JP2004335461A - High pressure discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高圧放電ランプに関する。特に、本発明は高天井、店舗、街路などの照明に好適に使用される高圧放電ランプに関する。 The invention relates to a high-pressure discharge lamp. In particular, the present invention relates to a high-pressure discharge lamp suitably used for lighting high ceilings, stores, streets, and the like.
従来、高天井、店舗、街路などに使用される高圧放電ランプは、石英ガラスあるいはセラミック材料で作製された発光管、外管、及び外管内で発光管を支持する導電材料で作製されたワイヤーフレームを備えている(例えば、特許文献1参照)。この種の高圧放電ランプの発光管は、点灯中は非常に高温になるため、発光管に発生する熱応力を緩和することが発光管破損防止の重要なポイントとなる。特許文献1には、点灯中に発生する発光管の熱膨張による応力をワイヤーフレームの一端に設けたコイルに逃がす構造が開示されている。 Conventionally, high-pressure discharge lamps used for high ceilings, shops, streets, etc. are made of quartz glass or a ceramic tube, an outer tube, and a wire frame made of a conductive material that supports the arc tube in the outer tube. (For example, see Patent Document 1). Since the luminous tube of this type of high-pressure discharge lamp becomes extremely hot during operation, it is important to alleviate the thermal stress generated in the luminous tube to prevent damage to the luminous tube. Patent Document 1 discloses a structure in which stress caused by thermal expansion of an arc tube generated during lighting is released to a coil provided at one end of a wire frame.
また、同様に発光管破損防止を目的として、点灯中に発光管表面に発生する引張応力を緩和するために、あらかじめ発光管材料に圧縮応力を潜在させておく先行技術も存在する(例えば、特許文献2、及び特許文献3参照)。これらの技術は、あらかじめ潜在させた圧縮応力によって点灯中に発生する引張応力が相殺され、その結果ランプの破損が防止されるというものである。 Similarly, for the purpose of preventing the arc tube from being damaged, there is a prior art in which a compressive stress is previously made latent in the arc tube material in order to alleviate the tensile stress generated on the arc tube surface during lighting (for example, Patent Reference 2 and Patent Document 3). In these techniques, a tensile stress generated during operation is canceled by a compressive stress that is latent in advance, and as a result, damage to the lamp is prevented.
近時、高圧放電ランプに求められる点灯条件が変化している。大別すると、二つの条件がある。一つはこれら高圧放電ランプ、特にメタルハライドランプにおいて一層の高効率化が求められている中で、発光効率向上のため発光管内の動作圧を従来の数気圧(5〜9気圧程度)から10数気圧(10〜15気圧程度)へと増加させる必要が出てきたことである。動作圧を増加させるにはいくつかの方法が考えられる。例えば、発光管形状を小型化し、管壁負荷を増加させ、発光管温度を従来以上に上昇させ封入金属の蒸発を促進する方法が一般的である。もう一つは、ランプの点灯姿勢である。従来は垂直点灯での使用が比較的多かったが、照明器具のデザイン的な観点、特に省スペース化を実現させるために水平点灯での使用も増加してきている。 Recently, lighting conditions required for high-pressure discharge lamps have changed. Broadly, there are two conditions. One is that while these high-pressure discharge lamps, particularly metal halide lamps, are required to have higher efficiency, the operating pressure in the arc tube is increased from several atmospheric pressures (about 5 to 9 atmospheric pressures) to 10 or more in order to improve luminous efficiency. It is necessary to increase the pressure to the atmospheric pressure (about 10 to 15 atm). There are several ways to increase the operating pressure. For example, it is common to reduce the shape of the arc tube, increase the tube wall load, raise the arc tube temperature more than before, and promote the evaporation of the encapsulated metal. The other is the lighting posture of the lamp. Conventionally, use in vertical lighting has been relatively large, but use in horizontal lighting has also been increasing in order to realize a design viewpoint of lighting fixtures, particularly, space saving.
しかし、前記従来の技術はいずれも、数気圧の動作圧でかつ垂直点灯という条件下で、点灯中に発光管に発生する熱応力を緩和するものである。10数気圧程度の高動作圧かつ水平点灯という条件下で発光管に発生する熱応力に対する対策は提供されていない。 However, all of the above-mentioned conventional techniques reduce the thermal stress generated in the arc tube during lighting under the condition of operating pressure of several atmospheres and vertical lighting. No measures are provided for the thermal stress generated in the arc tube under the condition of high operating pressure of about 10 atm and horizontal lighting.
