JP2004521474A

JP2004521474A - 高圧ガス放電ランプおよび高圧ガス放電ランプの製造方法

Info

Publication number: JP2004521474A
Application number: JP2003507861A
Authority: JP
Inventors: マーチヌスヨットピエナ
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-07-15
Also published as: WO2003001563A1; US7187129B2; KR20030036722A; CN1650393A; EP1405331A1; US20040155587A1

Abstract

【課題】簡単かつ経済的な方法で製造することが可能であり、寿命が長く、かつ電極間の距離が、少なくとも本質的に一定であり、かつ、ランプ電流を正確かつ一定に維持するための特別な手段を講じなくても、その寿命を通して安定かつ不変な態様で動作する高圧ガス放電ランプを提供することによって、従来技術の問題を解決すること。
【解決手段】放電容器が設けられている高圧蒸気放電ランプ。放電容器は、例えば、水銀と希ガスの充填材が、気密に設けられた放電スペースを包囲する。電極は、その中で放電を生成しかつ維持するための放電スペース内に配置され、一方、電極は、放電スペースに向かって突出しているその端で、拡張されたヘッドを有するロッド電極を有する。本発明によると、この拡張されたヘッドは、少なくとも実質的に円錐形の予め形成された電極突出部を有する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、水銀と希ガスの充填材が気密に封入されている放電スペースを包囲する放電容器を有し、かつ放電スペース内で放電を生成しかつ維持するための少なくとも一つの電極も有する、高圧ガス放電ランプであって、当該電極が、その端に放電スペースに向かって突出している広げられた電極ヘッドが設けられた電極ロッドを有する、高圧ガス放電ランプ（いわゆるＨＩＤ（ｈｉｇｈｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプまたはＵＨＰ（ｕｌｔｒａｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）ランプ）、特に、充填材の等級が、約０．０５〜０．５ｍｇ／ｍｍ^３の間である水銀蒸気ランプに関する。本発明は、このようなランプを製造する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような高圧ガス放電ランプの製造、動作特性、動作寿命、およびコストは、主に、使用される電極の種類と特有の形状によって決まる。上述のランプの態様を多かれ少なかれ考慮していく過程で、多くの幾何学的な電極形状が、開発されてきた。最も簡単な場合、高圧ガス放電ランプは、各々がタングステンワイヤまたはタングステンロッドによって形成されている２本の電極を有する。電極ロッドの自由端は、放電スペースに向かって延在し、この放電スペースは、例えば、水銀と希ガスが充填されており、かつ、その中には、光アークが、動作可能な状態で形成される。電極ロッドの他方の端は、所望の動作電圧を得るために、放電容器内に存在する気密なリードスルー（ｌｅａｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）構造を介して、接続ピンに接続されている。
【０００３】
特に、ランプのパワーが高い場合、電極の放熱を向上させ、かつ上述のリードスル−構造の過度の加熱を回避し、かつ放電容器の封止が破損する危険性を回避する目的のために、電極材料と同じ材料の１つまたは幾つかの巻線を、電極の自由端に設けることは、知られている。ＡＣ電圧で動作しているランプ内の、特に熱緩衝の機能を実現するために、必要な場合、これらの巻線を、個々の電極ロッドに融合させることが出来る。更に、これによって、電極の実用寿命を伸ばすことが可能である。この種類の電極は、タングステンから簡単な方法で作られ、かつ一般的に知られている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これらの公知の電極の主な問題は、巻線とロッドとの間の熱接触、および巻線間の熱接触が、ランプ寿命の間に変化してしまうために、熱伝導が、通常相対的に小さく、かつ再現性が無いことである。これらの影響によって、特に光アークが短い（例えば、約１ｍｍ）ランプの場合、ランプ特性が変化してしまう可能性がある。これらの問題は、巻線がロッドに融合されているか否かに関わらず、光アークが短いランプ（例えば、上述のＵＨＰランプ）には、実際に存在する。なぜならば、このようなランプは、非常に高い動作温度で動作するため、それによって融合されている部分が変化してしまう可能性があるからである。これらの問題を解決するために、電極を頑丈な固体のタングステンロッドにより製造するがことが行われているが、これは、高価で、かつ製造方法が、複雑である。
【０００５】
米国特許第３，０６７，３５７号は、その電極ロッドが、融合によって得られる球形の広げられたヘッドを有する電極を開示している。融合に必要な熱は、製造の間またはランプが動作している間のいずれかに供給される。球のサイズ、従って同時に、電極間の距離は、ランプ電流と、放電容器内の圧力と、電極ロッドの直径とによって決まる。しかしながら、動作の間、広げられたヘッドの大部分（例えば、５０％）は、溶融状態を維持しなければならない。このように、光アークが取り付けられる球形の広げられたヘッドのサイズが、上述のパラメータの設定によって決まり、かつ従って、許容値の制約を受ける製造技術と組立技術という外部的な影響によって決まることがないので、電極の製造は、より簡単かつより安価になる。
【０００６】
この米国特許から知られている高圧ガス放電ランプの問題は、球形の広げられたヘッドを正確な方法で成形し、かつ、そのヘッドが必要な程度溶融されている状態を維持するために、ランプ電流を正確に調整し、かつ一定に維持しなければならない点である。この場合、ランプ電流が２，３パーセント高過ぎるだけで、広げられたヘッドと電極ロッドとの組立物が全て溶融してしまうので、この広げられたヘッドが、より大きくなり、かつ相互に対向している電極間の距離が、著しくかつより長期間に渡って変化してしまう。光アークが短いランプの場合、この問題は、実際に非常に深刻であるため、このような電極を有するこの種のランプを安定した態様で動作させるためには、非常に高い精度で電流を設定しなければならない。さらに、スイッチが投入されている間に、この限界電流が、例えば、放電容器内の水銀蒸気の圧力に応じて変化してしまうことも問題である。
