DE10081618B4

DE10081618B4 - Metalldampfhochdruck-Entladungslampe

Info

Publication number: DE10081618B4
Application number: DE10081618A
Authority: DE
Inventors: Shigefumi Oda; Hiroshi Nohara; Yoshiharu Nishiura; Shiki Nakayama; Takashi Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2020-05-26
Also published as: CN1156885C; WO2000074106A1; DE10081618T1; US6483230B1; DE10081618B8; CN1319250A

Abstract

Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit:
einem Außenkolben, der durch einen Fuß luftdicht abgedichtet ist; und
einer Entladungsröhre aus transparenter Keramik, in der Quecksilber, ein Edelgas und ein Entladungsmetall eingeschlossen sind, wobei sich die Entladungsröhre innerhalb des Außenkolbens befindet;
wobei die Entladungsröhre aufweist: eine Hauptröhre, ein Paar schlanke Röhren, die an beiden Enden der Hauptröhre angeordnet sind, mindestens ein Paar Hauptelektroden, die in der Hauptröhre angeordnet sind, und mindestens eine Hilfselektrode, die in der Hauptröhre angeordnet ist,
wobei das Paar Hauptelektroden mit Elektrodeneinführungsteilen verbunden ist, die in den schlanken Röhren mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet sind, und
die Hilfselektrode mit einem Hilfselektrodeneinführungsteil verbunden ist und das mit der Hilfselektrode verbundene Hilfselektrodeneinführungsteil von dem mit der Hauptelektrode verbundenen Elektrodeneinführungsteil elektrisch isoliert und in der gleichen schlanken Röhre mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit einer aus transparenter Keramik hergestellten Entladungsröhre.
Hintergrund der Technik
Herkömmlich sind Metalldampfhochdruck-Entladungslampen dieser Art oft dafür bekannt, daß sie eine Quarzentladungsröhre gemäß 9 haben. Anders ausgedrückt ist eine Quarzentladungsröhre 34 mit einem Paar Hauptelektroden 31 und 32 sowie einer Hilfselektrode 33 in ihr vorgesehen, und die Hilfselektrode 33 ist neben der Hauptelektrode 32 angeordnet. Außerdem hat die Entladungsröhre 34 einen Entladungsabschnitt 35 als Entladungsraum sowie Einschmelz- bzw. Dichtungsabschnitte 36 und 37, die an beiden Enden des Entladungsabschnitts 35 angeordnet sind. In den Dichtungsabschnitten 36 und 37 sind die Hauptelektroden 31 und 32 durch an ihren Spitzen stützende Elektrodenstifte 38 und 39, Metallfolien 40 und 41, die aus Molybdän hergestellt sind und deren ein Ende mit dem hinteren Ende der Elektrodenstifte 38 und 39 verbunden ist, sowie externe Zuleitungsdrähte 42 und 43, deren ein Ende mit dem anderen Ende der Metallfolien 40 und 41 verbunden ist, so integriert, daß sie Stromzufuhrleiter für die Hauptelektrode sind, und ein die Hilfselektrode 33 an der Spitze stützender Hilfselektrodenstift 44, eine Metallfolie 45, die aus Molybdän hergestellt ist und deren ein Ende mit dem hinteren Ende der Hilfselektrode 44 verbunden ist, sowie ein externer Zuleitungsdraht 46, dessen ein Ende mit dem anderen Ende der Metallfolie 45 verbunden ist, sind so integriert, daß sie ein Stromzufuhrleiter für die Hilfselektrode sind. Die Stromzufuhrleiter für die Hauptelektroden und der Stromzufuhrleiter für die Hilfselektrode sind so abgequetscht, daß sich die Hauptelektroden 31 und 32 sowie die Hilfselektrode 33 an ihren Spitzen im Entladungsabschnitt 35 befinden. Außerdem ist ein Ne-N₂-Mischgas in einem Außenkolben 2 abgedichtet.
Beim Starten des Betriebs einer solchen Metalldampfhochdruck-Entladungslampe wird zunächst eine Hilfsentladung zwischen der Hauptelektrode 32 und der neben der Hauptelektrode 32 vorgesehenen Hilfselektrode 33 erzeugt, gefolgt von einem Übergang zu einer Hauptentladung zwischen den Hauptelektroden 31 und 32.
Insbesondere werden Metallhalogenidlampen als eine Art der Metalldampfhochdruck-Entladungslampen mit dem zuvor beschriebenen Aufbau vielfach als Lampen verwendet, auf die billige Vorschaltgeräte für Quecksilberlampen anwendbar sind.

Die JP 62-150646 A (1987), die eine Keramikentladungslampe betrifft, offenbart eine Keramikentladungsröhre mit folgendem Aufbau: Gemäß 10 sind elektrisch leitende Cermetscheiben 53a und 53b, die Hauptelektroden 52a und 52b stützen, an den Enden einer Entladungsröhre 51 luftdicht eingeschmolzen bzw. abgedichtet. Die Scheibe 53a stützt eine Hilfselektrode 54 so, daß die Hilfselektrode 54 vom Hauptelektrodenstift 52a über eine Isolierschicht 55 isoliert ist.

Außerdem offenbart die JP 10-106491 A (1998), die eine Metalldampfhochdruck-Entladungslampe betrifft, den folgenden Aufbau: Offenbart wird eine Entladungsröhre 61 mit einem Aufbau, bei dem gemäß 11 transparente Keramikscheiben 64a und 64b, die mit schlanken Keramikröhren 63a und 63b versehen sind, in denen Elektrodeneinführungsdrähte 62a und 62b als Elektrodeneinführungsteile abgedichtet sind, an beiden Enden einer aus transparenter Keramik hergestellten Hauptröhre 68 vorgesehen sind und die Scheibe 54a ferner mit einer schlanken Keramikröhre 63c für die Hilfselektrode versehen ist.