本発明は、高圧放電ランプの発光管に発生する熱応力を緩和することを課題とする。特に、本発明は、数十気圧程度の高動作圧かつ水平点灯という条件下で発光管に発生する熱応力を緩和し、それによって高圧放電ランプの破損を防止することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to alleviate thermal stress generated in an arc tube of a high-pressure discharge lamp. In particular, it is an object of the present invention to reduce thermal stress generated in an arc tube under conditions of high operating pressure of about several tens of atmospheres and horizontal lighting, thereby preventing damage to a high pressure discharge lamp.
本発明の第1の態様は、発光部と、この発光部内で互いに対向するように配置された一対の電極と、前記発光部の両端から前記電極を結ぶ軸線方向に延びる一対の側管部とを有する発光管と、少なくとも前記軸線と直交する方向への変位を規制するように前記発光管を支持する支持構造と、それぞれ基端側が前記支持構造で支持される一方、先端側が前記発光管の側管部に連結され、点灯状態から消灯状態への切り換え時の温度変化によって熱応力を発生し、この熱応力は前記軸線が水平方向に延びる姿勢に配置された前記発光管の前記側管部に対して鉛直方向下向き、かつ発光管に対して外向きの力として作用する一対の熱応力発生部材とを備える高圧放電ランプを提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a light emitting unit, a pair of electrodes arranged to face each other in the light emitting unit, and a pair of side tube portions extending in an axial direction connecting the electrodes from both ends of the light emitting unit. And a support structure that supports the arc tube so as to regulate at least displacement in a direction orthogonal to the axis, and a base end side of the arc tube is supported by the support structure, while a tip end of the arc tube is A thermal stress is generated by a temperature change at the time of switching from the on state to the off state, and the thermal stress is connected to the side tube part, and the thermal stress is generated by the side tube part of the arc tube arranged in a posture in which the axis extends in the horizontal direction. A high-pressure discharge lamp comprising a pair of thermal stress generating members that act vertically as a force on the arc tube and that acts outward on the arc tube.
10数気圧程度の高動作圧であって、かつ水平点灯という条件下では、点灯状態から消灯状態への切り換え時の温度変化により、発光部の鉛直方向上部に最大の熱応力が生じる。この熱応力の向きは引張である。熱応力発生部材の発生する熱応力は、発光管の側管部に対して鉛直方向下向き、かつ発光管に対して外向きの力として作用するので、最大の引張応力が作用する発光管の鉛直方向上部には圧縮応力が作用する。従って、熱応力発生部材を設けることにより点灯状態から消灯状態への切り換え時に発光管に作用する熱応力を緩和し、発光管のひび割れや破損を防止し、高圧放電ランプの長寿命化を図ることができる。 Under a high operating pressure of about 10 atm and a condition of horizontal lighting, a maximum thermal stress is generated in a vertically upper part of the light emitting unit due to a temperature change at the time of switching from a lighting state to a lighting state. The direction of this thermal stress is tensile. The thermal stress generated by the thermal stress generating member acts as a downward force on the side tube portion of the arc tube and an outward force on the arc tube, so that the vertical stress of the arc tube on which the maximum tensile stress acts is applied. A compressive stress acts on the upper part in the direction. Therefore, by providing a thermal stress generating member, the thermal stress acting on the arc tube at the time of switching from the lighting state to the extinguishing state is alleviated, cracking and breakage of the arc tube are prevented, and the life of the high pressure discharge lamp is extended. Can be.
具体的には、高圧放電ランプは、それぞれ前記側管部と前記熱応力発生部材の先端側を連結する一対の連結部材を備える。 Specifically, the high-pressure discharge lamp includes a pair of connecting members that connect the side tube portion and the distal end side of the thermal stress generating member.
さらに具体的には、前記連結部材は前記側管部の外周面を取り囲む環状部と、この環状部から前記側管部に対して離れる方向に延び、かつ前記熱応力発生部材の先端側が固定された固定部とを備える。環状部を側管部にかしめることで側管部に連結部材を固定してもよい。この場合、前記側管部の外周面には前記環状部が嵌め込まれる溝を形成してもよい。 More specifically, the connecting member has an annular portion surrounding the outer peripheral surface of the side tube portion, extends in a direction away from the annular portion with respect to the side tube portion, and a distal end side of the thermal stress generating member is fixed. Fixed part. The connecting member may be fixed to the side tube by caulking the annular portion to the side tube. In this case, a groove into which the annular portion is fitted may be formed on the outer peripheral surface of the side tube portion.
