JP2004006251A

JP2004006251A - Metallic vapor discharge lamp

Info

Publication number: JP2004006251A
Application number: JP2003027679A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Kakisaka; 柿坂　俊介; Kazuo Takeda; 武田　一男
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-01-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metallic vapor discharge lamp excellent in performance, and causing small variation of a service life characteristic in lighting the lamp as compared with a conventional one by restraining metallic vapor pressure in an arc tube from rising by reduction of nitrogen gas in an outer tube. <P>SOLUTION: In this metallic vapor discharge lamp, metal materials such a wiring member in contact with the nitrogen gas filled in the outer tube 8, that is, sleeve support plates 3a and 3b, power feed lines 4a and 4b, stem lines 5a and 5b and the outer frame part of a getter 7 are each made by using a material chemically stable against the nitrogen gas atmosphere in the outer tube, for example, stainless steel SUS304. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルハライドランプ等の金属蒸気放電ランプに関し、特に、外管内部に窒素ガスを封入した金属蒸気放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属蒸気放電ランプは、水銀、希ガスおよび発光金属を封入した発光管を、窒素ガスを封入した外管の内部に配置し、発光管の電極と外管の口金とを配線部材で電気的に接続した構成を有する。窒素ガスは、不活性の充填ガスとして用いられているが、ランプ点灯時の発光管を適切な温度に保つ役目も有する。また配線部材は、外管内部における電流供給線、ステム線等からなり、外管内部で発光管を担持しつつ、必要に応じて発光管を囲繞するスリーブを保持するためにも用いられている。これらの配線部材には、ランプ点灯時の高温に耐えられる特性が要求され、一般的に鉄を主体とする金属部材（鉄、表面にニッケルメッキを施した鉄、または鉄とニッケルの合金等）が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６４０１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで本願発明者によれば、従来の金属蒸気放電ランプは、長期間にわたる使用のうちに、外管内部の窒素ガス圧が減少するといった問題が見られることが分かった。
このように窒素ガス圧が減少すると、外管内部の充填ガスとしての機能が失われていくので、ランプ点灯時における発光管の温度調節が適切に行われず、発光管内部の蒸気圧が上昇して寿命特性が変化してしまうという問題が生じやすくなる。また、窒素ガスが失われると外管内圧が低下することから、ランプに高圧パルスが印加されるときや、寿命末期などに起こる発光管のリーク不点灯時に、外管内部の配線間、いわゆる異種マウント間でアーク放電やグロー放電が発生する可能性も考えられ、絶縁破壊に繋がる恐れも想定される。
【０００５】
これはランプの点灯性能を著しく損なう問題であり、早急に解決すべき課題である。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、外管内部の窒素ガスの減少によって発光管内部の金属蒸気圧が上昇するのを抑制し、従来よりもランプ点灯時の寿命特性（ライフ特性）の変化が小さく、良好な性能の金属蒸気放電ランプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明者らは鋭意検討および研究を重ねた結果、従来において長期間にわたるランプ使用時に外管内部の窒素ガスが減少する主な原因は、外管内部に使用した金属部材、具体的には鉄、表面にニッケルメッキを施した鉄、または鉄とニッケルの合金のうちの少なくともいずれかの金属部材が、高温の窒素ガス雰囲気中で化学反応を生じ、窒化鉄を生じるためであることを見出した。ここで言う化学反応には、詳しくはランプ点灯時における外管内部の窒素ガス雰囲気の温度が３５０℃を超える場合において、外管内部に含まれる窒素成分と、不純物として混入した水素成分が反応してアンモニアを生じ、このアンモニアに対して金属部材が反応し窒化鉄を生じる反応過程を含んでいると考えられる。
【０００７】
そこで本発明は、内部に窒素ガスが封入されている外管内に、水銀、希ガスおよび発光金属が封入された発光管を備えた金属蒸気放電ランプであって、窒素と反応する金属部材を、前記外管内のランプ定常点灯中における温度が３５０℃を超える窒素ガス雰囲気中に露出される箇所に設けていない構成とした。
このような構成によれば、従来ではランプ点灯時の外管内部における窒素ガス雰囲気の温度が３５０℃を超えると、外管内部に含まれる窒素成分と不純物として混入した水素成分とが窒素化合物であるアンモニアとなり、このアンモニアが金属部材と反応していたが、本願発明ではアンモニアが生じやすい３５０℃より高温の窒素ガス雰囲気中に金属部材を露出していないため、前記反応の発生を回避して窒素ガスの減少が抑制される。したがって本発明では、長期間ランプを使用しても窒素ガス圧が保たれ、異種マウント間でアーク放電やグロー放電などが発生したり、絶縁破壊が生じるのが抑制される。これにより、ランプの寿命特性（ライフ特性）を長期間にわたって良好に発揮することが可能となる。
【０００８】
