专利名称：金属蒸气放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及把陶瓷材料作为发光管材料的金属蒸气放电灯。
与把陶瓷材料作为发光材料使用的已有技术有关的高压金属蒸气放电灯，已被公开在特开平6-196131号公报上。对于该已有技术，使用由圆盘热装堵塞圆筒部两端的发光管，构成高压金属蒸气放电灯。根据该高压金属蒸气放电灯，当发生点灯方向变化的情况下，就是说即便在电极轴向朝垂直方向配置金属蒸气放电灯使点灯的垂直点灯时，即便在上述电极轴向朝水平方向配置金属蒸气放电灯使点灯的水平点灯时，在热装堵塞部也存在残余发光金属化合物的凝结相。以此，可获得具有不依赖于点灯方向的特性的高压金属蒸气放电灯。
然而，在所述已有技术中，问题是，由于构成高压金属蒸气放电灯的发光管圆筒部两端用圆盘热装堵塞，所以，对于热装堵塞部气密性的可靠度降低，长期使用中不能充分确保特性。
而且，作为有关以陶瓷材料为发光管材料使用的其他结构的高压金属蒸气放电灯，存在这样的方案，其构成是把发光管作成由圆筒部和锥形部组成的形状，不用圆盘热装圆筒部的两端。根据具有该构成的高压金属蒸气放电灯，由于圆盘进行发光管的热装，虽然可保障对于气密性的可靠性，但依然担心依赖于点灯方向，残余发光金属化合物的凝结相的位置变化，特性有变动。
因此，为了解决这样的问题，本发明目的在于提供一种金属蒸气放电灯，它用构成发光管的零件排除圆盘，通过对发光管形状加以研究，确保长期使用中的特性，同时对于点灯方向的变动，特性的变化小。
为了达到上述目的，本发明的金属蒸气放电灯在用陶瓷形成的容器内具有一对电极，在所述容器内备有封入发光金属化合物的发光管，其特征是，所述容器设有圆筒状的第1筒部；具有比所述第1筒部内径小的外径的圆筒状的第2筒部；具有与所述第2筒部内径大致一样大小外径的圆筒状第3筒部；所述第1筒部和所述第2筒部通过锥部成一体，所述第3筒部与所述第2筒部分另粘结，所述一对电极的每个的一端在所述容器内相对，所述一对电极的另一端用封装体封入所述第3筒部内并固定好，在所述第3筒部的内壁和所述电极之间有间隙，所述锥部内表面和所述电极中心轴的角度范围是40～80度。
根据该结构，在所述发光管的两端，由于所述第1筒部和所述第2筒部通过所述锥部成一体，所以与使用已有圆盘热装堵塞的构成比较，提高了对气密性的可靠性。并且，由于规定所述锥部内表面和所述电极中心轴的角度规定在40～80度范围内，所以可获得不依赖于点灯方向的灯特性。
在所述金属蒸气放电灯中，所述第3筒部内径为d时，所述电极至少一部分的外径D最好在以下范围0.8d≤D≤0.95d根据该构成，在点灯中，发光金属化合物的凝结相由于难以进入所述电极和第3筒部之间，所以能获得点灯方向的依赖性小，并且寿命特性优异的金属蒸气放电灯。
并且，所述金属蒸气放电灯在所述第3筒部内壁和所述电极之间形成的间隙轴向长度L最好在以下范围3mm≤L≤10mm在所述间隙的轴向长度L小于3mm的情况下，所述第3筒部内的封装体端面因接近放电空间，所以通过封装体和发光金属化合物的反应，往往使灯的寿命降低。另一方面，在间隙的轴向长度L大于10mm的情况下，在点灯中，因在位于所述第3筒部内的电极和第3筒部的间隙中进入的发光金属化合物的凝结相的量过多，所以不可能得到所期望的灯的初期特性。然而，在本发明中，理想的是间隙轴向长度L设定在所述范围内。
并且，在所述金属蒸气放电灯中，所述封装体最好含有金属陶瓷。根据该最佳实施例，所述金属陶瓷与供电部分相比较，因具有接近作为发光管材料的陶瓷的膨胀系数，所以，通过用所述金属陶瓷形成所述封装体，可获得对发光管封装时和灯开关时的热冲击耐受强的金属蒸气放电灯。
图1是本发明第1实施例的高压金属蒸气放电灯的示意性结构剖视图；图2是图1所示的高压金属蒸气放电灯备有的发光管的放大剖视图3是图2所示的发光管的Ⅲ部分的放大剖视图；图4是表示使本发明第1实施例的高压金属蒸气放电灯锥部角度α变化时，点灯方向产生的相关色温度差的曲线图；图5是表示使本发明第1实施例的高压金属蒸气放电灯供电部分外径D变化时，点灯方向产生的相关色温度差的曲线图；图6是表示使在本发明第1实施例的高压金属蒸气放电灯供电部分和第3圆筒部之间设置间隙的部分的长度L变化时，光束保持率的曲线图；图7是表示使在本发明第1实施例的高压金属蒸气放电灯供电部分和第3圆筒部之间设置间隙的部分的长度L变化时，初期相关色温度的曲线图；图8是本发明第2实施例的高压金属蒸气放电灯备有的发光管的局部放大剖视图；图9是本发明第3实施例的高压金属蒸气放电灯备有的发光管的放大剖视图。
