JP4338762B1

JP4338762B1 - Ｈｉｄランプ

Info

Publication number: JP4338762B1
Application number: JP2008174106A
Authority: JP
Inventors: 育宏加藤
Original assignee: 育宏加藤
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: WO2010001530A1; JP2010015800A

Abstract

【課題】安定した放電状態を維持できるＨＩＤランプを提供する。
【解決手段】中間部７ｂ，８ｂの外周面にはコイル１２が巻回され、このコイル１２の径は例えば０．１３ｍｍとする。その結果、コイル１２を巻回した状態で中間部７ｂ，８ｂの径（φ２）は栓体７ａ，８ａと等しい０．６６ｍｍになる。また、前記先端部７ｃ，８ｃにもコイル１３が巻回されている。このコイル１３は前記コイル１２よりも細い径、たとえば０．０６ｍｍとする。その結果、コイル１３を巻回した状態で、コイル１３の径を含めた電極の先部７ｃ，８ｃの径（φ１）は０．５１ｍｍということになる。このように、細い径のコイル１３を用いることで、熱電子は径の大きな中間部７ｂ，８ｂからではなく、径（φ１）の小さな先端部７ｃ，８ｃから優先的に放出され、アーク放電への移行が容易になる。
【選択図】図３

Description

本発明は放電ランプのうち、易始動性・高効率・高演色を発揮するＨＩＤランプに関する。

ＨＩＤランプの一般的な構造は、放電容器の両端に電極を相通して気密に保持する封止部を設けると共に、封止部位から露出した電極にモリブデン箔などを介して外部から給電する構造を呈している。

放電容器の材料としては、一般にシリカやアルミナセラミックスなどが用いられており、放電容器内にはレアアースガスとして窒素やアルゴン、クリプトン、キセノン、水銀、ナトリウムハロゲン化物の他に、高演色性を発現させる目的でディスプロシウム（Ｄｙ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユロピウム（Ｅｕ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）など希土類金属のハロゲン化合物が封入されたメタルハライドランプが知られている。

また、フリットガラスによって封止されるとともに一端部が封止部位から外部に露出する電極の栓体を放電容器の材料と熱的挙動が類似するニオブ（Ｎｂ）またはその合金、金属を含む導電性セラミックス・ガラスとし、封止部位の内側に保持される中間部から放電空間に臨む先端部を優れた耐熱性やメタルハライドに対して化学的に安定なタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）とし、これらを溶接して１本の電極を構成している。

ＨＩＤランプにあっては、放電中に電極が極めて高温になり、電極を構成する材料が、ハロゲンサイクルを無視して、一方的に飛散し発光管の内壁(最冷部)に付着する黒化現象が発生することがある。これを防止するために、特許文献１〜３に開示されるように、電極の周囲にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）のコイルを巻回し、電極の発熱をコイルから放散して冷却する手段が講じられている。

特許文献１には、発光管の両端に設けられた封止部位の内側にタングステン（Ｗ）製の電極の中間部から後端部が保持され、この部位の外側にタングステン（Ｗ）製のコイルが巻回された構造が開示されている。

特許文献２及び特許文献３には、発光管の両端に設けられた封止部位の内側に保持される電極のみならず、発光管の放電空間に臨む電極先端部にもタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）のコイルが巻回された構造が開示されている。

特開２０００−２６８７７３号公報ＷＯ２００５／１９６３４７特開２００８−１０２７２号公報

特許文献１にあっては電極の先端部にコイルが巻回されていないため、電極先端部が熔損し易い。

特許文献２に開示される電極構造では、電極の封止部位内側に保持される中間部のみならず電極先端部位にもコイルが巻回されているので、電極先端部位の放熱効果も高くなっている。しかしながら、コイルを巻回した状態で図６に示すように電極先端部の直径φ１と中間部の直径φ２が等しいため、放電が電極の中間部からも発生し易く始動時に安定した放電が得られ難い。

また、中間部に巻回するコイルの巻回領域を放電空間から後退させると、中間部からの放電は発生し難くなるが、電極と放電管の電極挿通穴との間に隙間が生じ、この隙間に固液のメタルハライドが停滞し、停滞・封鎖されたメタルハライドは、点灯により電極温度が上昇してもランプの点灯には寄与しなくなる不利がある。

特許文献３に開示される電極構造では、電極先端部が電極中間部より細くなっているため、先端部に放電が集中しやすい。しかしながら、電極先端部をタングステン（Ｗ）、電極中間部をモリブデン（Ｍｏ）とし、これらを溶接しているため、図７（ａ）、（ｂ）に示すような一対の電極の間で芯ずれを余儀なくされる。芯ずれが生じると放電にゆらぎが発生しアークが不安定になり、ランプの寿命も短くなる。