Allerdings sind diese Arten von Entladungslampen mit den folgenden Problemen behaftet:
Bei der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit der herkömmlichen Quarzentladungsröhre gemäß 9 werden die Dichtungsabschnitte der Entladungsröhre bei ihrer Herstellung abgequetscht, was zu variierenden Formen führt. Diese Formabweichung bewirkt Abweichungen der Lampenkennwerte.

Sind die Dichtungsabschnitte groß, nimmt der Wärmeverlust aus dem Entladungsraum der Entladungsröhre zu, was es erschwert, einen ausreichenden Wirkungsgrad und eine hohe Farbwiedergabe zu erhalten. Daher muß man die Größe der Dichtungsabschnitte weitgehend verringern. Da es aber in der Quarzentladungsröhre nötig ist, die Metallfolie 41 auf der Hauptelektrodenseite und die Metallfolie 45 auf der Hilfselektrodenseite abzudichten, um sie in einem bestimmten Abstand voneinander anzuordnen und ihren Kontakt zu verhindern, ist die Verkleinerung der Dichtungsabschnitte 37 schwierig.

Außerdem kommt bei dieser Art von Metalldampfhochdruck-Entladungslampe ein Ne-Ar-Mischgas als Zünd- bzw. Startgas zum Senken der Zünd- bzw. Startspannung bei Entladungsbeginn zum Einsatz. Da aber Ne den Quarz als Entladungsröhrenmaterial durchdringt, muß ein Ne-haltiges Mischgas im Außenkolben 2 abgedichtet sein, um dieses Durchdringen zu verhindern. Ist andererseits das Gas im Außenkolben 2 abgedichtet, steigt der Wärmeverlust aus der Entladungsröhre 34. Um also ausreichende Kennwerte zu erhalten, muß man eine Beeinträchtigung der Lebensdauerkennwerte in bestimmtem Grad tolerieren und die Röhrenwandbelastung der Lampe erhöhen. Hervorgerufen wird eine solche Beeinträchtigung der Lebensdauerkennwerte durch eine Reaktion zwischen Quarz in einem Wandabschnitt der Entladungsröhre und einem Metallhalogenid, das eingeschlossen bzw. abgedichtet wurde. Somit will man eine solche Reaktion zwischen dem Quarz als Entladungsröhrenmaterial und dem abgedichteten Metallhalogenid unterdrücken.

Andererseits läßt sich in der Lampe gemäß der Offenbarung der JP 62-150646 A, die Keramik für die Entladungsröhre verwendet, eine Formabweichung der Entladungsröhre unterdrücken, was es ermöglicht, die Qualität unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen des Gases im Außenkolben zu verbessern. Da aber ein elektrisch leitendes Cermet 56 mit der Hilfselektrode 54 mit einem Dichtungsmaterial 57 luftdicht in einem Abschnitt abgedichtet ist, der im Lampenbetrieb eine relativ hohe Temperatur erreicht, sind Lecks in der Entladungsröhre im Betrieb oder die Reaktion zwischen dem Dichtungsmaterial und eingeschlossenen Metallen unvermeidlich. Besonders in Metallhalogenidlampen unter Verwendung von Metallhalogenid als Entladungsmetall kommt es zu einer heftigen Reaktion.

In der Lampe gemäß der Offenbarung der JP 10-106491 A, bei der die Elektrodeneinführungsteile in den schlanken Keramikröhren abgedichtet sind, läßt sich die Reaktion zwischen dem Dichtungsmaterial und den eingeschlossenen Metallen verhindern. Versucht man aber, eine zuverlässige mechanische Festigkeit der Scheibe 64a zu erhalten, ist es schwierig, den Abstand zwischen einer Hauptelektrode 65a und der Hilfselektrode 66 zu verringern, was die Form der Endabschnitte der Entladungsröhre einschränkt. Somit ist es schwierig, die Entladungsröhre zwecks Erlangung gewünschter Lampenkennwerte zu gestalten.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung kam zur Lösung der beschriebenen Probleme zustande, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Metalldampfhochdruck-Entladungslampe bereitzustellen, die das Auftreten von Kennwertabweichungen verhindert, die durch Formabweichung einer Entladungsröhre wie bei einer Quarzentladungsröhre verursacht sind, sehr effiziente und stabile Lebensdauerkennwerte unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen und von der Zusammensetzung eines Gases in einem Außenkolben erreicht, Lecks im Lampenbetrieb und Kennwertänderungen unterdrückt, die durch eine Reaktion zwischen einem Dichtungsmaterial und einem eingeschlossenen Material verursacht sind, stabile Lampenstartkennwerte hat und eine freie Gestaltung der Entladungsröhre ermöglicht.

Eine Metalldampfhochdruck-Entladungslampe der Erfindung verfügt über einen durch einen Fuß luftdicht abgedichteten Außenkolben und eine Entladungsröhre aus transparenter Keramik, in der Quecksilber, ein Edelgas und ein Entladungsmetall eingeschlossen bzw. abgedichtet sind, wobei sich die Entladungsröhre im Außenkolben befindet. Die Entladungsröhre verfügt über eine Hauptröhre, ein Paar schlanke Röhren, die an beiden Enden der Hauptröhre angeordnet sind, mindestens ein Paar Hauptelektroden, die in der Hauptröhre angeordnet sind, und mindestens eine Hilfselektrode, die in der Hauptröhre angeordnet ist. Das Paar Hauptelektroden ist mit Elektrodeneinführungsteilen verbunden, die in den schlanken Röhren mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet sind; die Hilfselektrode ist mit einem Hilfselektrodeneinführungsteil verbunden, und das mit der Hilfselektrode verbundene Hilfselektrodeneinführungsteil ist von dem mit der Hauptelektrode verbundenen Elektrodeneinführungsteil elektrisch isoliert und in der gleichen schlanken Röhre mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet.

Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Metalldampfhochdruck-Entladungslampe unter Verwendung der Quarzentladungsröhre kann dieser Aufbau die herkömmlich unvermeidbare Formabweichung der Entladungsröhre beseitigen. Dadurch lassen sich die Lampenkennwertabweichungen reduzieren, die durch diese Formabweichung verursacht sind. Außerdem kann die Reaktion zwischen den eingeschlossenen Metallen und der Entladungsröhre unterdrückt werden, was Abweichung der optischen Lampenkennwerte reduziert und es ermöglicht, die Kennwertänderung im Verlauf ihrer Lebensdauer zu verringern.

Möglich ist zudem, die Temperatur des Dichtungsmaterials im Betrieb zu verringern, was Korrosion des Dichtungsmaterials durch eine Reaktion zwischen den eingeschlossenen Metallen und dem Dichtungsmaterial leicht verhindert. Dadurch kann im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau der Dichtungsabschnitte die Zuverlässigkeit verbessert sein.

Da ferner das Hilfselektrodeneinführungsteil, mit dem die Hilfselektrode verbunden ist, und das Elektrodeneinführungsteil, mit dem die Hauptelektrode verbunden ist, in der gleichen schlanken Röhre abgedichtet sind, läßt sich der Ab stand zwischen der Hilfselektrode und der Hauptelektrode neben ihr verringern, was die Startspannung senkt. Da es außerdem ausreicht, jeweils eine schlanke Röhre an beiden Enden der Entladungsröhre anzuordnen, kann die Entladungsröhre relativ frei gestaltet sein.

Zusätzlich kann eine alternative Hauptelektrode anstelle der Hilfselektrode (oder zusätzlich zur Hilfselektrode) im zuvor beschriebenen Aufbau der Erfindung zum Einsatz kommen. Damit erreicht man einen Aufbau, bei dem ein Schaltelement die Hauptelektrode oder die alternative Hauptelektrode auswählt, damit die Lampe erleuchtet.

