JP2011077057A - 高圧放電ランプのための電極 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のランプの経年劣化に対抗するための電極を提供すること。
【解決手段】電極の頭部の放電側の端面部分によって形成される縁部を内側縁部と外側縁部とに分けると、該内側縁部は前記穿孔に向かって凸形に湾曲され、該外側縁部は前記放出材料容器の側壁に向かって凸形に湾曲され、前記内側縁部は、所定の曲率半径Ｒｉ＞０を有し、前記外側縁部は、該外側縁部の表面によって生成された電界強度が、前記内側縁部の表面によって生成された電界強度より大きくなるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧放電ランプのための次のような電極に関する。すなわち、高融点の導電性材料から形成され、頭部を有するピン型の軸から成り、該電極の放電側の端部の領域によって、放出体のための容器が形成されており、該容器内には穿孔が設けられており、該穿孔には放出材料が充填されている形式の電極に関する。ここではとりわけ、高圧放電ランプのための、ナトリウムを含有する電極、とりわけナトリウム高圧ランプに関する。

該電極の別の適用領域は、たとえば純粋なＨｇ高圧放電ランプである。

ＵＳ−Ａ３９１６２４１からは、放出体が電極の頭部にある空洞に挿入されている、高圧放電ランプのための電極が公知である。ここでは放出体を有するペレットは、適切な挿入深度によって、直接的なアーク始端から保護される。

放電ランプで使用される放出体は、動作中に放電容器において高い移動度を示す。この移動度は、とりわけスパッタリングによって上昇される。それゆえ放出物質は時間と共に、放電容器のすべての壁に堆積されてしまう。さらに放出物質は、持続的にランプ動作中に化学的プロセスおよび物理的プロセスに影響し、とりわけ充填物を変化させるおそれがある。それゆえ、総じてランプの使用可能な寿命が短縮されてしまう。

ＵＳ−Ａ３９１６２４１

本発明の課題は、従来のランプの経年劣化に対抗するための電極を提供することである。

前記課題は、
当該電極は、高融点の導電性材料から形成され、ピン状の軸と、放出材料を入れる放出材料容器として形成され該ピン状の軸と別体である頭部とから成り、
前記放出体容器の穿孔内に前記放出材料が充填されており、
前記頭部の放電側の端面部分によって形成される縁部を内側縁部と外側縁部とに分けると、該内側縁部は前記穿孔に向かって凸形に湾曲され、該外側縁部は前記放出材料容器の側壁に向かって凸形に湾曲され、
前記内側縁部は、所定の曲率半径Ｒｉ＞０を有し、
前記外側縁部は、該外側縁部の表面によって生成された電界強度が、前記内側縁部の表面によって生成された電界強度より大きくなるように形成されていることを特徴とする電極
によって解決される。

高圧放電ランプの断面図である。 図１の高圧放電ランプのための電極の断面図である。 図２に示された電極の一部を拡大して示した図である。 図１の高圧放電ランプのための電極の別の実施例を、断面図として示している。 電極容器の別の実施例である。

ここに記載されている空洞形電極によって、放出体および該放出体の蓄積部も安全な場所に配置され、該放出体はスパッタリングプロセスにさらされなくなる。

電子放出作用を低下させる放出材料は、しばしば酸化物またはＢａウォルフラム酸塩、Ｃａウォルフラム酸塩、Ｙウォルフラム酸塩等の酸化物材料であり、ここでは開放された穿孔に挿入されている。この穿孔は中央の穿孔または非中心的な穿孔であり、電極のアーク側の端部において、コアピンかまたは電極自体の頭部に設けられている。前記コアピンは、とりわけ突起している。穿孔部の直径および容量を適切に選択し、穿孔部の縁部を適切に形成すれば、付加的なカバー、または択一的に穿孔部の特別な深さを省略することができる。とりわけ、穿孔部において放出体鏡面部を沈下させること、すなわち放出体の表面の水平面を沈下させることを大幅に省略することができる。

放出体が充填された部材には、従来のように、高融点の金属から成る外部巻き線を設けることができる。この巻き線は単層または多層で形成され、アーク始端として使用される。この巻き線によって、熱容量が高くなる。

電極を製造するための基礎材料として、高融点の金属が使用される。この高融点の金属はたいてい、ウォルフラム、タンタル、レニウム、またはこれらの金属の合金またはカーバイドである。電極は放電容器内で給電線によって保持され、該放電容器から引き出されている。

