JP2013229115A - 高圧放電ランプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 この高圧放電ランプは、発光部の両端に封止部が形成されてなるガラス製の発光管と、この発光管における発光部の内部において発光管の管軸方向に沿って互いに対向して配置された一対の電極と、封止部の各々に埋設された封止用箔を介して電極と電気的に接続された、封止部の外部に突出する外部リード棒とを備えたものにおいて、外部リード棒はモリブデンまたはモリブデン合金からなり、外部リード棒の少なくとも内端面を含む端部が箔材によって覆われてなる緩衝部を有する構成とされている。
【選択図】 図4
Description
このような高圧放電ランプのある種のものは、発光部とその両端の各々に連続して形成された封止部からなる例えば石英ガラス製の発光管と、この発光管における発光部の内部において当該発光管の管軸方向に沿って互いに対向して配置された一対の電極と、各々の電極の他端が電気的に接続された、封止部に埋設された例えばモリブデンよりなる封止用箔と、この封止用箔の他端に一端が電気的に接続されると共に他端が前記封止部の外端面から外部に突出する例えばタングステンよりなる外部リード棒とを備えており、封止部が例えばシュリンクシールにより形成された構成とされている(例えば特許文献1参照。)。
そこで、本発明者らは、外部リード棒を構成する材料として、タングステンよりも加工性に優れた例えばモリブデン合金を用いて箔シール構造の高圧放電ランプを作製したところ、次のような問題が生ずることが判明した。すなわち、ランプの点灯時に、シール部の温度が上がり、封止用箔や外部リード棒が例えば350℃以上の温度になると、封止用箔と外部リード棒の表面は急速に酸化が進行する。このため、外部リード棒の体積が膨張することによってシール部にクラックが発生したり、シール部を構成する石英ガラスと封止用箔とを剥離させる応力が発生して箔浮きが生じたりする。その結果、シール部が破損し、所望のランプ寿命が得られない。また、外部リード棒は、例えば後端部が外部に露出していることから、酸化しやすい状態にあり、当該露出部分の表面酸化がシール部における封止用箔と外部リード棒の表面の酸化を進行させる要因となる。
前記外部リード棒はモリブデンまたはモリブデン合金からなり、
当該外部リード棒の少なくとも内端面を含む端部が箔材によって覆われてなる緩衝部を有することを特徴とする。
前記緩衝部は、前記外部リード棒と前記封止用箔との溶接領域を覆う状態で形成された構成とされていることが好ましい。
また、外部リード棒がモリブデンまたはモリブデン合金よりなることにより、外部リード棒が例えばタングステンよりなるものに比して高い加工性を有するものとなるので、ランプの製造工程において、外部リード棒の加工に起因して製造工数が多くかかってしまうという問題が生ずることを回避することができる。
図1は、本発明の高圧放電ランプの一例における構成の概略を示す、発光管の管軸に沿った断面図、図2は、図1に示す高圧放電ランプの一部を示す拡大図、図3は、図1に示す高圧放電ランプにおける、陰極として動作する一方の電極を備えた電極マウントの構成を一部を断面で示す側面図である。
この高圧放電ランプは、例えば直流電源によって点灯駆動されるものであって、内部に放電空間を形成する外形が略楕円球状の発光部11と、この発光部11の両端の各々に一体に形成された、それぞれ管軸方向に沿って外方に伸びるロッド状の一方の封止部12aおよび他方の封止部12bとよりなる発光管10を有する。
電極本体21およびコイルの各々を構成する材料としては、例えばタングステン、トリウムタングステン、モリブデン等を例示することができる。
電極軸部24の最大外径は、例えばφ0.6〜φ6mmであり、電極軸部24の後端部24aの外径は、例えばφ0.5〜φ2.0mmである。
他方の電極26を構成する材料としては、例えばタングステン、トリウムタングステン等を例示することができる。
電極頭部27の最大外径は、例えばφ2〜φ6mmであり、電極軸部28の後端部28aの外径は、例えばφ0.8〜φ2.0mmである。