Ein solcher Aufbau verringert die Häufigkeit, mit der die Hauptelektrode oder die alternative Hauptelektrode Zerstäubung aufgrund einer hohen Spannung beim Lampenanlauf bzw. -starten oder hohen Temperaturen im Lampenbetrieb ausgesetzt ist, was den Verbrauch jeder Elektrode unterdrückt.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Aufriß einer Metalldampfhochdruck-Entladungslampe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht einer in der Lampe nach 1 verwendeten Entladungsröhre.
3 ist eine Schnittansicht einer in der Lampe nach 1 verwendeten schlanken Zweilochröhre.
4 ist ein Aufriß einer Metalldampfhochdruck-Entladungslampe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
5 ist eine Schnittansicht einer Entladungsröhre einer Metalldampfhochdruck-Entladungslampe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
6 ist eine Schnittansicht einer schlanken Zweilochröhre einer Entladungsröhre einer Metalldampfhochdruck-Entladungslampe gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine Schnittansicht einer schlanken Zweilochröhre einer Entladungsröhre einer Metalldampfhochdruck-Entladungslampe gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Schnittansicht einer Entladungsröhre einer Metalldampfhochdruck-Entladungslampe gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
9 ist ein Aufriß einer herkömmlichen Metalldampfhochdruck-Entladungslampe.
10 ist eine Schnittansicht einer Entladungsröhre einer weiteren herkömmlichen Metalldampfhochdruck-Entladungslampe (Leckvergleichsprodukt).
11 ist eine Schnittansicht einer Entladungsröhre noch einer weiteren herkömmlichen Metalldampfhochdruck-Entladungslampe (Lampenstartvergleichsprodukt).
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform
Eine Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit 100 W Lampennennleistung gemäß 1, bei der es sich um eine erste Ausführungsform der Erfindung handelt, weist eine aus transparenter Keramik hergestellte Entladungsröhre 1 innerhalb eines Außenkolbens 2 auf. Ein Ende des Außenkolbens 2 ist mit einem Fuß 3 versehen, der den Außenkolben 2 luftdicht abdichtet. Der Fuß 3 ist mit nebeneinander befindlichen Einführungsstützdrähten 4a und 4b versehen, und die Entladungsröhre 1 wird durch eine Entladungsröhrenstützplatte 5 gestützt, die am Einführungsstützdraht 4a vorgesehen ist.
Die beiden Enden der Entladungsröhre 1 sind mit einer ersten Hauptelektrode 6a und einer zweiten Hauptelektrode 6b so versehen, daß diese sich in einer als Entladungsraum dienenden Hauptröhre 17 befinden. Auf der Seite der Hauptelektrode 6a ist auch eine Hilfselektrode 9 so vorgesehen, daß sie sich in der als Entladungsraum dienenden Hauptröhre 17 befindet, und von der Hauptelektrode 6a zweckmäßig beabstandet ist.
Das Ende eines externen Einführungsdrahts 7a zum Zuführen eines elektrischen Stroms zur Hauptelektrode 6a, das entgegengesetzt zur Hauptelektrode 6a ist, ist mit einem Verbindungsdraht 8a verbunden, der mit dem Einführungsstützdraht 4a verbunden ist. Die Hauptelektrode 6a wird über den Einführungsstützdraht 4a, den Verbindungsdraht 8a und den externen Einführungsdraht 7a mit Strom versorgt.
Andererseits wird die Hauptelektrode 6b über einen Einführungsstützdraht 4b, einen Verbindungsdraht 8b und einen externen Einführungsdraht 7b mit Strom versorgt.
Das andere Ende eines externen Einführungsdrahts 7c zum Zuführen von Strom zur Hilfselektrode 9 ist mit einem Ende eines Verbindungsdrahts 8d verbunden, das andere Ende des Verbindungsdrahts 8d ist mit einem Ende eines Strombegrenzungswiderstands 12 verbunden, und das andere Ende des Strombegrenzungswiderstands 12 ist mit einem Bimetall 11, das als wärmeaktiviertes Element mit einem Bimetallstift 10 an seinem vorderen Ende dient, über einen Verbindungsdraht 8c verbunden. Dieses Bimetall 11 ist mit einem Bimetallstützdraht 13 verbunden. Der Bimetallstützdraht 13 hat einen Isolator 14 in der Mitte, und beide Enden sind elektrisch isoliert. Ein Ende des Bimetallstützdrahts 13 ist mit dem Bimetall 11 über den Verbindungsdraht 8c verbunden, der mit dem Strombegrenzungswiderstand 12 verbunden ist, und außerdem durch die Entladungsröhrenstützplatte 5 befestigt, die elektrisch isoliert ist. Das andere Ende des Bimetallstützdrahts 13 ist mit dem Einführungsstützdraht 4b verbunden. Der Bimetallstift 10 ist so plaziert, daß er einen Kontakt mit dem Bimetallstützdraht 13 auf der Seite des Einführungsstützdrahts 4b herstellt oder unterbricht. Durch Betätigung dieses Bimetallstifts 10 werden der Einführungsstützdraht 4b und das Bimetall 11 elektrisch verbunden oder getrennt.
Auf diese Weise wird die Hilfselektrode 9 über den Einführungsstützdraht 4b, den Bimetallstützdraht 13, den Bimetallstift 10, das Bimetall 11, den Verbindungsdraht 8c, den Strombegrenzungswiderstand 12, den Verbindungsdraht 8d und den externen Einführungsdraht 7c mit Strom versorgt. Nach dem Übergang zu einer Hauptentladung sorgt die Betätigung des Bimetalls 11 dafür, daß der Bimetallstift 10 und der Bimetallstützdraht 13, der mit dem Einführungsstützdraht 4b verbunden ist, voneinander beabstandet sind, was die Stromzufuhr zur Hilfselektrode 9 beendet.
Ein Lampensockel 15 ist an einem Ende des Außenkolbens 2 vorgesehen und führt elektrischen Strom von einem äußeren Lichtstromkreis (in der Zeichnung nicht gezeigt) zu den Einführungsstützdrähten 4a und 4b. Außerdem ist ein Leuchtstofffilm 16 auf die Oberfläche des Außenkolbens 2 aufgetragen und zum Schutz vor Außenkolbenbruch dort gebildet.
Hergestellt wird die Entladungsröhre 1 in dieser Ausführungsform gemäß 2 durch Ausbilden einer ersten Scheibe 18a und einer zweiten Scheibe 18b, die aus transparenter Keramik mit Aluminiumoxid als Hauptkomponente hergestellt sind, in einem Stück mit der Hauptröhre 17, die aus transparenter Keramik mit Aluminiumoxid als Hauptkomponente hergestellt ist, an Öffnungen an beiden Enden durch Schrumpfen, um so eine luftdichte Abdichtung zu bilden. Die erste Scheibe 18a und die zweite Scheibe 18b sind auch in einem Stück mit einem Ende einer schlanken Zweilochröhre 26 bzw. einem Ende einer schlanken Röhre 27 durch Schrumpfen ausgebildet.
