JP2005122958A - High pressure discharge lamp - Google Patents

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誠 甲斐
清 ▲高▼橋
Kiyoshi Takahashi
Atsushi Uchiho
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide structure of a high pressure discharge lamp capable of suppressing progress of a chemical reaction of a ceramic which is a material for a discharge vessel with a metal halide sealed in the discharge vessel for reducing the probability of occurrence of a fade-away phenomenon during lighting. <P>SOLUTION: This high pressure discharge lamp is provided with a protrusion part 1a made of a ceramic material and the discharge vessel 1 having a thin tube part 1b connected with both ends of the protrusion part 1a and made of a ceramic material. The electrode part 3 has a tip part 101 maintaining discharge and an intermediate part 100 connected with the tip part 101 and made of a conductive material having lower heat conductivity than the tip part 101. The intermediate part 100 is located at least in the protrusion part 1a so that progress of the chemical reaction of the ceramic near a joint part of the protrusion part 1a and the thin tube part 1b of the discharge container 1 with the metal halide sealed in the discharge vessel 1 can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、セラミック材料から構成される放電容器を用いた高圧放電ランプに関し、特に放電容器と発光金属との反応の抑制技術に関する。   The present invention relates to a high-pressure discharge lamp using a discharge vessel made of a ceramic material, and more particularly to a technique for suppressing the reaction between the discharge vessel and a luminescent metal.

従来のセラミック材料の放電容器を用いた高圧放電ランプは、石英ガラスの放電容器と比較して耐熱性、耐食性に優れている。このことから、特に発光金属としてハロゲン化金属が封入されるメタルハライドランプに多く利用されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。   A high pressure discharge lamp using a conventional discharge vessel made of a ceramic material is superior in heat resistance and corrosion resistance compared to a discharge vessel made of quartz glass. For this reason, it is widely used for metal halide lamps in which a metal halide is enclosed as a light emitting metal (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

図5は、特許文献1に記載された従来の放電ランプの構成の断面図を示す。図5において、放電容器1は、膨出部1aおよび一対の端部部分1bを備え、膨出部1aはアルミナセラミックからなっている。細管部1bは封着部1b1の部分においてセラミック封止用コンパウンドのシール4により給電導体2の封着金属部分2aを封着する。耐ハロゲン化物部分2bはタングステン棒からなり、モリブデン線からなるコイル2b1が巻装されている。電極3はタングステン線を耐ハロゲン化物部分2bの先端部に巻回することにより構成されている。セラミック封止用コンパウンドのシール4は放電容器1の細管部1bの封着部1b1および給電導体2の封着金属部分2aの間を所定位置まで気密に封着している。わずかな隙間5は放電容器1の細管部1bの内面と給電導体2の耐ハロゲン化物部分2bに巻装されたコイル2b1との間に形成されている。なお、特許文献1では、細管部1bの封着部1b1をサーメット材料で構成することにより、セラミック封止用コンパウンドのシール4によって封着された部分が、ランプ点灯中の熱衝撃によって透光性セラミックにクラックが生じることを防止している。   FIG. 5 shows a cross-sectional view of the configuration of a conventional discharge lamp described in Patent Document 1. As shown in FIG. In FIG. 5, the discharge vessel 1 includes a bulging portion 1a and a pair of end portions 1b, and the bulging portion 1a is made of alumina ceramic. The thin tube portion 1b seals the sealing metal portion 2a of the power supply conductor 2 with a ceramic sealing compound seal 4 at the sealing portion 1b1 portion. The halide resistant portion 2b is made of a tungsten rod, and a coil 2b1 made of molybdenum wire is wound thereon. The electrode 3 is configured by winding a tungsten wire around the tip of the halide resistant portion 2b. The seal 4 of the ceramic sealing compound hermetically seals between the sealing portion 1b1 of the thin tube portion 1b of the discharge vessel 1 and the sealing metal portion 2a of the power supply conductor 2 to a predetermined position. A slight gap 5 is formed between the inner surface of the narrow tube portion 1 b of the discharge vessel 1 and the coil 2 b 1 wound around the halide-resistant portion 2 b of the power supply conductor 2. In Patent Document 1, the sealing portion 1b1 of the thin tube portion 1b is made of a cermet material, so that the portion sealed by the seal 4 of the ceramic sealing compound is translucent due to thermal shock during lamp lighting. This prevents cracks in the ceramic.

特許文献2では、放電容器内に存在する水素及び酸素に注目している。給電導体に水素及び酸素透過性材料を使用することにより、ランプ点灯中にこれらを放電容器外に逃すことができる構成を開示している。これは放電容器の黒色化、点弧電圧の上昇を抑制するためとしている。
特開平11−213952号公報(第8頁、図1) 特開平6−196131号公報(第9頁、図1)
In Patent Document 2, attention is paid to hydrogen and oxygen present in the discharge vessel. A configuration is disclosed in which hydrogen and oxygen permeable materials are used for the power supply conductor so that they can escape outside the discharge vessel during lamp operation. This is intended to suppress the blackening of the discharge vessel and the rise of the ignition voltage.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-213952 (page 8, FIG. 1) JP-A-6-196131 (page 9, FIG. 1)

特許文献1では、発光金属として金属ハロゲン化物を用いるメタルハライドランプにおいて、金属ハロゲン化物が給電導体である金属材料(たとえばニオブ)と化学反応し、侵食することが報告されている。   In Patent Document 1, it is reported that in a metal halide lamp using a metal halide as a light emitting metal, the metal halide chemically reacts with a metal material (for example, niobium) serving as a power supply conductor and corrodes.