前記電極は前記軸線方向に延びて前記側管部を介して発光管の外部に突出し、前記支持構造が、前記電極を支持し、かつ点灯回路に電気的に接続するワイヤーフレームを備える場合、一対の熱応力発生部材の基端をワイヤーフレームから側管部に向けて延びる一対の支軸に固定してもよい。 In a case where the electrode extends in the axial direction and projects outside the arc tube through the side tube portion, and the support structure includes a wire frame that supports the electrode and is electrically connected to a lighting circuit, The base end of the thermal stress generating member may be fixed to a pair of support shafts extending from the wire frame toward the side tube portion.
熱応力発生部材は、バイメタルや所望の線膨張係数を有する単一の金属材料からなる。 The thermal stress generating member is made of a bimetal or a single metal material having a desired coefficient of linear expansion.
本発明は、発光管がセラミック材料からなる場合に好適に適用されるが、発光管は石英などの他の材料からなるものでもよい。 The present invention is suitably applied when the arc tube is made of a ceramic material, but the arc tube may be made of another material such as quartz.
発光部内に封入される発光物質の点灯時の圧力、すなわち動作圧が10MPa以上である場合に、本発明が好適に適用される。 The present invention is preferably applied when the pressure at the time of lighting of the light emitting substance sealed in the light emitting portion, that is, the operating pressure is 10 MPa or more.
高圧放電ランプは、発光管を囲む外管をさらに備えてもよい。 The high-pressure discharge lamp may further include an outer tube surrounding the arc tube.
本発明の第2の態様は、発光部を有する発光管と、点灯状態から消灯状態への切り換え時の温度変化によって熱応力を発生し、この熱応力が前記発光部の上部に圧縮応力を生じさせる熱応力発生部材とを備える高圧放電ランプを提供する。 According to a second aspect of the present invention, a thermal stress is generated by an arc tube having a light emitting portion and a temperature change at the time of switching from a lighting state to a light-off state, and the thermal stress generates a compressive stress at an upper portion of the light emitting portion. A high-pressure discharge lamp comprising:
本発明の高圧放電ランプでは、熱応力発生部材を設けることにより、特に10数気圧程度の高動作圧であって、かつ水平点灯という条件下における点灯状態から消灯状態への切り換え時に発光管に作用する熱応力を緩和し、発光管のひび割れや破損を防止し、高圧放電ランプの長寿命化を図ることができる。 In the high-pressure discharge lamp of the present invention, the provision of the thermal stress generating member allows the high-pressure discharge lamp to operate on the arc tube when switching from the on state to the off state under the condition of a high operating pressure, especially about 10 atm, and horizontal lighting. This can reduce thermal stress, prevent cracking or breakage of the arc tube, and extend the life of the high-pressure discharge lamp.
本発明者は、高動作圧で水平点灯という条件で高圧放電ランプを使用すると、点灯状態から消灯状態に切り換えた直後に発光管にひび割れなどの破損が生じやすいことを見い出し、さらに以下に詳述するようにこの破損を引き起こす熱応力を分析した。本発明はかかる分析で得られた新たな知見に基づくものである。ランプ始動時すなわち消灯状態から点灯状態への切り換え時の圧力及び温度上昇は封入金属の蒸発に追随するので十分緩やかである。しかし、高動作圧かつ水平点灯という条件下では、消灯直後ないしは点灯状態から消灯状態への切り換え時に急速な温度降下がある。 The present inventor has found that when a high-pressure discharge lamp is used under conditions of high operating pressure and horizontal lighting, cracks and the like are likely to occur in the arc tube immediately after switching from the lighting state to the off state, and further described in detail below. The thermal stress causing this failure was analyzed as follows. The present invention is based on new findings obtained by such analysis. The pressure and temperature rise at the time of starting the lamp, that is, at the time of switching from the extinguished state to the lit state, is sufficiently slow because it follows evaporation of the encapsulated metal. However, under the conditions of high operating pressure and horizontal lighting, there is a rapid temperature drop immediately after turning off or when switching from the lighting state to the lighting state.
