JP2007179849A - High pressure discharge lamp and method of manufacturing same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide discharge lamps which are prevented from fault such as devitrification and blacking etc. of an airtight container, to provide a method of manufacturing the same, and to provide electrodes used for these high pressure discharge lamps. <P>SOLUTION: The high pressure discharge lamp 10 includes a heat-resistant and transparent airtight container 1, a pair of electrodes 1b and 1b which contain tungsten (W) as a main component, as well as thorium (Th) and thorium oxide (ThO<SB>2</SB>) and are sealed and opposed apart in the airtight container 1 and the rate of content of thorium (Th) at least from the opposed surface up to a depth of 5 nm is 0.25 to 4.98AC%, and a discharge medium sealed in a discharge space 1c of the airtight container 1. With this configuration, work function of the electrodes 1b decreases and temperature of the electrodes drops, and then evaporation of thorium (Th) and thorium oxide (ThO<SB>2</SB>) is reduced. These effects prevent the inside surface of the airtight container 1 from blacking and improve lumen maintenance factor of the high pressure discharge lamp 10. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばメタルハライドランプのような高圧放電ランプ、その製造方法に関する。   The present invention relates to a high-pressure discharge lamp such as a metal halide lamp and a method for manufacturing the same.

高圧放電ランプは、耐熱性で透光性の気密容器の内部に形成される放電空間内に一対の電極を封装し、希ガス、金属蒸気または金属ハロゲン化物などを主体とする放電媒体を封入している。一対の電極は、気密容器の両端に一体に形成された細長い一対の封止部の内部に気密に埋設した封着金属箔にその基端を溶接により接続し、中間部を封止部に緩く支持させ、先端の電極主部を放電空間内に突出させるなどにより放電空間に臨ませた構造とするのが一般的である。これら高圧放電ランプには、放電アークを安定的に形成するためにエミッタ物質として酸化トリウム(ThO2)をタングステン(W)に含有させた電極が使用されている。しかし、酸化トリウム(ThO2)は電極の温度が過度に上昇すると、蒸発していく量が多くなり、気密容器の黒化原因となるために、この黒化を解消する必要があった。この課題に対して、電極の温度上昇による酸化トリウム(ThO2)の蒸発を可能な限り少なくした放電ランプ用電極が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−306421号公報
A high-pressure discharge lamp encloses a pair of electrodes in a discharge space formed inside a heat-resistant and translucent airtight container, and encloses a discharge medium mainly composed of rare gas, metal vapor, or metal halide. ing. The pair of electrodes is connected to a sealed metal foil hermetically embedded in a pair of long and narrow sealing portions integrally formed at both ends of the hermetic container by welding the base ends thereof, and the intermediate portion is loosened to the sealing portion. In general, the structure is such that the main electrode portion at the front end is exposed to the discharge space by, for example, protruding into the discharge space. These high-pressure discharge lamps use an electrode containing thorium oxide (ThO 2 ) in tungsten (W) as an emitter material in order to stably form a discharge arc. However, thorium oxide (ThO 2 ) evaporates more when the electrode temperature rises excessively and causes blackening of the hermetic container. Therefore, it is necessary to eliminate this blackening. In order to solve this problem, a discharge lamp electrode is known in which evaporation of thorium oxide (ThO 2 ) due to an increase in electrode temperature is minimized (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 9-306421

しかし、特許文献1に記載されている放電ランプ用電極は、表面側の酸化トリウム(ThO2)の濃度を低くしたものであるが、酸化トリウム(ThO2)の濃度分布を変更するだけでは、ランプ寿命中の黒化を十分抑制することはできず、さらなる改善の余地があった。 However, the discharge lamp electrode described in Patent Document 1 has a reduced concentration of thorium oxide (ThO 2 ) on the surface side, but only by changing the concentration distribution of thorium oxide (ThO 2 ), Blackening during the lamp life could not be sufficiently suppressed, and there was room for further improvement.

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、ランプ点灯中に発生する気密容器の黒化などの不具合発生を抑制した高圧放電ランプおよびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-pressure discharge lamp that suppresses the occurrence of problems such as blackening of an airtight container that occurs during lamp lighting, and a method for manufacturing the same.

請求項1に係る発明の高圧放電ランプは、 耐熱性で透光性の気密容器と;タングステン(W)を主成分としトリウム(Th)および酸化トリウム(ThO2)が含有されてなり、気密容器内に相互に離間対向してそれぞれ封装され、少なくとも相互に対向している表面から深さ5nmの範囲におけるトリウム(Th)の含有率が0.25〜4.98AC%である一対の電極と;気密容器の放電空間内に封入された放電媒体と;を具備していることを特徴としている。 The high-pressure discharge lamp of the invention according to claim 1 is a heat-resistant and light-transmitting hermetic container; and contains thorium (Th) and thorium oxide (ThO 2 ) mainly composed of tungsten (W). A pair of electrodes which are respectively sealed and opposed to each other and have a thorium (Th) content of 0.25 to 4.98 AC% at a depth of 5 nm from at least the surfaces facing each other; And a discharge medium sealed in a discharge space of the hermetic vessel.

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。   In the present invention and each of the following inventions, the definitions and technical meanings of terms are as follows unless otherwise specified.