しかしながら、放電容器内の管壁負荷(放電容器の単位内表面積あたりの放電容器への投入電力の比率)が増加するにつれて、金属ハロゲン化物は、放電容器であるアルミナセラミックとも反応することがわかってきた。金属ハロゲン化物とアルミナセラミックとの化学反応は、発光現象とは直接かかわりなく、ランプ点灯中の放電容器内に存在する遊離ハロゲン量を増加させ、ランプ点灯中の点弧電圧の上昇を招く。点弧電圧が上昇すると、放電維持電圧が供給できなくなって消灯するという「立消え現象」が顕在化する。   However, as the tube wall load in the discharge vessel (ratio of input power to the discharge vessel per unit inner surface area of the discharge vessel) increases, it has been found that the metal halide also reacts with the alumina ceramic that is the discharge vessel. It was. The chemical reaction between the metal halide and the alumina ceramic directly increases the amount of free halogen present in the discharge vessel during lamp operation and does not directly affect the light emission phenomenon, thereby increasing the ignition voltage during lamp operation. When the ignition voltage rises, the “extinction phenomenon” that the discharge sustaining voltage cannot be supplied and turns off becomes obvious.

上記の金属ハロゲン化物とアルミナセラミックとの化学反応は、放電容器内に封入された金属ハロゲン化物がアルミナセラミック放電容器内表面に凝集する部分の中で、かつ、もっとも放電容器の表面温度の高い部分から化学反応が始まる。本願発明者は、この化学反応が特許文献1に記載されているようなセラミック封止用コンパウンドによって封着される細管端部付近で生じるのはなく、放電容器の膨出部(一般的に「発光部」とも呼ばれる)と膨出部に連結した細管部との接合部付近に多いことに気づいた。なお、膨出部と細管部との接合部付近は金属ハロゲン化物が凝集し、かつアルミナセラミック放電容器内表面の比較的温度の高い部分である。   The chemical reaction between the metal halide and the alumina ceramic is the portion where the metal halide sealed in the discharge vessel aggregates on the inner surface of the alumina ceramic discharge vessel, and the portion where the surface temperature of the discharge vessel is the highest. The chemical reaction begins. The inventor of the present application does not cause this chemical reaction in the vicinity of the end of the thin tube sealed by the ceramic sealing compound as described in Patent Document 1, but the bulging portion (generally “ It has been noticed that there are many in the vicinity of the junction between the light emitting part) and the narrow tube part connected to the bulging part. Note that the vicinity of the joint between the bulging portion and the narrow tube portion is a portion where the metal halide aggregates and the inner surface of the alumina ceramic discharge vessel has a relatively high temperature.

本発明の目的とするところは、上記従来の課題を解決するもので、点灯中の立消え現象の発生確率の低減のために、放電容器の材料であるセラミックと放電容器に封入されたハロゲン化金属との化学反応進行が抑制できる高圧放電ランプの構成を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and in order to reduce the probability of occurrence of the extinction phenomenon during lighting, the ceramic that is the material of the discharge vessel and the metal halide enclosed in the discharge vessel Is to provide a configuration of a high-pressure discharge lamp capable of suppressing the progress of the chemical reaction.

上記課題を解決するために、本発明の高圧放電ランプは、セラミック材料から構成される膨出部と、当該膨出部の両端に連結され、セラミック材料から構成されている細管部とを有する放電容器と、前記膨出部内に一部が位置した一対の電極部と、前記電極部のそれぞれに連結され、当該電極部に電力を供給する一対の給電導体と、前記放電容器内に封入された発光金属と、を備え、前記電極部は、放電を維持する先端部と、前記先端部に連結され、前記先端部の熱伝導率よりも低い導電性材料から形成されている中間部と、を有し、前記中間部は、少なくとも前記膨出部内に位置する。   In order to solve the above problems, a high-pressure discharge lamp of the present invention is a discharge having a bulging portion made of a ceramic material and a thin tube portion connected to both ends of the bulging portion and made of a ceramic material. A container, a pair of electrode parts partially located in the bulging part, a pair of power supply conductors connected to each of the electrode parts and supplying power to the electrode part, and enclosed in the discharge container A light emitting metal, and the electrode portion includes a tip portion that maintains discharge, and an intermediate portion that is connected to the tip portion and is formed of a conductive material that is lower in thermal conductivity than the tip portion. And the intermediate portion is located at least in the bulging portion.

また、好適な実施形態の一つとして、前記細管部と前記電極部との間には、隙間が形成されている。   As one preferred embodiment, a gap is formed between the narrow tube portion and the electrode portion.

また、好適な実施形態の一つとして、前記先端部はタングステン材料で構成されており、前記中間部は導電性サーメット材料で構成されている。   In one preferred embodiment, the tip portion is made of a tungsten material, and the intermediate portion is made of a conductive cermet material.

さらに、前記放電容器における管壁負荷が0.37W/mm以上である。 Furthermore, the tube wall load in the discharge vessel is 0.37 W / mm 2 or more.

また、好適な実施形態の一つとして、前記発光金属は、金属ハロゲン化物を含む。   In one preferred embodiment, the light emitting metal includes a metal halide.

