专利名称：放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于汽车前照灯、液晶投影器的背光光源等的放电灯。
放电灯备有在气体中装配一对电极的发光管，并利用产生于该发光管内的弧光放电所引起的发光。在该放电灯中，从发光管发射的光中包含紫外线，因而存在因这种紫外线，导致配置在放电灯周边的反射镜和前面的玻璃等各种部件品质劣化的问题。作为解决这个问题的方法，提出一种用含有吸收紫外线的添加剂的外管包围发光管的放电灯。通过在外管中插入发光管，将外管的端部熔接在发光管上，制作该放电灯。
但是，在上述放电灯中，外管和发光管虽都使用石英玻璃，但由于外管的软化温度高，会达到与发光管的软化温度相同的程度，所以在将外管熔接在发光管上时存在直至发光管软化变形的危险。发光管的软化会导致配置于发光管中的电极从合适位置错位，从而在电极间导致弧光位置的错位，其结果，导致放电灯的发光强度分布精度降低。
为了解决这样的问题，本发明的目的在于提供可抑制发光管的变形，实现高精度的发光强度分布特性的放电灯。
为了实现所述目的，本发明第一方案的放电灯包括在放电室中装配一对电极的发光管，和包围所述放电室并且至少其中一部分被熔接在所述发光管上的外管，其特征在于，所述外管含有作为主要成分的二氧化硅，并含有硼。利用这种结构，由于可以使外管的软化温度比发光管的软化温度降低很多，所以可以抑制熔接发光管和外管时发光管的变形。
在所述第一方案的放电灯中，所述外管最好含有0.12wt％以上的硼。其原因是可以将外管的软化温度调整至更适当的温度。
此外，在所述第一方案的放电灯中，当所述外管的硼含量为WBwt％，所述外管的内表面与所述放电室外表面的最接近部分的距离为D[mm]时，最好wB/D≤120的关系式成立。其原因是可抑制外管的软化温度过度变低，并可抑制随着放电灯点火时间增加外管的变形。
此外，在所述第一方案的放电灯中，当所述外管的硼含量为wBwt％，从所述电极的装配于所述放电室内的前端部分至所述外管的熔接于所述发光管的部分的最短距离为L[mm]时，最好wB/L≤1.2的关系式成立。其原因是可抑制外管的软化温度过度降低，并可抑制随着点火时间增加发光管和外管的熔接部分的变形。
此外，在所述第一方案的放电灯中，所述外管最好含有90～99.88wt％的二氧化硅。
为了实现上述目的，本发明第二方案的放电灯包括在放电室中装配一对电极的发光管，和包围所述放电室并且至少其中一部分与所述发光管熔接的外管，其特征在于，所述外管含有作为主要成分的二氧化硅，并含有选自铝和锆中的至少一种以及硼。利用这种结构，由于降低了外管的软化温度，可以使熔接发光管和外管时的加工温度降低，所以可以抑制发光管的变形。
在所述第二方案的放电灯中，当所述外管的硼含量为wBwt％，铝含量为wAlwt％，锆含量为wZrwt％时，最好(wB＋2wAl＋5wZr)≥0.12的关系式成立。
此外，在所述第二方案的放电灯中，在所述外管的硼含量为wBwt％，铝含量为wAlwt％，锆含量为wZrwt％，所述外管的内表面与所述放电室外表面的最接近部分的距离为D[mm]时，最好(wB＋2wAl＋5wZr)/D≤120的关系式成立。其原因是可以抑制随着放电灯的点火时间增加外管的变形。
此外，在所述第二方案的放电灯中，在所述外管的硼含量为wBwt％，铝含量为wAlwt％，锆含量为wZrwt％，从所述电极的装配于所述放电室内的前端至所述外管的熔接于所述发光管的部分的最短距离为L[mm]时，最好(wB＋2wAl＋5wZr)/L≤1.2的关系式成立。其原因是可以抑制随着放电灯的点火时间增加发光管与外管的熔接部分的变形。
此外，在所述第二方案的放电灯中，所述外管最好含有90～99.88wt％的二氧化硅。
在所述第一方案和第二方案的放电灯中，在所述外管中，从锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶和钡构成的族中选择的至少一种元素的含量最好在0.1wt％以下。
此外，在所述第一方案和第二方案的放电灯中，所述外管最好还含有从铈、钛、铁、镨和铕构成的族中选择的至少一种元素。其原因是可以降低从放电灯发射的紫外线。再有，外管的所述元素的含量最好为0.01～1wt％。
