JPH05283039A - 金属蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】格別な加工を施すことなく光束維持率および発
光効率を向上させる。 【構成】バルブ１に封装された電極３における電極軸４
は少なくとも先端部４１を二次再結晶させてあることを
特徴とする。 【作用】電極軸の少なくとも先端部を二次再結晶させた
ので、この部分の結晶粒子が大きくなり、飛散し難くな
ってバルブの黒化を防止し、光束維持率が向上する。ま
た、結晶粒子が大きくなるから熱伝導性が良くなり、ア
ークスポットにより加熱される電極軸先端の熱を電極コ
イルに効果的に伝えることができ、このため電極コイル
からの輻射熱で電極背部の最冷部温度を高くすることが
でき、よって蒸気圧が高くなり、発光効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メタルハライドランプ
や高圧水銀灯などのような金属蒸気放電灯に係り、特に
その電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプや高圧水銀灯など
のような高圧金属蒸気放電灯（ＨＩＤ）は、発光管バル
ブの両端部に電極を封装してあるとともに、このバルブ
内に発光金属およびその他の封入物を封入してある。

【０００３】この種の放電灯は、点灯時間の増加に伴い
光束の低下がみられる。これは、点灯中に電極物質のタ
ングステンが飛散し、管壁に付着して黒化を発生させ、
これが光束の低下を招くことが原因となっている。

【０００４】タングステンの飛散を防止するため従来か
ら種々に対策が提案されているが、従来の場合は電極の
形状、構造を変更する手段が多く、このような対策は加
工や成形に手間を要する不具合がある。

【０００５】一方、この種の放電灯では、点灯中におけ
る封入物の蒸気圧が発光効率などのランプ特性に大きな
影響を及ぼし、この蒸気圧は発光管バルブの最冷部の温
度により左右されることが知られている。発光管を管軸
が略水平となる姿勢で点灯させた場合、最冷部は通常、
電極の背部、つまり電極軸の根元部近傍に発生する。し
たがって、発光効率を向上させるため従来から、最冷部
の温度を上げて蒸気圧を高くする手段が採用されてい
る。

【０００６】従来の場合、発光管バルブの端部に形成さ
れる封止部に保温膜を形成したり、電極軸の径を細くし
て電極先端からの熱伝導性を良くするなどの対策、また
は提案がなされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
構造の場合も、封止部や電極に格別な加工、成形を必要
とし、これらの作業が面倒であるばかりでなく、このよ
うな最冷部の温度上昇手段を採用した場合、例えば封止
部にクラックを発生させ易くなったり、電極の温度上昇
により電極物質が飛散して早期黒化を発生するなどの不
具合がある。

【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、格別な加工を施す
ことなく電極物質の飛散を防止し、かつ最冷部の温度を
高くすることができ、光束維持率および発光効率などの
ランプ特性が向上する金属蒸気放電灯を提供しようとす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、電極軸の少なくとも先端部を二次再結晶させ
たことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、電極軸の少なくとも先端部が
二次再結晶されているので、結晶粒子が成長して大きく
なり、飛散し難くなって黒化を防止し、光束維持率が向
上する。また、結晶粒子が大きくなるから熱伝導性が良
くなり、電極軸の先端部に発生するアークスポットによ
り加熱される電極軸先端の熱を電極コイルに効果的に伝
えることができ、このため電極コイルの温度が上り、電
極コイルからの輻射熱で電極背部の最冷部温度を高くす
ることができ、この結果蒸気圧が高くなり、発光効率が
向上する。

【００１１】

【実施例】以下本発明について、図１ないし図５に示す
一実施例にもとづき説明する。

【００１２】図１はメタルハライドランプの発光管を示
し、図中１は発光管バルブであり、透明な石英ガラスに
より形成されている。このバルブ１の両端部にはそれぞ
れ封止管２、２が形成されており、これら封止管２、２
はバルブ１の端部を圧潰して形成されている。これら封
止管２、２には電極３、３が封装されている。電極３、
３は、後述する電極軸４の先端に電極コイル５を取付け
て構成されている。これら電極３、３はバルブ１内に臨
まされており、互いの電極軸４、４の先端がバルブ１内
で所定の電極間距離を存して対向されている。

【００１３】電極軸５の根元は封止部２、２に封着され
ており、封止部２、２内で金属箔導体６、６に接合され
ている。金属箔導体６、６はモリブデンなどのような高
融点金属により形成されており、外部リード線７、７と
接続されている。