Die schlanke Zweilochröhre 26 hat zwei Durchgangslöcher, die im wesentlichen parallel zu ihrer Längsrichtung sind. Gemäß 3 sind ein säulenförmiges abgedichtetes Teil 23a, das aus Niob hergestellt ist und auch als externer Einführungsdraht 7a dient, ein erster Hauptelektrodeneinführungsdraht 24a, der aus Molybdän als Elektrodeneinführungsteil hergestellt ist, und eine erste Hauptelektrodenachse 20a, die aus Wolfram hergestellt ist, in einem Stück ausgebildet, um in eines der Durchgangslöcher in der schlanken Zweilochröhre 26 eingesetzt zu sein. Andererseits sind ein abgedichtetes Teil 23c, das aus Niob hergestellt ist und auch als externer Einführungsdraht 7c dient, ein Hilfselektrodeneinführungsdraht 25, der aus Molybdän als Hilfselektrodeneinführungsteil hergestellt ist, und eine Hilfselektrodenachse 21, die die Hilfselektrode 9 an ihrer Spitze hat und aus Wolfram hergestellt ist, in einem Stück ausgebildet, um in das andere Durchgangsloch in der schlanken Zweilochröhre 26 eingesetzt zu sein. Die abgedichteten Teile 23a und 23c sind beide in der schlanken Zweilochröhre 26 mit einem glasartigen Dichtungsmaterial 19 mit Aluminiumoxid und Siliciumoxid als Hauptkomponenten abgedichtet. Eine aus Wolfram hergestellte Elektrodenspule 22a ist an der Spitze der ersten Hauptelektrodenachse 20a befestigt, um die erste Hauptelektrode 6a zu bilden, und die Elektrodenspule 22a, d. h. die erste Haupte lektrode 6a, ist so angeordnet, daß sie sich in der Hauptröhre 17 befindet.
Gemäß 2 sind ein säulenförmiges abgedichtetes Teil 23b, das aus Niob hergestellt ist und auch als externer Einführungsdraht 7b dient, ein zweiter Hauptelektrodeneinführungsdraht 24b, der aus Molybdän als Elektrodeneinführungsteil hergestellt ist, und eine zweite Hauptelektrodenachse 20b, die aus Wolfram hergestellt ist, in einem Stück ausgebildet, um in das Durchgangsloch in der schlanken Röhre 27 eingesetzt zu sein. Die schlanke Röhre 27 und das abgedichtete Teil 23b sind mit dem glasartigen Dichtungsmaterial 19 mit Aluminiumoxid und Siliciumoxid als Hauptkomponenten luftdicht abgedichtet.
Als nächstes wurde die Entladungsröhre 1 so hergestellt, daß der Abstand L von der Außenendfläche der Hauptröhre 17 als Entladungsraum zur Endfläche der abgedichteten Teile 23a, 23b und 23c auf der Entladungsraumseite 4 mm betrug, was in 2 und 3 gezeigt ist. Diese Entladungsröhre 1 wurde an der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe gemäß 1 angeordnet, und das Vorhandensein oder Fehlen von Lecks in der Entladungsröhre wurde im Verlauf eines 3000-stündigen zyklischen Gebrauchs (jeder Zyklus mit 5,5 Stunden Leuchten und 0,5 Stunden Nichtleuchten) zwecks Vergleich mit einem Vergleichsprodukt untersucht. Treten Lecks in der Entladungsröhre auf, spritzen farbige eingeschlossene Materialien aus einer Leckposition der Entladungsröhre und haften auf einer Innenfläche des Außenkolbens, so daß sich das Auftreten von Lecks durch Sichtbeobachtung leicht nachweisen läßt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse dieser Messungen.
Als Vergleichsprodukt kam eine Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit einer Keramikentladungsröhre mit einem in der JP 62-150646 A beschriebenen Aufbau gemäß 10 (im folgenden als Leckvergleichsprodukt bezeichnet) zum Einsatz. Das heißt, elektrisch leitende Cermetscheiben 53a und 53b, die Hauptelektrodenstifte 52a und 52b stützen, wurden an beiden Enden einer Entladungsröhre 51 luftdicht abgedichtet, und die Scheibe 53a stützte eine Hilfselektrode 54, die vom Hauptelektrodenstift 52a isoliert war. Ansonsten war der Aufbau der gleiche wie bei der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe dieser Ausführungsform.
Für beide Entladungslampen wurden eine vorbestimmte Menge Quecksilber, Ne-Ar-Mischgas für ein Startgas und Iodide von Natrium, Thallium, Indium und Lithium als Metallhalogenide in der Entladungsröhre abgedichtet. Ne-N₂-Mischgas wurde im Außenkolben 2 abgedichtet, und der Zustand nach Betrieb bei 100 W wurde untersucht. In der Entladungsröhre 1 der Entladungslampe der Erfindung hatte die Hauptröhre 17 einen maximalen Außendurchmesser von 11 mm, die schlanke Zweilochröhre 26 hatte einen Außendurchmesser von 4,0 mm, die schlanke Röhre 27 hatte einen Außendurchmesser von 2,1 mm, und die aus Niob hergestellten abgedichteten Teile 23a, 23b und 23c hatten einen Außendurchmesser von 0,9 mm. Tabelle 1
Aus Tabelle 1 wird deutlich, daß das Produkt der Erfindung einen Dichtungsaufbau ohne Lecks erreichte. Grund dafür ist, daß die abgedichteten Teile 23a, 23b und 23c einen bestimmten Abstand von der Hauptröhre 17 wahren, die eine hohe Temperatur im Lampenbetrieb erreicht, wodurch die Temperatur auf einen Grad abgesenkt wird, der auch dann keinen Bruch der abgedichteten Teile und der schlanken Röhre verursacht, wenn sie einen Wärmestoß infolge wiederholtem Aufleuchten und Erlöschen erfahren. In dieser Ausführungsform wurde Niob für die abgedichteten Teile 23a, 23b und 23c verwendet, wobei statt dessen aber auch Tantal, Platin, Rhenium oder elektrisch leitendes Cermet zum Erreichen eines ähnlichen Effekts zum Einsatz kommen können.
Ferner wurde das Produkt der Erfindung nach 1-stündigem Betrieb mit dem Lampensockel 15 nach oben 12 Stunden an einem kalten und dunklen Ort unter Beibehaltung der gleichen Orientierung wie im Betrieb aufbewahrt, wonach eine Startspannung der Lampe untersucht wurde. Eine Spannung von 120 V bis 200 V Nennspannung wurde am Lichtstromkreis der Lampe in zunehmenden Schritten von 5 V jeweils 10 Sekunden angelegt, und die Spannung, bei der die Lampe erleuchtete, wurde als Startspannung der Lampe bestimmt.
Außerdem wurden als Lebensdauerprüfung ein Lichtstrom-Verminderungsfaktor und eine Farbtemperaturänderung nach 3000-stündigem Gebrauch in Zyklen (jeder Zyklus mit 5,5 Stunden Leuchten und 0,5 Stunden Nichtleuchten) zum Vergleich mit einem Vergleichsprodukt untersucht. Sowohl der Lichtstrom als auch die Farbtemperatur wurden mit einem Kugelphotometer gemessen, und der Lichtstrom-Verminderungsfaktor sowie die Farbtemperaturänderung wurden im Vergleich zu den Meßwerten vor der Lebensdauerprüfung bestimmt.