此外，在所述第一方案和第二方案的放电灯中，当供给放电灯的功率为P[W]，所述外管的内表面与所述放电室外表面的最接近部分的距离为D[mm]时，最好W/D≤2000的关系式成立。从而能够抑制随着放电灯点火中外管温度上升外管的变形。
图1是表示本发明放电灯结构一例的剖面图。
图1是表示本发明放电灯结构一例的剖面图。
发光管1包括构成放电室的球管状的发光部分1a，密封发光部分1a两端的扁平状的密封部分1b、1c，和与一个密封部分1c连接的圆筒状的侧管部分1d。在发光部分1a中，装配一对电极5a、5b，同时封入汞、金属卤化物和惰性气体。电极5a一端装配在发光部分1a内，另一端通过埋入密封部分1c中的金属箔6a与外部引线7a连接。同样，电极5b一端装配在发光部分1a内，另一端通过埋入密封部分1b中的金属箔6b与外部引线7b连接。
外管2是比发光部分1a内径大的管。将发光管1插入外管2中，外管2的两端分别与密封部分1b和侧管部分1d熔接。就是说，外管2可包围发光部分1a，并与发光管1接合。
而且，与外管2熔接的发光管1被插入形成在灯头部分3中的凹部，由固定体4固定。此外，外部引线7a与形成在灯头部分3中的连接端子8a连接，外部引线7b通过电源供给线9与连接端子8b连接。
发光管1由石英玻璃构成。构成发光管1的玻璃的软化温度为1600～1700℃，最好为1650～1700℃。构成发光管1的石英玻璃含有90wt％以上的二氧化硅，而且可以含有95wt％以上的二氧化硅，最好含有98wt％以上的二氧化硅。此外，在不导致软化温度极端下降和可见光失透的范围内，可以含有作为添加剂或杂质的各种元素。
外管2由石英玻璃构成。构成外管2的石英玻璃含有90～99.88wt％以上的二氧化硅，而且可以含有95～99.8wt％以上的二氧化硅，最好含有97～99.5wt％以上的二氧化硅。
构成外管2的石英玻璃有比构成发光管1的玻璃低得多的软化温度。构成外管2的玻璃的软化温度有比构成发光管1的玻璃的软化温度低50℃以上的温度，而且最好低100℃以上的温度。具体地说，可以在1650℃以下，而且可以在1600℃以下，在1550℃以下更好。
为了达到上述软化温度，构成外管2的石英玻璃含有降低软化温度的添加剂。作为这类添加剂，可以采用从硼、铝和锆中选择的至少一种元素。特别是可以单独使用硼，或最好与铝和锆的至少一个同时使用。
上述添加剂的含量越多，石英玻璃的软化温度就可以降低得越多。因此，将上述添加剂的含量下限规定为可以达到上述软化温度的量。在使用硼作为添加剂的情况下，其含量(wBwt％)在0.12wt％以上，而且最好在0.3wt％以上。在同时使用硼和铝及锆的至少一种作为添加剂的情况下，其含量满足(wB＋2wAl＋5wZr)≥0.12的关系，而且最好满足(wB＋2wAl＋5wZr)≥0.3的关系。再有，wAl和wZr分别是铝和锆的含量(单位wt％)。
此外，构成外管2的石英玻璃的软化温度最好是比在放电灯点火中外管2达到的温度高得多的温度。在放电灯点火时，因电极5a、5b发热而加热发光部分1a，而外管2因发光部分1a的热而被加热。此外，通过从电极经金属箔和外部引线传递的热，与外管2的发光管1熔接的部分被加热。因此，在放电灯点火中外管2达到的温度取决于外管2与发光部分1a的距离以及熔接外管2的发光管1的部分与电极的距离。
因此，由外管2与发光部分1a的距离，更具体地说，由外管2的内表面和发光部分1a的外表面的相互最接近部分的距离D(单位mm)规定构成外管2的石英玻璃的软化温度。D按照向放电灯供给的功率P(单位W)来设定，最好按满足P/D≤2000来设定。例如，在35W的灯中，通常为0.05～2mm，最好为0.1～2mm。
此外，由熔接外管2的发光管1的部分和电极的距离，更具体地说，由外管2的与发光管1的熔接部分和电极的位于发光部分1a内的前端部分的最短距离L(单位mm)规定软化温度。但是，最短距离L指在从电极5a的位于发光部分1a的前端至外管2内表面与发光部分1a的连接部分的距离(L1)、从电极5b的位于发光部分1a的前端部分至外管2内表面与发光部分1a连接的部分的距离(L2)中最短的距离。再有，L1和L2可以是不同的距离，也可以是相同的距离。此外，根据供给放电灯的功率设定L，例如，在35W的灯中，L通常为3～5mm，最好为3.8～4.6mm。