図1は、高圧放電ランプの一種であるメタルハライドランプの発光管1の安定点灯中の温度分布を示す。発光管1はアルミナ(Al2O3)を主原料としたセラミック材料からなる。発光部1aの内部には水銀とハロゲン化金属を含む封入金属及びバッファガスとしての希ガスが封入されている。動作圧は10〜15Paである。また、発光管1はその内部に配置された一対の電極2A,2Bを結ぶ仮想直線ないしは軸線Lが略水平方向に延びる点灯姿勢(水平点灯)をとっている。発光管1は水平方向に延びる軸線Lの方向には熱膨張できるが、軸線Lと直交する方向(鉛直方向を含む)の変位は規制されるように支持されている。
FIG. 1 shows a temperature distribution during stable lighting of an arc tube 1 of a metal halide lamp, which is a kind of high-pressure discharge lamp. The arc tube 1 is made of a ceramic material whose main material is alumina (Al2O3). A sealed metal containing mercury and a metal halide and a rare gas as a buffer gas are sealed inside the
図1において、等温線Tで仕切られた各領域に付されたドットの密度が高い程、その領域が高温であることを示している。供給される電力の一部が熱エネルギーとして消費されることにより、発光部1aの内部は1,100℃近い高温に加熱される。また、点灯姿勢が水平であるために、発光管1の上部と下部とでは100℃近い温度差が生じる。具体的には、点t1で示す発光管1の内壁面上部における温度は約1070℃であるのに対して、発光部1aの内壁面下部における温度は約930℃である。発光部1a内の温度差は、発光部1a内に多量の封入金属が充填されることによる高温高圧状態での対流現象の結果として生じている。従って、発光部1a内の点灯時の圧力が高いほど温度差が大きくなる。
In FIG. 1, the higher the density of dots assigned to each area partitioned by the isotherm T, the higher the area is. As a part of the supplied electric power is consumed as heat energy, the inside of the
図2は、このような高温高圧状態で点灯している発光部1aにおいて消灯時に発生する各部応力を、有限要素法を利用してシミュレーションした計算結果を示す。具体的には、図2は、図1に示した温度分布が実際の消灯直後の温度下降推移の実測値を模擬した条件に沿って変化し、室温に戻った状態における発光管1の各部に発生している熱応力の分布を示している。図2において、等応力線Pで仕切られた各領域に付されたドットの密度が高い程、熱応力が大きいことを示している。図2から明らかなように、発光管1の各部の中で最も強い引張応力が発生する部分は内壁面上部である。内壁面最上部の点p1では引張応力が最大(111MPa)であり、下部に移るに従って引張応力の値は減少する。例えば、内壁面中央部の点p2の引張応力は30MPaである。また、内壁の下部側では圧縮応力が生じている。例えば、内壁面最下部の点p3では−40MPaの圧縮応力が生じている。図3において矢印M1,M2で示すように、引張応力は側管部1b,1c方向(軸線Lの方向)に発生している。これは、実際のランプ強度試験において発光管が破損する部位と対応している。
FIG. 2 shows a calculation result obtained by simulating, using the finite element method, various stresses generated in the
以上のように、高動作圧かつ水平点灯という条件で高圧放電ランプを使用すると、点灯状態から消灯状態への切り換え時に発光管の上部に引張方向の大きな熱応力が生じ、この熱応力が発光管の破損を引き起こすことが分かった。 As described above, when a high-pressure discharge lamp is used under the conditions of high operating pressure and horizontal lighting, a large thermal stress in the tensile direction occurs at the upper part of the arc tube when switching from the lighting state to the extinguishing state, and this thermal stress is Was found to cause damage.
