JP2017216145A

JP2017216145A - 放電ランプ

Info

Publication number: JP2017216145A
Application number: JP2016109079A
Authority: JP
Inventors: 祐司西岡; Yuji Nishioka; 俊祐佐藤; Shunsuke Sato; 畑瀬　和也; Kazuya Hatase; 和也畑瀬
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: JP6662203B2

Abstract

【課題】発光管に蓄積される熱ひずみを抑制可能な放電ランプの提供。【解決手段】放電ランプ１は、発光管１０と、発光管１０に包囲される放電空間２０と、電極芯４１が発光管１０の端部１２に封止された電極４０と、を備える。電極芯４１は、本体部４１１と、本体部４１１に連続し当該本体部４１１よりも軸方向から見た断面積が小さい細軸部４１２と、を備える。電極芯４１の発光管１０への封止部６０における放電空間２０側の端部が細軸部４１２である。【選択図】図２

Description

本発明は、放電ランプに関する。

広範囲の照明等に用いられるメタルハライドランプなどの放電ランプにおいて、熱ひずみを起因としたクラックが発光管に発生する場合がある。

従来では、クラックの発生を抑制するべく、発光管本体部のガラス管と封止部のガラス管とのつなぎ部から電極マウント先端部までの距離をＸ、該つなぎ部からガラスビーズの先端までの距離をＹと規定したとき、Ｘを５〜１５ｍｍの範囲内に収め、Ｙを０．５〜２．０ｍｍの範囲内に収めた放電ランプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１８５２６１号公報

しかし、上述した放電ランプにおいても、どうしても発光管に熱ひずみが蓄積してしまうのが実状であり、熱ひずみを極力蓄積させない放電ランプが望まれている。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発光管に蓄積される熱ひずみを抑制可能な放電ランプを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る放電ランプは、発光管と、発光管に包囲される放電空間と、電極芯が発光管の端部に封止された電極と、を備え、電極芯は、本体部と、本体部に連続し当該本体部よりも軸方向から見た断面積が小さい細軸部と、を備え、電極芯の発光管への封止部における放電空間側の端部が細軸部である。

発光管に蓄積される熱ひずみを抑制可能な放電ランプを提供することができる。

本実施形態に係る放電ランプ１の構成を示す概念図である。図１の放電ランプ１における一端部の断面構成を拡大して示す概念図である。本実施形態に係る放電ランプ１において、発光時における電極４０の各部位の温度を示すグラフである。図１の放電ランプ１に備わる電極４０の構成をＹ軸方向視で示す概念図である。図４の電極４０をＺ軸方向視で示す概念図である。変形例に係る電極４０Ａの構成をＹ軸方向視で示す概念図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る放電ランプについて説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、以下の各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

本発明者は、発光管の内面における電極の周囲と、電極の先端部（極頭）とが近いと、当該先端部からの熱が発光管の封止部に伝わりやすくなって、発光管の封止部に熱ひずみが蓄積してしまうことを見出した。

このため、本発明者は、まず、全体として等幅の電極芯の全長を長くすることで、発光管の封止部と、電極の先端部とを遠ざけ、電極から発光管の封止部に伝わる熱を低減することについて検討した。しかし、この場合、発光管内の端部付近（発光管内の最冷部）と電極の先端部との距離が大きくなって、最冷部の温度が過剰に低くなってしまう。最冷部の低温化は放電ランプの黒化を進行させてしまうので望ましくない。

次いで、本発明者は、放電ランプの黒化と、発光管の熱ひずみの蓄積との両者を抑制することのできる技術について鋭意検討した。これにより、本発明者は、電極芯を本体部と、当該本体部よりも断面積の小さい細軸部とを備える構成とし、電極芯の発光管への封止部における放電空間側の端部を細軸部とする点に着目した。細軸部は、本体部よりも断面積が小さいために、熱伝導率が大きくなって温度の低下も大きくなる。これにより、細軸部から発光管に伝わる熱を低減することができ、発光管に蓄積される熱ひずみが抑制されることになる。また、電極芯における細軸部が発光管内に封止されていると、電極芯自体を長くする必要がない。このため、電極の先端部と最冷部とが近づくことになり、最冷部の温度低下を抑えることができる。したがって、放電ランプの黒化を抑えることができる。

よって、本発明者は、この構成により発光管の黒化と、発光管に蓄積される熱ひずみとの両者を抑制することができることを見出した。

図１は、本実施形態に係る放電ランプ１の構成を示す概念図である。図２は、図１の放電ランプ１における一端部の断面構成を拡大して示す概念図である。

放電ランプ１は、例えば、高圧水銀蒸気中にメタルハライド（金属ハロゲン化物）を添加して、当該メタルハライドのアーク放電による発光を利用した、いわゆるメタルハライドランプである。

