JPH10241630A - ランプ - Google Patents

ランプ

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JPH10241630A
JPH10241630A JP3871897A JP3871897A JPH10241630A JP H10241630 A JPH10241630 A JP H10241630A JP 3871897 A JP3871897 A JP 3871897A JP 3871897 A JP3871897 A JP 3871897A JP H10241630 A JPH10241630 A JP H10241630A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
lamp
quartz glass
sealing
glass
Prior art date
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Pending
Application number
JP3871897A
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English (en)
Inventor
Yoshitaka Kurimoto
嘉隆 栗本
Koichi Ishibashi
幸一 石橋
正人 ▲吉▼田
Masato Yoshida
Toshizo Kobayashi
寿▲藏▼ 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp filed Critical Matsushita Electronics Corp
Priority to JP3871897A priority Critical patent/JPH10241630A/ja
Publication of JPH10241630A publication Critical patent/JPH10241630A/ja
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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 封止部およびその近傍で発生するクラックの
発生を抑制することによって、点灯寿命を向上させたラ
ンプを得る。 【解決手段】 内部に放電空間を有し、かつ電極4を有
する発光部2と、この発光部2の両端部に連設された封
止部6とを有する石英ガラスからなる発光管1を有して
いる。封止部6には、モリブデン箔3、タングステンか
らなる電極4、および外部リード棒5からなる接続体7
が電極4の先端部が発光部2内に位置するように封止さ
れている。接続体7は、モリブデン箔3の一端部に電極
4の後端部が、他端部には外部リード棒5の一端部がそ
れぞれ接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電球、放電灯等のラ
ンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ランプは、内部に電極または電極保持体
を有する発光部と、この電極または電極保持体を封止し
保持する封止部とを有している。このようなランプを点
灯すると、封止部の発光部側は温度が高くなるため、電
極または電極保持体と、発光部の材料との熱膨張係数の
差により応力が発生する。そして、この応力によって、
電球あるいは放電灯の電極または電極保持体を起点とし
て、封止部にクラックが発生し、発光部がリークしてし
まうことがある。
【0003】例えば、メタルハライドランプにおいて
は、一般に電圧印加直後の光の立上りが遅く、また、消
灯後すぐに点灯させることはできない。このため、電圧
印加直後に、速い点灯や消灯直後の再点灯が要求される
場合、例えば自動車の前照灯用にメタルハライドランプ
を用いる場合においては、電子点灯回路との組み合わせ
によって、始動時のランプ電流を安定点灯時の数倍に
し、さらに、十数キロボルトの高圧パルスを印加するこ
とにより、電圧印加直後の速い点灯および消灯直後の再
点灯を実現している。
【0004】しかしながら、メタルハライドランプに高
圧パルスを印加すると、ランプの始動・再始動の際、メ
タルハライドランプのタングステン等からなる電極およ
びこの電極を封止した発光管材料である石英ガラスの温
度が急激に上昇する。タングステンからなる電極の熱膨
張係数(48×10-7/℃)は、石英ガラスの熱膨張係
数(6×10-7/℃)よりも大きいため、例えば電極の
