高圧緩衝ガスを有するメタルハライド放電ランプ
【課題】簡単な手段で高電力用に設計された安定器での点弧が可能である金属ハロゲン化物の封入物及びＨｇ並びに希ガスを有する高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】この高圧放電ランプは、金属ハロゲン化物の封入物を有し、ハロゲンとしてヨウ素又は臭素が使用される。それに加えて、希ガス及びＨｇが使用される。希ガスの冷間封入圧は４ｂａｒ〜８ｂａｒの範囲にある。この種のランプは、５ｍｓまでの持続時間中、電流零位相から保護されている。
【解決手段】この高圧放電ランプは、金属ハロゲン化物の封入物を有し、ハロゲンとしてヨウ素又は臭素が使用される。それに加えて、希ガス及びＨｇが使用される。希ガスの冷間封入圧は４ｂａｒ〜８ｂａｒの範囲にある。この種のランプは、５ｍｓまでの持続時間中、電流零位相から保護されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文による高圧放電ランプに関する。この種のランプは、特に、セラミック放電管を有する高圧放電ランプであり、或いは一般照明用の石英ガラス管を有する高圧放電ランプでもある。
【背景技術】
【０００２】
金属ハロゲン化物の封入物がセラミック放電管と一緒に使用される高圧放電ランプは公知である（例えば、特許文献１参照）。更に、この封入物は通常２５０ｍｂａｒの冷間封入圧を有するＨｇ及び希ガスを含む。
【０００３】
立下り位相制御(Phasenabschnittssteuerung)は公知である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際特許出願公開第９８／２５２９４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００５００９９４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、より高い電力用に設計された安定器での点灯が簡単な手段にて可能である、金属ハロゲン化物の封入物及びＨｇ並びに希ガスを有する高圧放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴事項によって解決される。
【０００７】
特別に有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
この種のランプにおける電力低減は、一般に電力抑制（Leistungsaustastung）により実現される。このための通常の手段は立下り位相制御である。このために時間的に可変の電力供給に、長いまたは短い電流零位相が挿入される。この電流零位相の終端で再びランプに電流が流れなければならない。しかし、この零位相の期間中にプラズマが冷却し、それによりプラズマの電気伝導率が低下し又はかなり失われ、従って、これは永続的な再点弧過程を意味する。これは電圧に関してそれに対応した再点弧ピークにつながる。この再点弧電圧が、（電源系統電圧から導入された）、供給された外部電圧よりも高い場合には、ランプが消える結果となる。
【０００９】
電流の回復時における再点弧ピークの原因は、冷却にともなう電気伝導率の低下にある。この低下は非常に顕著である。なぜならば、金属ハロゲン化物の封入物が遊離ハロゲンを含むからである。遊離ハロゲンは、高い電気陰性度のにより、非常に電子吸着性が強く、とりわけこのことはヨウ素及び臭素に当てはまる。
【００１０】
これに対して、例えば高圧水銀ランプ又は高圧ナトリウムランプのようなハロゲンなしにすませるランプ形式の場合には、この問題は発生しない。
【００１１】
本発明は、ハロゲンを含む封入物の場合にも電力抑制を可能にするために、希ガスを高圧下で緩衝ガスとして使用することを提案する。この場合に圧力は４〜８ｂａｒの範囲にすべきである。好ましくは冷間封入圧が５〜７ｂａｒであるとよく、希ガスとしては、とりわけアルゴン、クリプトン、ネオン及びこれらからなる混合物が適している。それらは、キセノンに比べて低い再点弧ピークを可能にする。それらは、さらに明らかに低コストである。
【００１２】
Ｈｇの典型的な含有量は、２５〜２００μｍｏｌ／ｃｍ3、従って５〜４０ｍｇ／ｃｍ3のＨｇである。
【００１３】
希ガスの働きは、ここでは、高圧下のキセノンに関して以前から知られているように瞬間点灯を提供することではなく、プラズマの絶対熱容量を大幅にに高め、しかも同時に熱伝導率を僅かな程度だけ高めることである。
【００１４】
この措置により、電流零位相の期間中におけるプラズマの冷却が低減される。従って、電気伝導率の低下が少なくなる。電流零位相の終端での再点弧電圧が低減される。
【００１５】
上記対策により、設備の改装として、例えば道路照明において使用されている従来の高圧水銀ランプの代わりに使用されるメタルハライドランプを提供することができる。これらの新式のランプは、高圧水銀ランプ又は高圧ナトリウムランプに比べて明らかに改良された演色を持ち、その上、より高い効率を持つ。
【００１６】
