JPH0744253U - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】演色性が改善されかつ効率が高められると共
に、良好な光値が全寿命に亘って維持され続けるように
する。 【構成】セラミック放電管４とハロゲン化物充填物とを
備えた高圧放電ランプは貫通導体としてニオブピン９を
有している。ニオブピン９は端部プラグ１０内へ直接焼
結導入され、その際にニオブピン９は放電側が端部プラ
グ１０の孔１４内へ深く挿入される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、イオン化可能なハロゲン含有の充填物を含むセラミック放電管を備 え、この放電管は２つの端部を有し、その際少なくとも１つの端部はセラミック 端部プラグによって軸方向孔が閉鎖され、その軸方向孔内には貫通電流導体とし てニオブまたはニオブに類似の金属から成るピンが配置され、そのピンの内端に はタングステン製軸体を有する電極が固定され、そのピンの外端にはリード線が 接続された高圧放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】

この場合の対象はメタルハライドランプである。一般にメタルハライドランプ は石英ガラス製ガラス球を有している。最近ではこのランプの演色性を改善する 努力がなされている。このために必要な高い温度はセラミック放電管を使用する ことによって得られる。標準的な電力は１００〜２５０Ｗである。管状放電管の 端部は円筒状セラミック端部プラグによって閉鎖され、この端部プラグは中心部 に金属性の貫通導体を有している。

【０００３】 セラミック放電管およびこのために開発された封止技術はナトリウム高圧ラン プにおいて知られている。一般にニオブから成る管状またはピン状の貫通導体が 使用され（英国特許第１４６５２１２号明細書およびヨーロッパ特許第３４１１ ３号明細書）、この貫通導体はガラスろうまたは溶融セラミックスによってセラ ミック端部プラグ内へ封着される。長寿命と良好な演色性とを有するメタルハラ イドランプに対してはこの封着はしかしながら条件付きで適する。というのは、 金属ハロゲン化物充填材はニオブ製の貫通導体ならびに密閉のために使用されて いる溶融セラミックスを強く腐食させるからである。ヨーロッパ特許第１３６５ ０５号明細書には、ニオブ管の貫通導体が“グリーン”Ａｌ₂ Ｏ₃ セラミックス の収縮現象に基づいて直接、即ち溶融セラミックスを用いることなく、気密に焼 結導入されるようにしたニオブ高圧ランプが記載されている。このことは両材料 が等しい熱膨張係数（８×１０^-6Ｋ^-1）を有するので好適である。これによって 寿命は確かに改善されるが、しかしながらセラミックハロゲン化物ランプへこの 技術を転用する際にニオブ腐食の問題が残る。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の課題は、冒頭で述べた種類の高圧放電ランプにおいて、演色性が改善 されかつ効率が高まるとともに、全寿命に亘って良好な光値を維持するようにす ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この課題は、本考案によれば、ピンは気密に直接端部プラグ内へ焼結導入され 、ピンは放電側が端部プラグの孔内へ深く挿入されるようにすることによって解 決される。

【０００６】 本考案の特に有利な実施態様は請求項２以降に記載されている。

【０００７】

【作用効果】

ナトリウム蒸気ランプにおいて知られている貫通導体の技術を金属ハロゲン化 物充填物を有するセラミックランプへ転用する際、同時に２つの問題が一度に解 決されなければならない。即ち、ハロゲン化物は溶融セラミックスならびに貫通 導体を腐食させる。非常に僅かな金属（特にニオブおよびタンタル）しかセラミ ックスにほぼ整合する熱膨張係数を有していないので、貫通導体が問題となる。 しかしながらこれらの金属はハロゲン化物によって腐食させられる。従って、こ れらの金属は、ハロゲン化物によって腐食させられる前に有効に保護される場合 にしか使用され得ない。

【０００８】 本考案はこのことを貫通導体の材料を公知のピンの形態に加工することによっ て達成する。その直径は好適には０．５〜１．０ｍｍである。ピンがプラグ内に 直接、溶融セラミックスを用いることなく、焼結導入され、同時にピンがプラグ の孔内において放電側に対して若干後方へ置かれ、このようにしてピン表面が孔 の壁によって保護されることは、ハロゲン化物による腐食に対して許容し得る気 密性を維持するために重要であることが判明した。３つの全ての特徴点を組合わ せて初めて所望の成果が確保される。このことは以下の考察によって理解されよ う。

