JPS6329942B2 - - Google Patents
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Landscapes
- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
Description
本発明は、蒸気を作り出すアルカリ金属を含む
充填材を具備するセラミツク材製放電管からなる
高圧放電ランプに関する。より具体的には、本発
明は、30乃至1000トル圧のナトリウムと0.1乃至
5気圧の水銀とを具備するナトリウム及び水銀を
収容した高圧ナトリウム放電ランプであつて、冷
時充填圧で5乃至1000トルのキセノンを含み得る
ものに関する。
本発明の利用できるその他のランプには、キセ
ノンのガス充填材を含むランプとか、アルゴン、
ネオン又は両者の組合せから選択し300〓で5乃
至1000トルの総圧に充填した少量の、好ましくは
全体に対し2乃至10%のガスをキセノンと混合し
たガス充填物を具備するランプ等がある。
本発明の目的は、高圧放電ランプの密閉端及び
電極のアセンブリの改良された構造に関する。
本発明によれば、高圧放電ランプが提示され、
当該ランプは、中央孔を規定すべくアーク管壁か
ら内方に延びる端壁を具備するセラミツク材製ア
ーク管と、当該孔の長手方向に沿つて当該孔内に
密閉した電気導入部材とを具備し、当該導入部材
は電極素子を支持する電極シヤンク部材に結合
し、当該端壁はランプ点灯時の電極素子からの放
射に曝される内表面を含み、当該内表面は中央孔
に隣接して肩部材を具備し、内表面より上の肩部
材の高さは、電極素子から内表面を実質的に遮閉
する程には高くなく、肩部材の幅は、肩部材の頂
面と内表面との間の温度差がアマルガムの電気導
入部材との接触を妨げるに十分なように設計され
る。
高圧放電ランプにおいては、電極からスパツタ
される材料であつて、ランプ寿命に影響する放電
管壁に付着するものによつて生じる端部黒化に関
して経験される問題がある。
我々は250ワツト、150ワツト及び50ワツトの高
圧ナトリウム・ランプに関して(ただし、その問
題がこれらのワツト数に限定されることを意味し
ない。)、放電管壁への材料のスパツタによつて生
じる端部黒化の問題が、達成可能な寿命を更に減
少させる整流の問題に混合することを発見した。
電極端での熱イオン放射を確立する((即ち、電
極に対する正常動作を確立する)ことの生じる時
点に差がある場合、整流作用が高圧ナトリウム・
ランプの点灯開始時期に生じる。整流作用は、よ
り高いランプ電圧として、連続する半サイクルで
なく1半サイクル又は半サイクルの一部で現われ
る。チヨーク作動のランプ回路に関して、結果と
して流れる電流の直流成分は、インダクタンスの
磁気コアを飽和させようとし、そのインピーダン
スを低下させ、かなりの大電流を流させる。悪い
場合には、ピーク直流成分は、定常の交流ランプ
電流のピーク値の10倍を越える。開始時期の間に
は、電極上にではなくランプの一端にのみ発見さ
れるアマルガム充填物上でアークが終了するとい
う傾向がある。これは、電極がアマルガムと接触
状態にあることから生じる。特に厳しい整流作用
はこの時点に発生する。結果的な大きな直流電流
成分は放射性材料の過剰なスパツタ又は蒸発を惹
起し、この材料はアーク管壁に蓄積され、黒化を
惹起する。結果として、アーク管の端部において
金属アマルガムの温度上昇が生じ、これにより、
ナトリウム及び金属の蒸気圧を増加させ、それが
またランプ電圧の上昇をもたらす。交流主電源の
電圧がもはやランプ放電を維持できなくなつてラ
ンプが消えるまで、電圧は上昇する。アーク管の
端部黒化はまた、光出力の減少を惹起し、これに
よりランプの効率に影響する。同時に、アマルガ
ム上で終了するアークは、アルミナ管に著しい損
傷をもたらす。
ある形式の遮蔽を含む種々の提案が従前なされ
てきたが、我々は予期せず、電極素子を実際に覆
うことは必要ではなく、しかも、電極支持体と電
気的に接触する金属アマルガムへの障壁を形成す
る簡単で小さい肩部材で充分であるということを
発見した。
例えば、英国特許第523923号には、主電極をそ
の全長に亘り水晶スリーブで囲む方法が開示され
ている。英国特許第1414442号には、電極近くで
アークが不規則に成長しないようにすると云われ
る水銀又はアマルガム用の貯蔵室を設けた高圧放
電ランプが開示されている。この特許の実施例の
構造は、放電スペースからの貯蔵室用スクリーン
を形成するように設計され、また、付随的に、電
極素子の少なくとも一部を覆うスクリーンも形成
する。先に述べたように、我々は、整流作用を防
ぐために電極素子を実際に遮蔽することは必要で
ないことを発見した。この特許の他の実施例にお
いて、貯蔵室は放電空間の壁にシールされたセラ
ミツク・プラグ内に形成され、アマルガム用貯蔵
室への通路は、電流導入部材とプラグ部分との間
のシールされていない部分を通る。これはもちろ
ん、アマルガムが貯蔵室へのスペースを通つて進
むとしても、アマルガムが電極アセンブリと電気
接触をなすのを妨げるものではない。
英国特許第1465212号では、比較的長い多結晶
アルミナ片からなる閉成部材を多結晶放電管の端
部に密閉した高圧ナトリウム放電ランプが開示さ
れている。チユーブ状電流導入部材は、電極支持
のシヤンク部材又はロツドに結合され、該チユー
ブ状部材は、アルミナ製端部閉成部材に形成され
る孔内にシールされる。この特許による問題は、
熱いナトリウム蒸気がシール材と反応する傾向が
あり、従つてシール部材を保護してこれを妨げる
ために、電流導入部材とシヤンクとの間の結合
を、その結合点が多結晶アルミナの環状シールド
で保護されるように端部閉成部材の孔内で達成す
る、ということである。これに関する問題は、し
かしながら、結合点が環状シールドの表面より下
にあることから、凝結が集まるところにポケツト
が形成されることである。これに対して、本発明
はシール材を保護することではなく整流作用を直
すことに関するものであり、そのようなポケツト
の形成を防ぐためには、電流導入部材とシヤンク
部材との間の結合点は、電流導入部材がシールさ
れている孔の外側にあることが望ましい。
上述のように、我々は、電極を覆うことは必ず
しも必要ではなく、実際には簡単な肩部材で十分
であることを発見した。これは、電極素子を部分
的に又は全体的に覆うシールドを含む公知ランプ
に比べ製造が容易であるという点で有利である。
ただし、そのような小さい肩部材に関しては、肩
部材の頂部と底部との間の温度差を減少させる傾
向がある。故に、アマルガムが肩部材の底部では
なくその頂部上に凝結されるという危険性があ
る。しかしながら我々は、肩部材の幅を適当に調