上記課題を解決すべく本発明に係るＨＩＤランプは、セラミックス製放電容器の両端に封止部位を設け、これら封止部位でフリットガラスを介して電極を保持するＨＩＤランプであって、前記電極は一端部が前記封止部位から露出する栓体と、前記封止部位内側に配置される中間部と、放電空間に臨む先端部からなり、前記栓体はニオブ（Ｎｂ）、ニオブ合金または金属を含む導電性セラミックス・ガラスからなり、前記中間部および先端部は１本の連続し且つ同一径のタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製のロッドもしくはコイル線からなり、前記中間部の外側にはタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製のコイルが巻回され、前記先端部の外側には前記中間部に巻回したコイルと同径のタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製のコイルが巻回され、また前記先端部に巻回されるコイルは一重巻きとされ、前記中間部に巻回されるコイルは二重巻きとされている。

本発明に係るＨＩＤランプでは、電極の中間部と先端部にコイルを巻回して冷却効果を高め、このとき、コイルの径まで含めた電極の先端部の直径を中間部の径よりも小さくしているため、熱電子の放出が必ず電極の先端部から発生し、電極の中間部から放出され難くなり、安定したアーク放電が期待できる。

また、電極の中間部と先端部が連続した１本の棒から成り、溶接部は存在しないため、芯ずれが生じない。そのため始動時より常に安定した放電状態を維持でき、寿命の大幅な改善が期待できる。

とくに、１本の棒の先端部を切削加工や絞り加工によって細径とし、この部分に小径のコイルを巻回することで始動時のアーク放電が極めて安定になる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係るＨＩＤランプを組み込んだ照明器具の全体図、図２は本発明に係るＨＩＤランプの断面図、図５は本発明に係る電極の拡大図、図３及び図４は参考例に係る電極の拡大図である。

図１に示す照明器具は前面ガラスが不要な３重管構造を成し、外側管１内に内側管２を配置し、この内側管２の中に本発明に係るＨＩＤランプ３を組み込み、口金４から延び導電体５、６をそれぞれＨＩＤランプ３の電極７、８に接続している。

この実施例では、電極７、８をそれぞれ栓体７ａ，８ａ、中間部７ｂ，８ｂ及び先端部７ｃ，８ｃにて構成している。また前記ＨＩＤランプ３の両端には封止部位９，９が形成されている。この封止部位９，９には電極７、８が挿通されるセラミックスチューブの穴９ａ，９ａが同軸方向に形成されている。ここで穴９ａ，９ａの直径は例えば０．７ｍｍとされ、これらの穴９ａ，９ａは１つの針状からなる研磨治具で同時に加工される。そのため、封止部９，９の穴９ａ，９ａ軸芯はずれることなく、ランプに完全な同軸が存在することになる。

前記栓体７ａ，８ａは一端部が前記ＨＩＤランプ３の両端に設けた封止部位９から露出して前記導電体５、６に接続する。この栓体７ａ，８ａは封止部９を構成するセラミックスの熱的挙動に類似した挙動を示すニオブ（Ｎｂ）またはニオブ合金や導電性セラミックス・ガラスから成り、その直径は例えば０．６６ｍｍとする。

そして、栓体７ａ，８ａ外周面と封止部位９内周面との隙間にはフリットガラス１２を充填させて気密性が維持される。尚ＨＩＤランプ３の放電空間１０への電極７，８の挿入位置を調整するため、栓体７ａ，８ａ外周面にはストッパー１１が装着されている。
図５に示す本発明の実施例にあっては、コイル１２，１３を同径とし且つ小さな径（φ３）のコイルを用い、中間部７ｂ，８ｂにはコイル１２を二重に巻回し、先端部７ｃ，８ｃにはコイル１３を一重に巻回している。その結果、電極の径が中間部７ｂ，８ｂと先端部７ｃ，８ｃとで等しくてもコイルを巻回した状態ではφ２＞φ１となり、熱電子は先端部７ｃ，８ｃから優先的に放出される。

一方、図３に示す参考例の中間部７ｂ，８ｂ及び先部７ｃ，８ｃはタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製の連続した同軸の棒・線(ワイヤー)から構成され、その径は総じて同じくなっている。また、前記栓体７ａ，８ａと中間部７ｂ，８ｂとはあらかじめ凹凸係合した状態でレーザ溶接することで、できるだけ軸芯が一致するようにしている。

前記中間部７ｂ，８ｂの外周面にはタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製のコイル１２が冷却用に巻回されている。このコイル１２の径は例えば０．１３ｍｍとする。その結果、コイル１２を巻回した状態で中間部７ｂ，８ｂの径（φ２）は栓体７ａ，８ａと等しい０．６６ｍｍになる。

