JP2006302575A - Lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光管内に配置された電極が発光部なって光を放射するランプに関する。 The present invention relates to a lamp in which an electrode disposed in an arc tube serves as a light emitting portion to emit light.
従来から、物体を高温にすると黒体放射に近似した放射スペクトルで発光することはよく知られている。
特に、金属の中でも融点が高く、しかも、蒸気圧の低いタングステンは、細い線状のフィラメントにし、通電により高温にでき、効率よく発光するために白熱ランプの発光部として広く用いられている。
Conventionally, it is well known that when an object is heated to high temperature, it emits light with a radiation spectrum that approximates blackbody radiation.
In particular, tungsten, which has a high melting point among metals and has a low vapor pressure, is widely used as a light emitting part of an incandescent lamp in order to make it a thin linear filament, which can be heated to a high temperature and emit light efficiently.
このような白熱ランプは、フィラメントを高温にするほど明るくなり、高出力化を達成することができるが、同時にタングステンの蒸発量も増えるため、発光管が黒化したり、フィラメントがやせ細り断線に至る。 Such an incandescent lamp becomes brighter as the filament temperature rises and can achieve higher output, but at the same time, the amount of evaporation of tungsten also increases, so that the arc tube becomes black or the filament is thinned and broken.
このような問題を解決するために、発光管内に、臭素やヨウ素などのハロゲンを封入することが行われている。これは、高温のフィラメントからタングステンが蒸発しても、発光管の内面に付着したままにならず、フィラメントに戻り発光管の透過性を保つことができる。 In order to solve such a problem, a halogen such as bromine or iodine is sealed in the arc tube. Even if tungsten evaporates from the high-temperature filament, it does not remain attached to the inner surface of the arc tube but can return to the filament and maintain the transparency of the arc tube.
しかしながら、タングステンはフィラメントから蒸発した元の位置に正確に戻るものではなく、タングステンが蒸発してやせ細った部分が他の部分より高温になり、さらにやせ細り、やがては断線してしまうことになる。
つまり、フィラメントを高温に加熱して発光部として利用する白熱ランプでは、高い光出力を得るためにフィラメントを高温にするとフィラメントが短時間で断線するので、高出力化と長寿命化を同時に満足することができないという問題があった。
However, tungsten does not accurately return to the original position where it has evaporated from the filament, and the thinned and thinned portion of tungsten becomes hotter than the other portions, and further thinned and eventually disconnected.
In other words, incandescent lamps that heat the filament to a high temperature and use it as the light-emitting part, the filament breaks in a short time when the filament is heated to a high temperature in order to obtain a high light output. There was a problem that I could not.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、断線という問題が常に発生するフィラメントに替えて発光管内に配置した一対の電極を高温にすることにより、電極が発光部となって光を放射し、しかも、高光出化と長使用寿命化を同時に得ることができるランプを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and by replacing a filament in which the problem of disconnection always occurs, a pair of electrodes disposed in the arc tube is heated to a high temperature, so that the electrodes become a light emitting portion. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a lamp that emits light and can simultaneously obtain high light output and long service life.
請求項1に記載のランプは、発光管内に一対の電極が対向配置され、発光管内に希ガスとハロゲンが封入されたランプであって、前記電極が放電によって熱せられ発光部となっていることを特徴とする。
The lamp according to
請求項2に記載のランプは、請求項1に記載のランプであって、特に、前記電極からの発光が、前記希ガスの発光より大きいことを特徴とする。
The lamp according to
請求項3に記載のランプは、請求項2に記載のランプであって、特に、前記電極の表面積X(mm2)とランプ電流Y(A)の関係が、0.05≦Y/X≦5.0であることを特徴とする。
The lamp according to
請求項4に記載のランプは、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のランプであって、特に、前記一対の電極間に他の発光部となる高融点部材が配置されていることを特徴とする。
The lamp according to
請求項5に記載のランプは、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のランプであって、特に、前記電極および前記高融点部材が、99.99wt%以上のタングステンであることを特徴とする。
The lamp according to
請求項6に記載のランプは、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のランプであって、特に、前記電極が略球状であることを特徴とする。 A lamp according to a sixth aspect is the lamp according to any one of the first to fifth aspects, wherein the electrode is substantially spherical.