整することによつてこれを補償できることを発見
した。肩部材からふく射される熱が高温体からの
ふく射に対するステフアン・ボルツマンの式に従
い、且つフーリエの法則に従つて熱が伝わると仮
定するならば、頂表面と底表面との温度差は、実
際の製造上の制限の範囲内で肩部材の幅を出来る
限り小さくすることによつて最大にすることがで
きる。
肩部材の頂面の温度乃至肩部材の最下面の温度
に関する定式は、下式で与えられる。
12r1σεl/K(r1 2−r2 2)=1/T1 2−1/T2
2
ここで、
r1:肩部材の内径(m)
r2:肩部材の外径(m)
T1:肩部材の最下端の温度(〓)
T2:肩部材の最上端の温度(〓)
K:アルミナの熱伝導度(8.87Wm-1K-1と仮定
する。)
σ:ステフアンの定数(5.67×10-8Wm-2K-4)
ε:0.4116(アルミナのふく射能)
l:段部分の長さ(m)
下記の表は、肩部材の幅が0.2乃至0.5mm、長さ
が1.5mm、2mm、3mm及び4mmの場合の温度差を
示している。
この表は、半径r1が0.92mmの孔を備えたプラグ
を使つた低パワー・ランプに対して、クール・ス
ポツトの温を973〓として計算した。
The present invention relates to a high-pressure discharge lamp consisting of a discharge vessel made of ceramic material with a filler containing an alkali metal producing vapor. More specifically, the present invention provides a high pressure sodium discharge lamp containing sodium and mercury having a pressure of 30 to 1000 torr of sodium and 0.1 to 5 atm of mercury at a cold fill pressure of 5 to 1000 torr. Regarding those that may contain torr xenon. Other lamps that may be used with the present invention include lamps containing a gas fill of xenon, argon,
There are lamps with a gas filling of a small amount, preferably 2 to 10% of the total, mixed with xenon, selected from neon or a combination of both, filled to a total pressure of 5 to 1000 torr at 300 m . The object of the invention is an improved structure of a sealed end and electrode assembly for a high pressure discharge lamp. According to the invention, a high pressure discharge lamp is presented,
The lamp includes a ceramic arc tube having an end wall extending inwardly from the arc tube wall to define a central hole, and an electrical introduction member sealed within the hole along the length of the hole. the introduction member is coupled to an electrode shank member supporting an electrode element, the end wall including an inner surface exposed to radiation from the electrode element during lamp operation, the inner surface being adjacent to the central hole; a shoulder member, the height of the shoulder member above the inner surface is not so high as to substantially occlude the inner surface from the electrode element, and the width of the shoulder member is between the top surface of the shoulder member and the inner surface. is designed such that the temperature difference between the amalgam and the amalgam is sufficient to prevent contact with the electrically conductive member. In high pressure discharge lamps, there is a problem experienced with edge blackening caused by material sputtered from the electrodes and deposited on the discharge vessel walls, which affects lamp life. For 250 watt, 150 watt, and 50 watt high pressure sodium lamps (although this does not mean that the problem is limited to these wattages), we have found that the edges caused by spatter of material on the discharge tube wall are It has been discovered that blackening problems are mixed with rectification problems which further reduce the achievable lifetime.
