JP4385495B2 - 高圧放電ランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧放電ランプ、特には、発光管に透光性セラミック管が使用された高圧放電ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、いわゆる従来技術ではないが、本願発明者らが従来の高圧放電ランプの問題点を解決する為に創り出した高圧放電ランプの発光管の概略構造を示す断面図、図８は図７に示す発光管端部の拡大断面図である。この発光管は、特に、セラミック製のスリーブ７を備えている点で従来のものとは異なるものである。
【０００３】
図において発光管を構成する本管１は透光性セラミック管で、その両端部は本管１と同じ材質からなるセラミックの細管２を有している。電極コイル３および電極極芯５を保持した電気導入体６および９とセラミック細管２とはセラミック製のスリーブ７を介して耐ハロゲン性の封着ガラス１０で気密封止されている。電気導入体９はニオブのような熱膨張率がセラミックのそれとよく近似した材料からなり、電気導入体６はモリブデンやサーメットのような耐ハロゲン性を有する材料で構成されている。電気導入体６の一方は電極極芯５と、他方は電気導入体９とそれぞれ突き合わせ溶接されている。電気導入体９のセラミックスリーブ７を介して細管２に挿入された部分および電気導入体６の電気導入体９との突き合わせ接合部および電気導入体６の一部は耐ハロゲン性を有する封着ガラス１０で覆われている。
【０００４】
このように構成された発光管において、本管１内における電極コイル３の位置はランプ特性を決める重要な因子である。電極コイル３が本管１内に長く突き出していると、電極後方の温度が上がりにくく、突き出しが短いと逆に電極後方の温度は上がり過ぎる。発光管内に封入した水銀、メタルハライドなどの充填物はランプ動作時電極後方に溜まっているので、この部分の温度が変わると充填物の蒸気圧に影響を与え、その結果ランプ特性は大きく変化する。従って電極コイル３の本管内での位置決めは正確でなければならない。一般には電極コイル３の本管内での位置決めは電気導入体９の細管２内に差し込む長さを一定にすることで制御している。
【０００５】
このような目的で電気導入体９に突起部１３を設ける。封着ガラスを用いたろう付け工程は一般には融けた封着ガラスが重力で下に流れるように、封着ガラスを上にして発光管を垂直に立てた状態で行われる。このとき電気導入体９に設けられた突起部１３が細管２の端部に当たり、本管内の電極位置は正確に位置決めされる。このように電気導入体に設けた突起部により、電極の位置決めをするように構成した例は、例えば特開平１０−３１２７５１号公報にも開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような電気導入体に突起部を設けた構造には以下のような問題があった。すなわち、突起の形成が難しいことと、突起形成部において電気導入体が弱くなりやすいという問題である。例えば、突起を一体に形成することは可能であるが、加工に手間を要する為、電気導入体に短い線材を交差するように溶接して突起を形成する方法がある。しかしながら、線材は細くその位置決めが難しい。また、電気導入体はリード線としての役割の他に発光管の支持体としての役目も兼ねているのであるが、線材を交差するように溶接する場合、溶接の際に電気導入体が変形を起こしやすく、この部分が発光管端部の電気導入体付け根の応力の集中し易い部分である為に、この部分が破損しやすくなってしまう。
【０００７】
また、電気導入体はろう付け工程中に高温で溶融した封着ガラスと反応して脆くなり、ろう付け工程以降のランプ製造工程中やランプ完成品の取り扱い時に電気導入体に機械的応力が加わると電気導入体の脆くなった部分で折損するという不具合が発生する。特に消費電力の大きいランプの発光管は重量が大きいのでこのような不具合の発生する確率が高くなる。
【０００８】
本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは特に消費電力の大きいランプにも適用可能で、ランプ特性のバラツキの低減と、電気導入体の折損の防止を可能にできる構造を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願発明は、発光管として本管とその両端に前記本管より小径の細管を有する透光性セラミック管が用いられ、前記細管に挿通された電気導入体が封着材で気密的に発光管端部に固定された封着部を備え、前記電気導入体の発光管中央側に電極が接続され、前記発光管内にイオン化可能な充填物が封入された発光管が外管内部に備えられた高圧放電ランプであって、前記電気導入体の前記発光管外側部分にのみ、ニオブ、タンタル、ニオブ合金またはタンタル合金からなる棒状体が前記電気導入体に平行に重ねて付設され、前記棒状体の端部が前記細管端部に当接されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このような構造とすることにより、例えば、電気導入体を２本使ったことと同じになり、電気導入体を簡単に補強することが出来、折損を防止することが出来る。また、棒状体を付設することにより、付設端に段差が形成される為、これを位置決め手段として利用することが出来る。そして、棒状体を電気導入体に平行に重ねて付設する場合、例えば、端部から離れた位置での溶接で固定することが可能であるので、位置決めが容易であり、さらに、発光管端部の電気導入体付け根部分の強度を低下させてしまうこともない。
【００１１】
上記棒状体としては、種々の形状、材質のものを用いることが可能であるが、例えば線材を用いるのが簡便である。特に、形状としては、端部が偏平形状となっているもの、Ｌ字形状となっているものを用い、発光管側端部側にこの部分を配置するようにするのが好ましい。
【００１２】