また本発明では、外管内部に窒素ガスが良好に保たれるので、発光管の温度調節が適切になされ、発光管の過熱が回避される。ゆえに、ランプ点灯時に発光管内部の蒸気圧の上昇が抑えられることとなり、この蒸気圧の上昇に伴う特性変化が防止できる。
このような本発明は、前記金属部材が鉄、ニッケルメッキした鉄、または鉄とニッケルの合金の中から選ばれたものであるときに特に効果が高い。
【０００９】
また本発明は、内部に窒素ガスが封入された外管内に、発光管と、この発光管に電力を供給するための配線部材を含む金属部材が収納された金属蒸発放電ランプであって、前記金属部材は、窒素または窒素化合物に対して、３５０℃を超える高温条件下で化学的に安定な形態で構成されているものとすることができる。このような構成によっても、上記と同様の効果が奏される。
【００１０】
なお前記金属部材は、具体的にはステンレス、モリブデン、マンガン、タンタル、タングステン、チタンの中から選ばれたもので構成することができる。このうちモリブデン、マンガン、タンタル、タングステン、チタンは、それぞれ金属単体が化学的に安定しており、高温窒素ガス中においても安定性が高い。また、ステンレスは表面に酸化物からなる不働態層が形成されることから、高温窒素ガスに対して化学的に安定した材料として用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
１．実施の形態１
１−１．金属蒸気放電ランプの構成
図１は、本実施の形態１にかかる出力２５０Ｗの金属蒸気放電ランプの構成を示す部分的な正面断面図である。
【００１２】
当図に示すように、本金属蒸気放電ランプは、丸底円筒型外管８の内部において、耐熱ガラス製ステム６から、アルミナセラミック製の本管部１０・細管部１１ａ、１１ｂを持つ発光管１が、配線部材であるステム線５ａ、５ｂ、および電力供給線４ａ、４ｂと接続された構成を有する。当該ランプのサイズは、一例として全長２２０ｍｍ、直径５０ｍｍである。もちろん本発明はこのサイズおよび外管形状に限定されるものではない。
【００１３】
外管８内部には窒素ガスが約３５０Ｔｏｒｒで封入されており、口金９および外管８と口金９の間に流し込まれたフリットガラスによって外管８の開口部が封止されている。電流供給線４ａには、外管８内部の水分系不純物ガスを主として吸着するためのアルミジルコン製ゲッター７が備えられている。ゲッター材料としてはこの他のものを使用してもよい。
【００１４】
本金属蒸気放電ランプの光源である発光管１は、紫外線の放出をカットし、かつ発光管１を保温する効果を持つ円筒型石英ガラス製スリーブ２の内部に配置されている。スリーブ２はランプ点灯時に発光管１内部を適切な蒸気圧に保ち、発光管１の万一の破損時に備えて、外管８が割れて飛散するのを防止する緩衝部材の役目も兼ねている。
【００１５】
このようなスリーブ２は、長手方向の両端部を円盤状スリーブ支持板３ａ、３ｂで電力供給線４ａに保持されている。
図２は、発光管１の構成を示す発光管断面図である。当図に示す発光管１は、内部に放電空間を形成する本管部１０の両端に、本管部１０と連通する細管部１１ａ、１１ｂを配した構成を有する。発光管１のサイズは、一例として全長が６６ｍｍ、給電体１４ａ、１４ｂを含む全長が８８．０ｍｍである（詳しくは本管部が外径１６．６ｍｍ、長さ２９．４ｍｍであり、細管部が内径１．４ｍｍ、外径４．４ｍｍ、長さ１８．３ｍｍである）。
【００１６】
本管部１０の放電空間には、ランプ始動用のアルゴンなどの希ガス、水銀、およびヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３、ヨウ化ツリウムＴｍＩ_３、ヨウ化ホルミウムＨｏＩ_３、ヨウ化第一タリウムＴｌＩ、ヨウ化ナトリウムＮａＩなどの金属ハライドからなる発光物質が封入されている。
細管部１１ａ、１１ｂのそれぞれには、給電体として、電極コイル１２ａ、１２ｂ、電極ピン１３ａ、１３ｂ、および電極支持体をなす導電性サーメット１４ａ、１４ｂが挿入されている。電極コイル１２ａ、１２ｂは電極ピン１３ａ、１３ｂの先端に装着され、本管部１０の放電空間内で互いに対向するように配置される。電極ピン１３ａ、１３ｂはタングステンからなり、サイズは外径０．７１ｍｍ、長さ５．２ｍｍである。導電性サーメット１４ａ、１４ｂは電極ピン１３ａ、１３ｂを保持するように接続され、サイズは外径１．３ｍｍ、長さ３０ｍｍである。
【００１７】
なおここで言う導電性サーメットとは、例えばモリブデン等の耐熱性金属粉末とアルミナ粉末とを混合・焼結したものであり、その熱膨張係数はアルミナとほぼ等しく（７．０×１０^−６／Ｋ）、本管部１０、細管部１１ａ、１１ｂの熱膨張係数に合わされている。
また細管部１１ａ、１１ｂには、導電性サーメット１４ａ、１４ｂがそれぞれ挿入された状態で、シリカ系成分を有するガラスフリット１５ａ、１５ｂが流し込まれており、これにより本管部１０の内部が封止されている。ガラスフリット１５ａ、１５ｂはその一部が本管部１０内に露出する程度に細管部１１ａ、１１ｂ全体にわたって流し込まれており、本管部１０の密封性が高められている。
【００１８】
ここで、本実施の形態１の金属蒸気放電ランプでは、その主たる特徴として、外管８内部に充填された窒素ガスと触れる配線部材などの金属部材、すなわちスリーブ支持板３ａ、３ｂ、電力供給線４ａ、４ｂ、ステム線５ａ、５ｂおよびゲッター７の外枠部分が、いずれも外管内部の窒素ガス雰囲気に対して化学的に安定な材料、ここでは一例として１８−８ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いて作製されている。これにより本実施の形態１では、窒素と反応する金属部材が、前記外管内のランプ点灯中における温度が３５０℃を超える窒素ガス雰囲気中に露出される箇所に設けていない構成となっている。
【００１９】
また、この本外管８内部に充填された窒素ガスと触れる配線部材などの金属材料、すなわちスリーブ支持板３ａ、３ｂ、電力供給線４ａ、４ｂ、ステム線５ａ、５ｂおよびゲッター７の外枠部分の構成は、言い換えればいずれも外管内部の窒素ガス雰囲気に対して化学的に安定な材料からなる。つまり本実施の形態１では、外管内部の窒素ガス雰囲気中に、鉄、ニッケルメッキした鉄、鉄とニッケルの合金のように、窒素ガスに対して反応性を呈する材料を露出させない構成となっている。
【００２０】
このような構成による本発明の詳細な効果は以下の通りである。
１−２．本実施の形態の効果
上記構成を持つ本実施の形態１の金属蒸気放電ランプによれば、ランプ点灯時の３５０℃以上に達する外管８の内部において、スリーブ支持板３ａ、３ｂ、電力供給線４ａ、４ｂ、ステム線５ａ、５ｂおよびゲッター７の外枠部分の金属部材の構成が、外管８の内部に封入された窒素ガス雰囲気に対して化学的に安定であるため、従来のように窒素ガスに起因して化学反応するのが抑制されるので、発光管１の過熱が回避される。具体的には、ステンレス鋼の表面が空気に触れること等によって、化学的に安定な耐食性酸化被膜（不働態層）が形成される性質があることから、高温条件下で窒素ガスに起因する化学反応の発生が回避され、外管８の内部の窒素ガスの減少およびガス圧低下が効果的に防止される。
