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JP4413713B2 - Metal halide lamp - Google Patents
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Description

本発明は、自動車の前照灯等に使用される放電空間に本質的に水銀を含まないメタルハライドランプに関するものである。   The present invention relates to a metal halide lamp that essentially does not contain mercury in a discharge space used for an automotive headlamp or the like.

従来のメタルハライドランプは、耐火性で透光性の気密容器の内部に、軸部の直径が0.3mm以上である一対の電極が5mm以下の電極間距離で対向して封装され、さらに、金属のハロゲン化物及びキセノン等の放電媒体が封入されており、安定時にランプ電力が60W以下で点灯される。また、このメタルハライドランプの電極は、そのアークの起点となる先端が軸部の直径の1/2以下の半径を有する曲面を形成している。ここで、このメタルハライドランプはその気密容器内に水銀を含んでいない。(たとえば、特許文献1)
特開2003−242933公報(第3、4頁、図1)
In a conventional metal halide lamp, a pair of electrodes having a shaft diameter of 0.3 mm or more are opposed to each other at a distance between electrodes of 5 mm or less inside a fireproof and translucent airtight container. The discharge medium such as halide and xenon is enclosed, and the lamp is lit at a lamp power of 60 W or less when stable. Moreover, the electrode of this metal halide lamp forms a curved surface with the tip that is the starting point of the arc having a radius of 1/2 or less of the diameter of the shaft portion. Here, this metal halide lamp does not contain mercury in its hermetic container. (For example, Patent Document 1)
JP 2003-242933 A (3rd, 4th page, FIG. 1)

水銀を封入しないメタルハライドランプでは、ランプ始動時にすみやかに蒸発し、電圧を上昇させる水銀の作用が得られないために、ランプが始動してからも電圧が下がりにくくいため大電流が投入され続け、電極の温度が高温になってしまう。これにより、最も高温になる電極の先端が溶解して変形しやすく、変形をすると電極におけるアークの発生場所、すなわちアークの起点が移動し、安定な放電が行われにくくなり、明るさのちらつき(以後、単にちらつき。)が発生してしまう。また、水銀を封入しないメタルハライドランプは、アークを太くする作用がある水銀を使用していないために、放電時のアークが細く不安定になりやすい傾向があり、ちらつきが発生しやすい。   In metal halide lamps that do not enclose mercury, since the effect of mercury that evaporates quickly at the start of the lamp and increases the voltage cannot be obtained, it is difficult for the voltage to decrease even after the lamp has started, so a large current continues to be applied. The temperature of becomes high. As a result, the tip of the electrode at the highest temperature is melted and easily deformed, and when the electrode is deformed, the place where the arc is generated, that is, the starting point of the arc is moved, so that stable discharge is difficult to be performed and brightness flicker ( Thereafter, simply flickering.) Occurs. In addition, since the metal halide lamp that does not enclose mercury does not use mercury that has the effect of thickening the arc, the arc during discharge tends to be thin and unstable, and flickering is likely to occur.

特許文献1では、電極の先端部を曲面にし、電極構造の改変を防ぐことでちらつきが生じにくくなると記載されている。しかし、電極の先端部を曲面にすると、その部分が過度に温度上昇してしまうことがあり、電極変形が起こりやすくなるだけでなく、アークが不安定になり、ちらつきが発生してしまう可能性がある。   Patent Document 1 describes that flickering is less likely to occur by making the tip of the electrode a curved surface and preventing modification of the electrode structure. However, if the tip of the electrode is curved, the temperature may rise excessively, which not only facilitates electrode deformation but also makes the arc unstable and may cause flickering. There is.

このようなちらつきの問題に対して、最近では特開2002−110083公報、特開平11−111215号公報に記載されているように、タングステンに酸化トリウムをドープした酸化トリウム入りタングステン(以後、トリエーテッドタングステン。)電極が使用されている。トリエーテッドタングステンを電極に使用すると、アーク放電を安定的に促すことが知られており、ちらつきの発生を抑止できる。しかし、このトリエーテッドタングステンを使用しても、短時間で電極が変形して、アークが不安定となって、ちらつきが発生する欠点がある。   Recently, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-110083 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-111215, with respect to such a flickering problem, tungsten containing thorium oxide doped with thorium oxide (hereinafter referred to as triated). Tungsten.) Electrodes are used. When triated tungsten is used as an electrode, it is known to stably promote arc discharge, and flickering can be suppressed. However, even if this tritated tungsten is used, there is a drawback that the electrode is deformed in a short time, the arc becomes unstable, and flickering occurs.

本発明の目的は、放電空間に本質的に水銀を含まない条件において、ちらつきの発生及び短時間での電極の変形を抑止するメタルハライドランプを提供することである。   An object of the present invention is to provide a metal halide lamp that suppresses the occurrence of flicker and the deformation of an electrode in a short time under the condition that the discharge space does not essentially contain mercury.