Beim Produkt der Erfindung wurde das Experiment durchgeführt, indem der Fülldruck des Startgases (Ne-Ar-Mischgas) in der Entladungsröhre in zwei Zustände geändert wurde. In Tabelle 2 sind die Ergebnisse der Messungen dargestellt.
Als Vergleichsprodukt kam eine Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit einer Keramikentladungsröhre mit einem in der JP 10-10649 A beschriebenen Aufbau gemäß 11 (im folgenden als Lampenstartvergleichsprodukt bezeichnet) zum Einsatz. Das heißt, ein Ende einer transparenten Keramikentladungsröhre 61 war mit zwei schlanken Röhren versehen, bei denen es sich um eine schlanke Röhre 63a handelte, durch die eine in einem Stück mit einer Hauptelektrode 65a ausgebildete Hauptelektrodenachse 62a verlief, und um eine schlanke Röhre 63c, durch die eine in einem Stück mit einer Hilfselektrode 66 ausgebildete Hilfselektrodenachse 67 verlief. Das andere Ende war mit einer schlanken Röhre 63b versehen, durch die eine in einem Stück mit einer Hauptelektrode 65b ausgebildete Hauptelektrodenachse 62b verlief. Die erste Hauptelektrode 65a und die zweite Hauptelektrode 65b waren so vorgesehen, daß sie sich in einer Hauptröhre 68 als Entladungsraum befanden, und auf der Seite der Hauptelektrode 65a war die Hilfselektrode 66 ferner so vorgesehen, daß sie sich in der Hauptröhre 68 als Entladungsraum befand und von der Hauptelektrode 65a zweckmäßig beabstandet war. Ansonsten war der Aufbau der gleiche wie bei der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe dieser Ausführungsform. Tabelle 2
Wie aus Tabelle 2 klar wird, konnte bestätigt werden, daß das Produkt der Erfindung eine geringere Lampenstartspannung gegenüber dem Lampenstartvergleichsprodukt erreichte, das Auftreten schlechter Startvorgänge unterdrückte und auch in der Lebensdauerprüfung stabile Kennwerte erzielte. Eine so geringe Startspannung wurde erreicht, da der Abstand zwischen der nebeneinander liegenden Hauptelektrode und der Hilfselektrode im Produkt der Erfindung mit 1 mm kleiner als beim Startvergleichsprodukt mit 3 mm war, was die Entladungsstartspannung senkte. Bei Erhöhung des Füllgasdrucks steigt ferner die Entladungsstartspannung, während die Zeit für den Übergang von Glimm- zu Bogenentladung beim Lampenstart sinkt, was den Elektrodenverbrauch unterdrückt und dadurch den Lichtstrom-Verminderungsfaktor verbessert. Anders gesagt lassen sich durch zweckmäßiges Einstellen des Füllgasdrucks eine geringe Lampenstartspannung sowie stabile Kennwerte in der Lebensdauerprüfung erreichen.
Überdies waren in der Entladungsröhre 1 dieser Ausführungsform die erste Scheibe 18a und die zweite Scheibe 18b in die Hauptröhre 17 durch Schrumpfen eingepaßt, und ein Ende der schlanken Zweilochröhre 26 sowie ein Ende der schlanken Röhre 27 waren in die erste Scheibe 18a bzw. zweite Scheibe 18b auch durch Schrumpfen eingepaßt. Allerdings können mindestens zwei Komponenten, z. B. die erste Scheibe 18a und die schlanke Zweilochröhre 26, vorab in einem Stück ausgebildet sein, was die Zuverlässigkeit der luftdichten Abdichtung der Entladungsröhre weiter verbessert. Natürlich können die Hauptröhre, die Scheiben, die schlanke Zweilochröhre und die schlanke Röhre alle in einem Stück vorab ausgebildet sein.
Obwohl in der vorstehenden Beschreibung die 100 W-Lampe diskutiert wurde, bestätigten sich ähnliche Effekte bei Gebrauch einer 250 W-Lampe und 400 W-Lampe.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann die Metalldampfhochdruck-Entladungslampe dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Dichtungsaufbau ohne Lecks in der Entladungsröhre erreichen. Da außerdem der Abstand zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode verkleinert sein kann, läßt sich die Startspannung der Lampe so senken, daß stabile Startkennwerte erreicht werden. Möglich ist auch eine Verbesserung der Lebensdauerkennwerte.
Zweite Ausführungsform
Nachstehend folgt eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Diese Ausführungsform hat einen Aufbau, bei dem in der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe der ersten Ausführungsform eine zusätzliche alternative Hauptelektrode 28 anstelle der Hilfselektrode eingesetzt ist, um so zwei Hauptelektroden in der schlanken Zweilochröhre 26 von 4 vorzusehen, und ein Schaltelement 29 die erste Hauptelektrode 6a oder die alternative Hauptelektrode 28 beim Start des Lampenbetriebs wählt.
Ein solcher Aufbau kann die Einsatzhäufigkeit jeder Hauptelektrode verringern. Dadurch läßt sich eine Lampenspannungsänderung im Verlauf der Lebensdauer unterdrücken, die Folge der. durch Verbrauch der Hauptelektrode verursachten Entladungslängenänderung ist, wodurch man stabile Kennwerte erreicht.
Zusätzlich kann es möglich sein, einen Aufbau zu verwenden, bei dem mindestens drei Durchgangslöcher in der schlanken Röhre vorgesehen sind, um mehr Hauptelektroden zu nutzen, oder bei dem die Hilfselektrode in ein oder mehrere Durchgangslöcher eingesetzt ist, um die Startspannung zu senken.
Dritte Ausführungsform
Nachstehend folgt eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Diese Ausführungsform hat einen Aufbau, bei dem in der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe der ersten Ausführungs form die Scheiben aus der Entladungsröhre 1 so entfallen, daß die Hauptröhre 17 und die jeweilige Enden der schlanken Zweilochröhre 26 und der schlanken Röhre 27 durch Schrumpfen gemäß 5 luftdicht abgedichtet sind.
Bei einem solchen Aufbau wird es möglich, die Wärmekapazität in der Endenform der Hauptröhre 17 zu reduzieren, wodurch Wärmeverlust unterdrückt wird, und auch die Endenform frei zu gestalten, wodurch die Temperatur des kältesten Punkts gesteuert wird, die einen Dampfdruck eingeschlossener Metalle bestimmt. Somit läßt sich eine gewünschte Entladung erhalten, was den Lampenwirkungsgrad verbessert.
