放電灯
【課題】セラミック管を発光管として用いた放電灯において、放電灯の出力を大きくした場合にも、発光管寸法の増大や発光管材料コストの増大を招くことなく、封止部でのクラックの発生やランプ特性の劣化を抑制する。
【解決手段】発光管両端部に放熱部材を設ける。さらに、放熱部材を封止部に設けるようにし、放熱部材を支持枠に接続して放熱部材によって発光管を支持枠に固定する。
【解決手段】発光管両端部に放熱部材を設ける。さらに、放熱部材を封止部に設けるようにし、放熱部材を支持枠に接続して放熱部材によって発光管を支持枠に固定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック管を用いた放電灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミック管の一つである透光性アルミナ管を金属ハロゲン化物が封入された発光管として使用したメタルハライドランプが、使用電力１５０Ｗ以下のもので商品化されている。
【０００３】
メタルハライドランプの発光管にアルミナ管を使用する利点は、従来メタルハライドランプで一般に使われていた石英ガラス管に比べ、封入物である金属ハロゲン化物に対して科学的、熱的に安定であるために、封入物と石英ガラスとの化学反応によって生じていたようなランプ寿命の低下を抑制でき、寿命特性の向上が期待できることであり、また、石英ガラスより使用限界温度が高いという特徴を生かしたランプの高効率化設計の実現や、石英ガラス製発光管では反応性が大きいために事実上封入できなかったアルカリ金属の封入が可能となるということである。
【０００４】
発光管にセラミック管を用いる場合、その封止は、図４に示されるような、電極芯４に接続され、モリブデン線３、ニオブ線１が溶接等で接続されてなるエンドディスクを電気導入体として、これをガラスフリット２によって発光管５に封止・固定した構造や、図５に示されるような、電極芯４に導電性サ−メットエンドディスク６を接続したものを電気導入体として用いた構造を採用することで行われている。なお、ここで用いられるガラスフリットとしては、例えば、アルミナ、酸化ケイ素、酸化ディスプロシウムを主成分にしたものや、アルミナ、酸化カルシウムを主成分にしたものが使われている。
【０００５】
このようなメタルハライドランプは、図６に示されるような、発光管８両端の電気導入体にニッケルなどの材質からなる線材１０や板材７が接続され、これが外球枠１３などに接続されて発光管８が外球９内に固定された構造を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来の構造のままで１５０Ｗより大きな中・高ワットのランプを作製すると、１５０Ｗ以下の低ワットランプでは生じなかった、発光管封止部でのクラックの発生やランプ特性の劣化といったような問題が生じることがわかった。これは、低ワットランプと比較してランプ点灯中の発熱量が多いために封止部温度が高くなることが原因と考えられ、これによって封止部で熱応力によりクラックが発生したり、ガラスフリットが封入物と化学反応を起こし、ランプ特性の劣化を招いたりするものと考えられる。
【０００７】
そこで、このような不具合が起こらないように封止部温度を下げる手段として、封止部をア−ク放電領域から遠ざける方法、発光管の肉厚を厚くして熱容量を増加させる方法などが考えられる。
【０００８】
しかしながら、このような方法を用いた場合には、発光管寸法が大きくなることや、発光管の材料コストが上がるといったような新たな問題が生じてしまう。
【０００９】
以上に鑑み、本願発明は、セラミック管を発光管として用いた放電灯において、放電灯の出力を大きくした場合にも、発光管寸法の増大や発光管材料コストの増大を招くことなく、上記のような封止部でのクラックの発生やランプ特性の劣化を生じることのない放電灯構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の放電灯は、セラミック管の内部に少なくともハロゲン化金属、水銀及び不活性ガスが封入され、セラミック管両端部にセラミック管と導通線との隙間に封口材が充填された封止部を有する発光管が支持枠によって外球内に組み込まれてなる放電灯であって、発光管両端の封止部に放熱部材が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
放熱部材を発光管両端の封止部に設けることにより、発光管両端の熱が放熱部材を介して放熱されて封止部の温度上昇が抑制される。放熱部材からの放熱は熱伝導によっても良いし熱輻射によっても良く、放熱部材の材料は放熱方法に応じて適宜選択する。
【００１２】
特に、発光管両端部からの熱を熱伝導により放熱部材に伝え、これを放熱部材から放熱するようにする場合には、金属板または金属線からなる放熱部材を発光管端部に密着させて巻き付ける等の方法によりできるだけ密着させるのが良く、この際、その材質はできるだけセラミック管の熱膨張率に近い熱膨張率を有する材質を用いるのが良い。
【００１３】
