CN1278371C

CN1278371C - 高压放电灯及使用该放电灯的高压放电灯系统

Info

Publication number: CN1278371C
Application number: CNB021469911A
Authority: CN
Inventors: 西浦义晴; 织田重史; 东昌范; 柿坂俊介; 榎并博司
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2002-09-14
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2022-09-14
Also published as: US20030062832A1; CN1409361A; JP2003086133A; EP1294011A3; US6943498B2; JP3701222B2; EP1294011A2

Abstract

通过封入氖的单质或以氖为主体的混合气体作为氧化铝陶瓷发光管的启动辅助用稀有气体，封入压力在13kPa以上，提供高效率·长寿命的高压放电灯。本发明的高压放电灯包括氧化铝陶瓷发光管(1)，该管具有放电发光管部(3)，在放电发光管部(3)的两端形成的氧化铝陶瓷细管部(4、5)，电极(6、7)和供电体(12、13)，其配置成在细管部(4、5)中形成间隙(17、18)，在放电发光管部(3)中封入氖的单质或以氖为主体的混合气体作为启动辅助用稀有气体，封入压力在13kPa以上。由此，防止在灯启动时，放电电弧从电极前端部向间隙(17、18)飞溅，可防止细管部(4、5)断裂·破损的发生，获得保持长寿命特性，并且高效率的高压放电灯。

Description

高压放电灯及使用该放电灯的高压放电灯系统

发明所属技术领域

本发明涉及高压放电灯，特别是涉及具有多晶氧化铝陶瓷等的陶瓷发光管的金属卤化物灯的发光管结构。

背景技术

最近，开发了新的金属卤化物灯，使用多晶氧化铝陶瓷取代以往的石英材料作为发光管材料。氧化铝陶瓷发光管与石英相比耐热性高，所以可以设计更高的发光管管壁负荷，获得高效率和高显色性的灯特性。

作为以往的金属卤化物灯，启动装置设置在灯外管中的所谓启动装置内置型灯一直被作为主要类型开发。原因是这样的启动装置内置型灯可以通过高压水银灯等用的简易铜铁形电感镇流器来点灯。

例如，在原有的高压水银灯用镇流器中，即使更换高压水银灯，也可以按原样点灯。因此，将具有启动装置内置型石英发光管的金属卤化物灯作为灯系统来使用是容易的，而且由于综合价格低，广泛普及作为一般室内及室外照明用。此外，获得灯额定寿命时间6000-12000小时的值。

另一方面，最近具有氧化铝陶瓷发光管的金属卤化物灯是以通过带有脉冲电压发生功能的镇流器点灯的灯为主流。目前，这些灯主要被作为店铺等的商业空间的室内照明用。此外，获得了灯额定寿命时间6000小时以上的值。

图4和图5示出了以往的启动装置未内置的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的典型发光管结构的一个例子。图6示出使用图4所示发光管的灯的整体结构的一个例子。

图4所示的发光管33具有发光管容器34，发光管容器34由多晶氧化铝陶瓷材料形成的放电发光管部35和在其两端烧结的一对细管部36、37构成。在放电发光管35中从内部的两端延伸出一对钨线圈电极38、39。钨线圈电极38、39分别由钨电极棒40、41和钨线圈42、43两个部件形成。

在细管部36、37中，利用玻璃料46气密封接铌或导电性金属陶瓷形成的供电体44、45。而且，在各供电体44、45的一个端部通过熔敷保持钨棒40、41。另外，也存在在由导电性金属陶瓷形成的供电体44、45各自的另一个端部熔敷并保持由铌等形成的外部引线的情况。

这里，玻璃料46被熔融填充到钨棒40、41端部的熔敷部附近。原因是如此玻璃料46就不在细管部36、37整个内部熔融填充，这样的结构对于防止灯点灯时由于发光物质造成的玻璃料46的侵蚀，并且防止钨电极棒40、41被玻璃料直接封接情况下的断裂和破损是必要的。而且，由此可实现氧化铝陶瓷管金属卤化物灯。

