JP2010067472A - 高圧水銀ランプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 発光管部(12)の両端に封止部(13,14) が連接された石英ガラスよりなる放電容器(11)と、発光管部(12)内に互いに対向するよう管軸方向に沿って配置された、電極棒(21,26) の先端に電極体(22,27) が形成されてなる一方の電極(20)および他方の電極(25)とを備え、発光管部(12)内に0.16mg/mm3 以上の水銀と、1×10-6〜1×10-2μmol /mm3 のハロゲンと、希ガスとが封入された、交流点灯型の高圧水銀ランプ(10)において、放電容器(11)には、一方の電極(20)および他方の電極(25)の各々を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材(24)および他方の保温部材(29)が設けられ、一方の保温部材(24)の熱容量は他方の保温部材(29)の熱容量の30〜80%である。
【選択図】 図1
Description
しかしながら、放電容器51を構成する石英ガラスは、1000℃以上の温度に加熱されると、非晶質構造から結晶構造に相転移し、当該石英ガラスにはクリストバライト相が形成されるため、放電容器51の発光管部52、特にその上側部分に失透が生じ、その結果、高圧水銀ランプ50の照度が低下する、という問題がある。そのため、高圧水銀ランプ50の点灯中には、放電容器51を空冷することが行われている。
具体的に説明すると、高圧水銀ランプ50の点灯中においては、電極54は高温に加熱され、当該電極54を構成する物質例えばタングステンが蒸発し、封入物であるハロゲンと反応することにより、ハロゲン化タングステンが生成される。このハロゲン化タングステンは、高温の電極に接触すると、タングステンとハロゲンとに分解され、当該タングステンは電極表面に堆積する。この一連のサイクルをハロゲンサイクルという。しかしながら、放電容器51が空冷されている場合には、蒸発したタングステンがハロゲンと反応する前に凝固して発光管部52の内表面に付着し、これにより、発光管部52の黒化が生じる。このような発光管部52の黒化は、発光管部52の下側部分や封止部53付近においてより顕著に生ずる。これは、発光管部52内におけるガスの熱対流により、当該発光管部52の下側部分が上側部分より低温となるためである。
そして、ハロゲンサイクルを機能させ、発光管部に黒化が生じることを抑制するため、放電容器の封止部における外表面領域に保温部材が設けられた高圧水銀ランプが提案されている(特許文献2参照。)。
高圧水銀ランプを定常点灯した後に消灯すると、放電熱の伝熱や光の輻射熱がなくなるため、当該高圧水銀ランプは自然冷却される。ここで、交流点灯型の高圧水銀ランプにおいては、一対の電極の各々は略同一の大きさであるため、それぞれの電極は温度差が生じることなく冷却される。一方、放電容器の発光管部内に封入された水銀は、ランプの点灯によって蒸発し、ランプの消灯によって、冷却された電極の各々の表面に凝縮して付着する。このとき、一対の電極の各々に付着する水銀は互いに略同量である。
そして、高圧水銀ランプを再度点灯し、一方の電極と他方の電極との間にグロー放電が開始すると、一方の電極には数百ボルトの高い電圧によって加速された陽イオンが衝突するが、実際には、一方の電極には水銀が付着しているため、当該一方の電極の表面に付着した水銀に陽イオンが衝突し、これにより、水銀が蒸発する。然るに、一方の電極において水銀が付着していない部分に直接陽イオンが衝突した場合には、当該一方の電極を構成する物質例えばタングステンが蒸発することになるが、点灯直後においては、放電容器の発光管部は、放電熱の伝熱や輻射熱を受けておらず、加熱されていない状態であるため、蒸発したタングステンが凝固して発光管部の内表面に付着し、これにより、発光管部の黒化が生じる。
前記放電容器には、前記一方の電極を包囲する外表面領域に、一方の保温部材が設けられ、前記他方の電極を包囲する外表面領域に、他方の保温部材が設けられており、
当該一方の保温部材の熱容量は、当該他方の保温部材の熱容量の30〜80%であることを特徴とする。
また、直流電圧により一方の電極が陰極として始動され、グロー放電からアーク放電に移行した後に交流電圧により駆動されることが好ましい。