If there is a difference in the time at which establishing thermionic emission at the electrode end (i.e., establishing normal operation for the electrode) occurs, the rectifying action
This occurs when the lamp starts lighting. The rectification effect appears as a higher lamp voltage in one half cycle or part of a half cycle rather than in consecutive half cycles. For a choke-operated lamp circuit, the DC component of the resulting current flowing tends to saturate the magnetic core of the inductance, lowering its impedance and causing a fairly high current to flow. In the worst case, the peak DC component exceeds ten times the peak value of the steady AC lamp current. During the initiation phase, there is a tendency for the arc to terminate on the amalgam filling, which is found only at one end of the lamp and not on the electrodes. This results from the electrode being in contact with the amalgam. Particularly severe rectification occurs at this point. The resulting large DC current component causes excessive spatter or evaporation of radioactive material, which accumulates on the arc tube wall and causes blackening. As a result, there is an increase in the temperature of the metal amalgam at the end of the arc tube, which causes
It increases the vapor pressure of sodium and metals, which also results in an increase in lamp voltage. The voltage increases until the AC mains voltage can no longer sustain the lamp discharge and the lamp goes out. Arc tube end darkening also causes a reduction in light output, thereby affecting lamp efficiency. At the same time, the arc terminating on the amalgam causes significant damage to the alumina tube. Although various proposals have previously been made involving some form of shielding, we unexpectedly found that it is not necessary to actually cover the electrode elements, and yet provide a barrier to the metal amalgam in electrical contact with the electrode support. It has been discovered that a simple, small shoulder member forming a . For example, British Patent No. 523923 discloses a method of surrounding the main electrode along its entire length with a quartz sleeve. GB 1414442 discloses a high pressure discharge lamp provided with a reservoir for mercury or amalgam which is said to prevent arc growth near the electrodes. The structure of the embodiments of this patent are designed to form a reservoir screen from the discharge space and, incidentally, also form a screen covering at least a portion of the electrode elements. As mentioned earlier, we have discovered that it is not necessary to actually shield the electrode elements to prevent rectification effects. In another embodiment of this patent, the reservoir is formed in a ceramic plug sealed to the wall of the discharge space, and the passage to the amalgam reservoir is formed in a sealed ceramic plug between the current introducing member and the plug part. Pass through the missing part. This, of course, does not preclude the amalgam from making electrical contact with the electrode assembly as it passes through the space into the reservoir. GB 1465212 discloses a high pressure sodium discharge lamp in which a closure member consisting of a relatively long piece of polycrystalline alumina is sealed to the end of a polycrystalline discharge vessel. A tubular current conducting member is coupled to an electrode supporting shank member or rod, and the tubular member is sealed within a hole formed in the alumina end closure member. The problem with this patent is
Hot sodium vapor has a tendency to react with the sealing material, and in order to protect and prevent this, the connection between the current conducting member and the shank is made with an annular shield of polycrystalline alumina at the point of connection. This is achieved within the bore of the end closure member so as to be protected. The problem with this, however, is that since the bond points are below the surface of the annular shield, pockets are formed where condensation collects. In contrast, the present invention is concerned with correcting the rectifying effect rather than protecting the sealing material, and in order to prevent the formation of such pockets, the connection point between the current introduction member and the shank member must be , the current introducing member is preferably located outside the sealed hole. As mentioned above, we have found that covering the electrodes is not necessary and in fact a simple shoulder member is sufficient. This is advantageous in that it is easier to manufacture than known lamps which include a shield that partially or completely covers the electrode elements.
