熱的に改良されたランプ

专利摘要:
軸部を有するランプの耐用寿命を高める。本発明はランプ内において発生する赤外線６が反射防止コーティング７の助けにより良好にランプ外に放出されるランプのヒートバランスに関する。これは、このコーティング７において、赤外線スペクトル全域に対して可能であり、ガラス球１の表面における赤外線６の入射角に依存しない。本発明によれば、リード線４，５の温度を下げるために、特に、ランプ軸部３の外面がコーティングされる。
公开号:JP2011511404A
申请号:JP2010544595
申请日:2008-02-05
公开日:2011-04-07
发明作者:ヨーゼフ クレル
申请人:オスラム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング；
IPC主号:H01J61-36

专利说明:

[0001] 本発明は、電気的なランプ、例えば高圧ガス放電ランプ又はハロゲン電球に関する。]
背景技術

[0002] ランプ、例えばハロゲン電球又は高圧ガス放電ランプの設計時における重要な基準は、ヒートバランスである。特に、ランプ内において発生する熱放射が重要である。]
[0003] 特に石英ガラスから作られるガラス球でよく使用される構造形態は、リード線が通されている１つ又は２つの軸部を持つ。密封の理由からリード線内には特にモリブデン箔が使用されるが、このモリブデン箔は臨界温度を上回ると酸化により一段と急速に変質する。その他の材料の場合にもランプ部分、特に軸部又はリード線が温度に依存して劣化現象を生じ得る。]
[0004] 温度低減のために軸部の外面に更に高い熱放射率の熱伝導性の良いコーティングを設けることは公知である（例えば、特許文献１参照）。]
先行技術

[0005] 米国特許第６０８４３５２号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0006] 本発明の課題は、軸部を有するランプの耐用寿命を高めることにある。]
課題を解決するための手段