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図3は、本発明の実施形態に係る高圧放電ランプであるメタルハライドランプを示す。発光管1は、細長い中空管状の発光部1aと、発光部1aの両端から延在した一対の側管部1b,1cと、先端を発光部1aの内部に先端を露出させた一対の電極2A,2Bとを有する。側管部1b,1cは電極2A,2Bを結ぶ仮想直線ないしは軸線Lに沿って延びている。本実施形態では、発光部1a及び側管部1b,1cはアルミナ(Al2O3)を主原料としたセラミック材料で構成される。電極2A,2Bの基端は側管部1b,1cの細管部1dを貫通して発光管1外部に導出されている。発光管1を囲むように外管21が設けられている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 shows a metal halide lamp which is a high-pressure discharge lamp according to an embodiment of the present invention. The light emitting tube 1 has an elongated hollow tubular
電気的接続構造を説明すると、図において右側の電極2Aの基端は支持部材3に接続され、左側の電極2Bの基端は可変形部材4に接続されている。さらに支持部材3はワイヤーフレーム5に接続され、可変形部材4はワイヤーフレーム6に接続されている。ワイヤーフレーム5,6は口金7を介して図示しない外部点灯回路に接続されている。
Describing the electrical connection structure, the base of the
発光部1a内部には発光材料である水銀、ハロゲン化金属などの封入金属ならびにバッファガスとしての希ガスなどが封入されている。点灯中の発光部1a内の圧力すなわち動作圧は、10〜15MPaである。また、点灯姿勢は水平である。詳細には、このメタルハライドランプは一対の電極2A,2Bを結ぶ軸線Lが略水平方向となるような点灯姿勢をとっている。
The light-emitting
次に、発光管1の支持構造について説明する。一方のワイヤーフレーム5は口金7から発光管1の下側を通って水平方向に延び、その先端は外管21のくぼみ部21aに固定されている。他方のワイヤーフレーム6は口金7から水平方向に延び、その先端は発光管1の側管部1c付近に位置している。また、ワイヤーフレーム6の先端は発光管1よりも上方に位置している。右側の電極2Aの基端側がワイヤーフレーム5で機械的に支持され、左側の電極2Bの基端側がワイヤーフレーム6で機械的に支持されている。
Next, a support structure of the arc tube 1 will be described. One of the wire frames 5 extends horizontally from the
一般に、ランプ安定点灯時は冷間時に比較して発光管1は熱膨張により膨張している。この発光管1の熱膨張は水平方向(軸線Lの方向)で最も大きい。発光管1はこの点灯中の熱膨張により発光管1に生じる応力を緩和するよう支持されている。まず、図において左側の電極2Bの基端側に対応して、それぞれ鉛直方向に延びる可変形部材4及び支持部材8を設けている。可変形部材4は導電性材料からなる撚り線のように、導電性を有しかつ比較的自由に変形する材料からなる。可変形部材4は上端が連結点21でワイヤーフレーム6に溶接され、下端が連結点22で電極2Bの基端側に溶接されている。支軸部材8は、上端が連結点17でワイヤーフレーム6に溶接され、下端にリング状部8aを備えている。電極2Bの基端側はリング状部8aに挿通されているが、リング状部8aに対して固定はされていない。一方、図において右側の電極2Aの基端側に対応して、鉛直方向に延びる支持部材3が設けられている。支持部材3は下端側が連結点20でワイヤーフレーム5に溶接されている。電極2Aの基端側は連結点10で支持部材3に溶接されている。左側の電極2Bがリング状部8aに挿通され、かつ可変形部材4が変形可能であるので、電極2Bは軸線Lの方向に変位できる。しかし、電極2Bの水平方向と直交する方向(鉛直方向を含む)の変位はリング状部8aにより規制される。一方、右側の電極2Aは支持部材3に固定されているので、軸線Lの方向及びそれと直交する方向の変位が規制される。よって、発光管1は軸線Lに沿って水平方向に膨張することができ、この膨張により発生する応力が緩和されるが、水平方向と直交する方向への変位は規制される。
In general, when the lamp is stably turned on, the arc tube 1 expands due to thermal expansion compared to when the lamp is cold. The thermal expansion of the arc tube 1 is greatest in the horizontal direction (the direction of the axis L). The arc tube 1 is supported so as to relieve stress generated in the arc tube 1 due to thermal expansion during lighting. First, a deformable member 4 and a
発光管1を梁とみなすと、図6に示すように右側の端部は支持部材3に固定された固定端であり、左側の端部はリング状部8aにより軸線と直交する方向の変位のみが規制された回転端である。
Assuming that the arc tube 1 is a beam, the right end is a fixed end fixed to the
次に、前述の消灯時に発光管1に発生する熱応力を緩和するための構造について図3から図5を参照して説明する。 Next, a structure for alleviating the thermal stress generated in the arc tube 1 at the time of turning off the light will be described with reference to FIGS.