However, for such small shoulders, there is a tendency to reduce the temperature difference between the top and bottom of the shoulder. There is therefore a risk that amalgam will condense on the top of the shoulder member rather than on its bottom. However, we have discovered that this can be compensated for by suitably adjusting the width of the shoulder members. If we assume that the heat radiated from the shoulder member follows the Stefan-Boltzmann equation for radiation from a hot body, and that heat is transferred according to Fourier's law, then the temperature difference between the top and bottom surfaces is This can be maximized by making the width of the shoulder member as small as possible within manufacturing constraints. The formula regarding the temperature of the top surface of the shoulder member to the temperature of the bottom surface of the shoulder member is given by the following formula. 12r 1 σεl/K(r 1 2 −r 2 2 )=1/T 1 2 −1/T 2
2Where , r 1 : Inner diameter of shoulder member (m) r 2 : Outer diameter of shoulder member (m) T 1 : Temperature at the lowest end of the shoulder member (〓) T 2 : Temperature at the uppermost end of the shoulder member (〓 ) K: Thermal conductivity of alumina (assumed to be 8.87 Wm -1 K -1 ) σ: Stephan's constant (5.67×10 -8 Wm -2 K -4 ) ε: 0.4116 (radiation activity of alumina) l: Length of the step (m) The table below shows the temperature difference for shoulder widths of 0.2 to 0.5 mm and lengths of 1.5 mm, 2 mm, 3 mm and 4 mm. This table was calculated using a cool spot temperature of 973㎜ for a low power lamp using a plug with a hole with radius r 1 of 0.92 mm.
【表】
この表から、肩部材の任意の高さ(l)に対して、
温度差は、より薄い場合の方が、即ち、より小さ
いwの方が大きいことが明らかである。アマルガ
ムが電極アセンブリと確実に電極接触しないよう
にするためには最低10℃の温度差で充分であると
考えられる。もちろん、これより大きい温度差も
採用できる。
理論的観点からはもちろん、この効果をもたら
す最小幅に制限は無い。ただし、実際の製造を考
慮すると、0.2mm乃至0.5mmが業界の現在の製造技
術及び知識で製造できる最小幅であると信じられ
る。0.2mmは機械加工技術に基づく制限であり、
他方0.5mmはプレス処理を使うことの制限である。
更に、アマルガムの温度を700℃乃至750℃の間に
維持するために電極アセンブリをアーク管の端か
ら約5mmの位置に置いたことが評価されるべきで
ある。この制限を課す際には、放電領域が如何な
る程度にも肩部材によつて覆われないように、電
極素子と肩部材との間に1mmのクリアランスを持
たせることが望ましい。
肩部材は、単体のアーク管の端壁構造と一体を
なすように形成するのが望ましい。これを行なう
一方法は、まず未焼結状態でセラミツク材製の適
当に形どつたプラグを作り、これを、同じく未焼
結状態のセラミツク材製アーク管のプリフオーム
内に挿入し、そしてそれら成分を一緒に、焼結し
て単体構造を形成する。単体のアーク管を製造す
るには他の方法も採用できる。単体構造の利点
は、アーク管内での電気導入部材に関する密閉問
題を除いて何らの密閉問題も存在しないことであ
る。
単体構造の代わりに、別々のプリフオームとし
て作られ、加工される「トツプ・ハツト」形部材
を利用する方法もある。これの利点は、従来技術
で一般的のチユーブ状導入部材でなくワイアー又
はロツド状の電流導入部材と組合せて採用できる
点である。
以下、添付図面を参照して本発明を詳述する。
第1図は、本発明を適用した70ワツトの高圧ナ
トリウム蒸気放電ランプを示す。該ランプは、放
電管1、ガラス製外包体2及び端子4付きのラン
プ・ベース3を含む。ナトリウム・アマルガムを
収容する放電管1は、外包体2内で金属製骨組5
によつて周知の方法で支持される。電極アセンブ
リ10は、放電管1の各端に配置される。動作条
件は、管の最も低温の場所でのナトリウム・アマ
ルガムの温度が650乃至800℃の範囲にあるように
設定される。
第2図は、ランプの放電管1の一端について、
単体管12を一体の肩部材11と共に使う場合を
示す。この場合ニオビウム製管15である電流導
入部材14は、適当なシール用ガラス16でアー
ク管12の端壁7aの孔8内にシールされる。通
例の渦巻きコイル形である電極素子17であつ
て、放電を中断させないために周知の方法で電子
放出材を具有するものは、支持シヤンク部材18
によつて支持される。他方、シヤンク部材18
は、ニオビウム製管15の圧縮壁19内に保持さ
れ、この結合は、チタニウムろう付け金属(図示
せず。)の充填物をニオビウム製管の内側に沈積
させることによつて完了する。
管15を肩部材11に対し少なくとも平らにな
るか、又は肩部材を越してとび出る、即ち放電空
間に突出するように配設することによつて、凝結
が集められるポケツトが孔8内に形成されない。
第2図から、孔8の一部を形成する肩部材11の
部分を含めて、端壁7aにおける孔8の長さに沿
つて電流導入部材がシールされることが明らかで
ある。キヤツプ部材21は、シール用ガラスによ
つて外面22にシールされる付加的シール部材と
して選択的に付け加えることができる。
幅「w」を最小とするように配設する本発明に
従い、肩部材の頂面11aと底面11bとの間
の、長さ「l」に亘る温度差は、アマルガムが電
気導入部材と接触するのを妨げるのに充分であ
る。約10℃の最小温度差はこれを達成できると考
えられる。幅「w」が内径r1及び外径r2の関数で
あり、しかもニオビウム製管その他の使用導入部
材のサイズに依存することは、第2図から明らか
である。このランプの動作温度を700℃乃至750℃
の範囲に保つためには、電極の高さを5mmぐらい
にするのが望ましい。このようにして、肩部材の
最大高さ「l」を4mmとすることによつて、電極
素子17の底と肩部材11の頂面11aとの間に
1mmのクリアランスが得られる。即ち、端壁7a
の内面を形成する底面11bは、電極素子17か
らのふく射から実質的にはシールドされない。以
上の理論的考察はその他の実施例にも等しく適用
できる。
第3図に示した構成は、一体の肩部材11と共
に単体の管12を含む限りにおいて第2図のそれ
と類似している。この場合の電流導入部材は、電
極素子17のシヤンク27を埋め込んだ電気伝導
性の陶性合金26を含む。電気接続部材28もま
た、シール用ガラス16によつて単体管12にシ
ールされた陶性合金26に埋め込まれている。こ
の導電性陶性合金26の使用は、それが電流導入
部材用の別のシールを設けることを省き得る点で
特に有用である。
第4図には、本発明の別の特徴に従つて電極ア
センブリを非常に詳細に示した。放電管1の一端
において電極アセンブリ10を図示したが、一般
的には、類似のアセンブリが他端に設けられてい
る。
放電管1は、半透明多結晶アルミナ製の包被壁
6を含む。同じく半透明多結晶アルミナからな
り、シール素子を形成する環体7は、包被壁6の
端部に配置される。
このアセンブリの形成はまず、未焼結状態の多
結晶アルミナ製放電管及び同様の材質の環体を入
手することから始まり、そして包被壁内に置いた
シール素子と共に、該アセンブリが密に焼結され
た単体シールとなるまで該アセンブリを焼結す
る。即ち、ガスを透さないシールを形成する単体
構造が、焼結によつてシール素子の長さに亘つて
形成される。ガス不透のシールを第4図には交叉
ハツチングで図示した。ただし、明瞭に示すた
め、その厚さは誇張されている。もちろん、焼結
アセンブリ単体構造を形成することから、そのよ
うな結合部が実際には現われないことは理解でき
よう。アーク管の構造は、それ故、第2図に示し
たものと実質的に同じであり、その差は、第2図
に示したアーク管が一体の肩部材11を含むのに
対し、第4図のそれは含まない、という点にあ
る。電極アセンブリ10は、ニオビウム管の形状
の電気導入部材38を含む。ニオビウム管は、シ
ヤンク部材9を挾圧し、チタニウムのろう付け
(図示せず。)によつて固定される。他方、シヤン
ク部材9は、通常の過巻きコイル形状の電極素子
10aであつて放電を中断させないために周知の
方法で電子放出材料を具有するものを支持する。
閉成アセンブリは、シール素子たる環体7及び第
4図に示した包被壁6即ちアーク管の端部を覆う
ために半径方向外方に延びるカバー部33を具備
する部材32を具備する。この閉成部材32はま
た、シール素子たる環体7の内面35を通つて軸
方向に延びる胴部34を含む。胴部34は、シー
ル素子たる環体7の内側面36を越えて延び、肩
部材37を形成する。シール素子たる環体7の内
側面が先の実施例において説明した端壁の内側面
(底面)11bと等価であることは明らかであろ
う。
第5図は、本発明の別の実施例を示し、第4図
の場合と同様に、放電管1は半透明多結晶アルミ
ナ製の包被壁6及び多結晶アルミナ製の環状シー
ル素子7を含み、この両者は、第4図に関連して
説明したように、単体構造を形成するため一緒に
焼結される。この例はまた、シール素子たる環体
7の内側に、カバー部33及び胴部34を有する
閉成部材32を備える。総て先に説明したよう
に、胴部34は、肩部材37を形成すべく内側面
36を越えて突出する。ただし、この例では、電
極素子10aを含む電極アセンブリ10は、タン