すなわち、棒状体の発光管側端部の形状が、偏平形状であるもの、棒状体の発光管側端部の形状が、Ｌ字形状であるものが好ましい。棒状体の端部形状を扁平形状、Ｌ字形状とすることで、発光管端部に確実に当たり、位置決めがより正確に出来るようになる。特に、径の大きな細管を備えた構造の場合のように発光管端部の封着部径が大きくなる場合には、効果的である。
【００１３】
また、本願発明に係る高圧放電灯において、発光管として本管とその両端に前記本管より小径の細管を有する透光性セラミック管が用いられ、前記細管を挿通して該細管の発光管外方端部において電気導入体が封着材で気密的に固定され、棒状体の端部が細管端部に当接されている。
【００１４】
さらに、上記のように、細管を備えた構造の場合、細管の内径をＡ（ｍｍ）、電気導入体の径をＢ（ｍｍ）、棒状体の径をＣ（ｍｍ）としたとき、Ａ、ＢおよびＣの間に
Ｃ≧（（Ａ−Ｂ）／２）＋０．２
の関係が成立するように構成するのが好ましい。
【００１５】
このように径を限定することによって、電気導入体と棒状体との溶接により、棒状体に変形が起こったとしても、電極位置がバラツクことがなく、従ってランプ特性のバラツキを低減できる。
【００１６】
棒状体の材質としては、ニオブ、タンタル、ニオブ合金またはタンタル合金を用いる。
【００１７】
このような材質を用いることによって、棒状体はセラミックの線膨張率とよく近似したニオブ、タンタル、ニオブ合金またはタンタル合金により構成されるから、棒状体、電気導入体、封着ガラスおよびセラミック細管とのそれぞれ線膨張率の違う材料の組み合わせに起因する熱応力が原因で発生する封止部リークが防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本願発明の実施形態を示すことにより、さらに本願発明について詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本願発明の第１の実施形態である高圧放電ランプの発光管の概略構造断面図、図２はこの発光管の端部拡大断面図である。透光性アルミナ管からなる発光管は中央部の本管１とその両端に取り付けられた本管１よりも小径の細管２とから構成されている。細管２の発光管外側端部における内部には電極極芯５に接続した電気導入体６，９がセラミックスリーブ７を介して封着ガラス１０により気密的に固定されている。電気導入体９には電極位置決めピンの役割を兼ねる棒状体８が溶接により付設されている。棒状体８は、ロウ付け時に棒状体８を細管２の端部に当てることにより電極の位置を正確に決める役割をする。
【００１９】
棒状体８は電気導入体９と平行にして数カ所で電気溶接により固定する。棒状体８の長さは電気導入体９の発光管外方に突き出している長さにほぼ合わせてある。こうすることにより棒状体８に電気導入体および発光管支持体の役目を兼ねさせることができ、電気導入体９の機械的強度を補強できる。棒状体８の一部は封着ガラス１０で覆われるため、材質としてはセラミックと線膨張率が近似する金属が適当である。セラミックと線膨張率が異なる金属を使用すると、封着ガラス１０で覆われた部分の封着ガラス１０にクラックを発生しリークの原因となる。棒状体８に使用できる金属としてはニオブ、ニオブ合金、タンタルおよびタンタル合金が適当である。
【００２０】
電極極芯５には電極コイル３と第２コイル４が巻き付けてある。電極コイル３の役割はランプ点灯時に電極先端部に形成されるアークスポットの高温から電極を守ることである。第２コイル４の役割は電極先端部の熱を電極後方に逃がすことと、セラミックスリーブ７の位置決めである。電気導入体６は耐熱性と耐ハロゲン性を有し、熱膨張率がセラミックスリーブのそれと大きく違わないものが好ましい。このような材料としてはモリブデン又はモリブデンの合金あるいはセラミックと金属の混合物であるサーメットが使用できる。また電気導入体９は耐熱性を有し熱膨張率がセラミックのそれと良く近似しているものが好ましい。このような材料としてはニオブ、ニオブ合金、タンタルおよびタンタル合金が使用できる。
【００２１】
次に消費電力が４００Ｗの実施例について説明する。図１に示したのと同じ構成で、発光管中央部の本管１の内径は１６ｍｍ、両端部の細管２の内径は２．０ｍｍ、電極間長は２３ｍｍである。電極極芯５の径は０．９ｍｍ、電極コイル３は素線径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯５に４ないし５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．６ｍｍである。電気導入体６はモリブデンからなり径０．５ｍｍ、長さ３ｍｍで電極極芯５とは突き合わせ溶接されている。電気導入体６の電極とは反対側に径０．７ｍｍのニオブからなる電気導入体９が突き合わせ溶接されている。
【００２２】
電気導入体９には電極位置決めピンの役割をする棒状体８が電気溶接で取り付けてある。棒状体はニオブ線からなり径は約１．０ｍｍ、長さは約１０ｍｍである。このように、棒状体８の寸法は、細管の内径をＡ（ｍｍ）、電気導入体９の径をＢ（ｍｍ）および位置決めピン１２の径をＣ（ｍｍ）としたとき、Ａ、ＢおよびＣの間に
Ｃ≧（（Ａ−Ｂ）／２）＋０．２
の関係が成立するものを使用するのが好ましい。発明者等の試験によると、棒状体としてこの条件を満足しないものを用いると、電気導入体９に棒状体８を電気溶接で固定するとき、棒状体８が変形し、棒状体８と細管２の端面との当たりが不安定となり特性バラツキの原因となることが分かった。
【００２３】
セラミックスリーブ７はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ、外径１．９ｍｍ、長さ６ｍｍである。電気導入体９は細管２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス１０により固定されている。封着ガラス１０としてはＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系を用いた。この封着ガラスの溶融温度は約１，３７０℃で封着は約１，４００℃で行う。このような処理を行うと封着ガラス１０と電気導入体９とは化学反応を起こし、電気導入体９は脆化する。そのため電気導入体９は機械的強度が低下するが、本発明によると棒状体８が電気導入体の役目を兼ねているので、十分な機械的強度を確保できる。