本発明の高圧放電ランプは上記構成よって、放電容器の膨出部と膨出部に連結された細管部との接合部付近のセラミックと放電容器に封入されたハロゲン化金属との化学反応進行が抑制できる。化学反応の進行が抑制できるので、放電容器内の遊離ハロゲン量の増加を抑制でき、遊離ハロゲンが原因で発生する高圧放電ランプの立消えの発生を未然に防止できる。   With the above configuration, the high-pressure discharge lamp according to the present invention allows the chemical reaction between the bulging portion of the discharge vessel and the joint near the tubule connected to the bulging portion to proceed with the chemical reaction between the metal halide sealed in the discharge vessel. Can be suppressed. Since the progress of the chemical reaction can be suppressed, an increase in the amount of free halogen in the discharge vessel can be suppressed, and the occurrence of the extinction of the high-pressure discharge lamp caused by the free halogen can be prevented.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における高圧放電ランプの断面図である。放電容器1は膨出部1aと、膨出部1aの両端に連結された細管部1bとを有する。膨出部1aと細管部1bとは、透光性のアルミナからなるセラミック材料から構成されている。膨出部1aの内径は3.6mm〜7.0mm、全長は20 mm〜50mmを用いることができる。本実施形態では、膨出部1a内部の内径は4.0mm、全長30mmものを用いた。細管部1bの内径は0.8mm〜2.0mm、全長は10mm〜20mmを用いることができる。本実施形態では、細管部1b内部の内径は1.0mm、全長15mmものを用いた。
(Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view of a high-pressure discharge lamp according to Embodiment 1 of the present invention. The discharge vessel 1 has a bulging portion 1a and a narrow tube portion 1b connected to both ends of the bulging portion 1a. The bulging portion 1a and the thin tube portion 1b are made of a ceramic material made of translucent alumina. The bulging portion 1a can have an inner diameter of 3.6 mm to 7.0 mm and a total length of 20 mm to 50 mm. In this embodiment, the inside diameter of the bulging portion 1a is 4.0 mm and the total length is 30 mm. The inner diameter of the thin tube portion 1b can be 0.8 mm to 2.0 mm, and the total length can be 10 mm to 20 mm. In this embodiment, the inside diameter of the thin tube portion 1b is 1.0 mm and the total length is 15 mm.

膨出部1a内には、対向して一対の電極部3の一部が位置しており、電極部3の間にアーク放電を発生させる。さらに膨出部1b内に位置する電極部3の先には電極コイルが巻装されている。   A part of the pair of electrode portions 3 is located in the bulging portion 1 a so as to face each other, and an arc discharge is generated between the electrode portions 3. Furthermore, an electrode coil is wound around the tip of the electrode part 3 located in the bulging part 1b.

電極部3のそれぞれには、一対の給電導体2が連結されている。給電導体2は、電極部3に電力を供給する役目を果たす。また、給電導体2は、細管部2の封着部1b1においてセラミック封止用コンパウンドのシール4によって気密封着されている。給電導体2は点灯回路と接続され、本実施形態では150Wのランプ電力で点灯される。   A pair of power supply conductors 2 is connected to each of the electrode portions 3. The power supply conductor 2 serves to supply power to the electrode unit 3. Further, the power supply conductor 2 is hermetically sealed by a seal 4 of a ceramic sealing compound at a sealing portion 1 b 1 of the thin tube portion 2. The feed conductor 2 is connected to a lighting circuit, and is lit with a lamp power of 150 W in this embodiment.

放電容器1内には、発光金属(図示しない)として金属ハロゲン化物(ヨウ化ナトリウム、ヨウ化プラセオジウムなど)と水銀が封入されている。さらに放電容器1には、バッファガスとしてアルゴンが封入されている。   In the discharge vessel 1, a metal halide (sodium iodide, praseodymium iodide, etc.) and mercury are enclosed as a light emitting metal (not shown). Further, argon is sealed in the discharge vessel 1 as a buffer gas.

さらに、電極部3について説明する。   Furthermore, the electrode part 3 is demonstrated.

本実施形態では、電極部3は、放電を維持する先端部101と、先端部101に連結された中間部100と、中間部100と給電導体2とを連結する後端部102とで構成される。中間部100は、先端部101の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する導電性材料から形成されている。本実施形態では、先端部101はタングステン材料から形成され、中間部100は導電性サーメット材料から形成されている。また、後端部102は、タングステン材料から形成されており、耐ハロゲン化物部分2bを有する。耐ハロゲン化物部分2bには、たとえばモリブデンからなるコイル2b1が巻装されている。電極部3の軸の直径は、0.3mm〜0.8mmであり、全長は12mm〜24mmのものを用いることができる。本実施形態では、直径0.5mm、全長17mmのものを用いた。また、先端部101は長さ0.1mm〜1.0mmを用いることができ、本実施形態では0.2mmの長さのものを用いた。中間部100は長さ1.0mm〜3.0mmのを用いることができ、本実施形態では 2.0 mmの長さのものを用いた。   In the present embodiment, the electrode portion 3 includes a front end portion 101 that maintains discharge, an intermediate portion 100 that is connected to the front end portion 101, and a rear end portion 102 that connects the intermediate portion 100 and the power supply conductor 2. The The intermediate part 100 is formed from a conductive material having a thermal conductivity lower than that of the tip part 101. In the present embodiment, the tip portion 101 is made of a tungsten material, and the intermediate portion 100 is made of a conductive cermet material. The rear end portion 102 is made of a tungsten material and has a halide-resistant portion 2b. A coil 2b1 made of molybdenum, for example, is wound around the halide resistant portion 2b. The diameter of the shaft of the electrode part 3 is 0.3 mm to 0.8 mm, and the total length is 12 mm to 24 mm. In this embodiment, the one having a diameter of 0.5 mm and a total length of 17 mm was used. Further, the tip portion 101 can have a length of 0.1 mm to 1.0 mm. In this embodiment, the tip portion 101 has a length of 0.2 mm. The intermediate part 100 having a length of 1.0 mm to 3.0 mm can be used, and in this embodiment, a part having a length of 2.0 mm is used.

