学的攻撃の結果として生じる。慣用の反射形ランプ構造では、放射された可視放射の一部が反射して、セラミックメタルハライド光源、特に反射器のネック部分に配置された電極シールへ戻ることにより、この問題は悪化させられる。電極アセンブリとシールとの構造は、可視光の特に良好な吸収体にしている。吸収されたエネルギは電極シールを過熱させ、このこと自体はシールに対する充填材による化学的攻撃の度合いを高め、早期のランプ故障を生ぜしめる。したがって、ランプの動作寿命を延長させるために電極シールを過熱から保護することが有利である。さらに、反射形ランプの性能又は美観に著しく影響することなくこのことを達成することが有利である。

本発明の課題は、光源からの可視放射が電極シールに向かって反射しないようにすることである。

本発明は、セラミックメタルハライド光源を有する反射形ランプであり、このランプにおいて、セラミックメタルハライド光源のアウタジャケットの特定部分に吸光層が設けられている。反射形ランプのネックキャビティ内で反射された光は、吸光層に衝突し、この光が、少なくとも部分的に反射形ランプのネックキャビティ内に配置された電極シールに達することができる前に吸収される。吸収された光は、アウタジャケットの温度を上昇させるが、電極シールの温度は上昇させない。吸収された光によって生ぜしめられた熱は、反射形ランプの口金内へ伝導され、ソケット内に散逸させられる。

有利な実施形態において、反射形ランプの動作中の電極シールの温度は、アウタジャケットに吸光層を設けることなくランプが構成されている場合よりも、少なくとも約５０℃低い。本発明は特に、細長いシール構造体を有するこれらの放電容器に適用可能である。

本発明のその他の課題、利点及び可能性と共に、本発明をよりよく理解するために、後述の図面に関連した以下の開示及び添付の請求項が参照される。

図１は、本発明の反射形ランプの有利な実施形態の断面図である。反射形ランプは、反射器本体１０と光源１２とから成っている。光源１２を反射器本体１０内に閉じ込めるために、反射器の前縁部にレンズ４０が取り付けられていてもよい。レンズは、この分野で知られているように反射器本体に融着、接着又は同様に結合されてよい。反射器本体１０は、凹面状のシェル２９と、ネックキャビティ６を規定するネック２４とから成っている。シェル２９は、光源１２からの光を、ランプ動作中に照明したいフィールドへ反射するために、光源１２を包囲している。反射器本体１０は、光源１２から放射された光を反射するための反射面１１を有している。反射面１１は、有利には、反射器本体の内面２５に反射性コーティング２２を塗布することによって形成されている。反射性コーティング２２は、実質的に、反射器本体１０のネック２４を含む内面２５をカバーしている。有利には、反射器の内面２５は、反射性コーティングを提供するために、アルミニウム又は銀によって被覆されている。その他の典型的な反射性コーティングは、光源から放射された光のスペクトルのある部分のみを反射するように設計された、多層二色性コーティングを含む。

反射器本体は反射器軸線２８に関して回転対称的である。凹面状のシェルは、放物状、楕円形又はその他の同様の光学的に機能的な断面を有している。反射器本体１０の内面２５は、所望のビームパターンを生ぜしめるために光を好適な方向へ反射するように、滑らかであるか、切子面を有するか又はその他の形状を有していてよい。反射器本体１０のネック２４には電力を光源１２に提供するための１つ又は複数の電気接続部と、電気接続部と同じであってよい、１つ又は複数の機械的な支持体とが設けられている。有利には、機械的な支持体は、光源の軸線１８が反射器軸線２８と実質的に同軸的であるように、光源１２を保持している。

光源１２は二端放電容器７から成るセラミックメタルハライド光源であり、この光源は、軸線１８に沿って互いに反対方向にボディ１４から外方へ延びた２つの毛管３，５を備えた、軸対称なボディ１４を有している。軸対称なボディ１４はアーク放電キャビティ４を規定している。この実施形態において、ボディ１４は直円柱の形状を有する。しかしながら、その他の公知の形状は、米国特許第５９３６３５１号明細書に記載されたもののような回転楕円面ジオメトリを含む。有利には、放電容器７は多結晶アルミナから成っている。その他のセラミック容器、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネットが実現可能である。