気密容器は、耐熱性であって透光性を備えて構成されており、内部に放電空間を形成する包囲部および一対の封止部を備えている。「耐熱性」とは、放電ランプの通常の作動温度に十分耐える意味である。したがって、気密容器は、耐熱性を備える材料であり、かつ、放電によって発生した所望波長域の光を外部に導出することができれば、どのようなもので作られていてもよいが、好適には石英ガラスなどを用いて形成する。なお、必要に応じて、気密容器の内面に耐ハロゲン性または耐ハロゲン化物性の透明性被膜を形成するか、気密容器の内面を改質することが許容される。   The hermetic container is configured to have heat resistance and translucency, and includes an enclosure portion and a pair of sealing portions that form a discharge space therein. “Heat resistance” means to sufficiently withstand the normal operating temperature of the discharge lamp. Therefore, the airtight container may be made of any material as long as it is a material having heat resistance and can emit light in a desired wavelength region generated by discharge to the outside. It is formed using quartz glass or the like. If necessary, it is allowed to form a halogen-resistant or halogenated-resistant transparent coating on the inner surface of the hermetic container or to modify the inner surface of the hermetic container.

一対の封止部は、包囲部を封止するとともに、電極の軸部がここに支持され、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するのに寄与する手段であり、包囲部の両端から一体に延在している。そして、電極を封装し、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するために、内部に適当な気密封止導通手段、好適には封着金属箔を気密に埋設している。   The pair of sealing portions seals the surrounding portion, and is a means that supports the shaft portion of the electrode and contributes to airtight introduction of current from the lighting circuit to the electrode. It extends from one to the other. And in order to seal an electrode and to introduce | transduce an electric current from a lighting circuit to an electrode airtightly, the appropriate airtight sealing conduction means, Preferably the sealing metal foil is embed | buried airtightly inside.

一対の電極は、タングステン(W)を主成分とし、トリウム(Th)および酸化トリウム(ThO2)が含有されてなり、かつ、その相互に対向する表面におけるトリウム(Th)の構成比は0.25〜4.98AC%、好ましくは0.35〜4.98AC%、さらに好ましくは0.5〜4.98AC%になっている。ここで、表面におけるトリウム(Th)の構成比とは、電極の表面から深さ5nmの深さにおけるトリウム(Th)のAC%をいう。「AC%」とは、atomic concentrate % の略であり、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy:X線光電子分光法)により測定され、その結果400×400μmの面積において表面から深さ5nmまでの範囲中に存在するタングステン(W)、トリウム(Th)の原子数およびトリウム(Th)の酸化物の分子数等を含めた全ての原子数および分子数の合計に対するトリウム(Th)の原子数の百分率である。XPSにおいては、X線を試料に照射したときに当該照射部の原子や分子から放出される光電子を測定する。このときに放出される光電子は、原子または分子ごとに特有の結合エネルギー値(binding energy)(eV)を有しており、この値を測定することで元素の定量および定性の測定が可能になる。 The pair of electrodes contains tungsten (W) as a main component, contains thorium (Th) and thorium oxide (ThO 2 ), and the composition ratio of thorium (Th) on the surfaces facing each other is 0. It is 25 to 4.98 AC%, preferably 0.35 to 4.98 AC%, more preferably 0.5 to 4.98 AC%. Here, the composition ratio of thorium (Th) on the surface means AC% of thorium (Th) at a depth of 5 nm from the surface of the electrode. “AC%” is an abbreviation of atomic concentrate%, measured by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), and as a result, in the range from the surface to a depth of 5 nm in an area of 400 × 400 μm. The percentage of the number of atoms of thorium (Th) relative to the total number of all atoms and molecules including tungsten (W), thorium (Th) atoms and the number of thorium (Th) oxide molecules present in is there. In XPS, photoelectrons emitted from atoms and molecules in the irradiated part are measured when the sample is irradiated with X-rays. The photoelectrons emitted at this time have a unique binding energy value (eV) for each atom or molecule, and by measuring this value, it is possible to quantify the elements and measure the qualitative characteristics. .

