JP3758516B2 - 直流放電ランプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、直流点灯型の放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の直流放電ランプの断面構造を示す図である。
同図において、１は石英ガラス製の放電容器であり、この放電容器１は、発光管部１Ｃと、この発光管部１Ｃに連設されている円柱状の封止部１Ａ（陽極側）および封止部１Ｂ（陰極側）とからなる。
陽極側の封止部１Ａには金属箔２Ａが埋設され、この金属箔２Ａには、陽極棒３Ａの基端および給電リード４Ａの内端が、それぞれ電気的に接続されている。陰極側の封止部１Ｂにも同様に、金属箔２Ｂが埋設され、この金属箔２Ｂには、陰極棒３Ｂの基端および給電リード４Ｂの内端が、それぞれ電気的に接続されている。
また、陽極棒３Ａの先端および陰極棒３Ｂの先端は、発光管部１Ｃ内において対向配置され、給電リード４Ａの外端および給電リード４Ｂの外端は、それぞれ、放電容器１の外方に突出している。
ここで、金属箔２Ａ，２Ｂは例えばモリブデンからなり、陽極棒３Ａおよび陰極棒３Ｂは、例えばタングステンからなり、給電リード４Ａ，４Ｂは、例えばモリブデンからなる。
５Ａおよび５Ｂは金属製の口金であり、口金５Ａおよび口金５Ｂは、接着剤６によって封止部１Ａおよび封止部１Ｂの外表面に固定され、装着用ネジ部７Ａおよび装着用ネジ部７Ｂを介して、給電リード４Ａおよび給電リード４Ｂに電気的に接続されている。
【０００３】
ところで、上記に示した、従来の直流放電ランプにおいては、例えば使用寿命が４００時間となるように設計して製造したにもかかわらず、点灯時間が１００〜３００時間程度で点灯不能となる場合が多々有った。
上記の問題に対し、本願出願人は、特開昭６１−２６３０４０号公報において、その問題の原因と対策について開示している。
すなわち、上記発明の発明者は、早期に点灯不能となった直流放電ランプについて調べ、陰極側の封止部１Ｂにおいてのみ、金属箔２Ｂと陰極側の封止部１Ｂのガラス部分との間に隙間を生じていることを見出した。
また、上記発明の発明者は、上記隙間の発生原因について更に検討し、以下のメカニズムにより、上記隙間が発生するものと推定した。
すなわち、ランプの点灯時、陰極側の封止部１Ｂは高温となるので、陰極側の封止部１Ｂの材料である石英ガラス中に不純物として含まれる金属陽イオンが熱励起される。
また、金属箔２Ｂには負の電圧が印加されるので、上記石英ガラスから金属箔２Ｂに向かう方向に大きな電界が発生する。
そして、この電界により、上述の金属陽イオンが、上記石英ガラスと金属箔２Ｂとの界面近傍に集中し、陰極側の封止部１Ｂを形成する石英ガラスと金属箔２Ｂとの結合を破壊し、両者の間に隙間を生じさせる。
更に、この隙間は、点灯時間の増加、及び点灯時の放電容器１内の高圧力により、徐々に大きくなって、放電容器１の外部と連通し、即ち気密を破壊し、その結果、ランプの使用寿命が短縮される。
【０００４】
そして、上記発明の発明者は、以下に示す手段により、上述の問題を解決している。
図２に、特開昭６１−２６３０４０号公報に開示されている直流放電ランプの構造を示す。
同図において、図１に示したものと同一のものには同一の符号が付されている。
上記公報の直流放電ランプは、陰極側の封止部１Ｂの外表面に金属線８０が巻回され、この金属線８０と口金５Ｂとを接続線９により電気的に接続させてなる。
そして、これにより、ランプ点灯時において、金属線８０の電位と、金属箔２Ｂの電位とが等しくなるので、陰極側の封止部１Ｂを形成する石英ガラスと金属箔２Ｂとの気密な結合を阻害する原因と考えられている、石英ガラス中に含まれる金属陽イオンの電解による移動が実質上なくなる。
この結果、陰極側の封止部１Ｂを形成する石英ガラスと金属箔２Ｂとの接合部に、金属陽イオンが集中することが無いので、陰極側の封止部１Ｂを形成する石英ガラスと金属箔２Ｂとの気密な結合が保持される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示した直流放電ランプにおいて、上述の問題を解決したにも関わらず、陰極側の封止部１Ｂを形成する石英ガラスのうち、金属線８０と接触している部分において破損が発生するという問題が生じた。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、本発明の目的は、陰極側の封止部を形成する石英ガラスのうち、金属線と接触している部分において破損が発生することのない直流放電ランプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、金属線と接触している部分での破損が、陰極側の封止部１Ｂを形成する石英ガラスに対する上記金属線の機械的負荷によるものと推定し、以下の確認実験を行った。