[0007] 本発明は、この課題を、リード線が通されている軸部と軸部の外面の導電性の金属コーティングとを有するガラス球を備えたランプにおいて、コーティングが高々３０ｎｍの膜厚を有し、この膜厚が、ランプ内で発生する赤外線の反射を最小化するように設計されていることを特徴とするランプによって解決する。]
[0008] 更に、本発明は、投射又はフィルム／写真／舞台照明に用いるランプの使用方法に向けられている。]
[0009] 更に、本発明は、このランプを製造するための方法に向けられている。]
[0010] 本発明の異なった観点の好ましい実施態様は従属請求項に記載されており、更に以下の説明から明らかにされている。その際に、本発明の方法的、用途的及び装置的な特徴が個別には区別されていないので、以下の開示はこれらのカテゴリーの全てに関係しているものと理解すべきである。]
[0011] 本発明は、ランプの耐用寿命、特にリード線の耐用寿命を高めるために、ランプのガラス球の温度、特に軸部の温度、特に好ましくは軸端部の温度を低減するという基本的な考え方に基づいている。]
[0012] ランプの点灯時に発生する熱の大部分は赤外線の形の放射熱である。この赤外線をガラス球から外に排出するために、本発明に従って、ガラス球の外面のガラス−空気移行部における透過率をできるだけ高くすることが望ましい。この場合に透過率は、とりわけ、ガラスの屈折率によって、かつ赤外線の伝搬方向とガラス球の表面との間の角度によって条件付けられる。この角度が小さいほど一般に透過が減少し、十分に小さい角度では全反射が生じるので、放射熱がガラス球から外に出て来ない。]
[0013] この状態は、ガラス球の特に軸部の形状に基づいて生じさせられる。その際に、軸部は導波路の如く作用し、赤外線を閉じ込めて、特に温度に敏感な部分、例えばリード線に導く。]
[0014] 軸端部の加熱を低減するために、本発明に従って、軸壁において、広いスペクトル範囲の赤外線について透過を高めるべきである。これは、本発明によれば、軸部外面への導電性のコーティングによって行なわれ、膜厚は、とりわけガラス球のガラスの屈折率及びコーティングの材料に依存して選ばれる。]
[0015] このコーティングの動作原理は、例えば国際特許出願公開第２００６／０８６８０６号明細書に説明されており、抵抗による２つの導波路のインピーダンス整合に似ている。このインピーダンス整合の場合には、２つの導波路の移行部において反射を回避するために、両導波路の間に抵抗が挿入される。このモデル図において、ガラス球とガラス球を取り囲む空間とが整合されるべき導波路であり、本発明によるコーティングがインピーダンス整合を行なう抵抗に相当する。本発明によるコーティングの平面抵抗の値は、赤外線に対して、表面抵抗と空気の波動インピーダンスとの並列回路がガラス球の石英ガラスの波動インピーダンスに相当するように選定される。従って、本発明において、最適な膜厚はコーティングの選択された材料の膜導電性と相関関係にある。]
[0016] 本発明によるコーティングは、特に２色性のコーティングに相当するのではなくて、むしろ膜厚が本発明では赤外線波長の４分の１よりも明らかに小さく選ばれる。このコーティングは、２色性の膜とは違って、赤外線スペクトル範囲全体について赤外線入射角に依存しない高い透過を可能にする。]
[0017] 軸部においては赤外線伝搬方向とガラス球表面との間に小さな角度が生じるので、ここでは本発明によるコーティングが特に有効である。ガラス球の光出射のために用意された領域では、赤外線がガラス球表面に対して殆ど垂直に当たる。この領域では殆ど反射が起きないので、コーティングは赤外線を外に導き出すためには殆ど寄与せず、むしろそれの自己吸収が妨げになり得る。]
[0018] 膜厚は２ｎｍ以上が好ましく、更に好ましくは３ｎｍ以上であり、特別に好ましいケースでは少なくとも４ｎｍである。]
[0019] リード線の密封のための材料としてはモリブデン箔が一般に好んで用いられるが、モリブデン箔は空気との接触面において温度上昇に伴って強く酸化され、それにより密封作用が低下してランプの耐用寿命が制限される。この場合に本発明は特に有利である。しかし、それに加えてモリブデン箔から外に向かうモリブデン線又はその他の金属部分も酸化しやすい。ランプが、リード線を有する２つの軸部を持つ場合には、両軸部がコーティングされるとよい。]
[0020] コーティングのために材料として、特にアルミニウム、白金、イリジウム、タングステン、ニッケル、チタンなどの金属、好ましくはクロム、及びそれらの合金、混合物及び多重層が使用されるとよい。本発明によれば、材料の導電性が必要であるので、列挙した古典的な金属のほかに、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）又は導電性ナノ粒子がコーティングとして同様に考えられ得る。導電材料としては、良好な付着性を有する一様かつ均質な膜として形成することができかつ十分な長期安定性及び温度安定性を持つ物質を選ぶのが適切である。]
[0021] 本発明は、特にハロゲン電球に、及び特に好ましくは高圧ガス放電ランプに、とりわけ高出力用に有利に適用することができる。本発明によるコーティングにより達成されるランプ軸部の温度低減は、ランプの耐用寿命を高めるのに役立つだけでなく、ランプ構造の小型化も可能にする。本発明によって可能な出力／サイズ比の最適化は、例えば投射ランプにとって特に重要である。更に、本発明はフィルム照明、写真照明及び舞台照明においても有利である。これらの応用分野ではランプの高出力化が望まれている。]
[0022] 本発明は、更に、本発明によるコーティングを備えたランプの製造方法に関する。一般に用いられるコーティング形成技法は、吹き付け法、スパッタリング法、蒸着法又は浸漬浴法であり、事前に形成された膜を所望の膜厚まで薄くする方法も含まれる。優れた方法はＩＣＰＥＣＶＤ（＝ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、即ち、プラズマＣＶＤ法である。この方法は、事前に金属水素化物ガスとして供給される金属の析出をプラズマにより制御されたプロセスにて可能にする。このプロセスは、その都度自動的に厚み制限される多数の膜を形成することによって、ガラス球に生じる膜厚の正確な制御を可能にする。]
図面の簡単な説明

[0023] 図１は本発明による高圧ガス放電ランプの概略図である。
図２は従来技術による対比ランプの概略図である。
図３はＩＣＰＥＣＶＤ法の概略図である。
図４は薄いクロム膜の表面抵抗の特性曲線図である。] 図１ 図２ 図３ 図４
実施例