【０００７】
引用した米国特許で説明されている高圧ガス放電ランプの他の問題は、電極間の距離が、ランプ寿命の間に変化してしまうことである。この原因は、ランプの黒変化を防止する機能を有するが、同時に、熱電極端から電極の後側部分へのタングステンの移動をより早く発生させる原因となる、放電容器内に存在するヨウ素である。このような電極を使用している場合の実用寿命は、数百時間しかないため、光アークが短いランプの場合、この現象は、より大きな問題となる。
【０００８】
本発明の目的は、簡単かつ経済的な方法で製造することが可能であり、寿命が長く、かつ電極間の距離が、少なくとも本質的に一定であり、かつ、ランプ電流を正確かつ一定に維持するための特別な手段を講じなくても、その寿命に渡って安定かつ不変な態様で動作する高圧ガス放電ランプを提供することによって、従来技術の問題を解決することである。
【０００９】
この目的を本発明によって達成するために、冒頭の段落で説明されている種類の高圧ガス放電ランプは、電極ヘッドが、少なくとも実質的に円錐形の予め形成された電極突出部を有することを特徴とする。具体的には、この電極突出部は、その自由端に向かって薄くなっている（すなわち、この端は、放電スペースに向かって突出している）。驚くべきことに、以下の認識が、本発明をもたらした。長手方向で見て電極突出部の先細形状、すなわち、尖形状により、光アークが、動作状態にあるこの光アークの先端にそれ自身正確に印加されるので、電極突出部が、この位置で正確に溶融する、という特有の結果が生じる。この電極突出部の、先端より厚い部分は、相対的により大きな質量を有するので、熱緩衝として作用するため、電極ロッドの残りの部分の温度は、実質的により低くなるであろう。この結果、ランプの実用寿命は、長くなる。円錐形の予め形成された電極突出部は、実際にはランプが動作する初めの数時間の間でその完全な形状を得るので、電極間の空間が一定に維持されることが、判明している。
【００１０】
本発明による高圧ガス放電ランプの好適な実施例では、前記電極突出部は、１５０〜６００ μｍの間、具体的には、２００〜５００ μｍの間、より具体的には、２５０〜４００ μｍの間で変化する円錐の高さを有する。これとは無関係に、または、これとの組合せにより、前記電極突出部は、２００〜７００ μｍの間、具体的には、３００〜６５０ μｍの間で変化する円錐底面の直径を有することが好ましい。これとは無関係に、または、これとの組合せにより、具体的には前記電極突出部は、１５０ μｍ〜６００ μｍの間、具体的には、２００〜５００ μｍの間で変化する円錐先端の直径を有する。
【００１１】
上述したように、本発明は、前記放電スペースに向かって突出する広げられたヘッドを、その端で、前記電極の前記電極ロッドに設け、その後、前記電極ロッドの前記広げられたヘッドに相対する前記ロッド形状部材の部分に少なくとも実質的な円錐形状が与えられるように、ロッド形状部材を、前記広げられたヘッドに固定し、その後、前記ロッド形状部材の残りの部分を除去する、高圧ガス放電ランプを製造する方法にも関する。
【００１２】
本発明による方法の好適な実施例では、ロッド形状部材は、電極ロッドの広げられたヘッドに溶接される。これは、レーザーによって行うことが好ましい。具体的には、電極ロッドの広げられたヘッドに相対するロッド形状部材部分の周りに配置されている、幾つかのレーザーと幾つかの光学素子（例えば３つの光学素子）が、使用される。任意の２つの光学素子の間に囲まれている角度は、従って、１２０°よりも大きいことが好ましい。３つの成分ビームにそのビームが分割される１つのレーザーを使用することも、明らかに可能である。これらの成分ビームは、ファイバーにより、成分ビームの向きを決めかつロッド形状部材に焦点合わせする３つの光学素子に導かれる。
【００１３】
本発明による方法の更なる好適な実施例では、前記ロッド形状部材の前記残りの部分を折って取り除く。
【００１４】
次に、図面の図を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００１５】
【発明を実施するための形態】
図１は、放電スペースに向かって延在しているその自由端が、広げられた球形の電極ヘッド２を有する電極ロッド１を有する、本発明による高圧ガス放電ランプ用の電極を示す。円錐形の電極突出部は、以下の態様で電極ヘッド２に形成される。レーザー４が、広げられた電極ヘッド２に対向するロッド形状部材３の端の周りに、すなわち（ロッド１，３に垂直な平面で見て（図１を参照））互いに１２０°の角度を囲むように配置され、電極ロッド１と同じ材料のロッド形状部材３は、例えば、３つのレーザー４を有するエネルギー源、またはこれに代えて高周波加熱によるエネルギー源、または放電アークによるエネルギー源によって、電極ロッド１の広げられた電極ヘッド２に溶接される。図２に示されるように、これによって、ロッド形状部材３の当該端には、実質上円錐形状の、すなわち最終的に円錐形の電極突出部５が与えられる。次に、この組立物の全体が、ロッド形状部材３の細くされた部分８の領域（図３）で、矢印６の方向に下にある支持体７の上で押圧される。この結果、ロッド形状部材３の残りの部分が破棄され。この時、広げられた電極ヘッド２には、円錐台の形状を有するように外側方向に向かって細くなっている、予め形成された円錐形の電極突出部５が、設けられている。
【００１６】
本発明は、上述した実施例に限定されず、添付の請求の範囲の範囲内にある代替の実施例も含まれることに、留意すべきである。従って、ロッド形状部材３は、電極ロッド１の材料と異なる材料から作ることが可能であり、すなわち本発明によって、一方では円錐電極突出部５に対して、かつ他方では広げられた電極ヘッド２に対して、異なる材料の使用が実際に可能となることが、当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電極の製造方法の幾つかの連続的なステップを、線図的に示す。
【図２】本発明による電極の製造方法の幾つかの連続的なステップを、線図的に示す。
【図３】本発明による電極の製造方法の幾つかの連続的なステップを、線図的に示す。
【図４】本発明による電極の製造方法の幾つかの連続的なステップを、線図的に示す。
【符号の説明】
１…電極ロッド
２…電極ヘッド
３…ロッド形状部材
４…レーザー
５…電極突出部
６…矢
７…支持体
８…細くされた部分

