DE60019270T2

DE60019270T2 - Hochdrucknatriumlampe

Info

Publication number: DE60019270T2
Application number: DE60019270T
Authority: DE
Inventors: Masato Kobe-shi Wada; Akio Takatsuki-shi Takubo
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2020-05-20
Also published as: DE60019270D1; EP1156513A1; EP1056120B1; EP1156513B1; CN1122297C; CN1275792A; EP1056120A1; DE60000098T2; DE60000098D1; JP3133739B2; US6366019B1; JP2000340179A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Natriumlampe, insbesondere die Anordnung einer Entladungsröhre in einer Hochdruck-Natriumlampe mit einer hohen Farbwiedergabeeigenschaft.
3 zeigt ein Beispiel der Anordnung einer Entladungsröhre in einer herkömmlichen Hochdruck-Natriumlampe. Wie in 3 gezeigt ist, beinhaltet diese herkömmliche Hochdruck-Natriumlampe eine leitende Röhre 33 und eine Elektrode 32, die an einem Ende der leitenden Röhre 33 unter Verwendung eines Titanlötmittels 31 angebracht ist. Das andere Ende der leitenden Röhre 33 ist ein offenes Ende.
Die leitende Röhre 33 ist an einem Ende einer transparenten Aluminiumoxidröhre 34 befestigt und ein Abschnitt der transparenten Aluminiumoxidröhre 34, an welches die leitende Röhre 33 befestigt ist, ist hermetisch mit einer Dichtung 35 aus Keramikzement abgedichtet. Natriumamalgam 36 ist an einem inneren Ende der transparenten Aluminiumoxidröhre 34 vorgesehen.
Bei Verwendung der oben erwähnten herkömmlichen Konfiguration der Entladungsröhre tritt jedoch bei einer Hochdruck-Natriumlampe mit einem relativ hohen Natriumdampfdruck innerhalb der Entladungsröhre während des Betriebes, insbesondere bei einer Hochdruck-Natriumlampe mit einer hohen Farbwiedergabeeigenschaft, die Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der transparenten Aluminiumoxidröhre 34 auf und die transparente Aluminiumoxidröhre 34 erreicht eine hohe Temperatur.
Wie in 4 gezeigt ist, könnte daher ein Abschnitt in der Nachbarschaft der Elektrode 32 in der leitenden Röhre 33 verformt werden.
Wenn eine solche Deformierung auftritt, löst sich die leitende Röhre 33 von der Dichtung 35, wodurch eine Lücke bzw. ein Spalt zwischen ihnen gebildet wird. In diese Lücke bzw. diesem Spalt tritt das Natriumamalgam 36 ein und daher reagiert das Natrium eines Leuchtstoffes bzw. Leuchtmaterials mit der Dichtung 35 über einen weiten Bereich. Demzufolge wird der Verlust an Natrium innerhalb der Entladungsröhre gefördert, wodurch in einigen Fällen Probleme verursacht werden, wie eine Änderung der Entladungsfarbe oder der Lampenspannung während der Lebenszeit, und dergleichen.
Daher offenbart als ein Beispiel für eine Konfiguration zur Lösung solcher Probleme die JP 8-3995 B eine Hochdruck-Natriumlampe, in welcher eine leitenden Röhre vor der Beeinflussung durch den Druckunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren einer Entladungsröhre bewahrt wird und keramischer Zement nicht einer Entladungslücke der Entladungsröhre ausgesetzt wird, wodurch die Reaktion zwischen Natrium und dem keramischen Zement während des Betriebes unterdrückt wird.
Jedoch wird bei der oben beschriebenen, in der JP 8-3995 B offenbarten Hochdruck-Natriumlampe, Natriumamalgam eines Leuchtstoffes bzw. Leuchtmateriales nicht innerhalb der Entladungsröhre gehalten, sondern innerhalb der leitenden Röhre, welche der kälteste Abschnitt ist, wodurch die folgenden zwei Probleme verursacht werden.
Das erste Problem besteht darin, dass die durch eine Bogenentladung zwischen Elektroden erzeugt Wärme, welche im Betrieb als Wärmequelle dienen, durch die Elektroden aufgefangen wird und das innerhalb der leitenden Röhre gehaltene Natriumamalgam die Wärme bzw. Hitze nicht leicht aufnehmen kann, wodurch eine lange Zeit zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach Anschalten der Lampe erforderlich wird.