Zusätzlich können mindestens zwei Komponenten, z.B. die Hauptröhre 17 und die schlanke Zweilochröhre 26, vorab in einem Stück ausgebildet sein, was die Zuverlässigkeit der luftdichten Abdichtung der Entladungsröhre weiter verbessert. Natürlich können die Hauptröhre, die schlanke Zweilochröhre und die schlanke Röhre alle in einem Stück vorab gebildet sein.
Vierte Ausführungsform
Nachstehend folgt eine Beschreibung einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Diese Ausführungsform hat einen Aufbau, bei dem in der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe der ersten Ausführungsform eine Hilfselektrodenspule 30 an der Spitze der Hilfselektrode 9 gemäß 6 vorgesehen ist.
Bei einem solchen Aufbau wird der Abstand zwischen der ersten Hauptelektrode 6a und der Hilfselektrode 9 weiter verringert, so daß nicht nur die elektrische Feldstärke zunimmt, sondern das elektrische Feld auch am Spulenabschnitt mit einem Einfallswinkel angelegt wird, was das Emittieren von Elektronen erleichtert.
Außerdem kann bei diesem Aufbau ein emittierendes Material auf die Hilfselektrodenspule aufgetragen oder die Hilfselektrodenspule mit dem emittierenden Material imprägniert sein. Durch Auftragen des emittierenden Materials nur auf die Hilfselektrode oder durch Imprägnieren nur der Hilfselektrode mit dem emittierenden Material lassen sich folgende Wirkungen erhalten: Im stabilen Lampenbetrieb ist die Hilfselektrode, die durch das Bimetall elektrisch iso liert ist, nicht direkt einer durch die Entladung verursachten hohen Temperatur ausgesetzt, was ein Zerstreuen des emittierenden Materials verhindert. Dadurch wird es möglich, Lecks zu verhindern, indem die Reaktion des emittierenden Materials mit dem eingeschlossenen Material, dem Entladungsröhrenmaterial und mit dem Dichtungsmaterial unterdrückt ist, während stabile Startkennwerte im Lebensdauerverlauf gewahrt bleiben.
Fünfte Ausführungsform
Nachstehend folgt eine Beschreibung einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
Diese Ausführungsform hat einen Aufbau, bei dem in der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe der ersten Ausführungsform ein Teil der Hilfselektrode 9 näher zur Seite der ersten Hauptelektrode 6a über eine Innenwandfläche des Durchgangslochs der schlanken Zweilochröhre 26 hinaus liegt, in der die Hilfselektrode 9 eingesetzt ist, was 7 zeigt.
Die Spitze der Hilfselektrode 9 ist mit einem wärmebeständigen und halogenidbeständigen Material ausgebildet, z. B. Wolfram oder Molybdän, und hat einen Drahtdurchmesser von höchstens etwa 0,3 mm sowie ausreichende Elastizität. Nachdem sie vorab in eine vorbestimmte Form verformt wurde, wird die Spitze der Hilfselektrode 9 durch das Durchgangsloch eingesetzt, um ihre Ausgangsform in der Entladungsröhre wieder herzustellen.
Bei einem solchen Aufbau ist der Abstand zwischen der ersten Hauptelektrode 6a und der Hilfselektrode 9 weiter verringert, was die Startspannung senkt.
Die Form der Spitze der Hilfselektrode 9 ist nicht auf die zur Seite der Hauptelektrode 6a gemäß 7 gebogene beschränkt. Zum Beispiel kann ein Abschnitt, der etwas näher zum Hilfselektrodeneinführungsdraht 25 von der Spitze liegt, in eine "U"-Form ("Ω"-Form) so gebogen sein, daß sein konvexer Abschnitt zur Hauptelektrode 6a weist. Außerdem kann die Hilfselektrode 9 selbst nicht nur wie in dieser Ausführungsform umgeformt, sondern auch mit der in der vierten Ausfüh rungsform beschriebenen Spule versehen und dann näher zur Seite der Hauptelektrode 6a angeordnet sein.
Sechste Ausführungsform
Nachstehend folgt eine Beschreibung einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Diese Ausführungsform hat einen Aufbau, bei dem in der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe der zweiten Ausführungsform der Abstand von der alternativen Hauptelektrode 28 zur gegenüberliegenden Hauptelektrode 6b kleiner als der von der Hauptelektrode 6a neben der alternativen Hauptelektrode 28 zur Hauptelektrode 6b ist, was 8 veranschaulicht.
In einer Anfangsperiode der Lampenlebensdauer ist das Schaltelement 29 so eingestellt, daß die Entladung zwischen den Hauptelektroden erfolgt. In einer späteren Periode der Lampenlebensdauer, in der Schwärzung der Entladungsröhre usw. die Lampenspannung so erhöht, daß die Lampe während ihrer Lebensdauer einen Lichtstromrückgang erfahren bzw. aussetzen kann, wählt das Schaltelement 29 die alternative Hauptelektrode 28. Ein solcher Aufbau verringert die Bogenlänge in der späteren Periode der Lebensdauer, um die Lampenspannung zu senken und den Lichtstromrückgang der Lampe zu verhindern, was die Lampenlebensdauer verlängert.
Wie zuvor beschrieben wurde, beginnt bei der Metalldampfhochdruck-Entladungslampe der vorstehenden erfindungsgemäßen Ausführungsformen nach Einschalten einer Stromquelle die Hilfsentladung zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode, gefolgt von einem prompten Übergang zur Hauptentladung zwischen den Hauptelektroden, wonach ein stabiler Entladungszustand gewahrt bleibt. Im Gegensatz zur Quarzentladungsröhre lassen sich auch die Formabweichung je nach der Formgebung von Keramikmaterialien sowie die durch diese Formabweichung verursachten Abweichungen der Lampenkennwerte verringern. Da gleichzeitig Keramikwerkstoffe mit geringem Reaktionsvermögen mit den eingeschlossenen Iodiden zum Einsatz kommen, ist es möglich, eine Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit einem hohen Wirkungsgrad unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen sowie von der Zusammensetzung des Gases im Außenkolben sowie mit stabilen Lebensdauerkennwerten mit geringerer Änderung des Lichtstrom-Verminderungsfaktors und der Farbtemperatur in ihrem Lebensdauerverlauf zu erhalten. Außerdem lassen sich durch den Einsatz der alternativen Hauptelektrode stabile Lebensdauerkennwerte und eine längere Lebensdauer der Lampe erzielen.
Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein, ohne ihren Grundgedanken oder ihre wesentlichen Merkmale aufzugeben.