さらに、細管部1bと電極部3との間にはわずかな隙間5が存在し、膨出部1a内の空間から連続につながっている。   Furthermore, a slight gap 5 exists between the thin tube portion 1b and the electrode portion 3, and is continuously connected from the space in the bulging portion 1a.

なお、一般的に上記の高圧放電ランプ(メタルハライドランプ)は、点灯開始後数百時間オーダーで、膨出部1a内に封入された発光金属は徐々にわずかな隙間5内奥部に侵入していく。この時たとえば給電導体2がニオブなどの材料で構成されていると、ニオブとハロゲン化物との反応によりニオブとセラミック封止用コンパウンドのシール4との間に微小なクラックが発生し、封止部リークなどの不良モードが発生する。そこで、本実施形態では、そのようなクラックが生じないよう給電導体2にはアルミナセラミックとモリブデンとで構成された導電性サーメットを使用している。耐ハロゲン化部分2bのコイル2b1がモリブデンで構成されていることからもわかるように、ニオブに比較してモリブデンはハロゲン化物に侵されにくい性質を持っている。   In general, the above-described high-pressure discharge lamp (metal halide lamp) is in the order of several hundred hours after the start of lighting, and the light-emitting metal sealed in the bulging portion 1a gradually enters the inner part of the gap 5 gradually. Go. At this time, for example, if the feed conductor 2 is made of a material such as niobium, a minute crack is generated between the niobium and the seal 4 of the ceramic sealing compound due to the reaction between niobium and the halide, and the sealing portion A failure mode such as a leak occurs. Therefore, in this embodiment, a conductive cermet made of alumina ceramic and molybdenum is used for the power supply conductor 2 so that such cracks do not occur. As can be seen from the fact that the coil 2b1 of the halogen-resistant portion 2b is made of molybdenum, molybdenum has a property that it is less susceptible to halides than niobium.

<シミュレーションによる計算結果>
図1に示すランプを点灯すると、次第に金属ハロゲン化物がわずかな隙間5内奥部に侵入していく。このとき重要なのが放電容器1、特に細管部1bの温度設計である。通常同様のわずかな隙間を有する細管部1b構造を有する高圧放電ランプ(以降、「メタルハライドランプ」とも呼ぶ)の場合、ランプ寿命中に侵入していく金属ハロゲン化物の量を設計時に予め見積もり、膨出部1a内の金属ハロゲン化物の量が少なくなることによって生じるランプ寿命中の発光色変化が仕様範囲内に収まるように、金属ハロゲン化物の封入量を決定している。これはわずかな隙間5奥部に一度進入してしまった金属ハロゲン化物はその後発光に十分寄与できなくなるためである。このとき進入した金属ハロゲン化物と被反応材料(たとえば給電導体2がニオブでできている場合など)との反応進行の程度は、その部位における温度が高ければ高いほど進行してしまう。そのため、通常これら反応が生じるわずかな隙間5の奥部は、高温となる放電容器の膨出部から十分距離を隔てるかたちで細管部1bの長さが設計されていることが多い。本実施形態では細管部1bの長さは15mmである。本実施形態の場合、わずかな隙間奥部において金属ハロゲン化物と耐ハロゲン化物部分2b、給電導体2あるいはセラミック封止用コンパウンドのシール4との反応は確認されなかった。
<Calculation results by simulation>
When the lamp shown in FIG. 1 is turned on, the metal halide gradually enters the inner part of the slight gap 5. What is important at this time is the temperature design of the discharge vessel 1, particularly the narrow tube portion 1b. In the case of a high-pressure discharge lamp (hereinafter also referred to as a “metal halide lamp”) having a narrow tube portion 1b structure having a slight gap as usual, the amount of metal halide that enters during the lamp life is estimated in advance at the time of design. The amount of metal halide enclosed is determined so that the change in emission color during the lamp life caused by the decrease in the amount of metal halide in the outlet 1a falls within the specification range. This is because the metal halide that has once entered the back of the slight gap 5 cannot sufficiently contribute to light emission thereafter. The degree of progress of the reaction between the metal halide that has entered at this time and the material to be reacted (for example, when the power supply conductor 2 is made of niobium) proceeds as the temperature at that portion increases. For this reason, the length of the narrow tube portion 1b is often designed so that the back portion of the slight gap 5 where these reactions usually occur is sufficiently spaced from the bulging portion of the discharge vessel that becomes high temperature. In the present embodiment, the length of the narrow tube portion 1b is 15 mm. In the case of the present embodiment, no reaction between the metal halide and the halide-resistant portion 2b, the feed conductor 2 or the ceramic sealing compound seal 4 was confirmed in the slight gap depth.

