专利名称：金属蒸汽放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属蒸汽放电灯，特别是涉及采用氧化铝陶瓷等透光性陶瓷制造的发光容器的金属蒸汽放电灯。
背景技术：
近年来，金属蒸汽放电灯的发光容器中，氧化铝陶瓷等透光性陶瓷制发光容器正成为主流，取代以往的石英玻璃。透光性陶瓷与石英玻璃相比，由于耐热性好，因此适用于像金属蒸汽放电灯那样的在点灯中达到高温的高压放电灯的发光容器。例如，氧化铝陶瓷与石英玻璃相比，由于它与封入发光容器内的发光金属不易发生反应，因此还可期望延长金属蒸汽放电灯的寿命。
金属蒸汽放电灯的发光容器一般由形成放电空间的中央管体部、以及从中央管体部的两端部延长的具有小于上述中央管体部的外径的侧管部构成，馈电体在侧管部的中空部分延伸。馈电体由装有配置在放电空间的线圈的电极及电极支持体构成。电极支持体利用将侧管部的开口端部密封的密封材料固定在侧管部内。密封材料采用玻璃熔接物(frit)等。
在馈电体上设置的电极向着垂直方向的状态下使金属蒸汽放电灯点灯时，配置在垂直向下侧的侧管部与馈电体之间的间隙中容易落入在放电空间内封入的发光金属。若发光金属落入馈电体与侧管部之间的间隙，则放电空间内有助于发光的发光金属减少，不能得到足够的蒸汽压，色温变化增大。即使刚点灯后金属蒸汽放电灯的特征足够好，在经过几百小时或几千小时后的时刻，多数情况下特性已发生了很大的变化。为了发生防止这样的问题，虽也考虑增加发光金属量，但却促使发光金属与电极或陶瓷之间的反应，反而使寿命特性降低。
也有一种采用将中央管体部与侧管部利用热套方法接合的发光容器的金属蒸汽放电灯。在该灯中，设置在电极前端附近的线圈在发光容器内的位置受到限制。这样对热套部分的温度进行控制，以抑制发光金属落入的情况发生(参考日本专利特开2000-340171号公报)。根据该提案，发光金属在壁厚比中央管体部及侧管部要厚的低温热套部分，能够形成液态而存在。因此，能够使发光金属落入馈电体与侧管部之间的间隙中的落入量比以往少。
另一方面，对于中央管体部与侧管部一体成型的透光性陶瓷制的发光容器，其制造方法上，中央管体部与侧管部的边界部分内侧的最小曲率半径往往增大。因此，在用一体成型的发光容器的金属蒸汽放电灯中，液态的发光金属容易流入馈电体与侧管部之间的间隙。因此提出一个方案，即通过将中央管体部与侧管部的边界部分内侧的最小曲率半径控制得较小，以形成液态金属难以流入边界部分的形状(参考日本专利特开2002-164019号公报)。
但是，在将中央管体部与侧管部的边界部分形成液态金属难以流入的形状时，存在的问题是，难以控制边界部分的温度，不能得到合适的金属蒸汽压。为了得到稳定的发光特性的金属蒸汽放电灯，必须控制中央管体部与侧管部的边界部分的形状，同时将边界部分的温度保持在能够得到合适的金属蒸汽压的温度。
发明内容
本发明涉及金属蒸汽放电灯，特别是涉及采用氧化铝陶瓷等透光性陶瓷制的发光容器的金属蒸汽放电灯。
本发明目的在于提供一种金属蒸汽放电灯，该金属蒸汽放电灯通过兼顾到抑制液态金属流入馈电体与侧管部之间的间隙及维持合适的金属蒸汽压，使得即使长时间连续点灯，色温变化也少，可保持稳定的发光特性。
在本发明中，为了达到上述目的，优化中央管体部与侧管部的边界部分内侧的最小曲率半径Ri(mm)、与Ri值相关的中央管体部的内径D(mm)、以及与D值相关的灯功率P(W)的关系，同时控制中央管体部与侧管部的边界部分外侧的最小曲率半径Ro(mm)。
也就是说，本发明的金属蒸汽放电灯，其特征在于，具有(a)是透光性陶瓷制的发光容器，由形成放电空间的中央管体部及从上述中央管体部的两端部延长的具有小于上述中央管体部的外径的侧管部构成，并且上述中央管体部与上述侧管部一体成型的发光容器；(b)是向上述侧管部的中空部分延伸的一对馈电体，由装有配置在上述放电空间内的线圈同时第1端部配置在上述放电空间内的电极及从上述电极的第2端部延长的电极支持体构成的馈电体；
