JPH10289690A

JPH10289690A - 高圧放電ランプ

Info

Publication number: JPH10289690A
Application number: JP9681497A
Authority: JP
Inventors: Yuriko Kaneko; 由利子金子; Makoto Horiuchi; 誠堀内; Makoto Kai; 誠甲斐; Mamoru Takeda; 守竹田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧放電ランプの放電電極の、放電アークを
保持している側の電極棒直径に比較して、ガラスと密着
溶接されている側の電極棒直径を細くしたことにより、
耐圧を向上させ、耐圧設計の幅を広げ、高圧放電ランプ
における安全性を高めるランプとする。【解決手段】高圧放電ランプの電極部に関して、アー
ク放電を受ける部分の電極先端部は、ランプ特性として
必要な電極棒径を用い、電極シール部に向かうにしたが
って、棒径を段階的に細くしたり、連続的に細くしたり
した電極棒を用いる。このランプ封止した高圧放電ラン
プは、電極棒径に変化のない従来のストレート電極棒を
用いてランプ封止した高圧放電ランプよりも耐圧が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、点灯時、内圧が１
気圧以上になる高圧放電ランプの高耐圧化に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧放電ランプは、住宅、施設、
店舗等の一般照明用として広く使用されてきた。最近で
は、オーバーヘッドプロジェクターや、投射型テレビ、
映写機等の光源としても使用されてきている。それは、
高圧放電ランプが、高輝度の光放射をするためである。

【０００３】特に近年、ランプからの演色性を向上する
とか、放電アークの長さを短くし、点光源に近付けよう
とする試みが盛んに研究されている。しかし、この時、
ランプ内圧を今まで以上に上げる必要が生じている。

【０００４】このランプ内圧が上昇するにともないラン
プの破損防止の対策が色々施されてきた。例えば、特開
平３−２０１３５７号公報の「高耐圧箔シール構造」等
がある。これによれば、金属箔を用いたシール部での軸
に垂直な断面において、金属箔とガラス管との未密着部
分の最大値をａ、その部分でのシール外径をｂとすると
き下記式（数１）を満足すること構成を取ることによ
り、耐圧性に優れた箔シール構造が得られる。

【０００５】

【数１】（ｂ−ａ）／ａ^1.5 ＞１．４

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の発明にお
いては、(b-a)/a^1.5の値で耐圧が決定されている。しか
し、耐圧は、(b-a)/a^1.5の値のみでは決定されないこと
が検討により判った。例えば、(b-a)/a^1.5を一定にした
場合にも、耐圧は放電ガラス管と電極シール部の境の絞
り内径に依存することが判った。

【０００７】耐圧を向上する手段としては、放電ガラス
管と電極シール部の境の絞り内径を小さくしていけば良
いのであるが、放電ガラス管と電極シール部の境の絞り
内径は、ランプの光特性、寿命特性により決定されるラ
ンプ設計によって、決定される。というのは、電極形
状、金属箔形状は、ランプの電気特性、分光特性、寿命
特性に応じて設計される。例えば、電極が受ける電流値
を増やすにつれ、放電アークを保持している側の電極を
太く設計することは、電極設計上一般的手法である。そ
のため、ランプを直流点灯する場合は、陽電極の放電ア
ークを保持している側を太く設計したり、交流点灯の場
合においても、放電アークの長さを短くすると増加する
電流値に従って、放電アークを保持している側の電極を
太く設計したりする。特に、近年、市場からの要求によ
り放電アークの長さを短く傾向にあるのは前記してある
通りで、電極設計する上で、放電アークを保持している
側の電極を太くする傾向がある。ところで、電極をガラ
ス管に封止する製法は、以下の通りである。（１）放電ガラス管部分を成形すると同時に放電ガラス
管と電極シール部の境部に絞り加工を行う。（２）電極を放電ガラス管と電極シール部の境の絞り部
を通って放電ガラス管に挿入する。（３）電極シール部のガラス管をバーナーで熱し、溶融
させ封止する。つまり、放電ガラス管と電極シール部の
境の絞り内径は、電極が通ることができうる径に規制さ
れるのである。

【０００８】ところが、放電アークの長さを短くしてい
くにつれ封入水銀量を増加させるために、ランプの動作
圧は上昇する。そのため、その動作圧に耐えうる耐圧構
造を備えたランプにするためには、備えたい耐圧に応じ
て、放電ガラス管と電極シール部の境の絞り内径を小さ
くしなくてはならないが、上記の通り製造上規制される
ランプの設計上、その絞り内径は、とりえない場合があ
る。