しかも、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の30〜80%であることにより、高圧水銀ランプを消灯したときには、他方の電極が一方の電極より保温され、従って、一方の電極が他方の電極よりも冷却されやすく、当該一方の電極には、多量の水銀が凝縮して付着するので、当該高圧水銀ランプを、一方の電極を陰極として始動したときには、陽イオンが一方の電極に直接衝突することが抑制され、これにより、一方の電極の電極物質が蒸発することが抑制される結果、当該高圧水銀ランプの始動時において、電極物質が発光管部に付着することが抑制される。
従って、本発明の高圧水銀ランプによれば、放電容器に早期に黒化が生じることが抑制され、長時間安定した照度を維持することができる。
図1は、本発明に係る高圧水銀ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。 この高圧水銀ランプ10は交流点灯型のものであって、略球状の発光管部12の両端にそれぞれ柱状の一方の封止部13および他方の封止部14が連接された石英ガラスよりなる放電容器11を有し、この放電容器11の発光管部12内には、水銀、希ガスおよびハロゲンが封入されている。
放電容器11の発光管部12内には、それぞれ高融点金属例えばタングステンよりなる一方の電極20および他方の電極25が、互いに対向するよう当該発光管部12の管軸に沿って配置されている。一方の電極20および他方の電極25の各々は、電極棒21,26の先端に電極体22,27が形成されて構成されている。図示の例では、電極体22,27の各々は、略半球状の先端部分を有すると共に先端に突起Tが形成され、基端部分には金属線Wが巻き回されて構成されている。
放電容器11には、一方の電極20の電極棒21を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材24が設けられ、他方の電極25の電極棒26を包囲する外表面領域に、全周にわたって他方の保温部材29が設けられている。
発光管部12内に封入されるハロゲンとしては、沃素、臭素、塩素などを例示することができる。
また、ハロゲンの封入量は、1×10-6〜1×10-2μmol/mm3 とされる。
発光管部12内に封入される希ガスとしては、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびこれらの混合物を例示することができる。
また、希ガスの封入圧は、例えば6.65〜26.6kPaである。
かかるコイルの材質としては、ニクロム線(Ni−Cr)、鉄−クロム線(Fe−Cr)、カンタル線(Fe−Cr−Al)などを例示することができる。
而して、放電容器11には、一方の電極20および他方の電極25の各々の電極棒21,26を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材24および他方の保温部材29が設けられているため、高圧水銀ランプ10の定常点灯中において、当該高圧水銀ランプ10が保温されて加熱状態が確実に維持されるので、蒸発した電極物質が発光管部12に付着することが抑制される。
そして、交流電圧の印加から時間T2が経過した後に高圧水銀ランプ10が消灯されると、一方の電極20および他方の電極25が冷却され、発光管部12内において蒸発した水銀が一方の電極20および他方の電極25の各々の表面に凝縮して付着する。然るに、一方の保温部材24の熱容量が他方の保温部材29の熱容量の30〜80%であるため、他方の電極25が一方の電極20より保温され、従って、一方の電極20が他方の電極25よりも冷却されやすく、これにより、一方の電極20の表面には、他方の電極25の表面よりも多量の水銀が凝縮して付着する。
而して、高圧水銀ランプ10を、一方の電極20を陰極として直流電圧により再度始動したときには、一方の電極20の表面には多量の水銀が付着しているので、陽イオンが一方の電極20に直接衝突することが抑制され、これにより、一方の電極20の電極物質が蒸発することが抑制される結果、当該高圧水銀ランプ10の始動時において、電極物質が発光管部12に付着することが抑制される。