【０００９】 細いピンの形態の貫通導体の直接焼結導入は、管の焼結導入に比較して、セラ ミックプラグと金属製の貫通導体との間の膨張差が小さく保持され得るという利 点を有する。封止の際にはこの点は重要ではない。というのは、溶融セラミック スは膨張差が比較的小さい（数パーセント）場合には気密性を保証するからであ る。直接焼結導入の際には小さな膨張差も同様に問題になり、気密性は別の手段 によって達成されなければならない。このような理由から、ナトリウム蒸気ラン プの場合、直接焼結導入が行われる場合には従来は管状の貫通導体しか使用され ていなかった。何故ならば、膨張差に起因する応力は管の弾力性によって吸収さ れるからである。

【００１０】 しかしながら、技術的には少なくとも２ｍｍの直径を有する管しか作成し得な い。標準値は４ｍｍである。

【００１１】 ピンの場合には弾力性が不足しているので同じように寸法決めされたピンを用 いた試みは始めから不適格とみなされ、そのためにむしろ管状の貫通導体の変形 例を捜すことだけが行われていた。貫通導体をプラグの軸方向孔内へ深く挿入す ることによって、ハロゲン化物の攻撃から守ることは特に有望であるとみなされ ている。それでも完全に満足する結果は得られなかった。何故ならば、管におい て唯一残されたハロゲン化物による腐食面、つまり、管の底の端面（この端面に は電極軸体が固定されている）は、製造上技術的に制限された下限値があるため に止む得ず大きくされているからである。この種のランプの寿命は２００時間が 限界である。

【００１２】 従来知られている封止技術においてピンを用いた試みは腐食問題で失敗してい る。驚くべきことに孔内へ深く挿入してもこのことは変わらなかった。

【００１３】 しかも、ピンの直径を減少させると（このことは膨張差の絶対値を少なくする ために望ましいことである）、このような困難にパラドックス的に直面する。貫 通導体ピンの直径はその際には電極軸体と同程度となる。

【００１４】 その理由は、溶融セラミックスを充填する際この溶融セラミックスは元々所望 されたようにピンの放電側端部へ流れていくと共に毛細管力によって孔の放電側 端部に存在する孔と電極軸体との間の環状隙間内へ吸引されることにあるからで ある。このような状況のために、冷えると、セラミックプラグと溶融セラミック スと電極軸体（この電極軸体は一般に高融点材料、特にタングステンから成り、 その熱膨張係数はセラミックスの熱膨張係数よりも約５０％小さい）との間の誤 整合に起因して、溶融セラミックス内に不可避的に亀裂が生じ、最終的にはプラ グ自体にも不可避的に亀裂が生じ、このことにより放電管が早期に故障を起こす ことになる。

【００１５】 このような事態において、貫通導体ピンの直径に対する本来の下限値が電流負 担の理由から決定される電極軸体の直径によってのみ予め与えられることは特に 好都合であることが判明している。この種の小さな直径（約０．５〜１．０ｍｍ ）の場合、貫通導体とセラミックプラグとの間の膨張差の絶対値が非常に小さく なることは極めて重要であり、それゆえこのような事情の下にピンの直接焼結導 入は有望であるとみなされている。

【００１６】 この技術は管の直接焼結導入とは根本的に相違している。なぜならば、適宜に 細いピンの場合、管では知られている応力が全く発生しないからである。

【００１７】 他の利点は、電極軸体の直径にニオブピンの直径が整合することによってピン の端面が（管の端面とは異なり）最適に被覆され得る点である。電極軸体はピン 端部に突き合わせ溶接される。この両直径間の差が大きい場合、セラミックスに 関する熱膨張差の絶対値は大きくなり、ランプ寿命は気密漏れによって悪化する 。両直径間の差が小さい場合または両直径が同じ大きさの場合、ピン端面の最適 な被覆と同じように、プラグ壁は熱膨張係数が良好に整合する引込線ピン（特に ニオブから成る）とこの引込線ピンに対して完全に誤整合する電極軸体（特にタ ングステンから成る）とに同程度に焼結される。従って、冷えると、セラミック ス内に不可避的に亀裂が生じる。