Das zweite Problem besteht darin, dass sich bei Verschiebung der Entladungsröhre die Temperatur des kältesten Abschnittes verschiebt, wodurch die Änderung der Lampenspannung hergestellter Lampen erhöht wird, im Vergleich zu dem Fall, in dem Natriumamalgam am inneren Ende einer Entladungsröhre vorgesehen ist, wo sich die Temperatur nicht besonders verändert, wie in 3 gezeigt ist.
Die JP 52-42673 A offenbart ein Beispiel, bei welchem eine leidende Röhre eine luftdichte Struktur aufweist. Bei der leitenden Röhre ist das offene Ende der leitenden Röhre 33, die in 3 gezeigt ist, geschlossen und das Innere der leitenden Röhre ist von einer gasförmigen Substanz, welche das Innere der Entladungsröhre umgibt, abgeschirmt. Daher wird die Reaktion zwischen dem Abschnitt, welcher für eine hohe Temperatur in der leitenden Röhre 33 vorgesehen ist und der gasförmigen Substanz, welche diese umgibt, verhindert. Die JP 52-42673 A beschreibt eine einfache Abschirmung, jedoch nicht eine Maßnahme gegen die Deformierung, welche durch einen Druckunterschied hervorgerufen wird.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben Hochdruck-Natriumlampen mit einer hohen Farbwiedergabeeigenschaft für etwa 6000 Stunden betrieben, dass Entladungsröhren, die in 3 gezeigt sind, hergestellt werden und überprüften einen Fehlbetrag an Natrium in den Entladungsröhren mit einer deformierten und mit einer nicht-deformierten leitenden Röhre. Im Ergebnis waren in der Entladungsröhre mit einer deformierten leitenden Röhre etwa 50% der Gesamtmenge des in der Entladungsröhre abgedichteten Natrium verloren. Andererseits wurden bei der Entladungsröhre mit einer nicht-deformierten leitenden Röhre 4% der Gesamtmenge an Natrium verloren. Daher wurde bestätigt, dass die verlorene Menge in der Entladungsröhre mit einer nicht-deformierten leitenden Röhre extrem klein ist, im Vergleich zu jener in einer Entladungsröhre mit einer defor mierten leitenden Röhre.
Zusätzlich wurde die Entladungsröhre mit einer deformierten leitenden Röhre im Detail untersucht. Als Ergebnis wurden etwa 90% des verlorenen Betrages an Natrium durch die Reaktion zwischen dem Natrium und der Dichtung verursacht, in Folge des Spaltes, welcher durch das Ablösen der leitenden Röhre vom Dichtmittel verursacht wurde. Mit anderen Worten, es wurde bestätigt, dass die Reaktion zwischen dem Natrium und dem Dichtmittel durch Verhinderung der Deformierung der leitenden Röhre unterdrückt werden kann.
Die vorliegende Erfindung soll eine Hochdruck-Natriumlampe zur Verfügung stellen, bei welcher die leitende Röhre nicht deformiert werden soll und Natrium innerhalb einer Entladungsröhre als Farbstoffmaterial vorgesehen ist, wodurch verhindert wird, dass sich eine Belichtungsfarbe und Lampenspannung während der Lebenszeit ändert, die Zeit zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach Anschalten der Lampe kurz ist, und die Änderung der Lampenspannung unterdrückt wird.
Um die oben erwähnten Aufgaben zu lösen, beinhaltet eine Hochdruck-Natriumlampe der vorliegenden Erfindung eine Entladungsröhre und ein Paar von Elektroden, welche sich innerhalb der Entladungsröhre gegenüberstehen, und wenigstens Natrium und ein Edelgas sind in der Entladungsröhre abgedichtet. Das Paar von Elektroden ist durch leitende Röhren gehalten, welche hermetisch an beide Enden der Entladungsröhre mit einer Dichtung angebracht sind und die Entladungsröhren weisen luftdichte Strukturen auf und ein Inertgas ist darin abgedichtet.
Gemäß dieser Konfiguration bzw. Anordnung wird im Betrieb, in Folge des Druckes des in den leitenden Röhren abgedichteten Inertgases, der Druckunterschied zwischen Abschnitten, welche innerhalb und außerhalb der Entladungsröhre in den leitenden Röhren angeordnet ist, nicht leicht verursacht. Des Weiteren erniedrigt die Wärmeleitung durch das in den leitenden Röhren abgedichtete Gas die Temperatur von Abschnitten in den Nachbarschaften der Elektroden in den leitenden Röhren. Im Ergebnis ist es möglich, die leitenden Röhren vor einer Deformierung und einer Ablösung von dem Dichtmittel zu bewahren.