【００２４】
封着ガラス１０は細管２の端部から約６ｍｍ入ったところまでの、電気導入体９，６とアルミナスリーブ７との隙間及びアルミナスリーブ７と細管２との隙間を満たしている。すなわち電気導入体６と９との接合面は封着ガラスで覆われているので、電気導入体９はハロゲンによる腐食から保護されている。
このように両端が密封された発光管内に水銀約１８ｍｇ、沃化ジスプロシウム約３０ｍｇ、沃化タリウム約５ｍｇ、沃化ナトリウム 約６ｍｇ、沃化セシウム 約４ｍｇ及び始動ガスとして約８ＫＰａのアルゴンガスが封入する。
このように構成した発光管を内部が真空のガラス製の外管内に組み込んでランプを完成した。図９にこのランプの概略構造を示す。図において、９３が外管、９１が発光管、９２はガラス製の筒である。
【００２５】
これを４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：４００Ｗ
管電流：４．１９Ａ
管電圧：１１０Ｖ
全光束： ３５４００ｌｍ
平均演色評価数：８２
色温度：４７５０Ｋ
さらに、このランプについて、裸水平点灯、４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約６０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。
【００２６】
（実施形態２）
図３は本願発明の第２の実施形態である高圧放電ランプの発光管の端部拡大断面図である。本実施形態の発光管の構造は、棒状体８を除いて上記第１実施形態の発光管と同じである。電気導入体９には、一端が扁平加工された棒状体８が付設されている。棒状体８は細管２の端部に当てられて、ロウ付け時の電極位置決めの役割を果たす。棒状体８は、扁平に加工した側を電極側とし、電気導入体９と平行にして数カ所で電気溶接により固定する。棒状体８の長さは電気導入体９の発光管外方に突き出している長さにほぼ合わせてある。こうすることにより棒状体８に電気導入体の役目を兼ねさせることができ、電気導入体９の機械的強度を補強できる。
【００２７】
ここで棒状体８の一端を扁平に加工する理由を図４の発光管端部側面図を参照しながら説明する。図４は図３におけるＡ−Ｂ位置における構造を分かりやすくしたものである。電気導入体９をセラミックスリーブ７を介して細管２に挿入したとき、棒状体８は細管２の端面に確実に当たらなければならない。そのため消費電力の大きいランプの場合、細管２の内径が大きくなるので棒状体８の径を大きくする必要がある。しかし棒状体８の径を大きくすると、封着ガラスと接触する部分で細管端部２や封着ガラス１０にクラックを発生しリークの原因になるおそれがある。ところが棒状体８の一端に扁平部１１を設けることによって見かけ上の径が大きくできるので、棒状体８自体の線径は細いものが使用でき、細管２の端部や封着ガラス１０のクラック発生を防止できる。
【００２８】
つぎに棒状体８の一部は封着ガラス１０で覆われるため、材質としてはセラミックと線膨張率が近似する金属が適当である。セラミックと線膨張率が異なる金属を棒状体８に使用すると、封着ガラス１０で覆われた部分の封着ガラス１０にクラックを発生しリークの原因となる。棒状体８に使用できる金属としてはニオブ、ニオブ合金、タンタルおよびタンタル合金が適当である。
【００２９】
次に消費電力が４００Ｗの実施例について説明する。上記図１、３に示したのと同じ構成で、発光管中央部の本管１の内径は１６ｍｍ、両端部の細管２の内径は２．５ｍｍ、電極間長は２３ｍｍである。電極極芯５の径は１．０ｍｍ、電極コイル３は素線径が０．５ｍｍのタングステン線を電極極芯５に４ないし５ターン巻き付けてあり、その最大径は２．０ｍｍである。電気導入体６はモリブデンからなり径０．５ｍｍ、長さ３ｍｍで電極極芯５とは突き合わせ溶接されている。 電気導入体６の電極とは反対側に径０．７ｍｍのニオブからなる電気導入体９が突き合わせ溶接されている。電気導入体９には棒状体８が電気溶接で取り付けてある。棒状体８は一端を約０．４ｍｍの厚さに扁平に加工した長さ約１０ｍｍ、線径約０．８ｍｍのニオブ線からなり、一端を厚み０．４ｍｍに扁平加工することにより、見かけ上の最大径は約１．６ｍｍになっている。セラミックスリーブ７はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ、外径２．４ｍｍ、長さ６ｍｍである。 電気導入体９は細管２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス１０により固定されている。封着ガラス１０としてはＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系を用いた。この封着ガラスの溶融温度は約１，３７０℃で封着は約１，４００℃で行う。この処理に際しても、本実施例では、電気導入体部が十分な機械的強度を確保できる。
【００３０】
封着ガラスは細管の端部から約６ｍｍ入ったところまでの、電気導入体とアルミナスリーブとの隙間及びアルミナスリーブと細管との隙間を満たしている。すなわち電気導入体６と９との接合面は封着ガラスで覆われているので、電気導入体９はハロゲンによる腐食から保護されている。
【００３１】
このように両端が密封された発光管内に水銀約１８ｍｇ、沃化ジスプロシウム約３０ｍｇ、沃化タリウム約５ｍｇ、沃化ナトリウム約６ｍｇ、沃化セシウム約４ｍｇ及び始動ガスとして約８ＫＰａのアルゴンガスが封入される。
【００３２】
このように構成した発光管を内部が真空のガラス製外管内に組み込んで、上記図９に示したのと同様のランプを完成した。
【００３３】
４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：４００Ｗ
管電流：３．８１Ａ
管電圧：１２０．７Ｖ
全光束： ３４６００ｌｍ