さらに、一対の電極は、例えば軸部を備え、その軸部の基端部が封着金属箔に溶接されるなどして封止部に埋設などの手段によって固定され、中間部が好ましくは気密容器の封止部により緩く支持され、中間部の一部および先端部が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設される。また、通常タングステン(W)を主成分とする耐熱金属製の電極は、アークを安定させるため、タングステン(W)にエミッタ物質として酸化トリウム(ThO2)がドープされて形成される。さらにこの電極表面から酸化タングステン(WO2)やその他不純物を取り除く目的で電極軸部製造時やランプ製造時に還元作業が行われ、電極として使用される。従来の還元作業によっても酸化トリウム(ThO2)が還元されて表面に若干トリウム(Th)が存在する。しかし、酸化トリウム(ThO2)の還元率は温度管理などによって大きく変化するので、通常の還元作業では電極表面にはそれほどトリウム(Th)は存在しない。本発明者らは、電極表面に存在するトリウム(Th)がランプの電極温度に大きくかかわることを発見し、トリウム(Th)の構成比を高めた電極を用いてランプを製造した場合に、エミッションが良好になり、ランプの電極温度上昇が緩和され、黒化が低減することに着目し本発明を見出した。例えば、特開2005−142071号公報には、タングステン(W)を主成分とし、酸化トリウム(ThO2)をドープして形成される電極において、タングステンカーバイト(W2C)を用いた還元によってトリウム(Th)の量を増加させる方法が示されている。しかし、この方法は、エミッション効果が向上するため、ちらつきなどに対しては一定の効果を発揮するが、黒化防止については改善されていない。つまり、還元のためにタングステンカーバイト(W2C)を用いるので、電極表面に不純物として炭素(C)が残留し、これが黒化原因となるためである。本発明の電極材料は、電極軸部製造時に酸化トリウム(ThO2)を0.36〜7.00質量%程度タングステン(W)にドープして形成され、電極軸部製造時またはランプ製造時の還元処理工程によって、電極として使用したときに、表面に存在するトリウム(Th)を、所定の構成比にしたものである。ただし、電極表面のトリウム(Th)のAC%がこの範囲であれば、還元処理以外の方法を用いた場合であっても本発明の範囲に含まれる。 Further, the pair of electrodes includes, for example, a shaft portion, and a base end portion of the shaft portion is fixed to the sealing portion by welding or the like to the sealing metal foil, and the intermediate portion is preferably airtight. It is loosely supported by the sealing part of the container, and is disposed so as to be opposed to both ends of the discharge space so that a part of the intermediate part and the tip part face the discharge space of the hermetic container. Further, an electrode made of a refractory metal mainly composed of tungsten (W) is formed by doping tungsten (W) with thorium oxide (ThO 2 ) as an emitter material in order to stabilize the arc. Further the electrode surface tungsten oxide (WO 2) or reducing work electrode shaft during manufacture or the lamp during manufacture for the purpose of removing other impurities is carried out, is used as an electrode. Thorium oxide (ThO 2 ) is also reduced by conventional reduction work, and some thorium (Th) is present on the surface. However, since the reduction rate of thorium oxide (ThO 2 ) varies greatly depending on temperature control or the like, thorium (Th) does not exist so much on the electrode surface in normal reduction work. The present inventors have found that thorium (Th) present on the electrode surface is greatly related to the electrode temperature of the lamp, and when the lamp is manufactured using an electrode having a high composition ratio of thorium (Th), the emission is reduced. The present invention has been found by focusing on the fact that the increase in the electrode temperature of the lamp is alleviated and the blackening is reduced. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-142071 discloses that an electrode formed by doping tungsten (W) as a main component and thorium oxide (ThO 2 ) is reduced by using tungsten carbide (W 2 C). A method for increasing the amount of thorium (Th) is shown. However, since this method improves the emission effect, it exhibits a certain effect against flicker and the like, but has not been improved with respect to prevention of blackening. That is, because tungsten carbide (W 2 C) is used for reduction, carbon (C) remains as an impurity on the electrode surface, which causes blackening. The electrode material of the present invention is formed by doping thorium oxide (ThO 2 ) with about 0.36 to 7.00 mass% tungsten (W) at the time of manufacturing the electrode shaft, and at the time of manufacturing the electrode shaft or lamp. Thorium (Th) present on the surface when used as an electrode by the reduction treatment step is a predetermined composition ratio. However, if the AC% of thorium (Th) on the electrode surface is in this range, even if a method other than the reduction treatment is used, it is included in the scope of the present invention.

さらにまた、電極は、交流および直流のいずれで作動するように構成してもよい。交流   Furthermore, the electrode may be configured to operate with either alternating current or direct current. Alternating current

で作動する場合、一対の電極は同一構造とするのが好ましいがこれに限らない。 However, the pair of electrodes preferably have the same structure, but is not limited thereto.

放電媒体は、一般的には発光物質が金属蒸気および希ガス(例えばキセノンランプの場合)のいずれであってもよい。発光金属の金属蒸気源として単体の発光金属、例えば水銀(高圧水銀ランプの場合)を、または発光金属のハロゲン化物(メタルハライドランプの場合)を封入することができる。また、発光金属に加えてランプ電圧形成物質として水銀や蒸気圧が比較的高い金属のハロゲン化物(水銀フリーランプの場合)を封入することができる。さらに、上記の各ランプ共通に始動ガスおよび緩衝ガスとして希ガスを用いることができる。   In general, in the discharge medium, the luminescent substance may be either a metal vapor or a rare gas (for example, in the case of a xenon lamp). A single luminescent metal such as mercury (in the case of a high-pressure mercury lamp) or a luminescent metal halide (in the case of a metal halide lamp) can be enclosed as a metal vapor source of the luminescent metal. In addition to the luminescent metal, mercury or a metal halide having a relatively high vapor pressure (in the case of a mercury-free lamp) can be enclosed as a lamp voltage forming substance. Further, a rare gas can be used as a starting gas and a buffer gas in common with each of the lamps.