【００１８】 両ピン状部材（貫通導体ピンと電極軸体）相互が相対的に正確に一列でかつ中 心に着座すると共に、直径間に僅かな差がある場合には、直接焼結導入のために 使用されたプラグ用グリーンセラミックスの収縮現象は電極軸体での焼結が回避 されるように正確に制御されることが基本的前提となる。このことは例えば焼結 材料の粒度を適宜に選定することによって行われる。

【００１９】 このような寸法の場合には、貫通導体ピンにおけるハロゲン化物充填物の腐食 作用はピンの放電側端面における狭い環状帯域に制限され、焼結導入の気密性が 保持されるのが保証される。

【００２０】 主としてヨーロッパ特許第１３６５０５号明細書に記載されているのと同じ工 程をとる直接焼結導入の場合、端部プラグの“グリーン素体”は最初に貫通導体 を装備し、その後、端部プラグがニオブピン上で収縮する焼結工程をとる。この 場合、温度は約１８５０゜Ｃ、圧力は１０^-4ｍｂａｒとなる。

【００２１】 このような条件下に置かれたニオブピンが蒸発することは好ましくないことが 判明している。というのは、ニオブは焼結条件下では既に大きな蒸気圧を有する からである。このことにより放電管は焼結過程の間外側が灰色化し、これにより 効率が低減する。

【００２２】 このような問題を取除くために、少なくとも焼結期間中はニオブピンの外部へ 突出している部分が保護被覆によって包囲されることが有利である。その際、ニ オブピンの外部部分を包囲するセラミックス製スリーブ等が使用される。スリー ブはその後再び取除かれる。しかしながら、スリーブは永続的に取付けることも でき、その場合スリーブは端部プラグの深い所へ固定される。スリーブは同時に ピンの支持体としても使われる。というのは、ピンは焼結工程の際に若干脆弱化 するからである。外部リード線が貫通導体に固定される場合、この支持体は破壊 の危険を予防する。

【００２３】 特に優れた解決策は、ピンが端部プラグ内に完全に沈められてつまり端部プラ グ内に両端部が沈められて配置され、ニオブピンからは外部リード線への結合部 材が外管の空間内へ案内されることによって得られる。この結合部材は焼結の際 の脆弱化に対して抵抗力のあるタングステンから同様に有利に構成され、電極軸 体と同様にピンに突き合わせ溶接される。両接合個所は端部プラグの内部に存在 している。端部プラグ内の孔は原理上はニオブピンの直径に整合する一定の直径 を有している。このように配置されると、ニオブピンは最善に被覆される。この ことは内部からの充填物による腐食作用に対してもまた外部空間内へのニオブの 漏出（このことにより灰色化が惹き起こされ得る）に対しても有効である。

【００２４】 ニオブピンの沈められた長さはセラミックプラグの高さの約８０％であるのが 有利であり、それにより一方では極めて長い密閉距離が実現され、他方では沈め の利点（腐食および灰色化に対する保護作用）が得られる。それに応じて電極軸 体の沈めて配置された部分の長さは約１０％となる。

【００２５】

【実施例】

次に本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２６】 図１には１５０Ｗの電力を持つメタルハライドランプが概略的に示されている 。このランプはランプ軸を形成する石英ガラス製円筒状外管１から構成され、こ の外管１は端部２が絞られて口金３に固定されている。軸線方向に配置されたＡ ｌ₂ Ｏ₃ セラミックスから成る放電管４は中心部に膨らみを有し、また円筒状端 部６を有している。放電管４は口金３に箔８を介して接続されている２つのリー ド線７によって外管１内に保持されている。モリブデンから成るリード線７は貫 通導体として形成されるニオブピン９に溶接され、このピン９はそれぞれ放電管 の端部プラグ１０内へ直接焼結導入されている。