而且，通过该结构，在必然形成的细管部36、37和钨棒40、41之间的间隙47、48中，将通常的钼线圈49、50卷绕在钨电极棒40、41上。

图5示出发光管的另一例，细管部36、37的结构与图4所示的结构不同。本图所示的发光管，供电体44、45用不受作为发光物质的金属卤化物侵蚀的导电性金属陶瓷形成。因此，供电体44、45向电极方向延长，去掉了钼线圈49、50。

但是，即使在这样的结构中，由于与图4所示发光管同样的理由，玻璃料46也仍然封接在细管部36、37的后部。从而，靠近放电空间侧的发光管细管部36、37的内壁面和供电体44、45之间的间隙47、48虽然与图1的结构相比更窄但也形成了。

而且，在图4、5所示发光管内封入DyI₃、TmI3、HoI₃、TlI、NaI等金属卤化物的发光物质51和作为缓冲气体的水银及启动辅助用稀有气体52。这里，通常封入7kPa以上并且小于13kPa范围内的氩Ar作为未内置启动装置的灯的启动辅助用稀有气体52。

图6示出具有图4所示发光管33的灯的整体结构的一个例子。在本图所示的灯53中，在石英或硬质玻璃形成的外管泡54的内部设置发光管33、在外管泡54上安装灯头55。在外管泡54内部封入以氮为主体的约70kPa气体，而且在发光管33周围设置防止外管泡破损用的屏蔽石英管56。

图7示出将铜铁形电感镇流器与具有以往的石英发光管的启动装置内置型金属卤化物灯组合的一个例子的点灯电路图。在本图所示石英发光管57的管两端部设置一对钨线圈58、59，在一个管端部加设钨辅助电极60。在管内封入金属卤化物的发光物质61和启动辅助用稀有气体62。

通常封入7kPa以上并且小于13kPa范围内的氩(Ar)或氖·氩潘宁气体(Ne和0.1-2.0％Ar)作为启动辅助用稀有气体62。此外，0.1-2.0％Ar表示Ar的摩尔比或压力比。这在以下说明的氖·氩潘宁气体(Ne和0.5％Ar)的0.5％Ar中也是同样的。

而且，如果使用氖·氩潘宁气体，在获得激励或电离混合气体(Ar)的所谓潘宁效果而使主气体(Ne)的亚稳定原原子电离的情况下，放电开始电压低，启动灯变得容易。

在制成的灯63中，发光管57设置在外管玻泡64的内部。在启动辅助用稀有气体62是氖·氩潘宁气体的情况下，为了防止氖气从石英发光管57向外管玻泡64内扩散，在外管玻泡64内封入氖混合的气体约70kPa。

启动装置65由用辉光点灯管或非线型陶瓷电容器形成的电流开关元件66、控制电流用电阻67、以及双金属开关68的串联电路构成，与石英发光管57并联连接。

在灯启动时，利用伴随电流开关元件66动作的电流断开，在铜铁形镇流器69中感应出1.5-2.0kV范围内的高压脉冲电压，启动石英发光管57。为确保高压水银灯用镇流器的耐压性能，该启动用高压脉冲电压的值设定在2.0kV以下。

发明内容

为了扩大氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的应用领域，在照明领域进一步节省能源，本发明人进行了可代替以往作为一般室内用和室外照明用普及的石英发光管金属卤化物灯，效率更高的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的开发。

开发的具体目标是开发即使采用以往的高压水银灯等用的简易铜铁形镇流器也可以点灯、并且灯额定寿命时间在6000小时以上的启动装置内置型氧化铝陶瓷管金属卤化物灯。

本发明人为了达到所述的目标，首先着眼于采用启动开始电压更低的氖的单质或以氖为主体的混合气体例如氖·氩潘宁气体等作为封入发光管的启动辅助用稀有气体。

但是，如下面详细说明的那样，实验结果表明，在启动装置内置型氧化铝陶瓷管金属卤化物灯中，在封入氖的单质或以氖为主体的混合气体作为启动辅助用稀有气体的结构中尽管启动开始电压降低，仍存在由于细管部的断裂引起灯寿命变短的问题。