請求項7に記載のランプは、請求項1または請求項4に記載のランプであって、特に、前記電極離間距離、もしくは、前記電極と前記高融点部材の離間距離が1mm以下であることを特徴とする。
The lamp according to claim 7 is the lamp according to
請求項8に記載のランプは、請求項1または請求項4に記載のランプであって、特に、前記電極及び前記高融点部材の一部に耐ハロゲン保護層が形成されていることを特徴とする。 The lamp according to claim 8 is the lamp according to claim 1 or 4, wherein a halogen-resistant protective layer is formed on a part of the electrode and the high melting point member. To do.
請求項9に記載のランプは、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のランプであって、特に、前記電極が融点を超えて点灯されることを特徴とする。 A lamp according to a ninth aspect is the lamp according to any one of the first to eighth aspects, wherein the electrode is lit beyond the melting point.
本発明のランプによれば、断線という問題が常に発生するフィラメントに替えて発光管内に配置した一対の電極を高温にすることにより、電極が熱せられて発光部となり光を放射し、しかも、電極を高温状態に保つことにより高い光出力が得られ、長使用寿命化を達成することができる。 According to the lamp of the present invention, the pair of electrodes arranged in the arc tube is heated to a high temperature instead of the filament in which the problem of disconnection always occurs, so that the electrodes are heated to become a light emitting portion and emit light. By maintaining the temperature at a high temperature, a high light output can be obtained and a long service life can be achieved.
前記電極の表面積X(mm2)とランプ電流Y(A)の関係が、0.05≦Y/X≦5.0であることにより、電極が瞬時に溶融消滅することなく、確実に電極を発光させることができる。 The relationship between the surface area X (mm 2 ) of the electrode and the lamp current Y (A) is 0.05 ≦ Y / X ≦ 5.0, so that the electrode can be reliably connected without melting and extinguishing instantaneously. Can emit light.
一対の電極間に他の発光部となる高融点部材を配置することにより、発光部の形状を任意の形状にすることができ、用途に応じた光源設計が可能となる。 By disposing a high melting point member to be another light emitting part between the pair of electrodes, the shape of the light emitting part can be changed to an arbitrary shape, and a light source can be designed according to the application.
電極および高融点部材が、99.99wt%以上の高純度のタングステンであるので、点灯中、電極および高融点部材から不純物が放出されず、ハロゲンサイクルを常時に確実に機能させることができ、発光管の黒化を確実に抑制することができる。 Since the electrode and the high-melting point member are high-purity tungsten of 99.99 wt% or more, impurities are not released from the electrode and the high-melting point member during lighting, and the halogen cycle can always function reliably, and light emission The blackening of the tube can be reliably suppressed.
電極が略球状であるので、点灯中、電極の温度が融点近くになっても、或いは融点に達しても、表面張力によって電極が略球状を自立的に保つものであり、電極の損耗を抑制することができる。 Since the electrode is almost spherical, even if the electrode temperature is close to the melting point or reaches the melting point during lighting, the electrode maintains a substantially spherical shape by surface tension and suppresses electrode wear. can do.
電極同士の電極離間距離、もしくは、電極と高融点部材の離間距離が1mm以下であるため、電極に投入される電力が電極もしくは高融点部材の加熱に高い割合で寄与し、電極もしくは高融点部材を効率よく加熱することができる。
また、電極離間距離、もしくは、電極と高融点部材の離間距離が1mm以下であるため、発光部を視覚的に連続した状態にすることができる。
Since the electrode separation distance between the electrodes or the separation distance between the electrode and the high melting point member is 1 mm or less, the electric power input to the electrode contributes to the heating of the electrode or the high melting point member at a high rate. Can be efficiently heated.
Moreover, since the electrode separation distance or the separation distance between the electrode and the high melting point member is 1 mm or less, the light emitting portion can be made visually continuous.
電極及び高融点部材の一部である低温状態の非発光部分に耐ハロゲン保護層が形成されているので、発光管内に封入されたハロゲンによって、非発光部が侵食されることがないものである。 Since the halogen-resistant protective layer is formed on the non-light-emitting portion in the low temperature state, which is a part of the electrode and the high melting point member, the non-light-emitting portion is not eroded by the halogen enclosed in the arc tube. .