ところで、気密容器の黒化は、主として電極の表面物質が飛散して気密容器の電極近傍部位に付着することによって発生するものであるが、黒化を抑制するためには、ある一定量以上トリウム(Th)が表面付近に含有していることが必要であることが実験の結果明らかになった。これは、トリウム(Th)はタングステン(W)、酸化トリウム(ThO2)に比べ仕事関数が低くエミッション効果が優れているので、電極の発熱量が少なくなって温度上昇が抑えられること、または電子やイオン化した放電媒体の衝突によるタングステンのスパッタによる温度上昇が抑えられることによって、トリウム(Th)、酸化トリウム(ThO2)の蒸発が低減するためと考えられる。トリウム(Th)が酸化トリウム(ThO2)を還元して形成される場合、電極表面のトリウム(Th)の構成比を増加させるためには、還元率を高める必要がある。ただし、還元率を高めてトリウム(Th)の構成比を上げるだけでは限界があるため、電極表面のトリウム(Th)の構成比をさらに増加させるためには、酸化トリウム(ThO2)のドープ量を増加させる必要がある。しかしながら、酸化トリウム(ThO2)のドープ量を増加させると、スパッタによってトリウム(Th)および酸化トリウム(ThO2)が飛散する量も増加してしまい、失透、黒化の原因になる。また、トリウム(Th)はある一定以上電極表面に存在しても電極温度を低下させる効果はそれほど変わらない。さらに、環境負荷の観点からThの使用量を制限する傾向がある。このような観点から酸化トリウム(ThO2)は、電極軸部の製造時にタングステン(W)に対してを0.36〜7.00質量%程度ドープすることが望ましい。 By the way, the blackening of the hermetic container is mainly caused by the surface material of the electrode being scattered and adhering to the vicinity of the electrode of the hermetic container. As a result of experiments, it was clarified that (Th) must be contained near the surface. This is because thorium (Th) has a lower work function and better emission effect than tungsten (W) and thorium oxide (ThO 2 ). It is thought that evaporation of thorium (Th) and thorium oxide (ThO 2 ) is reduced by suppressing the temperature rise due to tungsten sputtering due to collision of the ionized discharge medium. When thorium (Th) is formed by reducing thorium oxide (ThO 2 ), it is necessary to increase the reduction rate in order to increase the composition ratio of thorium (Th) on the electrode surface. However, since only raise the constituent ratio of thorium (Th) is limited by increasing the reduction ratio, in order to further increase the composition ratio of thorium (Th) of the electrode surface, the doping amount of thorium oxide (ThO 2) Need to be increased. However, when the doping amount of thorium oxide (ThO 2 ) is increased, the amount of thorium (Th) and thorium oxide (ThO 2 ) scattered by sputtering increases, which causes devitrification and blackening. Further, even if thorium (Th) is present on the electrode surface above a certain level, the effect of lowering the electrode temperature does not change so much. Furthermore, there is a tendency to limit the amount of Th used from the viewpoint of environmental load. From such a viewpoint, thorium oxide (ThO 2 ) is preferably doped with about 0.36 to 7.00 mass% with respect to tungsten (W) at the time of manufacturing the electrode shaft portion.

また、本発明では、電極表面から少なくとも5nm以内におけるトリウム(Th)の構成比について規定しているが、トリウム(Th)の構成比が0.25〜4.98AC%である層は、厚い方が電極温度上昇の抑制に効果を発揮する。   In the present invention, the composition ratio of thorium (Th) within at least 5 nm from the electrode surface is specified, but the layer having a composition ratio of thorium (Th) of 0.25 to 4.98 AC% is thicker. Is effective in suppressing the electrode temperature rise.

本発明は、電極表面におけるトリウム(Th)の構成比を最適の値に規定したので、電極の仕事関数が減少し、エミッタ物質として良好に電子を放射してアークを安定させるとともに電極温度が低下するので、トリウム(Th)および酸化トリウム(ThO2)の蒸発を低減することができる。これらの効果によって気密容器の内表面に黒化が発生することが防止され、高圧放電ランプの光束維持率が改善される。 In the present invention, the composition ratio of thorium (Th) on the electrode surface is regulated to an optimum value, so that the work function of the electrode is reduced, the electron is radiated well as an emitter material to stabilize the arc and the electrode temperature is lowered. Therefore, evaporation of thorium (Th) and thorium oxide (ThO 2 ) can be reduced. These effects prevent blackening from occurring on the inner surface of the hermetic container and improve the luminous flux maintenance factor of the high-pressure discharge lamp.

なお、高圧放電ランプが本発明の構成を具備しているか否かは、出荷可能な状態にまで完成された未点灯の高圧放電ランプについて、気密容器の放電空間内に露出している先端部を除いた中間部の一部をXPSにより測定して判定するものとする。   Whether or not the high-pressure discharge lamp has the configuration of the present invention is determined with respect to an unlit high-pressure discharge lamp that has been completed to be ready for shipment, with the tip exposed in the discharge space of the hermetic vessel. Assume that a part of the removed intermediate portion is measured by XPS for determination.