构成外管2的玻璃的软化温度，例如在35W的灯中为1400℃以上，而且最好为1450℃以上。
因此，可以根据外管2与发光部分1a的距离规定上述添加剂的含量上限。在使用硼作为添加剂的情况下的含量(wBwt％)满足wB/D≤120的关系，而且最好满足wB/D≤100的关系。此外，在同时使用硼、铝和锆中的至少一种作为添加剂的情况下，其含量满足(wB＋2wAl＋5wZr)/D≤120的关系，而且最好满足(wB＋2wAl＋5wZr)/D≤100的关系。
此外，可以根据外管2与发光管1熔接的部分和电极的距离规定上述添加剂的含量上限。在使用硼作为添加剂情况下的含量(wBwt％)满足wB/L≤1.2的关系，而且最好满足wB/L≤0.8的关系。此外，在同时使用硼、铝和锆中的至少一种作为添加剂的情况下，其含量满足(wB＋2wAl＋5wZr)/L≤1.2的关系，而且最好满足(wB＋2wAl＋5wZr)/L≤0.8的关系。
由上述可知，构成外管2的石英玻璃中的硼含量可以为0.04～2.0wt％，而且可以为0.1～1.8wt％，最好为0.5～1.5wt％。此外，铝的含量可以为0.02～1.0wt％，而且可以为0.05～0.8wt％，最好为0.05～0.5wt％。此外，锆的含量可以为0.008～0.4wt％，而且可以为0.008～0.3wt％，最好为0.008～0.2wt％。
此外，构成外管2的石英玻璃最好含有吸收紫外线的元素。作为这样的元素，可以使用从铈、钛、铁、镨和铕中选择的至少一种元素。这样的元素的含量可以为0.01～1wt％，而且可以为0.1～1.0wt％，最好为0.2～0.8wt％。
进而，构成外管2的石英玻璃可以含有作为添加剂和杂质的其它元素。作为这样的元素，可列举出锂、钠、钾、铷和铯等碱金属，以及铍、镁、钙、锶和钡等碱土金属。但是，由于如果碱金属和碱土金属的含量过多，那么会导致外管2的失透，所以含量可以在0.1wt％以下，而且可以在0.05wt％以下，最好在0.03wt％以下。
本发明的放电灯不是特别限定的灯，但紫外线放射量(kUV值)在2.0×10-5W/lm以下，而且在1.0×10-5W/lm以下最好。再有，紫外线放射量(kUV值)是按下式表示的值。KUV=∫λ=250nm100nmEe(λ)•S(λ)•dλKm∫λ=250nm400nmEe(λ)•v(λ)•dλ]]>Ee(λ)分光放射束分布[W]v(λ)分光发光效率[l]λ波长[nm]S(λ)分光负荷函数[l]Ka光学放射当量(=683[lm/W])此外，灯的点火初期的全光束在2900lm以上，而且在3000lm以上更好。此外，经过1000小时点火后的光束维持率在70％以上，而且在75％以上更好。
此外，在本发明的放电灯中，平均色调评价数(Ra)在60以上，而且在65以上更好。
为了获得这样的特性，在本发明的放电灯中，作为封入发光部分1a的金属卤化物，最好使用卤化钠(NaX)和卤化钪(ScX3)的混合物。而且，这种情况下，两者的重量比最好在1＜NaX/ScX3＜20的范围内。再有，作为卤素(X)，最好使用I、Br。此外，作为惰性气体，例如最好使用氙。
实施例(实施例1)如表1所示，将硼的含量(wB)、铝的含量(wAl)和锆的含量(wZr)进行各种改变，制作16种外管(外管No.1～16)。再有，外管No.1～16无论哪一个都含有90wt％以上的二氧化硅。
使用制作的外管，制作与图1有同样结构的放电灯。作为发光管，使用含有99.98wt％的二氧化硅，软化温度为1683℃的石英玻璃。在发光部分内，封入16mg的NaI、4mg的ScI3、50mg的汞和7atm的氙气体。再有，发光部分的内容积为0.025cc，电弧长度为4.2mm。
在外管内插入发光管后，将外管与发光管熔接，得到放电灯。熔接温度采用在可以软化使用的外管的范围内的尽量低的温度。在制作的放电灯中，用表1表示目视评价发光管有无变形的结果。再有，在表1中，发光管没有变形的情况用‘A’表示，稍微变形的情况用‘B’表示，而变形限大的情况用‘C’表示。
表1