【００１４】上記電極３は図２に示すように構成されて
おり、これについて説明すると、電極軸４は先端部４１
と根元部４２とに分離して構成されており、これら先端
部４１と根元部４２はこれらの間に跨がって巻回された
上記電極コイル５により、機械的および電気的に接合さ
れている。電極軸先端部４１は、その先端が電極コイル
５よりも放電空間側に突出するようになっている。電極
軸根元部４２は、その基端が封止部２内で金属箔導体６
に溶接されている。

【００１５】上記電極軸４の先端部４１および根元部４
２は、ともにドープトタングステンにより構成してもよ
いが、本実施例の場合、酸化トリウムＴｈＯ₂ （トリ
ア）等の希土類酸化物を含有したタングステンにより形
成されている。なお、酸化トリウムはタングステンに対
し、０．３〜５重量％の割合で含有している。

【００１６】この電極軸４は、例えば１０^-4〜１０^-5To
rr程度の真空雰囲気で２２００℃程度の温度で加熱する
高温真空処理法により二次再結晶されている。このよう
な二次再結晶により電極軸４は結晶粒子が成長して大き
くなっているものである。

【００１７】上記発光管バルブ１内には、例えば金属ハ
ロゲン化物と、水銀およびアルゴンなどの希ガスが封入
されている。金属ハロゲン化物は、例えばＳｃＩ₃ 、Ｎ
ａＩ、ＤｙＢｒ₃ 、ＨｏＢｒ₃ 、ＴｍＢｒ₃ 、ＨｇＢｒ
₂ 、ＣｓＩ、ＨｇＩなどが使用に好適する。

【００１８】このような構成のメタルハライドランプに
おいては、電極軸４を二次再結晶させてあり、これによ
り電極軸４の結晶粒子を成長させて大きくしてあるから
点灯中、アークスポットの発生により加熱されてもスパ
ッタリングする割合が少なくなる。このため電極材料の
タングステンがバルブ１の管壁に付着するのが軽減さ
れ、よって黒化が防止され、早期に光束が低下するのが
防止される。すなわち、光束維持率が向上する。

【００１９】また、上記のような二次再結晶による結晶
粒子の成長は、電極軸４の熱伝導性を良くする。このた
め、電極軸先端部４１がアークスポットにより加熱され
ても、この熱は速やかに電極コイル５に伝達され、電極
コイル５の温度を上昇させる。よって、電極コイル５か
らの輻射熱により電極３背部のバルブ端部、つまり電極
根元付近の封止部２の温度が上昇され、ここに発生する
最冷部の温度が高くなる。この結果、封入物質、すなわ
ち金属ハロゲン化物や水銀の蒸気圧が高くなり、発光効
率が向上する。

【００２０】このような構成であれば、電極軸先端部４
１のみを二次再結晶処理することもできるので、バルブ
１や封止部２に格別な加工を施す必要がなく、また保温
膜を形成するなどの面倒な手間も必要でなく、さらに電
極３の大きさを変える必要もない。このため、バルブ１
や封止部２にクラックが発生したり、電極軸の折損を生
じるなどの不具合を防止することができる。上記実施例
の構造の電極３を用いた４００Ｗのメタルハライドラン
プについて実験した結果を説明する。

【００２１】図３は、電極軸４の先端部４１が酸化トリ
ウムを含有しないドープトタングステンにより構成され
た電極において、この電極を上記高温真空処理法により
二次再結晶させ、このランプを３０００時間点灯させた
場合の光束維持率を調べた結果である。

【００２２】この図から明らかな通り、酸化トリウムを
含有しないドープトタングステンの場合であっても、二
次再結晶させた電極３を用いたランプＡは、二次再結晶
させない電極を用いたランプＢに比べて、光束維持率が
約１０％向上することが認められる。また、上記電極構
造のランプについて、１００時間点灯後の発光効率を調
べた結果、下記の通りである。

【００２３】つまり、電極を二次再結晶させたランプ
は、１００時間点灯後の発光効率が１０６lm／Ｗであっ
たが、電極を二次再結晶させない電極を用いたランプ
は、１００時間点灯後の発光効率が１００lm／Ｗであ
り、二次再結晶させた電極３を用いたランプの方が発光
効率の向上が認められる。これは、電極コイル５からの
輻射熱による最冷部温度の上昇によると推測される。

【００２４】一方、本発明者等は電極軸に酸化トリウム
を含有させた電極についてこの電極軸を上記高温真空処
理法により二次再結晶させ、このランプを３０００時間
点灯させた場合の光束維持率を調べた。