下面参照附图，说明本发明实施例。
第1实施例图1是表示本发明第1实施例的高压金属蒸气放电灯的示意性结构剖视图。本实施例的高压金属蒸气放电灯如图1所示，在外管9内备有由陶瓷材料组成的发光管1；为包围该发光管1而设置的透光性筒2；为保持该透光性筒2而设置的金属片3a、3b。从发光管1的一侧引出供电流线4a，从发光管1的另一侧引出供电流线4b。所述高压金属蒸气放电灯在所述外管9内还设有芯柱5、穿过所述金属片3b支撑在芯柱5上的支撑线6a；同样支撑在所述芯柱5上的支撑线6b；与该支撑线6b连接的金属支持线8；设置在金属片3b上的绝缘套筒7。而且，在外管9的开口部上安装灯头10。
这里，供电流线4b与支撑线6a连接，供电流线4a焊接在金属片3a上的同时，与连接在支撑线6b上的金属支持线8焊接固定。
在本实施例中，供电流线4b和金属片3b通过绝缘套管7被绝缘。芯柱5被封接，使在外管9内插入发光管1。安装灯头使之包覆该密封部。这时，使外管9内被真空排气。
图2是图1所示的高压金属蒸气放电灯备有的发光管1的放大剖视图；图3是图2所示的发光管1的Ⅲ部分的放大剖视图。有关本实施例的发光管如图2以及图3所示，由以下部分构成第1圆筒部11；第2圆筒部12a、12b；第3圆筒部13a、13b；与第1圆筒部11和第2圆筒部12a、12b连接的锥部14a、、14b。第1圆筒部11，锥部14a、14b，以及第2圆筒部12a、12b整体成形。设锥部14a和电极17a的中心轴夹角为α。此外，锥部14b和电极17b的中心轴夹角也是α。
并且，第2圆筒部12a和第3圆筒部13a、以及第2圆筒部12b和第3圆筒部13b通过热装连接。设第3圆筒部13a、13b的内径为d(mm)。
在本实施例中，电板17a、17b用供电部分16a、16b和在一端部上固定着电极线圈15a、15b的电极棒19a、19b构成，连接供电部分16a、16b的一端部和电极棒19a、19b的另一端部，使之成为整体。然后，在供电部分16a、16b的另一端部连接供电线4a、4b。而且，把构成供电线4a、4b一部分和电极17a、17b的供电部分16a、16b的一部分用玻璃料18与第3圆筒部13a、13b作气密性封接。然后，在供电部分16a、16b上绕线圈，设包括该线圈的供电部分16a、16b的外径为D(mm)。在第3圆筒部13a、13b内部，设在电极17a、17b之间只是设置间隙的部分长度为L(mm)。
而且，使第1圆筒部11的轴向长度C为10.8mm，内径A为10.7mm，壁厚B为0.65mm。此外，A/C最好是大于0.8。并且，设第2圆筒部12a、12b的壁厚E为1.6mm。设第3圆筒部13a、13b的轴向长度H为17.3。还有，设所述第2圆筒部12a、12b和所述第3圆筒部13a、13b的重叠部分轴向长度F为3.1mm，设第3圆筒部13a、13b的外径(即第2圆筒部12a、12b的内径)G为3.2mm。
对于具有上述构成的发光管1，发明者们对使角度α从30度到80变化情况下的点灯方向变动的初期特性作了研究。作为对于点灯方向变动的初期特性，使用以150W的灯功率垂直点灯和水平点灯的相关色温度差。
其中，作为电极线圈15a的、15b，用截面直径为0.25mm的钨丝卷绕5圈，作为供电部分16a、16b用截面直径为0.5mm的钨棒，第3圆筒部的内径作成1mm，作为在供电部分16a、16b上卷绕的线圈使用截面直径为0.2mm的钼丝绕50圈，作为供电线4a、4b使用截面直径为0.92mm的铌丝。作为电极棒19a、19b使用钨棒。并且，作为封入金属化合物封入5.0mg的碘化镝、碘化铊、碘化钠、以及碘化锂，其重量比为22∶19∶55∶4，封入氩气16KPa，然后封入适量水银，使灯电压为93V。
从供电部分16a到电极棒19a，卷绕的钼丝线圈的优点是耐高温，且难以与发光金属化合物(卤化物)反应。此外，也可用钨丝替代钼丝。
图4展示以上研究结果。在该图4中，以α角为横轴，以相关色温度差为纵轴。正如从该图4所了解到，点灯方向的变动特性的变化，α角越大则越小，为了控制在300K以下的变化量，所以α角必须在40度以上。此外，在发光管成形时，由于所作的加工是沿型使发光管材料膨胀，或沿型使发光管材料流入，所以，在α角大于80度的情况下，不仅难于确保锥部14a、14b壁厚，而且，形状偏差大，不易作成发光管。因此，α角大于80度时不作为评价对象。