放電空間を形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された封止部とを有する透光性の気密容器と、前記放電空間に金属ハロゲン化物及び希ガスが封入され、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、前記封止部の内部に封着された金属箔と、一端は前記金属箔に接続され、他端は前記放電空間内で対向配置されており、その先端部は直棒状で、かつその直径が0.4mm以下である一対の電極とを具備し、前記電極は主成分がタングステンからなる電極に酸化トリウムをドープしたトリエーテッドタングステン電極であり、前記電極の先端部付近に存在する初期の酸化トリウムの平均粒子サイズSavgが2μm≦Savg≦5μmであることを特徴とする。   A translucent airtight container having an arc tube portion forming a discharge space, sealing portions formed at both ends of the arc tube portion, a metal halide and a rare gas sealed in the discharge space, and essentially A discharge medium that does not contain mercury, a metal foil sealed inside the sealing portion, one end connected to the metal foil, and the other end opposed to each other in the discharge space, the tip portion Comprises a pair of electrodes having a straight rod shape and a diameter of 0.4 mm or less, the electrodes being triated tungsten electrodes doped with thorium oxide on an electrode composed mainly of tungsten, and the tip of the electrodes The average particle size Savg of the initial thorium oxide existing in the vicinity of the portion is 2 μm ≦ Savg ≦ 5 μm.

本発明によれば、放電空間に本質的に水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、ちらつきの発生及び短時間での電極の変形を抑止することができる。   According to the present invention, flickering and electrode deformation in a short time can be suppressed in a metal halide lamp that essentially does not contain mercury in the discharge space.

(第1の実施の形態)
以下に、本発明の実施の形態のメタルハライドランプについて図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態であるメタルハライドランプの全体図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a metal halide lamp according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of a metal halide lamp according to a first embodiment of the present invention.

気密容器1は、例えば、透光性の石英ガラスからなり、ほぼ楕円形の形状の発光管部11とその長手方向の両端部に発光管部11と同材料で形成された封止部121、122からなる。発光管部11の内部には、その長手方向にほぼ円柱状で内容積が0.1cc以下の放電空間111が形成されており、放電空間111には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、及び希ガスであるキセノンが封入されている。ヨウ化ナトリウムに含有されている金属ナトリウム及びヨウ化スカンジウムに含有されている金属スカンジウムは、主に発光金属として作用し、ヨウ化亜鉛に含まれている金属亜鉛は、主に水銀に代わるランプ電圧形成媒体として作用し、キセノンは、主に始動ガスとして作用する。また、ハロゲン化物としては、他のハロゲン化物よりも反応性が低いヨウ素が最も好適である。   The hermetic container 1 is made of, for example, translucent quartz glass and has a substantially elliptical arc tube portion 11 and sealing portions 121 formed of the same material as the arc tube portion 11 at both longitudinal ends thereof. 122. A discharge space 111 having a substantially cylindrical shape and an internal volume of 0.1 cc or less is formed in the arc tube portion 11 in the longitudinal direction. In the discharge space 111, an iodide which is a metal halide as a discharge medium is formed. Sodium, scandium iodide, zinc iodide, and xenon which is a rare gas are enclosed. Metallic sodium contained in sodium iodide and metallic scandium contained in scandium iodide mainly act as a luminescent metal, and metallic zinc contained in zinc iodide is a lamp voltage mainly replacing mercury. Acting as a forming medium, xenon acts primarily as a starting gas. As the halide, iodine having the lower reactivity than other halides is most preferable.

ここで、発光管部11に封入される放電媒体には、水銀は本質的に含まれていない。この「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないか、または1ccあたり2mg未満、好ましくは1mg以下の水銀量が存在していても許容するという意味である。つまり、従来の水銀入りのショートアーク形ランプのように、水銀蒸気によってメタルハライドランプの電圧を所要に高くする場合、1ccあたり20〜40mg、場合によっては50mg以上封入しており、この水銀量と比較すれば、2mg未満の水銀量は圧倒的に少なく、本質的に水銀が含まれないと言える。   Here, the discharge medium sealed in the arc tube portion 11 essentially does not contain mercury. This “essentially free of mercury” means that it does not contain any mercury, or accepts an amount of mercury of less than 2 mg per cc, preferably 1 mg or less. In other words, when the voltage of a metal halide lamp is increased to a required level by mercury vapor as in a conventional short arc lamp containing mercury, 20 to 40 mg per cc, or 50 mg or more in some cases is sealed. Then, it can be said that the amount of mercury of less than 2 mg is overwhelmingly small and essentially contains no mercury.