【００２１】
一般に金属蒸気放電ランプは、ランプ点灯時に数百度に達する部分があること、さらに高温条件下でも良好な導電性を保つ必要があるので、高い導電性および耐熱性の両方の特性を兼ね備えるものを選び出すことが要求される。このような理由から従来では、外管内部の配線部材として鉄を主体とする金属部材、具体的には鉄、表面にニッケルメッキを施した鉄、または鉄とニッケルの合金等から選ばれた材料が用いられているが、発明者らによれば、鉄成分はランプ点灯時に外管内部に封入された高温の窒素ガスに起因して化学反応を起こし、窒化鉄を形成することを見出した。つまり窒素ガスは高温雰囲気中において、例えば石英製スリーブ等の石英ガラスに通常、含有されている水素と結合してアンモニアを形成することがあるが、この反応を１次反応として生じたアンモニアが、３５０℃より高温の雰囲気で加熱された状態で鉄と反応する２次反応を起こし、最終的に窒化鉄を生じる。窒化鉄が生じた場合、外管内部の窒素ガスが前記化学反応によって間接的に消費されるので、外管内圧が低下する。元来、窒素ガスはランプの放熱作用を促す性質があり、ランプ点灯時の温度を適正に保つ役目を果たすが、このように窒素ガスが不足して外管内圧が減少すると、発光管が過熱状態に陥り、発光管内の発光金属の蒸気圧が次第に上昇して、ランプの寿命特性に悪影響を与えてしまう。
【００２２】
本発明はまさにこのような問題に対応しており、スリーブ支持板３ａ、３ｂ、電力供給線４ａ、４ｂ、ステム線５ａ、５ｂおよびゲッター７の外枠部分を、いずれも外管８の内部の窒素ガス雰囲気に対して化学的に安定な１８−８ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いて作製することにより、不必要な窒素ガスとの反応を回避して、ランプ点灯時に発光管１内部の蒸気圧の上昇が良好に抑えられることとなり、この蒸気圧の上昇に伴う特性変化が防止できる。
【００２３】
また、本発明では寿命末期における発光管１のリーク不点灯時に高圧パルス電圧を負荷しても、マウント異極間での絶縁破壊を効果的に抑制することができる。鉄、表面にニッケルメッキを施した鉄、または鉄とニッケルの合金からなる金属部材を用いた従来では、３５０℃付近で窒素ガスに起因する反応が示されていたことから、本発明では窒素ガスに対して安定な１８−８ステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる部材を利用し、かつ、外管内のランプ点灯中における温度が３５０℃を超える窒素ガス雰囲気中に露出される箇所に前記鉄、表面にニッケルメッキを施した鉄、または鉄とニッケルの合金からなる金属部材を設けないようにすることで、不要な化学反応の発生を回避している。
【００２４】
なお、ランプの種類によっては外管８の内部をフッ酸処理して磨りガラス加工する場合があるが、このときのフッ酸が残存することで不要な化学反応が発生し、外管内部の金属部材が腐蝕する可能性もある。このような問題に対しても、化学的に安定な金属部材を用いる本発明によれば、それなりの効果を望むことができる。
【００２５】
なお、本発明で用いることのできる外管８の内部の金属部材には、上記ＳＵＳ３０４の他、フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト系のように、クロムが１０ｗｔ％以上含まれている各種ステンレス鋼が挙げられる。これは母材が鉄や鋼であっても、クロムを上記含有量で添加されていれば前記不働態層が形成され、窒素ガスに対する耐食性が大幅に向上するためである。
【００２６】
２．実施例と性能実験
ここでは上記した本実施の形態１の金属蒸気放電ランプを実施例として作製し、これとともに、外管８内部において窒素ガスに触れる金属部材、すなわちスリーブ支持板３ａ、３ｂ、電力供給線４ａ、４ｂ、ステム線５ａ、５ｂ、およびゲッター７の外枠部分が全てニッケルメッキした鉄材料からなる比較例の金属蒸気放電ランプを作製した。各ランプの外管内には、冷間時（約２５℃）に３５０Ｔｏｒｒの窒素ガスを封入した。このような実施例と比較例のランプを各１０本ずつ用意し、経時的な特性変化を調べるために寿命（ライフ）実験を行った。
【００２７】
図３および図４は上記実験の結果をまとめたグラフを示している。
このうち一方の図３は、実施例と比較例のライフ中の色温度変化を示すグラフであり、他方の図４は、実施例と比較例のライフ中の管電圧上昇の程度を示すグラフである。なおここで言う「管電圧」とは、実際にランプに掛かっている電圧であり、ライフ中に発光管内の黒化により管内の蒸気圧が高くなったり、電極先端が変形・飛散して電極間距離が伸びるといった原因により、その電圧値が上昇する。この管電圧の上昇値が高いほど、ランプの早期立ち消えの原因となり得る。
【００２８】
図３および図４に示すグラフは、実施例および比較例のランプ各１０本ずつの値について平均値を算出し、プロットしてある。
図３に示すように、比較例がライフ中に色温度変化が比較的大きいのに対して、実施例はほとんど色温度変化が無いことが分かる。色温度の変化は発光管の加熱状態を示し、同時に各種発光金属の蒸発が正常に行われているかどうかを示すが、実施例では外管内部における窒素ガスが十分保たれているので、優れた色温度の性能が長期間にわたって発揮されたものと見ることができる。
【００２９】
また、図４に示すように、比較例がライフ中に管電圧の上昇が大きいのに対して、実施例では当該電圧の上昇がかなり抑制されていることが分かる。これは実施例において、外管内部に長期間にわたり豊富に存在する窒素ガスの放熱作用により発光管の温度が過度に高められることがなく、そのため管内の蒸気圧の上昇が抑制されるという効果や、封入発光金属と給電体もしくは発光管壁との反応も抑制される効果が奏され、管電圧上昇が抑えられたためであると考えられる。
【００３０】
ここで、実施例および比較例の各ランプを６０００時間にわたって点灯させたのち、発光管を強制的にリークさせ、ピーク電圧が５ｋＶのパルス電圧を印加した。すると、比較例のランプ１０本全てにおいて、マウント異極間でグロー放電が発生したのに対し、実施例のランプではいずれもマウント異極間での放電は観測されなかった。
【００３１】
さらに、６０００時間にわたって点灯させた実施例と比較例のランプについて、各５本ずつ冷間時の外管内の窒素ガス圧を測定すると、比較例は２８０±２０Ｔｏｒｒの範囲で減圧していたのに対し、実施例は３５０±２０Ｔｏｒｒの範囲内に留まっており、ライフ前とほぼ同程度の窒素ガス圧が維持されていることが分かった。