(c)将上述侧管部的开口端密封同时将上述电极支持体固定在上述侧管部的密封材料；以及(d)封入上述放电空间内的发光金属，上述中央管体部与上述侧管部的无接缝的边界部分内侧具有最小曲率半径Rimm，上述边界部分外侧具有最小曲率半径Romm，上述中央管体部具有内径Dmm，上述灯具有功率P瓦，曲率半径Ri、曲率半径Ro、内径D及功率P满足式(1)，即-0.00076P+0.304≤Ri/D≤-0.00076P+0.490……(1)(式中，P≤350W)，而且满足式(2)，即1.28Ro≤Ri≤1.39Ro……(2)采用上述构成，在点灯过程中或刚关灯之后，能够抑制以液态存在的发光金属流入馈电体与侧管部之间的间隙，同时维持合适的金属蒸汽压，同时能够长时间保持稳定的色温。
在上述金属蒸汽放电灯中，从上述电极的第1端部至比较靠近的一侧的上述侧管部的开口端部的长度L1与从上述电极的第1端部至比较靠近的一侧的上述侧管部的内壁开始弯曲的位置的长度L2最好满足式(3)，即0.28≤L2/L1≤0.38……(3)
图1为表示本发明的金属蒸汽放电灯的一个内部结构例子用的外管的剖面的正视图。
图2为表示发光管的内部结构用的将发光容器的剖面的侧视图。
图3表示灯功率P与Ri/D值的关系及用式(1)定义的范围。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的金属蒸汽放电灯的一实施形态进行说明。
图1说明的是表示200W的金属蒸汽放电灯的内部结构的外管剖面的正视图。
图1的金属蒸汽放电灯由用氧化铝陶瓷制的发光容器的发光管11、内装发光管11的外管13、对从发光管11的两端凸出的电极支持体15a及15b供电的电流供给线12a及12b、以及装在外管13上的灯头14构成。在外管13的内部封入规定压力的氮气，通过安装灯头14进行密闭。电流供给线12a支持配置在发光管11的上方的一个电极支持体15a，同时其一端固定在外管13的头顶部，而另一端固定在从芯柱17凸出的支持丝16a上。电流供给线12b的一端支持配置在发光管11的下方的另一个电极支持体15b，同时另一端固定在从芯柱17凸出的支持丝16b上。支持丝16a、16b的一部分利用芯柱封接。
图2为表示发光管1的内部结构用的将发光容器剖面的侧视图。
发光容器由具有两端逐渐变窄的形状的中央管体部21、以及从中央管体部21的两端部延长的具有小于上述中央管体部的外径的侧管部22a及22b构成。发光容器的中央管体部21的壁厚，在例如20～350W的放电灯的情况下，通常为0.4～1.5mm。在发光容器的内部封入发光金属(未图示)，还封入水银及稀有气体。由于中央管体部21与侧管部22a、22b是一体成型的，因此中央管体部与侧管部的无接缝边界部分具有侧管部22a、22b的内壁开始弯曲的内侧弯曲点P1及侧管部的外壁开始弯曲的外侧弯曲点P2。
在侧管部22a、22b的中空部分，分别插入馈电体。馈电体由在一端(第1端部)附近安装线圈23a、23b的电极24a、24b、以及与电极24a、24b的另一端(第2端部)连接的电极支持体25a、25b构成。线圈23a、23b在放电空间内互相相对配置。电极24a、24b的电极芯由例如钨制成。与电极连接的电极支持体25a、25b由导电性金属陶瓷制成，其热膨胀系数与形成发光容器的氧化铝陶瓷近似相等。导电性金属陶瓷采用将金属粉末与陶瓷粉末混合后烧结的材料。
电极支持体25a、25b从侧管部22a、22b的开口端部凸出，在该端部附近利用密封材料26a、26b固定在侧管部上。密封材料26a、26b采用例如玻璃熔接物。玻璃熔接物由氧化铝、二氧化硅等金属氧化物制成。实际上是熔融状态的玻璃熔接物从侧管部22a、22b的开口端部向中央管体部一侧流入(未图示)。流入侧管部内的密封材料的长度在例如20～350W的放电灯的情况下通常为2～7mm。
在这里，为了抑制液态金属流入馈电体与侧管部之间的间隙，又兼顾维持合适的金属蒸汽压，必须满足以下的条件。
