JP2014112531A - 発光管要素、発光管及び高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光管要素を接合して構成した発光管において、その接合部分に生じる応力集中を緩和する。
【解決手段】内部に放電空間Ｓが形成される発光管１００であって、それぞれ接合面３ｘ、４ｘを有する第１発光管要素３及び第２発光管要素４を互いに接合して形成されるものであり、各発光管要素３、４が、接合面３ｘ、４ｘを有する接合端部３１１、４１１に向かって厚さが漸増する肉厚増大部を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばセラミックメタルハライドランプ等の高圧放電ランプに用いられる発光管に関するものである。

従来の発光管としては、特許文献１に示すように、発光管を軸方向に直交する断面方向に２分割した第１発光管要素及び第２発光管要素を接合させて形成されたものがある。そしてこの発光管は、一般的に、第１発光管要素及び第２発光管要素の接合面の間に例えば接合用スラリーを塗布して接合し、その接合体を焼結することにより一体成形されている。なお、特許文献１には、接合用スラリーを用いずに強固な接合を得る方法として、第１発光管要素及び第２発光管要素に有機分散媒及びゲル化剤を含有させることが開示されている。

特許第４９２５３０３号

このように２分割した第１発光管要素及び第２発光管要素を接合させて発光管を形成する場合は、接合強度向上のため、接合させる接合面の面積（以下、接合面積）を大きくすることが好ましい。

しかしながら、接合面積を大きくするために発光管要素全体の厚みを大きくする場合は、コストがかかると共に発光管自体が高重量化するため好ましくない。また、接合端部の厚みのみを大きくする場合は、大きくした部分とそれ以外の部分との間に応力が集中し、クラックが発生しやすいという問題がある。

そこで本発明は、複数の発光管要素を接合して構成した発光管において、発光管要素の接合面積を大きくするとともに、接合端部とそれ以外の部分との間に生じる応力集中を緩和することをその主たる課題とするものである。

本発明者は、鋭意検討の結果、第１発光管要素及び第２発光管要素の接合強度を向上させるべく、図６に示すように、第１発光管要素１１及び第２発光管要素１２の接合端部１１１、１２１の厚みを大きくして、接合面の面積を大きくすることを検討した。

しかしながら、上記の構成では、接合端部１１１、１２１とそれ以外の部分との間に角部１１２、１２２が形成されているため、この角部１１２、１２２に応力集中が生じてしまい、発光管にクラックが発生したり、破損したりする恐れがある。この問題は、近年、高出力化が望まれている高圧放電ランプに用いられる発光管において特に顕著になると考えられる。

具体的に、高出力（高ワット）の高圧放電ランプは、ランプ点灯中の発光管動作温度を最適化するために、低出力（低ワット）の高圧放電ランプよりも電極間長を長くする必要がある。このため、高出力の高圧放電ランプは、特に水平点灯時にアークの湾曲を生じやすく、湾曲したアークの接近による急激な温度変化によって、前記角部１１２、１２２に応力集中が生じやすくクラックが発生しやすいことを見出した。本発明は当該知見に基づいて完成するに至ったものである。

すなわち本発明は、内部に放電空間が形成される発光管に用いる発光管要素であって、前記発光管要素は他の発光管要素と接合する接合面を有する接合端部を備えており、かつ、前記接合端部に向かって厚さが漸増する肉厚増大部を有していることを特徴とする。
尚、前記厚さが漸増する肉厚増大部は、前記接合端部に向かって連続的に厚さが大きくなるもの、一部分に厚さが実質的に変わらない部分を有するもの、波形状部分を有するもの等が含まれる。
尚、特表２００４−５１９８２０号公報に記載されているような、複数の発光管要素の接合面を加熱、圧縮して接合する場合に生じる接合境界面近傍の軟化による生じる材料の膨らみ部分は、本願の前記肉厚増大部に含むものではない。