好ましくは、放電管が、ＰＣＡやＹＡＧ、ＡｌＮ、又はＡｌＹＯ3のようなアルミニウムを含有するセラミックスから成るとよい。しかし、それは石英ガラスから成っていてもよい。両者は従来技術から公知である。封入物の金属の選択も特別に制限されていない。典型的な金属は希土類金属、Ｎａ及びタリウムである。
【００１７】
新たに提案した構想は金属ハロゲン化物の封入物を有する放電管を備えた混合光ランプにも適している。この場合には、フィラメントがコイルの代わりに直列インピーダンスとして使用される。
【００１８】
電力低減は、９５％から５５％に至るまでの範囲内において選ばれることが好ましい。電力抑制としては逆位相制御が使用されるが、しかし他の構想も排除されていない。供給される電圧は普通の交流電圧であり、典型的には正弦波及び矩形電圧である。更に、この構想は、発展途上国において発生し得るような電源系統の短時間停電に対する保護に適している。
【００１９】
本発明による構想は、とりわけ１５〜４００Ｗの範囲内の小電力ランプに適している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は放電管を有する高圧放電ランプを示す概略図である。
【図２】図２は逆位相制御の原理を示す波形図である。
【図３】図３は逆位相制御の持続時間に依存した再点弧ピークを示す波形図である。
【図４】図４は異なるランプ形式（４ａ）及び（４ｂ）について再点弧電圧を抑制時間(Austastzeit)の関数として示す特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下において、本発明を幾つかの実施例に基づいて更に詳細に説明する。
【００２２】
図１は概略的にメタルハライドランプ１を示す。これは、セラミックス製の放電管２から成り、この放電管内に２つの電極が挿入されている（見えない）。この放電管は１つの中央部５と２つの端部４とを持つ。これらの端部には２つの封止部６が設けられ、これらの封止部はここでは毛細管として実施されている。放電管及び封止部はＰＣＡのような材料から一体的に作られている。
【００２３】
放電管２は外管７によって包囲されている。放電管２は、外管内において、短いリード１１ａと長いリード１１ｂとを含む支持構造部により支持されている。
【００２４】
放電管は、典型的にはＨｇ（１５ｍｇ／ｃｍ3）と５〜３０ｍｇ／ｃｍ3の金属ヨウ化物とを含む封入物を有する。このヨウ化物は、部分的に又は完全に臭化物によって置換可能である。典型的な封入物は、金属としてＮａ，Ｄｙ，Ｔｍ，Ｃｅ及びタリウムを有する。希ガスとして、冷間で６ｂａｒの圧力下にあるクリプトンが使用される。
【００２５】
図２は、概略的に、５０〜１００％の立下り位相制御が適用される正弦波交流源（曲線ｄ）を時間ｔ（単位：ｍｓ）の関数として示す。曲線ｃは９５％、曲線ｂは５５％、そして曲線ａは５０％を代表している。電流Ｉ（単位：アンペア）の波高値が零電流位相区間の持続時間の増大にともなって増大し、曲線ａの場合に最大であるので、光束における落ち込みを受ける必要がない。
【００２６】
図３は、図２の関係について、高い希ガス圧のない従来のランプにおけるランプ電圧（単位：ボルト）の再点弧特性への零電流位相の持続時間の影響を例示する。零電流位相のない場合（曲線ｄ）、又は零電流位相の少ない場合（曲線ｃ）には、電圧経過が特異性を示さない。全位相期間の約０〜５０％の範囲にある零電流位相が増すにつれて再点弧ピークＵmaxが明白に増大する（曲線ｂ及びａ）。
【００２７】
しかし、約５ｍｓまでの零電流位相の絶対時間は、希ガスの高い冷間封入圧によって良好に短絡される。長い零電流位相にもかかわらず再点弧ピークが形成されない（曲線ｆ）。
【００２８】
図４は、異なるランプ形式についての抑制時間（単位：ｍｓ）の関数としての再点弧電圧（単位：Ｖ）の上昇を示す。図４ａにおいては、低い希ガス圧（２５０ｍｂａｒ）を有するメタルハライドランプＭＨ（７０Ｗ出力）の従来の封入物における特性が示されている（曲線ＭＨ）。この場合に、再点弧ピークが２ｍｓ足らずの後に、系統電源電圧において再点弧の閾値である３３０Ｖの臨界値に達する。
【００２９】
更に、図４ａは、ハロゲン含有封入物欠如によるために問題がない典型的な高圧ナトリウムランプ（曲線ＮＡＨ）についての関係を示す。このランプでは、予想どおりに殆ど全く再点弧電圧の上昇が認められない。
【００３０】
図４ｂにおける本発明による封入物（曲線ＭＨ３５ワット、６ｂａｒアルゴン）の場合には、２ｂａｒ希ガス圧を有する封入物（曲線ＭＨ３５ワット２ｂａｒアルゴン）と違って、５ｍｓ後も、まだこの臨界値に到達しない。
【００３１】
この具体的な実施例において、５ｍｓの時間枠は、下に向かって最大限５５％までの抑制（Austastung）の際に発生し得る零電流位相の最大値である。従って、最大限の抑制にもかかわらず次の位相において確実な再点弧が保証される。
【符号の説明】
【００３２】
１ メタルハライドランプ
２ 放電管
４ 端部
５ 中央部
６ 封止部
７ 外管
１１ａ リード