平均演色評価数：８７
色温度：４５３０Ｋ
さらに、このランプについて、裸水平点灯、４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約６０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。
【００３４】
（実施形態３）
図５は本願発明の第３の実施形態である高圧放電ランプの発光管の概略構造断面図、図６はこの発光管の端部拡大断面図である。本実施形態の発光管の構造は、棒状体８を除いて上記第１、２実施形態の発光管と同じである。
【００３５】
電気導入体９には端部にＬ字部１２を有する棒状体８が付設されている。棒状体８は線径０．５ｍｍのニオブ線をＬ字形に曲げたものを使用する。Ｌ字形の長い方の長さは約１０ｍｍ、短い方の長さは約２ｍｍである。棒状体８と電気導入体９とは棒状体８の長手方向を電気導入体９と平行にして数カ所で電気溶接により固定する。棒状体８の長手方向の長さは電気導入体９の発光管外方に突き出している長さにほぼ合わせてある。こうすることにより棒状体８に電気導入体の役目を兼ねさせることができ、電気導入体９の機械的強度を補強できる。棒状体８の一部は封着ガラス１０で覆われるため、材質としてはセラミックと線膨張率が近似する金属が適当である。セラミックと線膨張率が異なる金属を棒状体８に使用すると、封着ガラス１０にクラックを発生しリークの原因となる。棒状体８に使用できる金属としてはニオブ、ニオブ合金、タンタルおよびタンタル合金が適当である。
【００３６】
次に消費電力が４００Ｗの実施例について説明する。上記図５、６に示したのと同じ構成で、発光管中央部の本管１の内径は１６ｍｍ、両端部の細管２の内径は２．０ｍｍ、電極間長は２３ｍｍである。電極極芯５の径は０．９ｍｍ、電極コイル３は素線径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯５に４ないし５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．６ｍｍである。電気導入体６はモリブデンからなり径０．５ｍｍ、長さ３ｍｍで電極極芯５とは突き合わせ溶接されている。電気導入体６の電極とは反対側に径０．７ｍｍのニオブからなる電気導入体９が突き合わせ溶接されている。セラミックスリーブ７はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ、外径１．９ｍｍ、長さ６ｍｍである。電気導入体９は細管２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス１０により固定されている。封着ガラス１０としてはＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系を用いた。この封着ガラスの溶融温度は約１，３７０℃で封着は約１，４００℃で行う。この処理に際しても、本実施例では、電気導入体部が十分な機械的強度を確保できる。封着ガラスは細管の端部から約６ｍｍ入ったところまでの、電気導入体とアルミナスリーブとの隙間及びアルミナスリーブと細管との隙間を満たしている。このように電気導入体６と９との接合面は封着ガラスで覆われているので、電気導入体９はハロゲンによる腐食から保護されている。
【００３７】
このように両端が密封された発光管内に水銀約１８ｍｇ、沃化ジスプロシウム約３２ｍｇ、沃化タリウム約４ｍｇ、沃化ナトリウム約６ｍｇ、沃化セシウム約４ｍｇ及び始動ガスとして約８ＫＰａのアルゴンガスが封入されている。
このように構成した発光管を内部が真空のガラス製外管内に組み込んで、上記図９に示したのと同様のランプを完成した。
【００３８】
４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：４００Ｗ
管電流：４．２Ａ
管電圧：１１７Ｖ
全光束： ３５５００ｌｍ
平均演色評価数：８９
色温度：３５７０Ｋ
さらに、このランプについて、裸水平点灯、４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約６０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。
【００３９】
以上示した実施形態、本実施例においては、セラミックスリーブを用いた場合について説明したが、セラミックスリーブの代わりに例えばニオブパイプからなる熱応力緩衝体を用いた場合も同様の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、棒状体が電気導入体に平行に付設されることで、これが電極位置決めピンの役割をし、発光管特性のバラツキが減る為、ランプ特性のバラツキを低減することが可能となり、さらに、電気導入体の役目を兼ねるため電気導入体の機械的強度を補強でき、寿命の優れたランプが得られる。そして、この構造を消費電力の大きいランプに適用することで、電気導入体の折損が少なく長寿命で、また、ランプ間の特性バラツキが少ない高出力ランプの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の発光管の概略構造断面図。
【図２】 図１に示す発光管の端部拡大断面図。
【図３】 第２実施形態の発光管の端部拡大断面図。
【図４】 第２実施形態の発光管の端部側面図。
【図５】 第３実施形態の発光管の概略構造断面図。
【図６】 図４に示す発光管の端部拡大断面図。
【図７】 本願発明を適用しない発光管の概略構造断面図。
【図８】 図７に示す発光管端部の拡大断面図。
【図９】 実施例ランプの概略構造図。
【符号の説明】
１：本管、２：細管、３：電極コイル、５：電極極芯、６，９：電気導入体、７：セラミックスリーブ、８：棒状体、１０：封着ガラス、１１：偏平部、１２：Ｌ字部、１３：電極位置決めピン