一方の電極21における電極軸部24の後端部24aは、一方の封止部12aにおいて気密に埋設された封止用箔30の一面30aにおける先端部に溶接されて電気的に接続され、これにより、電極軸部24の後端部24aが一方の封止部12aに埋設されて保持されている。一方、以下において詳述するように、封止用箔30の後端部には、外部リード棒45の先端部46が溶接されて電気的に接続されている。
他方の電極26における電極軸部28の後端部28aが、他方の封止部12bにおいて気密に埋設された封止用箔30の一面30aにおける先端部に溶接されて電気的に接続され、これにより、電極軸部28の後端部28aが他方の封止部12bに埋設されて保持されている。一方、以下において詳述するように、封止用箔30の後端部には、外部リード棒45の先端部46が溶接されて電気的に接続されている。
他方の電極マウント25は、例えば一方の電極マウント20において一方の電極21に代えて他方の電極26を備えていること以外は、一方の電極マウント20と同様の構成を有するものであり、一方の電極マウント20と同一の構成部材については、同一の符号が付してある。
モリブデン合金としては、例えば、カリウム(K)などのアルカリ金属;カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)などのアルカリ土類金属;ランタン(La)、セリウム(Ce)などのランタノイド;トリウム(Th)などのアクチノイド;イットリウム(Y)などの遷移金属、および、これらの酸化物の群より選ばれた一種または複数種の金属がモリブデンに含有(ドープ)されたものが好ましい。
また、モリブデン合金におけるモリブデン以外の金属の含有量は、例えば0.8〜1.2wt%であることが好ましい。
外部リード棒45がモリブデンまたはモリブデン合金により構成されていることにより、安定した電流を供給することができると共に、優れた加工性を有するものとなる。特に、外部リード棒45がモリブデン合金により構成されることにより、外部リード棒45の再結晶化による変形ないしは破損を抑制することができる。
外部リード棒45の外径は、例えばφ0.8〜φ2.0mmである。
図示の例における緩衝部35の構成について具体的に説明すると、図4および図5に拡大して示すように、封止用箔30は、当該封止用箔30を構成する箔材の後端側部分が第1湾曲部31および第2湾曲部32を介して軸方向に折り返されて、微小空隙Sが介在する状態または密接した状態で三重に重ねられてなる積重部33が形成されており、側面視で例えばS字状の形態を有する。外部リード棒45の先端部46には、例えばタンタルよりなる線材がコイル状に巻き回されてなるバインダー41が外周面に設けられることによってバインダー加工が施されており、当該先端部46が、積重部33における箔材の他面30b同士が対面する箇所において溶接されて電気的に接続されている。これにより、外部リード棒45の先端部46における外周面の全周が箔材によって覆われた緩衝部35が形成され、外部リード棒45の先端部46が直接発光管10を構成するガラスと接触しない状態とされている。
このような構成とされていることにより、ランプ点灯時において、外部リード棒45と封止用箔30との溶接箇所が変形することに起因してシール部におけるガラスにクラックが発生することや、箔浮きが生ずることを確実に防止することができる。
また、バインダー41を構成する線材の外径は、φ0.25〜φ0.5mmであり、溶接領域Wの大きさ(軸方向長さ)は、例えば1.2〜3.5mmである。
緩衝部35における積重部33が微小間隙Sを介在する状態で形成される場合には、当該微小間隙Sの大きさは、例えば0.010〜0.015mmである。
しかも、封止用箔30を構成する箔材の後端側部分が第1湾曲部31および第2湾曲部32を介して軸方向に折り返されて三重に重ねられてなる積重部33において外部リード棒45の先端部46が封止用箔30と溶接されて接合され、これにより、外部リード棒45の内端面を含む先端部46が箔材によって覆われた緩衝部35を有する構成とされている。このような構成とされていることにより、シール部(例えば外部リード棒45と箔材(封止用箔30)との溶接個所)の温度が過熱状態となることにより、あるいは、外部リード棒45の例えば外部に露出された部分の表面酸化が進行することにより、当該溶接個所における外部リード棒45の表面が酸化すること自体を防止または抑制することができる。