[0024] 以下において本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。その際に開示する特徴は異なった組み合わせでも本発明の構成要件であり、更には本発明の方法、使用及び装置という観点で区別されることなくいずれにも当てはまる。]
[0025] 図１は反射器９を有する本発明による高圧ガス放電ランプの概略図を示す。比較のために図２に反射器１９を有する従来技術によるランプを示す。両ランプのガラス球１，１１は石英ガラスから製作され、夫々２つの軸部３，１３を対向する両側に有する。リード線４，１４が軸部３，１３の端部を通して案内され、反射器９，１９の内部におけるリード線４，１４は延長部１０，２０により反射器９，１９の外側へ導かれている。ガラス球１，１１の封止は、軸部３，１３の内部のリード線４，１４におけるモリブデン箔５，１５のところで行なわれる。] 図１ 図２
[0026] このランプ形式では電極８，１８の間のアーク２，１２が光源である。このアーク２，１２は、矢印によって象徴的に示されている赤外線６，１６の発生源でもある。]
[0027] 図１は、図２におけるランプに追加補足して、ランプの軸部３の外面における本発明によるコーティング７を示している。このコーティングはクロムから成り、クロムは高い融点を持ち、保護酸化膜を形成する。] 図１ 図２
[0028] コーティング７の膜厚は次のように選定されている。即ち、コーティング７の膜抵抗によって、約１．５の屈折率を有するガラス球１の石英ガラスと、ガラス球１を取り巻く約１の屈折率を有する空気との間において、インピーダンス整合が生ぜしめられるように選定されている。約３７７Ωという空気中における赤外線６の波動インピーダンスから、空気及び石英ガラスの屈折率比を介して、石英ガラスにおける約２５１Ω（３７７Ω／１．５）という波動インピーダンスがもたらされる。コーティング７の膜抵抗と空気中での波動インピーダンスとの並列回路に基づいて、即ち、
１／ＺQuarz＝（１／ＲCr）＋（１／ＺLuft）
なる式に基づいて、波動インピーダンスの
ＺQuarz／ＺLuft＝ｎLuft／ｎQuarz
なる比により、ガラス球１の石英ガラスからガラス球１を取り巻く空気中への光学的移行部におけるクロムコーティング７の必要な表面抵抗が次によってもたらされる。
ＲCr＝（ＺLuft・ＺQuarz）／（ＺLuft−ＺQuar）
＝（ＺLuft・ＺLuft／ｎQuarz）／（（ＺLuft−（ＺLuft／ｎQuarz））
＝ＺLuft／（ｎQuarz−１）≒３７７Ω／（１．５−１）＝７５４Ω]
[0029] 薄いクロム膜の表面抵抗をその膜厚に関係させて示す図４から、約７５０Ωなる膜抵抗に対して約５．５ｎｍなる必要膜厚がもたらされる。ランプは、ランプ点灯時のガラス球１の高温のゆえに、ある程度は酸化を覚悟すべきであるので、この実施例では７ｎｍの膜厚を有するコーティング７が形成されている。] 図４
[0030] このコーティング７は、原理的に図２の赤外線１６の進行経過とは異なった図１の赤外線６の進行経過を生じさせる。アーク２，１２から出る赤外線６，１６はガラス球軸部３，１３の表面に対して小さな角度でガラス球軸部３，１３に達する。図２の従来技術によるランプの場合、この小さな角度では軸部１３の外面において赤外線１６の全反射が起きる。赤外線１６は軸部１３から去ることができず、この軸部１３内の後方へ反射され、赤外線１６は、軸部１３の端部で、モリブデン箔を構成部分に含むリード線１４に当たるに至る。この場合に軸部１３は赤外線１６にとって導波路のように作用し、軸部１３の端部に導かれた赤外線１６がリード線１４もしくはモリブデン箔１５の加熱を生じさせる。軸部１３の領域、特にリード線１４及びモリブデン箔１５の領域における加熱は、約３５０℃を上回る温度においてモリブデンの加速された酸化をもたらし、従ってランプの耐用寿命の短縮をもたらす。特にモリブデン箔１５はガラス球１１の封止作用を低下させる。] 図１ 図２
[0031] 図１の本発明によるランプは、赤外線６の明確に相違する進行経過を有する。この相違は、本発明によるクロムのコーティング７によって生じる。図２の従来のランプにおけると同様に、図１の本発明によるランプの赤外線６は軸部３に達し、軸部３の表面に同じ小さな角度で入射する。しかし、軸部３の外面のコーティング７のおかげで赤外線６の大部分が本発明によるランプの軸部３から去る。なぜならば、コーティング７は、軸部３とランプを取り巻く空間との接触面における透過率を十分に高めるからである。特に、軸部３の外側面での赤外線６の全反射が回避され、軸部３が導波路の特性を失う。従って、図１の本発明によるランプの場合には、赤外線６が非常に僅かしか軸３の端部に到達しない。それゆえ、リード線４及びそれのモリブデン箔５に生じる加熱は非常に僅かである。従って、加熱に起因したランプの消耗を明白に低減することができ、もしくはガラス球１の軸部３を短く構成することができる。] 図１ 図２
[0032] 図３は、ＩＣＰＥＣＶＤ法により、金属、この例ではクロムでガラス球をコーティングするための概略構成を示す。この方法においては、析出室２１が真空ポンプ２３により真空にされ、アルゴンプラズマ２４によりガラス球２５上にこの金属をコーティング２７として析出させる目的で、析出室にクロムの金属水素化物ガスが金属水素化物供給管２２を介して注入される。その際に、この方法においてコーティングされるべきでないガラス球２５の範囲は可溶性の保護ラッカー２６により覆われている。] 図３
[0033] それによって、このプロセスは、一様に表面を覆うコーティングが可能であり、膜厚が正確に制御可能であるという点で優れている。石英ガラスからなるガラス球２５の上への金属、ここではクロムの析出は、或る個数の原子層の後に析出プロセスが自動的に停止するように制御されるとよい。プラズマの濃度又は金属水素化物ガスの反応性のような局所的な相違が補償され、コーティング２７の高い均一性が達成される。このプロセスは任意に何度も繰り返すことができるので、同一の金属又は異なった金属の追加的な膜を形成することができる。]
[0034] 更に、この方法によるコーティングの際の高い均一性のおかげで、析出室２１の相応の大きさにおいて一工程で同時に多数のガラス球２５のコーティングを行なうことができ、生産プロセスにおける時間当たりの大きな生産個数のための条件が提供される。]
[0035] １ガラス球
２アーク
３ 軸部
４リード線
５モリブデン箔
６赤外線
７コーティング
８電極
９反射器
１０ リード線延長部
２１析出室
２２金属水素化物供給管
２３真空ポンプ
２４アルゴンプラズマ
２５ ガラス球
２６保護ラッカー
２７ コーティング]

