JPH0557697B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高光度アーク放電灯（ランプ）用
の改良された発光管形状に関し、さらに詳しくは
発光管をその内部の電室の歪をともなうことなく
作製することのできる手段を提供することに関す
る。

［発明の背景］ 高光度アーク放電ランプは一般に、光源として
ガラス材料の管状のアーク管すなわち発光管を用
いる。発光管は、気密封止されたエンベロープで
構成され、このエンベロープは石英ガラス製とす
ることができ、両端のピンチシール（pinch
seal）領域に熱電子電極を有する。発光管にはさ
らに水銀を含むガス放電媒体を封入される。この
形式のランプの典型的な例が米国特許第4007397
号に開示されており、そこでは発光管が光透過性
材料の外側エンベロープ内に金属取付けフレーム
により物理的に支持されている。発光管内にはさ
らに始動電極も設けられている。発光管内のガス
放電媒体には、水銀とアマルガムを形成するアル
カリ金属またはアルカリ土類金属添加剤を含有さ
せることができる。また米国特許第4581557号に
は、高光度アーク放電ランプの発光管に水銀アマ
ルガムを入れて、ランプに供給される電力をライ
ン電圧の変動に対して安定化することが開示され
ている。このような目的に望ましい水銀アマルガ
ムは、銅、亜鉛、カドミウム、ガリウム、インジ
ウム、タリウム、銀、アンチモンおよびこれらの
組合わせから選ばれる金属と水銀から形成される
とされている。この発明の改良は、これら２つの
特許に示された種類のランプ構造に適用できるの
で、これらの特許をこの発明の先行刊行物として
掲示しておく。

従来、このような種類のランプ構成の発光管を
製造するにあたつては、まず光透過性ガラス質材
料の１本の管を用意し、管の各端部の中心に放電
電極をそれぞれ配置する。管の両端部に熱封止処
理を行なつて、１組のジヨー（jaw）部材を協働
させて溶融ガラス材料を機械的に圧搾することに
より、ガラス管内に形成される中央の放電室内に
放電電極を気密封止（ハーメチツクシール）す
る。このような慣例のピンチシール操作は、十分
な高温で行なうことにより、ガラス材料を溶融し
て、互いに反対側に位置するピンチシール端間に
発光管の放電室を形成すると共に、この放電室内
に放電電極を気密封止していることがわかる。こ
の後、上述したような適当なガス放電媒体が発光
管に入れられている。この主のランプの周知の製
造方法にしたがつて別の排気手段を通してこの放
電媒体を供給することができる。このようにして
作製した代表的な発光管形状は前述した特許に開
示された物理的形状を持ち得、すなわち中心また
は長さ方向直線軸線に沿つて心合わせされた細長
の円筒形状の発光管構造をとる。別の発光管形状
として、細長の円筒管を円弧状曲線の軸線に沿つ
て心合わせして弓形に構成するものも知られてい
る。発光管形状のいずれの形式でも、互いに反対
側に配置した主放電電極を発光管の長さ方向軸線
に心合わせするのが望ましい。

上述したような従来のランプ製造には、最適な
信頼性のあるランプ性能に悪影響する問題がいく
つかある。これらの問題はすべて、発光管の放電
室をピンチシールまたはプレス封止手段により形
成する際のガラス材料の望ましくない流動に関係
している。具体的には、放電室の形状および容積
はともにガラス材料のオーバーフローにより、ラ
ンプ性能を害うほどに著しく歪められたり変更さ
れたりする。たとえば、放電室の容積が変化する
と、ザス放電媒体の封入量が変わり、これにより
この種のランプの動作電圧が影響を受ける。放電
室の端部の歪みはランプ性能に他の望ましくない
作用も及ぼす。まず第一に、放電室の端部が著し
く歪むと、ランプ動作電圧の制御が困難になり、
またランプ動作温度の制御が困難になる。ランプ
温度は発光の効率と色を左右するので、放電室端
部の歪みよりランプ動作上の重要な因子の制御が
困難になることがわかる。放電室端部の温度を適
正に制御することは、ランプ点灯中のガス放電媒
体内の固体成分の凝縮を調整する上で重要であ
る。このような考察から、ランプ性能を信頼性あ
る最適なものとするためには、放電室の寸法およ
び形状の両方を注意深く制御しなければならない
ことがわかる。さらに他の重要な考察事項は発光
管部材自身を適切に構成することである。たとえ
ば、ピンチシール形成中に放電室が著しく歪む
と、放電電極の望ましい位置決めが害われる可能
性がある。発光管の機械的強度も放電室の歪みに
より影響されると考えられる。

