JP4696163B2 - セラミック製の放電管を備えた高圧放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、酸化アルミニウムから成るセラミック製の放電管を備えた高圧放電ランプであって、前記放電管は２つの端部を有しており、該両方の端部は栓体（ストッパー）によって閉じられており、前記栓体は導電性の貫通案内部分によって気密に貫通されており、前記貫通案内部分に電極のシャフトを固定してあり、前記電極は前記放電管の内部に突入しており、前記栓体は溶接可能（若しくは溶着可能）な材料から成っていて、前記貫通案内部分と溶接結合されている形式のものに関する。本発明は特にメタルはライドに関し、特に一般の照明装置、若しくは高圧ナトリウムランプにも関する。

前記形式のランプは、欧州特許出願公開第８８７８４０号明細書により公知であり、この場合に、セラミック製の放電管内の貫通案内部分の密閉は、溶接可能な材料から成る栓体を用いて直接的な焼結によって行われている。この場合には、金属及びセラミックのサーメットから成る複数の層によって形成された複数構造の栓体を用いてある。この種の栓体は、予め特別に製造されねばならず、高価であり、さらに比較的に長くなっており、それというのは少なくとも４つの層を必要とするからである。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式のメタルハライドランプを改善して、長い寿命を有し、ガラスろうの使用を避けることである。さらに密閉領域は気密性、高耐熱性並びに耐腐食性を有しているようにすることである。

上記課題を解決するために本発明の構成では、放電管の少なくとも１つの端部の栓体は、モリブデンとバナジウムとの合金(MoV)から一体構造で成形されており、この場合にバナジウムの含有量は５０重量％よりも少なくなっている。この場合に、栓体を貫通案内部分と容易に溶接できるようになっていることは重要である。このために、栓体の層は少なくとも５ｍΩの導電性を有している。１つの部材から成る一体構造の栓体の利点は、栓体を短く構成できることにあり、これによってランプは小型化できるようになっている。

有利には、バナジウムの含有量（割合）は２０乃至４０重量％であり、それというのはこのような重量％では、相互の膨張差を十分に小さく保てるからである。セラミック製の放電管（セラミック放電管）は管状の端部領域を有しており、該端部領域内に栓体は圧入されている。有利な実施態様では、栓体は端部領域に焼結により直接に固定されている。

貫通案内部分は栓体と溶接によって、殊にレーザー溶接によって気密に結合されている。放電管の溶接による密閉の利点は、溶接部分の高い耐腐食性、高い耐熱性及び高い強度にある。

放電管の貫通案内部分（引込線部分若しくは導入線部分）として、導電性のピン若しくは管片を用いてある。貫通案内部分の材料は、少なくとも熱膨張係数に関して、栓体に良好に適合され、特に栓体の組成に良好に適合させられるようになっている。理想的には熱膨張係数は互いに合致させられている。栓体は放電管の端部にガラスろうを用いることなしに結合されている。このような結合は、焼結によって行われている。別の実施態様では、放電管の貫通案内部分と栓体とを焼結によって直接に結合することも可能である。

本発明では、栓体のバナジウムの割合（含有量）を適切に選ぶことによって目立った熱膨張係数差は生じないようになっている。密閉は永続的であり、それというのは溶接によって強固で耐久的な結合を達成しているからであり、該結合は焼結若しくは融着と相俟って行われている。さらに膨張係数差の小さいことに基づき、モリブデン若しくはタングステンの純然たる金属から成る貫通案内部分或いは金属の割合の高いサーメットから成る貫通案内部分は、亀裂が生じにくく、それというのは応力は金属の弾性作用によって容易に吸収されるからである。

貫通案内部分は、高耐熱性の金属、特にタングステン若しくはモリブデンから成るピンとして形成され、或いは酸化アルミニウム、モリブデン、タングステン及びレニウムのうちの少なくとも２つの材料の合金から成るピンとして形成されていてよい。

