JP3773023B2

JP3773023B2 - 高圧放電ランプおよび照明装置

Info

Publication number: JP3773023B2
Application number: JP2000054652A
Authority: JP
Inventors: 哲岩沢; 直也松本
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001243911A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧放電ランプおよび照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧放電ランプ用の電極は電極表面および電極材料内に存在する不純物が発光管内に混入するのを防止するためその製造工程において各種洗浄、還元処理、高温熱処理を行なって不純物の除去を行っている。
【０００３】
また、高圧放電ランプ用の電極に用いられる高融点金属であるタングステンは、高温熱処理を行なうと結晶粒径が大きく成長し金属表面上の不純物が減少し、これによりタングステンの融点が上昇する。このことによって電極材料の飛散による高圧放電ランプの黒化が減少する作用を奏している。
【０００４】
しかしながら、高温熱処理によって結晶粒径を大きくすればするほど、大きく成長した結晶の結合部から電極が折れるなどの不具合が生じている。
【０００５】
電極の機械的強度を維持しつつ電極の熱処理を行なうため、特開平１１−９７１６６号公報には、少なくとも電極根幹部の発光管封止材料に接触している部分の結晶粒径をＬ／Ｗ＞５（Ｌ：粒径の長さ、Ｗ：粒径の幅）である高圧放電ランプ用の電極（従来例１）が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１のように機械的強度を保ちながら熱処理を行なうために、結晶粒径を制限する様に電極を形成しても不純物が完全に除去されずに残留してしまい、高圧放電ランプを形成した場合に寿命中に黒化などの不具合を起こしてしまうことがあった。
【０００７】
このような不具合を低減するためには、完全に不純物を除去するのが好ましく、さらに熱処理を加え、結晶粒径を大きくすることが有効である。
【０００８】
しかしながら、結晶粒径を大きくすることは、機械的強度の低下となる虞がある。これは、結晶粒径が大きくなることで、各結晶間の結合が弱くなってしまうためと考えられている。高圧放電ランプの機械的強度が低下することは、製造工程中および輸送中などに電極折れなどの不具合を起こしてしまう虞があった。
【０００９】
本発明は、充分に不純物の除去ができる熱処理を行ない電極材料の結晶粒径を大きくしても、所定の機械的強度を維持できる電極を用いた高圧放電ランプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプは、内部が二次再結晶層化され、表面にこの二次再結晶層を被覆する一次再結晶層が厚さ０．０１〜０．０５ｍｍで形成された部分を少なくとも根幹部に備えた高融点金属にて形成してなる電極と；少なくとも１対の電極を封装してなる透光性容器と；を具備している。
【００１１】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１２】
高圧放電ランプは、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高圧放電ランプ全般を適用することができる。
【００１３】
電極を形成する高融点金属はタングステン、モリブデン、レニウムなどの金属を許容する。タングステン金属を使用する場合、アルミニウム、ケイ素、カリウムなどのドープ剤を添加したドープタングステン、または、酸化トリウムなどの電子放射性物質を混合したトリエーテドタングステンなども許容する。
【００１４】
電極は、ランプの黒化などを抑止するため内部の不純物の除去を行なうために高温熱処理を行なっている。この高温熱処理によって、電極材料の結晶を成長させている。本発明にある電極を形成するためには、始めに電極の表皮に一次再結晶を形成する程度の温度で熱処理を行なう。その後電極を更に高温熱処理を行なうことで電極の内部に二次再結晶層を形成する。このとき始めの熱処理で形成された電極表皮は二次再結晶することなく一次再結晶層として形成される。
【００１５】