実験には、内径φ２ｍｍ×外径φ６ｍｍの石英ガラス中空管にφ０．２９ｍｍ金属線を巻回したものを試験片として用い、該試験片の加熱前後において、石英ガラス管に生じる歪みの様子を観察した。
＜加熱前＞
石英ガラス管のどの部分においても、歪みは観察されなかった。
＜加熱後＞
石英ガラス管の金属線と接触している部分において、歪みが観察された。
【０００８】
以上の実験結果から、陰極側の封止部を形成する石英ガラスのうち、金属線との接触部分における破損は、次のようなメカニズムにより発生するものであることが判明した。
すなわち、ランプの点灯時、陰極側の封止部を形成する石英ガラスと金属線は、ランプが発する熱により膨張し、消灯時においては収縮する。このとき、陰極側の封止部の形状は一様ではなく、金属線も陰極側の封止部に不均一に巻回されているため、ランプ点灯時、陰極側の封止部および金属線の膨張は不均一に起こり、局所的に金属線が陰極側の封止部の膨張を妨げる応力場が形成される。そして、ランプ消灯時、陰極側の封止部および金属線の収縮も不均一に起こるため、前述の応力場が残り、陰極側の封止部を形成する石英ガラスに歪みとなって現れる。そして、この歪みは解消されることなく、ランプの使用により蓄積され、やがて破損に至る。
【０００９】
上記の結果より、本発明者らは、ランプ点灯／消灯に基づき、陰極側の封止部が膨張／収縮する際に、陰極側の封止部の外表面に設けられる金属線が、陰極側の封止部を圧迫しないように形成することにより、陰極側の封止部の破損を防止できることを見出し、かかる知見に基いて本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明の直流放電ランプは、両端に封止部が形成された石英ガラスよりなる発光管部に陽極と陰極とが対向配置され、当該発光管部内に０．１３ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入され、前記陰極側の封止部に、陰極側に電気的に接続された金属線が巻回されている直流放電ランプにおいて、上記金属線は、Ｆｅ−Ｃｒを主成分としＡｌを微量添加してなるカンタルからなり、伸縮自在に形成されていることを特徴としている。
【００１１】
【作用】
本発明の直流放電ランプによれば、陰極側の封止部に巻回された金属線または金属箔は、伸縮自在に形成されているので、ばね作用を有する。従って、ランプの点灯／消灯に基づく、陰極側の封止部の膨張／収縮に応じて、陰極側の封止部に巻回された金属線は自在に変形する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の実施例に係る直流放電ランプの構造を示す図である。
本発明の実施例に係る直流放電ランプの構成は、図２に示したものとほぼ同一の構成を有し、詳細には、金属線の形状に差異を有する。
本発明の実施例に係る直流放電ランプの発光管部１Ｃ内には、水銀と、希ガスと、場合によってはハロゲンとが封入されている。ここで、十分に有効なアーク部での放射輝度を確保する観点から、水銀の封入量は０．１３ｍｇ／ｍｍ^３以上であることが好ましく、水銀の封入量を０．１３ｍｇ／ｍｍ^３以上とすることで、水銀の圧力が高くなるため、可視光領域、特に赤色領域の連続スペクトルを増加させ、演色性を改善することもできる。
また、発光管部１Ｃの動作圧力は１０ＭＰａ以上とされる。
更に、この直流放電ランプの定格電力は８０〜２５０Ｗ、管壁負荷は、水銀の十分な蒸発を確保する観点から、０．８Ｗ／ｍｍ^２以上とされる。特に、水銀の圧力を高くするために最冷部の温度を高くする必要がある場合には、管壁負荷を０．８Ｗ／ｍｍ^２以上とすると良い。
【００１３】
また、放電容器１の長さは９〜１５ｍｍ、発光管部１Ｃの外径は９〜１５ｍｍ、発光管部１Ｃの内容積は０．０５〜１．０ｃｍ^３、封止部１Ａ，１Ｂの外径は６〜１０ｍｍ、封止部１Ａ，１Ｂの長さは２０〜５０ｍｍとされる。
更に、金属箔２Ａ，２Ｂの長さは１０〜４０ｍｍ、陽極棒３Ａの直径は０．４〜３．０ｍｍ、陽極棒３Ａの長さは８〜２２ｍｍ、陰極棒３Ｂの直径は０．３〜１．２ｍｍ、陰極棒３Ｂの長さは７〜１５ｍｍ、陽極棒３Ａと陰極棒３Ｂとの離間距離（電極間距離）は０．８〜２．０ｍｍ、給電リード４Ａ，４Ｂの直径は０．３〜１．０ｍｍとされる。
【００１４】
そして、上述の直流放電ランプには、図２に示したものと同様に、その陰極側の封止部１Ｂの外表面に金属線８１が巻回され、接続線９を介して口金５Ｂに電気的に接続されている。ここで、上記金属線８１としては、例えばカンタル（登録商標）線（Ｆｅ−Ｃｒを主成分とし、Ａｌを微量添加して成形された線材）が選択される。カンタル線は、電気炉の発熱体に使用されるもので、８００度を上回る温度においても連続使用が可能で、且つ加熱・冷却を繰り返しても断線しないという特長を有するので、点灯時、高温となるランプの封止部に巻回する金属線として適している。また、当該金属線８１の線径は、例えば０．１〜０．５ｍｍとされ、封止部１Ｂを巻回するために必要な金属線８１の長さは０．５〜２ｍとされる。更に、上記金属線８１は、図４（ａ）に示すように、コイル状（コイルの内径φ１ｍｍ）に形成され、金属線８１の長手方向に対して伸縮自在な構造を有する。そして、コイル状に形成された上記金属線８１は、図３に示すように、互いに重なり合わないように、隙間を設けて巻回されている。