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧放電ランプ、特には、発光管に透光性セラミック管が使用された高圧放電ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、いわゆる従来技術ではないが、本願発明者らが従来の高圧放電ランプの問題点を解決する為に創り出した高圧放電ランプの発光管の概略構造を示す断面図、図８は図７に示す発光管端部の拡大断面図である。この発光管は、特に、セラミック製のスリーブ７を備えている点で従来のものとは異なるものである。
【０００３】
図において発光管を構成する本管１は透光性セラミック管で、その両端部は本管１と同じ材質からなるセラミックの細管２を有している。電極コイル３および電極極芯５を保持した電気導入体６および９とセラミック細管２とはセラミック製のスリーブ７を介して耐ハロゲン性の封着ガラス１０で気密封止されている。電気導入体９はニオブのような熱膨張率がセラミックのそれとよく近似した材料からなり、電気導入体６はモリブデンやサーメットのような耐ハロゲン性を有する材料で構成されている。電気導入体６の一方は電極極芯５と、他方は電気導入体９とそれぞれ突き合わせ溶接されている。電気導入体９のセラミックスリーブ７を介して細管２に挿入された部分および電気導入体６の電気導入体９との突き合わせ接合部および電気導入体６の一部は耐ハロゲン性を有する封着ガラス１０で覆われている。
【０００４】
このように構成された発光管において、本管１内における電極コイル３の位置はランプ特性を決める重要な因子である。電極コイル３が本管１内に長く突き出していると、電極後方の温度が上がりにくく、突き出しが短いと逆に電極後方の温度は上がり過ぎる。発光管内に封入した水銀、メタルハライドなどの充填物はランプ動作時電極後方に溜まっているので、この部分の温度が変わると充填物の蒸気圧に影響を与え、その結果ランプ特性は大きく変化する。従って電極コイル３の本管内での位置決めは正確でなければならない。一般には電極コイル３の本管内での位置決めは電気導入体９の細管２内に差し込む長さを一定にすることで制御している。
【０００５】
このような目的で電気導入体９に突起部１３を設ける。封着ガラスを用いたろう付け工程は一般には融けた封着ガラスが重力で下に流れるように、封着ガラスを上にして発光管を垂直に立てた状態で行われる。このとき電気導入体９に設けられた突起部１３が細管２の端部に当たり、本管内の電極位置は正確に位置決めされる。このように電気導入体に設けた突起部により、電極の位置決めをするように構成した例は、例えば特開平１０−３１２７５１号公報にも開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような電気導入体に突起部を設けた構造には以下のような問題があった。すなわち、突起の形成が難しいことと、突起形成部において電気導入体が弱くなりやすいという問題である。例えば、突起を一体に形成することは可能であるが、加工に手間を要する為、電気導入体に短い線材を交差するように溶接して突起を形成する方法がある。しかしながら、線材は細くその位置決めが難しい。また、電気導入体はリード線としての役割の他に発光管の支持体としての役目も兼ねているのであるが、線材を交差するように溶接する場合、溶接の際に電気導入体が変形を起こしやすく、この部分が発光管端部の電気導入体付け根の応力の集中し易い部分である為に、この部分が破損しやすくなってしまう。
【０００７】
また、電気導入体はろう付け工程中に高温で溶融した封着ガラスと反応して脆くなり、ろう付け工程以降のランプ製造工程中やランプ完成品の取り扱い時に電気導入体に機械的応力が加わると電気導入体の脆くなった部分で折損するという不具合が発生する。特に消費電力の大きいランプの発光管は重量が大きいのでこのような不具合の発生する確率が高くなる。
【０００８】
本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは特に消費電力の大きいランプにも適用可能で、ランプ特性のバラツキの低減と、電気導入体の折損の防止を可能にできる構造を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願発明は、発光管として本管とその両端に前記本管より小径の細管を有する透光性セラミック管が用いられ、前記細管に挿通された電気導入体が封着材で気密的に発光管端部に固定された封着部を備え、前記電気導入体の発光管中央側に電極が接続され、前記発光管内にイオン化可能な充填物が封入された発光管が外管内部に備えられた高圧放電ランプであって、前記電気導入体の前記発光管外側部分にのみ、ニオブ、タンタル、ニオブ合金またはタンタル合金からなる棒状体が前記電気導入体に平行に重ねて付設され、前記棒状体の端部が前記細管端部に当接されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このような構造とすることにより、例えば、電気導入体を２本使ったことと同じになり、電気導入体を簡単に補強することが出来、折損を防止することが出来る。また、棒状体を付設することにより、付設端に段差が形成される為、これを位置決め手段として利用することが出来る。そして、棒状体を電気導入体に平行に重ねて付設する場合、例えば、端部から離れた位置での溶接で固定することが可能であるので、位置決めが容易であり、さらに、発光管端部の電気導入体付け根部分の強度を低下させてしまうこともない。
【００１１】
上記棒状体としては、種々の形状、材質のものを用いることが可能であるが、例えば線材を用いるのが簡便である。特に、形状としては、端部が偏平形状となっているもの、Ｌ字形状となっているものを用い、発光管側端部側にこの部分を配置するようにするのが好ましい。
【００１２】
すなわち、棒状体の発光管側端部の形状が、偏平形状であるもの、棒状体の発光管側端部の形状が、Ｌ字形状であるものが好ましい。棒状体の端部形状を扁平形状、Ｌ字形状とすることで、発光管端部に確実に当たり、位置決めがより正確に出来るようになる。特に、径の大きな細管を備えた構造の場合のように発光管端部の封着部径が大きくなる場合には、効果的である。