仮に、外部リード棒45の表面が酸化されることによって外部リード棒45の体積が増加した場合であっても、封止用箔30が塑性変形することに加えて、緩衝部35を構成する箔材が塑性変形することにより、緩和吸収されるので、シール部におけるガラスにクラックが発生したり、箔浮きが生じたりすることを確実に防止することができる。また、ランプ点灯時において、外部リード棒45を構成するモリブデンまたはモリブデン合金とガラスとの熱膨張係数の差に起因して生ずる応力(ガラスに生ずる圧縮歪み)が、封止用箔30が塑性変形することに加えて、緩衝部35を構成する箔材が塑性変形することにより緩和吸収されることによっても、シール部におけるガラスにクラックが発生したり、箔浮きが生じたりすることを確実に防止することができ、従って、所望のランプ寿命を得ることができる。
また、緩衝部35が微小空隙Sが介在する状態で形成された構成とされていることにより、上記効果を一層確実に得ることができる。
例えば、外部リード棒および封止用箔の両者がバインダーを用いて溶接されることにより接合された構成である必要はなく、図6および図7に示すように、外部リード棒45および封止用箔30の両者がいわゆるプロジェクション溶接により接合された構成とされていてもよい。
この例における一方の電極マウント20の外部リード棒45は、封止用箔30の後端側部分によって覆われて緩衝部35が形成されるべき先端部47aと、この先端部47aに段部を介して連続する当該先端部47aより大きな外径を有する本体部47bとを有する。
外部リード棒45の先端部47aの外周面の一部には、複数(この例では2つ)の突起部(プロジェクション)48が軸方向に離間して形成されており、当該先端部47aが、積重部33における箔材の他面30b同士が対面する箇所において突起部48が箔材の他面30bに溶接されて電気的に接続されている。これにより、外部リード棒45の先端部47aにおける外周面の全周が箔材によって覆われた緩衝部35が形成され、外部リード棒の先端部47aが直接発光管10を構成するガラスと接触しない状態とされている。
各々の突起部48の大きさおよび突起部48の数は、特に限定されるものではないが、例えば、各々の突起部48の軸方向寸法が0.3〜0.7mm、幅方向の寸法が0.8〜2.0mmであり、突起部48の数は2〜5個である。
このような構成のものにおいても、上記と同様の効果が得られる。しかも、上述したように、外部リード棒45は、モリブデンまたはモリブデン合金により構成されていることから、例えばタングステン等に比して優れた加工性を有するものとなる。このため、突起部48の形成を容易に行うことができると共に、例えばバインダーを用いなくても、十分に高い溶接強度を得ることができ、従って、所期の電極マウントを容易に作製することができる、という付随的な効果が得られる。
このような電極マウントにおいては、ランプの製造工程における封止部を形成する過程において、箔材における外部リード棒45の先端面より突出して延びる部分がつぶされて、図9に示すように、外部リード棒45の内端面(先端面)を先端部46が箔材によって覆われた状態とされる。
さらにまた、本発明の高圧放電ランプは、封止部の一方または両方に口金が設けられた構成のものであってもよい。このような構成のものにおいては、通常例えば口金は発光管に対して接着剤によって固定される構成上、接着剤に含まれる水分によって外部リード棒の酸化が促進されやすくなる。然るに、緩衝部を有する構成とされることにより、シール部における外部リード棒の酸化に起因するクラックの発生や箔浮き現象の発生を抑制または防止することができる。
図1乃至図5に示す構成に従い、下記の仕様の高圧放電ランプを合計で30本作製した。
発光管(10)は、石英ガラスよりなり、発光部(11)の最大外径がφ13mm、発光部(11)の内容積が275mm3 、封止部の外径がφ8mm、軸方向長さが30mmのものである。
発光管(10)の発光部(11)内には、キセノンガスを静圧で2MPa封入した。
一方の電極(21)の電極本体(22)は、トリウムタングステンおよびタングステンよりなり、電極軸部(24)における最大外径がφ2mm、後端部(24a)の外径がφ0.8mm、電極軸部(24)の全長が5mmのものである。