それぞれ鉛直方向上向に延びる支持軸11,12がワイヤーフレーム5に連結されている。支持軸11は図において右側の側管部1bの下側に配置されており、下端が連結点20でワイヤーフレーム5に溶接され、上端が側管部1bに対して間隔をあけて対向している。一方、支持軸12は図において左側の側管部1cの下側に配置されており、下端が連結点19でワイヤーフレーム5に溶接され、上端が側管部1cに対して間隔をあけて対向している。
側管部1b,1cには、それぞれ止め具ないしは連結部材13,14が取り付けられている。図4を参照すると、連結部材14はバンド状の金属板を成形してなり、側管部1cの外周面に巻き付けて装着した環状部14aと、この環状部14aから下向きに延びる固定部14bとを備えている。環状部14aは側管部1cに対して斜めに巻き付けられており、環状部14aの側管部1cの上部に対する接触位置14cは、環状部14aの側管部1cの下部に対する接触位置14dよりも内側、すなわち発光部1a側に位置している。環状部14aは側管部1cに対して容易にずれないように装着されており、接触位置14d,14cは動かない。連結部材13の材質、形状、及び側管部1bに対する取り付け姿勢は連結部14と同様である。
Stoppers or connecting
支持軸11,12と連結部材13,14は熱応力発生部材としてのバイメタル15,16により連結されている。図5を参照すると、バイメタル16は基端側が支持軸12に溶接され、先端側が連結部材14の固定部14bに溶接されている。バイメタル16は、熱膨張率の高い合金材料からなる板材(高熱膨張板材31)と熱膨張率の低い合金材料からなる板材(低熱膨張板材32)とを貼り合わせたものであり熱変形効果を有する。すなわち、温度が上昇すると高熱膨張板材31が低熱膨張板材32よりも大きく変形することにより、低熱膨張部材32側に湾曲する。本実施形態では、低熱膨張板材32が高熱膨張部材31よりも鉛直方向上方、すなわち発光管1側に位置するようにバイメタル16を配置している。また、安定点灯中の発光管1からの放射熱によって図5において実線Aで示すように低熱膨張部材32側に湾曲するように、高熱膨張板材31と低熱膨張部材32の材質、形状、及び寸法を選択し、かつ支持軸12及び連結部材14に対して固定している。支持軸11と連結部材13を連結するバイメタル15の構造及び取付姿勢もバイメタル16と同様である。
The
本実施形態のメタルハライドランプは、点灯動作圧が高圧(10〜15MPa)で、かつ点灯姿勢は水平であるので、図1及び図2を参照して説明したように、点灯状態から消灯状態への切り換え時に発光管1aの上部に引張方向の大きな熱応力が生じる。この熱応力は図6において点線で概略的に示すように、発光部1aを鉛直方向上向に突出する弓なり状に変形させようとする変形力として発光管1に作用する。
Since the lighting operation pressure of the metal halide lamp of the present embodiment is high (10 to 15 MPa) and the lighting posture is horizontal, as described with reference to FIG. 1 and FIG. At the time of switching, a large thermal stress occurs in the upper part of the
一方、メタルハライドランプの消灯直後は発光管1からの放射熱が急減に減少して温度が低下するので、バイメタル15,16の高熱膨張板材32が急速に縮み始める。図5を再度参照すると、仮にバイメタル16が連結部材14に溶接されていないならば、温度低下によりバイメタル16は点線Bで示す直線形状に急速に変形する。しかし、実際にはバイメタル16の両端は支持軸12と連結部材14に溶接されることで変位が拘束されているので、バイメタル16は実線Aで示す形状からほとんど変化せず、熱応力が生じる。このバイメタル16に生じた熱応力は、連結部材14を介して発光管1の側管部1cに対して矢印Yで示す力として作用する。図3を併せて参照すると、前述した消灯直後の温度低下によりバイメタル15にも熱応力が生じ、この熱応力は連結部材13を介して発光管1の側管部1bに対して矢印Xで示す力として作用する。これらバイメタル15,16に生じる熱応力により側管部1b,1cに作用する力X,Yの向きは、斜め下向き、詳細には側管部1b,1cに対して鉛直方向下向き、かつ側管部1b,1cに対して外向き(発光部1aから離れる向き)である。従って、図6において一点鎖線で概略的に示すように、これらの力X,Yは発光部1aを鉛直方向下向きに突出する弓なり状に変形させようとする変形力として発光管1に作用し、発光管1の内壁面の上部に圧縮応力を生じさせる。換言すれば、力X,Yは、点灯状態から消灯状態への切り換え時に発光管1に生じる熱応力による発光管1の変形(図6の点線)とは逆向きの変形を発光管1に生じさせる。従って、連結部材13,14を介してバイメタル15,16から発光管1に作用する力X,Yにより、発光管1の消灯直後に発光部1aの内壁面に発生する引張方向の熱応力、特に発光部1aの内壁面最上部(図2の位置t1参照)の熱応力が効果的に緩和される。
On the other hand, immediately after the metal halide lamp is turned off, the radiant heat from the arc tube 1 rapidly decreases and the temperature decreases, so that the high
図7A,7Bは連結部材の他の例を示す。連結部材13の環状部13aは側管部1bにかしめてあり、環状部13aの内面全体が連結部材13の外周面に密着している。また、固定部13bの下端を折り返し、折り返した部分をバイメタル15の上面に溶接している。環状部13aを側管部1bにかしめることで連結部材13が側管部1bに対して強固に固定されているので、消灯時にバイメタル15に発生する熱応力が連結部材13を介して確実に発光管1に伝播する。他方の連結部材14(図3参照)を同様の構造にしてもよい。
7A and 7B show another example of the connecting member. The