電極が融点を超えて点灯されても、表面張力によって電極形状を保つことができ、さらに、電極材料がハロゲンサイクルによって略均一に電極に戻るため、電極形状を長時間一定に保つことができる。
また、ランプに投入する電力を最大にでき、発光効率を極限まで高めることができる。
Even when the electrode is turned on beyond the melting point, the electrode shape can be maintained by the surface tension. Furthermore, since the electrode material returns to the electrode substantially uniformly by the halogen cycle, the electrode shape can be kept constant for a long time.
Further, the power input to the lamp can be maximized, and the luminous efficiency can be increased to the limit.
以下図面を用いて、本発明のランプを説明する。
図1は、本発明のランプの説明図である。
シリカガラスよりなる発光管1内に、直径0.3mmの一対のタングステン製の電極支持棒2が封止されており、電極支持棒2の先端に、最大径が0.5mmとなるタングステン製の球状の電極3が形成されている。
Hereinafter, the lamp of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of the lamp of the present invention.
A pair of tungsten
発光管1は、内容積0.2cm3であって、発光管1内に希ガスとしてアルゴンを400torr、ハロゲンである臭素を1.3μモル封入したものである。
The
電極3は電極支持棒2の先端を加熱溶融して、略球状に形成してもよく、或いは、予め略球状に形成した電極3を電極支持棒2に溶融接合してもよい。
電極支持棒2と発光管1との封止構造は、シュリンクシール、ピンチシールなど、どうような封止構造であってもよい。
The
The sealing structure between the
一対の電極3の電極間距離は、0.7mmであり、この電極3間に、12V、2.5A、30Wの電力を投入することにより、電極3間で放電が起こり、放電によって発生するアークによって、更には、電極3に流れる電流によって、電極3自体が加熱され、電極を構成しているタングステン原子が熱振動し熱放射によって、エネルギーが光となって放射され、電極3が発光部となるものである。発光効率は35ルーメン/Wである。
なお、発光管1内にアルゴンが封入されており、このアルゴン自体も放電によって加熱されて光を放射するものである。
The distance between the electrodes of the pair of
The
本願発明のランプでは、電極3にタングステンを使用しているため黒体放射に対する割合である放射率は約0.4となる。一方、電極間の放電空間に存在するアルゴンは、電極間距離が0.7mmであり、点灯中発光管内が1気圧程度となっているので、電極間に存在するアルゴンはアルゴンプラズマに換算して放射率は約0.0001となる。また、点灯中の電極の温度は3300Kであり、タングステンの温度は3300Kとなっており、電極間に存在するアルゴンプラズマの温度は10000Kになっている。
そして、タングステンとアルゴンプラズマの放射率と、タングステンとアルゴンプラズマの温度の関係から発光強度を比較すると、発光強度は放射率と温度の4乗に比例する関係があり、タングステンの発光強度は0.4×33004、アルゴンプラズマの発光強度は0.0001×100004になり、タングステンの方が発光強度が大きくなる。
この結果、本願発明のランプは、電極からの発光が、発光管内に封入された希ガスであるアルゴンの発光より大きくなるものであり、電極の熱放射による発光を利用するランプである。
In the lamp of the present invention, since tungsten is used for the
When the emission intensity is compared based on the relationship between the emissivity of tungsten and argon plasma and the temperature of tungsten and argon plasma, the emission intensity is proportional to the fourth power of the emissivity and temperature. The emission intensity of 4 × 3300 4 and argon plasma is 0.0001 × 10000 4 , and the emission intensity of tungsten is higher.
As a result, the lamp of the present invention is a lamp that uses light emitted by thermal radiation of the electrode because light emitted from the electrode is larger than light emitted from argon, which is a rare gas sealed in the arc tube.