下面，发明者们将α角规定为45度，而且规定第3圆筒部13的内径d为1mm，在这种状态下使在供电部分16a、16b上卷绕的钼直径变化，供电部分16a、16b的外径D成为从0.7mm到0.95mm，与刚才一样通过相关色温度差的变化研究对于这时点灯方向变化的初期特性。
以上研究结果如图5所示。在该图5中，设对于第3圆筒部内径d(mm)的供电部分外径D(mm)为横轴，相关色温度差为纵轴。从该图5可知，点灯方向变动特性的变化是外径D越大则越小，为了控制在300K以下的变化量，外径D必须定在0.8mm以上。此外，在外径D大于0.95的情况下，由于供电部分16a、16b和第3圆筒部13a、13b的尺寸偏差，有可能卷在供电部分16a、16b上的线圈插不进第3圆筒部13a、13b，由于在制造上合格率不高，所以不作为评价对象。从而，根据该研究结果，第3圆筒部13的内径d和供电部分16a、16b的外径D之间关系最好是0.8d≤D≤0.95d此外，在本实施例中，规定供电部分16a、16b的外径D为0.9mm，第3圆筒部13的内径d为1mm。
接着，本发明者们，对于设α角为45度，第3圆筒部13的内径d为1mm，在供电部分16a、16b中，仅在与第3圆筒部13a、13b之间设置间隙的部分长度L从1mm到12mm变化时的光束保持率和垂直方向点灯时的初期相关色温度变化进行了研究。
以上研究结果如图6和7所示。如图6所示，L小于3mm，即L=1mm、L=2mm时，不能达到寿命时间6000小时，在早期，光束保持率为70％以下。另一方面，L在3mm以上时，已经确认，即使在6000小时寿命时间，光束保持率也能维持在70％以上。从而，从图7所了解到，长度L为11mm以上的情况下，初期相关色温度偏离目标范围4100K～4500K。为了对此作出纠正，有增加封入物量或提高管壁负荷等方法，但任一情况下都会使寿命特性变差。因此，在本实施例中，供电部分(设置间隙的部分)的长度L最好设定在以下范围内3mm≤L≤10mm如上所述，根据本实施例的结构，能获得这样的金属蒸气放电灯，具有高效高色彩显现特性，对于点灯方向无限制，具有优异的长期使用特性(寿命特性)。
此外，所述第2圆筒部12a和所述第3圆筒部13a的重叠部分的轴向长度F(参照图3)最好设定在以下范围内1.5mm≤F≤4.5mm当F小于1.5mm时，在第2圆筒部12a和第3圆筒部13a的接合部容易形成间隙等，担心气密性产生问题。另一方面，F大于4.5mm时，由于第2圆筒部12a的热容量变大，所以热损耗增大，降低了灯的效率。
还有，设所述第2圆筒部12a的壁厚为E，所述第3圆筒部13a的壁厚为g，则最好下式成立0.5g≤E≤3g当E小于0.5g时，担心第2圆筒部12a和第3圆筒部13a的接合部强度不能充分确保。另一方面，当E大于3g时，由于第2圆筒部12a的热容量变大，所以热损耗增大，灯的效率下降。
并且，当设所述第1圆筒部11的壁厚为B，第2圆筒部12a的壁厚为E时，则最好下式成立0.8≤E/B≤4.0当E/B小于0.8时，担心第2圆筒部12a和第3圆筒部13a的接合部强度不能充分确保。另一方面，当E/B大于4.0时，由于第2圆筒部12a的热容量变大，所以热损耗增大，灯的效率下降。
还有，当设第圆筒部12a的轴向长度为F，第3圆筒部13a的轴向长度为H时，则最好下式成立0.1≤F/H≤0.3当F/H小于0.1时，在第2圆筒部12a和第3圆筒部13a的接合部容易形成间隙等，担心气密性产生问题。另一方面，F/H大于0.3mm时，由于第2圆筒部12a的热容量变大，所以热损耗增大，降低了灯的效率。
第2实施例图8是表示构成本发明第2实施例的高压金属蒸气放电灯的发光管的局部放大剖视图。本实施例的发光管基本上具有与第1实施例的发光管相同的结构，但是，供电部分的构成不同。即在第1实施例中，在供电部分上绕好线圈，尽管规定了包括该线圈的外径D和第3圆筒部的内径d的间隔，但在本实施例中，在供电部分36不绕线圈，规定供电部分36本身的外径D和第3圆筒部33的内径d的间隔。
本实施例的发光管，第1圆筒部31、锥部34以及第2圆筒部32形成整体，用热装连接第2圆筒部32和第3圆筒部33。而且，在本实施例中，电极37由在一端固定着电极线圈35的电极棒39，和与该电极棒39的另一端部连接的供电部分36构成。然后在该供电部分36的另一端部(没有与电极棒39连接的端部)连接供电流线4。并且供电线4的一部和构成电极37的供电部分36的一部分用玻璃料与第3圆筒部33作气密性封接。