放電容器７のそれぞれの毛管３，５を電極アセンブリ２６が貫通している。電極シール８，９は、電極アセンブリ２６をそれぞれの毛管３，５に密にシールするために使用されている。電極アセンブリは、通常、多数の金属区分、例えばニオビウム、モリブデンマンドレルに巻き付けられたモリブデンワイヤ、及び端部にタングステンコイルを備えたタングステンロッドから成っている。電極シールは、より低い溶融温度のセラミック化合物であるフリット材料、例えばＡｌ_２Ｏ_３，Ｄｙ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２から形成されている。シール部における熱応力を最小限にするために、多結晶アルミナ、フリット及びニオビウムの熱膨張係数は同じである。フリットは、シーリング作業中に溶融し、ニオビウムの３ｍｍとモリブデンマンドレル上のモリブデンコイルの２ｍｍとを含む電極アセンブリの約５ｍｍをカバーする。Ｍｏマンドレル上のＭｏワイヤの緊密な巻付けは、可視光の良好な吸収を提供する。様々な電極構造及びシールの詳細は、米国特許第５４２４６０９号明細書に記載されている。電極アセンブリは、２つの電極アセンブリの向かい合った端部の間に電気アークを生ぜしめるために放電キャビティ４内に突出している。反対側の端部において、電極アセンブリは、外部電気接続部を提供するために、毛管の端部を越えて延びている。放電キャビティ４は、水銀と、メタルハライド充填材と、バッファガスとを含んでいる。メタルハライド充填材は通常５〜１０ｍｇのメタルハライド塩の混合物、例えばＮａＩ、ＣａＩ_２、ＨｏＩ_３、ＤｙＩ_３及びＴｍＩ_３を含んでいる。バッファガスは、１０〜４００トルの充填圧力と共に、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ又はこれらの混合物であってよい。

アウタジャケット３３は、可視光に対して透明であり、ガラス、例えば溶融シリカ（石英）又はアルミノケイ酸塩ガラスから形成されている。この実施形態において、アウタジャケット３３は、両端部において閉じられた管状である。アウタジャケットの上端部３５はドーム状であり、下端部３９はプレスシール部３７を有している。電気導線４５は電極アセンブリ２６の外側部分に接続されている。導線４５はモリブデン箔４７に溶接されており、モリブデン箔自体は電気接続部材３０に溶接されており、これにより、光源１２を外部電源（図示せず）に接続するための導電性通路を提供している。モリブデン箔４７は、アウタジャケット３３内に閉じられた環境を提供するようにプレスシール部３７内にシールされている。電気接続部材を反射器本体から引き出すために、アイレットがネックの底部に配置されている。次いで、電気接続部材は所定の位置にろう接される。アウタジャケット３３は、真空環境を有しているか又は窒素ガス等のガスが充填されている。アウタジャケットを窒素ガスで充填することにより、シール領域を冷却するという効果が得られるが、窒素ガスは放電容器の他の部分も冷却し、光出力における望ましくない色ずれを生ぜしめる。

光源１２は、アウタジャケット３３の下端部３９が反射器本体１０のネックキャビティ６内に位置するように向き付けられる。その結果、この場合毛管３と電極シール８とによって規定された、電極シールを含む放電容器７の端部も、少なくとも部分的にネックキャビティ６内に位置している。ランプの動作中の電極シール８の温度を減じるために、電極シール８に隣接したアウタジャケット３３の領域には吸光層１５が設けられており、この吸光層は、ネックキャビティ内の反射された放射２から電極シール８を遮蔽している。ネックキャビティ内の電極シールに到達する放射量が減じられるので、電極シールの温度はより低くなる。有利には、吸光層１５は連続的であり、周方向ではアウタジャケット３３の周囲に延びており、長さ方向では、放電容器７のボディ１４の下方０．１〜２ｍｍの箇所から下端部３９に向かって延びており、毛管３の長さをカバーしている。さらに有利には、反射形ランプの集光パワーを妨害しないように、吸光層は放電容器７のボディ１４の下方１ｍｍから始まっている。