Weil darüber hinaus das Natrium in der Entladungsröhre abgedichtet ist, kann das Natrium eines Leuchtmittels rasch die durch eine Bogenentladung zwischen den Elektroden, welche im Betrieb als Wärmequelle dienen, erzeugte Wärme aufnehmen, und gleichzeitig wird die Temperatur konstant gehalten. Daher wird die Zeit, welche zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach dem Anschalten der Lampe erforderlich ist, verkürzt und die Änderung der Lampenspannung während der Herstellung wird unterdrückt.
Bei der oben erwähnten Hochdruck-Natriumlampe wird bevorzugt, dass die die Elektroden in den leitenden Röhren haltenden Abschnitte eine Temperatur von 800°C oder niedriger aufweisen.
Gemäß dieser Konfiguration wird die Belastung der leitenden Röhren gemäß der Temperatur unterdrückt, wodurch des weiteren verhindert wird, dass die leitenden Röhren deformiert werden und sich von der Abdichtung lösen.
1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration eines Endes einer Entladungsröhre in einer Hochdruck-Natriumlampe mit hoher Farbwiedergabeeigenschaft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration eines Endes einer Entladungsröhre einer Hochdruck-Natriumlampe mit einer hohen Farbwiedergabeeigenschaft gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht, welche ein strukturelles Beispiel eines Endes einer Entladungsröhre einer herkömmlichen Hochdruck-Natriumlampe zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, welche den Zustand zeigt, in welchem eine leitende Röhre bei der herkömmlichen Hochdruck-Natriumlampe, die in 3 gezeigt ist, deformiert ist.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration eines Endes einer Entladungsröhre in einer Hochdruck-Natriumlampe von 150 W mit einer Farbwiedergabeeigenschaft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Entladungsröhre ist eine herkömmliche leitende Röhre 3 zum Tragen einer Elektrode 2 an jedem Ende einer transparenten Aluminiumoxidröhre 4 angebracht. 1 zeigt nur ein Ende der Entladungsröhre und das andere Ende ist in der Figur nicht gezeigt.
Die Elektrode 2, welche ein Emissionsmaterial enthält, ist hermetisch an das eine Ende der leitenden Röhre 3 mit Titanlötmittel 1 befestigt. Das andere Ende der leitenden Röhre 3 ist geschlossen und daher weist die leitende Röhre 3 eine luftdichte Struktur auf. Ein Argongas 7 ist in der leitenden Röhre 3 als ein Inertgas abgedichtet. Die leitende Röhre 3 ist aus einer Legierung gebildet, welche 99% Niob und 1% Zirkon enthält, und einen äußeren Durchmesser von 4 mm aufweist.
Bei der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 ist ein Abschnitt, an welchem die leitende Röhre 3 angebracht ist, hermetisch mit einer Abdichtung 5 aus keramischem Zement abgedichtet. Zusätzlich zu 52 × 10^–3 bar (40 Torr) Xenongas, ist Natriumamalgam 6, beinhaltend 5 mg Natrium und 13 mg Quecksilber, in der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 abgedichtet. Das Natriumamalgam 6 ist in Nachbarschaft eines inneren Endes der transparenten Aluminiumoxidröhre vorgesehen, welches ein kältester Abschnitt ist.
Innerhalb der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 ist eine Gegenelektrode (in der Figur nicht gezeigt), in Gegenüberstellung zu der Elektrode 2 vorgesehen. Der Abstand zwischen diesen Elektroden beträgt 31 mm. Thermische Schutzfilme (nicht in der Figur gezeigt), aus Tantal mit einer Dicke von 0,02 mm und einer Breite von 15 mm sind auf der äußeren Oberfläche beider Enden der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 vorgesehen.
Die Entladungsröhren gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der oben erwähnten Konfiguration und die herkömmlichen Entladungsröhren, welche in 3 gezeigt sind, wurden in äußere Röhren aus Hartglas (nicht in der Figur gezeigt) mit einem äußeren Durchmesser von 40 mm einverleibt, wodurch 20 Lampen gebildet wurden. Dann wurden die Lampenspannungen der jeweiligen Lampen unmittelbar nach ihrer Herstellung überprüft.