【００１５】
次に、本発明の実施例の作用を説明する。
本発明の実施例に係る直流放電ランプには、コイル状に形成された金属線、即ち金属線の長手方向に伸縮自在で、ばね性を有する金属線が、陰極側の封止部に巻回されるので、ランプの点灯／消灯に基づく、陰極側の封止部の膨張／収縮に応じて、陰極側の封止部に巻回された金属線は自在に変形する。従って、ランプ点灯／消灯に基づき、陰極側の封止部が膨張／収縮する際に、陰極側の封止部の外表面に巻回された金属線が、陰極側の封止部を圧迫することが無いので、陰極側の封止部に歪みを発生させることはない。
【００１６】
なお、本実施例においては、コイル状に形成された金属線８１を直流放電ランプの陰極側の封止部１Ｂに設けたが、これに限るものではなく、図４（ｂ１），（ｂ２）に示す、凸凹状に形成された金属線８１であっても良い。すなわち、金属線８１が、その長手方向に伸縮自在に形成されていれば、本実施例と同様の作用を得ることができる。更に、上記実施例においては、陰極側の封止部１Ｂに、伸縮自在に形成された金属線８１を巻回したが、これに限るものではなく、図５に示すように、伸縮自在に形成された、具体的には凸凹状に形成された金属箔８１を、陰極側の封止部１Ｂに巻回しても良い。加えて、上記実施例においては、コイル状に形成された金属線８１と口金５Ｂとを接続線９により電気的に接続したが、このような電気的接続は、必ずしも要するものではない。特開２０００−３６２８７号公報に開示される通り、紫外線照射により、金属線８１からは光電子が放出され、この光電子は上記金属線８１と陰極側の封止部１Ｂを形成するガラス面との間に形成された微少ガラス露出面に保持されて、陰極側の封止部１Ｂの外表面をマイナスにチャージする。すなわち、金属線８１と口金５Ｂとの電気的接続を行なわなくても、陰極側の封止部１Ｂの外表面の電位と、金属箔２Ｂの電位とを等しくし、石英ガラス中に含まれる金属陽イオンの電解による移動を実質上なくすことができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の直流放電ランプにおいては、伸縮自在に形成された金属線または金属箔、具体的にはコイル状、または凸凹状の形状に形成され、ばね性を有する金属線または金属箔が、陰極側の封止部に巻回されるので、ランプの点灯／消灯に基づく、陰極側の封止部の膨張／収縮に応じて、陰極側の封止部に巻回された金属線または金属箔は伸縮自在に変形する。従って、ランプ点灯／消灯に基づき、陰極側の封止部が膨張／収縮する際に、陰極側の封止部の外表面に巻回される金属線または金属箔が、陰極側の封止部を圧迫することが無いので、陰極側の封止部に歪みが発生することはなく、陰極側の封止部の破損を防止することができる。
よって、本発明の直流放電ランプは、陰極側の封止部を形成する石英ガラスのうち、金属線、金属箔と接触している部分での破損を防止することができ、長期にわたる使用に耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の直流放電ランプの断面構造を示す図である。
【図２】 従来の直流放電ランプの構造を示す図である。
【図３】 本発明の実施例に係る直流放電ランプの構造を示す図である。
【図４】 本発明の実施例に係る直流放電ランプの陰極側の封止部に巻回される金属線の形状を示す図である。
【図５】 本発明の実施例に係る直流放電ランプの陰極側の封止部に巻回される金属箔の形状を示す図である。
【符号の説明】
１ 放電容器
１Ａ 陽極側の封止部
１Ｂ 陰極側の封止部
１Ｃ 発光管部
１１ 微小ガラス露出面
２Ａ，２Ｂ 金属箔
３Ａ 陽極棒
３Ｂ 陰極棒
４Ａ，４Ｂ 給電リード
５Ａ，５Ｂ 口金
６ 接着剤
７Ａ，７Ｂ 装着用ネジ部
８０，８１ 金属線
８２ 金属箔
９ 接続線

Claims (1)

1. 両端に封止部が形成された石英ガラスよりなる発光管部に陽極と陰極とが対向配置され、当該発光管部内に０．１３ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入され、前記陰極側の封止部に、陰極側に電気的に接続された金属線が巻回されている直流放電ランプにおいて、上記金属線は、Ｆｅ−Ｃｒを主成分としＡｌを微量添加してなるカンタルからなり、伸縮自在に形成されていることを特徴とする直流放電ランプ。

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