放熱部材を取り付ける場合には、封止部の温度上昇を抑制するという目的から、その取付位置は、発光管端部の封止部かこれに近い位置が良く、特に封止部に取り付けるようにするのがよい。このように、封止部の熱を効果的に放熱させるために、放熱部材は封口材が充填された封止部に設けるのが好ましい。
【００１４】
放熱部材からの放熱を熱伝導によって行う場合には、放熱部材を発光管への電力供給の役割を兼ねた発光管の支持枠に接続するのが良く、これにより、支持枠を伝って放電灯外部へ熱が放散される。
【００１５】
また、発光管端部に放熱部材を取り付け、放熱部材を支持枠に接続することによって、放熱部材によって発光管を支持枠に固定するようにするのが好ましく、このようにすることによって、発光管端部の対振強度を高めることができる。特に、このような固定構造は、発光管がその両端に細径部を有しており、細径部に封止部が設けられている構造の発光管の固定構造として適しており、放電灯の振動に対して、細径部、特に、細径部の根本での破損が抑制される。なお、この場合には、放熱部材は発光管の端部となる細径部に取り付けられることになり、また、固定する必要があるため、放電部材の接続は放熱のみを行う場合よりも固定強度を大きくする。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明によれば、放熱部材を設けることにより、封止部温度を下げることができ、封止部クラックの発生と、封入物とガラスフリットとの化学反応が抑制される。そして、これにより、ランプ特性の劣化を生じることがなくなり、放電灯の出力を大きくして中・高ワット放電灯とした場合にも、発光管寸法の増大や発光管材料コストの増大を招くことがなく、低コストでの放電灯の製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第1の実施形態の放電灯概略図。
【図２】第２の実施形態の放電灯概略図。
【図３】第３の実施形態の放電灯概略図。
【図４】発光管の封止構造を示す図。
【図５】発光管の封止構造を示す図。
【図６】従来の放電灯概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施形態に基づき説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の第一の実施形態にかかる放電灯概略図を図１に示す。発光管８本体は透光性アルミナ管から成り、中央部の最大外径は１８ｍｍで両端の細管部外径は４ｍｍである。中央部長は３０ｍｍで細管部長は共に１５ｍｍである。発光管８内には封入物として、沃化ディスプロシウム、沃化ホルミウム、沃化ツリウムが合計１２ｍｇと沃化タリウム２ｍｇ、沃化ナトリウム２ｍｇ、水銀１４ｍｇ及びアルゴンガスが１３．３ｋＰａ封入されている。発光管８の両端部には２つの電極に給電する線径０．７５ｍｍのニオブ線が接続されている。アルミナ管の細径部とニオブ線との隙間にはアルミナ、酸化ケイ素、酸化ディスプロシウムを主成分とするガラスフリットからなる封口材が溶融充填されている。発光管８両端の封止部には、幅２ｍｍ、厚み０．２ｍｍのニオブ板１１が密着して巻かれ、このニオブ板１１は外球の支持枠１３に固定されている。外球９内雰囲気は、窒素等の希ガスで置換することもできるが、本実施形態では真空に引かれている。
【００２０】
ランプ点灯中ア−ク放電により発生した熱は電極芯から伝導されるのと同時に、発光管の管壁から伝導され封止部の温度を上昇させる。本発明による組立方法の場合、封止部に伝導された熱は封止部に巻かれた金属板を通じて外球枠に伝導される。したがって、封止部温度の上昇は抑制され、熱応力による封止部クラックを防止できる。尚、封止部温度は金属板の材質或いは幅、厚み寸法によりコントロ−ルすることができるので、ランプの電力により金属板を任意に調整することにより、最適な封止部温度が得られる。
【実施例２】
【００２１】
本発明の第二の実施形態にかかる放電灯概略図を図２に示す。本実施例では発光管８の細管部長がそれぞれ異なり、一方が１０ｍｍでもう一方が１５ｍｍである。細管部長が１ｍｍの封止部には幅３ｍｍ、厚み０．２ｍｍのニオブ板１１'が、細管部長１５ｍｍの封止部には幅２ｍｍ、厚み０．２ｍｍのニオブ板１１がそれぞれ密着して巻かれ外球枠１３に固定されている。それ以外は第一の実施例と同一である。このように細管部長が左右で異なる場合には、封止部に巻く金属板の寸法を変えることで左右の封止部温度をほぼ等しくすることができる。この方法はランプの寸法を小さくする場合に有効である。
【００２２】
このようにして試作したランプを定格電力４００Ｗで点灯試験を行った。その結果、６０００時間経過後も安定に点灯でき、封止部にクラックなどの異常は見られなかった。またランプ光束は初期の８０％以上であり、このことから封入物とロウ材の化学反応は起こっていないと判断できた。
【００２３】
なお、上記第1および第2の実施形態では、放熱部材を支持枠に接続することによって、放熱部材によって発光管を支持枠に固定するようにしているため、発光管端部の対振強度が高められ、放電灯の振動に対して、細径部の根本での破損が従来のものに比べ少なかった。
