JP2006252842A - 高圧放電灯 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電灯の不用意な落下や輸送中の振動、衝撃に耐えうるように、発光管を適切に保護し、耐振動性および耐衝撃性を向上させる。
【解決手段】 透光性の材質からなる外管と、対向する一対の主電極を内包し両端部が中央の発光部よりも細径となっている発光管と、前記発光管を前記外管内の所定位置に保持するための支持体を備えた高圧放電灯において、発光管両端部の電極軸方向に対して垂直な面内における移動量を発光管支持体に接続した金属線によって抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は端部が細管である発光管の位置合わせと輸送時などに発生しうる振動や衝撃に対して発光管が破損してしまうことや発光管が位置ずれするのを防止し、さらに位置ずれによって生じる破損を防止することを目的とした外球マウントの構成に関する。

本発明は電極間の放電により可視光や紫外線などの電磁波を発生する発光管を外管内に収めた高圧放電灯に関する。
この種の高圧放電灯では、発光管破裂時の影響緩和、紫外線透過率の低減、発光管保温などの目的で、発光管を外管内に保持する形式が一般的である。
発光管の保持方法として、従来の高圧放電灯、たとえば高圧水銀灯やメタルハライド高圧放電灯では、石英製の発光管を有しており発光管端部がピンチシールされて平板状になっているため、発光管端部に金属リボンを巻きつけて該金属リボンを外管の電気導入部（ステム）に接続された支柱に溶接などで固定することにより発光管を外管内の所定位置に保持していた（特許文献１）。

特公平６−３０２４４号公報

しかし近年になって、従来より高い発光効率を持つ高圧放電灯が開発されており、これらの高圧放電灯には発光管端部からの放熱を小さくするために中央の発光部に比べて両端部の径寸法を小さくしているものがある。特にセラミックメタルハライド高圧放電灯では上記効果に加えて発光管封止部の腐食を押さえるために発光管両端部を発光部より細径とした、細管形状が一般的である。これらの高圧放電灯では、発光管に電気を供給するリード線を支柱または外管ステムのリード線と接続することで発光管保持を兼ねている（特許文献２）。

特開平９−９２２１９号公報

しかし、更に発光効率を向上させるためには発光管端部への放熱を小さくするために、発光管両端部の細管の外径寸法をできるだけ小さくしたい。一方で発光管両端部の細管の内径は電極を挿入するだけの径が必要であり、高圧放電灯出力が大きく寿命が長い高圧放電灯を実現するためには電極寸法をある程度大きくする必要があるので、必然的に発光管端部肉厚は薄くなる。また、高圧放電灯出力が大きく寿命が長い高圧放電灯を実現するためには発光管発光部もある程度大きくする必要があり、その分発光管発光部の重量も大きくなる。

発光管発光部の重量が大きくなり、発光管端部肉厚が薄くなると、従来の発光管保持方法では高圧放電灯が箱に入った包装状態でも高圧放電灯の不用意な落下や輸送中の振動、衝撃による発光管の破損や発光管の位置ずれに至ってしまう。
これは、高圧放電灯のワットが大きくなり、発光管重量も大きく、さらに発光管端部肉厚が薄くなったため、不用意な落下や輸送中の振動、衝撃に耐えうるように発光管を適切に支持することが困難となるためである。

また、特に上述したような発光管両端部が細管形状のセラミックメタルハライド高圧放電灯では石英ガラス製発光管を備えたメタルハライド高圧放電灯よりも封止部形状が複雑であり、発光管に電気を供給するリード線に曲げ応力が加わると、その応力によってリード線が折損したり、発光管封止部のクラックが発生したりしやすい。発光管の保持として、セラミック製発光管の端部に従来と同様の金属リボンを巻いた場合、当該部分が保温されて発光物質である金属ハロゲン化物と発光管シール部やセラミックが反応して腐食が早期に進行し、短寿命となる。
したがって、輸送時などの振動や衝撃による発光管の位置ずれを防止し、リード線に曲げ応力が発生することを緩和し、しかも点灯時には発光管端部の温度分布に影響を与えないような手段が必要である。

上記目的を達成するため、本発明は透光性の材質からなる外管と、対向する一対の主電極を内包し両端部が中央の発光部よりも細径となっている発光管と、前記発光管を前記外管内の所定位置に保持するための支持体を備えた高圧放電灯において、前記発光管両端部細管の少なくとも一方が、前記支持体に固定された金属線によって電極軸方向に垂直な面内の動きを制限されるように構成したことを特徴とする。
電極軸方向に垂直な面内の動きのみを制限する簡単な方法として、発光管両端部細管に金属線を巻き付ける構成とする。または発光管両端部細管を取り囲むように金属線をＯリング形状、Ｃリング形状若しくはフック形状に構成する。
また、該Ｏリング形状、Ｃリング形状若しくはフック形状は曲率を調整できる構成とする。
さらに、発光管両端部細管と該発光管両端部細管を取り囲む部分の金属線とが密接しない構成とし、金属線の発光管細管に接する部分の断面は曲面である

