CN117936360A

CN117936360A - 放电灯

Info

Publication number: CN117936360A
Application number: CN202310182285.4A
Authority: CN
Inventors: 小平宏; 酒井规行
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2023-02-20
Publication date: 2024-04-26
Also published as: KR20240057960A; JP7193676B1; JP2024062715A

Abstract

一种放电灯，其在电极表面施加了能够在灯点亮期间有效地发挥涂层功能的涂层。在放电灯(10)中，在电极(30)的主体部(34)的表面形成了涂层(44)，使钨颗粒以散布、分散的方式附着于涂层(44)的表面。而且，钨颗粒的附着量具有沿着电极轴C越靠近电极前端侧越多的浓度分布。

Description

放电灯

技术领域

本发明涉及短弧型放电灯等放电灯，特别是涉及电极表面的涂层。

背景技术

放电灯在点亮时，电极前端部变为高温，钨等电极材料熔融、蒸发，放电管黑化，导致灯照度降低。为了防止包括电极前端部在内的电极的过热，例如，通过螺纹状的槽增大电极主体部侧面的表面积，并在该槽上烧结钨的粉末，形成散热层(参见专利文献1)。

另外，已知有使散热部件烧结于电极主体部的放电灯(参见专利文献2)。在此，使由热传导性比电极主体部高的陶瓷材料构成的中空圆筒状的散热部件烧结于电极主体，并从电极侧面侧散热，由此抑制电极温度的上升。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-306546号公报

专利文献2：日本特开2008-186790号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在灯点亮期间，电极材料(例如钨等)的一部分因电极过热而蒸发，该蒸发物的一部分附着于电极表面。这在电极表面是由陶瓷材料构成的散热部件表面形成的情况下也是相同的。这样的电极材料向电极表面的附着导致由陶瓷材料带来的散热功能降低。

因此，要求提供一种能够在灯点亮期间有效地发挥从电极表面散热的功能的放电灯。

用于解决课题的手段

作为本发明的一个方式的放电灯具备放电管和在放电管内相向配置的一对电极，在至少一个电极中，在电极主体部表面的至少一部分形成包含陶瓷并在层表面附着有钨的涂层，在涂层中，附着于靠近电极前端侧的部位的钨的附着量比附着于靠近电极支撑棒侧的部位的钨的附着量相对多。

涂层的形成位置各种各样，例如，涂层可以以跨越电极的轴向中央部分的方式形成于电极主体部表面。在该情况下，可以构成为附着于比轴向中央部分靠电极前端侧的层表面的钨的附着量多于附着于比轴向中央部分靠电极支撑棒侧的层表面的钨的附着量。

在电极前端侧与电极支撑棒侧之间设置不同的钨的附着量的方法可以是各种方式，可以具有规定的浓度分布。例如，在涂层中，能够以具有钨的附着量从电极支撑棒侧起朝向电极前端侧逐渐增多那样的渐变的方式确定钨的附着量。

作为涂层，包括包含1种或多种陶瓷作为原材料的单层涂层和多层涂层。另外，关于多层涂层，构成为各层包含1种陶瓷、或者包含多种陶瓷作为原材料。

多层涂层的构成各种各样，例如可以构成为在1个涂层(例如最下层)中包含陶瓷和电极原材料(钨、钼等)，另一方面在其他涂层(例如形成于最下层之上的涂层)中仅包含陶瓷成分、或者包含陶瓷和电极原材料以外的成分。或者，也可以构成为沿着灯轴方向在电极前端侧和后端侧改变了成分的多层涂层。

涂层中所含的陶瓷由氮化物、氧化物、硼化物、碳化物、硅化物中的至少任意一种构成即可。即，可以由氮化物、氧化物、硼化物、碳化物、硅化物中的任意一种陶瓷、或2种以上的陶瓷构成。

例如，陶瓷可以由氮化硅、氮化铝、氮化锆、氧化铝、氧化锆、碳化锆、碳化硅、硅化钽、硼化锆中的至少任意一种构成。

关于涂层，可以设为彩色。例如，可以通过在0.2＜N/Zr＜0.9的范围内调整氮化锆中的氮与锆的原子浓度之比来形成彩色。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够在灯点亮期间有效地发挥散热功能的放电灯。