【実施例３】
【００２４】
本発明の第3の実施形態に係る放電灯概略図を図３に示す。本実施例のランプは、放熱部材であるニオブ板１２が支持枠に固定されていない点が第1の実施例のランプと異なる。本実施例の場合、ニオブ板１２からの熱の放散は主として輻射によって行われる。なお、上記実施形態では発光管両端部に設ける放熱部材としてニオブ板を用いたが、その材質としては、アルミナ管等、セラミック発光管と熱膨張係数が近似したニオブまたはタンタルが最も好ましいのであるが、これ以外の材質を用いることもでき、例えば、その他の材質としてはニッケル、モリブデン、タングステン、ステンレスが適している。また、その形状や形態も種々の形状、形態を用いることができる。
【００２５】
また、上記実施形態ではセラミック管材として、アルミナを使用したものを示したが、これ以外にも窒化アルミニウム、イットリウム酸化物等種々のものを用いることができる。また、封口材についても、ガラスフリット以外にもセラミックフリット等種々のものを用いることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１ ニオブ線
２ ガラスフリット
３ モリブデン線
４ 電極芯
５ 発光管
６ サ−メットエンドディスク
８ 発光管
９ 外球
１１、１１'、１２ ニオブ板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック管を用いた放電灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミック管の一つである透光性アルミナ管を金属ハロゲン化物が封入された発光管として使用したメタルハライドランプが、使用電力１５０Ｗ以下のもので商品化されている。
【０００３】
メタルハライドランプの発光管にアルミナ管を使用する利点は、従来メタルハライドランプで一般に使われていた石英ガラス管に比べ、封入物である金属ハロゲン化物に対して科学的、熱的に安定であるために、封入物と石英ガラスとの化学反応によって生じていたようなランプ寿命の低下を抑制でき、寿命特性の向上が期待できることであり、また、石英ガラスより使用限界温度が高いという特徴を生かしたランプの高効率化設計の実現や、石英ガラス製発光管では反応性が大きいために事実上封入できなかったアルカリ金属の封入が可能となるということである。
【０００４】
発光管にセラミック管を用いる場合、その封止は、図４に示されるような、電極芯４に接続され、モリブデン線３、ニオブ線１が溶接等で接続されてなるエンドディスクを電気導入体として、これをガラスフリット２によって発光管５に封止・固定した構造や、図５に示されるような、電極芯４に導電性サ−メットエンドディスク６を接続したものを電気導入体として用いた構造を採用することで行われている。なお、ここで用いられるガラスフリットとしては、例えば、アルミナ、酸化ケイ素、酸化ディスプロシウムを主成分にしたものや、アルミナ、酸化カルシウムを主成分にしたものが使われている。
【０００５】
このようなメタルハライドランプは、図６に示されるような、発光管８両端の電気導入体にニッケルなどの材質からなる線材１０や板材７が接続され、これが外球枠１３などに接続されて発光管８が外球９内に固定された構造を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来の構造のままで１５０Ｗより大きな中・高ワットのランプを作製すると、１５０Ｗ以下の低ワットランプでは生じなかった、発光管封止部でのクラックの発生やランプ特性の劣化といったような問題が生じることがわかった。これは、低ワットランプと比較してランプ点灯中の発熱量が多いために封止部温度が高くなることが原因と考えられ、これによって封止部で熱応力によりクラックが発生したり、ガラスフリットが封入物と化学反応を起こし、ランプ特性の劣化を招いたりするものと考えられる。
【０００７】
そこで、このような不具合が起こらないように封止部温度を下げる手段として、封止部をア−ク放電領域から遠ざける方法、発光管の肉厚を厚くして熱容量を増加させる方法などが考えられる。
【０００８】
しかしながら、このような方法を用いた場合には、発光管寸法が大きくなることや、発光管の材料コストが上がるといったような新たな問題が生じてしまう。
【０００９】
以上に鑑み、本願発明は、セラミック管を発光管として用いた放電灯において、放電灯の出力を大きくした場合にも、発光管寸法の増大や発光管材料コストの増大を招くことなく、上記のような封止部でのクラックの発生やランプ特性の劣化を生じることのない放電灯構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の放電灯は、セラミック管の内部に少なくともハロゲン化金属、水銀及び不活性ガスが封入され、セラミック管両端部にセラミック管と導通線との隙間に封口材が充填された封止部を有する発光管が支持枠によって外球内に組み込まれてなる放電灯であって、発光管両端の封止部に放熱部材が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