【００１３】
また、本願発明に係る高圧放電灯において、発光管として本管とその両端に前記本管より小径の細管を有する透光性セラミック管が用いられ、前記細管を挿通して該細管の発光管外方端部において電気導入体が封着材で気密的に固定され、棒状体の端部が細管端部に当接されている。
【００１４】
さらに、上記のように、細管を備えた構造の場合、細管の内径をＡ（ｍｍ）、電気導入体の径をＢ（ｍｍ）、棒状体の径をＣ（ｍｍ）としたとき、Ａ、ＢおよびＣの間に
Ｃ≧（（Ａ−Ｂ）／２）＋０．２
の関係が成立するように構成するのが好ましい。
【００１５】
このように径を限定することによって、電気導入体と棒状体との溶接により、棒状体に変形が起こったとしても、電極位置がバラツクことがなく、従ってランプ特性のバラツキを低減できる。
【００１６】
棒状体の材質としては、ニオブ、タンタル、ニオブ合金またはタンタル合金を用いる。
【００１７】
このような材質を用いることによって、棒状体はセラミックの線膨張率とよく近似したニオブ、タンタル、ニオブ合金またはタンタル合金により構成されるから、棒状体、電気導入体、封着ガラスおよびセラミック細管とのそれぞれ線膨張率の違う材料の組み合わせに起因する熱応力が原因で発生する封止部リークが防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本願発明の実施形態を示すことにより、さらに本願発明について詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本願発明の第１の実施形態である高圧放電ランプの発光管の概略構造断面図、図２はこの発光管の端部拡大断面図である。透光性アルミナ管からなる発光管は中央部の本管１とその両端に取り付けられた本管１よりも小径の細管２とから構成されている。細管２の発光管外側端部における内部には電極極芯５に接続した電気導入体６，９がセラミックスリーブ７を介して封着ガラス１０により気密的に固定されている。電気導入体９には電極位置決めピンの役割を兼ねる棒状体８が溶接により付設されている。棒状体８は、ロウ付け時に棒状体８を細管２の端部に当てることにより電極の位置を正確に決める役割をする。
【００１９】
棒状体８は電気導入体９と平行にして数カ所で電気溶接により固定する。棒状体８の長さは電気導入体９の発光管外方に突き出している長さにほぼ合わせてある。こうすることにより棒状体８に電気導入体および発光管支持体の役目を兼ねさせることができ、電気導入体９の機械的強度を補強できる。棒状体８の一部は封着ガラス１０で覆われるため、材質としてはセラミックと線膨張率が近似する金属が適当である。セラミックと線膨張率が異なる金属を使用すると、封着ガラス１０で覆われた部分の封着ガラス１０にクラックを発生しリークの原因となる。棒状体８に使用できる金属としてはニオブ、ニオブ合金、タンタルおよびタンタル合金が適当である。
【００２０】
電極極芯５には電極コイル３と第２コイル４が巻き付けてある。電極コイル３の役割はランプ点灯時に電極先端部に形成されるアークスポットの高温から電極を守ることである。第２コイル４の役割は電極先端部の熱を電極後方に逃がすことと、セラミックスリーブ７の位置決めである。電気導入体６は耐熱性と耐ハロゲン性を有し、熱膨張率がセラミックスリーブのそれと大きく違わないものが好ましい。このような材料としてはモリブデン又はモリブデンの合金あるいはセラミックと金属の混合物であるサーメットが使用できる。また電気導入体９は耐熱性を有し熱膨張率がセラミックのそれと良く近似しているものが好ましい。このような材料としてはニオブ、ニオブ合金、タンタルおよびタンタル合金が使用できる。
【００２１】
次に消費電力が４００Ｗの実施例について説明する。図１に示したのと同じ構成で、発光管中央部の本管１の内径は１６ｍｍ、両端部の細管２の内径は２．０ｍｍ、電極間長は２３ｍｍである。電極極芯５の径は０．９ｍｍ、電極コイル３は素線径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯５に４ないし５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．６ｍｍである。電気導入体６はモリブデンからなり径０．５ｍｍ、長さ３ｍｍで電極極芯５とは突き合わせ溶接されている。電気導入体６の電極とは反対側に径０．７ｍｍのニオブからなる電気導入体９が突き合わせ溶接されている。
【００２２】
電気導入体９には電極位置決めピンの役割をする棒状体８が電気溶接で取り付けてある。棒状体はニオブ線からなり径は約１．０ｍｍ、長さは約１０ｍｍである。このように、棒状体８の寸法は、細管の内径をＡ（ｍｍ）、電気導入体９の径をＢ（ｍｍ）および位置決めピン１２の径をＣ（ｍｍ）としたとき、Ａ、ＢおよびＣの間に
Ｃ≧（（Ａ−Ｂ）／２）＋０．２
の関係が成立するものを使用するのが好ましい。発明者等の試験によると、棒状体としてこの条件を満足しないものを用いると、電気導入体９に棒状体８を電気溶接で固定するとき、棒状体８が変形し、棒状体８と細管２の端面との当たりが不安定となり特性バラツキの原因となることが分かった。
【００２３】
セラミックスリーブ７はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ、外径１．９ｍｍ、長さ６ｍｍである。電気導入体９は細管２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス１０により固定されている。封着ガラス１０としてはＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系を用いた。この封着ガラスの溶融温度は約１，３７０℃で封着は約１，４００℃で行う。このような処理を行うと封着ガラス１０と電気導入体９とは化学反応を起こし、電気導入体９は脆化する。そのため電気導入体９は機械的強度が低下するが、本発明によると棒状体８が電気導入体の役目を兼ねているので、十分な機械的強度を確保できる。
