JP2001243911A - 高圧放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高温熱処理により電極内の不純物を十分に除去
しかつ、電極の根幹部は、充分な機械的強度を有する電
極を用いて高圧放電ランプを提供する。 【解決手段】電極１０の根幹部である電極軸１は、二次
再結晶層１ｂおよび二次再結晶層１ｂを被覆する一次再
結晶層１ａを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、二次再結晶層および二次再結晶層を被覆す
る一次再結晶層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
したトリエテー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、耐火性および機密性を備えた材料
によって成形されていて、放電空間を包囲し電極を機密
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、電極が充分に高
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１１
ｍｍ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０．０
５ｍｍ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１
０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６
１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℃、１
０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、電極が充分に
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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二次再結晶層および二次再結晶層を被覆す
   る一次再結晶層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。
2. 【請求項２】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。