グステン製シヤンク部分39と胴部34の孔内に
シールされたニオビウム導入部分40とを含むワ
イアー状電流導入部材38によつて支持される。
シヤンク部分39は、符号41に示す部分で例え
ば熔接によつて、電気導入部材に結合される。こ
の設計は、非類似の金属がそれら各々の好ましい
特性の故に選択され得るという点で有利である。
例えば、ニオビウムはアルミナ製部材32によく
マツチする膨張特性を具備し、他方タングステン
は、電極素子10aの近くで発生する高温によく
耐えることができる。非類似金属の膨張率の相違
によるアルミナ部材のクラツキングの問題を避け
るためには、第5図に示したように、放電空間に
おける胴部34の外側に結合部41を形成するの
が好ましい。この閉成部材32は、マツチングに
優先してプレスによつて多結晶アルミナの「プリ
フオーム」として再び作ることができ、それは、
金属アマルガムが支持シヤンク部材と接触をなす
ことのバリアーとして作用する肩部材37を形成
する、環状シール素子7の内側の胴部34のアセ
ンブリである。先に述べた如く、このアセンブリ
は、明瞭に示すために幾分誇張して描いた図面に
おいて単一方向のハツチングで示すように、適当
なシール用ガラスでシールされる。この例では、
ワイアー状電流導入部材38の利用により、シー
ル材の極く小さい環状領域が、点灯中に放電管内
で腐食性大気に曝されることになる。第6図は、
本発明の別の実施例を示す。この例は、多結晶ア
ルミナ製の包被壁6及び環状形状の多結晶アルミ
ナ製シール素子7を含み、該シール素子は、第4
図に関連して説明したように、全体で単体構造と
するため該包被壁6に焼結される。ただし、この
場合、閉成部材は、一体化された導電性陶性合金
及び、英国特許第1571084号に開示されているア
ルミナ又は陶性合金のどちらかである非導電性材
料からなる。簡単には、これは、第4図及び第5
図の閉成部材32と似た形状の部材42からな
り、該部材42は、カバー部43及び胴部46を
含む。カバー部43はシール素子7及び包被壁6
の端面44をカバーすべく半径方向に延び、他
方、胴部46は、環状シール素子7の内面内で軸
方向に延びる。前述の英国特許第1571084号に教
えられるように、胴部46は、導電性の陶性合金
のコア45に結合された非導電性材料の外側リン
グ部49を含む。この結合は、通常コア45の回
りにリング部49を焼結することによつてなされ
る。組立てられた一体化陶性合金製閉成部材42
は、それから環状シール素子7内に挿入され、そ
の際、シール素子7の内側面48を越える胴部4
6の延在部は肩部材50を形成する。電極アセン
ブリ10は電極素子10aを含み、図から判るよ
うに、肩部材50は、電極素子10aを覆う程に
は延びない。電極素子10aのための支持シヤン
ク51は、導電性導入部材52と同様に、導電性
コア45に取付けられる。
ここに説明した全実施例において、放電管は3
乃至12mmの範囲の孔を具備し、第2図に示した最
小幅wは約0.2mm程度である。先に説明したよう
に、肩部材の高さは1.5mm乃至4mmの範囲である。
典型的な放電管の長さは、30乃至250mmである。
ニオビウム管の直径は1.5乃至4mmであり、ワイ
アー材は直径0.5乃至1.0mmのものを使う。本発明
を組込んだランプのテスト寿命は、いくつかの場
合には、従来ランプの4倍を越えた。
例えば、本発明に従い高さ2mm及び厚さ0.5mm
の肩部材を具備する70ワツトのランプは、17650
時間後もまだ生きて作動している。肩部材のない
この種ランプの寿命は4000時間である。[Table] From this table, for any height (l) of the shoulder member,
It is clear that the temperature difference is greater when the thickness is thinner, that is, when w is smaller. A temperature difference of at least 10° C. is believed to be sufficient to ensure that the amalgam does not make electrode contact with the electrode assembly. Of course, a temperature difference larger than this can also be used. From a theoretical point of view, of course, there is no limit to the minimum width that produces this effect. However, considering actual manufacturing, it is believed that 0.2 mm to 0.5 mm is the minimum width that can be manufactured with the industry's current manufacturing technology and knowledge. 0.2mm is a limit based on machining technology,
On the other hand, 0.5 mm is a limitation of using press processing.
Additionally, it should be appreciated that the electrode assembly was placed approximately 5 mm from the end of the arc tube to maintain the amalgam temperature between 700°C and 750°C. In imposing this restriction, it is desirable to have a clearance of 1 mm between the electrode element and the shoulder so that the discharge area is not covered by the shoulder to any extent. Preferably, the shoulder member is formed integrally with the end wall structure of the unitary arc tube. One way to do this is to first make a suitably shaped plug of ceramic in its unsintered state, insert it into the preform of an arc tube also made of ceramic in its unsintered state, and then are sintered together to form a unitary structure. Other methods can also be used to manufacture a single arc tube. An advantage of the unitary construction is that there are no sealing problems other than those related to the electrical introduction member within the arc tube. Instead of a unitary structure, another option is to utilize "top-hut" shaped members that are made and machined as separate preforms. The advantage of this is that it can be used in combination with wire or rod-shaped current introduction members rather than the tube-like introduction members common in the prior art. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a 70 watt high pressure sodium vapor discharge lamp to which the present invention is applied. The lamp includes a discharge tube 1, a glass envelope 2 and a lamp base 3 with terminals 4. A discharge tube 1 containing sodium amalgam is enclosed within a metal framework 5 within an outer envelope 2.
is supported in a well-known manner by An electrode assembly 10 is located at each end of the discharge tube 1. Operating conditions are set such that the temperature of the sodium amalgam at the coldest point of the tube is in the range of 650-800°C. FIG. 2 shows one end of the discharge tube 1 of the lamp.
The use of a single tube 12 with an integral shoulder member 11 is shown. The current introducing member 14, in this case a niobium tube 15, is sealed within the hole 8 in the end wall 7a of the arc tube 12 with a suitable sealing glass 16. The electrode element 17, which is in the form of a conventional spiral coil and which is provided with electron-emissive material in a known manner to prevent interruption of the discharge, is provided with a support shank member 18.