本発明の電極は、高圧放電ランプ用の筒状対称形のセラミックの放電容器でも、また高圧放電ランプ用のガラス製の放電容器でも使用することができる。ここでは、流出作用を低下させる放電材料は、開放された穿孔に挿入される。この穿孔は、電極のアーク側の端部に設けられている。

放出材料はここではペレット、すなわち固体である。しかし、液体またはペーストを適用することもできる。その際には、浸漬処理によって簡単に取り付けられる。第２のステップは成形である。これは、必要な場合に行われる。このことは、放出体が酸化物であるか否かに依存する。

穿孔縁部が適切に成形されていれば、電極を簡単に製造することができる。その際には穿孔部はカラーによって囲まれており、このカラーの内側半径および外側半径は定義されている。これらの半径は、放電アークの始端が、有利にはカラーの外側部分で行われるように選択される。穿孔部縁部を形成する内側部分は、十分にバリのない状態で製造されなければならない。

さらに有利には、穿孔部内の放出材料の表面は凹形に形成される。さらに有利には、放出体が充填される内側容量の直径、深さおよび中心度は、コアピン外壁の損傷が防止され、なおかつ充填可能な放出体最大量が、従来のペーストと比較して同様の規模で存在するように選択される。前記内側容量は、有利には穿孔部として形成されている。

外部巻き線の代わりに、電極の相応に固形のヘッドが選択される。このヘッドは、固形または焼結体として形成されている。

図１には、ナトリウム高圧ランプ１が、両側を封止された放電容器２とともに示されている。この高圧ランプ１の出力は７０Ｗであり、前記放電容器２はセラミックスから成る。端部３にはガラスろうによって、２つの外部の給電線５が封入されており、これらの給電線は、放電容器内部の電極６に接続されている。

図２には、電極６が拡大して示されている。電極６はコアピン７から成り、このコアピン上に螺旋体８が押し込まれている。この螺旋体８がほぼ頭部を形成する。両部材はウォルフラムから成る。コアピンの直径は７００μｍであり、螺旋体８の直径は最大で１７００μｍである。螺旋体８のワイヤ直径は２００μｍである。

螺旋体８は、２つの巻き線の層８ａおよび８ｂから成る。コアピン７の端部は、放電側で螺旋体８に向かって突出している。該端部はここでは、中央穿孔１６を有する放出容器９を形成し、この放出容器９はほぼ完全に、放出材料１０によって充填されている。この放出材料９は放電側の凹形の表面１１を有し、この表面１１はほぼ穿孔１６の端部に存在する。

図３は、容器壁１２がカラーを形成している様子を拡大して示している。この容器壁１２は、カラー内側部分１３とカラー外側部分１４とに分類される。カラー内側部分１３は、穿孔に対して凸形に湾曲されており、曲率半径Ｒｉを有している。カラー外側部分１４は、該容器の外側側壁１５に対して凸形に湾曲されており、Ｒｉと等しい大きさの曲率半径Ｒａを有する。

ウォルフラム以外の具体的な放出材料は、酸化トリウムである。

放出容器の具体的な寸法は、以下の通りである。

外径 ７００μｍ
内径 ３００μｍ
穿孔部の深さ ４．５ｎｍ
内側曲率半径Ｒｉ １４０μｍ
外側曲率半径Ｒａ １４０μｍ
従来の電極を備えたランプに対する発光効率の差は、１００時間経過後ですでに２．２％であり、点灯時間が長くなるにつれて単調に増大する。放出容器の端部内側における堆積物形成も、視覚的に比較しても、従来の構成より格段に少ない。

図４には、電極１９の別の実施例が示されている。ここでは放出容器は電極のヘッド２０によって形成されており、該電極は、ウォルフラムから成る焼結体から形成されている。焼結体は、固形のウォルフラムから成る別個の軸２１上に取り付けられている。放出材料はペレット２２であり、中央穿孔部内に位置する。カラー外側部分２４およびカラー内側部分２５の曲率半径の大きさは異なっている。たとえば、内側曲率半径は１４０μｍであり、外側曲率半径は６０μｍである。このような固形の電極全体の寸法は、外部巻き線を有するコアピンを基礎とした同様の電極の大きさである。