また、前記先端部７ｃ，８ｃにもタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製の冷却用コイル１３が巻回されている。このコイル１３は前記コイル１２よりも細い径、たとえば０．０６ｍｍとする。その結果、コイル１３を巻回した状態で、コイル１３の直径を含めた電極先端部７ｃ，８ｃの直径（φ１）は０．５１ｍｍということになる。

即ち、本発明ではφ２＞φ１としている。ここで、コイル１３の直径をφ３、コイル１３を巻回しない状態での電極先端部７ｃ，８ｃの直径をφ４、コイル１２の直径をφ５、コイル１２を巻回しない状態での中間部７ｂ，８ｂの直径をφ６とすると、φ２＝２φ５＋φ６＞２φ３＋φ４-＝φ１となる。尚、図３に示す実施例ではφ４＝φ６である。

このように、細い直径のコイル１３を巻回することで、熱電子は径の大きな中間部７ｂ，８ｂからではなく、径（φ１）の小さな先端部７ｃ，８ｃから必ず放出され、円滑にアーク放電へ移行する。

図４は別実施例を示す図３と同様の図であり、この実施例にあっては、電極７，８の先端部７ｃ，８ｃの径φ６を研削して細くし、且つ先部７ｃ，８ｃに前記直径の小さなコイル１３を巻回している。したがって、この実施例にあってもコイル１２を含めた中間部７ｂ，８ｂの径（φ２）よりもコイル１３を含めた先端部７ｃ，８ｃの直径（φ１）が小さくなる。

ここで、図４の先部７ｃ，８ｃを細くしたものを別体として用意し、それを中間部７ｂ，８ｂに溶接したのでは、先行技術の欄で説明したように、溶接時に芯ずれを余儀無くされる。従って中間部７ｂ，８ｂと先端部７ｃ，８ｃは一体的な棒・線(ワイヤー)から削り出すか、絞り加工するのが現実的には望ましい。

本発明によれば、封止部位９，９の穴９ａ，９ａは１本の針状研磨治具にて同時に加工されるため同軸精度は極めて高い。セラミックスチューブの穴９ａ，９ａに挿入される電極７，８は中間部７ｂ，８ｂによって軸の中心が決定される。即ち、栓体７ａ，８ａと中間部７ｂ，８ｂとは溶接されているため、溶接部において栓体７ａ，８ａの軸と中間部７ｂ，８ｂの軸とが若干ずれることも考えられる。しかしながら、栓体７ａ，８ａの外周面と穴９ａ，９ａの内周面との間には隙間が存在し、その隙間はフリットガラス１０にて封止されるので、仮に若干の軸芯のずれが生じてもフリットガラス１０の厚みが変化することで当該ずれは、ほとんど吸収され、両電極７，８の軸芯は一致する。

ＨＩＤランプを組み込んだ照明器具の全体図本発明に係るＨＩＤランプの断面図電極の拡大図別実施例に係る電極の拡大図別実施例に係る電極の拡大図従来のＨＩＤランプの要部の断面図（ａ）及び（ｂ）は従来のＨＩＤランプの芯ずれを説明した図

符号の説明

１…外側管、２…内側管，３…ＨＩＤ、４…口金、５，６…導電体、７，８…電極、７ａ，８ａ…栓体、７ｂ，８ｂ…電極の中間部、７ｃ，８ｃ…電極の先部、９…封止部、９ａ…封止部の穴、１０…ランプの放電空間、１１…ストッパー、１２…電極中間部に巻回したコイル、１３…電極先端部に巻回したコイル、ｇ…フリットガラス、φ１…コイルを含めた電極先部の径、φ２…コイルを含めた電極中間部の径、φ３…電極先端部に巻回したコイルの径、φ４…電極先端部の径、φ５…電極中間部に巻回したコイルの径、φ６…電極中間部の径。

Claims

セラミックス製放電容器の両端に封止部位を設け、これら封止部位でフリットガラスを介して電極を保持するＨＩＤランプにおいて、前記電極は一端部が前記封止部位から露出する栓体と、前記封止部位内側に配置される中間部と、放電空間に臨む先端部からなり、前記栓体はニオブ（Ｎｂ）、ニオブ合金または金属を含む導電性セラミックス・ガラスからなり、前記中間部および先端部は１本の連続し且つ同一径のタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製のロッドもしくはコイル線からなり、前記中間部の外側にはタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製のコイルが巻回され、前記先端部の外側には前記中間部に巻回したコイルと同径のタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）製のコイルが巻回され、また前記先端部に巻回されるコイルは一重巻きとされ、前記中間部に巻回されるコイルは二重巻きとされていることを特徴とするＨＩＤランプ。