中心軸方向に大きな張力が、石英ガラスに瞬間的に発生
し、この張力により石英ガラスが破損(クラック)され
ることとなる。
【0005】この問題を解決するものとして、電極の表
面に添加剤(ThO2等)を設けることにより、電極の
周縁に石英ガラスの被膜を設けて、この被膜と石英ガラ
スとが互いに伸縮自在となるように構成されたメタルハ
ライドランプが提案されている(特開平7−28271
9号公報)。
【0006】添加剤を電極の表面に設ける方法として
は、例えば、あらかじめ全体に添加剤を含有した電極
を、酸化・蒸発することにより電極の表皮を除去し、表
皮に存在する添加剤を電極の表面に残す方法が知られて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タング
ステンからなる電極の表面に残された添加剤は、電極の
表面とは化学的に結合していないため、電極から脱落し
やすく、このため、電極の表面における添加剤の残存量
は不均一となり、したがって、石英ガラスの被膜は一定
の厚さで形成されない。このため、点灯時に、この石英
ガラスの被膜と、封止部の石英ガラスとの接触抵抗が発
生し、クラックが生じる原因となる。
【0008】また、添加剤は、発光管内に封入された発
光金属と反応してランプ特性を悪化させるため、発光金
属との組み合わせによっては使用を制限される。
【0009】さらに添加剤は、一般に1μm程度のきわ
めて細かい粒子であり、添加剤が電極の表面に付着して
いることを確認するには、電子顕微鏡を用いて300倍
以上の拡大観察を行うことが必要であるが、これを管理
していくことは、コストアップを招く。
【0010】また、電球、例えば白熱電球は、発光部で
あるガラスからなる外管が、封止部であるガラスステム
によって封止されている。このガラスステムには2本の
電極保持体が封止されており、この電極保持体にはタン
グステンからなるフィラメントが架設されている。
【0011】このような電球においては、たとえば頻繁
に点滅を繰り返すと、ガラスステムの電極保持体が封止
されたガラスステムの部分に、熱によるガラスステムお
よび電極保持体の膨張収縮によりクラックが生じるとい
う問題があった。
【0012】本発明は、封止部およびその近傍で発生す
るクラックの発生を抑制することにより点灯寿命を向上
させたランプを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明のランプは、内部
に電極または電極保持体を有する発光部と、この発光部
に連設され、前記電極または前記電極保持体が封止され
た封止部とを有するガラスからなる発光管を備え、前記
封止部に封止された前記電極または前記電極保持体の表
面に溝が形成された構成を有する。
【0014】これにより、電極または電極保持体をガラ
ス内に封止する際、ガラスの徐冷点付近でガラスの固化
が始まるとともに、電極または電極保持体とガラスとが
強固に固着する。したがって、温度がさらに低下し、封
止部が常温となった時、ガラスには、電極または電極保
持体とガラスとの温度係数の相違による応力が存在して
いる。この時、冷却の速度は緩やかであるため、ガラス
に重大なクラックが生じることはない。
【0015】次に、このランプを始動する際には、電極
または電極保持体の温度が急上昇し、電極または電極保
持体と、発光管材料であるガラスとの温度係数の相違に
よって、ガラスに瞬間的に大きな応力が働くが、これは
常温時に常時働いている上述の応力を打ち消す方向に働
くため、発光管あるいは封止部のガラスに重大なクラッ
クが生じることはない。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態である35
Wの自動車前照灯用メタルハライドランプは、図1に示
すように、内部に放電空間を有し、かつ電極4を有する
発光部2と、この発光部2の両端部に連設された封止部
6とを有する石英ガラスからなる発光管1を有してい
る。この放電空間内には、水銀と金属ハロゲン化物と始
動用ガスとが封入されている。金属ハロゲン化物として
は、ScI3、NaIが、始動用ガスとしては、キセノ
ン等が用いられている。
【0017】封止部6には、モリブデン箔3、円柱状の
タングステンからなる電極4、およびタングステンから
なる外部リード棒5からなる接続体7が電極4の先端部
が発光部2内に位置するように封止されている。接続体
7は、モリブデン箔3の一端部に電極4の後端部が、他
端部には外部リード棒5の一端部がそれぞれ接続されて
いる。封止部6の幅および厚さは、それぞれ4.2mm
