JP2017216158A

JP2017216158A - ロングアーク型放電ランプ

Info

Publication number: JP2017216158A
Application number: JP2016109407A
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

Abstract

【課題】発光管に蓄積される熱ひずみを抑制可能なロングアーク型放電ランプの提供。【解決手段】ロングアーク型放電ランプ（放電ランプ１）は、石英ガラス製の発光管１０と、発光管１０に包囲される放電空間２０と、発光管１０の内方に配置され、一端部が発光管１０の端部１２に封止された電極４０と、を備える。発光管１０における電極４０の周囲には、放電空間２０と連通し、端部１２の発光管１０内部方向の面と電極４０の側面とに接する凹部５０が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ロングアーク型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、上述した特許文献１に記載の技術をロングアーク型放電ランプに適用したとしても、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ロングアーク型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ロングアーク型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ロングアーク型放電ランプは、石英ガラス製の発光管と、発光管に包囲される放電空間と、発光管の内方に配置され、一端部が発光管の端部に封止された電極と、を備え、発光管における電極の周囲には、放電空間と連通し、端部の発光管内部方向の面と電極の側面とに接する凹部が形成されている。

発光管に蓄積される熱ひずみを抑制可能なロングアーク型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。図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ切断線を含む切断面を見た概念図である。本実施形態に係る放電ランプ１において、凹部５０の深さＬと熱ひずみとの関係を示すグラフである。本実施形態に係る放電ランプ１において、凹部５０の断面積とＵＶ強度との関係を示すグラフである。変形例１に係る凹部５０Ａの断面形状を示す概念図である。変形例２に係る凹部５０Ｂの断面形状を示す概念図である。

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に伝わりやすくなって、発光管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、発光管の内面における電極の周囲と、電極の先端部とを遠ざけることで、当該先端部からの熱が発光管に伝わりにくくする点に着目した。つまり、発光管の内面における電極の周囲に、放電空間と連通し、発光管の端部の発光管内部方向の面と電極の側面とに接する凹部形成を形成することで、電極のコイルと、発光管の内面における電極の周囲（凹部の底面）とを遠ざける。これにより、発光管に伝わる熱を抑えることができ、熱ひずみの蓄積を抑制することができる。

よって、本発明者は、この構成により発光管に蓄積される熱ひずみ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。図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ切断線を含む切断面を見た概念図である。

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。ここで、放電ランプには、ショートアーク型放電ランプと、ロングアーク型放電ランプとがある。ショートアーク型放電ランプは、電極間距離が１〜１０ｍｍ程度で、一般に超高圧力のアークランプである。ロングアーク型放電ランプは、ショートアーク型放電ランプよりも電極間距離が長く、アークが発光管全体に広がって、それによって安定化する一般に高圧力のアークランプである。本実施形態に係る放電ランプ１は、ロングアーク型放電ランプである。

具体的には、放電ランプ１は、図１〜図３に示すように、石英ガラス製の発光管１０と、発光管１０に包囲される放電空間２０と、発光管１０の内方に配置され、一端部が発光管１０の端部１２に封止された電極４０と、を備えている。発光管１０の内面における電極４０の周囲には、放電空間２０と連通し、端部１２の発光管１０内部方向の面と電極４０の側面とに接する凹部５０が形成されている。凹部５０の深さＬは、４ｍｍ以下である。ここで、凹部５０の深さＬとは、電極４０の軸方向（Ｘ軸方向）における凹部５０の奥側の端部から凹部５０の開放端までの距離である。また、深さＬは２ｍｍ以上であると好ましい。本実施形態では、電極４０の全周に沿った環状の凹部５０を例示している。しかし、凹部５０は、電極４０の軸方向に沿って、電極４０の他端部側を開放させていれば、その形状は如何様でもよい。例えば、周方向に間欠的に形成された複数の凹部であっても、軸方向に沿う一本の凹部であってもよい。

図４は、本実施形態に係る放電ランプ１において、凹部５０の深さＬと熱ひずみとの関係を示すグラフである。図４に示すように、深さＬが短いと発光管１０に蓄積される熱ひずみが大きくなり、深さＬが長いと発光管１０に蓄積される熱ひずみが小さくなることが分かる。このため、熱ひずみが蓄積したとしても発光管１０にあまり影響をあたえないように、深さＬを２ｍｍ以上としている。また、深さＬが大きすぎると電極４０が発光管１０に対して安定して固定されないおそれもあるため、深さＬを４ｍｍ以下としている。

このように、本実施形態に係る放電ランプ１は、電極４０の全周に沿うように、発光管１０の内面に形成された環状の凹部５０の深さＬが２ｍｍ以上、４ｍｍ以下であるので、電極４０から発光管１０に伝わる熱を小さくすることができ、発光管１０に蓄積される熱ひずみも抑制することができる。特に、発光管１０の材質として、セラミックスを用いた場合においても熱ひずみの問題は生じるものの、本実施形態のように石英ガラスを用いた場合の方が、熱ひずみにより生じる割れ等の顕著な問題が発生しやすい。このため、上記の構成によって石英ガラス製の発光管１０に対する熱ひずみを好適に抑制することができる。