本发明目的在于解决上述问题，在具有氧化铝陶瓷发光管的高压放电灯中通过封入氖的单质或以氖为主体的混合气体作为启动辅助用稀有气体，封入压力在13kPa以上，提供高效率·长寿命的高压放电灯。

为实现上述目的，本发明的高压放电灯包括氧化铝陶瓷发光管，该管具有：放电发光管部；在所述放电发光管部的两端形成的氧化铝陶瓷细管部；电极棒和供电体，其配置成在它们与所述细管部的内壁面之间形成间隙，

所述氧化铝陶瓷发光管设置在外管泡内，在所述外管泡内设置有启动装置，

其特征在于，在所述放电发光管部，封入氖的单质或以氖为主体的混合气体作为启动辅助用稀有气体，封入压力在13kPa以上。

根据所述这样的高压放电灯，在灯启动时，防止放电电弧从电极前端部向电极及供电体和细管部的内壁面之间的间隙飞溅，可防止细管部的断裂·破损，获得保持低启动电压，同时寿命时间在6000小时以上的长寿命特性，并且高效率的高压放电灯。

而且，因为在外管泡内设置启动装置，所以可使启动特性提高。由此，在放电开始后始自电极前端的电弧放电可迅速转移，在细管部的放电时间变短，可防止局部的温度上升，因此，既有助于防止细管部的断裂破损，又有助于寿命特性的提高。

而且，由于启动装置设置在外管泡内，即使采用镇流器本身没有脉冲发生功能的镇流器也可以点灯。

在所述高压放电灯中，最好使所述高压放电灯在与没有脉冲发生功能的镇流器连接的情况下点灯。

而且，所述封入压力最好在15kPa以上。

而且，所述封入压力最好在20kPa以上。

而且，所述封入压力最好在30kPa以上。

按照所述那样优选使所述封入压力更加增大的各高压放电灯，寿命特性进一步提高。

而且，所述以氖为主体的混合气体最好是氖·氩潘宁气体。

而且，最好所述氧化铝陶瓷发光管设置在外管泡内，所述外管泡内封入氮气。按照所述这样的高压放电灯，即使在寿命后期发光管泄漏、发光管内的氖气扩散到外管泡内的情况下，也可以将外管泡内气体浓度保持为氮为主体，可彻底防止在外管泡内的部件间的放电，提高安全性。

而且，最好沿着所述放电发光管部设置启动辅助导体。按照所述这样的高压放电灯，可使启动特性提高。

本发明高压放电灯系统包括所述高压放电灯，其特征在于所述高压放电灯通过没有脉冲发生功能的镇流器点灯。

附图说明

图1是本发明一个实施例的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的发光管的剖面图；

图2是本发明一个实施例的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的整体结构图；

图3是本发明一个实施例的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的点灯电路结构图；

图4是以往的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的一个例子的剖面图；

图5是以往的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的另一个例子的剖面图；

图6是以往的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的一个例子的整体结构图；

图7是以往的使用石英发光管的金属卤化物灯的点灯电路的一个例子的结构图。

发明的实施例

以下使用图1-3说明本发明的一个实施例。图1示出了本发明一个实施例的灯功率为300W的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯的剖面图。图2是具有图1的发光管的灯整体结构图，图3示出了使镇流器与图2所示灯组合的一个例子的灯的点灯电路图。

图1所示发光管1的外观方面的基本结构与图4的以往例子的氧化铝陶瓷管金属卤化物灯相同。发光管1具有发光管容器2，发光管容器2由多晶氧化铝陶瓷材料形成的放电发光管部3和在其两端烧结的一对氧化铝陶瓷细管部(以下称为“细管部”)4、5构成。在放电发光管部3的两端设置一对钨线圈电极6、7。