放熱部材を発光管両端の封止部に設けることにより、発光管両端の熱が放熱部材を介して放熱されて封止部の温度上昇が抑制される。放熱部材からの放熱は熱伝導によっても良いし熱輻射によっても良く、放熱部材の材料は放熱方法に応じて適宜選択する。
【００１２】
特に、発光管両端部からの熱を熱伝導により放熱部材に伝え、これを放熱部材から放熱するようにする場合には、金属板または金属線からなる放熱部材を発光管端部に密着させて巻き付ける等の方法によりできるだけ密着させるのが良く、この際、その材質はできるだけセラミック管の熱膨張率に近い熱膨張率を有する材質を用いるのが良い。
【００１３】
放熱部材を取り付ける場合には、封止部の温度上昇を抑制するという目的から、その取付位置は、発光管端部の封止部かこれに近い位置が良く、特に封止部に取り付けるようにするのがよい。このように、封止部の熱を効果的に放熱させるために、放熱部材は封口材が充填された封止部に設けるのが好ましい。
【００１４】
放熱部材からの放熱を熱伝導によって行う場合には、放熱部材を発光管への電力供給の役割を兼ねた発光管の支持枠に接続するのが良く、これにより、支持枠を伝って放電灯外部へ熱が放散される。
【００１５】
また、発光管端部に放熱部材を取り付け、放熱部材を支持枠に接続することによって、放熱部材によって発光管を支持枠に固定するようにするのが好ましく、このようにすることによって、発光管端部の対振強度を高めることができる。特に、このような固定構造は、発光管がその両端に細径部を有しており、細径部に封止部が設けられている構造の発光管の固定構造として適しており、放電灯の振動に対して、細径部、特に、細径部の根本での破損が抑制される。なお、この場合には、放熱部材は発光管の端部となる細径部に取り付けられることになり、また、固定する必要があるため、放電部材の接続は放熱のみを行う場合よりも固定強度を大きくする。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明によれば、放熱部材を設けることにより、封止部温度を下げることができ、封止部クラックの発生と、封入物とガラスフリットとの化学反応が抑制される。そして、これにより、ランプ特性の劣化を生じることがなくなり、放電灯の出力を大きくして中・高ワット放電灯とした場合にも、発光管寸法の増大や発光管材料コストの増大を招くことがなく、低コストでの放電灯の製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第1の実施形態の放電灯概略図。
【図２】第２の実施形態の放電灯概略図。
【図３】第３の実施形態の放電灯概略図。
【図４】発光管の封止構造を示す図。
【図５】発光管の封止構造を示す図。
【図６】従来の放電灯概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施形態に基づき説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の第一の実施形態にかかる放電灯概略図を図１に示す。発光管８本体は透光性アルミナ管から成り、中央部の最大外径は１８ｍｍで両端の細管部外径は４ｍｍである。中央部長は３０ｍｍで細管部長は共に１５ｍｍである。発光管８内には封入物として、沃化ディスプロシウム、沃化ホルミウム、沃化ツリウムが合計１２ｍｇと沃化タリウム２ｍｇ、沃化ナトリウム２ｍｇ、水銀１４ｍｇ及びアルゴンガスが１３．３ｋＰａ封入されている。発光管８の両端部には２つの電極に給電する線径０．７５ｍｍのニオブ線が接続されている。アルミナ管の細径部とニオブ線との隙間にはアルミナ、酸化ケイ素、酸化ディスプロシウムを主成分とするガラスフリットからなる封口材が溶融充填されている。発光管８両端の封止部には、幅２ｍｍ、厚み０．２ｍｍのニオブ板１１が密着して巻かれ、このニオブ板１１は外球の支持枠１３に固定されている。外球９内雰囲気は、窒素等の希ガスで置換することもできるが、本実施形態では真空に引かれている。
【００２０】
ランプ点灯中ア−ク放電により発生した熱は電極芯から伝導されるのと同時に、発光管の管壁から伝導され封止部の温度を上昇させる。本発明による組立方法の場合、封止部に伝導された熱は封止部に巻かれた金属板を通じて外球枠に伝導される。したがって、封止部温度の上昇は抑制され、熱応力による封止部クラックを防止できる。尚、封止部温度は金属板の材質或いは幅、厚み寸法によりコントロ−ルすることができるので、ランプの電力により金属板を任意に調整することにより、最適な封止部温度が得られる。
【実施例２】
【００２１】