首先，在中央管体部和侧管部的无接缝边界部分内侧的最小曲率半径记为Rimm、最小曲率半径Ri(mm)与中央管体部21的内径D(mm)之比Ri/D与灯功率P(W)之间必须满足式(1)的关系，即-0.0076P+0.304≤Ri/D≤-0.00076P+0.490 ……(1)(式中，P≤350W)。若Ri/D值小于式(1)的范围的下限值，则管壁负荷减小，不能得到足够的金属蒸汽压。或者，位于放电空间的电极的前端与中央管体部和侧管部的边界部分的距离缩短，有可能在中央管体部和侧管部的边界部分产生裂纹。另外，若Ri/D值大于式(1)的范围的上限值，则不能抑制液态金属流入馈电体与侧管部之间的间隙，灯的色温变化增大。这样的倾向在灯功率P处于10≤P≤350范围时特别显著。若灯功率P超过350W，则发光容器的尺寸增大，在式(1)的范围中不能得到足够的金属蒸汽压，效率将降低。为了抑制效率的降低，虽也考虑到增大电流，但因此必须加粗电极直径。但是，若加粗电极直径，则热损耗将加大。
其次，在设中央管体部和侧管部的无接缝边界部分外侧的最小曲率半径记为Romm时，最小曲率半径Ri与最小曲率半径Ro必须满足式(2)，即1.28Ro≤Ri≤1.39Ro ……(2)在曲率半径Ri与曲率半径Ro不满足式(2)时，难以兼顾抑制液态金属流入馈电体与侧管部之间的间隙和维持合适的金属蒸汽压这两方面。
从位于放电空间内的电极的前端(第1端部)至比较靠近的一侧的侧管部的开口端部的长度，在图2中用水平距离L1表示。另外，从电极的前端(第1端部)至比较靠近的一侧的侧管部的内壁开始弯曲的位置(即点P1)的长度，在图2中用水平距离L2表示。
L1与L2最好满足式(3)，即0.28≤L2/L1≤0.38 ……(3)L2/L1的值不管是小于式(3)的下限值，还是大于上限值，都会发生发光金属落入馈电体与侧管部之间的间隙的情况，色温变化增大。另外，若L1过短，则电极的前端与流入侧管部的密封材料的距离缩短，有可能在利用密封材料形成的封接部分产生裂纹。若L2过短，则电极的前端与中央管体部和侧管部的边界部分的距离缩短，有可能在中央管体部和侧管部的边界部分产生裂纹。
从下根据实施例具体说明本发明。
实施例1制成图2所示的具有氧化铝陶瓷制发光容器的发光管，用它制成图1所示的功率200W的金属蒸汽放电灯。
这里，使发光容器的中央管体部和侧管部的边界部分内侧的最小曲率半径Ri(mm)与中央管体部的内径D(mm)之比Ri/D如表1所示那样变化。
中央管体部的内径D为12.9mm，侧管部的内径为1.3mm。
在放电空间内，封入0.9mg的DyI3、0.7mg的HoI3、0.9mg的TmI3、2.8mg的NaI、及0.9mg的TlI作为发光金属。
在放电空间内，还封入310hPa的稀有气体氩、以及29.2mg汞。
对于电极的电极芯，采用由钨制成的外径0.6mm、长12.5mm的电极芯。
电极支持体采用将钼粉与氧化铝粉混合后烧结而成的外径1.2mm、长20mm的导电性金属陶瓷(热膨胀系数7.0×10-6)。
密封材料采用由氧化铝、二氧化硅制成的玻璃熔合物(frit)。
从电极的前端至比较靠近的一侧的侧管部的内壁开始弯曲的位置为止的长度L2(图2中的L2)与从上述电极的前端至上述比较靠近的一侧的侧管部的开口端部为止的长度L1(图2中的L1)之比L2/L1固定为0.32。L1为17.8mm。
表1所示为L2/L1值、Ri/D值、与寿命试验中反复进行5.5小时点灯、0.5小时熄灭的操作时的合计点灯时间6000小时试验之后的色温变化的关系。另外，在本实施例及以下的实施例中，用相对于点灯30分钟后的色温的增加份额(K)来表示色温变化。
表1
(200W)实施例2制成除灯功率从200W改为300W以外其他与实施例1一样的金属蒸汽灯，同样进行评价。
这里，中央管体部的内径D为17.1mm，侧管部的内径为1.3mm。
在放电空间内，封入2.3mg的DyI3、1.9mg的HoI3、2.3mg的TmI3、6.7mg的NaI、及2.3mg的TlI作为发光金属。
在放电空间内，还封入310hPa的稀为气体氩以及56.4mg的汞。
电极的电极芯采用由钨制成的外径的0.7mm、长17.8mm的电极芯。