【０００９】したがって、従来の方式のなかでランプ特
性として要求されている種々の特性を得るためには、耐
圧設計上不十分になる場合が多々あった。本発明は放電
ガラス管と電極シール部の境の絞り内径との関係による
耐圧をさらに向上させ、耐圧設計の幅を広げ、高圧放電
ランプにおける安全性を高めることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、電極棒径の設計と箔形状の設計を、ランプが破壊
しにくい構造にすることで実現するものである。

【００１１】すなわち本発明の第１番目の高圧放電ラン
プは、高圧放電ランプの放電電極において、放電アーク
を保持している側の電極棒直径に比較して、ガラスと密
着溶接されている側の電極棒直径を細くしたことを特徴
とする。

【００１２】前記高圧放電ランプにおいては、放電アー
クを保持している側の電極棒直径を１とした場合、ガラ
スと密着溶接されている側の電極棒直径が０．９９以下
であることが好ましい。

【００１３】前記高圧放電ランプにおいては、放電アー
クを保持している側からガラスと密着溶接されている側
へ、電極棒径を段階的に細くしたことが好ましい。また
前記高圧放電ランプにおいては、放電アークを保持して
いる側からガラスと密着溶接されている側へ、電極棒径
を連続的に細くしたことが好ましい。

【００１４】次に本発明の第２番目の高圧放電ランプ
は、放電電極棒とランプの駆動装置に接続するリード線
が金属箔の両端でそれぞれ同軸方向に対向して溶接して
ある金属箔が、ガラスと密着している電極封止部構造に
おいて、前記放電電極棒を溶接した側の金属箔の、電極
棒に垂直方向の幅が、ランプの駆動装置に接続する前記
リード線側のリード線に垂直方向の幅より狭いことを特
徴とする。

【００１５】前記高圧放電ランプにおいては、放電電極
封止部分のガラスと密着溶接する金属箔の、放電電極引
き出し部側の金属箔形状が、金属箔の最も面積の大きい
面において角のない構造であることが好ましい。

【００１６】また前記高圧放電ランプにおいては、放電
電極の溶接部が金属箔で覆われていることが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１〜図１０を用いて説明する。（実施の形態１）図１は、高圧放電ランプの構造の説明
図である。図１において、１は全体を覆っている放電ガ
ラス管、２は外部引き出しリード線５をシールするシー
ル部、３は一定の距離を放電をさせるための放電電極棒
で、３´は電極棒の放電アークを保持している側を示
し、３”は電極棒のガラスと密着溶接されている側を示
す。４はリード線５と放電電極棒３を接続する金属箔、
６は放電ガラス管内と電極シール部の境の絞り部分であ
る。

【００１８】以上のように構成した高圧放電ランプにつ
いて、その耐圧が動作時にどう決定されるか以下に述べ
る。図２は、ランプの耐圧特性を示す概念を説明するた
めのものであり、図１におけるガラス管内とシール部の
境の絞り部分６の断面図である。７は電極棒３とガラス
１との未密着部で、その最長寸を2aとし、また電極棒と
ガラス管との未密着部７において最も曲率半径の小さい
切り欠き部の曲率半径をρとする。そして、最も曲率半
径の小さい切り欠き部分での集中応力をPとすると、下
記式（数２）が成り立つ。

【００１９】

【数２】P＝α×P₀ ここで、αは下記式（数３）の通りである（ただし、α
は集中応力係数、P0は放電ガラス管の圧力を示す）。

【００２０】

【数３】α＝２×（ａ／ρ）^1/2 ここで、ランプの耐圧を模擬的に調べるために、以下の
様な実験を行った。図３は、耐圧測定用のランプであ
る。図３に示すように、ランプを試作する工程で、電極
をピンチングした後のサンプルにガラス細管８をつなげ
た。ガラス細管８から高圧ガスを導入し、破壊する圧力
を測定した。そのランプ破壊圧力をランプの耐圧とし
た。発光管の電極封止部でのａを予め測定したランプの
耐圧を調べた。