本発明によれば、金属線が発光管両端部細管を取り囲むように構成してあるため、両端部が中央の発光部よりも細径となっている発光管を外管内の所定位置に位置決めし、輸送等の衝撃からの発光管の破損や発光管の位置変化を防止でき、また発光管の位置変化による発光管の破壊を防止できる。また発光管の位置変化がないため、高圧放電灯の光学的特性が変化することがない。
また、支持具は従来の構成より簡単に作る事が出来るので生産性も上がり低コストとなる。

更に、発光管の支えに弾性のある金属線を用いることで、ランプの不意の落下や輸送中の振動に対して衝撃が緩和される。また、発光管端部へ取り付ける金属線を曲率の調整できるようなＯリング形状、Ｃリング形状若しくはフック形状を成す構成とすることで発光管端部と金属線の接する部分に有余を持たすことができ、そのことによって、よりランプの不意の落下や輸送中の振動に対して衝撃が緩和される。

次に本発明の実施の形態について図１乃至図１０を用いて説明する。

図１は外球内で発光管を支持するための本発明の実施の一形態である２２０Ｗのメタルハライド高圧放電灯の技術を示す図の１例である。外管１は電流導入体を２本封着したステム２が溶融封着され密閉されている。また、ステム２の２本のリードにはそれぞれＬ字形の支柱３と支柱３より長くＭ字形に加工された支柱４が溶接されている。支柱４の高圧放電灯口金の反対側は支柱自体の揺れを防止するための金属板５が溶接されている。この金属板５は外管１の口金とは反対側の内面部分に適合するようにした。

図２〜４は本発明に係る金属線による発光管端部の支持方法を示す一部拡大図の例であり、図５は本発明に係る金属線支持体と発光管細管とが接触した場合の図である。
図２に示すように、金属線６の一部を二重螺旋リング形状とし、二重に構成されているリング形状はそれぞれ間隔を置いている。そしてこれらのリング内に、中央の発光部よりも両端部が細径となっている透光性セラミックからなる発光管７の端部の細管１０を挿入し、発光管７が外管１の径方向でランプの中心付近に存在するように金属線支持体６の両端を支柱４に溶接で固定した。

発光管７の両端細管１０内には電極システムが封着されており、電極システムの一部である発光管外部へ膨出している両端部のリード線と支柱３および支柱４は金属リード８によって、それぞれ溶接した。
両端部に細管をもったセラミック製発光管はＮｂロッドやＭｏロッドあるいはサーメットロッドがフリットシールによってセラミック細管内部と封着されている。これらの金属ロッドはシール前の真空中での熱処理とシールのときの加熱によって再結晶化して脆くなっている。そして、発光管全体をこの脆くなった金属ロッドで高圧放電灯内の所定の位置に支えている。しかし、輸送時などに発生しうる振動や衝撃に対して発光管が衝撃を受けると、金属ロッドは細管より外部にすぐに突き出た部分において折損されることが多い。

また、高圧放電灯の輸送中の衝撃によって従来技術のような発光管支持方法では、発光管軸が外管軸に対して傾くことがある。このような、衝撃による発光管の傾きは図６および図７に示したような発光管細管と直交するような板１２だけで防止できる。しかし、支持体１２が金属板をプレス加工しただけのものであれば支持体１２の加工部は鋭利な形状となっているため、図８に示すように、衝撃を受けて発光管軸が外管軸に対して傾き、発光管細管と支持体が接触した場合、支持体の鋭利な形状部と発光管細管部とが接触して発光管細管部に微細なクラックが入る可能性がある。そして、発光管細管部に微細なクラックが発生した場合、点灯・消灯の繰り返しによる熱衝撃で発光管がリークし、ランプが不点となる可能性もあった。

それに対して本発明による発光管の支持体は、図５に示すように、衝撃を受けて発光管軸が外管軸に対して傾き、発光管細管と接触した場合でも点接触となり、なおかつ曲面断面を有していることから発光管細管部に微細なクラックが入りにくい。なお、説明のために発光管軸が外管軸に対して大きく傾いているよう描写しているが、本発明の構成では、発光管が外管軸に対して大きく傾く事はない。

また、発光管細管を図９および図１０に示すように、管状成形体に挿入して発光管を固定することも考えられ、支持のみの性能を考えた場合この方法が強固である。しかし、この方法では、管状成形体が発光管細管の保温材として働き、発光管内に封入したハロゲン化物の蒸気圧が高まり、ひいては、発光管シール部とハロゲン化物が反応してしまい、発光管の寿命が短くなる。