他方の電極(26)は、トリウムタングステンおよびタングステンよりなり、電極頭部(27)の最大外径がφ3mm、電極頭部(27)の長さが18mm、電極軸部(28)における後端部(28a)の外径がφ0.8mm、電極軸部(28)の長さが6mmのものである。また、一方の電極(21)と他方の電極(26)との間の電極間距離が1.5mmである。
外部リード棒(45)は、セリウムが含有されたモリブデン合金よりなり、外径がφ0.8mm、全長が12mmのものである。
外部リード棒(45)に設けられたバインダー(41)は、線径がφ0.25mmのタンタル線材がコイル状に巻き回されて構成され、巻回数が2ターンで、バインダー加工が施された領域(溶接領域W)の大きさが1.5mmである。
封止用箔(30)は、軸方向寸法が20mm(電極軸部の後端から外部リード棒の先端までの長さが11mm)、幅方向寸法が4mm、厚みが0.025mmの短冊状の箔材よりなる。緩衝部(35)は、当該箔材の外端部が折り返されて微小間隙(S)が介在する状態で3重に重ね合わせられて構成され、積重部(33)の軸方向の長さが4mm(溶接領域Wを覆う状態)、微小間隙(S)の大きさが幅で0.01mmである。
また、供給電力を150W、200Wおよび300Wに変更したこと以外は上記と同様にして点灯消灯試験を行い、500回の電力供給のうち1回以上点灯しなかった高圧放電ランプの数を調べた。結果を表1に示す。
図11に示すように、外部リード棒(45)と封止用箔(30)との接合部において緩衝部を有さないことの他は実施例1に係る高圧放電ランプにおける電極マウントと同一の構成を有する電極マウント(20A)を用いたこと以外は実施例1に係る高圧放電ランプと同一の構成を有する比較用の高圧放電ランプを合計で30本作製した。これらの比較用の高圧放電ランプについて、実施例1と同様にして、点灯消灯試験を行った。結果を表1に示す。
これに対して、比較例1に係る比較用の高圧放電ランプにおいては、供給電力が75W、150W、200Wおよび300Wのいずれにおいても、定常点灯しないものがあり、これらの高圧放電ランプにおいては、いずれも、封止部における溶接部にクラックが発生していること、あるいは、箔浮きが生じていることが確認された。これは、比較用の高圧放電ランプにおいては、点灯、消灯による温度負荷が繰り返し作用されることで、外部リード棒とガラスとの熱膨張係数の差に起因する応力を、封止用箔自体の塑性変形のみによっては吸収することができなかったためであると考えられる。
11 発光部
12a 一方の封止部
12b 他方の封止部
20,20A 一方の電極マウント
21 一方の電極
22 電極本体
23 テーパ部
24 電極軸部
24a 後端部
25 他方の電極マウント
26 他方の電極
27 電極頭部
28 電極軸部
28a 後端部
30 封止用箔
30a 一面
30b 他面
31 第1湾曲部
32 第2湾曲部
33 積重部
34 延在部
35 緩衝部
38 緩衝用箔
40,41 バインダー
45 外部リード棒
46 先端部
47a 先端部
47b 本体部
48 突起部
S 微小空隙
W 溶接領域
Claims (3)
- 発光部の両端に封止部が形成されてなるガラス製の発光管と、この発光管における発光部の内部において当該発光管の管軸方向に沿って互いに対向して配置された一対の電極と、前記封止部の各々に埋設された封止用箔を介して当該電極と電気的に接続された、前記封止部の外部に突出する外部リード棒とを備えた高圧放電ランプにおいて、
前記外部リード棒はモリブデンまたはモリブデン合金からなり、
当該外部リード棒の少なくとも内端面を含む端部が箔材によって覆われてなる緩衝部を有することを特徴とする高圧放電ランプ。 - 前記緩衝部は、前記封止用箔を構成する箔材が折り返されて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の高圧放電ランプ。
- 前記外部リード棒と前記封止用箔は溶接されて接合されており、
前記緩衝部は、前記外部リード棒と前記封止用箔との溶接領域を覆う状態で形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高圧放電ランプ。
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