吸光層１５の配置は、反射器本体を備えない光源１２の側面図である図２により詳しく示されている。距離Ｄは、放電容器７のボディ１４の下部境界５０と、吸光層１５の開始縁部５２との間のオフセットを表している。上述のように、この距離Ｄは有利には０．１〜２ｍｍであり、より有利には１ｍｍである。吸光層１５は、有利には不透明であり、ガラスアウタジャケット３３の一体的な部分として形成されていてよい。例えば、ガラスの吸光特性を変化させるためにガラスアウタジャケットの領域を着色するか又はイオンを注入するか、又は不透明なガラスの区分を透明なアウタジャケット内に組み込む。吸光層１５は、はけ塗り、吹付け塗り、浸し塗り、電気めっき、シルクスクリーニングによって塗布されるか又はＣＶＤ又はＰＣＶＤによって堆積される。有利には、吸光層１５は、図１及び図２に示されたジャケットの外面に不透明コーティングとして塗布される。不透明コーティングは、まぶしさを制御するためにハロゲンヘッドランプの先端部において一般的に使用される自動車ブラックトップコーティング等の耐火性吸光性塗料を含む。自動車ブラックトップコーティングの例は、米国特許第３７８４８６１号明細書及び米国特許第４２８８７１３号明細書に記載されている。硬化されると、ブラックトップコーティングは、艶消しの、ダークグレー又は黒の表面を形成する。このようなブラックトップ化合物は、例えば、カオリン、ケイ素粉末、リン酸アルミニウム及び水のエマルジョンから成り、このエマルジョンはベーキングにより耐性コーティングへと硬化する。その他の配合は、ブタノール及びグリセリンに分散されたケイ素、炭素及び鉄粉末を含んでいてよい。択一的に、コーティングは、３１５℃（６００゜Ｆ）連続動作が可能な高温ブラック塗料、例えば、オハイオ州クリーブランド所在のシャーウィン・ウイリアムズ（Sherwin Williams）によって販売されているKrylon BBQ and Stove paintであってよい。ニュートラルグレー又は黒の吸収性コーティングは、目に見えてほとんど反射せず、選択的な波長を散乱させることにより主ビームの色を変化させない。

ネックキャビティにおける電極シールの温度を減じるときの吸光層の有効性は、７０Ｗ ＰＡＲ３０ セラミックメタルハライドランプの２つのグループを垂直な、口金が上になる向きで動作させることによって測定された。第１のグループは、アウタジャケットに吸光層を有さない制御ランプから成っていた。ランプの第２のグループは本発明に従って製造された。吸光層は、アウタジャケットの外面に塗布された自動車ブラックトップコーティングであった。約３ｍｍの幅でかつ毛管に対して平行な細長い部分が、シール領域の温度を測定するために、シール領域の赤外線観察を可能にするために除去された。平均として、ＰＡＲ３０ランプのネックキャビティにおける電極シールの温度は、アウタジャケットに吸光層を付加することによって、約８９０℃から約８４０℃まで約５０℃だけ減じられた。さらに、反射器本体の代わりにアウタジャケットに吸光層を配置することによって、反射形ランプの美観がより影響されなくなる。

現時点で本発明の好適な実施形態であると考えられるものが示されかつ説明されたが、当業者には、添付の請求項によって定義されるような発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に様々な変更及び修正が行われて良いことが明らかとなるであろう。

本発明の反射形ランプの有利な実施形態の断面図である。 図１に示された反射形ランプの光源の側面図である。

符号の説明

３，５ 毛管、 ４ アーク放電キャビティ、 ６ ネックキャビティ、 ７ 二端放電容器、 ８，９ 電極シール、 １０ 反射器本体、 １１ 反射面、 １２ 光源、 １４ ボディ、 １５ 吸光層、 １８ 光源の軸線、 ２４ ネック、 ２５ 内面、 ２６ 電極アセンブリ、 ２８ 反射器軸線、 ２９ シェル、 ３３ アウタジャケット、 ３５ 上端部、 ３７ プレスシール、 ３９ 下端部、 ４０ レンズ、 ４５ 電気導線、 ４７ モリブデン箔、 ５０ 下部境界