Claims

例えば、水銀と希ガスの充填材が気密に封入されている放電スペースを包囲する放電容器を有し、かつ、前記放電スペース内で放電を生成し、かつ維持するための少なくとも一つの電極も有する、高圧ガス放電ランプであって、
当該電極が、広げられた電極ヘッドがその端に設けられている、前記放電スペースに向かって突出する電極ロッドを有する、高圧ガス放電ランプにおいて、
前記電極ヘッドが、少なくとも本質的に円錐形の予め形成された電極突出部を有することを特徴とする、高圧ガス放電ランプ。
前記電極突出部が、その自由端に向かって細くなる、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
前記電極突出部が、１５０〜６００ μｍの間、具体的には２００〜５００ μｍの間、より具体的には２５０〜４００ μｍの間で変化する円錐の高さを有する、請求項１または２に記載の高圧ガス放電ランプ。
前記電極突出部が、２００〜７００ μｍの間、具体的には３００〜６５０ μｍの間で変化する円錐底面の直径を有する、請求項１、２、または３に記載の高圧ガス放電ランプ。
前記電極突出部が、１５０ μｍ〜６００ μｍの間、具体的には２００〜５００ μｍの間で変化する円錐先端の直径を有する、請求項１〜４の何れかに記載の高圧ガス放電ランプ。
前記放電スペースに向かって突出する広げられたヘッドを、その端で、前記電極の前記電極ロッドに設け、その後、前記電極ロッドの前記広げられたヘッドに相対する前記ロッド形状部材の部分に少なくとも実質的な円錐形状が与えられるように、ロッド形状部材を、前記広げられたヘッドに固定し、その後、前記ロッド形状部材の残りの部分を除去する、前記請求項の何れかに記載の、高圧ガス放電ランプを製造する方法。
前記ロッド形状部材を、前記電極ロッドの前記広げられたヘッドに溶接する、請求項６に記載の方法。
前記ロッド形状部材を、前記電極ロッドの前記広げられたヘッドにレーザーによって溶接する、請求項７に記載の方法。
前記電極ロッドの前記広げられたヘッドに対向する前記ロッド形状部材の前記部分の周りに配置される幾つかのレーザーを使用する、請求項８に記載の方法。
前記ロッド形状部材の前記残りの部分を折って取り除く、前記請求項６〜９の何れかに記載の方法。