Im Ergebnis betrug die Änderung in der Lampenspannung 6,5 V bei den herkömmlichen Entladungsröhren. Andererseits betrug die Änderung der Lampenspannung 3,4 V bei Entladungsröhren gemäß der vorliegenden Erfindung. Des Weiteren wurde die Zeit überprüft, welche zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach Anschalten der Lampe erforderlich war. Im Ergebnis erforderte es etwa 15 Minuten bei den herkömmlichen Entladungsröhren. Andererseits erforderte es etwa 8 Minuten bei den Entladungsröhren gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Mit anderen Worten wurde eine bedeutende Verbesserung sowohl in der Änderung der Lampenspannung sowie in der Zeit, welche zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes erforderlich ist, bei den Entladungsröhren gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestätigt.
Bei der Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung wurde die Temperatur eines leitenden Röhrenabschnittes, welcher durch den Druckunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Entladungsröhre negativ beeinflusst ist, d. h. die Temperatur ei nes Abschnittes in Nachbarschaft der Elektrode 2 in der leitenden Röhre 3, gemessen und betrug etwa 800°C. Andererseits betrug die Temperatur etwa 840°C bei der in 3 gezeigten herkömmlichen Lampe. Mit anderen Worten ist gemäß der Konfiguration der vorliegenden Erfindung die Temperatur des leitenden Röhrenabschnittes, welcher durch die Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Entladungsröhre herrscht, um etwa 40°C niedriger, im Vergleich zu der herkömmlichen Konfiguration.
Die in 3 gezeigte herkömmliche Lampe und die Lampe gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurden 12000 Stunden mit einem Einschaltzyklus betrieben, in welchem die Lampen 5,5 Stunden betrieben wurden und dann für 0,5 Stunden wiederholt abgeschaltet wurden. Bei der Lampe gemäß der vorliegenden Ausführungsform konnte weder die Deformierung der leitenden Röhre noch die Änderung der Belichtungsfarbe vorgefunden werden und die Eigenschaften während der Lebenszeit waren ebenfalls stabil. Im Gegenteil wurde bei der in 3 gezeigten herkömmlichen Lampe die leitende Röhre deformiert.
Wie oben beschrieben worden ist, wird gemäß der Konfiguration der Entladungsröhre, welche durch Abschließen beider Enden der leitenden Röhre 3, Abdichten eines Inertgases darin und hermetisches Anbringen der leitenden Röhre an der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 mit dem Dichtmittel 5 die Zeit, welche erforderlich zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach dem Anschalten der Lampe ist, verkürzt, währenddessen die Änderungen der Belichtungsfarbe und der Lampenspannung während der Lebenszeit verhindert und des Weiteren die Änderung der Lampenspannung unterdrückt werden kann.
Da das Inertgas in der leitenden Röhre 3 abgedichtet ist, kann in Folge von Wärmeleitung durch das Inertgas die Temperatur des Abschnittes, welcher die Elektrode 2 in der leitenden Röhre 3 hält, unter die von herkömmlichen Lampen gedrückt werden, vorzugsweise auf 800°C oder niedriger. Demgemäß kann die von der Temperatur abhängige Belastung auf die leitende Röhre 3 unterdrückt werden, wodurch des Weiteren zuverlässig die leitende Röhre 3 davor geschützt wird, deformiert zu werden und sich von der Dichtung 5 zu lösen.
Des weiteren wird bei der Konfiguration der vorliegenden Erfindung das innerhalb der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 vorgesehene Natriumamalgam 6 konstant am inneren Ende der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 positioniert, welches der kälteste Abschnitt ist. Daher kann das Natriumamalgam 6 rasch die durch eine Bogenentladung zwischen den Elektroden erzeugte Wärme, welche als Wärmequellen im Betrieb dienen, aufnehmen und die Temperatur des kältesten Abschnittes wird konstant gehalten. Daher wird die Zeit, welche zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach dem Anschalten der Lampe erforderlich ist, verkürzt und die Änderung der Lampenspannung kann unterdrückt werden.