このようなものであれば、各発光管要素が接合端部に向かって厚さが漸増する肉厚増大部を有しているので、接合端部及び当該接合端部以外の発光管要素部分は、接合端部に向かって厚さが漸増する肉厚増大部を介して繋がっているので、接合端部と当該接合端部以外の発光管要素部分が直接繋がっている場合に比べて、接合端部と接合端部以外の発光管要素部分との間にできる角部を小さくすることができるので、このような発光管要素を接合して構成した発光管を高圧放電ランプに用いても応力集中を緩和することができる。また、応力集中を緩和する構造としながらも、接合端部の厚みを大きくすることができるため、各発光管要素同士の接合強度を向上させることができる。

放電空間側である前記肉厚増大部の内面と前記接合端部の内面とが連続しており、非放電空間側である前記肉厚増大部の外面と前記接合端部の外面とが連続していることを特徴とする。
このようなものであれば、肉厚増大部と接合端部との間に角部がなくなるので、さらに応力集中を緩和することができる。

前記接合端部が、円筒状をなし、前記発光管要素の内径側及び外径側に突出して形成されたものであり、前記肉厚増大部が、前記接合端部に向かうに連れて、前記断面方向の内径が連続的に小さくなる内側傾斜面を有するとともに、前記断面方向の外径が連続的に大きくなる外側傾斜面を有することが望ましい。
これならば、接合端部の厚さを内径側及び外径側に増すことができ、接合面の面積を大きくすることができる。この場合であっても、各発光管要素の内径側及び外径側の角部を無くして滑らかな形状とすることができ、応力集中を緩和することができる。

前記接合端部が、円筒状をなし、前記発光管要素の外径側に突出して形成されたものであり、前記肉厚増大部が、前記接合端部に向かうに連れて、前記断面方向の外径が連続的に大きくなる外側傾斜面を有することが望ましい。
これならば、接合端部及びその近傍において、軸方向に沿った内面を平坦面とすることができ、発光管の内面側で生じる応力集中をより一層緩和することができる。つまり、接合面同士を接合することにより形成される凸構造を無くすことができ、発光管の内面側で生じる応力集中をより一層緩和することができる。

前記接合端部が、前記接合面に向かって厚さが漸増していることが望ましい。具体的には、前記接合面に向かうに連れて厚さが連続的に大きくなる形状を有していることが望ましい。
これならば、接合面に至るまで滑らかな形状とすることができ応力集中をより一層緩和することができる。

前記発光管要素が透光性セラミック製であることが望ましい。
このようなものであれば、透光性セラミック製放電管要素を高圧放電ランプに用いても、応力集中によるクラックを防止することができる。

前記に記載の発光管要素を複数接合して内部に放電空間が形成された発光管とすることが望ましい。
このようなものであれば、各発光管要素が接合端部に向かって厚さが漸増する肉厚増大部を有しているので、接合端部及び当該接合端部以外の発光管要素部分は、接合端部に向かって厚さが漸増する肉厚増大部を介して繋がっているので、接合端部と当該接合端部以外の発光管要素部分が直接繋がっている場合に比べて、接合端部と接合端部以外の発光管要素部分との間にできる角部を小さくすることができ、応力集中を緩和することができる。また、応力集中を緩和する構造としながらも、接合端部の厚みを大きくすることができるため、複数の発光管要素の接合強度を向上させることができる。

同一形状、同一寸法の前記に記載の発光管要素を２個接合して内部に放電空間が形成された発光管であることが望ましい。
このようなものであれば、同一形状、同一寸法の前記発光管要素を２個接合するだけで、応力集中を緩和することができる発光管をつくれる。

前記発光管の内部にメタルハライドが封入されており、セラミックメタルハライドランプに用いるのが望ましい。
このようなものであれば、前記発光管をセラミックハライドランプに用いても、応力集中によるクラックを防止することができる。

前記に記載の発光管を高圧放電ランプに用いるのが望ましい。
これならば、前記発光管を高出力（高ワット）の高圧放電ランプに用いても応力集中によるクラックの発生を防止することができる。