Claims

Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit: einem Außenkolben, der durch einen Fuß luftdicht abgedichtet ist; und einer Entladungsröhre aus transparenter Keramik, in der Quecksilber, ein Edelgas und ein Entladungsmetall eingeschlossen sind, wobei sich die Entladungsröhre innerhalb des Außenkolbens befindet; wobei die Entladungsröhre aufweist: eine Hauptröhre, ein Paar schlanke Röhren, die an beiden Enden der Hauptröhre angeordnet sind, mindestens ein Paar Hauptelektroden, die in der Hauptröhre angeordnet sind, und mindestens eine Hilfselektrode, die in der Hauptröhre angeordnet ist, wobei das Paar Hauptelektroden mit Elektrodeneinführungsteilen verbunden ist, die in den schlanken Röhren mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet sind, und die Hilfselektrode mit einem Hilfselektrodeneinführungsteil verbunden ist und das mit der Hilfselektrode verbundene Hilfselektrodeneinführungsteil von dem mit der Hauptelektrode verbundenen Elektrodeneinführungsteil elektrisch isoliert und in der gleichen schlanken Röhre mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet ist.
Metalldampfhochdruck-Entladungslampe mit: einem Außenkolben, der durch einen Fuß luftdicht abgedichtet ist; und einer Entladungsröhre aus transparenter Keramik, in der Quecksilber, ein Edelgas und ein Entladungsmetall eingeschlossen sind, wobei sich die Entladungsröhre innerhalb des Außenkolbens befindet; wobei die Entladungsröhre aufweist: eine Hauptröhre, ein Paar schlanke Röhren, die an beiden Enden der Hauptröhre angeordnet sind, mindestens ein Paar Hauptelektroden, die in der Hauptröhre angeordnet sind, und mindestens eine alternative Hauptelektrode, die in der Hauptröhre angeordnet ist, wobei das Paar Hauptelektroden mit Elektrodeneinführungsteilen verbunden ist, die in den schlanken Röhren mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet sind, und die alternative Hauptelektrode mit einem alternativen Elektrodeneinführungsteil verbunden ist und das mit der alternativen Hauptelektrode verbundene alternative Elektrodeneinführungsteil von dem mit der Hauptelektrode verbundenen Elektrodeneinführungsteil elektrisch isoliert und in der gleichen schlanken Röhre mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet ist.
Metalldampfhochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 2, wobei die Hauptröhre ferner eine Hilfselektrode aufweist, die mit einem Hilfselektrodeneinführungsteil verbunden ist, und das mit der Hilfselektrode verbundene Hilfselektrodeneinführungsteil von dem mit der Hauptelektrode verbundenen Elektrodeneinführungsteil sowie von dem mit der alternativen Hauptelektrode verbundenen alternativen Elektrodeneinführungsteil elektrisch isoliert und in der schlanken Röhre mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet ist.
Metalldampfhochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Paar schlanke Röhren mit beiden Enden der Hauptröhre direkt verbunden ist.
Metalldampfhochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Hilfselektrode eine Spule hat.
Metalldampfhochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 5, wobei ein elektronenemittierendes Material auf die Spule der Hilfselektrode aufgetragen oder die Spule der Hilfselektrode mit einem elektronenemittierenden Material imprägniert ist.
Metalldampfhochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 3, wobei sich mindestens ein Teil der in der Hauptröhre angeordneten Hilfselektrode näher zu einer Seite der Hauptelektrode über eine Innenwandfläche der schlanken Röhre hinaus befindet, in der das Hilfselektrodeneinführungsteil, mit dem die Hilfselektrode verbunden ist, eingesetzt ist.
Metalldampfhochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 2, wobei der Abstand von der Spitze der alternativen Hauptelektrode zur gegenüberliegenden Hauptelektrode kleiner als der von der Spitze der Hauptelektrode neben der alternativen Hauptelektrode zur gegenüberliegenden Hauptelektrode ist.