附图说明

图1是作为本实施方式的放电灯的示意性俯视图。

图2是局部地表示本实施方式的电极的示意性俯视图。

图3是表示实施例和比较例的照度维持率的曲线图。

具体实施方式

短弧型放电灯10是能够输出高亮度的光的大型放电灯，具备透明的石英玻璃制的近球状放电管(发光管)12，在放电管12内，相向(同轴)地配置了钨制的一对电极20、30。在放电管12的两侧，石英玻璃制的密封管13A、13B与放电管12连接设置，一体地形成。在放电管12内的放电空间DS中封入有水银和卤素、氩气等稀有气体。

作为阴极的电极20由电极支撑棒17A支撑。在密封管13A内密封有插通了电极支撑棒17A的玻璃管(未图示)、与外部电源连接的引线棒15A、将电极支撑棒17A与引线棒15A连接的金属箔16A等。对于作为阳极的电极30，也同样地密封有插通了电极支撑棒17B的玻璃管(未图示)、金属箔16B、引线棒15B等装配部件。另外，在密封管13A、13B的端部分别安装有灯座19A、19B。

若对一对电极20、30施加电压，则在电极20、30之间产生电弧放电，光朝向放电管12的外部辐射。在此，投入1kW以上的电力。从放电管12辐射的光被反射镜(未图示)引导向规定方向。

图2是局部地表示电极(阳极)30的示意性俯视图。需要说明的是，对于电极(阴极)20也可以采用同样的结构。

电极30具有电极前端面32T，由成为锥形形状的部分(下文中称为前端侧锥部)32和与电极支撑棒17B相连的柱状部分(下文中称为主体部)34构成。电极30可以由钨、钼或它们的合金等构成。在此，电极30一体地构成。

在主体部34的侧面34S形成有涂层44。在此，遍及主体部34整体、即从主体部34的电极前端侧端部34E1起到电极支撑棒侧端部(在图2中未图示)形成有涂层44。需要说明的是，在图2中，用斜线表示涂覆的部分。

涂层44构成为包含具有热性能(包括耐热性、散热性)的陶瓷的涂层。特别优选为2000℃以上的高熔点，作为陶瓷，可以由氮化锆(ZrN)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)等氮化物、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO2)等氧化物、碳化锆(ZrC)、碳化硅(SiC)等碳化物、硅化钽(TaSi₂)等硅化物、或硼化锆(ZrB₂)等硼化物构成，或者也可以由它们中的至少2种以上的组合构成。

在此，由氮化锆或碳化锆构成的陶瓷、或由这两者构成的陶瓷包含在涂层44中。需要说明的是，在涂层44中也可以含有钨、钼等与电极30相同的金属。

基于氮化锆的特性，涂层44被视觉辨认为彩色的侧面区域。即，识别为与电极基体不同的颜色。因此，容易从外观确认颜色不均、膜的情况，能够在不进行辐射率测定、点亮实验的情况下检查涂层44是否适当地形成。

例如，如果氮化锆中的氮与锆的原子浓度之比为0.2＜N/Zr＜0.9的范围，则涂层44形成为茶系颜色的彩色。需要说明的是，原子浓度之比可以通过利用例如能量分散型X射线分析(EDS)对主体部34的表面进行测定、分析来确定。

在涂层44的表面(下文中称为层表面)附着有钨的颗粒(参见符号W)。在此，遍及涂层44的层表面整体而散布(分散)。而且，关于涂层44的层表面上的钨颗粒的附着，其附着量构成为沿着电极轴C从主体部34的电极支撑棒侧端部朝向电极前端侧端部34E1逐渐变多。

换言之，散布(分散)的钨的沿着电极轴C的浓度从电极支撑棒侧端部起越靠近电极前端侧端部34E1则越高，形成接近渐变的浓度分布。在图2中，通过扩大部(附图标记A1、A2)示意性地示出钨颗粒的附着量(浓度)的差异。