圧潰形成された板状の封止部121、122の内部には、例えばモリブデンからなる金属箔21、22が封着されている。放電空間111側の金属箔21、22の一端部には、直径が異なる大径の先端部311、321と小径の軸部312、322とが一体に形成され、かつ例えばタングステンにトリウムをドープした一般にトリエーテッドタングステンと呼ばれている材料からなる電極31、32の一端が、金属箔21、22とほぼ一体になるように抵抗溶接により接続され、電極31、32の他端は、発光管部11付近の封止部121、122を通って、放電空間111に延出し、5mm以下の電極間距離を保って、その先端同士が対向するように配置されている。ここで、電極31、32の先端部311、321は放電空間111に、小径部312、322は封止部121、122内にそれぞれ位置している。   Metal foils 21 and 22 made of, for example, molybdenum are sealed inside the crushed plate-like sealing portions 121 and 122, for example. Large end portions 311 and 321 having different diameters and small diameter shaft portions 312 and 322 are integrally formed at one end portions of the metal foils 21 and 22 on the discharge space 111 side, and, for example, tungsten is doped with thorium. Generally, one end of electrodes 31 and 32 made of a material called triated tungsten is connected by resistance welding so as to be almost integrated with the metal foils 21 and 22, and the other end of the electrodes 31 and 32 is an arc tube portion. 11 is extended to the discharge space 111 through the sealing portions 121 and 122 in the vicinity of the electrode 11, and is arranged so that the tips thereof are opposed to each other with a distance between electrodes of 5 mm or less. Here, the tip portions 311 and 321 of the electrodes 31 and 32 are located in the discharge space 111, and the small diameter portions 312 and 322 are located in the sealing portions 121 and 122, respectively.

電極31、32の小径部312、322には、金属導線を数回、回巻して形成したコイル41、42が、その外周面と接触するように接続されている。このコイル41、42は、金属箔21、22側の端部から放電空間111に向けて所定距離巻かれ、コイル41、42の他端は封止部121、122に内在している。   Coils 41 and 42 formed by winding a metal conductive wire several times are connected to the small diameter portions 312 and 322 of the electrodes 31 and 32 so as to be in contact with the outer peripheral surface thereof. The coils 41 and 42 are wound by a predetermined distance from the end portions on the metal foil 21 and 22 side toward the discharge space 111, and the other ends of the coils 41 and 42 are inherent in the sealing portions 121 and 122.

金属箔21、22において、電極31、32が接続された部分に対して反対側の端部には、導入導体51、52が溶接等により接続されており、この導入導体52の他端は、封止部122の外部に延出し、L字状に形成された給電端子53の一端とほぼ直角になるように接続されている。この給電端子53の他端は、導入導体51の方向、かつ封止部121、122とほぼ平行に延出している。そして、封止部121、122と平行する給電端子53には、絶縁チューブ6が取着されている。   In the metal foils 21 and 22, introduction conductors 51 and 52 are connected by welding or the like to the end opposite to the portion where the electrodes 31 and 32 are connected, and the other end of the introduction conductor 52 is It extends outside the sealing portion 122 and is connected so as to be substantially perpendicular to one end of the power supply terminal 53 formed in an L shape. The other end of the power supply terminal 53 extends in the direction of the introduction conductor 51 and substantially parallel to the sealing portions 121 and 122. The insulating tube 6 is attached to the power supply terminal 53 parallel to the sealing portions 121 and 122.

これらを備えた気密容器1の外側には、例えば紫外線を遮断する材料からなる筒状の外管7が、その長手方向に沿って覆うように設けられている。この外管7の長手方向の両端部には、縮径部71が形成されており、縮径部71は封止部122の発光管部11方向に対して反対側の端部付近をガラス溶着しており、図示していないもう一方の縮径部は、封止部121の発光管部11方向に対して反対側の端部付近をガラス溶着している。   A cylindrical outer tube 7 made of, for example, a material that blocks ultraviolet rays is provided outside the hermetic container 1 including these so as to cover the longitudinal direction thereof. A diameter-reduced portion 71 is formed at both ends of the outer tube 7 in the longitudinal direction, and the diameter-reduced portion 71 is glass-welded near the end of the sealing portion 122 opposite to the direction of the arc tube portion 11. In addition, the other reduced diameter portion (not shown) is glass-welded in the vicinity of the end portion of the sealing portion 121 opposite to the arc tube portion 11 direction.

そして、気密容器1を内部に覆った状態の外管7は、その外周面を挟持するように形成された固定金属具8を介して、ソケット9に接続されている。このソケット9の径小部分には、金属端子91が、その外周面に沿って形成されており、この金属端子91は、給電端子53とソケット9内部で電気的に接続されている。また、図示していないが、発光管部11に対して反対方向に延出していた導入導体51は、ソケット9内部を通って、ソケット9の底部部分に位置している。   The outer tube 7 with the airtight container 1 covered inside is connected to the socket 9 via a fixed metal tool 8 formed so as to sandwich the outer peripheral surface thereof. A metal terminal 91 is formed along the outer peripheral surface of the small diameter portion of the socket 9, and the metal terminal 91 is electrically connected to the power feeding terminal 53 inside the socket 9. Although not shown, the introduction conductor 51 extending in the opposite direction to the arc tube portion 11 passes through the socket 9 and is located at the bottom portion of the socket 9.