したがつて、この発明の目的は、高光度アーク
放電ランプに用いられる特定の発光管部材の物理
的形状をよりよく制御することを可能にする手段
を提供することにある。

この発明の別の目的は、発光管製造中に歪みを
うまく避けることのできる物理的手段を含む改良
発光管構造を提供することにある。

この発明の他の目的は、特別な発光管手段を用
いた高光度アーク放電ランプを提供することにあ
る。

この発明のさらに他の目的は、その他の点では
従来通りのランプ製造過程に比較的簡単な変更を
加えて、特別なランプ発光管部材の構造の改良を
可能にすることにある。

この発明のこれら目的および他の目的は以下の
本発明の詳細な説明から明らかになるだろう。

［発明の要約］ この発明によれば、発光管製造時に遭遇する前
述した問題をすべて改良した、高輝度アーク放電
ランプ用の新規な発光管部材が提供される。広義
には、この改良発光管部材は、ピンチシールを形
成するときに余るガラス材料で形成された突起手
段を含む。具体的には、この発明の改良では、ピ
ンチシール手段により形成された中央放電室の端
部が湾曲している。弓形のまたは湾曲した物理的
輪郭を有する発光管部材を設け、さらに放電室の
湾曲端部と実質的に有する湾曲突起を設けること
にある。

この発明の１形態による高光度アーク放電ラン
プにおいては、(a)光透過性ガラス製外側エンベロ
ープに、１対の第１導入線に電気接続された端子
手段を含むねじ込み式口金部材が固着され、(b)弓
形の物理的輪郭を有する光透過性ガラス質材料の
発光管が外側エンベロープ内に封入され、かつ第
１導入線から電気絶縁された金属取付けフレーム
により外側エンベロープ内に物理的に懸架され、
(c)発光管は閉止された両湾曲端部を有するように
形成された中央の放電室を含み、発光管には始動
電極を含む放電電極が放電室の両端部で発光管と
ピンチシール領域に封止され、放電電極および始
動電極の各々はさらに発光管から外方へ延在し
て、第１導入線に電気接続された第２導入線にそ
れぞれ電気接続され、発光管にはさらに水銀アマ
ルガムを含むガス放電媒体が封入され、(d)発光管
にはさらに、湾曲突起手段が放電室に隣接して各
ピンチシール領域中に配置され、これらの湾曲突
起手段にはピンチシール領域を形成するときに累
積した溶融ガラス材料で形成される。

上例のランプの発光管部材は細長の管状構造を
有し、湾曲突起手段はその長さ方向が発光管部材
の軸線を実質的に横切る方向に延在するのが好ま
しい。発光管部材を石英ガラスで製造する場合、
前掲の米国特許に開示されているように、すべて
の電極要素と内部導入線との相互接続が耐火金属
箔要素を介して行なわれる。したがつて、放電電
極および始動電極両方は発光管部材のピンチシー
ル領域で耐火金属箔要素を介して導入線に相互接
続され、湾曲突起手段は両方のピンチシール領域
内に、好ましくは上記相互接続位置より内側に配
置される。

［好適実施例の説明］ 第１図に、従来の高光度アーク放電ランプに用
いられている発光管部材１０を示す。この従来の
発光管部材１０は、中心軸線１２に心合わせされ
た円筒形状を有し、ピンチシール領域１４および
１６と共に中央の放電室１８を有する。１対の放
電電極２０および２２が放電室１８の両端の中心
に配置され、ランプの長さ方向の中心軸線１２と
ほゞ同軸に延在する。放電電極２０および２２へ
の通常の電気接続は、それぞれピンチシール領域
１４および１６で薄い耐火金属箔要素２４および
２６との相互接続によつて行なわれ、これらの箔
要素２４および２６はそれぞれ内部導入線２８お
よび３０に接続されている。さらに各ピンチシー
ル領域１４および１６には、互に対をなすリリー
フ（relief）突起３２および３４が設けられて、
ピンチシールを最初に形成する際に、発光管の放
電室１８の真直ぐな底端部３６および３６ａに歪
みが生じるのを避けている。図示のリリーフ突起
３２および３４はピンチシール形成作業中に形成
される。すなわち、互に協働するピンチ封止用ジ
ヨー部材の各々の適当な位置に空所を設けて、作
業中に放電室部分の方へ流動する惧れのある溶融
ガラスで上記空所を充満する。図面から明らかな
ように、従来のリリープフ突起は放電室の平坦な
底端部３６および３６ａに沿つた方向に直線的に
延在するが、平坦な底端部と交差する傾斜側部３
６ｂおよび３６ｃを囲むようには延びていない。
したがつて、このような限定された突起は、溶融
ガラス材料が放電室端部をひずませるのを完全に
は阻止できない。