本発明の別の実施態様では、貫通案内部分は、高耐熱性の金属から成る管片によって形成されている。貫通案内部分としての管片は、高ワット数（標準的には２５０乃至４００ワット）のランプにとって特に有利である。貫通案内部分として管片を用いることによる利点は、栓体内の、高ワット数のランプの大きな電極の貫通案内のために必要な大きな孔が、電極に対する極端に大きな熱損失を生ぜしめることのないように密閉されることにある。管状の貫通案内部分（引込線部分若しくは導入線部分）及び電極から成る電極装置を用いて、該電極装置を仮に焼結によって結合するために、栓体を放電管の端部内に焼結によって固定する場合に、開口は電極の大きさに依存することなしに選ばれてよい。この場合に開口は後から充填ピンによって閉じられるようになっており、充填ピン、管片及びサーメットは１つの工程で互いに溶接されてよい。これによって、栓体内の従来必要であった別個の充填孔は省略されている。

本発明は、セラミック製の放電管（酸化アルミニウムから成る放電管）を備えた高圧放電ランプを含むものであり、セラミック製の放電管は外管（外側管片若しくは外側チューブ）によって取り囲まれている。放電管は２つの端部を有しており、両方の端部は密閉手段（密閉装置若しくはシール手段）を用いて閉鎖されている。密閉手段は一般的に、１つの部材（構成部分）から成る栓体、つまり一体構造の栓体、若しくは複数の部材（構成部分）から成る栓体、つまり複数構造の栓体である。このような密閉手段は、放電管の少なくとも一方の端部に施されている。導電性の貫通案内部分（引込線部分若しくは導入線部分）は、栓体の中央の孔内を真空密に、つまり気密に放電管の内部へ貫通案内されており、放電管の内部で貫通案内部分と電極のシャフトとは互いに結合されている。貫通案内部分は金属若しくはサーメットから成る構成部分（構成部品）であり、サーメットの金属含有量は、該サーメットが金属と同様に溶接可能である程度に高くなっており、この場合に貫通案内部分は栓体内に溶接結合部によって、つまりガラスろうを用いることなしに固定されるようになっている。さらに栓体自体は、ガラスろうを用いることなしに放電管の端部内に直接に固定されている。このような固定は、焼結によって行われている。

本発明の有利な実施態様では、貫通案内部分は導電性のサーメットから成るピンとして形成されており、この場合に電極のシャフト（軸部）はピンの端面に突き合わせ溶接されている。ピン自体は栓体と溶接されている。このような装置における利点として、ピンと栓体との間の熱膨張差は小さくなっている。さらにサーメットは、金属と同様の熱伝導性ではない。有利には貫通案内部分を栓体内に深く挿入してあり、その結果、封入物（充填物）との接触は最小にされ、かつ温度負荷は減少されている。

小ワット数のランプに適した有利な別の実施態様では、貫通案内部分は金属から成る導電性のピンによって構成されている。該ピンは、電極シャフトとして用いられてよく、つまり電極シャフトをも形成していてよく、或いは電極シャフトと結合されるようになっていてよい。ピン若しくは貫通案内部分は、外側の電流供給部との結合（接続）を容易にするために、栓体を越えて外側へ突出していてよい。このような貫通案内ピンは、有利にはタングステン若しくはモリブデンから成っており、或いはレニウムで被覆されている。

本発明により、セラミック製の毛管のないメタルハライドランプを達成している。毛管若しくは細管の機能は、一般的にガラスろうを用いて行われる密閉箇所を非臨界の温度領域に移すことにある。非臨界の温度領域は、ここでは膨張係数の異なる材料が溶着領域内でセラミックに亀裂を生ぜしめないことを意味している。ガラスろうの溶着領域の温度は、封入物との反応をさけるために低く保たれねばならない。