次に電極31、32について、詳しく説明する。本実施の形態の電極31、32は、タングステンに酸化トリウムを1重量%の割合でドープしたトリエーテッドタングステン電極であり、少なくとも電極の先端部付近に存在する初期の酸化トリウムの平均粒子サイズSavgが2μm≦Savg≦5μmになるように形成されている。ここで、「初期」とは、ランプがエージングや寿命試験等を経て製品として完成し、出荷されて市場に出回っている状態を言っている。この電極31、32の製造方法の一例を説明する。タングステンの粉末とあらかじめ粒子サイズが1〜6μmの酸化トリウムの粉末とを混合し、トリエーテッドタングステン粉末を製作した後、それらを型に入れて焼結し、焼結体を作製し、転打・伸線加工によって繊維状(ファイバー)組織を形成する。そしてトリエーテッドタングステン電極は、高温熱処理並びにランプ組込み後のエージングなどの点灯により2次再結晶させる。これにより、トリエーテッドタングステン中の酸化トリウムの粒子サイズを好適な範囲に保って製造することができる。   Next, the electrodes 31 and 32 will be described in detail. The electrodes 31 and 32 of the present embodiment are tritated tungsten electrodes doped with thorium oxide at a ratio of 1% by weight to tungsten, and the average particle size Savg of the initial thorium oxide existing at least near the tip of the electrode is It is formed so that 2 μm ≦ Savg ≦ 5 μm. Here, “initial” means a state in which the lamp is completed as a product through aging, a life test, etc., and is shipped to the market. An example of a method for manufacturing the electrodes 31 and 32 will be described. Tungsten powder and thorium oxide powder with a particle size of 1-6 μm are mixed in advance to produce a tritated tungsten powder, which is then placed in a mold and sintered to produce a sintered body. A fibrous (fiber) structure is formed by wire drawing. The triated tungsten electrode is secondarily recrystallized by high-temperature heat treatment and lighting such as aging after lamp incorporation. Thereby, it can manufacture by keeping the particle size of thorium oxide in triated tungsten in a suitable range.

ここで、本発明による作用効果を説明する前に、トリエーテッドタングステン電極の作用と、電極変形及びちらつきについて説明する。図2は、電極の先端部表面付近の断面図である。ここで、図中の黒い点は酸化トリウムの粒子、電極の表面の薄い層はトリウムの単原子層33を図面化したものである。   Here, before explaining the function and effect of the present invention, the function, electrode deformation, and flicker of the triated tungsten electrode will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the vicinity of the tip surface of the electrode. Here, black dots in the figure are thorium oxide particles, and a thin layer on the surface of the electrode is a monoatomic layer 33 of thorium.

メタルハライドランプが点灯すると、アーク放電が開始し、トリエーテッドタングステンに含まれた酸化トリウム33は、電極31、32の表面に拡散を始める。このときの拡散は、一般に粒界拡散と粒内拡散と呼ばれ、粒界拡散はタングステンの結晶の境界を通る速い拡散、粒内拡散はタングステンの結晶内を通る遅い拡散であることが知られている。これらの拡散によって、電極31、32の表面に到達した酸化トリウムは、そこでトリウムの単原子層33を形成する。表面に形成されたトリウムの単原子層33では、電極31、32のタングステン部分よりも仕事関数が低下し、その部分において電子が放出されやすくなるため、アークの起点を安定させる作用をする。したがって、トリエーテッドタングステン電極の場合、最も温度が高くなる電極の最先端部に形成されたトリウムの単原子層33の部分で、アークの起点が発生することになる。また、このトリウムの単原子層33によって、アーク放電による電極31、32の変形が抑制される。   When the metal halide lamp is turned on, arc discharge starts, and thorium oxide 33 contained in the triated tungsten starts to diffuse on the surfaces of the electrodes 31 and 32. The diffusion at this time is generally called grain boundary diffusion and intragranular diffusion, and it is known that grain boundary diffusion is fast diffusion through the boundary of tungsten crystal, and intragranular diffusion is slow diffusion through the crystal of tungsten. ing. Through these diffusions, thorium oxide that has reached the surfaces of the electrodes 31 and 32 forms a monoatomic layer 33 of thorium there. In the thorium monoatomic layer 33 formed on the surface, the work function is lower than that of the tungsten portion of the electrodes 31 and 32, and electrons are easily emitted from the portion, so that the starting point of the arc is stabilized. Therefore, in the case of the triated tungsten electrode, the starting point of the arc is generated in the portion of the monoatomic layer 33 of thorium formed at the tip of the electrode where the temperature becomes highest. The thorium monoatomic layer 33 suppresses deformation of the electrodes 31 and 32 due to arc discharge.

しかし、点灯、消灯を繰り返したり、長時間の点灯をしたりするにつれて、酸化トリウムが消失し、電極31、32の先端部が変形する。この変形した部分では、酸化トリウムが消失し、表面にトリウムの単原子層33が形成されないために仕事関数が高くなり、アーク放電が行われにくくなる。そして、電極先端部の変形以降は、変形した電極31、32の先端部よりも封止部121、122側の部分において、酸化トリウムの消失が起こりにくいために、酸化トリウム粒子同士が凝集して、粒子サイズが大きくなるとともに、この付近の電極表面に形成されたトリウムの単原子層33から、アーク放電が行われるようになる。しかし、しばらく時間が経つと、変形した電極31、32の先端部が温度上昇したために、酸化トリウムが先端部に拡散して電極表面に一時的にトリウムの単原子層33を形成し、今度はその部分からアーク放電が発生する。このように、酸化トリウムの拡散によってアークの起点が電極表面上を移動し、ちらつきが発生する。   However, thorium oxide disappears and the tips of the electrodes 31 and 32 are deformed as lighting and extinguishing are repeated or lighting is performed for a long time. In this deformed portion, thorium oxide disappears, and the monoatomic layer 33 of thorium is not formed on the surface, so that the work function becomes high and arc discharge is difficult to be performed. After the deformation of the electrode tip portion, thorium oxide particles are aggregated together in the portions closer to the sealing portions 121 and 122 than the tip portions of the deformed electrodes 31 and 32 because thorium oxide does not easily disappear. As the particle size increases, arc discharge starts from the thorium monoatomic layer 33 formed on the electrode surface in the vicinity. However, after a while, since the tips of the deformed electrodes 31 and 32 have risen in temperature, thorium oxide diffuses into the tips and temporarily forms a monoatomic layer 33 of thorium on the electrode surface. Arc discharge is generated from that portion. In this way, the starting point of the arc moves on the electrode surface due to the diffusion of thorium oxide, and flickering occurs.