しかしながら、金属ハロゲン化物と著しく反応する部分が別に発生することがわかってきた。図2を用いて説明する。図2は図1の一部分の断面拡大図である。なお、図1と同一構成は、同一符号を用いて説明を省略する。   However, it has been found that a portion that reacts significantly with the metal halide is generated separately. This will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of FIG. Note that the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

金属ハロゲン化物と著しく反応する部分は、膨出部1aと細管部1bとの継ぎ目、いわば細管導入部110といえる部分である。この細管導入部110は、ランプ点灯中膨出部1a内に存在する金属ハロゲン化物が細管部1bに進入してくる入り口にあたる。膨出部1a内に比較して細管部1b内は温度が低いために、金属ハロゲン化物は拡散あるいは対流によって細管部1b内に進入してくる。この場合、コイル2b1が存在することによって隙間5が急に狭くなるため、進入してきた金属ハロゲン化物はひとまず細管導入部110にその多くが滞留する。このとき細管導入部110の部位のセラミックの温度が高すぎると、セラミックと金属ハロゲン化物の反応が急激に進行する。   The portion that reacts remarkably with the metal halide is the joint between the bulging portion 1a and the thin tube portion 1b, that is, the portion that can be said to be the thin tube introduction portion 110. The narrow tube introduction portion 110 corresponds to an entrance through which the metal halide existing in the bulging portion 1a during lamp operation enters the thin tube portion 1b. Since the temperature in the narrow tube portion 1b is lower than that in the bulging portion 1a, the metal halide enters the narrow tube portion 1b by diffusion or convection. In this case, since the gap 5 is abruptly narrowed due to the presence of the coil 2 b 1, much of the metal halide that has entered first stays in the narrow tube introduction part 110. At this time, if the temperature of the ceramic in the portion of the narrow tube introduction portion 110 is too high, the reaction between the ceramic and the metal halide proceeds rapidly.

そこで、本発明者は、細管導入部110において金属ハロゲン化物とアルミナセラミックとの反応を抑制するために、進入してくる金属ハロゲン化物が細管導入部110のセラミック表面に凝集させない構成を見出した。その構成が、本実施形態の電極部3の構成である。膨出部1a内に一部が位置した電極部3において、電極部3を、放電を維持する先端部101と、先端部101に連結され、先端部101の熱伝導率よりも低い導電性材料から形成されている中間部100とで構成する。   Therefore, the present inventor has found a configuration in which the entering metal halide does not aggregate on the ceramic surface of the capillary tube introduction portion 110 in order to suppress the reaction between the metal halide and the alumina ceramic in the capillary tube introduction portion 110. The configuration is the configuration of the electrode unit 3 of the present embodiment. In the electrode part 3 partially located in the bulging part 1a, the electrode part 3 is connected to the tip part 101 for maintaining the discharge and the tip part 101, and the conductive material is lower than the thermal conductivity of the tip part 101. And an intermediate portion 100 formed of

対向する電極部3の先端部101間に放電アークが発生し、そこで発生する熱エネルギーや荷電粒子の衝突エネルギーは先端部101に主に流入する。電極部3ならびにそれに連結する耐ハロゲン化部分2b、給電導体2の温度分布は、この先端部101に流入してきたエネルギーの伝熱によって決定される。   A discharge arc is generated between the tip portions 101 of the opposing electrode portions 3, and thermal energy and charged particle collision energy generated therein flow mainly into the tip portion 101. The temperature distribution of the electrode portion 3, the halogenated portion 2 b connected to the electrode portion 3, and the power supply conductor 2 is determined by the heat transfer of the energy flowing into the tip portion 101.

本実施形態の構成による、細管導入部110に進入してくる金属ハロゲン化物を細管導入部110のセラミック表面に凝集させない原理を図3を利用して説明する。なお、同一構成は同一符号を付して説明を省略する。   The principle of preventing the metal halide entering the thin tube introducing portion 110 from aggregating on the ceramic surface of the thin tube introducing portion 110 according to the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the same structure attaches | subjects the same code | symbol and abbreviate | omits description.

細管導入部110のセラミック表面112に対峙する電極部3の電極部表面部分103の温度が相対的に低くなれば、金属ハロゲン化物がセラミック表面112の上に凝集することを低減できる。先端部101および後端部102はタングステンを使用し、中間部100を導電性サーメットを使用した場合において、電極部3すべてをタングステン材料で構成した場合とで電極部3の電極部表面113(B−B‘)上近辺の温度を有限要素法を用いて計算した。その結果を図4に示す。また、図4には合わせてセラミック表面112(C−C’)上近辺の温度分布も示す。なお、本計算では、電極部3の軸の直径が0.5mm、長さが17mmであり、先端部101が長さ0.2mm、中間部100が長さ2.0mmとして実施した。先端部101のコイル線径は0.2mmとした。また、タングステンの熱伝導率は102.6[W/mK]、導電性サーメットの熱伝導率は34.3[W/mK]として計算した。   If the temperature of the electrode portion surface portion 103 of the electrode portion 3 facing the ceramic surface 112 of the thin tube introduction portion 110 becomes relatively low, the aggregation of metal halides on the ceramic surface 112 can be reduced. When the front end portion 101 and the rear end portion 102 use tungsten and the intermediate portion 100 uses conductive cermet, the electrode portion surface 113 (B -B ') The temperature around the top was calculated using the finite element method. The result is shown in FIG. FIG. 4 also shows the temperature distribution near the ceramic surface 112 (C-C ′). In this calculation, the diameter of the shaft of the electrode portion 3 was 0.5 mm, the length was 17 mm, the tip portion 101 was 0.2 mm in length, and the intermediate portion 100 was 2.0 mm in length. The coil wire diameter of the tip 101 was 0.2 mm. Moreover, the thermal conductivity of tungsten was calculated as 102.6 [W / mK], and the thermal conductivity of the conductive cermet was calculated as 34.3 [W / mK].