构成本实施例的高压金属蒸气放电灯的发光管，如上所述，构成电极轴的供电部分的结构与第1实施例的发光管的不同(在本实施例中，不卷绕线圈)，但其他构成元件以及结构基本相同，在供电部分36的外径D和第3圆筒部33的内径d之间，如前所述，以下关系成立0.8d≤D≤0.95d并且，对于在供电部分36和第3圆筒部33之间设置间隙的部分的长度L，在如前面所述的范围内3mm≤L≤10mm从而，在本实施例中也能取得与第一实施例同样的效果。这里，比如，供电部分36的外径D设定为0.92mm，第3圆筒部33的内径d设定为1.0mm，设置间隙的部分的长度L设定为7mm，并且，卷绕电极线圈35的电极外径设定为0.5mm。
而且，在实施例中，由于如上所述地构成供电部分36，由于封入物的凝结相难以进入第3圆筒部33内壁和电极37(供电部分36)之间，所以，点灯方向依赖性小，而且，能获得寿命特性优异的高压金属蒸气放电灯。
此外，规定第3圆筒部33内壁和供电部分36之间形成的间隙的轴向长度为Ls，第3圆筒部33内壁和电极37之间形成的间隙的轴向长度为L，则最好成为以下关系式0.4L≤Ls≤1.0L当Ls小于0.4L时，在第3圆筒部33内部和电极线圈35的间隙进入剩余发光金属凝结相，灯的点灯方向的依赖性加大。另一方面，当Ls大于1.0L时，供电部分因向放电空间突出，所以在供电部分产生电弧放电辉点，会导致发光管黑化等。
第3实施例图9是表示构成本发明第3实施例的高压金属蒸气放电灯的发光管的放大剖视图。本实施例的发光管大体上与第1实施例的发光管具有同样的结构，但电极27a、27b的结构，和该电极27a、27b与第3圆筒部23a、23b的封接方法不同。
即，电极27a、27b由在一端上固定着电极线圈25a、25b的电极棒29a、29b和与该电极棒29a、29b另一端连接的供电部分26a、26b构成。并且，供电部分26a、26b的各另一端部分别与金属陶瓷28a、28b的各另一端部连接。而且，金属陶瓷28a、28b的各另一端部连接供电流线4a、4b的各一端部。并且，电极27a、27b通过金属陶瓷28a、28b与第3圆筒部23a、23b封接。金属陶瓷28a、28b由氧化铝和钼组成。用钼作供电流线4a、4b的材料。
本实施例的发光管其第1圆筒部21、锥部24a、24b以及第2圆筒部22a、22b形成整体，第2圆筒部22a、22b和第3圆筒部23a、23b用热装连接。
构成本实施例的高压金属蒸气放电灯的发光管，虽然象上面所述第1实施例的发光管与电极和第3圆筒部的封接方法(结构)不同，但由于其他构成要素和结构基本上是相同的，所以，正如第1实施例中所明示，把各种构成要素的尺寸等设定在适当范围内，可得到与实施例1同样的效果。
而且，在本实施例中，由于用金属陶瓷28a、28b进行电极27a、27b和第3圆筒部23a、23b的封接，所以，可获得具有即使对发光管封接时和灯的点灯、熄灭时强热冲击也难于发生裂缝的封接部的高压金属蒸汽放电灯。这是由于金属陶瓷与供电部分(电极)比较，具有接近作为发光管1的材料的陶瓷的膨胀系数的缘故。
而且，在本实施例中，其优点是通过金属陶瓷28a、28b被完全封入第3圆筒部23a、23b内，可防止来自金属陶瓷的界面的漏泄电流。此外，作为供电流线4a、4b，为得到足够强度，也可用金属陶瓷以外的金属。
权利要求
1．一种金属蒸气放电灯，在用陶瓷形成的容器内具有一对电极，在所述容器内备有封入发光金属化合物的发光管，其特征是，所述容器设有筒状的第1筒部；具有比所述第1筒部内径小的外径的筒状的第2筒部；具有与所述第2筒部内径大致一样大小外径的圆筒状第3筒部；所述第1筒部和所述第2筒部通过锥部成一体地形成，所述第3筒部与所述第2筒部分别粘结，所述一对电极的每个的一端在所述容器内相对，所述一对电极的另一端用封装体封入所述第3筒部内并被固定，在所述第3筒部的内壁和所述电极之间有间隙，所述锥部的内表面和所述电极中心轴的角度范围是40～80度。
2．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述第3筒部内径为d(mm)时，所述电极至少一部分的外径D(m,m)在以下范围0.8d≤D≤0.95d