また、電極の根幹部とは、電極を封装している透光性容器と接触している部分をしめしている。例えば、電極軸部とコイル部からなる電極においては、電極軸部の少なくとも１部を示している。
【００１６】
透光性容器は、石英ガラス、透光性セラミックスなどの透光性、耐火性および気密性を備えた材料によって成形されていて、放電空間を包囲し電極を気密に封装する。
【００１７】
一対の電極は、この透光性容器の内部に離間対向して封装される。透光性容器が細長い場合には、その両端に封装される。また、透光性容器が球状ないし楕円球状である場合には、一対の電極を透光性容器の両端に封装する両封止構造にするばかりでなく、要すれば、一端側からほぼ平行に離間させて封装する片封止構造にすることができる。
【００１８】
また、高圧ナトリウムランプの場合、透光性容器として透光性セラミックを用いるため電極は透光性容器を気密に貫通するニオブなどの封着性金属のチューブの内端に支持することができる。
【００１９】
さらに、メタルハライドランプの場合、透光性容器として石英ガラスまたは透光性セラミックを用いられるが、石英ガラスのときには、ピンチシールまたは、加熱軟化させ収縮させることによって電極を封止することができるので、電極はその基端を封止部に埋設されるモリブデン箔に溶接し中間部の周囲を石英ガラスに支持することができる。
【００２０】
また、上記のように構成された高圧放電ランプを外管内部に収納することも許容する。
【００２１】
請求項１の発明によれば、電極を充分に高温熱処理することができるため、電極部材内部の不純物を除去することができる。このため、電極部材の不純物による電極部材の融点が低下することが低減され、電極部材の飛散による黒化などの不具合を低減することができる。
【００２２】
また、電極の表皮には厚さ０．０１〜０．０５ｍｍの一次再結晶層が存在するため、充分に電極の熱処理を行なっても電極の機械的強度を保持することができる。このため、製造工程または輸送中での電極折れなどの不具合を低減できる高圧放電ランプを提供できる。
【００２３】
請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；請求項１記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプの安定点灯を行う点灯手段と；を具備している。
【００２４】
照明装置は、高圧放電ランプの発光を何らかの目的で用いる様に構成されたあらゆる装置を含む広い概念を意味する。したがって、照明、光投射および光化学反応など各種用途に幅広く適応する。
【００２５】
照明用としては、屋内用および屋外用の各種照明器具に適応する。
【００２６】
光投射用としては、プロジェクタや広告・宣伝または標識などの表示体への投光用に適応する。
【００２７】
光化学反応用としては、光硬化性樹脂など処理、合成樹脂の合成などに適応する。
【００２８】
請求項２の発明によれば、請求項１の作用を有する照明装置を提供できる。
【００２９】
【発明の実施形態】
本発明の光源装置の第１の実施形態を図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明のメタルハライドランプの電極の実施形態の例の断面図である。図２は同じく電極の拡大断面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００３０】
電極１０は、電極軸１と電極コイル２から形成されている。電極軸１は酸化トリウムを１．７％混同したトリエテードタングステンを使用した。また電極コイル２は、直径０．４ｍｍのドープドタングステンを使用している。電極軸１は、直径０．６ｍｍ、長さ１１ｍｍの棒状である。
【００３１】
電極軸１には、一次再結晶層１ａに二次再結晶層１ｂが被覆されており、一次再結晶層１ａは、層の厚みが０．０１ｍｍから０．０５ｍｍであり、一次再結晶層１ａの結晶粒径の長さは０．０１ｍｍから０．０５ｍｍであり、１から５層の結晶粒で形成されている。
【００３２】
二次再結晶層１ｂは、一次再結晶層１ａの結晶粒径の１００倍以上の大きさを有している結晶粒で構成されており、最大の大きさのものでは、結晶粒の幅は、電極１の直径の一次再結晶層１ａの幅を除いた幅まで成長している。
【００３３】