図8A,8Bは連結部材のさらに他の例を示す。側管部1bの外周面には環状の溝1dが形成されており、この溝1dに連結部材13の環状部13aが嵌め込まれている。環状部13aは側管部1bにかしめてある。環状部13aを溝1dに嵌め込むことにより、側管部1bに対する環状部13aの軸線L方向の位置がずれるのをより確実に防止できるので、バイメタル15の熱応力がより確実に発光管1に伝播する。他方の連結部材14(図3参照)を同様の構造にしてもよい。
8A and 8B show still another example of the connecting member. An
前記構成による発光部1aの鉛直方向上部の引張応力の緩和は、発光部1a内が高圧になるほど効果的に作用する。特に、発光部1aの点灯時の内圧が10MPa(約10気圧)以上の場合に効果的である。点灯時に発光部1aが10MPa以上になる封入物としては、PrI3,CsI,NaIの混合物を発光部1a内に封入すればよい。
The relaxation of the tensile stress in the vertically upper part of the
前記構成による発光部1aの引張応力の緩和の効果を充分に発揮するために、いくつか設計上の考慮に入れておくべきポイントがある。一つ目は、ワイヤーフレーム5,6、支持部材3,8、及び支持軸11,12の強度である。バイメタル15,16の発生する熱応力を発光部1aの引張方向の熱応力を緩和する力X,Yとして有効に作用させるためには、その周辺のワイヤーフレーム5,6、支持部材3,8、及び支持軸11,12は容易に変形しない材料、形状、及び寸法とする必要がある。導電性の金属材料としてステンレス鋼を使用する場合には、直径は0.5mm以上が望ましい。同様に、連結点10,17〜20も支持のための部材群が容易にぶれないよう強固な溶接が必要となるのは言うまでもない。
In order to sufficiently exhibit the effect of relaxing the tensile stress of the
二つ目はバイメタル15,16の冷却速度である。発光管1を構成するアルミナや石英は、支持軸11,12やバイメタル15,16などを構成する金属材料と比較して比熱は高く、熱伝導率は低い。従って、発光管1を点灯状態から消灯状態に切り換えた時の冷却速度は、バイメタル15,16のほうが発光管1よりも充分速い。しかし、より万全を期すための方策として、支持軸11,12に冷却フィンのような表面積を増加させる構造を設けて支持軸11,12からの放熱を促進し、それによって消灯直後のバイメタル13,14の冷却速度を速めてもよい。
The second is a cooling rate of the
また、前記実施形態はバイメタル装着専用の支持軸11,12を備えるが、ランプ内のスペースが充分得られない場合などは、発光管1の支持部材3、8でバイメタル15,16を支持してもよい。
In the above-described embodiment, the supporting
さらに、前記実施形態においては、温度変化に応じて熱応力を発生する熱応力発生部材としてバイメタルを採用しているが、発光管の形状や、発光管に付与する必要がある圧縮応力の大きさや方向によっては、熱応力発生部材を所要の膨張係数の単一の金属材料で構成してもよい。すなわち、熱応力発生部材は、発光部1aの温度変化に応じて熱応力を発生し、その熱応力が発光部1aに発生する熱応力を緩和する方向の力として作用するものであればよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, a bimetal is employed as a thermal stress generating member that generates thermal stress in accordance with a change in temperature, but the shape of the arc tube, the magnitude of the compressive stress that needs to be applied to the arc tube, and the like. Depending on the direction, the thermal stress generating member may be made of a single metal material having a required expansion coefficient. That is, the thermal stress generating member may be any member that generates a thermal stress in accordance with the temperature change of the
さらにまた、前記実施形態では発光管1材料としてセラミック材料を用いているが、石英ガラスなど一般的な他の発光管1の材料を用いた場合にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。ただし、一般に膨張係数の大きいセラミックスを発光管1に使用した場合にはひび割れ等の破損が生じる可能性が比較的高いので、本発明は発光管1の材料がセラミックである場合に好適に適用される。 Furthermore, in the above-described embodiment, a ceramic material is used as the material of the arc tube 1. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a case where another general material of the arc tube 1 such as quartz glass is used. . However, in general, when a ceramic having a large expansion coefficient is used for the arc tube 1, there is a relatively high possibility that breakage such as cracks will occur. Therefore, the present invention is suitably applied when the material of the arc tube 1 is ceramic. You.