通过设置使这样的钨颗粒的附着量朝向电极前端侧逐渐增加的涂层44，能够抑制灯点亮期间的涂层44的散热功能的降低。以下，对此进行说明。

如上所述，短弧型放电灯10的阳极30构成为包含钨作为电极原材料。因此，在灯点亮期间，电极30变为高温，因此作为电极30的成分的钨部分蒸发。蒸发的钨沿着放电管12内的气体(参见符号F)的对流而移动，其中的一部分附着于涂层44的层表面。

另一方面，附着于涂层44的钨颗粒是与作为电极原材料的钨不同的物质，因此不会与原材料(母材)成为一体，只不过是停留在附着程度，因此结合弱。因此，关于预先在涂层44的层表面以具有浓度分布的方式附着的钨颗粒，由于灯点亮引起的电极30的高温化，其一部分蒸发。然后，蒸发的钨的一部分附着于涂层44的层表面。

在此，附着于涂层44的层表面的钨颗粒是否结晶生长，取决于整体的系统是否在热力学上向稳定的方向前进，需要处于是否稳定化的分界线的临界核变为稳定核，进行结晶生长。临界核之中变为稳定核的钨的产生频度与结晶生长有很大关系。

如上所述，在涂层44的层表面，构成为越靠近电极前端侧，钨颗粒的附着量越多。因此，从电极30蒸发的钨也是越靠近电极前端侧越多。即，涂层44的层表面附近的钨的浓度高。钨浓度越高，到达涂层44的层表面的钨形成稳定核的概率越高。这意味着，在涂层44的层表面，越靠近电极前端侧，稳定核越多。

而且，形成于涂层44的层表面的稳定核越多，则被吸引至层表面而吸附的钨颗粒再次蒸发而离去的概率越低，在层表面稳定。其结果，结晶生长变快，生长旺盛，钨浓度变高。附着的钨的沿着电极轴C的浓度分布成为与灯点亮前大致同等的浓度分布、即渐变的浓度分布。

越靠近电极30的电极支撑棒侧，钨颗粒的附着量越少。因此，涂层44发挥其散热功能，抑制辐射率的降低。另一方面，越靠近电极30的电极前端侧，钨颗粒的附着量越多，由此带来抑制蒸发的钨随着放电管12内的气体的流动而附着于放电管12的内壁而黑化的效果。

如以上说明的那样，在本实施方式的放电灯10中，在电极30的主体部34的表面形成涂层44，使钨颗粒以散布、分散的方式附着于涂层44的表面。而且，钨颗粒的附着量具有沿着电极轴C越靠近电极前端侧越多的浓度分布。

在本实施方式中，将涂层44形成于电极30的主体部34的整个表面，但也可以在一部分表面形成涂层44。如果考虑在短弧型放电灯10呈直线状(沿着铅垂方向)配置的状态下产生气体的对流，则只要形成沿着电极30的主体部34的电极轴C跨越中央部CL的涂层44即可。另一方面，也可以在比中央部CL靠电极前端侧形成涂层44。

需要说明的是，不仅是以具有渐变那样的浓度分布的方式使钨附着于涂层44的层表面的构成，也可是除此以外的变型。只要在形成有涂层44的层表面的表面区域中，使相对靠近电极前端侧的部位的钨附着量多于相对靠近电极支撑棒侧的部位的钨附着量即可。例如，可以构成为中央部CL附近的钨附着量比靠近电极支撑棒侧的部位多。需要说明的是，粒径不需要为定值，例如可以构成为在约0.1～20μm之间。例如，也可以构成为沿着电极轴C越靠近电极前端侧附着粒径越大的钨，越靠近电极支撑棒侧则附着越小的钨。

这样的放电灯的电极30可以如下制造。

首先，对具有柱状的主体部和前端侧锥部的电极进行成型。接着，通过涂覆形成涂层。使钨颗粒附着于层表面的方法可以是任意的方法。例如，使钨粉末分散在溶剂中，通过将其喷雾而使钨附着。可以通过改变钨量并进行分步喷雾来调整浓度分布。此外，还可以采用撒上钨粉末的方法、在改变了钨浓度的溶剂中浸渍的方法等。