【００２１】図４に、以上のようにして調べた放電ガラ
ス管に導入したガスによるランプ耐圧とａ^-1/2との関係
を示す。図４より、式（１）でのP₀とａ^-1/2との関係が
成り立っていることが判る。電極棒径を細くし、ガラス
管内とシール部の境の絞り内径2aを小さくしていけば耐
圧が上がることが判る。しかし、ランプの所定の発光特
性をうるためには、アーク放電を受ける部分の電極棒径
を調整する必要があり、電極先端部は一般的には太くす
る必要がある。そのため、アーク放電を受ける部分の電
極先端部は、ランプ特性として必要な電極棒径を用い、
電極シール部に向かうにしたがって、棒径を段階的に細
くしたり、テーパー形状にして、ランプ耐圧を上と同様
に測定した。例えば、図１の番号３のような電極棒であ
る。図１における電極棒３の先端のテーパー部は、太い
部分の直径が０．９ｍｍ、先端のテーパー部の先端の直
径が０．３ｍｍ、テーパー長さは８ｍｍである。

【００２２】測定結果を図５に示す。図５の線Ａは、電
極の径に変化のないストレート電極棒を用い測定した。
図５の線Ｂは、電極棒をテーパー形状にして、測定し
た。テーパ形状電極とストレート形状電極とを比較する
と、テーパー形状電極（線Ｂ）の方が、耐圧が１０〜３
０％向上することが判った。このとき、ガラス管内とシ
ール部の境のしぼり部分６の断面における電極棒径は、
テーパー形状電極と同一にしている。

【００２３】また、電極棒の電極封止部を階段状に径を
変化させた電極でも、同様の実験を行った。その用いた
階段状電極棒を図６の番号１１に示す。この階段状に径
を変化させた電極１１は、一番太い部分の直径が０．９
ｍｍで、長さ３ｍｍごとに直径が０．２ｍｍづつ段階的
に３段で細くなり、一番細い部分直径は０．３ｍｍであ
った。

【００２４】この階段状に径を変化させた電極１１にお
ける実験においても、テーパー形状電極とほぼ同様に、
ストレート形状電極に比べ、１０〜３０％耐圧が向上す
る事が判った。

【００２５】（実施の形態２）ガラス管中に電極を封止
した後のランプを観察すると、ガラス中にクラックが図
７の番号１２のように生じる。図７は、電極棒と金属箔
の溶接部付近の電極シール部拡大図である。このクラッ
ク１２は、ガラスと金属箔および電極棒との熱膨張係数
の差により生じている。通常発光管を形成している石英
ガラスと金属箔及び電極棒との熱膨張係数はおおよそ５
桁異なる。例えば、石英ガラスが5.5×10^-7であるのに
対し、モリブデンは5.2×10^-6、タングステンは4.4×10
^-6である。これらの値は、1000℃以下の低温域での線膨
張係数であるが、高温域においても石英ガラスに対し
て、金属箔および電極との熱膨張係数が桁違いの差であ
ることは容易に推測される。石英ガラス中に金属箔およ
び電極を封止する製法は、石英ガラス管中に電極を仮固
定し、石英ガラス管を外部よりバーナーで熱し、石英ガ
ラス管を溶融し、仮固定してある電極を封止する。封止
した後、室温で放置すれば、石英ガラスと封止された電
極は、徐冷される。その際、上記の通り石英ガラスと金
属箔および電極との熱膨張は大きく異なるため、石英中
に、応力を緩和するためのクラックが図７のように生じ
る。このクラック１２は金属箔のエッジ部分から電極棒
を囲む様に成長する。このクラックはランプ点灯中破壊
モードを引き起こすより、リークモードに至ることが多
い。

【００２６】これを防止するため、このクラックが発生
するきっかけを作っている金属箔のエッジ部分を除去す
る目的で、図８に示すような三角形型の金属箔１３を準
備し、しかもエッジ部分は飛行機の翼のように、流線型
状にした。前記三角形型の金属箔１３のディメンジョン
は、底辺に相当する部分の長さが２．５ｍｍ、高さに相
当する部分の長さが３ｍｍである。このような箔形状で
封止したランプの耐圧は図９の線Ｃに示した。図９の線
Ｄは一般的な長方形状金属箔で封止したランプの耐圧で
ある。流線型状金属箔を用いて封止したランプの耐圧
は、長方形状金属箔を用いて封止したランプの耐圧と比
較して、２０％前後向上していることがわかる。