このように構成した本発明によれば、複数の発光管要素を接合して構成した発光管において、各発光管要素が、接合面を有する接合端部に向かって厚さが漸増しているので、接合端部及びその接合端部以外の部分との境界に応力集中が生じにくくなり、接合部分に生じる応力集中を緩和することができる。

本実施形態の発光管の構成を模式的に示す部分破断断面図。 同実施形態における接合前の各発光管要素を示す断面図。 同実施形態における接合部分の部分拡大断面図。 変形実施形態の発光管の構成を模式的に示す部分破断断面図及び部分拡大断面図。 変形実施形態の発光管の構成を模式的に示す部分破断断面図及び部分拡大断面図。 従来の発光管の構成を模式的に示す部分破断断面図及び部分拡大断面図。

以下に本発明に係る発光管の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の発光管１００は、例えば透光性アルミナセラミック等の透光性セラミックにより形成され、内部に発光物質として金属ハロゲン化物が充填されるものであり、セラミックメタルハライドランプに用いられるものである。特に本実施形態の発光管１００は、例えば６８０Ｗ等の高出力のセラミックメタルハライドランプに好適に用いられるものである。なお、ここでいう透光性とは、発生した可視光を透過して外部に発光できる程度に光透過性であることをいう。

具体的にこの発光管１００は、図１に示すように、放電空間Ｓを形成する直管状の本管部２１及びこの本管部２１の軸方向両端部に設けられた直管状の細管部２２ａ、２２ｂを備えている。また、本管部２１の内部に形成される放電空間Ｓには、始動用希ガス、金属ハロゲン化物及び水銀（いずれも不図示）が封入されるとともに、一対の電極構造体（不図示）の先端部が対向配置されている。なお、電極構造体は、発光管１００の細管部２２ａ、２２ｂに挿入されており、先端部が発光管１００の本管部２１内部で対向配置され、基端部が細管部２２ａ、２２ｂの外部に延出している。

本実施形態の発光管１００は、図１及び図２に示すように、それぞれ接合面３ｘ、４ｘを有する第１発光管要素３及び第２発光管要素４を互いに接合して形成されている。

例えば、６８０Ｗの高出力セラミックメタルハライドランプの場合、第１発光管要素３及び第２発光管要素４は、発光管１００をその軸方向に直交する断面方向に２等分割した回転体形状を有するものであり、前記本管部２１を構成する本管部形成部３１、４１と、前記細管部２２ａ、２２ｂを構成する細管部形成部３２、４２とを有する。ここで、本実施形態の本管部形成部３１、４１の外径は５９ｍｍであり、細管部形成部３２、４２の外径は２７ｍｍであり、第１発光管要素３及び第２発光管要素４の接合後の全長（発光管１００の全長）は１１３ｍｍである。

各発光管要素３、４の本管部形成部３１、４１において、前記細管部形成部３２、４２とは反対側の端部には接合端部３１１、４１１が形成されている。この接合端部３１１、４１１は、概略円筒状をなすものであり、その自由端面が接合面３ｘ、４ｘとなる。なお、本実施形態の接合端部３１１、４１１は、本管部形成部３１、４１から径方向内側及び径方向外側に突出して形成されている。本実施形態では、接合端部３１１、４１１の厚さは１．３ｍｍ程度であり、本管部形成部３１、４１において後述する肉厚増大部３１２、４１２を除いた他の部分の厚さは１ｍｍである。このように接合端部３１１、４１１が形成されており、接合面３ｘ、４ｘの面積を大きくすることができる。

その他、３６０Ｗの高出力セラミックハライドランプの場合は、前記本管部形成部３１、４１の外径は４１ｍｍ、細管部形成部３２、４２の外径は２１ｍｍ、第１発光管要素３及び第２発光管要素４の接合後の全長（発光管１００の全長）は８３ｍｍとすることができ、接合端部３１１、４１１の厚さは１．２ｍｍ程度であり、本管部形成部３１、４１において後述する肉厚増大部３１２、４１２を除いた他の部分の厚さは１ｍｍとすることができる。