従って、上記の高圧水銀ランプ10によれば、放電容器11に早期に黒化が生じることが抑制され、長時間安定した照度を維持することができる
具体的に説明すると、リフレクター30は、例えば放物面状の光反射部31を有し、この光反射部31の中央底部には、当該リフレクター30の軸方向に沿って後方に伸びる筒状の頸部32が形成されている。リフレクター30の頸部32の筒孔内には、高圧水銀ランプ10の放電容器11における他方の封止部14が、当該リフレクター30の軸方向に沿って挿入されて当該頸部32の後端から突出するよう配置されている。
リフレクター30の頸部32の外周には、スリーブ状のリフレクターベース35が設けられている。このリフレクターベース35は、リフレクター30の頸部32の外径より大きい内径を有するリフレクター支持部36と、高圧水銀ランプ10の他方の封止部14の幅より大きい内径を有するランプ支持部37とが連続して一体に形成されている。このリフレクターベース35のリフレクター支持部36の筒孔内には、リフレクター30の頸部32が挿入され、この状態で接着材38により固定されており、一方、リフレクターベース35のランプ支持部37の筒孔内には、高圧水銀ランプ10の他方の封止部14が挿入され、この状態で接着材39により固定されている。
また、34は、高圧水銀ランプ10における一方の封止部13に設けられた外部リード棒16と、給電線(図示省略)とをかしめて固定する固定部材である。
例えば、一方の保温部材および他方の保温部材は、金属膜、セラミックス膜または誘電体多層膜よりなるものであってもよい。このような構成においては、膜の体積、具体的には膜の厚みや面積を変更することにより一方の保温部材および他方の保温部材の熱容量を調整することができる。このような一方の保温部材および他方の保温部材を構成する場合には、金属膜の材質としては、金(Au)、モリブデン(Mo)などを例示することができ、セラミックス膜の材質としては、SiO2 、Al2 O3 などを例示することができ、誘電体多層膜の材質としては、ZrO2 −SiO2 、Ta2 O5 −SiO2 、HfO2 −SiO2 などを例示することができる。
また、図5に示すように、一方の電極20(他方の電極25)は、電極体22(27)の先端部にテーパ部が形成されてなるものであってもよい。このような一方の電極20(他方の電極25)を用いる場合には、放電容器11の外表面において、一方の保温部材24(他方の保温部材29)が設けられる好ましい領域R2を決定するための位置P3は、電極体22(27)の先端からテーパ部の基端縁に接する直線を引き、この直線と放電容器11の外表面とが交差する位置である。
また、図6に示すように、一方の電極20(他方の電極25)は、電極棒21(26)の先端にテーパ状の電極体22(27)が連続して一体に形成されてなるものであってもよい。このような一方の電極20(他方の電極25)を用いる場合には、放電容器11の外表面において、一方の保温部材24(他方の保温部材29)が設けられる好ましい領域R2を決定するための位置P3は、電極体22(27)のテーパ面に沿って引いた直線と放電容器11の外表面とが交差する位置である。
図1に示す構成に従い、下記の仕様の高圧水銀ランプ(10)を作製した。
放電容器(11):石英ガラス製,全長51mm,発光管部(12);長さ9mm,最大外径10mm,発光管部(12)内の容積64.8mm3 ,一方の封止部(13);幅6mm×6mm,長さ17mm,他方の封止部(14);幅6mm×6mm,長さ25mm
一方の電極(20):タングステン製,全長6.65mm,電極棒(21)の径0.4mm,電極体(22)の長さ2.75mm,径1.5mm
他方の電極(25):タングステン製,全長6.65mm,電極棒(26)の径0.4mm,電極体(27)の長さ2.75mm,径1.5mm
金属箔(15,17):モリブデン製
外部リード棒(16,18):モリブデン製,全長8.5mm,外径0.5mm
一方の保温部材(24):線径φ0.3mmの鉄クロム線を放電容器(11)の一方の封止部(13)に下記表1に示す回数巻き回してなるもの
他方の保温部材(29):線径φ0.3mmの鉄クロム線を放電容器(11)の他方の封止部(14)に下記表1に示す回数巻き回してなるもの
封入物:水銀0.27mg/mm3 ,ハロゲン(臭素)7×10-4μmol/mm3 ,アルゴンガス13kPa