电极支持体采用将钼粉与氧化铝粉混合后烧结而成的外径1.2mm、长40mm的导电性金属陶瓷(热膨胀系数7.0×10-6)。
密封材料采用由氧化铝及二氧化硅制成的玻璃熔合物(frit)。
从电极的前端至比较靠近的一侧的侧管部的内壁开始弯曲的位置为止的长度L2与从上述电极的前端至上述比较靠近的一侧的侧管部的开口端部的长度L1之比L2/L1固定为0.33。L1为22.9mm。
表2所示为L2/L1值、Ri/D值、与经过6000小时的寿命后的色温变化的关系。
表2
(300W)实施例3制成除灯功率从200W改为150W以外其他与实施例1一样的金属蒸汽放电灯，同样进行评价。
这里，中央管体部的内径D为12.0mm，侧管部的内径为0.8mm。
在放电空间内，封入0.8mg的DyI3、0.6mg的HoI3、0.8mg的TmI3、2.2mg的NaI、及0.8mg的TlI。
在放电空间内，还封入150hPa的稀为气体氩、以及9.0mg的汞。
电极的电极芯采用由钨制成的外径的0.5mm、长13.5mm的电极芯。
电极支持体采用将钼粉与氧化铝粉混合后烧结而成的外径0.7mm、长20mm的导电性金属陶瓷(热膨胀系数7.0×10-6)。
密封材料采用由氧化铝及二氧化硅制成的玻璃熔合物。
从电极的前端至比较靠近的一侧的侧管部的内壁开始弯曲的位置为止的长度L2与从上述电极的前端至上述比较靠近的一侧的侧管部的开口端部为止的长度L1之比L2/L1固定为0.31。L1为19.5mm。
表3所示为L2/L1值、Ri/D值、与经过6000小时寿命之后的色温变化的关系。
表3
(150W)[考察1]在实验例1中，若将P值代入式(1)，则可得到以下的不等式。
P＝150W时，0.1904Ri/D≤0.376P＝200W时，0.1524Ri/D≤0.338P＝300W时，0.0764Ri/D≤0,.262在表1中，P＝200W时，色温变化显著的是Ri/D值为0.15以下或0.34以上的情况，而在0.152≤Ri/D≤0.338的范围内，色温变化减小。
在表2中，P＝300W时，色温变化显著的是Ri/D值为0.06以下或0.28以上的情况，而在0.076≤Ri/D≤0.262的范围内，色温变化减小。
在表3中，P＝150W时，色温变化显著的是Ri/D值为0.18以下或0.38以上的情况，而在0.190≤Ri/D≤0.376的范围内，色温变化减小。
从以上结果可知，为了得到优异的发光特性，至少发光容器的中央管体部的内径D与中央管体部和侧管部的边界部分内侧的最小曲率半径Ri必须满足式(1)。
图3表示灯功率P与Ri/D值的关系，在图3中，黑点的曲线表示色温变化在302K以下的情况，符号X的曲线表示色温变化在320K以上的情况。
从图3可知，全部黑点分布于夹在直线Ri/D＝-0.00076P+0.304与直线Ri/D＝-0.00076P+0.490之间的范围内。
另外，在满足0.152≤Ri/D≤0.338的实施例1的金属蒸汽放电灯中，中央管体部和侧管部的边界部分内侧的最小曲率半径Ri与边界部分外侧的最小曲率半径Ro之比Ri/Ro在1.28≤Ri/Ro≤1.39的范围内。
同样，在满足0.076≤Ri/D≤0.262的实施例2的金属蒸汽放电灯中，Ri/Ro在1.28≤Ri/Ro≤1.39的范围内。
另外，在满足0.190≤Ri/D≤0.376的实施例3的金属蒸汽放电灯中，Ri/Ro在1.28≤Ri/Ro≤1.39的范围内。
实施例4下面对制作为将Ri/D值固定在0.20，在3.0＜Ri＜5.0的范围内，使Ri/Ro值在1.20≤Ri/Ro≤1.43的范围内变化，除此之外与实施例1一样的200W的金属蒸汽放电灯同样进行评价。
表4表示Ri/D值、Ri/Ro值、与经过6000小时寿命后的色温变化的关系。
表4
从表4的结果可知，在1.28≤Ri/Ro≤1.39的范围内，能够得到优异的发光特性。另外，若超出该范围，则即使满足式(1)的情况下(即在P＝200的情况下满足0.152≤Ri/D≤0.338时)，色温也大大降低。