１１ｂ リード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文による高圧放電ランプに関する。この種のランプは、特に、セラミック放電管を有する高圧放電ランプであり、或いは一般照明用の石英ガラス管を有する高圧放電ランプでもある。
【背景技術】
【０００２】
金属ハロゲン化物の封入物がセラミック放電管と一緒に使用される高圧放電ランプは公知である（例えば、特許文献１参照）。更に、この封入物は通常２５０ｍｂａｒの冷間封入圧を有するＨｇ及び希ガスを含む。
【０００３】
立下り位相制御(Phasenabschnittssteuerung)は公知である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際特許出願公開第９８／２５２９４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００５００９９４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、より高い電力用に設計された安定器での点灯が簡単な手段にて可能である、金属ハロゲン化物の封入物及びＨｇ並びに希ガスを有する高圧放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴事項によって解決される。
【０００７】
特別に有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
この種のランプにおける電力低減は、一般に電力抑制（Leistungsaustastung）により実現される。このための通常の手段は立下り位相制御である。このために時間的に可変の電力供給に、長いまたは短い電流零位相が挿入される。この電流零位相の終端で再びランプに電流が流れなければならない。しかし、この零位相の期間中にプラズマが冷却し、それによりプラズマの電気伝導率が低下し又はかなり失われ、従って、これは永続的な再点弧過程を意味する。これは電圧に関してそれに対応した再点弧ピークにつながる。この再点弧電圧が、（電源系統電圧から導入された）、供給された外部電圧よりも高い場合には、ランプが消える結果となる。
【０００９】
電流の回復時における再点弧ピークの原因は、冷却にともなう電気伝導率の低下にある。この低下は非常に顕著である。なぜならば、金属ハロゲン化物の封入物が遊離ハロゲンを含むからである。遊離ハロゲンは、高い電気陰性度のにより、非常に電子吸着性が強く、とりわけこのことはヨウ素及び臭素に当てはまる。
【００１０】
これに対して、例えば高圧水銀ランプ又は高圧ナトリウムランプのようなハロゲンなしにすませるランプ形式の場合には、この問題は発生しない。
【００１１】
本発明は、ハロゲンを含む封入物の場合にも電力抑制を可能にするために、希ガスを高圧下で緩衝ガスとして使用することを提案する。この場合に圧力は４〜８ｂａｒの範囲にすべきである。好ましくは冷間封入圧が５〜７ｂａｒであるとよく、希ガスとしては、とりわけアルゴン、クリプトン、ネオン及びこれらからなる混合物が適している。それらは、キセノンに比べて低い再点弧ピークを可能にする。それらは、さらに明らかに低コストである。
【００１２】
Ｈｇの典型的な含有量は、２５〜２００μｍｏｌ／ｃｍ3、従って５〜４０ｍｇ／ｃｍ3のＨｇである。
【００１３】
希ガスの働きは、ここでは、高圧下のキセノンに関して以前から知られているように瞬間点灯を提供することではなく、プラズマの絶対熱容量を大幅にに高め、しかも同時に熱伝導率を僅かな程度だけ高めることである。
【００１４】
この措置により、電流零位相の期間中におけるプラズマの冷却が低減される。従って、電気伝導率の低下が少なくなる。電流零位相の終端での再点弧電圧が低減される。
【００１５】
上記対策により、設備の改装として、例えば道路照明において使用されている従来の高圧水銀ランプの代わりに使用されるメタルハライドランプを提供することができる。これらの新式のランプは、高圧水銀ランプ又は高圧ナトリウムランプに比べて明らかに改良された演色を持ち、その上、より高い効率を持つ。
【００１６】
好ましくは、放電管が、ＰＣＡやＹＡＧ、ＡｌＮ、又はＡｌＹＯ3のようなアルミニウムを含有するセラミックスから成るとよい。しかし、それは石英ガラスから成っていてもよい。両者は従来技術から公知である。封入物の金属の選択も特別に制限されていない。典型的な金属は希土類金属、Ｎａ及びタリウムである。
【００１７】
新たに提案した構想は金属ハロゲン化物の封入物を有する放電管を備えた混合光ランプにも適している。この場合には、フィラメントがコイルの代わりに直列インピーダンスとして使用される。
【００１８】
電力低減は、９５％から５５％に至るまでの範囲内において選ばれることが好ましい。電力抑制としては逆位相制御が使用されるが、しかし他の構想も排除されていない。供給される電圧は普通の交流電圧であり、典型的には正弦波及び矩形電圧である。更に、この構想は、発展途上国において発生し得るような電源系統の短時間停電に対する保護に適している。