電極装置は毛管を通して放電管内へ導かれている。電極装置の構成部分、例えばMo 部分若しくはNb 部分は電流導入通路として用いられている。毛管の内径と電極装置の外径とは互いに次のように選ばれ、これらの直径が相互に超えられないようにされ、つまり電極装置が外周で毛管の内周と干渉することなく毛管に確実に差し込まれるようになっている。その結果、毛管若しくは細管内には常に隙間、つまりいわゆるデッドスペースが生ぜしめられている。毛管は毛管を介した放熱に基づきヒートシンクとして作用してしまうので、封入物の一部分は前記デッドスペース内に沈積し、その結果、色温度は耐用年数にわたって変化している。解決手段、例えば封入量増大は極めて困難である。

ガラスろうを用いる従来に閉鎖技術（密閉手段）の欠点は、数秒を必要とする溶融工程（溶着工程）にある。従来の閉鎖技術には、高い製造コストのほかに、製造技術に起因する溶融工程の長さのばらつきが生じている。長い溶融工程は極めて不都合であり、実験により明らかなように、亀裂の発生をまねいている。本発明に基づき有利にはレーザー溶接による閉鎖若しくは密閉は、数ミリ秒で行われている。従来の技術において行われていた放電管全体の加熱は、短いレーザーパルスによって避けられるようになっている。

さらに本発明によりランプ長さを減少でき、つまりコンパクトなランプを達成できるようになっている。本発明は、電極装置及びランプ製造にとって高価な材料、例えばＮｂ(Ｚｒ)の使用を省略していて、電極装置及び放電管の製造時間を減少させている。高圧のナトリウムランプのための放電管の製造にとって、構成と閉鎖時間との相乗効果を達成している。

次に本発明を図示の複数の実施例に基づく詳細に説明する。図面において、
図１は、セラミック製の放電管を備えたメタルハライドランプを部分的に破断して示す平面図であり、
図２乃至図４は、セラミック製の放電管の端部領域の種々の実施例の詳細図であり、
図５は、セラミック製の放電管を備えたナトリウムランプの断面図である。

図１には、出力１５０Ｗのメタルハライドランプを概略的に示してある。メタルハライドランプは、石英ガラスから成っていてランプ軸線によって規定された外管１、両側のピンチシール部（封止部若しくは押し潰しシール部）２及び口金部３から成っている。軸線方向（長手方向）に配置された放電管４は、Al₂O₃セラミックから成っていて、外管の中央に設けられていて、円筒形の２つの端部６を有している。放電管は、その電流供給部７をシート若しくは箔片８によって口金部３に結合することに基づき、外管１内に保持されている。電流供給部７は貫通案内部分９に溶接結合されており、貫通案内部分９は放電管の端部６の栓体１１内に嵌合され若しくは圧入されている。

貫通案内部分９は、サーメット若しくはモリブデンから成る直径約１ｍｍのピンによって形成されている。サーメットは導電性でかつ溶接可能であり、約５０体積％のタングステン（若しくはモリブデン）と、残りの酸化アルミニウムとから成っている。

両方の貫通案内部分９は、栓体１１を貫通していて、放電管側で電極１４を保持しており、電極はタングステンから成るシャフト１５と該シャフトの放電管側の端部に被せ嵌められたコイル１６とから成っている。貫通案内部分９は、電極のシャフト１５及び外側の電流供給部７に突き合わせ溶接されている。

放電管内の封入物は、不活性の点弧ガス、例えばアルゴンのほかに、水銀及び金属ハロゲン化合物から成っている。水銀を含むことなく、金属ハロゲン化合物だけを用いることも可能であり、この場合には点弧ガスとして高圧のキセノンを用いるようになっている。

栓体（端部ストッパー）１１は、モリブデンとバナジウムとの合金、つまりMoV-合金から成っており、この場合にバナジウムの割合は１０乃至５０重量％であり、有利にはバナジウムの割合は２０乃至４０重量％である。これによって、栓体は貫通案内部分と良好に溶接され、特に純粋なモリブデン製のピンと良好に溶接されるようになっている。