Supported by. On the other hand, the shank member 18
is held within the compression wall 19 of the niobium tube 15, and the bond is completed by depositing a fill of titanium braze metal (not shown) inside the niobium tube. By arranging the tube 15 so that it is at least flat against the shoulder 11 or extends beyond the shoulder, ie projects into the discharge space, a pocket is created in the bore 8 in which condensation can collect. Not done.
It is clear from FIG. 2 that the current conducting member is sealed along the length of the hole 8 in the end wall 7a, including the part of the shoulder member 11 which forms part of the hole 8. Cap member 21 can optionally be added as an additional seal member sealed to outer surface 22 by a sealing glass. In accordance with the present invention, arranged to minimize the width "w", the temperature difference between the top surface 11a and the bottom surface 11b of the shoulder member over the length "l" is such that the amalgam is in contact with the electrical introduction member. is sufficient to prevent It is believed that a minimum temperature difference of about 10°C can achieve this. It is clear from FIG. 2 that the width "w" is a function of the inner diameter r 1 and the outer diameter r 2 and also depends on the size of the niobium tube or other introduction member used. The operating temperature of this lamp is between 700℃ and 750℃.
In order to maintain this range, it is desirable to set the electrode height to about 5 mm. In this way, by setting the maximum height "l" of the shoulder member to 4 mm, a clearance of 1 mm is obtained between the bottom of the electrode element 17 and the top surface 11a of the shoulder member 11. That is, the end wall 7a
The bottom surface 11b forming the inner surface of the electrode element 17 is not substantially shielded from radiation from the electrode element 17. The above theoretical considerations are equally applicable to other embodiments. The arrangement shown in FIG. 3 is similar to that of FIG. 2 insofar as it includes a single tube 12 with an integral shoulder member 11. The current introducing member in this case includes an electrically conductive porcelain alloy 26 in which the shank 27 of the electrode element 17 is embedded. Electrical connections 28 are also embedded in the porcelain alloy 26 sealed to the unitary tube 12 by the sealing glass 16. The use of this conductive porcelain alloy 26 is particularly useful in that it obviates the provision of a separate seal for the current conducting member. FIG. 4 shows an electrode assembly in greater detail in accordance with another feature of the invention. Although electrode assembly 10 is shown at one end of discharge vessel 1, a similar assembly will generally be provided at the other end. The discharge vessel 1 includes an envelope wall 6 made of translucent polycrystalline alumina. An annular body 7, also made of translucent polycrystalline alumina and forming a sealing element, is arranged at the end of the envelope wall 6. Formation of the assembly begins by obtaining a polycrystalline alumina discharge tube in a green state and a ring of similar material, and the assembly is tightly sintered with a sealing element placed within the envelope wall. The assembly is sintered into a bonded unitary seal. That is, a unitary structure forming a gas-tight seal is formed by sintering over the length of the sealing element. The gas-impermeable seal is illustrated by cross-hatching in FIG. However, the thickness is exaggerated for clarity. Of course, it will be appreciated that such a joint will not actually appear due to the sintered assembly forming a monolithic structure. The construction of the arc tube is therefore substantially the same as that shown in FIG. 2, the difference being that the arc tube shown in FIG. The point is that it does not include what is shown in the figure. Electrode assembly 10 includes an electrical introduction member 38 in the form of a niobium tube. The niobium tube clamps the shank member 9 and is fixed by titanium brazing (not shown). On the other hand, the shank member 9 supports an electrode element 10a in the form of a normal overwound coil, which includes an electron-emitting material in a well-known manner so as not to interrupt the discharge.
The closure assembly comprises a member 32 having a sealing element annulus 7 and a cover portion 33 extending radially outwardly to cover the end of the envelope wall 6 or arc tube shown in FIG. This closure member 32 also includes a body 34 extending axially through the inner surface 35 of the sealing element annulus 7. The body 34 extends beyond the inner surface 36 of the sealing element annulus 7 and forms a shoulder 37 . It will be clear that the inner surface of the ring body 7 serving as the sealing element is equivalent to the inner surface (bottom surface) 11b of the end wall described in the previous embodiment. FIG. 5 shows another embodiment of the invention, in which, like in FIG. 4, the discharge tube 1 has an envelope wall 6 made of translucent polycrystalline alumina and an annular sealing element 7 made of polycrystalline alumina. 4, both of which are sintered together to form a unitary structure, as described in connection with FIG. This example also includes a closing member 32 having a cover part 33 and a body part 34 inside the ring body 7 serving as the sealing element. The body 34 projects beyond the inner surface 36 to form a shoulder member 37, all as previously described. However, in this example, the electrode assembly 10 including the electrode element 10a is supported by a wire-like current introduction member 38 that includes a tungsten shank portion 39 and a niobium introduction portion 40 sealed within a hole in the body 34. Ru.
The shank portion 39 is connected to the electrical introduction member at a portion indicated by the reference numeral 41, for example by welding. This design is advantageous in that dissimilar metals can be selected because of their respective favorable properties.
For example, niobium has expansion properties that are well matched to alumina member 32, while tungsten can better withstand the high temperatures encountered near electrode element 10a. In order to avoid the problem of cracking of the alumina member due to the difference in expansion coefficients of dissimilar metals, it is preferable to form a joint 41 on the outside of the body 34 in the discharge space, as shown in FIG. This closure member 32 can be remade as a polycrystalline alumina "preform" by pressing in preference to matching, which
It is the assembly of the inner body 34 of the annular sealing element 7 forming a shoulder member 37 which acts as a barrier to the metal amalgam coming into contact with the supporting shank member. As previously mentioned, this assembly is sealed with a suitable sealing glass, as shown by the unidirectional hatching in the figures, which are somewhat exaggerated for clarity. In this example,
The use of the wire-like current introducing member 38 results in a very small annular area of the sealing material being exposed to the corrosive atmosphere within the discharge tube during lighting. Figure 6 shows
Another embodiment of the invention is shown. This example includes an envelope wall 6 made of polycrystalline alumina and an annular shaped sealing element 7 made of polycrystalline alumina, which sealing element has a fourth
As explained in connection with the figures, the whole is sintered to the envelope wall 6 for a unitary construction. However, in this case the closure member consists of an integrated electrically conductive porcelain alloy and a non-conductive material, either alumina or a porcelain alloy, as disclosed in GB 1571084. Briefly, this is shown in Figures 4 and 5.