还有，在150W及300W的金属蒸汽放电灯中也同样，在满足式(1)的情况下，使Ri/Ro变化来测定色温变化。其结果仍然是在满足1.28≤Ri/Ro≤1.39的范围中，能够得到优异的发光特性，而若超出该范围，则即使满足式(1)，色温也大大降低。
实施例5
制作将Ri/D值固定在0.31，使L2/L1值变化，除此之外与实施例1一样的金属蒸汽放电灯，同样进行评价，表5表示L2/L1值、Ri/D值、在中央管体部和侧管部的边界部分附近有无裂纹(裂纹发生率A)、与利用密封材料形成的封接部分有无裂纹(裂纹发生率B)的关系。
另外，有无裂纹是在刚点灯之后的几十小时之间进行观察得到的结果。
裂纹发生率A是以10个灯中边界部分附近发生裂纹的灯数来表示的。
裂纹发生率B是以10个灯中封接部分发生裂纹的灯数来表示的。
表5
在表5中，L2/L1值在0.27以下，裂纹发生率A较高，L2/L1值在0.39以上时，裂纹发生率B升高。根据以上的结果可知，为了防止发生裂纹，最好L2/L1值满足0.28≤L2/L1≤0.38的条件。
在以上的实施例中所示的是150W、200W及300W的金属蒸汽放电灯的具体例子，但对于例如从10W的低功率至350W的高功率的金属蒸汽灯也一样，采用本发明，即使长时间连续点灯，也能够保持色温变化少的稳定的发光特性。
如以上说明的那样，采用本发明，能够提供这样的一种金属蒸汽放电灯，即该金属蒸汽放电灯可兼顾到抑制液态金属流入馈电体与侧管部之间的间隙及维持合适的金属蒸汽压，即使长时间连续点灯，色温变化也少，可维持稳定的发光特性。
权利要求
1.一种金属蒸汽放电灯，其特征在于，具有透光性陶瓷制造的，由形成放电空间的中央管体部和从所述中央管体部两端部延长的具有比所述中央管体部小的外径的侧管部构成，中央管体部与侧管部一体成型的发光容器；在所述侧管部的中空部分延伸的一对由装有配置在放电空间内的线圈同时第1端部配置在所述放电空间内的电极和从所述电极的第2端部延长的电极支持体构成的馈电体；将所述侧管部的开口端部密封同时将所述电极支体固定在所述侧管部的密封材料；以及封入所述放电空间内的发光金属，所述中央管体部与侧管部的无接缝边界部内侧具有最小曲率半径Rimm，所述边界部分外侧具有最小曲率半径Romm，所述中央管体部具有内径Dmm，所述灯具有功率P瓦，曲率半径Ri、曲率半径Ro、内径D及功率P满足式(1)，即-0.00076P+0.304≤Ri/D≤-0.00076P+0.490的关系，而且满足式(2)，即1.28Ro≤Ri≤1.39Ro的关系，式中，P≤350W。
2.如权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于，从所述电极的第1端部至比较靠近的一侧的所述侧管部的开口端部为止的长度L1与从所述电极的第1端部至比较靠近的一侧的所述侧管部的内壁开始弯曲的位置为止的长度L2满足(3)，即0.28≤L2/L1≤0.38。
全文摘要
本发明金属蒸汽放电灯，具有透光性陶瓷制的，由形成放电空间的中央管体部和从其两端部延长的具有比其小的外径的侧管部构成，中央管体部与侧管部一体成型的发光容器；在侧管部中空部分延伸的一对由装有配置在放电空间内的线圈同时第1端部配置在放电空间内的电极和从其第2端部延长的电极支持体构成的馈电体；将侧管部的开口端部密封同时将电极支体固定在侧管部的密封材料；以及封入放电空间内的发光金属，中央管体部与侧管部的无接缝边界部内侧的最小曲率半径Rimm，边界部分外侧的最小曲率半径Romm，中央管体部内径Dmm，灯功率P(瓦)满足－0.00076P+0.304≤Ri/D≤－0.00076P+0.490(P≤350W)和1.28Ro≤Ri≤1.39Ro的关系。
文档编号H01J61/00GK1534719SQ20041003228
公开日2004年10月6日 申请日期2004年3月29日 优先权日2003年3月28日
发明者三浦干雄, 柿坂俊介, 西浦义晴, 介, 晴 申请人:松下电器产业株式会社