図２には、放電管の端部領域を詳細に示してある。この場合に栓体１１はMoV-合金から一体構造で成形されていて、放電管の円筒状の端部６内に部分的に挿入されていて、直接に、つまりガラスろうを用いることなしに、焼結によって端部６内に固定若しくは固着され、つまり焼結結合されている。このような直接的な焼結結合に際して、放電管はまずグリーン状態（未焼結状態）であり、放電管の端部に栓体を挿入した後に、焼結によって栓体を取り囲んだ状態で収縮し、つまり、栓体は放電管の端部内に収縮嵌めされ、すなわち圧入されるようになっている。焼結の標準的な温度は、１５００乃至２０００℃である。このような技術、つまり焼結結合自体は、欧州特許出願公開第８８７８３９号明細書により公知である。収縮は、横断面の２０％までの範囲で行われる。

栓体はＭｏ、Ｖ及びAl₂O₃から成っていて導電性でかつ溶接可能なサーメットによって成形されていてよい。いずれの場合にも栓体１１はその外面で貫通案内部分９とレーザー溶接によって結合されている。溶接点は符号１２で示してある。図２に示す実施例において、栓体１１は具体的には約２５重量％のバナジウムと、残りがモリブデンとから成っている。

図３に示す別の実施例では、放電管の端部の貫通案内部分は、モリブデン管片３０によって形成されており、モリブデン管片は、MoV-合金から成る栓体３１の外側の端面に溶接部１９によって結合されている。モリブデン管片３０は電極３２をクリンプ加工部３３によって保持している。

図４に示す実施例では、高ワット数（出力２５０Ｗ）のランプのために、モリブデン製の管片から成る貫通案内部分（貫通案内管片）３５を用いてあり、この場合にモリブデン製の管片３５は一貫した円筒として形成されている。貫通案内部分（モリブデン製管片）の放電管側の端部に、電極３２を中心からはずれて、つまり離心的に固定してあり、該電極３２は図示の実施例では貫通案内部分の放電管側の端部の外周部に固定されていて、直径の大きな頭部（二重のコイル若しくは巻線）３９を備えている。MoV-合金から成る栓体３７における一時的な固定、つまり仮固定のために、栓体３７はモリブデン製の管片３５とまず焼結によって結合される。次いで、管片３５は放電管の排気及び封入物充填の後に金属ピン３６によって閉じられ、該金属ピン（充填ピン）は管片３５と溶接結合される。この場合に管片３５は同時に栓体３７とも溶接結合される。つまり、栓体の孔の最終的かつ永続的な密閉を溶接部１９によって行っており、このような工程は焼結結合中に行われるようになっている。

貫通案内部分として管片を用いる手段は、大きなワット数に極めて良好に適しており、大きなワット数の場合には電極は大きな直径及び大きな断面積を有している。管片の直径は問題にならず、それというのは管片から成る貫通案内部分と栓体端部の最も外側の層との間の熱膨張係数の差は極めて小さく保たれているからである。この場合に管片と栓体の最も外側の層とにとって類似の材料、特に同じ材料を選ぶようになっている。管片と栓体との間の環状間隙、若しくは管片と充填ピンとの間の環状間隙の閉鎖溶接は、これらの部材の大きな直径の部分でも問題なく行われる。

ワット数の大きい場合には、貫通案内部分として管片を用いると有利であり、それというのは電極の必要な大きな直径に適合されたピンは熱を多く放出するからである。このことはランプの点弧に際しては起動を困難にすることになる。したがって管片は、セラミック製の放電管から成る高ワット数（１５０Ｗよりも高いワット数）のメタルハライドランプを確実にシールするために用いられる。周知のように電極の大きさ（特に直径）は出力に伴って増大されるものの、本発明では貫通案内部分の直径は相応に増大されるものではない。特に有利な実施例では貫通案内部分（ピン若しくは管片）は、純然たるモリブデンから成っている。高い値若しくは高いワット数では、熱膨張係数の差は小さくなるように選ばれている。負荷は均一に分配され、この場合に１０００℃の温度は標準である。