权利要求:

請求項1
リード線（４）が通されている軸部（３）とこの軸部（３）の外面の導電性の金属コーティング（７）とを有するガラス球（１）を備えたランプにおいて、コーティング（７）が高々３０ｎｍの膜厚を有し、この膜厚が、ランプ内で発生する赤外線（６）の反射を最小化するように設計されていることを特徴とするランプ。
請求項2
コーティング（７）が、軸部（３）の領域にだけ形成されている請求項１記載のランプ。
請求項3
膜厚が、少なくとも２ｎｍである請求項１又は２記載のランプ。
請求項4
軸部（３）内でのリード線（４）が、モリブデン箔を有する請求項１乃至３のいずれか１つに記載のランプ。
請求項5
コーティング（７）の材料が、クロム、白金、イリジウム、タングステン、ニッケル、チタン及びそれらの合金、混合物及び多重層からなるグループの中から選定されている請求項１乃至４のいずれか１つに記載のランプ。
請求項6
光発生場所（２）を挟んで、互いに反対側に２つの軸部（３）を備えた請求項１乃至５のいずれか１つに記載のランプ。
請求項7
高圧ガス放電ランプである請求項１乃至６のいずれか１つに記載のランプ。
請求項8
投射に用いる請求項１乃至７のいずれか１つに記載のランプの使用方法。
請求項9
フィルム／写真／舞台照明に用いる請求項１乃至７のいずれか１つに記載の使用方法。
請求項10
リード線（４）が通されているランプ軸部（３）の外面に導電性の金属コーティング（７）を、高々３０ｎｍの膜厚が得られるように形成し、膜厚が、ランプ内で発生する赤外線（６）の反射を最小化するように設計されている請求項１乃至７のいずれか１つに記載のランプを製造するための方法。
請求項11
コーティングが、ＩＣＰＥＣＶＤ法により行なわれる請求項１０記載の方法。