図3は、図1のメタルハライドランプの仕様の例について説明するための発光管部付近の拡大図である。電極31、32の先端部311、321の直径は0.35mm、小径部312、322の直径は0.3mm、発光管部11の内径Aは2.7mm、外径Bは6.0mm、長手方向の最大長Cは6.5mm、電極間距離Dが4.2mmである。発光管部11には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化スカンジウム−ヨウ化ナトリウム−ヨウ化亜鉛が0.2mgと希ガスであるキセノンが10atmそれぞれ封入されており、水銀は一切含まれていない。   FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the arc tube portion for explaining an example of the specification of the metal halide lamp of FIG. The tip portions 311 and 321 of the electrodes 31 and 32 have a diameter of 0.35 mm, the small diameter portions 312 and 322 have a diameter of 0.3 mm, the arc tube portion 11 has an inner diameter A of 2.7 mm, an outer diameter B of 6.0 mm, and a longitudinal length. The maximum length C in the direction is 6.5 mm, and the interelectrode distance D is 4.2 mm. The arc tube section 11 is filled with 0.2 mg of scandium iodide-sodium iodide-zinc iodide as a discharge medium and 10 atm of xenon as a rare gas as a discharge medium, and contains no mercury. Absent.

図4は、酸化トリウムの粒子サイズが異なる図2のランプ仕様において、0時間、500時間、1500時間の寿命試験を行いちらつきの有無を測定した図である。ここで、ちらつきの有無の判定には、各試験時間点灯したランプを、4分間安定点灯させた後、光量変化率を5分間継続して測定し、図5のようなデータを取り、図5(a)のように継続してほぼ光量に変化がない場合をちらつき無し、図5(b)のように測定開始時の100%の光量と比較して5%以上の光量の変化があった場合をちらつき有りとした。   FIG. 4 is a diagram in which the life test of 0 hours, 500 hours, and 1500 hours was performed to measure the presence or absence of flicker in the lamp specifications of FIG. 2 having different thorium oxide particle sizes. Here, in order to determine the presence or absence of flicker, after the lamps lit for each test time were stably lit for 4 minutes, the light quantity change rate was continuously measured for 5 minutes, and data as shown in FIG. There was no flicker when there was no change in the light amount continuously as in (a), and there was a change in the light amount of 5% or more compared to the 100% light amount at the start of measurement as in FIG. 5 (b). The case was flickering.

初期の電極先端の任意の50μm角の酸化トリウムの粒子サイズSが0.4μm≦S≦0.95μm、平均粒子サイズSavgが0.7μmの試験サンプルAのランプでは、0時間においてちらつきは発生していないが、500時間、1500時間になると、ちらつきが発生した。また、500時間になると電極先端部から0.175mm程度の距離まで、すなわち電極径の1/2に相当する距離までの酸化トリウムが消失し、図示してはいないが、電極の先端部が丸く変形していた。さらに1500時間では、電極先端部から電極径と同等の0.35mmまでの酸化トリウムが消失し、電極の変形も500時間のときよりも大きくなっていた。また、酸化トリウムの粒子径サイズについては、時間が経つにつれて凝集が進行し、徐々にサイズが大きくなっていた。   In the lamp of test sample A in which the particle size S of an arbitrary 50 μm square thorium oxide at the initial electrode tip is 0.4 μm ≦ S ≦ 0.95 μm and the average particle size Savg is 0.7 μm, flickering occurs at 0 hours. However, flickering occurred at 500 hours and 1500 hours. Further, at 500 hours, thorium oxide disappears from the electrode tip to a distance of about 0.175 mm, that is, a distance corresponding to ½ of the electrode diameter, and although not shown, the tip of the electrode is rounded. It was deformed. Further, at 1500 hours, thorium oxide having a diameter of 0.35 mm equivalent to the electrode diameter disappeared from the tip of the electrode, and the deformation of the electrode was larger than that at 500 hours. Further, with respect to the particle size of thorium oxide, aggregation progressed with time, and the size gradually increased.