【００２７】（実施の形態３）さらに、破壊の様子を詳
細に観察するために以下の実験を行った。あらかじめ試
験サンプル用ランプの放電ガラス管と電極シール部の境
の絞り内径からそのランプの耐圧を予測し、ランプに予
測した耐圧力の10%減の高圧ガスを封入することによ
り、破壊寸前のランプを得た。このランプを観察するこ
とより、ランプを破壊させる傷は、溶接部の電極棒と金
属箔の段差部から成長するものと、箔のエッジから成長
するものが、衝突することにより成長することが判っ
た。このような傷の成長は、目視では判りにくいため、
ランプにインクを注入し、時間をかけて傷にインクを浸
透させて、観察を行った。その写真のトレース図を図１
０に示す。これらの観察により、溶接部の電極棒と金属
箔の段差部から成長している傷１０を小さくすることに
より、耐圧が向上することが判った。

【００２８】そこで、この電極溶接部分の電極棒と金属
箔との段差をなくし、段差部から成長している傷を減ら
すために、図１１のように、電極棒３がむき出しの部分
に金属箔４を被覆し、電極棒３の電極エッジが露出しな
い構成とし、一端を外部引き出しリード線に接続した。
その結果、電極棒３と金属箔との溶接部４において、電
極棒と金属箔との段差がなく、電極棒と金属箔が一体化
した。そして、ガラス管との封止後も、電極棒の先より
成長していた傷が小さくなった。また、上記構成のラン
プにおいて耐圧試験を行った結果、従来の構成のものと
比較し、耐圧が３０％も向上することがわかった。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、放電ガラ
ス管と電極シール部の境の絞り内径との関係による耐圧
をさらに向上させ、耐圧設計の幅を広げ、高圧放電ラン
プにおける安全性を高めるという顕著な効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるテーパー形
状の電極棒を備えた高圧放電ランプの構成を示す断面
図。

【図２】高圧放電ランプの放電ガラス管内と電極シー
ル部境部分の断面図。

【図３】耐圧測定用のランプの構成を示す断面図。

【図４】ランプ耐圧と、放電ガラス管内と電極シール
部境部分の電極棒とガラス未密着部の最長寸の相関を示
す図。

【図５】ストレート形状電極棒を用いて封止したラン
プとテーパー形状電極棒を用いて封止したランプのラン
プ耐圧の特性差を示す図。

【図６】本発明の第１の実施の形態による階段形状の
電極棒を備えた電極の構成を示す図。

【図７】電極棒と金属箔の溶接部付近の電極シール部
拡大図

【図８】本発明の第２の実施の形態による流線型状金
属箔を備えた電極の構成を示す図。

【図９】長方形状金属箔を用いて封止したランプと流
線型状金属箔を用いて封止したランプのランプ耐圧の特
性差を示す図。

【図１０】本発明の第３の実施の形態で行ったランプ
の破壊にいたる傷の成長を示すトレース図。

【図１１】本発明の第３の実施の形態による、金属箔
と電極棒の溶接部において、金属箔で覆った電極棒端を
備えた電極の構成を示す図。

【符号の説明】１放電ガラス管２シール部３放電電極棒３´ 電極棒の放電アークを保持している側３” 電極棒のガラスと密着溶接されている側４金属箔５外部引き出しリード線６放電ガラス管内と電極シール部の境の絞り部分７電極棒とガラスとの未密着部８ガラス細管１０溶接部の電極棒と金属箔の段差部から成長してい
る傷１１階段状に径を変化させた電極１２クラック１３三角形型の金属箔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹田守大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧放電ランプの放電電極において、放
電アークを保持している側の電極棒直径に比較して、ガ
ラスと密着溶接されている側の電極棒直径を細くしたこ
とを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】放電アークを保持している側の電極棒直
径を１とした場合、ガラスと密着溶接されている側の電
極棒直径が０．９９以下である請求項１に記載の高圧放
電ランプ。
【請求項３】放電アークを保持している側からガラス
と密着溶接されている側へ、電極棒径を段階的に細くし
た請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】放電アークを保持している側からガラス
と密着溶接されている側へ、電極棒径を連続的に細くし
た請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】放電電極棒とランプの駆動装置に接続す
るリード線が金属箔の両端でそれぞれ同軸方向に対向し
て溶接してある金属箔が、ガラスと密着している電極封
止部構造において、前記放電電極棒を溶接した側の金属
箔の、電極棒に垂直方向の幅が、ランプの駆動装置に接
続する前記リード線側のリード線に垂直方向の幅より狭
いことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項６】放電電極封止部分のガラスと密着溶接す
る金属箔の、放電電極引き出し部側の金属箔形状が、金
属箔の最も面積の大きい面において角のない構造である
請求項５に記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】放電電極の溶接部が金属箔で覆われてい
る請求項５に記載の高圧放電ランプ。