Claims (20)

1. 反射形ランプにおいて、
   反射面と、凹面状シェルと、ネックキャビティを規定するネックとを有する反射器本体が設けられており、
   電極シールを有するセラミック放電容器を包囲したアウタジャケットを有する光源が設けられており、電極シールが少なくとも部分的に反射器本体のネックキャビティ内に配置されており、アウタジャケットが、電極シールに隣接したアウタジャケットの領域に吸光層を有していることを特徴とする、反射形ランプ。
2. 前記凹面状のシェルが放物状反射面を規定している、請求項１記載の反射形ランプ。
3. 前記電極シールがフリット材料から成っている、請求項１記載の反射形ランプ。
4. 前記フリット材料がＡｌ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２を含む、請求項３記載の反射形ランプ。
5. 前記吸光層が電極シールの温度をランプ動作中に少なくとも約５０℃だけ低下させる、請求項１記載の反射形ランプ。
6. 反射形ランプが７０ワットＰＡＲ３０反射形ランプである、請求項５記載の反射形ランプ。
7. 前記吸光層が、アウタジャケットの外面に塗布された耐火性吸光性塗料を含む、請求項１記載の反射形ランプ。
8. 前記吸光層が、電極シールに隣接したアウタジャケットの領域において連続的である、請求項１記載の反射形ランプ。
9. 前記吸光層が、電極シールの長さをカバーしている、請求項８記載の反射形ランプ。
10. 反射形ランプにおいて、
    反射面と、凹面状シェルと、ネックキャビティを規定するネックとを有する反射器本体が設けられており、
    セラミックの放電容器を包囲したアウタジャケットを有する光源が設けられており、前記放電容器が、毛管と、メタルハライド充填材及び気体充填材を含む放電キャビティを包囲したボディとを有しており、毛管が、ボディから外方へ延びておりかつ電極アセンブリと電極シールとを有しており、電極アセンブリが、毛管を貫通しておりかつ電源に接続可能であり、電極シールが少なくとも部分的に反射器のネックキャビティ内に配置されており、アウタジャケットが、電極シールに隣接した領域に吸光層を有していることを特徴とする、反射形ランプ。
11. 前記吸光層が、放電容器のボディの下方０．１ｍｍから２ｍｍまでの箇所において始まっている、請求項１０記載の反射形ランプ。
12. 前記アウタジャケットが、管状の形状と下端部とを有しており、吸光層が、周方向にアウタジャケットを取り囲むようにかつ長さ方向で下端部に向かって延びている、請求項１１記載の反射形ランプ。
13. 前記放電容器が、軸線に関して対称的であり、第２の電極アセンブリと第２の電極シールとを含む第２の毛管を有しており、毛管が、放電容器のボディから外方へ互いに反対の方向に軸線に沿って延びている、請求項１０記載の反射形ランプ。
14. 前記電極シールが、電極アセンブリの約５ｍｍをカバーしている、請求項１０記載の反射形ランプ。
15. 前記電極シールが、フリット材料から成っている、請求項１０記載の反射形ランプ。
16. 前記吸光層が、アウタジャケットの外面に塗布された耐火性吸光性塗料を含む、請求項１０記載の反射形ランプ。
17. 前記吸光層が、電極シールに隣接したアウタジャケットの領域において連続的である、請求項１０記載の反射形ランプ。
18. 前記吸光層が、電極シールの長さをカバーしている、請求項１７記載の反射形ランプ。
19. 前記吸光層が、放電容器のボディの下方０．１ｍｍから２ｍｍまでの箇所において始まっている、請求項１６記載の反射形ランプ。
20. 前記吸光層が、電極シールに隣接したアウタジャケットの領域において連続的であり、電極シールの長さをカバーしている、請求項１９記載の反射形ランプ。

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