初期の酸化トリウムの粒子サイズSが1.2μm≦S≦3.1μm、平均粒子サイズ2.3μmである試験サンプルBのランプでは、500時間、1500時間と試験時間が経過してもちらつきは発生していなかった。酸化トリウムは、500時間では、電極先端部から電極径に対して1/5に相当する0.07mmまで消失し、1500時間では1/4に相当する0.088mmまでが消失していた。ここで、酸化トリウムの消失により、電極の先端部では多少の変形が見られたが、図4のような測定の結果でも光量が大きく乱れることはなく、また目視においても、ちらつきは発生していなかった。酸化トリウムの粒子径サイズについては、初期の段階とあまり変化はなかった。   In the lamp of the test sample B in which the initial thorium oxide particle size S is 1.2 μm ≦ S ≦ 3.1 μm and the average particle size is 2.3 μm, flickering occurs even after the test time of 500 hours and 1500 hours. I did not. Thorium oxide disappeared from the tip of the electrode to 0.07 mm corresponding to 1/5 of the electrode diameter at 500 hours, and disappeared to 0.088 mm corresponding to 1/4 at 1500 hours. Here, due to the disappearance of thorium oxide, a slight deformation was seen at the tip of the electrode, but the measurement results as shown in FIG. 4 did not greatly disturb the amount of light, and flickering also occurred visually. There wasn't. The particle size size of thorium oxide was not much different from the initial stage.

初期の酸化トリウムの粒子サイズSが3.4μm≦S≦5.8μm、平均粒子サイズ4.5μmである試験サンプルCのランプでは、ほぼ試験サンプルBと同じような電極の状態になった。したがって、この場合もちらつきの現象は見られなかった。   The lamp of the test sample C in which the initial thorium oxide particle size S was 3.4 μm ≦ S ≦ 5.8 μm and the average particle size was 4.5 μm was almost in the same electrode state as the test sample B. Therefore, no flickering phenomenon was observed in this case.

初期の酸化トリウムの粒子サイズSが6.3μm≦S≦8.4μm、平均粒子サイズ7.2μmである試験サンプルDのランプでは、電極の状態は試験サンプルB及びCと大差はなかったものの、0時間からすでにちらつきが発生し、以後もちらつきが発生していた。   In the lamp of the test sample D in which the particle size S of the initial thorium oxide is 6.3 μm ≦ S ≦ 8.4 μm and the average particle size is 7.2 μm, the state of the electrode is not significantly different from that of the test samples B and C. Flicker has already occurred from 0 hours, and flicker has occurred since then.

結果から、試験サンプルAのように、初期の酸化トリウムの平均粒子サイズが小さい場合は、時間が経つにつれて電極先端部表面のトリウムの単原子層がアーク放電により消失、さらに先端部の酸化トリウムも消失し、タングステンに含浸していたトリウムが枯渇してしまう。そして、電極先端部分はタングステンの状態になり電極が熱により変形する。その結果、電極の先端部から離れた表面に形成されたトリウムの単原子層と、電極先端部の高温化、酸化トリウムの移動に伴い電極先端部の表面に一時的に発生するトリウムの単原子層によって、アークの起点が移動し、ちらつきが発生したと考えられる。また、この試験サンプルAでは、過剰にトリウムが消失し、消失したトリウムは放電空間に残存してしまうため、石英ガラスと反応し、白濁が発生していた。   From the results, when the average particle size of the initial thorium oxide is small like the test sample A, the monoatomic layer of thorium on the surface of the electrode tip portion disappears by arc discharge as time passes, and the thorium oxide at the tip portion also It disappears and thorium impregnated in tungsten is exhausted. The tip of the electrode is in a tungsten state, and the electrode is deformed by heat. As a result, a single atomic layer of thorium formed on the surface away from the tip of the electrode, and a single atom of thorium that is temporarily generated on the surface of the tip of the electrode as the temperature of the tip of the electrode increases and thorium oxide moves. It is thought that the starting point of the arc moved by the layer and flickering occurred. Further, in this test sample A, thorium disappears excessively, and the lost thorium remains in the discharge space, so that it reacts with quartz glass and white turbidity is generated.

反対に、試験サンプルDのように、初期の酸化トリウムの平均粒子サイズが大きい場合は、初期の段階から電極の表面にトリウムの単原子層が安定して形成されなかったために、アークの起点が安定せず、ちらつきが発生したと考えられる。   On the other hand, when the average particle size of the initial thorium oxide is large as in the test sample D, since the monoatomic layer of thorium was not stably formed on the surface of the electrode from the initial stage, the starting point of the arc was It is thought that flickering occurred without stabilization.

以上のことから、ちらつきの抑制に効果のあるトリウムの単原子層を安定して形成するには、酸化トリウムの拡散が大きく関係していると考えられ、酸化トリウムの粒子サイズが小さすぎる場合は、酸化トリウムの電極表面への拡散速度が速すぎるために、早い時間で酸化トリウムが消失し、酸化トリウムの粒子サイズが大きすぎる場合は、電極表面にうまくトリウムの単原子層が形成されない。このことからタングステン電極先端表面にトリウム単原子層を安定形成することが、アークの起点の移動を防止し、ちらつきの発生を抑制するために有用であると考えられる。   From the above, it is considered that the diffusion of thorium oxide is greatly related to the stable formation of a thorium monoatomic layer that is effective in suppressing flickering. If the particle size of thorium oxide is too small Since the diffusion rate of thorium oxide to the electrode surface is too high, thorium oxide disappears in a short time, and when the particle size of thorium oxide is too large, a monoatomic layer of thorium is not successfully formed on the electrode surface. From this, it is considered that the stable formation of the thorium monoatomic layer on the tip surface of the tungsten electrode is useful for preventing the movement of the starting point of the arc and suppressing the occurrence of flickering.