図4は横軸が電極部3の軸方向の位置、縦軸が温度を示す。なお、横軸の基準を明確にするため、細管部1bが膨出部1aに露出している面における電極部3の位置をA−A‘として図4に示している。図4において、電極部表面113の温度を計算したものを実線で示し、セラミック表面112の温度を計算したものを破線で示す。図4から、中間部100を設けることによって、膨出部1aでは位置に対する温度の減少の傾きがきつく、急激に温度が下がっている。細管部1bでは中間部100がある場合の方が電極部3の電極部表面の温度が低くなっている。一方、セラミック表面112の温度分布はほとんど変化がないことがわかる。   In FIG. 4, the horizontal axis indicates the position of the electrode portion 3 in the axial direction, and the vertical axis indicates the temperature. In addition, in order to clarify the reference | standard of a horizontal axis, the position of the electrode part 3 in the surface where the thin tube part 1b is exposed to the bulging part 1a is shown in FIG. 4 as A-A '. In FIG. 4, the calculated temperature of the electrode surface 113 is indicated by a solid line, and the calculated temperature of the ceramic surface 112 is indicated by a broken line. As shown in FIG. 4, by providing the intermediate portion 100, the bulging portion 1a has a steep inclination of temperature decrease with respect to the position, and the temperature is rapidly lowered. In the thin tube portion 1b, the temperature of the electrode portion surface of the electrode portion 3 is lower when the intermediate portion 100 is present. On the other hand, it can be seen that there is almost no change in the temperature distribution of the ceramic surface 112.

セラミック表面102の温度分布がほとんど変化がないのは次のような理由による。   The reason why the temperature distribution on the ceramic surface 102 hardly changes is as follows.

従来例である図5と比較して、本実施形態である図1のランプは内径が小さい(従来例の膨出部の内径は9mmであるのに対し、本実施形態では膨出部1aの内径は4mmである)。したがって、本実施形態の膨出部1aの方が、発熱体である放電アークに近くなる。膨出部1aの内壁が放電アークに近くなればなるほど、放電アークからセラミックへの伝熱量が相対的に増加する。つまり、細管導入部110にあるセラミック表面112の温度分布は、放電アークから膨出部1aに伝熱したエネルギーがさらに伝熱して決定される寄与分が支配的であって、電極部表面113からの伝熱や熱輻射はほとんど影響を受けていないということである。   Compared with FIG. 5 which is the conventional example, the lamp of FIG. 1 which is the present embodiment has a smaller inner diameter (the inner diameter of the bulge portion of the conventional example is 9 mm, whereas the bulge portion 1a of the present embodiment is The inner diameter is 4 mm). Therefore, the bulging portion 1a of the present embodiment is closer to a discharge arc that is a heating element. The closer the inner wall of the bulging portion 1a is to the discharge arc, the greater the amount of heat transfer from the discharge arc to the ceramic. In other words, the temperature distribution of the ceramic surface 112 in the narrow tube introduction portion 110 is dominated by the contribution determined by further transferring the energy transferred from the discharge arc to the bulging portion 1a. This means that heat transfer and heat radiation are not affected.

また、電極部表面113の温度を中間部100がない状態に比較して低減するためには、中間部100を少なくとも膨出部1a側(図2のA−A‘から膨出部1a側)において置換しておくことが好ましい。すなわち、中間部は、少なくとも膨出部内に位置するように配置していれば良い。このような構成によって、先端部101から流入してきたエネルギーは、置換された熱伝導率の低い材料を有する中間部100に伝導を阻害され、細管導入部110における電極部表面112の温度は置換されない場合に比較して低下する。   Moreover, in order to reduce the temperature of the electrode part surface 113 as compared with a state where the intermediate part 100 is not provided, the intermediate part 100 is at least on the bulging part 1a side (from AA ′ in FIG. 2 to the bulging part 1a side). It is preferable to substitute in. That is, the intermediate part should just be arrange | positioned so that it may be located at least in a bulging part. With such a configuration, the energy flowing from the tip portion 101 is inhibited from being conducted by the substituted intermediate portion 100 having a material with low thermal conductivity, and the temperature of the electrode portion surface 112 in the capillary tube introduction portion 110 is not replaced. Reduced compared to the case.