また、本発明は、表面にトリウム(Th)の多い電極を具備した高圧放電ランプの製造方法を規定している。すなわち、第2の工程において、電極素材について還元処理を行うことによって、表面から少なくとも5nmにおけるトリウム(Th)の構成比を0.25〜4.98AC%にするものである。電極素材の還元処理は、H2雰囲気中において、電極材を所望時間の間高温加熱し、さらに真空加熱することによって行う。電極材は、これを気密容器に封装することによって電極になる。 The present invention also defines a method for manufacturing a high-pressure discharge lamp having an electrode rich in thorium (Th) on its surface. That is, in the second step, the electrode material is subjected to a reduction treatment so that the composition ratio of thorium (Th) at least 5 nm from the surface is 0.25 to 4.98 AC%. The reduction treatment of the electrode material is performed by heating the electrode material at a high temperature for a desired time and further heating in a vacuum in an H 2 atmosphere. The electrode material becomes an electrode by sealing it in an airtight container.

本発明において、第1、第3および第4の工程は、既知の工程を採用することができる。   In the present invention, known steps can be adopted as the first, third and fourth steps.

そうして、本発明においては、第2の工程の還元処理を行うことによって電極の表面に形成されている酸化トリウム(ThO2)を効果的にトリウム(Th)に還元することができる。そして、トリウム(Th)の構成比を0.25〜4.98AC%にした電極を封装して高圧放電ランプを製造するので、ランプ電圧が低下しランプ点灯時の電極温度が従来に比べ低下、気密容器の黒化や失透などの不具合発生が抑制されて光束維持率が改善された高圧放電ランプを得ることができる。 In the present invention, thorium oxide (ThO 2 ) formed on the surface of the electrode can be effectively reduced to thorium (Th) by performing the reduction treatment in the second step. And, since a high pressure discharge lamp is manufactured by sealing an electrode having a composition ratio of thorium (Th) of 0.25 to 4.98 AC%, the lamp voltage is lowered and the electrode temperature at the time of lamp lighting is lowered as compared with the conventional case. It is possible to obtain a high-pressure discharge lamp in which the occurrence of defects such as blackening and devitrification of the hermetic container is suppressed and the luminous flux maintenance factor is improved.

請求項1の発明によれば、電極の表面から少なくとも5nm以内のトリウム(Th)の構成比が0.25〜4.98AC%であることにより、電極の温度上昇を抑制でき、電極物質の飛散および蒸発などによる気密容器の黒化による光束維持率の低下を抑制した高圧放電ランプを提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, since the composition ratio of thorium (Th) within at least 5 nm from the surface of the electrode is 0.25 to 4.98 AC%, the temperature rise of the electrode can be suppressed, and the scattering of the electrode material can be achieved. In addition, it is possible to provide a high-pressure discharge lamp that suppresses a decrease in luminous flux maintenance factor due to blackening of the airtight container due to evaporation or the like.

請求項2によれば、還元処理によって、表面から少なくとも5nm以内のトリウム(Th)の構成比が0.25〜4.98AC%にした電極を封装して高圧放電ランプを製造することにより、電極物質の飛散および電極温度の上昇に伴う電極物質の蒸発などによる光束維持率の低下を抑制した高圧放電ランプを提供することができる。   According to claim 2, a high pressure discharge lamp is manufactured by sealing an electrode having a composition ratio of thorium (Th) within a range of at least 5 nm from the surface to 0.25 to 4.98 AC% by reduction treatment. It is possible to provide a high-pressure discharge lamp in which a decrease in the luminous flux maintenance factor due to the scattering of the substance and the evaporation of the electrode substance accompanying the increase in electrode temperature is suppressed.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1および図2は、本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示し、図1はランプ全体の正面図、図2は発光管の拡大要部正面図である。本形態において、高圧放電ランプ10は、発光管IT、絶縁チューブT、外管OTおよび口金Bからなる。   1 and 2 show a metal halide lamp for an automobile headlamp as an embodiment for implementing the high-pressure discharge lamp of the present invention. FIG. 1 is a front view of the entire lamp, and FIG. 2 is an enlarged view of an arc tube. FIG. In this embodiment, the high-pressure discharge lamp 10 includes a luminous tube IT, an insulating tube T, an outer tube OT, and a base B.

発光管ITは、気密容器1、一対の電極1b、1b、封着金属箔2、一対の外部リード線3A、3Bおよび放電媒体からなる。   The arc tube IT includes an airtight container 1, a pair of electrodes 1b and 1b, a sealing metal foil 2, a pair of external lead wires 3A and 3B, and a discharge medium.

気密容器1は、包囲部1aおよび一対の封止部1a1を備えている。包囲部1aは、中空で外形が紡錘形状に成形されてなり、その両端に一対の細長い封止部1a1を一体に備えているとともに、内部に細長いほぼ円柱状の放電空間1cが形成されている。放電空間1cの内容積は、0.1cc以下である。包囲部1aは、その肉厚を比較的大きくすることができる。すなわち、電極間距離のほぼ中央部の肉厚をその両側の肉厚より大きくすることができる。これにより、気密容器1の伝熱が良好になって気密容器1の放電空間の下部および側部内面に付着している放電媒体の温度上昇が早まるために、光束立ち上がりが早くなる。   The airtight container 1 includes an enclosing portion 1a and a pair of sealing portions 1a1. The surrounding portion 1a is hollow and has an outer shape formed into a spindle shape. The surrounding portion 1a is integrally provided with a pair of elongated sealing portions 1a1 at both ends thereof, and an elongated substantially cylindrical discharge space 1c is formed therein. . The internal volume of the discharge space 1c is 0.1 cc or less. The surrounding portion 1a can have a relatively large thickness. That is, the thickness at the substantially central portion of the distance between the electrodes can be made larger than the thickness at both sides. As a result, the heat transfer of the hermetic vessel 1 is improved and the temperature rise of the discharge medium attached to the lower part of the discharge space and the inner side surface of the hermetic vessel 1 is accelerated, so that the rise of the luminous flux is accelerated.