このような電極の製造方法について実施の形態を説明する。電極１に用いられるタングステンのような高融点金属は、通常の溶解法のよる製造が困難なため、主として粉末治金法によって製造されている。粉末治金法とは、金属粉末を大きな圧力で固めた後、焼成することによって金属固体を得るものである。酸化トリウムを混合させたタングステンの粉末を粉末治金法によって得られた金属固体は、所定の太さの電極棒として加工するため線引き加工を行なっている。線引き加工の工程では、１８００℃の温度で加熱しながらカーボンの型を用いて引き伸ばしている。
【００３４】
この線引き加工後の電極の断面を図２（ａ）にしめす。電極の表皮には、線引き加工工程での１８００℃の加熱によって一次再結晶層１ａがすでに形成されている。電極の内部１ｃはまだ再結晶がしておらず、繊維状の結晶が構成されている。
【００３５】
その後、電極軸１の長さにカットし電極コイル２を巻いて図１にある電極１０の構造とする。
【００３６】
電極１０の状態で更に処理を行なう。まず、水素雰囲気の中で１５分間、１８００℃で加熱を行ない還元処理を行なう。その後真空雰囲気の中で１０分間、２５００℃の高温で加熱処理を行なう。この高温熱処理にて電極１０内部の不純物の除去と電極の二次再結晶層１ａを形成する。
【００３７】
この処理後の電極断面図を図２（ｂ）にしめす。電極軸内部に二次再結晶層１ｂが形成されている。一次再結晶層１ａは、再加熱されたときにでも上記の条件では結晶化が進行することなく、一次再結晶状態を保持していた。二次再結晶層１ｂの結晶粒径は、最大のもので０．３ｍｍの幅まで結晶を成長させている結果となった。
【００３８】
本実施形態の電極１０の機械的強度を比較した。比較に用いた電極は、本実施形態の電極と材質大きさともに同一のものを使用したが、二次再結晶を形成する熱を更に高温にし、２８００℃で１５分間行ない、電極表皮の一次再結晶層まで二次再結晶を成長させた電極を用いた。
【００３９】
比較例の電極の場合、電極の折れ強度は、５ＭＰａ以下であったのに対して、本実施形態の電極１０を用いた場合は、その１．５倍の１．５ＭＰａの強度であった。
【００４０】
これは、電極軸１の表皮に形成された結晶粒径の細かい一次再結晶層１ａの各結晶間の結合によって、機械的強度が保たれ、電極軸１の内部にある二次結晶層１ｂを機械的に保護できるためであると考えられる。
【００４１】
次に、第２の実施形態として、このように製造した電極１０を用いたメタルハライドランプを図３を参照して説明する。
【００４２】
図において、ＩＢは発光管、ＯＢは外管、Ｂは口金である。図のメタルハライドランプは、点灯状態にて口金Ｂが上部に位置する様に垂直点灯される。
【００４３】
発光管ＩＢは、透光性放電容器３、上下一対の電極１０および図面に現れないイオン化媒体を備えて構成されている。
【００４４】
透光性放電容器３は、石英ガラスからなり、両端にピンチシール部３１を備えている。透光性放電容器３の外表面には、点灯中、下側に位置する側に保温膜１２が塗付されている。
【００４５】
電極１０は、基端をピンチシール部３１内に気密に埋設されているモリブデン箔３２に溶接されている。また、補助電極１１は点灯中上部に位置する側に電極１０と同様にピンチシール部３１に埋設される。
【００４６】
イオン化媒体は、発光金属のハロゲン化物、希ガスおよび水銀からなる。
【００４７】
外管ＯＢは、硬質ガラスからなり、内部に発光管ＩＢを収納し、室温状態で約５３ｋＰａの窒素を封入している。口金Ｂは、Ｅ３９形ねじ口金からなり、外管ＯＢの端部に端部に装着されている。口金Ｂは、一対の内部導入導体４ａ、４ｂを介してそれぞれ電極１０に電気の供給を行なう役割を担っている。
【００４８】
また、外管ＯＢの内部には、発光管ＩＢを外管ＯＢ内の所定に位置に定置するために、上部支持枠５および下部支持枠６が配設されている。
【００４９】
上部支持枠５は、発光管ＩＢの上部を支持するとともに電極１０を電気的に接続するもので、コ字状導体５１、支持バンド５２および接続導体５３を備えている。コ字状導体５１は、その基底部を内部導入導体４ａに溶接している。支持バンド５２は、発光管ＩＢの上側のピンチシール部３１を包持するとともに、コ字状導体５１の側辺に溶接されている。接続導体５３は、上部支持枠５と下部支持枠６と電気的に接続されている。発光管ＩＢの補助電極１１はピンチシール部３１内においてモリブデン箔３２に溶接し、限流抵抗１３を介してコ字状導体５ａに電気的に接続される。
【００５０】
下部支持枠６は、発光管ＩＢの下部を支持するとともに電極１０を電気的に接続するもので、コ字状導体６１、支持バンド６２、接続導体６３およびスプリング片６３を備えている。
【００５１】