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１２側には、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。

また、本体部１１の両端に設けられた一対の電極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円柱状体である。コイル４２は、電極芯４１の先端部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。

なお、ロングアーク型放電ランプの特徴として、一対の電極４０は、発光管１０の長手方向の中心を基準として対称となる形状となっている。また、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Ｌ１）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。封止後においては、この封止部６０に相当する部位に凹部５０が形成されている。

図２及び図３に示すように、電極４０における発光管１０に封止される部位（電極芯４１）は円柱状である。凹部５０は、電極芯４１と同軸の円環状である。電極芯４１の外径をＤとし、凹部５０の外径をＤ１とすると式（１）の関係が満たされている。

Ｄ＋０．２ｍｍ≦Ｄ１≦Ｄ＋０．５ｍｍ・・・（１）

凹部５０の外径Ｄ１がＤ＋０．２ｍｍよりも小さいと、電極芯４１と発光管１０とが近づきすぎて、凹部５０があったとしても熱ひずみを蓄積してしまう。また、凹部５０の外径Ｄ１がＤ＋０．５ｍｍよりも大きいと、凹部５０内に金属封入物が侵入しやすくなってしまう。このように式（１）の関係を満たしているので、この凹部５０内に金属封入物を侵入させにくくすることができる。したがって、凹部５０内の金属封入物を起因としたＵＶ強度の低下を抑制することができる。

また、電極４０の軸方向に直交する方向から見た凹部５０の断面積は、１．００ｍｍ^２以下である。また、凹部５０の断面積は０．０８ｍｍ^２以上であることが好ましい。

図５は、本実施形態に係る放電ランプ１において、凹部５０の断面積とＵＶ強度との関係を示すグラフである。図５に示すように、凹部５０の断面積が１．００ｍｍ^２よりも大きくなるとＵＶ強度が急激に低下してしまう。また、凹部５０の断面積が０．００８ｍｍ^２よりも小さいと、電極芯４１と発光管１０とが近づく部分が発生し、凹部５０があったとしても熱ひずみを蓄積してしまう。凹部５０の断面積が、０．０８ｍｍ^２以上、１．００ｍｍ^２以下であるので、凹部５０内に金属封入物を侵入させにくくすることができる。したがって、凹部５０内の金属封入物を起因としたＵＶ強度の低下を抑制することができる。

また、図２に示すように、凹部５０をなす発光管１０の内周面１８は、凸状に湾曲した湾曲面である。

このように、凹部５０をなす発光管１０の内周面１８が凸状に湾曲した湾曲面であるので、内周面１８を平面とする場合と比べても簡単に形成することができる。

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、湾曲面である内周面１８によって凹部５０が形成されている場合を例示して説明したが、凹部の形状は如何様でもよい。凹部の具体的な変形例として、図６及び図７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１に係る凹部５０Ａの断面形状を示す概念図である。具体的には、図６は図２に対応した図である。この図６に示すように、変形例１に係る凹部５０Ａは、電極４０の他端側から一端側に向けて先細るテーパー面である内周面１８ａによって形成されている。

図７は、変形例２に係る凹部５０Ｂの断面形状を示す概念図である。具体的には、図７は図２に対応した図である。この図７に示すように、変形例２に係る凹部５０Ｂは、電極芯４１の軸方向に平行な内周面１８ｂと、軸方向に直交する内底面１８ｃとによって形成されている。

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
１８、１８ａ，１８ｂ内周面
１８ｃ内底面
２０放電空間
３０口金
４０電極
４１電極芯（封止される部位）
４２コイル
５０、５０Ａ、５０Ｂ凹部
６０封止部

Claims

石英ガラス製の発光管と、
前記発光管に包囲される放電空間と、
前記放電空間に配置され、前記発光管の端部に封止された電極と、を備え、
前記発光管には、前記放電空間と連通し、前記端部の前記放電空間方向の面と前記電極の側面とに接する凹部が形成されている
ロングアーク型放電ランプ。
前記凹部の深さは、４ｍｍ以下である
請求項１に記載のロングアーク型放電ランプ。
前記電極における前記発光管に封止される部位は、円柱状であり、
前記凹部は、前記部位と同軸の円環状であり、
前記部位の外径をＤとし、前記凹部の外径をＤ１とすると式（１）の関係を満たす
請求項１または２に記載のロングアーク型放電ランプ。
Ｄ＋０．２ｍｍ≦Ｄ１≦Ｄ＋０．５ｍｍ・・・（１）
前記凹部をなす前記発光管の内周面は、凸状に湾曲した湾曲面である
請求項１〜３のいずれか一項に記載のロングアーク型放電ランプ。
前記電極の軸方向に直交する方向から見た前記凹部の断面積は、１．００ｍｍ^２以下である
請求項１〜４のいずれか１項に記載のロングアーク型放電ランプ。
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項に記載のロングアーク型放電ランプ。