これらのことからも、比較例においてライフ中の色温度変化や管電圧の上昇が大きかったのは、配線部材の金属部材が外管内の窒素ガスに起因する化学反応を起こしたためであることが分かる。すなわち前記化学反応によって、比較例のランプ内では窒素ガスが減少して、窒素ガスによる発光管の放熱作用が機能しにくくなり、発光管温度が上昇して発光管内の蒸気圧が上がったものと考えられる。また外管内部の窒素ガスが減少し、内圧が下がると、マウント異極間での放電が生じやすくなるので、比較例でグロー放電が多発したものと考えられる。
【００３２】
３．その他の事項
実施の形態１では、発光管の材料にアルミナセラミックを用いる例を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、石英等の材料を用いてもよい。
また、ランプ構造も実施の形態１し示したような有ステム構造や片口金型に限定せず、これ以外の形状（例えば両口金型、ショートアーク型など）のランプに適用してもよい。
【００３３】
さらに、本発明において外管８の内部で用いる材料としては、ステンレスＳＵＳ３０４を用いる例を示したが、これに限らず、３５０℃以上の高温条件下で窒素ガスと反応しにくい性質を有する、各種ステンレス、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）の中から選ばれた材料を、単体もしくは複合材料として用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明は内部に窒素ガスが封入されている外管内に、水銀、希ガスおよび発光金属が封入された発光管を備えた金属蒸気放電ランプであって、窒素と反応する金属部材を、前記外管内のランプ定常点灯中における温度が３５０℃を超える窒素ガス雰囲気中に露出される箇所に設けていない構成なので、外管内部の窒素ガスが化学反応により減少するのを抑制することができ、ライフ中の特性変化が少なく、安全な金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００３５】
また本発明は、内部に窒素ガスが封入された外管内に、発光管と、この発光管に電力を供給するための配線部材を含む金属部材が収納された金属蒸発放電ランプであって、前記金属部材は、窒素または窒素化合物に対して、３５０℃を超える高温条件下で化学的に安定な形態で構成されているものとすることもできる。このような構成によっても、上記とほぼ同様の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の金属蒸気放電ランプの構成を示す部分的な正面断面図である。
【図２】発光管の詳細な構成を示す図である。
【図３】従来例および本発明の実施の形態１にかかる金属蒸気放電ランプのライフ中の色温度変化を示すグラフである。
【図４】従来例および本発明の実施の形態１にかかる金属蒸気放電ランプのライフ中の管電圧上昇を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　発光管
２　　　石英ガラス製スリーブ
３ａ、３ｂ　　スリーブ支持板
４ａ、４ｂ　　電流供給線
５ａ、５ｂ　　ステム線
６　　　ステム
７　　　ゲッター
８　　　外管
９　　　口金
１０　　本管部
１１ａ、１１ｂ　　　細管部
１２ａ、１２ｂ　　　電極コイル
１３ａ、１３ｂ　　　電極ピン
１４ａ、１４ｂ　　　導電性サーメット
１５ａ、１５ｂ　　　ガラスフリット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal vapor discharge lamp such as a metal halide lamp, and more particularly to a metal vapor discharge lamp in which nitrogen gas is sealed in an outer tube.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a metal vapor discharge lamp, an arc tube containing mercury, a rare gas and a luminous metal is arranged inside an outer tube containing nitrogen gas, and an electrode of the arc tube and a base of the outer tube are electrically connected by a wiring member. It has a configuration that is electrically connected. Nitrogen gas is used as an inert filling gas, but also has the role of keeping the arc tube at an appropriate temperature when the lamp is turned on. The wiring member includes a current supply line, a stem line, and the like inside the outer tube, and is used to hold a sleeve surrounding the arc tube as necessary while supporting the arc tube inside the outer tube. . These wiring members are required to have characteristics that can withstand high temperatures when the lamp is turned on, and are generally metal members mainly made of iron (iron, iron plated with nickel on its surface, or an alloy of iron and nickel). Is used.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-164015
[Problems to be solved by the invention]
By the way, according to the present inventor, it has been found that the conventional metal vapor discharge lamp has a problem that the nitrogen gas pressure inside the outer tube decreases during long-term use.