在本实施例中，放电发光管部3的内径φi＝17.0mm、细管部4、5的内径为1.3mm，电极间距离Ld＝24.0mm。钨线圈电极6、7分别由钨电极棒8、9(线径为0.7mm)和钨线圈10、11(用单线径为0.2mm的线圈，匝数10匝)两个部件形成。

在细管部4、5中，利用混合Dy₂O₃、Al₂O3及SiO₂系材料的玻璃料14气密封接用组成为Al₂O₃50％/Mo50％的导电性金属陶瓷形成的供电体12、13(直径为1.2mm)。

而且，在供电体12、13各自的一个端部熔敷·保持钨棒8、9，在其各自的另一个端部熔敷·保持由铌形成的外部引线15、16(线径为1.2mm)。

这里，玻璃料14被熔融·填充到钨棒8、9的熔敷端部附近。与这种结构相应，在必然会形成的细管部4、5的内壁面和钨棒8、9之间的间隙17、18中，将钼线圈19、20(线径为0.25mm)卷绕在钨电极棒8、9上。

在发光管1内，封入组成为CeI₃40质量％-NaI60质量％的金属卤化物13.5mg的发光物质21、作为缓冲气体的水银Hg45mg、及启动开始电压低的氖的单质气体Ne或以氖为主体的混合气体氖·氩潘宁气体(Ne和0.5％Ar)的启动辅助用稀有气体22。

图2示出具有图1所示发光管1的灯的整体结构的一个例子。在本图所示的灯23中，使发光管1和启动装置24组合。发光管1设置在硬质玻璃的外管泡25内部。而且，为了使启动开始电压更低，沿发光管容器2的放电发光管部3设置由钼线形成的启动辅助导体26。

在外管泡25内封入氮气70kPa，在发光管1周围设置防止外管泡破损用的屏蔽石英管27。在最后完成的状态下在外管泡25上安装灯头28。

启动装置24如图3所示模式的点灯电路结构图那样，由使用辉光点灯管的电流开关元件29、控制电流用电阻30、以及双金属开关31的串联电路构成，该电路与发光管1并联连接。在灯启动时，利用伴随辉光点灯管的电流开关元件29的触点开闭动作产生的电流断开，在300W高压水银灯用的铜铁形镇流器32中感应出1.5kV-2.0kV的高压脉冲电压，由此启动发光管1。为确保高压水银灯用镇流器的耐压性能，启动用高压脉冲电压的值设定在2.0kV以下的范围。

以下说明实验结果。实验中使用的灯为图1、2所示的结构。最初，封入Ne气体或氖·氩潘宁气体(Ne和0.5％Ar)作为启动辅助用稀有气体22。封入压力为以往的通常值10.5kPa。在这种设置下测定初期特性(灯老化时间100小时)。

结果在300W灯输入中，获得在灯光束36500lm、灯效率121.71lm/W下平均显色评价数Ra72的优良灯特性。而且也确认通过施加所产生的2.0kV以下的高压脉冲电压，发光管1被可靠地启动。

此外，试制了在所述的灯结构中封入以往的Ar气体10.5kPa代替Ne气体或氖·氩潘宁气体(Ne和0.5％Ar)作为启动辅助用稀有气体22的比较例，及没有附设启动辅助导体26的比较例，测定其启动特性，在此情况下也验证了发光管1没有可靠地启动。

下面对按10.5kPa封入氖·氩潘宁气体(Ne和0.5％Ar)的所述灯进行与老化有关的寿命实验。结果老化时间超过1000小时时，发生发光管1两端的细管部4、5的断裂·破损，判明灯为短寿命。这种现象在使用氩Ar作为启动辅助用稀有气体的以往灯中未发生。

通过以上的结果可知，在具有启动装置和启动辅助导体的氧化铝陶瓷发光管中封入Ne气体或氖·氩潘宁气体(封入压力10.5kPa)作为启动辅助用稀有气体的样品存在灯特性、启动特性均优良，但由于发光管1两端的细管部4、5的断裂·破损引起的短寿命的问题。