如表1所示，在使用外管No.1～12的情况下，未产生发光管的变形。此外，在使用外管No.13～15的情况下，尽管产生发光管的变形，但其程度小。与此相对，在使用不含有硼、铝或锆的外管No.16的情况下，会产生发光管的变形，其程度大。
(实施例2)使用与实施例1中制作的发光管和外管相同的发光管和外管(外管No.1～16)，改变外管的内表面与发光管的外表面的距离(与图1的D相当的距离)，制作放电灯。在供给35W的功率，将制作的放电灯点火1000小时后，目视评价外管有无变形。表2表示其结果。再有，在表2中，外管没有变形的情况用‘A’表示，而有变形的情况用‘B’表示。
表2
如表2所示，在(wB＋2wAl＋5wZr)/D≤120的情况，未见到外管的变形。与此相对，在(wB＋2wAl＋5wZr)/D＞120的情况下，可确认外管变形。
(实施例3)使用与实施例1相同的发光管和外管(外管No.1～16)，改变从电极的前端至发光管与外管熔接部分的最短距离(与图1的L相当的距离)，制作放电灯。在供给35W的功率，将制作的放电灯点火1000小时后，目视评价在外管与发光管的熔接部分上有无变形。表3表示其结果。再有，在表3中，熔接部分没有变形的情况用‘A’表示，而有变形的情况用‘B’表示。
表3<
如表3所示，在(wB＋2wAl＋5wZr)/L≤1.2的情况下，在外管与发光管的熔接部分未见到变形。与此相对，在(wB＋2wAl＋5wZr)/L＞1.2的情况下，可确认在外管与发光管的熔接部分变形。
(实施例4)使用含有硼、铝和锆的石英玻璃，如表4所示，将钾的含量(wk)和钡的含量(wBa)进行各种改变，制作7种外管(外管No.17～23)。再有，外管No.17～23无论哪一个都含有90wt％以上的二氧化硅。
使用制作的外管，制作与图1有同样结构的放电灯。作为发光管，使用与实施例1相同的发光管，在外管内插入发光管后，把外管与发光管熔接，得到放电灯。熔接温度采用在可以软化所使用的外管的范围内的尽量低的温度。在供给35W的功率使制作的放电灯点火1000小时后，按目视评价有无外管的失透。表4表示其结果。再有，在表4中，外管没有失透的情况用‘A’表示，而有失透的情况用‘B’表示。
表4
如表4所示，在使用外管No.17～20的情况下，未观察到外管的失透。与此相对，在使用外管No.21～23的情况下，可确认外管失透。
(实施例5)使用含有硼、铝和锆的石英玻璃，如表5所示，将铈的含量(wCe)、钛的含量(wTi)、铁的含量(wFe)、镨的含量(wpr)和铕的含量(wEu)进行各种改变，制作14种外管(外管No.24～37)。再有，外管No.24～37无论哪一个都含有90wt％以上的二氧化硅。
使用制作的外管，制作与图1有同样结构的放电灯。作为发光管，使用与实施例1相同的发光管，在外管内插入发光管后，把外管和发光管熔接，得到放电灯。将制作的放电灯供给35W的功率进行点燃，调查紫外线放射量(kUV值)和点火初期的全光束。表5表示其结果。
表5
如表5所示，在使用含有铈、钛、铁、镨或铕的外管No.24～36的情况下，与使用未含有这些元素的外管No.37的情况相比，kUV值减少约10％以上。而且，在使用铈、钛、铁、镨和铕的含量不足1wt％的外管No.24～33的情况下，可获得强的全光束。
如以上说明，本发明的放电灯包括在放电室中装配一对电极的发光管，和包围所述放电室并且至少其中一部分被熔接在所述发光管上的外管，由于所述外管含有作为主要成分的二氧化硅，并含有硼，所以可以将外管的软化温度调整至适当的温度，抑制熔接外管和发光管时发光管的变形，实现高精度的发光强度分布特性。
图1中的符号1 发光管1a发光部分1b、1c密封部分1d侧管部分2 外管3 灯头部分4 固定体5a、5b电极6a、6b金属箔7a、7b外部引线8a、8b连接9 电源供给线
权利要求
1.一种放电灯，该放电灯包括在放电室中装配一对电极的发光管，和包围所述放电室并且至少其中一部分被熔接在所述发光管上的外管，其特征在于，所述外管含有作为主要成分的二氧化硅，并含有硼。
2.如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，所述外管含有0.12wt％以上的硼。