電極1bは、タングステン(W)を主成分とし、その基端部Ebが封止部1a1に埋設された後述する封着金属箔2に溶接されるとともに、中間部が封止部1a1に緩く支持されることによって所定の位置に配設され、さらに図2に示すように、中間部の一部Emおよび先端部Etが放電空間1c内に臨んでいる。また、電極1bの基端部Ebは、封止部1a1内において、封着金属箔2の一端に溶接されている。   The electrode 1b is mainly composed of tungsten (W), and its base end portion Eb is welded to a sealing metal foil 2 described later embedded in the sealing portion 1a1, and the intermediate portion is loosely supported by the sealing portion 1a1. As a result, it is disposed at a predetermined position, and as shown in FIG. 2, a part Em of the intermediate part and a tip part Et face the discharge space 1c. Further, the base end portion Eb of the electrode 1b is welded to one end of the sealing metal foil 2 in the sealing portion 1a1.

また、電極1bは、その放電空間1c内に臨んでいる先端部Etの電極1b1、1b同士が互いに対向する表面から少なくとも5nm以内におけるトリウム(Th)の構成比が0.25〜4.98AC%になっている。   The electrode 1b has a thorium (Th) composition ratio of 0.25 to 4.98 AC% at least within 5 nm from the surface where the electrodes 1b1 and 1b of the tip portion Et facing the discharge space 1c face each other. It has become.

また、自動車前照灯に用いるメタルハライドランプの場合、要すれば電極の先端部近傍を軸部より径大にしたり、電極の先端部を半球状にしたり、切頭円錐形状にしたりすることもできる。すなわち、ランプの点滅回数が非常に多くなるとともに、また始動時には定常時より大きな電流を流すので、これに対応して電極全体を径大にすると、電極軸に接触している気密容器の構成材料が点滅のたびに熱応力を受けてクラックを生じやすい。そこで、電極の先端部近傍に径大部を形成することで、電極を点滅に対応させることができるが、軸部は径大になっていないから、クラックを生じにくい。このような先端形状の場合、トリウム(Th)の構成比が0.25〜4.98AC%となっている表面は先端から軸径の1/2の長さまでの領域内の表面で定義される。電極の先端部を半球状にしたり、切頭円錐形状にしたりすることにより、放電アークの起点が安定しやすくなり、放電のちらつきが低減する。さらに、直流で作動する電極の場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、先端部近傍に径大部を形成すれば、放熱面積を大きくすることができるとともに、頻繁な点滅に対応することができる。これに対して、陰極は必ずしも径大部を形成する必要がない。   In addition, in the case of a metal halide lamp used for an automobile headlamp, if necessary, the vicinity of the tip of the electrode can be made larger in diameter than the shaft, the tip of the electrode can be hemispherical, or a truncated cone can be formed. . That is, the number of times the lamp blinks is very large, and a larger current flows at the time of starting than at the normal time. Accordingly, if the entire electrode is made large in diameter, the constituent material of the hermetic container that is in contact with the electrode shaft Each time is blinking, it tends to crack due to thermal stress. Thus, by forming a large diameter portion in the vicinity of the tip of the electrode, the electrode can be made to flash, but since the shaft portion is not large in diameter, cracks are less likely to occur. In the case of such a tip shape, the surface in which the composition ratio of thorium (Th) is 0.25 to 4.98 AC% is defined by the surface in the region from the tip to the length of 1/2 of the shaft diameter. . By making the tip of the electrode hemispherical or frustoconical, the starting point of the discharge arc is easily stabilized and the flickering of the discharge is reduced. Furthermore, in the case of an electrode operated by direct current, since the temperature of the anode is generally large, if the large diameter portion is formed in the vicinity of the tip portion, the heat radiation area can be increased and frequent flashing can be dealt with. . On the other hand, the cathode does not necessarily have to have a large diameter portion.

なお、図1において、下方の封止部1a1を形成した後、封止管1a2が切断されないで封止部1a1の下部から一体に延長していて、口金B内へ延在している。   In FIG. 1, after forming the lower sealing portion 1 a 1, the sealing tube 1 a 2 is integrally cut from the lower portion of the sealing portion 1 a 1 without being cut and extends into the base B.