It consists of a member 42 having a similar shape to the closing member 32 shown, and includes a cover portion 43 and a body portion 46 . The cover part 43 includes the sealing element 7 and the enveloping wall 6.
, while the body 46 extends axially within the inner surface of the annular sealing element 7 . As taught in the aforementioned GB 1571084, the body 46 includes an outer ring portion 49 of non-conductive material bonded to a core 45 of conductive porcelain alloy. This bonding is typically accomplished by sintering a ring portion 49 around the core 45. Assembled integrated porcelain alloy closure member 42
is then inserted into the annular sealing element 7, with the body 4 extending beyond the inner surface 48 of the sealing element 7.
The extension of 6 forms a shoulder member 50. Electrode assembly 10 includes electrode element 10a, and as can be seen, shoulder member 50 does not extend far enough to cover electrode element 10a. A support shank 51 for the electrode element 10a is attached to the conductive core 45, as is a conductive lead-in member 52. In all the embodiments described here, the discharge tube is 3
It has holes in the range of 12 mm to 12 mm, and the minimum width w shown in FIG. 2 is about 0.2 mm. As explained above, the height of the shoulder member ranges from 1.5 mm to 4 mm.
Typical discharge tube lengths are 30 to 250 mm.
The diameter of the niobium tube is 1.5 to 4 mm, and the wire material used is 0.5 to 1.0 mm in diameter. The test life of lamps incorporating the invention exceeded, in some cases, over four times that of conventional lamps. For example, according to the invention a height of 2 mm and a thickness of 0.5 mm
A 70 watt lamp with a shoulder member of 17650
Still alive and working after hours. The lifespan of this type of lamp without shoulders is 4000 hours.
第1図は、本発明に従つたタイプの放電管の正
面図である。第2図は、アーク管端壁の一体部分
として形成した肩部材を具備する放電ランプ・ア
ーク管の一端の正面断面図である。第3図は、本
発明の別の特徴に従つたアーク管の断面正面図で
あり、そこでは、肩部材がアーク管端壁の一体部
分として形成されている。第4図は、放電ラン
プ・アーク管の一端の正面断面図であり、そこで
は、肩部材が「トツプ・ハツト」形部材によつて
形成されている。第5図は、本発明の別の特徴に
従つた放電ランプ・アーク管の正面断面図であ
り、そこでは、肩部材が、ワイアー状電流導入部
材を具備するランプ・アーク管で使用される「ト
ツプ・ハツト」形部材により形成される。第6図
は、本発明の更に別の特徴に従つたアーク管の正
面断面図であり、そこでは、肩部材が、電流導入
部材として導電性の陶性合金を具備するランプ・
アーク管で使用される「トツプ・ハツト」形部材
によつて形成される。
1……放電管、2……ガラス製外包体、3……
ランプ・ベース、4……端子、6……包被壁、7
……環体(シール素子)、8……孔、9……シヤ
ンク部材、10……電極アセンブリ、10a……
電極素子、11……肩部材、12……単体管(ア
ーク管)、14……電流導入部材、16……シー
ル用ガラス、17……電極素子、18……支持シ
ヤンク素子、21……キヤツプ部材、26……陶
性合金、32……閉成部材、33……カバー部、
34……胴部、35……内面、36……内側面、
37……肩部材、38……電気導入部材、39…
…シヤンク部分、40……導入部分、41……結
合部、42……閉成部材、43……カバー部、4
4……端面、45……コア、46……胴部、48
……内側面、49……外側リング部、50……肩
部材、51……支持シヤンク、52……導電性導
入部材。
FIG. 1 is a front view of a discharge tube of the type according to the invention. FIG. 2 is a front cross-sectional view of one end of a discharge lamp arc tube with a shoulder formed as an integral part of the arc tube end wall. FIG. 3 is a cross-sectional front view of an arc tube in accordance with another feature of the invention in which a shoulder member is formed as an integral part of the arc tube end wall. FIG. 4 is a front cross-sectional view of one end of the discharge lamp arc tube in which the shoulder member is formed by a "top-hat" shaped member. FIG. 5 is a front cross-sectional view of a discharge lamp arc tube according to another feature of the invention in which the shoulder member is used in a lamp arc tube with a wire-like current conducting member. It is formed by a "top-hat" shaped member. FIG. 6 is a front cross-sectional view of an arc tube according to yet another feature of the invention, in which the shoulder member includes a lamp with a conductive porcelain alloy as the current conducting member;
Formed by a "top hat" shaped member used in arc tubes. 1...Discharge tube, 2...Glass outer envelope, 3...
Lamp base, 4...terminal, 6...covering wall, 7
... Ring body (seal element), 8 ... Hole, 9 ... Shank member, 10 ... Electrode assembly, 10a ...
Electrode element, 11... Shoulder member, 12... Single tube (arc tube), 14... Current introduction member, 16... Sealing glass, 17... Electrode element, 18... Support shank element, 21... Cap Member, 26... Ceramic alloy, 32... Closing member, 33... Cover portion,
34...Body part, 35...Inner surface, 36...Inner surface,
37...shoulder member, 38...electricity introduction member, 39...
...Shank part, 40...Introduction part, 41...Joining part, 42...Closing member, 43...Cover part, 4
4... End face, 45... Core, 46... Body, 48
... Inner surface, 49 ... Outer ring portion, 50 ... Shoulder member, 51 ... Support shank, 52 ... Conductive introduction member.