第２図、高光度アーク放電ランプに使用するの
に適当な、この発明の発光管４０の構成を示す。
この発光管４０は、両端のピンチシール領域４２
および４４で中央の放電室部分４６を気密封止
（ハーメチツクシール）した構成である。放電室
４６は円弧状の長さ方向軸線４８に沿つて心合わ
された弓形の形状を有し、さらに湾曲した端部７
２および７２ａを含む。円弧状長さ方向軸線４８
に沿つて１対の放電電極５０および５２が同心配
置され、別の始動電極５４がこの軸線４８からは
ずれて配置されている。これらの電極５０，５
２，５４はすべてそれぞれピンチシール領域で薄
い耐火金属箔要素５６，５８，６０に電気接続さ
れ、これらの箔要素はさらにそれぞれ内部導入線
６２，６４，６６に接続されている。ピンチシー
ル領域４２および４４にはそれぞれ湾曲したリリ
ーフ突起６８および７０が設けられて、ピンチシ
ールを形成する際の過剰な溶融材料の流れをとり
込む。前述した従来の直線状リリーフ突起とは違
つて、ここに図示した湾曲リリーフ突起は放電室
の湾曲端部７２および７２ａと実質的に同じ輪郭
をもつ円弧形状であり、さらに放電室の端部と実
質的に同じ範囲まで延在して該端部を包囲してい
る。したがつて、このような対をなすリリーフ突
起は、過剰な溶融ガラス材料が放電室部分の中へ
流れ込んで、歪みの原因となることに対して有効
な防禦策となることがわかる。このようなリリー
フ突起６８および７０は、放電電極および内部導
入線の相互接続部と放電室４６の湾曲端部７２，
７２ａとの中間に位置し、またさらにリリーフ突
起の湾曲した中心軸線が発光管部材４０の円弧状
中心軸線を実質的に直角に横切るのが望ましいこ
とが明らかである。

この発明の発光管部材は、米国特許第4007397
号および第4581557号に開示された種類のガス放
電媒体を収容する。したがつてガス放電媒体は、
アルゴン、クリプトンなどの希ガスと水銀との混
合物または希ガスと水銀および種々の他の金属物
質、たとえば蒸発性金属ハロゲン化合物とから構
成するのが適当である。このような金属蒸気ラン
プは、ガス放電媒体中にアルカリ金属またはアル
カリ土類金属添加剤を、銅、亜鉛、カドミウム、
ガリウム、インジウム、タリウム、銀、アンチモ
ンおよびこれらの組合わせよりなる群から選ばれ
る金属を含む水銀アマルガム形成性のさらに他の
金属物質とともに含有できる。発光管放電室に
は、さらに、電極活性化用トリウム添加剤や既知
のゲツタなどの他の金属添加剤を種々の目的で封
入することができる。

第３図は、第２図に関連して上述した発光管部
材を用いた代表的な高輝度アーク放電ランプ８０
の正面図である。具体的には、400ワツトの定格
を有し、水平点灯用のメタルハライドランプを図
示してある。ランプ８０はガラス製外側エンベロ
ープ８２を含み、このエンベロープ８２は一端が
ねじ込み式の導電性口金部材８４は固定され、さ
らに他端にはデインプルを設けた係留手段８６が
配置されている。第２図の構成の発光管８８が外
側エンベロープ８２内に、２部分よりなる金属取
付えフレーム（９０および９２）によつて物理的
に懸架されている。取付けフレームの一方の部材
は口金部材８４に設けたランプ端子手段に電気接
続されている。この点に関して、このような電気
接続を行なうため、第１導入線９４および９６が
通常の貫入式ステム９８から、下側の取付けフレ
ーム部材９２を形成する１対の金属支持ロツドま
たはポスト１００および１０２まで延在する。上
側の取付けフレーム９０は、ランプ点灯時にアー
ク放電（図示せず）によりランプ端子手段に接続
されるとき以外は、ランプ端子手段から電気的に
絶縁または隔離されている。下側取付けフレーム
部材９２はクランプ１０４を含み、このクランプ
は発光管８８の下側のピンチシール領域１０６に
固定されている。上側取付けフレーム部材９０の
同様のクランプ１０８が、発光管の上側のピンチ
シール領域１１０に固定され、発光管を物理的に
支持するための構造手段をなしている。このよう
な発光管８８の物理的支持は、上側取付けフレー
ム部材９０の金属アーム１１２を外側エンベロー
プ８２のデインプル端部８６に取付けることで完
了する。