【００１９】
本発明による構想は、とりわけ１５〜４００Ｗの範囲内の小電力ランプに適している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は放電管を有する高圧放電ランプを示す概略図である。
【図２】図２は逆位相制御の原理を示す波形図である。
【図３】図３は逆位相制御の持続時間に依存した再点弧ピークを示す波形図である。
【図４】図４は異なるランプ形式（４ａ）及び（４ｂ）について再点弧電圧を抑制時間(Austastzeit)の関数として示す特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下において、本発明を幾つかの実施例に基づいて更に詳細に説明する。
【００２２】
図１は概略的にメタルハライドランプ１を示す。これは、セラミックス製の放電管２から成り、この放電管内に２つの電極が挿入されている（見えない）。この放電管は１つの中央部５と２つの端部４とを持つ。これらの端部には２つの封止部６が設けられ、これらの封止部はここでは毛細管として実施されている。放電管及び封止部はＰＣＡのような材料から一体的に作られている。
【００２３】
放電管２は外管７によって包囲されている。放電管２は、外管内において、短いリード１１ａと長いリード１１ｂとを含む支持構造部により支持されている。
【００２４】
放電管は、典型的にはＨｇ（１５ｍｇ／ｃｍ3）と５〜３０ｍｇ／ｃｍ3の金属ヨウ化物とを含む封入物を有する。このヨウ化物は、部分的に又は完全に臭化物によって置換可能である。典型的な封入物は、金属としてＮａ，Ｄｙ，Ｔｍ，Ｃｅ及びタリウムを有する。希ガスとして、冷間で６ｂａｒの圧力下にあるクリプトンが使用される。
【００２５】
図２は、概略的に、５０〜１００％の立下り位相制御が適用される正弦波交流源（曲線ｄ）を時間ｔ（単位：ｍｓ）の関数として示す。曲線ｃは９５％、曲線ｂは５５％、そして曲線ａは５０％を代表している。電流Ｉ（単位：アンペア）の波高値が零電流位相区間の持続時間の増大にともなって増大し、曲線ａの場合に最大であるので、光束における落ち込みを受ける必要がない。
【００２６】
図３は、図２の関係について、高い希ガス圧のない従来のランプにおけるランプ電圧（単位：ボルト）の再点弧特性への零電流位相の持続時間の影響を例示する。零電流位相のない場合（曲線ｄ）、又は零電流位相の少ない場合（曲線ｃ）には、電圧経過が特異性を示さない。全位相期間の約０〜５０％の範囲にある零電流位相が増すにつれて再点弧ピークＵmaxが明白に増大する（曲線ｂ及びａ）。
【００２７】
しかし、約５ｍｓまでの零電流位相の絶対時間は、希ガスの高い冷間封入圧によって良好に短絡される。長い零電流位相にもかかわらず再点弧ピークが形成されない（曲線ｆ）。
【００２８】
図４は、異なるランプ形式についての抑制時間（単位：ｍｓ）の関数としての再点弧電圧（単位：Ｖ）の上昇を示す。図４ａにおいては、低い希ガス圧（２５０ｍｂａｒ）を有するメタルハライドランプＭＨ（７０Ｗ出力）の従来の封入物における特性が示されている（曲線ＭＨ）。この場合に、再点弧ピークが２ｍｓ足らずの後に、系統電源電圧において再点弧の閾値である３３０Ｖの臨界値に達する。
【００２９】
更に、図４ａは、ハロゲン含有封入物欠如によるために問題がない典型的な高圧ナトリウムランプ（曲線ＮＡＨ）についての関係を示す。このランプでは、予想どおりに殆ど全く再点弧電圧の上昇が認められない。
【００３０】
図４ｂにおける本発明による封入物（曲線ＭＨ３５ワット、６ｂａｒアルゴン）の場合には、２ｂａｒ希ガス圧を有する封入物（曲線ＭＨ３５ワット２ｂａｒアルゴン）と違って、５ｍｓ後も、まだこの臨界値に到達しない。
【００３１】
この具体的な実施例において、５ｍｓの時間枠は、下に向かって最大限５５％までの抑制（Austastung）の際に発生し得る零電流位相の最大値である。従って、最大限の抑制にもかかわらず次の位相において確実な再点弧が保証される。
【符号の説明】
【００３２】
１ メタルハライドランプ
２ 放電管
４ 端部
５ 中央部
６ 封止部
７ 外管
１１ａ リード
１１ｂ リード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容積を包囲する放電管を備え、金属ハロゲン化物と、水銀と、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの群から選ばれた希ガスとを含んだ封入物が放電容積内に収容されている系統電圧で点灯される高圧放電ランプにおいて、