Claims (1)
内方に延びる端壁を具備する、光を放出するセラ
ミツク製アーク管と、当該孔に沿つて当該孔内で
シールされる電気導入部材とを具備する高圧放電
ランプであつて、当該導入部材は電極素子を支持
する電極シヤンク部材に結合され、当該端壁は、
ランプ点灯時に電極素子からのふく射に曝される
内側面を具備し、当該内側面は、中央孔に隣接し
て肩部材を具備し、当該肩部材の当該内側面より
上の高さは、電極素子から内側面を実質的に遮蔽
するのには十分でなく、且つ当該肩部材の幅は、
肩部材の頂面と内側面との間の温度差がアマルガ
ムと電気導入部材との接触を妨げるに十分な様で
あることを特徴とする高圧放電ランプ。 2 前記肩部材が前記端壁の一体部分であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の高圧
放電ランプ。 3 前記肩部材が、前記端壁における孔内にシー
ルされたトツプ・ハツト形部材の一部によつて形
成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載の高圧放電ランプ。 4 前記肩部材の幅が0.2乃至0.5mmであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項のい
ずれか1項に記載の高圧放電ランプ。 5 前記肩部材の長さが1.5乃至4mmであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項に
記載の高圧放電ランプ。 6 前記肩部材の幅が下記式に従つて決定される
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第5
項のいずれか1項に記載の高圧放電ランプ。 12r1σεl/K(r1 2−r2 2)=1/T1 2−1/T2
2 ここで、 r1:肩部材の内径(m) r2:肩部材の外径(m) T1:肩部材の下端の温度(〓) T2:肩部材の上端の温度(〓) K:アルミナの熱伝導度(8.87Wm-1K-1と仮定
する。) σ:ステフアンの定数(5.67×10-8Nm-2K-4) ε:0.4116(アルミナの放出度、無次元) l:段部分の長さ(m) 7 前記肩部材の高さが、2mmであり、幅wが
0.5mmであることを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の高圧放電ランプ。 8 前記肩部材が、電極素子のどの部分も遮蔽し
ないことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の高圧放電ランプ。 9 前記電気導入部材が、ランプ点灯時に電極素
子からの放射に曝される端壁の側面上に肩部材を
越して突出し、電気導入部材と電極シヤンク部材
との間の結合がこの放電空間で行なわれることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の高圧放
電ランプ。 10 前記電気導入部材がニオビウム管からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第9項に記載の
高圧放電ランプ。 11 前記電気導入部材が、ニオビウム・ワイア
ーからなることを特徴とする特許請求の範囲第9
項に記載の高圧放電ランプ。 12 前記電気導入部材が導電性の陶性合金を含
むことを特徴とする特許請求の範囲第9項に記載
の高圧放電ランプ。 13 アーク管が多結晶アルミナからなることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の高圧放
電ランプ。Claims: 1. A light-emitting ceramic arc tube having an end wall extending radially inwardly from the arc tube wall to define a central hole, and a light-emitting ceramic arc tube having an end wall extending radially inwardly from the arc tube wall to define a central hole; A high pressure discharge lamp comprising an electricity introduction member, the introduction member being coupled to an electrode shank member supporting an electrode element, the end wall comprising:
an inner surface exposed to radiation from the electrode element when the lamp is energized, the inner surface having a shoulder member adjacent to the central hole, and a height of the shoulder member above the inner surface extending from the electrode element; the width of the shoulder member is not sufficient to substantially shield the inner surface from the element;
A high-pressure discharge lamp characterized in that the temperature difference between the top surface and the inner surface of the shoulder member is such that it is sufficient to prevent contact between the amalgam and the electrical introduction member. 2. A high pressure discharge lamp according to claim 1, wherein the shoulder member is an integral part of the end wall. 3. A high-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the shoulder member is formed by a portion of a top-hat-shaped member sealed in a hole in the end wall. 4. The high pressure discharge lamp according to any one of claims 1 to 3, wherein the shoulder member has a width of 0.2 to 0.5 mm. 5. The high pressure discharge lamp according to claim 1, wherein the shoulder member has a length of 1.5 to 4 mm. 6. Claims 1 to 5, characterized in that the width of the shoulder member is determined according to the following formula:
The high-pressure discharge lamp according to any one of paragraphs. 12r 1 σεl/K(r 1 2 −r 2 2 )=1/T 1 2 −1/T 2
2Where , r 1 : Inner diameter of the shoulder member (m) r 2 : Outer diameter of the shoulder member (m) T 1 : Temperature at the lower end of the shoulder member (〓) T 2 : Temperature at the upper end of the shoulder member (〓) K : Thermal conductivity of alumina (assumed to be 8.87 Wm -1 K -1 ) σ: Stephan's constant (5.67×10 -8 Nm -2 K -4 ) ε: 0.4116 (emissivity of alumina, dimensionless) l : Length of step part (m) 7 The height of the shoulder member is 2 mm, and the width w is
The high pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the diameter is 0.5 mm. 8. A high-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the shoulder member does not shield any part of the electrode element. 9. The electricity introduction member projects beyond the shoulder member onto the side surface of the end wall that is exposed to radiation from the electrode element when the lamp is lit, and the coupling between the electricity introduction member and the electrode shank member takes place in this discharge space. A high-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that: 10. The high-pressure discharge lamp according to claim 9, wherein the electricity introducing member is made of a niobium tube. 11. Claim 9, wherein the electricity introduction member is made of niobium wire.
High-pressure discharge lamps as described in . 12. The high-pressure discharge lamp according to claim 9, wherein the electricity introducing member includes an electrically conductive porcelain alloy. 13. The high-pressure discharge lamp according to claim 1, wherein the arc tube is made of polycrystalline alumina.
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