When the nitrogen gas pressure decreases in this manner, the function as a filling gas inside the outer tube is lost, so that the temperature of the arc tube is not properly adjusted when the lamp is turned on, and the vapor pressure inside the arc tube increases. Therefore, a problem that the life characteristics are changed easily occurs. In addition, when nitrogen gas is lost, the internal pressure of the outer tube decreases, so when a high-pressure pulse is applied to the lamp or when the arc tube leaks off at the end of life, the so-called heterogeneous wiring between the wires inside the outer tube occurs. It is possible that an arc discharge or a glow discharge occurs between the mounts, which may lead to dielectric breakdown.
[0005]
This is a problem that significantly impairs the lighting performance of the lamp and is an issue that needs to be solved immediately.
The present invention has been made in view of such a problem, and suppresses an increase in metal vapor pressure inside an arc tube due to a decrease in nitrogen gas inside an outer tube. It is an object of the present invention to provide a metal vapor discharge lamp having a small change in (life characteristics) and excellent performance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the inventors of the present application have conducted intensive studies and studies, and as a result, the main cause of the decrease in the nitrogen gas inside the outer tube when the lamp is used for a long time in the past is that the nitrogen gas was used inside the outer tube. At least one of metal members, specifically, iron, iron whose surface is nickel-plated, or an alloy of iron and nickel, undergoes a chemical reaction in a high-temperature nitrogen gas atmosphere to produce iron nitride. Was found to be caused. Specifically, the chemical reaction referred to here is such that when the temperature of the nitrogen gas atmosphere inside the outer tube at the time of lamp operation exceeds 350 ° C., the nitrogen component contained inside the outer tube reacts with the hydrogen component mixed as an impurity. It is considered that the reaction includes a reaction process in which ammonia is produced, and the metal member reacts with the ammonia to produce iron nitride.
[0007]
Therefore, the present invention is a metal vapor discharge lamp provided with an arc tube in which mercury, a rare gas and a luminous metal are enclosed in an outer tube in which nitrogen gas is enclosed, and a metal member that reacts with nitrogen. The outer tube was not provided at a location exposed to a nitrogen gas atmosphere having a temperature exceeding 350 ° C. during steady operation of the lamp.
According to such a configuration, conventionally, when the temperature of the nitrogen gas atmosphere inside the outer tube at the time of lamp operation exceeds 350 ° C., the nitrogen component contained in the outer tube and the hydrogen component mixed as impurities are nitrogen compounds. Ammonia was formed, and this ammonia reacted with the metal member. However, in the present invention, the metal member was not exposed in a nitrogen gas atmosphere at a temperature higher than 350 ° C. where ammonia is easily generated. The decrease in nitrogen gas is suppressed. Therefore, in the present invention, even if the lamp is used for a long time, the nitrogen gas pressure is maintained, and the occurrence of arc discharge or glow discharge between different types of mounts and the occurrence of dielectric breakdown are suppressed. As a result, the life characteristics (life characteristics) of the lamp can be favorably exhibited over a long period of time.
[0008]
Further, in the present invention, since the nitrogen gas is favorably maintained inside the outer tube, the temperature of the arc tube is appropriately adjusted, and overheating of the arc tube is avoided. Therefore, an increase in the vapor pressure inside the arc tube when the lamp is turned on can be suppressed, and a change in characteristics due to the increase in the vapor pressure can be prevented.
The present invention is particularly effective when the metal member is selected from iron, nickel-plated iron, or an alloy of iron and nickel.
[0009]
Further, the present invention is a metal evaporative discharge lamp in which an arc tube and a metal member including a wiring member for supplying power to the arc tube are housed in an outer tube in which nitrogen gas is sealed. The metal member may be configured in a form that is chemically stable to nitrogen or a nitrogen compound under high-temperature conditions exceeding 350 ° C. With such a configuration, the same effect as above can be obtained.
[0010]
Note that the metal member can be specifically formed of one selected from stainless steel, molybdenum, manganese, tantalum, tungsten, and titanium. Among them, molybdenum, manganese, tantalum, tungsten, and titanium are each chemically stable in a single metal, and have high stability even in a high-temperature nitrogen gas. In addition, since a passive layer made of oxide is formed on the surface of stainless steel, it can be used as a material that is chemically stable to high-temperature nitrogen gas.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1. Embodiment 1
1-1. Configuration of Metal Vapor Discharge Lamp FIG. 1 is a partial front sectional view showing the configuration of a metal vapor discharge lamp having an output of 250 W according to the first embodiment.
[0012]
As shown in the figure, the present metal vapor discharge lamp has an arc tube having a main tube portion 10 and narrow tube portions 11a and 11b made of alumina ceramic inside a round bottom cylindrical outer tube 8 from a heat resistant glass stem 6. 1 has a configuration in which it is connected to stem wires 5a and 5b, which are wiring members, and power supply wires 4a and 4b. The size of the lamp is, for example, 220 mm in total length and 50 mm in diameter. Of course, the present invention is not limited to this size and outer tube shape.
[0013]
Nitrogen gas is sealed in the outer tube 8 at about 350 Torr, and the opening of the outer tube 8 is sealed with the base 9 and the frit glass poured between the outer tube 8 and the base 9. The current supply line 4 a is provided with an aluminum zircon getter 7 for mainly adsorbing the water-based impurity gas inside the outer tube 8. Other getter materials may be used.