封着金属箔2は、モリブデン箔からなり、気密容器1の封止部1a1内に気密に埋設されている。また、封着金属箔2は、封止部の内部に埋設されて封止部が気密容器の包囲部の内部を気密に維持するのに協働しながら電流導通導体として機能するための手段であり、気密容器が石英ガラスからなる場合、材料としてはモリブデンが最適である。モリブデンは、約350℃になると酸化するので、外部側の端部の温度がこれより温度が低くなるように埋設される。封着金属箔を封止部に埋設する方法は、特段限定されないが、例えば減圧封止法やピンチシール法などを採用することができる。内容積が0.1cc以下、好適には0.05cc以下の小形で、かつ、キセノンなどの希ガスを室温で5気圧以上、さらに好ましくは8気圧以上の圧力で封入する自動車前照灯などに用いる高圧放電ランプの場合は、両者を組み合わせると好適である。   The sealing metal foil 2 is made of molybdenum foil, and is hermetically embedded in the sealing portion 1 a 1 of the hermetic container 1. Also, the sealing metal foil 2 is a means for functioning as a current conducting conductor while cooperating with the sealing portion being embedded inside the sealing portion and maintaining the sealing portion airtight inside the enclosure portion of the hermetic container. If the airtight container is made of quartz glass, molybdenum is the most suitable material. Since molybdenum oxidizes at about 350 ° C., it is buried so that the temperature of the outer end is lower. Although the method for embedding the sealing metal foil in the sealing portion is not particularly limited, for example, a reduced pressure sealing method or a pinch sealing method can be employed. For automobile headlamps or the like that have a small internal volume of 0.1 cc or less, preferably 0.05 cc or less, and in which a rare gas such as xenon is sealed at room temperature at a pressure of 5 atmospheres or more, more preferably 8 atmospheres or more. In the case of a high-pressure discharge lamp to be used, it is preferable to combine both.

一対の外部リード線3A、3Bは、その先端が気密容器1の両端の封止部1a1内において封着金属箔2の他端に溶接され、基端側が外部へ導出されている。図1において放電容器ITから上方へ導出された外部リード線3Aは、中間部が後述する外管OTに沿って折り返されて後述する口金B内に導入されて図示しない口金端子の一方に接続している。図1において放電容器ITから下方へ導出された外部リード線3Bは、管軸に沿って延在して口金B内に導入されて口金端子の他方に接続している。   The distal ends of the pair of external lead wires 3A and 3B are welded to the other end of the sealing metal foil 2 in the sealing portions 1a1 at both ends of the airtight container 1, and the proximal end sides are led out to the outside. In FIG. 1, an external lead wire 3A led upward from the discharge vessel IT is folded back along an outer tube OT (to be described later) and introduced into a base B (to be described later) to be connected to one of the base terminals (not shown). ing. In FIG. 1, the external lead wire 3B led downward from the discharge vessel IT extends along the tube axis, is introduced into the base B, and is connected to the other base terminal.

気密容器1の包囲部1a内には、放電媒体として発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物および希ガスが封入されている。発光金属は、ナトリウム(Na)およびスカンジウム(Sc)、ランプ電圧形成用金属は、亜鉛(Zn)である。   In the enclosure 1a of the hermetic vessel 1, a light emitting metal halide, a lamp voltage forming metal halide and a rare gas are sealed as a discharge medium. The light emitting metal is sodium (Na) and scandium (Sc), and the lamp voltage forming metal is zinc (Zn).

外管OTは、紫外線カット性能を備えており、内部に放電容器ITを収納していて、両端の縮径部4が放電容器ITの封止部1a1にガラス溶着している。しかし、内部は気密ではなく、外気に連通している。   The outer tube OT has an ultraviolet ray cutting performance, houses the discharge vessel IT therein, and the reduced diameter portions 4 at both ends are glass-welded to the sealing portion 1a1 of the discharge vessel IT. However, the inside is not airtight but communicates with the outside air.

絶縁チューブTは、セラミックスからなり、外部リード線3Aを被覆している。 The insulating tube T is made of ceramics and covers the external lead wire 3A.

口金Bは、自動車前照灯用として規格化されているもので、放電容器ITおよび外管OTを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面に着脱可能に装着されるように構成されている。 The base B is standardized for automobile headlamps, supports the discharge vessel IT and the outer tube OT along the central axis, and is detachable from the back of the automobile headlamp. It is configured to be mounted.

このランプの各構成、封入される放電媒体および電気特性について説明する。   The configuration of the lamp, the discharge medium to be sealed, and the electrical characteristics will be described.

気密容器1aは、球体長7mm、最大外径6mm、最大内径2.4mm、内容積0.025ccの石英ガラス製である。電極1bは、直径が0.40mmで、表面から深さ5nmにおけるトリウム(Th)の構成比が0.50AC%であるタングステン(W)線からなり、対向する電極間距離は4.2mmである。放電媒体は、金属ハロゲン化物として、ScI−NaI−ZnIが0.3mg、希ガスとしてキセノン(Xe)が10気圧封入されている。外管OTは、外径9mm、内径7mmであって、内部雰囲気は大気圧(大気)である。電気特性は、点灯直後投入電力85W、点灯直後投入電流2.8A、安定時ランプ電圧42V、安定時ランプ電力35Wである。 The airtight container 1a is made of quartz glass having a sphere length of 7 mm, a maximum outer diameter of 6 mm, a maximum inner diameter of 2.4 mm, and an internal volume of 0.025 cc. The electrode 1b is made of a tungsten (W) wire having a diameter of 0.40 mm and a composition ratio of thorium (Th) at a depth of 5 nm from the surface being 0.50 AC%, and the distance between the opposing electrodes is 4.2 mm. . The discharge medium is filled with 0.3 mg of ScI 3 —NaI—ZnI 2 as a metal halide and 10 atm of xenon (Xe) as a rare gas. The outer tube OT has an outer diameter of 9 mm and an inner diameter of 7 mm, and the internal atmosphere is atmospheric pressure (atmosphere). The electrical characteristics are 85W applied power immediately after lighting, 2.8A applied current immediately after lighting, 42V stable lamp voltage, and 35W stable lamp power.