発光管８８は中央の弓形の放電室１１４を含
み、その中に互いに離間した主放電ワイヤ電極１
１６および１１８および始動用ワイヤ電極１２０
が、水銀アマルガムおよび金属ハロゲン化物を含
む適当なガス放電媒体（図示せず）とともに収容
されている。これらはすべて前述した通りであ
る。同じく前述したように、すべてのワイヤ電極
１１６，１１８および１２０はそれぞれ発光管の
ピンチシール領域内の第２導入線１２２，１２２
ａおよび１２２ｂに接続され、第２導入線はそれ
ぞれそこに追加配置された薄い耐火金属箔要素１
２４，１２４ａおよび１２４ｂに接続されてい
る。図示のランプ例には第２導入線１２２，１２
２ａおよび１２２ｂと第１導入線９４および９６
との間の相互電気接続も設けられている。導入線
１２２が湾曲したワイヤ部材１２６により導入線
９６に接続され、残りの導入線１２２ａおよび１
２２ｂが別々に導電性金属条片１２８および１３
０とそれに固着された金属支持ロツド１００およ
び１０２を介して導入線９４および９６にそれぞ
れ接続される。この発明によれば、発光管８８は
さらに、ピンチシール領域１０６および１１０を
最初に（その他の点では通常通りに）形成すると
き、ピンチシール領域１０６および１１０にそれ
ぞれ形成された湾曲突起手段１３２および１３４
を含んでいる。各突起手段１３２および１３４
は、放電室１１４に隣接してそれぞれのピンチシ
ール領域の両側の各主平坦表面上に配置された、
互に反対側に位置する湾曲リリーフ突起の形態で
ある。図面からわかるように、これら各対のリリ
ーフ突起は、発光管部材の円弧状曲線の軸線に実
質的に直交して延びる湾曲した中心軸線を有す
る。

図示例のランプの基本的な動作は、前述した米
国特許第4007397号および第4581557号に既に開示
されている通りに進行する。これらの特許に開示
されているように、この種のランプは外部安定器
により作動され、点灯回路の一部を他の種類の任
意の動作要素とともに、ランプの外側エンベロー
プ内に収容することができる。たとえは、図示例
のランプでは、酸素のようなガスが内部ランプ要
素を酸化する望ましくない事態を避けるため酸素
などのガスを除去するゲツタ手段１３６が、外側
エンベロープ８２内に設けられている。さらに、
ランプ点灯回路の一部を形成する通常の始動用抵
抗手段１３８も外側エンベロープ８２内に収容さ
れている。このような点灯回路によりランプを動
作させて、所定のガス放電媒体で形成された蒸気
を電離し、電極１１６および１１８間にアーク放
電を生成し、照明出力を得る。ランプ内での初期
の電離は始動電極１２０と主電極１１８との間で
生起し、アーク放電が主放電電極間に確立された
ら、バイメタルスイツチ素子１４０が作動して始
動電極の付勢を停止する。この発明による変形発
光管によりランプの大幅な改良が見られる。良好
な試験結果から、一層均一なランプ動作が達成さ
れることが確かめられた。さらに、この発明の発
光管では構造的破裂強さが増加したことが確かめ
られた。しばしばこのような測定に用いた装置の
試験限界を越える程であつた。