3．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，在所述第3筒部内壁和所述电极之间形成的间隙的轴向长度L(mm)在以下范围3mm≤L≤10mm
4．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述第2圆筒部和所述第3圆筒部重叠部分的轴向长度F(mm)在以下范围1.5mm≤F≤4.5mm
5．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，设所述第2圆筒部的壁厚为E(mm)，所述第3圆筒部的壁厚为g(mm)时，则下式成立0.5g≤E≤3g
6．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，设所述第1圆筒部的长度为C，所述第1圆筒部的内径为A时，则下式成立A/C≥0.8
7．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述电极其位于第3圆筒部内的部分至少一部分上具有线圈。
8．根据权利要求7所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述线圈含有钼。
9．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述电极包括位于所述第3圆筒部内的供电部分，和具有与所述供电部分直径相等或比其小直径的电极棒；所述电极棒的一端与所述供电部分连接，同时所述电极棒的另一端位于所述容器内。
10．根据权利要求9所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述供电部分含有钨。
11．根据权利要求9所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，设在所述第3圆筒部内壁和所述供电部分之间形成的间隙的轴方向长度为Ls(mm)，在所述第3圆筒部内壁和所述电极之间形成的间隙的轴方向长度为L(mm)则下式成立0.4L≤Ls≤1.0L
12．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，设所述第1圆筒部的壁厚为B(mm)，所述第2圆筒部的壁厚为E(mm)时，则下式成立0.8≤E/B≤4.0
13．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，设所述第2圆筒部的轴长度为F(mm)，所述第3圆筒部的轴向长度为H(mm)时，则下式成立0.1≤F/H≤0.3
14．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述封接体包含金属陶瓷。
15．根据权利要求14所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述封接体封入第3圆筒部内。
16．根据权利要求14所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，所述金属陶瓷包括氧化铝和钼。
17．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，利用热装连接所述第2圆筒部和第3圆筒部。
18．根据权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征是，垂直点灯和水平点灯的相关色温度差为300K以下。
全文摘要
一种金属蒸气放气灯,备有一对电极17和发光金属化合物由陶瓷材料组成并封入容器内的发光管,所述容器具有第1筒部11、锥部14a、14b、第2筒部12a、12b和第3筒部13a、13b。第3筒部13a、13b热装在第2筒部12a、12b上,电极17a、17b用封接体18固定在第3筒部13上。在第3筒部13的内壁和电极17之间形成间隙,把锥部14的内表面和电极17的中心轴的角度设定在40～80度范围,从构成发光管的部件中排除圆盘,确保寿命特性,同时相对点灯方向变动,特性变化小。
文档编号H01J61/30GK1221204SQ98126348
公开日1999年6月30日 申请日期1998年12月28日 优先权日1997年12月26日
发明者杉本耕一, 武田一男, 野原浩司, 中山史纪, 西浦义晴, 山本高诗 申请人:松下电子工业株式会社