前記封入物がヨウ素及び臭素なるハロゲンのうち少なくとも１つを含んでいて、前記希ガスの冷間封入圧が４〜８ｂａｒの範囲に選ばれていることによって電圧供給中における零電流位相が短絡されることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記零電流位相が、意図的に、下に向かって電源系統電圧の全位相期間の５５％まで達する電力抑制によって調整可能であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記電力抑制が、立下り逆位相制御によって得られることを特徴とする請求項２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記希ガスが、アルゴン、クリプトン又はネオンであることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記希ガスの冷間封入圧が、５〜７ｂａｒの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
Ｈｇの含有量が、５〜４０ｍｇ／ｃｍ3の範囲に選ばれていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記放電管が、セラミックスから作られていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記ランプが、道路照明用の後から取り付けられるランプであることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
前記零電流位相が、５ｍｓまでの持続時間に及ぶことを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１】
放電容積を包囲する放電管を備え、金属ハロゲン化物と、水銀と、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの群から選ばれた希ガスとを含んだ封入物が放電容積内に収容されている系統電圧で点灯される高圧放電ランプにおいて、
前記封入物がヨウ素及び臭素なるハロゲンのうち少なくとも１つを含んでいて、前記希ガスの冷間封入圧が４〜８ｂａｒの範囲に選ばれていることによって電圧供給中における零電流位相が短絡されることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記零電流位相が、意図的に、下に向かって電源系統電圧の全位相期間の５５％まで達する電力抑制によって調整可能であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記電力抑制が、立下り逆位相制御によって得られることを特徴とする請求項２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記希ガスが、アルゴン、クリプトン又はネオンであることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記希ガスの冷間封入圧が、５〜７ｂａｒの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
Ｈｇの含有量が、５〜４０ｍｇ／ｃｍ3の範囲に選ばれていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記放電管が、セラミックスから作られていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記ランプが、道路照明用の後から取り付けられるランプであることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
前記零電流位相が、５ｍｓまでの持続時間に及ぶことを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１１−５２６４１１（Ｐ２０１１−５２６４１１Ａ）
【公表日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１５２７９（Ｐ２０１１−５１５２７９）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５６９３２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０００５６２
【国際公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（５０８０９６７０３）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 (92)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５６９３２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０００５６２
【国際公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（５０８０９６７０３）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 (92)
【Ｆターム（参考）】
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