3.如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，当所述外管的硼含量为wBwt％，所述外管的内表面与所述放电室外表面的最接近部分的距离为D[mm]时，wB/D≤120的关系式成立。
4.如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，当所述外管的硼含量为wBwt％，从所述电极的装配于所述放电室内的前端部分至所述外管的熔接于所述发光管的部分的最短距离为L[mm]时，wB/L≤1.2的关系式成立。
5.如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，所述外管含有90～99.88wt％的二氧化硅。
6.如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，在所述外管中，从锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶和钡构成的族中选择的至少一种元素的含量在0.1wt％以下。
7.如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，所述外管还含有从铈、钛、铁、镨和铕构成的族中选择的至少一种元素。
8.如权利要求7所述的放电灯，其特征在于，所述外管含有0.01～1wt％的从铈、钛、铁、镨和铕构成的族中选择的至少一种元素。
9.如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，当供给放电灯的功率为P[W]，所述外管的内表面与所述放电室外表面的最接近部分的距离为D[mm]时，P/D≤2000的关系式成立。
10.一种放电灯，该放电灯包括在放电室中装配一对电极的发光管，和包围所述放电室并且至少其中一部分与所述发光管熔接的外管，其特征在于，所述外管含有作为主要成分的二氧化硅，而且含有选自铝和锆中的至少一种以及硼。
11.如权利要求10所述的放电灯，其特征在于，在所述外管的硼含量为wBwt％，铝含量为wAlwt％，锆含量为wZrwt％时，(wB＋2wAl＋5wZr)≥0.12的关系式成立。
12.如权利要求10所述的放电灯，其特征在于，在所述外管的硼含量为wBwt％，铝含量为wAlwt％，锆含量为wZrwt％，所述外管的内表面与所述放电室外表面的最接近部分的距离为D[mm]时，(wB＋2wAl＋5wZr)/D≤120的关系式成立。
13.如权利要求10所述的放电灯，其特征在于，在所述外管的硼含量为wBwt％，铝含量为wAlwt％，锆含量为wZrwt％，从所述电极的装配于所述放电室的前端至所述外管的与所述发光管的熔接部分的最短距离为L[mm]时，(wB＋2wAl＋5wZr)/L≤1.2的关系式成立。
14.如权利要求10所述的放电灯，其特征在于，所述外管含有90～99.88wt％的二氧化硅。
15.如权利要求10所述的放电灯，其特征在于，在所述外管中，从锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶和钡构成的族中选择的至少一种元素的含量在0.1wt％以下。
16.如权利要求10所述的放电灯，其特征在于，所述外管还含有从铈、钛、铁、镨和铕构成的族中选择的至少一种元素。
17.如权利要求16所述的放电灯，其特征在于，所述外管含有0.01～1wt％的从铈、钛、铁、镨和铕构成的族中选择的至少一种元素。
18.如权利要求10所述的放电灯，其特征在于，当供给放电灯的功率为P[W]，所述外管的内表面与所述放电室外表面的最接近部分的距离为D[mm]时，W/D≤2000的关系式成立。
全文摘要
通过将外管的软化温度调整至适当的温度，抑制外管与发光管熔接时发光管发生的变形，提供可实现高精度发光强度分布特性的放电灯。该放电灯包括在放电室中装配一对电极的发光管，和包围所述放电室且至少其中的一部分与所述发光管熔接的外管，所述外管含有90～99.88wt%的二氧化硅，并含有0.12wt%以上的硼。
文档编号H01J61/30GK1239314SQ9910844
公开日1999年12月22日 申请日期1999年6月11日 优先权日1998年6月12日
发明者桐生英明, 田中和久, 斋藤毅 申请人:松下电子工业株式会社