【００２４】
封着ガラス１０は細管２の端部から約６ｍｍ入ったところまでの、電気導入体９，６とアルミナスリーブ７との隙間及びアルミナスリーブ７と細管２との隙間を満たしている。すなわち電気導入体６と９との接合面は封着ガラスで覆われているので、電気導入体９はハロゲンによる腐食から保護されている。
このように両端が密封された発光管内に水銀約１８ｍｇ、沃化ジスプロシウム約３０ｍｇ、沃化タリウム約５ｍｇ、沃化ナトリウム 約６ｍｇ、沃化セシウム 約４ｍｇ及び始動ガスとして約８ＫＰａのアルゴンガスが封入する。
このように構成した発光管を内部が真空のガラス製の外管内に組み込んでランプを完成した。図９にこのランプの概略構造を示す。図において、９３が外管、９１が発光管、９２はガラス製の筒である。
【００２５】
これを４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：４００Ｗ
管電流：４．１９Ａ
管電圧：１１０Ｖ
全光束： ３５４００ｌｍ
平均演色評価数：８２
色温度：４７５０Ｋ
さらに、このランプについて、裸水平点灯、４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約６０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。
【００２６】
（実施形態２）
図３は本願発明の第２の実施形態である高圧放電ランプの発光管の端部拡大断面図である。本実施形態の発光管の構造は、棒状体８を除いて上記第１実施形態の発光管と同じである。電気導入体９には、一端が扁平加工された棒状体８が付設されている。棒状体８は細管２の端部に当てられて、ロウ付け時の電極位置決めの役割を果たす。棒状体８は、扁平に加工した側を電極側とし、電気導入体９と平行にして数カ所で電気溶接により固定する。棒状体８の長さは電気導入体９の発光管外方に突き出している長さにほぼ合わせてある。こうすることにより棒状体８に電気導入体の役目を兼ねさせることができ、電気導入体９の機械的強度を補強できる。
【００２７】
ここで棒状体８の一端を扁平に加工する理由を図４の発光管端部側面図を参照しながら説明する。図４は図３におけるＡ−Ｂ位置における構造を分かりやすくしたものである。電気導入体９をセラミックスリーブ７を介して細管２に挿入したとき、棒状体８は細管２の端面に確実に当たらなければならない。そのため消費電力の大きいランプの場合、細管２の内径が大きくなるので棒状体８の径を大きくする必要がある。しかし棒状体８の径を大きくすると、封着ガラスと接触する部分で細管端部２や封着ガラス１０にクラックを発生しリークの原因になるおそれがある。ところが棒状体８の一端に扁平部１１を設けることによって見かけ上の径が大きくできるので、棒状体８自体の線径は細いものが使用でき、細管２の端部や封着ガラス１０のクラック発生を防止できる。
【００２８】
つぎに棒状体８の一部は封着ガラス１０で覆われるため、材質としてはセラミックと線膨張率が近似する金属が適当である。セラミックと線膨張率が異なる金属を棒状体８に使用すると、封着ガラス１０で覆われた部分の封着ガラス１０にクラックを発生しリークの原因となる。棒状体８に使用できる金属としてはニオブ、ニオブ合金、タンタルおよびタンタル合金が適当である。
【００２９】
次に消費電力が４００Ｗの実施例について説明する。上記図１、３に示したのと同じ構成で、発光管中央部の本管１の内径は１６ｍｍ、両端部の細管２の内径は２．５ｍｍ、電極間長は２３ｍｍである。電極極芯５の径は１．０ｍｍ、電極コイル３は素線径が０．５ｍｍのタングステン線を電極極芯５に４ないし５ターン巻き付けてあり、その最大径は２．０ｍｍである。電気導入体６はモリブデンからなり径０．５ｍｍ、長さ３ｍｍで電極極芯５とは突き合わせ溶接されている。 電気導入体６の電極とは反対側に径０．７ｍｍのニオブからなる電気導入体９が突き合わせ溶接されている。電気導入体９には棒状体８が電気溶接で取り付けてある。棒状体８は一端を約０．４ｍｍの厚さに扁平に加工した長さ約１０ｍｍ、線径約０．８ｍｍのニオブ線からなり、一端を厚み０．４ｍｍに扁平加工することにより、見かけ上の最大径は約１．６ｍｍになっている。セラミックスリーブ７はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ、外径２．４ｍｍ、長さ６ｍｍである。 電気導入体９は細管２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス１０により固定されている。封着ガラス１０としてはＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系を用いた。この封着ガラスの溶融温度は約１，３７０℃で封着は約１，４００℃で行う。この処理に際しても、本実施例では、電気導入体部が十分な機械的強度を確保できる。
【００３０】
封着ガラスは細管の端部から約６ｍｍ入ったところまでの、電気導入体とアルミナスリーブとの隙間及びアルミナスリーブと細管との隙間を満たしている。すなわち電気導入体６と９との接合面は封着ガラスで覆われているので、電気導入体９はハロゲンによる腐食から保護されている。
【００３１】
このように両端が密封された発光管内に水銀約１８ｍｇ、沃化ジスプロシウム約３０ｍｇ、沃化タリウム約５ｍｇ、沃化ナトリウム約６ｍｇ、沃化セシウム約４ｍｇ及び始動ガスとして約８ＫＰａのアルゴンガスが封入される。
【００３２】
このように構成した発光管を内部が真空のガラス製外管内に組み込んで、上記図９に示したのと同様のランプを完成した。
【００３３】
４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：４００Ｗ
管電流：３．８１Ａ
管電圧：１２０．７Ｖ
全光束： ３４６００ｌｍ
平均演色評価数：８７
色温度：４５３０Ｋ