【００２７】 ニオブピン９は放電側にそれぞれ電極１１を保持しており、これらの電極１１ はタングステン製電極軸体１２と放電側端部に形成された球状先端部１３とから 構成されている。放電管の充填物は不活性の点弧ガス、例えばアルゴンの他に、 水銀および金属ハロゲン化物の添加物から構成されている。

【００２８】 この実施例においては電極軸体１２は端部プラグ１０の孔１４内へ達している 。何故ならば、ニオブピン９は孔内において放電側へ深く挿入されているからで ある。他方では、ピン９は端部プラグ１０の外端を越えて突出し、そしてリード 線７に直接結合されている。

【００２９】 図２には第２の実施例として放電管の排気端部６ａの領域が詳細に示されてい る。放電管はその両端部に１．２ｍｍの肉厚を有している。Ａｌ₂ Ｏ₃ セラミッ クスから成る円筒状プラグ１０は放電管の端部６内へ挿入され、３．３ｍｍの直 径と６ｍｍの高さとを有している。プラグ１０の軸方向孔１４内には貫通導体と して１２ｍｍの長さと０．６ｍｍの直径とを有するニオブピン９が直接焼結導入 されている。電極軸体１２（直径０．５５ｍｍ）はニオブピン９に突き合わせ溶 接されている。

【００３０】 ニオブピン９の外側部分１６はセラミックスリーブ１８によって密に包囲され ている。良好な保持を行うために孔１４は端部プラグの反放電側端部１７のとこ ろで拡大されている。この拡大された孔部分１９内にはスリーブ１８が挿入され 、この個所でガラスろう２０によって固定されている。スリーブ１８は、灰色化 を予防し、焼結によって脆弱化するニオブピンを安定化させる働きをする。

【００３１】 この場合充填孔２４はランプ軸線に対して平行にかつ側方へずらされてプラグ １０を貫通案内されている。充填孔２４は排気過程および充填過程が終了した場 合には高融点セラミックス２０によって密閉される。スリーブ１８を固定する際 の封止および充填孔２４の密閉は１工程で行うと有利である。充填孔２４内の溶 融セラミック量を低減させるために、Ａｌ₂ Ｏ₃ 充填棒が充填孔２４内へ挿入さ れ得る。

【００３２】 特に優れた実施例が図３に示されている。図２の実施例との相違は、ニオブピ ン２１が５ｍｍの長さと０．８ｍｍの直径とを有しており、このニオブピン２１ が孔１４内に両端が沈むように配置され、それによりスリーブが省略され得るよ うにした点にある。タングステンワイヤから成る電極軸体１２は０．７５ｍｍの 直径と７ｍｍの長さとを有している。この電極軸体１２は孔１４内へ０．５ｍｍ の深さで入っている。端部プラグ１０の反放電側端部１７のところでは同様に外 部の電流供給導体への結合部材２２としてタングステンワイヤがピン２１に溶接 されている。結合部材２２は同様に０．７５ｍｍのワイヤ直径と１１ｍｍの長さ とを有している。結合部材２２とピン２１との接合個所２３は同様に端部プラグ １０の軸方向孔１４内に約０．５ｍｍの深さで配置されている。タングステンピ ン２２と充填孔２４内のガラスろう２０との間の異なった膨張係数に基づく接触 は回避されるべきであるので（さもないとセラミックス内に亀裂が生じ得る）、 同様にこの実施例においてもニオブ（または同様にセラミックス）から成るスリ ーブ１８がタングステンピン２２を包囲していると有利である。というのは、こ れらの両材料はタングステンまたはモリブデンとは異なり溶融セラミックス２０ に整合する膨張係数を有するからである。スリーブの代わりにまたはスリーブに 加えて、隔離手段として、プラグ１０のところに設けられてタングステンピン２ ２の周りを一巡するカラー２５（破線で示されている）が使用され得る。