次に、本発明の高圧放電ランプの第1の形態としての電極素材の実施例1および2について表1を参照して説明する。

Figure 2007179849
Next, Examples 1 and 2 of electrode materials as the first form of the high-pressure discharge lamp of the present invention will be described with reference to Table 1.
Figure 2007179849

表1から理解できるように、第1の形態における試料3および4に示すように、本発明によれば、トリウム(Th)(AC%)が0.25以上の電極であれば黒化発生が抑制されることを示している。いずれもタングステン(W)に酸化トリウム(ThO2)を2質量%ドープして形成された電極軸で実験を行った。従来品1および従来品2は従来の還元方法で製造された電極であり、実施例1および実施例2はトリウム(Th)の構成比を増加させた電極である。黒化発生度合いはランプ点灯後300時間での全光束で判断したものである。 As can be understood from Table 1, as shown in Samples 3 and 4 in the first embodiment, according to the present invention, blackening occurs if the electrode has thorium (Th) (AC%) of 0.25 or more. It is suppressed. In each case, an experiment was performed using an electrode shaft formed by doping tungsten (W) with 2% by mass of thorium oxide (ThO 2 ). Conventional product 1 and conventional product 2 are electrodes manufactured by a conventional reduction method, and Examples 1 and 2 are electrodes in which the composition ratio of thorium (Th) is increased. The degree of occurrence of blackening is determined by the total luminous flux at 300 hours after the lamp is turned on.

本実施形態の高圧放電ランプ10は、電極表面におけるトリウム(Th)の構成比を所定値以上としたので、電極の仕事関数が減少し、エミッタ物質として良好に電子を放射してアークを安定させるとともに電極温度が低下するので、トリウム(Th)および酸化トリウム(ThO2)の蒸発を低減することができる。これらの効果によって気密容器の内表面に黒化が発生することが防止され、高圧放電ランプの光束維持率が改善される。 In the high-pressure discharge lamp 10 of this embodiment, since the composition ratio of thorium (Th) on the electrode surface is set to a predetermined value or more, the work function of the electrode is reduced, and the arc is stabilized by emitting electrons as an emitter material. At the same time, since the electrode temperature is lowered, evaporation of thorium (Th) and thorium oxide (ThO 2 ) can be reduced. These effects prevent blackening from occurring on the inner surface of the hermetic container and improve the luminous flux maintenance factor of the high-pressure discharge lamp.

本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示すランプ全体の正面図The front view of the whole lamp | ramp which shows the metal halide lamp for vehicle headlamps as one form for implementing the high pressure discharge lamp of this invention 同じく発光管の拡大要部正面図Similarly, front view of the enlarged main part of the arc tube

符号の説明Explanation of symbols

1…気密容器
1b…電極
Et…先端部
10…高圧放電ランプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Airtight container 1b ... Electrode Et ... Tip part 10 ... High pressure discharge lamp

Claims (2)

耐熱性で透光性の気密容器と;
タングステン(W)を主成分としトリウム(Th)および酸化トリウム(ThO2)が含有されてなり、気密容器内に相互に離間対向してそれぞれ封装され、少なくとも相互に対向している表面から深さ5nmの範囲におけるトリウム(Th)の含有率が0.25〜4.98AC%である一対の電極と;
気密容器の放電空間内に封入された放電媒体と;
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
A heat-resistant and translucent airtight container;
Tungsten (W) as the main component, containing thorium (Th) and thorium oxide (ThO 2 ), sealed in a hermetic container, facing each other, and at least the depth from the surface facing each other A pair of electrodes having a thorium (Th) content of 0.25 to 4.98 AC% in the range of 5 nm;
A discharge medium enclosed in a discharge space of an airtight container;
A high-pressure discharge lamp comprising:
タングステン(W)を主成分とし酸化トリウム(ThO2)が含有された電極材料の表面から深さ5nmの範囲におけるトリウム(Th)の含有率が0.25〜4.98AC%となるように還元処理を行い、この還元処理された電極材料の表面が互いに対向するように気密容器の内部に電極材料をそれぞれ離間対向して封装し、この気密容器の放電空間内を排気して放電媒体を封入することを特徴とする高圧放電ランプの製造方法。 Reduction is performed so that the content of thorium (Th) in the range of 5 nm depth from the surface of the electrode material containing tungsten (W) as a main component and containing thorium oxide (ThO 2 ) is 0.25 to 4.98 AC%. After the treatment, the electrode materials are sealed and sealed inside the hermetic container so that the surfaces of the reduced electrode materials face each other, and the discharge space of the hermetic container is exhausted to enclose the discharge medium. A method of manufacturing a high-pressure discharge lamp.
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