管壁負荷:2.2W/mm2
作製した高圧水銀ランプ(10)を水平に配置し、定格電圧80V、定格電力230Wで5秒間直流電圧を印加し、その後、定格電圧80V、定格電力230Wで交流電圧を印加して3.5時間定常点灯させ、その後、30分間消灯し、この点灯・消灯のサイクルを合計で200回繰り返して行った。ここで、最初に高圧水銀ランプ(10)を点灯する前に、一方の電極(20)の表面に予め水銀を付着させておいた。そして、高圧水銀ランプ(10)を観察し、始動時における放電容器の黒化の発生の有無、および定常点灯中における放電容器の黒化の発生の有無を調べた。ここで、発光管部の両端部付近において当該発光管部付近に円形状に発生する黒化を、始動時における発生とし、発光管部の両端部付近において当該発光管部の一部または下側部分または全周にわたって発生する黒化を、定常点灯中における発生とした。以上、結果を下記表1に示す。また、表1には、他方の保温部材(29)の熱容量H2に対する一方の保温部材(24)の熱容量H1の比H1/H2の値を示した。
これに対し、比較例1〜5に係る高圧水銀ランプにおいては、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の30%未満であるため、放電容器には、定常点灯中の黒化が早期に発生し、また、比較例6〜9に係る高圧水銀ランプにおいては、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の80%を超えるため、放電容器には、始動時の黒化が早期に発生した。
実施例6に係る高圧水銀ランプを8本(これらをランプA1〜A8とする。)、比較例8に係る高圧水銀ランプを3本(これらをランプB1〜B3とする。)用意し、これらの高圧水銀ランプについて、実験例1と同様の点灯・消灯のサイクルを合計で1000回繰り返して行い、点灯開始時における照度を100%として、点灯時間の経過による照度の維持率の変化を測定した。以上、結果を図7に示す。
これに対し、比較例8に係る高圧水銀ランプにおいては、点灯を開始してから早期に照度が低下した。
11 放電容器
12 発光管部
13 一方の封止部
14 他方の封止部
15 金属箔
16 外部リード棒
17 金属箔
18 外部リード棒
20 一方の電極
21 電極棒
22 電極体
24 一方の保温部材
25 他方の電極
26 電極棒
27 電極体
29 他方の保温部材
30 リフレクター
31 光反射部
32 頸部
34 固定部材
35 リフレクターベース
36 リフレクター支持部
37 ランプ支持部
38,39 接着材
50 高圧水銀ランプ
51 放電容器
52 発光管部
53 封止部
54 電極
55 電極棒
56 電極体
57 金属箔
58 外部リード棒
T 突起
W 金属線
Claims (4)
- 発光管部の両端に封止部が連接された石英ガラスよりなる放電容器と、この放電容器の発光管部内に互いに対向するよう管軸方向に沿って配置された、それぞれ電極棒の先端に電極体が形成されてなる一方の電極および他方の電極とを備えてなり、当該放電容器の発光管部内に0.16mg/mm3 以上の水銀と、1×10-6〜1×10-2μmol/mm3 のハロゲンと、希ガスとが封入された、交流点灯型の高圧水銀ランプにおいて、
前記放電容器には、前記一方の電極を包囲する外表面領域に、一方の保温部材が設けられ、前記他方の電極を包囲する外表面領域に、他方の保温部材が設けられており、
当該一方の保温部材の熱容量は、当該他方の保温部材の熱容量の30〜80%であることを特徴とする高圧水銀ランプ。 - 一方の保温部材および他方の保温部材は、放電容器に巻き回されたコイルよりなることを特徴とする請求項1に記載の高圧水銀ランプ。
- 一方の保温部材および他方の保温部材は、金属膜、セラミックス膜または誘電体多層膜よりなることを特徴とする請求項1に記載の高圧水銀ランプ。
- 直流電圧により一方の電極が陰極として始動され、グロー放電からアーク放電に移行した後に交流電圧により駆動されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の高圧水銀ランプ。
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