そして、この本管部形成部３１、４１は、図２及び図３に示すように、接合端部３１１、４１１に向かって厚さが漸増する肉厚増大部３１２、４１２を有している。この肉厚増大部３１２、４１２は、各発光管要素３、４の接合面３ｘ、４ｘを中心として、左右両側に例えば１８ｍｍ程度の所定位置から接合端部３１１、４１１に向かって形成されている。具体的には、図３に示すように、肉厚増大部３１２、４１２が、接合端部３１１、４１１に向かうに連れて、各発光管要素３、４の軸方向に直交する断面方向の内径が連続的に小さくなる内側傾斜面３１２ｍ、４１２ｍを有するとともに、各発光管要素３、４の軸方向に直交する断面方向の外径が連続的に大きくなる外側傾斜面３１２ｎ、４１２ｎを有する。これにより、肉厚増大部３１２、４１２は、接合端部３１１、４１１に向かうに連れて連続的に厚さが大きくなり、且つ角部を有さない形状となる。本実施形態では、接合端部３１１、４１１の厚さが１．３ｍｍ程度であり、肉厚増大部３１２、４１２は、肉厚増大部３１２、４１２を除いた部分の厚さ（１ｍｍ）から徐々に厚くなり、接合端部３１１、４１１に連続する部分の厚さが１．３ｍｍ程度となる。

内側傾斜面３１２ｍ、４１２ｍは、接合端部３１１、４１１に向かうに連れて漸次縮径するテーパー状内側周面であり、外側傾斜面３１２ｎ、４１２ｎは、接合端部３１１、４１１に向かうに連れて漸次拡径するテーパー状外側周面である。

前記内側傾斜面３１２ｍ、４１２ｍは、前記接合端部３１１、４１１の内側周面３１１ｍ、４１１ｍと連続しており、前記外側傾斜面３１２ｎ、４１２ｎは、前記接合端部３１１、４１１の外側周面３１１ｎ、４１１ｎと連続しており、発光管１００における接合部分は段差の無い形状となる。

このように構成した本実施形態に係る発光管１００によれば、各発光管要素３、４が肉厚増大部３１２、４１２を有し、この肉厚増大部３１２、４１２の内面３１２ｍ、４１２ｍが接合端部３１１、４１１の内面３１１ｍ、４１１ｍと連続し、肉厚増大部３１２、４１２の外面３１２ｎ、４１２ｎが接合端部３１１、４１１の外面３１１ｎ、４１１ｎと連続しているので、接合端部３１１、４１１及び当該接合端部３１１、４１１以外の発光管要素部分との間に角部を無くして滑らかな形状とすることができ、応力集中を緩和することができる。また、応力集中を緩和する構造としながらも、接合端部３１１、４１１の厚みを大きくすることができるため、第１発光管要素３及び第２発光管要素４の接合強度を向上させることができる。このように本実施形態の発光管１００は、接合強度を向上させつつ応力集中が緩和された形状を有するため、例えば６８０Ｗを超える高出力のセラミックメタルハライドランプに好適に用いることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、接合端部３１１、４１１が軸方向に平行な内面及び外面を有するものであったが、図４に示すように、接合端部３１１、４１１が、前記内側傾斜面３１２ｍ、４１２ｍ及び外側傾斜面３１２ｎ、４１２ｎに連続し、且つ、接合面３ｘ、４ｘに向かうに連れて連続的に厚さが大きくなり、角部を有さないようにしても良い。つまり、肉厚増大部と接合端部との境界がなく、一体となったものとしても良い。