Zweite Ausführungsform
2 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration eines Endes einer Entladungsröhre einer Hochdruck-Natriumlampe von 150 W gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Entladungsröhre der Lampe gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Ende, gegenüberliegend dem Ende, welches eine Elektrode in einer leitenden Röhre 3 hält, mit einer keramischen Kappe 8 und einer Dichtung 9 aus keramischem Zement verschlossen. Ein Inertgas wurde in der leitenden Röhre 3 abgedichtet. Ausgenommen davon besitzt die Entladungsröhre die gleiche Konfiguration wie die Entladungsröhre der Lampe gemäß der ersten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben worden ist, wird gemäß der Konfiguration der Entladungsröhre, erhalten durch Verschließen beider Enden der leitenden Röhre 3, Abdichten des Inertgases (ein Argongas) darin und hermetisches Anbringen der leitenden Röhre 3 an einer transparenten Aluminiumoxidröhre 4 mit einer Dichtung 5, die Zeit zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach dem Anschalten der Lampe verkürzt, währenddessen die Änderungen der Belichtungsfarbe und der Lampenspannung während der Lebenszeit verhindert wird und des Weiteren die Änderung der Lampenspannung unterdrückt werden kann.
Da das Inertgas in der leitenden Röhre 3 abgedichtet ist, kann in Folge von Wärmeleitung durch das Inertgas, die Temperatur des Abschnittes, welcher die Elektrode 2 in der leitenden Röhre 3 hält, unter jene gedrückt werden, welche in einer herkömmlichen Lampe vorherrscht, vorzugsweise auf 800°C oder niedriger. Demgemäß kann die von der Temperatur abhängige Belastung auf die leitende Röhre 3 unterdrückt werden, wodurch des Weiteren zuverlässig verhindert wird, dass die leitende Röhre 3 deformiert wird und sich von der Dichtung 5 löst.
Bei der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist das innerhalb der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 vorgesehene Natriumamalgam 6 konstant an einem inneren Ende der transparenten Aluminiumoxidröhre 4 positioniert, welches der kälteste Abschnitt ist. Daher kann das Natriumamalgam 6 rasch die Hitze aufnehmen, welche durch eine Bogenentladung zwischen den Elektroden erzeugt wird, welche als eine Heizquelle im Betrieb dienen und die Temperatur des kältesten Abschnittes wird konstant gehalten. Daher ist die Zeit, welche zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach Anschalten der Lampe erforderlich ist, verkürzt und die Änderung der Lampenspannung kann unterdrückt werden.
In den jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen wurde das Titanlötmittel (1) zur Fixierung der Elektrode 2 verwendet. Anstelle dessen können die leitende Röhre 3 und die Elektrode 2 verschweißt werden, um hermetisch befestigt zu werden. Des Weiteren wurde Argongas als in der leitenden Röhre 3 abgedichtetes Inertgas verwendet. Anstelle des Argongases können andere Inertgase, wie Stickstoffgas, ein Xenongas oder ein Kryptongas verwendet werden und zwei oder mehrere Inertgase können vermischt werden und darin abgedichtet sein.
Bei den jeweiligen, oben beschriebenen Ausführungsformen betrug die Lampenspannung 150 W, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf die farbwiedergebende Hochdruck-Natriumlampe angewendet werden, sondern auch auf eine allgemeine Hochdruck-Natriumlampe. In diesem Falle können die gleichen Wirkungen erhalten werden.
Wie oben beschrieben worden ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die leitende Röhre vor einer Deformierung geschützt, wodurch eine Hochdruck-Natriumlampe mit stabilen Lebenszeitcharakteristiken zur Verfügung gestellt wird, in welcher die Zeit, welche zur Erreichung eines stabilen Belichtungszustandes nach dem Anschalten der Lampe kurz ist und die Änderung der Lampenspannung unterdrückt ist.

Claims

Eine Hochdruck-Natriumlampe, umfassend eine Entladungsröhre (4) und ein Paar von Elektroden (2), welche sich innerhalb der Entladungsröhre (4) gegenüberliegen, wenigstens Natrium und ein Edelgas, welches in der Entladungsröhre (4) abgedichtet ist, wobei das Paar von Elektroden (2) durch leitende Röhren (3) gehalten wird, welche an beiden Enden der Entladungsröhre (4) mit einer Dichtung (1) hermetisch angebracht sind, die leitenden Röhren (3) luftdichte Strukturen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inertgas (7) in den leitenden Röhren (3) abgedichtet ist.
Hochdruck-Natriumlampe gemäß Anspruch 1, worin Abschnitte, welche die Elektroden (2) in den leitenden Röhren (3) halten, während des Betriebes eine Temperatur von 800°C oder niedriger aufweisen.