具体的には、放電ランプ１は、図１及び図２に示すように、発光管１０と、発光管１０に包囲される放電空間２０と、電極芯４１が発光管１０の端部１２に封止された電極４０とを備えている。電極４０の電極芯４１は、本体部４１１と、本体部４１１に連続し当該本体部４１１よりも軸方向（Ｘ軸方向）から見た断面積が小さい細軸部４１２と、を備えている。電極芯４１の発光管１０への封止部６０における放電空間２０側の端部が細軸部４１２である。本体部４１１と細軸部４１２との境界４１３が発光管１０の内面から露出した状態で細軸部４１２が発光管１０の端部に封止されている。

図３は、本実施形態に係る放電ランプ１において、発光時における電極４０の各部位の温度を示すグラフである。なお、図３では、本実施形態に係る電極４０に対応する温度変化は実線Ｌ１で示し、全体として断面積が均等な電極芯を有する電極（比較例）の温度変化は破線Ｌ２で示している。また、図３では、電極４０の各位置との対応関係を明確にするべく、電極４０を図示している。

破線Ｌ２に示すように、比較例の場合には、電極芯の先端から離れるにつれて温度変化は漸減している。他方、本実施形態の電極４０の場合には、境界４１３から急に温度が低下し、比較例よりも細軸部４１２の温度が低下していることが分かる。

このように、本実施形態に係る放電ランプ１は、電極芯４１における本体部４１１と細軸部４１２との境界４１３が発光管１０の内面から露出しているので、細軸部４１２から発光管１０に熱が伝達されることになる。細軸部４１２は、本体部４１１よりも断面積が小さいために、熱伝導率が大きくなって温度の低下も大きくなる。これにより、細軸部４１２から発光管１０に伝わる熱を低減することができ、発光管１０に蓄積される熱ひずみを抑制することができる。

また、電極芯４１における細軸部４１２が発光管１０内に封止されていると、電極芯４１自体を長くしなくとも熱ひずみ抑制効果を得ることができる。このため、電極芯４１の先端部と最冷部とが近づくことになり、最冷部の温度低下を抑えることができる。したがって、放電ランプ１の黒化を抑えることができる。

ここで、発光管１０は、筒状の本体部１１と、本体部１１よりも開口面積が小さい筒状の端部１２とを有している。本体部１１は、円筒状かつＸ軸方向に長尺の形状を有し、本体部１１の両端には中間部１３及び端部１２がそれぞれ設けられている。また、それぞれの端部１２は、円筒状の形状を有し、それぞれの中間部１３は、断面（例えばＸＺ平面での断面）において曲線状（円弧状）の外形を有している。また、発光管１０における端部側１２には、例えば、金膜またはシリカ膜からなる赤外線反射膜（保温膜）が全周に亘って形成されていてもよい。また、発光管１０の両端には、口金３０が取り付けられている。

発光管１０のそれぞれの端部１２には、電極芯４１の一端部を封止する封止部６０が設けられている。封止部６０は、封止前においては、発光管１０とは別体の石英ビーズ（挿入管）である。封止部６０は、封止時に加熱されることで溶融し、発光管１０と一体化して発光管１０の一部となる。このため、封止後においては、封止部６０の境界（図２に示す破線Ｌ）は、部分的に残存したり、全体としてなくなったりする場合もある。電極芯４１における封止部６０に封止される部分は、全体にわたって細軸部４１２である。また、封止部６０は、図２に示すように発光管１０の端部１２から内方に向けてはみ出していてもよいし、はみ出していなくてもよい。

図４は、図１の放電ランプ１に備わる電極４０の構成をＹ軸方向視で示す概念図である。図５は、図４の電極４０をＺ軸方向視で示す概念図である。

図４及び図５に示すように、一対の電極４０は、電極芯４１とコイル４２とをそれぞれ有している。電極芯４１は、タングステン等の耐熱性金属で構成された棒状体である。電極芯４１の本体部４１１は、円柱状に形成されており、その周囲にコイル４２が巻回されている。コイル４２は、電極芯４１の本体部４１１に巻回されたコイル体であり、タングステン等の耐熱性金属で構成されている。

電極芯４１の細軸部４１２は、本体部４１１に連結された連結部４１４と、連結部４１４に連続して延在する長尺部４１５とを備えている。連結部４１４は、細軸部４１２における本体部４１１側の端部である。この連結部４１４は、電極芯４１の基端側に向けて先細る形状となっており、その全周面が凹状に湾曲している。