コ字状導体６１および支持バンド６２は、下部支持枠５と同様の構造であるが、上下倒立した関係になっている。また、スプリング片６４はコ字状導体６１に溶接され先端が外管ＯＢ内の所定に位置に保持している。
【００５２】
この実施形態のメタルハライドランプを点灯し、黒化の発生状況を観察した。本実施形態のメタルハライドランプでは、従来の電極を用いたメタルハライドランプでは黒化が発生してしまう９０００時間経過後も黒化を発生することなく良好な光束維持率を保持していた。
【００５３】
これは、電極１０の高温熱処理によって、電極１０内部の不純物が除去され、電極１０部材の飛散などが抑制されたためと考えられる。また、電極１０の機械的強度も充分に確保されているため、製造工程および輸送における電極折れも低減できた。
【００５４】
また、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態は、第１の実施形態の電極とは電極軸の材質をドープドタングステンにしたもので、他の形状は、第１の実施形態で説明したものと同一である。
【００５５】
本実施例での電極１０の製造方法について説明する。線引き加工工程および線引き加工後電極軸１をカットし電極コイル２を巻回し、水素雰囲気で還元処理を行なうまで、同一工程でなされている。
【００５６】
その後、電極１０は高温熱処理される。実施形態１とは熱処理の温度条件が異なっている。本実施形では、高温熱処理は真空雰囲気の中で２０００℃、１０分間行なうことで、第１の実施形態のように二次再結晶層１ｂの表皮に一次再結晶層１ａを形成することができる。
【００５７】
この様に形成された電極１０もまた、機械的強度は１５ｋＰａであり、一次再結晶層の表皮が形成されない電極と比較して機械的強度が１．５倍向上している。また、本実施形態の電極１０をメタルハライドランプに組みこんだときも、寿命中黒化することなく、良好な光束維持率を確保していた。
【００５８】
本発明の第３の実施形態を図３を参照して説明する。図３は第２の実施例のメタルハライドランプを装着した照明装置７を示している。なお、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００５９】
照明装置７は、反射笠７１、ソケット７２及び安定器７３などから構成されている。メタルハライドランプの口金４は照明装置のソケット７２に装着されて使用される。ソケット７２には安定器７３の二次出力端が接続されメタルハライドランプに電力の供給を行なっている。照明装置７は天井面７０によって支持される。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電極を充分に熱処理することによって、電極部材内部の不純物を除去することができるため、電極部材の不純物による電極部材の融点が低下することが低減され、電極部材の飛散による黒化などの不具合を低減することができる。
【００６１】
また、電極の表皮には厚さ０．０１〜０．０５ｍｍの一次再結晶層が存在するため、充分に電極の熱処理を行なっても電極の機械的強度を保持することができる。このため、製造工程または輸送中での電極折れなどの不具合を低減できる高圧放電ランプを提供できる。
【００６２】
請求項２の発明によれば、請求項１の作用を有する照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタルハライドランプの電極の第１および第３の実施形態の断面図。
【図２】同じく電極の拡大断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態のメタルハライドランプの正面図。
【図４】本発明の第４の実施形態の照明装置の断面図。
【符号の説明】
１…電極軸１ａ…一次再結晶層１ｂ…二次再結晶層
２…電極コイル１０…電極
ＩＢ…発光管ＯＢ…外管

Claims

内部が二次再結晶層化され、表面にこの二次再結晶層を被覆する一次再結晶層が厚さ０．０１〜０．０５ｍｍで形成された部分を少なくとも根幹部に備えた高融点金属にて形成してなる電極と；
この電極を封装してなる透光性容器と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
照明装置本体と；
請求項１記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプの安定点灯を行う点灯手段と；
を具備していることを特徴としている照明装置。