【００２５】その結果を、図４に示す。図４から理解で
きる通り、３０００時間点灯後において、先に説明した
通り、酸化トリウムを含有しないドープトタングステン
の場合であっても、電極軸４を二次再結晶させた電極３
を用いたランプは、二次再結晶させない電極を用いたラ
ンプに比べて光束維持率が約１０％向上することが認め
られ、さらに酸化トリウムをタングステンに対し０．３
〜５重量％の割合で含有させて二次再結晶させた電極３
を用いたランプの場合は、光束維持率が一層向上（１０
％以上）することが認められた。

【００２６】電極の再結晶粒子は、酸化トリウム等の金
属酸化物を含有しない場合が一番大きく、酸化トリウム
の含有割合が増加する程小さくなる傾向をもつ。このた
め、酸化トリウムをタングステンに対し５重量％を越え
て含有させた場合は、結晶粒が小さくなり過ぎて改善効
果が低いことが判る。

【００２７】また、図５は包装落下試験による電極の折
損発生割合を調べたものであり、この実験結果から酸化
トリウムを０．３重量％未満の割合で含有させた場合
は、折損の発生確率が高くなる。

【００２８】これは前述に通り、金属酸化物の含有率を
大きくすれば、結晶粒の過度な成長がなくなるため、二
次再結晶粒界で生じる折損が少なくなるものと推察され
る。このようなことから、酸化トリウム等の希土類酸化
物を０．３〜５重量％の割合で含有させた電極が一層効
果的であることが理解できる。

【００２９】これは、以上の実験によっても確認される
通り、希土類酸化物をが含有している場合は、再結晶粒
子がある程度の大きさに成長するため、点灯中のタング
ステンの飛散を防止し、また含有している酸化トリウム
のエミッション作用によっても電極の損傷を防止するこ
とができる相乗効果が生じるものと推測される。なお、
本発明は上記実施例の構造に制約されるものではない。

【００３０】すなわち、上記した実施例の電極３の構造
は、図２に示すように電極軸４が先端部４１と根元部４
２とで分離構造をなし、酸化トリウムを０．３〜５重量
％の割合で含有させ、かつこの電極軸４を高温真空処理
法により二次再結晶させたものであるが、電極はすでに
述べたように希土類酸化物を含有させない場合であって
もよい。

【００３１】また、図６に示す他の実施例のように電極
軸４を一体構造とし、全体に酸化トリウムを０．３〜５
重量％の割合で含有させ、かつこの電極軸４全体を高温
真空処理法により二次再結晶させたものであってもよ
い。

【００３２】さらにまた、電極軸を先端部と根元部に分
離し、両者を二次再結晶させる場合においては、その根
元部に希土類酸化物を含有させれば、上述したように電
極に折損を防止することができる。なお、二次再結晶処
理の手段は、上記高温真空処理法の外に、アルゴンプラ
ズマ法、ボンバード法、ＣＯ₂ レーザ法などであっても
よい。

【００３３】また、上記実施例ではメタルハライドラン
プに適用して説明したが、本発明は高圧水銀放電灯や高
圧ナトリウムランプなどのような他のＨＩＤランプにも
実施可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極軸の少なくとも先端部を二次再結晶させたので、この
部分は結晶粒子が大きくなり、飛散し難くなってバルブ
の黒化を防止し、光束維持率が向上する。また、結晶粒
子が大きくなるから熱伝導性が良くなり、アークスポッ
トにより加熱される電極軸先端の熱を電極コイルに効果
的に伝えることができ、このため電極コイルからの輻射
熱で電極背部の最冷部温度を高くすることができ、よっ
て蒸気圧が高くなり、発光効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すメタルハライドラ
ンプの発光管を示す側面図。

【図２】同実施例の電極の断面図。

【図３】光束維持率についての特性図。

【図４】酸化トリウムの含有率と光束維持率比との関係
を示す特性図。

【図５】酸化トリウムの含有率と電極折損の発生割合と
の関係を示す特性図。

【図６】本発明の第２の実施例を示す電極の断面図。

【符号の説明】

１…バルブ、２…封止部、３…電極、４…電極軸、５…
電極コイル、６、８…金属箔導体、７…外部リ−ド線、
４１…電極軸の先端部、４２…電極軸の根元部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管バルブ内に、電極軸およびこの電
   極軸に巻装された電極コイル部とからなる電極を封装し
   た金属蒸気放電灯において、 上記電極軸の少なくとも先端部を二次再結晶させてある
   ことを特徴とする金属蒸気放電灯。
2. 【請求項２】 上記電極軸は、電極軸先端部と電極軸の
   根元部とを電極コイル部により連結して構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の金属蒸気放電灯。
3. 【請求項３】 上記電極軸の先端部および根元部は二次
   再結晶されているとともに、希土類酸化物をタングステ
   ンに対して０．３〜５重量％含有していることを特徴と
   する請求項２に記載の金属蒸気放電灯。