このように、連結部４１４が凹状に湾曲しているので、本体部４１１から細軸部４１２にかけて断面積が急激に変化しない。したがって、本体部４１１と細軸部４１２との境界４１３で集中する応力を緩和することができ、電極芯４１自体の強度低下を抑えることができる。

細軸部４１２は、凹状に湾曲した部分（連結部４１４）から発光管１０内に封止されている。

このように、細軸部４１２が連結部４１４から発光管１０内に封止されているので、断面積が変化する部分で電極芯４１を発光管１０で封止することができ、安定した強度を確保することができる。

具体的には、長尺部４１５は、軸方向から見た断面形状が矩形状となっている。また、長尺部４１５は、図４に示すように全体として厚み（Ｚ軸方向の長さ）が均等であるが、図５に示すように幅（Ｙ軸方向の長さ）は基端に向けて徐々に先細る形状となっている。このように、細軸部４１２が徐々に先細る形状であるので、断面積が本体部４１１から離れるにつれて小さくなる。つまり、熱伝導率は、本体部４１１から離れるにつれて大きくなるので、より細軸部４１２の温度を低下させることができる。なお、本体部４１１の断面積に対する長尺部４１５の断面積の比は、０．９０以下であることが好ましい。

また、発光管１０内部には、緩衝ガス用の水銀と、主発光金属となる鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素とが封入され、さらに始動用の希ガスが封入される。ハロゲンは、例えば、ＦｅＩ_２、ＦｅＢｒ_２、ＨｇＩ_２、ＨｇＢｒ_２等の金属ハロゲン化物の形で発光管１０内に封入でき、水銀や鉄は金属ハロゲン化物や金属単体として封入でき、これらが適宜組み合わされて所定の量と比率になるように封入される。なお、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物が用いられるのが好ましい。また、希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ａｒ、Ｋｒ等を用いることができる。

このように、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物を用いるなど、臭素系封入物を用いると電極４０の温度が高くなる傾向にあるが、本発明によって、臭素系封入物を用いる場合でも、電極４０から発光管１０に伝導する熱を低減することができ、熱ひずみの蓄積を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、細軸部４１２が連結部４１４と長尺部４１５とを有する場合を例示して説明したが、連結部４１４がなくともよい。以下、連結部を備えない細軸部４１２ａについて図６を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６は、変形例に係る電極４０Ａの構成をＹ軸方向視で示す概念図である。具体的には、図６は図４に対応した図である。この図６に示すように、変形例に係る細軸部４１２ａは、連結部がなく長尺部４１５が本体部４１１に直接接続されている。これにより、本体部４１１と細軸部４１２ａとの境界部においては段状となる。

また、上記実施形態では、軸方向から見た長尺部４１５の断面形状が矩形状となっている場合を例示したが、長尺部４１５の断面形状は如何様でもよい。その他の断面形状としては、例えば、矩形以外の多角形状、円形状、楕円状、長円状などが挙げられる。

また、上記実施形態では、中間部１３は、断面（例えばＸＺ平面での断面）において曲線状（円弧状）の外形を有していることとしたが、当該断面において直線状や折れ線状の外形を有していることにしてもよい。

１放電ランプ
１０発光管
１１本体部
１２端部
１３中間部
２０放電空間
３０口金
４０、４０Ａ電極
４１電極芯
４２コイル
６０封止部
４１１本体部
４１２、４１２ａ細軸部
４１３境界
４１４連結部
４１５長尺部

Claims

発光管と、
前記発光管に包囲される放電空間と、
電極芯が前記発光管の端部に封止された電極と、を備え、
前記電極芯は、本体部と、前記本体部に連続し当該本体部よりも軸方向から見た断面積が小さい細軸部と、を備え、
前記電極芯の前記発光管への封止部における前記放電空間側の端部が前記細軸部である
放電ランプ。
前記本体部と前記細軸部との境界が前記発光管の内面から露出した状態で前記細軸部が前記発光管の前記端部に封止されている
請求項１に記載の放電ランプ。
前記電極芯における前記発光管の端部に封止される部分は全体にわたって前記細軸部である
請求項１または２に記載の放電ランプ。
前記細軸部における前記本体部側の端部が凹状に湾曲している
請求項１〜３のいずれか一項に記載の放電ランプ。
前記細軸部は、前記凹状に湾曲した部分から前記発光管内に封止されている
請求項４に記載の放電ランプ。
前記発光管には、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物が封入されている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電ランプ。