本発明の第二の実施形態にかかる放電灯概略図を図２に示す。本実施例では発光管８の細管部長がそれぞれ異なり、一方が１０ｍｍでもう一方が１５ｍｍである。細管部長が１ｍｍの封止部には幅３ｍｍ、厚み０．２ｍｍのニオブ板１１'が、細管部長１５ｍｍの封止部には幅２ｍｍ、厚み０．２ｍｍのニオブ板１１がそれぞれ密着して巻かれ外球枠１３に固定されている。それ以外は第一の実施例と同一である。このように細管部長が左右で異なる場合には、封止部に巻く金属板の寸法を変えることで左右の封止部温度をほぼ等しくすることができる。この方法はランプの寸法を小さくする場合に有効である。
【００２２】
このようにして試作したランプを定格電力４００Ｗで点灯試験を行った。その結果、６０００時間経過後も安定に点灯でき、封止部にクラックなどの異常は見られなかった。またランプ光束は初期の８０％以上であり、このことから封入物とロウ材の化学反応は起こっていないと判断できた。
【００２３】
なお、上記第1および第2の実施形態では、放熱部材を支持枠に接続することによって、放熱部材によって発光管を支持枠に固定するようにしているため、発光管端部の対振強度が高められ、放電灯の振動に対して、細径部の根本での破損が従来のものに比べ少なかった。
【実施例３】
【００２４】
本発明の第3の実施形態に係る放電灯概略図を図３に示す。本実施例のランプは、放熱部材であるニオブ板１２が支持枠に固定されていない点が第1の実施例のランプと異なる。本実施例の場合、ニオブ板１２からの熱の放散は主として輻射によって行われる。なお、上記実施形態では発光管両端部に設ける放熱部材としてニオブ板を用いたが、その材質としては、アルミナ管等、セラミック発光管と熱膨張係数が近似したニオブまたはタンタルが最も好ましいのであるが、これ以外の材質を用いることもでき、例えば、その他の材質としてはニッケル、モリブデン、タングステン、ステンレスが適している。また、その形状や形態も種々の形状、形態を用いることができる。
【００２５】
また、上記実施形態ではセラミック管材として、アルミナを使用したものを示したが、これ以外にも窒化アルミニウム、イットリウム酸化物等種々のものを用いることができる。また、封口材についても、ガラスフリット以外にもセラミックフリット等種々のものを用いることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１ ニオブ線
２ ガラスフリット
３ モリブデン線
４ 電極芯
５ 発光管
６ サ−メットエンドディスク
８ 発光管
９ 外球
１１、１１'、１２ ニオブ板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック管の内部に少なくともハロゲン化金属、水銀及び不活性ガスが封入され、セラミック管両端部にセラミック管と導通線との隙間に封口材が充填された封止部を有する発光管が支持枠によって外球内に組み込まれてなる放電灯であって、発光管両端の前記封止部に放熱部材が設けられていることを特徴とする放電灯。
【請求項２】
セラミック管の内部に少なくともハロゲン化金属、水銀及び不活性ガスが封入され、セラミック管両端部にセラミック管と導通線との隙間に封口材が充填された封止部を有する発光管が支持枠によって外球内に組み込まれてなる放電灯であって、発光管両端部に放熱部材が設けられ、前記放熱部材が支持枠に接続され、前記放熱部材によって前記発光管が前記支持枠に固定されていることを特徴とする放電灯。
【請求項１】
セラミック管の内部に少なくともハロゲン化金属、水銀及び不活性ガスが封入され、セラミック管両端部にセラミック管と導通線との隙間に封口材が充填された封止部を有する発光管が支持枠によって外球内に組み込まれてなる放電灯であって、発光管両端の前記封止部に放熱部材が設けられていることを特徴とする放電灯。
【請求項２】
セラミック管の内部に少なくともハロゲン化金属、水銀及び不活性ガスが封入され、セラミック管両端部にセラミック管と導通線との隙間に封口材が充填された封止部を有する発光管が支持枠によって外球内に組み込まれてなる放電灯であって、発光管両端部に放熱部材が設けられ、前記放熱部材が支持枠に接続され、前記放熱部材によって前記発光管が前記支持枠に固定されていることを特徴とする放電灯。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２５１３３４（Ｐ２０１０−２５１３３４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２６４８（Ｐ２０１０−１５２６４８）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【分割の表示】特願２０００−１５７４１６（Ｐ２０００−１５７４１６）の分割
【原出願日】平成１２年５月２６日（２０００．５．２６）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【分割の表示】特願２０００−１５７４１６（Ｐ２０００−１５７４１６）の分割
【原出願日】平成１２年５月２６日（２０００．５．２６）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
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