このようなことから、トリエーテッドタングステン電極において、ちらつきの発生や電極変形については、酸化トリウムの粒子の大きさとその存在場所が重要であることを見出した。すなわち、試験サンプルB及びCのように酸化トリウムの平均粒子サイズSavgが2μm≦Savg≦5μm程度の場合は、酸化トリウムの拡散速度が速すぎて消失の時間も早くなるということがなく、反対に拡散速度が遅すぎて電極表面にトリウムの単原子層を形成しないということもなく、酸化トリウムが適度な速度で拡散したために、ちらつきが発生せず、電極先端部の変形も抑止できた。したがって、初期の電極先端部付近の酸化トリウムの平均粒子サイズSavgが2μm≦Savg≦5μmであるのがよい。また、「電極の先端部付近」の具体的な場所としては、図4の結果から、封止部方向に電極径の半分までの距離の酸化トリウムが消失した場合にちらつきが発生することがわかったため、電極先端部から封止部方向に、電極の直径に対して少なくとも1/2の距離までが好適である。   For these reasons, the inventors have found that the size and location of thorium oxide particles are important for the generation of flickering and electrode deformation in the tritated tungsten electrode. That is, when the average particle size Savg of thorium oxide is about 2 μm ≦ Sav ≦ 5 μm as in test samples B and C, the diffusion rate of thorium oxide is not so fast that the disappearance time is not fast. The diffusion rate was not too slow and no monoatomic layer of thorium was formed on the electrode surface, and thorium oxide diffused at an appropriate rate, so that flickering did not occur and deformation of the electrode tip could be suppressed. Therefore, the average particle size Savg of thorium oxide in the vicinity of the initial electrode tip is preferably 2 μm ≦ Sav ≦ 5 μm. In addition, as a specific location “near the tip of the electrode”, it can be seen from the result of FIG. 4 that flickering occurs when thorium oxide at a distance up to half the electrode diameter disappears in the direction of the sealing portion. Therefore, a distance of at least 1/2 with respect to the diameter of the electrode is preferable in the direction from the electrode tip to the sealing portion.

したがって、本実施の形態では、タングステンに酸化トリウムをドープしたトリエーテッドタングステン電極において、電極31、32の先端部311、321付近に存在する初期の酸化トリウムの平均粒子サイズSavgを2μm≦Savg≦5μmとすることで、酸化トリウムの拡散速度を適度な速さに制御することができる。従って、電極31、32の表面に安定してトリウムの単原子層を形成することができるため、長時間アーク放電を安定させることができ、ちらつきの発生及び短時間での電極の変形を抑止することができる。   Therefore, in the present embodiment, in the triated tungsten electrode in which tungsten is doped with thorium oxide, the average particle size Savg of the initial thorium oxide existing near the tip portions 311 and 321 of the electrodes 31 and 32 is 2 μm ≦ Savg ≦ 5 μm. By doing so, the diffusion rate of thorium oxide can be controlled to an appropriate speed. Therefore, a thorium monoatomic layer can be stably formed on the surfaces of the electrodes 31 and 32, so that arc discharge can be stabilized for a long time, and flickering and deformation of the electrode in a short time are suppressed. be able to.

(第2の実施の形態)
図6は、電極の先端部の直径が0.4mm、初期の酸化トリウムの粒子サイズが1.8μm≦S≦3.4μm、平均粒子サイズがSavg2.5μmのトリエーテッドタングステン電極で酸化トリウム含有量の異なる図3のランプ仕様において、0時間、500時間、1000時間、1500時間の寿命試験を行った後の光束維持率の平均値を測定した図であり、図7は、図6をグラフに表した図である。ここで、ランプの試験数はそれぞれ3個である。この第2の実施の形態の各部について、第1の実施の形態の放電ランプ装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a thorium oxide content in a triated tungsten electrode having a tip diameter of 0.4 mm, an initial thorium oxide particle size of 1.8 μm ≦ S ≦ 3.4 μm, and an average particle size of Savg 2.5 μm. FIG. 7 is a graph in which the average value of the luminous flux maintenance factor after performing a life test of 0 hours, 500 hours, 1000 hours, and 1500 hours in the lamp specifications of FIG. FIG. Here, the number of tests of each lamp is three. About each part of this 2nd Embodiment, the same part as each part of the discharge lamp apparatus of 1st Embodiment is shown with the same code | symbol, and the description is abbreviate | omitted.