電極のための別の実施形態が図５に示されている。ここでは、放出容器２５はヘッドとして形成されているが、コアピンによって形成することもできる。図５ａは、カラー内側部分２６が所定の曲率半径を有しており、該カラー内側部分２６がカラー外側部分２７に真っ直ぐな部分を介して結合されている実施例を示している。この真っ直ぐな部分は、カラー外側部分（曲率半径は無限である）に対する接線である。カラー外側部分は、曲率半径が０である縁部である。図５ｂは、カラー内側部分２６およびカラー外側部分２７が所定の曲率半径を有しており、カラー内側部分とカラー外側部分との間にこれらに対する接線２８が存在しており、この接線２８がこれらのカラー構成部分を結合している実施例を示している。図５ｃは図５ａと類似している実施例を示している。ここでは、カラー外側部分において尖端２９により、高い電界強度が発生する。最後に図５ｄは、ピン状のカラーを有する実施例を示している。ここでは、カラー内側部分３０の内側曲率半径およびカラー外側部分３１の外側曲率半径が異なっており、これらのカラー構成部分は滑らかではなく、尖端３２によって相互に結合されている。

カラー外側部分のために少なくとも必要なのは、所定の曲率半径による具体的な湾曲ではなく、アークによって該カラー外側部分にて、カラー内側部分よりも可能な限り大きな電界強度が発生するように該カラー外側部分を形成することである。このことは、カラー外側の領域における適切な尖端によっても実現できる。それに対して、カラー内側部分の領域における湾曲によって発生される電界強度は、可能な限り低くなければならない。すなわち、カラー内側部分の表面は可能な限り滑らかでなくてはならず、バリや尖端を有してはならない。

適切な製造方法は、スパーク侵食または電極侵食（Elektrodenerosion）である。別の技術は、レーザアブレーションである。一般的には、カラー外側部分の表面によって発生した電界強度が、カラー内側部分によって発生した電界強度よりも大きくなければならない。すなわち、重要なのは曲率半径の絶対的な値ではなく、相互の曲率半径の関係である。

ここでは、カラー内側部分の幅が放出容器の壁の厚さの少なくとも２０％であると有利である。典型的にはカラー内側部分の幅は、放出容器の壁の厚さの４０〜６０％である。

１ ナトリウム高圧ランプ
２ 放電容器
３ 端部
４ ガラスろう
５ 給電線
６，１９ 電極
７ コアピン
８ 螺旋体
８ａ，８ｂ 巻き線の層
９ 放出容器
１０ 放出材料
１１ 放出材料の表面
１２ 容器壁
１３，２４，２６，３０ カラー内側部分
１４，２５，２７，３１ カラー外側部分
１５ 放出容器の外側側壁
１６，２３ 中央穿孔
２０ ヘッド
２１ 軸
２２ ペレット
２８ 接線
２９，３２ 尖端

Claims (8)

1. 高圧放電ランプ用の電極であって、
   該電極は、高融点の導電性材料から形成され、ピン状の軸（７）と、放出材料を入れる放出材料容器として形成され該ピン状の軸（７）と別体である頭部とから成り、
   前記放出材料容器の穿孔内に前記放出材料が充填されており、
   前記頭部の放電側の端面部分によって形成される縁部を内側縁部と外側縁部とに分けると、該内側縁部は前記穿孔に向かって凸形に湾曲され、該外側縁部は前記放出材料容器の側壁に向かって凸形に湾曲され、
   前記内側縁部は、所定の曲率半径Ｒｉ＞０を有し、
   前記外側縁部は、該外側縁部の表面によって生成された電界強度が、前記内側縁部の表面によって生成された電界強度より大きくなるように形成されていることを特徴とする電極。
2. 前記外側縁部も所定の曲率半径を有し、前記内側縁部の内側曲率半径Ｒｉは前記外側縁部の外側曲率半径Ｒａより大きい、すなわちＲｉ＞Ｒａである、請求項１記載の電極。
3. 前記内側縁部および前記外側縁部は所定の曲率半径を有し、
   前記内側縁部と前記外側縁部との間に、該内側縁部および該外側縁部に対する接線が設けられている、請求項１記載の電極。
4. 前記内側縁部は所定の曲率半径を有し、
   前記外側縁部との間に真っ直ぐな部分が、前記内側縁部に対する接線として設けられており、該真っ直ぐな部分と該外側縁部とが角を形成する、請求項１記載の電極。
5. 前記内側縁部はバリおよび尖端を有さないように滑らかに形成されることにより、前記外側縁部より小さい電界強度を生成する、請求項１記載の電極。
6. 前記外側縁部に尖端が設けられることにより、前記内側縁部より高い電界強度が生成される、請求項１または５記載の電極。
7. 前記内側縁部の内側曲率半径と前記外側縁部の外側曲率半径とは異なり、該内側縁部と該外側縁部とがぶつかる部分が尖端（３２）を形成する、請求項１記載の電極。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の電極を有することを特徴とするランプ。

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