<実験結果>
このような有限要素法による計算結果を検証するために、電極部3の一部を中間部100に置換したランプと置換しないランプにおいて、図1に示す給電導体2の端部2cの温度を測定した。なお、両ランプの違いは、電極部3の一部に中間部100を置換しているのみあって、測定した高圧放電ランプのその他の構成は本実施形態の前半で説明した構成のものである。中間部100が存在しない高圧放電ランプは545℃であるのに比較して、中間部100に置換したランプは535℃と10℃の温度低下が確認された。これは計算における導電性サーメットの置換の温度低減効果を裏付けるものと考えられる。
<Experimental result>
In order to verify the calculation result by such a finite element method, the temperature of the end 2c of the feed conductor 2 shown in FIG. 1 is measured in a lamp in which a part of the electrode part 3 is replaced with the intermediate part 100. did. The difference between the two lamps is that the middle part 100 is replaced with a part of the electrode part 3, and the other structures of the measured high-pressure discharge lamp are those described in the first half of this embodiment. . Compared to 545 ° C. for the high-pressure discharge lamp without the intermediate portion 100, the temperature of the lamp replaced with the intermediate portion 100 was confirmed to be 535 ° C. and 10 ° C. This is considered to support the temperature reduction effect of the replacement of the conductive cermet in the calculation.

さらに、上記サンプルを破壊分析することによって、細管導入部110部分で発生するセラミックと金属ハロゲン化物との化学反応が減少していることを確認した。また、中間部100が存在するランプと存在しないランプを用いて、点灯寿命試験を行ったところ、点灯寿命試験中の立消え発生確率が、中間部100が存在するランプの方が低減することも確認された。   Furthermore, it was confirmed that the chemical reaction between the ceramic and the metal halide generated in the capillary tube introduction portion 110 was reduced by analyzing the sample. In addition, when a lighting life test was performed using a lamp with and without the intermediate part 100, it was confirmed that the probability of extinction during the lighting life test was reduced for the lamp with the intermediate part 100. It was done.

<その他の特記事項>
本発明において電極部3に中間部100を置換するのに、先端部を置換しない理由は、次のようである。一般に高圧放電ランプの放電アークは放電アークを支持する電極表面の熱電子放出によって維持されているため、電極表面は非常に高温になる。そのため電極材料にはタングステンのような高融点材料が必要となるため、本願においても先端部をタングステンより融点の低い導電性サーメットに置換するのは好ましくない。
<Other special notes>
In the present invention, the reason why the tip portion is not replaced when the intermediate portion 100 is replaced with the electrode portion 3 is as follows. In general, since the discharge arc of the high-pressure discharge lamp is maintained by thermionic emission of the electrode surface supporting the discharge arc, the electrode surface becomes very hot. Therefore, since a high melting point material such as tungsten is required for the electrode material, it is not preferable to replace the tip portion with a conductive cermet having a melting point lower than that of tungsten in this application.

また、細管導入部110にて発生する化学反応が課題であるならば、その部分を閉塞するという考え方でコイル2b1を膨出部側へ延在させる考えも出てくる。しかしそうするとコイル2b1からの熱放散が増大し、ひいては先端部101の温度を必要以上に低下させてしまうため、ランプ始動不良が発生する可能性が高くなり好ましくない。   In addition, if the chemical reaction generated in the narrow tube introduction part 110 is a problem, the idea of extending the coil 2b1 to the bulging part side by the idea of closing the part comes out. However, if this is done, heat dissipation from the coil 2b1 is increased, and as a result, the temperature of the tip portion 101 is unnecessarily lowered.

なお、図1において管壁負荷なる量を算出してみた。管壁負荷とは、ランプ電力を放電容器1内の膨出部内表面積で割ったもので、放電容器が受ける熱的負荷の大小の目安されるものである。図1において膨出部の内径は4mm、全長は30mmであるので、管壁負荷は150W/(4π×30+2×2×2×π)mm=0.37[W/mm]であり、従来例の図5のランプ(膨出部の内径は9mm、全長は13mm)においては150W/(9π×13+2×4.5×4.5×π)mm=0.303[W/mm]に比較して23%以上負荷が大きい。なおこれはセラミックの温度が高くなることを示唆しており、本願発明は従来に比較して管壁負荷が大きなランプに有効であることを示している。 In FIG. 1, the amount of tube wall load was calculated. The tube wall load is obtained by dividing the lamp power by the surface area of the bulging portion in the discharge vessel 1, and is a measure of the thermal load that the discharge vessel receives. In FIG. 1, since the inner diameter of the bulging portion is 4 mm and the total length is 30 mm, the tube wall load is 150 W / (4π × 30 + 2 × 2 × 2 × π) mm 2 = 0.37 [W / mm 2 ], In the conventional lamp of FIG. 5 (the inner diameter of the bulging portion is 9 mm and the total length is 13 mm), 150 W / (9π × 13 + 2 × 4.5 × 4.5 × π) mm 2 = 0.303 [W / mm 2 ], The load is greater than 23%. This suggests that the temperature of the ceramic is increased, and the present invention shows that the present invention is effective for a lamp having a large tube wall load as compared with the prior art.