図５には高圧ナトリウムランプを示してあり、この場合に放電管２１はAl₂O₃から成っていて、直径の一定な筒若しくは円筒の形状を有しており、放電管の端部にはMoV-合金から成る栓体２２を焼結によって固定してある。この場合にも放電管及び栓体にとって、メタルハライドランプの場合と同じ組成の材料を用いてよい。封入物はナトリウム及び水銀、並びに周知の希ガスを含んでいる。例えばニオブから成る貫通案内部分２３の外径は、栓体の孔２４の直径に最適に適合させてあり、特に孔の直径の少なくとも９５％に規定してある。貫通案内部分は有利には、タングステン、モリブデン若しくはレニウムから成るピンであってよく、或いはレニウムで被覆されたピンであってよい。これによって引込線部分は、MoV-合金から成る栓体と確実に溶接されるようになっている。栓体を放電管の端部内に焼結によって直接に結合する場合に、付加的にガラスろうを用いてシールを改善することができ、ガラスろうは周知のように栓体と放電管との間の接触領域に外側から塗布される。

セラミック製の放電管を備えたメタルハライドランプを部分的に破断して示す平面図 セラミック製の放電管の端部領域の１つの実施例の詳細図 セラミック製の放電管の端部領域の別の実施例の詳細図 セラミック製の放電管の端部領域のさらに別の実施例の詳細図 セラミック製の放電管を備えたナトリウムランプの断面図

符号の説明

１ 外管、 ２ ピンチシール部、 ３ 口金部、４ 放電管、 ６ 端部、 ７ 電流供給部、 ８ 箔片、 ９ 貫通案内部分、 １１ 栓体、 １４ 電極、 １５ シャフト、 １６ コイル、 １９ 溶接部、 ３０ モリブデン管片、 ３１ 栓体、 ３２ 電極、 ３５ 貫通案内部分、 ３６ 金属ピン、 ３７ 栓体、 ３９ 頭部

Claims (7)

1. 酸化アルミニウムから成るセラミック製の放電管（４）を備えた高圧放電ランプであって、前記放電管の両方の端部（６）は栓体（１１）によって閉じられており、前記栓体は導電性の貫通案内部分（９，１０；２０；３０；３５）によって気密に貫通されており、前記貫通案内部分に電極（１４）のシャフト（１５）を固定してあり、前記電極は前記放電管の内部に突入しており、前記栓体は溶接可能な材料から成っていて、前記貫通案内部分と溶接結合されている形式のものにおいて、前記栓体は一体構造で形成されていて、モリブデン及びバナジウムの合金から成っており、バナジウムの割合は最大５０重量％であることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. バナジウムの割合は２０乃至４０重量％である請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 貫通案内部分は、モリブデン、タングステン若しくはレニウムから成るピンとして形成され、若しくはモリブデン、タングステン及びレニウムの合金から成るピンとして形成されている請求項１に記載の高圧放電ランプ。
4. 貫通案内部分（９）は、栓体の最も外側の層と溶接部（１９）によって結合されており、栓体の最も内側の層はガラスはんだを用いることなしに、つまり直接に放電管の端部に固定されている請求項１に記載の高圧放電ランプ。
5. 栓体は放電管の端部領域に焼結によって固定されている請求項１に記載の高圧放電ランプ。
6. 放電管は酸化アルミニウムから成っている請求項１に記載の高圧放電ランプ。
7. 貫通案内部分は高耐熱性の金属、特にタングステン若しくはモリブデンから成る管片（３０；３５）によって形成されている請求項１に記載の高圧放電ランプ。

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