也可以在涂层44上重叠其他成分的涂层来形成多层涂层。例如，可以以在由氮化锆构成的下层含有钨颗粒、钼颗粒等，并在同样由氮化锆构成的表层不含有钨颗粒、钼颗粒的方式形成改变了组成的多层，也可以在由碳化锆构成的涂层上形成由氮化锆构成的涂层，从而形成原材料不同的多层。也可以构成为在多层中的任意的涂层中含有陶瓷。

可以通过扩散接合等固相接合将具有前端侧锥部32的部件与具有主体部34的部件接合来构成电极30。另外，也可以藉由中间部件进行接合。

也可以在主体部34的侧面34S或者锥部侧面32S设置散热构造。散热结构与基体表面、即特意未采用特别的散热结构的表面相比辐射率高，具有提高散热性的功能。散热结构例如构成为沿着周向(绕电极轴)的槽以规定间距形成，槽例如能够通过激光或切削等形成。或者，也可以由沿着电极轴方向的槽构成。另外，也可以采用槽以外的散热结构。

例如，可以将从主体部34的电极前端侧端部34E1起沿着灯轴C方向离开规定距离的位置作为涂层44的端部，在该端部与电极前端侧端部34E1之间形成散热结构但不形成涂层44。能够防止由电弧放电的热所导致的涂层44的剥离。需要说明的是，规定距离的值根据电极的大小、额定功率的值等来确定。

实施例

以下，使用实施例对形成有涂层的电极的散热性能进行说明。

实施例的放电灯是短弧型放电灯，其具备相当于上述实施方式的构成的电极(阳极)，电极构成为沿着灯轴方向的主体部长度为57mm、直径为35mm的尺寸。在电极的主体部侧面的一部分形成有涂层。

涂层通过将氮化锆的粉末溶解于含乙基纤维素的溶剂中并涂覆于主体部侧面，使其干燥后进行加热处理而形成。通过上述方法在该涂层上附着钨颗粒。

进行上述实施例和比较例的放电灯的对比实验。关于比较例的放电灯的电极形状，与实施例的电极实质上相同。另一方面，为了确认实施例的涂层的散热功能，在比较例中使用未形成涂层的电极。

图3是表示实施例和比较例的照度维持率的曲线图。将放电灯点亮600小时，目视确认放电管的黑化状态。在从点亮开始经过600小时的时刻，照度维持率相对于比较例69％，实施例为76％。由此确认了与比较例相比，实施例能够抑制黑化。

能够在实施例的电极中实现有效的黑化抑制，这暗示了附着于涂层表面上的钨没有积极地参与黑化现象，抑制了源自涂层以外的电极材料的钨蒸发，即表明有效地发挥了涂层的散热功能。在未形成涂层的比较例的电极中得到这样的结果的情况下，可以说，在与仅形成涂层而没有本实施例那样的钨附着的电极相比时，本实施例的电极在辐射功能方面是更有效的。

符号说明

10放电灯

30电极(阳极)

44涂层

Claims

1.一种放电灯，其特征在于，其具备：

放电管、和

在所述放电管内相向配置的一对电极；

在至少一个电极中，在电极主体部表面的至少一部分形成包含陶瓷且在层表面附着有钨的涂层，

在所述涂层中，附着于靠近电极前端侧的部位的钨的附着量比附着于靠近电极支撑棒侧的部位的钨的附着量相对多。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，所述涂层以跨越所述电极的轴向中央部分的方式形成于电极主体部表面，

附着于比轴向中央部分靠电极前端侧的层表面的钨的附着量多于附着于比轴向中央部分靠电极支撑棒侧的层表面的钨的附着量。

3.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，在所述涂层中，钨的附着量从电极支撑棒侧起朝向电极前端侧逐渐增多。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的放电灯，其特征在于，所述涂层为彩色。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的放电灯，其特征在于，所述陶瓷由氮化物、氧化物、硼化物、碳化物、硅化物中的至少任意一种构成。