また上記説明と同様に導電性サーメット置換の有り無しでの比較を、膨出部1a内部の内径は5.2mm、全長22mmなる放電容器においても行った(管壁負荷は150W/(5.2π×22+2×2.6×2.6×π)mm=0.37[W/mm])。図1の構成例と同様、細管導入部110部分で発生するセラミックと金属ハロゲン化物との化学反応が減少していることが破壊分析によって確認された。このときも前述と同様に、導電性サーメットが存在するランプと存在しないランプを用いて、点灯寿命試験を行ったところ、点灯寿命試験中の立消え発生確率が、導電性サーメットが存在するランプの方が低減することが確認された。 In the same manner as described above, the comparison with and without the conductive cermet replacement was also performed in a discharge vessel having an inner diameter of 5.2 mm and a total length of 22 mm inside the bulging portion 1a (tube wall load was 150 W / (5.2π). × 22 + 2 × 2.6 × 2.6 × π) mm 2 = 0.37 [W / mm 2 ]). As in the configuration example of FIG. 1, it was confirmed by destructive analysis that the chemical reaction between the ceramic and the metal halide generated in the narrow tube introduction portion 110 was reduced. At this time, as described above, when a lighting life test was performed using a lamp with and without a conductive cermet, the probability of occurrence of extinction during the lighting life test was higher for the lamp with a conductive cermet. Has been confirmed to be reduced.

以上の上記二例から、少なくとも管壁負荷が0.37[W/mm]以上であるならば熱的負荷がさらに増大し、セラミックの温度はさらに上昇することが想像され、反応が促進されてしまうことは明らかである。このような高い管壁負荷を持つ高圧放電ランプにおいて、本願の構成は有効に効果を発揮する。 From the above two examples, it is envisioned that if at least the tube wall load is 0.37 [W / mm 2 ] or more, the thermal load is further increased and the temperature of the ceramic is further increased, and the reaction is promoted. Obviously. In such a high-pressure discharge lamp having a high tube wall load, the configuration of the present application is effective.

本発明にかかる高圧放電ランプは放電容器と発光金属との反応の抑制技術に関するので、セラミック材料を放電容器として採用する高管壁負荷型の高圧放電ランプに特に有用である。   Since the high-pressure discharge lamp according to the present invention relates to a technique for suppressing the reaction between the discharge vessel and the luminescent metal, it is particularly useful for a high tube wall load type high-pressure discharge lamp employing a ceramic material as the discharge vessel.

本発明の実施の形態1における高圧放電ランプの断面図Sectional drawing of the high pressure discharge lamp in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における高圧放電ランプの拡大断面図The expanded sectional view of the high-pressure discharge lamp in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における高圧放電ランプの拡大断面図The expanded sectional view of the high-pressure discharge lamp in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における高圧放電ランプの細管導入部110等の温度分布を示す図The figure which shows temperature distribution of the thin tube introduction part 110 grade | etc., Of the high pressure discharge lamp in Embodiment 1 of this invention. 従来の高圧放電ランプの断面図Cross section of a conventional high pressure discharge lamp

符号の説明Explanation of symbols

1 放電容器
1a 膨出部
1b 細管部
100 中間部
101 先端部
102 後端部
110 細管導入部
112 セラミック表面
113 電極部表面
2 給電導体
2b 耐ハロゲン化物部分
2b1 コイル
2c 給電導体の端部
3 電極部
4 シール
5 隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge vessel 1a Expansion part 1b Narrow tube part 100 Middle part 101 Front-end | tip part 102 Rear end part 110 Narrow tube introduction part 112 Ceramic surface 113 Electrode part surface 2 Feeding conductor 2b Halogen-resistant part 2b1 Coil 2c End part of feeding conductor 3 Electrode part 4 Seal 5 Clearance

Claims (5)

セラミック材料から構成される膨出部と、当該膨出部の両端に連結され、セラミック材料から構成されている細管部とを有する放電容器と、
前記膨出部内に一部が位置した一対の電極部と、
前記電極部のそれぞれに連結され、当該電極部に電力を供給する一対の給電導体と、
前記放電容器内に封入された発光金属と、を備え、
前記電極部は、放電を維持する先端部と、前記先端部に連結され、前記先端部の熱伝導率よりも低い導電性材料から形成されている中間部と、を有し、
前記中間部は、少なくとも前記膨出部内に位置する高圧放電ランプ。
A discharge vessel having a bulging portion made of a ceramic material and a thin tube portion connected to both ends of the bulging portion and made of a ceramic material;
A pair of electrode portions partially located in the bulging portion;
A pair of power supply conductors connected to each of the electrode portions and supplying power to the electrode portions;
A light emitting metal enclosed in the discharge vessel,
The electrode part has a tip part for maintaining discharge, and an intermediate part connected to the tip part and formed from a conductive material lower than the thermal conductivity of the tip part,
The intermediate portion is a high pressure discharge lamp located at least in the bulging portion.
前記細管部と前記電極部との間には、隙間が形成されている請求項1に記載の高圧放電ランプ。 The high pressure discharge lamp according to claim 1, wherein a gap is formed between the narrow tube portion and the electrode portion. 前記先端部はタングステン材料で構成されており、
前記中間部は導電性サーメット材料で構成されている、請求項1または2に記載の高圧放電ランプ。
The tip is made of a tungsten material;
The high-pressure discharge lamp according to claim 1 or 2, wherein the intermediate portion is made of a conductive cermet material.
前記放電容器における管壁負荷が0.37W/mm以上である、請求項1から3までの何れか一つに記載の高圧放電ランプ。 The high-pressure discharge lamp according to any one of claims 1 to 3, wherein a tube wall load in the discharge vessel is 0.37 W / mm 2 or more. 前記発光金属は、金属ハロゲン化物を含む、請求項1から4までの何れか一つに記載の高圧放電ランプ。 The high-pressure discharge lamp according to any one of claims 1 to 4, wherein the luminescent metal includes a metal halide.
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