[0014]
An arc tube 1 as a light source of the present metal vapor discharge lamp is disposed inside a cylindrical quartz glass sleeve 2 having an effect of cutting off emission of ultraviolet rays and keeping the arc tube 1 warm. The sleeve 2 also serves as a buffer member for keeping the inside of the arc tube 1 at an appropriate vapor pressure when the lamp is turned on, and for preventing the outer tube 8 from being broken and scattered in case the arc tube 1 is damaged. .
[0015]
Both ends in the longitudinal direction of such a sleeve 2 are held on power supply lines 4a by disk-shaped sleeve support plates 3a and 3b.
FIG. 2 is a sectional view of the arc tube showing the configuration of the arc tube 1. The arc tube 1 shown in the figure has a configuration in which narrow tube portions 11a and 11b communicating with the main tube portion 10 are arranged at both ends of a main tube portion 10 forming a discharge space therein. The size of the arc tube 1 is, for example, 66 mm in total length and 88.0 mm in total length including the power supply bodies 14 a and 14 b (specifically, the main tube portion has an outer diameter of 16.6 mm, a length of 29.4 mm, and a thin tube portion). Has an inner diameter of 1.4 mm, an outer diameter of 4.4 mm, and a length of 18.3 mm).
[0016]
The discharge space of the main tube 10, a rare gas such as argon for starting the lamp, mercury and dysprosium iodide DyI _3, iodide thulium TmI _3, iodide holmium HoI _3, iodide thallous TlI, iodide A luminescent substance made of a metal halide such as sodium NaI is sealed.
Electrode coils 12a and 12b, electrode pins 13a and 13b, and conductive cermets 14a and 14b forming an electrode support are inserted into the thin tube portions 11a and 11b, respectively, as power feeders. The electrode coils 12a and 12b are mounted on the tips of the electrode pins 13a and 13b, and are arranged to face each other in the discharge space of the main pipe 10. The electrode pins 13a and 13b are made of tungsten and have an outer diameter of 0.71 mm and a length of 5.2 mm. The conductive cermets 14a and 14b are connected to hold the electrode pins 13a and 13b, and have a size of 1.3 mm in outer diameter and 30 mm in length.
[0017]
The conductive cermet mentioned here is obtained by mixing and sintering a heat-resistant metal powder such as molybdenum and an alumina powder, and has a thermal expansion coefficient almost equal to that of alumina (7.0 × 10 ⁻⁶ / K), the coefficient of thermal expansion of the main tube portion 10 and the thin tube portions 11a and 11b.
Glass frit 15a, 15b having a silica-based component is poured into thin tube portions 11a, 11b in a state where conductive cermets 14a, 14b are inserted, thereby sealing the interior of main tube portion 10. Have been. The glass frit 15a, 15b is poured over the entire narrow tube portion 11a, 11b to such an extent that a part of the glass frit 15a, 15b is exposed in the main tube portion 10, and the sealing performance of the main tube portion 10 is enhanced.
[0018]
Here, in the metal vapor discharge lamp of the first embodiment, as a main feature, a metal member such as a wiring member that comes into contact with the nitrogen gas filled in the outer tube 8, that is, the sleeve support plates 3 a and 3 b, a power supply line The outer frame portions of 4a, 4b, stem wires 5a, 5b and getter 7 are all made of a material that is chemically stable to the nitrogen gas atmosphere inside the outer tube, here, for example, 18-8 stainless steel (SUS304). It is manufactured. Thus, the first embodiment has a configuration in which a metal member that reacts with nitrogen is not provided at a location in the outer tube that is exposed to a nitrogen gas atmosphere having a temperature exceeding 350 ° C. during operation of the lamp.
[0019]
In addition, metal materials such as wiring members that come into contact with the nitrogen gas filled in the outer tube 8, that is, outer frame portions of the sleeve support plates 3 a and 3 b, the power supply lines 4 a and 4 b, the stem lines 5 a and 5 b, and the getter 7. In other words, each of them is made of a material that is chemically stable to the nitrogen gas atmosphere inside the outer tube. That is, the first embodiment has a configuration in which a material exhibiting reactivity with nitrogen gas, such as iron, nickel-plated iron, or an alloy of iron and nickel, is not exposed in a nitrogen gas atmosphere inside the outer tube. ing.
[0020]
The detailed effects of the present invention by such a configuration are as follows.
1-2. According to the metal vapor discharge lamp of the first embodiment having the above-described configuration, the sleeve support plates 3a and 3b, the power supply line, and the like inside the outer tube 8 that reach 350 ° C. or more when the lamp is turned on. Since the metal members 4a, 4b, the stem wires 5a, 5b, and the outer frame portion of the getter 7 are chemically stable with respect to the nitrogen gas atmosphere sealed inside the outer tube 8, the conventional structure is used. Since the chemical reaction caused by the nitrogen gas is suppressed, overheating of the arc tube 1 is avoided. Specifically, since the surface of stainless steel is exposed to air, etc., it has the property of forming a chemically stable corrosion-resistant oxide film (passive layer). Occurrence of a reaction is avoided, and a decrease in nitrogen gas and a decrease in gas pressure inside the outer tube 8 are effectively prevented.
[0021]
Generally, metal vapor discharge lamps have parts that reach several hundred degrees when the lamp is lit, and it is necessary to maintain good conductivity even under high temperature conditions, so select a lamp that has both high conductivity and heat resistance. Is required. For this reason, conventionally, as a wiring member inside the outer tube, a metal member mainly composed of iron, specifically, a material selected from iron, iron plated with nickel on its surface, or an alloy of iron and nickel, etc. However, according to the inventors, it has been found that the iron component causes a chemical reaction due to the high-temperature nitrogen gas sealed in the outer tube when the lamp is turned on, thereby forming iron nitride. That is, in a high-temperature atmosphere, nitrogen gas may be combined with hydrogen usually contained in quartz glass such as a quartz sleeve to form ammonia, but ammonia generated as a primary reaction by this reaction is When heated in an atmosphere at a temperature higher than 350 ° C., a secondary reaction is caused to react with iron, and finally iron nitride is generated. When iron nitride is generated, the nitrogen gas inside the outer tube is indirectly consumed by the chemical reaction, so that the inner tube pressure decreases. Originally, nitrogen gas has the property of promoting the heat radiation action of the lamp, and plays a role in maintaining the proper temperature when the lamp is lit.However, when the nitrogen gas is insufficient and the internal pressure of the outer tube is reduced, the arc tube is overheated. As a result, the vapor pressure of the luminous metal in the luminous tube gradually increases, which adversely affects the life characteristics of the lamp.