さらに、このランプについて、裸水平点灯、４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約６０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。
【００３４】
（実施形態３）
図５は本願発明の第３の実施形態である高圧放電ランプの発光管の概略構造断面図、図６はこの発光管の端部拡大断面図である。本実施形態の発光管の構造は、棒状体８を除いて上記第１、２実施形態の発光管と同じである。
【００３５】
電気導入体９には端部にＬ字部１２を有する棒状体８が付設されている。棒状体８は線径０．５ｍｍのニオブ線をＬ字形に曲げたものを使用する。Ｌ字形の長い方の長さは約１０ｍｍ、短い方の長さは約２ｍｍである。棒状体８と電気導入体９とは棒状体８の長手方向を電気導入体９と平行にして数カ所で電気溶接により固定する。棒状体８の長手方向の長さは電気導入体９の発光管外方に突き出している長さにほぼ合わせてある。こうすることにより棒状体８に電気導入体の役目を兼ねさせることができ、電気導入体９の機械的強度を補強できる。棒状体８の一部は封着ガラス１０で覆われるため、材質としてはセラミックと線膨張率が近似する金属が適当である。セラミックと線膨張率が異なる金属を棒状体８に使用すると、封着ガラス１０にクラックを発生しリークの原因となる。棒状体８に使用できる金属としてはニオブ、ニオブ合金、タンタルおよびタンタル合金が適当である。
【００３６】
次に消費電力が４００Ｗの実施例について説明する。上記図５、６に示したのと同じ構成で、発光管中央部の本管１の内径は１６ｍｍ、両端部の細管２の内径は２．０ｍｍ、電極間長は２３ｍｍである。電極極芯５の径は０．９ｍｍ、電極コイル３は素線径が０．３５ｍｍのタングステン線を電極極芯５に４ないし５ターン巻き付けてあり、その最大径は１．６ｍｍである。電気導入体６はモリブデンからなり径０．５ｍｍ、長さ３ｍｍで電極極芯５とは突き合わせ溶接されている。電気導入体６の電極とは反対側に径０．７ｍｍのニオブからなる電気導入体９が突き合わせ溶接されている。セラミックスリーブ７はアルミナからなり、内径０．７５ｍｍ、外径１．９ｍｍ、長さ６ｍｍである。電気導入体９は細管２内に約３ｍｍ挿入した位置で封着ガラス１０により固定されている。封着ガラス１０としてはＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｄｙ2Ｏ3系を用いた。この封着ガラスの溶融温度は約１，３７０℃で封着は約１，４００℃で行う。この処理に際しても、本実施例では、電気導入体部が十分な機械的強度を確保できる。封着ガラスは細管の端部から約６ｍｍ入ったところまでの、電気導入体とアルミナスリーブとの隙間及びアルミナスリーブと細管との隙間を満たしている。このように電気導入体６と９との接合面は封着ガラスで覆われているので、電気導入体９はハロゲンによる腐食から保護されている。
【００３７】
このように両端が密封された発光管内に水銀約１８ｍｇ、沃化ジスプロシウム約３２ｍｇ、沃化タリウム約４ｍｇ、沃化ナトリウム約６ｍｇ、沃化セシウム約４ｍｇ及び始動ガスとして約８ＫＰａのアルゴンガスが封入されている。
このように構成した発光管を内部が真空のガラス製外管内に組み込んで、上記図９に示したのと同様のランプを完成した。
【００３８】
４００Ｗの電力で点灯姿勢水平で点灯したときの特性を測定したところ下記の通りであった。
管電力：４００Ｗ
管電流：４．２Ａ
管電圧：１１７Ｖ
全光束： ３５５００ｌｍ
平均演色評価数：８９
色温度：３５７０Ｋ
さらに、このランプについて、裸水平点灯、４００Ｗの電力で寿命試験を実施したところ、約６０００時間経過後も何ら異常は発生しなかった。
【００３９】
以上示した実施形態、本実施例においては、セラミックスリーブを用いた場合について説明したが、セラミックスリーブの代わりに例えばニオブパイプからなる熱応力緩衝体を用いた場合も同様の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、棒状体が電気導入体に平行に付設されることで、これが電極位置決めピンの役割をし、発光管特性のバラツキが減る為、ランプ特性のバラツキを低減することが可能となり、さらに、電気導入体の役目を兼ねるため電気導入体の機械的強度を補強でき、寿命の優れたランプが得られる。そして、この構造を消費電力の大きいランプに適用することで、電気導入体の折損が少なく長寿命で、また、ランプ間の特性バラツキが少ない高出力ランプの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の発光管の概略構造断面図。
【図２】 図１に示す発光管の端部拡大断面図。
【図３】 第２実施形態の発光管の端部拡大断面図。
【図４】 第２実施形態の発光管の端部側面図。
【図５】 第３実施形態の発光管の概略構造断面図。
【図６】 図４に示す発光管の端部拡大断面図。
【図７】 本願発明を適用しない発光管の概略構造断面図。
【図８】 図７に示す発光管端部の拡大断面図。
【図９】 実施例ランプの概略構造図。
【符号の説明】
１：本管、２：細管、３：電極コイル、５：電極極芯、６，９：電気導入体、７：セラミックスリーブ、８：棒状体、１０：封着ガラス、１１：偏平部、１２：Ｌ字部、１３：電極位置決めピン
Claims (1)
- 発光管として本管とその両端に前記本管より小径の細管を有する透光性セラミック管が用いられ、前記細管に挿通された電気導入体が封着材で気密的に発光管端部に固定された封着部を備え、前記電気導入体の発光管中央側に電極が接続され、前記発光管内にイオン化可能な充填物が封入された発光管が外管内部に備えられた高圧放電ランプであって、前記電気導入体の前記発光管外側部分にのみ、ニオブ、タンタル、ニオブ合金またはタンタル合金からなる棒状体が前記電気導入体に平行に重ねて付設され、前記棒状体の端部が前記細管端部に当接されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
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