発光管1内には、臭素が封入されているので、電極3が高温になってタングステンが蒸発しても、蒸発したタングステンが電極3に戻り、発光管1の黒化を防止し、発光管1の透過性を保つことができる。
Since bromine is sealed in the
また、本発明のランプは、白熱ランプのフィラメントのように連続した通電路で抵抗加熱によって光を放射するものではなく、空間を介した不連続な位置関係にある一対の電極3間の放電によって電極3を加熱して光を放射するものであり、従来、フィラメントが断線し通電路が切断されるというような白熱ランプ特有の問題が発生せず、ランプへの投入電力を上げて高出力化できると共に、長寿命化も達成することができる。
Further, the lamp of the present invention does not emit light by resistance heating in a continuous energization path like a filament of an incandescent lamp, but by discharge between a pair of
図2は、本発明のランプから放射される光の分光分布図であって、波長700nm以上の長波長側に発光強度が大きい連続スペクトルを有するものであり、700nm付近にピーク波長を有する白熱ランプの分光分布と類似している。
この700nm以上の放射強度の大きな連続スペクトルは、電極が加熱されて、加熱された電極自体から放射される光である。
FIG. 2 is a spectral distribution diagram of light emitted from the lamp of the present invention, which has a continuous spectrum with a large emission intensity on the long wavelength side of
This continuous spectrum having a large radiation intensity of 700 nm or more is light emitted from the heated electrode itself when the electrode is heated.
本発明のランプは、放電空間に希ガスとしてアルゴンが封入されているが、このアルゴンは前述した通り発光物質として機能するものではなく、始動電圧を下げるための始動用ガスである。 In the lamp of the present invention, argon is sealed as a rare gas in the discharge space, but this argon does not function as a luminescent material as described above, and is a starting gas for lowering the starting voltage.
電極からの発光が希ガスの発光より大きいものかどうか、調べる方法について説明する。
放電現象を利用し、封入ガス、或いは、封入ガスと封入金属からの発光を利用するランプは、ランプへの給電を停止すると、ランプからの発光は数百マイクロ秒で消えてしまう。
A method for investigating whether the emission from the electrode is greater than the emission of the rare gas will be described.
When a lamp that utilizes the discharge phenomenon and uses light emission from the sealed gas or the sealed gas and the sealed metal stops power supply to the lamp, the light emission from the lamp disappears in several hundred microseconds.
一方、本発明のランプは、電極自体を加熱し、加熱された電極から光が放射されるものである。
このようなランプの場合、ランプへの給電を停止しても直ぐには電極が冷えることがなく、徐々に電極の温度が下がり、電極から放射されるも光も徐々に低下するものである。
On the other hand, the lamp of the present invention heats the electrode itself, and light is emitted from the heated electrode.
In the case of such a lamp, the electrode does not cool immediately after the power supply to the lamp is stopped, and the temperature of the electrode gradually decreases, and light emitted from the electrode gradually decreases.
この現象を利用して、定常点灯時の発光強度をA、ランプへの給電を停止して1ミリ秒後の発光強度をBとした場合、B/Aの関係が、B/A>0.5であれば、電極からの発光が希ガスの発光より大きいと判定するものである。
図1に示すランプの場合、B/A=0.65であり、電極からの発光が希ガスの発光より大きいものであり、加熱された電極から放射される光を利用する電極が発光部となっているランプである。
Using this phenomenon, assuming that the emission intensity during steady lighting is A and the emission intensity after 1 millisecond after stopping the power supply to the lamp is B, the relationship of B / A is B / A> 0. If 5, the light emission from the electrode is determined to be greater than the light emission of the rare gas.
In the case of the lamp shown in FIG. 1, B / A = 0.65, the light emission from the electrode is larger than the light emission of the rare gas, and the electrode using the light emitted from the heated electrode is the light emitting portion. It is a lamp.
さらに、熱放射によって発光するランプは、発光部の表面積とランプ電流との間意に因果関係があり、以下(式1)の関係を満たす必要がある。
電極の表面積X(mm2)、ランプ電流Y(A)とする。
0.05≦Y/X≦5.0・・・・(式1)
Furthermore, a lamp that emits light by thermal radiation has a causal relationship between the surface area of the light emitting portion and the lamp current, and it is necessary to satisfy the following relationship (Equation 1).
The surface area of the electrode is X (mm 2 ) and the lamp current is Y (A).
0.05 ≦ Y / X ≦ 5.0 (Formula 1)
Y/Xが0.05を下回ると、電極が十分に加熱されず電極から放射される光が弱くなり実用的なランプとならない。
一方、Y/Xが5.0を上回ると、電極の温度が上がりすぎ、瞬時に電極全体が溶け出しランプとして機能しないものである。
本発明の図1に記載のランプは、Y/Xの値が、3.18である。
When Y / X is less than 0.05, the electrode is not sufficiently heated, and the light emitted from the electrode becomes weak, and a practical lamp cannot be obtained.