具体的には接合端部３１１、４１１の内面が、軸方向に直交する断面方向の内径が連続的に小さくなる内側傾斜面であり、接合端部３１１、４１１の外面が、軸方向に直交する断面方向の外径が連続的に大きくなる外側傾斜面である。そして、接合端部３１１、４１１の内側傾斜面３１１ｍ、４１１ｍが、前記肉厚増大部３１２、４１２の内側傾斜面３１２ｍ、４１２ｍと連続するとともに同一の勾配を有し、接合端部３１１、４１１の外側傾斜面３１１ｎ、４１１ｎが、前記肉厚増大部３１２、４１２の外側傾斜面３１２ｎ、４１２ｎと連続するとともに同一の勾配を有する。つまり、各発光管要素３、４が、接合面３ｘ、４ｘに向かうに連れて厚さが漸増するものである。

また、前記実施形態では、接合端部３１１、４１１が、各発光管要素３、４の側壁の内径側及び外径側に突出して形成されたものであったが、図５に示すように、発光管要素３、４の側壁の外径側に突出して形成されたものであっても良い。これならば、接合端部３１１、４１１及びその近傍において、軸方向に沿った断面の内面を平坦面とすることができ、発光管１００の内面側で生じる応力集中をより一層緩和することができる。つまり、接合面３ｘ、４ｘ同士を接合することにより形成される凸構造を無くすことができ、発光管１００の内面側で生じる応力集中をより一層緩和することができる。

さらに、前記実施形態では、断面直線状をなす傾斜面であったが、断面湾曲状をなす傾斜面であっても良い。

さらに、前記実施形態では、発光管をその軸方向に直交する断面方向に２等分割した回転形状を有する第１発光管要素と第２発光管要素を接合するものであったが、３分割、４分割したものであっても良いし、本管部と細管部を分割するものであっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・発光管
Ｓ・・・放電空間
２１・・・本管部
２２ａ、２２ｂ・・・細管部
３・・・第１発光管要素
３ｘ・・・接合面
３１１・・・接合端部
３１２・・・肉厚増大部
３１２ｍ・・・内側傾斜面
３１２ｎ・・・外側傾斜面
４・・・第２発光管要素
４ｘ・・・接合面
４１１・・・接合端部
４１２・・・肉厚増大部
４１２ｍ・・・内側傾斜面
４１２ｎ・・・外側傾斜面

Claims (10)

1. 内部に放電空間が形成される発光管に用いる発光管要素であって、
   前記発光管要素は、他の発光管要素と接合する接合面を有する接合端部を備えており、且つ、前記接合端部に向かって厚さが漸増する肉厚増大部を有している発光管要素。
2. 放電空間側である前記肉厚増大部の内面と前記接合端部の内面とが連続しており、非放電空間側である前記肉厚増大部の外面と前記接合端部の外面とが連続している発光管要素。
3. 前記接合端部が、円筒状をなし、前記発光管要素の内径側及び外径側に突出して形成されたものであり、
   前記肉厚増大部が、前記接合端部に向かうに連れて、前記断面方向の内径が連続的に小さくなる内側傾斜面を有するとともに、前記断面方向の外径が連続的に大きくなる外側傾斜面を有する請求項１又は２記載の発光管要素。
4. 前記接合端部が、円筒状をなし、前記発光管要素の外径側に突出して形成されたものであり、
   前記肉厚増大部が、前記接合端部に向かうに連れて、前記断面方向の外径が連続的に大きくなる外側傾斜面を有する請求項１又は２記載の発光管要素。
5. 前記接合端部が、前記接合面に向かって厚さが漸増している請求項１乃至４の何れか一項に記載の発光管要素。
6. 前記発光管要素が透光性セラミックス製である請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光管要素。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光管要素を複数接合して内部に放電空間が形成された発光管。
8. 同一形状、同一寸法の請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光管要素を２個接合して内部に放電空間が形成された発光管。
9. 前記発光管の内部にメタルハライドが封入されており、
   セラミックメタルハライドランプに用いられるものである請求項７又は８記載の発光管。
10. 請求項７乃至９の何れか一項に記載の発光管を用いた高圧放電ランプ。