それに対して、本発明による発光管の支持方法では図５に示すように、発光管細管と接触する部分は点接触となるため発光管細管への保温効果は大きくはない。また、複数リングを設けたとしても、上記理由（接する部分は点接触）により保温効果は少ない。更に実施例のように間隔をおいて、リング形状を設けることが出来るので、保温効果を緩和させる構成とすることも可能である。
さらに本発明では金属線の加工のみで済むことから、複雑な加工を施す必要がなく、金型も必要ないので初期コストも小さくてすむ。

定格電力２２０Ｗのメタルハライドランプを用いて実験を行った。金属線支持体としてモリブデン線を用いた。このモリブデン線の一部を二重螺旋リング形状とし、二重に形成されているリング形状はそれぞれ間隔を置いた。このモリブデン線支持体を二つ準備する。そしてこれらの形成されたリング内に、中央の発光部よりも両端部が細径となっている透光性セラミックからなる発光管の両端部細管それぞれを挿入し、発光管が外管の径方向でランプの中心付近に存在するようにセットし、モリブデン線の両端を支柱に溶接で固定した。
この高圧放電灯を１個１個包装箱に入れて、それらを縦３列横４列に並べて大箱に収納して、約６０ｃｍから落下する試験をおこなった。その結果、高圧放電灯内の発光管は破損などの不具合が生じることはなかった。

さらに、金属線の支持体と発光管細管とが接触する部分に微細なクラックが発生しているかどうかを電子顕微鏡にて観察したが、発光管細管部に微細なクラックは観察されなかった。

また、本発明の実施例においては、２２０Ｗのセラミックメタルハライドランプについて述べたが、発光管が更に大きく、落下の衝撃が大きくなる４００Ｗのセラミックメタルハライドランプについても、同様の試験を行ったが、発光管の破損等の不具合は生じなかった。さらに、発光管がセラミック製のものについて述べたが、石英製発光管で発光部より細径な端部をもつものなど、機械的強度の低い発光管の支持構造としても有用である。

また、本発明の実施例においては金属線にリング形状を二重にして設けたが、特に低ワットクラスの放電灯では一重でも十分効果があり、図４のように、金属線の端部をフック形状として、発光管端部を支持しても良い効果が得られた。

本発明の実施例では線状高融点物質として主に金属線を用いたが、ガラスファイバやセラミックファイバを用いても良い。

本発明の活用は主に、口金を備えた外管をもつ放電高圧放電灯に使用される。

本発明に係る支持体として金属線を使用しているセラミックメタルハライドランプの実施の形態を示す平面図である。 本発明に係る支持体と発光管細管の一部拡大図の例１ 本発明に係る支持体と発光管細管の一部拡大図の例２ 本発明に係る支持体と発光管細管の一部拡大図の例３ 本発明に係る支持体と発光管細管とが接触した場合の断面図である。 従来の金属板を加工した支持体を使用しているセラミックメタルハライドランプの実施の形態を示す平面図である。 従来の金属板を加工した支持体と発光管細管の一部拡大図である。 従来の金属板を加工した支持体と発光管細管とが接触した場合の断面図である。 従来の管状成形の支持体に発光管細管部に挿入して使用しているセラミックメタルハライドランプの実施の形態を示す平面図である。 従来の管状成形の支持体と発光管細管の一部拡大図である。

符号の説明

１・・・外管
２・・・ステム
３・・・Ｌ字形に加工された支柱
４・・・Ｍ字形に加工された支柱
５・・・金属板
６・・・本発明の金属線支持体
７・・・発光管
８・・・金属リード
９・・・口金
１０・・発光管細管
１１・・発光管発光部
１２・・従来の金属支持体

Claims (6)

1. 透光性の材質からなる外管と、対向する一対の主電極を内包し両端部が中央の発光部よりも細径となっている発光管と、前記発光管を前記外管内の所定位置に保持するための支持体を備えた高圧放電灯において、前記発光管端部細管の少なくとも一方が、前記支持体に固定された線状高融点物質によって電極軸方向に対して垂直な面内の動きを制限されるように構成したことを特徴とする高圧放電灯。
2. 請求項１記載の構成が、発光管端部細管に金属線を巻き付けることによって成されていることを特徴とする高圧放電灯。
3. 請求項１及び２記載の構成が発光管端部細管を取り囲むように金属線をＯリング形状、Ｃリング形状若しくはフック形状によって成される事を特徴とする高圧放電灯。
4. 請求項２及び３記載の発光管端部細管への巻き付け、Ｏリング、Ｃリング若しくはフックは曲率を調整出来る事を特徴とする高圧放電灯。
5. 請求項２乃至４記載の高圧放電灯において、発光管端部細管と該発光管端部細管を取り囲む部分の金属線とが密接していない事を特徴とする高圧放電灯。
6. 請求項１乃至５記載の金属線の発光管細管に接する部分の断面が曲面である事を特徴とする高圧放電灯。
   

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