On the other hand, if Y / X exceeds 5.0, the temperature of the electrode is excessively increased, and the entire electrode melts instantaneously and does not function as a lamp.
The lamp shown in FIG. 1 of the present invention has a Y / X value of 3.18.
図3は、本発明の他の実施例を示すランプであって、一対の電極3間に高融点部材4が配置されたランプである。
この高融点部材4は、先端部4aは最大直径が0.5mmとなる略球状体となっており、先端部4aが一対の電極3間に位置し、先端部4aに続く支持部4bの一部が発光管1に埋設され、高融点部材4を発光管1内に支持固定するものである。
なお、高融点部材4以外の電極構造、発光管封入物、投入電力量等は、図1に示すランプと同様である。
FIG. 3 is a lamp showing another embodiment of the present invention, in which a high
The high
The electrode structure other than the high
そして、電極3間に電圧を印加すると、先端部4aもアークで発生する熱によって、また、先端部4a内を流れる電流によって、十分に加熱され、先端部を構成している原子が熱振動し熱放射によって、エネルギーが光となって放射され、先端部4a自体も発光部となるものである。
When a voltage is applied between the
この結果、発光管1内に複数の発光部が存在することになり、高融点部材4の配置位置、数を変えることによって、発光部の形状を自由に変えることができ、例えば、発光部を一直線上に並べたり、発光部を多角形の頂点にして発光部を平面としたり、用途に適した発光部の形状を得ることができるものである。
As a result, a plurality of light emitting portions exist in the
さらに、電極3および高融点部材4が、99.99wt%以上の高純度のタングステンであることが好ましい。
このように、電極3および高融点部材4を高純度のタングステンを用いることにより、点灯中、電極および高融点部材から不純物が放出されず、ハロゲンサイクルを常時に確実に機能させることができ、発光管の黒化を確実に抑制することができる。
Furthermore, it is preferable that the
Thus, by using high-purity tungsten for the
また、電極3が略球状であるので、点灯中、電極の温度が融点近くになっても、或いは融点に越えて電極3の表面が溶融しても、表面張力によって電極3が略球状を自立的に保つことができ、電極3の損耗を抑制することができ、発光管1の黒化を防止し、電極間距離の変動を抑えランプ特性の変動を抑制することができる。
Further, since the
電極3同士の電極離間距離、もしくは、電極3と高融点部材4の離間距離を1mm以下とすると、電極3に投入される電力が電極3もしくは高融点部材4の加熱に高い割合で寄与し、電極3もしくは高融点部材4を効率よく加熱することができ、ランプに投入される電力を効率よく光に変換することができ、ランプ効率を上げることができる。
さらには、電極離間距離、もしくは、電極3と高融点部材4の離間距離が1mm以下であるため、発光部を視覚的に連続した状態にすることができる。
When the electrode separation distance between the
Furthermore, since the electrode separation distance or the separation distance between the
図3に便宜上点線で示す非発光部である電極支持棒2の表面と、高融点部材4の支持部4bの表面に、厚さ5μm以上のレニウムメッキ層よりなる耐ハロゲン保護層5を設けることにより、発光管内に封入されたハロゲンによって、非発光部が侵食されることがなく、ランプの長寿命化を一層促進するものである。
For the sake of convenience, a halogen-resistant
1 発光管
2 電極支持棒
3 電極
4 高融点部材
4a 高融点部材の先端部
4b 高融点部材の支持部
5 耐ハロゲン保護膜
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記電極が放電によって熱せられ熱放射による発光部となっていることを特徴とするランプ。 A lamp in which a pair of electrodes are arranged opposite to each other in an arc tube, and a rare gas and a halogen are enclosed in the arc tube,
The lamp is characterized in that the electrode is heated by discharge to form a light emitting part by heat radiation.
The lamp according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrode is turned on beyond a melting point.
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USD936252S1 (en) | 2018-10-17 | 2021-11-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Auxiliary electrode portion for a flash lamp |
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2005
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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