および2.2mmである。また、電極4の直径は0.2
5mmである。電極4の表面には図2に示すように螺旋
状の溝8が形成されている。
【0018】接続体7を封止する工程では、封止部6と
なる石英ガラスの部分を加工温度領域まで加熱して接続
体7をピンチシール方式によって封止し、その後、石英
ガラスが冷え、石英ガラスの徐冷点付近で実質の固化が
始まる。このとき、電極4の表面に溝8が形成されてい
るため、電極4と封止部6とが強固に固着することがで
きる。
【0019】石英ガラスがさらに冷えると、石英ガラス
には、電極4の中心軸に対して平行な方向に圧縮応力が
生じ始める。これは、石英ガラスと電極材料であるタン
グステンとの熱膨張係数の相違により、石英ガラスの収
縮長よりも電極4の収縮長の方が大きいためである。
【0020】石英ガラスには、電極4の中心軸に対し平
行な方向において圧縮応力が存在していることは、光弾
性法により確認している。この実験は、電極4の中心軸
に対し平行に偏光を通過させることにより行った。
【0021】一方、電極4と封止部6とが強固に固着し
ていれば、電極4には電極4の中心軸に対し垂直な方向
でかつ電極4に向かって石英ガラスを引っ張る張力が存
在していると考えられる。これは、電極4が電極4の中
心軸に対し垂直な方向に収縮、すなわち細くなろうと
し、かつ電極4の周囲の石英ガラスは電極4に強固に固
着されているために、石英ガラスは、電極4の収縮とと
もに電極4の中心軸に対し垂直な方向にかつ電極4に向
かって引き寄せられるためである。
【0022】さらに、この張力にともなって石英ガラス
には、電極4の円周方向に、圧縮応力が働いていると考
えられる。
【0023】ところで、電極4の周辺の石英ガラスは電
極4の中心軸に対し垂直な方向の張力に弱く、電極4の
周辺には微少なクラックの入った石英のガラス層が形成
されるが、これにより発光管1の内部の気体がリークに
至ることはない。また、これらの微少なクラックによっ
て石英ガラスの応力分布に大きな変化が生じることはな
いことを確認している。
【0024】本実施形態のメタルハライドランプに電圧
を印加すると、電極4および石英ガラスの温度が急激に
上昇し、電極4と石英ガラスとの熱膨張係数の相違によ
り、石英ガラスには、電極4の中心軸に対し平行な方向
および電極4の円周方向には張力、電極4の中心軸に対
し垂直な方向には圧縮応力が瞬間的に働く。しかしなが
ら、これらの応力はすべて、常温時に働いている電極4
の中心軸に対し垂直な方向および電極4の円周方向に働
く張力、あるいは電極4の中心軸に対し平行な方向に働
く圧縮応力を打ち消す方向に働くものであるため、発光
管1に封入された気体がリークしてしまうほどの大きな
クラックが発生することはない。
【0025】本実施形態のメタルハライドランプの点灯
寿命を測定するために、電極4に螺旋状の溝8を設けた
メタルハライドランプ(以下、本発明品という)と、電
極4に溝を形成していない、すなわち、電極の表面が平
滑で、他の構成は本発明品と同じ構成のメタルハライド
ランプ(以下、比較品という)とを試作し点灯試験を行
った。
【0026】本発明品における電極4の溝8は、電極表
面上を適当な圧力をかけながら超硬材料からなる刃先を
走らせることによって形成した。また、点灯モードは9
分45秒点灯、15秒消灯を5回行い、その後10分間
消灯する過程を1サイクルとし、これを繰り返し行った
ものである。
【0027】なお、表1中に示す点灯時間は、クラック
発生により発光管1から封入物がリークし、メタルハラ
イドランプが不点灯となるまでの総点灯時間の平均値を
示す。
【0028】
【表1】
【0029】表1の結果から明らかなように、電極4に
溝8を有する本発明品は比較品と比してクラックが発生
するまでの時間が長いことがわかる。
【0030】電極4に接する石英ガラスのうち、放電空
間の内壁面に隣接する部分は、封止工程における発光部
内壁の変形を防ぐ必要があるため、封止する際、低い温
度で封止されている。したがって、比較品のように電極
表面が平滑である場合、電極4と石英ガラスとの固着が
不十分であるため、常温時に電極の周縁の応力発生がば
らつき、圧縮応力が発生しない場合が生じる。そのた
め、寿命中に発生する張力を緩和することができず、ク
ラックが発生するとともに、クラックが短時間で発生し
てしまうことが確認された。
【0031】一方、本発明品では、電極4に溝8を有す
るので、封止時の温度が低くても、電極4と石英ガラス
が充分に強固に固着するため、常温時において、電極周
縁部に圧縮応力が安定して発生する。そのため、寿命中