1 発光管
1a 発光部
1b,1c 側管部
1c 細管部
2A,2B 電極
3 支持部材
4 可変形部材
5,6 ワイヤーフレーム
7 口金
8 支軸部材
8a リング状部
13,14 連結部材
13a,14a 環状部
15,16 バイメタル
21 外管
31 高熱膨張板材
32 低熱膨張板材
L 軸線
REFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (11)
少なくとも前記軸線と直交する方向への変位を規制するように前記発光管を支持する支持構造と、
それぞれ基端側が前記支持構造で支持される一方、先端側が前記発光管の側管部に連結され、点灯状態から消灯状態への切り換え時の温度変化によって熱応力を発生し、この熱応力は前記軸線が水平方向に延びる姿勢に配置された前記発光管の前記側管部に対して鉛直方向下向き、かつ発光管に対して外向きの力として作用する一対の熱応力発生部材と
を備える高圧放電ランプ。 A light-emitting tube having a light-emitting portion, a pair of electrodes arranged to face each other within the light-emitting portion, and a pair of side tube portions extending in the axial direction connecting the electrodes from both ends of the light-emitting portion,
A support structure that supports the arc tube so as to regulate at least displacement in a direction perpendicular to the axis,
The base end side is supported by the support structure, while the tip end side is connected to the side tube portion of the arc tube, and generates a thermal stress due to a temperature change at the time of switching from an on state to an off state. A pair of thermal stress-generating members that act vertically as downward force on the side tube portion of the arc tube and that act as an outward force on the arc tube, the axis of the arc tube being arranged in a posture extending in the horizontal direction. lamp.
前記支持構造は、前記電極を支持し、かつ点灯回路に電気的に接続するワイヤーフレームを備え、
前記一対の熱応力発生部材の基端は前記ワイヤーフレームから前記側管部に向けて延びる一対の支軸に固定されている請求項1に記載の高圧放電ランプ。 The electrode extends in the axial direction and projects outside the arc tube through the side tube portion,
The support structure includes a wire frame that supports the electrodes and electrically connects to a lighting circuit,
The high-pressure discharge lamp according to claim 1, wherein base ends of the pair of thermal stress generating members are fixed to a pair of support shafts extending from the wire frame toward the side tube portion.
点灯時の前記発光物質の圧力が10MPa以上である請求項1に記載の高圧放電ランプ。 The high-pressure discharge lamp according to claim 1, wherein a light-emitting substance is sealed in the light-emitting portion, and a pressure of the light-emitting substance at the time of lighting is 10 MPa or more.
点灯状態から消灯状態への切り換え時の温度変化によって熱応力を発生し、この熱応力が前記発光部の上部に圧縮応力を生じさせる熱応力発生部材と
を備える高圧放電ランプ。
An arc tube having a light emitting section;
A high-pressure discharge lamp comprising: a thermal stress generating member that generates thermal stress due to a temperature change at the time of switching from the on state to the off state, and the thermal stress generates a compressive stress on the upper part of the light emitting unit.
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