下面在检查细管部4、5的断裂·破损现象的情况下，观测到老化超过1000小时的灯在启动时放电电弧从钨电极8、9的前端部开始向后方的根部侧飞溅。而且，确定在断裂·破损的发光管1的电极根部附近的钼线圈19、20部分和钨电极棒8、9部分存在由于放电造成的损伤。

因此，可看出细管部4、5的断裂·破损直接因素是在灯启动时由于放电电弧从电极前端部向间隙17、18的钼线圈19、20和细管部4、5内的钨电极棒8、9飞溅造成的热冲击。

而且，可以说放电电弧向间隙17、18飞溅的间接因素是下面三个因素复合的结果：第1，作为基本特性，与在氩中相比，在氖气体中在启动最初产生于电极前端部的阴极区域的电子和水银离子容易向电极后方的间隙17、18扩散；第2，由于所谓霍尔效应，放电电弧容易向间隙17、18自身集中；第3，电极钨线圈10、11的外径比细管部4、5的内径稍小。

其中，特别是对于霍尔效应，与启动装置内置型氧化铝陶瓷管金属卤化物灯特有的发光管结构有关。而且，可以说随着灯老化时间变长发生这样的放电电弧飞溅，是由于电极前端部的电子发射能力下降造成的结果。

此外，虽然是借助图1的结构进行了说明，但即使如图5所示结构那样用导电性金属陶瓷形成的供电体延长到放电空间侧而没有钼线圈的发光管中，也发生在灯启动时由于放电电弧向电极后方飞溅造成的细管部的断裂·破损。

这时，特别是观测到放电电弧向间隙17、18附近的供电体12、13边缘集中、飞溅。因此也表明放电电弧的飞溅与间隙17、18的存在有关。而且，除细管部4、5的断裂·破损以外，还同时观测到来自作为供电体4、5的导电性金属陶瓷的钼蒸发，造成严重的发光管黑化。

本发明人进行了旨在防止发生这种断裂·破损的各种研究。特别是从防止启动不良的观点出发，即使对违反以往的上限值小于13kPa范围的启动辅助用稀有气体22的封入压力，也在13kPa以上范围进行了种种实验。结果表明，将作为启动辅助用稀有气体22的氖单质气体或以氖为主体的混合气体的封入压力从以往值的7kPa以上和小于13kPa的范围提高，虽然简单，但却是可靠而有效的手段。

对此用实验结果说明。在以下的表1中示出了实验结果，实验使用的样品(No.1-7)任意一个都为如图1、2中所示的结构。任意一个样品也都使用氖·氩潘宁气体(Ne和Ar0.5％)作为启动辅助用稀有气体22。No.2-7是按13-40kPa的范围使启动辅助用稀有气体22的封入压力改变的6个种类的样品，对于各20个样品检查了由于老化引起的细管部4、5的断裂·破损发生状况。No.1是用于比较的样品，对于启动辅助用稀有气体22的封入压力为10.5kPa的20个样品进行了同样的测定。

表1

表1中各测定值表示各20个灯中发生断裂·破损的灯的累计个数。如由表1可以看出的那样，对于封入压力为13kPa以上的样品2-7，任意一个都达到老化时间6000小时，断裂·破损的发生为零。而且，对于封入压力为20kPa以上的样品5-7，任意一个都达到老化时间12000小时，断裂·破损的发生为零。

即，由表1的结果可看出，通过使封入压力为13kPa以上，可以确保作为目标值的灯额定寿命时间为6000小时，通过使封入压力更大，可以延长灯额定寿命时间。因此，可以将封入压力适当确定在13kPa以上的范围，可以将封入压力确定在13.5kPa以上的范围或14kPa以上的范围，也可以将封入压力确定在22kPa以上的范围或27kPa以上的范围。

此外，即使用氖单质气体作为启动辅助用稀有气体也获得了同样的结果。此外，氖·氩潘宁气体的Ar量不限于0.5％Ar，例如优选在0.1-2.0％的范围。

而且，对于具有细管部4、5为与图5同样的结构、其他全部为图1的结构的发光管的灯，通过将作为启动辅助用稀有气体的氖单质气体或以氖为主体的混合气体的封入压力提高到与上述同样的范围，同样防止了细管部4、5的断裂·破损。