[0022]
The present invention exactly addresses such a problem, and the sleeve supporting plates 3a and 3b, the power supply lines 4a and 4b, the stem wires 5a and 5b, and the outer frame portion of the getter 7 are all provided inside the outer tube 8. By using 18-8 stainless steel (SUS304) which is chemically stable to nitrogen gas atmosphere, unnecessary reaction with nitrogen gas can be avoided, and the vapor pressure inside the arc tube 1 can be reduced when the lamp is turned on. The rise can be suppressed well, and a change in characteristics due to the rise in vapor pressure can be prevented.
[0023]
Further, in the present invention, even when a high-voltage pulse voltage is applied when the arc tube 1 is not turned on at the end of its life, dielectric breakdown between the different poles of the mount can be effectively suppressed. In the prior art using a metal member made of iron, iron plated with nickel on the surface, or an alloy of iron and nickel, a reaction caused by nitrogen gas was shown at around 350 ° C. Using a member made of 18-8 stainless steel (SUS304) which is stable against the above, and the above-mentioned iron and nickel on the surface are exposed in a nitrogen gas atmosphere in which the temperature of the lamp in the outer tube exceeds 350 ° C. By not providing a metal member made of plated iron or an alloy of iron and nickel, the occurrence of an unnecessary chemical reaction is avoided.
[0024]
Depending on the type of lamp, the inside of the outer tube 8 may be subjected to hydrofluoric acid treatment and frosted glass processing. However, the remaining hydrofluoric acid at this time causes an unnecessary chemical reaction, and the metal inside the outer tube 8 There is also a possibility that the member may be corroded. According to the present invention using a chemically stable metal member, a certain effect can be expected even for such a problem.
[0025]
The metal members inside the outer tube 8 that can be used in the present invention include various stainless steels containing 10 wt% or more of chromium, such as ferrite, martensite, and austenite, in addition to SUS304. Is mentioned. This is because, even when the base material is iron or steel, the passivation layer is formed if chromium is added at the above content, and the corrosion resistance to nitrogen gas is greatly improved.
[0026]
2. Examples and Performance Experiments Here, the above-described metal vapor discharge lamp according to the first embodiment is manufactured as an example, and at the same time, metal members that come into contact with nitrogen gas inside the outer tube 8, that is, the sleeve support plates 3a and 3b, A metal vapor discharge lamp of a comparative example in which the supply lines 4a and 4b, the stem lines 5a and 5b, and the outer frame portion of the getter 7 were all made of nickel-plated iron material was manufactured. The outer tube of each lamp was filled with 350 Torr of nitrogen gas when cold (about 25 ° C.). Ten lamps of each of the example and the comparative example were prepared, and a life test was performed to examine a change in characteristics over time.
[0027]
3 and 4 show graphs summarizing the results of the above experiment.
FIG. 3 is a graph showing a change in color temperature during the life of the example and the comparative example, and FIG. 4 is a graph showing a degree of increase in the tube voltage during the life of the example and the comparative example. is there. The term "tube voltage" as used herein refers to the voltage actually applied to the lamp.During its life, the vapor pressure in the tube increases due to blackening of the arc tube, or the tip of the electrode deforms and scatters, causing a gap between the electrodes. Due to an increase in the distance, the voltage value increases. The higher the increase value of the tube voltage, the earlier the lamp may go out.
[0028]
The graphs shown in FIGS. 3 and 4 are obtained by calculating and plotting the average values of the values of each of the ten lamps of the example and the comparative example.
As shown in FIG. 3, it can be seen that the comparative example has a relatively large change in color temperature during life, whereas the example has almost no change in color temperature. The change in the color temperature indicates the heating state of the arc tube, and at the same time indicates whether the evaporation of various luminescent metals is normal or not. It can be seen that the color temperature performance was exhibited over a long period of time.
[0029]
Also, as shown in FIG. 4, it can be seen that the increase in the tube voltage in the comparative example is large during the life, whereas the increase in the voltage is significantly suppressed in the example. This is because, in the embodiment, the temperature of the arc tube is not excessively increased by the heat radiation effect of nitrogen gas abundantly present in the outer tube for a long period of time, so that the effect of suppressing an increase in vapor pressure in the tube can be suppressed. This is considered to be because the effect of suppressing the reaction between the encapsulated light emitting metal and the power supply body or the arc tube wall was suppressed, and the increase in the tube voltage was suppressed.
[0030]
Here, after the lamps of the example and the comparative example were turned on for 6000 hours, the arc tube was forcibly leaked, and a pulse voltage having a peak voltage of 5 kV was applied. Then, in all ten lamps of the comparative example, a glow discharge occurred between the different poles of the mount, whereas no discharge was observed between the different poles of the lamp in the example.
[0031]
Further, when the nitrogen gas pressure in the outer tube at the time of cold was measured for each of the lamps of the example and the comparative example which were lit for 6000 hours, the pressure of the comparative example was 280 ± 20 Torr. On the other hand, in Example, the nitrogen gas pressure was kept within the range of 350 ± 20 Torr, and it was found that the nitrogen gas pressure was maintained at substantially the same level as before the life.