結果から、酸化トリウムの含有量が多いほど試験時間が経過しても光束維持率の低下を抑制できることが言えるとともに、特に酸化トリウムが0.3%以上において効果が高いといえる。ここで、酸化トリウムの上限は設定していない。これは、前述したように酸化トリウムの重量%が大きいほど光束維持率の低下を抑制できる傾向があるためだが、現在の技術では、2重量%程度までの酸化トリウムを含有のトリエーテッドタングステンが製作できるといわれている。   From the results, it can be said that the higher the content of thorium oxide is, the lower the luminous flux maintenance factor can be suppressed even when the test time elapses, and it can be said that the effect is particularly high when thorium oxide is 0.3% or more. Here, the upper limit of thorium oxide is not set. This is because, as described above, there is a tendency that as the weight percent of thorium oxide increases, the decrease in luminous flux maintenance factor tends to be suppressed. However, with the current technology, triated tungsten containing up to about 2 weight percent thorium oxide is manufactured. It is said that it can be done.

したがって、この実施の形態では、タングステンに酸化トリウムをドープしたトリエーテッドタングステン電極において、電極31、32の初期の酸化トリウムの含有量が0.3重量%以上であることで、光束維持率の低下を抑止することができる。   Therefore, in this embodiment, in the triated tungsten electrode in which thorium oxide is doped into tungsten, the initial thorium oxide content of the electrodes 31 and 32 is 0.3% by weight or more, so that the luminous flux maintenance factor is lowered. Can be suppressed.

なお、本発明は、上記した実施の形態に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified as follows, for example.

電極として、アルミニウム、カリウム、シリコンなどをタングステンにドープして形成したドープタングステンまたはタングステンとレニウムからなるレニウムタングステンに、酸化トリウムをドープしたトリエーテッドタングステン電極を使用しても良い。   As the electrode, a doped tungsten electrode formed by doping tungsten with aluminum, potassium, silicon, or the like, or a tritium tungsten electrode doped with thorium oxide on rhenium tungsten composed of tungsten and rhenium may be used.

本発明のメタルハライドランプの第1の実施の形態について説明するための全体図。The whole figure for demonstrating 1st Embodiment of the metal halide lamp of this invention. 電極の先端部表面付近の断面図。Sectional drawing of the tip part surface vicinity of an electrode. 図1のメタルハライドランプの仕様について説明するための発光管部付近の拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of an arc tube portion for explaining specifications of the metal halide lamp of FIG. 1. 酸化トリウムの粒子サイズが異なる図3のランプ仕様において、寿命試験を行ったランプのちらつきの有無を測定した図。The figure which measured the presence or absence of the flicker of the lamp | ramp which performed the life test in the lamp | ramp specification of FIG. 3 from which the particle | grain size of thorium oxide differs. ランプの光量変化を測定したデータの例を示す図。The figure which shows the example of the data which measured the light quantity change of the lamp | ramp. 酸化トリウム含有量の異なる図3のランプ仕様において、寿命試験を行った後の光束維持率の平均値を測定した図。The figure which measured the average value of the luminous flux maintenance factor after performing a lifetime test in the lamp specification of FIG. 3 from which thorium oxide content differs. 図6をグラフに表した図Figure showing graph of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 気密容器
11 発光管部
111 放電空間
121、122 封止部
21、22 金属箔
31、32 電極
311、312 先端部
41、42 コイル
51、52 導入導体
53 給電端子
6 絶縁チューブ
7 外管
8 固定金属具
9 口金
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Airtight container 11 Arc tube part 111 Discharge space 121,122 Sealing part 21,22 Metal foil 31,32 Electrodes 311,312 Tip part 41,42 Coil 51,52 Lead conductor 53 Feed terminal 6 Insulation tube 7 Outer pipe 8 Fixation 9 metal fittings

Claims (2)

放電空間を形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された封止部とを有する透光性の気密容器と、
前記放電空間に金属ハロゲン化物及び希ガスが封入され、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、
前記封止部の内部に封着された金属箔と、
一端は前記金属箔に接続され、他端は前記放電空間内で対向配置されており、その先端部は直棒状で、かつその直径が0.4mm以下である一対の電極とを具備し、
前記電極は主成分がタングステンからなる電極に酸化トリウムをドープしたトリエーテッドタングステン電極であり、前記電極の先端部付近に存在する初期の酸化トリウムの平均粒子サイズSavgが2μm≦Savg≦5μmであることを特徴とするメタルハライドランプ。
A translucent airtight container having an arc tube portion forming a discharge space, sealing portions formed at both ends of the arc tube portion;
A discharge medium in which a metal halide and a rare gas are enclosed in the discharge space, and essentially free of mercury;
A metal foil sealed inside the sealing portion;
One end is connected to the metal foil, the other end is opposed to the discharge space, the tip is a straight bar, and a pair of electrodes having a diameter of 0.4 mm or less,
The electrode is a tritated tungsten electrode in which thorium oxide is doped on an electrode whose main component is tungsten, and the average particle size Savg of the initial thorium oxide existing near the tip of the electrode is 2 μm ≦ Savg ≦ 5 μm A metal halide lamp characterized by
前記トリエーテッドタングステン電極は、初期の酸化トリウムの含有量が0.3重量%以上であることを特徴とする請求項1記載のメタルハライドランプ。

The metal halide lamp according to claim 1, wherein the triated tungsten electrode has an initial thorium oxide content of 0.3 wt% or more.

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