に発生する張力を緩和することができ、寿命中のクラッ
クの発生を抑制することができる。
【0032】このように、電極4に溝8を設けることに
より、常温時に電極周縁に圧縮応力を発生させられるの
で、寿命中に発生する張力を緩和し、クラック発生の確
率をきわめて低く抑えることができる。
【0033】電極の表面が平滑であると、電極周縁にお
いて応力が発生しない領域が広がる。つまり圧縮応力が
ない領域が広がるため、寿命中に発生する張力でクラッ
ク発生する確率が高くなる。
【0034】また、電極4に形成する溝8としては、図
3に示すようにリング状の溝8や、図4に示すように電
極4の中心軸に対して平行な溝8を設けたものでも同様
の効果が得られ、寿命中に封止部やその近傍においてク
ラックが発生する確率を少なくできることが確認でき
た。
【0035】なお、本実施の形態においては、石英ガラ
スの応力を光弾性法を用いた実験によって評価し、メタ
ルハライドランプ点灯による応力の緩和の効果を直接確
認しているのは電極4の中心軸に対して平行な方向のみ
であるが、石英ガラスおよび電極4の冷却過程(電極の
封止工程後)と加熱過程(電圧印加後)とは、石英ガラ
スおよび電極4の伸縮の方向が互いに相殺することは明
らかであるため、他の方向に関しても同様に点灯時の応
力緩和の作用があり、また、このことはランプの寿命時
間を測定する実験の結果、クラック発生までの時間が大
幅に延びていることからも明らかである。
【0036】本実施形態ではメタルハライドランプにつ
いて説明したが、キセノンランプ・水銀灯など石英ガラ
スを使用する放電灯についても同様の効果が得られる。
さらに電球などの封止部、すなわちガラスステムに封止
される電極保持体の部分に溝を形成することにより、同
様の効果が得られる。また、電極または電極保持体がモ
リブデンからなるものでも同様の効果が得られる。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
点灯中に、封止部またはその近傍に発生するクラックの
発生を抑制することができ、長寿命のランプを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である35W自動車用メ
タルハライドランプの発光管の正面図
【図2】同じく電極の正面図
【図3】同じく電極の正面図
【図4】同じく電極の正面図
【符号の説明】
1 発光管 2 発光部 4 電極 6 封止部 8 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 寿▲藏▼ 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に電極または電極保持体を有する発
    光部と、この発光部に連設され、前記電極または前記電
    極保持体が封止された封止部とを有するガラスからなる
    発光管を備え、前記封止部に封止された前記電極または
    前記電極保持体の表面に溝が形成されていることを特徴
    とするランプ。
  2. 【請求項2】 前記電極または前記電極保持体がタング
    ステンまたはモリブデンからなるとともに、前記ガラス
    が石英ガラスからなることを特徴とする請求項1記載の
    ランプ。
  3. 【請求項3】 前記発光管の内部に金属ハロゲン化物が
    封入されていることを特徴とする請求項1または請求項
    2に記載のランプ。
  4. 【請求項4】 前記溝が、前記封止部に封止された前記
    電極および前記電極保持体の周縁部分に形成されている
    ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載
    のランプ。
  5. 【請求項5】 前記溝が、螺旋状に形成されていること
    を特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のラ
    ンプ。
  6. 【請求項6】 前記溝が、リング状に形成されているこ
    とを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の
    ランプ。
  7. 【請求項7】 前記溝が、前記電極の中心軸または前記
    電極保持体の中心軸に対して平行に設けられていること
    を特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のラ
    ンプ。
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