【００３３】 ここで述べた焼結導入技術は原理上放電管の両端部に対して同時に使用するこ とができる。その際、先ず、電極とピンと端部プラグとから構成された完全な電 極系がガラスろうまたは溶融セラミックスを用いることなく放電管の第１端部内 へ直接焼結導入される。放電管はグローブボックス内で放電管のまだ開口してい る第２端部を通して排気され、充填物が充填される。その後、既に完成している 電極系を焼結導入されている端部プラグが開口端部内へ挿入され、プラグが放電 管の壁に対してガラスろうまたは溶融セラミックスによって密閉される。ガラス ろうはハロゲン化物によって腐食させられ得るので、ガラスろうを用いないで行 われるピンの封着の利点は即座に分かるであろう。しかしながら、ガラスろうの 反応性が温度状態によって著しく左右されることを考慮すべきである。即ち、そ の反応性は指数法則によって説明することができる。ピンの作動温度は放電管の 壁付近の作動温度（約９００゜Ｃ）よりも著しく高い（例えば１１００゜Ｃ）の で、放電管の壁付近ではガラスろう密閉部は非常に僅かな負担に晒されるだけで あり、それゆえランプ寿命はガラスろうを用いないで行われる密閉に比較して殆 ど被害を受けない。

【００３４】 この方法とは異なり、放電管がその側壁のところまたはプラグ（図２および図 ３）内に補助孔を有することも可能である。両端部は先ずガラスろうを用いない で電極系を装備し、直接焼結導入によって閉鎖される。補助孔は放電管の排気お よび充填のために使用され、その後高融点セラミックスによって密閉される。即 ち、孔上に固体の溶融セラミックコンパウンドが置かれ、この溶融セラミックコ ンパウンドが後で加熱され、それにより孔が気密に閉鎖される。

【００３５】 側壁内の補助孔を加熱するために、特殊な光学系において拡大されたレーザ光 線を用いて局部的な加熱を行うことが可能である。

【００３６】 スリーブ（図２および図３）を使用すると、タングステンピンとガラスろうと の間の接触が回避される。スリーブを固定する際の封止および充填孔の密閉は１ 工程て行うと有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】メタルハライドランプを一部断面にて示す概略
図。

【図２】ランプの封止領域の第２の実施例を一部断面に
て示す概略図。

【図３】ランプの封止領域の第３の実施例を一部断面に
て示す概略図。

【符号の説明】

１ 外管 ２ 両端部 ３ 口金 ４ 放電管 ５ 中心部 ６ 端部 ７ リード線 ８ 箔 ９ ニオブピン １０ 端部プラグ １１ 電極 １２ 電極軸体 １３ 先端部 １４ 孔 １６ ニオブピンの外側部分 １７ 端部プラグの反放電側端部 １８ スリーブ １９ 拡大された孔部分 ２０ ガラスろう ２１ ニオブピン ２２ タングステンピン ２３ 接合個所 ２４ 充填孔 ２５ カラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 シユテフアン ユングスト ドイツ連邦共和国 8011 ツオルネデイン グ ヘルツオーク‐ルートヴイツヒ‐シユ トラーセ 44

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン化可能なハロゲン含有の充填物を
   含むセラミック放電管（４）を備え、この放電管は２つ
   の端部（６）を有し、その際少なくとも１つの端部はセ
   ラミック端部プラグ（１０）によって軸方向孔（１４）
   が閉鎖され、その軸方向孔（１４）内には貫通電流導体
   としてニオブまたはニオブに類似の金属から成るピン
   （９；２１）が配置され、そのピンの内端にはタングス
   テン製軸体（１２）を有する電極が固定され、そのピン
   の外端にはリード線（７）が接続された高圧放電ランプ
   において、ピン（９；２１）は気密に直接端部プラグ
   （１０）内へ焼結導入されるとともに、放電側が端部プ
   ラグ（１０）の孔内へ深く挿入されることを特徴とする
   高圧放電ランプ。
2. 【請求項２】 ピン（９）は端部プラグ（１０）の反放
   電側端部（１７）よりも突出し、スリーブ（１８）によ
   って包囲されることを特徴とする請求項１記載の高圧放
   電ランプ。
3. 【請求項３】 ピン（２１）は端部プラグ（１０）の両
   端部から突出することなくその孔（１４）内へ深く挿入
   されることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ラン
   プ。