From these facts, it can be understood that the color temperature change during the life and the increase in the tube voltage in the comparative example were large because the metal member of the wiring member caused a chemical reaction caused by nitrogen gas in the outer tube. . That is, due to the chemical reaction, the nitrogen gas is reduced in the lamp of the comparative example, the heat release function of the arc tube by the nitrogen gas becomes difficult to function, and the arc tube temperature increases and the vapor pressure in the arc tube increases. Conceivable. In addition, when the nitrogen gas inside the outer tube decreases and the internal pressure decreases, discharge between the mounts tends to occur easily, and it is considered that glow discharge frequently occurred in the comparative example.
[0032]
3. Other Matters In the first embodiment, an example in which alumina ceramic is used as the material of the arc tube has been described, but the present invention is not limited to this, and a material such as quartz may be used.
Further, the lamp structure is not limited to the stem structure and the one-sided mold as shown in the first embodiment, but may be applied to lamps having other shapes (for example, a two-sided mold, a short arc type, etc.).
[0033]
Further, in the present invention, an example in which stainless steel SUS304 is used as a material used inside the outer tube 8 has been described. However, the material is not limited to this, and various materials having a property of not easily reacting with nitrogen gas under a high temperature condition of 350 ° C. or more are used. A material selected from stainless steel, Mo (molybdenum), Mn (manganese), Ta (tantalum), W (tungsten), and Ti (titanium) can be used alone or as a composite material.
[0034]
【The invention's effect】
As is apparent from the above, the present invention is a metal vapor discharge lamp including an arc tube in which mercury, a rare gas, and a luminous metal are sealed in an outer tube in which nitrogen gas is sealed. Is not provided at a location exposed to a nitrogen gas atmosphere where the temperature during the steady operation of the lamp in the outer tube exceeds 350 ° C., so that the nitrogen gas inside the outer tube is reduced by a chemical reaction. And a safe metal vapor discharge lamp with less characteristic change during life can be provided.
[0035]
Further, the present invention is a metal evaporative discharge lamp in which an arc tube and a metal member including a wiring member for supplying power to the arc tube are housed in an outer tube in which nitrogen gas is sealed. The metal member may be configured in a form that is chemically stable to nitrogen or a nitrogen compound under high-temperature conditions exceeding 350 ° C. With such a configuration, substantially the same effects as described above can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial front sectional view showing a configuration of a metal vapor discharge lamp according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of an arc tube.
FIG. 3 is a graph showing a color temperature change during the life of the metal vapor discharge lamp according to the conventional example and the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a rise in tube voltage during the life of the metal vapor discharge lamp according to the conventional example and the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Arc tube 2 Quartz glass sleeve 3a, 3b Sleeve support plate 4a, 4b Current supply line 5a, 5b Stem line 6 Stem 7 Getter 8 Outer tube 9 Cap 10 Main tube portion 11a, 11b Thin tube portion 12a, 12b Electrode coil 13a, 13b Electrode pins 14a, 14b Conductive cermet 15a, 15b Glass frit

Claims

An arc tube in which mercury, a rare gas and a luminous metal are sealed, is a metal vapor discharge lamp having a configuration sealed in an outer tube together with nitrogen gas,
In the outer tube, a metal member including wiring for supplying power to the arc tube is arranged, and among the metal members, the temperature in the outer tube during steady operation of the lamp is higher than 350 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. A metal vapor discharge lamp characterized in that the exposed metal member does not use a metal material that reacts with nitrogen or a nitrogen compound.

In the metal vapor discharge lamp, the metal material that reacts with nitrogen or a nitrogen compound is formed of iron, nickel-plated iron, or an alloy of iron and nickel. A metal vapor discharge lamp according to claim 1.

2. The metal vapor discharge lamp according to claim 1, wherein the metal vapor discharge lamp has a configuration in which a quartz member is exposed to the nitrogen gas atmosphere.

The metal vapor discharge lamp according to claim 3, wherein the quartz member is at least one of the arc tube, a sleeve covering the arc tube, and the outer tube.

In the metal vapor discharge lamp,
The arc tube includes a thin tube portion formed inside to be hollow and communicates with the outside, and a conductive cermet is inserted into the thin tube portion as a power supply,
The metal vapor according to claim 1, wherein a glass frit containing a silica component is poured between the conductive cermet and the thin tube portion of the arc tube to seal the inside of the arc tube. Discharge lamp.

An arc tube in which mercury, a rare gas and a luminous metal are sealed, is a metal vapor discharge lamp having a configuration sealed in an outer tube together with nitrogen gas,
A metal member including wiring for supplying power to the arc tube is disposed in the outer tube, and the metal member is chemically stable to nitrogen or a nitrogen compound under a high temperature condition exceeding 350 ° C. A metal vapor discharge lamp characterized in that it is configured in a specific form.

7. The metal vapor discharge lamp according to claim 6, wherein in the metal vapor discharge lamp, the metal member is made of one selected from stainless steel, molybdenum, manganese, tantalum, tungsten, and titanium. .

The metal vapor discharge lamp according to claim 6, wherein the metal vapor discharge lamp has a configuration in which a quartz member is exposed to the nitrogen gas atmosphere.

The metal vapor discharge lamp according to claim 8, wherein the quartz member is at least one of the arc tube, a sleeve covering the arc tube, and the outer tube.

In the metal vapor discharge lamp,
The arc tube includes a thin tube portion formed inside to be hollow and communicates with the outside, and a conductive cermet is inserted into the thin tube portion as a power supply,
The metal vapor according to claim 6, wherein a glass frit containing a silica component is poured between the conductive cermet and the thin tube portion of the arc tube to seal the inside of the arc tube. Discharge lamp.