上述した説明から明らかなように、この発明に
よれば、高光度アーク放電ランプに用いるのに適
当な弓形発光管部材の歪みを最小にする改良手段
が提供された。しかし、この発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、例示したランプ構造に種々の変更を
加えることができる。たとえば、これらのランプ
には他の既知の口金構造、発光管支持手段、外側
エンベロープ形状および寸法、特別な安定化回
路、その他のランプ変更を採用できる。したがつ
て、本発明は特許請求の範囲によつて限定される
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高光度アーク放電ランプに用い
られている発光管の斜視図である。第２図はこの
発明による代表的な発光管の斜視図である。第３
図は第２図の発光管の組み込んだ高光度アーク放
電ランプの正面図である。 ４０：発光管、４２，４４：ピンチシール領
域、４６：放電室、４８：円弧状の長さ方向軸
線、５０，５２：放電電極、５４：始動電極、５
６，５８，６０：箔要素、６２，６４，６６：内
部導入線、６８，７０：湾曲突起、７２，７２
ａ：湾曲端部、８０：アーク放電ランプ、８２：
外側エンベロープ、８４：口金、８８：発光管、
９０，９２：金属取付けフレーム部材、９４，９
６：第１導入線、９８：ステム、１００，１０
２：支持ロツド、１０６：ピンチシール領域、１
１４：放電室、１１６，１１８：放電電極、１２
０：始動電極、１２２，１２２ａ，１２２ｂ：第
２導入線、１２４，１２４ａ，１２４ｂ：箔要
素、１２６：ワイヤ、１３２，１３４：突起手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 第１導入線に電気接続された端子手段を
   含む口金部材が固着された光透過性外側エンベ
   ロープと、 (b) 上記外側エンベロープ内に封入されていて、
   両湾曲端部を有する中央放電室を含む光透過性
   ガラス質材料の弓形発光管であつて、上記放電
   室の両端部で当該発光管のピンチシール領域に
   おいて封止された放電電極を含み、さらに当該
   発光管から外方へ延在して上記第１導入線に電
   気接続された第２導入線に上記放電電極が電気
   接続され、内部にさらに水銀を含むガス放電媒
   体が封入されている当該弓形発光管とをそな
   え、 (c) 上記発光管にはさらに、湾曲突起手段が上記
   放電室に隣接して各ピンチシール領域に配置さ
   れ、これらの湾曲突起手段は上記ピンチシール
   領域を設けるときに形成されたそれぞれ上記放
   電室の湾曲端部と実質的に同じ形状を有してい
   る、高光度アーク放電ランプ。 ２ 上記湾曲突起手段がそれぞれ上記発光管の弧
   状曲線の中心軸線に実質的に直交する中心湾曲軸
   線を有する請求項１に記載のランプ。 ３ 上記湾曲突起手段が上記各ピンチシール領域
   の対向する両平坦面から外向きに突出している請
   求項１に記載のランプ。 ４ 上記ピンチシール領域が、突起を形成する凹
   所を含むジヨー部材を互いに協働させることによ
   り高温で機械的に形成されてたものである請求項
   ３に記載のランプ。 ５ 上記発光管が石英ガラス製である請求項１に
   記載のランプ。 ６ 上記放電電極が上記ピンチシール領域で薄い
   耐火金属箔要素を介して上記第２導入線に相互接
   続されている請求項５に記載のランプ。 ７ 上記突起手段が上記の相互接続位置より内側
   に位置している請求項６に記載のランプ。 ８ 上記放電電極がさらに始動電極を含む請求項
   １に記載のランプ。 ９ 上記ガス放電媒体が水銀とアルカリ金属また
   はアルカリ土類金属とから形成された水銀アマル
   ガムを含む請求項１に記載のランプ。 １０ 上記ガス放電媒体が水銀と銅、亜鉛、カド
   ミウム、ガリウム、インジウム、タリウム、銀、
   アンチモンおよびこれらの組合わせから選ばれる
   金属とから形成された水銀アマルガムを含む請求
   項１に記載のランプ。 １１ (a) 光透過性ガラス製外側エンベロープ
   が、１対の第１導入線に電気接続された端子手
   段を含むねじ込み式口金部材に固着されてお
   り、 (b) 光透過性ガラス質材料の弓形発光管が対向す
   る湾曲端部を有する中央放電室を含み、この発
   光管が上記外側エンベロープ内に封入され、か
   つ上記第１導入線に電気接続された金属取付け
   フレームにより上記外側エンベロープ内に物理
   的に懸架されており、 (c) 上記発光管には始動電極を含む放電電極が上
   記放電室の両端部で上記発光管のピンチシール
   領域において封止されており、上記放電電極お
   よび始動電極はさらに、上記発光管から外方へ
   延在して上記第１導入線に電気接続された第２
   導入線にそれぞれ電気接続され、上記発光管に
   はさらに水銀アマルガムを含むガス放電媒体が
   封入されており、 (d) 上記発光管にはさらに、湾曲突起手段が上記
   放電室に隣接して上記各ピンチシール領域に配
   置され、これらの湾曲突起手段は上記ピンチシ
   ール領域を設けるときに形成されてそれぞれ上
   記放電室の湾曲端部と実質的に同じ形状を有す
   ると共に、上記湾曲端部とほぼ同範囲に延在し
   ている、高光度アーク放電ランプ。 １２ 上記湾曲手段がそれぞれ上記発光管の弧状
   曲線の中心軸線に実質的に直交する中心軸線を有
   する請求項１１に記載のランプ。 １３ 上記発光管が石英ランプ製である請求項１
   １に記載のランプ。 １４ 上記放電電極および始動電極が上記ピンチ
   シール領域で薄い耐火金属箔要素を介して上記第
   ２導入線に相互接続されている請求項１３に記載
   のランプ。 １５ 上記湾曲突起手段が上記の相互接続位置よ
   り内側に位置している請求項１４に記載のラン
   プ。