上述的本发明效果被认为是由于通过封入压力的增大，抑制了在启动最初产生于电极前端部的阴极区域的电子和水银离子向电极后方的间隙17、18扩散。从而，认为本发明的效果不限于金属卤化物灯，只要是具有如图1、5所示结构的发光管，即使对于水银灯和钠灯也可以发挥本发明效果。

而且，通过本发明，即使在氖单质或以氖为主体的混合气体的封入压力增大的灯23中，也维持了灯效率、显色性等的灯特性，以及启动特性，获得了与封入压力为10.5kPa时同样优良的特性。如上所述，由于在没有附设启动辅助导体的比较例中发光管没有可靠地启动，因而认为对于本实施例的启动特性的维持，具有启动装置和启动辅助导体的结构是有用的。

而且，如果启动特性优良，在放电开始后始自电极前端的电弧放电可以迅速转移。由此在电极8、9后方的钼线圈19、20处的放电时间变短，可防止钼线圈19、20附近局部的温度上升。即，如果启动特性优良，既有助于防止细管部的断裂·破损，又有助于延长结果寿命时间。

而且，通过启动装置内置于外管泡内，即使使用镇流器自身没有脉冲发生功能的高压水银灯用等的铜铁型镇流器也可以点灯，所以本发明的高压放电灯对利用铜铁型电感镇流器点灯的高压放电灯系统也有用。即，在具有电源、镇流器和灯的高压放电灯系统中，如果使用本发明的高压放电灯，则在灯以外的部分中不必要具有脉冲发生功能。

而且，不限于铜铁型电感镇流器，由于灯自身具有启动装置，因而即使对于镇流器自身没有脉冲发生功能的其他镇流器也有用。

此外，对于启动装置内置于外管泡内结构的部件间放电，如所述实施例那样，通过在外管泡内封入氮气，可防止外管泡内的放电。

而且，在本实施例中，以细管部和放电发光部通过烧结而接合的放电容器的例子进行了说明，但即使对于细管部和放电发光部一体成形的放电容器也可获得同样的效果。

如上所述，根据本发明，防止在灯启动时，放电电弧从电极前端部向电极和供电体的内壁面之间的间隙飞溅，也可防止细管部断裂·破损的发生，获得低启动电压、长寿命，并且高效率的高压放电灯。而且即使用以往的高压水银灯用等的简易铜铁型镇流器也可以点灯。

Claims

1.一种高压放电灯，其特征在于，包括氧化铝陶瓷发光管，该管具有：放电发光管部；在所述放电发光管部的两端形成的氧化铝陶瓷细管部；电极棒和供电体，其配置成在它们与所述细管部的内壁面之间形成间隙；

所述氧化铝陶瓷发光管设置在外管泡内，在所述外管泡内设置有包括开关元件的启动装置，

在所述放电发光管部，封入氖的单质或以氖为主体的混合气体作为启动辅助用稀有气体，封入压力在13kPa以上，上述高压放电灯在与镇流器本身没有脉冲发生功能的镇流器连接的情况下点灯；利用上述启动装置的开关元件的电流截断作用，在上述镇流器中感应高压脉冲电压，启动上述氧化铝陶瓷发光管。

2.如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，所述封入压力在15kPa以上。

3.如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，所述封入压力在20kPa以上。

4.如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，所述封入压力在30kPa以上。

5.如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，所述以氖为主体的混合气体是氖·氩潘宁气体。

6.如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，所述氧化铝陶瓷发光管设置在外管泡内，所述外管泡内封入氮气。

7.如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，沿着所述放电发光管部设置启动辅助导体。

8.一种高压放电灯系统，其特征在于，包括如权利要求1的高压放电灯，所述高压放电灯通过没有脉冲发生功能的镇流器点灯。